(57)【要約】  本発明は、ｎ＋−Ｓｉなどの半導体層とＡｌ系合金層を直接接合させる場合、ＡｌとＳｉとの相互拡散が防止でき、オーミック特性を維持することが可能であり、Ａｌ系合金層自体の低抵抗特性を確保できる素子の接合構造を提供する。本発明は、半導体層と、該半導体層に直接接合されるＡｌ系合金層と、を備えた素子の接合構造において、Ａｌ系合金層と直接接合される半導体層は、窒素を含有するＳｉであることを特徴とする素子の接合構造とした。このＳｉの窒素含有量は１×１０１８〜５×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とした。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体層と、該半導体層に直接接合されるＡｌ系合金層と、を備えた素子の接合構造において、
Ａｌ系合金層と直接接合される半導体層は、窒素を含有するＳｉであることを特徴とする素子の接合構造。
【請求項２】
Ｓｉの窒素含有量が１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〜５×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３である請求項１に記載の素子の接合構造。
【請求項３】
Ｓｉの窒素含有量が１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〜１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３である請求項１または請求項２に記載の素子の接合構造。
【請求項４】
半導体層は、Ａｌ系合金層と直接接合される表面側から１００Å以上の深さが、窒素を含有したＳｉからなる請求項１〜請求項３いずれかに記載の素子の接合構造。
【請求項５】
半導体層は、アモルファスのｎ＋−Ｓｉまたはｐ＋−Ｓｉからなる請求項１〜請求項４いずれかに記載の素子の接合構造。
【請求項６】
半導体層は、リン、ホウ素、アンチモンから選択されるドーパントを、５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〜５×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３含有する請求項５に記載の素子の接合構造。
【請求項７】
Ａｌ系合金は、Ｎｉを０．５ａｔ％〜１０．０ａｔ％含有する請求項１〜請求項６いずれかに記載の素子の接合構造。
【請求項８】
Ａｌ系合金は、ホウ素を０．１ａｔ％〜０．８ａｔ％含有する請求項７に記載の素子の接合構造。
【請求項９】
請求項１〜請求項８いずれかに記載の素子の接合構造を備える素子より形成された薄膜トランジスタ。
【請求項１０】
半導体層と、該半導体層に直接接合されるＡｌ系合金層と、を備えた素子の接合構造を形成する素子の形成方法において、
化学気相蒸着法により半導体層となるＳｉを成膜する際の成膜雰囲気に、Ｎ２、ＮＨ３、ＮＯＸの少なくともいずれかを含むガスを導入して成膜することを特徴とする素子の形成方法。
【請求項１１】
Ｎ２を含むガスを導入して半導体層となるＳｉを成膜する際に、窒素分圧比を０．００１％〜２０％として成膜を開始する請求項１０に記載の素子の形成方法。
【請求項１２】
Ｎ２を含むガスを導入して半導体層となるＳｉを成膜する際に、窒素分圧比を０．００１％〜２０％に成膜途中から調整する請求項１０に記載の素子の形成方法。
【請求項１３】
半導体層と、該半導体層に直接接合されるＡｌ系合金層と、を備えた素子の接合構造を形成する素子の形成方法において、
半導体層となるＳｉを成膜した後に、窒素雰囲気中２００℃〜５００℃の熱処理を行うことを特徴とする素子の形成方法。
【請求項１４】
請求項７記載の素子の接合構造を形成するためのスパッタリングターゲットであって、
Ｎｉを０．５ａｔ％〜１０．０ａｔ％含有するＡｌ系合金スパッタリングターゲット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶ディスプレイなどの表示装置を構成する素子の接合構造に関し、特に、配線回路材料としてＡｌ系合金を用いた素子の製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶ディスプレイに代表される薄型テレビなどの表示デバイスには、その構成材料としてアルミニウム（以下、単にＡｌと記載する場合がある）系合金の配線材料が広く普及している。この理由は、Ａｌ系合金配線材料の比抵抗値が低く、配線加工が容易な特性を有することによる。【０００３】
例えば、アクティブマトリックスタイプの液晶ディスプレイの場合、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下、ＴＦＴと略称する）は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）或いはＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）などの透明電極（以下、透明電極層と称する場合がある）と、Ａｌ系合金により形成された配線回路（以下、Ａｌ系合金層と称す）とから素子が構成される。このような素子では、Ａｌ系合金層が透明電極と接合される部分や、ＴＦＴ内におけるｎ＋−Ｓｉ（リンドープの半導体層）と接合させる部分が存在する。【０００４】
上述のような素子を構成する場合、Ａｌ系合金層に形成されるアルミニウム酸化物の影響を考慮し、Ａｌ系合金層と透明電極層との間に、モリブデン（Ｍｏ）やチタニウム（Ｔｉ）などの高融点金属材料を、いわゆるキャップ層として形成している。また、ｎ＋−Ｓｉのような半導体層と配線回路との接合においては、製造工程中の熱プロセスにより、ＡｌとＳｉとが相互拡散することを防止すべく、半導体層とＡｌ系合金層との間に、上記キャップ層と同じモリブデン（Ｍｏ）やチタニウム（Ｔｉ）などの高融点金属材料を介在させるようにしている。【０００５】
ここで、図１を参照しながら、上記した素子構造について具体的に説明する。図１には、液晶ディスプレイに関するａ−ＳｉタイプのＴＦＴ断面概略図を示している。このＴＦＴ構造では、ガラス基板１上に、ゲート電極部Ｇを構成するＡｌ系合金配線材料からなる電極配線回路層２と、ＭｏやＭｏ−Ｗなどからなるキャップ層３とが形成されている。そして、このゲート電極部Ｇには、その保護としてＳｉＮｘのゲート絶縁膜４が設けられている。また、このゲート絶縁膜４上には、ａ−Ｓｉ半導体層５、チャネル保護膜層６、ｎ＋−Ｓｉ半導体層７、キャップ層３、電極配線回路層２、キャップ層３が順次堆積され、適宜パターン形成されることにより、ドレイン電極部Ｄとソース電極部Ｓとが設けられる。このドレイン電極部Ｄとソース電極部Ｓとの上には、素子の表面平坦化用樹脂またはＳｉＮｘの絶縁膜４’が被覆される。さらに、ソース電極部Ｓ側には、絶縁層４’にコンタクトホールＣＨが設けられ、その部分にＩＴＯやＩＺＯの透明電極層７’が形成される。このような電極配線回路層２にＡｌ系合金配線材料を用いる場合では、ｎ＋−Ｓｉ半導体層７と電極配線層２との間やコンタクトホールＣＨにおける透明電極層７’と電極配線層２との間に、キャップ層３を介在させる構造となっている。【０００６】
この図１に示す素子構造では、Ｍｏなどのキャップ層を形成するため、材料や製造設備などのコストアップは避けられず、製造工程の複雑化が指摘されていた。【０００７】
そのため、上記のようなキャップ層を省略する手法として、Ａｌ系合金からなる配線層の一部を窒化して、その窒化した部分を介して半導体層と接合させる技術が提案されている（特許文献１参照）、また、Ａｌ系合金からなる配線層の全部を窒化させて、半導体層と接合させる技術も提案されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００３−２７３１０９号公報
【特許文献２】特開２００５−１２３５７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１の対応では、Ａｌ系合金の窒化された部分の抵抗が高くなるため、半導体層とＡｌ系合金層とを直接接合した際に、オーミック特性を満足できない傾向となる。また、特許文献２のように、Ａｌ系合金の配線層の全部を窒化させると、配線層自体の抵抗値が大きくなりすぎ、良好な素子特性を満足できなくなる。【０００９】
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、ｎ＋−Ｓｉなどの半導体層とＡｌ系合金層を直接接合させる場合において、ＡｌとＳｉとの相互拡散が防止でき、オーミック特性を維持することが可能であり、Ａｌ系合金層自体の低抵抗特性を確保できる素子の接合構造を提供する。より具体的には、２５０℃以上の熱履歴が加わっても、半導体層とＡｌ系合金層との直接接合した界面の界面反応を抑制し、オーミック特性を維持するとともに、Ａｌ系合金層の抵抗値を１０μΩ・ｃｍ以下とすることが可能となる素子の接合技術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】
【００１０】
上記課題を解決すべく、本発明者等は、半導体層とＡｌ系合金層との直接接合を実現するべく、半導体層を形成するＳｉの検討を行ったところ、Ｓｉに窒素が含有されている場合、良好な直接接合を実現できることを見出した。【００１１】
本発明は、半導体層と、該半導体層に直接接合されるＡｌ系合金層と、を備えた素子の接合構造において、Ａｌ系合金層と直接接合される半導体層は、窒素を含有するＳｉであるものとした。【００１２】
そして、本発明における半導体層を形成するＳｉの窒素含有量は１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〜５×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であることが好ましく、１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〜１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であることがより好ましい。【００１３】
本発明に係る素子の接合構造における半導体層は、Ａｌ系合金層と直接接合される表面側から１００Å以上の深さが、窒素を含有したＳｉからなるものとすることができる。【００１４】
また、本発明における半導体層は、アモルファスのｎ＋−Ｓｉまたはｐ＋−Ｓｉからなることが好ましい。この場合の「ｎ」とは電子がキャリアーとして支配的な半導体層であることを、「ｐ」とは正孔がキャリアーとして支配的な半導体層であることを、「＋」とはＳｉへの添加元素を高ドーピングしていることを意味している。本発明における半導体層は、リン、ホウ素、アンチモンから選択されるドーパントを、５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〜５×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３含有することが好ましい。【００１５】
さらに、本発明におけるＡｌ系合金は、Ｎｉを０．５ａｔ％〜１０．０ａｔ％含有することが好ましい。加えて、ホウ素を０．１ａｔ％〜０．８ａｔ％含有することがより好ましい。また、本発明に係る素子の接合構造を形成する場合、Ａｌ系合金層はスパッタリング法により形成することが好ましい、その際のスパッタリングターゲットは、Ｎｉを０．５ａｔ％〜１０．０ａｔ％含有するＡｌ系合金からなるものが好ましい。
そして、Ｎｉに加えてホウ素を０．１ａｔ％〜０．８ａｔ％含有するＡｌ系合金スパッタリングターゲットを用いることが好ましい。【００１６】
本発明は、上記した素子の接合構造を備える素子から形成された薄膜トランジスタに関する。【００１７】
上記した本発明に係る素子構造は、化学気相蒸着法により半導体層となるＳｉを成膜する際の成膜雰囲気に、Ｎ２、ＮＨ３、ＮＯＸの少なくともいずれかを含むガスを導入して成膜することができる。【００１８】
また、本発明に係る素子構造は、Ｎ２を含むガスを導入して半導体層となるＳｉを成膜する場合、窒素分圧比を０．００１％〜２０％として成膜を開始するか、或いは成膜途中から窒素分圧比を０．００１％〜２０％に調整することにより形成することができる。【００１９】
そして、本発明に係る素子構造は、半導体層となるＳｉを成膜した後に、窒素雰囲気中２００℃〜５００℃の熱処理を行うことにより形成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】ＴＦＴ概略断面図。
【図２】オーミック特性評価サンプル概略図。
【図３】Ｓｉ拡散耐熱性評価の光学顕微鏡写真。
【図４】Ｓｉ拡散耐熱性評価の光学顕微鏡写真。
【図５】二次イオン質量分析装置による半導体層中の窒素分析結果を示す概念グラフ。
【図６】ＴＦＴ素子の配線構造を示す平面概念図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明における最良の実施形態について説明するが、本発明は下記実施形態に限定されるものではない。【００２２】
本発明における素子は、半導体層と、該半導体層に直接接合されるＡｌ系合金層とを備えており、このＡｌ系合金層と直接接合される半導体層は、窒素が含有されたＳｉである。この窒素含有量は、１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〜５×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であることが好ましく、１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〜１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であることがより好ましい。【００２３】
Ｓｉの窒素含有量が１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満であると、ＡｌとＳｉとの相互拡散が生じ易くなり、界面反応を十分に抑制できない傾向となる。具体的には、２５０℃以上の熱履歴が加わると、界面反応が生じ易くなり、直接接合が困難となる傾向がある。逆に、５×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３を超えると、素子を形成した際のトランジスタ特性におけるｏｎ電流が低下して、ｏｎ／ｏｆｆ比が低下する傾向となる。そして、Ｓｉの窒素含有量が１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〜１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であると、２８０℃以上の耐熱性を備え、素子のスイッチング特性であるｏｎ／ｏｆｆ比を５桁以上確実に取れるようになる。【００２４】
本発明に係る素子の接合構造では、半導体層の全体が、上記した窒素含有量のＳｉからなることが望ましいが、その半導体層の一部が上記窒素含有量のＳｉからなるようにしてもよい。例えば、Ａｌ系合金層に直接接合される半導体層の表面から１００Å以上の深さが、窒素を含有したＳｉからなるものとするのである。要は、Ａｌ系合金層と直接接合する部分の半導体層に上記窒素含有量のＳｉであれば、ＡｌとＳｉとの相互拡散が防止でき、オーミック特性を維持することが可能となるのである。【００２５】
半導体層を形成するＳｉに窒素を含有させる方法としては、化学気相蒸着法、いわゆるＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｕｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により半導体層を成膜する際に、アルゴンで希釈したＳｉＨ４、ＰＨ３などの導入ガスに加えて、Ｎ２ガス、ＮＨ３ガス、ＮＯＸガスを単独或いは併用して、適量添加する手法を採用することができる。また、半導体層の一部に窒素を含有させる方法としては、ＣＶＤにより成膜する際に、水素希釈のＳｉＨ４、ＰＨ３などの導入ガスに加えてＮ２、ＮＨ３ガスを添加するタイミングをコントロールしたり、半導体層の成膜後、窒素雰囲気下において熱処理する方法などがある。例えば、液晶ディスプレイのＴＦＴ製造プロセスにおいて半導体層に窒素を含有させる場合、半導体層の全体或いは半導体層の表面一部のどちらでもよいが、製造プロセスの工程数の増減や窒素含有量の調整難度などを考慮して、現状の製造プロセスにおいて容易に対応できる方法を採用することが好ましい。【００２６】
より具体的には、化学気相蒸着法（ＣＶＤ）により半導体層となるＳｉを成膜する成膜雰囲気に、Ｎ２ガスを添加する場合、０．００１％〜２０％窒素分圧比として成膜を開始するか、成膜途中から０．００１％〜２０％窒素分圧比に調整することにより、半導体層となるＳｉに窒素含有させることができる。この窒素分圧比は、Ｓｉを成膜する雰囲気に窒素ガスを導入した際の分圧比であり、これが０．００１％未満であると、ＣＶＤにおける他の成膜条件を変動させても、耐熱性を確保できる窒素含有量（１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）を達成できなくなるためである。また、２０％を超えると、半導体層の抵抗が高くなりトランジスタ特性が悪化する傾向となる。尚、この窒素分圧比とは、コンバーションファクターによる実流量から求めたものである。このＣＶＤ成膜において窒素の含有を行うと、半導体層全体に窒素を含有させることができ、或いは、半導体層の一部に窒素を含有することが可能となる。この窒素ガスの代わりに、アンモニア（ＮＨ３）ガスを使用する場合には、その分圧比は０．００１〜２％とすることが好ましい。【００２７】
また、別の方法としては、半導体層となるＳｉを成膜した後に、窒素雰囲気中２００℃〜５００℃の熱処理を行うことにより半導体層のＳｉに窒素を含有することもできる。この窒素雰囲気中での熱処理により半導体層のＳｉに窒素を含有させる場合、半導体層の表面から深さ方向に向けて窒素含有量が連続的に低下した半導体層となる。本願発明における窒素雰囲気とは、窒素が主成分とするガス、例えば、Ｎ２ガス、ＮＨ３ガス、ＮＯＸガスなどのガス種を用い、意図的に制御された環境を示し、好ましくは、窒素が主成分とするガスを分圧で９０％以上、より好ましくは９９％以上の環境である。【００２８】
上記のように窒素を含有させたＳｉは、いわゆるドーパントされたもの、即ち、ｎ＋−Ｓｉまたはｐ＋−Ｓｉであって、その結晶形態がアモルファスのものが好ましい。このような半導体層としては、リン、ホウ素、アンチモンから選択されるドーパントを、５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〜５×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３含有することが好ましい。このリン、ホウ素、アンチモンを高ドープされたＳｉであると、Ａｌ系合金層との直接接合においてオーミック特性が確保できるからである。このドープ量が５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〜５×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であると、ドーパント種、活性化熱処理条件にもよるが、素子のトランジスタ特性を十分に確保できるものとなる。ドーパント種によっては５×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３を超える、さらなる高ドープも可能であるが、アモルファスＳｉの半導体素子の場合、ドーパントの活性化率が大きくならないため実用的なものとはならない。【００２９】
尚、Ｓｉへの各ドーパント種の導入は、いわゆる熱拡散法やイオン打ち込み法などの公知の手法により行うことが可能である。そして、Ｓｉ中のドーパント種やその含有量については、二次イオン質量分析装置(Ｄｙｎａｍｉｃ  ＳＩＭＳ)により測定することができる。【００３０】
また、本発明の素子を形成する場合、Ａｌ系合金層は、Ｎｉ（ニッケル）を含有するＡｌ系合金であることが好ましい。Ａｌ系合金層が純Ａｌであっても本発明は有効であるが、Ｎｉを含有するＡｌ系合金であると、Ａｌ系合金層自体の抵抗を１０μΩ・ｃｍ以下とすることが容易であるとともに、良好な素子特性を備える直接接合を実現しやすいからである。Ｎｉを含有するＡｌ系合金としては、具体的には、Ａｌ−Ｎｉ合金、Ａｌ−Ｎｉ−Ｂ（ホウ素）合金、Ａｌ−Ｎｉ−Ｃ（炭素）合金、Ａｌ−Ｎｉ−Ｎｄ（ネオジウム）合金、Ａｌ−Ｎｉ−Ｌａ（ランタン）合金などが挙げられる。そして、このＮｉ含有量は、０．５ａｔ％〜１０．０ａｔ％であることが好ましい。また、Ｎｄ、Ｌａを使用する場合には、Ｎｉ含有量は０．５ａｔ％〜２．０ａｔ％の含有量とすることが好ましい。Ｂ、Ｃ、Ｎｄ、Ｌａの含有量は、０．１ａｔ％から１．０ａｔ％であることが好ましい。【００３１】
さらに、Ａｌ系合金としては、Ａｌ−Ｎｉ−Ｂ合金であってＢ（ホウ素）を０．１ａｔ％〜０．８ａｔ％含有したものがより好ましい。このような組成のＡｌ−Ｎｉ−Ｂ合金であると、ＩＴＯやＩＺＯなどの透明電極層との直接接合が可能であるとともに、ｎ＋−Ｓｉなどの半導体層と直接接合も可能となり、透明電極層或いは半導体層と直接接合した際の接合抵抗値が低く、耐熱性にも優れた素子を形成することが可能となる。このＡｌ−Ｎｉ−Ｂ合金を採用する場合、Ｎｉ含有量が４．０ａｔ％以上であり、Ｂ含有量が０．８０ａｔ％以下であることが好ましい。より好ましくは、Ｎｉ含有量が３．０ａｔ％〜６．０ａｔ％であり、Ｂ含有量が０．２０ａｔ％〜０．８０ａｔ％である。このような組成のＡｌ−Ｎｉ−Ｂ合金であると、素子の製造工程における各熱履歴に対する優れた耐熱特性を備えるものとなるからである。尚、本発明のＡｌ系合金は、低抵抗特性の観点より、Ａｌ自体を７５ａｔ％以上含有していることが望ましい。また、上記Ａｌ系合金層は窒化処理や酸化処理が施されてもとくに問題はない。【００３２】
上記した本発明に係る素子の接合構造であれば、半導体層とＡｌ系合金層との直接接合した界面の界面反応を抑制し、オーミック特性を維持するとともに、Ａｌ系合金層の抵抗値を１０μΩ・ｃｍ以下とすることが可能となる素子となるため、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を形成するために好適なものといえる。また、本発明の係る素子の接合構造は、ゲート電極が基板側に位置する、いわゆるボトムゲート構造のＴＦＴを形成する際に極めて好適な素子構造となる。
【実施例１】
【００３３】
続いて、本発明の実施例について説明する。この実施例１では、Ａｌ系合金層として、純Ａｌ膜（比抵抗値２．８μΩ・ｃｍ）、Ａｌ−５．０ａｔ％Ｎｉ合金膜（比抵抗値４．０μΩ・ｃｍ）、Ａｌ−５．０ａｔ％Ｎｉ−０．４ａｔ％Ｂ膜（比抵抗値４．２μΩ・ｃｍ）の３種を用いて、Ｓｉによる半導体層とを直接接合させて、その素子の特性評価を行った（比較例にはＡｌ−５．０ａｔ％Ｎｉ−０．３ａｔ％Ｃ膜（比抵抗値４．８μΩ・ｃｍ）も加えた）。特性評価としては、以下に説明するオーミック特性、Ｓｉ拡散耐熱性について調査した。尚、各膜の比抵抗値は、ガラス基板上にスパッタリング（マグネトロン・スパッタリング装置、投入電力３．０Ｗ／ｃｍ２、アルゴンガス流量１００ｓｃｃｍ、アルゴン圧力０．５Ｐａ）により単膜（厚み約０．３μｍ）を形成し、窒素ガス雰囲気中、３００℃、３０分間の熱処理を行った後、４端子抵抗測定装置により測定したものである。【００３４】
オーミック特性：このオーミック特性評価は、図２に示した評価サンプルを作製して行った（図２（Ａ）はサンプル断面図、図２（Ｂ）はサンプル平面図を示す）。まず、ＣＶＤ（サムコ株式会社製：ＰＤ−２２０２Ｌ）によりガラス基板１（コーニング社製：＃１７３７）上に５００Åのｎ＋−Ｓｉ半導体層２を成膜した。このｎ＋−Ｓｉ半導体層２を成膜条件は、ＲＦ１００Ｗ（０．３１Ｗ／ｃｍ２）、ＳｉＨ４ガス（水素希釈）流量３００ｃｃｍ、リン（Ｐ）成分含有ガス（水素希釈）流量５０ｃｃｍ、基板温度３００℃で、膜厚３００Åのｎ＋−Ｓｉ半導体層２を形成した。そして、その上にスパッタリング（マグネトロン・スパッタリング装置、投入電力３．０Ｗ／ｃｍ２、アルゴンガス流量１００ｓｃｃｍ、アルゴン圧力０．５Ｐａ）により、Ａｌ系合金層３を２０００Å厚で成膜した。そして、そのＡｌ系合金層３をフォトリソグラフにより縦１０００μｍ×横３００μｍ電極パッドを、パッド間隔を５０μｍとなるようにして形成した評価サンプルを作製した。そして、この評価サンプルに形成された両電極パッド間で、＋５Ｖ〜−５Ｖの範囲における電流−電圧測定を行うことによって、オーミック特性を評価した。このオーミック特性の評価方法は、測定した電流−電圧グラフより、電流と電圧との相関性が線形的なものであった評価サンプルをオーミック接合がされているものとして評価○とし、電流と電圧との相関性が非線形的なものをオーミック接合がされていないものとして評価×とした。【００３５】
Ｓｉ拡散耐熱性：この特性の評価サンプルには、ガラス基板上にｎ＋−Ｓｉ半導体層（３００Å）をＣＶＤ（上記オーミック特性の場合と同じ条件）により形成し、その半導体層上にスパッタリング（マグネトロン・スパッタリング装置、投入電力３．０Ｗ／ｃｍ２、アルゴンガス流量１００ｓｃｃｍ、アルゴン圧力０．５Ｐａ）により、各Ａｌ系合金層（２０００Å）を形成したものを用いた。【００３６】
ｎ＋−Ｓｉ半導体層における窒素の含有は、ＣＶＤにより成膜する際に、水素で希釈したＳｉＨ４ガス、リン（Ｐ）成分含有ガスの導入ガスに加えて、Ｎ２ガスを分圧比で０．００１〜２０％の範囲となるように添加することによって調整した。【００３７】
そして、各評価サンプルを２００〜３８０℃の温度域で１０℃毎に熱処理温度を設定し、窒素ガス雰囲気中３０分間の熱処理を行った後、リン酸系Ａｌエッチング液（関東化学（株）社製、液温３２℃のＡｌ混酸エッチャント／組成（容量比）リン酸：蓚酸：酢酸：水＝１６：１：２：１）に１０分間浸漬させることにより、上層に形成した各組成膜のみを溶解し、半導体層を露出させた。この露出した半導体層表面を光学顕微鏡（２００倍）にて観察し、ＳｉとＡｌとの相互拡散が生じているかを調べた。【００３８】
図３及び図４には、露出した半導体層表面における、代表的な光学顕微鏡写真を示す。図３は相互拡散が全く認められない半導体層表面であり（評価結果：○）、図４は相互拡散の痕跡（写真中の黒点）が認められたものである（評価結果：×）。尚、図３及び図４については、相互拡散の有無を判断した際に参考としたイメージであり、本実施例の観察結果を示したものでない。【００３９】
表１〜表３に上記特性評価結果を示す。試料Ｎｏ．１−１から１−３は、Ｓｉ半導体層に窒素を含有した場合で、試料Ｎｏ．１−４〜１−７はＳｉ半導体層に窒素を含有していない場合である。また、表１はＳｉ半導体層の窒素含有量が４×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の場合、表２は１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の場合、表３は１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の場合の結果を示している。ここでの窒素含有量は、平均値である。【００４０】
尚、Ｓｉ半導体層の窒素含有量は、４×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上の場合、二次イオン質量分析装置(Ｄｙｎａｍｉｃ  ＳＩＭＳ)により測定した。二次イオン質量分析装置(Ｄｙｎａｍｉｃ  ＳＩＭＳ)により、半導体層中の窒素を測定すると、図５に示すような分析結果が得られる。図５では、窒素を含有させたｎ＋−Ｓｉにより形成された半導体層（ソース或いはドレイン）を二次イオン質量分析装置により深さ方向へ、窒素を分析した測定結果の一例を示している。図５に示すように、半導体層のＳｉの一部に窒素が含有されている場合、窒素が含有したＳｉ半導体層の部分において、窒素が含有されている部分の厚みに相当する部分で窒素が検出される。そして、その窒素含有量（濃度）は、図５のような台形状のピークの上底部分に該当する測定値の平均値により、特定している。【００４１】
また、窒素含有量が１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の場合は、二次イオン質量分析装置の検出限界以下となるので、Ｘ線光電子分光分析装置（ＸＰＳ）によりＳｉ半導体層の深さ方向に５０〜１００Å程度スパッタを行い、その後、そのスパッタ部分をＸ線光電子分光分析装置（ＸＰＳ）により測定し、窒素含有量が既知のサンプル測定の結果より得られた窒素検出ピークの積分強度と比較して、その窒素含有量を算出した。尚、この窒素含有量の測定は、二次イオン質量分析装置、Ｘ線光電子分光分析装置のどちらでも測定可能であるが、二次イオン質量分析装置の検出限界付近の含有量の場合、その測定値の信頼性の観点からＸ線光電子分光分析装置による測定を行う場合がある。
【００４２】
【表１】
2008018478.tif 000003
【００４３】
【表２】
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【００４４】
【表３】
2008018478.tif 000005
【００４５】
表１〜表３の結果より、ｎ＋−Ｓｉ半導体層に窒素を含有させた場合には、２５０℃以上の熱履歴が加わっても、接合界面の反応が抑制されていることが判明した。また、表２に示すように窒素含有量が１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３となると、表１の結果に比べ拡散耐熱性が１０〜２０℃低くなる傾向が確認された。一方、表３に示すように窒素含有量が１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３となると、表２の結果に比べ拡散耐熱性が４０〜５０℃高くなる傾向が確認された。さらに、窒素含有量が１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３を超えると、素子のスイッチング特性であるｏｎ／ｏｆｆ比を６桁取れなくなる傾向となる。例えば、ｏｎ電流１０−４Ａ、ｏｆｆ電流１０−１０Ａのときのｏｎ／ｏｆｆ比は６桁となるが、このようなｏｎ／ｏｆｆ比を維持できなくなるため、窒素含有量は１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下にすることが実用的であると考えられる。
【実施例２】
【００４６】
次に、この実施例２では、各種組成のＡｌ系合金と窒素含有量を変化させたＳｉ半導体層とに関し、Ｓｉ拡散耐熱性と素子のスイッチング特性（ｏｎ／ｏｆｆ比）について詳細に調査した結果を説明する。【００４７】
この実施例２で評価したＡｌ系合金は、表４及び表５に示す試料Ｎｏ．２−１〜試料Ｎｏ．２−９の９種類である。【００４８】
そして、この実施例２では、上記実施例１で説明した方法と同様にして、半導体層の窒素含有量が異なる６種類サンプルについて評価を行った。また、半導体層のＳｉについては、Ｐ（リン）が２×１０１８〜５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度含有された、高ドープｎ＋−Ｓｉとした。【００４９】
スイッチング特性：素子のスイッチング特性としては、ｏｎ／ｏｆｆ比を測定することによって行った。評価サンプルは、次の手順に従って作製した。【００５０】
まず、ガラス基板（コーニング社製：＃１７３７）上に、各組成のＡｌ系合金ターゲットを用い、厚み３０００ÅのＡｌ系合金膜を形成した。スパッタリング条件は、基板加熱温度１００℃、ＤＣＰｏｗｅｒ１０００Ｗ（３．１Ｗ／ｃｍ２）、アルゴンガス流量１００ｓｃｃｍ、アルゴン圧力０．５Ｐａで行った。続いて、フォトリソグラフィによりＡｌ系合金膜をエッチングして、ゲート配線幅５０μｍを形成し、ゲート電極幅１５μｍを形成した（図６参照）。フォトリソグラフィ条件は、Ａｌ系合金膜表面にレジスト（ＴＦＲ−９７０：東京応化工業（株）社製／塗布条件：スピンコーター３０００ｒｐｍ、ベーキング後レジスト厚１μｍ目標）を被覆し、プリベーキング処理（１１０℃、１．５分間）を行い、所定のパターンフィルムを配置して露光処理（マスクアナイラー  ＭＡ−２０：ミカサ（株）社製／露光条件１５ｍＪ／ｃｍ２）を行った。続いて、濃度２．３８％、液温２３℃のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドを含むアルカリ現像液（以下、ＴＭＡＨ現像液と略す）で現像処理をし、現像処理後、ホットプレートによりポストベーキング処理（１１０℃、３分間）を行い、リン酸系混酸エッチング液（関東化学（株）社製／組成  リン酸：硝酸：酢酸：水＝１６：１：２：１（容量比））により回路形成を行った。このような条件で回路形成を行うことで、回路のテーパー角が４５°となるように制御した。【００５１】
エッチング処理後、剥離液（ＳＴ１０６：東京応化工業（株）社製）によりレジストの除去を行い、ゲート配線回路の形成後、ＲＦスパッタリングにより、絶縁層となるＳｉＮｘを厚さ２２００Å成膜した。成膜条件は、基板加熱温度３５０℃、ＲＦ  Ｐｏｗｅｒ１０００Ｗ（３．１Ｗ／ｃｍ２）、アルゴンガス流量９０ｓｃｃｍ、窒素ガス流量１０ｓｃｃｍ、圧力０．５Ｐａとした。さらに、この絶縁層の上に、ＣＶＤにより、アモルファスのｉ−Ｓｉ、リンドープのｎ＋−Ｓｉを随時成膜した。ｉ−Ｓｉ（ノンドープＳｉ膜）の成膜条件は、基板加熱温度３００℃、ＲＦ  Ｐｏｗｅｒ１００Ｗ（０．３１Ｗ／ｃｍ２）、ＳｉＨ４流量（１０％アルゴンガス希釈）３００ｓｃｃｍで、厚み２０００Åとした。窒素添加ｎ＋−Ｓｉ（Ｐ（リン）ドープ膜）の成膜条件は、基板加熱温度２００℃、ＲＦ  Ｐｏｗｅｒ１００Ｗ（０．３１Ｗ／ｃｍ２）、ＳｉＨ４流量（８％アルゴンガス希釈）３００ｓｃｃｍで、リン（Ｐ）成分含有ガス流量（８％アルゴンガス希釈）５０ｓｃｃｍに対して、窒素ガス流量（０ｓｃｃｍ、１ｓｃｃｍ、１０ｓｃｃｍ、２０ｓｃｃｍ、４０ｓｃｃｍ、１００ｓｃｃｍ、）を変化させて、厚み５００Åの窒素含有したｎ＋−Ｓｉ層を形成した。各窒素ガス流量で形成したｎ＋−Ｓｉ層の窒素含有量については、上記実施例１で示した測定方法に分析を行った。【００５２】
その後、ｎ＋−Ｓｉ層上に、始めにガラス基板上に成膜したものと同じ組成のＡｌ系合金膜を厚み２０００Å成膜した。成膜条件は、上記ゲート配線と同条件で行った。【００５３】
そして、フォトリソグラフィによりソース配線、ドレイン配線、及び電極を形成した。このフォトリソグラフィ条件は、上記ゲート配線と同じである。この時、Ａｌ系合金膜のエッチング後は、ｎ＋−Ｓｉ層のドライエッチングを行った。ドライエッチング条件は、ＲＦ
Ｐｏｗｅｒ５０Ｗ、ＳＦ６ガス流量３０ｓｃｃｍ、圧力１０Ｐａで行った。その後、剥離液（ＳＴ１０６：東京応化工業（株）社製）によりレジストの除去を行った。【００５４】
次に、パシベーションとなるＳｉＮｘ絶縁膜を２５００Å厚さ成膜し、ゲート、ソース、ドレインの各電極部分のみ、ドライエッチングにより露出させた。ドライエッチング条件は、ＲＦ  Ｐｏｗｅｒ１００Ｗ、ＳＦ６ガス流量３０ｓｃｃｍ、Ｏ２ガス流量５ｓｃｃｍ、圧力１０Ｐａで行った。上記条件により、チャネル幅２５μｍ、チャネル長５μｍのトランジスタを形成した（図６参照）。【００５５】
以上のようにして作成した評価サンプルについて、３端子法により素子のスイッチング特性のｏｎ／ｏｆｆ比を測定した。測定機はアジレント・テクノロジー社製のＢ１５００Ａ装置を用い、Ｖｇ−Ｉｄ測定を行った。そして、Ｖｇ＝−１０Ｖ、＋２０ＶでのＩｄ値からｏｎ／ｏｆｆ比を計算した。【００５６】
尚、Ｓｉ拡散耐熱性については、実施例１で説明した方法と同様にして行った。表４及び表５には、各組成のＡｌ系合金と窒素含有量を変化させたＳｉ半導体層における、Ｓｉ拡散耐熱性評価（表４）及びｏｎ／ｏｆｆ比測定の結果（表５）を示す。【００５７】
【表４】
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【００５８】
【表５】
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【００５９】
表４及び表５の結果より、Ｓｉ半導体層の窒素含有量が大きくなると、Ｓｉ拡散耐熱性が高くなる傾向があり、ｏｎ／ｏｆｆ比も５桁（ｏｎ／ｏｆｆ比が１０５台の値になること）となる傾向が認められた。特に、窒素含有量が１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３オーダーから１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３オーダーであると、純Ａｌを除き、ｏｎ／ｏｆｆ比も５桁以上となり、Ｓｉ拡散耐熱性も２８０℃以上になることが判明した。しかし、窒素含有量が１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３オーダーになると、ｏｎ／ｏｆｆ比が４桁となった。この表４及び表５の結果より、Ｓｉ半導体層の窒素含有量は１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３オーダーから１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３オーダーであることが望ましい。また、Ａｌ−５．０ａｔ％Ｎｉ−０．４ａｔ％Ｂ合金（試料Ｎｏ．２−３）、Ａｌ−３．０ａｔ％Ｎｉ−０．４ａｔ％Ｂ合金（試料Ｎｏ．２−６）、Ａｌ−３．２ａｔ％Ｎｉ−０．２ａｔ％Ｂ合金（試料Ｎｏ．２−７）、Ａｌ−２．０ａｔ％Ｎｉ−０．４ａｔ％Ｂ合金（試料Ｎｏ．２−８）の結果より、１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３オーダー或いは１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３オーダーにおいて、６桁のｏｎ／ｏｆｆ比が実現できることが確認された。表１〜表５に示した結果より総合的に判断すると、Ｓｉ半導体層の窒素含有量は１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３オーダーから１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３オーダーであることが実用上望ましいものと考えられた。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明によれば、キャップ層を省略して、ｎ＋−Ｓｉなどの半導体層とＡｌ系合金層を直接接合させても、ＡｌとＳｉとの相互拡散が防止でき、オーミック特性を維持することが可能であり、Ａｌ系合金層自体の低抵抗特性を備えた素子を実現できる。
【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図６】
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【図３】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年11月27日(2007.11.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体層と、該半導体層に直接接合されるＡｌ系合金層と、を備えた素子の接合構造において、
Ａｌ系合金層と直接接合される半導体層は、窒素を含有するＳｉであり、Ｓｉの窒素含有量が１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〜５×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であることを特徴とする素子の接合構造。
【請求項２】
Ａｌ系合金は、Ｎｉを０．５ａｔ％〜１０．０ａｔ％含有する請求項１に記載の素子の接合構造。
【請求項３】
Ａｌ系合金は、ホウ素を０．１ａｔ％〜０．８ａｔ％含有する請求項２に記載の素子の接合構造。
【請求項４】
Ｓｉの窒素含有量が１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〜１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３である請求項１〜３いずれかに記載の素子の接合構造。
【請求項５】
半導体層は、Ａｌ系合金層と直接接合される表面側から１００Å以上の深さが、窒素を含有したＳｉからなる請求項１〜請求項４いずれかに記載の素子の接合構造。
【請求項６】
半導体層は、アモルファスのｎ＋−Ｓｉまたはｐ＋−Ｓｉからなる請求項１〜請求項５いずれかに記載の素子の接合構造。
【請求項７】
半導体層は、リン、ホウ素、アンチモンから選択されるドーパントを、５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〜５×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３含有する請求項６に記載の素子の接合構造。
【請求項８】
請求項１〜請求項７いずれかに記載の素子の接合構造を備える素子より形成された薄膜トランジスタ。
【請求項９】
半導体層と、該半導体層に直接接合されるＡｌ系合金層と、を備えた素子の接合構造を形成する素子の形成方法において、
化学気相蒸着法により半導体層となるＳｉを成膜する際の成膜雰囲気に、Ｎ２、ＮＨ３、ＮＯＸの少なくともいずれかを含むガスを導入して成膜することを特徴とする素子の形成方法。
【請求項１０】
Ｎ２を含むガスを導入して半導体層となるＳｉを成膜する際に、窒素分圧比を０．００１％〜２０％として成膜を開始する請求項９に記載の素子の形成方法。
【請求項１１】
Ｎ２を含むガスを導入して半導体層となるＳｉを成膜する際に、窒素分圧比を０．００１％〜２０％に成膜途中から調整する請求項９に記載の素子の形成方法。
【請求項１２】
半導体層と、該半導体層に直接接合されるＡｌ系合金層と、を備えた素子の接合構造を形成する素子の形成方法において、
半導体層となるＳｉを成膜した後に、窒素雰囲気中２００℃〜５００℃の熱処理を行うことを特徴とする素子の形成方法。
【請求項１３】
請求項２記載の素子の接合構造を形成するためのスパッタリングターゲットであって、
Ｎｉを０．５ａｔ％〜１０．０ａｔ％含有するＡｌ系合金スパッタリングターゲット。
【国際調査報告】
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