專利名稱：薄膜晶體管的制造方法、薄膜晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有由銅合金形成的電極膜的晶體管和該晶體管的制造方法。
背景技術(shù)：
一直以來(lái)，在TFT(Thin film transistor 薄膜晶體管)等的電子電路的內(nèi)部，在 TFT的源極區(qū)域或漏極區(qū)域連接有金屬布線膜。近年來(lái)，TFT或布線膜越來(lái)越微細(xì)化，因此，為了得到低電阻的布線膜，使用以銅為 主要成分的布線膜。但是，以銅為主要成分的布線膜即使在實(shí)驗(yàn)中與硅的緊貼性高，當(dāng)使用銅布線膜 制造TFT時(shí)，也存在發(fā)生剝離的情況，因而尋求調(diào)查該原因及其對(duì)策。專利文獻(xiàn)1 日本特開2001-73131號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本特開平11-54458號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的問(wèn)題本發(fā)明的發(fā)明人徹底查明了，使銅布線膜和硅層的緊貼性惡化的原因在于，TFT的 制造工序中的用于恢復(fù)硅層的損傷的將硅層暴露于氫等離子體中的TFT的特性的改善處理。由于純銅與硅的緊貼性差，所以，用于形成源極電極膜或漏極電極膜的金屬布線 膜做成了緊貼層和金屬低電阻層的二層結(jié)構(gòu)，其中，該緊貼層由添加了鎂和氧而與硅的緊 貼性高的銅合金構(gòu)成，該金屬低電阻層由純銅構(gòu)成并且電阻比緊貼層低。當(dāng)將這樣的金屬布線膜暴露于氫等離子體中時(shí)，緊貼層中的銅化合物被還原，在 硅和緊貼層的界面析出純Cu，這使緊貼性惡化。用于解決問(wèn)題的手段本發(fā)明的發(fā)明人等調(diào)查研究了使銅布線膜和硅的界面不析出純銅的添加物的結(jié) 果，發(fā)現(xiàn)Al的氧化物，由此提出了本發(fā)明。S卩，本發(fā)明提供一種反交錯(cuò)型的薄膜晶體管的制造方法，包括在處理對(duì)象物上形 成柵極電極的工序；在所述柵極電極上形成柵極絕緣層的工序；在所述柵極絕緣層上形成 半導(dǎo)體層的工序；在所述半導(dǎo)體層上形成歐姆接觸層的工序；在所述歐姆接觸層上形成金 屬布線膜的工序；形成第一、第二歐姆接觸層、源極電極和漏極電極的工序，其特征在于，形 成所述金屬布線膜的工序包括在真空環(huán)境中導(dǎo)入含有濺射氣體和氧化性氣體的氣體，對(duì) 含有Al和銅的銅合金靶進(jìn)行濺射，在所述歐姆接觸層上形成含有銅、Al和氧的緊貼層的工 序。在本發(fā)明的薄膜晶體管的制造方法中，在所述銅合金靶中，以5原子％以上且30 原子％以下的比例含有Al。在本發(fā)明的薄膜晶體管的制造方法中，形成所述金屬布線膜的工序包括在形成所述緊貼層后，在所述緊貼層上形成銅的含有率比所述緊貼層高并且電阻比所述緊貼層低 的金屬低電阻層。在本發(fā)明的薄膜晶體管的制造方法中，作為所述氧化性氣體使用O2氣體，相對(duì)于 所述濺射氣體100體積部分，在0. 1體積部分以上且15體積部分以下的范圍含有所述02氣 體在本發(fā)明的薄膜晶體管的制造方法中，作為所述氧化性氣體使用CO2氣體，相對(duì)于 所述濺射氣體100體積部分，在0. 2體積部分以上且30體積部分以下的范圍含有所述CO2氣體。在本發(fā)明的薄膜晶體管的制造方法中，作為所述氧化性氣體使用H2O氣體，相對(duì)于 所述濺射氣體100體積部分，在0. 1體積部分以上且15體積部分以下的范圍含有所述H2O 氣體。本發(fā)明提供一種反交錯(cuò)型的薄膜晶體管，具有柵極電極，形成在處理對(duì)象物上； 柵極絕緣層，形成在所述柵極電極上；半導(dǎo)體層，形成在所述柵極絕緣層上；形成在所述半 導(dǎo)體層上并被分離的第一、第二歐姆接觸層；分別形成在所述第一、第二歐姆接觸層上的源 極電極和漏極電極，其特征在于，所述源極電極和所述漏極電極在與所述第一、第二歐姆接 觸層的接觸面具有含有銅合金的緊貼層，該銅合金含有Al和氧。在本發(fā)明的薄膜晶體管中，所述第一、第二歐姆接觸層為η型半導(dǎo)體層。在本發(fā)明的薄膜晶體管中，在所述緊貼層上配置有銅的含有率比所述緊貼層高并 且電阻比所述緊貼層低的金屬低電阻層。在本發(fā)明的薄膜晶體管中，在所述緊貼層所含有的金屬中，以5原子％以上且30 原子％以下的比例含有Al。并且，在本發(fā)明中，將以多晶硅、非晶硅等的硅為主要成分的半導(dǎo)體稱為硅層。發(fā)明效果即使暴露于氫等離子體中，由于電極膜不發(fā)生剝離，所以，生產(chǎn)率提高。


圖1(a)是用于說(shuō)明本發(fā)明的晶體管制造方法的圖。圖1(b)是用于說(shuō)明本發(fā)明的晶體管制造方法的圖。圖1(c)是用于說(shuō)明本發(fā)明的晶體管制造方法的圖。圖1(d)是用于說(shuō)明本發(fā)明的晶體管制造方法的圖。圖1(e)是用于說(shuō)明本發(fā)明的晶體管制造方法的圖。圖1(g)是用于說(shuō)明本發(fā)明的晶體管制造方法的圖。圖1(h)是用于說(shuō)明本發(fā)明的晶體管制造方法的圖。圖l(i)是用于說(shuō)明本發(fā)明的晶體管制造方法的圖。圖2是用于說(shuō)明金屬布線膜的圖。圖3是用于制造本發(fā)明的晶體管的成膜裝置的圖。其中，附圖標(biāo)記說(shuō)明如下5:晶體管10 處理對(duì)象物
12 柵極電極16 硅層18:n 型硅層20a、20b 金屬布線膜27 源極電極膜28 漏極電極膜31 源極區(qū)域32 漏極區(qū)域51 緊貼層52:金屬低電阻層111 銅合金靶112 純銅靶
具體實(shí)施例方式圖1 (a)的附圖標(biāo)記10表示使用本發(fā)明的晶體管制造方法的處理對(duì)象物若說(shuō)明處理對(duì)象物10，則該處理對(duì)象物10具有由玻璃等構(gòu)成的透明基板11，在透 明基板11上分離配置有柵極電極12和像素電極13。在透明基板11上，以覆蓋柵極電極12和像素電極13的方式，從透明基板11側(cè)依 次配置有柵極絕緣層14、硅層16和η型硅層18。η型硅層18是因添加雜質(zhì)而使電阻值比 硅層16低的硅層。在此，η型硅層18和硅層16由非晶硅構(gòu)成，但也可是單晶硅或多晶硅。 柵極絕緣層14是氮化硅薄膜等的絕緣膜，也可以是氮氧化硅膜或其他絕緣膜。圖3的附圖標(biāo)記100表示用于在該處理對(duì)象物10的表面形成金屬布線膜的成膜
直ο成膜裝置100具有搬出搬入室102、第一成膜室103a和第二成膜室103b。在搬出 搬入室102和第一成膜室103a之間、第一成膜室103a和第二成膜室103b之間分別經(jīng)由插 板閥109a、109b連接在一起。在搬出搬入室102和第一、第二成膜室103a、103b上分別連接有真空排氣系統(tǒng) 113、114a、114b，關(guān)閉插板閥109a、109b，對(duì)第一、第二成膜室103a、103b的內(nèi)部進(jìn)行真空排氣。接著，打開搬出搬入室102與大氣之間的門，向搬出搬入室102的內(nèi)部搬入處理對(duì) 象物10，關(guān)閉門，并對(duì)搬出搬入室102的內(nèi)部進(jìn)行真空排氣，打開插板閥109a，使處理對(duì)象 物10移動(dòng)到第一成膜室103a的內(nèi)部，并保持在基板支架108上。在第一、第二成膜室103a的內(nèi)部的底壁側(cè)分別配置有銅合金靶111和純銅靶112， 處理對(duì)象物10以η型硅層18能夠與各靶111、112相面對(duì)的方式被保持在基板支架108上。在第一、第二成膜室103a、103b上分別連接有氣體導(dǎo)入系統(tǒng)105a、105b, 一邊對(duì)第 一成膜室103a的內(nèi)部進(jìn)行真空排氣，一邊從氣體導(dǎo)入系統(tǒng)105a導(dǎo)入濺射氣體和氧化性氣 體，當(dāng)對(duì)銅合金靶111進(jìn)行濺射時(shí)，由銅合金靶111的構(gòu)成材料構(gòu)成的濺射粒子到達(dá)η型硅 層18的表面，形成與η型硅層18接觸的緊貼層。銅合金靶111含有Al (鋁)和銅。也能夠根據(jù)需要，在銅合金靶111中添加銅和Al以外的金屬(例如Ti、Ci、Zr、Mg、Ni、Mn中的任意一種以上)作為添加金屬。在將銅的原子數(shù)、Al原子數(shù)和其他添加金屬的原子數(shù)的總計(jì)設(shè)為100的情況下， 在銅合金靶111中含有5以上且30以下的Al。S卩，在銅合金靶111中以5原子％以上且 30原子％以下的比例含有Al。氧化性氣體是使Al氧化 而生成Al的氧化物的氣體，當(dāng)對(duì)銅合金靶111進(jìn)行濺射 時(shí)，在處理對(duì)象物10的表面生成以銅為主要成分并含有Al的氧化物的緊貼層。接著，使保持有處理對(duì)象物10的基板支架108移動(dòng)到第二成膜室103b，并從氣體 導(dǎo)入系統(tǒng)105b導(dǎo)入濺射氣體，當(dāng)對(duì)純銅靶112進(jìn)行濺射時(shí)，由純銅靶112的構(gòu)成材料即銅 原子構(gòu)成的濺射粒子到達(dá)處理對(duì)象物10的表面，在緊貼層的表面形成由純銅構(gòu)成的金屬 低電阻層。在第二成膜室103b中不導(dǎo)入氧化性氣體。圖1 (b)的附圖標(biāo)記20a表示由緊貼層和金屬低電阻層構(gòu)成的金屬布線膜，圖2的 附圖標(biāo)記51、52分別表示緊貼層和金屬低電阻層。在金屬布線膜20a的位于柵極電極12上的部分的表面配置抗蝕劑膜，對(duì)由金屬布 線膜20a、η型硅層18和硅層16構(gòu)成的層疊膜進(jìn)行蝕刻，除去層疊膜的未被抗蝕劑膜覆蓋 的部分。圖1(c)是在對(duì)層疊膜進(jìn)行蝕刻后除去了抗蝕劑膜的狀態(tài)，附圖標(biāo)記20b表示被抗 蝕劑膜覆蓋而殘留的金屬布線膜。接著，如圖1 (d)所示，在金屬布線膜20b上配置進(jìn)行構(gòu)圖后的抗蝕劑膜22，在抗蝕 劑膜22的開口 24的底面露出金屬布線膜20b的表面的狀態(tài)下，當(dāng)浸漬到磷酸、硝酸、醋酸 的混合液、硫酸、硝酸、醋酸的混合液或者三氯化鐵溶液等蝕刻液中時(shí)，金屬布線膜20b的 露出部分被蝕刻，金屬布線膜20b被構(gòu)圖。由于金屬低電阻層52以銅為主要成分，所以，當(dāng)緊貼層51中的Al的比例變得過(guò) 大時(shí)，在構(gòu)圖后，金屬低電阻層52和緊貼層51的寬度顯著不同。因此，關(guān)于緊貼層51中的 Al的比例，能夠同時(shí)蝕刻緊貼層51和金屬低電阻層52的最大的添加量成為上限。通過(guò)該構(gòu)圖，在金屬布線膜20b的柵極電極12上的部分形成有在底面露出η型硅 層18的開口 24，金屬布線膜20b被開口 24分離，如圖1(e)所示，形成源極電極膜27和漏 極電極膜28，得到本發(fā)明的晶體管5。接著，搬入到蝕刻裝置內(nèi)，將在開口 24底面露出的η型硅層18暴露于蝕刻氣體的 等離子體中進(jìn)行蝕刻，在形成于η型硅層18的開口 24的底面露出硅層16。形成于η型硅層18的開口 24位于柵極電極12的上方，η型硅層18被開口 25分 離為源極區(qū)域31和漏極區(qū)域32 (圖1 (f))。硅層16的表面在開口 25的底面露出，當(dāng)硅層16暴露于對(duì)η型硅層18進(jìn)行蝕刻 時(shí)的蝕刻氣體等離子體中時(shí)，從硅層16表面失去氫原子，導(dǎo)致形成懸掛鍵。該懸掛鍵成為漏電流等的TFT特性不良的原因。為了用氫再修補(bǔ)懸掛鍵，如圖 1 (g)所示，在使源極電極膜27和漏極電極膜28露出的狀態(tài)下導(dǎo)入氫，產(chǎn)生氫等離子體，當(dāng) 將在開口 25的底部露出的硅層16暴露于氫氣等離子體中時(shí)，硅層16表面的硅原子與氫結(jié) 合，消除懸掛鍵。在本發(fā)明的金屬布線膜20a (20b)中，源極電極膜27或漏極電極膜28具有以銅為 主要成分、并且以5原子％以上且30原子％以下的比例含有Al的緊貼層51。在此，緊貼層51中的Al的比例是對(duì)由緊貼層51所含有的Al的原子數(shù)除以緊貼層51所含有的金屬 成分(銅、Al及其他添加金屬)的總計(jì)的原子數(shù)的值乘以100后得到的值。緊貼層51中 的Al的比例與銅合金靶111中的Al的比例相等。該緊貼層51與晶體管的硅或二氧化硅緊貼，即使源極電極膜27和漏極電極膜28 暴露于氫等離子體中，在η型硅層18 (源極區(qū)域31或漏極區(qū)域32)的界面也不析出銅，源 極電極膜27或漏極電極膜28等的由金屬布線膜20a(20b)構(gòu)成的電極膜不剝離。在進(jìn)行氫等離子體的處理后，如圖1(h)所示，形成鈍化膜34，在鈍化膜34上形成 接觸孔37后，如該圖(i)所示，當(dāng)形成用于將源極電極膜27或漏極電極膜28與像素電極 13等之間連接的透明電極膜36時(shí)，得到液晶顯示面板。此外，作為能夠用于對(duì)硅層(包括多晶硅層、非晶硅層)進(jìn)行蝕刻的氣體，有Cl2、 HBr, Cl2、HCl、CBrF3、SiCl4, BC13、CHF3> PC13、HI、I2 等。這些鹵素氣體既可以單獨(dú)一種用作 蝕刻氣體，也可以混合2種以上用作蝕刻氣體。進(jìn)而，也可以在蝕刻氣體中添加02、N2、SF6、 N2, Ar, NH3等鹵素氣體以外的添加氣體。
在對(duì)氮化硅(SiN)、或氧化硅(Si02)GaAs、Sn02、Cr、Ti、TiN、W、Al等的其他蝕刻對(duì) 象物進(jìn)行蝕刻時(shí)，也能夠使用上述鹵素氣體。作為多晶硅的蝕刻氣體，例如有Cl2、Cl2+HBr、Cl2+02、CF4+02、SF6, Cl2+N2、C12+HC1、 HBr+Cl2+SF6 等。作為Si 的蝕刻氣體，例如有 SF6、C4F8, CBrF3> CF4+02、Cl2, SiCl4+Cl2、SF6+N2+Ar、 BCl2+Cl2+Ar、CF4, NF3, SiF4, BF3, XeF2, ClF3, SiCl4, PCl3, BCl3, HC1、HBr、Br2, HI、I2 等。作為非晶硅的蝕刻氣體，例如有CF4+02、C12+SF6等。濺射氣體不限于Ar，除了 Ar以外，也能夠使用Ne、Xe等。另外，利用本發(fā)明形成的緊貼層51不僅能夠用于TFT的源極電極、漏極電極，而且 能夠用于TFT的柵極電極、半導(dǎo)體元件或布線板等的其他電子部件的阻擋膜或電極(布線 膜)。實(shí)施例作為濺射氣體使用氬氣，作為氧化性氣體使用氧氣，對(duì)銅合金靶111進(jìn)行濺射，在 玻璃基板上形成50nm的緊貼層51，之后，使用氬氣對(duì)純銅靶112進(jìn)行濺射，在緊貼層上形成 300nm的金屬低電阻層52，得到二層結(jié)構(gòu)的金屬布線膜?；鍦囟葹?00°C，濺射氣體為Ar 氣體，濺射壓力為0. 4Pa。使所形成的金屬布線膜的表面露出，并暴露在氫等離子體中后，在其表面形成氮 化硅膜。在氫氣等離子體處理中，氫氣流量為500SCCm，壓力為200Pa，基板溫度為250°C， 功率為300W，時(shí)間為60秒。在配置了基板的CVD 裝置內(nèi)，以 SiH4 :20sccm、NH3 氣體 300sccm、N2 氣體 500sccm 的比例導(dǎo)入各氣體，以壓力120Pa、基板溫度250°C、功率300W形成硅氮化膜。利用帶測(cè)試測(cè)定暴露于氫等離子體中之前的金屬布線膜的緊貼性(as depo.緊 貼性)和暴露于氫等離子體中之后在其表面形成了氮化硅膜后的緊貼性(H2等離子體處理 后緊貼性)，該帶測(cè)試是粘接粘結(jié)膠帶后進(jìn)行剝離的測(cè)試，將玻璃基板表面露出的情況評(píng)為 “ X ”，將除此以外的情況評(píng)為“〇”。
使銅合金靶111中的Al的含有比例和氧化性氣體的導(dǎo)入比例不同進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。評(píng) 價(jià)結(jié)果作為“緊貼性”與銅合金靶111中的Al的含有比例和氧化性氣體的導(dǎo)入比例一起表 示在下述表1 3中另外，將與上述相同的金屬布線膜形成在硅晶片表面后，在真空環(huán)境中進(jìn)行退火 處理，在蝕刻除去金屬布線膜后，利用SEM觀察其表面，觀察有沒有銅擴(kuò)散到硅中。在上述各實(shí)驗(yàn)中，濺射氣體為氬氣，氧化性氣體為氧氣，濺射環(huán)境中的濺射氣體分 壓為0. 4Pa。另外，代替氧氣而將CO2氣體和H2O氣體用作氧化性氣體，對(duì)含有Al的靶進(jìn)行濺 射。作為濺射氣體使用Ar氣體，評(píng)價(jià)緊貼性和阻擋性。將觀察結(jié)果作為“阻擋性”表示在下述表1 (氧化性氣體為氧氣的情況)、表2 (氧 化性氣體為CO2的情況)、表3 (氧化性氣體為H2O氣體的情況)中。將觀察到擴(kuò)散的情況 記載為“ X ”，將沒有觀察到擴(kuò)散的情況記載為“〇”。表1 緊貼性、阻擋性、H2等離子體耐性(氧氣)
權(quán)利要求
一種反交錯(cuò)型的薄膜晶體管的制造方法，包括在處理對(duì)象物上形成柵極電極的工序；在所述柵極電極上形成柵極絕緣層的工序；在所述柵極絕緣層上形成半導(dǎo)體層的工序；在所述半導(dǎo)體層上形成歐姆接觸層的工序；在所述歐姆接觸層上形成金屬布線膜的工序；對(duì)所述歐姆接觸層和所述金屬布線膜進(jìn)行構(gòu)圖，形成第一、第二歐姆接觸層、源極電極和漏極電極的工序，其特征在于，形成所述金屬布線膜的工序包括在真空環(huán)境中導(dǎo)入含有濺射氣體和氧化性氣體的氣體，對(duì)含有Al和銅的銅合金靶進(jìn)行濺射，在所述歐姆接觸層上形成含有銅、Al和氧的緊貼層的工序。
2.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管的制造方法，其特征在于，在所述銅合金靶中，以5原子％以上且30原子％以下的比例含有Al。
3.如權(quán)利要求1或2所述的薄膜晶體管的制造方法，其特征在于，形成所述金屬布線膜的工序包括在形成所述緊貼層后，在所述緊貼層上形成銅的含 有率比所述緊貼層高并且電阻比所述緊貼層低的金屬低電阻層。
4.如權(quán)利要求1至3的任意一項(xiàng)所述的薄膜晶體管的制造方法，其特征在于，作為所述氧化性氣體使用O2氣體，相對(duì)于所述濺射氣體100體積部分，在0. 1體積部 分以上且15體積部分以下的范圍含有所述O2氣體。
5.如權(quán)利要求1至3的任意一項(xiàng)所述的薄膜晶體管的制造方法，其特征在于，作為所述氧化性氣體使用CO2氣體，相對(duì)于所述濺射氣體100體積部分，在0. 2體積部 分以上且30體積部分以下的范圍含有所述CO2氣體。
6.如權(quán)利要求1至3的任意一項(xiàng)所述的薄膜晶體管的制造方法，其特征在于，作為所述氧化性氣體使用H2O氣體，相對(duì)于所述濺射氣體100體積部分，在0. 1體積部 分以上且15體積部分以下的范圍含有所述H2O氣體。
7.一種反交錯(cuò)型的薄膜晶體管，具有柵極電極，形成在處理對(duì)象物上；柵極絕緣層， 形成在所述柵極電極上；半導(dǎo)體層，形成在所述柵極絕緣層上；形成在所述半導(dǎo)體層上并 被分離的第一、第二歐姆接觸層；分別形成在所述第一、第二歐姆接觸層上的源極電極和漏 極電極，其特征在于，所述源極電極和所述漏極電極在與所述第一、第二歐姆接觸層的接觸面具有含有銅合 金的緊貼層，該銅合金含有Al和氧。
8.如權(quán)利要求7所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述第一、第二歐姆接觸層為η型半導(dǎo)體層。
9.如權(quán)利要求7或8所述的薄膜晶體管，其特征在于，在所述緊貼層上配置有銅的含有率比所述緊貼層高并且電阻比所述緊貼層低的金屬 低電阻層。
10.如權(quán)利要求7至9的任意一項(xiàng)所述的薄膜晶體管，其特征在于，在所述緊貼層所含有的金屬中，以5原子％以上且30原子％以下的比例含有Al。
全文摘要
本發(fā)明提供一種即使暴露于氫等離子體中也不發(fā)生剝離的金屬布線膜。由緊貼層(51)和金屬低電阻層(52)構(gòu)成金屬布線膜(20a)，該緊貼層(51)在銅中添加Al而成，該金屬低電阻層(52)配置在緊貼層(51)上，由純銅構(gòu)成。緊貼層(51)中含有銅合金，該銅合金含有Al和氧，當(dāng)構(gòu)成與硅層緊貼的源極電極膜(27)和漏極電極膜(28)時(shí)，即使暴露于氫等離子體中，緊貼層(51)和硅層的界面也不析出銅，在緊貼層(51)和硅層之間不發(fā)生剝離。當(dāng)Al變多時(shí)，在蝕刻后緊貼層(51)和金屬低電阻層(52)的寬度明顯不同，所以，能夠蝕刻的最大的添加量成為上限。
文檔編號(hào)H01L29/786GK101971349SQ20098010901
公開日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2009年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月25日
發(fā)明者增田忠, 石橋曉, 高澤悟 申請(qǐng)人:株式會(huì)社愛發(fā)科