JP2012243779A - Ｃｕ合金膜および表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】酸化物半導体層を用いた表示装置において、保護膜形成時のプラズマ処理におけるＣｕ配線の酸化を有効に防止し得る技術を提供する。
【解決手段】基板１の上に、基板側から順に、薄膜トランジスタの半導体層４と、電極に用いられるＣｕ合金膜５と、保護膜６と、を備えており、半導体層は酸化物半導体からなる。Ｃｕ合金膜５は、基板側から順に、第一層（Ｘ）５ａと第二層（Ｚ）５ｂを含む積層構造を有し、第一層（Ｘ）は、純Ｃｕ、またはＣｕを主成分とするＣｕ合金であって第二層（Ｚ）よりも電気抵抗率の低いＣｕ合金からなり、第二層（Ｚ）は、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｗ、Ｎｂ、希土類元素、Ｇｅ、およびＭｎよりなる群から選択される少なくとも１種の元素を合計で２〜２０原子％含むＣｕ−Ｚ合金からなり、第二層（Ｚ）の少なくとも一部は、前記保護膜と直接接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板の上に、基板側から順に、薄膜トランジスタの半導体層と、電極に用いられるＣｕ合金膜と、保護膜と、を備えた配線構造であって、当該半導体層が酸化物半導体で構成されている配線構造、および当該配線構造を備えた表示装置に関するものである。本発明の配線構造は、例えば液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置等の表示装置に代表的に用いられる。

近年、表示装置の分野では、３Ｄ表示装置や有機ＥＬ表示装置の市場が拡大しており、高精細化、高画質化に対する要請が大きくなるにつれ、高移動度の半導体材料である酸化物半導体や、低抵抗のＣｕ配線材料が注目されている。酸化物半導体は、従来のａ−Ｓｉに比べ、約１０倍以上の高い移動度が見込まれる。また、ＣｕはＡｌよりも低抵抗であり、Ａｌの電気抵抗率は２．５×１０^−６Ω・ｃｍであるのに対し、Ｃｕの電気抵抗率は１．６×１０^−６Ω・ｃｍと低い。

ところで表示装置に用いられる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）には、ＴＦＴ特性の経時劣化を抑制するためにＴＦＴのチャネル領域に、ＳｉＯ_Ｘ、ＳｉＮ_Ｘ、ＳｉＯＮ、ＡｌＯ_Ｘなどの絶縁体酸化物膜からなる保護膜（パッシベーション層）を形成する必要がある。この保護膜は、通常、プラズマを用いたＣＶＤ法やスパッタリング法などによって形成（成膜）されている。例えばプラズマＣＶＤ法によってＳｉＯ_Ｘの保護膜を形成する方法として、ＳｉＨ₄とＮ₂Ｏの混合ガスを工業用周波数１３．５６ＭＨｚの高周波プラズマ中で反応させてＳｉＯ_Ｘを形成し、酸化物半導体膜上に堆積させるなどの方法が行なわれている。また、Ａｌ₂Ｏ₃の保護膜は、酸素を含む反応性スパッタリング法にて成膜する方法が提案されている。

しかし、保護膜を成膜する際、プラズマにより高速化されたラジカルや分子が酸化物半導体の表面に衝突するため、酸化物半導体層にプラズマダメージが加わったり、保護膜から水素が拡散したりするなどして、酸化物半導体層が導体化することがある。そこで、保護膜形成時における酸化物半導体表面の欠陥（ダメージ）に伴うＴＦＴ特性の低下を防止するため、例えば非特許文献１には、保護膜を形成する直前にＮ_２Ｏプラズマを酸化物半導体表面に照射（保護膜形成前のプラズマ処理）し、酸化物半導体表面を予め、過剰酸化させて酸化物半導体層を不導体化させる方法が提案されている。

このように酸化物半導体層を用いた表示装置では、保護膜形成工程またはその前に、Ｎ_２Ｏなどの酸素原子を含むガスを用いたプラズマ処理（プラズマ環境下の膜形成や表面層除去）を行なっているが、その際、ソース−ドレイン電極などに用いたＣｕ配線表面が酸素原子を含むプラズマに曝されるため、Ｃｕ配線の表面が酸化するという問題が生じる。Ｃｕ配線の表面が酸化すると、その上方に設置される保護膜との密着性が不十分となり、保護膜が浮き上がるなどの配線不良が発生する恐れがある他、透明導電膜とのコンタクト抵抗が上昇したり、ばらつくといった問題も発生する恐れがある。また、Ｃｕ配線の表面が酸化して酸化層が形成されると、Ｃｕ配線表面のラフネスが増大するため保護膜によるカバレッジが不足する。このため、外部からの水分などが浸入しやすくなり、保護膜の本来の役割であるＴＦＴ特性の経時劣化抑制効果が十分に得られなくなったり、配線の酸化や腐食による不良を引き起こす恐れがある。

よって、酸化物半導体層を用いた表示装置において、保護膜形成時（形成工程のほか、前述した非特許文献１のような形成前の処理工程を含む）のプラズマ処理によるＣｕ配線の酸化を有効に防止し得る技術の提供が切望されている。これまでにも、例えば下記特許文献１〜４に示すように、半導体装置の集積回路などに用いられるＣｕ配線の酸化防止技術が提案されているが、上記観点から検討されたものではない。

このうち特許文献１および２には、ＡｌやＳｉを添加したＣｕ合金を酸化することによって配線表面近傍にＡｌやＳｉを拡散濃縮させ、耐酸化性に優れた酸化膜を形成する方法が開示されている。具体的には、上記方法は、ＴＦＴ製造過程における３００〜５００℃程度のアニール処理（熱処理）を利用したり、アニール処理とは別に、５００℃以下の酸化熱処理を行なって所定の酸化膜を形成するというものであり、本発明で掲げる、プラズマプロセス中のＣｕ配線の酸化防止に直ちに適用し得るものではない。また、特許文献３には、Ｃｕ配線表面全体をカバーするようにＡｌＣｕ合金膜を形成する方法が開示されているが、ＡｌＣｕ合金膜中のＡｌの組成比を０．３以上とする必要があり、そのためにプロセスが煩雑になり、プロセス負荷も大きくなる。また、特許文献４には、Ｃｕ配線表面にリン化銅、ホウ化銅、シュウ化銅、窒化銅の銅化合物層を形成することによってエッチング剤やレジスト剥離液による酸化を抑制する技術が開示されているが、そのために、新たなプラズマ処理を必要とするものであり、プロセスコストが増大する。

このように上述した特許文献の方法はいずれも、酸化物半導体層を用いた表示装置におけるＣｕ配線の酸化防止を直接的に意図したものではなく、特に保護膜形成時のプラズマ処理によるＣｕ配線の酸化を抑制する技術を提供する（例えば、新たな工程を設けずに従前の保護膜形成過程のなかで有効に防止し得る技術を提供する）との観点から検討されたものではない。

特開平６−１７７１２８号公報 特開平６−１７７１１７号公報 特開平５−１０２１５５号公報 特開２０００−１６５００２号公報

Ｊ． Ｐａｒｋら、Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ．， １９９３，０５３５０５（２００８）

本発明は上記事情に着目してなされたものであって、その目的は、酸化物半導体層を用いた表示装置において、保護膜形成時のプラズマ処理によるＣｕ配線の酸化を、例えば新たに特別な工程を設けることなく従前の形成過程において、有効に防止し得る技術を提供することにある。

上記課題を解決し得た本発明の配線構造は、基板の上に、基板側から順に、薄膜トランジスタの半導体層と、電極に用いられるＣｕ合金膜と、保護膜と、を備えており、前記半導体層は酸化物半導体からなり、前記Ｃｕ合金膜は、基板側から順に、第一層（Ｘ）と第二層（Ｚ）を含む積層構造を有し、前記第一層（Ｘ）は、純Ｃｕ、またはＣｕを主成分とするＣｕ合金であって前記第二層（Ｚ）よりも電気抵抗率の低いＣｕ合金からなり、前記第二層（Ｚ）は、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｗ、Ｎｂ、希土類元素、Ｇｅ、およびＭｎよりなる群から選択される少なくとも１種の元素を合計で２〜２０原子％含むＣｕ−Ｚ合金からなり、前記第二層（Ｚ）の少なくとも一部は、前記保護膜と直接接続されているところに要旨を有するものである。

本発明の好ましい実施形態において、前記第二層（Ｚ）の膜厚は５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、Ｃｕ合金膜全膜厚に対して６０％以下である。

本発明の好ましい実施形態において、前記保護膜は、酸化シリコンおよび／または酸窒化シリコンを含むものである。

本発明には、上記のいずれかに記載の配線構造を備えた表示装置も包含される。

本発明によれば、Ｃｕ合金膜として、保護膜に直接接続する側に配置され、保護膜形成過程においてＣｕの酸化を抑制し得る元素を含む第二層（Ｚ）と、Ｃｕ合金膜全体の電気抵抗低減化に寄与する第一層（Ｘ）との積層配線を採用しているため、酸化物半導体層を用いた表示装置において、保護膜形成時のプラズマ処理におけるＣｕ配線の酸化を、基本的には新たに特別な工程を設けることなく従前の形成過程において、有効に防止し得る技術を提供することができた。

図１は、本発明の代表的な配線構造（バリアメタルなし）を示す概略断面説明図である。 図２は、本発明の他の代表的な配線構造（バリアメタルあり）を示す概略断面説明図である。 図３は、実施例の表１のＮｏ．１に示すＣｕ配線の上に保護膜（ＳｉＯ₂）が形成された、従来の配線構造の断面ＴＥＭ写真である。 図４は、実施例の表１のＮｏ．１０に示すＣｕ積層配線の上に保護膜（ＳｉＯ₂）が形成された、本発明の配線構造の断面ＴＥＭ写真である。 図５は、加工性の評価に用いた庇を説明するための図である。

本発明の特徴部分は、酸化物半導体層を用いた表示装置（基板側から順に、薄膜トランジスタの酸化物半導体層と、電極に用いられるＣｕ合金膜と、保護膜と、を備えた表示装置）において、保護膜形成時のプラズマ処理におけるＣｕ配線の酸化を、簡便に生産性良く防止するために、上記Ｃｕ配線膜として、所定の積層構造からなるＣｕ合金膜を用いたところにある。詳細には、上記Ｃｕ合金膜は、基板側から順に、第一層（Ｘ）と第二層（Ｚ）を含む積層構造で構成され、その少なくとも一部が保護膜と直接接続する第二層（Ｚ）は、保護膜形成時のプラズマ処理におけるＣｕ配線の酸化を防止する元素（以下、プラズマ酸化耐性向上元素と呼び、Ｚ群元素で総称する場合がある。）を含むＣｕ合金で構成されており、これにより、プラズマを用いた保護膜形成プロセスにおいて、Ｚ群元素が優先的に酸化することによってＣｕの酸化を抑制することができる。一方、上記第二層（Ｚ）の下に配置される第一層（Ｘ）は、電気抵抗率の低い元素（純Ｃｕ、または純Ｃｕと同程度の低電気抵抗率を有するＣｕ合金）で構成されており、これにより、Ｃｕ合金膜全体の電気抵抗率の低減を図っている。このような積層構造とすることにより、電気抵抗率がＡｌに比べて低いというＣｕ本来の特性を有効に最大限に発揮させつつ、しかも、特に酸化物半導体層を用いたときの問題（保護膜形成プロセスにおけるＣｕ配線の酸化によるＴＦＴ特性の劣化）を有効に抑制することができる。

しかも本発明によれば、好ましくは従前のプラズマＣＶＤ法やプラズマスパッタリング法などを用いた保護膜形成工程に対して新たな処理を施すことなしに、従前のプロセスをそのまま踏襲しながら、保護膜形成時のＣｕ配線の酸化を防止できるというメリットがある。前述したように保護膜は、通常、Ｎ₂Ｏなどの酸素原子を含む原料ガスを用いたプラズマＣＶＤなどにより成膜されており、好ましくは保護膜形成の前にも、上記非特許文献１に記載のように酸素原子含有原料ガスを用いたプラズマによる前処理が行なわれているが、本発明に用いられるＺ群元素は、これらのプラズマによる成膜処理や前処理により、Ｃｕ膜表面に拡散してＣｕ元素よりも優先的に酸化されるため、保護膜との界面にＣｕの酸化を抑制する酸化バリア層が形成されるようになる。すなわち、Ｚ群元素添加による酸化バリア層の形成は、特別な熱処理をわざわざ施さなくても、保護膜形成の熱履歴および原料ガス雰囲気のなかで、極く自然に行なわれ得るものであるため、生産性やコストの観点からも極めて有用な方法と言うことができる。勿論、上記酸化バリア層を形成するための熱処理を、別途、例えばプラズマによる成膜処理の前に行なってもよく、このような態様も本発明の範囲内に包含される。

本明細書では、第二層（Ｚ）に用いられる元素、すなわち、保護膜形成時のプラズマ処理におけるＣｕ配線の酸化を防止する元素をプラズマ酸化耐性向上元素、またはＺ群元素で総称する場合がある。また本明細書において「保護膜形成時」とは、保護膜を成膜する工程のみならず、非特許文献１のような保護膜成膜前の前処理工程を含む趣旨であり、具体的には、酸素原子含有ガスを用いたプラズマによる成膜処理（ＣＶＤのほか、スパッタリングなどのＰＶＤを含む）、および当該成膜処理前の、酸素原子含有ガスを用いたプラズマ処理の両方を意味する。

以下、図１（更には図２）を参照しながら、本発明の配線構造を詳細に説明する。図１と図２とは、酸化物半導体層４とＣｕ合金膜５［詳細には、第一層（Ｘ）５ａ］との間に、バリアメタル層１０が配置されていないか（図１）、配置されているか（図２）だけの点で相違しており、それ以外は同じである。ただし、本発明はこれらの図に限定する趣旨では決してなく、本発明の要件を備えている限り、他の態様も当然のことながら含まれる。例えば図１（および図２）はボトムゲート構造のＴＦＴアレイ基板の例であるが、これに限定されず、例えば、トップゲート構造のＴＦＴアレイ基板に適用しても良い。

図１に示すように、基板１上にゲート電極２およびゲート絶縁膜３が形成され、その上に酸化物半導体層４が形成されている。酸化物半導体層４上には、Ｃｕ合金のソース電極・ドレイン電極５が形成され、その上に保護膜６が形成され、コンタクトホール７を介して透明導電膜８がドレイン電極５に電気的に接続されている。

まず本発明を最も特徴付けるソース電極・ドレイン電極５を構成するＣｕ合金膜について説明する。Ｃｕ合金膜は、図１に示すように基板側から順に、第一層（Ｘ）５ａと第二層（Ｚ）５ｂを含む積層構造を有しており、第二層（Ｚ）５ｂの少なくとも一部は、保護膜６と直接接続されている。

このうち第一層（Ｘ）５ａは、純Ｃｕ、またはＣｕを主成分とするＣｕ合金であって第二層（Ｚ）５ｂよりも電気抵抗率の低いＣｕ合金で構成されている。このような第一層（Ｘ）５ａを設けることにより、Ｃｕ合金膜全体の電気抵抗率を低く抑えることができる。

第一層（Ｘ）における「Ｃｕを主成分とする」とは、材料を構成する元素のうちＣｕの質量または原子数が最も多いことを意味し、電気抵抗率の観点からはＣｕは実質９５原子％以上とすることが好ましい。

また、「第二層（Ｚ）よりも電気抵抗率の低いＣｕ合金」は、プラズマ酸化耐性向上作用に優れるＣｕ−Ｚ合金で構成されている第二層（Ｚ）に比べて電気抵抗率が低くなるように、第一層（Ｘ）５ａにおける合金元素の種類および／または含有量を適切に制御すれば良い。電気抵抗率が低い元素（おおむね、純Ｃｕ合金並みに低い元素）は、文献に記載の数値などを参照し、公知の元素から容易に選択することができる。ただし、電気抵抗率が高い元素であっても、含有量を少なくすれば（おおむね、０．０５〜１原子％程度）電気抵抗率を低減できるため、第一層（Ｘ）に適用可能な上記合金元素は、電気抵抗率が低い元素に必ずしも限定されない。具体的には、例えば、Ｃｕ−０．５原子％Ｎｉ、Ｃｕ−０．５原子％Ｚｎ、Ｃｕ−０．３原子％Ｍｎなどが好ましく用いられる。第一層（Ｘ）に適用可能な上記合金元素は、酸素ガスや窒素ガスのガス成分を含んでいても良く、例えば、Ｃｕ−ＯやＣｕ−Ｎなどを用いることができる。なお、第二層（Ｚ）よりも電気抵抗率の低いＣｕ合金は、上述した適用可能な元素を含み、実質的に残部がＣｕおよび不可避的不純物である。

本発明を最も特徴付ける第二層（Ｚ）５ｂは、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｗ、Ｎｂ、希土類元素、Ｇｅ、およびＭｎよりなる群（Ｚ群）から選択される少なくとも１種のＺ群元素（プラズマ酸化耐性向上元素）を合計で２〜２０原子％含むＣｕ−Ｚ合金で構成されている。これらの元素は単独で含有しても良いし、２種以上を併用しても良い。単独で含有する場合は、単独の量が上記範囲を満足すれば良く、２種以上を含有する場合は合計量が上記範囲を満足すれば良い。これらの元素は、保護膜形成時のプラズマ処理におけるＣｕ配線の酸化を防止する元素として、数多くの基礎実験から選択したものである。これらの元素が固溶しているＣｕ合金が保護膜形成過程の熱履歴と酸素原子を含むプラズマに曝されると、上記Ｚ群元素はＣｕ膜の表面に拡散してＣｕ元素よりも優先的に酸化することによってＣｕの酸化を抑制するバリア層となると考えられる。更に後記する実施例に示すように、上記Ｚ群元素は、ウェットエッチング性にも極めて優れている。

本発明に用いられる希土類元素としては、ランタノイド元素（周期表において、原子番号５７のＬａから原子番号７１のＬｕまでの合計１５元素）に、Ｓｃ（スカンジウム）とＹ（イットリウム）とを加えた元素群が挙げられる。本発明ではこれらの元素を、単独または２種以上を併用して用いることができ、上記希土類元素の含有量とは、単独で含むときは単独の量であり、２種以上を含むときはその合計量である。好ましい希土類元素は、Ｎｄ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｙ、Ｃｅ、ＰｒおよびＤｙよりなる群から選択される１種以上の元素である。

上述したＺ群元素のうち好ましいのはＭｎ、Ｎｉ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｍｇであり、より好ましくはＭｎ、Ｎｉ、Ｚｎである。これらの元素は上述した表面での濃化現象が非常に強く発現される元素だからである。すなわち、これらの元素は保護膜形成時の熱履歴と酸素原子を含むプラズマによって膜の内側から外側（膜表面側）に向って移動する。界面への上記元素の移動は、保護膜形成プロセスにおける酸素原子を含むプラズマによって上記元素の酸化物が形成する現象が駆動力になって、更に一層促進される。その結果、Ｃｕ配線表面に上記元素の酸化物層が形成されることによってＣｕの酸化が抑制されるものと考えられる。

このようなＺ群元素の優先酸化による酸化バリア層は、好ましくは、スパッタリング法によりＣｕ合金を成膜した後、（ア）保護膜形成前のプラズマ処理（ＣＶＤ法のほか、プラズマを用いたスパッタリングなどのＰＶＤ法も含む）によって形成しても良いし、（イ）保護膜形成時のプラズマ成膜処理（ＣＶＤ法のほか、プラズマを用いたスパッタリングなどのＰＶＤ法も含む）によって形成しても良い。上記（ア）および（イ）のいずれの方法によっても、ＴＦＴ素子全体がプラズマに曝されて熱履歴が付加されるため、Ｚ群元素が優先的に酸化するようになる。よって、上記（ア）および（イ）は単独で行なっても良いし、（ア）の後に（イ）を行なっても良い。後者の場合、生産性などを考慮すると、同一チャンバー内で、ＣＶＤまたはＰＶＤを行なうことが推奨される。

上記（ア）および（イ）の方法は、保護膜形成工程のなかで行なっても良いし、或いは、保護膜形成の前に、例えば上記（ア）に相当する熱処理を、別途、行なっても良い。

詳細には、まず、上記の第一層（Ｘ）５ａを構成する材料をスパッタリング法により成膜して第一層（Ｘ）５ａを形成した後、その上に上記の第二層（Ｚ）５ｂを構成する材料をスパッタリング法により成膜して第二層（Ｚ）５ｂを形成し、積層構成とする。スパッタリング法を用いれば、スパッタリングターゲットとほぼ同じ組成のＣｕ合金膜を成膜できるため、スパッタリングターゲットの組成を調整することによって、Ｃｕ合金膜の組成を調整できる。スパッタリングターゲットの組成は、異なる組成のＣｕ合金ターゲットを用いて調整しても良いし、あるいは、純Ｃｕターゲットに合金元素の金属をチップオンすることによって調整しても良い。なおスパッタリング法では、成膜したＣｕ合金膜の組成とスパッタリングターゲットの組成との間でわずかにズレが生じることがある。しかしそのズレは概ね数原子％以内である。そこでスパッタリングターゲットの組成を最大でも±１０原子％の範囲内で制御すれば、所望の組成のＣｕ合金膜を成膜できる。

上記第一層（Ｘ）５ａおよび第二層（Ｚ）５ｂを成膜する際のスパッタリング条件は、一般的な条件を適宜採用すれば良い。本発明に用いられるスパッタリング条件の一例を挙げると以下のとおりであるが、これに限定する趣旨ではない。なお、スパッタリング条件は、各層の成膜ごとに異なっていても良いし、同一であっても良い。
スパッタリングガス：Ａｒ
ＤＣ成膜パワー：約０．２８Ｗ／ｃｍ²

このようにしてＣｕ合金積層膜を形成した後、所定のパターニングを行ってから、断面形状をカバレッジの観点から好ましくはテーパ角度４５〜６０°程度のテーパ状に加工することが好ましい。

次いで、第二層（Ｚ）５ｂの上に、プラズマ処理により保護膜６を成膜する。成膜方法は、ＣＶＤ法を用いても良いし、スパッタリングなどのＰＶＤ法を用いても良く、保護膜の成膜に通常用いられる方法であって、酸化物半導体の特性を最適化する条件を適宜選択して用いることができる。

なお、上記プラズマ処理による保護膜６の形成前に、前処理としてプラズマ処理を行なっても良い。上記前処理として、例えば非特許文献１に記載の方法を行なうことができる。

上記Ｚ群元素の含有量（単独で含むときは単独の量であり、２種以上を含むときは２種以上の合計量である。）は２原子％以上とする。上記Ｚ群元素の含有量が２原子％未満では、プラズマによる酸化に対する十分な効果が得られない。上記Ｚ群元素の含有量は多いほど酸化バリア層の形成に有効である。一方、上記Ｚ群元素の含有量が２０原子％を超えると、Ｃｕ合金膜（配線膜）自体（第一層＋第二層）の電気抵抗率が高くなるほか、スパッタリングターゲットの製造が困難になる。これらのことからＺ群元素の含有量の好ましい下限値は３原子％であり、より好ましくは４原子％である。また、Ｚ群元素の含有量の好ましい上限値は１８原子％であり、より好ましくは１５原子％、さらに好ましくは１２原子％である。

本発明に用いられるＣｕ−Ｚ合金膜は、上記元素を含み、残部：Ｃｕおよび不可避不純物である。

このように本発明に用いられるＣｕ合金膜は、組成が異なる第一層（Ｘ）５ａと第二層（Ｚ）５ｂの積層構成とすることによって所望の特性を発揮させるものであるが、これらの特性をより効果的に発揮させるためには、特に、第二層（Ｚ）５ｂの膜厚を制御することが有効である。具体的には、第二層（Ｚ）５ｂの膜厚は５ｎｍ以上であり、Ｃｕ合金膜全膜厚［第一層（Ｘ）５ａと第二層（Ｚ）５ｂの膜厚の和］に対して６０％以下とすることが好ましい。これにより、低い電気抵抗率と高いプラズマ酸化耐性を両立させることができる。より好ましくは、第二層（Ｚ）５ｂの膜厚は１０ｎｍ以上であり、Ｃｕ合金膜全膜厚に対して５０％以下である。

なお、第二層（Ｚ）５ｂの膜厚の上限は配線膜自体の電気抵抗率を主に考慮して適宜決定すれば良く、１００ｎｍ以下であることが好ましく、８０ｎｍ以下であることがより好ましい。また、Ｃｕ合金膜全膜厚に対する第一層（Ｘ）５ａの比率の下限も特に限定されないが、プラズマ酸化耐性向上効果を考慮すると、おおむね、１５％とすることが好ましい。

Ｃｕ合金膜全体［第一層（Ｘ）５ａ＋第二層（Ｚ）５ｂ］の膜厚は、おおむね２００ｎｍ以上６００ｎｍ以下であることが好ましく、２５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下であることがより好ましい。

なお、上述した第二層（Ｚ）５ｂの形成によるプラズマ酸化耐性向上効果を最大限有効に発揮させるためには、上記Ｚ群元素の含有量と第二層（Ｚ）の膜厚を別々に制御するのではなく、相互に関連づけて制御することが好ましい。本発明者らの実験結果によれば、プラズマ酸化耐性向上作用は第二層（Ｚ）５ｂ存在するＺ群元素の総量に密接に関連していることが判明したからである。具体的には、例えば、上記Ｚ群元素の含有量が少ない場合は第二層（Ｚ）５ｂの膜厚を厚くでき、一方、第二層（Ｚ）５ｂの膜厚が薄い場合は上記Ｚ群元素の含有量を多くする、などの制御を行なうことができる。

本発明に用いられるＣｕ合金膜をＴＦＴの半導体層に接続させるに当たっては、図１に示すように酸化物半導体層４とＣｕ合金膜５［詳細には、第一層（Ｘ）５ａ］とを直接接続させても良いし、あるいは、図２に示すように酸化物半導体層４とＣｕ合金膜５［詳細には、第一層（Ｘ）５ａ］との界面にＭｏやＴｉなどの高融点金属からなるバリア層１０を設けた３層構造としとしても良い。図２の構成によれば、酸化物半導体層４とＣｕ合金膜５との密着性が一層高められる。

以上、本発明を最も特徴付けるＣｕ合金膜について説明した。本発明に用いられるＣｕ合金膜は、上記のようにプラズマ酸化耐性に優れているため、保護膜と直接接触する配線膜および電極用の膜として好適に用いられる。本発明では、好ましくは、ソース電極および／またはドレイン電極が上記Ｃｕ合金膜で構成されており、その他の配線部（例えばゲート電極）の成分組成については特に限定されない。例えば、図１において、ゲート電極、走査線（図示せず）、信号線におけるドレイン配線部（図示せず）も、上記Ｃｕ合金膜で構成されていても良く、この場合、ＴＦＴ基板におけるＣｕ合金配線の全てを同一成分組成とすることができる。

本発明は、上記Ｃｕ合金膜に特徴があり、その他の構成要件は特に限定されない。

例えば、酸化物半導体層４としては、液晶表示装置などに用いられる酸化物半導体であれば特に限定されず、例えば、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｔｉ、およびＳｎよりなる群から選択される少なくとも１種の元素を含む酸化物からなるものが用いられる。具体的には上記酸化物として、Ｉｎ酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ酸化物、Ｉｎ−Ｇａ酸化物、Ｚｎ−Ｓｎ酸化物、Ｚｎ−Ｇａ酸化物、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物、Ｚｎ酸化物、Ｔｉ酸化物等の透明酸化物やＺｎ−Ｓｎ酸化物にＡｌやＧａをドーピングしたＡＺＴＯ、ＧＺＴＯが挙げられる。

また、画素電極を構成する透明導電膜８としては、液晶表示装置などに通常用いられる酸化物導電膜が挙げられ、例えば、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ、およびＳｎよりなる群から選択される少なくとも１種の元素を含む酸化物からなる導電膜が挙げられる。代表的には、アモルファスＩＴＯやｐｏｌｙ−ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯなどが例示される。

また、酸化物半導体の上に形成される保護膜６は特に限定されず、表示装置の分野で通常用いられるもの、例えば、窒化シリコン、酸化シリコン、酸窒化シリコンなどが挙げられる。ただし、酸化物半導体は、還元雰囲気下ではその優れた特性が失われるため、酸化物半導体の特性を有効に発揮させるという観点からすれば、酸性雰囲気下で成膜が可能な酸化シリコンや酸窒化シリコンの使用が好ましい。詳細には、保護膜６は、単一の化合物（例えば酸化シリコンのみ）で構成されている必要は必ずしもなく、酸化物半導体の特性を有効に発揮させる程度の酸素を少なくとも含む絶縁性の膜であれば、本発明に用いることができる。

また、ゲート絶縁膜２も特に限定されず、表示装置の分野で通常用いられるもの、例えば、窒化シリコン、酸化シリコン、酸窒化シリコンなどが挙げられる。ゲート絶縁膜２の種類は、保護膜６と同じ種類であっても良いし、異なっていても良い。

基板１は、液晶表示装置などに用いられるものであれば特に限定されない。代表的には、ガラス基板などに代表される透明基板が挙げられる。ガラス基板の材料は表示装置に用いられるものであれば特に限定されず、例えば、無アルカリガラス、高歪点ガラス、ソーダライムガラスなどが挙げられる。あるいは、フレキシブル樹脂フィルム、金属ホイルなどを用いることもできる。

上記配線構造を備えた表示装置を製造するにあたっては、本発明の規定を満たし、かつＣｕ合金膜の熱処理・熱履歴条件を上述した推奨される条件とすること以外は、特に限定されず、表示装置の一般的な工程を採用すればよい。

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例によって制限されず、上記・下記の趣旨に適合し得る範囲で適切に改変し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。

実施例１
本実施例では、下記の方法により、保護膜形成プロセスを模擬した試料を作製し、電気抵抗およびウェットエッチング゛時の加工性を測定すると共に、Ｃｕ合金膜の表面に形成された酸化層の厚みを測定した。

（試料の作製）
まず、ガラス基板（コーニング社製ＥａｇｌｅＸＧ、直径５０．８ｍｍ×厚さ０．７ｍｍ）を用意し、第一層（Ｘ）として純Ｃｕ、第二層（Ｚ）として表１に示す種々の元素を含むＣｕ−Ｚ合金が積層されたＣｕ合金膜を、以下のスパッタリング法によって作製した（表１のＮｏ．３〜３８）。比較のため、Ｎｏ．１では第二層（Ｚ）として純Ｃｕを、Ｎｏ．２では第二層（Ｚ）として純Ｍｏ膜が積層された試料を作製した。各層の膜厚は表１に示すとおりである。

スパッタリング条件
スパッタリング装置：島津製作所製の商品名「ＨＳＭ−５５２」
ＤＣマグネトロンスパッタリング法
背圧：０．２７×１０^-3Ｐａ以下、Ａｒガス圧：０．２７Ｐａ
Ａｒガス流量：３０ｓｃｃｍ、スパッタパワー：ＤＣ２６０Ｗ、
極間距離：５０．４ｍｍ、基板温度：室温
スパッタリングターゲット
純Ｃｕ膜の形成には純Ｃｕをスパッタリングターゲットに用い、純Ｍｏ膜の形成には純Ｍｏをスパッタリングターゲットに用いた。
また、種々の元素を含むＣｕ合金膜の形成には、真空溶解法で作成したスパッタリングターゲットを用いた。

上記のようにして成膜されたＣｕ合金膜の組成は、ＩＣＰ発光分光分析装置（島津製作所製のＩＣＰ発光分光分析装置「ＩＣＰ−８０００型」）を用い、定量分析して確認した。

次に、前処理としてＮ₂Ｏプラズマ処理を実施した後、プラズマＣＶＤ法によってＳｉＯ₂の保護膜（膜厚１５０ｎｍ）を形成した。これらの処理は、サムコ株式会社製「ＰＤ−２００ＮＬ」を用い、同一チャンバー内にて連続的に実施した。各処理の詳細な条件は以下のとおりである。

Ｎ₂Ｏプラズマ処理条件（前処理）
ＲＦ ｐｏｗｅｒ：１００Ｗ
ガス流量：Ｎ₂Ｏ １００ｓｃｃｍ
温度 ：１５０℃
処理時間：５分

プラズマＣＶＤ法による保護膜成膜条件
ＲＦ ｐｏｗｅｒ：１００Ｗ
原料ガス：Ｎ₂で希釈したＳｉＨ₄ガス、およびＮ₂Ｏガスを使用
ガス流量（ｓｃｃｍ）：Ｎ₂Ｏ／ＳｉＨ₄／Ｎ₂＝１００／４／３６
温度 ：１５０℃

（電気抵抗の測定）
上記のようにして作製された各試料（ＳｉＯ₂の保護膜あり）の電気抵抗を直流四探針法により室温で測定した。比較のため、上記の各試料において、ＳｉＯ₂の保護膜が形成されていない段階で各試料（ＳｉＯ₂の保護膜なし）の電気抵抗を、上記と同様にして測定した。

本実施例では、各試料について、ＳｉＯ₂の保護膜なしの場合の電気抵抗に対する、ＳｉＯ₂の保護膜ありの場合の電気抵抗の比が１．２０以下のものを、合格（低電気抵抗を有する）と評価した。

（加工性の評価）
上記のようにして作製された各試料（ＳｉＯ₂の保護膜あり）について、フォトレジストとしてＴＳＭＲ８９００（東京応化社製）を用いてラインアンドスペースパターン（５０μｍ間隔）に加工した後、各試料を１ｃｍ×４ｃｍのサイズに切り出して試験片を作製し、各試験片をエッチング液に浸漬してエッチング処理を行なった。エッチング処理条件は以下の通りである。
エッチング液： 関東化学株式会社製Cu-02
処理温度：室温
薬液量：１００ｍｌ
処理方法：静置（浸漬）
処理時間：配線膜のエッチング除去が確認できた時間を１００％としたとき、その１５０％（ジャストエッチングから５０％オーバーエッチングするまで）に相当する時間までエッチングを行った。

次いで、レジストを除去し、試験片端面の膜の断面をＳＥＭ電子顕微鏡にて（倍率３００００倍）にて観察し、エッチング後の試験片のＣｕ合金膜に庇がある場合を×（加工性不良）と評価し、庇がない場合を○（加工性良好）と評価した。ここで庇とは、エッチング領域の端部断面を上記のようにＳＥＭ観察したときに、第一層のエッチング端に比べて、第二層のエッチング端が明確に飛び出て残っているものを言う。参考のため、図５に、庇が残っている場合のエッチング領域の端部断面の状態を図示する。

（酸化層の厚みの測定）
上記のようにして作製された各試料（ＳｉＯ₂の保護膜あり）について、Ｃｕ合金膜の断面をＴＥＭで観察（倍率３０万倍）し、表面に形成された酸化膜の膜厚を測定した。

本実施例では、Ｎｏ．１（第一層および第二層がいずれも純Ｃｕ）に対し、０．７５倍以下の酸化層膜厚を有するものを○（プラズマ酸化耐性に優れる）と判定し、０．７５倍超のものを×と評価した。

これらの結果を表１にまとめて示す。なお、表１の最右欄には「総合判定」の欄を設け、本実施例で評価した項目（電気抵抗、加工性、酸化層厚み）の全てが○のものを合格（○）と評価し、上記項目の少なくとも一つが×のものを不合格（×）と判定した。

表１より、本発明の要件を満足する積層構造のＣｕ合金膜を備えたＮｏ．６〜１３．１５〜２０、２２〜２６、２８〜３２、３４〜３８は、プラズマ酸化耐性に優れると共に、Ｃｕ合金膜全体の電気抵抗も低く、加工性も良好であった。

これに対し、第二層（Ｚ）を構成するＺ群元素の含有量が少ないＮｏ．３〜５、１４、２１、２７、３３は、Ｚ群元素による添加効果が十分に発揮されず、酸化層の厚みが厚くなってプラズマ酸化耐性に劣っている。また、Ｚ群元素の含有量が少なく、第二層（Ｚ）の膜厚が５０ｎｍと薄いＮｏ．３、２１、２７、および３３では、電気抵抗も高くなったが、これは、プラズマ酸化耐性が充分発揮されずに酸化層が成長し、酸化していない第二層（Ｚ）の膜厚が減少するために電気抵抗が高くなったと思料される。

参考のため、上記Ｎｏ．１（純Ｃｕを用いた従来例）の断面ＴＥＭ写真を図３に示し、Ｎｏ．１０（本発明例）の断面ＴＥＭ写真を図４に示す。両者を比較すると、図４に示す本発明例によれば、図３に示す従来例に比べ、Ｃｕ酸化層の形成が著しく抑制されていることが分かる。

また、第二層（Ｚ）として純Ｍｏを用いたＮｏ．２では、酸化層は殆ど形成されなかった（表１には記載せず）が、加工性が低下した。

１ 基板
２ ゲート電極
３ ゲート絶縁膜
４ 酸化物半導体層
５ ソース電極・ドレイン電極（Ｃｕ合金膜）
５ａ 第一層（Ｘ）
５ｂ 第二層（Ｚ）
６ 保護膜（絶縁膜）
７ コンタクトホール
８ 透明導電膜
１０ バリアメタル

Claims (4)

1. 基板の上に、基板側から順に、薄膜トランジスタの半導体層と、電極に用いられるＣｕ合金膜と、保護膜と、を備えた配線構造であって、
   前記半導体層は酸化物半導体からなり、
   前記Ｃｕ合金膜は、基板側から順に、第一層（Ｘ）と第二層（Ｚ）を含む積層構造を有し、
   前記第一層（Ｘ）は、純Ｃｕ、またはＣｕを主成分とするＣｕ合金であって前記第二層（Ｚ）よりも電気抵抗率の低いＣｕ合金からなり、
   前記第二層（Ｚ）は、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｗ、Ｎｂ、希土類元素、Ｇｅ、およびＭｎよりなる群から選択される少なくとも１種の元素を合計で２〜２０原子％含むＣｕ−Ｚ合金からなり、
   前記第二層（Ｚ）の少なくとも一部は、前記保護膜と直接接続されていることを特徴とする配線構造。
2. 前記第二層（Ｚ）の膜厚が５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、Ｃｕ合金膜全膜厚に対して６０％以下である請求項１に記載の配線構造。
3. 前記保護膜は、酸化シリコンおよび／または酸窒化シリコンを含むものである請求項１または２に記載の配線構造。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の配線構造を備えた表示装置。