(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板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、
前記ゲート電極の上方の前記ゲート絶縁層上に形成された半導体層と、
前記半導体層の上方に形成されたソース電極およびドレイン電極と、
前記半導体層と前記ソース電極との間、および前記半導体層と前記ドレイン電極との間に形成されたバリア層とを備え、
前記ソース電極およびドレイン電極は、銅を含む金属で構成され、
前記バリア層は、窒素とモリブデンとを含有する層であって、密度が８．８（ｇ／ｃｍ３）以上９．６（ｇ／ｃｍ３）以下である、
薄膜トランジスタ。
【請求項２】
前記バリア層に含まれる窒素とモリブデンとの組成比は、０．９より大きい、
請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項３】
前記バリア層は、Ｍｏ２Ｎからなる複数の結晶粒と、前記複数の結晶粒相互の間に含まれる窒素とを有する構造である、
請求項２に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項４】
前記バリア層の厚みは、２ｎｍ以上、３０ｎｍ以下である、
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項５】
前記バリア層の厚みは、３ｎｍ以上、２５ｎｍ以下である、
請求項４に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項６】
前記半導体層と前記バリア層との間に、コンタクト層を有する、
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項７】
半導体層が形成された基板を準備する工程と、
前記半導体層の上方に窒化モリブデン膜からなるバリア層を形成する工程と、
前記バリア層上に、銅を含む金属によってソース電極およびドレイン電極を形成する工程とを含み、
前記バリア層を形成する工程では、
スパッタリング装置内に前記基板とモリブデンターゲットとを設置し、非加熱状態で前記スパッタリング装置内に窒素ガスと不活性ガスとを導入して前記モリブデンターゲットをスパッタリングすることにより、密度が８．８（ｇ／ｃｍ３）以上９．６（ｇ／ｃｍ３）以下である前記窒化モリブデン膜を形成する、
薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項８】
前記不活性ガスは、アルゴンガスであり、
前記バリア層を形成する工程において、
前記アルゴンガスに対する前記窒素ガスのガス流量比を０．４５以上として前記バリア層を形成する、
請求項７に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項９】
前記バリア層を形成する工程における前記非加熱状態でのスパッタリングは、室温でのスパッタリングである、
請求項７または８に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜トランジスタおよび薄膜トランジスタの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶表示装置に変わる次世代フラットパネルディスプレイの一つとしての有機材料のエレクトロルミネッセンス（ＥＬ：Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）を利用した有機ＥＬ表示装置が注目されている。有機ＥＬ表示装置等のアクティブマトリクス方式の表示装置では、マトリクス状に構成された複数の画素のそれぞれに薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が設けられており、これによりＴＦＴアレイ基板が構成されている。【０００３】
薄膜トランジスタは、基板上に形成された、ゲート電極、半導体層（チャネル層）、ソース電極およびドレイン電極を備えており、ＴＦＴアレイ基板の各画素において駆動トランジスタまたはスイッチングトランジスタとして用いられる。また、薄膜トランジスタの各電極を構成する金属は配線としても用いられ、例えば、ソース電極またはドレイン電極を構成する金属はソース配線またはドレイン配線としても用いられる。すなわち、ソース電極またはドレイン電極とソース配線またはドレイン配線とは、同じ金属膜をパターニングすることによって形成される。【０００４】
近年、表示装置の大画面化に伴って配線の低抵抗化が要望されており、ソース配線またはドレイン配線の材料として低抵抗の銅（Ｃｕ）を用いた銅配線が検討されている。この場合、ソース配線またはドレイン配線と同層に形成されるソース電極またはドレイン電極も銅で形成されることになる。【０００５】
しかし、ソース電極またはドレイン電極の材料として銅を用いると、熱プロセスの際に受ける熱またはＴＦＴ動作中に発生する熱によって銅が熱拡散し、拡散した銅が半導体層に悪影響を及ぼすという課題がある。このため、従来、半導体層への銅拡散を防止するために、ソース電極（ドレイン電極）と半導体層との間にモリブデン膜、あるいは従来の窒化モリブデン膜からなるバリア層を形成する技術が提案されている。【０００６】
また、特許文献１には、保護膜上に形成された銅配線を構成する銅が下部導電層に拡散することを防止するために、保護膜の下にバリア層としてケイ素を含むカバー層が形成された薄膜トランジスタが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１６５５２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
薄膜トランジスタのデバイス要求項目として、低コスト、ウェットエッチング加工性およびオフリークの低減等がある。上記のバリア層が低コストおよびウェットエッチング加工性の要求を満たすためには、バリア層を薄膜化する必要がある。一方、上記バリア層がオフリーク低減の要求を満たすためには、ソース電極またはドレイン電極に含まれる銅の拡散を抑制して十分なバリア性を確保する必要があり、このためには、バリア層を厚膜化する必要がある。【０００９】
このように、ソース電極またはドレイン電極に含まれる金属の拡散を防止するバリア層は、薄膜化と厚膜化というトレードオフの関係にある要求を両立させなければならないという課題がある。この場合、ソース電極またはドレイン電極と半導体層との間にモリブデン膜からなるバリア層を設ける従来の技術では、バリア層を薄膜化すると十分なバリア性を確保することができなかった。【００１０】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、薄膜化してもバリア性が確保されたバリア層を備える薄膜トランジスタおよび薄膜トランジスタの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明に係る薄膜トランジスタの一態様は、基板と、前記基板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、前記ゲート電極の上方の前記ゲート絶縁層上に形成された半導体層と、前記半導体層の上方に形成されたソース電極およびドレイン電極と、前記半導体層と前記ソース電極との間、および前記半導体層と前記ドレイン電極との間に形成されたバリア層とを備え、前記ソース電極およびドレイン電極は、銅を含む金属で構成され、前記バリア層は、窒素とモリブデンとを含有する層であって、密度が７．５ないし１０．５（ｇ／ｃｍ３）であることを特徴とする。【００１２】
また、本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法の一態様は、半導体層が形成された基板を準備する工程と、前記半導体層の上方に窒化モリブデン膜からなるバリア層を形成する工程と、前記バリア層上に、銅を含む金属によってソース電極およびドレイン電極を形成する工程とを含み、前記バリア層を形成する工程では、スパッタリング装置内に前記基板とモリブデンターゲットとを設置し、非加熱状態で前記スパッタリング装置内に窒素ガスと不活性ガスとを導入して前記モリブデンターゲットをスパッタリングすることにより、密度が７．５ないし１０．５（ｇ／ｃｍ３）である前記窒化モリブデン膜を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、薄膜化した場合であってもバリア性が確保されたバリア層を備える薄膜トランジスタを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタの構成を模式的に示した断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタの製造方法における各工程の構成を模式的に示した断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本実施の形態における窒化モリブデン膜（窒素流量４０ｓｃｃｍ、アルゴン流量２２ｓｃｃｍ）の膜厚方向（深さ方向）における原子濃度分布を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本実施の形態における窒化モリブデン膜（窒素流量８０ｓｃｃｍ、アルゴン流量２２ｓｃｃｍ）の膜厚方向（深さ方向）における原子濃度分布を示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本実施の形態における窒化モリブデン膜（窒素流量４０ｓｃｃｍ、アルゴン流量２２ｓｃｃｍ）を含む試料のＸ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−Ｒａｙ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）スペクトルを示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本実施の形態における窒化モリブデン膜（窒素流量８０ｓｃｃｍ、アルゴン流量２２ｓｃｃｍ）を含む試料のＸＲＤスペクトルを示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、一般的なモリブデン膜の構造を模式的に示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本実施の形態における窒化モリブデン膜の構造を模式的に示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本実施の形態に係る薄膜トランジスタにおける窒化モリブデン膜（バリア層）を１０ｎｍ成膜する際の複数の成膜条件と、そのときの窒化モリブデン膜の膜密度およびバリア性とを示す図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、本実施の形態に係る薄膜トランジスタにおける窒化モリブデン膜を１０ｎｍ成膜するときの窒素流量比と成膜した窒化モリブデン膜の膜密度との関係を示す図である。
【図７Ａ】図７Ａは、バリア層がモリブデン膜である比較例に係る薄膜トランジスタを構成する膜中に含まれる元素を二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）によって測定した結果を示す図である（熱処理前）。
【図７Ｂ】図７Ｂは、バリア層がモリブデン膜である比較例に係る薄膜トランジスタを構成する膜中に含まれる元素をＳＩＭＳによって測定した結果を示す図である（熱処理後）。
【図８Ａ】図８Ａは、バリア層が窒化モリブデン膜である本実施の形態に係る薄膜トランジスタを構成する膜中に含まれる元素をＳＩＭＳによって測定した結果を示す図である（熱処理前）。
【図８Ｂ】図８Ｂは、バリア層が窒化モリブデン膜である本実施の形態に係る薄膜トランジスタを構成する膜中に含まれる元素をＳＩＭＳによって測定した結果を示す図である（熱処理後）。
【図９】図９は、薄膜トランジスタにおける銅膜からなるソース電極（ドレイン電極）とバリア層との積層膜に関して、アニール時間とシート抵抗との関係を示す図である。
【図１０】図１０は、薄膜トランジスタにおける銅膜からなるソース電極（ドレイン電極）とバリア層との積層膜に関して、シート抵抗上昇比と配線幅減少率との窒化モリブデン膜の膜厚依存性を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態に係る有機ＥＬ表示装置の一部切り欠き斜視図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタを用いた画素の回路構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明に係る薄膜トランジスタの一態様は、基板と、前記基板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、前記ゲート電極の上方の前記ゲート絶縁層上に形成された半導体層と、前記半導体層の上方に形成されたソース電極およびドレイン電極と、前記半導体層と前記ソース電極との間、および前記半導体層と前記ドレイン電極との間に形成されたバリア層とを備え、前記ソース電極およびドレイン電極は、銅を含む金属で構成され、前記バリア層は、窒素とモリブデンとを含有する層であって、密度が７．５ないし１０．５（ｇ／ｃｍ３）である。
【００１６】
本態様によれば、ソース電極またはドレイン電極と半導体層との間に形成されたバリア層を薄膜化したとしても、ソース電極またはドレイン電極に含まれる銅の拡散を、当該バリア層によって遮断することができる。これにより、ソース電極またはドレイン電極に含まれる銅が半導体層に侵入することを防止することができる。
【００１７】
また、本発明に係る薄膜トランジスタの一態様において、前記バリア層に含まれる窒素とモリブデンとの組成比（Ｎ／Ｍｏ）は、０．９より大きいことが好ましい。
【００１８】
また、本発明に係る薄膜トランジスタの一態様において、前記バリア層は、Ｍｏ２Ｎからなる複数の結晶粒と、前記複数の結晶粒相互の間に含まれる窒素とを有する構造であることが好ましい。
【００１９】
また、本発明に係る薄膜トランジスタの一態様において、前記バリア層の厚みは、２ｎｍ以上、３０ｎｍ以下である、とすることができる。さらに、本発明に係る薄膜トランジスタの一態様において、前記バリア層の厚みは、３ｎｍ以上、２５ｎｍ以下であることが好ましい。
【００２０】
また、本発明に係る薄膜トランジスタの一態様において、前記半導体層と前記バリア層との間に、コンタクト層を有する、としてもよい。
【００２１】
また、本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法の一態様は、半導体層が形成された基板を準備する工程と、前記半導体層の上方に窒化モリブデン膜からなるバリア層を形成する工程と、前記バリア層上に、銅を含む金属によってソース電極およびドレイン電極を形成する工程とを含み、前記バリア層を形成する工程では、スパッタリング装置内に前記基板とモリブデンターゲットとを設置し、非加熱状態で前記スパッタリング装置内に窒素ガスと不活性ガスとを導入して前記モリブデンターゲットをスパッタリングすることにより、密度が７．５ないし１０．５（ｇ／ｃｍ３）である前記窒化モリブデン膜を形成するものである。
【００２２】
本態様によれば、非加熱状態で窒素ガスと不活性ガスとを導入してスパッタリングを行うことにより密度が７．５ないし１０．５（ｇ／ｃｍ３）の窒化モリブデン膜からなるバリア層を形成するので、薄膜のバリア層であってもバリア性を確保することができる。
【００２３】
また、本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法の一態様において、前記不活性ガスは、アルゴンガスであり、前記バリア層を形成する工程において、前記窒素ガスと前記アルゴンガスのガス流量比を１．６以上として前記バリア層を形成することが好ましい。
【００２４】
また、本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法の一態様において、前記バリア層を形成する工程における前記非加熱状態でのスパッタリングは、室温でのスパッタリングである、とすることができる。
【００２５】
以下、本発明の実施の形態における薄膜トランジスタおよびその製造方法について、図面を参照しながら説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。すなわち、本発明は、請求の範囲だけによって特定される。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。また、各図面において、実質的に同一の構成、動作、および効果を表す要素については、同一の符号を付す。
【００２６】
（実施の形態）
まず、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタ１０の構成について、図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタの構成を模式的に示した断面図である。
【００２７】
図１に示すように、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタ１０は、チャネル保護型でボトムゲート型の薄膜トランジスタであって、基板１と、基板１の上方に順次形成された、ゲート電極２、ゲート絶縁層３、チャネル層（半導体層）４およびチャネル保護層５とを備える。薄膜トランジスタ１０は、さらに、チャネル保護層５を挟んでチャネル層４の上方に形成された一対の非晶質半導体層６と、一対の非晶質半導体層６の上に形成された一対のコンタクト層７と、一対のコンタクト層７の上に形成された一対のバリア層８と、一対のバリア層の上に形成された一対のソース電極９Ｓおよびドレイン電極９Ｄとを備える。
【００２８】
以下、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ１０の各構成要素について詳述する。
【００２９】
基板１は、例えば、石英ガラス、無アルカリガラスおよび高耐熱性ガラス等のガラス材料からなるガラス基板である。なお、ガラス基板の中に含まれるナトリウムやリン等の不純物がチャネル層４に侵入することを防止するために、表面に窒化シリコン（ＳｉＮｘ）、酸化シリコン（ＳｉＯｙ）またはシリコン酸窒化膜（ＳｉＯｙＮｘ）等からなるアンダーコート層が形成された基板を用いてもよい。また、アンダーコート層は、レーザーアニール等の高温熱処理プロセスにおいて、基板１への熱の影響を緩和させる役割も担う。アンダーコート層の膜厚は、例えば、１００ｎｍ〜２０００ｎｍ程度とすることができる。
【００３０】
ゲート電極２は、基板１の上に所定形状で形成される。ゲート電極２は、シリコンの融点温度に耐えられる導電性材料またはその合金等の単層構造または多層構造からなり、例えば、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）、Ｔａ（タンタル）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｎｉ（ニッケル）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、またはモリブデンタングステン（ＭｏＷ）等を用いることができる。ゲート電極２は、基板１上にこれらの材料からなるゲート金属膜を形成し、これを所定形状にパターニングすることで形成される。ゲート電極２の膜厚は、例えば２０ｎｍ〜５００ｎｍ程度とすることができる。
【００３１】
ゲート絶縁層３は、ゲート電極２の上に形成されたゲート絶縁膜である。本実施の形態において、ゲート絶縁層３は、ゲート電極２を覆うように基板１上の全面に形成されており、基板１とゲート電極２とに跨って形成される。ゲート絶縁層３は、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、シリコン酸窒化膜、酸化アルミニウム（ＡｌＯｚ）、酸化タンタル（ＴａＯｗ）またはその積層膜等を用いて形成することができる。
【００３２】
本実施の形態では、チャネル層４として結晶質シリコン薄膜を用いているので、ゲート絶縁層３としては少なくとも酸化シリコンを用いることが好ましい。これは、ＴＦＴにおける良好な閾値電圧特性を維持するためにはチャネル層４とゲート絶縁層３との界面状態を良好なものにすることが好ましく、これには酸化シリコンが適しているからである。ゲート絶縁層３の膜厚は、例えば５０ｎｍ〜３００ｎｍ程度とすることができる。
【００３３】
チャネル層４は、ゲート絶縁層３上に形成される結晶質の半導体薄膜を含む層であり、ゲート電極２の電圧によってキャリアの移動が制御される領域であるチャネル領域を有する。本実施の形態において、チャネル層４の少なくともチャネル領域は、多結晶質シリコン薄膜からなる結晶質シリコン薄膜によって構成されており、前駆体としての非結晶質シリコン薄膜（アモルファスシリコン膜）をレーザー照射することにより多結晶質化（微結晶化も含む）することで形成された結晶化領域である。
【００３４】
なお、チャネル層４は、非結晶性シリコンと結晶性シリコンとの混晶構造を有する結晶質シリコン薄膜とすることもできる。この場合、優れたオン特性を得るために、少なくともチャネル層４の所定のチャネル領域については、結晶性シリコンの割合が多い膜で構成されていることが好ましい。チャネル層４の膜厚は、例えば２０ｎｍ〜１００ｎｍ程度とすることができる。なお、チャネル層４に含まれるシリコン結晶の主面方位は［１００］であることが好ましい。
【００３５】
また、チャネル層４に含まれる結晶の平均粒径は例えば５ｎｍ以上１０００ｎｍ（１μｍ）以下であり、チャネル層４には、平均結晶粒径が１００ｎｍ以上の多結晶、あるいは、平均結晶粒径が１０ｎｍ〜１００ｎｍのマイクロクリスタル（μｃ）と呼ばれる微結晶が含まれていてもよい。
【００３６】
チャネル保護層５は、チャネル層４の上に形成される絶縁膜であり、チャネル層４のチャネル領域を保護する保護膜である。すなわち、チャネル保護層５は、一対の非晶質半導体層６および一対のコンタクト層７を形成するときのエッチング処理時において、チャネル層４がエッチングされてしまうことを防止するためのチャネルエッチングストッパ（ＣＥＳ）層として機能する。なお、チャネル保護層５は、絶縁性を有する。
【００３７】
また、チャネル保護層５は、有機材料からなる有機材料層、あるいは、無機材料からなる無機材料層とすることができる。チャネル保護層５を有機材料層によって構成する場合は、例えば、シリコン、酸素およびカーボンを主として含む有機材料を用いることができる。具体的には、有機樹脂材料、界面活性剤、溶媒および感光剤が含まれる感光性塗布型の有機材料を用いることができる。一方、チャネル保護層５を無機材料層によって構成する場合は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）または窒化シリコン（ＳｉＮｙ）等の無機材料を用いることができる。
【００３８】
一対の非晶質半導体層６は、少なくともチャネル保護層５の両側におけるチャネル層４上に形成されており、チャネル保護層５を介して所定の間隔をあけて対向配置されている。本実施の形態において、一対の非晶質半導体層６のそれぞれは、チャネル保護層５の上面端部からチャネル層４の上面までを跨るようにして形成されており、チャネル保護層５の上面と側面、および、チャネル層４の上面を覆うように形成されている。
【００３９】
また、一対の非晶質半導体層６は、意図的に不純物のドーピングを行っていない真性非晶質半導体層であって、本実施の形態では、真性アモルファスシリコン膜である。なお、非晶質半導体層６のバンドギャップは、チャネル層４のバンドギャップよりも大きくなるように構成されている。非晶質半導体層６の膜厚は、例えば１０ｎｍ〜１００ｎｍとすることができる。
【００４０】
一対のコンタクト層７は、不純物を含む非晶質半導体膜であり、チャネル層４と一対のバリア層８との間に形成される。本実施の形態において、一対のコンタクト層７は、一対の非晶質半導体層６の上に形成されており、チャネル保護層５を介して所定の間隔をあけて対向配置されている。また、一対のコンタクト層７のそれぞれの両側面は、一対の非晶質半導体層６のそれぞれの両側面と一致している。
【００４１】
一対のコンタクト層７は、例えば、アモルファスシリコンに不純物としてリン（Ｐ）がドーピングされたｎ型半導体膜によって構成することができ、１×１０１９［ａｔｍ／ｃｍ３］以上の高濃度の不純物を含むｎ＋層である。また、一対のコンタクト層７の膜厚は、例えば５ｎｍ〜１００ｎｍとすることができる。
【００４２】
一対のバリア層８は、当該バリア層８を通過しようとする金属等を遮断する遮断層であって、チャネル層４とソース電極９Ｓとの間、および、チャネル層４とドレイン電極９Ｄとの間にそれぞれ形成されている。本実施の形態において、一対のバリア層８は、一対のコンタクト層７の上に形成されており、チャネル保護層５を介して所定の間隔をあけて対向配置されている。また、一対のバリア層８のそれぞれの両側面は、一対のコンタクト層７のそれぞれの両側面と一致しているとともに、ソース電極９Ｓおよびドレイン電極９Ｄの両側面とも一致している。
【００４３】
一対のバリア層８は、窒素（Ｎ）とモリブデン（Ｍｏ）とを含有するバリアメタル層であって、本実施の形態では、窒化モリブデン膜である。また、バリア層８の膜密度は、モリブデン膜の膜密度よりも小さく、７．５（ｇ／ｃｍ３）ないし１０．５（ｇ／ｃｍ３）である。
【００４４】
さらに、本実施の形態におけるバリア層８は、バリア層８に含まれる窒素とモリブデンとの組成比（Ｎ／Ｍｏ）が０．９より大きくなっており、Ｍｏ２Ｎからなる窒化モリブデン膜によって構成されている。また、バリア層８の膜組織は、Ｍｏ２Ｎからなる複数の結晶粒の相互間に窒素が含まれた構造となっている。バリア層８の構成の詳細については、後述する。
【００４５】
一対のソース電極９Ｓおよびドレイン電極９Ｄは、一対のバリア層８の上に形成されており、それぞれチャネル層４のチャネル領域の上方にチャネル保護層５を介して所定の間隔をあけて対向配置されている。すなわち、ソース電極９Ｓは、一方のバリア層８を介してチャネル層４（チャネル領域）の一方の端部の上方に形成されており、また、ドレイン電極９Ｄは、他方のバリア層８を介してチャネル層４（チャネル領域）の他方の端部の上方に形成されている。
【００４６】
また、ソース電極９Ｓおよびドレイン電極９Ｄは、少なくとも銅（Ｃｕ）を含む金属で構成されており、例えば、銅のみからなる銅膜または銅合金からなる銅合金膜によって形成することができる。なお、ソース電極９Ｓおよびドレイン電極９Ｄは、単層構造ではなく多層構造とすることができ、例えば、銅や銅合金以外の材料を用いて、銅膜や銅合金膜である銅金属膜との積層構造としても構わない。この場合、銅金属膜は、ソース電極９Ｓおよびドレイン電極９Ｄにおける最下層（コンタクト層７側（チャネル層４側）の層）としてもよいし、ソース電極９Ｓおよびドレイン電極９Ｄにおける最上層としてもよい。なお、ソース電極９Ｓおよびドレイン電極９Ｄの全体膜厚は、例えば、１００ｎｍ〜５００ｎｍ程度とすることができる。
【００４７】
また、ソース電極９Ｓに接続されるソース配線（不図示）およびドレイン電極９Ｄ（不図示）に接続されるドレイン配線は、ソース電極９Ｓおよびドレイン電極９Ｄと同じ金属膜で形成することができるので、ソース電極９Ｓおよびドレイン電極９Ｄの金属材料を銅とすることによって、ソース配線およびドレイン配線を銅配線とすることができる。
【００４８】
次に、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタ１０の製造方法について、図２を用いて説明する。図２は、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタの製造方法における各工程の構成を模式的に示した断面図である。
【００４９】
本実施の形態に係る薄膜トランジスタ１０の製造方法は、チャネル層４が形成された基板１を準備する工程と、チャネル層４上に窒化モリブデン膜からなるバリア層８を形成する工程と、バリア層８上に、銅を含む金属を用いてソース電極９Ｓおよびドレイン電極９Ｄを形成する工程とを含む。さらに、バリア層８を形成する工程では、スパッタリング装置内にチャネル層４が形成された基板１とモリブデンターゲットとを設置し、非加熱状態で、スパッタリング装置内に窒素ガスと不活性ガスとを導入してモリブデンターゲットをスパッタリングすることにより前記窒化モリブデン膜を形成する。
【００５０】
以下、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ１０の製造方法における各工程について、図面を用いて詳細に説明する。
【００５１】
まず、図２の（ａ）に示すように、基板１としてガラス基板を準備する。なお、ゲート電極２を形成する前に、プラズマＣＶＤ等によって基板１の表面に、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜、および、シリコン酸窒化膜等からなるアンダーコート層を形成してもよい。なお、基板１を準備する工程には、アンダーコート層を形成する工程の他に、基板１を洗浄する工程等も含まれる。
【００５２】
次に、図２の（ｂ）に示すように、基板１上に所定形状のゲート電極２を形成する。例えば、基板１上にＭｏまたはＭｏＷを含む高融点金属あるいは当該高融点金属の合金からなるゲート金属膜をゲート電極２としてスパッタによって成膜し、フォトリソグラフィ法およびウェットエッチング法を用いてゲート金属膜をパターニングすることにより、所定形状のゲート電極２を形成することができる。ＭｏＷのウェットエッチングは、例えば、リン酸（ＨＰＯ４）、硝酸（ＨＮＯ３）、酢酸（ＣＨ３ＣＯＯＨ）および水を所定の配合で混合した薬液を用いて行うことができる。なお、基板１の表面にアンダーコート層が形成されている場合には、アンダーコート層上にゲート電極２を形成する。
【００５３】
次に、図２の（ｃ）に示すように、ゲート電極２を覆うようにして基板１の全面にゲート絶縁層３を形成する。例えば、プラズマＣＶＤにより、ゲート絶縁層３として酸化シリコン膜や窒化シリコン膜等の単層または積層膜をゲート電極２の上に成膜する。
【００５４】
次に、図２の（ｄ）に示すように、ゲート絶縁層３の上にチャネル層４を形成する。本実施の形態では、チャネル層４として、多結晶シリコンからなる結晶性シリコン薄膜を形成する。この場合、まず、ゲート絶縁層３上に、例えばアモルファスシリコン（非晶質シリコン）からなる非結晶シリコン薄膜をプラズマＣＶＤ等によって成膜し、脱水素アニール処理を行った後に、非結晶シリコン薄膜をアニールして結晶化させることにより結晶性シリコン薄膜からなるチャネル層４を形成することができる。なお、非結晶シリコン薄膜は、例えば、シランガス（ＳｉＨ４）と水素ガス（Ｈ２）とを所定の濃度比で導入することで成膜することができる。
【００５５】
なお、非結晶シリコン薄膜の結晶化は、波長１９０〜３５０ｎｍ程度のエキシマレーザーを用いたレーザーアニールの他に、波長３７０〜９００ｎｍ程度のパルスレーザーを用いたレーザーアニール法、波長３７０〜９００ｎｍ程度の連続発振レーザーを用いたレーザーアニール法、あるいは、急速熱処理（ＲＴＰ）による熱アニール法を用いても構わない。また、非結晶シリコン薄膜を結晶化して結晶性シリコン薄膜を形成するのではなく、ＣＶＤによる直接成長などの方法によって結晶性シリコン薄膜を成膜することもできる。
【００５６】
結晶化した後は、結晶性シリコン薄膜に対して水素プラズマ処理を行って、結晶性シリコン薄膜のシリコン原子に対して水素化処理を行うことが好ましい。水素プラズマ処理は、例えばＨ２、Ｈ２／アルゴン（Ａｒ）等の水素ガスを含むガスを原料として高周波（ＲＦ）電力により水素プラズマを発生させて、当該水素プラズマを結晶性シリコン薄膜に照射することにより行われる。この水素プラズマ処理によって、シリコン原子のダングリングボンド（欠陥）が水素終端され、結晶性シリコン薄膜の結晶欠陥密度が低減して結晶性が向上する。
【００５７】
次に、図２の（ｅ）に示すように、チャネル層４の上にチャネル保護層５を形成する。例えば、所定の塗布方法によってチャネル層４上に所定の有機材料を塗布して焼成することによって有機膜からなるチャネル保護層５を形成することができる。
【００５８】
チャネル保護層５の有機材料としては、シリコン、酸素およびカーボンを主として含む有機材料を用いることができる。より具体的には、上述のとおり、有機樹脂材料、界面活性剤、溶媒および感光剤が含まれる感光性塗布型の有機材料を用いることができる。この場合、まず、当該有機材料をチャネル層４上にスピンコート法等の塗布法によって塗布して、チャネル層４上の全面に有機膜を形成する。その後、例えば、約１１０℃の温度で約６０秒間の加熱をするプリベーク（仮焼成）を行うことで、有機膜に含まれる溶剤を気化させる。その後、フォトマスクを用いて露光および現像することによって有機膜を所定形状にパターニングする。なお、現像液としては、例えば、ＴＭＡＨの２．３８％水溶液を用いることができる。その後、２８０℃〜３００℃の温度で約１時間の加熱をするポストベーク（本焼成）を行うことによって有機膜を固化する。これにより、所定形状の有機膜からなるチャネル保護層５を形成することができる。
【００５９】
なお、チャネル保護層５を無機材料層によって構成する場合は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）または窒化シリコン（ＳｉＮｙ）等の無機膜をプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等によって成膜し、その後、無機膜をパターニングすることによって所定形状のチャネル保護層５を形成することができる。
【００６０】
次に、図２の（ｆ）に示すように、チャネル保護層５を覆うようにしてチャネル層４上に、非晶質半導体層６を形成する。例えば、非晶質半導体層６として、真性のアモルファスシリコン膜をプラズマＣＶＤによって成膜することができる。この真性のアモルファスシリコン膜は、例えば、シランガス（ＳｉＨ４）と水素ガス（Ｈ２）とを所定の濃度比で導入することで成膜することができる。
【００６１】
引き続き、同図に示すように、非晶質半導体層６上にコンタクト層７を形成する。例えば、プラズマＣＶＤによって、リン等の５価元素の不純物をドープしたアモルファスシリコンからなるコンタクト層７を、非晶質半導体層６を覆うようにして成膜する。
【００６２】
次に、図２の（ｇ）に示すように、チャネル層４の上方に窒化モリブデン膜からなるバリア層８を形成する。本実施の形態では、同図に示すように、コンタクト層７上にバリア層８を形成する。バリア層８の成膜は、スパッタリング装置を用いて行うことができる。具体的には、スパッタリング装置内に、図２の（ｆ）に示されるコンタクト層７が形成された基板１とモリブデンターゲットとを設置し、スパッタリング装置内に窒素ガスとアルゴンガスとを導入して、基板１を非加熱状態にしてモリブデンターゲットをスパッタリングする。このとき、アルゴンガスの流量および窒素ガスの流量を調整することによって、成膜する窒化モリブデンの膜密度を、７．５〜１０．５（ｇ／ｃｍ３）の範囲内で調整することができる。このように、本実施の形態における窒化モリブデン膜は、非加熱状態、すなわち、基板１に対してヒータ等を用いて積極的な加熱を行うことなく成膜している。具体的には、室温（ＲＴ：Ｒｏｏｍ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）雰囲気でスパッタリングを行うことで、窒化モリブデン膜からなるバリア層８を成膜している。
【００６３】
なお、スパッタリングは、平行平板電極型のＤＣマグネトロンスパッタ装置を用いて行うことができ、本実施の形態では、電極サイズ（ターゲットサイズ）をφ３０２ｍｍとし、電極間隔（ターゲット−基板間隔）を６０ｍｍとして行っている。また、装置内の圧力は窒素流量によって変化し、窒素流量が０〜１００ｓｃｃｍの場合、トータル圧力は０．１３〜０．４２Ｐａとなる。また、スパッタ時間も窒素流量に依存し、窒素流量が多いほどスパッタ時間は長くなる。例えば、膜厚２０ｎｍのバリア層８を形成する場合、約８〜３０秒のスパッタ時間となる。また、投入パワーは、１．５ｋＷとしている。
【００６４】
次に、図２の（ｈ）に示すように、バリア層８上に、銅を含む金属を用いてソース電極９Ｓおよびドレイン電極９Ｄとなるソースドレイン金属膜９を形成する。例えば、スパッタによって、銅からなるソースドレイン金属膜９を、バリア層８を覆うようにしてバリア層８上の全面に成膜する。
【００６５】
その後、図示しないが、ソースドレイン金属膜９およびバリア層８を所定形状にパターニングするために、ソースドレイン金属膜９上にレジストを塗布し、露光および現像を行うことによって、当該レジストを、ソース電極９Ｓおよびドレイン電極９Ｄの形状に対応した形状にパターニングする。
【００６６】
次に、このレジストをマスクとしてウェットエッチング等のエッチング処理を施すことによって、ソースドレイン金属膜９をパターニングするとともにバリア層８をパターニングする。これにより、図２の（ｉ）に示すように、分離形成された所定形状の一対のソース電極９Ｓおよびドレイン電極９Ｄと、分離形成された所定形状の一対のバリア層８を形成することができる。
【００６７】
なお、このとき、バリア層８の下層のコンタクト層７がエッチングストッパとして機能する。また、このパターニングによって、ソース配線およびドレイン配線も形成することができる。すなわち、ソース電極９Ｓ（ドレイン電極９Ｄ）を構成する金属膜とバリア層８を構成する金属膜との積層構造からなるソース配線およびドレイン配線を形成することができる。また、ソースドレイン金属膜９およびバリア層８をエッチングするためのエッチング液としては、例えば、過水系のエッチング液を用いることができる。
【００６８】
その後、ソース電極９Ｓおよびドレイン電極９Ｄ上のレジストを除去してソース電極９Ｓおよびドレイン電極９Ｄをマスクとしてドライエッチングを施すことにより、あるいは、ソース電極９Ｓおよびドレイン電極９Ｄ上のレジストを残したままドライエッチングを施すことにより、コンタクト層７および非晶質半導体層６をパターニングするとともにチャネル層４を島状にパターニングする。これにより、分離形成された所定形状の一対のコンタクト層７と、分離形成された所定形状の一対の非晶質半導体層６と、島状のチャネル層４とを形成することができる。なお、ドライエッチングのエッチングガスとしては、例えば、塩素系ガスを用いることができる。
【００６９】
以上のようにして、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ１０を作製することができる。なお、その後、プラズマＣＶＤによってＳｉＮ等を成膜して、全体をパッシベーション膜によって覆ってもよい。
【００７０】
次に、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ１０におけるバリア層８の構造およびその特性について、図３Ａ〜図６Ｂを用いて説明する。
【００７１】
まず、高分解能ラザフォード後方散乱分析（ＨＲ−ＲＢＳ：Ｈｉｇｈ  Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ−Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ．  Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）による窒化モリブデン膜の分析結果について、図３Ａおよび図３Ｂを用いて説明する。図３Ａおよび図３Ｂは、本実施の形態における窒化モリブデン膜の膜厚方向（深さ方向）における原子濃度分布を示す図である。
【００７２】
この実験では、分析試料として、シリコン基板上に膜厚１０ｎｍの窒化モリブデン膜を成膜したものを準備し、測定装置として株式会社神戸製鋼所製のＨＲＢＳ５００を用いて、試料の深さ方向における原子の濃度分析を行った。測定条件としては、入射イオンエネルギーを４８０ｋｅＶとし、イオン種をＨｅ＋とし、散乱角を６２度とし、入射角を試料面の法線に対して４５度とし、試料電流を２５ｎＡとし、照射量を４０μＣとした。
【００７３】
図３Ａは、窒素流量を４０ｓｃｃｍとし、アルゴン流量を２２ｓｃｃｍ（窒素流量比：０．６５）として、窒化モリブデン膜を成膜した場合における試料の分析結果を示している。図３Ａに示すように、この窒化モリブデン膜は、モリブデンに対する窒素の組成比（Ｎ／Ｍｏ）が０．９１であることが分かった。
【００７４】
また、図３Ｂは、窒素流量を８０ｓｃｃｍとし、アルゴン流量を２２ｓｃｃｍ（窒素流量比：０．７８）として、窒化モリブデン膜を成膜した場合における試料の分析結果を示している。図３Ｂに示すように、この窒化モリブデン膜は、モリブデンに対する窒素の組成比（Ｎ／Ｍｏ）が１．０２であることが分かった。
【００７５】
このように図３Ａおよび図３Ｂに示す結果から、窒素リッチで成膜した窒化モリブデン膜においては、モリブデン原子と窒素原子とがほぼ同じ量（同じ数）で存在することが分かった。
【００７６】
次に、ＸＲＤによる窒化モリブデン膜の分析結果について、図４Ａおよび図４Ｂを用いて説明する。図４Ａおよび図４Ｂは、本実施の形態における窒化モリブデン膜を含む試料のＸＲＤスペクトルを示す図である。
【００７７】
この実験では、分析試料として、ガラス基板上に、膜厚５００ｎｍの窒化シリコン膜（ＳｉＮ）と、膜厚３０ｎｍのアモルファスシリコン膜と、膜厚１０ｎｍの窒化モリブデン膜と、膜厚３００ｎｍの銅とを順次したものを準備し、測定装置として株式会社リガク製の水平型Ｘ線回折装置を用いて、試料の分析を行った。測定条件としては、ターゲットを銅とし、ターゲット出力を４５ｋＶ（２００ｍＡ）とし、薄膜測定をω固定（２θ走査）とし、スリットを０．５ｍｍのＩＳ（Ｉｎｃｉｄｅｔ  Ｓｌｉｔ）、２０ｍｍのＲＳ（Ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ  Ｓｌｉｔ）１、２０ｍｍのＲＳ２、０．５°のＰＳＡ（Ｐａｒａｌｌｅｌ  Ｓｌｉｔ  Ａｎａｌｙｚｅｒ）とし、入射角（ω）を０．５°とし、走査速度を１°／ｍｉｎとし、サンプリング幅を０．０２°とし、測定角度（２θ）を１０°〜１００°とした。なお、単色化は、多層膜ミラーと水平モノクロメータを用いて行った。
【００７８】
図４Ａは、窒素流量を４０ｓｃｃｍとし、アルゴン流量を２２ｓｃｃｍ（窒素流量比：０．６５）として、窒化モリブデン膜を成膜した場合における試料の分析結果を示している。また、図４Ｂは、窒素流量を８０ｓｃｃｍとし、アルゴン流量を２２ｓｃｃｍ（窒素流量比：０．７８）として、窒化モリブデン膜を成膜した場合における試料の分析結果を示している。
【００７９】
このように図４Ａおよび図４Ｂに示す結果から、窒素リッチで成膜した窒化モリブデン膜の結晶は、ＭｏとＮの原子比が１：１のＭｏＮではなく、ＭｏとＮの原子比が２：１であるＭｏ２Ｎであることが分かった。
【００８０】
以上、図３Ａおよび図３ＢのＨＲ−ＲＢＳの分析結果と図４Ａおよび図４ＢのＸＲＤの分析結果とを考察すると、少なくとも窒化モリブデン膜に含まれる窒素とモリブデンとの組成比（Ｎ／Ｍｏ）が０．９よりも大きい場合（Ｎ／Ｍｏ＞０．９）には、窒化モリブデン膜の結晶は、Ｍｏ２Ｎであることが分かった。
【００８１】
そして、本願発明者は、上記のＨＲ−ＲＢＳとＸＲＤとによる窒化モリブデン膜の分析結果についてさらに鋭意検討した結果、窒化モリブデン膜が、過剰窒素によって膜膨張していることをつきとめた。以下、この点について、図５Ａおよび図５Ｂを用いて説明する。図５Ａは、一般的なモリブデン膜（Ｍｏ）の構造を模式的に示す図であり、図５Ｂは、本実施の形態における窒化モリブデン膜（Ｍｏ２Ｎ）の構造を模式的に示す図である。
【００８２】
図５Ａに示すように、銅膜とシリコン膜との間にモリブデン膜が形成された構成の場合、モリブデン膜内には結晶粒界（結晶粒相互間）および結晶粒内の欠陥や空隙（ボイド）が存在すると考えられるので、銅膜の銅原子は、これら結晶粒界または結晶粒内の欠陥や空隙を拡散経路としてシリコン膜へと拡散しようとする。
【００８３】
このとき、モリブデン膜の膜厚が厚い場合、拡散する銅はシリコン膜まで到達せずにモリブデン膜によって遮断されるので、モリブデン膜はバリア層として機能する。しかし、モリブデン膜の膜厚が薄い場合、同図に示すように、拡散する銅はモリブデン膜を通過してシリコン膜に到達してしまうので、この場合のモリブデン膜はバリア層として十分機能することができない。
【００８４】
これは、従来の窒化モリブデン膜についても同様であり、従来の窒化モリブデン膜において膜厚が薄くなると、上記のモリブデン膜と同様にして、拡散する銅は従来の窒化モリブデン膜を通過してシリコン膜に到達してしまう。このように、従来の窒化モリブデン膜では、膜厚が薄くなるとバリア層として十分機能することができなくなる。
【００８５】
一方、図５Ｂに示すように、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ１０のように、銅膜とシリコン膜との間にＭｏ２Ｎからなる窒化モリブデン膜が形成された構成の場合、窒化モリブデン膜内は、モリブデン膜内と同様に、結晶粒界および結晶粒内の欠陥や空隙が存在すると考えられる。しかし、本実施の形態における窒化モリブデン膜は、図５Ａに示すモリブデン膜とは異なり、窒化モリブデン（Ｍｏ２Ｎ）の結晶を構成する窒素以上に過剰となった窒素が結晶粒界あるいは結晶粒内の欠陥や空隙に取り込まれる。すなわち、Ｍｏ２Ｎの結晶を構成する窒素とは別の窒素（余分な窒素）が、結晶粒界あるいは結晶粒内の欠陥や空隙に取り込まれる。これにより、窒化モリブデン膜は、膜内の結晶粒界あるいは結晶粒内の欠陥や空隙に過剰窒素が充填されて貯蔵された状態となっている。そして、本実施の形態では、この過剰窒素によって窒化モリブデン膜の膜全体が膨張していると考えられる。すなわち、過剰窒素が多くなればなるほど、より大きく膨張すると考えられる。
【００８６】
このように、本実施の形態における窒化モリブデン膜では、過剰窒素によって銅の拡散経路が閉ざされるので、当該窒化モリブデン膜によって銅の拡散を確実に遮断することができる。従って、本実施の形態における窒化モリブデン膜は、膜厚が薄くてもバリア性が低下することなく、高いバリア効果を発揮することが可能となる。
【００８７】
次に、このように窒化モリブデン膜が窒素によって膜膨張することについて、図６Ａおよび図６Ｂを用いて説明する。図６Ａは、本実施の形態に係る薄膜トランジスタにおける窒化モリブデン膜（バリア層）を１０ｎｍ成膜する際の複数の成膜条件と、そのときの窒化モリブデン膜の膜密度およびバリア性とを示す図である。図６Ｂは、本実施の形態に係る薄膜トランジスタにおける窒化モリブデン膜を１０ｎｍ成膜するときの窒素流量比と成膜した窒化モリブデン膜の膜密度との関係を示す図である。なお、図６Ｂにおける窒化モリブデン膜の成膜条件は、図６Ａおよび上述の図２の（ｇ）で説明したときの条件と同じであり、ソース電極およびドレイン電極としては銅を用いた。また、図６Ｂにおいて、膜密度は、Ｘ線反射率法（ＸＲＲ：Ｘ−Ｒａｙ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｅｒ）を用いて測定した。
【００８８】
図６Ａに示すように、図６Ａに示す条件で成膜した膜厚１０ｎｍの窒化モリブデン膜（Ｍｏ２Ｎ）は、いずれもバリア性を有することが確認できた。すなわち、いずれの条件においても、ソース電極９Ｓ（ドレイン電極９Ｄ）の銅がチャネル層４に拡散せずに、薄膜トランジスタ１０のＴＦＴ特性が変動しないことを確認した。このように、アルゴンに対する窒素のガス流量比を１．６以上としてバリア層８を形成することにより、バリア性を有する窒化モリブデン（Ｍｏ２Ｎ）が形成されることが確認できた。
【００８９】
また、本実施の形態では、窒化モリブデン膜が、図５Ｂに示すように膜内に過剰窒素が充填された状態となるように、基板１を非加熱状態にして（スパッタ装置内を室温にして）窒化モリブデン膜を成膜している。これは、逆に、基板１を加熱して窒化モリブデン膜を成膜してしまうと、窒化モリブデン膜が図５Ｂに示すような構造にはならないからである。すなわち、基板１を加熱して（例えば１００℃に加熱して）窒化モリブデン膜を成膜すると、窒化モリブデン膜内の過剰窒素は膜外に出てしまい、膜内の結晶粒界あるいは結晶粒内の欠陥や空隙には過剰窒素が充填されず、図５Ａのように、窒化モリブデン膜内には、銅の拡散経路として結晶粒界あるいは結晶粒内の欠陥や空隙が存在する状態となってしまう。この場合、窒化モリブデン膜であっても、薄膜化すると銅の拡散を遮断することができず、バリア性が低下してしまうことになる。このように、窒化モリブデン膜を室温で成膜することによって、窒素が膜から離脱しにくくなり、種々の条件のガス流量比において従来の窒化モリブデン膜よりも膜の組成を窒素リッチとすることができる。
【００９０】
なお、図６Ａでは示していないが、窒素のガス流量のみを、２．４ｓｃｃｍ、５．５ｓｃｃｍとして、膜厚１０ｎｍのバリア層８をそれぞれ成膜した場合においても、バリア性を有する窒化モリブデン膜を形成することができることを確認した。
【００９１】
また、図６Ｂに示すように、窒素（Ｎ２）のガス流量比が増加するに従って窒化モリブデン膜（Ｍｏ２Ｎ）の膜密度が低下することが分かった。本実施の形態では、アルゴンのガス流量を一定にして成膜しているので、図６Ｂは、窒素のガス流量が増加するに従って窒化モリブデン膜の膜密度が低下していることも示している。このように、窒素のガス流量の増加とともに膜密度が低下するということは、窒素のガス流量の増加とともに窒化モリブデン膜の体積が膨張していることを意味する。そして、図６Ｂに示す結果から、窒素のガス流量比が０より大きく１．０未満の場合は、窒化モリブデン膜の膜密度の範囲は、７．５〜１０．５（ｇ／ｃｍ３）であることが分かった。
【００９２】
以上、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ１０によれば、ソース電極９Ｓまたはドレイン電極９Ｄとチャネル層４との間に形成されたバリア層８が、膜密度が７．５〜１０．５（ｇ／ｃｍ３）であるＭｏ２Ｎからなる窒化モリブデン膜によって構成されており、バリア層を通過しようとする不純物の拡散経路が窒素によって充填された膜構造となっている。これにより、バリア層８を数ｎｍ〜数十ｎｍ程度までに薄膜化したとしても、ソース電極９Ｓまたはドレイン電極９Ｄに含まれる銅の拡散を当該バリア層によって遮断することができるので、銅がチャネル層４に侵入することを防止することができる。すなわち、ソース電極９Ｓ（ドレイン電極９Ｄ）を形成した後の熱プロセスの際における熱を受けてソース電極９Ｓ（ドレイン電極９Ｄ）に含まれる銅が熱拡散した場合であっても、あるいは、ＴＦＴ動作中に発生する熱によって上記銅が熱拡散した場合であっても、拡散した銅はバリア層８によって遮断されてチャネル層４に到達しない。よって、チャネル層４が銅によって汚染されないので、薄膜トランジスタのＴＦＴ特性（オフ特性等）が劣化することを防止することができる。なお、熱プロセスとしては、プラズマＣＶＤによってＳｉＮ等のパッシベーション膜を成膜する工程（３００℃、３０分程度）、または、トップメタルを形成するためにソース電極（ドレイン電極）上にプラズマＣＶＤによってＳｉＯ等の層間絶縁膜を成膜する工程等がある。さらに、本実施の形態では、バリア層８を薄膜化することができるので、低コストでウェットエッチングの加工性に優れた配線を実現することができる。
【００９３】
次に、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ１０のバリア層８におけるバリア効果の検証実験を行ったので、以下、この実験結果について、図７Ａ、図７Ｂ、図８Ａおよび図８Ｂを用いて説明する。この実験では、バリア層がモリブデン膜である比較例に係る薄膜トランジスタにおけるソース電極（ドレイン電極）の銅の拡散状態と、バリア層が窒化モリブデン膜である本実施の形態に係る薄膜トランジスタにおけるソース電極（ドレイン電極）の銅の拡散状態とを、ＳＩＭＳによって調べた。
【００９４】
図７Ａおよび図７Ｂは、バリア層がモリブデン膜である比較例に係る薄膜トランジスタを構成する膜中に含まれる元素をＳＩＭＳによって測定した結果を示しており、図７Ａは、熱処理前の測定結果を示す図であり、図７Ｂは、熱処理後の測定結果を示す図である。また、図８Ａおよび図８Ｂは、バリア層が窒化モリブデン膜である本実施の形態に係る薄膜トランジスタを構成する膜中に含まれる元素をＳＩＭＳによって測定した結果を示しており、図８Ａは、熱処理前の測定結果を示す図であり、図８Ｂは、熱処理後の測定結果を示す図である。なお、この実験では、熱処理として３５０℃で６０分のアニールを行った。
【００９５】
なお、図７Ａ、図７Ｂ、図８Ａおよび図８Ｂの測定に用いた薄膜トランジスタは、図１に示す薄膜トランジスタと同様の構成であり、ソース電極９Ｓ（ドレイン電極９Ｄ）として銅膜を１００ｎｍ、バリア層８としてモリブデン膜または窒化モリブデン膜を１０ｎｍ、非晶質半導体層６としてアモルファスシリコン膜を３０ｎｍで成膜した（コンタクト層７はなし）。また、この測定は、バックサイドＳＩＭＳであって、積層方向に含まれる元素の濃度または二次電子強度を測定したものであり、分析用１次イオンビームをＯ２とし、１次イオンエネルギーを３ｋｅＶとし、２次イオン極性をｐｏｓｉｔｉｖｅとした。
【００９６】
図７Ａおよび図７Ｂに示すように、バリア層として１０ｎｍのモリブデン（Ｍｏ）膜を形成した比較例に係る薄膜トランジスタの場合は、熱処理後（図７Ｂ）において、ソース電極（ドレイン電極）の銅がシリコンの中に拡散していることが分かる。
【００９７】
一方、図８Ａおよび図８Ｂに示すように、バリア層として１０ｎｍの窒化モリブデン（Ｍ２Ｎ）膜を形成した本実施の形態に係る薄膜トランジスタの場合は、熱処理後（図８Ｂ）においてもソース電極（ドレイン電極）の銅がシリコンの中に拡散しておらず、銅は、窒化モリブデン膜によってブロックされていることが分かる。
【００９８】
このように、１０ｎｍという薄膜化されたバリア層を備える薄膜トランジスタにおいて、バリア層が従来のモリブデン膜からなる場合についてはバリア層のバリア効果が低下することになるが、バリア層が本実施の形態のように窒化モリブデン膜からなる場合についてはバリア層のバリア効果が低下することはない。
【００９９】
次に、薄膜トランジスタにおいて、銅膜からなるソース電極（ドレイン電極）とバリア層との積層膜について、アニール時間とシート抵抗との関係に関して、図９を用いて説明する。図９は、薄膜トランジスタにおける銅膜からなるソース電極（ドレイン電極）とバリア層との積層膜に関して、アニール時間とシート抵抗との関係を示す図である。なお、図９では、バリア層なしの場合（×）、バリア層として５ｎｍのモリブデン（Ｍｏ）膜を形成した場合（△）、バリア層として窒素流量４０ｓｃｃｍで５ｎｍの窒化モリブデン（Ｍｏ２Ｎ）膜を形成した場合（○）、バリア層として窒素流量６０ｓｃｃｍで５ｎｍの窒化モリブデン（Ｍｏ２Ｎ）膜を形成した場合（□）、バリア層として窒素流量８０ｓｃｃｍで５ｎｍの窒化モリブデン（Ｍｏ２Ｎ）膜を形成した場合の５つの試料について測定した。
【０１００】
図９に示すように、バリア層なしの場合（×）と、バリア層としてモリブデン膜を形成した場合（△）とについては、アニールによってシート抵抗が上昇してしまう。これに対して、バリア層として窒化モリブデン膜を形成した場合はいずれも、アニールによってシート抵抗は変動しなかった。これにより、バリア層として窒化モリブデン膜を形成することによって、５ｎｍという薄膜のバリア層であっても、バリア性を確保できることが分かった。
【０１０１】
次に、薄膜トランジスタにおいて、銅膜からなるソース電極（ドレイン電極）とバリア層との積層膜について、シート抵抗上昇比と配線幅減少率との窒化モリブデン膜の膜厚依存性に関して、図１０を用いて説明する。図１０は、薄膜トランジスタにおける銅膜からなるソース電極（ドレイン電極）とバリア層との積層膜に関して、シート抵抗上昇比と配線幅減少率との窒化モリブデン膜の膜厚依存性を示す図である。なお、図１０において、シート抵抗上昇比は、アニール３０分後における積層膜のシート抵抗に対するアニール９０分後における積層膜のシート抵抗を示している。また、配線幅減少率は、銅膜と窒化モリブデン膜との積層膜からなるソース配線（ドレイン配線）をウェットエッチングによりパターニングする際に、下層の窒化モリブデン膜をエッチングする時に上層の銅膜もエッチングされることによって減少する配線幅の減少率を示している。なお、銅のエッチングレートは窒化モリブデン膜のエッチングレートの１５倍もあるので、銅配線の予定外のエッチングを極力抑えるためには窒化モリブデン膜は極力薄いことが好ましい。
【０１０２】
銅膜からなるソース電極（ドレイン電極）と窒化モリブデン膜からなるバリア層との積層膜について、シート抵抗上昇比と配線減少率とを考慮すると、窒化モリブデン膜の膜厚は、２ｎｍ以上３０ｎｍ以下とすることが好ましい。
【０１０３】
さらに、積層膜のシート抵抗上昇比は１．１５以下とすることがより好ましいので、図１０に示すように、窒化モリブデン膜の膜厚は３ｎｍ以上とすることが好ましい。また、配線としての銅膜の減少率は１５％以下とすることがより好ましいので、図１０に示すように、窒化モリブデン膜の膜厚は２５ｎｍ以下とすることが好ましい。
【０１０４】
このように、銅膜と窒化モリブデン膜との積層膜について、シート抵抗上昇比と配線減少率とを考慮すると、窒化モリブデン膜（バリア層）の膜厚は、２ｎｍ以上３０ｎｍ以下とすることが好ましく、さらには、３ｎｍ以上２５ｎｍ以下とすることがより好ましい。
【０１０５】
次に、本発明の実施の形態に係る表示装置について、図１１を用いて説明する。本発明の実施の形態に係る表示装置では、上記の実施の形態に係る薄膜トランジスタが用いられており、本実施の形態では、表示装置として有機ＥＬ表示装置を例にして説明する。図１１は、本発明の実施の形態に係る有機ＥＬ表示装置の一部切り欠き斜視図である。
【０１０６】
上記の実施の形態に係る薄膜トランジスタは、有機ＥＬ表示装置におけるアクティブマトリクス基板のスイッチングトランジスタまたは駆動トランジスタとして用いることができる。
【０１０７】
図１１に示すように、本実施の形態に係る有機ＥＬ表示装置２０は、アクティブマトリクス基板（ＴＦＴアレイ基板）２１と、アクティブマトリクス基板２１においてマトリクス状に配置された複数の画素２２と、複数の画素２２のそれぞれに対応して形成された有機ＥＬ素子２３と、画素２２の行方向に沿って形成された複数の走査線（ゲート配線）２７と、画素２２の列方向に沿って形成された複数の映像信号線（ソース配線）２８と、映像信号線２８と並行して形成された電源線２９（不図示）とを備える。有機ＥＬ素子２３は、アクティブマトリクス基板２１上に順次積層された、陽極２４、有機ＥＬ層２５および陰極２６を有する。なお、陽極２４は、実際には画素２２に対応して複数形成される。また、有機ＥＬ層２５も画素２２に対応して複数形成されるとともに、それぞれ、電子輸送層、発光層、正孔輸送層等の各層が積層されて構成されている。
【０１０８】
次に、上記有機ＥＬ表示装置２０における画素２２の回路構成について、図１２を用いて説明する。図１２は、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタを用いた画素の回路構成を示す図である。
【０１０９】
図１２に示すように、各画素２２は、直交する走査線２７と映像信号線２８とによって区画されており、駆動トランジスタ３１と、スイッチングトランジスタ３２と、コンデンサ３３と、有機ＥＬ素子２３とを備える。駆動トランジスタ３１は、有機ＥＬ素子２３を駆動するトランジスタであり、また、スイッチングトランジスタ３２は、画素２２を選択するためのトランジスタである。
【０１１０】
駆動トランジスタ３１において、ゲート電極３１Ｇがスイッチングトランジスタ３２のドレイン電極３２Ｄに接続され、ソース電極３１Ｓが中継電極（不図示）を介して有機ＥＬ素子２３のアノードに接続され、ドレイン電極３１Ｄが電源線２９に接続される。
【０１１１】
また、スイッチングトランジスタ３２において、ゲート電極３２Ｇは走査線２７に接続され、ソース電極３２Ｓは映像信号線２８に接続され、ドレイン電極３２Ｄはコンデンサ３３および駆動トランジスタ３１のゲート電極３１Ｇに接続されている。
【０１１２】
この構成において、走査線２７にゲート信号が入力されて、スイッチングトランジスタ３２がオン状態になると、映像信号線２８を介して供給された映像信号電圧がコンデンサ３３に書き込まれる。コンデンサ３３に書き込まれた映像信号電圧は、１フレーム期間を通じて保持され、この保持された映像信号電圧により、駆動トランジスタ３１のコンダクタンスがアナログ的に変化し、発光階調に対応した駆動電流が有機ＥＬ素子２３のアノードからカソードへと流れて有機ＥＬ素子２３が発光する。
【０１１３】
なお、本実施の形態では、有機ＥＬ素子を用いた有機ＥＬ表示装置について説明したが、アクティブマトリクス基板が用いられる他の表示装置にも適用することができる。また、このように構成される表示装置については、フラットパネルディスプレイとして利用することができ、テレビジョンセット、パーソナルコンピュータ、携帯電話などのあらゆる表示パネルを有する電子機器に適用することができる。
【０１１４】
以上、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタおよびその製造方法並びに表示装置について説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。
【０１１５】
例えば、上記の実施の形態では、バリア層を成膜する際において、窒素ガスとともに不活性ガスとしてアルゴンを導入したが、窒素ガスとともに導入するガスとしてはアルゴンに限らず、キセノンやクリプトン等の他の希ガスを用いることもできる。
【０１１６】
また、上記の実施の形態では、非晶質半導体層６とバリア層８との間にコンタクト層７を形成したが、コンタクト層７は必ずしも設ける必要はない。あるいは、コンタクト層７は、ｎ＋層としたが、ｎ＋層に加えてｎ−層等との積層構造からなるコンタクト層としても構わない。
【０１１７】
また、上記の実施の形態では、チャネル層４とコンタクト層７との間に非晶質半導体層６を形成したが、非晶質半導体層６は必ずしも形成する必要はない。また、この非晶質半導体層６は、チャネル保護層５を介して離間して形成したが、離間せずにチャネル保護層５とチャネル層４との間に形成しても構わない。
【０１１８】
また、上記の実施の形態では、チャネル保護層５を備えるチャネル保護型の薄膜トランジスタとしたが、チャネル保護層５を形成せずに、チャネルエッチング型の薄膜トランジスタとしても構わない。
【０１１９】
また、上記の実施の形態では、チャネル層４としてシリコン膜を用いたが、シリコン膜以外の半導体膜を用いることができる。例えば、ゲルマニウム（Ｇｅ）またはＳｉＧｅからなる半導体膜を結晶化させてチャネル層４を形成することもできる。さらに、チャネル層４は、ｎ型半導体およびｐ型半導体のいずれであってもよい。またさらには、チャンネル層４は酸化物半導体であってもよい。
【０１２０】
また、上記の実施の形態では、ソース電極９Ｓ、ドレイン電極９Ｄ、ソース配線およびドレイン配線の前駆体膜であるソースドレイン金属膜９の材料は銅としたが、アルミニウム（Ａｌ）としても構わない。すなわち、上記の実施の形態におけるバリア層８は、窒素が充填された構造であり、アルミニウムの拡散を遮断することができるので、アルミニウム電極（アルミニウム配線）に対してもバリア性を有する。
【０１２１】
なお、その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素および機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１２２】
本発明に係る薄膜トランジスタは、テレビジョンセット、パーソナルコンピュータ、携帯電話などの表示装置、またはその他薄膜トランジスタを有する様々な電気機器等に広く利用することができる。
【符号の説明】
【０１２３】
１  基板
２、３１Ｇ、３２Ｇ  ゲート電極
３  ゲート絶縁層
４  チャネル層
５  チャネル保護層
６  非晶質半導体層
７  コンタクト層
８  バリア層
９  ソースドレイン金属膜
９Ｓ、３１Ｓ、３２Ｓ  ソース電極
９Ｄ、３１Ｄ、３２Ｄ  ドレイン電極
１０  薄膜トランジスタ
２０  有機ＥＬ表示装置
２１  アクティブマトリクス基板
２２  画素
２３  有機ＥＬ素子
２４  陽極
２５  有機ＥＬ層
２６  陰極
２７  走査線
２８  映像信号線
２９  電源線
３１  駆動トランジスタ
３２  スイッチングトランジスタ
３３  コンデンサ
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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