[go: up one dir, main page]

JP5282085B2 - 薄膜トランジスタ、薄膜トランジスタの製造方法 - Google Patents

薄膜トランジスタ、薄膜トランジスタの製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP5282085B2
JP5282085B2 JP2010508180A JP2010508180A JP5282085B2 JP 5282085 B2 JP5282085 B2 JP 5282085B2 JP 2010508180 A JP2010508180 A JP 2010508180A JP 2010508180 A JP2010508180 A JP 2010508180A JP 5282085 B2 JP5282085 B2 JP 5282085B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
gas
metal
thin film
forming
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2010508180A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2009128372A1 (ja
Inventor
悟 高澤
暁 石橋
久三 中村
忠 増田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ulvac Inc
Original Assignee
Ulvac Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ulvac Inc filed Critical Ulvac Inc
Priority to JP2010508180A priority Critical patent/JP5282085B2/ja
Publication of JPWO2009128372A1 publication Critical patent/JPWO2009128372A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5282085B2 publication Critical patent/JP5282085B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/60Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
    • H10D30/67Thin-film transistors [TFT]
    • H10D30/6729Thin-film transistors [TFT] characterised by the electrodes
    • H10D30/6737Thin-film transistors [TFT] characterised by the electrodes characterised by the electrode materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/0021Reactive sputtering or evaporation
    • C23C14/0036Reactive sputtering
    • C23C14/0057Reactive sputtering using reactive gases other than O2, H2O, N2, NH3 or CH4
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14Metallic material, boron or silicon
    • C23C14/18Metallic material, boron or silicon on other inorganic substrates
    • C23C14/185Metallic material, boron or silicon on other inorganic substrates by cathodic sputtering
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/01Manufacture or treatment
    • H10D30/021Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET]
    • H10D30/031Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET] of thin-film transistors [TFT]
    • H10D30/0312Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET] of thin-film transistors [TFT] characterised by the gate electrodes
    • H10D30/0316Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET] of thin-film transistors [TFT] characterised by the gate electrodes of lateral bottom-gate TFTs comprising only a single gate
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/60Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
    • H10D30/67Thin-film transistors [TFT]
    • H10D30/6729Thin-film transistors [TFT] characterised by the electrodes
    • H10D30/673Thin-film transistors [TFT] characterised by the electrodes characterised by the shapes, relative sizes or dispositions of the gate electrodes
    • H10D30/6732Bottom-gate only TFTs
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/60Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
    • H10D30/67Thin-film transistors [TFT]
    • H10D30/674Thin-film transistors [TFT] characterised by the active materials
    • H10D30/6741Group IV materials, e.g. germanium or silicon carbide
    • H10D30/6743Silicon
    • H10W20/425
    • H10W20/4424
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D86/00Integrated devices formed in or on insulating or conducting substrates, e.g. formed in silicon-on-insulator [SOI] substrates or on stainless steel or glass substrates
    • H10D86/40Integrated devices formed in or on insulating or conducting substrates, e.g. formed in silicon-on-insulator [SOI] substrates or on stainless steel or glass substrates characterised by multiple TFTs
    • H10D86/441Interconnections, e.g. scanning lines
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D86/00Integrated devices formed in or on insulating or conducting substrates, e.g. formed in silicon-on-insulator [SOI] substrates or on stainless steel or glass substrates
    • H10D86/40Integrated devices formed in or on insulating or conducting substrates, e.g. formed in silicon-on-insulator [SOI] substrates or on stainless steel or glass substrates characterised by multiple TFTs
    • H10D86/60Integrated devices formed in or on insulating or conducting substrates, e.g. formed in silicon-on-insulator [SOI] substrates or on stainless steel or glass substrates characterised by multiple TFTs wherein the TFTs are in active matrices
    • H10P14/44
    • H10W20/032

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Description

本発明は銅合金から成る電極膜を有するトランジスタと、そのトランジスタの製造方法に関する。
従来より、TFT(Thin film transistor)等の電子回路の内部には、TFTのソース領域やドレイン領域に、金属の配線膜が接続されている。
近年では、TFTや配線膜が益々微細化されており、そのため、低抵抗の配線膜を得るために、銅を主成分とする配線膜が用いられている。
しかしながら、銅を主成分とする配線膜は実験ではシリコンとの密着性が高くても、銅配線膜を用いてTFTを製造すると、剥離が発生する場合があり、その原因の究明と対策が求められている。
特開2001−73131号公報 特開平11−54458号公報
本発明の発明者等は、銅配線膜とシリコン層との密着性が悪化する原因は、TFTの製造工程に於いて、シリコン層のダメージを回復するための、シリコン層を水素プラズマに曝すTFTの特性の改善処理にあることを突き止めた。
純銅はシリコンとの密着性が悪いため、ソース電極膜やドレイン電極膜を形成するための金属配線膜は、マグネシウムと酸素が添加され、シリコンと密着性が高い銅合金から成る密着層と、純銅で構成され、密着層よりも低抵抗の金属低抵抗層の二層構造にされている。
このような金属配線膜が水素プラズマに曝されると、密着層中の銅化合物が還元され、シリコンと密着層の界面に純Cuが析出し、それが密着性を悪化させていると考えられる。
本発明の発明者等は、銅配線膜とシリコンの界面に純銅を析出させない添加物を調査研究した結果、Ti、Zr、及びCrの酸化物を見出し、本発明を創作するに到った。
即ち、本発明は、処理対象物上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極上にゲート絶縁層を形成する工程と、前記ゲート絶縁層上に半導体層を形成する工程と、前記半導体層上にシリコンを含むオーミックコンタクト層を形成する工程と、前記オーミックコンタクト層上に金属配線膜を形成する工程と、前記オーミックコンタクト層と前記金属配線膜をパターニングして、第一、第二オーミックコンタクト層と、ソース電極とドレイン電極とを形成する工程とを有する逆スタガー型の薄膜トランジスタの製造方法であって、前記金属配線膜を形成する工程は、真空雰囲気中で、Ti、Zr、又はCrの少なくとも一種類を含む添加金属と銅とを含有する銅合金ターゲットを、スパッタリングガスと酸化性ガスを含むガスを導入してスパッタリングし、前記オーミックコンタクト層上に銅と前記添加金属と酸素と、を含有する密着層を形成する工程と、前記密着層を形成した後、前記密着層よりも銅の含有率が高く、前記密着層よりも低抵抗の金属低抵抗層を前記密着層上に形成する工程とを含む薄膜トランジスタの製造方法である。
また、本発明は、前記添加金属を、前記銅合金ターゲットに5原子%以上30原子%以下の割合で含有させる薄膜トランジスタの製造方法である
た、本発明は、前記酸化性ガスにはCO2ガスを用い、前記CO2ガスは前記スパッタリングガス100体積部に対し、3体積部以上30体積部以下の範囲で含有させる薄膜トランジスタの製造方法である。
また、本発明は、前記酸化性ガスにはO2ガスを用い、前記O2ガスは前記スパッタリングガス100体積部に対し、3体積部以上15体積部以下の範囲で含有させる薄膜トランジスタの製造方法である。
また、本発明は、処理対象物上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極上に形成されたゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層上に形成された半導体層と、前記半導体層上に形成され、シリコンを含み、分離されている第一、第二オーミックコンタクト層と、前記第一、第二オーミックコンタクト層上にそれぞれ形成されたソース電極とドレイン電極と、を有する逆スタガー型の薄膜トランジスタであって、前記ソース電極と前記ドレイン電極は、前記第一、第二オーミックコンタクト層との接触面に、Ti、Zr、又はCrの少なくとも一種からなる添加金属と、酸素とを含有する銅合金を含む密着層を有し、前記密着層よりも銅の含有率が高く、前記密着層よりも低抵抗の金属低抵抗層が、前記密着層上に配置された薄膜トランジスタである。
また、本発明は、前記第一、第二オーミックコンタクト層は、n型半導体層である薄膜トランジスタである
た、本発明は、前記添加金属、前記密着層の添加金属を含む金属原子に対し5原子%以上30原子%以下の割合で含有された薄膜トランジスタである。
なお、本発明では、ポリシリコン、アモルファスシリコン等のシリコンを主成分とする半導体をシリコン層と呼んでいる。
水素プラズマに曝されても電極膜が剥離しないので歩留まりが向上する。
:本発明のトランジスタ製造方法を説明するための図 :本発明のトランジスタ製造方法を説明するための図 :本発明のトランジスタ製造方法を説明するための図 :本発明のトランジスタ製造方法を説明するための図 :本発明のトランジスタ製造方法を説明するための図 :本発明のトランジスタ製造方法を説明するための図 :本発明のトランジスタ製造方法を説明するための図 :本発明のトランジスタ製造方法を説明するための図 金属配線膜を説明するための図 本発明のトランジスタを製造する成膜装置を説明するための図 2ガスを用いた密着層とCO2ガスを用いた密着層の比抵抗を比較するためのグラフ
5……トランジスタ
10……処理対象物
12……ゲート電極
14……ゲート絶縁層
16……シリコン層
18……n型シリコン層
20a、20b……金属配線膜
27……ソース電極膜
28……ドレイン電極膜
31……ソース領域
32……ドレイン領域
51……密着層
52……金属低抵抗層
111……銅合金ターゲット
112……純銅ターゲット
図1(a)の符号10は、本発明のトランジスタ製造方法が用いられる処理対象物を示している。
処理対象物10を説明すると、該処理対象物10は、ガラス等から成る透明基板11を有しており、透明基板11上には、ゲート電極12と画素電極13が離間して配置されている。
透明基板11上には、ゲート電極12と画素電極13を覆って、ゲート絶縁層14と、シリコン層16と、n型シリコン層18とが、透明基板11側からこの順序で配置されている。n型シリコン層18は、不純物添加により、シリコン層16よりも抵抗値が低くされたシリコン層である。ここではn型シリコン層18とシリコン層16は、アモルファスシリコンで構成されているが、単結晶や多結晶であってもよい。ゲート絶縁層14は、窒化シリコン薄膜等の絶縁膜であり、酸窒化シリコン膜や他の絶縁膜でもよい。
図3の符号100は、その処理対象物10の表面に金属配線膜を形成する成膜装置を示している。
成膜装置100は、搬出入室102と、第一の成膜室103aと、第二の成膜室103bとを有している。搬出入室102と第一の成膜室103aの間と、第一の成膜室103aと第二の成膜室103bの間は、ゲートバルブ109a、109bを介してそれぞれ接続されている。
搬出入室102と、第一、第二の成膜室103a、103bには、真空排気系113、114a、114bがそれぞれ接続されており、ゲートバルブ109a、109bを閉じ、第一、第二の成膜室103a、103bの内部を真空排気しておく。
次いで、搬出入室102と大気の間の扉を開け、搬出入室102の内部に処理対象物10を搬入し、扉を閉じ、搬出入室102の内部を真空排気した後、ゲートバルブ109aを開け、処理対象物10を第一の成膜室103aの内部に移動させ、基板ホルダ108に保持させる。
第一、第二の成膜室103a、103bの内部の底壁側には、銅合金ターゲット111と、純銅ターゲット112がそれぞれ配置されており、処理対象物10は、n型シリコン層18が各ターゲット111、112と対面できるように、基板ホルダ108に保持される。
第一、第二の成膜室103a、103bにはガス導入系105a、105bがそれぞれ接続されており、第一の成膜室103aの内部を真空排気しながらガス導入系105aからスパッタリングガスと酸化性ガスを導入し、銅合金ターゲット111をスパッタリングすると、銅合金ターゲット111の構成材料から成るスパッタリング粒子がn型シリコン層18の表面に到達し、n型シリコン層18と接触した密着層が形成される。
銅合金ターゲット111は、Ti(チタン)、Zr(ジルコニウム)、又はCr(クロム)のいずれか一種以上から成る添加金属と銅とを含有しており、銅と添加金属の原子数を100原子%としたとき、添加金属は5原子%以上30原子%以下の割合で含有されている。
酸化性ガスは添加金属を酸化させ、添加金属の酸化物を生成するガスであり、銅合金ターゲット111がスパッタリングされると、処理対象物10の表面には、銅を主成分とし、添加金属の酸化物が含有された密着層が形成される。
次に、処理対象物10が保持された基板ホルダ108を第二の成膜室103bに移動させ、ガス導入系105bからスパッタリングガスを導入し、純銅ターゲット112をスパッタリングすると、処理対象物10の表面に、純銅ターゲット112の構成材料である銅原子から成るスパッタリング粒子が到達し、密着層の表面に純銅から成る金属低抵抗層が形成される。第二の成膜室103bでは、酸化性ガスは導入しない。
図1(b)の符号20aは、密着層と低抵抗層とで構成される金属配線膜を示しており、図2の符号51、52は、それぞれ密着層と金属低抵抗層を示している。
金属配線膜20aのゲート電極12上に位置する部分の表面にレジスト膜を配置し、金属配線膜20aと、n型シリコン層18と、シリコン層16とから成る積層膜をエッチングし、積層膜のレジスト膜で覆われていない部分を除去する。
図1(c)は、積層膜のエッチング後、レジスト膜を除去した状態であり、符号20bはレジスト膜で覆われて残った金属配線膜を示している。
次に、図1(d)に示すように、金属配線膜20b上にパターニングしたレジスト膜22を配置し、レジスト膜22の開口24の底面に、金属配線膜20bの表面が露出させた状態で、リン酸・硝酸・酢酸の混合液、硫酸・硝酸・酢酸の混合液、又は塩化第二鉄の溶液等のエッチング液に浸漬すると、金属配線膜20bの露出部分がエッチングされ、金属配線膜20bがパターニングされる。
このパターニングによって、金属配線膜20bのゲート電極12上の部分に底面にn型シリコン層18が露出する開口24が形成され、金属配線膜20bは開口24によって分離され、図1(e)に示すように、ソース電極膜27とドレイン電極膜28が形成され、本発明のトランジスタ5が得られる。
次いでエッチング装置内に搬入して開口24底面に露出するn型シリコン層18をエッチングガスのプラズマに曝してエッチングし、n型シリコン層18に形成した開口24の底面にシリコン層16を露出させる。
n型シリコン層18に形成された開口24はゲート電極12の上方に位置しており、開口24によって、n型シリコン層18は、ソース領域31とドレイン領域32に分離される。
開口2の底面には、シリコン層16の表面が露出しており、シリコン層16がn型シリコン層18をエッチングする際のエッチングガスプラズマに曝されると、シリコン層16表面から水素原子が失われ、ダングリングボンドが形成されてしまう。
このダングリングボンドはリーク電流などのTFTの特性不良の原因となる。ダングリングボンドを水素で再修飾するために、図1(g)に示すように、ソース電極膜27とドレイン電極膜28とを露出させた状態で、水素を導入して水素プラズマを発生させ、開口25の底部に露出するシリコン層16を水素ガスプラズマに曝すと、シリコン層16表面のシリコン原子は水素と結合し、ダングリングボンドは消滅する。
本発明の金属配線膜20a(20b)では、ソース電極膜27やドレイン電極膜28が、銅を主成分とし、5原子%以上30原子%以下の割合で添加金属が含有された密着層51を有しており、密着層51がトランジスタのシリコンや二酸化シリコンと密着しており、ソース電極膜27とドレイン電極膜28が水素プラズマに曝されても、n型シリコン層18(ソース領域31やドレイン領域32)との界面に銅は析出せず、ソース電極膜27やドレイン電極膜28等の金属配線膜20a(20b)で構成されている電極膜は剥離しない。
水素プラズマの処理を行なった後、 図1(h)に示すように、パッシベーション膜34を形成し、パッシベーション膜34にコンタクトホール37を形成した後、同図(i)に示すように、ソース電極膜27又はドレイン電極膜28と画素電極13等の間を接続する透明電極膜36を形成すると、液晶表示パネルが得られる。
なお、シリコン層(ポリシリコン層、アモルファスシリコン層を含む)のエッチングに使用可能なガスは、Cl2、HBr、Cl2、HCl、CBrF3、SiCl4、BCl3、CHF3、PCl3、HI、I2等がある。これらのハロゲンガスは1種類を単独でエッチングガスに用いてもよいし、2種類以上を混合してエッチングガスに用いてもよい。更に、エッチングガスに、O2、N2、SF6、N2、Ar、NH3等ハロゲンガス以外の添加ガスを添加してもよい。
窒化ケイ素(SiN)や、酸化ケイ素(SiO2)GaAs、SnO2、Cr、Ti、TiN、W、Al等の他のエッチング対象物をエッチングする際にも、上記ハロゲンガスを用いることが可能である。
ポリシリコンのエッチングガスとしては、例えばCl2、Cl2+HBr、Cl2+O2、CF4+O2、SF6、Cl2+N2、Cl2+HCl、HBr+Cl2+SF6等がある。
Siのエッチングガスとしては、例えばSF6、C48、CBrF3、CF4+O2、Cl2、SiCl4+Cl2、SF6+N2+Ar、BCl2+Cl2+Ar、CF4、NF3、SiF4、BF3、XeF2、ClF3、SiCl4、PCl3、BCl3、HCl、HBr、Br2、HI、I2等がある。
アモルファスシリコンのエッチングガスとしては、例えばCF4+O2、Cl2+SF6等がある。
100%の添加金属(金属Ti膜や金属Zr膜等)で密着層51を形成し、その表面に純銅の金属低抵抗層52を積層して金属配線膜とした場合、純銅から成る金属低抵抗層52や銅を主成分とする金属低抵抗層52は、リン酸・硝酸・酢酸の混合液や、硫酸・硝酸・酢酸の混合液や、塩化第二鉄の溶液をエッチャントに用いてエッチングすることができるが、100%の添加金属から成る密着層51や、添加金属を多量に含む密着層51では、純銅の金属低抵抗層52とエッチング速度が大きく異なり、金属低抵抗層52と密着層51の幅が大きく異なるものになってしまう(純Ti薄膜や純Zr薄膜は、純銅の金属低抵抗層52のエッチャントに不溶であり、フッ酸系の強酸のエッチング液に可溶ではあるが、そのようなエッチング液はガラスやSiを溶解させるため、TFTに用いることはできない。)。
そのため、100%添加金属の密着層51をシリコン層に対するバリア層として用い、その表面に銅薄膜を形成した場合、先ず、銅薄膜をリン酸・硝酸・酢酸混合液等のエッチング液を用いてパターニングし、バリア膜表面を露出させた後、エッチングガスを用いたドライエッチングプロセスを実行する必要がある。従って工程数が増加し、コストも高くなる。
本発明では、密着層51には添加金属よりも銅が多く含有されるため、密着層51と金属低抵抗層52は同じエッチング液でウェットエッチングすることができる。また、密着層51と金属低抵抗層52は、レジスト膜を配置し直さず、同じレジスト膜を用いてエッチングすることができるから、低コストである。
スパッタリングガスにアルゴンガスを用い、酸化性ガスに酸素ガスを用いて銅合金ターゲット111をスパッタリングし、ガラス基板上に密着層51を50nm形成した後、アルゴンガスを用いて純銅ターゲット112をスパッタリングし、密着層51上に金属低抵抗層52を300nm形成し、二層構造の金属配線膜を得た。基板温度は100℃、スパッタリングガスはArガス、スパッタリング圧力は0.4Paであった。
形成した金属配線膜の表面を露出させ、水素プラズマに暴露した後、その表面に窒化シリコン膜を形成した。
水素ガスプラズマ処理は、水素ガス流量500sccm、圧力200Pa、基板温度250℃、パワー300W、時間60秒である。
シリコン窒化膜は、基板を配置したCVD装置内に、SiH4:20sccm、NH3ガス300sccm、N2ガス500sccmの割合で各ガスを導入し、圧力120Pa、基板温度250℃、パワー300Wで形成した。
水素プラズマに暴露する前の金属配線膜の密着性(as depo. 密着性)と、水素プラズマに暴露した後、その表面に窒化シリコン膜を形成した後の密着性(H2プラズマ処理後密着性)を粘着テープを接着した後、剥離するテープテストによって測定し、ガラス基板表面が露出したものを「×」とし、それ以外を「○」として評価した。
添加金属の含有割合と酸化性ガスの導入割合を異ならせ、実験した。評価結果は「密着性」として下記表1〜3に示す。
また、上記と同じ金属配線膜をシリコンウェハ表面に形成した後、真空雰囲気中でアニール処理をし、金属配線膜をエッチング除去した後、その表面をSEMで観察し、シリコン中への銅の拡散の有無を観察した。
上記各実験では、スパッタリングガスはアルゴンガス、酸化性ガスは酸素ガス、スパッタリング雰囲気中のスパッタリングガス分圧は0.4Paである。
また、酸素ガスに替え、CO2ガスを酸化性ガスに用いて添加金属を含有するターゲットをスパッタリングした。スパッタリングガスにはArガスを用い、添加金属にはTiを用い、密着性とバリア性を評価した。スパッタリングガス分圧は上記と同じである。
観察結果を下記表1〜表3(酸化性ガスが酸素ガスの場合)と表4(酸化性ガスがCO2の場合)中に「バリア性」として示す。拡散が観察されたものを「×」、観察されなかったものを「○」と記載した。
Figure 0005282085
Figure 0005282085
Figure 0005282085
Figure 0005282085
以上の結果により、添加金属は5原子%以上含有されていると、密着性(H2プラズマ処理前及び後の密着性)とバリア性が良好であることが分かる。
また、酸化性ガスはアルゴンガス100体積部の導入量に対し、3体積部以上15体積部以下の範囲で導入すればよいことがわかる。
図4は、添加金属としてTiを10原子%含有する銅合金ターゲット111をArガスとO2ガスでスパッタリングした場合に得られる密着層(表1の実験結果の密着層に対応)の比抵抗と、ArガスCO2ガスでスパッタリングした場合に得られる密着層(表4の実験結果の密着層に対応)の比抵抗を示すグラフである。CO2ガスの方がO2ガスよりも広い範囲で比抵抗が小さくなっているが、これはCO2ガスの方がO2ガスよりも酸化力が低いためであると考えられる。
酸素の場合、分圧3〜5%の範囲で比抵抗の極小値が発生する。これに対し、二酸化炭素の場合、分圧3〜25%の広い範囲で比抵抗が低い状態になる。このため、二酸化炭素の方が濃度調節が容易である。また、大型基板で酸化性ガスの濃度を一定にすることが困難な場合でも、二酸化炭素を利用して、上記の広い範囲に入るようにすれば低抵抗が得られるため好ましい。
また、二酸化炭素の方が、比抵抗の最低値が低くなる。
薄いバリア膜を形成する場合、低抵抗が要求されない場合もあるが、バリア膜を厚く形成する場合、もしくは電極全体を酸化性ガスを導入しながら合金層で形成する場合は低抵抗の電極が要求されるため、二酸化炭素を使用することがより好ましい。
次に、得られた金属配線膜をエッチング液に浸漬し、金属低抵抗層52と密着層51の両方が同じエッチング液でエッチングできるかどうかを観察した。エッチング液には、燐硝酢酸(H3PO4:HNO3:CH3COOH:H2O)=16:1:2:1を用い、エッチング液の液温は40℃にした。
エッチングの観察結果を下記表5に示す。表5中、エッチング残渣が観察されないものを「○」、観察されたものを「×」とした。
Figure 0005282085
Ti、Zrについては30原子%以下が望ましいことが分かる。Crの場合は50原子%を超えても残渣が観察されないが、密着層51と金属低抵抗層52の幅が大きく異なってしまうので、Crの場合も30原子%以下が望ましい。
なお、密着層51はシリコンやシリコン酸化物との密着性の他、金属低抵抗層52との密着性が高い方が望ましいので、本発明の密着層51は金属低抵抗層52の成分である銅を50%以上含有する。

Claims (7)

  1. 処理対象物上にゲート電極を形成する工程と、
    前記ゲート電極上にゲート絶縁層を形成する工程と、
    前記ゲート絶縁層上に半導体層を形成する工程と、
    前記半導体層上にシリコンを含むオーミックコンタクト層を形成する工程と、
    前記オーミックコンタクト層上に金属配線膜を形成する工程と、
    前記オーミックコンタクト層と前記金属配線膜をパターニングして、第一、第二オーミックコンタクト層と、ソース電極とドレイン電極とを形成する工程とを有する逆スタガー型の薄膜トランジスタの製造方法であって、
    前記金属配線膜を形成する工程は、真空雰囲気中で、Ti、Zr、又はCrの少なくとも一種類を含む添加金属と銅とを含有する銅合金ターゲットを、スパッタリングガスと酸化性ガスを含むガスを導入してスパッタリングし、前記オーミックコンタクト層上に銅と前記添加金属と酸素と、を含有する密着層を形成する工程と、前記密着層を形成した後、前記密着層よりも銅の含有率が高く、前記密着層よりも低抵抗の金属低抵抗層を前記密着層上に形成する工程とを含む薄膜トランジスタの製造方法。
  2. 前記添加金属を、前記銅合金ターゲットに5原子%以上30原子%以下の割合で含有させる請求項1記載の薄膜トランジスタの製造方法。
  3. 前記酸化性ガスにはCO2ガスを用い、前記CO2ガスは前記スパッタリングガス100体積部に対し、3体積部以上30体積部以下の範囲で含有させる請求項1又は請求項のいずれか1項記載の薄膜トランジスタの製造方法。
  4. 前記酸化性ガスにはO2ガスを用い、前記O2ガスは前記スパッタリングガス100体積部に対し、3体積部以上15体積部以下の範囲で含有させる請求項1又は請求項のいずれか1項記載の薄膜トランジスタの製造方法。
  5. 処理対象物上に形成されたゲート電極と、
    前記ゲート電極上に形成されたゲート絶縁層と、
    前記ゲート絶縁層上に形成された半導体層と、
    前記半導体層上に形成され、シリコンを含み、分離されている第一、第二オーミックコンタクト層と、
    前記第一、第二オーミックコンタクト層上にそれぞれ形成されたソース電極とドレイン電極と、を有する逆スタガー型の薄膜トランジスタであって、
    前記ソース電極と前記ドレイン電極は、前記第一、第二オーミックコンタクト層との接触面に、Ti、Zr、又はCrの少なくとも一種からなる添加金属と、酸素とを含有する銅合金を含む密着層を有し、
    前記密着層よりも銅の含有率が高く、前記密着層よりも低抵抗の金属低抵抗層が、前記密着層上に配置された薄膜トランジスタ。
  6. 前記第一、第二オーミックコンタクト層は、n型半導体層である請求項記載の薄膜トランジスタ。
  7. 前記添加金属は、前記密着層の添加金属を含む金属原子に対し5原子%以上30原子%以下の割合で含有された請求項5又は請求項のいずれか1項記載の薄膜トランジスタ。
JP2010508180A 2008-04-15 2009-04-08 薄膜トランジスタ、薄膜トランジスタの製造方法 Active JP5282085B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010508180A JP5282085B2 (ja) 2008-04-15 2009-04-08 薄膜トランジスタ、薄膜トランジスタの製造方法

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008106119 2008-04-15
JP2008106119 2008-04-15
JP2010508180A JP5282085B2 (ja) 2008-04-15 2009-04-08 薄膜トランジスタ、薄膜トランジスタの製造方法
PCT/JP2009/057176 WO2009128372A1 (ja) 2008-04-15 2009-04-08 薄膜トランジスタ、薄膜トランジスタの製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2009128372A1 JPWO2009128372A1 (ja) 2011-08-04
JP5282085B2 true JP5282085B2 (ja) 2013-09-04

Family

ID=41199069

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010508180A Active JP5282085B2 (ja) 2008-04-15 2009-04-08 薄膜トランジスタ、薄膜トランジスタの製造方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20110068402A1 (ja)
JP (1) JP5282085B2 (ja)
KR (1) KR101098206B1 (ja)
CN (1) CN101971350B (ja)
TW (1) TW201001499A (ja)
WO (1) WO2009128372A1 (ja)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8455978B2 (en) * 2010-05-27 2013-06-04 Sang-Yun Lee Semiconductor circuit structure and method of making the same
JP5247448B2 (ja) * 2006-08-10 2013-07-24 株式会社アルバック 導電膜形成方法、薄膜トランジスタの製造方法
JP5548396B2 (ja) * 2009-06-12 2014-07-16 三菱マテリアル株式会社 薄膜トランジスタ用配線層構造及びその製造方法
JP5659966B2 (ja) * 2010-06-29 2015-01-28 日亜化学工業株式会社 半導体素子及びその製造方法
JP5964121B2 (ja) * 2012-04-18 2016-08-03 山陽特殊製鋼株式会社 磁気記録媒体に用いる密着膜層用CrTi系合金およびスパッタリング用ターゲット材並びにそれを使用した垂直磁気記録媒体
CN103295970B (zh) 2013-06-05 2015-04-29 京东方科技集团股份有限公司 阵列基板、其制造方法及显示装置
CN104051542B (zh) * 2014-06-23 2016-10-05 上海和辉光电有限公司 有机发光显示装置及其薄膜晶体管
CN111183508A (zh) * 2017-11-09 2020-05-19 三井金属矿业株式会社 布线结构及靶材

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04192527A (ja) * 1990-11-27 1992-07-10 Toshiba Corp 半導体装置
JPH04302436A (ja) * 1991-03-29 1992-10-26 Casio Comput Co Ltd 薄膜半導体素子及びその製造方法
JP2006041128A (ja) * 2004-07-26 2006-02-09 Kobe Steel Ltd 半導体装置のCu系配線形成方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06252146A (ja) 1993-02-23 1994-09-09 Seiko Epson Corp 半導体装置
JPH0992649A (ja) 1995-07-17 1997-04-04 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 半導体装置の配線構造およびその製造方法
TW473434B (en) * 1998-12-28 2002-01-21 Asahi Glass Co Ltd Layered product and its manufacture
KR100947525B1 (ko) * 2003-03-12 2010-03-12 삼성전자주식회사 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판 및 이의 제조방법
TW200805667A (en) * 2006-07-07 2008-01-16 Au Optronics Corp A display panel structure having a circuit element and a method of manufacture
JP5247448B2 (ja) * 2006-08-10 2013-07-24 株式会社アルバック 導電膜形成方法、薄膜トランジスタの製造方法
US7919795B2 (en) * 2006-12-21 2011-04-05 Samsung Electronics Co., Ltd. Wire structure, method for fabricating wire, thin film transistor substrate, and method for fabricating the thin film transistor substrate

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04192527A (ja) * 1990-11-27 1992-07-10 Toshiba Corp 半導体装置
JPH04302436A (ja) * 1991-03-29 1992-10-26 Casio Comput Co Ltd 薄膜半導体素子及びその製造方法
JP2006041128A (ja) * 2004-07-26 2006-02-09 Kobe Steel Ltd 半導体装置のCu系配線形成方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2009128372A1 (ja) 2009-10-22
TW201001499A (en) 2010-01-01
KR101098206B1 (ko) 2011-12-23
CN101971350B (zh) 2012-10-10
KR20100110388A (ko) 2010-10-12
US20110068402A1 (en) 2011-03-24
CN101971350A (zh) 2011-02-09
JPWO2009128372A1 (ja) 2011-08-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5282086B2 (ja) 薄膜トランジスタの製造方法、薄膜トランジスタ
JP5285710B2 (ja) 薄膜トランジスタの製造方法
JP5282085B2 (ja) 薄膜トランジスタ、薄膜トランジスタの製造方法
TWI572745B (zh) 用於含銅金屬薄膜之蝕刻劑組成物以及使用其之蝕刻方法
JP6077978B2 (ja) 薄膜トランジスタおよびその製造方法
CN110867458B (zh) 金属氧化物半导体薄膜晶体管阵列基板及制作方法
WO2014104296A1 (ja) 薄膜トランジスタおよびその製造方法
CN102804352A (zh) 布线层结构及其制造方法
JP2012189726A (ja) Ti合金バリアメタルを用いた配線膜および電極、並びにTi合金スパッタリングターゲット
JP4774006B2 (ja) エッチング方法
JP5424876B2 (ja) 薄膜トランジスタ製造方法、液晶表示装置製造方法、電極形成方法
WO2013042608A1 (ja) 半導体装置およびその製造方法
JP2792550B2 (ja) エッチング剤
Yu et al. The properties of Cu metallization based on CuMgAl alloy buffer layer
JPWO2010143609A1 (ja) 電子装置の形成方法、電子装置、半導体装置及びトランジスタ
WO2016194795A1 (ja) 酸化物半導体層を含む薄膜トランジスタ
TW201030819A (en) Al alloy film for display device, thin film transistor substrate, method for manufacturing same, and display device

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130219

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20130408

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130408

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130514

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130527

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5282085

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250