(57)【要約】【課題】  液晶表示素子や半導体素子を製造する際にアルミニウム合金薄膜を電極層として利用する場合、いわゆるキャップ層を備えなくても、優れた低抵抗オーミックコンタクト特性を実現できる半導体素子を提供する。【解決手段】  基板と、該基板上に形成された半導体層と、配線又は電極を構成する電極層とを備えた半導体素子において、半導体層と電極層とが直接接合される部分を有しており、該電極層は、ニッケル、コバルト、鉄などの遷移金属を含有したアルミニウム合金薄膜で形成されているものとした。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、該基板上に形成された半導体層と、配線又は電極を構成する電極層とを備えた半導体素子において、
半導体層と電極層とが直接接合される部分を有しており、
該電極層は、遷移金属を含有したアルミニウム合金薄膜で形成されていることを特徴とする半導体素子。
【請求項２】
前記電極層は、液晶表示用の透明電極と直接接合する部分を有する請求項１に記載の半導体素子。
【請求項３】
遷移金属は、鉄、コバルト、ニッケルのうち少なくとも１種以上の元素である請求項１又は請求項２に記載の半導体素子。
【請求項４】
前記アルミニウム合金薄膜は、遷移金属を０．１〜７．０ａｔ％を含有したものである請求項１〜請求項３いずれかに記載の半導体素子。
【請求項５】
前記アルミニウム合金薄膜は、炭素を含有するものである請求項１〜請求項４に記載の半導体素子。
【請求項６】
前記アルミニウム合金薄膜は、炭素を０．１〜３．０ａｔ％とを含有したものである請求項５に記載の半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子に関するものであり、特に、低抵抗オーミックコンタクト特性に優れる半導体素子、液晶表示素子の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、いわゆるＩＣ代表とする半導体素子、或いは、それと同様な構造を持つ、液晶ディスプレー用の液晶表示素子、例えば薄膜トランジスター（Thin Film Transistor、以下、ＴＦＴと略称する）についての高集積化、高速化の進展は著しい。これに応じて、これら半導体を利用した素子構造は日々改良が積み重ねられ、優れた特性を備える半導体素子を実現するための半導体素子の構成材料も多種多様なものが開発されている。
【０００３】
本出願人は、このような要望に応え、液晶表示素子の構成材料としてアルミニウム合金薄膜の研究を重ね、液晶ディスプレーに使用されるＩＴＯ膜（Indium Tin Oxide）等による透明電極に直接接合し、長時間通電してもオーミック接合を維持することが可能で、シリコンとアルミニウムの相互拡散が防止され、低比抵抗特性、耐熱性に優れたアルミニウム合金薄膜を提供している（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−８９８６４号公報
【０００５】
この本出願人が提案するアルミニウム合金薄膜は、ニッケル、コバルト、鉄のうち少なくとも１種以上の元素を０．５〜７．０ａｔ％と、炭素を０．１〜３．０ａｔ％とを含有し、残部がアルミニウムであることを特徴するものである。このような組成のアルミニウム合金薄膜により、液晶表示素子の配線又は電極を構成する電極層を形成することで、透明電極に直接接合し、長時間通電してもオーミック接合を維持することが可能となり、シリコンとアルミニウムの相互拡散を防止でき、さらに低抵抗で且つ耐熱性、特に耐ヒロック特性に優れる液晶表示素子の製造を可能とするに至っている。
【０００６】
ところで、半導体素子、或いは、ＴＦＴなどの液晶表示素子においては、配線又は電極を構成する電極層を形成する際に、上述のようにアルミニウム合金薄膜を使用されることが多い。これは、タンタル、クロム、チタンやそれら合金等の高融点材料が従来使われてきたものの、このような高融点材料の比抵抗が高すぎる等の理由より、比抵抗が低く、配線加工が容易なアルミニウムが着目された結果による。
【０００７】
しかしながら、このアルミニウム合金薄膜により電極層を形成する場合、半導体素子の各構成層のコンタクト部分において次のような現象を生じることが知られている。それは、アルミニウム合金薄膜により形成された電極層と、シリコン層或いはシリコンによる半導体層（ドーピングされたシリコンなど）とが直接接触する際には、アルミニウム合金薄膜中へシリコンの析出が生じる傾向があること、また、シリコンなどによる半導体層へアルミニウムが拡散し、拡散したアルミニウム原子により半導体層が形成するＰＮ接合等を破壊する傾向があること、さらには透明電極と直接接合すると、両材料の酸化還元電位の相違により、接合抵抗が変化してしまうことなどである。
【０００８】
このような不具合、つまり、半導体素子や液晶表示素子に要求される低抵抗オーミックコンタクト特性を考慮し、アルミニウム合金薄膜を電極層として使用する場合には、ＭｏやＣｒなどから形成される、いわゆるキャップ層（或いは、コンタクトバリアー層。以下、「キャップ層」という用語には、コンタクトバリアー層を含む概念として用いる）と呼ばれるものが形成される（例えば、非特許文献２参照）。
【０００９】
【非特許文献２】内田龍男  編著，「次世代液晶ディスプレイ技術」，初版，株式会社  工業調査会，１９９４年１１月１日，ｐ．３６−３８
【００１０】
このキャップ層とは、例えば、ＴＦＴの場合、半導体層と電極層、透明電極と電極層との間に形成される。このことについて、図１に示すａ−Ｓｉ型と呼ばれるＴＦＴの概略断面図を例に具体的に説明する。このタイプのＴＦＴでは、ガラス基板１上にアルミニウム合金薄膜によるゲート電極２が形成され、その上にＳｉＮ（窒化シリコン）等のゲート絶縁層３が形成される。そして、チャネル部では、ゲート絶縁層上にはａ−Ｓｉ層４を介してｎ形ａ−Ｓｉ層５が形成される。また、画素表示側にはゲート絶縁層３上にＩＴＯ膜による透明電極が設けられる。このチャネル部のｎ形ａ−Ｓｉ層５及び透明電極６の上には、Ｍｏ、Ｃｒ等を主材料とした、いわゆるキャップ層７が形成される。その上に、アルミニウム合金薄膜によりドレイン電極８、ソース電極９を形成するものとなっている。
【００１１】
このように、アルミニウム合金薄膜により、配線又は電極を構成する電極層を備えるＴＦＴでは、アルミニウム合金薄膜との接触に関し、上記低抵抗オーミックコンタクト特性を考慮し、Ｃｒ、Ｍｏ等を主材料としたキャップ層が設けられることになる。これは、アルミニウム合金薄膜による電極層、言い換えると、アルミニウム系材料をＴＦＴの構成材料に使用する場合、不可避的に形成する必要がある。つまり、このキャップ層を形成する工程がＴＦＴ製造上必須となり、その積層構造は複雑になり、生産コストの増加に繋がるのである。尚、このキャップ層は、液晶表示素子でない、いわゆるＩＣなどの半導体素子でも同様に設けられているのが現状である。
【００１２】
また、最近では、このキャップ層を構成する材料の中で、Ｃｒの使用を排除する市場動向があり、キャップ層を形成する技術に大きな制約が生じ始めたという事情もある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、以上のような事情を背景になされたものであり、液晶表示素子や半導体素子を製造する際にアルミニウム合金薄膜を電極層として利用する場合、いわゆるキャップ層を備えなくても、優れた低抵抗オーミックコンタクト特性を実現できる半導体素子を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本出願人は、既に開発しているアルミニウム合金薄膜（特許文献１参照）を鋭意研究した結果、キャップ層を形成しなくても、低抵抗オーミックコンタクト特性を実現できる半導体素子構造を見出し、本発明を想到するに至った。
【００１５】
本発明は、基板と、該基板上に形成された半導体層と、配線又は電極を構成する電極層とを備えた半導体素子において、半導体層と電極層とが直接接合される部分を有しており、該電極層は、遷移金属を含有したアルミニウム合金薄膜で形成されているものである。本発明の半導体素子構造では、アルミニウム合金薄膜で形成された電極層が、直接、半導体層と接合することが可能となるものであるが、これは電極層を形成するアルミニウム合金薄膜が遷移金属を含有することによる。
【００１６】
この遷移金属については、半導体を構成するシリコン（Ｓｉ）と容易にシリサイドを形成することが知られている。そのため、キャップ層を構成する材料として、ＭｏやＣｒ、Ｗ等の遷移金属を用いられてきたのである。そして、本発明者自らも、シリコンとの相互拡散を防止するには、アルミニウム合金薄膜中にシリコンを含有する必要があるとの認識であった。
【００１７】
ところが、本発明者の開発したアルミニウム合金薄膜の研究を進めていたところ、アルミニウム合金薄膜に遷移金属を含有しておくと、半導体層と直接接合しても、シリコンのアルミニウム合金薄膜への析出、アルミニウムのシリコン層への拡散が生じない現象を見出したのである。つまり、アミニウム合金薄膜に遷移金属を含有させておくだけで、いわゆるキャップ層と同等な効果、即ち、低抵抗オーミックコンタクト特性を実現することが判明したのである。
【００１８】
つまり、アルミニウム合金薄膜に遷移金属を含有させるだけで、バリアーとなるキャップ層を形成しなくても、アルミニウム合金薄膜により形成された電極層を半導体層と直接接合できる半導体素子を構成できるのである。この現象の理論は現在検証中であるが、アルミニウム合金薄膜と半導体層とが直接接合した際の界面において、アルミニウム合金薄膜中に含まれる遷移金属がシリサイドを形成している為ではないかと推測している。
【００１９】
従って、本発明の半導体素子構造を採用することにより、キャップ層を設ける必要がなくなるので、素子の積層構造を単純化でき、キャップ層製造工程も省略できるので、生産効率の向上が図れることになる。尚、以上及び以下において、本発明における半導体層とは、半導体活性層とよばれるシリコン層、ドーピングされたｎ＋形或いはｐ＋形ａ−Ｓｉ層などのシリコン層を含むものである。また、本発明に係る基板とは、シリコンなどの半導体基板、液晶表示素子でのガラス基板を含むものである。そして、本発明における半導体素子は、ＩＣ、液晶表示素子、例えばＴＦＴなどを含む広く一般に半導体素子と称されるもの、及びそれに類する構造を有するものが当然に含まれる。
【００２０】
そして、本発明の半導体素子では、電極層が液晶表示用の透明電極と直接接合する部分を有するものであってもよい。電極層を形成するアルミニウム合金薄膜に遷移金属を含有すると、そのアルミニウム合金薄膜の電極電位と、透明電極を構成する酸化スズ膜、ＩＴＯ膜等の透明電極材料の有する酸化還元電位とが同レベルになるのである。従って、本発明の半導体素子は、液晶表示素子にも好適なものとなる。尚、この「酸化還元電位」とは、ある反応物の酸化還元反応において、その酸化速度と還元速度とが等しくて平衡する際の電位、いわゆる平衡電位のことをいう。
【００２１】
本発明に係る半導体素子のアルミニウム合金薄膜に含まれる遷移金属は、鉄、コバルト、ニッケルが好ましい。これらの遷移金属元素は、アルミニウム合金薄膜に含有した際に、その酸化還元電位が透明電極の酸化還元電位に非常に近くなることと、耐熱性が確保されることからである。これら３つの遷移金属は、一種の元素を含有してもよく、これらの中で２種以上含有するようにしてもよい。また、他の遷移金属である、チタニウム、バナジウム、クロム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、ハフニウム、タンタル、タングステン、オスミウム、イリジウム、白金の群のうち少なくとも１種以上の元素を用いることも可能である。これらは、容易にシリサイドを形成することが知られているからである。
【００２２】
そして、電極層を形成するアルミニウム合金薄膜には、遷移金属を０．１〜７．０ａｔ％を含有させることが望ましい。含有量が０．１ａｔ％未満であると、接合界面におけるシリサイドの形成が不十分になる傾向があるためかその原因は明確でないが、半導体層と直接接合した際に、シリコンとアルミニウムとの相互拡散が生じるようになるとともに、アルミニウム合金薄膜の酸化還元電位が透明電極のそれと大きく相違してしまうため、透明電極にもアルミニウム合金薄膜を直接接合できなくなる。さらにはアルミニウム合金薄膜の耐熱性もなくなる傾向となるからである。また、７．０ａｔ％を越えると、基板温度２００℃でアルミニウム合金薄膜を成膜しても、真空中３００℃、１時間の熱処理後において、比抵抗値が２０μΩｃｍを越えてしまい、半導体素子における実用的な電極層を形成できなくなるからである。そして、より望ましくは、アルミニウム合金薄膜中の遷移金属の含有量は０．５〜５．０ａｔ％である。遷移金属として鉄、コバルト、ニッケルを含有させた際、０．５ａｔ％未満であると、耐熱性が低下する傾向となるとともに、電極層を形成するアルミニウム合金薄膜の酸化還元電位が透明電極の酸化還元電位からズレを生じる傾向が強くなるからである。また、５．０ａｔ％を超えると、比抵抗値が大きくなるため、実用的な低抵抗特性を維持できなくなる傾向があるためである。
【００２３】
さらに、本発明に係る電極層を形成するアルミニウム合金薄膜には、炭素を含有させることが好ましい。アルミニウム合金薄膜に炭素を含有しておくと、熱履歴で生じるヒロックの発生を有効に防止することができるからである。
【００２４】
この炭素を含有させる場合には、炭素の含有量を０．１〜３．０ａｔ％にすることが望ましい。炭素の含有量が０．１ａｔ％未満であると、ヒロックの発生を抑制する効果が無くなり、３．０ａｔ％を越えると、比抵抗値が大きくなり、半導体素子における実用的な電極層を形成できなくなるからである。
【００２５】
加えて、本発明者らの研究によると、本発明に係る半導体素子を構成する際に、アルミニウム合金薄膜としてアルミニウム−ニッケルに炭素を含有させた場合にあっては、ニッケルの含有量は０．５〜５ａｔ％の範囲が好ましく、さらに２．０〜４．０ａｔ％範囲であることが実用的に望ましいことを確認している。ニッケルが２．０ａｔ％未満になると、透明電極の酸化還元電位値とアルミニウム合金薄膜の酸化還元電位値との差が大きくなる傾向が強くなり、３５０℃以上で耐熱性が悪くなる傾向があるからである。一方、ニッケルが４．０ａｔ％を超えると、比抵抗値が大きくなる傾向があり、真空中３００℃、１時間の熱処理後における比抵抗値が１０μΩｃｍを越えてしまう場合が生じるからである。また、アルミニウム−コバルト、或いはアルミニウム−鉄に炭素を含有させた場合にあっては、コバルト又は鉄の含有量は２．０〜５．０ａｔ％の範囲が好ましいことを確認している。この含有量範囲であると、低い比抵抗性と、良好な耐熱性とを有した電極層を形成でき、特に、液晶表示素子において適用すると、大画面化、或いは高精細化の液晶ディスプレーに好適な電極層を形成することができるからである。
【発明の効果】
【００２６】
以上のように、本発明によれば、半導体素子を製造する際にアルミニウム合金薄膜を電極層として利用する場合、いわゆるキャップ層を備えなくても、優れた低抵抗オーミックコンタクト特性を実現できるものとなる。また、本発明の半導体素子は、ＩＴＯ膜による透明電極を含む液晶表示素子においても、透明電極に直接電極層を接合することができるため、液晶表示素子用途としても好適なものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の好ましい実施形態について実施例及び比較例に基づき説明する。まず、始めに、本発明に係る半導体素子の構造を採用した場合の電極層と半導体層との接合特性を調査した結果について説明する。図２には、この接合特性を調査した試験サンプルの断面図を示している。
【００２８】
図２に示す試験サンプルは、電極層１０（０．２μｍ厚）とｎ形Ｓｉ基板２０（６２５μｍ厚）とｐ形ａ−Ｓｉ層３０（０．１μｍ厚、抵抗値５〜１０Ωｃｍ）とを積層した構造であり、電極層１０とｐ形ａ−Ｓｉ層３０の電極層１０’との外側面には端子Ｌ１、Ｌ２が接続されている。この試験サンプルにおける電極層１０（１０’）を、表１に示す各組成のアルミニウム合金薄膜により形成した。接合特性は、端子間に電圧を印加した際に、端子間に流れる電流を測定することで行った。そして、形成した電極層１０に熱処理を加えることによってその接合特性がどのように変化するかについても調査を行った。
【００２９】
【表１】
2004363556.tif 000002
【００３０】
実施例１の電極層は、ニッケル及び炭素を含有するアルミニウム合金薄膜であり、従来例１は、キャップ層を形成するモリブデンを電極層として形成したものである。また、比較として、シリコン、銅を含有するアルミニウム合金薄膜（比較例１）、アルミニウムのみによるアルミニウム薄膜（比較例２）により電極層を形成した。また、各電極層の熱処理は、窒素ガス雰囲気中、２５０℃、３００℃、３５０℃の各温度で１時間、試験サンプルの状態で放置することにより行った。
【００３１】
また、各電極層を形成する際の薄膜形成条件は、投入電力３．０Ｗａｔｔ／ｃｍ２、アルゴンガス流量１００ｃｃｍ、アルゴン圧力０．５Ｐａで、マグネトロン・スパッタリング装置により、成膜時間約６０ｓｅｃで、約２０００Å程度（０．２μｍ）の厚みの薄膜を形成した。基板温度は１００℃とした。
【００３２】
図３に、各電極層における接合特性結果を示す。図３（Ａ）が実施例１、（Ｂ）が従来例１、（Ｃ）が比較例１、（Ｄ）が比較例２の測定結果を示したものである。また、各測定結果グラフにおいて、細波線が熱処理なし（ａｓ−ｄｅｐｏ）の場合、太波線が３００℃熱処理の場合、細実線が３００℃熱処理の場合、太実線が３５０℃熱処理の場合を示している。
【００３３】
まず、図３（Ｄ）を見ると判るように、比較例２のアルミニウムのみで電極層を形成した場合、熱処理を施していない状態でＰＮ接合が破壊されており、負の印可電圧（図２中、端子Ｌ１側が負に印可されているとき）の増加に伴い、逆電流も増加していることが確認された。また、比較例１のＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ系のアルミニウム合金薄膜により電極層を形成した場合（図３（Ｃ））、Ｓｉを含有しているので熱処理なし及び２５０℃の熱処理においては、ＰＮ接合は維持された状態であり、負の印可電圧から正の印可電圧に変化させた際に整流作用を生じていた。しかしながら、３００℃及び３５０℃の熱処理を施した場合には、正常なＰＮ接合が維持されていなく、負の印可電圧の増加に伴い、逆電流も増加していることが確認された。
【００３４】
一方、図３（Ｂ）を見ると判るように、従来例１のモリブデンにより電極層を形成した場合、熱処理有り、なしに関わらず、正常なＰＮ接合が維持されていることが確認された。そして、図３（Ａ）を見ると判るように、実施例１のＡｌ−Ｎｉ−Ｃ系のアルミニウム合金薄膜により電極層を形成した場合、３００℃及び３５０℃の熱処理においては負の印可電圧の増加に伴い、逆電流が顕著に増加することはなく、逆飽和電流を維持しているので、ＰＮ接合は、熱処理の有無に関わらず、ほぼ正常な状態を維持していることが判明した。
【００３５】
ここで、図３で示した各電極層の半導体層との接合特性を調査した結果に基づき、各熱処理温度での逆電流値について説明する。図４には、図３における負の印可電圧が−１Ｖ時の逆電流値（４つの測定値の平均値）に関して、熱処理温度を横軸にしてプロットグラフを示す。
【００３６】
図４を見ると判るように、−１Ｖ時の印可電圧における逆電流値は、比較例２のアルミニウムのみの場合では、熱処理をされることにより、逆電流値が大きく変化している。また、比較例１のＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ系の場合でも、３００℃以上の熱処理を行うと、逆電流値が大きく変化している。一方、従来例１のモリブデンの場合では、熱処理有無に関わらず、逆電流値の変化がほとんどないことが確認された。そして、実施例１のＡｌ−Ｎｉ−Ｃ系の場合では、３００℃及び３５０℃の熱処理温度において若干の逆電流値の変化は認められたものの、比較例１及び２のように、大きな逆電流値の変化はないことが確認された。尚、図４で示す逆電流値は、図２で示した試験サンプルの接合面積（０．０４ｃｍ2）により、実測定電流値を除した値を採用しているため比較的大きな値となっているが、実際の半導体素子を構成した際における逆電流値は、図４で示す値よりも小さい値になると推測される。
【００３７】
次に、実施例１のアルミニウム合金薄膜により形成された電極層とＩＴＯ膜による透明電極との接合特性を調べた結果について説明する。最初に、実施例１の電極層とＩＴＯ膜とを接合した際の通電耐久性を測定した結果を解説する。
【００３８】
図５には、通電耐久性の測定方法を示している。ＩＴＯ膜（Ｉｎ２Ｏ３−１０wt％ＳｎＯ２）による透明電極４０（０．２μｍ厚）の上に、電極層（０．２μｍ厚）をクロスするように形成し、矢印部分の端子部から通電を行った。そして、通電耐久性は、この端子間抵抗を測定して、その端子間抵抗が変化するまでの通電時間を測定することにより行った。また、この通電耐久性の測定環境は、８５℃の大気雰囲気中である。実施例１との比較のために、表２に記載するＡｌ（アルミニウム）−Ｎｄ（ネオジウム）の電極層についても測定した。
【００３９】
【表２】
2004363556.tif 000003
【００４０】
この通電耐久性は、電流値１０μＡ、１ｍＡの２種類で、２００時間通電を行うことにより測定した。また、比較例３の電極層では、直接透明電極と接合する場合と、電極層と透明電極と間に、キャップ層の構成材料の一つであるＣｒ膜（０．０５μｍ厚）を形成して接合部を形成した場合との２種類を行った。表３には、端子間抵抗の変化が生じた通電時間を通電耐久性とした結果を示す。
【００４１】
【表３】
2004363556.tif 000004
【００４２】
表３に示すように、キャップ層となるＣｒ膜を介在させた比較例３の電極層では、２００時間通電を行っても、その端子間抵抗値には変化が生じなかった（端子間抵抗値６Ｅ＋０３Ω）。しかし、Ｃｒ膜無しで、比較例３の電極層を透明電極に直接接合した場合、電流１０μＡでは４０時間経過後、端子間抵抗の上昇が確認された（初期端子間抵抗値６Ｅ＋３Ω→２．５Ｅ＋５Ωに変化）。そして、電流１ｍＡでは１３０時間経過後、端子間抵抗の大幅な上昇が確認された（初期端子間抵抗値４Ｅ＋３Ω→４Ｅ＋７Ωに変化）。一方、実施例１の電極層では、２００時間通電を行っても、その端子間抵抗値には変化が生じなかった（端子間抵抗値５Ｅ＋３Ω）。
【００４３】
続いて、温度に関する通電耐久性を調査した結果について説明する。この温度に関する通電耐久性は、上述した実施例１及び比較例３（Ｃｒ膜無し）の電極層について行った。測定法は、電流値を３ｍＡとし、接合部の抵抗値が初期値の２倍になる時点を寿命とした。そして、通電時の温度は８５℃、１００℃、１５０℃、２００℃、２５０℃として行った。図６には、各温度における接合部の抵抗上昇が生じた時間を測定し、通電時保持温度の逆数に対してその寿命時間をアレニウスプロットしたグラフを示している。図６では、縦軸が寿命時間で、横軸は１０００／絶対温度を示している。このアレニウスプロットしたグラフより外挿された一次直線の傾きから、接合部の抵抗上昇が起こる活性化エネルギーを算出したところ、実施例１では１．３５ｅＶであり、比較例３では０．４２ｅＶであることが判明した。この結果より、実施例１の電極層の方が比較例３よりも約３．３倍の活性化エネルギーを有することが確認できた。また、図５より、８５℃の連続通電における耐久寿命は比較例３では２時間程度しかなく、実施例１では約７万時間もあることが予測された。
【００４４】
さらに、実施例１及び比較例２の電極層と透明電極との接合界面を観察した結果について説明する。図７には、両電極層をＩＴＯ膜による透明電極に接合して、約１時間通電後（電流約１ｍＡ）した後に、その断面を、ＦＩＢ（Focused Ion Beam）−ＳＥＭ及び金属顕微鏡で観察したものである。このサンプルの作成条件は、上記した実施例１及び比較例２で説明したものと同様なので、その説明は省略する。
【００４５】
図７（Ａ）が比較例１の場合で、（Ｂ）が実施例１の場合の断面である。これを見ると判るように、比較例１では通電後、Ａｌ膜とＩＴＯ膜との接合部が変質剥離していることが確認された。一方、実施例１の場合では、通電後においても全く変質していないことが判明した。
【００４６】
次に、実施例１、比較例２及び３、キャップ層の構成材料であるＣｒ、Ｍｏ、ＩＴＯ膜の酸化還元電位を測定した結果について説明する。この酸化還元電位の測定は、各組成による所定の厚み（０．２μｍ）の薄膜を、ガラス基板上に形成し、そのガラス基板を切り出すことで電位測定サンプルとした。そして、１ｃｍ２に相当する面積を露出するように電位測定サンプル表面をマスキングして、測定用電極を形成した。酸化還元電位は、３．５％塩化ナトリウム水溶液（液温２７℃）を用い、参照電極は銀／塩化銀を使用して測定した。また、ＩＴＯ膜は、Ｉｎ２Ｏ３−１０wt％ＳｎＯ２の組成のものを使用した。その結果を表４に示す。
【００４７】
【表４】
2004363556.tif 000005
【００４８】
表４に示すように、比較例２、３に比べ実施例１の酸化還元電位がＩＴＯ膜のそれと非常に近いものであることが確認された。
【００４９】
上述結果より、実施例１のアルミニウム合金薄膜により、半導体素子の電極層を形成することで、従来から使用されているキャップ層を有していなくても、優れた低抵抗オーミックコンタクト特性を実現できる半導体素子を製造可能であることが判明した。また、ＩＴＯ膜などの透明電極との接合特性が非常に優れることから、液晶表示素子の構造にも極めて好適なものであることが判った。
【００５０】
最後に、実施例１の電極層の接合特性について、接合部の詳細な観察とその接合抵抗をさらに調査した結果を説明する。図８には実施例１の電極層とＳｉ層との接合部を、及び図９、１０には実施例１の電極層と透明電極との接合部を、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）にて観察した写真を示している。
【００５１】
図８は、ｎ形Ｓｉ基板（写真中、下半分の黒い部分）表面にｐ形ａ−Ｓｉ層（写真中、中央部分にある約８０ｎｍ厚の白い部分）を積層し、そのｐ形ａ−Ｓｉ層の表面に実施例１の電極層（写真中、上半分の約２００ｎｍ厚の部分）を形成したサンプルを準備し、温度２５０℃、１時間の熱処理を行い、ＦＩＢによりサンプル断面を観察できるように加工し、ＴＥＭ（倍率１０万倍）により観察した写真である。また、断面の数カ所を電子線回折像により結晶構造を特定してその部分の組織を同定した。図８の断面観察より、実施例１の電極層をＳｉ層に接合して熱処理を行うと、電極層とＳｉ層との界面に、Ａｌ３Ｎｉ（写真中符号４の部分）の金属間化合物が析出していることが判明した。
【００５２】
図９は、ＩＴＯ膜（Ｉｎ２Ｏ３−１０wt％ＳｎＯ２）による透明電極（写真中、中央下側の約１５０ｎｍ厚の黒っぽい部分）表面に実施例１の電極層（写真中、中央上側の約２００ｎｍ厚の白っぽい部分）を形成したサンプルを準備し、温度３００℃、１時間の熱処理を行い、ＦＩＢによりサンプル断面を観察できるように加工し、ＴＥＭ（倍率１０万倍）により観察した写真である。図１０は、図９の接合部界面を拡大（倍率１００万倍）した写真である。図１０の拡大写真により、透明電極側（写真中、下側の黒い部分）と電極層側（写真中、上側の白い部分）との間にコブ状の析出物が確認された。この析出物は、図８で確認されたＡｌ３Ｎｉの金属間化合物であることが判明した。また、図８〜１０において確認されたＡｌ３Ｎｉの酸化還元電位を調べたところ、−０．７３Ｖであった。
【００５３】
次に、接合抵抗評価について説明する。図１１には、実施例１、比較例３及び、純Ａｌ膜とＣｒ膜との積層構造の電極層を、それぞれＩＴＯ膜に接合して抵抗値を測定した結果を、各電極層の酸化還元電位値とＩＴＯ膜の酸化還元電位値との差を求めてプロットしたグラフである。測定方法は、図５で示すサンプルを作成し、熱処理無し（as-depo）、熱処理有り（２００℃、２５０℃、３００℃の各温度で、１時間のアニール後）のサンプルで測定した抵抗値である。
【００５４】
接合抵抗の測定は図５で示したクロスサンプルにより行ったもので、ＩＴＯ膜（Ｉｎ２Ｏ３−１０wt％ＳｎＯ２）による透明電極４０（０．２μｍ厚）の上に、電極層１０（０．２μｍ厚）を直交するように形成し、矢印部分の端子部から通電して抵抗を測定し、膜の重なった部分（１０μｍ×１０μｍ）の接合抵抗を算出した。純Ａｌ膜とＣｒ膜との積層構造の電極層は、Ｃｒ膜０．０３μｍ上に純Ａｌ膜を０．２μｍ形成したものである。また、表４で示した酸化還元電位値によりＩＴＯと各電極層の電位差を算出して、それを横軸にして、各接合抵抗値をプロットした（図１１）。
【００５５】
図１１を見ると判るように、ＩＴＯの酸化還元電位と殆ど同じレベルの電位を有するＣｒ膜を介在した電極の場合、接合抵抗は非常に低いことが確認された。実施例１と比較例３の電極層の場合、電位差があまり大きくない実施例１の方が接合抵抗値は低く、比較例３の電極層では熱処理を行うとその接合抵抗が著しく大きくなることが確認された。
【００５６】
図８〜１１の結果より、実施例１の電極層は、その酸化還元電位自体がＩＴＯ膜のそれと近い値を有するので、ＩＴＯ膜の透明電極と接合した際の接合抵抗も低く、さらに熱処理を行うことによって接合界面にＡｌ３Ｎｉの金属間化合物が析出することで、優れた接合特性を実現したものと推測できる。その理由は、Ａｌ３Ｎｉの酸化還元電位（−０．７３Ｖ）がＩＴＯ膜の透明電極（−０．８２Ｖ）のそれと近い値をとなるため、ＩＴＯ膜との電気化学的反応が起こりにくくなり、接合部の破壊等を引き起こさなくなるためであると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】従来のＴＦＴ断面概略図。
【図２】接合特性を調査した試験サンプルの断面図
【図３】各電極層における接合特性結果を示す測定グラフ。
【図４】各電極層における−１Ｖ印可電圧の逆電流値と熱処理温度との関係を示すグラフ。
【図５】透明電極との通電耐久性を測定した試験サンプル斜視図。
【図６】温度による通電耐久性を測定したアレニウスプロットグラフ。
【図７】実施例１及び比較例２の電極層と透明電極との接合部を観察した断面写真。
【図８】実施例１の電極層とＳｉ層との接合部断面をＴＥＭにより観察した写真。
【図９】実施例１の電極層と透明電極との接合部断面をＴＥＭにより観察した写真。
【図１０】図９の接合部断面の拡大写真。
【図１１】接合抵抗とＩＴＯとの電位差との関係を示すグラフ。
【図１】
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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１１】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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