JP5580619B2 - 薄膜トランジスタ基板および表示デバイス - Google Patents
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Description
本発明の適用例であるソース−ドレイン電極28、29は、図1に示すように、酸素含有層28a、29aと、Cu合金層28b、29bとからなる。酸素含有層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、酸素含有層28a、29aの酸素原子(O)の一部または全部は、半導体層33のSiと結合した状態で存在している。酸素含有層28a、29aを構成するOは、半導体層33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、酸素含有層28a、29aは、Cu合金層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(拡散防止バリア)として作用する。
プラズマ酸化法は、プラズマを利用するものであり、具体的には例えば酸素ガス雰囲気中で高周波プラズマを印加し、これにより発生した酸素ラジカルやオゾンを試料と反応させることで酸化を行うものである。酸素含有ガスとしては、O2、H2O、N2O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、酸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、高エネルギーの酸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酸素含有層を容易に形成することができる。
熱酸化法は、酸化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、酸素ガス雰囲気下で、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、所望の酸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、前述したプラズマ酸化法と併用してもよく、これにより、酸素含有層の形成を更に促進することができる。
次に、本発明を特徴付けるCu合金層について以下に説明する。
一層構造のCu合金層は合金元素としてX(Xは、Mn、Ni、Zn、およびMgよりなる群から選ばれる少なくとも1種)を含有するCu−X合金層である。このようなCu−X合金層とすることによって、バリアメタル層を介在させなくても半導体層との密着性が向上できるとともに、半導体層との低接触抵抗率を達成することができる。これらのX元素は、Cu金属には固溶するがCu酸化膜には固溶しない元素として選択したものである。これらの元素が固溶しているCu合金が成膜過程の熱処理によって酸化されると、上記元素は拡散して粒界や界面に濃化し、該濃化層によって半導体層との密着性が向上すると考えられる。またこれら元素は、Cuを用いた場合の有用性(Cu自体の低電気抵抗、および低接触抵抗率)は何ら阻害することなく上記密着性を発揮できる。
積層構造におけるCu合金下地層(第一層)の合金元素は、上記した一層構造と同じであり、合金元素としてX(Xは、Mn、Ni、Zn、およびMgよりなる群から選ばれる少なくとも1種)を含有するCu−X合金層である。上述したX元素のうち好ましいのはMn、Niであり、より好ましいのはMnである。Cu合金下地層(第一層)におけるX含有量は、一層構造の場合と同様とすることが好ましく、すなわち2原子%以上20原子%以下とすることが好ましい。前記範囲とすることが好ましい理由は、一層構造の場合と同様である。
本実施例ではCu合金層(積層構造)と半導体層との接触抵抗率、および密着性を検討する。
Cu合金層と半導体層との接触抵抗率を調べるため、TLM(Transfer Length Method)素子を作製し、図2、3に示すTLM法に従って接触抵抗率を測定した。まず、TLM素子の作製方法を説明する。
ρc=Rc*LT*Z
上式中、Zは、図2(b)に示すように電極幅を示す。
密着性評価試験用の試料を、以下の要領にしたがって作製した。まず、ガラス基板上にプラズマCVD法によって、膜厚100nmのSiN膜、および膜厚200nmの、不純物(P)をドーピングした低抵抗のアモルファスシリコン膜(n−a−Si:H層)を成膜した。この低抵抗アモルファスシリコン膜(n−a−Si:H層)は、SiH4、PH3を原料としたプラズマCVDを行うことによって形成した。プラズマCVDの成膜温度は320℃とした。
本実施例では、半導体層表面に形成された酸素含有層が、Cu合金層のCu原子が半導体層に拡散するのを防止する効果について検討する。
ガス圧力300Pa、電力20W、周波数500Hz、
デューティー比0.125
本実施例では、酸素含有層における[O]/[Si]比および酸素含有層の膜厚が、接触抵抗率および密着性に与える影響を検討する。
試料の作製は、Cu合金層を、第一層:Cu−4原子%Mn(膜厚:20nm)、第二層:純Cu(膜厚:280nm)としたこと以外は、実施例1の密着性評価試験と同様にした。なお、酸素プラズマ処理における酸素ガス流量は30sccmであった。
試料の作製は、Cu合金層を、第一層:Cu−10原子%Mn(膜厚20nm)、第二層:純Cu(膜厚:280nm)とし、表5に示す条件で酸化処理を行ったこと以外は、実施例1の密着性評価試験と同様にした。UV酸化処理の条件は、GSYUASA社製UV照射装置を使用し(型番:DUV−800−6)、ランプ電圧:300V、UV照射時間:1分間であり、プラズマ酸化処理の条件は、周波数:13.56Hz、電力:450W、処理温度:室温、ガス雰囲気:酸素、ガス圧力:67Pa、処理時間:30分である。表5に示す各試料について、実施例1と同様にして接触抵抗率を測定するとともに、実施例2と同様にして熱処理後のCu、Siの濃度プロファイルをGD−OES分析によって測定した。Cu、Siの濃度プロファイルから、CuとSiの相互拡散が抑制されているものを○、拡散が発生しているものを×とした。
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 酸素含有層
28b、29b Cu合金層
33 アモルファスシリコンチャネル層(活性半導体層)
52 バリアメタル層
Claims (6)
- 薄膜トランジスタの半導体層と、Cu合金層とを有する薄膜トランジスタ基板において、
前記半導体層と前記Cu合金層との間に、酸素含有層を含んでおり、
前記酸素含有層を構成する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、
前記酸素含有層を構成する酸素の原子数[O]と、Siの原子数[Si]との比([O]/[Si])が0.5以上2.0以下であるとともに、
前記酸素含有層の膜厚が、1.3nm以上3.3nm以下であり、
前記Cu合金層は、前記薄膜トランジスタの前記半導体層側から順に、合金元素としてX(Xは、Mn、Ni、Zn、およびMgよりなる群から選ばれる少なくとも1種)を含有するCu合金下地層(第一層)と、純CuまたはCuを主成分とするCu合金であって前記第一層よりも電気抵抗率の低いCu合金からなる層(第二層)、とを含む積層構造であり、
前記Cu合金層は、前記酸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。 - 前記半導体層と前記Cu合金層との接触抵抗率が2Ω・cm 2 未満である請求項1に記載の薄膜トランジスタ基板。
- 前記Cu合金下地層(第一層)におけるX含有量が合計で2原子%以上20原子%以下である請求項1または2に記載の薄膜トランジスタ基板。
- 前記Cu合金下地層(第一層)の厚みが10nm以上100nm以下である請求項1〜3のいずれかに記載の薄膜トランジスタ基板。
- 前記薄膜トランジスタの前記半導体層は、水素化アモルファスシリコン、アモルファスシリコン、および多結晶シリコンのいずれか一種または二種以上を組み合わせたものである請求項1〜4のいずれかに記載の薄膜トランジスタ基板。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の薄膜トランジスタ基板を備えた表示デバイス。
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