專利名稱：半導(dǎo)體器件和有源矩陣型顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件(device)，特別是涉及有源矩陣(active-matrix)型顯示裝置中使用的半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，在半導(dǎo)體器件中也顯示圖像的顯示設(shè)備的領(lǐng)域中，以節(jié)省能源(energy)、節(jié)省空間(space)為特長(zhǎng)的液晶顯示裝置、電致發(fā)光(ELelectroluminescence)顯示裝置等平板顯示器(flat-paneldisplay)裝置正在取代以往的CRT而迅速普及。在這些顯示設(shè)備中，基板上設(shè)置了多個(gè)電極或布線和元件，具體地是，將具有掃描線或信號(hào)線、柵電極或源電極、漏電極的薄膜晶體管(TFT)等開(kāi)關(guān)(switching)元件按照陣列(array)狀設(shè)置，在各個(gè)顯示像素電極上施加獨(dú)立的影像信號(hào)，這種有源矩陣型TFT陣列基板的應(yīng)用正在變得越來(lái)越廣泛。
在專利文獻(xiàn)1中公開(kāi)了一種在以液晶作為光電元件的液晶顯示設(shè)備中使用的有源矩陣型TFT陣列基板。在這種有源矩陣型TFT陣列基板中，用于形成電極或布線的一種以上的金屬膜和像素電極或影像信號(hào)的輸入輸出端子部中設(shè)置了由ITO、IZO等構(gòu)成的透明電極層。一般在多個(gè)位置設(shè)有連接部，其將這些金屬膜和透明電極層電連接起來(lái)。
另外，為了防止伴隨著液晶顯示設(shè)備的大型化、高精細(xì)化(顯示像素?cái)?shù)的增大)而出現(xiàn)的掃描線或信號(hào)線的加長(zhǎng)或變窄所導(dǎo)致的信號(hào)延遲，電極、布線的材料要求是類似于Al的電阻抗低的材料。但是，如果在金屬膜中使用了Al，就無(wú)法與由ITO或IZO等構(gòu)成的透明電極層獲得良好的電接觸(contact)特性。為此，通常使用專利文獻(xiàn)2和3中公開(kāi)的方法，即，在金屬膜和透明電極層的連接部形成Ti、Cr、Mo等高熔點(diǎn)金屬膜，經(jīng)由該高熔點(diǎn)金屬膜獲得Al與透明電極層之間的良好的電接觸特性。
特開(kāi)平10-268353號(hào)公報(bào) 特開(kāi)平3-129326號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)3]特開(kāi)2000-77666號(hào)公報(bào)但是，如專利文獻(xiàn)2、3那樣層疊形成Al和高熔點(diǎn)金屬的情況下，其存在的問(wèn)題是需要有形成高熔點(diǎn)金屬膜的工序。另外，取決于高熔點(diǎn)金屬膜的種類，在用于構(gòu)圖(patterning)的蝕刻(etching)工序中，層疊布線圖案(pattern)的端部有時(shí)會(huì)因蝕刻液中的腐蝕電位差而形成倒圓錐(taper)形或房檐形，會(huì)出現(xiàn)形成在上層的膜的覆蓋不良的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述問(wèn)題而做成的，目的是提供一種能夠不經(jīng)由高熔點(diǎn)金屬膜地使由以Al為主要成分的金屬膜形成的電極或布線與透明電極層直接接觸的半導(dǎo)體器件。
本發(fā)明的半導(dǎo)體器件是在絕緣基板上至少具備半導(dǎo)體層、與上述半導(dǎo)體層電連接的Al合金膜、以及與上述Al合金膜直接接觸的透明電極層的半導(dǎo)體器件，其中，上述Al合金膜含有合計(jì)0.5～10mol％的從Fe、Co、Ni中選出的一種以上的元素，剩余部分實(shí)質(zhì)上由Al構(gòu)成。
借助于本發(fā)明，能夠提供可以不經(jīng)由高熔點(diǎn)金屬膜地使由以Al為主要成分的金屬膜形成的電極或布線和透明電極層直接接觸的半導(dǎo)體器件。


圖1是表示本實(shí)施方式1的TFT有源矩陣基板的平面圖。
圖2是表示本實(shí)施方式1的TFT有源矩陣基板的剖視圖。
圖3是表示對(duì)本實(shí)施方式1的ITO/Al-Ni合金層疊膜進(jìn)行X射線光電子能譜分析所得的深度方向特性(profile)的圖。
圖4是表示本實(shí)施方式1的ITO/Al-Ni合金層疊膜的界面的X射線光電子能譜的圖。
圖5是示意性地表示本實(shí)施方式1的ITO/Al-Ni合金層疊膜的界面結(jié)構(gòu)的圖。
圖6是表示本實(shí)施方式2的TFT有源矩陣基板的平面圖。
圖7是表示本實(shí)施方式2的TFT有源矩陣基板的剖視圖。
圖8是表示對(duì)本實(shí)施方式2的Al-Ni合金/ITO層疊膜進(jìn)行X射線光電子能譜分析所得的深度方向特性的圖。
圖9是表示本實(shí)施方式2的Al-Ni合金/ITO層疊膜的界面的X射線光電子頻譜的圖。
圖10是示意性地表示本實(shí)施方式2的Al-Ni合金/ITO層疊膜的界面結(jié)構(gòu)的圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)有的Al膜與ITO或IZO膜的電連接部無(wú)法獲得良好的接觸特性，通常認(rèn)為其主要原因在于，在兩者的界面上形成了具有電絕緣性的Al的氧化物AlOx(例如，《第47次應(yīng)用物理學(xué)相關(guān)聯(lián)合報(bào)告會(huì)報(bào)告預(yù)備稿集(2000.3青山學(xué)院大學(xué))31a-YA-9，pp866(2000).XPS所引起的ITO/AlN界面反應(yīng)層的評(píng)價(jià)》)。本發(fā)明者們通過(guò)實(shí)驗(yàn)，使用濺射法(sputtering)形成約200nm厚的金屬Al膜和約100nm厚的ITO膜，并使用俄歇(Auger)電子能譜分析法、X射線光電子能譜法和透射型電子顯微鏡對(duì)界面附近進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)查。經(jīng)確認(rèn)發(fā)現(xiàn)，其結(jié)果是形成了厚度為5～10nm左右、形狀一致的層狀的Al氧化物(AlOx)，其阻礙了電導(dǎo)通。將ITO換作IZO膜之后，這種現(xiàn)象也同樣出現(xiàn)。
本發(fā)明者們經(jīng)過(guò)潛心研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)在Al中添加適當(dāng)?shù)脑鼐湍軌颢@得良好的電接觸特性。
下面，說(shuō)明將本發(fā)明的半導(dǎo)體器件應(yīng)用于液晶顯示裝置所使用的TFT有源矩陣型基板時(shí)的實(shí)施方式的一個(gè)實(shí)例。不過(guò)，本發(fā)明并不限于以下實(shí)施方式。另外，為了使說(shuō)明更加明確，以下的描述和附圖已經(jīng)做了適當(dāng)?shù)氖÷院秃?jiǎn)化。
(實(shí)施方式1)圖1是本實(shí)施方式1的TFT有源矩陣型基板中的圖像顯示區(qū)域的一個(gè)像素部分的平面圖。圖2是圖1的X-X’剖視圖以及在TFT有源矩陣型基板的圖像顯示區(qū)域的外側(cè)形成的信號(hào)輸入端子部的剖視圖(該部分在圖1中未圖示)。圖中所示的信號(hào)輸入端子部是輸入掃描信號(hào)的柵極端子和輸入影像信號(hào)的源極端子。
圖1和圖2中的TFT有源矩陣基板具備透明絕緣基板1、柵電極2、輔助電容公共電極3、柵極布線4、柵極端子5、柵極絕緣膜6、半導(dǎo)體有源膜7、歐姆接觸(ohmic contact)膜8、源電極9、漏電極10、源極布線11、TFT溝道(channel)部12、層間絕緣膜13、像素漏極接觸孔(contact hole)14、柵極端子接觸孔15、源極端子接觸孔16、像素電極17、柵極端子焊盤(pán)(pad)18和源極端子焊盤(pán)19。
透明絕緣基板1可以使用玻璃(glass)基板、石英玻璃等透明絕緣基板。絕緣基板1的厚度雖然可以是任意的，但為了減小液晶顯示裝置的厚度，優(yōu)選是小于等于1.1mm的厚度。如果絕緣基板1過(guò)薄，就會(huì)產(chǎn)生因各種成膜或工藝(process)的熱處理過(guò)程產(chǎn)生基板變形，因而導(dǎo)致產(chǎn)生構(gòu)圖精度下降等問(wèn)題；因此，必須考慮所使用的工藝選擇絕緣基板1的厚度。另外，如果絕緣基板1由玻璃等脆性破壞材料構(gòu)成，則優(yōu)選是對(duì)基板的端面預(yù)先實(shí)施倒棱處理，以便防止因來(lái)自端面的碎屑導(dǎo)致異物混入。進(jìn)而，優(yōu)選是在透明絕緣基板1的一部分設(shè)置切口用于確定基板的朝向，由此能夠在各個(gè)工藝中確定基板處理的方向，從而容易實(shí)施工藝管理。
柵電極2、輔助電容電極3、柵極布線4和柵極端子5形成在透明絕緣基板1上。柵電極2、輔助電容電極3、柵極布線4和柵極端子5由同一金屬膜構(gòu)成。該金屬膜可以使用厚度為100～500nm左右的Al合金。
柵極絕緣膜6形成在透明絕緣基板1和柵電極2、輔助電容電極3、柵極布線4、柵極端子5上。柵極絕緣膜6可以使用厚度為300～600nm左右的硅氮化膜(SiNx)、硅氧化膜(SiOx)、硅氧氮化膜(SiOxNy)或其層疊膜。如果薄膜厚度薄，則在柵極布線和源極布線的交叉部容易發(fā)生短路，因此優(yōu)選是大于等于柵極布線4或輔助電容電極3等的薄膜厚度。另一方面，如果薄膜厚度厚，則TFT的導(dǎo)通電流變小、顯示特性降低。
半導(dǎo)體有源膜7形成在柵極絕緣膜6上。半導(dǎo)體有源膜7可以使用厚度為100～300nm左右的非晶硅(a-Si)膜或多晶硅(p-Si)膜。如果膜薄，在實(shí)施后述的歐姆接觸膜8的干蝕刻時(shí)就容易出現(xiàn)消失。另一方面，如果膜厚，TFT的導(dǎo)通電流就會(huì)變小。
此外，如果使用a-Si膜作為半導(dǎo)體有源膜7，則考慮到TFT變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)的柵電壓即TFT的閾值電壓(Vth)的控制性和可靠性，柵極絕緣膜6與a-Si膜的界面優(yōu)選是采用SiNx或SiOxNy。另一方面，如果使用p-Si膜作為半導(dǎo)體有源膜7，則考慮到TFT的Vth的控制性和可靠性，柵極絕緣膜6與p-Si膜的界面優(yōu)選是采用SiOx或SiOxNy。
歐姆接觸膜8形成在半導(dǎo)體有源膜7上。歐姆接觸膜8可以使用在厚度為20～70nm左右的a-Si或p-Si之中摻雜微量P而形成的n型a-Si膜、n型p-Si膜。
源電極9和漏電極10形成在歐姆接觸膜8上，由此與半導(dǎo)體有源膜7相連接。另外，源電極9通過(guò)源極布線11延伸至源極端子(未圖示)。源電極9、漏電極10和源極布線11由同一金屬膜構(gòu)成。該金屬膜可以使用厚度為100～500nm左右的Al合金。
層間絕緣膜13形成在源電極9、漏電極10、源極布線11等之上。層間絕緣膜13可以使用與柵極絕緣膜6相同的材料。
像素電極17、柵極端子焊盤(pán)18和源極端子焊盤(pán)19形成在層間絕緣膜13上。像素電極17、柵極端子焊盤(pán)18和源極端子焊盤(pán)19由同一透明導(dǎo)電性薄膜構(gòu)成。像素電極17經(jīng)由像素漏極接觸孔14與漏電極10電連接。柵極端子焊盤(pán)18經(jīng)由柵極端子接觸孔15與柵極端子5電連接。源極端子焊盤(pán)19經(jīng)由源極端子接觸孔16與源極端子11電連接。透明導(dǎo)電性薄膜可以使用In2O3、SnO2、In2O3和SnO2的混合物ITO、In2O3和ZnO的混合物IZO、In2O3和SnO2和ZnO的混合物ITZO等，特別地，從化學(xué)穩(wěn)定性的角度出發(fā)，優(yōu)選是使用ITO。
接著，敘述本實(shí)施方式1中的TFT有源矩陣型基板的制造方法。此外，以下說(shuō)明的是典型實(shí)例，不言而喻，只要符合本發(fā)明的主旨，也可以采用其他的制造方法。
利用濺射、真空蒸鍍等方法在經(jīng)過(guò)表面凈化處理的絕緣基板1上形成用于形成柵電極2、輔助電容電極3、柵極布線4、柵極端子5等的第1Al合金膜。
接著，利用第1光刻工藝(photolithography process)(照相工藝)在上述Al合金膜上構(gòu)圖，形成柵電極2、輔助電容電極3、柵極布線4和柵極端子5等。光刻工藝如下所示。將TFT有源矩陣基板洗凈后涂敷光敏抗蝕劑(resist)并使其干燥。接著，通過(guò)已經(jīng)形成了預(yù)定圖案的掩模圖案進(jìn)行曝光、顯影，由此以照相制版方式在TFT有源矩陣基板上形成復(fù)制了掩模圖案的抗蝕劑。此外，將光敏抗蝕劑加熱使其固化后進(jìn)行蝕刻，將光敏抗蝕劑剝離。如果光敏抗蝕劑與TFT有源矩陣基板的可濕性差，則在涂敷前實(shí)施UV洗凈或HMDS(HexamethylDisilazane六甲基二硅胺烷)蒸汽涂敷等處理。
另外，如果光敏抗蝕劑與TFT有源矩陣基板的粘結(jié)性差、發(fā)生剝離，則適當(dāng)實(shí)施提高加熱固化溫度或延長(zhǎng)加熱固化時(shí)間等處理。上述Al合金膜的蝕刻可以使用蝕刻劑(etchant)進(jìn)行濕蝕刻(wet etching)。另外，該Al合金膜的蝕刻優(yōu)選是使圖案邊緣(pattern edge)形成圓錐(taper)形狀，以便于防止因與其他布線的臺(tái)階差而發(fā)生短路。這里，所謂的圓錐形狀指的是將圖案邊緣蝕刻為截面呈梯形形狀。如上所述，柵電極2、柵極布線4、輔助電容電極3、柵極端子5是在同一工序中形成的，但并不限定于此，也可以形成制作TFT有源矩陣基板所需的各種其他標(biāo)記(mark)或布線。
接著，利用等離子體(plasma)CVD法連續(xù)形成薄膜，該薄膜用于形成由SiNx、SiOx、SiOxNy等構(gòu)成的柵極絕緣膜6、由a-Si或p-Si構(gòu)成的半導(dǎo)體有源膜7、由n型a-Si或n型p-Si構(gòu)成的歐姆接觸膜8。如果使用a-Si膜作為半導(dǎo)體有源膜7，則通過(guò)減小柵極絕緣膜6的界面附近的成膜率(rate)、增大上層部的成膜率，就能夠獲得在較短的成膜時(shí)間內(nèi)移動(dòng)性大、截止時(shí)的泄漏(leak)電流小的TFT?？梢允褂帽娝苤臍怏w(SiH4、NH3、H2、NO2、PH3、N2或其混合氣體)通過(guò)干蝕刻(dry etching)形成上述SiNx膜、SiOx膜、SiOxNy膜、a-Si膜、p-Si膜、n型a-Si膜、n型p-Si膜的圖案。
接著，利用第2光刻工藝在半導(dǎo)體有源膜7和歐姆接觸膜8的至少形成了TFT部的部分構(gòu)圖。柵極絕緣膜6涵蓋整體地殘留下來(lái)。從提高交叉部的耐壓的角度來(lái)看，優(yōu)選是半導(dǎo)體有源膜7和歐姆接觸膜8上除了形成有TFT部的部分之外，源極布線與柵極布線4和輔助電容電極3平面交叉的部分上也通過(guò)構(gòu)圖而殘留下來(lái)。另外，使TFT部的半導(dǎo)體有源膜7和歐姆接觸膜8殘留至源極布線的下部形成連續(xù)形狀，源電極就不會(huì)跨越半導(dǎo)體有源膜7和歐姆接觸膜8的臺(tái)階差，臺(tái)階差部位的源電極不容易發(fā)生斷線，因此是優(yōu)選的。半導(dǎo)體有源膜7和歐姆接觸膜8的蝕刻可以使用眾所周知的氣體組成(例如SF6和O2的混合氣體，或者CF4和O2的混合氣體)進(jìn)行干蝕刻。
接著，利用濺射等方法形成用于形成源電極9和漏電極10的Al合金膜。利用第3光刻工藝，使用該Al合金膜形成源極布線11(參照?qǐng)D1)、源極端子(未圖示)、源電極9和漏電極10。
接著，實(shí)施歐姆接觸膜8的蝕刻。利用該工藝去除TFT部的歐姆接觸膜8的中央部分，使半導(dǎo)體有源膜7暴露出來(lái)。歐姆接觸膜8的蝕刻可以使用眾所周知的氣體組成(例如SF6和O2的混合氣體，或者CF4和O2的混合氣體)進(jìn)行干蝕刻。
接著，利用等離子體CVD法形成由SiNx、SiOx、SiOxNy等構(gòu)成的用于形成層間絕緣膜13的膜。利用第4光刻工藝從該膜形成層間絕緣膜13。使用在與圖2所示的像素漏極接觸孔14、柵極端子接觸孔15和源極端子接觸孔16相對(duì)應(yīng)的部分開(kāi)口后的遮光掩模(未圖示)均勻地進(jìn)行曝光。在上述曝光工序之后使用顯影液進(jìn)行顯影。其后，在與接觸孔相對(duì)應(yīng)的區(qū)域通過(guò)蝕刻工序形成開(kāi)口部，使漏電極10等暴露出來(lái)。
接著，利用濺射法、真空蒸鍍法、涂敷法等形成用于形成像素電極17、柵極端子焊盤(pán)18和源極端子焊盤(pán)19等的透明導(dǎo)電性薄膜。為了降低與Al合金膜的接觸電阻，優(yōu)選是使用濺射法。利用第5光刻工藝，從透明導(dǎo)電性薄膜形成像素電極17、柵極端子焊盤(pán)18和源極端子焊盤(pán)19等。透明導(dǎo)電性薄膜的蝕刻可以根據(jù)所使用的材料而使用眾所周知的濕蝕刻(例如，在透明導(dǎo)電性薄膜是由結(jié)晶ITO構(gòu)成的情況下可以是鹽酸和硝酸混合而成的水溶液)。如果透明導(dǎo)電性薄膜是ITO，則也可以利用眾所周知的氣體組成(例如HI、HBr)進(jìn)行干蝕刻。
依照此種方式制造出來(lái)的TFT有源矩陣基板隔著襯墊(spacer)與具有濾色片或?qū)χ秒姌O的對(duì)置基板粘貼起來(lái)，中間注入液晶。通過(guò)將夾持著該液晶層的液晶屏安裝到背光照明單元(backlight unit)上從而制造出液晶顯示裝置。
(實(shí)施例1)下面，說(shuō)明本實(shí)施方式1的具體實(shí)施例。本實(shí)施例1的第1金屬膜(柵電極2、輔助電容電極3、柵極布線4、柵極端子5)和第2金屬膜(漏電極9、源電極10)使用在純Al中添加3.0mol％Ni后形成的Al-3.0mol％Ni合金膜。透明導(dǎo)電性薄膜(像素電極17、柵極端子焊盤(pán)18、源極端子焊盤(pán)19)使用ITO膜。此外，將絕緣基板上形成的Al合金膜溶解到例如王水等酸性藥液中，利用ICP(Inductively CoupledPlasma電感耦合等離子體)發(fā)光能譜分析法測(cè)定Al合金膜的組成。ICP發(fā)光能譜分析裝置使用精工電子有限公司(Seiko Instruments)制造的SPS-1200AR型。
像素漏極接觸孔14中的像素電極17和漏電極10的連接部的接觸電阻值為每50μm2接觸孔開(kāi)口面積約10Ω。柵極端子部接觸孔15中的柵極端子焊盤(pán)18與柵極端子5的接觸電阻值和源極端子部接觸孔16中的源極端子焊盤(pán)19與源極端子11的連接部的接觸電阻值也是每50μm2接觸孔開(kāi)口面積約10Ω。
在第2金屬膜中使用現(xiàn)有的純Al膜的情況下，接觸電阻值為每50μm2接觸孔開(kāi)口面積約100MΩ。即，本實(shí)施例1的接觸電阻值是現(xiàn)有的純Al膜的1/107，是非常理想的值。
下面，研究在本實(shí)施例1中能夠獲得接觸電阻值是格外低的值的原因。利用濺射法在基板上依次層疊厚度約50nm的Al-3.0mol％Ni合金膜、厚度約20nm的ITO膜而制作出分析樣品，對(duì)Al-Ni膜與ITO膜的界面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)查。為便于說(shuō)明，下面將由上層ITO膜和下層Al-Ni膜構(gòu)成的薄膜記作ITO/Al-Ni。
針對(duì)上述分析樣品，使用X射線光電子能譜分析對(duì)深度方向特性進(jìn)行了調(diào)查。X射線光電子能譜分析裝置使用了ULVAC-PHI公司制造的Quantum2000。分析條件是，線源采用Al-Kα線、光束直徑為100μm、輸出為20kV-100W。
圖3表示對(duì)上述分析樣品ITO/Al-Ni的界面附近的Al(2p軌道分量)、O(1s軌道分量)、In(3d軌道分量)、Sn(3d軌道分量)和Ni(2p軌道分量)進(jìn)行X射線光電子能譜分析所得的深度方向特性。圖3中的橫軸表示濺射時(shí)間，縱軸表示上述元素的mol％(atomic％)濃度。在本實(shí)施例的X射線光電子能譜分析中，通過(guò)濺射對(duì)樣品進(jìn)行蝕刻，通過(guò)對(duì)其表面進(jìn)行分析獲得深度特性。因此，橫軸的濺射(sputter)時(shí)間對(duì)應(yīng)于離開(kāi)位于上層的ITO表面的深度。
如圖3所示，在濺射時(shí)間短的區(qū)域中存在很多上層ITO膜的構(gòu)成元素即In、O和Sn，而隨著濺射時(shí)間的延長(zhǎng)，存在很多下層的Al-Ni膜的構(gòu)成元素即Al和Ni。
將In達(dá)到最大濃度的一半的深度(圖中A)和Al達(dá)到最大濃度的一半的深度(圖中B)之間的區(qū)域定義為界面層。另外，將位于圖中A上層的區(qū)域定義為ITO膜、位于圖中B下層的區(qū)域定義為Al-Ni膜。另外，將界面層在ITO膜一側(cè)的區(qū)域定義為ITO附近界面層，同樣地將界面層在Al-Ni膜一側(cè)的區(qū)域定義為Al-Ni附近界面層。
由圖3可知，在界面層中，O的濃度在增加。這表明，界面層中存在氧化Al(AlOx)。氧化Al是絕緣體，因此，如果氧化Al存在于界面整體，就會(huì)妨礙電導(dǎo)通。但是，實(shí)際上如上所述，本實(shí)施例1的像素漏極接觸孔14中的像素電極17與漏電極10的連接部的電阻值與現(xiàn)有實(shí)例相比，能獲得格外低的接觸電阻值。
因此，使用X射線光電子頻譜對(duì)深度方向的4點(diǎn)(ITO膜、ITO附近界面層、Al-Ni附近界面層和Al-Ni膜)中的Al(2p軌道分量)、Ni(2p軌道分量)、In(3d軌道分量)和Sn(3d軌道分量)的結(jié)合狀態(tài)進(jìn)行了調(diào)查。其結(jié)果如圖4(a)～(d)所示。圖4(a)、圖4(b)、圖4(c)、圖4(d)分別表示ITO膜、ITO附近界面層、Al-Ni附近界面層、Al-Ni膜的上述各元素的結(jié)合狀態(tài)。
在ITO膜中僅檢測(cè)到氧化In(InOx)和氧化Sn(SnOx)(參照?qǐng)D4(a))。在ITO附近界面層中檢測(cè)到氧化Al(AlOx)、Al、Ni、氧化In(InOx)和氧化Sn(SnOx)(參照?qǐng)D4(b))。在Al-Ni附近界面層中檢測(cè)到氧化Al(AlOx)、Al、Ni、氧化In(InOx)、In、氧化Sn(SnOx)和Sn(參照?qǐng)D4(c))。在Al-Ni膜中僅檢測(cè)到Al和Ni(參照?qǐng)D4(d))。此外，在圖4中將氧化Al、氧化In、氧化Sn分別簡(jiǎn)單表示為AlO、InO、SnO。
圖5根據(jù)圖4所示的結(jié)果示意性地表示了ITO膜、ITO附近界面層、Al-Ni附近界面層和Al-Ni膜的結(jié)構(gòu)。如圖5所示，使在Al中添加Ni之后形成的Al-Ni膜與ITO膜相接觸的情況下，界面層中除了作為絕緣體的氧化Al之外還存在具有導(dǎo)電性的Al、Ni、氧化In、In、氧化Sn和Sn。即，可以認(rèn)為，氧化Al并不存在于界面整體，在不存在該氧化Al的位置，因上述導(dǎo)電物質(zhì)連續(xù)存在于界面層的深度方向而在ITO膜與Al-Ni膜之間形成導(dǎo)電路徑，從而獲得了良好的電接觸特性。
(實(shí)施方式2)接著，說(shuō)明與上述實(shí)施方式1的TFT有源矩陣基板不同的實(shí)施方式。此外，在以下說(shuō)明中，對(duì)于與上述實(shí)施方式1相同的結(jié)構(gòu)部件賦予相同的符號(hào)，并適當(dāng)省略其說(shuō)明。
圖6是本實(shí)施方式2的TFT有源矩陣基板的圖像顯示區(qū)域的一個(gè)像素部分的平面圖。圖7是圖6中的Y-Y’切斷剖視圖以及在TFT有源矩陣基板的圖像顯示區(qū)域的外側(cè)形成的信號(hào)輸入端子部的剖視圖(該部分在圖6中未圖示)。本實(shí)施方式2的TFT有源矩陣基板除了以下不同點(diǎn)之外，其基本結(jié)構(gòu)與上述實(shí)施方式1的TFT有源矩陣基板相同。
在上述實(shí)施方式1中，透明導(dǎo)電性薄膜(像素電極17、柵極端子焊盤(pán)18、源極端子焊盤(pán)19)的下層的第1金屬膜(柵極端子5)和第2金屬膜(漏電極10、源極端子11)經(jīng)由接觸孔(像素漏極接觸孔14、柵極端子接觸孔15和源極端子接觸孔16)電連接。另一方面，在本實(shí)施方式2中，與透明導(dǎo)電性薄膜的上層的第2金屬膜(漏電極10、源極端子11a)的電連接并不經(jīng)過(guò)接觸孔。即，在本實(shí)施方式2和上述實(shí)施方式1中，第2金屬膜與透明導(dǎo)電性薄膜的電連接的上下關(guān)系反轉(zhuǎn)。因此，在上述實(shí)施方式1中，透明導(dǎo)電性薄膜是在層疊第2金屬膜和層間絕緣膜13之后在其上層形成的，而在本實(shí)施方式2中，與此不同的是，透明導(dǎo)電性薄膜形成在第2金屬膜的下層。另外一個(gè)不同點(diǎn)在于，在本實(shí)施方式2中沒(méi)有形成層間絕緣膜13，而是在透明導(dǎo)電性薄膜和第2金屬膜的上層形成絕緣性鈍化(passivation)保護(hù)膜20。進(jìn)而，柵極端子5和柵極端子焊盤(pán)18通過(guò)由第2金屬膜形成的連接膜21電連接起來(lái)，在這一點(diǎn)上也不同。
如圖7所示，本實(shí)施方式2的TFT有源矩陣基板中所具有的接觸結(jié)構(gòu)為漏電極10與由下層的透明導(dǎo)電性薄膜構(gòu)成的像素電極17電連接，連接膜20與由透明導(dǎo)電性薄膜構(gòu)成的下層的柵極端子焊盤(pán)18電連接，進(jìn)而，源極端子11與下層的由透明導(dǎo)電性薄膜構(gòu)成的源極端子焊盤(pán)19電連接。
(實(shí)施例2)下面，說(shuō)明本實(shí)施方式2的具體實(shí)施例。本實(shí)施例2的第1金屬膜(柵電極2、輔助電容電極3、柵極布線4、柵極端子5)和第2金屬膜(漏電極9、源電極10)使用了在純Al中添加3.0mol％Ni后形成的Al-3.0mol％Ni合金。透明導(dǎo)電性薄膜(像素電極17、柵極端子焊盤(pán)18、源極端子焊盤(pán)19)使用ITO膜。
像素電極17與漏電極10的連接部的電阻值、柵極端子焊盤(pán)18與連接膜20的連接部的電阻值、源極端子焊盤(pán)19與源極端子11a的連接部的電阻值分別是每50μm2約10Ω。該值是現(xiàn)有的純Al膜的1/107，是非常理想的值。
利用濺射法在基板上依次層疊厚度約50nm的ITO膜、厚度約10nm的Al-3.0mol％Ni合金膜而制作出分析樣品，對(duì)Al-Ni膜與ITO膜的界面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了與實(shí)施例1相同的詳細(xì)調(diào)查。下面，將上層的由Al-Ni膜和下層的由ITO膜構(gòu)成的薄膜記作Al-Ni/ITO。
圖8表示對(duì)上述分析樣品Al-Ni/ITO的界面附近的Al(2p軌道分量)、O(1s軌道分量)、In(3d軌道分量)、Sn(3d軌道分量)和Ni(2p軌道分量)進(jìn)行X射線光電子能譜分析所得的深度方向特性。分析條件與實(shí)施例1相同。
分析發(fā)現(xiàn)，如圖8所示，在濺射時(shí)間短的區(qū)域中存在很多上層Al-Ni膜的構(gòu)成元素即Al和Ni，而隨著濺射時(shí)間的延長(zhǎng)，存在很多下層的ITO膜的構(gòu)成元素即In、O和Sn。這里，界面層、Al-Ni膜、ITO膜的定義與上述實(shí)施方式1相同。
由圖8可知，與上述實(shí)施方式1相同，在界面層中O的濃度在增加。這表明，在存在于ITO膜與Al-Ni膜之間的界面層中存在被氧化的氧化Al層(AlOx)。因此，使用X射線光電子頻譜對(duì)深度方向的4點(diǎn)(Al-Ni膜、Al-Ni附近界面層、ITO附近界面層和ITO膜)中的Al(2p軌道分量)、Ni(2p軌道分量)、In(3d軌道分量)和Sn(3d軌道分量)的結(jié)合狀態(tài)進(jìn)行了調(diào)查。其結(jié)果如圖9(a)～(d)所示。圖9(a)、圖9(b)、圖9(c)、圖9(d)分別表示Al-Ni膜、Al-Ni附近界面層、ITO附近界面層、ITO膜的上述各元素的結(jié)合狀態(tài)。
在Al-Ni膜中，除了Al和Ni之外，還檢測(cè)到Sn和In(參照?qǐng)D9(a))。在Al-Ni附近界面層中檢測(cè)到Al、Ni、In和Sn(參照?qǐng)D9(b))。在ITO附近界面層中檢測(cè)到氧化Al(AlOx)、Ni、氧化In(InOx)、氧化Sn(SnOx)和Sn(參照?qǐng)D9(c))。在ITO膜中僅檢測(cè)到氧化In(InOx)和氧化Sn(SnOx)(參照?qǐng)D9(d))。此外，在圖9中也將氧化Al、氧化In、氧化Sn分別簡(jiǎn)單表示為AlO、InO、SnO。
圖10根據(jù)圖9所示的結(jié)果示意性地表示了Al-Ni膜、Al-Ni附近界面層、ITO附近界面層和ITO膜的結(jié)構(gòu)。如圖10所示，使在Al中添加Ni之后形成的Al-Ni膜與ITO膜相接觸的情況下，界面層中除了作為絕緣體的氧化Al之外還存在具有導(dǎo)電性的Al、Ni、氧化In、In、氧化Sn和Sn。即，可以認(rèn)為，氧化Al并不存在于界面整體，在不存在該氧化Al的位置，因上述導(dǎo)電物質(zhì)連續(xù)存在于界面層的深度方向而在ITO膜與Al-Ni膜之間形成導(dǎo)電路徑，從而獲得了良好的電接觸特性。
在上述實(shí)施例1和2中采用了ITO膜作為透明導(dǎo)電性薄膜的優(yōu)選實(shí)施例，但也可以代之以使用IZO膜或ITZO膜。無(wú)論在哪種情況下，連接部的電阻值都是每50μm2接觸孔開(kāi)口面積約10Ω，能夠獲得與使用ITO膜時(shí)大致相同的良好的數(shù)值。在使用IZO膜的情況下已經(jīng)確認(rèn)了界面層中存在In和Ni。在使用ITZO膜的情況下已經(jīng)確認(rèn)了界面層中存在In、Sn和Ni。
另外，雖然在上述實(shí)施例1和2中采用了在純Al中添加3mol％Ni之后所形成的Al-Ni膜作為第1金屬膜和/或第2金屬膜的優(yōu)選實(shí)施例，但Ni的添加量并不限于此。Ni的添加量只要大于等于0.5mol％就能夠使接觸電阻值降低至約1000Ω以下。Ni濃度越高，Al-Ni合金的電阻率值越高；因此，Ni濃度優(yōu)選是小于等于10mol％。Al-10mol％Ni合金的電阻率值約為0.25μΩm。這低于布線材料通常所使用的純Cr或純Mo的電阻率值。
另外，在上述實(shí)施例1和2中，形成了一層Al-Ni膜作為第1金屬膜和/或第2金屬膜，但也可以采用僅在與透明導(dǎo)電性薄膜的界面部形成Al-Ni膜、在其他部分則形成電阻率更低的Al、Cu或其合金等金屬膜的結(jié)構(gòu)。這種情況下，Al-Ni膜的厚度優(yōu)選是大于等于5nm。如果不足5nm，則容易導(dǎo)致成膜不完全，無(wú)法獲得足夠的接觸電阻。另一方面，構(gòu)成主體的金屬膜的厚度根據(jù)設(shè)備所需的布線阻抗設(shè)定即可。通過(guò)使用電阻率比Al-Ni膜低的金屬膜作為布線的主體，從而如果使用相同薄膜厚度就能夠使布線阻抗比Al-Ni單層結(jié)構(gòu)更低。
添加到Al中的元素不限于Ni，也可以是與Ni同族的8族元素(Fe、Co、Ru、Rh、Pd、Pt等)。這種情況下也能夠降低與ITO膜的接觸電阻值。添加元素并不限于一種，也可以是2種以上。不過(guò)，如果添加了原子序數(shù)大的Ru、Rh、Pd、Pt，則化學(xué)穩(wěn)定性就會(huì)降低。具體地說(shuō)，對(duì)堿性藥液的耐受度會(huì)下降，因此，需要在對(duì)光抗蝕劑構(gòu)圖的工序中對(duì)堿性顯影液的處理等加以注意。因此，如果考慮提高工藝的可靠性，則添加到Al中的元素優(yōu)選是Fe、Co、Ni。
添加到Al中的元素也可以是選自N、C、Si之中的至少一種以上的元素。通過(guò)添加上述元素，界面上氧化Al的形成受到抑制，因此能夠?qū)崿F(xiàn)更好的電接觸特性。這些元素的添加量?jī)?yōu)選是合計(jì)為5～15mol％。另外，如果在上述8族元素的基礎(chǔ)上再添加N、C、Si，就可以進(jìn)一步增強(qiáng)效果。這種情況下，添加量也優(yōu)選是合計(jì)為5～15mol％。無(wú)論在哪種情況下，如果不足5mol％，就得不到良好的電接觸特性；如果超過(guò)15mol％則電阻率值就會(huì)超過(guò)0.25μΩm，失去相對(duì)于現(xiàn)有的高熔點(diǎn)金屬的優(yōu)勢(shì)。此外，所謂的良好的電接觸特性是以低于現(xiàn)有的高熔點(diǎn)金屬與ITO的接觸電阻的10倍為目標(biāo)的。即，假定現(xiàn)有的高熔點(diǎn)金屬膜與ITO的接觸電阻為每50μm2開(kāi)口面積約100～200Ω，則達(dá)到約1000～2000Ω即可。
添加到Al中的元素除了上述8族元素或/和N、C、Si之外，也可以是選自Cu、Y、稀土類元素La、Ce、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy之中的一種以上的元素。通過(guò)添加這些元素，可以提高Al合金的耐熱性或耐蝕性，因此有助于提高布線的可靠性。
雖然上述實(shí)施方式1至2是用于液晶顯示裝置的TFT有源矩陣基板，但本發(fā)明也可以應(yīng)用于電致發(fā)光(EL)顯示裝置等。另外，并不限于顯示裝置，也可以應(yīng)用于其他具有金屬膜和透明導(dǎo)電性薄膜的電連接部的半導(dǎo)體器件。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，在絕緣基板上至少具備半導(dǎo)體層、與上述半導(dǎo)體層電連接的Al合金膜、以及與上述Al合金膜直接接觸的透明電極層，其中，上述Al合金膜含有合計(jì)0.5～10mol％的從Fe、Co、Ni中選出的一種以上的元素，剩余部分實(shí)質(zhì)上由Al構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，上述Al合金膜含有合計(jì)5～15mol％的從N、C、Si中選出的一種以上的元素。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，在上述Al合金膜與上述透明電極層的界面區(qū)域中，存在構(gòu)成上述透明電極層的導(dǎo)電性金屬氧化物，并且上述Al合金膜或上述透明電極層中所含的金屬元素的至少一種以上以未被氧化的狀態(tài)存在。
4.如權(quán)利要求1至3的任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，上述透明電極層由In2O3或SnO2構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求1至3的任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，上述透明電極層由In2O3和SnO2的混合物ITO構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求1至3的任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，上述透明電極層由In2O3和ZnO的混合物IZO構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求1至3的任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，上述透明電極層由In2O3、SnO2、和ZnO的混合物ITZO構(gòu)成。
8.如權(quán)利要求1至3的任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，利用濺射法形成上述透明電極層。
9.一種有源矩陣型顯示裝置，其具備權(quán)利要求1至3的任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠不經(jīng)由高熔點(diǎn)金屬膜地使以Al為主要成分的電極、布線與透明電極層直接接觸的半導(dǎo)體器件和制造方法。本發(fā)明的半導(dǎo)體器件是在絕緣基板上至少具備半導(dǎo)體層、與上述半導(dǎo)體層電連接的Al合金膜、以及與上述Al合金膜直接接觸的透明電極層的半導(dǎo)體器件，其中，上述Al合金膜含有合計(jì)0.5～10mol％的從Fe、Co、Ni中選出的一種以上的元素，剩余部分實(shí)質(zhì)上由Al構(gòu)成。
文檔編號(hào)H01L29/786GK101079431SQ20071010637
公開(kāi)日2007年11月28日 申請(qǐng)日期2007年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月26日
發(fā)明者井上和式, 石賀展昭, 長(zhǎng)山顯祐, 河瀨和雅 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社