JP5865634B2 - 配線膜の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、アルミニウムを含む配線膜の構造および製造方法に関し、特に、液晶表示装置のアレイ基板などに設けられる薄膜トランジスタの電極に適用可能な配線膜に関する。
例えば液晶表示装置のアレイ基板（アクティブマトリクス基板）上に形成される、薄膜トランジスタの電極として用いられる配線膜の材料としては、アルミニウム（Ａｌ）が知られている。Ａｌは電気抵抗が非常に低いため、従来より配線材料として一般的に用いられている。本明細書では、純Ａｌに限らず、Ａｌ合金などＡｌを主成分とする材料から成る膜およびそれをパターニングして得た配線膜を、広義に「Ａｌ膜」および「Ａｌ配線膜」と称する。
Ａｌ膜のパターン加工（パターニング）の手法としては、リン酸および硝酸系を含む薬液を用いたウェットエッチング法が一般的である。しかしその手法は等方性エッチングであるため、パターニングされたＡｌ配線膜の側壁はほぼ垂直となる。それが原因となって、Ａｌ配線膜の上に形成する絶縁膜のステップカバレッジ特性が悪くなり、当該絶縁膜の上に形成した配線膜の断線や、当該絶縁膜の耐圧低下などの問題が生じていた。
この問題を解決するために、Ａｌ膜をテーパー形状にエッチングする技術が提案されている（例えば、下記の特許文献１〜４）。しかしこれらの技術では、エッチングに用いる薬液（エッチング液）の組成がエッチング処理の進行や経時劣化に伴って変化すると、それに応じてテーパー形状のＡｌ配線膜の側壁の傾斜が敏感に変動する。そのため、エッチング液の組成の管理が難しいという問題点がある。
上記したように、一般的なＡｌ膜のウェットエッチング技術では、パターニングされたＡｌ配線膜の側壁がほぼ垂直となる。そのため、Ａｌ配線膜上の絶縁膜のステップカバレッジ特性が悪くなり、絶縁膜の耐圧低下や上層の配線膜の断線などが生じやすく、製品の歩留まりが低下するという課題があった。
特許文献１〜４において、Ａｌ配線膜をテーパー形状にするエッチング技術が提案されているが、所望のテーパー形状を安定して得るためにはエッチング液の組成を厳しく管理する必要がある。そのためには、例えばエッチング液の濃度を常時モニタする設備を導入したり、エッチング液の交換頻度を上げることなどの処置が必要となり、コストの増大を招くという課題があった。
また、一般的なＡｌ膜を、液晶表示装置用のアクティブマトリクス基板の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の電極として用いた場合、透明画素電極であるＩＴＯ膜との界面反応により、ＴＦＴと画素電極とのコンタクト特性が著しく劣化する。そのためＡｌ配線膜をアクティブマトリクス基板上の配線膜として適用することは困難であった。
本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、テーパー形状のＡｌ配線膜を容易且つ安定して得ることが可能であり、また表示装置のアクティブマトリクス基板への適用が可能なＡｌ配線膜の構造およびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明に係る配線膜の製造方法は、ＡｌもしくはＡｌ合金から成る第１層を形成する工程と、前記第１層上に、Ｎｉ、ＰｄおよびＰｔのいずれか１以上の元素を含み前記第１層とは異なる組成のＡｌ合金から成る第２層を形成する工程と、前記第２層上にフォトレジストを塗布し、フォトマスクを用いて露光する工程と、アルカリ性薬液を用いて、露光後の前記フォトレジストを現像すると共に、前記フォトレジストの現像が完了する時間から、さらに現像後の前記フォトレジストから露出した前記第２層を除去可能な時間を超える時間、前記現像の処理を延長することによって、前記第２層をエッチングし、現像後の前記フォトレジストの下の前記第２層の端部を当該フォトレジストの端部よりも後退させる工程と、現像後の前記フォトレジストをマスクとして用いるウェットエッチングにより、前記第１および第２層を同時にエッチングしてパターニングすることによって、前記第１および第２層を含む配線膜を形成する工程とを備えるものである。
本発明によれば、エッチング液の管理を従来よりも厳しくすることを必要とせずに、Ａｌ配線膜のテーパー形状を安定化させることができる。したがって、Ａｌ配線膜上に形成する絶縁膜のステップカバレッジ特性が改善され、耐圧の低下や上層の配線膜の断線の発生を抑制でき、製品の歩留まりが向上する。またＮｉ、ＰｄおよびＰｔのいずれか１以上の元素を含むＡｌ合金から成る第２層は、透明画素電極として用いられる酸化物の導電膜との間で、良好なコンタクト特性を得ることができるため、表示装置のアクティブマトリクス基板に設けられる薄膜トランジスタの電極にも適用が容易である。
＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１に係るＡｌ配線膜の構成を示す断面図である。図１に示すように、基板１００上に形成された本実施の形態に係るＡｌ配線膜１０１は、第１のＡｌ合金層１０１ａおよびその上の第２のＡｌ合金層１０１ｂから成る二層構造であり、且つ、底部よりも上部の幅が狭いテーパー形状の断面を有している。
図１は、実施の形態１に係るＡｌ配線膜の構成を示す断面図である。図１に示すように、基板１００上に形成された本実施の形態に係るＡｌ配線膜１０１は、第１のＡｌ合金層１０１ａおよびその上の第２のＡｌ合金層１０１ｂから成る二層構造であり、且つ、底部よりも上部の幅が狭いテーパー形状の断面を有している。
第１のＡｌ合金層１０１ａは、Ａｌを主成分とする層であり、Ａｌ合金に限らず純Ａｌであってもよい。第２のＡｌ合金層１０１ｂは、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）および白金（Ｐｔ）のいずれか１以上の元素を含むＡｌ合金から成る。なお、第１のＡｌ合金層１０１ａのＡｌ合金と、第２のＡｌ合金層１０１ｂのＡｌ合金とは組成が異なるものとする。
また、Ａｌ配線膜１０１の下地となっている基板１００は、シリコン基板などの半導体基板でもよいし、表示装置のアクティブマトリクス基板に用いられるガラス基板などの絶縁基板でもよく、また、他の配線層上に設けられた層間絶縁膜であってもよい。
以下、図１のＡｌ配線膜１０１の製造方法を説明する。図２〜図４はその工程図である。
まず、基板１００上に、ＡｌもしくはＡｌ合金から成る第１のＡｌ合金層１０１ａを形成し、その上に、Ｎｉ、ＰｄおよびＰｔのいずれか１以上の元素を含み、第１のＡｌ合金層１０１ａとは異なる組成のＡｌ合金から成る第２のＡｌ合金層１０１ｂを形成する（図２）。本実施の形態では、Ａｒガスを用いたスパッタリング法により、第１のＡｌ合金層１０１ａとしてＡｌを２００ｎｍの厚さで成膜し、第２のＡｌ合金層１０１ｂとしてＡｌに３ｍｏｌ％のＮｉを添加したＡｌ合金を２０ｎｍの厚さで成膜した。
その後、第２のＡｌ合金層１０１ｂ上に、写真製版技術を用いて所定パターンのフォトレジスト１０２を形成する（図３）。本実施の形態では、ノボラック樹脂系のポジ型フォトレジストを、スリットコータもしくはスピンコータにより約１．６μｍの厚さで塗布し、フォトマスクを用いて露光した。その後、アルカリ性薬液を用いて現像することにより、所定パターンのフォトレジスト１０２が形成される。本実施の形態では、アルカリ性薬液として、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）を２．４重量％含む有機アルカリ系の現像液（液温２３℃）を用いた。
ここで、Ｎｉ、ＰｄおよびＰｔのいずれか１以上の元素を含むＡｌ合金は、アルカリ性薬液によりエッチングされるので、フォトレジスト１０２の現像工程では、フォトレジスト１０２から露出した第２のＡｌ合金層１０１ｂがエッチングされる。本実施の形態で用いた、Ｎｉを３ｍｏｌ％含む第２のＡｌ合金層１０１ｂ（厚さ２０ｎｍ）は、ＴＭＡＨ有機アルカリ現像液に約６０ｎｍ／ｍｉｎの速さでエッチングされる。そのためフォトレジスト１０２の現像が完了した後に、その現像処理を２０秒間延長すれば、フォトレジスト１０２から露出した部分の第２のＡｌ合金層１０１ｂは除去される。
そして、さらに現像処理を延長すると、フォトレジスト１０２の下の第２のＡｌ合金層１０１ｂは、横方向に（膜の面内方向）にエッチングされ、図３のように、第２のＡｌ合金層１０１ｂの幅がフォトレジスト１０２の幅よりも狭くなる。つまり、第２のＡｌ合金層１０１ｂの端部がフォトレジスト１０２の端部よりも後退する。
一方、Ａｌから成る第１のＡｌ合金層１０１ａは、ＴＭＡＨを含む有機アルカリ現像液には殆どエッチングされない。したがって、フォトレジスト１０２と第１のＡｌ合金層１０１ａとの間には、第２のＡｌ合金層１０１ｂの端部が後退したことによるアンダーカット状のノッチ１０３が形成される。
その後、フォトレジスト１０２をマスクとして用いるウェットエッチングにより、第１のＡｌ合金層１０１ａおよび第２のＡｌ合金層１０１ｂを同時にエッチングしてパターニングすることにより、所定パターンのＡｌ配線膜１０１を形成する（図４）。本実施の形態では、当該ウェットエッチングに、ＰＡＮ系（リン酸・酢酸・硝酸系）のエッチング液を用いた。
このとき、フォトレジスト１０２の下がノッチ形状となっているため、エッチング処理が行われている間、第２のＡｌ合金層１０１ｂの端部と第２のＡｌ合金層１０１ｂの上面のエッチングが等方的に行われる。つまり、第２のＡｌ合金層１０１ｂの端部がさらに後退しながら、第１のＡｌ合金層１０１ａの上面がエッチングされるため、Ａｌ配線膜１０１の側壁に傾斜ができ、Ａｌ配線膜１０１は底部よりも上部の幅が狭いテーパー形状となる。
最後に、フォトレジスト１０２を除去することにより、図１に示したＡｌ配線膜１０１が完成する。
本実施の形態のＡｌ配線膜１０１はテーパー形状であるため、その上に絶縁膜を形成する場合に良好なステップカバレッジ特性を得ることができる。よって当該絶縁膜の耐圧低下や、上層の配線膜の断線を防止でき、製品の歩留まりの向上に寄与できる。
またＡｌ配線膜１０１をテーパー形状にパターニングする工程を、第１のＡｌ合金層１０１ａおよび第２のＡｌ合金層１０１ｂの等方的なエッチングで実施できるため、Ａｌ配線膜１０１のテーパー形状（側壁の傾斜）はエッチング液の組成変化の影響を殆ど受けない。したがって、エッチング液の管理を従来よりも厳しくすることを必要とせずに、容易に所定のテーパー形状のＡｌ配線膜１０１を安定して得ることができる。よってエッチング液の管理にかかるコストの上昇は伴わない。
本実施の形態では、第２のＡｌ合金層１０１ｂとして、Ｎｉを３ｍｏｌ％含むＡｌ合金を用いたが、本発明の適用はこれに限定されるものではない。第２のＡｌ合金層１０１ｂは、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔのいずれか１以上を元素が添加されたＡｌ合金膜であればよい。Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔは、周期律の１０族に属する元素である。本発明者らは実験により、それらの元素をＡｌに適量添加することにより、そのＡｌ合金におけるアルカリ性薬液に対するエッチングレート（エッチング速度）が速くなる効果が得られることを確認している。
図５は、ＡｌにＮｉ、Ｐｄ、Ｐｔのいずれかを添加したＡｌ合金における、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔの組成比（添加量）と、ＴＭＡＨ有機アルカリ性薬液によるエッチングレートとの関係を示すグラフである。エッチングレートは、ＴＭＡＨを２．４重量％含む有機アルカリ現像液（液温２３℃）中で、Ａｌ合金をエッチングした場合の値である。
図５に示すように、Ａｌ合金におけるＮｉ、Ｐｄ、Ｐｔの組成比が０．５ｍｏｌ％の場合、純Ａｌの場合（組成比が０ｍｏｌ％）に対してエッチングレートは５倍以上になる。またＮｉ、Ｐｄ、Ｐｔの組成比が１ｍｏｌ％以上になるとエッチングレートはほぼ飽和する。
Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔの組成比が０．５ｍｏｌ％より少ない領域では、エッチングレートの変化が大きく、エッチング量の制御が困難になること、並びに、エッチングレートが純Ａｌの場合の５倍以上あれば本発明の効果を充分に得ることができることから、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔの添加量は０．５ｍｏｌ％以上とするのが好ましい。さらに、エッチングレートの安定性の観点からは、１ｍｏｌ％以上とするのがより好ましい。
一方、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔの添加量が１０ｍｏｌ％を超えると、Ａｌ膜中にＡｌＮｉ、ＡｌＰｄ、およびＡｌＰｔの化合物相が析出する割合が多くなり、これがアルカリ現像液でエッチング残となってエッチング不良を引き起こす原因となる場合がある。すなわち、Ａｌに添加するＮｉ、Ｐｄ、およびＰｔの添加総量は１０ｍｏｌ％以下とするのが好ましい。
また本実施の形態では、エッチング液として、ＴＭＡＨの濃度が２．４重量％の有機アルカリ現像液を用いたが、ＴＭＡＨの濃度は、例えば液温が１０℃から５０℃までの間において、０．２重量％以上、２５重量％以下の範囲であることが好ましい。ＴＭＡＨの濃度が０．２重量％未満では、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔを含むＡｌ合金のエッチングレートが著しく低下してエッチングが困難となる。一方、ＴＭＡＨ濃度が２５重量％を超えると、フォトレジストに与えるダメージが大きくなり、パターン不良を起こすことが懸念される。
また本実施の形態では、第１のＡｌ合金層１０１ａの膜厚を２００ｎｍ、その上の第２のＡｌ合金層１０１ｂの膜厚を２０ｎｍとしたが、それらの膜厚はこれに限定されることはない。本発明者らの実験によれば、第２のＡｌ合金層１０１ｂの膜厚が４０ｎｍ以下であれば、Ａｌ配線膜１０１がほぼ滑らかなテーパー形状に加工されることが確認できた。第２のＡｌ合金層１０１ｂの膜厚が４０ｎｍを超えると、第１のＡｌ合金層１０１ａの部分と第２のＡｌ合金層１０１ｂの部分とがそれぞれ独立した形状となる階段状になり、Ａｌ配線膜１０１上に絶縁膜を形成したときのステップカバレッジ特性の劣化が見られた。よって、第１のＡｌ合金層１０１ａの膜厚が２００ｎｍの場合、第２のＡｌ合金層１０１ｂの膜厚は４０ｎｍ以下が好ましい。つまり、第２のＡｌ合金層１０１ｂは、第１のＡｌ合金層１０１ａの膜厚の１／５以下であることが望ましい。
ここで、図１のＡｌ配線膜１０１の具体的な適用例として、液晶表示装置のＴＦＴアクティブマトリクス基板に適用した例を説明する。一般に、ＴＦＴアクティブマトリクス基板は、透明絶縁性基板上に、透明電極である画素電極とそれに画像信号を供給するスイッチング素子である薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）とが、マトリクス状に配置された複数の画素ごとに設けられ、さらに、各ＴＦＴに画像信号を供給するためのソース配線ＳＬや、各ＴＦＴに駆動信号を供給するためのゲート線ＧＬを備えた構造となっている。
図６は、実施の形態１に係るＴＦＴアクティブマトリクス基板の主要部（１つの画素領域）の構成を示す平面図であり、図７はそのＡ−Ｂ線に沿った断面図である。図７の如く、当該ＴＦＴアクティブマトリクス基板は、透明絶縁性基板１上に、ゲート電極２、ゲート絶縁膜４、半導体膜５、オーミックコンタクト膜６、ソース電極７およびドレイン電極８により構成されるＴＦＴと、当該ＴＦＴのドレイン電極８に接続された透明性導電膜である画素電極１２と、補助容量電極３とを備えている。
半導体膜５とソース電極７およびドレイン電極８との間に介在するオーミックコンタクト膜６は、シリコン（Ｓｉ）に不純物を添加した低抵抗層である。半導体膜５におけるソース電極７とドレイン電極８との間の領域が、ＴＦＴのチャネルが形成されるチャネル部９となる。透明絶縁性基板１上の全面には、ＴＦＴのチャネル部９を保護する層間絶縁膜１０が設けられ、画素電極１２は、層間絶縁膜１０に形成されたコンタクトホール１１を通してドレイン電極８に接続する。また図６に示すように、ソース電極７はそれが接続するソース配線ＳＬと一体的に形成されており、ゲート電極２はそれが接続するゲート線ＧＬと一体的に形成されている。
図６および図７の例では、図１に示したＡｌ配線膜１０１を、ＴＦＴアクティブマトリクス基板上のゲート電極２、補助容量電極３、ソース電極７およびドレイン電極８に適用している。すなわち、ゲート電極２は、第１のＡｌ合金層２ａと第２のＡｌ合金層２ｂとから成る二層構造であり、補助容量電極３は、第１のＡｌ合金層３ａと第２のＡｌ合金層３ｂとから成る二層構造である。同様に、ソース電極７は、第１のＡｌ合金層７ａと第２のＡｌ合金層７ｂとから成る二層構造であり、ドレイン電極８は、第１のＡｌ合金層８ａと第２のＡｌ合金層８ｂとから成る二層構造である。
第１のＡｌ合金層２ａ，３ａ，７ａ，８ａは、それぞれ図１の第１のＡｌ合金層１０１ａと同様に、ＡｌもしくはＡｌ合金から成る。第２のＡｌ合金層２ｂ，３ｂ，７ｂ，８ｂは、それぞれ図１の第１のＡｌ合金層１０１ａと同様に、Ｎｉ、ＰｄおよびＰｔのいずれか１以上の元素を含むＡｌ合金から成る。
以下、図６および図７に示したＴＦＴアクティブマトリクス基板の製造方法を説明する。図８〜図１１はその工程図である。
まず、ガラス基板などの透明絶縁性基板１を洗浄液または純水を用いて洗浄し、その上に、図２〜図４を用いて説明した手法により、テーパー形状のゲート電極２及びそれが接続するゲート線ＧＬ、並びに補助容量電極３を形成する（図８）。
次に、ゲート絶縁膜４、半導体膜５となるＳｉ膜、オーミックコンタクト膜６となるｎ＋型Ｓｉ膜（ｎ型不純物を高濃度に添加したＳｉ膜）を順次成膜し、Ｓｉ膜およびｎ＋型Ｓｉ膜を写真製版技術を用いてパターニングすることで、ゲート絶縁膜４上に半導体膜５およびオーミックコンタクト膜６から成るＴＦＴの半導体パターンを形成する（図９）。なお、この時点では、オーミックコンタクト膜６はソース側とドレイン側に分離されていない。
本実施の形態では図９の工程において、まず化学的気相成膜（ＣＶＤ）法により、約３００℃の基板加熱条件下で、ゲート絶縁膜４として窒化シリコン（ＳｉＮ）膜を４００ｎｍの厚さで成膜した。その後、半導体膜５となるＳｉ膜として、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）を１５０ｎｍの厚さで成膜し、さらにオーミックコンタクト膜６となるｎ＋型Ｓｉ膜として、リン（Ｐ）を不純物として添加したａ−Ｓｉ膜を５０ｎｍの厚さで成膜した。そして、ノボラック樹脂系のポジ型フォトレジストをスリットコータもしくはスピンコータにより約１．６μｍの厚さで塗布し、その後、フォトマスクを用いて露光を行った。そして、ＴＭＡＨを含む有機アルカリ性薬液の現像液を用いてフォトレジストの現像を行い、半導体膜５のパターンのフォトレジストパターンを形成した。そしてそのフォトレジストパターンをマスクとするフッ素系ガスを用いたドライエッチングにより、ａ−Ｓｉ膜とｎ＋型ｓ−Ｓｉ膜をパターニングし、半導体膜５およびオーミックコンタクト膜６から成るＴＦＴの半導体パターンを形成した。さらに、アミン系の剥離液を用いてフォトレジストパターンを剥離除去した。
次に、ゲート絶縁膜４、半導体膜５およびオーミックコンタクト膜６の上に、図２〜図４を用いて説明した手法により、テーパー形状のソース電極７、ドレイン電極８およびソース電極７が接続するソース配線ＳＬを形成する（図１０）。
ここで、ソース電極７およびドレイン電極８のパターニングに用いたフォトレジストパターンを除去する前に、さらにそれをマスクにして、例えば塩素（Ｃｌ）を含むガスを用いたドライエッチングにより、オーミックコンタクト膜６をエッチングする。これにより、オーミックコンタクト膜６がソース側とドレイン側に分離される。このときオーミックコンタクト膜６が除去された領域の半導体膜５の部分が、ＴＦＴのチャネル部９となる。フォトレジストパターンはその後除去する。
次に、層間絶縁膜１０として、窒化シリコン（ＳｉＮx）膜を２００℃以上の成膜温度で成膜する。本実施の形態では、化学的気相成膜（ＣＶＤ）法を用い、約３００℃の基板加熱条件下で、ＳｉＮ膜を３００ｎｍの厚さで成膜した。
その後、写真製版技術により、コンタクトホール１１の形成領域が開口されたフォトレジストパターンを形成し、それをマスクとしてフッ素系ガスを用いたドライエッチングにより、層間絶縁膜１０にコンタクトホール１１を形成する。
最後に、コンタクトホール１１内を含む層間絶縁膜１０上に透明導電性膜を成膜し、それをパターニングすることで、画素電極１２を形成する（図１１）。本実施の形態では、透明導電性膜として、ＩＺＯ（酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）−酸化亜鉛（ＺｎＯ））を、Ａｒガスを用いたスパッタリング法で１００ｎｍの厚さで成膜した。その上に、写真製版技術によりフォトレジストパターンを形成し、これをマスクとしてシュウ酸系溶液でウェットエッチングして画素電極１２を形成した。
以上の工程により、図６および図７に示した構成のＴＦＴアクティブマトリクス基板が完成する。
図示は省略するが、完成したＴＦＴアクティブマトリクス基板の表面に、液晶を配列させるためのポリイミド等からなる配向膜や、カラーフィルタ等が配設された対向基板との間隔を確保するスペーサーを形成し、対向基板とを貼り合わせて両基板の間に液晶を注入して封止することで液晶表示パネルが形成される。その液晶表示パネルの外側に、偏光板、位相差板およびバックライトユニット等を配設することによって液晶表示装置が組み立てられる。
本実施の形態のように、図１のＡｌ配線膜１０１を、ＴＦＴアクティブマトリクス基板のゲート電極２、補助容量電極３、ソース電極７およびドレイン電極８に適用することにより、ゲート絶縁膜４や層間絶縁膜１０のステップカバレッジ特性が改善され、ＴＦＴアクティブマトリクス基板における耐圧低下や断線の発生を抑えることができる。
ここでは、図１のＡｌ配線膜１０１を、ゲート電極２および補助容量電極３の配線層と、ソース電極７およびドレイン電極８の配線層の両方に適用したが、それらのいずれか片方のみに適用してもよい。
特に、図１のＡｌ配線膜１０１をソース電極７およびドレイン電極８に適用する場合、その下面に接触するオーミックコンタクト膜６との界面で良好なコンタクト特性を得るために、第１のＡｌ合金層７ａには、ネオジム（Ｎｄ）、ランタン（Ｌａ）、ガドリニウム（Ｇｄ）などの希土類金属元素を添加したＡｌ合金膜を用いることが好ましい。
さらに画素電極１２は、ソース電極７の第２のＡｌ合金層７ｂに接続される。第２のＡｌ合金層７ｂのＡｌ合金膜にはＮｉ、Ｐｄ、Ｐｔの添加元素が含まれるが、層間絶縁膜１０などを高温成膜する際にこれらの添加元素が表層に凝集して析出するため、画素電極１２に用いられたＩＺＯやＩＴＯ等の酸化物導電膜とのコンタクト特性が良好となるという効果も得られる。
＜実施の形態２＞
図１２は、実施の形態２に係るＡｌ配線膜の構成を示す断面図である。図１２に示すように、基板１００上に形成された本実施の形態に係るＡｌ配線膜２０１は、第１のＡｌ合金層２０１ａ、第２のＡｌ合金層２０１ｂおよび第３のＡｌ合金層２０１ｃがこの順に積層して成る三層構造であり、且つ、底部よりも上部の幅が狭いテーパー形状の断面を有している。
図１２は、実施の形態２に係るＡｌ配線膜の構成を示す断面図である。図１２に示すように、基板１００上に形成された本実施の形態に係るＡｌ配線膜２０１は、第１のＡｌ合金層２０１ａ、第２のＡｌ合金層２０１ｂおよび第３のＡｌ合金層２０１ｃがこの順に積層して成る三層構造であり、且つ、底部よりも上部の幅が狭いテーパー形状の断面を有している。
第１のＡｌ合金層２０１ａは、Ｎｉ、ＰｄおよびＰｔのいずれか１以上の元素を含むＡｌ合金から成る。第２のＡｌ合金層２０１ｂは、窒素（Ｎ）を含むＡｌ合金から成る。第３のＡｌ合金層２０１ｃは、Ｎｉ、ＰｄおよびＰｔのいずれか１以上の元素を含むＡｌ合金から成る。第１のＡｌ合金層２０１ａと第３のＡｌ合金層２０１ｃとは同一の組成でもよい。また第２のＡｌ合金層２０１ｂは、第１のＡｌ合金層２０１ａまたは第３のＡｌ合金層２０１ｃと同じＡｌ合金に窒素を添加したものでもよい。
Ａｌ配線膜２０１の下地となっている基板１００は、シリコン基板などの半導体基板でもよいし、アクティブマトリクス基板に用いられるガラス基板などの絶縁基板でもよく、また、他の配線層上に設けられた層間絶縁膜であってもよい。
以下、図１２のＡｌ配線膜２０１の製造方法を説明する。図１３〜図１５はその工程図である。
まず、基板１００上に、Ａｒガスを用いたスパッタリング法により、Ｎｉ、ＰｄおよびＰｔのいずれか１以上の元素を含むＡｌ合金から成る第１のＡｌ合金層２０１ａ、Ａｌ合金膜を窒化させた第２のＡｌ合金層２０１ｂ、および、Ｎｉ、ＰｄおよびＰｔのいずれか１以上の元素を含むＡｌ合金から成る第３のＡｌ合金層２０１ｃを順次成膜して、三層構造を形成する（図１３）。
本実施の形態では、製造工程の簡略化の観点から、第１のＡｌ合金層２０１ａと第３のＡｌ合金層２０１ｃは同一組成のＡｌ合金とし、第２のＡｌ合金層２０１ｂは、それと同じＡｌ合金を窒化させたものを用いた。この場合、上記のスパッタリング工程において、第１のＡｌ合金層２０１ａ、第２のＡｌ合金層２０１ｂおよび第３のＡｌ合金層２０１ｃの形成を、一貫して同一のターゲットを用いたスパッタリング法で行うことができ、第２のＡｌ合金層２０１ｂを形成するときに、Ａｒガスに窒素ガスを混合させて反応性スパッタリングを行うだけでよい。そのため、製造コストの低減および生産性の向上が期待できる。
第１のＡｌ合金層２０１ａ、第２のＡｌ合金層２０１ｂ、第３のＡｌ合金層２０１ｃそれぞれにおけるＮｉ、Ｐｄ、Ｐｔの添加量は、実施の形態１に係る第２のＡｌ合金層１０１ｂと同様に、０．５ｍｏｌ％以上１０ｍｏｌ％以下であることが好ましい（より好ましくは１ｍｏｌ％以上１０ｍｏｌ％以下）。
第２のＡｌ合金層２０１ｂは、有機アルカリ現像液に対するエッチングレートが低い層である。Ａｌ合金は、窒素（Ｎ）原子を添加することにより、アルカリ現像液に対するエッチングレートが下がる。第２のＡｌ合金層２０１ｂのエッチングレートを充分に（第１のＡｌ合金層２０１ａおよび第３のＡｌ合金層２０１ｃのエッチングレートの１／５以下に）低下させるために、第２のＡｌ合金層２０１ｂにおける窒素（Ｎ）原子の添加量は、１０ｍｏｌ％以上とすることが好ましい。
但し、Ｎ原子の添加量を過度に多くすると、第２のＡｌ合金層２０１ｂが導電性が損なわれるため、その添加量は、第２のＡｌ合金層２０１ｂが導電性を有する範囲にとどめるのが好ましい。半導体デバイスの配線膜として一般的に用いられているＴｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗやこれらの合金を基準として考え、第２のＡｌ合金層２０１ｂの比抵抗値の上限を２００μΩｃｍとすると、Ｎ原子は４０ｍｏｌ％以下とすることが好ましい。
第１のＡｌ合金層２０１ａ、第２のＡｌ合金層２０１ｂ、第３のＡｌ合金層２０１ｃから成る三層構造を形成した後、第３のＡｌ合金層２０１ｃ上に、写真製版技術を用いて所定パターンのフォトレジスト１０２を形成する（図１４）。本実施の形態では、ノボラック樹脂系のポジ型フォトレジストを塗布・露光し、ＴＭＡＨ有機アルカリ性薬液を用いて現像することで、フォトレジスト１０２を形成した。
ここで、Ｎｉ、ＰｄおよびＰｔのいずれか１以上の元素を含むＡｌ合金は、ＴＭＡＨ有機アルカリ性薬液によりエッチングされるので、フォトレジスト１０２の現像処理時間を延長することにより、フォトレジスト１０２から露出した第３のＡｌ合金層２０１ｃがエッチングされる。その結果、フォトレジスト１０２の下の第３のＡｌ合金層２０１ｃは、横方向に（膜の面内方向）にエッチングされ、フォトレジスト１０２よりも幅が狭くなる。つまり、第３のＡｌ合金層２０１ｃの端部がフォトレジスト１０２の端部よりも後退する。
一方、窒化されたＡｌ合金である第２のＡｌ合金層２０１ｂは、ＴＭＡＨ有機アルカリ性薬液に対する耐性が高いため、殆どエッチングされない。したがって、フォトレジスト１０２と第２のＡｌ合金層２０１ｂとの間には、図１４のように、第３のＡｌ合金層２０１ｃの端部が後退したことによるアンダーカット状のノッチ１０３が形成される。
その後、フォトレジスト１０２をマスクとして用いるウェットエッチングにより、第１のＡｌ合金層２０１ａ、第２のＡｌ合金層２０１ｂおよび第３のＡｌ合金層２０１ｃを同時にエッチングしてパターニングすることにより、所定パターンのＡｌ配線膜２０１を形成する（図１５）。本実施の形態では、当該ウェットエッチングに、ＰＡＮ系（リン酸・酢酸・硝酸系）のエッチング液を用いた。
このとき、フォトレジスト１０２の下がノッチ形状となっているため、エッチング処理が行われている間、第３のＡｌ合金層２０１ｃの端部と、第２のＡｌ合金層２０１ｂおよび第１のＡｌ合金層２０１ａの上面のエッチングが等方的に行われる。つまり、第３のＡｌ合金層２０１ｃの端部がさらに後退しながら、第２のＡｌ合金層２０１ｂおよび第１のＡｌ合金層２０１ａの上面がエッチングされるため、Ａｌ配線膜２０１の側壁に傾斜ができ、Ａｌ配線膜２０１は底部よりも上部の幅が狭いテーパー形状となる。
最後に、フォトレジスト１０２を除去することにより、図１２に示したＡｌ配線膜２０１が完成する。
本実施の形態のＡｌ配線膜２０１はテーパー形状であるため、その上に絶縁膜を形成する場合に良好なステップカバレッジ特性を得ることができる。よって当該絶縁膜の耐圧の低下や、上層の配線膜の断線が防止でき、製品の歩留まりの向上に寄与できる。
またＡｌ配線膜２０１をテーパー形状にパターニングする工程を、第１のＡｌ合金層２０１ａ、第２のＡｌ合金層２０１ｂおよび第３のＡｌ合金層２０１ｃを等方的にエッチングすることで実施できるため、Ａｌ配線膜２０１のテーパー形状（側壁の傾斜）はエッチング液の組成変化の影響を殆ど受けない。したがって、エッチング液の管理を従来よりも厳しくすることを必要とせずに、容易に所定のテーパー形状のＡｌ配線膜２０１を安定して得ることができる。よってエッチング液の管理にかかるコストの上昇も抑えることができる。
本実施の形態では、Ａｌ配線膜２０１を滑らかなテーパー状にするために、第３のＡｌ合金層２０１ｃの膜厚は、第１のＡｌ合金層２０１ａと第３のＡｌ合金層２０１ｃを合わせた膜厚の１／５以下にすることが望ましい。それにより、フォトレジスト１０２の現像工程後のノッチ形状および、Ａｌ配線膜２０１のパターニング後のテーパー形状を最適化できる。
実施の形態２に係る三層構造のＡｌ配線膜２０１は、実施の形態１のＡｌ配線膜１０１と同様に、図６および図７に示したＴＦＴアクティブマトリクス基板のゲート電極２、補助容量電極３、ソース電極７、ドレイン電極８のそれぞれに対して適用可能である。
また実施の形態１のＡｌ配線膜１０１と実施の形態２のＡｌ配線膜２０１とを組み合わせて使用することも可能である。例えば図１６は、ゲート電極２および補助容量電極３の配線層に実施の形態１のＡｌ配線膜１０１を適用し、ソース電極７およびドレイン電極８の配線層に実施の形態２のＡｌ配線膜２０１を適用したＴＦＴアクティブマトリクス基板の構成を示している。
図１６において、ゲート電極２および補助容量電極３は、ＡｌもしくはＡｌ合金から成る第１層（第１のＡｌ合金層２ａ，３ｂ）と、Ｎｉ、ＰｄおよびＰｔのいずれか１以上の元素を含むＡｌ合金から成る第２層（第２のＡｌ合金層２ｂ，３ｂ）との二層構造である。一方、ソース電極７およびドレイン電極８は、Ｎｉ、ＰｄおよびＰｔのいずれか１以上の元素を含むＡｌ合金から成る第１層（第１のＡｌ合金層７１ａ，８１ａ）と、窒素を含むＡｌ合金から成る第２層（第２のＡｌ合金層７１ｂ，８１ｂ）と、Ｎｉ、ＰｄおよびＰｔのいずれか１以上の元素を含むＡｌ合金から成る第３層（第３のＡｌ合金層７１ｃ，８１ｃ）との三層構造である。
特に、実施の形態２のＡｌ配線膜２０１をソース電極７およびドレイン電極８に適用した場合、それらの下層の第１のＡｌ合金層７１ａ，８１ａと、上層の第３のＡｌ合金層７１ｃ，８１ｃが、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔの１０族遷移元素を添加したＡｌ合金であるので、ソース電極７およびドレイン電極８の下面に接続するオーミックコンタクト膜６との界面、さらにドレイン電極８の上面に接続する画素電極１２（ＩＺＯやＩＴＯ等の酸化物導電膜）との界面において、良好なコンタクト特性を得ることができる。
なお、上で説明したＴＦＴアクティブマトリクス基板の半導体膜５は、ａ−Ｓｉ膜として説明したが、例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）系の半導体や、酸化亜鉛（ＺｎＯ）に酸化ガリウム（Ｇａ2Ｏ3）、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）あるいは酸化スズ（ＳｎＯ2）などを添加した酸化物系の半導体を用いることも可能である。このような酸化物系の半導体膜を半導体層５に用いた場合、ａ−Ｓｉ膜を用いた場合よりも、高いキャリア移動度の高性能なＴＦＴを得ることができる。
特に実施の形態２のＡｌ配線膜２０１を、ソース電極７およびドレイン電極８に適用することにより、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔを添加したＡｌ合金である第１のＡｌ合金層２０１ａと、酸化物系の半導体膜５との界面で良好なコンタクト特性が得られるため、より高性能なＴＦＴを得ることが可能である。
１０１ Ａｌ配線膜、１０１ａ 第１のＡｌ合金層、１０１ｂ 第２のＡｌ合金層、２０１ Ａｌ配線膜、２０１ａ 第１のＡｌ合金層、２０１ｂ 第２のＡｌ合金層、２０１ｃ 第３のＡｌ合金層、１００ 基板、１０２ フォトレジスト、１０３ ノッチ、１ 透明絶縁性基板、２ ゲート電極、３ 補助容量電極、４ ゲート絶縁膜、５ 半導体膜、６ オーミックコンタクト膜、７ ソース電極、８ ドレイン電極、９ チャネル部、１０ 層間絶縁膜、１１ コンタクトホール、１２ 画素電極、ＧＬ ゲート線、ＳＬ ソース配線膜。
Claims (1)
- ＡｌもしくはＡｌ合金から成る第１層を形成する工程と、
前記第１層上に、Ｎｉ、ＰｄおよびＰｔのいずれか１以上の元素を含み前記第１層とは異なる組成のＡｌ合金から成る第２層を形成する工程と、
前記第２層上にフォトレジストを塗布し、フォトマスクを用いて露光する工程と、
アルカリ性薬液を用いて、露光後の前記フォトレジストを現像すると共に、前記フォトレジストの現像が完了する時間から、さらに現像後の前記フォトレジストから露出した前記第２層を除去可能な時間を超える時間、前記現像の処理を延長することによって、前記第２層をエッチングし、現像後の前記フォトレジストの下の前記第２層の端部を当該フォトレジストの端部よりも後退させる工程と、
現像後の前記フォトレジストをマスクとして用いるウェットエッチングにより、前記第１および第２層を同時にエッチングしてパターニングすることによって、前記第１および第２層を含む配線膜を形成する工程とを備える
ことを特徴とする配線膜の製造方法。
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