(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基板、石英基板もしくは酸化珪素膜の表面に、ＳｉＯ2 中にＳｉＮｘ結合を１０％以上含む窒化珪素変質層を介して被着した銅薄膜を有することを特徴とする銅配線基板。
【請求項２】
クリーニング室とスパッタ成膜室とを有する成膜装置を使用して、該クリーニング室内に窒素ガス単体もしくは窒素とアルゴンの混合ガスを導入してガラス基板、石英基板もしくは酸化珪素膜の表面に対して窒素プラズマ照射を施すとともに、逆スパッタクリーニングを施し、次いでスパッタ成膜室内でアルゴンガスを使用してスパッタ法に依り銅薄膜を成膜することを特徴とする銅配線基板の製造方法。
【請求項３】
スパッタ成膜室内に窒素ガス単体もしくは窒素とアルゴンの混合ガスを導入してガラス基板、石英基板もしくは酸化珪素膜の表面に対して窒素プラズマを照射し、次いでスパッタ成膜室内でアルゴンガスを使用してスパッタ法に依り銅薄膜を成膜することを特徴とする銅配線基板の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の銅配線基板の製造方法において、少なくとも前記窒素プラズマ照射時に、前記銅薄膜が成膜されるべき基板を載置した基板側電極にのみ高周波電流を印加することを特徴とする銅配線基板の製造方法。
【請求項５】
ガラス基板、石英基板もしくは酸化珪素膜表面に、窒素プラズマを照射しつつ、同時にスパッタ法に依り銅薄膜を成膜することを特徴とする銅配線基板の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の銅配線基板の製造方法において、銅薄膜の成膜開始初期にはスパッタ成膜室内に窒素ガス単体もしくは窒素とアルゴンの混合ガスを導入してガラス基板、石英基板もしくは酸化珪素膜の表面に対して前記窒素プラズマを照射しつつ銅薄膜をスパッタ成膜し、次いで銅薄膜の成膜の後期には前記スパッタ成膜室内にアルゴン単独ガスを導入して銅薄膜をスパッタ成膜することを特徴とする銅配線基板の製造方法。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載の銅配線基板の製造方法において、少なくとも前記窒素プラズマ照射時に、ターゲット電極及び前記銅薄膜が成膜されるべき基板が載置された基板電極の双方に高周波電流を印加することを特徴とする銅配線基板の製造方法。
【請求項８】
請求項５または請求項６に記載の銅配線基板の製造方法において、少なくとも前記窒素プラズマ照射時に、ターゲット電極に直流電流を、基板電極に高周波電流を印加することを特徴とする銅配線基板の製造方法。
【請求項９】
請求項７に記載の銅配線基板の製造方法において、少なくとも前記窒素プラズマ照射時に、ターゲット電極に１３．５ＭＨｚ以上の周波数を有する高周波電流を印加することを特徴とする銅配線基板の製造方法。
【請求項１０】
請求項７に記載の銅配線基板の製造方法において、前記ターゲット電極に印加する高周波電流が前記基板電極に印加する高周波電流の周波数より高い周波数を有することを特徴とする銅配線基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子素子用基板とその製造方法にかかわり、特に低抵抗の銅を電極材料や配線材料に使用した銅配線基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パーソナルコンピューターの表示装置等に液晶表示装置が多用されている。液晶表示装置は一対の基板間に液晶を封入し、基板に液晶駆動用回路やバックライト、カラーフィルター等の付帯要素を装着することによって構成されている。液晶表示装置では多数の画素を使用して任意の文字や図形を高精度で表示できるアクティブマトリクス方式が利用されている。アクティブマトリクス方式の液晶駆動用回路の一例としては、薄膜トランジスタ（ Thin Film Transistor：ＴＦＴ ）方式が知られている。
図１２と図１３は一般的なボトムゲート型の薄膜トランジスタ基板４０の一構造例を示す図である。図１２は平面図を示し、図１３は図１２の線Ａ−Ａに沿った断面図である。図に示すように透明で絶縁性の基板１の上にゲート配線３とソース配線４がマトリックス状に配線されている。このゲート配線３とソース配線４に囲まれた領域が画素８１である。各画素８１には薄膜トランジスタ８０が設けられている。
【０００３】
薄膜トランジスタ８０はＡｌ、Ｃｒ、Ｔａあるいはこれらの合金などの導電材料からなるゲート配線３とこのゲート配線３から引き出して設けたゲート電極５上にゲート絶縁膜８９を設け、このゲート絶縁膜８９の上にアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）からなる半導体能動膜９０をゲート電極５に対向させて設け、半導体能動膜９０の両側の上部側には、リンなどのドナーとなる不純物を高濃度にドープしたアモルファスシリコンなどから成るオーミックコンタクト膜９３ａ,９３ｂが載置されている。さらにゲート絶縁膜８９の上部には、オーミックコンタクト膜９３ａ,９３ｂの上に一部重なるようにしてＡｌ、Ｃｒ、Ｔａあるいはこれらの合金などの導電材料からなるソース電極６とドレイン電極７とを相互に対向させて設けている。また、ドレイン電極７の一端にはコンタクトホール９９が設けられ、インジウム錫酸化物（ Indium Tin Oxide：ＩＴＯ ）等からなる透明な画素電極８と接続されている。
【０００４】
そしてこれらゲート絶縁膜８９、ソース電極６とドレイン電極７及び画素電極８などの上に、パッシベーション膜９６が設けられている。パッシベーション膜９６の上には配向膜（図示せず）が形成され、この配向膜に接して液晶が封入されてアクティブマトリクス液晶装置が構成されている。画素電極８を通して液晶分子に電界を印加することによって液晶分子の配向制御を行うようになっている。
【０００５】
図１２と図１３に示した薄膜トランジスタ基板を製造する方法としては、アルミニウム、クロム、タンタル等の導電性金属から成るターゲットを使用し、該ターゲットに直流電圧を印加するスパッタ法などの薄膜形成手段を用いて、ガラス等の透明絶縁性の基板１の上にアルミニウム、クロム、タンタル等の導電性金属薄膜を形成する。次いで、フォトリソグラフィー法により基板１上のゲート電極形成以外の場所の導電性金属薄膜を除去してゲート電極５を形成した後、ＣＶＤ法等の薄膜形成手段を利用してＳｉＯ2 やＳｉＮx から成るゲート絶縁膜８９、半導体能動膜９０を形成する。次いで、これらの上に前述のスパッタ法、フォトリソグラフィー法によりオーミックコンタクト膜９３ａ,９３ｂソース電極６とドレイン電極７を形成し、次いで形成したソース電極６とドレイン電極７にマスクをしてオーミックコンタクト膜の一部を除去して、オーミックコンタクト膜を分割した後、ＣＶＤ法等により、パッシベイション膜９６を形成して薄膜トランジスタ基板４０が得られる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年液晶表示装置の動作の高速化が要求されるようになり、ゲート配線、ソース配線、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極などの導電部の配線材料での信号伝達の遅延が問題になってきた。この問題を解決する手段として、従来配線材料として使用されてきたアルミニウム、クロム、タンタル等の導電性金属よりも低抵抗で、安価な金属である銅（Ｃｕ）を利用することが提案されている。
図１２と図１３に示すような構造の薄膜トランジスタ基板の導電体として銅を使用すると、基板と導電体である銅との界面あるいは酸化珪素絶縁膜と導電体である銅との界面の接着力が弱く、薄膜トランジスタ基板を製造する工程中などで導電体が剥がれるという現象が発生する。
【０００７】
基板と銅との接合面あるいは絶縁膜と銅との接合面の接着力を増加させて導電体の剥離を防止する対策としては、銅薄膜を成膜後にアニールを施して密着性を改善する手段や、図１４に示すようにたとえば酸化珪素からなるゲート絶縁膜あるいはガラス製の基板１と導電体となる銅配線２との間にクロム、アルミニウムなどの基板や絶縁膜及び銅の双方に対して密着性の良い金属から成るバリアメタル層９を形成し、このバリアメタル層９と銅配線２との２層構造とする手段がとられている。
【０００８】
しかしながら銅薄膜を成膜後にアニールを施す方法では、満足のいく接合強度が得られない。また、密着性の良い金属から成るバリアメタル層と銅との２層構造を形成する方法では、成膜工程が増加し生産効率の低下につながり、後に続くエッチング工程でレジストの選択やエッチャントの選択といった煩雑な作業が必要となる。レジストの選択やエッチャントの選択を誤ると、クロム、アルミニウムよりも銅が優先的にエッチングされてしまい、図１４に２ｂとして示したように線細りや銅膜の消失といった現象が起こる。
本発明の目的は、絶縁基板や絶縁膜上に密着性に優れた銅薄膜を有する銅配線基板を提供することである。さらにこのような密着性に優れた銅薄膜を、簡便な方法で確実に形成できる方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明ではガラス基板、石英基板もしくは酸化珪素薄膜表面に、窒化珪素変質層を介して銅薄膜を被着させた銅配線基とした。窒化珪素変質層とは、ＳｉＯ2 結合とＳｉＮｘ結合が混在したものであり、ＳｉＯ2 結合中にＳｉＮｘ結合を１０％以上含む部分が存在するものである。このような窒化珪素変質層を設けることにより、ガラス基板、石英基板もしくは酸化珪素膜表面に銅薄膜を強固に付着させることができる。
また、本発明の銅配線基板の製造方法は、銅薄膜の成膜前もしくは銅薄膜の成膜と同時に、ガラス基板、石英基板又は酸化珪素膜表面に窒素プラズマを照射して、ガラス基板、石英基板又は酸化珪素膜表面のＳｉＯ2 結合中にＳｉＮｘ結合を形成させて変質させる手段を採用した。
窒素プラズマを照射する手段としてはプラズマ成膜設備に付随するクリーニング室を利用する方法と、プラズマ成膜設備のプラズマ成膜室を利用する方法がある。また、窒素プラズマを照射する方法としては、銅薄膜成膜に先立ってあらかじめガラス基板、石英基板又は酸化珪素膜表面に窒素プラズマを照射して、窒化珪素変質層を形成した後銅薄膜を成膜する方法と、ガラス基板、石英基板又は酸化珪素膜表面に窒素プラズマを照射しながら同時に銅薄膜を成膜し、珪素変質層及び銅薄膜の一部を形成し、しかる後銅薄膜の残部を形成する方法がある。
ガラス基板、石英基板又は酸化珪素膜表面に窒素プラズマを照射することにより、表面から約１００オングストロームの深さにまで窒素原子が侵入してＳｉＮｘ結合を形成する。本発明の方法によれば特別な工程を増やすことなく、一連の銅薄膜の成膜工程内で簡単に実施することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
先ず、本発明の対象となるのはガラス基板、石英基板もしくは酸化珪素膜等ＳｉＯ2 を主成分とするものである。具体的には液晶表示装置で使用する透明な絶縁性のガラス基板や、液晶駆動回路に使用する酸化珪素質の絶縁膜等が挙げられる。これらＳｉＯ2 を主成分とする基材は銅との付着力が弱く、例えば銅薄膜を使用して回路基板を製造する場合に基板からの銅薄膜の剥離や線細りといった問題が発生する。
【００１１】
本発明の窒化珪素変質層とは、ＳｉＯ2 結合とＳｉＮｘ結合とが混在したものである。ＳｉＯ2 質基材の表面から窒素原子を侵入させて、ＳｉＯ2 結合中にＳｉＮｘゃＳｉＯＮ等のＳｉＮｘ結合を形成させたものである。ガラス基板、石英基板又は酸化珪素膜等の母材表面から内部にいくに従ってＳｉＮｘ結合の割合は徐々に低下していき、やがては母材そのものとなる。窒化珪素変質層と母材との境界は明瞭なものではない。
図１は本発明の銅配線基板の断面構造の一例を示す図である。
図１において１はガラス等の透明で絶縁性の基板である。基板１はガラス基板の代わりに石英基板もしくは酸化珪素膜であっても良い。基板１の表面の銅配線２はスパッタにより形成されている。この銅配線２は例えば薄膜トランジスタにおいてゲート線、ソース・ドレイン線や、ゲート電極、ソース・ドレイン電極等を構成するものである。本発明の銅配線基板では、基板１の銅配線２が接する表面部分は窒化珪素変質層１ａとなっている。基板１の表面部分のみ窒素原子を含む窒化珪素変質層１ａとなっており、大部分は基板そのものである。
【００１２】
上記のような窒化珪素変質層を有する銅配線基板を得るには、基板表面に窒素プラズマを照射することにより得られる。例えばガラス基板をプラズマ処理装置のクリーニング室にセットし、窒素雰囲気中で基板側に１３．５６ＭＨｚの高周波電流を印加して窒素プラズマを形成し、逆スパッタ洗浄した基板の表面をＥＳＣＡ（ Electron spectroscopy for chemical analysis ） で観察した結果を図２に示す。図２から明らかなとおり、表面から約７オングストローム程度までは表面に付着した有機物と思われる炭素と窒素のプロファイルが認められる。表面から約１４オングストロームの深さでは、酸素濃度は約６０％、窒素濃度は約１０％と認められる。その他の元素としては酸素と珪素が認められる。以上の結果からこの深さにおけるＳｉＯ2 結合の割合は約８６％（６０／（６０＋１０）=０．８５７ ）、ＳｉＮｘ結合の割合は約１４％（１０／（６０＋１０）=０．１４３ ）と推計できる。窒素濃度は深さが増すにつれて徐々に低下していくが、１１２オングストロームの深さでもなお数％の窒素濃度が認められる。このような窒化珪素変質層を設けることにより、ガラス基板と銅薄膜の付着力は格段に向上する。付着力が向上するためには、ＳｉＮｘ結合の割合が６％以上の部分が５０オングストローム以上あれば十分である。より好ましくは、ＳｉＮｘ結合の割合が１０％以上の部分が５０オングストローム以上あればよい。
【００１３】
上記のような窒素プラズマ処理を施したガラス基板の表面に、直流スパッタにより厚さ約２０００オングストロームの銅薄膜を形成した。このガラス基板と銅薄膜との界面付近をＥＳＣＡで観察した結果を図３に示す。図３から基板表面から約１９７５オングストロームまでは銅のプロファイルのみであるが、約１９７５オングストロームを境に銅のプロファイルは下降し、基板の構成元素である酸素と珪素が増加してくる。同時に窒素原子も増加し、約２２２５オングストロームの深さまで存在しているのが認められる。
この基板の銅薄膜は強固な接着強度を有しており、たとえば銅薄膜表面に粘着テープを貼り付け、強く引っ張っても剥がれることはない。
【００１４】
これに対して、窒素プラズマ処理を施さないガラス基板の表面状態をＥＳＣＡで観察した結果を図４及び図５に示す。図４は何も処理をしないガラス基板の表面のＥＳＣＡ観察結果である。図４に示すとおり、極表面に付着カーボンと思われる炭素のプロファイルが認められる以外は、全域にわたって酸素と珪素のプロファイルが続いている。このガラス基板の表面にスパッタにより厚さ約２０００オングストロームの銅薄膜を形成して、基板と銅薄膜の界面付近をＥＳＣＡで観察した結果が図５である。図５に示すとおり、深さ約１９７５オングストロームの位置を境に、銅が減って酸素と珪素が増加している。
この基板の銅薄膜の接着強度は弱く、粘着テープを貼り付けて引っ張ると簡単に基板から剥離してしまう。
【００１５】
次に、銅薄膜を成膜するに先立ってアルゴン雰囲気中で逆スパッタ処理によるクリーニングを施した場合の基板表面の例を図６に示す。図６はアルゴン逆スパッタによるクリーニング処理を施したガラス基板表面のＥＳＣＡ観察結果である。図４と同様に極表面に付着カーボンと思われる炭素のプロファイルが認められる以外は、全域にわたって酸素と珪素のプロファイルが続いている。このガラス基板の表面にスパッタにより厚さ約２０００オングストロームの銅薄膜を形成し、基板と銅薄膜の界面付近をＥＳＣＡで観察した結果が図７である。図４と同様に、深さ約２０００オングストロームの位置を境に、銅が減って酸素と珪素が増加している。
この基板の銅薄膜の接着強度も弱く、粘着テープを貼り付けて引っ張ると簡単に基板から剥離してしまう。
【００１６】
以下本発明の銅配線基板の製造方法を実施の形態に基づき説明する。
（第１実施形態）
プラズマ成膜設備にクリーニング室が付随する場合には、クリーニング室を利用して窒素プラズマ処理を行うことができる。逆スパッタクリーニング処理する際に、クリーニング室内にアルゴンガスに代えて窒素ガスを導入して窒素プラズマを形成して処理をすれば、クリーニング処理と同時に表面から窒素原子が侵入し母材の変質が起こる。
図８はクリーニング室を備えたプラズマ成膜設備の概略構成を説明する図である。図８においてローディング室１０とクリーニング室１１とスパッタ成膜室１２がゲートバルブ１３、１４を介して接続されている。これら各室は図示しない排気ユニット及びガス供給機構によって、室内の雰囲気及び圧力が任意に調整可能なように構成されている。
ローディング室１０はクリーニング室１１で処理すべき基板１をクリーニング室１１内に装着するための設備である。ローディング室１０内には図示しないリンク式の搬送機構が設けられ、必要に応じて処理すべき基板１をゲートバルブ１３を開いてクリーニング室１１内に搬送して、クリーニング室１１内の基板電極１５に装着できるように構成されている。通常、クリーニング室１１ではアルゴン雰囲気中で基板電極１５に直流電流又は高周波電流を印加し、基板１の表面をスパッタして付着物を除去してクリーニングを行っている。クリーニングが完了した基板１はゲートバルブ１４を通してスパッタ成膜室１２に送られる。
スパッタ成膜室１２には基板電極１７とターゲット電極１８が対向して配置され、基板電極１７には金属薄膜を形成すべき基板１が装着され、ターゲット電極１８にはアルミニウム、クロム、タンタル、銅等の目的とする成膜すべき金属のターゲット１９が装着される。通常、スパッタ成膜室１２ではアルゴン雰囲気下でターゲット電極１８に直流電流を印加し、ターゲット１９をスパッタしてターゲットの分子を基板上に被着させている。
【００１７】
上記のようなクリーニング室を備えた成膜装置では、クリーニング室で行う逆スパッタクリーニング処理を、アルゴン雰囲気に代えて窒素雰囲気で行うことにより、クリーニング処理と窒素プラズマ照射処理が同時に行われ、基板表面に本発明の窒化珪素変質層を形成することができる。窒素雰囲気にするには窒素ガス単体でも良いし、窒素とアルゴンの混合ガスを用いても良い。
窒素プラズマ照射を終えた基板１は、スパッタ成膜室１２に送られて銅薄膜のスパッタ成膜処理が施される。
【００１８】
本実施形態における銅配線基板の製造方法の一例を以下に示す。
先ず、クリーニング室１１の基板電極１５にガラス製の基板１をセットする。クリーニング室１１内に窒素ガスを導入し、基板電極１５に１３．５６ＭＨｚの高周波電流を印加し、窒素プラズマ照射処理をする。次いで、基板１を真空中でスパッタ成膜室１２に搬送して基板電極１７にセットする。次いで、スパッタ成膜室１２にアルゴンガスを導入し、ターゲット電極１８に銅ターゲットをセットし、ターゲット電極１８に例えば直流電流を印加して、直流スパッタにより厚さ約２０００オングストロームの銅薄膜を形成する。
【００１９】
このようにして形成した銅配線基板の表面をＥＳＣＡで観察したところ、表面から約２０００オングストロームまでは銅のプロファイルのみが認められた。１９００オングストロームより深くなると銅のプロファイルは急激に減少し、酸素と珪素のプロファイルが増してきている。同時に窒素のプロファイルも現れ、深さが増すに従って徐々に減少している。表面から深さ２０００オングストロームの位置での窒素濃度は約８％、酸素濃度は約５０％と認められ、この位置でのＳｉＮｘ結合の割合は、約１４％となる。また、表面から深さ２１００オングストロームの位置においても窒素濃度は約６％、酸素濃度は約６０％と認められ、この位置でのＳｉＮｘ結合の割合は、なお約９％存在している。
【００２０】
この銅配線の表面に粘着テープを貼り、基板から粘着テープを強く剥がす試験をしたところ、１０サンプル中銅箔膜が剥離したものは１点も認められなかった。
これに対して従来の何も処理をしない基板に形成した銅薄膜は、１０サンプル中全部の銅箔膜が隔離した。また、アルゴンプラズマの照射処理を施した基板に形成した銅薄膜は、１０サンプル中３サンプルの銅箔膜が隔離した。
【００２１】
（第２実施形態）
成膜装置にクリーニング室が備わっていない場合には、成膜室を使用して窒素プラズマ照射処理を施すことができる。
図９は、本発明の方法に使用するスパッタ成膜室の一例を説明する概略図である。スパッタ成膜室２２は、図９に示すようにその上部に第１の電極としてターゲット電極１８が設けられ、ターゲット電極１８の下面にはにはターゲット１９が静電チャック等の通常の手段を用いて脱着自在に装着してある。スパッタ成膜室２２の下部には第２の電極として基板電極１７が設けられ、基板電極１７の上面にはガラス又は石英製の基板１が脱着自在に装着してある。
上記ターゲット１９となる材料としては、薄膜トランジスタのゲート電極、ソース電極、ドレイン電極を形成する場合、アルミニウム、クロム、タンタル、チタン、モリブデン等から選ばれた金属の他、本発明では銅が用いられる。また、薄膜トランジスタのａ−Ｓｉ：ｎ+ を形成する場合には、リンドープのシリコンが用いられる。上記基板１としてはガラス基板又は石英基板を好適に用いることができる。あるいは表面に酸化珪素薄膜が形成されているものであっても良い。
【００２２】
本実施形態のスパッタ成膜室２２が前述のスパッタ成膜室１２と異なる点は、基板電極１７及びターゲット電極１８の双方に電流を印加できるように構成した点である。処理の目的に応じて双方の電極に印加する電流、電圧、電力、周波数等を独立して調整できるようにしてある。
すなわち、上記第１のターゲット電極１８には第１の高周波電源２５を接続するとともに、ターゲット電極１８と第１の高周波電源２５との間には、整合回路２５ａが組み込まれ、高周波回路の反射波を打ち消す作用を奏する。また、上記第１のターゲット電極１８にはインピーダンス調整用のローパスフイルタ２７を介して直流電源２８が接続してある。このローパスフイルタ２７は直流電源２８に高周波電流がかからないように、回路のインピーダンスを無限大に調整するものである。
一方、上記第２の基板電極１７にも第２の高周波電源３５を接続するとともに、基板電極１７と第２の高周波電源３５との間にも上記整合回路２５ａと同様の作用を奏する整合回路３５ａを組み込んである。
なお、上記スパッタ成膜室２２には真空引き用またはガス排気用の排気設備６０ａやスパッタ成膜室２２内へのガス供給設備６０ｂ等が付属しているが、図９ではこれらを簡略化して示した。
【００２３】
上記のように構成したスパッタ成膜室２２を使用して、窒素雰囲気中で基板電極側に電流を印加すれば窒素プラズマ照射処理を行うことができ、アルゴン雰囲気中でターゲット電極側に電流を印加すればスパッタ成膜処理を行うことができる。
【００２４】
本実施形態における銅配線基板の製造方法の一例を以下に示す。
先ず、スパッタ成膜室２２の基板電極１７にガラス基板１をセットする。スパッタ成膜室２２内に窒素ガスを導入し、基板電極１７に例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電流を印加し、窒素プラズマ照射処理をする。次いで、スパッタ成膜室２２にアルゴンガスを導入して窒素雰囲気からアルゴン雰囲気に切り替えた後、ターゲット電極１８に銅ターゲットをセットし、ターゲット電極１８に直流電流を印加して、直流スパッタにより厚さ約２０００オングストロームの銅薄膜を形成する。
【００２５】
このようにして形成した銅配線基板の表面は、第１実施形態の場合と同様に、表面から深さ２１００オングストロームの位置においても窒素濃度は約７％、酸素濃度は約６０％と認められ、この位置でのＳｉＮｘ結合の割合は、なお約１０％存在している。また、第１実施形態の場合と同様の剥離テストにおいても１０サンプル中に銅薄膜の剥離は認められない。
【００２６】
（第３実施形態）
上記二つの実施形態では、窒素プラズマ照射処理を行った後に銅薄膜の成膜を行ったが、雰囲気ガスの切り代えと電流の印加の方法を選択することにより、窒素プラズマ照射処理と銅薄膜のスパッタ成膜の一部とを同時に行うことが可能である。この方法によれば薄膜トランジスタ形成時にゲート電極とソース・ドレイン電極の形成を銅電極を使用して行うことが可能となる。
【００２７】
先ず、スパッタ成膜室２２の基板電極１７にガラス製の基板１をセットする。スパッタ成膜室２２内に窒素ガスを導入し、ターゲット電極１８に４０ＭＨｚ以上の通常よりも周波数の高い高周波電流を印加する。ターゲット電極１８に印加する高周波電流の周波数が高くなると、ターゲットの自己バイアス電位が浅くなり、雰囲気中の重イオンがターゲットをたたく機会が少なくなり、ターゲットのスパッタは減少し、プラズマ状態が維持されて基板表面を照射することになる。その結果、ガラス基板１の表面には窒化珪素変質層が形成されるとともに、僅かではあるが銅薄膜も被着する。ターゲットの自己バイアス電位が浅くなり、窒素プラズマ照射効果が現れるのは周波数が概ね４０ＭＨｚ以上の高周波になったときである。従って、例えば４０ＭＨｚ程度の高周波電流を印加すればよい。
【００２８】
このようにして窒素プラズマ照射処理を施した後、スパッタ成膜室２２にアルゴンガスを導入し、アルゴン雰囲気に切り代えた後、通常の方法に従ってターゲット電極１８に銅ターゲットをセットし、ターゲット電極１８に直流電流を印加して、直流スパッタにより厚さ約２０００オングストロームの銅薄膜をスパッタ成膜する。このようにして形成した銅薄膜は、窒素プラズマ照射処理工程で生成した銅薄膜と一体化して強固なものとなる。
【００２９】
本実施形態における銅配線基板の製造方法の一例を以下に示す。
先ず、スパッタ成膜室２２の基板電極１７にガラス基板１をセットする。スパッタ成膜室２２内に窒素ガスを導入し、ターゲット電極１８に例えば４０ＭＨｚの高周波電流を印加し、窒素プラズマ照射処理をする。次いで、スパッタ成膜室２２にアルゴンガスを導入して窒素雰囲気からアルゴン雰囲気に切り替えた後、ターゲット電極１８に銅ターゲットをセットし、ターゲット電極１８に直流電流を印加して、直流スパッタにより厚さ約２０００オングストロームの銅薄膜を形成する。
【００３０】
このようにして形成した銅配線基板の表面は、第１実施形態の場合と同様に、表面から深さ２０００オングストロームの位置においても窒素濃度は約５％、酸素濃度は約５５％と認められ、この位置でのＳｉＮｘ結合の割合は、なお約８％存在している。また、第１実施形態の場合と同様の剥離テストにおいても１０サンプル中に銅薄膜の剥離は認められない。
【００３１】
（第４実施形態）
上記第３の実施態様では、ターゲット電極１８に接続する高周波電源２５として周波数の高いものを備えている必要がある。しかし、周波数のより高い電源を使用しなくても、ターゲット電極１８と基板電極１７の双方に電流を印加することにより、同様の窒素プラズマ照射効果を得ることができる。
すなわち、ターゲット電極１８に印加する電流が直流電流の場合には印加する電流の負荷を抑制した状態で銅ターゲットをスパッタし、基板電極１７にも高周波電流を印加して基板１の表面を窒素プラズマ照射処理する。この場合、ターゲット電極１８に印可する直流電流は微弱な電流とする。また、ターゲット電極１８に印加する電流が高周波電流の場合には、周波数を下げてターゲットのバイアス電位が浅くならないような状態で銅ターゲットをスパッタし、同時に基板電極１７にも高周波電極を印加して基板１の表面をプラズマ照射処理する。例えば、ターゲット電極１８には１３．５６ＭＨｚ、基板電極１７には１３．５６ＭＨｚ、２００Ｗ程度印加する。この方法はいわば逆スパッタクリーニングとスパッタ成膜とを同時進行させるものであるが、基板１の表面の窒化珪素変質層は確実に形成できる。
【００３２】
本実施形態における銅配線基板の製造方法の一例を以下に示す。
先ず、スパッタ成膜室２２の基板電極１７にガラス製の基板１をセットして、スパッタ成膜室２２内に窒素ガスを導入する。
ターゲット電極１８には銅ターゲットをセットし、ターゲット電極１８に例えば１００Ｗ程度の弱い直流電流あるいは１３．５６ＭＨｚ程度の低い周波数の高周波電流を印加して、銅薄膜をスパッタ成膜する。同時に基板電極１７にも１３．５６ＭＨｚ程度の高周波電流を印加する。
このようにターゲット電極１８及び基板電極１７の双方に電流を印加することにより、銅薄膜を実質的に成膜することなしに、窒素プラズマを照射することができる。
次いで、スパッタ成膜室２２にアルゴンガスを導入し、基板電極１７には負荷を印加せずに、ターゲット電極１８に直流電流を印加して通常の方法により厚さ約２０００オングストロームの残りの銅薄膜をスパッタ成膜する。
【００３３】
このようにして形成した銅配線基板の表面は、第１実施形態の場合と同様に、表面から深さ２１５０オングストロームの位置においても窒素濃度は約９％、酸素濃度は約６０％と認められ、この位置でのＳｉＮｘ結合の割合は、なお約１３％存在している。また、第１実施形態の場合と同様の剥離テストにおいても１０サンプル中に銅薄膜の剥離は認められない。
【００３４】
さらに、このようにして形成した銅配線基板の表面に、薄膜トランジスタを形成する例について説明する。
（４−１）銅薄膜を形成したガラス基板
図１０（Ａ）は、本実施形態により得られた透明ガラス製の基板１上に銅薄膜２０を形成した薄膜トランジスタ用の基板である。厚さ１１００ミクロンメーターの透明ガラス製の基板１の表面は窒化珪素変質層１ａとなっており、この窒化珪素変質層１ａを介して厚さ２０００オングストロームの銅薄膜２０が形成されている。
【００３５】
（４−２）ゲート電極のパターニング
銅薄膜２０の表面にレジストを塗布し、所定のゲート電極形状にパターン露光して、エッチングにより銅薄膜２０の不要部分を除去した後、レジストを剥離するパターニングを施して、図１０（Ｂ）に示すような所望の線幅のゲート電極５用の銅配線パターンを得る。
【００３６】
（４−３）ゲート絶縁膜の成膜
図９に示すプラズマ成膜装置のスパッタ成膜室２２内をＳｉＨ4 ＋ Ｏ2 混合ガス雰囲気とし、ターゲット電極１８にダミー電極を装着し、高周波電源２５からターゲット電極１８に２００ＭＨｚの高周波電流を印加し、負荷電位をフローティングしてプラズマを発生させて基板１上に二酸化珪素からなるゲート絶縁膜８９を図１０（Ｃ）に示すように形成する。このＣＶＤ成膜の場合はターゲット電極１８に装着されたダミーターゲットをスパッタさせないように、印加する電流の周波数を高く設定し、ターゲット電極１８にかかるイオンエネルギーを小さくするとともに、基板電極１７に高周波電流を印加して基板１にかかるイオンエネルギーを制御する。
【００３７】
（４−４）ゲート絶縁膜の窒素プラズマ照射処理
スパッタ成膜室２２内を窒素雰囲気とし、基板電極１７に高周波電源３５から１３．５６ＭＨｚの高周波電流を印加し、基板１の表面に窒素プラズマを照射して図１０（Ｄ）に示すようにゲート絶縁膜８９の表面に窒化珪素変質層８９ａを形成する。
【００３８】
（４−５）半導体能動膜の成膜
スパッタ成膜室２２内をＳｉＨ4 ＋ Ｈ2  混合ガス雰囲気とし、ターゲット電極１８にダミー電極を装着したままで高周波電源２５からターゲット電極１８に２００ＭＨｚの高周波電流を印加し、さらに高周波電源３５から基板電極１７に高周波電流を印加して、基板１にかかるイオンエネルギーを制御しながら図１０（Ｅ）に示すように、ゲート絶縁膜８９の上にａ−Ｓｉ層からなる半導体能動膜９０を形成する。
【００３９】
（４−６）オーミックコンタクト膜の成膜
スパッタ成膜室２２内をアルゴンガス雰囲気とし、ターゲット電極１８に ａ-Ｓｉ：ｎ+ 生成用のリンドープシリコンからなるシリコンターゲットを装着し、高周波電源２５から１３．５６ＭＨｚ程度の高周波電流を印加し、さらに直流電源２８から印加する負荷電位を−２００Ｖにしてスパッタを行い、図１０（Ｅ）に示すように半導体能動膜９０上にａ-Ｓｉ：ｎ+からなるオーミックコンタクト膜９１を形成する。
【００４０】
（４−７）半導体能動膜とオーミックコンタクト膜のパターニング
オーミックコンタクト膜９１の表面にレジストを塗布した後、所定の形状にパターン露光し、エッチングにより半導体能動膜９０とオーミックコンタクト膜９１の不要部分を除去し、レジストを剥離するパターニングを施して、図１１（Ａ）に示すようにゲート電極５よりも小さいアイランド状の半導体能動膜９２とオーミックコンタクト膜９３を得る。半導体能動膜９２とオーミックコンタクト膜９３は、ゲート絶縁膜８９を挟んでゲート電極５と対向する位置にある。
【００４１】
（４−８）ソース電極及びドレイン電極用の銅薄膜の成膜
ゲート電極用の銅薄膜の形成と同様に、スパッタ成膜室２２にアルゴンガスを導入し、基板電極１７には負荷を印加せずに、ターゲット電極１８に直流電流を印加して、通常方法により図１１（Ｂ）に示すように基板１の全面に、厚さが約２０００オングストロームの銅薄膜９４をスパッタ成膜する。
【００４２】
（４−９）ソース電極及びドレイン電極のパターニング
オーミックコンタクト膜９３の中央部分の上部にある銅薄膜９４とオーミックコンタクト膜９３の中央部分とをエッチングにより除去し、図１１（Ｃ）に示すように半導体能動膜９２の両端部分にオーミックコンタクト膜９３ａ，９３ｂを介してソース電極６とドレイン電極７が、互いに隔離されて得られる。
半導体能動膜９２とソース電極６、ドレイン電極７を覆うように窒化珪素からなるパッシベーション膜を形成して薄膜トランジスタ８０が完成する。
【００４３】
このように窒素プラズマ照射処理を施した二酸化珪素からなるゲート絶縁膜８９の上に形成した、銅薄膜からなるソース電極６及びドレイン電極７の表面に粘着テープを貼り、基板から粘着テープを強く剥がす試験をしたところ、１０サンプル中銅箔膜が隔離したものは１点も認められなかった。
これに対して従来の何も処理をしない二酸化珪素からなるゲート絶縁膜表面に形成したソース電極又はドレイン電極は、１０サンプル中全部の電極が剥離した。また、アルゴンプラズマによるクリーニング処理を施したゲート絶縁膜表面に形成したソース電極又はドレイン電極は、１０サンプル中５サンプルの電極が剥離した。
このようにガラス基板又は二酸化珪素薄膜表面に窒素プラズマ照射処理を施した後、スパッタ成膜して得られた銅薄膜は強固な接合強度を有し、その後引き続き行われる薄膜トランジスタ製造工程でも剥離することはない。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の銅配線基板は銅配線と基板あるいは銅配線と酸化珪素膜との接合強度が強いので、剥離することはない。また、本発明の銅配線基板の製造方法によれば、スパッタ成膜工程で雰囲気を変えることのより容易に窒化珪素変質層を形成することができる。さらに、装置状の制約が少なく、通常の逆スパッタクリーニング室を備えた成膜装置は勿論のこと、クリーニング室を備えていない成膜装置においても実施可能である。また、電極への電流の印加の方法に多様な選択が可能であり、成膜工程での応用範囲が極めて広い利点を有する。上記実施態様ではボトムゲート型の薄膜トランジスタについて説明したが、本発明の応用範囲はこれに限られるものではなく、例えば液晶基板のゲート配線やソース・ドレイン配線などの液晶表示装置、さらには、酸化珪素質の基板や酸化珪素質薄膜表面に形成する金属配線に、比抵抗が低く安価な銅が使用できるようになるので、その応用範囲は限りなく広がる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の銅配線基板の断面構造の一例を示す図である。
【図２】  本発明の窒素プラズマ照射処理を施したガラス基板表面のＥＳＣＡ観察結果を示す図である。
【図３】  本発明の銅配線基板表面のＥＳＣＡ観察結果を示す図である。
【図４】  従来の何も表面処理をしないガラス基板表面のＥＳＣＡ観察結果を示す図である。
【図５】  図４の従来のガラス基板を使用した銅配線基板表面のＥＳＣＡ観察結果を示す図である。
【図６】  従来のアルゴンプラズマクリーニング処理を施したガラス基板表面のＥＳＣＡ観察結果を示す図である。
【図７】  図６の従来のガラス基板を使用した銅配線基板表面のＥＳＣＡ観察結果を示す図である。
【図８】  本発明の製造方法で使用するスパッタ成膜装置の構成の一例を示す図である。
【図９】  本発明の製造方法で使用するスパッタ成膜室の構造の一例を示す図である。
【図１０】  本発明の製造方法の一例を示す工程説明図である。
【図１１】  図１０に続く本発明の製造方法の一例を示す工程説明図である。
【図１２】  薄膜トランジスタの一例を示す平面図である。
【図１３】  図１２の線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【図１４】従来の銅配線基板の断面構造の一例を示す図である。
【符号の説明】
１・・・基板、１ａ・・・窒化珪素変質層、２・・・銅配線、３・・・ゲート配線、４・・・ソース配線、５・・・ゲート電極、６・・・ソース電極、７・・・ドレイン電極、８・・・画素電極、９・・・バリアメタル層、１０・・・ローディング室、１１・・・クリーニング室、１２・・・スパッタ成膜室、１３，１４・・・ゲートバルブ、１５，１７・・・基板電極、１６・・・対向電極、１８・・・ターゲット電極、１９・・・ターゲット、２０・・・銅薄膜、２２・・・スパッタ成膜室、２５,３５・・・高周波電源、２８・・・直流電源、４０・・・薄膜トランジスタ基板、８０・・・薄膜トランジスタ、８１・・・画素、８９・・・ゲート絶縁膜、８９ａ・・・窒化珪素変質層、 ９０,９２・・・半導体能動膜、９１,９３・・・オーミックコンタクト膜、９４・・・銅薄膜、９６・・・パッシベーション膜、９９・・・コンタクトホール
【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８】
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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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【図１３】
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【図１４】
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