KR20120089835A - Sputtering target, semiconductor device and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 스퍼터링 타겟, 반도체 장치 및 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD This invention relates to a sputtering target, a semiconductor device, and the manufacturing method of a semiconductor device.
종래의 기술로서, Mg를 0.1~5원자%, 나아가 Mn 및 Al 중의 1종 또는 2종의 합계 0.1~11원자%를 함유하고, 필요에 따라 P를 0.001~0.1원자%를 함유하는 스퍼터링 타겟재가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).As a conventional technique, a sputtering target material containing 0.1 to 5 atomic% of Mg, further 0.1 to 11 atomic% of one or two kinds of Mn and Al, and 0.00 to 0.1 atomic% of P as necessary It is known (for example, refer patent document 1).
이 스퍼터링 타겟재는, 평판 디스플레이의 유리 기판 표면에 구리 합금 배선막을 형성하는 스퍼터링법에 사용되고, 이 스퍼터링법에 의해 형성된 구리 합금 배선막은, 유리 기판상의 위치에 있어서의 비저항의 편차가 감소한다.This sputtering target material is used for the sputtering method which forms a copper alloy wiring film in the glass substrate surface of a flat panel display, and the copper alloy wiring film formed by this sputtering method reduces the variation of the specific resistance in the position on a glass substrate.
하지만, 특허문헌 1의 스퍼터링 타겟재는, 기재된 구리 합금막의 평가는, 유리 기판 상에 구리 합금이 형성된 시료에서만, 비저항분포, 밀착성, 힐록(Hillock)발생 유무의 평가가 이루어지고 있다. 즉, 유리 기판 상에 Si 반도체층을 형성한 상태에서의 특성 평가가 이루어져 있지 않아, 소스 전극 및 드레인 전극을 형성한 상태에서의 사용 가능성은 불분명하다.However, as for the sputtering target material of
따라서, 본 발명은, Cu 배선층에 포함되는 Cu의 주위로의 확산을 억제하면서 밀착성 및 동작 특성에 우수한 반도체 장치 및 그 제조 방법, 및 그 반도체 장치의 제조에 사용하는 스퍼터링 타겟을 제공하는 것을 목적으로 한다.Therefore, an object of this invention is to provide the semiconductor device excellent in adhesiveness and operating characteristics, its manufacturing method, and the sputtering target used for manufacture of this semiconductor device, suppressing the diffusion to the surroundings of Cu contained in a Cu wiring layer. do.
본 발명은, 상기 목적을 달성하기 위하여, 1.5원자% 이상 5.0원자% 이하의 Mn과, (Mg의 원자%)/(Mn의 원자%)로 표시되는 비율이 0.3 이상 2.1 이하의 Mg와, 10wtppm 이하의 C와, 2wtppm 이하의 O2를 포함하는 Cu 합금을 사용하여 형성된 스퍼터링 타겟을 제공한다.The present invention, in order to achieve the above object, Mn of 1.5 atomic% or more and 5.0 atomic% or less, Mg of 0.3 or more and 2.1 or less, Mg of 10% or more and 10wtppm represented by (atomic% of Mg) / (atomic% of Mn) A sputtering target formed by using a Cu alloy comprising C or less and 2 wt% or less of O 2 is provided.
본 발명은, 상기 목적을 달성하기 위하여, 상기 스퍼터링 타겟을 사용한 반도체 장치의 제조 방법을 제공한다.This invention provides the manufacturing method of the semiconductor device using the said sputtering target in order to achieve the said objective.
본 발명은, 상기 목적을 달성하기 위하여, 기판 상에 게이트 전극막을 형성하는 공정과, 게이트 전극막 상에 게이트 절연막을 형성하는 공정과, 게이트 절연막 상에 반도체막을 형성하는 공정과, 상기 스퍼터링 타겟을 사용한 스퍼터링법에 의해 반도체막 상에 Cu 합금막을 형성하는 공정과, Cu 합금막 상에 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a process for forming a gate electrode film on a substrate, a process of forming a gate insulating film on the gate electrode film, a process of forming a semiconductor film on the gate insulating film, and a sputtering target. Provided are a method of manufacturing a semiconductor device including a step of forming a Cu alloy film on a semiconductor film by a used sputtering method, and a step of forming a source electrode and a drain electrode on the Cu alloy film.
상기 반도체 장치의 제조 방법은, 반도체막이 비정질 실리콘막(amorphous silicon layer)이고, 반도체막을 형성하는 공정이 비정질 실리콘막의 표면에 실리콘 산화막을 형성하는 공정을 포함하는 것이 바람직하다.The method for manufacturing the semiconductor device preferably includes a step in which the semiconductor film is an amorphous silicon layer, and the step of forming the semiconductor film includes a step of forming a silicon oxide film on the surface of the amorphous silicon film.
상기 반도체 장치의 제조 방법은, 실리콘 산화막의 막두께가 1㎚ 이상 2㎚ 이하이고, (Mg의 원자%)/(Mn의 원자%)로 표시되는 비율이 0.3 이상 0.7 이하인 것이 바람직하다.It is preferable that the film thickness of a silicon oxide film is 1 nm or more and 2 nm or less, and the ratio represented by (atomic% of Mg) / (atomic% of Mn) is 0.3 or more and 0.7 or less in the manufacturing method of the said semiconductor device.
상기 반도체 장치의 제조 방법은, 실리콘 산화막의 막두께가 2㎚ 초과 3㎚ 이하이고, (Mg의 원자%)/(Mn의 원자%)로 표시되는 비율이 0.7 초과 1.5 이하인 것이 바람직하다.It is preferable that the film thickness of a silicon oxide film is more than 2 nm and 3 nm or less, and the ratio represented by (atomic% of Mg) / (atomic% of Mn) is more than 0.7 and 1.5 or less in the manufacturing method of the said semiconductor device.
상기 반도체 장치의 제조 방법은, 실리콘 산화막의 막두께가 3㎚ 초과 4㎚ 이하이고, (Mg의 원자%)/(Mn의 원자%)로 표시되는 비율이 1.5 초과 2.1 이하인 것이 바람직하다.It is preferable that the film thickness of a silicon oxide film is more than 3 nm and 4 nm or less, and the ratio represented by (atomic% of Mg) / (atomic% of Mn) is more than 1.5 and 2.1 or less in the manufacturing method of the said semiconductor device.
상기 반도체 장치의 제조 방법은, 가열 처리를 진행하는 것에 의해, Cu 합금막과 산화막의 경계에 확산 배리어층을 형성하는 공정을 포함하는 것이 바람직하다.It is preferable that the manufacturing method of the said semiconductor device includes the process of forming a diffusion barrier layer in the boundary of a Cu alloy film and an oxide film by heat-processing.
본 발명은, 상기 목적을 달성하기 위하여, 기판과; 기판 상에 형성된 게이트 전극막과; 게이트 전극막 상에 형성된 게이트 절연막과; 게이트 절연막 상에 형성된 비정질 실리콘막과; 비정질 실리콘막 상에 형성된 실리콘 산화막과; 실리콘 산화막 상에 형성되고, 1.5원자% 이상 5.0원자% 이하의 Mn과, (Mg의 원자%)/(Mn의 원자%)로 표시되는 비율이 0.3 이상 2.1 이하의 Mg를 포함하는 Cu 합금막과; Cu 합금막 상에 형성된 소스 전극 및 드레인 전극을 구비한 반도체 장치를 제공한다.The present invention, in order to achieve the above object; A gate electrode film formed on the substrate; A gate insulating film formed on the gate electrode film; An amorphous silicon film formed on the gate insulating film; A silicon oxide film formed on the amorphous silicon film; A Cu alloy film formed on the silicon oxide film and including Mn of 1.5 atomic% or more and 5.0 atomic% or less, and the ratio represented by (atomic% of Mg) / (atomic% of Mn) of 0.3 or more and 2.1 or less Mg; ; A semiconductor device having a source electrode and a drain electrode formed on a Cu alloy film is provided.
본 발명에 의하면, Cu 배선층에 포함되는 Cu의 주위로의 확산을 억제하면서 밀착성 및 동작 특성에 우수한 반도체 장치 및 그 제조 방법, 및 그 반도체 장치의 제조에 사용하는 스퍼터링 타겟을 제공할 수 있다.According to this invention, the semiconductor device excellent in adhesiveness and operation characteristics, the manufacturing method, and the sputtering target used for manufacture of this semiconductor device can be provided, suppressing the diffusion to the surroundings of Cu contained in a Cu wiring layer.
도 1은 밀착성 평가를 하기 위해 제작한 시료의 주요부분의 단면도이다.
도 2에 있어서, (a)는 동작 특성 평가를 하기 위해 제작한 TFT 소자의 주요부분의 단면도, (b)는 비교예 7에 따른 TFT 소자의 주요부분의 단면도이다.
도 3은 TFT 소자의 동작 특성 측정 방법을 나타내는 개략도이다.
도 4는 측정한 VG-Id를 나타내는 그래프이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is sectional drawing of the principal part of the sample produced for adhesive evaluation.
In FIG. 2, (a) is sectional drawing of the principal part of the TFT element produced for operation characteristic evaluation, (b) is sectional drawing of the principal part of the TFT element which concerns on the comparative example 7. In FIG.
3 is a schematic view showing a method of measuring operating characteristics of a TFT element.
4 is a graph showing the measured V G -I d .
[실시형태의 요약] 실시형태에 따른 스퍼터링 타겟은, 1.5원자% 이상 5.0원자% 이하의 Mn과, (Mg의 원자%)/(Mn의 원자%)로 표시되는 비율이 0.3 이상 2.1 이하의 Mg와, 10wtppm 이하의 C와, 2wtppm 이하의 O2를 포함하는 Cu 합금을 사용하여 형성된다.[Summary of Embodiment] The sputtering target according to the embodiment has a ratio of Mn of 1.5 atomic% or more and 5.0 atomic% or less and Mg of 0.3 or more and 2.1 or less, expressed by (atomic% of Mg) / (atomic% of Mn). And a Cu alloy containing 10 wtppm or less of C and 2 wtppm or less of O 2 .
또한, 실시형태에 따른 반도체 장치의 제조 방법은 상기 스퍼터링 타겟을 사용하여 진행된다.In addition, the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on embodiment advances using the said sputtering target.
또한, 실시형태에 따른 반도체 장치는, 기판과; 기판 상에 형성된 게이트 전극막과; 게이트 전극막 상에 형성된 게이트 절연막과; 게이트 절연막 상에 형성된 비정질 실리콘막과; 비정질 실리콘막 상에 형성된 실리콘 산화막과; 실리콘 산화막 상에 형성되고, 1.5원자% 이상 5.0원자% 이하의 Mn과, (Mg의 원자%)/(Mn의 원자%)로 표시되는 비율이 0.3 이상 2.1 이하의 Mg를 포함하는 Cu 합금막과; Cu 합금막 상에 형성된 소스 전극 및 드레인 전극을 구비한다.Moreover, the semiconductor device which concerns on embodiment is a board | substrate; A gate electrode film formed on the substrate; A gate insulating film formed on the gate electrode film; An amorphous silicon film formed on the gate insulating film; A silicon oxide film formed on the amorphous silicon film; A Cu alloy film formed on the silicon oxide film and including Mn of 1.5 atomic% or more and 5.0 atomic% or less, and the ratio represented by (atomic% of Mg) / (atomic% of Mn) of 0.3 or more and 2.1 or less Mg; ; A source electrode and a drain electrode formed on the Cu alloy film are provided.
(실시형태의 효과) 본 실시형태에 의하면, Cu 배선층에 포함되는 Cu의 주위로의 확산을 억제하면서 밀착성 및 동작 특성에 우수한 반도체 장치 및 그 제조 방법, 및 그 반도체 장치의 제조에 사용하는 스퍼터링 타겟을 제공할 수 있다.(Effect of Embodiment) According to this embodiment, the semiconductor device which is excellent in adhesiveness and operation characteristics, and its manufacturing method, and the sputtering target used for manufacture of this semiconductor device are suppressed the diffusion to the surroundings of Cu contained in a Cu wiring layer. Can be provided.
이하, 본 실시형태의 실시예에 대해 설명한다.Hereinafter, the Example of this embodiment is described.
[실시예 1] (스퍼터링 타겟의 제조 방법)
도 1은 밀착성 평가를 하기 위해 제작한 시료의 주요부분의 단면도이다. 우선, 조성이 상이한 복수의 스퍼터링 타겟을 제작하였다. 제작한 스퍼터링 타겟의 조성은, 이하의 표 1과 같다.Example 1 (Method for Producing Sputtering Target)
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is sectional drawing of the principal part of the sample produced for adhesive evaluation. First, the some sputtering target from which a composition differs was produced. The composition of the produced sputtering target is as Table 1 below.
또, 실시예 1~실시예 12는, 스퍼터링 타겟이, 1.5원자% 이상 5.0원자% 이하의 Mn과, (Mg의 원자%)/(Mn의 원자%)로 표시되는 비율이 0.3 이상 2.1 이하의 Mg와, 10wtppm 이하의 C와, 2wtppm 이하의 O2를 포함하는 Cu 합금을 사용하여 제작되는 것을 조건으로 하고 있다. 비교예 1~비교예 6은, 스퍼터링 타겟이 상기 조건과 상이한 조건으로 제작되어 있다.Further, in Examples 1 to 12, the sputtering target has a ratio represented by Mn of 1.5 atomic% or more and 5.0 atomic% or less and (atomic% of Mg) / (atomic% of Mn) of 0.3 or more and 2.1 or less. and Mg, and the condition that is fabricated using a Cu alloy containing C and O 2 under the following 2wtppm 10wtppm. In Comparative Examples 1 to 6, the sputtering target is produced under conditions different from the above conditions.
스퍼터링 타겟의 제조 방법은, 우선 소정의 배합으로 되도록, 순도 99.99질량%의 무산소 구리(순 Cu)와, Mn 및 Mg를 배합하여 Cu-Mn-Mg 합금을 제작한다(모합금(mother alloy) 제작 공정). 그 다음, Ar 가스 분위기 중에서 이 모합금을 알루미나 도가니(alumina crucible) 내에서 용해하여 용탕으로 한다(용탕 제작 공정). 그 다음, 이 용탕을 주형에 주입하여 스퍼터링 타겟의 모재(母材)(잉곳)를 제작한다(주조 공정). 그 다음, 이 모재에 압연롤을 사용한 열간 압연 가공을 시행한다(열간 압연 공정). 그 다음, 열간 압연 가공이 시행된 모재에, 압연롤을 사용한 냉간 압연 가공을 시행한다(냉간 압연 공정). 그 다음, 냉간 압연 가공이 시행된 모재에 열처리를 시행한다(열처리 공정). 그 다음, 열처리가 진행된 모재가 목적으로 하는 사이즈가 되도록 절삭 가공을 시행한다(절삭 공정). 상기의 제조 공정에 의해, φ100㎜×5㎜의 원반 형상의 스퍼터링 타겟을 제작하였다.In the manufacturing method of a sputtering target, a Cu-Mn-Mg alloy is produced by mix | blending an oxygen-free copper (pure Cu) of purity 99.99 mass% with Mn and Mg so that it may become a predetermined | prescribed compounding (mother alloy preparation) fair). Next, this mother alloy is melted in an alumina crucible in an Ar gas atmosphere to form a molten metal (mold production step). Next, this molten metal is injected into a mold to prepare a base material (ingot) of the sputtering target (casting step). Then, the hot rolling process using a rolling roll is given to this base material (hot rolling process). Then, the cold rolling process using a rolling roll is given to the base material to which the hot rolling process was performed (cold rolling process). Then, heat treatment is performed on the base material subjected to cold rolling (heat treatment step). Next, a cutting process is performed so that the base material to which the heat processing progressed may become a target size (cutting process). By the said manufacturing process, the disk-shaped sputtering target of (phi) 100 mm x 5 mm was produced.
이어서, 상기 스퍼터링 타겟을 사용하여 형성된 Cu 합금막을 구비하는 복수의 시료(1)를 제작하였다. 이하, 시료(1)의 구성에 대해 설명한다.Next, the some
(시료(1)의 구성 개요)
시료(1)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 유리 기판(10)과, 유리 기판(10) 상에 형성된 게이트 절연막(11)과, 게이트 절연막(11) 상에 형성된 비정질 실리콘(이하, a-Si로 기재함)막(12)과, a-Si 막(12) 상에 형성된 n+a-Si 막(13)과, n+a-Si 막(13) 상에 형성된 Si 산화막(14)과, Si 산화막(14) 상에 형성된 Cu 합금막(15)과, Cu 합금막(15) 상에 형성된 순 Cu 막(16)을 구비하고 있다. 이 Cu 합금막(15) 및 순 Cu 막(16)은 Cu 배선층을 형성하고 있다.(Configuration summary of sample (1))
As shown in FIG. 1, the
유리 기판(10)은, 예를 들면 액정 모니터, 플라스마 디스플레이, 유기 EL(Electro-Luminescence) 디스플레이, 무기 EL 디스플레이 등의 평판 디스플레이에 사용되는 유리 기판이다. 이 유리 기판(10)의 두께는 700㎛이다.The
게이트 절연막(11)은, CVD(Chemical Vapor Deposition)법에 의해 형성된 SiN(질화 실리콘)막이다. 이 게이트 절연막(11)의 막두께는 350㎚이다.The
a-Si 막(12)은 CVD법에 의해 형성된다. 이 a-Si 막(12)의 막두께는 180㎚이다.The a-Si
n+a-Si 막(13)은 플라스마 CVD법에 의해 형성된다. 구체적으로는, 예를 들면 실란 가스(SiH4), P의 도핑 원소를 포함하는 PH3 가스, 및 H2의 밸런스 가스를 챔버 내에 주입하여, 플라스마 CVD법에 의한 플라스마를 발생시켜 유리 기판(10) 상에 P 도프 a-Si:H(비정질 수소화 실리콘)를 형성시키는 것에 의해, n+a-Si 막(13)이 형성된다.The n + a-Si
Si 산화막(14)은, 산소 플라스마를 n+a-Si 막(13)에 조사하는 것에 의해 형성된다. 산소 플라스마의 조사 시간은 60초이다. 이 Si 산화막(14)의 막두께는 1㎚이다.The Si
Cu 합금막(15)은 표 1에 나타낸 스퍼터링 타겟을 사용한 스퍼터링법에 의해 형성된다. 이 Cu 합금막(15)의 막두께는 50㎚이다.The
구체적으로는, 이하의 조건에 의해 스퍼터링법을 진행하였다.
DC전력: 600W
방전 가스 종류: Ar
가스압: 0.5Pa
유리 기판의 가열 온도: 실온(가열 없음)Specifically, the sputtering method was advanced under the following conditions.
DC power: 600 W
Discharge Gas Type: Ar
Gas pressure: 0.5 Pa
Heating temperature of glass substrate: room temperature (no heating)
순 Cu 막(16)은, 순도가 99.99질량%의 순 Cu로 제작된 스퍼터링 타겟을 사용한 스퍼터링법에 의해 형성된다. 이 순 Cu 막(16)의 막두께는 300㎚이다. 또, 스퍼터링법은, 이하에 나타내는 각 Cu 합금막이, 스퍼터링법에 사용한 스퍼터링 타겟과 동일한 조성으로 되도록 진행되는 것으로 한다.Pure Cu film |
구체적으로는, 이하의 조건에 의해 스퍼터링법을 진행하였다.
DC전력: 600W
방전 가스 종류: Ar
가스압: 0.5Pa
유리 기판의 가열 온도: 실온(가열 없음)Specifically, the sputtering method was advanced under the following conditions.
DC power: 600 W
Discharge Gas Type: Ar
Gas pressure: 0.5 Pa
Heating temperature of glass substrate: room temperature (no heating)
[시료(1)의 밀착성 평가]
상기 스퍼터링 타겟을 사용하여 제작된 복수 시료(1)의 밀착성 평가를 하였다. 밀착성 평가의 결과는 하기 표 2와 같다. 또, 시료(1)의 밀착성 평가는, 산소 플라스마의 조사 시간을 변화하여 형성된, 막두께가 상이한 Si 산화막(14)을 구비하는 시료(1)별로 진행하였다. 이 Si 산화막(14)의 막두께는 1㎚(조사 시간 60초), 1.5㎚(조사 시간 90초), 2㎚(조사 시간 120초), 2.5㎚(조사 시간 200초), 3㎚(조사 시간 300초), 3.5㎚(조사 시간 500초) 및 4㎚(조사 시간 900초)의 7종류이다. 또한, 이하에 나타내는 Si 산화막(14) 및 후술하는 Si 산화막(25)의 막두께 측정은, 분광 타원해석법(Spectroscopic Ellipsometry)을 이용하여 진행하였다.[Evaluation of Adhesiveness of Sample 1]
The adhesive evaluation of the some
밀착성 평가 방법은 JIS-K5600에 준거하여 진행하였다. 우선, 시료(1)의 순 Cu 막(16)에 커터로 2㎟의 칸(셀)을 5×5로 25개 긋는다. 이어서, 점착 테이프(3M 컴퍼니 제조의 #3305)를 순 Cu 막(16)에 부착하고 박리하여, Cu 배선층과 a-Si 막(23)의 밀착성을 평가하였다. 즉, Cu 배선층은 순 Cu 막(16) 및 Cu 합금막(15)으로 구성되고, 또한 Si 산화막(14)은 a-Si 막(12)의 일부에 의해 형성되어 있으므로, 밀착성 평가로서는, Cu 배선층과 a-Si 막(23)에 대한 밀착성 평가는 그 결과가 같다.The adhesive evaluation method was advanced based on JIS-K5600. First, 25 2 mm <2> squares (cells) are drawn to the pure Cu film |
밀착성 평가의 기준은, 전혀 박리되지 않은 경우를 ◎, 1칸 미만의 박리의 경우를 ○, 1칸 이상 5칸 미만의 박리의 경우를 △, 5칸 이상의 박리의 경우를 ×로 하였다. 이어서, 표 1의 조성을 갖는 스퍼터링 타겟을 사용하여 반도체 소자로서의 TFT(Thin Film Transistor) 소자를 형성하고, 그 TFT 소자의 동작 특성 평가에 대해 설명한다.As for the criterion of adhesive evaluation, (circle) and the case of peeling of less than 1 space were (circle) and the case of peeling of 1 or more spaces and less than 5 spaces (triangle | delta) and the case of peeling of 5 spaces or more were made into x for the case where it was not peeled at all. Next, the TFT (Thin Film Transistor) element as a semiconductor element is formed using the sputtering target which has a composition of Table 1, and the operation characteristic evaluation of this TFT element is demonstrated.
(TFT 소자의 구성 개요)
도 2(a)는 동작 특성 평가를 하기 위해 제작한 TFT 소자의 주요부분의 단면도이고, 도 2(b)는 비교예 7에 따른 TFT 소자의 주요부분의 단면도이다. 우선, 동작 특성 평가를 하기 위해 제작한 TFT 소자(2)의 구성에 대해 설명한다. 이하에서는, 주로 시료(1)와 상이한 부분에 대해 설명한다.(Configuration overview of the TFT element)
Fig. 2A is a sectional view of a main part of a TFT device fabricated for evaluating operating characteristics, and Fig. 2B is a sectional view of a main part of a TFT device according to Comparative Example 7. Figs. First, the structure of the
TFT 소자(2)는, 도 2(a)에 나타내는 바와 같이, 유리 기판(20)과, 게이트 전극막(21)과, 게이트 절연막(22)과, 반도체막으로서의 a-Si 막(23)과, n+a-Si 막(24)과, Si 산화막(25)과, 확산 배리어층(26)과, Cu 합금막(27)과, 소스 전극막(28)과, 드레인 전극막(29)과, 보호막(30)을 구비하여 구성되어 있다. 이 TFT 소자(2)의 Cu 합금막(27)의 형성에 사용하는 스퍼터링 타겟의 조성을 변화하여 표 2에 나타내는 실시예 1~실시예 12 및 비교예 1~비교예 6의 TFT 소자(2)를 제작하였다.As shown in Fig. 2A, the
비교예 7에 따른 TFT 소자(4)는, 도 2(b)에 나타내는 바와 같이, 유리 기판(40)과, 게이트 전극막(41)과, 게이트 절연막(42)과, a-Si 막(43)과, n+a-Si 막(44)과, Mo 배리어막(45)과, 소스 전극막(46)과, 드레인 전극막(47)과, 보호막(48)을 구비하여 구성되어 있다. 이 TFT 소자(4)는, Si 산화막(25), 확산 배리어층(26) 및 Cu 합금막(27) 대신에 Mo 배리어막(45)을 구비하고 있다. 이하, TFT 소자(2) 및 TFT 소자(4)의 제조 방법에 대해 설명한다.As shown in FIG. 2B, the
(TFT 소자(2)의 제조 방법)
우선, 스퍼터링법에 의해 유리 기판(20) 상에 게이트 전극막(21)을 형성한다. 이 유리 기판(20)은 시료(1)의 유리 기판(10)과 동일한 유리 기판이다. 또한, 게이트 전극막(21)은 크롬(Cr)막이다. 이 게이트 전극막(21)의 막두께는 300㎚이다. 또, 실시예 및 비교예에 따른 TFT 소자의 제조를 간략화하기 위해, 게이트 전극막, 게이트 절연막, a-Si 막 및 n+a-Si 막의 패터닝은 생략하고 있다. 또한, TFT 소자(2)는, 표 2에 나타내는 바와 같이, 스퍼터링 타겟의 조성, 및 Si 산화막의 막두께 종류에 따라 복수의 TFT 소자(2)가 제작된다.(Manufacturing method of TFT element 2)
First, the
다음으로, CVD법에 의해 게이트 전극막(21) 상에 게이트 절연막(22)을 형성한다. 이 게이트 절연막(22)은, 시료(1)의 게이트 절연막(11)과 동일한 조성 및 막두께가 되도록 형성된다.Next, the
다음으로, CVD법에 의해 게이트 절연막(22) 상에 a-Si 막(23)을 형성한다. 이 a-Si 막(23)은, 시료(1)의 a-Si 막(12)과 동일한 조성 및 막두께가 되도록 형성된다.Next, an
n+a-Si 막(24)은, 시료(1)에 있어서의 n+a-Si 막(13)의 형성시와 동일 조건에 의한 플라스마 CVD법에 의해 형성된다. 이 n+a-Si 막(24)은, 시료(1)의 n+a-Si 막(13)과 동일한 조성 및 막두께가 되도록 형성된다.The n + a-Si film 24 is formed by the plasma CVD method under the same conditions as the formation of the n + a-Si film 13 in the
다음으로, n+a-Si 막(24)의 표면에 산소 플라스마를 조사하여 Si 산화막(25)을 형성한다. Si 산화막(25)은, 산소 플라스마의 조사 시간에 따라 표 2에 나타내는 7종류의 막두께가 되도록 형성된다.Next, an oxygen plasma is irradiated on the surface of the n + a-Si film 24 to form an
다음으로, 표 1에 나타내는 조성을 구비하는 스퍼터링 타겟을 사용한 스퍼터링법에 의해, Cu 합금막(27)을 형성한다. Cu 합금막(27)은 시료(1)의 Cu 합금막(15)과 동일한 막두께가 되도록 형성된다.Next, the
구체적으로는, 이하의 조건에 의해 스퍼터링법을 진행하였다.
DC전력: 600W
방전 가스 종류: Ar
가스압: 0.5Pa
유리 기판의 가열 온도: 실온(가열 없음)Specifically, the sputtering method was advanced under the following conditions.
DC power: 600 W
Discharge Gas Type: Ar
Gas pressure: 0.5 Pa
Heating temperature of glass substrate: room temperature (no heating)
다음으로, 순 Cu로 제작된 스퍼터링 타겟을 사용한 스퍼터링법에 의해, Cu 합금막(27) 상에 순 Cu 막을 형성한다. 상기 순 Cu 막은 시료(1)의 순 Cu 막(16)과 동일한 조성 및 막두께가 되도록 형성된다.Next, a pure Cu film is formed on the
구체적으로는, 이하의 조건에 의해 스퍼터링법을 진행하였다.
DC전력: 600W
방전 가스 종류: Ar
가스압: 0.5Pa
유리 기판의 가열 온도: 실온(가열 없음)Specifically, the sputtering method was advanced under the following conditions.
DC power: 600 W
Discharge Gas Type: Ar
Gas pressure: 0.5 Pa
Heating temperature of glass substrate: room temperature (no heating)
다음으로, 포토리소그래피법에 의해 소스 전극막 및 드레인 전극막을 형성하기 위한 레지스트 패턴을 순 Cu 막 상에 형성하고, 습식 에칭법에 의해, 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여 순 Cu 막, Cu 합금막(27)을 패터닝한다. 이어서, 건식 에칭에 의해, Si 산화막(25) 및 n+a-Si 막(24), 및 a-Si 막(23)의 일부를 패터닝한다.Next, a resist pattern for forming the source electrode film and the drain electrode film by a photolithography method is formed on the pure Cu film, and by the wet etching method, the pure Cu film and the Cu alloy film (using the resist pattern as a mask). 27). Subsequently, a part of the
패터닝된 순 Cu 막은, 일측이 소스 전극막(28)이 되고, 타측이 드레인 전극막(29)이 된다.In the patterned pure Cu film, one side becomes the
다음으로, CVD법에 의해 a-Si 막(23), 소스 전극막(28) 및 드레인 전극막(29) 상에 보호막(30)을 형성하고, 이어서 진공 중에서 300℃로 30분간의 가열 처리를 진행한다. 이 가열 처리에 의해, Cu 합금막(27)과 Si 산화막(25)의 경계에 확산 배리어층(26)이 형성되고, TFT 소자(2)를 얻는다. 이 보호막(30)은 Si 산화막이다. 또한, 보호막(30)의 막두께는 500㎚이다.Next, the
또, 확산 배리어층(26)은, 가열 처리에 의해, Mn이 Cu 합금막(27)과 Si 산화막(25)의 경계에 집적되어 형성된다. 이 Mn의 집적에 의해, Cu 합금막(27)에 포함되는 Mg의 Si 산화막(25)으로의 확산이 억제된다. 따라서, 확산 배리어층(26)은, Mg의 Si 산화막(25)으로의 확산을 억제하기 때문에, Cu의 확산을 억제하면서 Si 산화막(25)의 소실을 억제한다.In addition, the
또한, TFT 소자(2)의 채널 영역(31)은, 도 2(a)에 나타내는 바와 같이, 소스 전극막(28)과 드레인 전극막(29) 사이의 a-Si 막(23)에 형성된다. 이 채널 영역(31)은, 채널길이(L)가 10㎛이고, 채널길이와 거의 직교하는 채널폭은 100㎛이다.In addition, the
(비교예 7의 TFT 소자(4)의 제조 방법)
우선, 스퍼터링법에 의해 유리 기판(40) 상에 게이트 전극막(41)을 형성한다. 이 유리 기판(40)은, TFT 소자(2)의 유리 기판(20)과 동일 유리 기판이다. 또한, 게이트 전극막(41)은, 실시예의 게이트 전극막(21)과 동일한 조성 및 막두께가 되도록 형성된다.(Manufacturing method of
First, the
다음으로, CVD법에 의해 게이트 전극막(41) 상에 게이트 절연막(42)을 형성한다. 이 게이트 절연막(42)은, TFT 소자(2)의 게이트 절연막(22)과 동일한 조성 및 막두께가 되도록 형성된다.Next, the
다음으로, CVD법에 의해 게이트 절연막(42) 상에 a-Si 막(43)을 형성한다. 이 a-Si 막(43)은, TFT 소자(2)의 a-Si 막(23)과 동일한 조성 및 막두께가 되도록 형성된다.Next, an
n+a-Si 막(44)은, TFT 소자(2)의 n+a-Si 막(24)의 형성시와 동일 조건에 의한 플라스마 CVD법에 의해 형성된다. 이 n+a-Si 막(44)은, TFT 소자(2)의 n+a-Si 막(24)과 동일한 조성 및 막두께가 되도록 형성된다.The n + a-Si film 44 is formed by the plasma CVD method under the same conditions as in the formation of the n + a-Si film 24 of the
다음으로, 스퍼터링법에 의해 n+a-Si 막(44) 상에 Mo(몰리브덴)을 증착시켜, Mo 배리어막(45)을 형성한다. 이 Mo 배리어막(45)은 막두께가 30㎚이다.Next, Mo (molybdenum) is deposited on the n + a-Si film 44 by the sputtering method to form the
구체적으로는, 이하의 조건에 의해 스퍼터링법을 진행하였다.
DC전력: 600W
방전 가스 종류: Ar
가스압: 0.5Pa
유리 기판의 가열 온도: 실온(가열 없음)Specifically, the sputtering method was advanced under the following conditions.
DC power: 600 W
Discharge Gas Type: Ar
Gas pressure: 0.5 Pa
Heating temperature of glass substrate: room temperature (no heating)
다음으로, 순 Cu로 제작된 스퍼터링 타겟을 사용한 스퍼터링법에 의해, Mo 배리어막(45) 상에 순 Cu 막을 형성한다. 이 순 Cu 막은, TFT 소자(2)의 순 Cu 막(소스 전극막(28) 및 드레인 전극막(29))과 동일한 조성 및 막두께가 되도록 형성된다.Next, a pure Cu film is formed on the
다음으로, 포토리소그래피법에 의해, 소스 전극막 및 드레인 전극막을 형성하기 위한 레지스트 패턴을 순 Cu 막 상에 형성하고, 습식 에칭법에 의해, 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여 순 Cu 막을 패터닝한다. 이어서, 건식 에칭에 의해, n+a-Si 막(44), 및 a-Si 막(43)의 일부를 패터닝한다.Next, a resist pattern for forming the source electrode film and the drain electrode film is formed on the pure Cu film by the photolithography method, and the pure Cu film is patterned by using the resist pattern as a mask by the wet etching method. Subsequently, a part of the n + a-Si film 44 and the
패터닝된 순 Cu 막은, 일측이 소스 전극막(46), 타측이 드레인 전극막(47)이 된다.The patterned net Cu film has a
다음으로, CVD법에 의해, a-Si 막(43), 소스 전극막(46) 및 드레인 전극막(47) 상에 보호막(48)을 형성하고, 이어서 진공 중에서 300℃로 30분간의 가열 처리를 하고, 비교예 7의 TFT 소자(4)를 얻는다. 이 보호막(48)은 TFT 소자(2)의 보호막(30)의 조성 및 막두께가 되도록 형성된다.Next, the
또한, TFT 소자(4)의 채널 영역(49)은, 도 2(b)에 나타내는 바와 같이, 소스 전극막(46)과 드레인 전극막(47) 사이의 a-Si 막(43)에 형성된다. 이 채널 영역(49)은, 채널길이(L)가 10㎛이고, 채널길이와 거의 직교하는 채널폭은 100㎛이다.In addition, the
또, TFT 소자(2) 및 TFT 소자(4)의 게이트 전극막, 소스 전극막 및 드레인 전극막은, 측정 프로브를 접촉시키는 전극 패드(미도시)가 마련되어 있다.Moreover, the electrode pad (not shown) which makes the measurement probe contact the gate electrode film, the source electrode film, and the drain electrode film of the
[동작 특성 평가]
도 3은 TFT 소자의 동작 특성 측정 방법을 나타내는 개략도이다. 이하에서는, 동작 특성으로서 후술하는 캐리어의 이동도를 측정하는 것이다. TFT 소자(2)의 동작 특성을 측정하기 위해, 도 3에 나타내는 바와 같이, 전류계(51), 전류계(53) 및 전류계(54)와, 전원(52) 및 전원(55)이 접속되어 있다.[Operation Characteristic Evaluation]
3 is a schematic view showing a method of measuring operating characteristics of a TFT element. Below, the mobility of the carrier mentioned later as an operation characteristic is measured. In order to measure the operating characteristics of the
구체적으로는, TFT 소자(2)의 소스 전극막(28)은 접지되어 있다. 또한, 이 소스 전극막(28)에는, 소스 전극막(28)에 입력하는 전류를 측정하는 전류계(51)가 접속되어 있다. 드레인 전극막(29)은, 전압(VDS)을 공급하는 전원(55)이 접속되어 있다. 이 전원(55)은, 드레인 전극막(29)측의 단자에는 드레인 전극막(29)에도 접속되는 전류계(54)가 접속되고, 드레인 전극막(29)측과 반대측의 단자는 접지되어 있다. 또한, 게이트 전극막(21)에는, 일측이 게이트 전압(VG)을 공급하는 전원(52)에 접속되고, 타측이 게이트 전극막(21)에 접속되는 전류계(53)가 접속되어 있다.Specifically, the
동작 특성 측정 방법은, 우선, 소스 전극막(28) 및 드레인 전극막(29) 사이에, 전원(55)으로부터 일정 전압(VDS)을 공급하고, 나아가, 전원(52)으로부터 게이트 전극막(21)에 게이트 전압(VG)을 공급한다. 이 게이트 전압(VG)의 공급에 의해, TFT 소자(2)의 구조로부터 결정되는 임계 전압(Vth) 이상의 전압이 된 시점에서, a-Si 막(23)에 채널 영역(31)이 형성되고, 소스 전극막(28)에서 드레인 전극막(29)으로 전류(50)(Id)가 흐른다.In the operation characteristic measurement method, first, a constant voltage V DS is supplied from the
이 동작 특성 측정에서는, 게이트 전극막(21)의 패터닝을 생략한 간이 구조이지만, 소스 전극막(28)과 드레인 전극막(29) 사이의 전류(50)는, 일부 게이트 절연막(22)을 거쳐 게이트 전극막(21)에, 누설 전류로서 흐르기 때문에, 이 누설 전류가, 무시할 수 있을 만큼 작아질 정도로 큰 전압(VDS)을 공급하여 누설 전류분의 오차가 작은 영역에서 측정하였다.In this operation characteristic measurement, although the patterning of the
또한, 이 전압(VDS)을 공급한 경우의 포화 영역에서는, 하기에 나타내는 식 (1)이 성립되고, 또한, 이로부터 도출되는 식 (2)로 포화 이동도(μ)를 구했다.In the saturation region in the case where this voltage V DS was supplied, equation (1) shown below was established, and saturation mobility (μ) was obtained by equation (2) derived therefrom.
여기서, 포화 이동도(이동도: μΩ㎝)는, 식 (2)로부터 얻어진 VG-Id의 플롯을 VG-√Id로서 다시 플롯하고, 이 VG-√Id의 직선부분의 경사로부터 구했다.Here, the saturation mobility (mobility: μΩ㎝), the equation (2) again plot a plot of V G -I d obtained from the V G -√I as d, and the linear portion of the V G -√I d We saved from slope.
이 포화 이동도(μ)란, 소스 전극에서 드레인 전극으로의 전류의 전도율을 나타내고, 액정을 구동시키는 투명전극으로의 충/방전 속도에 관계되고, μ가 클수록 고속동작이 가능해진다.This saturation mobility μ represents the conductivity of the current from the source electrode to the drain electrode, and is related to the charge / discharge rate to the transparent electrode for driving the liquid crystal.
도 4는, 측정한 VG-Id를 나타내는 그래프이다. 도 4는 종축이 전류 Id(A)이고, 횡축이 게이트 전압 VG(V)이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 실시예 및 비교예 모두의 TFT 소자(2)에 있어서도, 전형적인 TFT 소자의 동작 특성이 얻어졌다.4 is a graph showing the measured V G -I d . 4, the vertical axis represents current I d (A), and the horizontal axis represents gate voltage V G (V). As shown in FIG. 4, also in the
이 동작 특성 평가의 결과를 표 2에 나타낸다. 평가 기준은, 도 2(b)에 나타내는, 비교예 7의 TFT 소자(4)의 이동도 특성 0.7μΩ㎝에 대하여, 90% 미만인 0.63μΩ㎝ 미만인 경우에는 ×, 90% 이상 100% 미만인 0.63μΩ㎝ 이상 0.7μΩ㎝ 미만인 경우에는 △, 100% 이상 110% 미만인 0.7μΩ㎝ 이상 0.77μΩ㎝미만인 경우에는 ○, 110% 이상인 0.77μΩ㎝ 이상인 경우에는 ◎로 하였다.Table 2 shows the results of this operation characteristic evaluation. The evaluation criteria are 0.63 μΩ, which is 90% or more and less than 100% when the mobility characteristic of the
표 2로부터 밀착성 및 이동도 모두의 평가가 양호(◎인지 ○인지의 평가)인 Cu 합금막(27)의 조성은, Si 산화막(25)의 막두께로 구분하면, Si 산화막(25)의 막두께가 1㎚ 이상 2㎚ 이하인 경우에는, 실시예 1, 2, 5, 6, 9, 10에서, 비율(Mg원자%/Mn원자%)이 0.3 이상 0.7 이하로 된다.From Table 2, the composition of the
또한, Si 산화막(25)의 막두께가 2㎚ 초과 3㎚ 이하인 경우에는, 실시예 3, 7, 11에서, 비율(Mg원자%/Mn원자%)이 0.7 초과 1.5 이하로 된다.In addition, when the film thickness of the
또한, Si 산화막(25)의 막두께가 3㎚ 초과 4㎚ 이하인 경우에는, 실시예 4, 8, 12에서, 비율(Mg원자%/Mn원자%)이 1.5 초과 2.1 이하로 되어 있다.In addition, when the film thickness of the
한편, 비율(Mg원자%/Mn원자%)이, 0.3보다 낮은 비교예 1, 3, 5에서는, Mg 양이 Mn 양에 비해 적고, Si 산화막(25)의 잔존량이 많기 때문에, 밀착성은 양호하지만, Si 산화막(25)의 기생 저항 성분이 높기 때문에, 이동도가 평가 기준인 0.7μΩ㎝보다 낮은 값으로 된 것으로 생각된다.On the other hand, in Comparative Examples 1, 3, and 5 in which the ratio (Mg atomic% / Mn atomic%) is lower than 0.3, since the amount of Mg is smaller than that of Mn and the amount of residual
또한, 비율(Mg원자%/Mn원자%)이, 0.3보다 높은 비교예 2, 4, 6에서는, Mg 양이 Mn 양에 비해 많고,Mg가 Si 산화막(25)을 소실시키는 것에 의해, 밀착성이 불량해지고, 또한 Cu의 확산 억제가 곤란해져, 이동도가 낮은 값으로 된 것으로 생각된다.In Comparative Examples 2, 4, and 6, in which the ratio (Mg atomic% / Mn atomic%) is higher than 0.3, the amount of Mg is higher than that of Mn, and Mg loses the
[이상(異常) 방전 회수의 검증]
이하에 나타내는 표 3은, 실시예 13 및 실시예 14에 따른 스퍼터링 타겟과, 비교예 7 및 비교예 8에 따른 스퍼터링 타겟을 이용한 스퍼터링에 의해 발생한 이상 방전의 회수를 측정한 결과를 나타내는 것이다. 또, 제작한 스퍼터링 타겟은, φ100㎜×5㎜의 원반형상을 구비한다.[Verification of Number of Abnormal Discharges]
Table 3 shown below shows the result of having measured the number of abnormal discharges which generate | occur | produced by sputtering using the sputtering target which concerns on Example 13 and Example 14, and the sputtering target which concerns on Comparative Example 7 and Comparative Example 8. Moreover, the produced sputtering target has a disk shape of (phi) 100 mm x 5 mm.
실시예 13에 따른 스퍼터링 타겟은, 실시예 1의 조성(Mn: 1.5원자%, Mg 0.5원자%)을 베이스로 하여, C를 3.0wtppm, O2를 1.2wtppm 포함하도록 제작되어 있다. 실시예 13에 있어서의 비율(Mg원자%/Mn원자%)은 0.33이다.Exemplary sputtering target according to Example 13, Example 1 of the following composition: and the (Mn 1.5 at.%, Mg 0.5% by atom) as a base, and is constructed to include a 1.2wtppm 3.0wtppm, the O 2 C. The ratio (Mg atomic% / Mn atomic%) in Example 13 is 0.33.
실시예 14에 따른 스퍼터링 타겟은, 실시예 12의 조성(Mn: 5원자%, Mg 10원자%)을 베이스로 하여, C를 9.5wtppm, O2를 1.8wtppm 포함하도록 제작되어 있다. 실시예 14에 있어서의 비율(Mg원자%/Mn원자%)은 2.00이다.Exemplary sputtering target according to Example 14 is carried out the composition of Example 12: a (5 at.% Mn,
비교예 7에 따른 스퍼터링 타겟은, 실시예 12의 조성(Mn: 5원자%, Mg 10원자%)을 베이스로 하여, C를 11wtppm, O2를 2.5wtppm 포함하도록 제작되어 있다. 비교예 7에 있어서의 비율(Mg원자%/Mn원자%)은 2.00이다.The sputtering target according to Comparative Example 7, the composition of the embodiment example 12: the (5 at.% Mn,
비교예 8에 따른 스퍼터링 타겟은, 실시예 12의 조성(Mn: 5원자%, Mg 10원자%)을 베이스로 하여, C를 20wtppm, O2를 4wtppm 포함하도록 제작되어 있다. 비교예 8에 있어서의 비율(Mg원자%/Mn원자%)은 2.00이다.The sputtering target which concerns on the comparative example 8 is produced based on the composition (Mn: 5 atomic%,
또, 비교예 7 및 비교예 8에서는, 스퍼터링 타겟의 모합금을 제조할 때, 탈산 처리를 하지 않은 Mn 원료(Mn 박편(flake))를, 다른 원료와 함께 카본 도가니에 넣고, 이 카본 도가니 내에서 용해하여 용탕으로 하였다. 이 제조 공정에 의해 제작된 모합금은, 실시예의 제조 공정에 의해 제작된 모합금에 비해, 탄소농도 및 산소농도가 증가한다.In Comparative Example 7 and Comparative Example 8, when producing the master alloy of the sputtering target, the Mn raw material (Mn flake) which had not been deoxidized was placed in a carbon crucible together with other raw materials, It melt | dissolved in and made into molten metal. As for the master alloy produced by this manufacturing process, compared with the mother alloy produced by the manufacturing process of an Example, carbon concentration and oxygen concentration increase.
C와 O2를 함유하는 스퍼터링 타겟에 대해 전자현미경관찰과 EDX(에너지 분산형 X선 분석장치: Energy Dispersive X-ray microanalyzer) 분석을 결과, C는 스퍼터링 타겟 내에서 Mn과의 화합물상(化合物相)을 형성하고, O2는 스퍼터링 타겟 내에서 Mg와 결합하여 MgO의 이물상(異物相)을 형성하는 것을 알았다.Electron microscopy and EDX (Energy Dispersive X-ray microanalyzer) analysis of sputtering targets containing C and O 2 show that C is a compound phase with Mn in the sputtering target. ) And O 2 is bonded to Mg in the sputtering target to form a foreign substance phase of MgO.
여기서, 스퍼터링에 있어서의 정상(正常) 방전시에는, 전류와 전압이 정상(定常)상태로 되는 글로우(glow) 방전 상태가 발생한다. 또한, 스퍼터링 타겟이 이물상을 포함할 때, 스퍼터링 중의 이상 방전에 의해 아크가 발생하고, 전류와 전압이 변동한다. 이 발생한 아크가, 막을 형성하는 기판 상에 파티클(particle) 등의 방전 이물을 발생시키는 원인이 된다. 여기서, 실시예 13, 실시예 14, 비교예 7 및 비교예 8의 이상 방전 회수를 스퍼터링 장치의 검출 장치 시스템(아크 모니터)에 의해 측정하였다.Here, in the normal discharge in sputtering, a glow discharge state in which the current and the voltage become a steady state occurs. Moreover, when a sputtering target contains a foreign material phase, an arc generate | occur | produces by abnormal discharge during sputtering, and a current and a voltage change. This generated arc causes a discharge foreign matter such as particles to be generated on the substrate forming the film. Here, the abnormal discharge times of Example 13, Example 14, Comparative Example 7 and Comparative Example 8 were measured by the detection apparatus system (arc monitor) of a sputtering apparatus.
측정 방법은, 스퍼터링시의 기판 전극과 캐소드 전극(스퍼터링 타겟측) 사이에 인가하는 전류와 전압을 측정하고, 아크의 발생을 판정하여 카운트하는 방법으로 하였다. 또한, 측정 조건은 아래와 같다.
DC전력: 600W
방전 가스 종류: Ar
가스압: 0.5Pa
기판의 가열 온도: 실온(가열 없음)
시간: 2hThe measuring method was a method of measuring the current and voltage applied between the substrate electrode and the cathode electrode (sputtering target side) during sputtering, and determining the occurrence of an arc and counting it. In addition, measurement conditions are as follows.
DC power: 600 W
Discharge Gas Type: Ar
Gas pressure: 0.5 Pa
Heating temperature of substrate: room temperature (no heating)
Time: 2h
표 3에 나타내는 바와 같이, 실시예 13 및 실시예 14에서는, 이상 방전 회수는 0회이고, 비교예 7에서는 2회, 비교예 8에서는 7회였다. 이 측정에 사용한 스퍼터링 타겟의 지름은 100㎜이고, 실제로 스퍼터링법에 사용되는 수m 오더의 스퍼터링 타겟에서는, 상기 회수보다 증가할 것으로 예상된다. 따라서, 스퍼터링 타겟은 10wtppm 이하의 C와, 2wtppm 이하의 O2를 포함하고 있는 것이 바람직하다.As shown in Table 3, in Example 13 and Example 14, the abnormal discharge count was 0 times, twice in Comparative Example 7, and seven times in Comparative Example 8. The diameter of the sputtering target used for this measurement is 100 mm, and it is anticipated that it will increase from the said number in the sputtering target of several meters order actually used for the sputtering method. Therefore, the sputtering target is preferably containing as the following 10wtppm C, O 2 or less 2wtppm.
(실시예의 효과)
이상의 결과로, 본 실시예에 의하면, 1.5원자% 이상 5.0원자% 이하의 Mn과, (Mg의 원자%)/(Mn의 원자%)로 표시되는 비율이 0.3 이상 2.1 이하의 Mg와, 10wtppm 이하의 C와, 2wtppm 이하의 O2를 포함하는 Cu 합금을 사용하여 형성된 스퍼터링 타겟을 사용하여 형성한 Cu 합금막(27)의 조성과; Si 산화막(25)의 막두께를 선택하는 것에 의해, 밀착성과 이동도 특성을 양립시킨 배선층을 구비하는 반도체 장치를 형성할 수 있다.(Effect of Example)
As a result, according to the present Example, the ratio represented by Mn of 1.5 atomic% or more and 5.0 atomic% or less, and the ratio represented by (atomic% of Mg) / (atomic% of Mn) is 0.3 or more and 2.1 or less Mg, and 10 wtppm or less A composition of the
또한, 본 실시예에 따른 TFT 소자(2)에 의하면, 종래의 액정 패널용 TFT 소자에서 사용되고 있는 Mo나 Ti를 이용한 배리어층의 형성 대신에, a-Si 막(23)의 표면 산화 처리에 의한 Si 산화막(25)의 형성과, 가열 처리에 의한 확산 배리어층(26)의 형성을 진행하므로, 액정 패널의 제조 비용의 대폭적인 절감을 달성할 수 있다.Further, according to the
또한, 본 실시예로 의하면, 종래의 액정 패널용 TFT 소자에서 사용되는 Al 배선층보다 낮은 저항의 Cu 배선층을 형성하므로, 액정 패널의 대형화와 고화질화를 위한 설계 비용의 절감도 가능해진다.In addition, according to the present embodiment, since the Cu wiring layer having a lower resistance than that of the Al wiring layer used in the conventional liquid crystal panel TFT element is formed, it is possible to reduce the design cost for larger size and higher image quality of the liquid crystal panel.
또한, 본 실시예에 의하면, 소스 전극막(28) 및 드레인 전극막(29)의 패터닝 공정에 있어서, 순 Cu 막 및 Cu 합금막(27) 등 동종 금속 적층막의 에칭을 진행하므로, 1종류의 에칭액에 의한 에칭이 가능하고, 순 Cu 막 및 Mo막을 에칭하는 비교예 7의 경우에 비해, 에칭 비용을 줄일 수 있다.In addition, according to this embodiment, in the patterning process of the
또한, 본 실시예에 따른 스퍼터링 타겟에 의하면, 10wtppm 이하의 C와, 2wtppm 이하의 O2를 포함하므로, 10wtppm 초과의 C, 및 2wtppm 초과의 O2를 포함하는 경우에 비해, 아크의 발생을 억제할 수 있고, 아크에 기인하는 파티클 등 방전 이물의 발생을 억제할 수 있다. 따라서, 본 실시예의 스퍼터링 타겟을 사용하는 것에 의해, 반도체 장치의 수율을 향상시킬 수 있다.In addition, according to the sputtering target according to the present embodiment, since it contains 10 wtppm or less of C and 2 wtppm or less of O 2 , the occurrence of arc is suppressed as compared with the case of containing more than 10 wtppm of C and more than 2 wtppm of O 2 . It is possible to suppress generation of discharge foreign matters such as particles caused by the arc. Therefore, the yield of a semiconductor device can be improved by using the sputtering target of a present Example.
또, 상기 스퍼터링 타겟은 소량의 P를 함유하고 있어도 좋다. 이 P는, TFT 소자의 이동도 특성, 배선막의 밀착성과 비저항을 손상시키지 않고, 또한 힐록(Hillock), 보이드 등의 막결함 발생의 요인이 되지도 않고, 스퍼터링 타겟의 모재 가공을 쉽게 한다. 또한 P는, 예를 들어 0.1원자% 이상 1원자% 이하인 것이 바람직하다.In addition, the sputtering target may contain a small amount of P. This P does not impair the mobility characteristics of the TFT element, the adhesion of the wiring film and the specific resistance, and does not cause the occurrence of film defects such as Hilllock, voids, etc., and facilitates the processing of the base material of the sputtering target. In addition, it is preferable that P is 0.1 atomic% or more and 1 atomic% or less, for example.
또한, 상기 Si 산화막의 형성은 산소 플라스마를 이용했지만, 이에 한정되지 않고, 오존이나 수분 등의 산소를 포함하는 분위기 중에서의 가열 처리 등의 방법이어도 좋다.In addition, although the formation of the said Si oxide film used oxygen plasma, it is not limited to this, The method, such as heat processing in atmosphere containing oxygen, such as ozone and water, may be sufficient.
이상으로, 본 발명의 실시형태 및 그 실시예를 설명했지만, 상기 기재한 실시형태 및 실시예는 특허청구범위의 발명을 한정하는 것이 아니다. 또한, 실시형태 및 실시예에서 설명한 특징의 조합 모두가, 발명의 과제를 해결하기 위한 수단에 꼭 필수적인 것은 아닌 점에 유의하기 바란다.As mentioned above, although embodiment of this invention and its Example were described, embodiment and Example which were mentioned above do not limit invention of a claim. In addition, it should be noted that not all combinations of the features described in the embodiments and the examples are essential to the means for solving the problems of the invention.
1: 시료
2: TFT 소자
4: TFT 소자
10: 유리 기판
11: 게이트 절연막
12: a-Si 막
13: n+a-Si 막
14: Si 산화막
15: Cu 합금막
16: 순 Cu 막
20: 유리 기판
21: 게이트 전극막
22: 게이트 절연막
23: a-Si 막
24: n+a-Si 막
25: Si 산화막
26: 확산 배리어층
27: Cu 합금막
28: 소스 전극막
29: 드레인 전극막
30: 보호막
31: 채널 영역
40: 유리 기판
41: 게이트 전극막
42: 게이트 절연막
43: a-Si 막
44: n+a-Si 막
45: Mo 배리어막
46: 소스 전극막
47: 드레인 전극막
48: 보호막
49: 채널 영역
50: 전류
51: 전류계
52: 전원
53: 전류계
54: 전류계
55: 전원1: sample
2: TFT element
4: TFT element
10: glass substrate
11: gate insulating film
12: a-Si film
13: n + a-Si film
14: Si oxide film
15: Cu alloy film
16: pure Cu film
20: glass substrate
21: gate electrode film
22: gate insulating film
23: a-Si film
24: n + a-Si film
25: Si oxide film
26: diffusion barrier layer
27: Cu alloy film
28: source electrode film
29: drain electrode film
30: Shield
31: channel area
40: glass substrate
41: gate electrode film
42: gate insulating film
43: a-Si film
44: n + a-Si film
45: Mo barrier film
46: source electrode film
47: drain electrode film
48: Shield
49: channel area
50: current
51: ammeter
52: power
53: ammeter
54: ammeter
55: power
Claims (9)
기판 상에 게이트 전극막을 형성하는 공정과,
상기 게이트 전극막 상에 게이트 절연막을 형성하는 공정과,
상기 게이트 절연막 상에 반도체막을 형성하는 공정과,
상기 스퍼터링 타겟을 사용한 스퍼터링법에 의해, 상기 반도체막 상에 Cu 합금막을 형성하는 공정과,
상기 Cu 합금막 상에 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.The method of claim 2,
Forming a gate electrode film on the substrate;
Forming a gate insulating film on the gate electrode film;
Forming a semiconductor film on the gate insulating film;
Forming a Cu alloy film on the semiconductor film by a sputtering method using the sputtering target,
A method of manufacturing a semiconductor device comprising the step of forming a source electrode and a drain electrode on the Cu alloy film.
상기 반도체막이 비정질 실리콘막이고,
상기 반도체막을 형성하는 공정이, 상기 비정질 실리콘막의 표면에 실리콘 산화막을 형성하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.The method of claim 3, wherein
The semiconductor film is an amorphous silicon film,
And the step of forming the semiconductor film includes a step of forming a silicon oxide film on the surface of the amorphous silicon film.
상기 실리콘 산화막의 막두께가 1㎚ 이상 2㎚ 이하이고,
상기 (Mg의 원자%)/(Mn의 원자%)로 표시되는 비율이 0.3 이상 0.7 이하인 반도체 장치의 제조 방법.The method of claim 4, wherein
The film thickness of the said silicon oxide film is 1 nm or more and 2 nm or less,
The manufacturing method of the semiconductor device whose ratio represented by said (atomic% of Mg) / (atomic% of Mn) is 0.3 or more and 0.7 or less.
상기 실리콘 산화막의 막두께가 2㎚ 초과 3㎚ 이하이고,
상기 (Mg의 원자%)/(Mn의 원자%)로 표시되는 비율이 0.7 초과 1.5 이하인 반도체 장치의 제조 방법.The method of claim 4, wherein
The film thickness of the said silicon oxide film is more than 2 nm and 3 nm or less,
The manufacturing method of the semiconductor device whose ratio represented by said (atomic% of Mg) / (atomic% of Mn) is more than 0.7 and 1.5 or less.
상기 실리콘 산화막의 막두께가 3㎚ 초과 4㎚ 이하이고,
상기 (Mg의 원자%)/(Mn의 원자%)로 표시되는 비율이 1.5 초과 2.1 이하인 반도체 장치의 제조 방법.The method of claim 4, wherein
The film thickness of the said silicon oxide film is more than 3 nm and 4 nm or less,
The manufacturing method of the semiconductor device whose ratio represented by said (atomic% of Mg) / (atomic% of Mn) is more than 1.5 and 2.1 or less.
가열 처리를 진행하는 것에 의해, 상기 Cu 합금막과 상기 산화막의 경계에 확산 배리어층을 형성하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.The method according to any one of claims 5 to 7,
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising the step of forming a diffusion barrier layer at a boundary between the Cu alloy film and the oxide film by performing a heat treatment.
상기 기판 상에 형성된 게이트 전극막과;
상기 게이트 전극막 상에 형성된 게이트 절연막과;
상기 게이트 절연막 상에 형성된 비정질 실리콘막과;
상기 비정질 실리콘막 상에 형성된 실리콘 산화막과;
상기 실리콘 산화막 상에 형성되고, 1.5원자% 이상 5.0원자% 이하의 Mn과, (Mg의 원자%)/(Mn의 원자%)로 표시되는 비율이 0.3 이상 2.1 이하의 Mg를 포함하는 Cu 합금막과;
상기 Cu 합금막 상에 형성된 소스 전극 및 드레인 전극을 구비한 반도체 장치.A substrate;
A gate electrode film formed on the substrate;
A gate insulating film formed on the gate electrode film;
An amorphous silicon film formed on the gate insulating film;
A silicon oxide film formed on the amorphous silicon film;
A Cu alloy film formed on the silicon oxide film and including Mn of 1.5 atomic% or more and 5.0 atomic% or less and Mg of 0.3 or more and 2.1 or less in Mg. and;
A semiconductor device comprising a source electrode and a drain electrode formed on the Cu alloy film.
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N231 | Notification of change of applicant | ||
WITN | Withdrawal due to no request for examination |