JP4746021B2 - Thin film transistor substrate manufacturing method and display device - Google Patents

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Description

本発明は、液晶ディスプレイ、半導体、光学部品などに使用される薄膜トランジスタ基板、および表示デバイスに関し、特に、ソース−ドレイン電極を薄膜トランジスタの半導体層と直接接続することが可能な新規な薄膜トランジスタ基板に関するものである。   The present invention relates to a thin film transistor substrate used for a liquid crystal display, a semiconductor, an optical component, and the like, and particularly to a novel thin film transistor substrate capable of directly connecting a source-drain electrode to a semiconductor layer of the thin film transistor. is there.

小型の携帯電話から、30インチを超す大型テレビに至るまで様々な分野に用いられている液晶ディスプレイは、画素の駆動方法によって、単純マトリックス型液晶ディスプレイとアクティブマトリックス型液晶ディスプレイに分けられる。このうちスイッチング素子として薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor、以下、TFTと呼ぶ。)を有するアクティブマトリックス型液晶ディスプレイは、高精度の画質を実現でき、高速の動画にも対応できるため、汎用されている。   Liquid crystal displays used in various fields ranging from small mobile phones to large televisions exceeding 30 inches can be divided into simple matrix liquid crystal displays and active matrix liquid crystal displays depending on the pixel driving method. Among them, an active matrix liquid crystal display having a thin film transistor (hereinafter referred to as TFT) as a switching element is widely used because it can realize high-accuracy image quality and can cope with high-speed moving images.

図1を参照しながら、アクティブマトリクス型液晶ディスプレイに適用される代表的な液晶ディスプレイの構成および動作原理を説明する。ここでは、活性半導体層として水素アモルファスシリコンを用いたTFT基板(以下、アモルファスシリコンTFT基板と呼ぶ場合がある。)の例を説明する。   With reference to FIG. 1, the configuration and operation principle of a typical liquid crystal display applied to an active matrix liquid crystal display will be described. Here, an example of a TFT substrate using hydrogen amorphous silicon as an active semiconductor layer (hereinafter sometimes referred to as an amorphous silicon TFT substrate) will be described.

図1に示すように、液晶ディスプレイパネル100は、TFT基板1と、TFT基板1に対向して配置された対向基板2と、TFT基板1と対向基板2との間に配置され、光変調層として機能する液晶層3とを備えている。TFT基板1は、絶縁性のガラス基板1a上に配置されたTFT4、透明画素電極5、走査線や信号線を含む配線部6を有している。透明画素電極5は酸化インジウム(In)中に酸化錫(SnO)を10質量%程度含む酸化インジウム錫(ITO)膜などから形成されている。TFT基板1は、TABテープ12を介して連結されたドライバ回路13および制御回路14によって駆動される。 As shown in FIG. 1, a liquid crystal display panel 100 includes a TFT substrate 1, a counter substrate 2 disposed to face the TFT substrate 1, and a TFT substrate 1 and the counter substrate 2. And a liquid crystal layer 3 functioning as The TFT substrate 1 has a TFT 4 disposed on an insulating glass substrate 1a, a transparent pixel electrode 5, and a wiring portion 6 including a scanning line and a signal line. The transparent pixel electrode 5 is formed of an indium tin oxide (ITO) film containing about 10% by mass of tin oxide (SnO) in indium oxide (In 2 O 3 ). The TFT substrate 1 is driven by a driver circuit 13 and a control circuit 14 connected via a TAB tape 12.

対向基板2は、TFT基板1側に絶縁性のガラス基板1bの全面に形成された共通電極7と、透明画素電極5に対向する位置に配置されたカラーフィルタ8と、TFT基板1上のTFT4および配線部6に対向する位置に配置された遮光膜9とを有している。対向基板2は、液晶層3に含まれる液晶分子(不図示)を所定の向きに配向させるための配向膜11を更に有している。   The counter substrate 2 includes a common electrode 7 formed on the entire surface of the insulating glass substrate 1 b on the TFT substrate 1 side, a color filter 8 disposed at a position facing the transparent pixel electrode 5, and a TFT 4 on the TFT substrate 1. And a light shielding film 9 disposed at a position facing the wiring portion 6. The counter substrate 2 further includes an alignment film 11 for aligning liquid crystal molecules (not shown) included in the liquid crystal layer 3 in a predetermined direction.

TFT基板1および対向基板2の外側(液晶層3側とは反対側)には、それぞれ、偏光板10a、10bが配置されている。   Polarizing plates 10a and 10b are disposed on the outer side (the side opposite to the liquid crystal layer 3 side) of the TFT substrate 1 and the counter substrate 2, respectively.

液晶パネル100では、対向基板2と透明画素電極5との間に形成される電界によって液晶層3における液晶分子の配向が制御され、液晶層3を通過する光が変調される。これにより、対向基板2を透過する光の透過量が制御され、画像として表示される。   In the liquid crystal panel 100, the orientation of liquid crystal molecules in the liquid crystal layer 3 is controlled by an electric field formed between the counter substrate 2 and the transparent pixel electrode 5, and light passing through the liquid crystal layer 3 is modulated. As a result, the amount of light transmitted through the counter substrate 2 is controlled and displayed as an image.

次に、図2を参照しながら液晶パネルに好適に用いられる従来のアモルファスシリコンTFT基板の構成および動作原理を詳しく説明する。図2は図1中、Aの要部拡大図である。   Next, the configuration and operating principle of a conventional amorphous silicon TFT substrate suitably used for a liquid crystal panel will be described in detail with reference to FIG. FIG. 2 is an enlarged view of a main part A in FIG.

図2では、ガラス基板(不図示)上に走査線(ゲート薄膜配線)25が形成されており、走査線25の一部はTFTのオン・オフを制御するゲート電極26として機能する。ゲート電極26を覆うようにしてゲート絶縁膜(Si窒化膜)27が形成されている。ゲート絶縁膜27を介して走査線25と交差するように信号線(ソース−ドレイン配線)34が形成され、信号線34の一部は、TFTのソース電極28として機能する。ゲート絶縁膜27上に、アモルファスシリコンチャネル膜(活性半導体膜)33、信号線(ソース−ドレイン配線)34、層間絶縁Si窒化膜(保護膜)30が順次形成されている。このタイプは一般にボトムゲート型とも呼ばれる。   In FIG. 2, a scanning line (gate thin film wiring) 25 is formed on a glass substrate (not shown), and a part of the scanning line 25 functions as a gate electrode 26 for controlling on / off of the TFT. A gate insulating film (Si nitride film) 27 is formed so as to cover the gate electrode 26. A signal line (source-drain wiring) 34 is formed so as to intersect the scanning line 25 via the gate insulating film 27, and a part of the signal line 34 functions as a source electrode 28 of the TFT. On the gate insulating film 27, an amorphous silicon channel film (active semiconductor film) 33, a signal line (source-drain wiring) 34, and an interlayer insulating Si nitride film (protective film) 30 are sequentially formed. This type is generally called a bottom gate type.

アモルファスシリコンチャネル膜33は、P(リン)がドープされたドープド相(n層)と、Pがドープされていないイントリンシック層(i層、ノンドーピング層とも呼ばれる)とからなる。ゲート絶縁膜27上の画素領域には、例えばIn中にSnOを含むITO膜によって形成された透明画素電極5が配置されている。TFTのドレイン電極29は、透明画素電極5に直接コンタクトして電気的に接続される。 The amorphous silicon channel film 33 consists of a doped phase (n layer) doped with P (phosphorus) and an intrinsic layer (also referred to as i layer or non-doped layer) not doped with P. In the pixel region on the gate insulating film 27, for example, the transparent pixel electrode 5 formed of an ITO film containing SnO in In 2 O 3 is disposed. The drain electrode 29 of the TFT is in direct contact with and electrically connected to the transparent pixel electrode 5.

走査線25を介してゲート電極26にゲート電圧が供給されると、TFT4はオン状態となり、予め信号線34に供給された駆動電圧は、ソース電極28から、ドレイン電極29を介して透明画素電極5へ供給される。そして、透明画素電極5に所定レベルの駆動電圧が供給されると、図1で説明したように、透明画素電極5と対向電極2との間に電位差が生じる結果、液晶層3に含まれる液晶分子が配向して光変調が行われる。   When the gate voltage is supplied to the gate electrode 26 via the scanning line 25, the TFT 4 is turned on, and the drive voltage supplied in advance to the signal line 34 is transmitted from the source electrode 28 via the drain electrode 29 to the transparent pixel electrode. 5 is supplied. When a driving voltage of a predetermined level is supplied to the transparent pixel electrode 5, as described with reference to FIG. 1, a potential difference is generated between the transparent pixel electrode 5 and the counter electrode 2. As a result, the liquid crystal contained in the liquid crystal layer 3. The molecules are aligned and light modulation is performed.

TFT基板1において、ソース−ドレイン電極に電気的に接続されるソース−ドレイン配線34、ゲート電極26に電気的に接続される走査線25は、従来、加工が容易であるなどの理由により、Al−NdなどのAl合金(以下、これらをAl系合金と呼ぶ。)の薄膜から形成されている。ところが、液晶ディスプレイの大型化に伴い、配線のRC遅延(配線を伝わる電気信号が遅れる現象)などの問題が顕在化しており、より低抵抗な配線材料へのニーズが高まっている。そこで、Al−2.0at%NdなどのAl系合金に比べて電気抵抗が小さい純CuまたはCu−Ni合金などのCu合金が注目されている。   In the TFT substrate 1, the source-drain wiring 34 electrically connected to the source-drain electrode and the scanning line 25 electrically connected to the gate electrode 26 are conventionally made of Al because of easy processing. It is formed from a thin film of an Al alloy such as -Nd (hereinafter referred to as an Al-based alloy). However, with an increase in the size of the liquid crystal display, problems such as RC delay of wiring (a phenomenon in which an electrical signal transmitted through the wiring is delayed) have become apparent, and the need for a wiring material with lower resistance is increasing. Accordingly, attention has been focused on pure Cu or Cu alloys such as Cu—Ni alloys, which have lower electrical resistance than Al-based alloys such as Al-2.0 at% Nd.

純Cuなどを配線に使用するときには、ソース−ドレイン配線34、ゲート電極26、および走査線25の下部には、それぞれ、図2に示すように、Mo、Cr、Ti、Wなどの高融点金属からなるバリアメタル層51、52、53が形成されている。特許文献1〜6には、このようなバリアメタル層を有するソース−ドレイン電極などの技術が記載されており、代表的には例えば、厚さ約50nmのMo層(下部バリアメタル層)、厚さ約150nmの純CuやCu合金が順次形成された二層構造の積層配線が挙げられる。   When pure Cu or the like is used for wiring, refractory metals such as Mo, Cr, Ti, and W are respectively provided below the source-drain wiring 34, the gate electrode 26, and the scanning line 25 as shown in FIG. Barrier metal layers 51, 52, and 53 are formed. Patent Documents 1 to 6 describe a technique such as a source-drain electrode having such a barrier metal layer. Typically, for example, a Mo layer (lower barrier metal layer) having a thickness of about 50 nm, a thickness of A multilayer wiring having a two-layer structure in which pure Cu or Cu alloy having a thickness of about 150 nm is sequentially formed can be used.

ここで、図2に示すように、アモルファスシリコンチャネル層33と純CuやCu合金からなるソース−ドレイン配線34との間に下部バリアメタル層53を介在させる主な理由は、純Cuなどの薄膜とアモルファスシリコンチャネル薄膜との界面(以下、単に界面と呼ぶ場合がある。)において、SiとCuとが相互に拡散するのを防止するためである。   Here, as shown in FIG. 2, the main reason for interposing the lower barrier metal layer 53 between the amorphous silicon channel layer 33 and the source-drain wiring 34 made of pure Cu or Cu alloy is a thin film such as pure Cu. This is to prevent Si and Cu from diffusing each other at the interface between the silicon and the amorphous silicon channel thin film (hereinafter sometimes referred to simply as the interface).

つまり、純Cu薄膜やCu合金薄膜をアモルファスシリコンチャネル薄膜と直接接合した状態で、TFTの後工程において、シンタリングやアニールなどの熱処理を行うと、純CuやCu合金のCuがアモルファスシリコン中に拡散したり、アモルファスシリコンのSiがCu中に拡散したりする。その結果、アモルファスシリコンの半導体性能が著しく劣化し、オン電流が低下したり、TFTのスイッチングのオフ時に流れるリーク電流(オフ電流)が上昇したり、TFTのスイッチング速度の低下を招く。そのため所望のTFT特性を得ることができず、表示装置としての性能や品質が低下する。下部バリアメタル層53は、このようなCuとSiとの相互拡散を抑制するのに有効である。   In other words, when a pure Cu thin film or Cu alloy thin film is directly bonded to an amorphous silicon channel thin film and a heat treatment such as sintering or annealing is performed in the subsequent process of the TFT, the pure Cu or Cu alloy Cu is contained in the amorphous silicon. Diffusion or Si of amorphous silicon diffuses into Cu. As a result, the semiconductor performance of amorphous silicon is remarkably deteriorated, the on-current is reduced, the leakage current (off-current) that flows when the TFT is turned off is increased, and the switching speed of the TFT is lowered. Therefore, desired TFT characteristics cannot be obtained, and performance and quality as a display device are deteriorated. The lower barrier metal layer 53 is effective in suppressing such mutual diffusion between Cu and Si.

また、配線材料として純CuやCu合金を使用する場合、アモルファスシリコンチャネル薄膜33から配線が浮き上がり、断線するなどの不良が生じる。これは、Cuとアモルファスシリコンチャネル薄膜との密着性が悪いためであり、そのため、アモルファスシリコンチャネル薄膜33と純CuやCu合金との間に下部バリアメタル層53を介在させて密着性を高めている。   In addition, when pure Cu or Cu alloy is used as the wiring material, defects such as wiring floating from the amorphous silicon channel thin film 33 and disconnection occur. This is because the adhesion between Cu and the amorphous silicon channel thin film is poor. Therefore, the lower barrier metal layer 53 is interposed between the amorphous silicon channel thin film 33 and the pure Cu or Cu alloy to improve the adhesion. Yes.

しかし、上記のように下部のバリアメタル層53を形成するためには、純CuやCu合金の配線形成用の成膜装置に加え、バリアメタル形成用の成膜装置が別途必要になる。具体的には、バリアメタル形成用の成膜チャンバーをそれぞれ余分に装備した成膜装置(代表的には、複数の成膜チャンバーがトランスファーチャンバーに接続されたクラスタツール)を用いなければならない。液晶ディスプレイの大量生産に伴なって低コスト化が進むにつれて、バリアメタル層の形成にともなう製造コストの上昇や生産性の低下は軽視できなくなっている。   However, in order to form the lower barrier metal layer 53 as described above, a film forming apparatus for forming a barrier metal is additionally required in addition to a film forming apparatus for forming pure Cu or Cu alloy wiring. Specifically, it is necessary to use a film forming apparatus (typically a cluster tool in which a plurality of film forming chambers are connected to a transfer chamber) provided with extra film forming chambers for forming a barrier metal. As the cost of the liquid crystal display is reduced along with the mass production, the increase in the manufacturing cost and the decrease in the productivity due to the formation of the barrier metal layer cannot be neglected.

このように、下部バリアメタル層を形成するためには、ゲート電極やソース電極、更にはドレイン電極の形成に必要な成膜用スパッタ装置に加えて、バリアメタル形成用の成膜チャンバーを余分に装備しなければならず、製造コストの上昇や生産性の低下を招く。   As described above, in order to form the lower barrier metal layer, in addition to the film forming sputtering apparatus necessary for forming the gate electrode, the source electrode, and the drain electrode, an extra film forming chamber for forming the barrier metal is provided. It must be equipped, resulting in an increase in manufacturing costs and a decrease in productivity.

そのため、バリアメタル層の形成を省略でき、ソース−ドレイン電極をアモルファスシリコンチャネル薄膜などの半導体層と直接接合し得る電極材料が切望されている。例えば、特許文献7〜特許文献11には、純CuやCu合金ではないが、純AlまたはAl合金を配線材料として用いた場合におけるバリアメタル層の省略技術が開示されている。   Therefore, the formation of a barrier metal layer can be omitted, and an electrode material capable of directly joining a source-drain electrode to a semiconductor layer such as an amorphous silicon channel thin film is desired. For example, Patent Documents 7 to 11 disclose a technique for omitting a barrier metal layer when pure Al or an Al alloy is used as a wiring material, although it is not pure Cu or a Cu alloy.

上記では、液晶表示装置を代表的に取り上げて説明したが、前述した課題は液晶表示装置に限定されず、アモルファスシリコンTFT基板に共通して見られる。また、上記課題は、TFTの半導体層として、アモルファスシリコンのほか、多結晶シリコンを用いたTFT基板においても見られる。
特開平7−66423号公報 特開2001−196371号公報 特開2002−353222号公報 特開2004−133422号公報 特開2004−212940号公報 特開2005−166757号公報 特開平11−337976号公報 特開平11−283934号公報 特開平11−284195号公報 特開2004−214606号公報 特開2003−273109号公報
In the above description, the liquid crystal display device is taken up as a representative. However, the above-described problem is not limited to the liquid crystal display device, and is common to the amorphous silicon TFT substrate. In addition, the above-mentioned problem is also observed in a TFT substrate using polycrystalline silicon in addition to amorphous silicon as a TFT semiconductor layer.
JP-A-7-66423 JP 2001-196371 A JP 2002-353222 A JP 2004-133422 A JP 2004-221940 A JP 2005-166757 A Japanese Patent Laid-Open No. 11-337976 JP-A-11-283934 JP-A-11-284195 JP 2004-214606 A JP 2003-273109 A

本発明は上記のような事情に着目してなされたものであって、その目的は、ソース−ドレイン電極とTFTの半導体層との間に通常設けられるバリアメタル層を省略しても優れたTFT特性を発揮し得、ソース−ドレイン配線をTFTの半導体層に直接かつ確実に接続することができる技術を提供することにある。   The present invention has been made paying attention to the above-described circumstances, and its purpose is to provide an excellent TFT even if a barrier metal layer usually provided between the source-drain electrode and the semiconductor layer of the TFT is omitted. An object of the present invention is to provide a technique capable of exhibiting characteristics and capable of directly and reliably connecting a source-drain wiring to a semiconductor layer of a TFT.

上記課題を解決することのできた本発明の薄膜トランジスタ基板は、薄膜トランジスタの半導体層と、ソース−ドレイン電極とを有する薄膜トランジスタ基板において、窒素を含有する窒素含有層、または窒素及び酸素を含有する酸素窒素含有層と、純Cu又はCu合金の薄膜とからなり、前記窒素含有層を構成する窒素の一部若しくは全部、または、前記酸素窒素含有層を構成する窒素または酸素の一部若しくは全部は、前記薄膜トランジスタの前記半導体層のSiと結合しており、前記純CuまたはCu合金の薄膜は、前記窒素含有層または前記酸素窒素含有層を介して前記薄膜トランジスタの半導体層と接続していることに要旨を有している。   The thin film transistor substrate of the present invention that has solved the above problems is a thin film transistor substrate having a semiconductor layer of a thin film transistor and a source-drain electrode, a nitrogen-containing layer containing nitrogen, or an oxygen-containing nitrogen containing nitrogen and oxygen And a thin film of pure Cu or Cu alloy, part or all of nitrogen constituting the nitrogen-containing layer, or part or all of nitrogen or oxygen constituting the oxygen-nitrogen containing layer is the thin film transistor The pure Cu or Cu alloy thin film is connected to the semiconductor layer of the thin film transistor through the nitrogen-containing layer or the oxygen-nitrogen containing layer. is doing.

好ましい実施形態において、前記窒素含有層を構成する窒素原子数([N])とSi原子数([Si])との比([N]/[Si])の最大値は、0.2以上2.0以下の範囲内であり、前記酸素窒素含有層を構成する窒素原子数([N])と酸素原子数([O])の和と、Si原子数との比〔([N]+[O])/[Si]〕の最大値は、0.2以上2.0以下の範囲内である。   In a preferred embodiment, the maximum value of the ratio ([N] / [Si]) of the number of nitrogen atoms ([N]) and the number of Si atoms ([Si]) constituting the nitrogen-containing layer is 0.2 or more. The ratio of the sum of the number of nitrogen atoms ([N]) and the number of oxygen atoms ([O]) constituting the oxygen-nitrogen-containing layer to the number of Si atoms [([N] The maximum value of + [O]) / [Si]] is in the range of 0.2 to 2.0.

好ましい実施形態において、前記窒素含有層または前記酸素窒素含有層の厚さは、0.8nm以上3.5nm以下の範囲内である。   In a preferred embodiment, the nitrogen-containing layer or the oxygen-nitrogen containing layer has a thickness in the range of 0.8 nm to 3.5 nm.

好ましい実施形態において、前記薄膜トランジスタの前記半導体層は、アモルファスシリコンまたは多結晶シリコンからなる。   In a preferred embodiment, the semiconductor layer of the thin film transistor is made of amorphous silicon or polycrystalline silicon.

本発明の表示デバイスは、上記の薄膜トランジスタ基板を備えている。   A display device of the present invention includes the above-described thin film transistor substrate.

本発明の薄膜トランジスタ基板は、上記の構成を有しているため、従来のようにソース−ドレイン電極とTFTの半導体層との間にバリアメタル層を形成しなくても、優れたTFT特性が得られる。   Since the thin film transistor substrate of the present invention has the above-described configuration, excellent TFT characteristics can be obtained without forming a barrier metal layer between the source-drain electrode and the TFT semiconductor layer as in the prior art. It is done.

本発明に用いられるソース−ドレイン電極用配線材料としては、純Cuや、合金成分として、Ni,Zn,Mg,Mn,Ir,Ge,Nb,Cr,および希土類元素からなる群(グループX)から選択される少なくとも一種の元素を含有するCu−X合金を用いることができる。   The wiring material for the source-drain electrode used in the present invention is pure Cu, or a group consisting of Ni, Zn, Mg, Mn, Ir, Ge, Nb, Cr, and rare earth elements (group X) as an alloy component. A Cu-X alloy containing at least one selected element can be used.

本発明の薄膜トランジスタ基板を用いれば、生産性に優れ、安価で且つ高性能の表示デバイスが得られる。   By using the thin film transistor substrate of the present invention, a display device with excellent productivity, low cost and high performance can be obtained.

本発明者は、TFTの半導体層に直接接続可能なソース−ドレイン電極を備えた新規な薄膜トランジスタ基板提供するため、検討してきた。詳細には、従来のように、ソース−ドレイン電極と半導体層との間にバリアメタル層を介在させなくても優れたTFT特性を発揮し得る薄膜トランジスタ基板を提供するため、検討を行った。   The present inventor has studied in order to provide a novel thin film transistor substrate having a source-drain electrode that can be directly connected to a semiconductor layer of a TFT. In detail, in order to provide a thin film transistor substrate that can exhibit excellent TFT characteristics without interposing a barrier metal layer between a source-drain electrode and a semiconductor layer as in the prior art, studies have been made.

その結果、ソース−ドレイン電極用の配線材料として、窒素を含有する窒素含有層、または窒素及び酸素を含有する酸素窒素含有層と、純CuまたはCu−X合金(以下、Cu系合金と呼ぶ場合がある。)の薄膜とからなる材料を用い、上記窒素含有層を構成する窒素の一部若しくは全部、または、上記酸素窒素含有層を構成する窒素または酸素の一部若しくは全部が、薄膜トランジスタの半導体層のSiと結合するような構成(半導体層側からみれば、Si半導体層の表層の少なくとも一部が窒化または酸窒化されている)とすれば、所期の目的が達成されることを見出し、本発明を完成した。これにより、Cu系合金の薄膜は、窒素含有層または酸素窒素含有層を介してTFTの半導体層と直接接続されるようになる。   As a result, as a wiring material for the source-drain electrodes, a nitrogen-containing layer containing nitrogen or an oxygen-nitrogen containing layer containing nitrogen and oxygen and pure Cu or Cu-X alloy (hereinafter referred to as Cu-based alloy) A part of or all of nitrogen constituting the nitrogen-containing layer, or part or all of nitrogen or oxygen constituting the oxygen-nitrogen containing layer is a semiconductor of a thin film transistor. It is found that the intended purpose can be achieved if the structure is bonded to Si of the layer (when viewed from the semiconductor layer side, at least part of the surface layer of the Si semiconductor layer is nitrided or oxynitrided). The present invention has been completed. As a result, the Cu-based alloy thin film is directly connected to the TFT semiconductor layer via the nitrogen-containing layer or the oxygen-nitrogen-containing layer.

本明細書において、「ソース・ドレイン電極」は、ソース・ドレイン電極自体と、ソース・ドレイン配線の両方を含んでいる。すなわち、本発明のソース・ドレイン電極は、ソース・ドレイン電極とソース・ドレイン配線とが一体に形成されたものであり、ソース・ドレイン配線はソース・ドレイン領域に接している。   In this specification, the “source / drain electrodes” includes both the source / drain electrodes themselves and the source / drain wirings. That is, the source / drain electrodes of the present invention are formed by integrally forming the source / drain electrodes and the source / drain wirings, and the source / drain wirings are in contact with the source / drain regions.

また、以下では、説明の便宜上、本発明を特徴付ける「窒素含有層」または「酸素窒素含有層」をまとめて、「窒素/酸素窒素含有層」と呼ぶ場合がある。後に詳しく説明するように、例えば、窒素プラズマを用いて窒素含有層を形成する場合であっても、チャンバー内や配管内に吸着した酸素原子などからの酸素の混入が避けられない場合があり、結果的に、窒素含有層中に酸素も含む酸素窒素含有層が形成されることもある(後記する実施形態1、実施例1〜実施例3)。実施形態1、実施例1〜3では、実験によって酸素を含む層が確認されたことから、ここでは、具体的に「酸素窒素含有層」と記載している。   Hereinafter, for convenience of explanation, the “nitrogen-containing layer” or “oxygen-nitrogen-containing layer” characterizing the present invention may be collectively referred to as “nitrogen / oxygen-nitrogen-containing layer”. As will be described in detail later, for example, even when a nitrogen-containing layer is formed using nitrogen plasma, mixing of oxygen from oxygen atoms adsorbed in the chamber or piping may be unavoidable, As a result, an oxygen-nitrogen-containing layer that also contains oxygen may be formed in the nitrogen-containing layer (Embodiment 1 and Examples 1 to 3 described later). In Embodiment 1 and Examples 1 to 3, since a layer containing oxygen was confirmed by an experiment, it is specifically described as an “oxygen-nitrogen-containing layer” here.

(本発明に用いられるソース・ドレイン電極)
本発明に用いられるソース・ドレイン電極28、29は、図8に示すように、窒素/酸素窒素含有層28a、29aと、Cu系合金薄膜28b、29bとからなる。窒素/酸素窒素含有層28a、29aは、TFTの半導体層33を覆うように形成されており、例えば、窒素含有層の窒素原子(N)、または酸素窒素含有層の窒素原子(N)及び酸素原子(O)の一部または全部は、半導体層のSiと結合した状態で存在している。窒素含有層を構成するN、または酸素窒素含有層を構成するN及びOは、半導体層を構成するSiよりもCuとの密着性に優れており、パターニング後の電極の剥離が生じない。更に、窒素/酸素窒素含有層28a、29aは、Cu系合金28b、29bとTFTの半導体層33との界面におけるCuとSiとの相互拡散を防止するためのバリア(拡散バリア)として作用する。これらの作用は、Oに比べ、Nの方が優れているため、本発明では、少なくとも、窒素を含有していることが必要である。
(Source / drain electrodes used in the present invention)
As shown in FIG. 8, the source / drain electrodes 28 and 29 used in the present invention include nitrogen / oxygen-nitrogen containing layers 28a and 29a and Cu-based alloy thin films 28b and 29b. The nitrogen / oxygen-containing layers 28a and 29a are formed so as to cover the semiconductor layer 33 of the TFT. For example, the nitrogen atoms (N) of the nitrogen-containing layer or the nitrogen atoms (N) and oxygen of the oxygen-nitrogen containing layer are formed. Part or all of the atoms (O) exist in a state of being bonded to Si of the semiconductor layer. N constituting the nitrogen-containing layer, or N and O constituting the oxygen-nitrogen containing layer has better adhesion to Cu than Si constituting the semiconductor layer, and does not cause peeling of the electrode after patterning. Furthermore, the nitrogen / oxygen-nitrogen containing layers 28a and 29a function as a barrier (diffusion barrier) for preventing mutual diffusion of Cu and Si at the interface between the Cu-based alloys 28b and 29b and the semiconductor layer 33 of the TFT. Since these functions are superior to O in comparison with O, in the present invention, it is necessary to contain at least nitrogen.

本発明によれば、後記する実施例で実証するように、従来のようにMoなどのバリアメタル層を形成しなくても、優れたTFT特性が得られる。また、窒素/酸素窒素含有層は、後で詳しく説明するように、半導体層を形成した後であって、Cu系合金層を形成する前に、例えば、プラズマ法などによって簡便に作製できるため、従来のように、バリアメタル形成用の特別な成膜装置は不要である。   According to the present invention, as demonstrated in the examples described later, excellent TFT characteristics can be obtained without forming a barrier metal layer such as Mo as in the prior art. Further, since the nitrogen / oxygen-nitrogen containing layer can be easily produced by, for example, a plasma method after forming the semiconductor layer and before forming the Cu-based alloy layer, as will be described in detail later, As in the prior art, a special film forming apparatus for forming a barrier metal is not necessary.

本発明を特徴付ける窒素/酸素窒素含有層の詳細は、以下のとおりである。   Details of the nitrogen / oxygen-nitrogen containing layer characterizing the present invention are as follows.

窒素含有層の窒素原子(N)の窒素原子(N)の一部または全部は、半導体層のSiと結合し、主に、Si窒化物(Six1−x)となっている。また、酸素窒素含有層の窒素
原子(N)及び酸素原子(O)の一部または全部は、半導体層のSiと結合し、主に、Si酸窒化物(SiON)となっている。Si窒化物は、例えば、Si半導体層の表面を窒化することによって得られる。Si酸窒化物は、例えば、Si窒化物の形成過程などで不可避的に導入される酸素や窒素と結合して得られる。
Some or all of the nitrogen atoms (N) of the nitrogen atom of the nitrogen-containing layer (N) combines with Si of the semiconductor layer is mainly, a Si nitride (Si x N 1-x) . In addition, some or all of nitrogen atoms (N) and oxygen atoms (O) in the oxygen-nitrogen-containing layer are bonded to Si in the semiconductor layer and are mainly Si oxynitride (SiON). Si nitride is obtained, for example, by nitriding the surface of the Si semiconductor layer. Si oxynitride is obtained, for example, by combining with oxygen or nitrogen that is inevitably introduced in the process of forming Si nitride.

上記の窒素含有層(Si窒化物)または酸素窒素含有層(Si酸窒化物)はいずれも、Cuとの密着性に優れており、アモルファスシリコン(a−Si)よりもCu系合金との密着力が強い。Si窒化物やSi酸窒化物は、バリアメタル層に用いられている代表的な高融点金属(Mo)に比べて密着性の程度は若干劣るものの、液晶パネルなどの製造においては、実用上何ら問題のないレベルにあることを、以下に示すテープテストによる密着性試験によって確認している。   Both the nitrogen-containing layer (Si nitride) or the oxygen-nitrogen containing layer (Si oxynitride) are excellent in adhesion to Cu, and more closely to Cu-based alloys than amorphous silicon (a-Si). Power is strong. Si nitride and Si oxynitride are slightly inferior in adhesion to typical refractory metals (Mo) used for barrier metal layers. It is confirmed by the adhesion test by the tape test shown below that the level is satisfactory.

ここで、「テープテスト」とは、アモルファスシリコン上に成膜した被験材料をカッターなどで1mm×1mmの碁盤目にカットし、その上に粘着テープ(クリーンルーム用セロテープ代替品、ULTRA TAPE社製「ウルトラテープ#6570」)を貼り付けた後、粘着テープを一気に剥がし、アモルファスシリコンと被験材料との密着性を簡易に評価する方法である。ここでは、アモルファスシリコンに直接接触させる被験材料として、純Cu膜(窒素/酸素窒素含有層なし、後記する比較例1)、および酸素窒素含有層(Si酸窒化物)を有する純Cu膜(後記する実施例2)を用いた。   Here, the “tape test” means that a test material formed on amorphous silicon is cut into a 1 mm × 1 mm grid with a cutter or the like, and then an adhesive tape (an alternative to a clean room cello tape, manufactured by ULTRA TAPE) This is a method in which after the ultra tape # 6570 ") is applied, the adhesive tape is peeled off at once and the adhesion between the amorphous silicon and the test material is simply evaluated. Here, as a test material to be brought into direct contact with amorphous silicon, a pure Cu film (no nitrogen / oxygen-nitrogen containing layer, Comparative Example 1 described later) and a pure Cu film having an oxygen-nitrogen containing layer (Si oxynitride) (described later) Example 2) was used.

その結果、酸素窒素含有層を有する純Cu膜を用いれば、窒素/酸素窒素含有層を有しない従来の純Cu膜に比べ、アモルファスシリコンとの密着性に優れていることが確認された。   As a result, it was confirmed that the use of a pure Cu film having an oxygen-nitrogen containing layer is superior in adhesion to amorphous silicon compared to a conventional pure Cu film having no nitrogen / oxygen-nitrogen containing layer.

上記の窒素/酸素窒素含有層は、以下の要件を更に満足していることが好ましい。   The nitrogen / oxygen-nitrogen containing layer preferably further satisfies the following requirements.

窒素含有層を構成する窒素原子数([N])とSi原子数([Si])との比([N]/[Si]、以下、便宜上、P値と呼ぶ場合がある。)の最大値、および酸素窒素含有層を構成する窒素原子数([N])と酸素原子数([O])の和と、Si原子数との比{〔([N]+[O])/[Si]〕、以下、便宜上、Q値と呼ぶ場合がある。}の最大値は、いずれも、0.2以上2.0以下の範囲内であることが好ましい。これにより、TFT特性を劣化させることなく、窒素/酸素窒素含有層によるバリア作用を有効に発揮させることができる。P値およびQ値の最大値は、いずれも、0.6以上であることがより好ましく、0.7以上であることが更に好ましい。   Maximum ratio of the number of nitrogen atoms ([N]) and the number of Si atoms ([Si]) constituting the nitrogen-containing layer ([N] / [Si], hereinafter sometimes referred to as P value for convenience). Value and the ratio of the sum of the number of nitrogen atoms ([N]) and the number of oxygen atoms ([O]) constituting the oxygen-nitrogen-containing layer to the number of Si atoms {[([N] + [O]) / [ Si]], hereinafter, for convenience, may be referred to as a Q value. } Is preferably in the range of 0.2 or more and 2.0 or less. Thereby, the barrier action by the nitrogen / oxygen-containing layer can be effectively exhibited without deteriorating the TFT characteristics. The maximum values of P value and Q value are both preferably 0.6 or more, and more preferably 0.7 or more.

なお、窒素/酸素窒素含有層によるバリア作用は、前述したように、酸素原子に比べて窒素原子の方が優れているため、酸素原子よりも窒素原子ができるだけ多く含まれている方が好ましいが、酸素原子を含む場合であっても、Q値が0.2〜2.0の範囲内であれば本発明の作用に悪影響を及ぼさないという意味で、Q値を規定した。   As described above, the nitrogen / oxygen / nitrogen-containing layer has a barrier action that is superior to oxygen atoms because nitrogen atoms are more preferable than oxygen atoms. Even when oxygen atoms are included, the Q value is defined in the sense that if the Q value is in the range of 0.2 to 2.0, the effects of the present invention are not adversely affected.

P値およびQ値の好ましい下限(0.2)は、アモルファスシリコン表面酸化による拡散抑制時の「O/Si」から類推して設定したものである。一方、P値およびQ値の好ましい上限(2.0)は、SiO形成時における「O/Si」の最大値がほぼ2.0であると考え、設定したものである。 The preferable lower limit (0.2) of the P value and the Q value is set by analogy with “O / Si” at the time of diffusion suppression by amorphous silicon surface oxidation. On the other hand, the preferable upper limit (2.0) of the P value and the Q value is set assuming that the maximum value of “O / Si” at the time of SiO 2 formation is approximately 2.0.

P値およびQ値の最大値は、窒素/酸素窒素含有層の形成工程(後述する。)において、例えば、プラズマ照射時間を概ね5秒間から20分間の範囲内に制御することによって調節することができる。   The maximum values of the P value and the Q value can be adjusted, for example, by controlling the plasma irradiation time within a range of about 5 seconds to 20 minutes in the step of forming a nitrogen / oxygen-nitrogen containing layer (described later). it can.

P値およびQ値は、窒素/酸素窒素含有層の深さ方向の元素(NおよびSi)をRBS法(Rutherford Backscattering Spectrometry,ラザフォード後方散乱分光法)によって分析することによって算出される。   The P value and the Q value are calculated by analyzing elements (N and Si) in the depth direction of the nitrogen / oxygen-nitrogen containing layer by the RBS method (Rutherford Backscattering Spectrometry, Rutherford backscattering spectroscopy).

窒素/酸素窒素含有層の厚さは、0.8nm以上3.5nm以下の範囲内であることが好ましい。上記厚さの下限(0.8nm)は、おおむね、SiNの格子定数(SiN1原子層)に相当する。上記の厚さは、P値またはQ値が0.2以上を満足する層の厚さを意味し、P値またはQ値が0.2未満の層の厚さは除外している。   The thickness of the nitrogen / oxygen-containing layer is preferably in the range of 0.8 nm to 3.5 nm. The lower limit (0.8 nm) of the thickness generally corresponds to the lattice constant of SiN (SiN1 atomic layer). The above thickness means the thickness of a layer satisfying a P value or Q value of 0.2 or more, and the thickness of a layer having a P value or Q value of less than 0.2 is excluded.

前述したように、窒素/酸素窒素含有層は、Cu系合金層とTFTの半導体層との界面におけるCuとSiとの相互拡散を防止するためのバリア層として有用であり、TFTの半導体層表面に、ほぼ、SiNの1原子層程度形成されていれば優れたバリア性を発揮するが、窒素/酸素窒素含有層が厚くなりすぎるとTFT特性が劣化する。窒素/酸素窒素含有層の厚さを上記範囲内に制御することにより、窒素/酸素窒素含有層の形成による電気抵抗の上昇を、TFT特性に悪影響を及ぼさない範囲内に抑えられる。窒素/酸素窒素含有層の厚さは3.0nm以下であることがより好ましく、2.5nm以下が更に好ましい。   As described above, the nitrogen / oxygen-containing layer is useful as a barrier layer for preventing interdiffusion between Cu and Si at the interface between the Cu-based alloy layer and the TFT semiconductor layer, and the surface of the TFT semiconductor layer. In addition, an excellent barrier property is exhibited if it is formed to be approximately one atomic layer of SiN. However, if the nitrogen / oxygen-containing layer becomes too thick, the TFT characteristics deteriorate. By controlling the thickness of the nitrogen / oxygen-containing layer within the above range, an increase in electrical resistance due to the formation of the nitrogen / oxygen-containing layer can be suppressed within a range that does not adversely affect the TFT characteristics. The thickness of the nitrogen / oxygen-containing layer is more preferably 3.0 nm or less, and further preferably 2.5 nm or less.

窒素/酸素窒素含有層の厚さは、種々の物理分析手法によって求めることができる。例えば、前述したRBS法のほか、XPS(X線光電子分光分析)法、SIMS(二次イオン質量分析)法、GD−OES(高周波グロー放電発光分光分析)法などを利用することができる。   The thickness of the nitrogen / oxygen-containing layer can be determined by various physical analysis techniques. For example, in addition to the RBS method described above, an XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) method, a SIMS (secondary ion mass spectrometry) method, a GD-OES (radio frequency glow discharge emission spectroscopy) method, or the like can be used.

窒素/酸素窒素含有層は、例えば、半導体層の上部に窒化処理を行うことによって形成される。これらの処理方法は特に限定されず、例えば、(i)プラズマを用いる方法、(ii)加熱による方法、(iii)アミノ化法などの方法を採用することができる。   The nitrogen / oxygen-containing layer is formed, for example, by performing a nitriding process on the upper portion of the semiconductor layer. These treatment methods are not particularly limited, and for example, methods such as (i) a method using plasma, (ii) a method by heating, (iii) an amination method, and the like can be employed.

上記(i)のようにプラズマを用いる場合、例えば、窒素ガスを用いて窒素含有層を、窒素ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いて酸素窒素含有層を、それぞれ、形成すればよい。ただし、窒素ガスを用いた場合でも、不可避的に混入し得る酸素原子によって酸素窒素含有層が形成される場合があることは、前述したとおりである。プラズマ処理に用いられる窒素ガスや酸素ガスは、Arなどの不活性ガスで希釈してもよい。窒素酸素含有プラズマ源から窒素や酸素を供給する場合、窒素イオン、窒素イオンと酸素イオンとの混合イオンを用いたイオン注入法を利用することもできる。   When plasma is used as in (i) above, for example, a nitrogen-containing layer may be formed using nitrogen gas, and an oxygen-nitrogen containing layer may be formed using a mixed gas of nitrogen gas and oxygen gas. However, as described above, even when nitrogen gas is used, the oxygen-nitrogen-containing layer may be formed by oxygen atoms that may be inevitably mixed. Nitrogen gas and oxygen gas used for plasma treatment may be diluted with an inert gas such as Ar. When nitrogen or oxygen is supplied from a nitrogen-oxygen-containing plasma source, an ion implantation method using nitrogen ions or mixed ions of nitrogen ions and oxygen ions can be used.

また、上記(ii)のように加熱を行う場合、窒素ガス、または窒素ガスと酸素ガスとの混合ガスの雰囲気中でSi半導体層を加熱すればよく、これにより、窒素含有層または酸素窒素含有層が得られる。加熱処理に用いられる窒素ガスや酸素ガスは、Arなどの不活性ガスで希釈してもよい。   When heating is performed as in (ii) above, the Si semiconductor layer may be heated in an atmosphere of nitrogen gas or a mixed gas of nitrogen gas and oxygen gas. A layer is obtained. Nitrogen gas and oxygen gas used for the heat treatment may be diluted with an inert gas such as Ar.

また、上記(iii)のようにアミノ化法を用いる場合は、光化学反応などを応用し、Si半導体層の表面にアミノ基(−NH)などのN原子含有置換基を化学吸着させ、これにCu系合金を蒸着することによって所望の窒素含有層または酸素窒素含有層を形成することができる。 Further, when the amination method is used as in (iii) above, a photochemical reaction or the like is applied to chemically adsorb an N atom-containing substituent such as an amino group (—NH 3 ) on the surface of the Si semiconductor layer. A desired nitrogen-containing layer or oxygen-nitrogen-containing layer can be formed by vapor-depositing a Cu-based alloy.

上記方法のほか、例えば、ソース−ドレイン電極の形成過程で、Si半導体層の表面に存在するN原子やO原子がCu系合金薄膜などに拡散し、窒素含有層または酸素窒素含有層を形成することもあり得るが、このような自然拡散法を利用することもできる。   In addition to the above method, for example, in the process of forming the source-drain electrode, N atoms and O atoms present on the surface of the Si semiconductor layer diffuse into the Cu-based alloy thin film, thereby forming a nitrogen-containing layer or an oxygen-nitrogen-containing layer. However, it is possible to use such a natural diffusion method.

以下、上記(i)〜(iii)について、詳細に説明する。   Hereinafter, the above (i) to (iii) will be described in detail.

(i)プラズマ窒化法
プラズマ窒化法は、プラズマを利用するものであり、後述する実施形態および実施例1に示すように、窒素含有ガスを用いることが好ましい。窒素含有ガスとしては、N、NH、NFなどのガスが挙げられる。これらは、単独で、もしくは二種以上の混合ガスとして使用される。具体的には、窒素を含有するプラズマ源の近傍にTFTの半導体層を設置することが好ましい。ここで、プラズマ源と半導体層との距離は、プラズマの種類や、プラズマ発生条件[パワー(投入電力)、圧力、温度、照射時間、ガス組成など]などに応じて適宜適切な範囲に設定すればよいが、おおむね、数十cmの範囲であることが好ましい。このようなプラズマ近傍には、高エネルギーの窒素原子が存在しており、これにより、半導体層表面に所望の窒素/酸素窒素含有層を容易に形成することができる。
(I) Plasma nitriding method The plasma nitriding method uses plasma, and it is preferable to use a nitrogen-containing gas as shown in an embodiment and Example 1 described later. Examples of the nitrogen-containing gas include gases such as N 2 , NH 3 , and NF 3 . These are used alone or as a mixed gas of two or more. Specifically, a TFT semiconductor layer is preferably provided in the vicinity of a plasma source containing nitrogen. Here, the distance between the plasma source and the semiconductor layer is appropriately set within an appropriate range according to the type of plasma and plasma generation conditions [power (input power), pressure, temperature, irradiation time, gas composition, etc.]. Although it may be sufficient, it is preferable that it is generally in the range of several tens of centimeters. In the vicinity of such plasma, high-energy nitrogen atoms exist, whereby a desired nitrogen / oxygen-nitrogen containing layer can be easily formed on the surface of the semiconductor layer.

窒素含有プラズマ源などから窒素を供給する場合、イオン注入法を利用することもできる。イオン注入法によれば、電界によって加速されたイオンは、長距離を移動できるため、プラズマ源と半導体層との距離を任意に設定することが可能である。イオン注入法は、プラズマ近傍に設置された半導体層に負の高電圧パルスを印加することにより、半導体層の表面全体にイオンを注入することが好ましい。あるいは、専用のイオン注入装置を用いてイオン注入を行ってもよい。   When nitrogen is supplied from a nitrogen-containing plasma source or the like, an ion implantation method can also be used. According to the ion implantation method, ions accelerated by an electric field can move over a long distance, so that the distance between the plasma source and the semiconductor layer can be arbitrarily set. In the ion implantation method, it is preferable to implant ions over the entire surface of the semiconductor layer by applying a negative high voltage pulse to the semiconductor layer installed in the vicinity of the plasma. Alternatively, ion implantation may be performed using a dedicated ion implantation apparatus.

なお、TFT特性の更なる向上を目的として、窒素/酸素窒素含有層の窒素の面密度(N)と酸素の面密度(O)との比(N/O)を0.5以上にするためには、例えば、プラズマのガス圧力やガス組成、処理温度などのプラズマ発生条件を以下のように制御して行うことが好ましい。これにより、半導体層の酸化が効果的に抑えられるほか、窒化反応が促進され、生成効率が高められる(後記する実施例を参照)。   In order to further improve the TFT characteristics, the ratio (N / O) of the surface density (N) of nitrogen to the surface density (O) of nitrogen of the nitrogen / oxygen-containing layer is set to 0.5 or more. For example, plasma generation conditions such as plasma gas pressure, gas composition, and processing temperature are preferably controlled as follows. This effectively suppresses the oxidation of the semiconductor layer, promotes the nitriding reaction, and increases the generation efficiency (see Examples described later).

まず、処理温度は300℃以上であることが好ましい。処理温度が300℃未満の場合、窒化反応の進行が遅く、拡散バリアとして有効に作用し得る窒素/酸素窒素含有層の形成に長時間を要するほか、窒化反応よりも酸化反応が顕著に進行し、より良好なTFT特性を得ることが難しくなる。ただし、温度が高くなり過ぎると、処理対象である半導体層の変質や半導体層への損傷を招くため、おおむね、360℃以下であることが好ましい。   First, it is preferable that processing temperature is 300 degreeC or more. When the processing temperature is less than 300 ° C., the nitriding reaction proceeds slowly, and it takes a long time to form a nitrogen / oxygen-containing layer that can effectively act as a diffusion barrier, and the oxidation reaction proceeds significantly more than the nitriding reaction. It becomes difficult to obtain better TFT characteristics. However, if the temperature is excessively high, the semiconductor layer to be processed is deteriorated and the semiconductor layer is damaged. Therefore, the temperature is preferably approximately 360 ° C. or lower.

また、圧力に関しては、55Pa以上の圧力下で行うことが好ましい。圧力が55Pa未満の場合、窒化反応の進行が遅く、拡散バリアとして有効に作用し得る窒素/酸素窒素含有層層の形成に長時間を要する。圧力を高くすれば酸化反応よりも窒化反応が進行し、TFT特性が向上する。上記の観点からすれば、圧力は高いほど良く、例えば、60Pa以上であることがより好ましく、66Pa以上であることが更に好ましい。なお、圧力の上限は、使用する装置の性能などに依存するために一義的に決定し難いが、プラズマを安定して供給するという観点からすれば、おおむね、400Pa以下であることが好ましく、266Pa以下であることがより好ましい。   Moreover, regarding the pressure, it is preferable to carry out under the pressure of 55 Pa or more. When the pressure is less than 55 Pa, the nitriding reaction proceeds slowly, and it takes a long time to form a nitrogen / oxygen-containing layer that can effectively act as a diffusion barrier. If the pressure is increased, the nitriding reaction proceeds more than the oxidation reaction, and the TFT characteristics are improved. From the above viewpoint, the higher the pressure, the better. For example, the pressure is more preferably 60 Pa or more, and further preferably 66 Pa or more. Note that the upper limit of the pressure depends on the performance of the apparatus to be used and is not easily determined. However, from the viewpoint of stably supplying the plasma, the upper limit of the pressure is preferably approximately 400 Pa or less. The following is more preferable.

プラズマ照射時間は、10分以下とすることが好ましい。プラズマ照射時間が10分超の場合、アモルファスシリコン表面に形成された窒素/酸素含有層による電圧降下が無視できなくなり、TFT特性が低下する。プラズマ照射時間は、7分以下であることがより好ましく、5分以下であることが一層好ましい。プラズマ照射時間の下限に関しては、アモルファスシリコン表面に一層程度の窒素/酸素窒素含有層が形成されていれば本発明の効果は充分発揮されると考えられることを勘案すれば、少なくとも、アモルファスシリコン表面に窒素/酸素含有層が一層程度形成される時間以上とすれば良い。プラズマ照射時間は、1秒以上であることが好ましく、5秒以上であることがより好ましい。後記する実施例では、プラズマ照射時間が5秒程度で充分な拡散バリア特性が得られることを確認している。   The plasma irradiation time is preferably 10 minutes or less. When the plasma irradiation time exceeds 10 minutes, the voltage drop due to the nitrogen / oxygen-containing layer formed on the amorphous silicon surface cannot be ignored, and the TFT characteristics deteriorate. The plasma irradiation time is more preferably 7 minutes or less, and further preferably 5 minutes or less. With regard to the lower limit of the plasma irradiation time, at least considering the fact that the effect of the present invention can be sufficiently exerted if a nitrogen / oxygen-nitrogen-containing layer of about one layer is formed on the amorphous silicon surface, at least the surface of the amorphous silicon In addition, it may be set to a time for forming a nitrogen / oxygen-containing layer to the extent of one layer. The plasma irradiation time is preferably 1 second or longer, and more preferably 5 seconds or longer. In the examples described later, it has been confirmed that sufficient diffusion barrier characteristics can be obtained when the plasma irradiation time is about 5 seconds.

また、投入電力は、50W以上とすることが好ましい。投入電力が50W未満の場合、窒化反応の進行が遅く、拡散バリアとして有効に作用し得る窒素含有層の形成に長時間を要するほか、窒化反応よりも酸化反応が顕著に進行し、TFT特性が低下する。上記の観点からすれば、投入電力は高いほど良く、例えば、60W以上であることがより好ましく、75W以上であることが更に好ましい。   The input power is preferably 50 W or more. When the input power is less than 50 W, the progress of the nitriding reaction is slow, and it takes a long time to form a nitrogen-containing layer that can effectively act as a diffusion barrier. In addition, the oxidation reaction proceeds significantly more than the nitriding reaction, and the TFT characteristics are improved. descend. From the above viewpoint, the higher the input power, the better. For example, it is preferably 60 W or more, and more preferably 75 W or more.

ガス組成は、前述した窒素含有ガス(N、NH、NFなど)のみであっても良いが、窒素含有ガスと、還元性元素含有ガスとの混合ガスであることが好ましく、これにより、半導体層の酸化が一層有効に抑えられる。還元性ガスとしては、例えば、NHやHなどが挙げられる。このうちNHは、還元作用を有するだけでなく窒素含有ガスとしても作用するため、単独で用いることもできるが、Hと混合して用いることもできる。 The gas composition may be only the nitrogen-containing gas (N 2 , NH 3 , NF 3 etc.) described above, but is preferably a mixed gas of nitrogen-containing gas and reducing element-containing gas. Further, the oxidation of the semiconductor layer can be suppressed more effectively. Examples of the reducing gas include NH 3 and H 2 . Of these, NH 3 not only has a reducing action, but also acts as a nitrogen-containing gas, so it can be used alone or in combination with H 2 .

(ii)熱窒化法
熱窒化法は、皮膜のつきまわりが良いなどの理由によって汎用されている。具体的には、例えば、窒素ガス雰囲気下で、400℃以下の温度で加熱することが好ましい。加熱温度が高いと、半導体層への損傷が大きくなり、一方、加熱温度が低い場合、所望の窒素/酸素窒素含有層を十分形成できない恐れがある。加熱温度は、200℃以上380℃以下に制御することがより好ましく、250℃以上350℃以下に制御することがさらに好ましい。上記の加熱処理は、前述したプラズマ窒化法と併用してもよく、これにより、窒素/酸素窒素含有層の形成を更に促進することができる。
(Ii) Thermal nitridation The thermal nitridation method is widely used for reasons such as good coating coverage. Specifically, for example, it is preferable to heat at a temperature of 400 ° C. or lower in a nitrogen gas atmosphere. When the heating temperature is high, damage to the semiconductor layer increases. On the other hand, when the heating temperature is low, a desired nitrogen / oxygen-nitrogen containing layer may not be sufficiently formed. The heating temperature is more preferably controlled to 200 ° C. or higher and 380 ° C. or lower, and more preferably 250 ° C. or higher and 350 ° C. or lower. The above heat treatment may be used in combination with the above-described plasma nitridation method, which can further promote the formation of the nitrogen / oxygen-containing layer.

(iii)アミノ化法
アミノ化法は、光の作用によってガスの分解または反応を促進し、窒素/酸素窒素含有層を生成する方法であり、通常、紫外線領域の波長(約200nm〜400nm)の光が用いられる。光源としては、水銀ランプ(低圧水銀灯:波長254nm、高圧水銀灯:365nm)やエキシマレーザー(ArF:194nm、KrF:248nm)などを利用すればよい。具体的には、窒素含有ガス雰囲気下でより短波長の紫外線を用いることが好ましく、これにより、高いエネルギーを付与することができる。
(Iii) Amination method The amination method is a method of generating a nitrogen / oxygen-nitrogen-containing layer by promoting the decomposition or reaction of gas by the action of light, and usually has a wavelength in the ultraviolet region (about 200 nm to 400 nm). Light is used. As the light source, a mercury lamp (low pressure mercury lamp: wavelength 254 nm, high pressure mercury lamp: 365 nm), excimer laser (ArF: 194 nm, KrF: 248 nm) or the like may be used. Specifically, it is preferable to use ultraviolet rays having a shorter wavelength in a nitrogen-containing gas atmosphere, and thereby high energy can be imparted.

アミノ化法は、アミノ基などを含有する窒素含有液を用いて行うことが好ましい。このような窒素含有液を半導体層と接触した状態で紫外線を更に照射すると、半導体層に対し、窒素をより効率よく供給することができる。   The amination method is preferably performed using a nitrogen-containing liquid containing an amino group or the like. If such a nitrogen-containing liquid is further irradiated with ultraviolet rays in contact with the semiconductor layer, nitrogen can be supplied to the semiconductor layer more efficiently.

このように、窒素/酸素窒素含有層は、好ましくは、前述した(i)〜(iii)の方法によって形成されるが、更に、製造工程の簡略化や処理時間の短縮などの観点から、窒素/酸素窒素含有層の形成に用いる装置やチャンバー、温度やガス組成を、以下のように制御して行うことが好ましい。   As described above, the nitrogen / oxygen-containing layer is preferably formed by the methods (i) to (iii) described above. Further, from the viewpoints of simplifying the manufacturing process and shortening the processing time, the nitrogen / oxygen-containing layer is formed. / It is preferable to carry out by controlling the apparatus, chamber, temperature and gas composition used for forming the oxygen-nitrogen-containing layer as follows.

まず、装置は、製造工程の簡略化のため、半導体層形成装置と同じ装置で行うことが好ましい。これにより、装置間もしくは装置内で、処理対象のワークが余分に移動する必要がなくなる。   First, it is preferable to perform the apparatus using the same apparatus as the semiconductor layer forming apparatus in order to simplify the manufacturing process. This eliminates the need for extra work to be processed between devices or between devices.

また、温度に関しては、半導体層の成膜温度と実質的に同じ温度で行うことが好ましく、これにより、温度変動に伴なう調節時間を省略することができる。   In addition, regarding the temperature, it is preferable to carry out at substantially the same temperature as the temperature at which the semiconductor layer is formed, so that the adjustment time associated with temperature fluctuation can be omitted.

あるいは、ガス組成は、前述した窒素含有ガスと、還元性元素含有ガスとの混合ガスであることが好ましく、これにより、半導体層の酸化が抑制される。還元性元素としては、例えばNHやHなどが挙げられる。このうち、NHは、還元作用を有するだけでなく窒素含有ガスとしても作用するため、単独で用いることもできるが、Hと混合して用いることもできる。 Alternatively, the gas composition is preferably a mixed gas of the nitrogen-containing gas and the reducing element-containing gas described above, thereby suppressing the oxidation of the semiconductor layer. Examples of the reducing element include NH 3 and H 2 . Of these, NH 3 not only has a reducing action, but also acts as a nitrogen-containing gas, so it can be used alone or in combination with H 2 .

以上、窒素/酸素窒素含有層を形成する方法について、詳述した。   The method for forming the nitrogen / oxygen-containing layer has been described in detail above.

このようにしてTFTの半導体層上に窒素/酸素窒素含有層を形成した後、例えば、スパッタリング法によってCu系合金を形成すると、所望のソース−ドレイン用配線が得られる。本発明に用いられるソース−ドレイン電極は、単一のスパッタリングターゲット及び単一のスパッタリングガスを用いて形成できるため、前述した特許文献11のように、スパッタリングガスの組成を変化させる必要はない。そのため、本発明によれば従来よりも工程の簡略化を更に図ることができる。   After forming the nitrogen / oxygen-nitrogen containing layer on the semiconductor layer of the TFT in this way, a desired source-drain wiring can be obtained, for example, by forming a Cu-based alloy by sputtering. Since the source-drain electrode used in the present invention can be formed using a single sputtering target and a single sputtering gas, it is not necessary to change the composition of the sputtering gas as in Patent Document 11 described above. Therefore, according to the present invention, the process can be further simplified than in the prior art.

本発明に用いられるソース−ドレイン電極は、TFTの半導体層とCu系合金との間に、TFTの半導体層を覆うように上記の窒素/酸素窒素含有層を設けたところに特徴がある。従って、例えば、半導体層の種類は特に限定されず、TFT特性に悪影響を及ぼさない限り、ソース−ドレイン電極に通常使用されるものを用いることができる。   The source-drain electrode used in the present invention is characterized in that the nitrogen / oxygen-nitrogen containing layer is provided between the TFT semiconductor layer and the Cu-based alloy so as to cover the TFT semiconductor layer. Therefore, for example, the type of the semiconductor layer is not particularly limited, and those normally used for the source-drain electrodes can be used as long as the TFT characteristics are not adversely affected.

半導体層は、代表的には、アモルファスシリコン(好ましくは水素化アモルファスシリコン)または多結晶シリコンなどが挙げられる。   A typical example of the semiconductor layer is amorphous silicon (preferably hydrogenated amorphous silicon) or polycrystalline silicon.

また、ソース−ドレイン電極用の配線材料としては、従来汎用されている純Cuをそのまま用いることもできる。   Further, as a wiring material for the source-drain electrodes, pure Cu that has been conventionally used can be used as it is.

あるいは、ソース−ドレイン電極用の配線材料として、Ni,Zn,Mg,Mn,Ir,Ge,Nb,Cr,および希土類元素からなる群(グループX)から選択される少なくとも一種の元素を含有するCu−X合金を用いても良い。   Alternatively, Cu containing at least one element selected from the group consisting of Ni, Zn, Mg, Mn, Ir, Ge, Nb, Cr, and rare earth elements (group X) as a wiring material for the source-drain electrodes -X alloy may be used.

ここで、グループXに属する元素の含有量は、おおむね、0.01原子%以上3原子%以下の範囲内であることが好ましい。グループXに属する元素の含有量が0.01原子%未満では、所望の効果が得られない。一方、3原子%を超えると、Cu−X合金薄膜の電気抵抗が極端に高くなって画素の応答速度が遅くなり、消費電力が増大してディスプレイとしての品位が低下し、実用に供し得なくなる。グループXに属する元素の含有量は、0.05原子%以上2.0原子%以下であることが好ましい。   Here, the content of elements belonging to Group X is preferably in the range of generally about 0.01 atomic% to 3 atomic%. If the content of the element belonging to Group X is less than 0.01 atomic%, the desired effect cannot be obtained. On the other hand, when it exceeds 3 atomic%, the electrical resistance of the Cu-X alloy thin film becomes extremely high, the response speed of the pixel is slowed down, the power consumption is increased, the quality of the display is lowered, and it cannot be put into practical use. . The content of elements belonging to Group X is preferably 0.05 atomic percent or more and 2.0 atomic percent or less.

このようなソース−ドレイン電極を備えた薄膜トランジスタ基板を用いれば、従来のように、Cu系合金の薄膜とTFTの半導体層との間に下部バリアメタル層を介在させることが不要になり、当該Cu系合金を窒素含有層または酸素窒素含有層を介して半導体層と接合することができる。後記する実施例に示すように、純CuやCu−X合金の薄膜を用いて試作されたTFTは、Crなどのバリアメタル層を介在させた従来例の場合と同レベル以上のTFT特性を実現できることが確認された。従って、本発明によれば、バリアメタル層の省略によって製造工程を簡略化することができ、製造コストを低減できる。   If a thin film transistor substrate having such a source-drain electrode is used, it becomes unnecessary to interpose a lower barrier metal layer between the Cu-based alloy thin film and the TFT semiconductor layer as in the prior art. The alloy can be bonded to the semiconductor layer via the nitrogen-containing layer or the oxygen-nitrogen containing layer. As shown in the examples to be described later, a TFT manufactured using a thin film of pure Cu or Cu-X alloy realizes TFT characteristics at the same level or higher as in the case of a conventional example in which a barrier metal layer such as Cr is interposed. It was confirmed that it was possible. Therefore, according to the present invention, the manufacturing process can be simplified by omitting the barrier metal layer, and the manufacturing cost can be reduced.

以下、図面を参照しながら、本発明に係るTFTモジュールの好ましい実施形態を説明する。以下では、アモルファスシリコンTFT基板を備えた液晶表示装置を代表的に挙げて説明するが、本発明はこれに限定されず、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。本発明に用いられるソース−ドレイン電極は、例えば、反射型液晶表示デバイスなどの反射電極、外部への信号入出力のために使用されるTAB(タブ)接続電極にも同様に適用できることを実験により確認している。   Hereinafter, preferred embodiments of a TFT module according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the following, a liquid crystal display device having an amorphous silicon TFT substrate will be described as a representative example. However, the present invention is not limited to this, and is implemented with appropriate modifications within a range that can meet the purpose described above and below. Any of these may be included in the technical scope of the present invention. The source-drain electrode used in the present invention can be similarly applied to, for example, a reflective electrode such as a reflective liquid crystal display device and a TAB (tab) connection electrode used for signal input / output to the outside. I have confirmed.

(実施形態1)
図3は、本発明に係るアモルファスシリコンTFT基板の実施形態を説明する概略断面図である。図3では、従来のTFT基板を示す前述した図2と同じ番号を付している。本実施形態によれば、以下に詳述するように、窒素および酸素を含有する層(酸素窒素含有層)の形成が確認されている。
(Embodiment 1)
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating an embodiment of an amorphous silicon TFT substrate according to the present invention. In FIG. 3, the same reference numerals as those in FIG. 2 showing the conventional TFT substrate are attached. According to this embodiment, formation of a layer containing nitrogen and oxygen (oxygen-nitrogen-containing layer) has been confirmed as described in detail below.

図3において、ソース電極28およびドレイン電極29に電気的に接続されるソース−ドレイン配線34は、酸素窒素含有層とCuまたはCu−0.34原子%Ni合金とからなり、酸素窒素含有層は、アモルファスシリコンチャネル薄膜33を覆うように形成されている。ソース−ドレイン配線34の構成は、後述する図4(e)および図4(f)に示している。   In FIG. 3, the source-drain wiring 34 electrically connected to the source electrode 28 and the drain electrode 29 is composed of an oxygen / nitrogen-containing layer and Cu or Cu-0.34 atomic% Ni alloy. The amorphous silicon channel thin film 33 is formed so as to cover it. The configuration of the source-drain wiring 34 is shown in FIGS. 4E and 4F described later.

図2と図3とを対比すると明らかなように、従来のTFT基板では、図2に示すように、ソース−ドレイン電極の下に、Moなどの下部バリアメタル層53が形成されているのに対し、本発明のTFTモジュールでは、下部バリアメタル層53を省略することができる。   As apparent from the comparison between FIG. 2 and FIG. 3, in the conventional TFT substrate, as shown in FIG. 2, the lower barrier metal layer 53 such as Mo is formed under the source-drain electrodes. On the other hand, in the TFT module of the present invention, the lower barrier metal layer 53 can be omitted.

本実施形態によれば、従来のように下部バリアメタル層を介在させることなく、酸素窒素含有層を介してCu系合金をアモルファスシリコンチャネル薄膜と直接接続することができ、従来のTFT基板と同程度以上の良好なTFT特性を実現できる(後記する実施例を参照)。   According to the present embodiment, the Cu-based alloy can be directly connected to the amorphous silicon channel thin film through the oxygen-nitrogen-containing layer without interposing the lower barrier metal layer as in the prior art, which is the same as the conventional TFT substrate. It is possible to realize a TFT characteristic as good as or more than that (refer to Examples described later).

次に、図4を参照しながら、図3に示す、本実施形態に係るTFT基板の製造方法を説明する。図4には図3と同じ参照符号を付している。   Next, a manufacturing method of the TFT substrate according to this embodiment shown in FIG. 3 will be described with reference to FIG. 4, the same reference numerals as those in FIG. 3 are given.

まず、図4(a)に示すように、ガラス基板1a上に、スパッタリングなどの方法を用いて、厚さ50nm程度のMo薄膜52および厚さ200nm程度のCu合金系薄膜(Cu−0.34原子%Ni合金)61を順次積層する。スパッタリングの成膜温度は室温とした。この積層薄膜上に、図4(b)に示すように、フォトリソグラフィによってレジスト62をパターニングした後、レジスト62をマスクとしてMo薄膜52およびCu系合金薄膜61の積層膜をエッチングすることにより、ゲート電極26を形成する(図4(c))。このとき、後に成膜されるゲート絶縁膜27のカバレッジ性が良くなるように、上記積層薄膜の周縁を約30°〜60°のテーパー状にエッチングしておくのがよい。   First, as shown in FIG. 4A, a Mo thin film 52 having a thickness of about 50 nm and a Cu alloy thin film (Cu-0.34) having a thickness of about 200 nm are formed on a glass substrate 1a by using a method such as sputtering. Atomic% Ni alloy) 61 is sequentially laminated. The film formation temperature of sputtering was room temperature. On this laminated thin film, as shown in FIG. 4B, after patterning the resist 62 by photolithography, the laminated film of the Mo thin film 52 and the Cu-based alloy thin film 61 is etched by using the resist 62 as a mask to obtain a gate. The electrode 26 is formed (FIG. 4C). At this time, it is preferable to etch the periphery of the laminated thin film in a taper shape of about 30 ° to 60 ° so that the coverage of the gate insulating film 27 to be formed later is improved.

次いで、図4(d)に示すように、例えばプラズマCVD法などの方法を用いて、厚さ約300nm程度のSi窒化膜(ゲート絶縁膜)27を形成する。プラズマCVD法の成膜温度は、約350℃とした。続いて、例えば、プラズマCVD法などの方法を用いて、Si窒化膜(ゲート絶縁膜)27の上に、厚さ200nm程度のアンドープト水素化アモルファスシリコン膜(a−Si−H)55および厚さ約80nmのリンをドーピングしたn型水素化アモルファスシリコン膜(na−Si−H)56を順次積層する。n型水素化アモルファスシリコン膜は、SiH、PHを原料としたプラズマCVDを行うことによって形成される。 Next, as shown in FIG. 4D, a Si nitride film (gate insulating film) 27 having a thickness of about 300 nm is formed using a method such as plasma CVD. The film formation temperature of the plasma CVD method was about 350 ° C. Subsequently, for example, an undoped hydrogenated amorphous silicon film (a-Si-H) 55 having a thickness of about 200 nm and a thickness are formed on the Si nitride film (gate insulating film) 27 by using a method such as plasma CVD. An n + type hydrogenated amorphous silicon film (n + a-Si—H) 56 doped with phosphorus of about 80 nm is sequentially stacked. The n + type hydrogenated amorphous silicon film is formed by performing plasma CVD using SiH 4 and PH 3 as raw materials.

次に、Si窒化膜の形成に用いたのと同じプラズマCVD装置内にて、図4(e)に示すように、上記のようにして得られたn型水素化アモルファスシリコン膜(na−Si−H)56の上に酸素窒素含有層60を形成する。具体的には、チャンバー内に基板を保持したまま、アモルファスシリコン膜の成膜に用いた原料ガスを排除した。次いで、チャンバー内に、キャリアガスとして窒素のみを供給してプラズマを発生させ、n型水素化アモルファスシリコン膜56の表面を30秒間処理し、酸素窒素含有層を形成した。高周波(RF)パワー密度は0.14W/cm、成膜温度は320℃、ガス圧力は133Paとした。 Next, in the same plasma CVD apparatus used for forming the Si nitride film, as shown in FIG. 4E, the n + type hydrogenated amorphous silicon film (n + ) obtained as described above is used. The oxygen / nitrogen-containing layer 60 is formed on the (a-Si-H) 56. Specifically, the source gas used for forming the amorphous silicon film was eliminated while the substrate was held in the chamber. Next, plasma was generated by supplying only nitrogen as a carrier gas into the chamber, and the surface of the n + -type hydrogenated amorphous silicon film 56 was treated for 30 seconds to form an oxygen-nitrogen-containing layer. The radio frequency (RF) power density was 0.14 W / cm 2 , the deposition temperature was 320 ° C., and the gas pressure was 133 Pa.

後記する実施例1は、上記の条件で実験を行なったときのTFT特性などを調べたものである。上記のようにして形成された酸素窒素含有層表面をRBS法及びXPS法で分析した結果、上記層には酸素原子が含まれており、窒素原子および酸素原子の和とシリコン原子との比(Q値)は0.2を超える酸素窒素含有層が約3.0nm形成されていることが確認された。このように、キャリアガスとして窒素のみを使用しているにもかかわらず、酸素を含む酸素窒素含有層が形成される理由は、上記のように、プラズマCVDチャンバー内にてプラズマ窒化処理を行う際には、チャンバー内壁や配管内壁などに吸着した酸素原子によって窒素含有層に酸素原子が混入することが避けられないケースがあるからである。   Example 1 to be described later examined the TFT characteristics when the experiment was performed under the above conditions. As a result of analyzing the surface of the oxygen-nitrogen containing layer formed as described above by the RBS method and the XPS method, the layer contains oxygen atoms, and the ratio of the sum of nitrogen atoms and oxygen atoms to silicon atoms ( It was confirmed that an oxygen / nitrogen-containing layer having a Q value of more than 0.2 was formed with a thickness of about 3.0 nm. As described above, the reason why the oxygen-containing layer containing oxygen is formed in spite of using only nitrogen as the carrier gas is that the plasma nitriding process is performed in the plasma CVD chamber as described above. This is because there are cases in which oxygen atoms are inevitably mixed into the nitrogen-containing layer due to oxygen atoms adsorbed on the inner wall of the chamber or the inner wall of the pipe.

なお、本実施形態では、プラズマ窒化法によって酸素窒素含有層60を形成したが、これに限定されず、前述した(ii)の熱窒化法や(iii)のアミノ化法を採用しても、所望の酸素窒素含有層、あるいは、酸素原子を実質的に含有しない窒素含有層が得られることを実験によって確認している。   In the present embodiment, the oxygen / nitrogen-containing layer 60 is formed by plasma nitriding, but the present invention is not limited to this, and even if the above-described (ii) thermal nitriding method or (iii) amination method is employed, Experiments have confirmed that a desired oxygen / nitrogen-containing layer or a nitrogen-containing layer substantially free of oxygen atoms can be obtained.

次いで、図4(f)に示すように、酸素窒素含有層60の上に、スパッタリングなどの方法を用いて、厚さ300nm程度のCu―0.34原子%Ni合金膜63を形成する。スパッタリングの成膜温度は室温とした。次に、フォトリソグラフィによってレジストをパターニングした後、レジストをマスクとしてCu―0.34原子%Ni合金膜63をエッチングすることにより、ソース電極28と、ドレイン電極29とが形成される(図4(f))。更に、ソース電極28及びドレイン電極29をマスクとして、n型水素化アモルファスシリコン膜56をドライエッチングして除去する(図4(g))。 Next, as shown in FIG. 4F, a Cu-0.34 atomic% Ni alloy film 63 having a thickness of about 300 nm is formed on the oxygen-nitrogen containing layer 60 by using a method such as sputtering. The film formation temperature of sputtering was room temperature. Next, after patterning the resist by photolithography, the Cu-0.34 atomic% Ni alloy film 63 is etched using the resist as a mask to form the source electrode 28 and the drain electrode 29 (FIG. 4 ( f)). Further, using the source electrode 28 and the drain electrode 29 as a mask, the n + type hydrogenated amorphous silicon film 56 is removed by dry etching (FIG. 4G).

次に、例えばプラズマ窒化装置などを用いて厚さ300nm程度のSi窒化膜(保護膜)を形成する(不図示)。このときの成膜は、約250℃で行った。次に、Si窒化膜30上にレジストをパターニングし、ドライエッチングなどを行うことによってコンタクトホール57を形成する。   Next, a Si nitride film (protective film) having a thickness of about 300 nm is formed using a plasma nitriding apparatus, for example (not shown). The film formation at this time was performed at about 250 ° C. Next, a resist is patterned on the Si nitride film 30, and contact holes 57 are formed by performing dry etching or the like.

次に、例えばアミン系などの剥離液を用いてフォトレジスト層(不図示)を剥離する。最後に、厚さ50nm程度のITO膜(酸化インジウムに10質量%の酸化スズを添加)を成膜する。次いで、ウェットエッチングによるパターニングを行って透明画素電極5を形成すると、TFTが完成する。   Next, the photoresist layer (not shown) is stripped using, for example, an amine-based stripping solution. Finally, an ITO film having a thickness of about 50 nm (addition of 10% by mass of tin oxide to indium oxide) is formed. Next, patterning by wet etching is performed to form the transparent pixel electrode 5, thereby completing the TFT.

本実施形態によれば、アモルファスシリコンチャネル薄膜が窒素/酸素窒素含有層を介してCu−Ni合金薄膜と接続されたTFT基板が得られる。   According to this embodiment, a TFT substrate in which an amorphous silicon channel thin film is connected to a Cu—Ni alloy thin film via a nitrogen / oxygen-nitrogen containing layer is obtained.

上記では、透明画素電極5として、ITO幕を用いたが、IZO膜を用いてもよい。また、活性半導体層としてアモルファスシリコンの代わりにポリシリコンを用いてもよい。   In the above description, an ITO curtain is used as the transparent pixel electrode 5, but an IZO film may be used. Further, polysilicon may be used as the active semiconductor layer instead of amorphous silicon.

このようにして得られるTFT基板を使用し、例えば、以下に記載の方法によって、前述した図1に示す液晶表示装置を作成する。   Using the TFT substrate thus obtained, for example, the liquid crystal display device shown in FIG. 1 described above is produced by the method described below.

まず、上記のようにして作成したTFT基板1の表面に、例えばポリイミドを塗布し、乾燥してからラビング処理を行って配向膜を形成する。   First, for example, polyimide is applied to the surface of the TFT substrate 1 produced as described above, and after drying, a rubbing treatment is performed to form an alignment film.

一方、対向基板2は、ガラス基板上に、例えばクロムをマトリクス状にパターニングすることによって遮光膜9を形成する。次に、遮光膜9の間隙に、樹脂製の赤、緑、青のカラーフィルタ8を形成する。遮光膜9とカラーフィルタ8上に、ITO膜のような透明導電性膜を共通電極7として配置することによって対向電極を形成する。そして、対向電極の最上層に例えばポリイミドを塗布し、乾燥した後、ラビング処理を行って配向膜11を形成する。   On the other hand, the counter substrate 2 forms the light shielding film 9 on a glass substrate by patterning, for example, chromium in a matrix. Next, resin-made red, green, and blue color filters 8 are formed in the gaps between the light shielding films 9. A counter electrode is formed by disposing a transparent conductive film such as an ITO film as the common electrode 7 on the light shielding film 9 and the color filter 8. Then, for example, polyimide is applied to the uppermost layer of the counter electrode, and after drying, a rubbing process is performed to form the alignment film 11.

次いで、TFT基板1と対向基板2の配向膜11が形成されている面と夫々対向するように配置し、樹脂製などのシール材16により、液晶の封入口を除いてTFT基板1と対向基板2とを貼り合わせる。このとき、TFT基板1と対向基板2との間には、スペーサー15を介在させるなどして2枚の基板間のギャップを略一定に保つ。   Next, the TFT substrate 1 and the counter substrate 2 are arranged so as to face each other on the surface on which the alignment film 11 is formed, and the TFT substrate 1 and the counter substrate are removed by a sealing material 16 made of resin, excluding the liquid crystal sealing port. 2 and pasted together. At this time, a gap between the two substrates is kept substantially constant by interposing a spacer 15 between the TFT substrate 1 and the counter substrate 2.

このようにして得られる空セルを真空中に起き、封入口を液晶に浸した状態で徐々に大気圧に戻していくことにより、空セルに液晶分子を含む液晶材料を注入して液晶層を形成し、封入口を封止する。最後に、空セルの外側の両面に偏光板10を貼り付けて液晶パネルを完成させる。   The empty cell thus obtained is raised in a vacuum, and gradually returned to atmospheric pressure with the sealing port immersed in liquid crystal, thereby injecting a liquid crystal material containing liquid crystal molecules into the empty cell to form a liquid crystal layer. Form and seal the sealing port. Finally, polarizing plates 10 are attached to both sides of the empty cell to complete the liquid crystal panel.

次に、図1に示したように、液晶表示装置を駆動するドライバ回路13を液晶パネルに電気的に接続し、液晶パネルの側部あるいは裏面部に配置する。そして、液晶パネルの表示面となる開口を含む保持フレーム23と、面光源をなすバックライト22と導光板20と保持フレーム23によって液晶パネルを保持し、液晶表示装置を完成させる。   Next, as shown in FIG. 1, a driver circuit 13 for driving the liquid crystal display device is electrically connected to the liquid crystal panel and disposed on the side portion or the back surface portion of the liquid crystal panel. Then, the liquid crystal panel is held by the holding frame 23 including the opening serving as the display surface of the liquid crystal panel, the backlight 22 serving as the surface light source, the light guide plate 20, and the holding frame 23, thereby completing the liquid crystal display device.

本発明には、前述したソース−ドレイン電極の成膜に用いられるCu基合金スパッタリングターゲットも包含される。   The present invention also includes a Cu-based alloy sputtering target used for film formation of the source-drain electrodes described above.

前述した実施形態で記載したように、ソース−ドレイン電極に用いられる純CuやCu−X合金薄膜は、高速で高品質の成膜が可能なスパッタ法を用いて形成することが好ましい。従って、これら純CuまたはCu−X合金をスパッタリングターゲット材料とすることが好ましい。   As described in the above-described embodiment, the pure Cu or Cu—X alloy thin film used for the source-drain electrode is preferably formed by a sputtering method capable of forming a high-quality film at a high speed. Therefore, it is preferable to use these pure Cu or Cu-X alloy as a sputtering target material.

上記のスパッタリングターゲットの製造方法は特に限定されず、溶解・鋳造法、粉末焼結法などのいずれの方法を採用することもできるが、その中でも特に、真空溶解・鋳造法で製造することが推奨される。真空溶解・鋳造法によれば、他の方法で製造した場合と比較して、窒素や酸素などの不純物成分の少ないターゲットが得られるため、上記のスパッタリングターゲットを用いて成膜されたソース−ドレイン電極は、優れた特性を発揮し得、高性能かつ高信頼性の表示デバイスの生産が可能となるからである。   The method for producing the sputtering target is not particularly limited, and any method such as a melting / casting method or a powder sintering method can be adopted, but in particular, it is recommended to produce by a vacuum melting / casting method. Is done. According to the vacuum melting / casting method, a target with less impurity components such as nitrogen and oxygen can be obtained as compared with the case of manufacturing by other methods. This is because the electrode can exhibit excellent characteristics, and a high-performance and highly reliable display device can be produced.

本発明の表示デバイスは、前述したソース−ドレイン電極を備えているため、格段に優れた性能と信頼性を実現することが可能である。なお、本発明の表示デバイスは、上記のソース−ドレイン電極を備えていれば良く、その他の表示デバイスの構成は特に限定されず、表示デバイスの分野において公知のあらゆる構成を採用することができる。   Since the display device of the present invention includes the above-described source-drain electrodes, it is possible to realize remarkably superior performance and reliability. Note that the display device of the present invention only needs to include the above-described source-drain electrodes, and the configuration of the other display devices is not particularly limited, and any configuration known in the field of display devices can be employed.

(実施例1〜2、比較例1)
以下の実施例1〜2では、酸素窒素含有層を有するCu合金薄膜のソース−ドレイン電極を用いれば、バリアメタル層を省略しても、半導体層へのCuの拡散が抑制され、良好なTFT特性が得られることを調べる目的で、種々の実験を行った。実施例1および実施例2では、前述した実施形態1と同様のプラズマ窒化法を用いて酸素窒素含有層を形成した。具体的な実験条件および評価方法は以下の通りである。
(Examples 1-2, Comparative Example 1)
In Examples 1 and 2 below, if a source-drain electrode of a Cu alloy thin film having an oxygen-nitrogen-containing layer is used, even if the barrier metal layer is omitted, the diffusion of Cu into the semiconductor layer is suppressed, and a good TFT Various experiments were conducted in order to investigate the characteristics. In Example 1 and Example 2, the oxygen-nitrogen-containing layer was formed using the same plasma nitridation method as in Embodiment 1 described above. Specific experimental conditions and evaluation methods are as follows.

(ソース−ドレイン電極)
実施例1では、ソース−ドレイン電極用の配線材料として、前述した実施形態1に記載のCu−0.34原子%Niを用いた。
(Source-drain electrode)
In Example 1, Cu-0.34 atomic% Ni described in Embodiment 1 was used as the wiring material for the source-drain electrodes.

実施例2では、前述した実施形態1において、Cu−0.34原子%Niの代わりに純Cuを用いた。   In Example 2, pure Cu was used in place of Cu-0.34 atomic% Ni in Embodiment 1 described above.

比較例1では純Cuを用いたが、窒素プラズマ処理は行わなかった。   In Comparative Example 1, pure Cu was used, but nitrogen plasma treatment was not performed.

その結果、実施例1および実施例2では、いずれも、窒素含有層に酸素を含む酸素窒素含有層が約3.0μm形成されており、且つ、当該酸素窒素含有層をRBX分析した結果、窒素原子および酸素原子の和とシリコン原子との比(Q値)は0.2を超えることが確認された。
これに対し、比較例1では、窒素/酸素窒素含有層の形成は見られなかった。
As a result, in both Example 1 and Example 2, the oxygen-containing layer containing oxygen was formed in the nitrogen-containing layer with a thickness of about 3.0 μm, and the oxygen-nitrogen-containing layer was analyzed by RBX. It was confirmed that the ratio (Q value) of the sum of atoms and oxygen atoms to silicon atoms exceeded 0.2.
On the other hand, in Comparative Example 1, formation of a nitrogen / oxygen-containing layer was not observed.

(実験に供したTFT)
ここでは、TFT特性を簡易に調べるため、実施形態1の図4(g)に示すTFTに対し、種々の熱処理(150℃で30分間、200℃で30分間、250℃で30分間、300℃で30分間)を行ったものを実験に供した。この熱処理条件は、TFT基板の製造工程で、熱履歴が最大となるSi窒化膜(保護膜)の成膜工程の加熱処理を想定して設定されたものである。本実施例に供したTFTは、現実のTFT基板のように種々の成膜工程が施されて完成されたものではないが、上記のアニールを行ったTFTは、実際のTFT基板のTFT特性をほぼ反映していると考えられる。
(TFT used for experiment)
Here, in order to easily examine the TFT characteristics, various heat treatments (150 ° C. for 30 minutes, 200 ° C. for 30 minutes, 250 ° C. for 30 minutes, 300 ° C. are performed on the TFT shown in FIG. For 30 minutes) was subjected to the experiment. This heat treatment condition is set on the assumption that the heat treatment in the film forming process of the Si nitride film (protective film) that maximizes the thermal history in the TFT substrate manufacturing process. The TFT used in this example is not completed by performing various film forming processes like an actual TFT substrate, but the TFT subjected to the above-mentioned annealing has the TFT characteristics of the actual TFT substrate. It is thought that it almost reflects.

(SiとCuとの相互拡散の評価)
実施例1、実施例2、比較例1のそれぞれについて、実施形態1の図4(g)に示すTFTを作製し、アモルファスシリコンチャネル薄膜との界面を観察し、アモルファスシリコン中のSiとCuとの相互拡散の有無を調べた。
詳細には、TFT作製直後の各試料、及びTFTに対して窒素雰囲気中にて350℃で30分間熱処理した各試料のそれぞれに、ついてGD−OES分析を行い、深さ方向の元素組成分析を行った。GD―OES分析は、成膜完了後の試料の膜表面(上層)から、高周波スパッタによって膜を削りながら膜を分析する手法である。GD―OESの分析条件は以下の通りである。
ガス圧力300Pa、電力20W、周波数500Hz、
デューティーサイクル0.125
(Evaluation of interdiffusion between Si and Cu)
For each of Example 1, Example 2, and Comparative Example 1, the TFT shown in FIG. 4G of Embodiment 1 was fabricated, the interface with the amorphous silicon channel thin film was observed, and Si and Cu in amorphous silicon were observed. The presence or absence of mutual diffusion was investigated.
Specifically, GD-OES analysis is performed on each sample immediately after TFT fabrication and each sample heat-treated at 350 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere, and element composition analysis in the depth direction is performed. went. GD-OES analysis is a technique for analyzing a film while scraping the film by high-frequency sputtering from the film surface (upper layer) of the sample after completion of film formation. The analysis conditions for GD-OES are as follows.
Gas pressure 300Pa, power 20W, frequency 500Hz,
Duty cycle 0.125

(SiとCuとの相互拡散の評価結果)
成膜後の各試料におけるGD−OES分析の結果を図5〜図7に示す。詳細には、図5に比較例1(純Cuのみ)の結果を、図6に実施例1の結果を、図7に実施例2の結果を、それぞれ、示す。
(Evaluation results of interdiffusion between Si and Cu)
The results of GD-OES analysis of each sample after film formation are shown in FIGS. Specifically, FIG. 5 shows the results of Comparative Example 1 (only pure Cu), FIG. 6 shows the results of Example 1, and FIG. 7 shows the results of Example 2.

まず、図5(比較例)を参照する。   First, FIG. 5 (comparative example) will be referred to.

図5(a)は、TFT作製直後の試料の結果を、図5(b)は350℃で30分間熱処理した試料の結果を示している。横軸はスパッタリング時間(秒)であり、表面から深さ方向の距離を間接的に意味しており、縦軸はCu原子、O原子、Si原子、N原子の相対強度である。   FIG. 5A shows the result of the sample immediately after the TFT fabrication, and FIG. 5B shows the result of the sample heat-treated at 350 ° C. for 30 minutes. The horizontal axis is the sputtering time (seconds) and indirectly means the distance in the depth direction from the surface, and the vertical axis is the relative intensity of Cu atoms, O atoms, Si atoms, and N atoms.

図5(a)と図5(b)とを対比すると明らかなように、窒素/酸素窒素含有層を有していない比較例1では、熱処理により、試料中のCu原子がアモルファスシリコン(a−Si)側に拡散することが分かる。   As is clear from a comparison between FIG. 5A and FIG. 5B, in Comparative Example 1 having no nitrogen / oxygen-nitrogen containing layer, Cu atoms in the sample were converted to amorphous silicon (a− It can be seen that it diffuses to the Si) side.

次に、図6及び図7(いずれも本発明例)を参照する。   Reference is now made to FIGS. 6 and 7 (both examples of the present invention).

図6(a)と図6(b)、図7(a)と図7(b)とを対比すると明らかなように、酸素窒素含有層を含有する実施例1(Cu−0.34原子%Ni合金)および酸素窒素含有層を含有する実施例2(純Cu)では、熱処理を行っても、試料中のCu原子はアモルファスシリコン(a−Si)側に拡散しておらず、a−Si内部へのCu原子の拡散が抑制されていることが分かる。   6A and 6B, and FIG. 7A and FIG. 7B, it is clear that Example 1 containing an oxygen-nitrogen-containing layer (Cu-0.34 atomic%). In Example 2 (pure Cu) containing a Ni alloy) and an oxygen-nitrogen containing layer, Cu atoms in the sample were not diffused to the amorphous silicon (a-Si) side even after heat treatment, and a-Si It can be seen that the diffusion of Cu atoms into the inside is suppressed.

上記は、Cu−Ni合金を用いたときの結果であるが、Ni以外のCu−X合金(X=Ni,Zn,Mg,Mn,Ir,Ge,Nb,Cr,および希土類元素の少なくとも一種)を用いたときも、図6および図7と同様の結果が得られることを、実験により確認している。   The above is the result when a Cu—Ni alloy is used, but a Cu—X alloy other than Ni (X = Ni, Zn, Mg, Mn, Ir, Ge, Nb, Cr, and at least one kind of rare earth elements) It has been confirmed by experiments that the same results as in FIG. 6 and FIG.

(実施例3)
本実施例では、前述した実施例2(純Cuを使用)において、プラズマ窒化法を、表1に示す種々の条件(条件1〜条件5)下で行なって酸素窒素含有層を形成したこと以外は、実施例1と同様にしてTFTを作製し、このTFTに対し、実施例1と同様にして種々の熱処理を行なった。比較のため、熱処理を行なわなかったものも用意した。いずれの条件下でも、キャリアガスとして窒素を用いた。
(Example 3)
In this example, in Example 2 (using pure Cu) described above, the plasma nitriding method was performed under various conditions (Condition 1 to Condition 5) shown in Table 1 to form an oxygen-nitrogen containing layer. In the same manner as in Example 1, a TFT was manufactured, and various heat treatments were performed on this TFT in the same manner as in Example 1. For comparison, a sample without heat treatment was also prepared. Under any condition, nitrogen was used as a carrier gas.

なお、表1に示すプラズマ窒化条件のうち、条件1〜2、条件4〜5は、いずれも、本発明で規定する好ましい範囲に設定されたものであり、条件3は、プラズマ照射時間が600秒と長い例である。   Of the plasma nitridation conditions shown in Table 1, conditions 1-2 and conditions 4-5 are all set within the preferred range defined in the present invention, and condition 3 has a plasma irradiation time of 600. This is an example of a long second.

次に、上記のTFTを用い、TFTのドレイン電流―ゲート電圧のスイッチング特性を調べた。スイッチング特性を調べることにより、SiとCuの相互拡散を間接的に評価することができる。ここでは、TFTのスイッチングのオフ時に流れるリーク電流(ゲート電圧に負電圧を印加したときのドレイン電流値、オフ電流)と、TFTのスイッチングのオン時に流れるオン電流とを、以下のようにして測定した。   Next, using the above TFT, the switching characteristics of the drain current-gate voltage of the TFT were examined. By examining the switching characteristics, the interdiffusion of Si and Cu can be indirectly evaluated. Here, the leakage current that flows when the TFT switching is turned off (the drain current value when the negative voltage is applied to the gate voltage, the off current) and the on current that flows when the TFT switching is turned on are measured as follows. did.

ゲート長(L)300μm、ゲート幅(W)20μmのTFTを用い、ドレイン電流およびゲート電圧を測定した。測定時のドレイン電圧は10Vとした。オフ電流はゲート電圧(−3V)を印加したときの電流と定義し、オン電流はゲート電圧が20Vとなるときの電圧と定義した。   A drain current and a gate voltage were measured using a TFT having a gate length (L) of 300 μm and a gate width (W) of 20 μm. The drain voltage at the time of measurement was 10V. The off current was defined as the current when the gate voltage (-3V) was applied, and the on current was defined as the voltage when the gate voltage was 20V.

このようにして測定される各TFT特性は、従来例のTFT特性を基準値として以下のように評価した。従来例として、純Cuの薄膜とMoのバリアメタル層とからなるソース−ドレイン電極を用いて上記と同様にしてTFTを作成し、TFT特性を測定した。従来例のオン電流は約1×10-6A(μAオーダー)であり、従来例のオフ電流は約1×10-12A(pAオーダー)であった。この値を基準値とし、オフ電流が上記基準値の1桁の
増加の範囲内(1×10−11A以下)に含まれるものを良好(○)、上記範囲を超える
ものを不良(×)とした。また、オン電流が熱処理条件により上記基準値(1×10−6
A)以上となるものを良好(○)、上記範囲よりもオン電流が小さくなるものを不良(×
)とした。更に、総合評価として、オン電流、オフ電流とも良好なものを◎、どちらか一方が良好で他方が不良なものを×とした。
Each TFT characteristic measured in this way was evaluated as follows using the TFT characteristic of the conventional example as a reference value. As a conventional example, a TFT was prepared in the same manner as described above using a source-drain electrode composed of a pure Cu thin film and a Mo barrier metal layer, and the TFT characteristics were measured. The on-current of the conventional example is about 1 × 10 −6 A (μA order), and the off-current of the conventional example is about 1 × 10 −12 A (pA order). Using this value as a reference value, the off-state current within the range of one digit increase of the reference value (1 × 10 −11 A or less) is good (◯), and the one exceeding the above range is bad (×) It was. Further, the on-current depends on the heat treatment condition, and the above reference value (1 × 10 −6
A) Good if it is above (◯), bad if the on-current is smaller than the above range (×)
). Further, as a comprehensive evaluation, ◎ indicates that both the on-current and off-current are good, and × indicates that either one is good and the other is bad.

更に、表1に示す条件1、条件3、および条件5の方法でTFTを作製したときにおける、酸素窒素含有層のQ値、および厚さを測定した。これらは、神戸製鋼所製高分解能RBS分析装置「HRBS500」を用いて測定した。なお、酸素窒素含有層の厚さは、Q値が0.2以上を満足する層の厚さである。   Furthermore, the Q value and thickness of the oxygen-nitrogen-containing layer when the TFT was produced by the methods of Condition 1, Condition 3, and Condition 5 shown in Table 1 were measured. These were measured using a high resolution RBS analyzer “HRBS500” manufactured by Kobe Steel. The thickness of the oxygen / nitrogen-containing layer is the thickness of the layer that satisfies the Q value of 0.2 or more.

これらの結果を表2にまとめて示す。   These results are summarized in Table 2.

表2より、以下のように考察することができる。   From Table 2, it can be considered as follows.

表2のNo.1〜5(条件1)、No.6〜10(条件2)、No.16〜20(条件4)、およびNo.21〜25(条件5)は、いずれも、本発明の好ましい範囲でプラズマ窒化を行った例であり、熱処理を行なった場合でも、従来例とほぼ同程度の良好なTFT特性が得られた。   No. in Table 2 1-5 (condition 1), No. 1 6-10 (Condition 2), no. 16-20 (condition 4), and 21 to 25 (Condition 5) are all examples in which plasma nitridation was performed within the preferred range of the present invention, and even when heat treatment was performed, good TFT characteristics almost equivalent to those of the conventional example were obtained.

このうち、条件1でプラズマ窒化を行なったときのQ値は1.8、酸素窒素含有層の厚さは1.7nmであり、条件5でプラズマ窒化を行なったときのQ値は1.5、酸素窒素含有層の厚さは2.0nmであり、いずれの条件下でも、所望の拡散抑制効果を持った酸素窒素含有層が得られている。   Of these, the Q value when plasma nitridation is performed under condition 1 is 1.8, the thickness of the oxygen-nitrogen-containing layer is 1.7 nm, and the Q value when plasma nitridation is performed under condition 5 is 1.5. The thickness of the oxygen / nitrogen-containing layer is 2.0 nm, and an oxygen / nitrogen-containing layer having a desired diffusion suppressing effect is obtained under any conditions.

詳細には、条件1でプラズマ窒化を行なったときの酸素窒素含有層についてRBS分析を行なった結果、最表面における酸素および窒素の面密度は、それぞれ、酸素:1.2±0.4×1015(atoms/cm2)、窒素:10.9±0.5×1015(atoms/cm2)であり、窒素と酸素の比は、おおむね、9:1程度であった。また、RBS分析による深さ方向プロファイル測定による窒素濃度および酸素濃度の各ピーク値は、窒素:58原子%、酸素:30原子%であった。このように、条件1でプラズマ窒化を行なったとき、窒素含有層中には上記範囲の酸素が含まれているが、当該酸素の含有によってTFT特性に悪影響を及ぼさないことは、前述した実験結果からも明らかである。 Specifically, as a result of performing RBS analysis on the oxygen-nitrogen-containing layer when plasma nitriding was performed under condition 1, the surface density of oxygen and nitrogen on the outermost surface was oxygen: 1.2 ± 0.4 × 10 respectively. 15 (atoms / cm 2 ), nitrogen: 10.9 ± 0.5 × 10 15 (atoms / cm 2 ), and the ratio of nitrogen to oxygen was about 9: 1. The peak values of nitrogen concentration and oxygen concentration by depth profile measurement by RBS analysis were nitrogen: 58 atomic% and oxygen: 30 atomic%. As described above, when plasma nitriding is performed under the condition 1, oxygen in the above range is contained in the nitrogen-containing layer, but the inclusion of the oxygen does not adversely affect the TFT characteristics. It is clear from

これに対し、表2のNo.11〜15(条件3)は、プラズマ照射時間が長い例であり、表2に示すように、オン電流が低下した。   On the other hand, No. Nos. 11 to 15 (condition 3) are examples in which the plasma irradiation time is long, and as shown in Table 2, the on-current decreased.

また、条件3でプラズマ窒化を行なったときのQ値は1.4、酸素窒素含有層の厚さは3.7nmであり、本発明の好ましい厚さを超えている。   In addition, when plasma nitriding was performed under condition 3, the Q value was 1.4, and the thickness of the oxygen / nitrogen-containing layer was 3.7 nm, exceeding the preferred thickness of the present invention.

これらの結果より、本発明の好ましい範囲を満足するプラズマ窒化条件下で作製したソース−ドレイン電極を用いれば、バリアメタル層を省略しても、アモルファスシリコンチャネル薄膜とCu系合金膜との界面におけるSiとCuとの相互拡散を有効に防止できる結果、良好なTFT特性を実現できることが確認された。   From these results, if a source-drain electrode produced under plasma nitriding conditions satisfying the preferred range of the present invention is used, the barrier metal layer can be omitted even at the interface between the amorphous silicon channel thin film and the Cu-based alloy film. As a result of effectively preventing interdiffusion between Si and Cu, it was confirmed that good TFT characteristics could be realized.

(実施例4)
本実施例では、前述した実施例2において、純Cuの代わりに、表3に記載のCu−X合金(X=Ni、Zn、Mn、Mg、Ge)を使用したソース−ドレイン電極を用いたこと、および以下に示す条件で窒素プラズマ処理を行なったこと以外は、実施例1と同様にしてTFTを作製し、このTFTに対し、実施例1と同様にして種々の熱処理を行なった。比較のため、熱処理を行なわなかったものも用意した。更に、参考のため、純Cuを使用したソース−ドレイン電極についても、上記と同様の実験を行なった。
プラズマ条件
温度:320℃、圧力:133Pa、投入電力:100W、照射時間:60秒、
キャリアガス:窒素
Example 4
In this example, the source-drain electrode using the Cu-X alloy (X = Ni, Zn, Mn, Mg, Ge) shown in Table 3 was used instead of pure Cu in Example 2 described above. A TFT was produced in the same manner as in Example 1 except that nitrogen plasma treatment was performed under the following conditions, and various heat treatments were performed on this TFT in the same manner as in Example 1. For comparison, a sample without heat treatment was also prepared. Further, for reference, an experiment similar to the above was performed for a source-drain electrode using pure Cu.
Plasma conditions Temperature: 320 ° C., pressure: 133 Pa, input power: 100 W, irradiation time: 60 seconds,
Carrier gas: Nitrogen

次に、上記のTFTを用い、実施例3と同様にして、TFTのドレイン電流―ゲート電圧のスイッチング特性を調べ、TFT特性を評価した。   Next, in the same manner as in Example 3 using the above TFT, the switching characteristics between the drain current and the gate voltage of the TFT were examined, and the TFT characteristics were evaluated.

これらの結果を表3および表4にまとめて示す。   These results are summarized in Table 3 and Table 4.

表3および表4より、Cu−Zn合金、Cu−Mn合金、Cu−Mg合金、Cu−Ge合金、Cu−Ge−Ni合金、Cu−Mn−Ge合金、Cu−Mn−Ni合金のいずれのCu系合金を用いても、純CuおよびCu−Ni合金と用いたときと同様、優れたTFT特性が得られることが確認された。
From Table 3 and Table 4, any of Cu-Zn alloy, Cu-Mn alloy, Cu-Mg alloy, Cu-Ge alloy, Cu-Ge-Ni alloy, Cu-Mn-Ge alloy, Cu-Mn-Ni alloy It was confirmed that even when a Cu-based alloy is used, excellent TFT characteristics can be obtained as in the case of using pure Cu and Cu—Ni alloy.

図1は、アモルファスシリコンTFT基板が適用される代表的な液晶パネルの構成を示す概略断面拡大説明図である。FIG. 1 is a schematic enlarged cross-sectional view illustrating a configuration of a typical liquid crystal panel to which an amorphous silicon TFT substrate is applied. 図2は、従来の代表的なアモルファスシリコンTFT基板の構成を示す概略断面説明図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional explanatory view showing a configuration of a conventional typical amorphous silicon TFT substrate. 図3は、本発明の実施形態に係るTFT基板の構成を示す概略断面説明図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional explanatory view showing the configuration of the TFT substrate according to the embodiment of the present invention. 図4は、図3に示すTFT基板の製造工程の一部を示す工程図である。FIG. 4 is a process diagram showing a part of the manufacturing process of the TFT substrate shown in FIG. 図5は、比較例1について、GD―OES分析を行った結果を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the results of GD-OES analysis for Comparative Example 1. 図6は、実施例1について、GD―OES分析を行った結果を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the results of GD-OES analysis performed on Example 1. 図7は、実施例2について、GD―OES分析を行った結果を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the results of GD-OES analysis performed on Example 2. 図8は、本発明に用いられるソース・ドレイン電極の構成を模式的に示す概略図である。FIG. 8 is a schematic view schematically showing the configuration of the source / drain electrodes used in the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 TFT基板
2 対向電極
3 液晶層
4 薄膜トランジスタ(TFT)
5 透明画素電極
6 配線部
7 共通電極
8 カラーフィルタ
9 遮光膜
10a、10b 偏光板
11 配向膜
12 TABテープ
13 ドライバ回路
14 制御回路
15 スペーサー
16 シール材
17 保護膜
18 拡散板
19 プリズムシート
20 導光板
21 反射板
22 バックライト
23 保持フレーム
24 プリント基板
25 走査線
26 ゲート電極
27 ゲート絶縁膜(Si窒化膜)
28 ソース電極
29 ドレイン電極
28a、29a 窒素/酸素窒素含有層
28b、29b Cu系合金薄膜
30 保護膜(Si窒化膜)
31 フォトレジスト
32 コンタクトホール
33 アモルファスシリコンチャネル膜(活性半導体膜)
34 信号線(ソース−ドレイン配線)
51、52、53 バリアメタル層
55 アンドープト水素化アモルファスシリコン膜(a−Si−H)
56 n型水素化アモルファスシリコン膜(na−Si−H)
60 酸素窒素含有層
61 Cu−2.0原子%Nd合金膜
62 レジスト
63 Cu−2.0原子%Ni合金膜
100 液晶ディスプレイパネル
1 TFT substrate 2 Counter electrode 3 Liquid crystal layer 4 Thin film transistor (TFT)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 5 Transparent pixel electrode 6 Wiring part 7 Common electrode 8 Color filter 9 Light-shielding film 10a, 10b Polarizing plate 11 Orientation film 12 TAB tape 13 Driver circuit 14 Control circuit 15 Spacer 16 Sealing material 17 Protective film 18 Diffusion plate 19 Prism sheet 20 Light guide plate 21 Reflector 22 Backlight 23 Holding Frame 24 Printed Circuit Board 25 Scan Line 26 Gate Electrode 27 Gate Insulating Film (Si Nitride Film)
28 Source electrode 29 Drain electrode 28a, 29a Nitrogen / oxygen-containing layer 28b, 29b Cu-based alloy thin film 30 Protective film (Si nitride film)
31 Photoresist 32 Contact hole 33 Amorphous silicon channel film (active semiconductor film)
34 Signal line (source-drain wiring)
51, 52, 53 Barrier metal layer 55 Andopto hydrogenated amorphous silicon film (a-Si-H)
56 n + type hydrogenated amorphous silicon film (n + a-Si-H)
60 Oxygen-nitrogen-containing layer 61 Cu-2.0 atomic% Nd alloy film 62 Resist 63 Cu-2.0 atomic% Ni alloy film 100 Liquid crystal display panel

Claims (5)

薄膜トランジスタの半導体層と、ソース−ドレイン電極とを有する薄膜トランジスタ基板の製造方法であって
基板に薄膜トランジスタの半導体層を形成する工程と、
前記半導体層の上部を窒化処理する工程と、
次いで、ソース−ドレイン電極に用いられる純Cu又はCu合金の薄膜を形成する工程と、を含み、
前記ソース−ドレイン電極は、窒素を含有する窒素含有層、または窒素及び酸素を含有する酸素窒素含有層と、純Cu又はCu合金の薄膜とからなり、且つ、前記窒素含有層または前記酸素窒素含有層は、前記半導体層の上部を窒化処理して形成したものであり、
前記窒素含有層を構成する窒素の一部若しくは全部、または、前記酸素窒素含有層を構成する窒素または酸素の一部若しくは全部は、前記薄膜トランジスタの前記半導体層のSiと結合し、Si窒化物またはSi酸窒化物となっており、
前記純CuまたはCu合金の薄膜は、前記窒素含有層または前記酸素窒素含有層を介して前記薄膜トランジスタの前記半導体層と接続していることを特徴とする薄膜トランジスタ基板の製造方法
A method of manufacturing a thin film transistor substrate having a semiconductor layer of a thin film transistor and a source-drain electrode,
Forming a semiconductor layer of a thin film transistor on a substrate;
Nitriding the upper portion of the semiconductor layer;
Then, forming a thin film of pure Cu or Cu alloy used for the source-drain electrode,
The source-drain electrode comprises a nitrogen-containing layer containing nitrogen, or an oxygen-nitrogen containing layer containing nitrogen and oxygen, and a thin film of pure Cu or Cu alloy, and the nitrogen-containing layer or oxygen-nitrogen containing The layer is formed by nitriding the upper part of the semiconductor layer,
Part or all of nitrogen constituting the nitrogen-containing layer or part or all of nitrogen or oxygen constituting the oxygen-nitrogen containing layer is bonded to Si of the semiconductor layer of the thin film transistor, and Si nitride or Si oxynitride,
The thin film of pure Cu or Cu alloy, a method of manufacturing the thin film transistor substrate, characterized in that through the nitrogen-containing layer or the oxygen-nitrogen-containing layer is connected to the semiconductor layer of the thin film transistor.
前記窒素含有層を構成する窒素原子数([N])とSi原子数([Si])との比([N]/[Si])の最大値は、0.2以上2.0以下の範囲内であり、前記酸素窒素含有層を構成する窒素原子数([N])と酸素原子数([O])の和と、Si原子数との比〔([N]+[O])/[Si]〕の最大値は、0.2以上2.0以下の範囲内である請求項1に記載の薄膜トランジスタ基板の製造方法The maximum value of the ratio ([N] / [Si]) of the number of nitrogen atoms ([N]) and the number of Si atoms ([Si]) constituting the nitrogen-containing layer is 0.2 or more and 2.0 or less. The ratio of the sum of the number of nitrogen atoms ([N]) and the number of oxygen atoms ([O]) constituting the oxygen-nitrogen-containing layer and the number of Si atoms [([N] + [O]) 2. The method for manufacturing a thin film transistor substrate according to claim 1, wherein the maximum value of / [Si]] is in a range of 0.2 to 2.0. 前記窒素含有層または前記酸素窒素含有層の厚さは、0.8nm以上3.5nm以下の範囲内である請求項1または2に記載の薄膜トランジスタ基板の製造方法3. The method for manufacturing a thin film transistor substrate according to claim 1, wherein a thickness of the nitrogen-containing layer or the oxygen-nitrogen containing layer is in a range of 0.8 nm to 3.5 nm. 前記薄膜トランジスタの前記半導体層は、アモルファスシリコンまたは多結晶シリコンからなる請求項1〜3のいずれかに記載の薄膜トランジスタ基板の製造方法The method for manufacturing a thin film transistor substrate according to claim 1, wherein the semiconductor layer of the thin film transistor is made of amorphous silicon or polycrystalline silicon. 請求項1〜のいずれかに記載の製造方法によって得られた薄膜トランジスタ基板を備えた表示デバイス。 Display device comprising a thin film transistor substrate obtained by the production method according to any one of claims 1-4.
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