(57)【要約】【課題】純ＣｕまたはＣｕ合金のＣｕ系合金配線と半導体層との間のバリアメタル層を省略することが可能なダイレクトコンタクト技術であって、幅広いプロセスマージンの範囲においてＣｕ系合金配線を半導体層に直接かつ確実に接続することができる技術を提供する。【解決手段】本発明の配線構造は、基板の上に、基板側から順に、半導体層と、純ＣｕまたはＣｕ合金のＣｕ系合金膜とを備えた配線構造であって、前記半導体層と前記Ｃｕ系合金膜との間に、基板側から順に、窒素、炭素、フッ素、および酸素よりなる群から選択される少なくとも一種の元素を含有する（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層と、ＣｕおよびＳｉを含むＣｕ−Ｓｉ拡散層との積層構造を含んでおり、且つ、前記（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層を構成する窒素、炭素、フッ素、および酸素のいずれかの元素は、前記半導体層のＳｉと結合している。【選択図】図１Ａ
2010245495.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に、基板側から順に、半導体層と、純ＣｕまたはＣｕ合金のＣｕ系合金膜とを備えた配線構造であって、
前記半導体層と前記Ｃｕ系合金膜との間に、基板側から順に、
窒素、炭素、フッ素、および酸素よりなる群から選択される少なくとも一種の元素を含有する（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層と、ＣｕおよびＳｉを含むＣｕ−Ｓｉ拡散層との積層構造を含んでおり、且つ、前記（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層を構成する窒素、炭素、フッ素、および酸素のいずれかの元素は、前記半導体層のＳｉと結合していることを特徴とする配線構造。
【請求項２】
前記Ｃｕ−Ｓｉ拡散層は、前記（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層、半導体層、および前記Ｃｕ系合金膜をこの順序で形成した後、熱履歴を加えることによって得られるものである請求項１に記載の配線構造。
【請求項３】
前記半導体層は、アモルファスシリコンまたは多結晶シリコンからなる請求項１または２に記載の配線構造。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の配線構造を備えた薄膜トランジスタ基板。
【請求項５】
請求項４に記載の薄膜トランジスタ基板を備えた表示装置。
【請求項６】
表示装置または半導体装置に用いられる請求項１〜３のいずれかに記載の配線構造。
【請求項７】
請求項４に記載の薄膜トランジスタ基板を製造する方法であって、
薄膜トランジスタの半導体層の上に、窒素、炭素、フッ素、および酸素よりなる群から選択される少なくとも一種の元素を含有する（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層を形成する第１の工程と、次いで、
半導体層を形成する第２の工程とを、この順序で含むことを特徴とする薄膜トランジスタ基板の製造方法。
【請求項８】
前記第１の工程は、半導体層形成装置を用いて行なわれる請求項７に記載の製造方法。
【請求項９】
前記第１の工程と前記第２の工程は、同じ半導体層形成用チャンバー内で連続して行なわれる請求項８に記載の製造方法。
【請求項１０】
前記第１の工程は、窒素、炭素、フッ素、および酸素よりなる群から選択される少なくとも一種の元素を含有するガスを用いて（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層を形成する工程を含む請求項７〜９のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１１】
前記第１の工程は、窒素、炭素、フッ素、および酸素よりなる群から選択される少なくとも一種の元素を含有するガスと、半導体層形成に用いられる原料ガスとの混合ガスを用いて（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層を形成する工程を含む請求項７〜９のいずれかに記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイなどのフラットパネルディスプレイ（表示装置）；ＵＬＳＩ（超大規模集積回路）、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）、ダイオードなどの半導体装置に適用可能な配線構造；薄膜トランジスタ基板およびその製造方法、並びに表示装置に関し、特に、純ＣｕまたはＣｕ合金のＣｕ系合金膜を配線材料として含む新規な配線構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイなどのアクティブマトリクス型液晶表示装置は、薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下、ＴＦＴと呼ぶ。）をスイッチング素子とし、透明画素電極と、ゲート配線およびソース・ドレイン配線等の配線部と、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）や多結晶シリコン（ｐ−Ｓｉ）などの半導体層を備えたＴＦＴ基板と、ＴＦＴ基板に対して所定の間隔をおいて対向配置され共通電極を備えた対向基板と、ＴＦＴ基板と対向基板との間に充填された液晶層から構成されている。
【０００３】
ＴＦＴ基板において、ゲート配線やソース・ドレイン配線などの配線材料には、電気抵抗率が低く、加工が容易であるなどの理由により、純ＡｌやＡｌ−ＮｄなどのＡｌ合金が汎用されている。ところが、液晶ディスプレイの大型化に伴い、配線のＲＣ遅延（配線を伝わる電気信号が遅れる現象）などの問題が顕在化しており、より低抵抗な配線材料へのニーズが高まっている。そこで、Ａｌ系合金に比べて電気抵抗率が小さい純ＣｕまたはＣｕ−ＮｉなどのＣｕ合金（以下、これらをまとめてＣｕ系合金と呼ぶ。）が注目されている。
【０００４】
Ｃｕ系合金配線膜（Ｃｕ系合金膜）とＴＦＴの半導体層との間には、特許文献１〜６に記載されているように、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗなどの高融点金属からなるバリアメタル層が通常設けられている。バリアメタル層を介さずにＣｕ系合金配線膜をＴＦＴの半導体層と直接接触させると、その後の工程（例えば、ＴＦＴの上に形成する絶縁層の成膜工程や、シンタリングやアニーリングなどの熱工程）における熱履歴によってＣｕ系合金配線膜中のＣｕが半導体層中に拡散し、ＴＦＴ特性が低下するからである。具体的には、ＴＦＴを流れる電流（スイッチオフ時のオフ電流、およびスイッチオン時のオン電流）などが悪影響を受け、オフ電流の増加やオン電流の低下を招くほか、スイッチング速度（スイッチオンの電気信号に対する応答性）も低下する。また、Ｃｕ系合金配線膜と半導体層とのコンタクト抵抗も増加する場合がある。
【０００５】
このようにバリアメタル層は、Ｃｕ系合金膜と半導体層との界面におけるＣｕとＳｉとの相互拡散を抑制するのに有効であるが、バリアメタル層を形成するためには、Ｃｕ系合金配線膜形成用の成膜装置に加え、バリアメタル形成用の成膜装置が別途必要になる。具体的には、バリアメタル層形成用の成膜チャンバーをそれぞれ余分に装備した成膜装置（代表的には、複数の成膜チャンバーがトランスファーチャンバーに接続されたクラスタツール）を用いなければならず、製造コストの上昇や生産性の低下を招く。また、バリアメタル層として用いられる金属と、Ｃｕ系合金とは、薬液を用いたウェットエッチングなどの加工工程での加工速度が異なるため、加工工程における横方向の加工寸法を制御することが極めて困難となる。したがって、バリアメタル層の形成は、成膜の観点だけでなく加工の観点でも工程の複雑化を招き、製造コストの上昇や生産性の低下をもたらす。
【０００６】
上記では、表示装置の代表例として液晶表示装置を例に挙げて説明したが、上述した、Ｃｕ系合金膜と半導体層との界面におけるＣｕとＳｉとの相互拡散に起因する問題は、表示装置に限らず、ＬＳＩやＦＥＴなどの半導体装置においても見られる。例えば半導体装置の代表例であるＬＳＩを製造するには、半導体層や絶縁体層中にＣｕ系合金膜からＣｕ原子が拡散することを防止するため、半導体層や絶縁体層の上にＣｒやＭｏやＴａＮなどのバリアメタル層を形成してからＣｕ系合金膜を成膜しているが、半導体装置の分野においても、工程の簡略化やコストの低減化が求められている。
【０００７】
よって、表示装置や半導体装置において生じるＣｕとＳｉとの相互拡散に起因する問題を、従来のようにバリアメタル層を設けなくても回避し得る技術の提供が望まれている。
【０００８】
このような事情に鑑み、特許文献７〜９には、Ｃｕ系合金ではないが純ＡｌまたはＡｌ合金を配線材料として用いた技術であって、バリアメタル層の形成を省略でき、ソース−ドレイン電極などに使用されるＡｌ系合金配線を半導体層と直接接触し得るダイレクトコンタクト技術が提案されている。このうち、特許文献９は、本願出願人によって開示されたものであり、窒素含有層とＡｌ系合金膜とからなる材料であって、窒素含有層のＮ（窒素）が半導体層のＳｉと結合している配線構造を開示している。この窒素含有層はＡｌとＳｉの相互拡散を防止するためのバリア層として作用していると考えられ、従来のようにＭｏなどのバリアメタル層を形成しなくても優れたＴＦＴ特性が得られることを実証している。また、この窒素含有層は、半導体層を形成した後であってＡｌ系合金膜を成膜する前に、プラズマ窒化などの窒化処理によって簡便に作製できるため、バリアメタル形成用の特別な成膜装置は不要である、といった利点もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平７−６６４２３号公報
【特許文献２】特開２００１−１９６３７１号公報
【特許文献３】特開２００２−３５３２２２号公報
【特許文献４】特開２００４−１３３４２２号公報
【特許文献５】特開２００４−２１２９４０号公報
【特許文献６】特開２００５−１６６７５７号公報
【特許文献７】特開２００３−２７３１０９号公報
【特許文献８】特開２００８−３３１９号公報
【特許文献９】特開２００８−１０８０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、純ＣｕまたはＣｕ合金のＣｕ系合金配線膜と半導体層との間のバリアメタル層を省略することが可能なダイレクトコンタクト技術であって、幅広いプロセスマージンの範囲において、Ｃｕ系合金配線膜を半導体層に直接かつ確実に接続することができる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決することのできた本発明の配線構造は、基板の上に、基板側から順に、半導体層と、純ＣｕまたはＣｕ合金のＣｕ系合金膜とを備えた配線構造であって、前記半導体層と前記Ｃｕ系合金膜との間に、基板側から順に、窒素、炭素、フッ素、および酸素よりなる群から選択される少なくとも一種の元素を含有する（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層と、ＣｕおよびＳｉを含むＣｕ−Ｓｉ拡散層との積層構造を含んでおり、且つ、前記（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層を構成する窒素、炭素、フッ素、および酸素のいずれかの元素は、前記半導体層のＳｉと結合しているところに要旨を有している。
【００１２】
本発明の好ましい実施形態において、前記Ｃｕ−Ｓｉ拡散層は、前記（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層、半導体層、および前記Ｃｕ系合金膜をこの順序で形成した後、熱履歴を加えることによって得られるものである。
【００１３】
本発明の好ましい実施形態において、前記半導体層は、アモルファスシリコンまたは多結晶シリコンからなる。
【００１４】
本発明には、上記のいずれかの配線構造を備えた薄膜トランジスタ基板や、当該薄膜トランジスタ基板を備えた表示装置も包含される。
【００１５】
本発明の好ましい実施形態において、上記の配線構造は、表示装置または半導体装置に用いられる。
【００１６】
上記課題を解決することのできた本発明に係る薄膜トランジスタ基板の製造は、薄膜トランジスタの半導体層の上に、窒素、炭素、フッ素、および酸素よりなる群から選択される少なくとも一種の元素を含有する（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層を形成する第１の工程と、次いで、半導体層を形成する第２の工程とを、この順序で含むところに要旨を有している。
【００１７】
本発明の好ましい実施形態において、前記第１の工程は、半導体層形成装置を用いて行なわれる。
【００１８】
本発明の好ましい実施形態において、前記第１の工程と前記第２の工程は、同じ半導体層形成用チャンバー内で連続して行なわれる。
【００１９】
本発明の好ましい実施形態において、前記第１の工程は、窒素、炭素、フッ素、および酸素よりなる群から選択される少なくとも一種の元素を含有するガスを用いて（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層を形成する工程を含む。
【００２０】
本発明の好ましい実施形態において、前記第１の工程は、窒素、炭素、フッ素、および酸素よりなる群から選択される少なくとも一種の元素を含有するガスと、半導体層形成に用いられる原料ガスとの混合ガスを用いて（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層を形成する工程を含む。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、純ＣｕまたはＣｕ合金のＣｕ系合金膜を半導体層と直接接触することが可能なダイレクトコンタクト技術であって、ＴＦＴ特性や、Ｃｕ系合金膜と半導体層とのコンタクト抵抗に優れているだけでなく、生産性も良好であり、プロセスマージンが更に拡大された技術を提供することができた。具体的には、各種プロセス条件のばらつき（装置性能のばらつき、不安定性、予期せぬ汚染、制御しにくい汚染など）の影響を受け難く、また極端に厳しい条件管理も不要であり、プロセス条件の制約を受け難い技術を提供することができた。また、Ｃｕ合金の組成を適切に制御することにより半導体層との密着性が高められた配線構造を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の第１の実施形態に係るＴＦＴの構成を示す概略断面説明図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の第１の実施形態に係るＴＦＴの構成を示す概略断面説明図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、本発明の第１の実施形態に係るＴＦＴの構成を示す概略断面説明図である。
【図２】図２は、本発明の第２の実施形態に係るＴＦＴの構成を示す概略断面説明図である。
【図３】図３は、本発明の配線構造の工程を説明する概略工程図である。
【図４】図４は、本発明の配線構造の各工程を説明する工程図である。
【図５】図５は、本発明の第３の実施形態に係るＬＳＩの構成を示す概略断面説明図である。
【図６】図６は、本発明の第３の実施形態に係る配線構造の各工程を説明する工程図である。
【図７】図７は、実施例１において、アモルファスシリコンとＣｕ系合金膜との界面の断面ＴＥＭ写真である。
【図８】図８は、Ｃｕ系合金膜と半導体層（アモルファスシリコン）とのコンタクト抵抗を調べるために作成したＴＬＭ素子の工程を説明する工程図である。
【図９】図９は、電極間距離と電気抵抗の関係を示すグラフである。
【図１０】図１０は、ＴＬＭ素子によるコンタクト抵抗の測定原理を説明する図である。
【図１１】図１１は、ＭＯＳＦＥＴの製造工程を説明する工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明は、Ｃｕ系合金膜を半導体層と直接接触することが可能なダイレクトコンタクト技術に関するものである。詳細には、本願出願人によって先に開示された、窒素含有層によるＣｕとＳｉの相互拡散防止作用を利用したダイレクトコンタクト技術（後述する。）を基礎とし、当該窒素含有層の上に、この窒素含有層を大気から保護するカバー層としての役割を担うＣｕおよびＳｉを含むＣｕ−Ｓｉ拡散層が積層された積層構造を含む配線構造としたところに特徴がある。このＣｕ−Ｓｉ拡散層は、（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）含有層、半導体層、およびＣｕ系合金膜を順次形成した後、ＴＦＴの製造工程で加えられる約１５０℃以上の熱履歴によって形成されるものであり、上記Ｃｕ系合金膜のＣｕと上記半導体層のＳｉによって構成されている。
【００２４】
以下、本発明に到達した経緯を説明する。
【００２５】
上述したように、本願出願人は、Ｃｕ系合金膜と半導体層とのダイレクトコンタクト技術として、窒素含有層とＣｕ系合金膜とからなる材料であって、窒素含有層のＮ（窒素）が半導体層のＳｉと結合している配線構造を既に開示している（特願２００７−２６５８１０、以下、先願発明と呼ぶ。）。先願発明の技術は、配線材料がＣｕ系合金であること以外は、前述した特許文献９に記載のＡｌ系合金を用いたダイレクトコンタクト技術と実質的に同じである。先願発明において、上記窒素含有層はＣｕとＳｉの相互拡散を防止するためのバリア層として作用していると考えられ、従来のようにＭｏなどのバリアメタル層を形成しなくても優れたＴＦＴ特性が得られることを実証している。また、この窒素含有層は、半導体層を形成した後であってＣｕ系合金膜を成膜する前に、プラズマ窒化などの窒化処理によって簡便に作製できるため、バリアメタル形成用の特別な成膜装置は不要である、といった利点もある。
【００２６】
本発明者は、上記の先願発明を開示した後も、主に、生産性向上といった観点から更に検討を重ねてきた。先願発明に記載の配線構造（窒素含有層を介して半導体層とＣｕ系合金膜が直接接触された構成）を得るためには、まず、プラズマＣＶＤ装置（真空下）などの半導体層形成用チャンバー内で半導体層および窒素含有層を形成し、次いで、スパッタリング法などでＣｕ系合金膜を成膜するために専用のチャンバー（真空下）に移し変えて実施される。本発明者の検討結果によれば、上記の移し変えの際、窒素含有層の表面が大気に触れるなどして過度に汚染されると、電気的特性（ＴＦＴ特性や、半導体層とＣｕ系合金膜とのコンタクト抵抗）の低下やバラツキなどの問題を招くことが判明した。そこで、これらの問題を回避するために検討を重ねた結果、下記（ア）〜（オ）の構成に到達し、本発明を完成した。
【００２７】
（ア）本発明の製造方法は、先願発明のように窒素含有層の上に直接Ｃｕ系合金膜を成膜するのではなく、図３の概略工程図に示すように、窒素含有層などに代表される（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層を形成した後、同じチャンバー内で引続き連続して、当該（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層の上に半導体層を更に成膜したところに特徴がある。この方法を行なってから、次いで、先願発明と同様にＣｕ合金膜専用チャンバーに移し変えてＣｕ系合金膜を成膜し、その後は公知の方法でＴＦＴを製造すると、上記の半導体層は、その後の熱履歴によってＣｕ−Ｓｉ拡散層に変化し（後記（イ）で詳述する。）、（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層が汚染されることによるＴＦＴ特性の低下およびコンタクト抵抗の上昇、またはこれらのバラツキといった問題が解消されること、その結果、ＴＦＴの半導体層とＣｕ系合金膜を直接かつ確実に、良好な電気的特性を有するダイレクトコンタクト技術を提供できることが分かった（後記する実施例を参照）。
【００２８】
本発明において半導体層を使用したのは、主に、成膜工程の簡略化を考慮したためである。これにより、ＴＦＴ用基板の上に半導体層（Ｃｕ−Ｓｉ拡散層に変化する半導体層ではなく、ＴＦＴ用基板の上に形成される半導体層である。）、（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層、半導体層を成膜するという一連の工程を、すべて、同じチャンバー内で連続して行なうことができるため、大気に曝される恐れはない。
【００２９】
（イ）上記の方法によって得られる本発明の配線構造は、先願発明に記載の構造とは異なり、例えば図１Ａなどに示すように、（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層の上に、ＣｕおよびＳｉを含むＣｕ−Ｓｉ拡散層が積層された積層構造を有している。このＣｕ−Ｓｉ拡散層は、（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層、半導体層、およびＣｕ系合金膜を順次形成した後、ＴＦＴの製造工程で加えられる熱履歴によって形成されるものであり、おおむね１５０℃以上（好ましくは、１８０℃以上）の熱処理によってＣｕ系合金膜中のＣｕが半導体層中のＳｉに拡散し、得られる。このようにして得られるＣｕ−Ｓｉ拡散層は、Ｃｕ系合金膜のＣｕと上記半導体層のＳｉによって構成され、（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層を大気から保護するカバー層としての役割を有している。このＣｕ−Ｓｉ拡散層は、後記する実施例１および図１Ａなどに示すように、（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層の上に直接形成されていても良いが、これに限定されない。
【００３０】
参考のため、本発明の方法によって得られるＣｕ−Ｓｉ拡散層の概要を図７に示す。図７は、後記する実施例１（本発明例）の断面ＴＥＭ写真（３０万倍と１５０万倍）であり、半導体層（ａ−Ｓｉ）とＣｕ系合金膜との間に、連続してＣｕ−Ｓｉ拡散層の薄い層（ここでは約１０ｎｍ）が形成されている。本発明例によれば、半導体層中へのＣｕ原子の拡散を有効に抑制できるため、半導体層中にはＣｕ原子は検出されなかった。よって、本発明の方法によれば、先願発明と同様に、上記界面におけるＣｕとＳｉの相互拡散を防止できることが確認された。
【００３１】
（ウ）本発明では、ＣｕとＳｉの相互拡散防止作用を有するバリア層として（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層を開示している。先願発明では、ＣｕとＳｉの相互拡散を防止するバリア層として窒素含有層のみを開示したが、その後の本発明者の研究により、上記の作用は窒素含有層に限らず、炭素やフッ素や酸素を含有する層も同様の作用を発揮し得ること、より詳細には、窒素、炭素、フッ素、および酸素よりなる群から選択される少なくとも一種の元素を含有する（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層はすべて、窒素含有層と実質的に同様の結果が得られることを実験により確認している。このように本発明では、（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層をバリア層として用いている点で、先願発明の技術を更に発展させたものである。
【００３２】
（エ）本発明の技術は、Ｃｕ系合金膜と半導体層との界面におけるＣｕとＳｉの相互拡散防止技術として極めて有用であり、液晶表示装置などの表示装置に限らず、ＬＳＩやＦＥＴなどの半導体層装置にも適用可能であることも分かった。
【００３３】
（オ）またＣｕ系合金膜を特にＣｕ−Ｍｎ合金とすることにより、半導体層との密着性も向上することが分かった。周知のようにＣｕは、薄膜トランジスタの半導体層（アモルファスシリコンまたは多結晶シリコン）との密着性が低く、剥離するという問題がある。例えば、基板の半導体層上にソース−ドレイン電極用配線としてＣｕ配線膜を直接形成すると、半導体層中にＣｕが拡散して半導体層とＣｕとの反応層が形成され、この反応層部分からＣｕ膜が剥離するという問題がある。これに対し、Ｃｕ−Ｍｎ合金を用いると上記の問題を解決することができる。
【００３４】
以下、本発明を詳細に説明する。上述したように、本発明は先願発明の改良技術であり、先願発明を特徴付ける窒素含有層については前述した特許文献９に詳述しており、積層構造の一部や製造方法の一部は特許文献９と重複している。本明細書では、特許文献９との相違点を特に重点的に説明することにし、重複部分の詳細な説明（例えば、窒素含有層の形成方法など）は行なわずに要約する場合がある。重複部分の詳細は、特許文献９を参照すれば良い。
【００３５】
まず、図１Ａ〜図１Ｃ、図２を参照しながら、本発明の配線構造およびその製造方法について説明する。本発明の配線構造は、基板の上に、基板側から順に、半導体層と、純ＣｕまたはＣｕ合金のＣｕ系合金膜とを備えた配線構造であって、半導体層とＣｕ系合金膜との間に、基板側から順に、窒素、炭素、フッ素、および酸素よりなる群から選択される少なくとも一種の元素を含有する（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層と、ＣｕおよびＳｉを含むＣｕ−Ｓｉ拡散層との積層構造を含んでいる。このような積層構造は、半導体層とＣｕ系合金膜との間に少なくとも設けられていれば良く、例えば、図１Ａ〜図１Ｃに示すように半導体層の上に直接、上記の積層構造を有していても良い。すなわち、本発明の配線構造において、上記（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層は複数有していても良い。ただし、これに限定されず、例えば、図２に示すように、基板側から順に、半導体層、（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層、半導体層を有し、その上に、上記の積層構造を有する実施形態も本発明の範囲に包含される。本発明は、これらの実施形態に限定されない。
【００３６】
そして繰り返し述べるように、先願発明との対比において本発明の特徴部分は、（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層の上にＣｕ−Ｓｉ拡散層を有しているところにある。このＣｕ−Ｓｉ拡散層は、例えば、（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層の上に直接（直上）、有していても良い（実施例１および図１Ａを参照）。このようなＣｕ−Ｓｉ拡散層は、（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層、半導体層、およびＣｕ系合金膜をこの順序で形成した後、約１５０℃以上の熱履歴を加えることによって得られるものである。
【００３７】
以下、図面を参照しながら本発明に係る配線構造の第１〜第３の実施形態を詳しく説明する。以下では、本発明の積層構造が適用される表示装置の代表例としてＴＦＴの実施形態１〜２を、半導体層の代表例としてＭＯＳＦＥＴの実施形態３を用いて説明するが、これらに限定する趣旨ではない。また、半導体層の種類は、アモルファスシリコンおよび多結晶シリコンのいずれであっても良い。
【００３８】
また、以下では、説明の便宜上、（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層の上に成膜された半導体層であってその後の熱履歴によって最終的に当該（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層を大気から保護し得るＣｕ−Ｓｉ拡散層に変化し得る半導体層と、ＴＦＴ用基板の上に直接形成される半導体層とを区別するため、前者の保護層として作用し得る半導体層を「第２の半導体層」と呼び、後者の半導体層を「第１の半導体層」と呼ぶ場合がある。
【００３９】
（本発明の第１の実施形態）
本発明に係るＴＦＴの第１の実施形態を図１Ａに示す。図１Ａは、ＴＦＴ用基板の上に第１の半導体層を有し、その上に直接、（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層とＣｕ−Ｓｉ拡散層とからなる２層の積層構造を有しており、その上に直接、Ｃｕ系合金層が形成された構造を有している。図１Ａの構造は、（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層を形成した後、第２の半導体層、次いでＣｕ系合金層を形成し、その後に約１５０℃以上の熱履歴を加えることによって得られ、例えば、後記する実施例１の方法によって得られる。
【００４０】
第１の実施形態において、配線構造を構成する（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層は、窒素、炭素、フッ素、および酸素のいずれかの元素を含有している。この（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層は、半導体層の表面全体をほぼ覆うように形成されているため、Ｃｕ系合金と半導体層との界面におけるＣｕとＳｉとの相互拡散を防止するためのバリアとして有効に作用する。好ましくは窒素含有層である。詳細には、上記層を構成する窒素、炭素、フッ素、酸素は半導体層のＳｉと結合し、Ｓｉ窒化物、Ｓｉ炭化物、Ｓｉフッ化物、Ｓｉ酸化物を主に含有している。ここで、Ｓｉ窒化物、Ｓｉ炭化物、およびＳｉフッ化物は更に酸素を含有していてもよく、例えばＳｉ窒化物は酸素を更に含有するＳｉの酸窒化物の複合化合物も含み得る。Ｓｉの酸窒化物などの酸素含有複合化合物は、例えば、窒素含有層の形成過程などで不可避的に導入される酸素（Ｏ）と結合して得られる。
【００４１】
ここで、（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層に含まれる窒素原子、炭素原子、フッ素原子、酸素原子の面密度の合計は、半導体層材料（代表的にはＳｉ）の有効ボンドの面密度と同じか、該有効ボンドの面密度よりも高い面密度を有していることが好ましい。特許文献９および先願発明において詳述したように、金属配線材料と半導体材料との相互拡散を防止するためには、半導体層の表面を窒素含有層などの(Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ)層で覆う必要がある。この場合、半導体層表面に存在する未結合手（ダングリングボンド）は、上記層を構成する各元素と結合していることが好ましい。「有効ボンド」とは、窒素原子、炭素原子、フッ素原子、酸素原子の立体障害も考慮したうえで、半導体層表面に配置し得る結合手を意味し、「有効ボンドの面密度」とは、半導体層の表面全体を（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層で覆ったときの面密度を意味する。有効ボンドの面密度は、半導体材料の種類などによって異なるが、例えば、シリコンの場合、結晶の面方位によっても若干相違するが、おおむね、１０14ｃｍ-2〜２×１０16ｃｍ-2の範囲内にある。
【００４２】
具体的には、例えば、窒素含有層がＳｉ窒化物を主に含有している場合、およびＳｉ窒化物を主に含有し、Ｓｉの酸窒化物を更に含有している場合のいずれにおいても、窒素含有層の窒素は、半導体層と接触する界面において、１０14ｃｍ-2以上２×１０16ｃｍ-2以下の面密度（Ｎ１）を有していることが好ましい。所望のＴＦＴ特性などを確保するためには、窒素含有層の窒素の面密度の下限は、２×１０14ｃｍ-2がより好ましく、４×１０14ｃｍ-2がさらにより好ましい。同様に炭素含有層の炭素は、半導体層と接触する界面において、１０14ｃｍ-2以上２×１０16ｃｍ-2以下の面密度（Ｃ１）を有していることが好ましく、２×１０14ｃｍ-2以上がより好ましく、４×１０14ｃｍ-2以上がさらにより好ましい。また、フッ素含有層のフッ素も上記と同様に、半導体層と接触する界面において、１０14ｃｍ-2以上２×１０16ｃｍ-2以下の面密度（Ｆ１）を有していることが好ましく、２×１０14ｃｍ-2以上がより好ましく、４×１０14ｃｍ-2以上がさらにより好ましい。同様の観点から、酸素含有層の酸素も上記と同様に、半導体層と接触する界面において、１０14ｃｍ-2以上２×１０16ｃｍ-2以下の面密度（Ｏ１）を有していることが好ましく、２×１０14ｃｍ-2以上がより好ましく、４×１０14ｃｍ-2以上がさらにより好ましい。
【００４３】
（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層は、Ｓｉ−Ｎ結合、Ｓｉ−Ｃ結合、Ｓｉ−Ｆ結合、Ｓｉ−Ｏ結合を含む層を少なくとも一層以上有していればよい。ここで、Ｓｉ−Ｎ結合のＳｉとＮとの距離（原子間隔）は約０．１８ｎｍであり、実質的には０．２ｎｍ以上が好ましく、０．３ｎｍ以上がより好ましい。ただし、窒素含有層の窒素の面密度（Ｎ１）が高くなり過ぎると、窒素含有層に含まれる絶縁性のＳｉ窒化物も多くなり、電気抵抗が上昇し、ＴＦＴ性能が劣化する。窒素含有層の窒素の面密度の上限は、１×１０16ｃｍ-2であることがより好ましい。同様の観点から、Ｓｉ−Ｃ結合のＳｉとＣとの距離（原子間隔）は約０．１９ｎｍであり、実質的には０．２ｍｍ以上が好ましく、０．３ｎｍ以上がより好ましい。また、炭素含有層の炭素の面密度の上限は、１×１０16ｃｍ-2であることがより好ましい。同様の観点から、Ｓｉ−Ｆ結合のＳｉとＦとの距離（原子間隔）は約０．１６ｎｍであり、実質的には０．１８ｎｍ以上が好ましく、０．２５ｎｍ以上がより好ましい。また、フッ素含有層のフッ素の面密度の上限は、１×１０16ｃｍ-2であることがより好ましい。さらに、Ｓｉ−Ｏ結合のＳｉとＯとの距離（原子間隔）は約０．１３ｎｍであり、実質的には０．１５ｎｍ以上が好ましく、０．２ｎｍ以上がより好ましい。酸素含有層の酸素の面密度の上限は１×１０16ｃｍ-2であることがより好ましい。
【００４４】
前述した（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層の窒素の面密度（Ｎ１）、炭素の面密度（Ｃ１）、フッ素の面密度（Ｆ１）、酸素の面密度（Ｏ１）は、例えば、ＲＢＳ（Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ  Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ、ラザフォード後方散乱分光）法を用いて算出することができる。
【００４５】
なお、（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層が、Ｏを除く（Ｎ、Ｃ、Ｆ）層であって、且つＳｉの酸窒化物などのように酸素含有化合物を含む場合（例えば、Ｓｉ窒化物のほかにＳｉの酸化物を更に含有している場合）、上記層を構成する各元素の面密度の合計は上記要件を満足していると共に、各元素の面密度（Ｎ１、Ｃ１、Ｆ１）と酸素の面密度（Ｏ１）との比の合計（Ｎ１＋Ｃ１＋Ｆ１）／Ｏ１は１．０以上であることが好ましく、これにより、ＴＦＴ特性が一層高められる。Ｓｉの窒化物などの窒素含有化合物や、Ｓｉの酸窒化物などの酸素含有化合物は、本来、絶縁物であるが、（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層の厚さは、後記するように、おおむね、０．１８ｎｍ以上５ｎｍ以下と極めて薄いため、電気抵抗を低く抑えられる。
【００４６】
本発明者の実験結果によれば、ＴＦＴ特性は（Ｎ１＋Ｃ１＋Ｆ１）／Ｏ１の比によって影響を受け、より優れたＴＦＴ特性を得るためには、（Ｎ１＋Ｃ１＋Ｆ１）／Ｏ１の比を１．０以上と大きくすれば良いことが判明した。（Ｎ１＋Ｃ１＋Ｆ１）／Ｏ１の比が大きくなると、（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層中の抵抗成分が少なくなるため、良好なトランジスタ特性が得られると考えられる。（Ｎ１＋Ｃ１＋Ｆ１）／Ｏ１の比は大きい程よく、例えば、１．０５以上であることがより好ましく、１．１以上であることが更に好ましい。
【００４７】
（Ｎ１＋Ｃ１＋Ｆ１）／Ｏ１の比は、例えば、プラズマ窒化法を用いて窒素含有層を形成するに当たり、プラズマのガス圧力やガス組成、処理温度などのプラズマ発生条件を適切に制御することによって調節することができる。
【００４８】
（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層の厚さは、おおむね、０．１８ｎｍ以上５ｎｍ以下の範囲内であることが好ましい。前述したように、（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層は、Ｃｕ系合金層と半導体層との界面におけるＣｕとＳｉとの相互拡散を防止するためのバリア層として有用であるが、（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層は絶縁体となり易いため、厚くなり過ぎると電気抵抗が極度に高くなるほか、ＴＦＴ性能が劣化する。（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層の厚さを上記範囲内に制御することにより、（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層の形成による電気抵抗の上昇を、ＴＦＴ性能に悪影響を及ぼさない範囲内に抑えられる。（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層の厚さは、おおむね、３ｎｍ以下であることがより好ましく、２ｎｍ以下がさらに好ましく、１ｎｍ以下であることがさらにより好ましい。（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層の厚さは、種々の物理分析手法によって求めることができ、例えば、前述のＲＢＳ法のほか、ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光分析）法、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析）法、ＧＤ−ＯＥＳ（高周波グロー放電発光分光分析）法などを利用することができる。
【００４９】
（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層を構成する各元素の原子数とＳｉ原子数との比の最大値は、０．５以上１．５以下の範囲内であることが好ましい。これにより、ＴＦＴ特性を劣化させることなく、（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層によるバリア作用を有効に発揮させることができる。上記の比の最大値は、０．６以上であることがより好ましく、０．７以上であることがさらに好ましい。上記の比は、例えば、プラズマ照射時間をおおむね５秒間から１０分間の範囲内に制御することによって調節することができる。上記の比は、（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層の深さ方向の元素（Ｎ、Ｃ、Ｆ、ＯおよびＳｉ）をＲＢＳ法によって分析することによって算出される。
【００５０】
上記の（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層を形成するためには、半導体層を形成した後、窒素、炭素、フッ素、酸素の少なくともいずれかを半導体層表面に供給すれば良い。具体的には、これらのいずれかを含有するプラズマを利用して上記の層を形成することができる。あるいは、特許文献９に記載したように、窒素含有層を、熱窒化法やアミノ化法を用いて形成しても良い。熱窒化法やアミノ化法の詳細は特許文献９を参照すれば良い。
【００５１】
以下、プラズマを利用する方法について詳細に説明する。プラズマは、窒素、炭素、フッ素、酸素の少なくともいずれかを含有するガスを用いることができる。利用可能なガスとしては、Ｎ2、ＮＨ3、Ｎ2Ｏ、ＮＯなどの窒素含有ガス；ＮＦ3などの窒素・フッ素含有ガス；ＣＯ、ＣＯ2、炭化水素系ガス（例えばＣＨ4、Ｃ2Ｈ4、Ｃ2Ｈ2など）などの炭素含有ガス；炭化フッ素系ガス（例えばＣＦ4、Ｃ4Ｆ8など）、ＣＨＦ3などの炭素・フッ素含有ガス；酸素（Ｏ2）のほか、酸素原子を含む酸化ガス（例えば、Ｏ3など）などの酸素含有ガスなどが挙げられる。これらのガスを単独または混合ガスとして利用することができる。
【００５２】
また、上記のガスを含有するプラズマ源から窒素、炭素、フッ素、酸素の少なくともいずれかを半導体層表面に供給する方法としては、例えば、プラズマ源の近傍に半導体層を設置させて行う方法が挙げられる。ここで、プラズマ源と半導体層との距離は、プラズマ種、プラズマ発生のパワー、圧力、温度などの各種パラメータに応じて適宜設定すればよいが、一般的にはプラズマに接触した状態から数ｃｍ〜１０ｃｍの距離を利用できる。このようなプラズマ近傍では、高いエネルギーを有した原子が存在しており、この高エネルギーによって半導体層表面に窒素、炭素、フッ素、酸素などを供給することで、半導体表面に窒化物、炭化物、フッ化物、酸化物などを形成することができる。
【００５３】
上記方法のほかに、例えば、イオン注入法を利用しても良い。この方法によれば、電界によってイオンが加速され長距離の移動が可能なため、プラズマ源と半導体層との距離を任意に設定することができる。この方法は、専用のイオン注入装置を用いることによって実現可能であるが、プラズマイオン注入法が好ましく用いられる。プラズマイオン注入法は、プラズマ近傍に設置された半導体層に負の高電圧パルスを印加することによってイオン注入を一様に行なう技術である。
【００５４】
酸素については上記方法の他に、半導体層表面のＵＶ照射を行うと、反応性の高いオゾンが発生して半導体表面を酸化させるため、半導体層に酸素を供給することができる。また、半導体表面について過酸化水素水、硝酸等の酸浸漬処理を行っても酸素を供給可能である。
【００５５】
（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層を形成するに当たっては、製造工程の簡略化や処理時間の短縮化などの観点から、上記層の形成に用いる装置やチャンバー、温度やガス組成を、以下のように制御して行なうことが好ましい。
【００５６】
まず、装置は、製造工程の簡略化のため、半導体層形成装置と同一装置で行うことが好ましく、同一装置の同一チャンバーで行うことがより好ましい。これにより、装置間もしくは装置内で、処理対象のワークが余分に移動する必要がなくなる。温度に関しては、半導体層の成膜温度と実質的に同じ温度（約±１０℃の範囲を含み得る。）で行うことが好ましく、これにより、温度変動に伴う調節時間を省略することができる。
【００５７】
また、ガス組成に関しては、（ア）窒素、炭素、フッ素、および酸素よりなる群から選択される少なくとも一種の元素を含有するガス（前述した窒素含有ガス、炭素含有ガス、フッ素含有ガス、酸素含有ガスなど）を用いて（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層を形成しても良いし、または（イ）窒素、炭素、フッ素、および酸素よりなる群から選択される少なくとも一種の元素を含有するガスと、半導体層形成に用いられる原料ガスとの混合ガスを用いて（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層を形成しても良いし、または（ウ）窒素、炭素、フッ素、および酸素よりなる群から選択される少なくとも一種の元素を含有するガスと、還元性ガスとの混合ガスを用いて（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層を形成しても良い。例えば、窒素含有層を形成する場合、上記（ア）のように少なくとも窒素を含有する窒素含有ガス（Ｎ2、ＮＨ3、ＮＦ3など）のみを用いて行っても良いが、上記（イ）のように、窒素含有ガスと、半導体層形成に用いられる原料ガス（ＳｉＨ4）との混合ガスであることが好ましい。窒素含有ガスのみを用いて窒素含有層を形成すると、半導体層の形成後、チャンバー内をパージするために、使用した半導体層形成用ガスを全て一旦排除する必要があるが、上記のように混合ガスの条件下で行なえば、ガスを排除する必要はなくなるため、処理時間を短縮できる。
【００５８】
上記（イ）において、窒素、炭素、フッ素、および酸素よりなる群から選択される少なくとも一種の元素を含有するガス（以下「（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）ガス」と略称する、特に窒素含有ガス）と、半導体層形成に用いられる原料ガス（以下「半導体原料ガス」と略称する）との流量比（（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）ガス／半導体原料ガス）は、好ましくは０．１０以上１５以下に制御することが好ましく、これにより、上記処理時間の短縮効果が有効に発揮されるほか、バリア層の絶縁性が上昇し、ＴＦＴ特性（オン電流・オフ電流）の低下やコンタクト抵抗の上昇を防止できる。（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）ガスが少なすぎるとＣｕ−Ｓｉとの相互拡散防止効果が有効に発揮されず、逆に（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）ガスが多すぎると該薄膜層内の結合が不安定となる。（（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）ガス／半導体原料ガス）のより好ましい流量比は、０．３以上１０以下であり、さらに好ましい流量比は０．５以上７以下である。
【００５９】
あるいは、ガス組成は、上記（ウ）のように、前述した窒素含有ガスと、還元性元素含有ガスとの混合ガスであることが好ましく、これにより、半導体層の酸化が一層有効に抑えられる。還元性元素としては、例えば、ＮＨ3やＨ2などが挙げられる。このうち、ＮＨ3は、還元作用を有するだけでなく窒素含有ガスとしても作用するため、単独で用いることもできるが、Ｈ2と混合して用いることもできる。
【００６０】
次に、本発明に用いられるＣｕ系合金膜について説明する。Ｃｕ系合金膜は、例えば、スパッタリング法によって形成すれば良い。本発明では、単一のスパッタリングターゲットおよび単一のスパッタリングガスを用いて形成できる。
【００６１】
本発明に用いられるＣｕ系合金膜の種類は特に限定されず、ＴＦＴ特性などの電気的特性に悪影響を及ぼさない限り、ソース・ドレイン配線などの配線材料として通常使用される純Ｃｕ膜をそのまま用いることができる。
【００６２】
あるいは、先願発明に記載されているように、配線材料として、Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｇ，Ｍｎ，Ｉｒ，Ｇｅ，Ｎｂ，Ｃｒ，および希土類元素からなる群（グループＸ）から選択される少なくとも一種の元素を含有するＣｕ−Ｘ合金膜を用いても良い。
【００６３】
ここで、グループＸに属する元素の含有量は、おおむね、０.０１原子％以上３原子％以下の範囲内であることが好ましい。グループＸに属する元素の含有量が０.０１原子％未満では、所望の効果が得られない。一方、３原子％を超えると、Ｃｕ−Ｘ合金薄膜の電気抵抗率が極端に高くなって画素の応答速度が遅くなり、消費電力が増大してディスプレイとしての品位が低下し、実用に供し得なくなる。グループＸに属する元素の含有量は、０．０５原子％以上２．０原子％以下であることが好ましい。
【００６４】
上記グループＸの元素のうち、特にＭｎを含有するＣｕ−Ｍｎ合金膜は半導体層（Ｃｕ−Ｓｉ拡散層に変化する半導体層も含む趣旨であり、よって第１の半導体層と第２の半導体層の両方を含む）との密着性に優れるという効果を更に奏する点で非常に有用である。密着性を高める観点からはＣｕ−Ｍｎ合金中のＭｎ量をできるだけ多くすればよいが、上記したＣｕ−Ｍｎ合金薄膜の電気抵抗率との関係でＭｎ量の上限を適宜調整すれば良い。またＭｎ量はＣｕ−Ｍｎ合金膜の厚さとの関係で適切に制御することが好ましい。
【００６５】
上記Ｃｕ系合金膜の厚さは、必要とされるＴＦＴ特性などに応じて適宜調整することができるが、概ね、１０ｎｍ〜１μｍであることが好ましく、より好ましくは３０ｎｍ〜８００ｎｍ、更に好ましくは５０ｎｍ〜６００ｎｍである。
【００６６】
また、Ｃｕ−Ｓｉ拡散層の厚さも、上記と同様、必要とされるＴＦＴ特性などに応じて適宜調整することができるが、概ね、０．２ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲内であることが好ましい。詳細には、Ｃｕ−Ｓｉ原子１層分に相当する厚さ（約０．２ｎｍ程度）よりも厚ければよく、ＴＦＴ製造の観点からはできるだけ薄いほうが良いという趣旨に基づき、上限を約２００ｎｍ程度にした。
【００６７】
本発明に用いられる半導体層は、アモルファスシリコンまたは多結晶シリコンであることが好ましい。なお、半導体層がＰ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂなどのような半導体分野で汎用されている不純物（ドーパント）を含んでいる場合には、その原子濃度は、合計で1０19ｃｍ-3以上が好ましく、これにより、コンタクト抵抗をより低減することができる。また、上記の原子濃度が約１０15ｃｍ-3以下でありドーパントを含まない場合においても、コンタクト抵抗を大きく増加させることなく、良好なＴＦＴ特性を得ることができる。この場合は、ドーピングガスを用いないため、コストや製造工程を省略できるといったメリットが得られる。
【００６８】
上記半導体層の好ましい厚さは、シリコン原子層にほぼ相当する０．２ｎｍ〜１μｍである。より好ましい半導体層の厚さは、０．５ｎｍ〜５００ｎｍであり、さらに好ましくは、１ｎｍ〜３００ｎｍである。
【００６９】
以上、図１Ａの実施形態について詳述した。
【００７０】
なお、図１Ａの実施形態は、ＴＦＴ用基板の上に形成される第１の半導体層の構成によって図１Ｂおよび図１Ｃの両方を包含し得る。このうち図１Ｂにおける第１の半導体層は、基板側から順に、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂなどの不純物を含有しないアンドープトアモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ−Ｈ）と、上記の不純物を含有するドーピングした低抵抗のアモルファスシリコン膜（ｎ+ａ−Ｓｉ−Ｈ）から構成されており、例えば、後記する実施例１の方法によって得られる。一方、図１Ｃにおける第１の半導体層は、低抵抗アモルファスシリコン膜（ｎ+ａ−Ｓｉ−Ｈ）を含まず、アンドープトアモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ−Ｈ）のみから構成されている。図１Ｃのように、低抵抗アモルファスシリコン膜（ｎ+ａ−Ｓｉ−Ｈ）を有しない第１の半導体層の上に直接、窒素含有層、第２の半導体層、Ｃｕ系合金層を順次形成しても、所望とするＣｕ−Ｓｉ拡散層が得られることを実験によって確認している（後記する実施例を参照）。本発明の方法によれば、リンなどの不純物をドーピングした低抵抗のアモルファスシリコン膜（ｎ+ａ−Ｓｉ−Ｈ）をわざわざ形成しなくても良い点で、成膜工程をより簡略化できるといった利点がある。
【００７１】
なお、図には示していないが、窒素含有層の上に形成される第２の半導体層は、後記する実施例１に示すように、Ｐなどの不純物を含有する低抵抗アモルファスシリコン膜のみから構成されていても良いし、あるいは、ノンドープトアモルファスシリコン膜と上記の低抵抗アモルファスシリコン膜から構成されていても良いし、いずれの態様も包含し得る。低抵抗アモルファスシリコン膜は、例えば、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。
【００７２】
（本発明の第２の実施形態）
本発明に係るＴＦＴの第２の実施形態は、上述した第１の実施形態における２層の積層構造を構成する窒素含有層と、ＴＦＴ用基板の間に、第１の半導体層、（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層、第１の半導体層を有している例である。詳細には、図２に示すように、ＴＦＴ用基板の上に第１の半導体層、（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層、第１の半導体層を有し、その上に直接、（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層とＣｕ−Ｓｉ拡散層とからなる２層の積層構造を有しており、その上に直接、Ｃｕ系合金層が形成された構造を有している。図２の構造は、例えば、後記する実施例２の方法によって得られる。
【００７３】
（本発明の第３の実施形態）
本発明に係るＭＯＳＦＥＴの第１の実施形態を図５に示す。図５は、単結晶Ｓｉの上に直接、（Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｏ）層とＣｕ−Ｓｉ拡散層とからなる２層の積層構造を有しており、その上に直接、Ｃｕ系合金層が形成された構造を有している。このような構造は図６に示す工程により形成される。すなわち、イオン注入法などにより窒素を単結晶Ｓｉ基板中に打ち込む。このとき、注入された窒素はある深さ（飛程と呼ばれる）を中心にほぼガウス分布の深さ方向分布を有する。注入された窒素のダメージによりＳｉの一部はアモルファス化する。次にＣｕ系合金膜をスパッタとメッキにより成膜し、その後アニールなどの熱処理を施すことでＣｕ系合金膜／Ｃｕ−Ｓｉ拡散層／窒素含有層／単結晶Ｓｉの構造が形成される。
【００７４】
上記の実施形態は、前述したＴＦＴの第１の実施形態と同じ配線構造を有している。ＭＯＳＦＥＴの実施形態は上記に限定されず、例えば、前述したＴＦＴの第１〜第２の実施形態と実質的に同じ構造を採用することができる。
【００７５】
図１１の各工程図を参照しながら、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｆｉｅｌｄ  ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）の製造方法を説明する。ここでは、単結晶ｐ型Ｓｉ基板上に局所酸化（ＬＣＯＳ：Ｌｏｃａｌ  ｏｘｙｄａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｉ）法により素子分離パターンの形成を行い、素子の活性領域（局所酸化されていない領域）にＭＯＳＦＥＴを作製するプロセスを説明する。以下ではポリシリコンを用いた例を説明するが、これに限定する趣旨ではない。
【００７６】
まず、単結晶ｐ型Ｓｉ基板上にゲート絶縁膜を、熱酸化などによって形成する（図１１ａ）。続いて、ＣＶＤなどにより、Ｐドープしたポリシリコンを成膜する（図１１ｂ）。その後リソグラフィにより、レジストをパターニングする（図１１ｃ）。このレジストをマスクとしてドライエッチングによりポリシリコンをエッチングする（図１１ｄ）。続いてイオン注入法などによりＡｓを基板に打ち込み、活性化アニールを施すことでソース−ドレイン領域を形成する（図１１ｅ）。次に、層間絶縁膜をＣＶＤなどにより成膜する（図１１ｆ）。リソグラフィによりパターニングし（図１１ｇ）、ドライエッチングを施すと、ソース−ドレイン領域に金属配線膜（Ｃｕ系合金膜）を接続させるためのコンタクトホールが形成される（図１１ｈ）。続いて、前述した図６に示した工程を経てＣｕ系合金膜／Ｃｕ−Ｓｉ拡散層／窒素含有層／単結晶Ｓｉの構造が形成される。すなわち、イオン注入法などにより窒素を基板に打ち込む。このとき、注入された窒素はある深さ（飛程と呼ばれる）を中心に、ほぼガウス分布の深さ方向分布を有する。注入された窒素のダメージによりＳｉの一部はアモルファス化する（図１１ｉ）。次に、Ｃｕ系合金膜をスパッタとメッキにより成膜し（図１１ｊ）、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈ）を行うことにより配線パターンに加工する。最後にアニールを行うと、Ｃｕ−Ｓｉ拡散層を有するＭＯＳＦＥＴが得られる（図１１ｋ）。
【実施例】
【００７７】
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。
【００７８】
（１）表１に示す実験群について
表１に示す、実施例１〜６、比較例１、および従来例１では、ＴＦＴ特性などを簡易に測定するため、図４の各工程図に従って作製した図４のＴＦＴに対し、３００℃で３０分間のアニールを行った。このアニール条件は、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）の成膜工程の加熱処理を想定して設定されたものである。本実施例に供したＴＦＴは、現実のＴＦＴ基板のように種々の成膜工程が施されて完成されたものではないが、上記のアニールを行ったＴＦＴは、実際のＴＦＴ基板のＴＦＴ特性をほぼ反映していると考えられる。
【００７９】
（実施例１）
実施例１は、前述した実施形態１の配線構造（図１Ａを参照）を有する本発明例であり、ソース・ドレイン電極を構成する配線材料としてＣｕ−０．３原子％Ｎｉを用いた。
【００８０】
図４の各工程図を参照しながら、実施例１の製造方法を説明する。
【００８１】
まず、ガラス基板上に、スパッタリング法で膜厚２００ｎｍ程度のＣｕ合金薄膜（Ｃｕ−０．３原子％Ｎｉ）を形成した（図４ａ）。スパッタリングの成膜温度は室温とした。このＣｕ合金薄膜上にフォトリソグラフィによりレジストをパターニングした（図４ｂ）後、レジストをマスクとしてＣｕ系合金薄膜をエッチングすることにより、ゲート電極を形成した（図４ｃ）。
【００８２】
次いで、プラズマＣＶＤ法により、膜厚約２００ｎｍの窒化シリコン膜（ＳｉＮ）を形成し、ゲート絶縁膜とした（図４ｄ）。プラズマＣＶＤ法の成膜温度は約３５０℃とした。さらに、プラズマＣＶＤ法を用いて、膜厚約２００ｎｍのノンドープアモルファスシリコン膜［α−Ｓｉ（ｉ）］、および膜厚約４０ｎｍの不純物（Ｐ）をドーピングした低抵抗アモルファスシリコン膜［α−Ｓｉ（ｎ）］を順次成膜した（図４ｅ、図４ｆ）。この低抵抗アモルファスシリコン膜［α−Ｓｉ（ｎ）］は、ＳｉＨ4、ＰＨ3を原料としたプラズマＣＶＤを行なうことによって形成した。プラズマＣＶＤの成膜温度は３２０℃とした。
【００８３】
続いて、同一のプラズマＣＶＤ装置の同一チャンバー内にて、窒素ガスのみを供給してプラズマを発生させ、上記の低抵抗アモルファスシリコン膜の表面を窒素プラズマにて３０秒間処理し、窒素含有層を形成した（図４ｇ）。このプラズマに印加した高周波（ＲＦ）パワー密度は約０．３Ｗ／ｃｍ2、成膜温度は３２０℃、ガス圧力は６７Ｐａとした。表面をＲＢＳ法およびＸＰＳ法で分析した結果、厚さ約５ｎｍの窒素含有層が形成されていることが確認された。
【００８４】
その後、ＣＶＤ装置から取り出すことなく連続して、不純物（Ｐ）をドーピングした低抵抗のアモルファスシリコン膜［α−Ｓｉ（ｎ）］を再度成膜した。このとき、低抵抗のアモルファスシリコン膜の膜厚は約１０ｎｍとした（図４ｈ）。
【００８５】
次いで、その上に、スパッタリング法を用いて膜厚約３００ｎｍのＣｕ系合金膜（Ｃｕ−０．３原子％Ｎｉ）を成膜した（図４ｉ）。スパッタリングの成膜温度は室温とした。次に、フォトリソグラフィにより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上記のＣｕ系合金膜をエッチングすることにより、図４ｊに示す様にソース電極とドレイン電極を形成した。更に、ソース電極とドレイン電極をマスクとして、ドライエッチングにより低抵抗のアモルファスシリコン膜［α−Ｓｉ（ｎ）］をすべて除去し（図４ｋ）、窒素含有層とＣｕ系合金膜との間にＣｕ−Ｓｉ拡散層を有するＴＦＴを形成した（図４ｌ）。Ｃｕ−Ｓｉ拡散層の厚さは約１０ｎｍであった。
【００８６】
（ＴＦＴ特性の評価）
上記のＴＦＴを用い、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。これによっても、ＳｉとＣｕとの相互拡散を間接的に評価することができる。ここでは、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オン電流とを以下のようにして測定した。
【００８７】
ゲート長（Ｌ）１０μｍ、ゲート幅（Ｗ）１００μｍ、Ｗ／Ｌの比が１０のＴＦＴを用い、ドレイン電流およびゲート電圧を測定した。測定時のドレイン電圧は１０Ｖとした。オフ電流はゲート電圧（−３Ｖ）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。
【００８８】
詳細には、実施例１のＴＦＴに対し、３００℃で３０分間のアニールを行なった後、オフ電流およびオン電流を測定した結果、オフ電流は３．７×１０-13Ａ、オン電流は１．６×１０-6Ａであった。比較のため、従来例として、純Ｃｕの薄膜とＭｏのバリアメタル層とからなる従来のソース−ドレイン電極を用いて上記と同様にしてＴＦＴを作製し、ＴＦＴ特性を測定した。その結果、従来例１のオフ電流は４．０×１０-13Ａ、オン電流は１．６×１０-6Ａであった。これらの結果を表１に示す。
【００８９】
以上の結果より、実施例１のＴＦＴは、バリアメタル層を介在させた従来例１のＴＦＴと同程度の優れたＴＦＴ特性が得られており、アモルファスシリコン膜とＣｕ系合金膜１との相互拡散は生じないことが確認された。
【００９０】
（ＳｉとＣｕの相互拡散の評価）
アニール後のアモルファスシリコン膜とＣｕ系合金膜との界面を断面ＴＥＭ観察（倍率３０万倍と１５０万倍）し、ＳｉとＣｕとの相互拡散の挙動を評価した。上記界面の断面ＴＥＭ像を図７に示す。図７に示すように、３００℃の熱処理によりＣｕはその下に存在する低抵抗アモルファスシリコン膜中まで拡散してＣｕ−Ｓｉ拡散層を形成し、Ｃｕ系合金膜との間に明瞭な界面層が観察された。よって、実施例１によれば、アモルファスシリコン膜の上に窒素含有層とＣｕ−Ｓｉ拡散層からなる積層構造が形成されることが確認された。更に、ＥＤＸ法で半定量分析を行った結果、低抵抗アモルファスシリコン膜中にはＣｕ元素は殆ど検出されず、Ｃｕの拡散は低抵抗アモルファスシリコン膜の上層で阻止されていることが分かった。
【００９１】
（コンタクト抵抗の測定）
Ｃｕ系合金膜と半導体層（アモルファスシリコン膜）とのコンタクト抵抗を調べるため、図８の各工程図に従ってＴＬＭ法（Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｌｅｎｇｔｈ  Ｍｅｔｈｏｄ）によりＴＬＭ素子を形成した。
【００９２】
はじめに、図８を用いてＴＬＭ素子の作製方法を説明し、次いで図９および図１０を用いてＴＬＭ法の測定原理を説明する。
【００９３】
まず、ガラス基板上に、プラズマＣＶＤ法により、膜厚約２００ｎｍの不純物（Ｐ）をドーピングした低抵抗のアモルファスシリコン膜１を膜厚約２００ｎｍで成膜した。続いて、同一のプラズマＣＶＤ装置内にて、窒素ガスのみを供給してプラズマを発生させ、低抵抗アモルファスシリコン膜１の表面を窒素プラズマにて３０秒間処理し、窒素含有層を形成した（図８ａ）。このプラズマに印加したＲＦパワー密度は約０．３Ｗ／ｃｍ2、成膜温度は３２０℃、ガス圧力は６７Ｐａとした。
【００９４】
次いで、ＣＶＤ装置から取り出すことなく連続して、再び不純物（Ｐ）をドーピングした低抵抗のアモルファスシリコン膜２を成膜した（図８ａ）。低抵抗のアモルファスシリコン膜２の膜厚は１０ｎｍとした。その上に膜厚約３００ｎｍのＣｕ系合金膜（Ｃｕ−０．３原子％Ｎｉ）を成膜した（図８ｂ）。フォトリソグラフィによりレジストをパターニングした後（図８ｃ）、レジストをマスクとしてＣｕ系合金膜をエッチングすることにより、図８ｄに示す様な複数の電極を形成した。ここでは、各電極間の距離を種々変化させた。更に、再びドライエッチングを行い、フォトリソグラフィによりレジストをパターニングした。このとき、図８ｅに示す様に全ての電極パターンをレジストで覆った。これをマスクとして電極パターンの外周部の低抵抗アモルファスシリコン膜を除去した（図８ｆ）。最後に、３００℃にて３０分の熱処理を施し、Ｃｕ−Ｓｉ拡散層を形成した（図８ｇ）。
【００９５】
次に、図９および図１０を参照しながら、ＴＬＭ法によるコンタクト抵抗の測定原理を説明する。図１０（ａ）は、前述した図８ｇの配線構造を模式的に示す断面図であり、図１０（ｂ）は、図８ｇの上面図である。図１０（ａ）では、Ｃｕ−Ｓｉ拡散層は省略している。
【００９６】
まず、前述した図８ｇの配線構造において、複数の電極間における電流電圧特性を測定し、各電極間の抵抗値を求めた。こうして得られた各電極間の抵抗値を縦軸とし、電極間距離（トランスファー長、Ｌ）を横軸としてプロットし、図９のグラフを得た。図９のグラフにおいて、ｙ切片の値は、コンタクト抵抗Ｒｃの２倍の値（２Ｒｃ）に、ｘ切片の値は、実効的なコンタクト長（ＬＴ：ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｌｅｎｇｔｈ、トランスファー長）に、それぞれ相当する。以上から、コンタクト抵抗率ρｃは下式にて表される。
ρｃ＝Ｒｃ＊ＬＴ＊Ｚ
上式中、Ｚは、図１０（ｂ）に示すように電極幅を示す。
【００９７】
これらの結果を表１に示す。表１より、実施例１のＴＦＴは良好なコンタクト抵抗を有していることが分かる。
【００９８】
（半導体層とＣｕ系合金膜との界面の元素面密度の測定）
実施例１について、窒素原子の面密度（Ｎ１）および酸素原子の面密度（Ｏ１）を、神戸製鋼所製高分解能ＲＢＳ分析装置「ＨＲＳＢ５００」を用いて測定した。その結果、実施例１のＮ原子面密度（Ｎ１）は６．８×１０15／ｃｍ2、Ｏ原子面密度（Ｏ１）は検出限界以下であり、良好なＴＦＴ特性を有することが確認された。
【００９９】
（実施例２）
実施例２は、前述した実施形態２の配線構造（図２を参照）を有する本発明例であり、ソース・ドレイン電極を構成する配線材料として実施例１と同じＣｕ−０．３原子％Ｎｉを用いた。
【０１００】
前述した実施例１において、図４ｈの低抵抗アモルファスシリコン膜を成膜した後、ＣＶＤ装置から取り出すことなく連続して、再度窒素プラズマにて３０秒間処理し、不純物（Ｐ）をドーピングした低抵抗のアモルファスシリコン膜を１０ｎｍ成膜した工程を追加したこと以外は、実施例１と同様にして実施例２のＴＦＴを作製した。
【０１０１】
このようにして得られた実施例２のＴＦＴに対し、実施例１と同様、３００℃で３０分のアニールを施し、アニール後のアモルファスシリコン膜とＣｕ系合金膜との界面の断面ＴＥＭ観察およびＥＤＸ分析を行なった。その結果、Ｃｕ原子はアモルファスシリコン膜中にはほとんど検出されず、実施例１と同様に、Ｃｕの拡散は、アモルファスシリコン膜の上層で阻止されていることが分かった（図には示さず）。
【０１０２】
また、実施例１と同様にして実施例２のオフ電流およびオン電流を測定した結果、オフ電流は３．３×１０-13Ａ、オン電流は１．７×１０-6Ａであった。よって、実施例２のＴＦＴは、従来例１のＴＦＴと同等の良好なＴＦＴ特性が得られることが分かった。
【０１０３】
更に、前述した実施例１において、低抵抗アモルファスシリコン膜１０ｎｍを成膜した後、再度窒素プラズマ処理を行い、低抵抗のアモルファスシリコン膜１０ｎｍを成膜したこと以外は実施例１と同様にしてコンタクト抵抗を測定した。その結果は表１に示すとおりであり、実施例２のＴＦＴは良好なコンタクト抵抗を有することが確認された。
【０１０４】
（実施例３）
実施例３は、前述した実施形態５の配線構造（図１Ｃを参照）を有する本発明例であり、ソース・ドレイン電極を構成する配線材料として実施例１と同じＣｕ−０．３原子％Ｎｉを用いた。
【０１０５】
前述した実施例１において、図４ｅに示すノンドープアモルファスシリコン膜を成膜した後、ＣＶＤ装置から取り出すことなく連続して、再度窒素プラズマにて３０秒間処理したこと以外は、実施例１と同様にして実施例３のＴＦＴを作製した。
【０１０６】
このようにして得られた実施例３のＴＦＴに対し、実施例１と同様、３００℃で３０分のアニールを施し、アニール後のノンドープアモルファスシリコンとＣｕ系合金との界面の断面ＴＥＭ観察およびＥＤＸ分析を行なった。その結果、Ｃｕ原子はノンドープアモルファスシリコン膜にはほとんど検出されず、実施例１と同様に、Ｃｕの拡散は、ノンドープアモルファスシリコン膜の上層で阻止されていることが分かった（図には示さず）。
【０１０７】
また、実施例１と同様にして実施例３のオフ電流およびオン電流を測定した結果、オフ電流は４．２×１０-13Ａ、オン電流は１．６×１０-6Ａであった（表１を参照）。よって、実施例３のＴＦＴは、従来例１のＴＦＴと同等の良好なＴＦＴ特性が得られることが分かった。
【０１０８】
更に、実施例３のコンタクト抵抗を調べるため、前述した実施例１において、ノンドープアモルファスシリコン膜１０ｎｍを成膜したこと以外は実施例１と同様にしてコンタクト抵抗を測定した。その結果は表１に示すとおりであり、実施例３のＴＦＴは良好なコンタクト抵抗を有していることが分かった。
【０１０９】
（実施例４）
実施例４は、前述した実施形態１の配線構造（図１Ａを参照）を有する本発明例であり、前述した実施例１において、ソース・ドレイン電極を構成する配線材料として純Ｃｕを用いたこと以外は、実施例１と同様にして実施例４のＴＦＴを作製した。
【０１１０】
このようにして得られた実施例４のＴＦＴに対し、実施例１と同様にしてオフ電流およびオン電流、更にコンタクト抵抗を測定した。これらの結果を表１に示す。
【０１１１】
（実施例５）
実施例５は、前述した実施形態１の配線構造（図１Ａを参照）を有する本発明例であり、前述した実施例１において、ソース・ドレイン電極を構成する配線材料としてＣｕ−０．１原子％Ｇｅを用いたこと以外は、実施例１と同様にして実施例５のＴＦＴを作製した。
【０１１２】
このようにして得られた実施例５のＴＦＴに対し、実施例１と同様にしてオフ電流およびオン電流、更にはコンタクト抵抗を測定した。これらの結果を表１に示す。
【０１１３】
（実施例６）
実施例６は、前述した実施形態１の配線構造（図１Ａを参照）を有する本発明例であり、前述した実施例１において、ソース・ドレイン電極を構成する配線材料としてＣｕ−０．５原子％Ｍｎを用いたこと以外は、実施例１と同様にして実施例６のＴＦＴを作製した。
【０１１４】
このようにして得られた実施例６のＴＦＴに対し、実施例１と同様にしてオフ電流およびオン電流、更にはコンタクト抵抗を測定した。これらの結果を表１に示す。
【０１１５】
表１より、実施例４〜６のＴＦＴは、いずれも、従来例１のＴＦＴと同等の良好なＴＦＴ特性およびコンタクト抵抗が得られることが分かった。
【０１１６】
（比較例１）
比較例１は、前述した実施形態１の配線構造（図１Ａを参照）において、窒素含有層を有しない比較例であり、ソース・ドレイン電極を構成する配線材料として、実施例１と同じＣｕ系合金を用いた。詳細には、前述した実施例１において、窒素含有層を形成する工程を行なわなかったこと以外は実施例１と同様にして比較例１のＴＦＴを作製した。
【０１１７】
このようにして得られた比較例１のＴＦＴに対し、実施例１と同様にしてオフ電流およびオン電流を測定した。これらの結果を表１に示す。
【０１１８】
表１より、比較例１のＴＦＴは、従来例に比べ、ＴＦＴ特性が著しく低下しており、ＴＦＴとして機能しないことが分かった。
【０１１９】
更に、比較例１のＴＦＴに対し、実施例１よりも低い２００℃の温度で３０分のアニールを施し、アニール後のアモルファスシリコンとＣｕ系合金との界面の断面ＴＥＭ観察およびＥＤＸ分析を行なった。その結果、２００℃の低温処理を行なったにもかかわらずＣｕ系合金膜中やアモルファスシリコン膜中にボイドが観察され、顕著な相互拡散が生じたことが確認された（図には示さず）。また、ＥＤＸによる半定量分析からも、アモルファスシリコン膜中へのＣｕの拡散やＣｕ系合金膜中へのＳｉの拡散が確認された。
【０１２０】
【表１】
2010245495.tif 000003
【０１２１】
（２）表２に示す実験群について
表２に示す実験群（実施例１１〜２２、および比較例１１〜１８）は全て、前述した実施形態１の配線構造（図１Ａを参照）を有する例である。ここでは、ソース−ドレイン電極を構成する配線材料として、表２に示す純Ｃｕ（表２のＮｏ．６〜１０）またはＣｕ合金（表２のＮｏ．１〜５、Ｎｏ．１１〜２０）を用いたときの夫々について、窒素ガス／半導体原料ガスの混合ガスの流量比を表２に示す範囲で種々変化させて窒素含有層を形成したときにおける、ＴＦＴ特性およびコンタクト抵抗に及ぼす影響を調べた。
【０１２２】
（実施例１１）
実施例１１は、前述した実施例１において、窒素ガスの代わりに窒素ガス／半導体原料ガスの混合ガス（流量比０．３）を用いて窒素含有層を形成した例である。
【０１２３】
まず、実施例１と同様にして、ガラス基板上に、Ｃｕ合金薄膜（Ｃｕ−０．３原子％Ｎｉ）のゲート電極を形成した後、窒化シリコン膜（ＳｉＮ）のゲート絶縁膜、アンドープアモルファスシリコン膜［ａ−Ｓｉ（ｉ）］、および不純物（Ｐ）をドーピングした低抵抗アモルファスシリコン膜（［第１の低抵抗ａ−Ｓｉ（ｎ）］を順次成膜した。
【０１２４】
続いて、同一のプラズマＣＶＤ装置の同一チャンバー内にて、半導体層形成ガスであるＳｉＨ4：３０ｓｃｃｍ、ＰＨ3：０．２ｓｃｃｍ、Ｎ2：１０ｓｃｃｍ（窒素ガス／半導体原料ガスの流量比＝０．３）を供給してプラズマを１０秒間発生させ、窒素含有層を形成した。表面をＲＢＳ法およびＸＰＳ法で分析した結果、厚さ約５ｎｍの窒素含有層が形成されていることが確認された。
【０１２５】
その後、実施例１と同様にして不純物（Ｐ）をドーピングした低抵抗のアモルファスシリコン膜［第２の低抵抗ａ−Ｓｉ（ｎ）］を再度１０ｎｍ成膜した。以後、実施例１と同様にして、窒素含有層とＣｕ系合金膜との間にＣｕ−Ｓｉ拡散層を有する実施例１１のＴＦＴを作製した。窒素含有層の厚さは約５ｎｍであり、Ｃｕ−Ｓｉ拡散層の厚さは約１０ｎｍであった。
【０１２６】
（ＴＦＴ特性の評価）
このようにして得られた実施例１１のＴＦＴに対し、実施例１と同様にして実施例１１のオフ電流およびオン電流を測定した。その結果は表２に示すとおりであり、実施例１１のＴＦＴは、前述した従来例のＴＦＴと同等の良好なＴＦＴ特性を有することがわかった。
【０１２７】
（コンタクト抵抗の測定）
更に、実施例１１のコンタクト抵抗を調べるため、前述した実施例１と同様、ＴＬＭ法によりＴＬＭ素子を形成して調べた。詳細には、実施例１において、図１０に示すＴＬＭ素子の窒素含有層形成条件（組成ガスおよびガスの流量比）を、半導体層形成ガスであるＳｉＨ4：３０ｓｃｃｍ、ＰＨ3：０．２ｓｃｃｍ、Ｎ2：１０ｓｃｃｍ［窒素ガス（１０ｓｃｃｍ）／半導体原料ガス（３０ｓｃｃｍ＋０．２ｓｃｃｍ）の流量比＝０．３］としたこと以外は、実施例１と同様にしてコンタクト抵抗を測定した。その結果は表２に示すとおりであり、実施例１１のＴＦＴは良好なコンタクト抵抗を有することが確認された。
【０１２８】
（実施例１２）
実施例１２は、前述した実施例１１において、窒素ガス／半導体原料ガスの流量比を３．３に変えた例である。
【０１２９】
詳細には、前述した実施例１１において、窒素含有層形成条件であるガス流量を、半導体層形成ガスであるＳｉＨ4：３０ｓｃｃｍ、ＰＨ3：０．２ｓｃｃｍ、Ｎ2：１００ｓｃｃｍ［窒素ガス（１００ｓｃｃｍ）／半導体原料ガス（３０ｓｃｃｍ＋０．２ｓｃｃｍ）の流量比＝３．３］としたこと以外は、実施例１１と同様にして実施例１２のＴＦＴを作製した。窒素含有層の厚さは実施例１１と同様、約５ｎｍであった。
【０１３０】
このようにして得られた実施例１２のＴＦＴに対し、実施例１１と同様にして、３００℃で３０分のアニール処理後のアモルファスシリコン膜とＣｕ系合金膜との界面の断面ＴＥＭ観察およびＥＤＸ分析を行い、ＳｉとＣｕの相互拡散を評価した。その結果、Ｃｕ原子はアモルファスシリコン膜中には殆ど検出されず、実施例１１と同様に、Ｃｕの拡散は、アモルファスシリコン膜の上層で阻止されていることがわかった。なお、Ｃｕ−Ｓｉ拡散層の厚さは約１０ｎｍであった。
【０１３１】
また、実施例１１と同様にして実施例１２のオフ電流およびオン電流を測定した。その結果は表２に示すとおりであり、実施例１２のＴＦＴは、従来例のＴＦＴと同等の良好なＴＦＴ特性を有することが分かった。
【０１３２】
更に、実施例１２のコンタクト抵抗を調べるため、前述した実施例１１において、窒素含有層形成条件であるガス流量を、半導体層形成ガスであるＳｉＨ4：３０ｓｃｃｍ、ＰＨ3：０．２ｓｃｃｍ、Ｎ2：１００ｓｃｃｍ［窒素ガス（１００ｓｃｃｍ）／半導体原料ガス（３０ｓｃｃｍ＋０．２ｓｃｃｍ）の流量比＝３．３］としたこと以外は、実施例１１と同様にしてコンタクト抵抗を測定した。その結果は表２に示すとおりであり、実施例１２のＴＦＴは良好なコンタクト抵抗を有することが確認された。
【０１３３】
（実施例１３）
実施例１３は、前述した実施例１１において、窒素ガス／半導体原料ガスの流量比を９．９に変えた例である。
【０１３４】
詳細には、前述した実施例１１において、窒素含有層形成条件であるガス流量を、半導体層形成ガスであるＳｉＨ4：３０ｓｃｃｍ、ＰＨ3：０．２ｓｃｃｍ、Ｎ2：３００ｓｃｃｍ［窒素ガス（３００ｓｃｃｍ）／半導体原料ガス（３０ｓｃｃｍ＋０．２ｓｃｃｍ）の流量比＝９．９］としたこと以外は、実施例１１と同様にして実施例１３のＴＦＴを作製した。窒素含有層の厚さは実施例１１と同様、約５ｎｍであった。
【０１３５】
このようにして得られた実施例１３のＴＦＴに対し、実施例１１と同様にして、３００℃で３０分のアニール処理後のアモルファスシリコン膜とＣｕ系合金膜との界面の断面ＴＥＭ観察およびＥＤＸ分析を行い、ＣｕとＳｉの相互拡散を評価した。その結果、Ｃｕ原子はアモルファスシリコン膜中には殆ど検出されず、実施例１１と同様に、Ｃｕの拡散は、アモルファスシリコン膜の上層で阻止されていることがわかった。なお、Ｃｕ−Ｓｉ拡散層の厚さは約１０ｎｍであった。
【０１３６】
また、実施例１１と同様にして実施例１３のオフ電流およびオン電流を測定した。その結果は表２に示すとおりであり、実施例１３のＴＦＴは、従来例のＴＦＴと同等の良好な特性を有することがわかった。
【０１３７】
更に、実施例１３のコンタクト抵抗を調べるため、前述した実施例１１において、窒素含有層形成条件であるガス流量を、半導体層形成ガスであるＳｉＨ4：３０ｓｃｃｍ、ＰＨ3：０．２ｓｃｃｍ、Ｎ2：３００ｓｃｃｍ［窒素ガス（３００ｓｃｃｍ）／半導体原料ガス（３０ｓｃｃｍ＋０．２ｓｃｃｍ）の流量比＝９．９］としたこと以外は、実施例１１と同様にしてコンタクト抵抗を測定した。その結果は表２に示すとおりであり、実施例１３のＴＦＴは良好なコンタクト抵抗を有することが確認された。
【０１３８】
（比較例１１）
比較例１１は、前述した実施例１１において、窒素ガス／半導体原料ガスの流量比を１９．９に変えた例である。
【０１３９】
詳細には、前述した実施例１１において、窒素含有層形成条件であるガス流量を、半導体層形成ガスであるＳｉＨ4：３０ｓｃｃｍ、ＰＨ3：０．２ｓｃｃｍ、Ｎ2：６００ｓｃｃｍ［窒素ガス（６００ｓｃｃｍ）／半導体原料ガス（３０ｓｃｃｍ＋０．２ｓｃｃｍ）の流量比＝１９．９］としたこと以外は、実施例１１と同様にして比較例１１のＴＦＴを作製した。窒素含有層の厚さは、約５ｎｍであった。
【０１４０】
このようにして得られた比較例１１のＴＦＴに対し、実施例１１と同様、３００℃で３０分のアニール処理後のアモルファスシリコン膜とＣｕ系合金膜との界面の断面ＴＥＭ観察およびＥＤＸ分析を行い、ＣｕとＳｉの相互拡散を評価した。その結果、Ｃｕ原子はアモルファスシリコン膜中には殆ど検出されず、実施例１１と同様に、Ｃｕの拡散は、アモルファスシリコン膜の上層で阻止されていることがわかった。なお、Ｃｕ−Ｓｉ拡散層の厚さは約１０ｎｍであった。
【０１４１】
また、実施例１１と同様にして比較例１１のオフ電流およびオン電流を測定した。その結果は表２に示すとおりであり、比較例１１のＴＦＴは、従来例に比べてＴＦＴ特性が著しく低下しており、ＴＦＴとして機能しないことが分かった。
【０１４２】
更に、比較例１１のコンタクト抵抗を調べるため、前述した実施例１１において、窒素含有層形成条件であるガス流量を、半導体層形成ガスであるＳｉＨ4：３０ｓｃｃｍ、ＰＨ3：０．２ｓｃｃｍ、Ｎ2：６００ｓｃｃｍ［窒素ガス（６００ｓｃｃｍ）／半導体原料ガス（３０ｓｃｃｍ＋０．２ｓｃｃｍ）の流量比＝１９．９］としたこと以外は、実施例１１と同様にしてコンタクト抵抗を測定した。その結果は表２に示すとおりであり、コンタクト抵抗が上昇した。
【０１４３】
（比較例１２）
比較例１２は、前述した実施例１１において、窒素ガス／半導体原料ガスの流量比を０．０７に変えた例である。
【０１４４】
詳細には、前述した実施例１１において、窒素含有層形成条件であるガス流量を、半導体層形成ガスであるＳｉＨ4：１５０ｓｃｃｍ、ＰＨ3：１ｓｃｃｍ、Ｎ2：１０ｓｃｃｍ［窒素ガス（１０ｓｃｃｍ）／半導体原料ガス（１５０ｓｃｃｍ＋１ｓｃｃｍ）の流量比＝０．０７］としたこと以外は、実施例１１と同様にして比較例１２のＴＦＴを作製した。窒素含有層の厚さは、約４ｎｍであった。
【０１４５】
このようにして得られた比較例１２のＴＦＴに対し、実施例１１と同様、３００℃で３０分のアニール処理後のアモルファスシリコン膜とＣｕ系合金膜との界面の断面ＴＥＭ観察およびＥＤＸ分析を行い、ＣｕとＳｉの相互拡散を評価した。その結果、Ｃｕ系合金膜中やアモルファスシリコン膜中にボイドが観察され、ＣｕとＳｉの顕著な相互拡散が生じたことが確認された。また、ＥＤＸによる半定量分析からも、アモルファスシリコン膜中へのＣｕの拡散やＣｕ系合金膜へのＳｉの拡散が確認された。
【０１４６】
また、実施例１１と同様にして比較例１２のオフ電流およびオン電流を測定した。その結果は表２に示すとおりであり、比較例１２のＴＦＴは、従来例に比べてＴＦＴ特性が著しく低下しており、ＴＦＴとして機能しないことが分かった。
【０１４７】
（実施例１４〜１６、および比較例１３〜１４）
実施例１４〜１６、および比較例１３〜１４はそれぞれ、前述した実施例１１〜１３、および比較例１１〜１２のそれぞれにおいて、ソース−ドレイン電極を構成する配線材料として、Ｃｕ−０．３原子％Ｎｉの代わりに純Ｃｕを用いたこと以外は、各例と同様にしてＴＦＴを作製した例である（表２を参照）。例えば実施例１４と実施例１１とは、配線材料の種類が異なること以外は同じ条件で製造した例であり、比較例１３と比較例１１とは、配線材料の種類が異なること以外は同じ条件で製造した例である。これらのＴＦＴ特性およびコンタクト抵抗の結果を表２に示す。
【０１４８】
表２より、本発明の要件を満足する実施例１４〜１６は、いずれも良好なＴＦＴ特性およびコンタクト抵抗が得られるのに対し、比較例１３〜１４はＴＦＴ特性が低下した。
【０１４９】
（実施例１７〜１９、および比較例１５〜１６）
実施例１７〜１９、および比較例１５〜１６はそれぞれ、前述した実施例１１〜１３、および比較例１１〜１２のそれぞれにおいて、ソース−ドレイン電極を構成する配線材料として、Ｃｕ−０．３原子％Ｎｉの代わりにＣｕ−０．５原子％Ｍｎを用いたこと以外は、各例と同様にしてＴＦＴを作製した例である（表２を参照）。例えば実施例１７と実施例１１とは、配線材料の種類が異なること以外は同じ条件で製造した例であり、比較例１５と比較例１１とは、配線材料の種類が異なること以外は同じ条件で製造した例である。これらのＴＦＴ特性およびコンタクト抵抗の結果を表２に示す。
【０１５０】
表２より、本発明の要件を満足する実施例１７〜１９は、いずれも良好なＴＦＴ特性およびコンタクト抵抗が得られるのに対し、比較例１５〜１６はＴＦＴ特性が低下した。
【０１５１】
（実施例２０〜２２、および比較例１７〜１８）
実施例２０〜２２、および比較例１７〜１８はそれぞれ、前述した実施例１１〜１３、および比較例１１〜１２のそれぞれにおいて、ソース−ドレイン電極を構成する配線材料として、Ｃｕ−０．３原子％Ｎｉの代わりにＣｕ−０．１原子％Ｇｅを用いたこと以外は、各例と同様にしてＴＦＴを作製した例である（表２を参照）。例えば実施例２０と実施例１１とは、配線材料の種類が異なること以外は同じ条件で製造した例であり、比較例１７と比較例１１とは、配線材料の種類が異なること以外は同じ条件で製造した例である。これらのＴＦＴ特性およびコンタクト抵抗の結果を表２に示す。
【０１５２】
表２より、本発明の要件を満足する実施例２０〜２２は、いずれも良好なＴＦＴ特性およびコンタクト抵抗が得られるのに対し、比較例１７〜１８はＴＦＴ特性が低下した。
【０１５３】
【表２】
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【０１５４】
（３）表３に示す実験群について
表３に示す実施例２３〜２６では、純ＣｕまたはＣｕ合金のＣｕ合金膜とＣｕ−Ｓｉ拡散層との密着性を測定した。まず、ガラス基板上にプラズマＣＶＤ法により、不純物（Ｐ）をドーピングした低抵抗のｎ＋ａ−Ｓｉ：Ｈを成膜した（膜厚：約２００ｎｍ）。続いて、同一のプラズマＣＶＤ装置内で窒素ガスのみを供給してプラズマを発生させ、低抵抗ｎ＋ａ−Ｓｉ：Ｈの表面を窒素プラズマにて３０秒間処理し、窒素含有層を形成した。このプラズマに印加したＲＦパワー密度は約０．３Ｗ／ｃｍ2、成膜温度は３２０℃、ガス圧力は６７Ｐａとした。
【０１５５】
次いで、ＣＶＤ装置から取り出すことなく連続して、再び不純物（Ｐ）をドーピングした低抵抗のｎ＋ａ−Ｓｉ：Ｈを成膜した（膜厚：１０ｎｍ）。さらにスパッタ法により純ＣｕまたはＣｕ−Ｍｎ合金を蒸着し（膜厚はいずれも３００ｎｍ）、窒素雰囲気下、２７０℃で３０分間のアニールを行った。その結果、上記のｎ＋ａ−Ｓｉ：Ｈ膜はＣｕ−Ｓｉ拡散層に変化した。
【０１５６】
成膜した純ＣｕまたはＣｕ合金のＣｕ合金膜の表面に、カッターナイフで１ｍｍ間隔の碁盤目状の切り込みを入れた。次いで、住友３Ｍ製黒色ポリエステルテープ（製品番号８４２２Ｂ）を上記成膜表面上にしっかりと貼り付け、上記テープの引き剥がし角度が６０°になるように保持しつつ、上記テープを一挙に引き剥がして、上記テープにより剥離した碁盤目の区画数をカウントし、全区画との比率（膜剥離率）を求めた。この結果を表３に示す。
【０１５７】
【表３】
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【０１５８】
純Ｃｕを用いた実施例２３は、剥離率が９％であったのに対し、Ｍｎを含有するＣｕ−Ｍｎ合金（実施例２４〜２６）では密着性が高められた（剥離率は５％以下に抑えられた）。Ｍｎの含有率の増加に伴って密着性がより良好になる傾向が見られ、Ｃｕ−６ａｔ％Ｍｎ合金では剥離率は０％であった。よって、Ｃｕ−Ｍｎ合金膜の使用により半導体層との密着性が改善されることが分かった。
【０１５９】
なお、上述した実験群ではすべて、ガラス基板の直上にＣｕ系合金膜を形成したが、ガラス基板の直上に形成される配線膜の種類をこれに限定する趣旨ではない。本発明の配線構造は、半導体層とＣｕ系合金膜との積層構造に特徴部分があるのであって、それ以外の構造は、本発明の作用を損なわない限り、特に限定されないからである。よって、ガラス基板の直上に形成される配線膜としては、上記のようにＣｕ系合金膜を用いても良いし、あるいは、例えば、純ＡｌやＡｌ合金のＡｌ系合金膜を用いても良い。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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