(57)【要約】【課題】ＩＴＯやＳｉとの界面拡散を防止するとともに、低温プロセスが要求される各種電子デバイスに適用可能な低抵抗の電極膜用Ａｌ合金膜を提供すること。【解決手段】本発明の一態様に係るＡｌ合金膜は、Ｎｉからなる第１の添加元素と、元素周期表の周期２又は３に属する２ａ族のアルカリ土類金属、３ｂ、４ｂ族の半金属から選ばれる少なくとも１種類以上の第２の添加元素とを含む。また、第１の添加元素の組成比は０．５〜５ａｔ％であり、第２の添加元素の組成比は０．１〜３ａｔ％である。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎｉからなる第１の添加元素と、
元素周期表の周期２又は３に属する２ａ族のアルカリ土類金属、３ｂ、４ｂ族の半金属から選ばれる少なくとも１種類以上の第２の添加元素と、
を含むＡｌ合金膜。
【請求項２】
前記第１の添加元素の組成比が、０．５〜５ａｔ％であることを特徴とする請求項１に記載のＡｌ合金膜。
【請求項３】
前記第２の添加元素の組成比が、０．１〜３ａｔ％であることを特徴とする請求項１又は２に記載のＡｌ合金膜。
【請求項４】
Ｎｉからなる第１の添加元素と、元素周期表の周期２又は３に属する２ａ族のアルカリ土類金属、３ｂ、４ｂ族の半金属から選ばれる少なくとも１種類以上の第２の添加元素とを含むＡｌ合金膜と、
前記Ａｌ合金膜に直接接続された、Ｓｉ膜又はＳｉを主成分とする膜、もしくは、酸化物を主成分とする酸化物導電膜と、
を有する電子デバイス。
【請求項５】
前記第１の添加元素の組成比が、０．５〜５ａｔ％であることを特徴とする請求項４に記載の電子デバイス。
【請求項６】
前記第２の添加元素の組成比が、０．１〜３ａｔ％であることを特徴とする請求項４又は５に記載の電子デバイス。
【請求項７】
基板上に形成され、Ｎｉからなる第１の添加元素と、元素周期表の周期２又は３に属する２ａ族のアルカリ土類金属、３ｂ、４ｂ族の半金属から選ばれる少なくとも１種類以上の第２の添加元素とを含むＡｌ合金膜と、
前記Ａｌ合金膜に直接接続された、Ｓｉ又はＳｉを主成分とする膜からなる半導体層、及び／もしくは、酸化物を主成分とする酸化物導電膜と、
を備える電気光学表示装置用アクティブマトリックス基板。
【請求項８】
前記Ａｌ合金膜が光を反射することによって画像を表示する反射画素電極として構成されていることを特徴とする請求項７に記載の電気光学表示装置用アクティブマトリックス基板。
【請求項９】
前記第１の添加元素の組成比が、０．５〜５ａｔ％であることを特徴とする請求項７又は８に記載の電気光学表示装置用アクティブマトリックス基板。
【請求項１０】
前記第２の添加元素の組成比が、０．１〜３ａｔ％であることを特徴とする請求項７、８又は９に記載の電気光学表示装置用アクティブマトリックス基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ａｌ合金膜、電子デバイス及び電気光学表示装置用アクティブマトリックス基板に関し、特に、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等の電気光学表示装置の配線及び電極膜等（以下、一括して電極膜と記す）として用いられるＡｌ合金膜、これを用いた半導体装置等の電子デバイス及び電気光学表示装置用アクティブマトリックス基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスのひとつの例として、薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor：以下、ＴＦＴと記す）をスイッチング素子とするＴＦＴアクティブマトリックス基板を用いた電気光学表示装置がある。電気光学表示装置は、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）に代わるフラットパネルディスプレイの一つとして、低消費電力や薄型であるという特徴を活かした製品への応用が盛んになされている。
【０００３】
これらのようなＴＦＴアクティブマトリックス基板に用いられる電極膜は、Ｓｉ膜又はＳｉ膜を主成分とするＴＦＴの半導体層や、画素電極膜や端子パッド等に用いられる酸化物透明導電膜（例えば、ＩＴＯ）との電気的な接続が必要とされる。このため、従来電極膜材料としては、例えばチタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）やこれらを主成分とする合金等の、いわゆる高融点金属材料が一般的に用いられてきた。これらの高融点メタルは、Ｓｉ半導体膜との接続界面における界面拡散反応が殆どなく、またＩＴＯ等の酸化物導電膜との接続界面における電気的なコンタクト特性に優れているためである。
【０００４】
ところが近年、フラットパネルディスプレイＴＶの大型化や携帯電話等の小型ディスプレイの高精細化が進む中で、配線材料の低抵抗化が要求されており、従来の高融点メタルの比抵抗値（一般に１２〜６０μΩ・ｃｍ）では好適とはいえなくなってきた。また、反射光を利用して画像を表示する反射型ディスプレイの場合には、明るい表示特性のために電極膜には高い光反射率が要求されるが、従来高融点メタルの反射率値は一般的に６０％前後と低いため好適とはいえなかった。このような状況に鑑み、ディスプレイ用の電極膜材料として、比抵抗が低く、光反射率が高く、さらに配線パターン加工が容易であるアルミニウム（Ａｌ）またはＡｌを主成分とする合金であるＡｌ合金膜が注目されるようになった。
【０００５】
しかしながら、従来Ａｌ合金膜を上記のようなＴＦＴアクティブマトリックス基板の電極膜に適用しようとする場合に、いくつかの欠点を有することが知られており、適用は困難となっていた。すなわち、従来Ａｌ合金膜は、まず耐熱性に劣ることが知られている。例えば、デバイスの製造工程において、１００℃を超える温度で加熱処理を行うと、膜表面や端面にヒロックやウイスカーと呼ばれる突起が発生する。この突起に起因して、上層に形成される保護絶縁膜のカバレッジ不良が発生し、耐圧低下や電気的短絡等の不良が引き起こされてしまう。また、従来Ａｌ合金膜は、ＩＴＯのような酸化物導電膜と直接接合させると界面で拡散反応を生じさせて電気的特性を劣化させてしまう。さらに、従来Ａｌ合金膜は、一般的にＳｉ半導体膜やＳｉを主成分とする膜との接続界面において、激しく相互拡散反応して電気的特性を劣化させてしまう。従って、ＩＴＯやＳｉと接続させる場合には、Ａｌ合金膜を直接接続させるのではなく、上述した高融点メタルをバリア層として介して接続する必要がある。このため、成膜工程やエッチング加工の工程が増え、生産能力が低下するという問題点があった。
【０００６】
そこで、上記に挙げたＡｌ合金膜の欠点に対して、Ａｌに添加する元素を工夫することによる改善方法がいくつか提案されている。例えば、特許文献１では、ＡｌにＮｄ、Ｇｄ、Ｄｙのような希土類元素を添加することによってヒロックの発生を抑制する技術が開示されている。特許文献２では、さらにＮｉ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｕ等の元素を添加することによってＩＴＯとの接続界面における電気特性を改善する技術が開示されている。また、特許文献３では、ＡｌにＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等の遷移金属を添加することによって、ＩＴＯ及び半導体膜であるＳｉとの接続界面を改善する技術が記載されている。
【０００７】
ところで、上述した通り、近年フラットパネルディスプレイＴＶの大型化や携帯電話等の小型ディスプレイの高精細化が進む中で、電極膜の低抵抗化要求はもとより、スイッチング素子としてのＴＦＴの高性能化も要求されている。従って、ＴＦＴを構成する半導体素子への熱ダメージを抑えるために、プロセス温度の低温化が求められている。例えば、特許文献４ではその目安として２５０℃未満という温度が示されている。あるいは、反射型もしく半透過型のように有機樹脂膜を用いて反射画素電極を形成するディスプレイや、今後主流になると考えられている小型軽量化や曲面ディスプレイを実現するためにガラス基板に代えて実用化される有機樹脂基板では、その有機樹脂材料の耐熱性の制約からプロセス温度の低温化が要求される。このような状況を鑑みると、３００℃未満、好ましくは２００〜２５０℃程度のプロセス温度で低抵抗値（例えば特許文献４では具体的に１０μΩ・ｃｍ以下、より好ましくは６μΩ・ｃｍ以下が示されている）が得られるＡｌ合金膜が好ましい。
【０００８】
さらにプロセス温度の低温化は、Ａｌ合金膜とＩＴＯ膜およびＳｉ膜との界面での拡散反応を抑える上においても好ましい。例えば、本発明者らの評価結果によると、Ｓｉ半導体を用いたＴＦＴのソース・ドレイン電極に、特許文献３で開示された組成をもつＡｌ合金膜を直接形成した場合、成膜直後ではＳｉとの界面での相互拡散反応は認められないものの、熱処理（大気中、もしくは窒素ガス雰囲気中で約３０分間の保持）によって拡散反応が徐々に進行し、２５０℃を超える温度では、光学顕微鏡観察レベルでも拡散反応が認められた。従って、この点からもプロセス温度は２５０℃未満の低温にすることが好ましい。
【０００９】
しかしながら、特許文献１〜２に開示されたＡｌ合金膜の場合、充分に低い抵抗値を得るためには、３００℃以上のプロセス温度が必要である。また、特許文献３でも３００℃未満の低温熱処理における比抵抗値の記載はない。このため、従来のＡｌ合金膜を用いた場合、ＴＦＴの高性能化や、有機樹脂材料を用いる際に必要となる低温プロセスを用いたデバイスへの適用は困難であるという問題点があった。さらに、電気光学表示装置の反射電極膜に用いる場合には高い反射率値も要求されるが、上述のような特性を有するＡｌ合金膜に関して、反射特性も含めた技術は殆ど開示されていない。
【特許文献１】特開平７−４５５５５号公報
【特許文献２】特開２００６−３３９６６６号公報
【特許文献３】特開２００４−３６３５５６号公報
【特許文献４】特開２００４−１０３６９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来のＡｌ合金膜の場合は、上述のように、Ａｌ合金膜をＩＴＯ膜あるいはＳｉ膜と直接接続させることができず、高融点メタルによるバリア層を形成しなければならなかった。このため、成膜工程やエッチング加工の工程が増え、生産能力が低下するという問題点があった。また、特許文献１〜３に開示されたＡｌ合金膜を用いる場合、充分に低い抵抗値を得るためには、３００℃以上の加熱が必要となる。半導体への熱ダメージの軽減化や、反射電極に用いられる有機樹脂膜の耐熱性のため、２５０℃以下の低温プロセスを必要とするデバイスへ適用する場合、電極膜の抵抗値の低減が困難であるという問題点があった。
【００１１】
本発明は、このような事情を背景としてなされたものであり、本発明の目的は、ＩＴＯやＳｉとの界面拡散を防止するとともに、低温プロセスが要求される各種電子デバイスに適用可能な低抵抗の電極膜用Ａｌ合金膜、及びこれを用いた電子デバイス、電気光学表示装置用アクティブマトリックス基板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様に係るＡｌ合金膜は、Ｎｉからなる第１の添加元素と、元素周期表の周期２又は３に属する２ａ族のアルカリ土類金属、３ｂ、４ｂ族の半金属から選ばれる少なくとも１種類以上の第２の添加元素とを含むものである。
【００１３】
本発明の他の態様に係る電子デバイスは、Ｎｉからなる第１の添加元素と、元素周期表の周期２又は３に属する２ａ族のアルカリ土類金属、３ｂ、４ｂ族の半金属から選ばれる少なくとも１種類以上の第２の添加元素とを含むＡｌ合金膜と、前記Ａｌ合金膜に直接接続された、Ｓｉ膜又はＳｉを主成分とする膜、もしくは、酸化物を主成分とする酸化物導電膜とを有するものである。
【００１４】
本発明の他の態様に係る電気光学表示装置用アクティブマトリックス基板は、基板上に形成され、Ｎｉからなる第１の添加元素と、元素周期表の周期２又は３に属する２ａ族のアルカリ土類金属、３ｂ、４ｂ族の半金属から選ばれる少なくとも１種類以上の第２の添加元素とを含むＡｌ合金膜と、前記Ａｌ合金膜に直接接続された、Ｓｉ又はＳｉを主成分とする膜からなる半導体層、及び／もしくは、酸化物を主成分とする酸化物導電膜とを備えるものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ＩＴＯやＳｉとの界面拡散を防止するとともに、低温プロセスが要求される各種電子デバイスに適用可能な低抵抗の電極膜用Ａｌ合金膜、及びこれを用いた電子デバイス、電気光学表示装置用アクティブマトリックス基板を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を適用可能な実施の形態について説明する。以下の説明は、本発明の実施形態を説明するものであり、本発明が以下の実施形態に限定されるものではない。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略及び簡略化がなされている。
【００１７】
本発明は、２００℃〜２５０℃程度の低温プロセスにおいて、ＩＴＯ膜やＳｉ膜との界面拡散を防止するとともに、約６μΩ・ｃｍ以下という低い電気的比抵抗値を特性として有するＡｌ合金膜を実現するものである。本発明者らによる検討の結果、本発明に係るＡｌ合金膜の合金構成として、第１の添加元素としてＮｉを含み、さらに第２の添加元素として元素周期表の周期２又は３に属する２ａ族のアルカリ土類金属又は３ｂ、４ｂ族の半金属から選ばれる１種類以上を含む構成とすることによって、これらの特性が達成されることが分かった。本発明は、このような知見に基づいてなされたものである。
【００１８】
ＡｌにＮｉを添加することによって、ＩＴＯ膜及びＳｉ膜との界面拡散の発生を抑制することができる。ＩＴＯ膜とＡｌ膜との界面拡散については、例えば、接触界面における接触抵抗（コンタクト抵抗）値で評価することが可能である。Ｎｉを含まない従来のＡｌ膜の場合、上層にＩＴＯ膜を接触するように形成したときの界面コンタクト抵抗は、接触界面の面積１０００μｍ２当たりの換算値で１００ＭΩを超え、ほとんど絶縁状態となる。しかしながら、ＡｌにＮｉを例えば０．２ａｔ％程度添加しただけで、コンタクト抵抗は数百Ωまで低減する。これはＩＴＯ膜形成時に、界面においてＡｌの酸化反応による絶縁性の酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）が形成されるのを、Ｎｉ添加によって生成されたＡｌＮｉｘ化合物が防止することによる効果であると考えられる。Ｎｉ組成比が０．５ａｔ％以上ではさらにコンタクト抵抗値を数十Ωにまで下げることが可能で、これらの値は従来のチタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）やこれらを主成分とする合金等の、高融点メタルを用いた場合の値と同等になる。
【００１９】
Ａｌ膜とＳｉ膜との界面拡散については、界面に生じる界面反応（例えばアロイスパイクと呼ばれる相互拡散反応）を光学顕微鏡で観察することによって評価することが可能である。図１〜図３に、本発明者らが評価したＡｌ合金膜とＳｉ膜との界面拡散反応の結果を示す。図１（ａ）、図２、図３は、ＣＶＤ法を用いてａ−Ｓｉ膜１５０ｎｍ、Ｐを添加したオーミック低抵抗Ｓｉ膜５０ｎｍを順次成膜したのちに、ＤＣマグネトロンスパッタリング法を用いてＡｌ合金膜２００ｎｍを成膜した直後のサンプルの膜表面を光学顕微鏡で観察した結果を示すものである。図１（ｂ）は、サンプルを大気中で２５０℃の条件の下、３０分間保持する熱処理を実施した後の結果を示すものである。図１は２ａｔ％のＮｉを添加したＡｌ−２ａｔ％Ｎｉ膜、図２はＮｉを添加しないＡｌ合金膜（従来例Ａｌ−２ａｔ％Ｃｕ膜）、図３は０．５ａｔ％未満のＮｉを添加したＡｌ−Ｎｉ膜（比較例：例えばＡｌ−０．３ａｔ％Ｎｉ膜）の結果である。
【００２０】
Ａｌ−Ｃｕ膜は、Ａｌ膜のエレクトロマイグレーションやストレスマイグレーションを防止する従来公知のＡｌ合金膜である。しかしながら、図２に示すように膜全体に迷路状のムラが認められた。この状態で膜の電気的比抵抗を測定したが、このＡｌ合金膜の本来の電気的比抵抗の値よりも１桁以上高い状態になっていた。従って、ＡｌとＳｉとの界面で激しく相互拡散反応が生じていることがわかる。一方、Ａｌ−２ａｔ％Ｎｉ膜の場合には、図１（ａ）に示すように、ムラ等の欠陥は観察されず、相互拡散反応が抑制されていることが確認できた。なお、図１（ｂ）に示すように、Ａｌ−２ａｔ％Ｎｉ膜を含むサンプルを大気中、２５０℃で３０分保持の熱処理を実施すると、部分的にスポット状の相互拡散反応（アロイスパイク部）の発生が認められた。従って、Ａｌ−２ａｔ％Ｎｉ膜の場合、２００〜２５０℃の低温プロセスではＳｉ膜との界面拡散反応は抑制されるが、耐熱の温度マージンがないということになる。この温度マージンについては、後述するように、第２の添加元素を加えることによって改善することができる。
【００２１】
また、０．５ａｔ％未満のＮｉを添加したＡｌ−Ｎｉ膜（Ａｌ−０．３ａｔ％Ｎｉ膜）の場合、図３に示すように、Ａｌ−Ｃｕ膜で観察されたような激しい相互拡散反応は見られなかった。しかしながら、部分的にスポット状の相互拡散反応が生じていることが確認された。さらに、ここでは図示しないが、Ａｌ−０．３ａｔ％Ｎｉ膜を含むサンプルを２５０℃で３０分の熱処理を行うと、ヒロックの発生が認められた。このような現象は、０．５ａｔ％以上のＮｉを添加したＡｌ合金膜ではほとんど認められなかった。従って、ヒロック耐熱性及びＳｉ膜との界面拡散耐性を考慮すれば、Ａｌに添加するＮｉ組成比は０．５ａｔ％以上であることが好ましい。
【００２２】
ここで、図４を参照して、Ａｌ−Ｎｉ合金膜の比抵抗値のＮｉ組成比依存性について説明する。図４は、Ａｌ−Ｎｉ合金膜の比抵抗値のＮｉ組成比依存性の結果を示すものである。図４において、横軸はＡｌ−Ｎｉ合金膜のＮｉ組成比（ａｔ％：原子数比の百分率）を示しており、縦軸はその比抵抗値（μΩ・ｃｍ）を示している。絶縁性ガラス基板にＡｒガスを用いたＤＣマグネトロンスパッタリング法を用いて約３００ｎｍの膜厚で成膜したサンプルを、３００℃の充分高い温度で大気中３０分保持の熱処理を実施した後の値を示している。Ｎｉ組成比が増えるに伴って比抵抗値は単調に増加する。図４に示すように、Ａｌ合金膜の比抵抗値が６μΩ・ｃｍを大きく超えないようにするためには、Ｎｉの組成比を５ａｔ％以下にすることが好ましい。
【００２３】
図５は、同じＡｌ−Ｎｉ合金膜の波長５５０ｎｍで測定した反射率値の結果を示すものである。図５に示すように、Ｎｉの組成比を５ａｔ％以下とすることで、８５％以上の高い反射率値が得られることがわかる。なお、Ａｌ−Ｎｉ合金膜の比抵抗値を充分に下げるためには上述のように少なくとも３００℃以上の熱処理が必要となる。これは熱処理によってＡｌＮｉｘ化合物が析出し、膜全体に占める純Ａｌに近い成分が相対的に増えるためだと考えられる。このようなＡｌＮｉｘ化合物を低温熱処理で析出させ、比抵抗値を充分に下げるためには、後述するように、適切な第２の添加元素を加える必要がある。
【００２４】
なお、Ａｌに限らずメタル膜の比抵抗値は、成膜方法や膜厚、あるいは測定方法の違い（測定者の違い）やそのばらつきによって、一般的にその値に多少の違いがあると考えるのが妥当である。従って、上記では比抵抗値の目安として約６μΩ・ｃｍ以下を規格値と設定したが、これが絶対の値というわけではなく、上限値としては約８μΩ・ｃｍ以下までを規格として考えればよいと思われる。
【００２５】
ここで、図６を参照して、本発明に係るＡｌ合金膜の合金組成について説明する。図６は、Ａｌ−２ａｔ％Ｎｉ組成に固定した上で、さらに第２の添加元素としていくつかの種類の元素Ｘを１ａｔ％の組成比で添加したＡｌ−２ａｔ％Ｎｉ−１ａｔ％Ｘ膜の比抵抗値の熱処理温度依存性の結果を示すものである。上述したように、第２の添加元素としては、元素周期表の周期２又は３に属する２ａ族のアルカリ土類金属又は３ｂ、４ｂ族の半金属のうちの１つの元素が選ばれる。なお、比較のため、元素ＸとしてＴｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｄを添加した。また、Ａｌ−１ａｔ％Ｎｄは、Ｎｉを含まないＡｌ−１ａｔ％Ｎｄ合金の従来例である。
【００２６】
Ｘ＝Ｎｄは、上述の特許文献２で示された組成成分のひとつを示す従来例である。図６に示すように、この合金系の場合では、少なくとも２７０℃を超える温度で熱処理をしないと比抵抗値を６μΩ・ｃｍ以下に下げることができない。また、Ａｌ−１ａｔ％Ｎｄは、上述の特許文献１で示された組成成分のひとつを示す従来例である。Ａｌ−１ａｔ％Ｎｄと、添加元素の組成比が他のサンプルよりも少ないにもかかわらず、２００℃程度の熱処理温度では比抵抗値を６μΩ・ｃｍ以下にすることはできない。また、Ｘ＝Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗの場合は、これらを添加することによって比抵抗値は大きく増加し、３００℃の熱処理温度でも比抵抗値を下げることはできない。
【００２７】
一方、Ｘ＝Ｂ、Ｍｇ、Ｓｉの場合は、２００℃の熱処理温度で比抵抗値と５μΩ・ｃｍ以下とすることができる。従って、本発明のように、元素周期表の周期２又は３に属する２ａ族のアルカリ土類金属又は３ｂ、４ｂ族の半金属に属する元素を、第２の添加元素として添加することによって、２００〜２５０℃という低温プロセスにおいて比抵抗値を充分に下げることができることがわかる。Ｘ＝Ｓｉの場合は、Ａｌ合金膜の比抵抗値が４μΩ・ｃｍ以下となり、特に好ましいことがわかる。
【００２８】
図７は、図６と同様の結果を、横軸を添加元素Ｘの原子量でプロットしたものである。添加元素の種類によってはいくつかの例外も出てくるが、添加元素Ｘの原子量が小さいほどＡｌ合金膜の比抵抗値を低くできる傾向があることがわかる。図７中△で示す２３０℃での熱処理をした場合のデータを参照すると、比抵抗値を６μΩ・ｃｍ以下にすることができる添加元素の原子量は４０ｇ以下となる。これは元素の周期表でいえば、周期３までの元素に該当する。特に、周期３のアルカリ土類金属であるＭｇ、並びに半金属４ｂ族であるＳｉの添加は、熱処理による比抵抗値の低減効果が大きく好ましい。
【００２９】
なお、周期２、３に属する元素のうちでも、非金属である５ｂ、６ｂ、７ｂ族を添加すると、Ａｌ合金膜の比抵抗値は大きく増加してしまうので好適ではない。また、アルカリ金属１ａ族のＬｉ、Ｎａを添加すると、Ｓｉ膜と接続させた場合にＳｉ膜中に拡散して荷動イオンとして働く。このため、Ｓｉ膜の半導体特性を著しく損ねてしまうこととなり、Ｓｉを半導体膜とする電子デバイスへの適用は好適ではない。従って、Ａｌ−Ｎｉに添加する第２の添加元素としては、周期表の周期２、３に属するアルカリ土類金属２ａ族、半金族３ｂ、４ｂ族の元素が好適である。
【００３０】
上述したように、熱処理によってＡｌ−Ｎｉ合金膜の比抵抗値が下がるのは、Ａｌ−Ｎｉ化合物が析出し膜全体に占める純Ａｌに近い成分が相対的に増えるためだと考えられる。これらの周期表の周期２、３に属するアルカリ土類金属２ａ族、半金族３ｂ、４ｂ族の第２の添加元素Ｘは、２００℃程度の低い熱処理温度でＡｌ−Ｎｉ（もしくはＡｌ−Ｘ、Ｎｉ―Ｘ）化合物を析出させる効果があるものと考えられる。従って、このような第２の添加元素を添加することにより、Ａｌ−Ｎｉ化合物等を析出させＡｌ合金膜の比抵抗値を低減させることができる。このような効果を実効的に得るためには、第２の添加元素Ｘの組成比を少なくとも０．１ａｔ％以上とするのが好ましい。
【００３１】
一方、このような第２の添加元素Ｘを含むＡｌ−Ｎｉ−Ｘ膜を、スパッタリング法によって成膜する場合、成膜初期に添加元素Ｘもしくはこれを主成分とする化合物が析出した状態で膜が堆積されやすい。このとき、従来公知のリン酸＋硝酸を主成分とする薬液を用いて膜をエッチング加工する場合に、この添加元素Ｘもしくはこれを主成分とする析出化合物が、エッチング残となってパターニング不良を起こす場合がある。特殊な薬液を用いることなく、従来公知の薬液を用いた場合でもこのようなエッチング残不良の発生を防止するためには、添加元素の組成比は３ａｔ％を超えないようにすることが好ましい。
【００３２】
図８（ａ）〜（ｃ）は、Ａｌ−２ａｔ％Ｎｉ−１ａｔ％Ｓｉ膜とＳｉ膜との界面拡散反応の結果を示すものである。図１（ｂ）のように、Ｓｉを添加しないＡｌ−２ａｔ％Ｎｉ膜では、２５０℃の熱処理温度で部分的にスポット状の界面拡散反応（アロイスパイク部）の発生が見られた。しかしながら、本発明のＡｌ−２ａｔ％Ｎｉ−１ａｔ％Ｓｉ膜の場合では、図８（ｂ）に示すように、少なくとも２５０℃の熱処理では界面拡散反応は認められなかった。なお、３００℃の熱処理温度で部分的にスポット状の界面拡散反応の発生が認められた。このような傾向は、Ｓｉ以外の上述の他の周期表の周期２、３に属するアルカリ土類金属２ａ族、半金族３ｂ、４ｂ族の添加元素Ｘでも確認された。従って、Ａｌ−Ｎｉ膜に、周期表の周期２、３に属するアルカリ土類金属２ａ族、半金族３ｂ、４ｂ族の第２の添加元素Ｘを添加することで、少なくとも２００〜２５０℃の低温プロセスにおいてＳｉ膜との界面拡散を防止できることが確認できた。もちろん第２の添加元素ＸはＳｉの１種類ではなく、例えば、合計で３ａｔ％を超えない組成比の範囲で同効果を有するＭｇ等と複合的に組み合わせて添加してもよい。
【００３３】
以上述べてきた本発明に係るＡｌ合金膜を電子デバイスに適用した好適な実施の形態を、図を用いて詳しく説明する。
実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係るＡｌ合金膜を適用した電子デバイスの構成について、図９及び図１０を参照して説明する。ここでは、本発明に係るＡｌ合金膜を適用した電子デバイスとして、表示素子に液晶を用いる液晶表示装置用のＴＦＴアクティブマトリックス基板を例にとって詳しく説明する。図９は本実施の形態に係るＴＦＴアクティブマトリックス基板の平面構造を示す図であり、図１０は図９の各部の断面の構造を示す図である。
【００３４】
図９、図１０に示すように、本実施の形態に係るＴＦＴアクティブマトリックス基板は、透明絶縁性基板１、ゲート電極２、ゲート配線３、ゲート端子部４、補助容量電極５、ゲート絶縁膜６、Ｓｉ半導体膜７、オーミック低抵抗Ｓｉ膜８、ソース電極９、ドレイン電極１０、チャネル部１１、ソース配線１２、ソース端子部１３、層間絶縁膜１４、コンタクトホール１５、１６、１７、透過画素電極１８、ゲート端子パッド１９、ソース端子パッド２０等を備えている。
【００３５】
透明絶縁性基板１は、ガラスやプラスチック等からなる。透明絶縁性基板１上には、第１のメタル膜からなるゲート電極２、ゲート配線３、ゲート端子部４、補助容量電極５が少なくとも設けられている。ゲート配線３は、ゲート電極２に接続されている。ゲート端子部４は、ゲート配線３に接続されており、走査信号を入力するために設けられている。
【００３６】
ゲート電極２、ゲート配線３、ゲート端子部４、補助容量電極５の上には、これらを覆うようにゲート絶縁膜６が設けられている。ゲート絶縁膜６上には、下層のゲート電極２に対応してＳｉ半導体膜７が設けられている。すなわち、Ｓｉ半導体膜７は、ゲート絶縁膜６を介して、下層のゲート電極２に対向するように形成されている。Ｓｉ半導体膜７は、ＴＦＴの構成要素となる。Ｓｉ半導体膜７のソース領域及びドレイン領域となる領域の上には、オーミック低抵抗Ｓｉ膜８が設けられている。オーミック低抵抗Ｓｉ膜８は、Ｓｉに不純物を添加した構成を有している。オーミック低抵抗Ｓｉ膜８の上には、当該オーミック低抵抗Ｓｉ膜８と直接接続された第２のメタル膜からなるソース電極９及びドレイン電極１０がそれぞれ設けられている。また、ソース電極９とドレイン電極１０が分離され、さらに、オーミック低抵抗Ｓｉ膜８が除去された領域に対応して、チャネル部１１が形成される。
【００３７】
ソース電極９には、ソース配線１２が接続されている。また、ソース配線１２には、ソース端子部１３が接続されている。ソース端子部１３は、外部から映像信号を入力するために設けられている。ソース配線１２、ソース端子部１３はともに、ソース電極９と同様に第２のメタル膜からなる。ソース電極９、ドレイン電極１０等の上には、チャネル部１１を含む基板全体を覆うように、層間絶縁膜１４が形成されている。層間絶縁膜１４には、複数の開口部（コンタクトホール１５、１６、１７）が形成されている。コンタクトホール１５は、下層のドレイン電極１０にまで達する画素ドレインコンタクトホールである。また、コンタクトホール１６は、ゲート端子部４にまで達するゲート端子部コンタクトホールである。コンタクトホール１７は、ソース端子部１３にまで達するソース端子部コンタクトホールである。
【００３８】
ドレイン電極１０には、画素ドレインコンタクトホール１５を介して、透過画素電極１８が接続されている。透過画素電極１８は、酸化物透明導電膜であるＩＴＯ膜からなる。また、ゲート端子部４には、ゲート端子部コンタクトホール１６を介して、ゲート端子パッド１９が接続されている。さらに、ソース端子部１３には、ソース端子部コンタクトホール１７を介してソース端子パッド２０が接続されている。ゲート端子パッド１９及びソース端子パッド２０は、ともにＩＴＯ膜からなる。
【００３９】
以上のように構成されたＴＦＴアクティブマトリックス基板と、カラー表示用のカラーフィルターや対向電極等を具備した対向基板（図示せず）とを、一定の間隙（セルギャップ）を介して貼り合せ、この中に液晶を注入・封止することによって、ディスプレイ用途の光学表示用装置である半導体デバイスが製造される。
【００４０】
以上のように構成された電気光学表示装置用のＴＦＴアクティブマトリックス基板において、第１のメタル膜及び第２のメタル膜に、本発明に係るＡｌ合金膜が用いられる。すなわち、第１のメタル膜及び第２のメタル膜は、Ｎｉからなる第１の添加元素と、元素周期表の周期２又は３に属する２ａ族のアルカリ土類金属、３ｂ、４ｂ族の半金属から選ばれる少なくとも１種類以上の第２の添加元素とを含むＡｌ合金である。好適な例として、第１のメタル膜及び第２のメタル膜として、Ａｌ−２ａｔ％Ｎｉ−１ａｔ％Ｓｉ膜をＤＣマグネトロンスパッタリング法を用いて形成し、さらに全体のプロセス温度が２５０℃以下になるようにして、ディスプレイ用の半導体デバイスを完成させた。この場合の第１のメタル膜と第２のメタル膜の比抵抗値は３．６μΩ・ｃｍであった。
【００４１】
上述のように、第１のメタル膜で形成されるゲート端子部４は、ＩＴＯ膜からなるゲート端子パッド１９と直接接続される。第１のメタル膜として、本発明に係るＡｌ合金膜が用いられている。従って、従来のように高融点メタル膜を中間膜として形成することなく、良好な電気的コンタクト特性を得ることができる。
【００４２】
第２のメタル膜で形成されるソース電極９、ドレイン電極１０のそれぞれの下面は、オーミック低抵抗Ｓｉ膜８と直接接続されている。また、ソース端子部１３の上面は、ソース端子パッド２０と直接接続されている。さらに、ドレイン電極１０の上面は、ＩＴＯ膜からなる透過画素電極１８と直接接続されている。第２のメタル膜として、本発明に係るＡｌ合金膜が用いられている。これにより、いずれの接触界面においても、従来のように高融点メタル膜を中間膜として形成することなく、良好な電気的コンタクト特性を得ることができる。
【００４３】
さらに、プロセス温度を２５０℃以下の低温に抑えたことにより、第１および第２のメタル膜とゲート絶縁膜６、層間絶縁膜１４、オーミック低抵抗Ｓｉ膜８等との界面での拡散反応を防止できる。また、ゲート配線３やソース配線１２の低抵抗化が実現できるために、大型ディスプレイや高精細ディスプレイ用途としても高い表示品質を備えたディスプレイ用半導体デバイスを、低コストで生産効率よく製造することが可能となる。
【００４４】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係るＡｌ合金膜を適用した電子デバイスの構成について、図１１及び図１２を参照して説明する。図１１は本実施の形態に係るＴＦＴアクティブマトリックス基板の平面構造を示す図であり、図１２は図１１の各部の断面の構造を示す図である。本実施の形態に係るＴＦＴアクティブマトリックス基板は、実施の形態１が光を全て透過させて表示を行う全透過型ディスプレイ用であるのに対し、ドレイン電極１０の一部が光を反射させて表示を行う反射画素電極２１を兼ねた半透過型もしくは部分反射型ディスプレイ用である点で異なり、他の構成については、上記実施の形態１と概略同じである。図１１及び図１２において、図９及び図１０と同一の構成要素には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００４５】
図１１、図１２に示すように、本実施の形態に係るＴＦＴアクティブマトリックス基板は、透明絶縁性基板１、ゲート電極２、ゲート配線３、ゲート端子部４、補助容量電極５、ゲート絶縁膜６、Ｓｉ半導体膜７、オーミック低抵抗Ｓｉ膜８、ソース電極９、ドレイン電極１０、チャネル部１１、ソース配線１２、ソース端子部１３、層間絶縁膜１４、コンタクトホール１５、１６、１７、透過画素電極１８、ゲート端子パッド１９、ソース端子パッド２０、反射画素電極２１等を備えている。
【００４６】
透明絶縁性基板１の上には、第１のメタル膜からなるゲート電極２、ゲート配線３、ゲート端子部４、補助容量電極５が少なくとも設けられている。第１のメタル膜の上には、これらを覆うようにゲート絶縁膜６が設けられている。ゲート絶縁膜６上には、下層のゲート電極２に対応してＳｉ半導体膜７が設けられており、Ｓｉ半導体膜７のソース領域及びドレイン領域となる領域の上には、オーミック低抵抗Ｓｉ膜８が設けられている。
【００４７】
オーミック低抵抗Ｓｉ膜８の上には、当該オーミック低抵抗Ｓｉ膜８と直接接続された第２のメタル膜からなるソース電極９及びドレイン電極１０がそれぞれ設けられている。ドレイン電極１０は、画素領域まで延設されている。ドレイン電極１０から画素領域内に延設された部分が、反射画素電極２１となる。ソース電極９、ソース配線１２には、第２のメタル膜からなるソース配線１２、ソース端子部１３がそれぞれ接続されている。
【００４８】
ソース電極９、ドレイン電極１０等の上には、チャネル部１１を含む基板全体を覆うように、層間絶縁膜１４が形成されている。層間絶縁膜１４には、複数の開口部（コンタクトホール１５、１６、１７）が形成されている。本実施の形態では、コンタクトホール１５は、下層の反射画素電極２１にまで達する画素ドレインコンタクトホールである。また、コンタクトホール１６は、ゲート端子部４にまで達するゲート端子部コンタクトホールである。コンタクトホール１７は、ソース端子部１３にまで達するソース端子部コンタクトホールである。
【００４９】
反射画素電極２１には、画素ドレインコンタクトホール１５を介して、ＩＴＯ膜からなる透過画素電極１８が接続されている。従って、透過画素電極１８は、反射画素電極２１を介してドレイン電極１０に接続されている。また、ゲート端子部４には、ゲート端子部コンタクトホール１６を介して、ゲート端子パッド１９が接続されている。さらに、ソース端子部１３には、ソース端子部コンタクトホール１７を介してソース端子パッド２０が接続されている。ゲート端子パッド１９及びソース端子パッド２０は、ともにＩＴＯ膜からなる。
【００５０】
以上のように構成された電気光学表示装置用のＴＦＴアクティブマトリックス基板において、第２のメタル膜に、本発明に係るＡｌ合金膜が用いられる。すなわち、第２のメタル膜は、Ｎｉからなる第１の添加元素と、元素周期表の周期２又は３に属する２ａ族のアルカリ土類金属、３ｂ、４ｂ族の半金属から選ばれる少なくとも１種類以上の第２の添加元素とを含むＡｌ合金である。好適な例として、第２のメタル膜として、Ａｌ−２ａｔ％Ｎｉ−１ａｔ％Ｓｉ膜をＤＣマグネトロンスパッタリング法を用いて形成し、さらに全体のプロセス温度が２５０℃以下になるようにした。この場合の第２のメタル膜の比抵抗値は３．６μΩ・ｃｍと十分に低く、また波長５５０ｎｍの光の反射率値は、８９．０％の高い値であった。
【００５１】
第２メタル膜からなるソース電極９、ドレイン電極１０の下面は、オーミック低抵抗Ｓｉ膜８と直接接続されている。また、ソース端子部１３は、ソース端子パッド２０と直接接続されている。さらに、反射画素電極２１の上面は、ＩＴＯ膜からなる透過画素電極１８と直接接続されている。第２のメタル膜として、本発明に係るＡｌ合金膜を用いているため、いずれの接触界面においても、従来のように、高融点メタル膜を中間膜として形成することなく、良好な電気的コンタクト特性を得ることができる。従って、ドレイン電極１０から延在された反射画素電極２１において、高い反射率を有するＡｌ系合金膜をそのまま反射膜として利用することが可能となる。
【００５２】
また、プロセス温度を２５０℃以下の低温に抑えたことにより、第２のメタル膜とゲート絶縁膜６、層間絶縁膜１４、オーミック低抵抗Ｓｉ膜８等との界面での拡散反応を防止できる。さらに、ゲート配線３やソース配線１２の低抵抗化が実現できるために、大型ディスプレイや小型の高精細ディスプレイ用途としても高い表示品質を備えたディスプレイ用半導体デバイスを、低コストで生産効率よく製造することが可能となる。
【００５３】
このように、本発明によれば、Ａｌ合金膜が、Ｓｉ膜又はＳｉを主成分とする膜もしくはＩＴＯ膜と直接接続された構造を少なくとも有する半導体デバイスにおいて、高融点メタルを介さずにＡｌ合金膜とＳｉ膜との良好なコンタクト特性を得ることができるため、低コストで効率よく半導体デバイスを製造することが可能となる。特に、ディスプレイ用のアクティブマトリックス型ＴＦＴ基板のソース・ドレイン電極およびソース配線に適用することによって、配線抵抗を低減できるとともに良好な特性を有するＴＦＴ素子をＡｌ合金膜のみで形成することができる。
【００５４】
なお、以上の実施の形態では、ディスプレイ用途に用いられる半導体デバイスを例にして説明したが、本発明に係るＡｌ合金膜は、これらの用途に限られることはなく、他のデバイスの配線・電極膜、あるいは反射膜においても好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】Ａｌ−Ｎｉ膜とＳｉ膜との界面拡散反応説明するための図である。
【図２】従来のＡｌ−Ｃｕ膜とＳｉ膜との界面拡散反応を説明するための図である。
【図３】比較例のＡｌ−Ｎｉ膜とＳｉ膜との界面拡散反応を説明するための図である。
【図４】Ａｌ−Ｎｉ膜のＮｉ組成比とＡｌ合金膜の比抵抗値の関係を示す図である。
【図５】Ａｌ−Ｎｉ膜のＮｉ組成比とＡｌ合金膜の反射率値の関係を示す図である。
【図６】本発明に係るＡｌ−Ｎｉ−Ｘ膜の比抵抗値の熱処理温度依存性を示す図である。
【図７】本発明に係るＡｌ−Ｎｉ−Ｘ膜のＸ元素の原子量と比抵抗値の関係を示す図である。
【図８】本発明に係るＡｌ−Ｎｉ−Ｘ（Ｘ＝Ｓｉ）膜とＳｉ膜との界面拡散反応を説明するための図である。
【図９】実施の形態１に係る電気光学表示装置用ＴＦＴアクティブマトリックス基板の構成を示す平面図である。
【図１０】実施の形態１に係る電気光学表示装置用ＴＦＴアクティブマトリックス基板の構成を示す断面図である。
【図１１】実施の形態２に係る電気光学表示装置用ＴＦＴアクティブマトリックス基板の構成を示す平面図である。
【図１２】実施の形態２に係る電気光学表示装置用ＴＦＴアクティブマトリックス基板の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１  透明絶縁性基板
２  ゲート電極
３  ゲート配線
４  ゲート端子部
５  補助容量電極
６  ゲート絶縁膜
７  Ｓｉ半導体（能動）膜
８  オーミック低抵抗Ｓｉ膜
９  ソース電極
１０  ドレイン電極
１１  ＴＦＴチャネル部
１２  ソース配線
１３  ソース端子部
１４  層間絶縁膜
１５  画素ドレインコンタクトホール
１６  ゲート端子部コンタクトホール
１７  ソース端子部コンタクトホール
１８  透過画素電極
１９  ゲート端子パッド
２０  ソース端子パッド
２１  反射画素電極
【図４】
2009076536.tif 000003
【図５】
2009076536.tif 000004
【図６】
2009076536.tif 000005
【図７】
2009076536.tif 000006
【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１】
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【図２】
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【図３】
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【図８】
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