JP2012109465A - 表示装置用金属配線膜 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｓｉ半導体層および／または透明導電膜との間のバリアメタル層を省略しても、低抵抗のオーミック特性を有する電気的接触を確保でき、更に十分な耐熱性を有する表示装置用金属配線膜を提供する。
【解決手段】Ｍｏを２０原子％以上含有しており、且つ、Ｓｉ、Ｎｄ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｆｅ、及びＺｎよりなる群から選択される少なくとも一種を５原子％以上含有しているＡｌ合金膜５３と、純ＣｕまたはＣｕ合金膜２８，２９とからなる積層膜であって、前記Ａｌ合金膜が、半導体層３３と直接接続していると共に、前記ＣｕまたはＣｕ合金膜が透明導電膜５５と直接接続している表示装置用金属配線膜。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶ディスプレイや有機ディスプレイ等の表示装置に使用され、薄膜トランジスタ用のゲート、ソース−ドレイン電極、及び配線材料として有用な表示装置用金属配線膜、及び該金属配線膜を備えた表示装置、並びに上記金属配線膜を形成するためのスパッタリングターゲットに関するものである。本発明の表示装置は、ＵＬＳＩ（超大規模集積回路）やＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等の集積回路、発光素子（ＬＥＤ）やダイオード等の電子装置等にも適用可能である。

以下、液晶ディスプレイを代表例として本発明で対象とする表示装置の背景技術を説明する。ただし、本発明はこれに限定する趣旨ではない。

液晶ディスプレイ等のアクティブマトリックス型の液晶表示装置においては、薄膜トランジスタ（以下「ＴＦＴ」という。）がスイッチング素子として用いられる。図１に、従来のＴＦＴ基板の基本的な構造を示す。

図１に示すように、ＴＦＴ素子は、ガラス基板１上に形成されたＴＦＴのオン・オフを制御するゲート電極２と、ゲート絶縁膜３を介して設けられた半導体シリコン層（Ｓｉ半導体層）４と、それに接続するドレイン電極５とソース電極６とを有する。ドレイン電極５には、更に液晶表示部の画素電極に使用される透明導電膜（透明画素電極）７が保護膜１０に設けたコンタクトホールを介して接続される。ゲート電極２や、ドレイン電極５、及びソース電極６に用いられる配線金属には、電気抵抗（比抵抗）が低く、加工が容易である等の理由により、純ＡｌまたはＡｌ合金が汎用されている。

従来、Ａｌ配線（純ＡｌまたはＡｌ合金）と透明導電膜７との界面及び／又はＡｌ配線膜とＴＦＴのＳｉ半導体層４との界面には、これらが直接接触しないよう、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｗ等の高融点金属からなるバリアメタル層１１を設けていた。バリアメタル層１１を介在させずにＡｌ配線膜をＴＦＴの半導体層に直接接触させると、その後の工程（例えば、ＴＦＴの上に形成する絶縁層等の成膜工程や、シンタリングやアニーリング等の熱工程等）における高温プロセスによって、Ａｌ原子がＳｉ半導体層中に拡散してＴＦＴ特性を劣化させ、Ａｌ配線の電気抵抗が増大させるという問題があった。また、Ａｌ配線膜の形成後、ＣＶＤ法等によってシリコン窒化膜（保護膜）が約１００〜３００℃の温度で成膜されるがバリアメタル層１１がないと、Ａｌ配線膜の表面にヒロックと呼ばれるコブ状の突起が形成され、画面の表示品位が低下する等の問題があった。さらに、バリアメタル層１１がないと、液晶表示装置の成膜工程で生じる酸素によってＡｌが酸化され、Ａｌ配線膜と透明導電膜（画素電極）との界面や、Ａｌ配線膜と半導体層との界面にＡｌ酸化物の絶縁層が生成し、接触抵抗（コンタクト抵抗）が増大して、画素動作の遅延や局所的な発熱が生じるという問題もあった。

例えば特許文献１〜３には、Ｍｏ、Ｍｏ合金、Ｃｒ、Ｗ、Ｔｉ、Ｔａ等のバリアメタル層を介在して、ソース・ドレイン電極と半導体シリコン層を接合する方法が介在している。しかし、バリアメタル層として使用されるＭｏ、Ｃｒ、Ｗは希少金属であるためＡｌに比べて材料コストが高く、生産コストを増大する原因となっている。

このような問題に鑑み、Ａｌ合金膜と、Ｓｉ半導体層または透明導電膜との間のバリアメタル層を省略しても上記問題（すなわち、ＡｌとＳｉとの相互拡散や、透明導電膜／半導体層との接触抵抗の増加や、電気抵抗の増大等の問題）を解決することが可能な直接接触（ダイレクトコンタクト、ＤＣ）技術が提案されている（例えば特許文献４〜９を参照）。

このうち特許文献４〜６は、主にＳｉ半導体層との直接接触が可能なダイレクトコンタクト技術が開示されている。特許文献４には、Ｎｉを０．１〜６原子％含むＡｌ合金を用い、半導体層との界面にＡｌとＳｉの拡散を防止するシリサイド等のＮｉ含有析出物を形成させる技術が開示されている。また、特許文献５には、Ａｌを母材として、Ｎｉを添加し、更にＳｉ及びＬａを含むＡｌ合金が開示されており、Ｓｉの添加によってＡｌとＳｉの相互拡散が抑制され、Ｌａの添加によって耐ヒロック性が向上することが記載されている。更に特許文献６には、Ａｌ合金膜と半導体層の界面にシリコン窒化層（窒素含有層）を設けることによってＡｌとＳｉの相互拡散を防止する技術が提案されている。

一方、特許文献７〜９には、Ａｌ合金膜と透明導電膜との間のバリアメタル層を省略するＩＴＯダイレクトコンタクト技術として、Ｎｉ等の合金成分を含有するＡｌ合金が開示されている。

特開２００４−５６１５３号公報 特開２００７−２８１１５５号公報 特開２００８−１６６７８９号公報 特開２００７−８１３８５号公報 特開２００８−１０８４４号公報 特開２００８−１０８０１号公報 特開２００４−２１４６０６号公報 特開２００５−３０３００３号公報 特開２００６−２３３８８号公報

本発明の目的は、Ｓｉ半導体層および／または透明導電膜との間のバリアメタル層を省略しても、低抵抗のオーミック特性を有する電気的接触を確保でき、更に例えば表示装置の製造工程における熱処理プロセスにおいて金属配線膜が約１００〜３００℃の高温に達した場合でも、十分な耐熱性を有する表示装置用金属配線膜を提供することにある。

本発明の他の目的は、上記金属配線膜が設けられている表示装置、及び上記金属配線膜を構成するＡｌ合金膜をスパッタ法により成膜するために有用なスパッタリングターゲットを提供することである。

上記課題を解決し得た本発明の金属配線膜は、表示装置の基板上で、薄膜トランジスタの半導体層及び透明導電膜と直接接続される金属配線膜であって、前記金属配線膜は、Ｍｏを２０原子％以上含有しており、且つ、Ｓｉ、Ｎｄ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｆｅ、及びＺｎよりなる群から選択される少なくとも一種を５原子％以上含有しているＡｌ合金膜と、純ＣｕまたはＣｕ合金膜とからなる積層膜であって、前記Ａｌ合金膜が、前記半導体層と直接接続していると共に、前記ＣｕまたはＣｕ合金膜が前記透明導電膜と直接接続していることに要旨を有する。

本発明では、前記Ａｌ合金膜の膜厚が２０〜５０ｎｍであることも好ましい実施態様である。

また上記金属配線膜が設けられている表示装置も本発明の実施態様である。

更に本発明は、Ａｌ合金膜の形成に用いるスパッタリングターゲットであって、Ｍｏを２０原子％以上含有しており、且つ、Ｓｉ、Ｎｄ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｆｅ、及びＺｎよりなる群から選択される少なくとも一種を５原子％以上含むＡｌ合金からなることに要旨を有する。

本発明は上記のように構成されているため、Ｓｉ半導体層および／または透明導電膜との間のバリアメタル層を省略しても、これらとの接触抵抗が低く、低抵抗のオーミック特性を有する電気的接触が得られる表示装置用金属配線膜を提供することができた。本発明の金属配線膜は、耐熱性にも優れているため、表示装置の製造工程における熱処理プロセスに曝されても高い耐熱性を維持することも可能であり、薄膜トランジスタ基板用金属配線として極めて有用である。

また本発明の薄膜トランジスタ基板用金属配線が設けられている表示装置は上記特性を有する。

更に本発明のＡｌ合金スパッタリングターゲットは、上記特性を有する薄膜トランジスタ基板用金属配線を構成するＡｌ合金配線の成膜用材料として好適に用いることができる。

図１は、薄膜トランジスタの中核部の断面構造を示す図である。 図２は、本発明に係るアモルファスシリコンＴＦＴ基板の実施形態を説明する概略断面図である。 図３Ａは、Ａｌ合金と純Ｍｏの積層膜を用いた時のＴＦＴ特性を測定したグラフである（純Ｍｏが基板側）。 図３Ｂは、純Ａｌを用いた時のＴＦＴ特性を測定したグラフである。 図４Ａは、Ａｌ合金（Ａｌ−２０原子％Ｍｏ合金）とＳｉ半導体層との界面の断面ＴＥＭ写真（倍率３０万倍）である。 図４Ｂは、図４Ａを拡大した断面ＴＥＭ写真である（倍率１５０万倍）。 金属配線膜（Ａｌ−３０原子％Ｍｏ合金膜と純Ｃｕ膜の積層膜）に対して加熱処理を行った後にＴＦＴ特性を測定したグラフである。

本発明の表示装置用金属配線膜は、Ｍｏを２０原子％以上含有しており、且つ、Ｓｉ、Ｎｄ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｆｅ、及びＺｎよりなる群から選択される少なくとも一種を５原子％以上含有しているＡｌ合金膜を配線の下地膜として用いると共に、該Ａｌ合金膜の上に、純ＣｕまたはＣｕ合金膜が積層された２層構成としたところに特徴がある。このような金属配線膜を用いれば、Ｍｏなどの高融点金属薄膜（バリアメタル）を介さずに、Ｓｉ半導体層、及び透明導電膜と電気的に直接接触することが可能であり、直接接触しても、低抵抗なオーミック特性が得られる。詳細には、半導体層、及び透明導電膜との接触抵抗が低く、ＴＦＴ特性にも優れている。

従って、本発明の金属配線膜は、ＴＦＴ基板の電極または配線膜として好適に用いられる。例えばＴＦＴのソース用電極、ドレイン用電極としてＳｉ半導体層に低抵抗で直接接触が可能であると共に、配線膜として透明導電膜に低抵抗で直接接触も可能である。

以下、本発明の金属薄膜を構成する第１層（Ａｌ合金膜）と、第２層（純ＣｕまたはＣｕ合金膜）について説明する。

（１）Ａｌ合金膜（第１層）
本発明のＡｌ合金膜は、薄膜トランジスタの半導体層と直接接続されるＡｌ合金膜であって、前記Ａｌ合金膜は、上記のとおり２０原子％以上のＭｏを含有するＡｌ−Ｍｏ−Ｘ合金［Ａｌ−Ｍｏ−Ｘ合金について、詳細には、Ｍｏと；Ｓｉ、Ｎｄ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｆｅ、及びＺｎよりなるＸ群から選択される少なくとも１種とを含有するＡｌ−Ｍｏ−Ｘ合金であって、Ｘ群の含有量は５原子％以上である］を含んでいるところに特徴がある。

本発明を最も特徴付けるＡｌ−Ｍｏ−Ｘ合金を構成するＭｏ、及びＸ群の元素（Ｘ群元素）は、高融点金属薄膜などのバリアメタルを介さずにＳｉ半導体層に直接接触しても低抵抗なオーミック特性が得られるための元素として有用である。

本発明においてＡｌ−Ｍｏ−Ｘ合金を採用した理由は以下に説明する通りである。

すなわち、本発明者らが後記実施例１と同様にして純ＭｏとＡｌ合金の積層膜（純ＭｏがＳｉ半導体層側）又は純Ａｌをソース電極、ドレイン電極（以下、「ソース・ドレイン電極」ということがある。）に用いて図２に示す構造のＴＦＴを作製し、３００℃で３０分間の熱履歴を加えた後のＴＦＴのドレイン電流−ゲート電圧のスイッチング特性（以下、ＴＦＴ特性ということがある）を調べたところ、以下の結果を得た。

まず、純ＭｏとＡｌ合金を用いた場合のＴＦＴ特性は、図３Ａに示す様に、オフ電流は１．０×１０^-11Ａ、オン電流は２．０×１０^-6Ａであった。一方、純Ａｌを用いた場合のＴＦＴ特性は、図３Ｂに示す様に、オフ電流は１．０×１０^-9Ａ以上と高い値を示し、オフ電流リークが発生していた。純Ａｌを用いた場合にオフ電流リークが発生した原因は、純Ａｌ層とＳｉ半導体層との界面でＡｌとＳｉとの相互拡散が発生したため、ＴＦＴ特性が劣化したものと考えられる。

本発明者らの検討結果によれば、Ｓｉ半導体層中へのＡｌ元素の拡散は、Ａｌ合金膜蒸着後における高温プロセスにおいて著しいことがわかった。この高温プロセスとは、ＴＦＴ製造過程で加えられる熱処理であって、例えばＳｉＮ絶縁膜の蒸着（約２００〜４００℃）や、電極と半導体層、ゲート絶縁体界面の安定化処理（約２００〜４００℃）などが挙げられ、これらの熱処理中に、ソース・ドレイン電極とＳｉ半導体層界面でＡｌ、Ｓｉ原子の著しい拡散が生じると考えられる。

そこで、本発明者らはＡｌとＳｉの相互拡散を防止する観点から、様々な元素（例えばＭｏ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｗ、Ｖ、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｏ、Ｎｄ、Ｌａ、Ｂ、Ｎｉ等）を添加したＡｌ合金（元素添加量は２０原子％とした）をソース・ドレイン電極に用いて、上記と同様にしてＴＦＴ特性を評価すると共に、ＡｌとＳｉの相互拡散についても検討を行った。その結果、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｏ、Ｎｉを添加したＡｌ合金は、上記純Ｍｏと同等のＴＦＴ特性を有しており（表１参照）、またソース・ドレイン電極（Ａｌ合金）とＳｉ半導体層との界面をＴＥＭ断面観察したところ、Ｍｏを添加したＡｌ合金を用いればＡｌとＳｉの相互拡散も生じていないことを確認した（図４Ａ、ＢはＡｌ−２０原子％Ｍｏ合金の断面ＴＥＭ写真である）。このようにＭｏは優れたＴＦＴ特性を有し、且つＡｌとＳｉの相互拡散も抑制できるので望ましい元素である。よって本発明ではＡｌとＳｉの相互拡散防止効果を有する元素としてＭｏを選択した。

ここでＭｏの作用について更に詳しく説明する。以下に詳述するように本発明のＡｌ合金膜は、スパッタリング法で形成されるが、スパッタリング蒸着直後のＡｌ合金膜は微結晶であり、高密度の粒界が存在するので、添加元素は、Ａｌの粒界に沿って移動し、Ａｌ合金膜の表面（すなわち、Ｓｉ半導体層との界面）へ拡散し易い状態にある。本発明では、Ａｌ合金膜の中央部近傍での添加元素Ｍｏの濃度を出来るだけ低くし、Ａｌ合金膜表面での添加元素Ｍｏの濃度を極力高く制御することにより、Ａｌ中へ拡散するＳｉ半導体層由来のＳｉと、Ａｌ合金由来のＭｏとが反応してシリサイドがＡｌ合金膜とＳｉ半導体層との界面に形成されることを狙っている。このシリサイドは、ＡｌとＳｉとの相互拡散を抑制するため拡散バリアとして機能するため、低抵抗のオーミック接触が得られるようになる。

また、Ｍｏを添加することで高温プロセスにおけるＡｌの結晶成長が抑制され、Ａｌ合金とＳｉ半導体層界面における結晶成長に伴う応力が減少するため、Ａｌ、Ｓｉの相互拡散が起こりにくくなると推察される。

本発明では、後記参考例に示すようにＭｏによるＡｌとＳｉの相互拡散防止作用を有効に発揮させるために、Ｍｏ含有量を２０原子％以上とする。またＭｏ含有量を増加させると、純Ａｌや純Ｍｏと比べてスパッタレートが向上し、生産性が向上するため、２５原子％以上とすることが好ましく、より好ましいＭｏ量は３０原子％以上である。ＡｌとＳｉの相互拡散作用防止の観点からはＭｏの上限は特に限定されないが、Ｍｏを過剰に添加すると、フォトレジストとの密着性が低下して配線の加工精度が低下することがあり、またスパッタレートが低下してスパッタ時間が長くなるため工程が長時間化するなどの問題が生じることがある。したがってＭｏ含有量の上限を８５原子％以下とすることが好ましく、より好ましいＭｏ量は５０原子％以下である。

また上記Ｘ群元素は、Ｍｏと同様、ソース・ドレイン電極（Ａｌ合金）とＳｉ半導体層界面においてＡｌとＳｉの相互拡散を抑制する作用を有する。後記するように本発明ではＭｏによる上記作用を補完する目的で、Ｘ群元素を添加したのである。また上記Ｘ群元素は、金属配線膜を構成する第２層（純ＣｕまたはＣｕ合金）のＣｕが第１層（Ａｌ合金）やＳｉ半導体層（Ｓｉ）に拡散するのを抑制する作用を有する。

まず、Ｘ群元素によるＡｌとＳｉの相互拡散を抑制する作用について検討した結果、上記Ｘ群元素は、Ｍｏと同様、Ａｌ電極とＳｉ半導体層界面においてＡｌとＳｉの相互拡散を抑制する作用を有するものであることがわかった。純Ｍｏを用いる場合と比べて、本発明ではＭｏ含有量が少ないが、Ｍｏ含有量が減少すると第１層中のＡｌ原子は、主にＡｌ結晶粒界を通って移動し、同時にＳｉ半導体中のＳｉは第１層中のＡｌ合金の粒界を拡散するようになり、Ｍｏによる上記作用が十分に発揮されない場合がある。そこで本発明では上記作用を補完する目的で、Ｘ群元素を添加したのである。

次に、Ｘ群元素によるＣｕとＳｉの拡散を抑制する作用について検討した結果、ＡｌにＭｏを添加しただけの場合（すなわち、Ｘ群元素を含まないＡｌ−Ｍｏ合金）、このＡｌ−Ｍｏ合金膜の直上に第２層（純Ｃｕ膜またはＣｕ合金膜）を積層させた金属配線膜に、熱履歴（約２００〜４００℃）を加えると第２層に含まれるＣｕが第１層やＳｉ半導体層に拡散し、その結果、ＴＦＴ特性が劣化することがわかった。

すなわち、Ｓｉ半導体層と接触する第１層に、Ｘ群元素を含有しないＡｌ−Ｍｏ合金層を形成し、その上に第２層（純ＣｕまたはＣｕ合金層）を形成すると、Ｍｏ添加量が低い領域では第２層中のＣｕ原子が第１層のＡｌ−Ｍｏ合金中を拡散し、更にＳｉ半導体中を拡散するようになる。これは第２層中のＣｕ原子が、主にＡｌ結晶粒界を通って移動することによると考えられる。

本発明者らは後記する実施例と同様にして基板上に形成したアモルファスシリコン膜上にＡｌ−３０原子％Ｍｏ合金膜（膜厚５０ｎｍ）を成膜し、更にその上に純Ｃｕ膜（膜厚２５０ｎｍ）を成膜した金属配線膜に対して２７０℃または３００℃で３０分間の加熱処理を行った後、ＴＦＴ特性について調べた。その結果、図５に示されているように、３００℃で加熱処理した場合、オン電流が低下することがわかった。

一方、後記する実施例で示しているように、特定量のＸ元素を添加したＡｌ−Ｍｏ−Ｘ合金を第１層とすることによって、ＡｌとＳｉの相互拡散が抑制されるだけでなく、第２層に含まれるＣｕが第１層やＳｉ半導体層に拡散するのが抑制され、優れたＴＦＴ特性が得られることがわかった。

そこで本発明では、このようなＡｌとＳｉの相互拡散、更にはＣｕの拡散を抑制する目的で、第１層中にＸ群元素を添加した。本発明で規定するＡｌ−Ｍｏ−Ｘ合金を第１層として用いれば、良好なＴＦＴ特性が得られる。

Ｘ群元素の添加によって上記作用が発揮される理由は詳細には不明であるが、Ｘ群元素を添加することによりＡｌ合金がアモルファス化し、Ａｌ、Ｃｕ、Ｓｉ原子の主要な拡散経路である結晶粒界が消滅するためであると推察される。また、Ａｌ合金がアモルファス化することによって、高温プロセスにおけるＡｌ合金の結晶成長が抑制されるため、Ａｌ合金とＳｉ半導体との界面の応力が緩和され、拡散が発生し難くなると考えられる。

Ｘ群元素とは、Ｓｉ、Ｎｄ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｆｅ、及びＺｎであり、単独で添加しても良いし、２種以上を併用しても良い。このうち好ましい元素はＭｎ、Ｎｄであり、より好ましくはＭｎである。

Ｘ群元素による上記効果を十分に発揮するには５原子％以上（Ｘ元素を１種含むときは単独の含有量であり、複数を含む場合はその合計量である）含有させるものとする。Ｘ群原子の含有量が５原子％未満の場合は、上記作用が有効に発揮されず、Ｓｉ半導体層中へのＡｌやＣｕ原子の拡散、および／または第１層（Ａｌ合金）中へのＳｉやＣｕ原子の拡散を抑制できず、ＴＦＴ特性が劣化してしまう。一方、Ｘ群元素を添加し過ぎるとコストが上昇する上、配線加工精度が低下することがある。Ｘ群元素の量は、具体的にはＭｏ量とのバランスによって適切に定めることができる。Ｘ群元素は好ましくは１０原子％以上、より好ましく１５原子％以上、好ましくは５０原子％以下、より好ましく４０原子％以下である。

後記参考例でも示しているように上記Ａｌ合金膜において好ましい膜厚は、２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。膜厚が２０ｎｍより薄いと、均一なＡｌ合金膜が形成できなくなるほか、上記ＡｌとＳｉの相互拡散やＣｕの拡散を十分に抑制できなくなり、ＴＦＴ特性の劣化の原因となる。一方、膜厚が５０ｎｍを超えて厚くなると、全体の膜厚が厚くなるため密着性が低下したり、スパッタ時間が長くなるため工程が長時間化するなどの問題がある。より好ましい膜厚は、２５ｎｍ以上であり、更に好ましい膜厚は、３０ｎｍ以上である。

本発明のＡｌ合金膜は、上記のようにＭｏ、及びＸ群元素を含むものであり、残部はＡｌ、及び不可避的不純物である。

（２）純ＣｕまたはＣｕ合金膜（第２層）
上記第１層の上に形成される第２層は、純Ｃｕ膜またはＣｕ合金膜から構成され、第２層は透明導電膜に直接接続されている。この第２層は、金属配線膜全体（第１層＋第２層）の電気抵抗率低減の目的で形成されたものである。

第２層に用いられるＣｕ合金は特に限定されず、合金元素の組成や含有量を適切に制御して用いることができる。例えば、Ｃｕ合金を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）で構成すれば、これにより、金属配線膜全体の電気抵抗率の低減をより一層図ることができるので望ましい。すなわち、金属配線膜を本発明で規定する上記積層構造とすることにより、Ａｌに比べて電気抵抗率が低く、画素電極を構成する透明導電膜とのコンタクト抵抗も低く抑えられるという、Ｃｕ本来の特性を有効に最大限に発揮させつつ、金属配線膜全体の電気抵抗率を低減させることができる。

ここで、第２層に用いられる「電気抵抗率の低い元素」とは、電気抵抗率がおおむね、純Ｃｕ合金並みに低い元素であり、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２層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、Ｃｕ−０．１原子％Ｎｉ−０．５原子％Ｇｅ−０．２原子％Ｎｄなどが好ましく用いられる。また、第２層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。

本発明のＣｕ合金膜は、上記のように各種元素を含むものであり、残部はＣｕ、及び不可避的不純物である。

上記金属配線膜全体の電気抵抗率は３．０μΩ・ｃｍ以下であることが望ましい。この電気抵抗率は、純Ａｌを用いた場合の電気抵抗率を基準としたものである。電気抵抗率は低い程良い。このような電気抵抗率は、上記第１層や第２層の添加元素量を適宜調整したり、第１層と第２層の膜厚の比率を調整することによって達成可能である。

上記金属配線膜全体の膜厚（第１層＋第２層）は、おおむね１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが好ましく、２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下であることがより好ましい。

以上、本発明の金属配線膜について説明した。

本発明の金属配線膜は、走査線や信号線などの配線；ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極などの電極の材料として好適に用いられる。特に、バリアメタル層を介在させずに透明導電膜や半導体層との直接接続が可能なダイレクトコンタクト用の電極・配線の材料として好適に用いられる。

上記第１層（Ａｌ合金膜）、第２層（純ＣｕまたはＣｕ合金膜）は、スパッタリング法にてスパッタリングターゲット（以下「ターゲット」ということがある）を用いて順次形成することが望ましい。イオンプレーティング法や電子ビーム蒸着法、真空蒸着法で形成された薄膜よりも、成分や膜厚の膜面内均一性に優れた薄膜を容易に形成できるからである。

また、上記スパッタリング法で上記Ａｌ合金膜やＣｕ合金膜を形成するには、上記ターゲットとして、前述した元素を含むものであって、所望の合金膜と同一組成のＡｌ合金スパッタリングターゲット、或いはＣｕ合金スパッタリングターゲットを用いれば、組成ズレの恐れがなく、所望の成分組成のＡｌ合金膜、或いはＣｕ合金膜を形成することができるのでよい。

本発明には、前述したＡｌ合金膜と同じ組成のスパッタリングターゲットも発明の範囲内に包含される。詳細には、Ｍｏと、Ｓｉ、Ｎｄ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｆｅ、及びＺｎよりなるＸ群から選択される少なくとも一種とを含有し、Ｍｏの含有量を２０原子％以上、Ｘ群の含有量を５原子％以上、残部：Ａｌ、及び不可避的不純物のスパッタリングターゲットである。

上記ターゲットの形状は、スパッタリング装置の形状や構造に応じて任意の形状（角型プレート状、円形プレート状、ドーナツプレート状など）に加工したものが含まれる。

上記ターゲットの製造方法としては、溶解鋳造法や粉末焼結法、スプレイフォーミング法で、Ａｌ基合金からなるインゴットを製造して得る方法や、Ａｌ基合金からなるプリフォーム（最終的な緻密体を得る前の中間体）を製造した後、該プリフォームを緻密化手段により緻密化して得られる方法が挙げられる。

本発明は、上記金属配線膜が、薄膜トランジスタに用いられていることを特徴とする表示装置も含むものである。その態様として、前記金属配線膜が、薄膜トランジスタのソース電極および／またはドレイン電極並びに信号線に用いられ、ドレイン電極が透明導電膜に直接接続されているものや、ゲート電極、及び走査線に用いられているものなどが挙げられる。

また前記ゲート電極、及び走査線と、前記ソース電極および／またはドレイン電極ならびに信号線が、同一組成のＡｌ合金膜であるものが態様として含まれる。

本発明に用いられる透明画素電極は特に限定されず、例えば、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）などが挙げられる。

また、本発明に用いられるＳｉ半導体層も特に限定されず、水素化アモルファスシリコン、アモルファスシリコン、微結晶シリコン、多結晶シリコン、単結晶シリコンなどが挙げられる。すなわち、本発明の金属配線膜を用いれば、シリコン薄膜の種類にかかわらず、低抵抗のオーミック特性を有するダイレクトコンタクト技術を提供することができる。

本発明には、上記の金属配線膜を含むＴＦＴ基板や、上記ＴＦＴ基板を備えた表示装置も包含される。具体的には、上記金属配線膜がＴＦＴのソース・ドレイン電極、及びゲート電極に用いられた表示装置、更に、金属配線膜が透明導電膜に直接接触された表示装置等が挙げられる。

本発明の金属配線膜を備えた表示装置を製造するにあたっては、表示装置の一般的な工程を採用することができ、例えば、前述した特許文献４〜９に記載の製造方法を参照すれば良い。

以下、図２を参照しながら、本発明に係るＴＦＴ基板の好ましい実施形態を説明する。以下では、アモルファスシリコンＴＦＴ基板を備えた液晶表示装置を代表的に挙げて説明するが、これに限定する趣旨ではない。本発明の金属配線膜は、ソース−ドレイン電極として有用であるほか、例えば、反射型液晶表示デバイスなどの反射電極、外部への信号入出力のために使用されるＴＡＢ（タブ）接続電極にも同様に適用できることを実験により確認している。

図２は、本発明に係るアモルファスシリコンＴＦＴ基板の実施形態を説明する概略断面図である。図２において、ソース電極２８、及びドレイン電極２９は低抵抗の第２層（純ＣｕまたはＣｕ合金）から形成され、アモルファスシリコンと電気的に接続されるソース-ドレイン配線５３は、第１層（Ａｌ−Ｍｏ−Ｘ合金）で形成されているため、Ｍｏ、Ｃｒ等のバリアメタルを使用する従来例と比べて配線材料を低コスト化することができる。

次に、図２に示す本実施形態に係るＴＦＴ基板の製造方法を説明する。以下では、本発明に係る金属配線膜（第１層＝Ａｌ−３０原子％Ｍｏ−３０原子％Ｍｎ、第２層＝純Ｃｕ）を用いたが、これに限定する趣旨ではない。

まず、ガラス基板（図示せず）上に、スパッタリングなどの方法を用いて、厚さ２０ｎｍ程度の第１層であるＡｌ合金薄膜（Ａｌ−３０原子％Ｍｏ−３０原子％Ｍｎ）と、厚さ２８０ｎｍ程度の第２層である純Ｃｕ薄膜を順次積層する。スパッタリングの成膜温度は室温とした。この第１層と第２層からなる本発明の金属配線膜上に、フォトリソグラフィによってレジストをパターニングした後、レジストをマスクとして金属配線膜をエッチングすることにより、ゲート電極を形成する（図中、（５１、５２は第１層、２５、２６は第２層））。このとき、後に成膜されるゲート絶縁膜２７のカバレッジ性が良くなるように、上記金属配線膜の周縁を約３０°〜６０°のテーパー状にエッチングしておくのがよい。

次いで、例えばプラズマＣＶＤ法などの方法を用いて、厚さ約３００ｎｍ程度のＳｉ窒化膜（ゲート絶縁膜）２７を形成する。プラズマＣＶＤ法の成膜温度は、約３５０℃とした。続いて、例えば、プラズマＣＶＤ法などの方法を用いて、Ｓｉ窒化膜２７の上に、厚さ２００ｎｍ程度のアンドープト水素化アモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ−Ｈ）、及び厚さ約４０ｎｍのリンをドーピングしたｎ+水素化アモルファスシリコン膜（ｎ⁺ ａ−Ｓｉ−Ｈ）を順次積層し、水素化アモルファスシリコン積層膜３３を形成する。ｎ⁺型水素化アモルファスシリコン膜は、ＳｉＨ₄、ＰＨ₃を原料としたプラズマＣＶＤを行うことによって形成される。

次いで、水素化アモルファスシリコン膜の上に、スパッタリングなどの方法を用いて、厚さ２０ｎｍ程度の第１層のＡｌ金薄膜（Ａｌ−３０原子％Ｍｏ−３０原子％Ｍｎ）、その上に低抵抗の第２層の純Ｃｕ薄膜を順次積層して金属配線膜を成膜する。スパッタリングの成膜温度は室温とし、第１層（Ａｌ合金薄膜）と第２層（純Ｃｕ薄膜）の形成は真空中で連続製膜により形成した。次に、フォトリソグラフィによってレジストをパターニングした後、レジストをマスクとして金属配線膜（第１層、第２層）をエッチングすることにより、ソース電極（図中、５３は第１層、２８は第２層）と、ドレイン電極（図中、５３は第１層、２９は第２層）とが形成される。更に、ソース電極及びドレイン電極をマスクとして、ｎ+型水素化アモルファスシリコン膜をドライエッチングして除去する。

次に、例えばプラズマ窒化装置などを用いて厚さ３００ｎｍ程度のＳｉ窒化膜（保護膜）３４を形成する。このときの成膜は、約２７０℃で行った。次に、Ｓｉ窒化膜３４上にレジストをパターニングし、ドライエッチングなどを行うことによってコンタクトホールを形成する。

次に、例えばアミン系などの剥離液を用いてフォトレジスト層（不図示）を剥離する。最後に、厚さ５０ｎｍ程度のＩＴＯ膜（酸化インジウムに１０質量％の酸化スズを添加）を成膜する。次いで、ウェットエッチングによるパターニングを行って透明画素電極５５を形成すると、ＴＦＴが完成する。

上記では、透明画素電極５５として、ＩＴＯ膜を用いたが、ＩＺＯ膜を用いてもよい。また、活性半導体層としてアモルファスシリコンの代わりに多結晶シリコンを用いてもよい。本実施形態によれば、アモルファスシリコンチャネル薄膜が本発明の金属配線膜と直接接合されたＴＦＴ基板が得られる。

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記実施例によって制限されず、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で変更を加え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。

以下の実施例において、種々の合金組成のＡｌ合金膜の形成には、真空溶解法で作製した種々の組成のＡｌ合金ターゲットをスパッタリングターゲットとして用いた。

また実施例で用いた種々の金属膜における各合金元素の含有量は、ＩＣＰ発光分析（誘導結合プラズマ発光分析）法によって求めた。

本実施例では、前述した図２に示す構造のＴＦＴを作製してＴＦＴ特性を評価したが、作製したＴＦＴに対して３００℃で３０分間のアニールを行ったものを用いた。このアニールは、実際のＴＦＴ基板の製造工程で、熱履歴が最大となるＳｉ窒化膜（保護膜）の成膜工程における加熱処理を模擬したものである。このように本実施例のＴＦＴは、実際に製造したＴＦＴ基板のＴＦＴ特性をほぼそのまま反映しているもの考えられる。

（ＴＦＴ特性の評価）
ＴＦＴ特性の評価として、ＴＦＴのドレイン電流−ゲート電圧のスイッチング特性を調べた。具体的にはＴＦＴのスイッチングのオフ時に流れるリーク電流（ゲート電圧に負電圧を印加したときのドレイン電流値、オフ電流）と、ＴＦＴのスイッチングのオン時に流れるリーク電流（ゲート電圧に正電圧を印加したときのドレイン電流値、オン電流）とを以下のようにして測定した。

ゲート長（Ｌ）１０μｍ、ゲート幅（Ｗ）１００μｍのＴＦＴ（構造は図２参照）を用い、ＴＦＴのスイッチング特性（Ｉｄ−Ｖｇ特性）を測定した。測定時のドレイン電圧は１０Ｖとし、ゲート電圧を−１０Ｖから２０Ｖまで変化させた。オフ電流はゲート電圧（−１０Ｖ）を印加したときの電流と定義し、オン電流はゲート電圧が２０Ｖとなるときの電圧と定義した。

本実施例では、バリアメタルとしてＭｏを用いた上記図３Ａ（純Ｍｏ）の結果に基づき算出したオフ電流、オン電流の各値を基準値とし、オフ電流：１．０×１０^-11Ａ以下、且つオン電流：１．０×１０^-6Ａ以上となるものを良好と評価した。

（拡散性の有無）
上記ＴＦＴ特性の評価に基づいてスイッチング特性を調べた後、金属配線膜（Ａｌ合金膜、またはＡｌ合金膜と純Ｃｕ膜）とＳｉ半導体層との界面の顕微鏡観察を行って、Ｓｉ半導体層と金属配線膜の元素（Ａｌ、Ｃｕ、Ｓｉ）の拡散性の有無を確認した。具体的には金属配線膜（Ａｌ合金膜、またはＡｌ合金膜と純Ｃｕ膜）とＳｉ半導体層との界面の断面ＴＥＭ観察（倍率９０万倍）を行い、界面付近のコントラストが周囲と異なる場合（例えば金属配線膜と同様のコントラストがＳｉ半導体層に侵入している場合など）はＳｉ半導体層と金属配線膜との界面で拡散が生じているとして「拡散性あり」と判断した。一方、拡散らしきコントラストが確認されない場合を「拡散性なし」と判断した（図４参照）。

参考例１
上記ＴＦＴ特性の評価手法に基づいてＭｏ添加量とＴＦＴ特性の関係について調べた。但し、ＴＦＴのソース配線、ドレイン配線に用いた金属配線膜はＡｌ合金膜単層（Ａｌ−２０〜８０原子％Ｍｏ合金）とした。結果を表２に示す。

表２に示すように、Ｍｏ添加量が増加するにしたがって、オフ電流は低下する傾向を示した。

参考例２
Ａｌ合金膜（Ａｌ−２０原子％Ｍｏ−５原子％Ｎｉ）を用い、表３に示すようにＡｌ合金膜の膜厚を変化させたときのＴＦＴ特性の変化を測定した。但し、参考例１と同様、ＴＦＴのソース配線、ドレイン配線に用いた金属配線膜はＡｌ合金膜単層とした。結果を表３に示す。

表３に示すようにＴＦＴ特性は、Ａｌ合金膜の膜厚が厚くなるにしたがって、オフ電流が低下し、オン電流が増加する傾向を示した。一方、膜厚が２０ｎｍ未満の場合（Ｎｏ．３−３、３−４）、特にオフ電流が上昇し、オフ時のＴＦＴ特性が劣る傾向が見られた。また拡散性についても、膜厚が２０ｎｍ未満の場合（Ｎｏ．３−３、３−４）、ＡｌとＳｉの相互拡散が確認された。この結果から、良好なＴＦＴ特性を得るには膜厚を増すことが有効であることが分かる。

実施例１
本実施例では、ＴＦＴのソース配線、ドレイン配線に用いた金属配線膜の第１層（Ａｌ−Ｍｏ−Ｘ合金（膜厚５０ｎｍ））の組成を表４〜１１に記載のように変化させ、第２層（膜厚２５０ｎｍ）として純Ｃｕ膜を用いたときのＴＦＴ特性と拡散性について調べた。

表４は、Ａｌ−３０原子％Ｍｏ−１０原子％Ｘ合金を用いた場合において、Ｘ群元素としてＣｕ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｄ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｇｅの各元素を用いた場合の結果をまとめたものである。また表５〜１１は、Ｘ群元素としてＺｎ（表５）、Ｓｉ（表６）、Ｎｄ（表７）、Ｎｉ（表８）、Ｍｎ（表９）、Ｍｇ（表１０）、Ｆｅ（表１１）の各元素を含むＡｌ−Ｍｏ−Ｘ合金を用いた場合において、Ｍｏ量、及び各Ｘ群元素の量を種々変化させたときの結果をまとめたものである。なお、各表において、Ａｌ合金の残部はＡｌ、及び不可避的不純物である。

表４より、Ｘ元素としてＳｉ（Ｎｏ．４−１）、Ｎｄ（Ｎｏ．４−３）、Ｎｉ（Ｎｏ．４−５）、Ｍｎ（Ｎｏ．４−６）、Ｍｇ（Ｎｏ．４−７）、Ｆｅ（Ｎｏ．４−８）、Ｚｎ（Ｎｏ．４−１０）を用いたときは、ＴＦＴ特性が良好であり、またこれらの例ではＣｕの拡散や、ＡｌとＳｉの相互拡散が抑制されていた。

一方、Ｘ元素としてＧｅ（Ｎｏ．４−２）、Ｃｕ（Ｎｏ．４−４）及びＳｎ（Ｎｏ．４−９）を用いたときは、オフ電流でリークが生じており、Ｍｏのみ（Ｎｏ．４−１１）の場合と比べて、ＴＦＴ特性が劣った。これらの例について調べたところ、Ｃｕの拡散、および／またはＡｌとＳｉの相互拡散が発生していた。

表５〜１１より、Ｍｏ量が２０原子％以上で、且つＸ元素量が５原子％以上の場合は（各表Ｎｏ．３〜５、７〜９）、ＴＦＴ特性が良好であり、またこれらの例ではＣｕの拡散や、ＡｌとＳｉの相互拡散が抑制されていた。

一方、Ｍｏ量が２０原子％未満の場合や（各表のＮｏ．１、２）、Ｘ元素添加量が５原子％未満の場合は（各表のＮｏ．６）、ＴＦＴ特性が劣った。またこれらの例ではＣｕの拡散、および／またはＡｌとＳｉの相互拡散が発生していた。

１ ガラス基板
２ ゲート電極
３ ゲート絶縁膜
４ Ｓｉ半導体層
５ ドレイン電極
６ ソース電極
７ 透明導電膜
１０ 保護膜
１１ バリアメタル層
２５、２６ 第２層
２７ Ｓｉ窒化膜（ゲート絶縁膜）
２８ ソース電極（第２層）
２９ ドレイン電極（第２層）
３３ 水素化アモルファスシリコン積層膜
３４ Ｓｉ窒化膜（保護膜）
５１、５２ 第１層
５５ 透明画素電極
５３ ソース−ドレイン配線（第１層）

Claims (4)

1. 表示装置の基板上で、薄膜トランジスタの半導体層及び透明導電膜と直接接続される金属配線膜であり、前記金属配線膜は、Ｍｏを２０原子％以上含有しており、且つ、Ｓｉ、Ｎｄ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｆｅ、及びＺｎよりなる群から選択される少なくとも一種を５原子％以上含有しているＡｌ合金膜と、純ＣｕまたはＣｕ合金膜とからなる積層膜であって、前記Ａｌ合金膜が、前記半導体層と直接接続していると共に、前記ＣｕまたはＣｕ合金膜が前記透明導電膜と直接接続していることを特徴とする表示装置用金属配線膜。
2. 前記Ａｌ合金膜の膜厚が２０〜５０ｎｍである請求項１に記載の表示装置用金属配線膜。
3. 請求項１または２のいずれかに記載の表示装置用金属配線膜が設けられていることを特徴とする表示装置。
4. 請求項１または２に記載のＡｌ合金膜の形成に用いるスパッタリングターゲットであって、Ｍｏを２０原子％以上含有しており、且つ、Ｓｉ、Ｎｄ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｆｅ、及びＺｎよりなる群から選択される少なくとも一種を５原子％以上含むＡｌ合金からなることを特徴とするＡｌ合金スパッタリングターゲット。