專(zhuān)利名稱(chēng)：配線結(jié)構(gòu)、薄膜晶體管基板及其制造方法、以及顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可應(yīng)用于液晶顯示器、有機(jī)EL顯示器等平面面板顯示器(顯示裝置)、 ULSI (超大規(guī)模集成電路)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FET(場(chǎng) 效應(yīng)型晶體管)、二極管等半導(dǎo)體裝置的配線結(jié)構(gòu)，薄膜晶體管基板及其制造方法，以及顯 示裝置，特別涉及作為配線材料含有純Cu或Cu合金的Cu系合金膜的新型配線結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
液晶顯示器等有源矩陣型液晶顯示裝置以薄膜晶體管(Thin Film Transitor,以 下稱(chēng)為T(mén)FT)為開(kāi)關(guān)元件，且由透明像素電極、柵配線及源/漏配線等配線部、具備非晶硅 (a-Si)及多晶硅(p-Si)等半導(dǎo)體層的TFT基板、相對(duì)于TFT基板隔開(kāi)規(guī)定間隙地對(duì)向配置 且具備共用電極的對(duì)向基板、充填于TFT基板和對(duì)向基板之間的液晶層構(gòu)成。在TFT基板中，根據(jù)電阻率低且容易加工等理由，柵配線及源/漏配線等配線材料 通常使用純Al或Al-Nd等Al合金。但是，隨著液晶顯示器的大型化，配線的RC延遲(在 配線中傳輸?shù)碾娦盘?hào)滯后的現(xiàn)象)等問(wèn)題越來(lái)越顯著，向更低電阻的配線材料的需求越來(lái) 越高漲。因此，電阻率比Al系合金小的純Cu或Cu-Ni等Cu合金(以下，將它們統(tǒng)稱(chēng)為Cu 系合金)備受注目。如專(zhuān)利文獻(xiàn)1 6所述，在Cu系合金配線膜(Cu系合金膜)和TFT半導(dǎo)體層之間 通常設(shè)有由Mo、Cr、Ti、W等高熔點(diǎn)金屬構(gòu)成的金屬阻擋層。原因是，當(dāng)不介在金屬阻擋層而 使Cu系合金配線膜與TFT的半導(dǎo)體層直接接觸時(shí)，通過(guò)其后的工序(例如，形成于TFT上 的絕緣層的成膜工序、及燒結(jié)及退火等熱工序)的受熱過(guò)程，Cu系合金配線膜中的Cu會(huì)擴(kuò) 散到半導(dǎo)體層中，TFT特性下降。具體而言，在TFT流動(dòng)的電流(開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)的截止電流、 及開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)的接通電流)等受不良影響，招致截止電流增加及接通電流下降，此外，開(kāi)關(guān) 速度(對(duì)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通的電信號(hào)的響應(yīng)性)也降低。另外，Cu系合金配線膜和半導(dǎo)體層的接觸 電阻有時(shí)也增加。這樣，金屬阻擋層對(duì)抑制Cu系合金膜和半導(dǎo)體層的界面的Cu和Si的相互擴(kuò)散是 有效的，但為了形成金屬阻擋層，除增加Cu系合金配線膜形成用的成膜裝置以外，還另外 需要金屬阻擋層形成用的成膜裝置。具體而言，必須使用分別額外地裝設(shè)有金屬阻擋層形 成用的成膜腔室的成膜裝置(代表性地，多個(gè)成膜腔室連接于傳遞腔室的組合工具)，招致 制造成本上升及生產(chǎn)率下降。另外，作為金屬阻擋層使用的金屬和Cu系合金利用藥液的濕 式蝕刻等加工工序的加工速度不同，因此極難控制加工工序的橫向的加工尺寸。因此，不僅 在成膜的觀點(diǎn)而且在加工的觀點(diǎn)上，金屬阻擋層的形成也會(huì)招致工序的復(fù)雜化，造成制造 成本上升及生產(chǎn)率下降。在上述中，作為顯示裝置的代表例以液晶顯示裝置為例進(jìn)行了說(shuō)明，但上述的、Cu 系合金膜和半導(dǎo)體層的界面的Cu和Si的相互擴(kuò)散引起的問(wèn)題不局限于顯示裝置，在LSI 及FET等半導(dǎo)體裝置上也有所體現(xiàn)。例如，在制造半導(dǎo)體裝置的代表例即LSI時(shí)，為了防止 Cu原子從Cu系合金膜擴(kuò)散到半導(dǎo)體層及絕緣體層中，在半導(dǎo)體層及絕緣體層上形成Cr或Mo或Ta等金屬阻擋屋之后，再形成Cu系合金膜，但在半導(dǎo)體裝置的領(lǐng)域，也正在尋求工序 的簡(jiǎn)化及成本的降低化。因而，期望提供如下技術(shù)，即，即使不像以往那樣設(shè)置金屬阻擋層，也可回避在顯 示裝置及半導(dǎo)體裝置中產(chǎn)生的Cu和Si的相互擴(kuò)散引起的問(wèn)題。鑒于這種情況，專(zhuān)利文獻(xiàn)7 9提出不是以Cu系合金而是以純Al或Al合金作為 配線材料而使用的技術(shù)，且提出可以省略金屬阻擋層的形成，可以將源/漏電極等使用的 Al系合金配線與半導(dǎo)體層直接接觸的直接接觸技術(shù)。其中，專(zhuān)利文獻(xiàn)9是由本申請(qǐng)人所公 開(kāi)的，其公開(kāi)了一種由含氮層和Al系合金膜構(gòu)成的材料，且公開(kāi)含氮層的N(氮)與半導(dǎo)體 層的Si結(jié)合的配線結(jié)構(gòu)。認(rèn)為該含氮層作為用于防止Al和Si的相互擴(kuò)散的阻擋層起作 用，實(shí)踐證明，即使不像以往那樣形成Mo等金屬阻擋層也可以得到優(yōu)異的TFT特性。另外， 在形成半導(dǎo)體層之后且形成Al系合金膜之前，通過(guò)等離子體氮化等氮化處理，就可以簡(jiǎn)便 地制作該含氮層，因此也具有不需要金屬阻擋層形成用的特殊的成膜裝置這種優(yōu)點(diǎn)。
日本國(guó)特開(kāi)平7-66423號(hào)公報(bào) 日本國(guó)特開(kāi)2001-196371號(hào)公報(bào) 日本國(guó)特開(kāi)2002-353222號(hào)公報(bào) 日本國(guó)特開(kāi)2004-133422號(hào)公報(bào) 日本國(guó)特開(kāi)2004-212940號(hào)公報(bào) 日本國(guó)特開(kāi)2005-166757號(hào)公報(bào) 日本國(guó)特開(kāi)2003-273109號(hào)公報(bào) 日本國(guó)特開(kāi)2008-3319號(hào)公報(bào) 日本國(guó)特開(kāi)2008-10801號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)1專(zhuān)利文獻(xiàn)2專(zhuān)利文獻(xiàn)3專(zhuān)利文獻(xiàn)4專(zhuān)利文獻(xiàn)5專(zhuān)利文獻(xiàn)6專(zhuān)利文獻(xiàn)7專(zhuān)利文獻(xiàn)8專(zhuān)利文獻(xiàn)9

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種可省略純Cu或Cu合金的Cu系合金配線膜和半導(dǎo)體 層之間的金屬阻擋層的直接接觸技術(shù)，其在廣泛的工藝范圍的范圍內(nèi)，能夠?qū)u系合金配 線膜與半導(dǎo)體層直接且可靠地連接。以下表示本發(fā)明的要旨。(1) 一種配線結(jié)構(gòu)，在基板上從基板側(cè)起依次具備半導(dǎo)體層、和純Cu或Cu合金的 Cu系合金膜，其中，在所述半導(dǎo)體層和所述Cu系合金膜之間，包含從基板側(cè)起依次為含有選自氮、碳 及氟中的至少一種元素的(N、C、F)層、和含有Cu及Si的Cu-Si擴(kuò)散層的層疊結(jié)構(gòu)，且所述 (N、C、F)層所含的氮、碳及氟中的至少一種元素與所述半導(dǎo)體層所含的Si結(jié)合。另外，上述配線結(jié)構(gòu)在基板上從基板側(cè)起依次具備半導(dǎo)體層、和純Cu或Cu合金的 Cu系合金膜，優(yōu)選如下的配線結(jié)構(gòu)在所述半導(dǎo)體層和所述Cu系合金膜之間，包含從基板側(cè)起依次為含有選自氮、碳 及氟中的至少一種元素的(N、C、F)層、和含有Cu及Si的Cu-Si擴(kuò)散層的層疊結(jié)構(gòu)，且構(gòu)成 所述(N、C、F)層的氮、碳及氟中任一種元素與所述半導(dǎo)體層的Si結(jié)合。(2)如(1)所述的配線結(jié)構(gòu)，其中，所述Cu-Si擴(kuò)散層通過(guò)在依次形成所述(N、C、 F)層、半導(dǎo)體層、及所述Cu系合金膜之后施加熱處理而得到。
(3)如⑴或⑵所述的配線結(jié)構(gòu)，其中，所述半導(dǎo)體層含有非晶硅或多晶硅。另外，所述半導(dǎo)體層優(yōu)選由非晶硅或多晶硅構(gòu)成。(4) 一種薄膜晶體管基板，具備(1) (3)中任一項(xiàng)所述的配線結(jié)構(gòu)。(5) 一種顯示裝置，具備(4)所述的薄膜晶體管基板。(6)如(1) (3)中任一項(xiàng)所述的配線結(jié)構(gòu)，構(gòu)成顯示裝置或半導(dǎo)體裝置。(7) 一種薄膜晶體管基板的制造方法，其是制造(4)所述的薄膜晶體管基板的方 法，依次包含第1工序和第2工序，第1工序，在薄膜晶體管的半導(dǎo)體層上形成含有選自氮、碳及氟中的至少一種元 素的(N、C、F)層，第2工序，形成半導(dǎo)體層。(8)如(7)所述的制造方法，其中，所述第1工序在半導(dǎo)體層形成裝置中進(jìn)行處理。(9)如(8)所述的制造方法，其中，所述第1工序和所述第2工序在同一半導(dǎo)體層 形成用腔室內(nèi)連續(xù)地進(jìn)行。(10)如(7) (9)中任一項(xiàng)所述的制造方法，其中，所述第1工序包含如下步驟， 即，通過(guò)利用含有選自氮、碳及氟中的至少一種元素的氣體而實(shí)現(xiàn)的等離子體蝕刻，來(lái)形成 (N、C、F)層。(11)如(7) (9)中任一項(xiàng)所述的制造方法，其中，所述第1工序包含如下不走， 即，通過(guò)利用含有選自氮、碳及氟中的至少一種元素的氣體、和半導(dǎo)體層形成所使用的原料 氣體的混合氣體而實(shí)現(xiàn)的等離子體蝕刻，來(lái)形成(N、C、F)層。根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種可將純Cu或Cu合金的Cu系合金膜與半導(dǎo)體層直接接 觸的直接接觸技術(shù)，該技術(shù)不僅TFT特性及Cu系合金膜和半導(dǎo)體層的接觸電阻優(yōu)異，而且 生產(chǎn)率良好，工藝范圍更大。具體而言，可以提供如下技術(shù)，即，不易受各種工藝條件波動(dòng) (裝置性能的波動(dòng)、不穩(wěn)定性、未預(yù)期的污染、難以控制的污染等)的影響，另外，也不需要 極端嚴(yán)格的條件管理，不易受工藝條件的制約。


圖IA是表示本發(fā)明第一實(shí)施方式的TFT的構(gòu)成的概要剖面說(shuō)明圖；圖IB是表示本發(fā)明第一實(shí)施方式的TFT的構(gòu)成的概要剖面說(shuō)明圖；圖IC是表示本發(fā)明第一實(shí)施方式的TFT的構(gòu)成的概要剖面說(shuō)明圖；圖2是表示本發(fā)明第二實(shí)施方式的TFT的構(gòu)成的概要剖面說(shuō)明圖；圖3是對(duì)本發(fā)明的配線結(jié)構(gòu)的工序進(jìn)行說(shuō)明的概要工序圖；圖4是對(duì)本發(fā)明的配線結(jié)構(gòu)的各工序進(jìn)行說(shuō)明的工序圖；圖5是表示本發(fā)明第三實(shí)施方式的LSI的構(gòu)成的概要剖面說(shuō)明圖；圖6是對(duì)本發(fā)明第三實(shí)施方式的配線結(jié)構(gòu)的各工序進(jìn)行說(shuō)明的工序圖；圖7是在實(shí)施例1中非晶硅和Cu系合金膜的界面的截面TEM照片；圖8是對(duì)為調(diào)查Cu系合金膜和半導(dǎo)體層(非晶硅)的接觸電阻而作成的TLM元 件的工序進(jìn)行說(shuō)明的工序圖；圖9是表示電極間距離和電阻的關(guān)系的曲線圖；圖10(a)及(b)是對(duì)TLM元件的接觸電阻的測(cè)定原理進(jìn)行說(shuō)明的圖11是對(duì)MOSFET的制造工序進(jìn)行說(shuō)明的工序圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明涉及可將Cu系合金膜與半導(dǎo)體層直接接觸的直接接觸技術(shù)。詳細(xì)而言，在 配線結(jié)構(gòu)方面具有特征，上述配線結(jié)構(gòu)以本申請(qǐng)人先公開(kāi)的、利用了含氮層實(shí)現(xiàn)的防止Cu 和Si的相互擴(kuò)散的作用的直接接觸技術(shù)(后述)為基礎(chǔ)，包含在該含氮層上層疊有發(fā)揮保 護(hù)該含氮層不受大氣影響的作為罩層起作用的含Cu及Si的Cu-Si擴(kuò)散層的層疊結(jié)構(gòu)。該 Cu-Si擴(kuò)散層通過(guò)在依次形成(N、C、F)層、半導(dǎo)體層、及Cu系合金膜之后，在TFT的制造工 序中施加的約150°C以上的受熱過(guò)程而得到，由上述Cu系合金膜的Cu和上述半導(dǎo)體層的 Si構(gòu)成。下面，對(duì)達(dá)成本發(fā)明的情況進(jìn)行說(shuō)明。如上所述，作為Cu系合金膜和半導(dǎo)體層的直接接觸技術(shù)，本申請(qǐng)人已經(jīng)公開(kāi)了一 種由含氮層和Cu系合金膜構(gòu)成的材料，且公開(kāi)了含氮層的N(氮)與半導(dǎo)體層的Si結(jié)合的 配線結(jié)構(gòu)((日本)特愿2007-265810，以下稱(chēng)為關(guān)聯(lián)技術(shù))。關(guān)聯(lián)技術(shù)的技術(shù)除配線材料 為Cu系合金以外，實(shí)質(zhì)上與上述的專(zhuān)利文獻(xiàn)9記載的利用了 Al系合金的直接接觸技術(shù)相 同。在關(guān)聯(lián)技術(shù)中，認(rèn)為上述含氮層作為用于防止Cu和Si的相互擴(kuò)散的阻擋層起作用，實(shí) 踐證明即使不像現(xiàn)有那樣形成Mo等金屬阻擋層也可以得到優(yōu)異的TFT特性。另外，在形成 半導(dǎo)體層之后且形成Cu系合金膜之前，通過(guò)等離子體氮化等氮化處理，就可以簡(jiǎn)便地制作 該含氮層，因此也具有不需要金屬阻擋層形成用的特殊的成膜裝置這種優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明者在公開(kāi)了上述的關(guān)聯(lián)技術(shù)以后，也主要從提高生產(chǎn)率這種觀點(diǎn)出發(fā)，進(jìn) 一步重新進(jìn)行了研究。為了得到關(guān)聯(lián)技術(shù)記載的配線結(jié)構(gòu)(經(jīng)由含氮層而半導(dǎo)體層和Cu系 合金膜直接接觸的構(gòu)成)，首先，在等離子體CVD裝置(真空下)等半導(dǎo)體層形成用腔室內(nèi)， 形成半導(dǎo)體層及含氮層，接下來(lái)，為了形成Cu系合金膜，轉(zhuǎn)移至專(zhuān)用的腔室(真空下)，用濺 射法等進(jìn)行實(shí)施。根據(jù)本發(fā)明者的研究結(jié)果判明，當(dāng)在上述的轉(zhuǎn)移之際含氮層的表面與大 氣接觸等而過(guò)度污染時(shí)，招致電特性(TFT特性、及半導(dǎo)體層和Cu系合金膜的接觸電阻)下 降或波動(dòng)等問(wèn)題。因此，為了回避這些問(wèn)題，重復(fù)研究的結(jié)果是，達(dá)成下述(I) (IV)的構(gòu) 成，完成了本發(fā)明。(I)本發(fā)明的制造方法不是如關(guān)聯(lián)技術(shù)那樣在含氮層上直接形成Cu系合金膜，而 是在如下方面具有特征，即，如圖3的概要工序圖所示，在形成含氮層等為代表的(N、C、F) 層以后，在同一腔室內(nèi)繼續(xù)連續(xù)地，在該(N、C、F)層上進(jìn)一步形成半導(dǎo)體層。進(jìn)行了該方法 之后，接下來(lái)，與關(guān)聯(lián)技術(shù)同樣地，轉(zhuǎn)移至Cu系合金膜專(zhuān)用腔室，形成Cu系合金膜，其后，當(dāng) 用公知的方法制造TFT時(shí)，上述的半導(dǎo)體層通過(guò)其后的受熱過(guò)程變成Cu-Si擴(kuò)散層(后述 (II)中進(jìn)行詳述)，(N、C、F)層被污染造成的TFT特性下降及接觸電阻上升、或它們的波動(dòng) 之類(lèi)的問(wèn)題得以消除，其結(jié)果可知，可以提供一種將TFT的半導(dǎo)體層和Cu系合金膜直接且 可靠地、具有良好的電特性的直接接觸技術(shù)(參照后述的實(shí)施例)。在本發(fā)明中，使用半導(dǎo)體層的理由是，主要考慮到成膜工序的簡(jiǎn)化。由此，能夠在 同一腔室內(nèi)連續(xù)地進(jìn)行在TFT用基板上形成半導(dǎo)體層(不是變成Cu-Si擴(kuò)散層的半導(dǎo)體 層，而是形成于TFT用基板上的半導(dǎo)體層)、(N、C、F)層、半導(dǎo)體層這種一系列的所有工序， 因此不可能暴露于大氣。
(II)由上述方法得到的本發(fā)明的配線結(jié)構(gòu)與關(guān)聯(lián)技術(shù)記載的結(jié)構(gòu)不同，例如，如 圖IA等所示，具有在(N、C、F)層上具有層疊有含Cu及Si的Cu-Si擴(kuò)散層的層疊結(jié)構(gòu)。該 Cu-Si擴(kuò)散層通過(guò)在依次形成(N、C、F)層、半導(dǎo)體層、及Cu系合金膜之后在TFT的制造工 序中施加的受熱過(guò)程而形成，通過(guò)大致150°C以上(優(yōu)選180°C以上)的受熱過(guò)程，Cu系合 金膜中的Cu擴(kuò)散于半導(dǎo)體層中的Si而得到。這樣得到的Cu-Si擴(kuò)散層由Cu系合金膜的 Cu和上述半導(dǎo)體層的Si構(gòu)成，具有保護(hù)(N、C、F)層不受大氣影響的作為罩層的作用。如 后述的實(shí)施例1及圖IA等所示，該Cu-Si擴(kuò)散層也可以直接形成于(N、C、F)層上，但不局 限于此。為了參考，將由本發(fā)明的方法得到的Cu-Si擴(kuò)散層的概要示于圖7。圖7是后述的 實(shí)施例1 (本實(shí)施例)的截面TEM照片(30萬(wàn)倍和150萬(wàn)倍)，其中，在半導(dǎo)體層(a-Si)和 Cu系合金膜之間連續(xù)地形成有Cu-Si擴(kuò)散層的薄層(在此，約lOnm)。根據(jù)本實(shí)施例，能夠 有效地抑制Cu原子向半導(dǎo)體層中的擴(kuò)散，因此不會(huì)在半導(dǎo)體層中檢出Cu原子。因而，根據(jù) 本發(fā)明的方法確認(rèn)，與關(guān)聯(lián)技術(shù)同樣，能夠防止上述界面的Cu和Si的相互擴(kuò)散。(III)在本發(fā)明中，作為具有防止Cu和Si的相互擴(kuò)散的作用的阻擋層，公開(kāi)了 (N、C、F)層。在關(guān)聯(lián)技術(shù)中，作為防止Cu和Si的相互擴(kuò)散的阻擋層，僅公開(kāi)了含氮層，但 通過(guò)其后的本發(fā)明者的研究，上述的作用不局限于含氮層，含有碳或氟的層也可以發(fā)揮同 樣的作用，更詳細(xì)而言，通過(guò)實(shí)驗(yàn)確認(rèn)，含有選自氮、碳及氟中的至少一種元素的(N、C、F) 層都可以得到與含氮層實(shí)質(zhì)上同樣的結(jié)果。這樣，在本發(fā)明中，在將(N、C、F)層作為阻擋層 而使用這一點(diǎn)，使關(guān)聯(lián)技術(shù)的技術(shù)得到了進(jìn)一步的發(fā)展。(IV)也得知，本發(fā)明的技術(shù)作為防止Cu系合金膜和半導(dǎo)體層的界面的Cu和Si的 相互擴(kuò)散的技術(shù)極其有用，不限于液晶顯示裝置等顯示裝置，也可應(yīng)用于LSI及FET等半導(dǎo) 體層裝置。下面，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。如上所述，本發(fā)明是關(guān)聯(lián)技術(shù)的改進(jìn)技術(shù)，關(guān)于帶 有關(guān)聯(lián)技術(shù)特征的含氮層，如上述的專(zhuān)利文獻(xiàn)9詳述，層疊結(jié)構(gòu)的一部分及制造方法的一 部分與專(zhuān)利文獻(xiàn)9重復(fù)。在本說(shuō)明書(shū)中，對(duì)與專(zhuān)利文獻(xiàn)9的不同點(diǎn)進(jìn)行特別重點(diǎn)地說(shuō)明，不 進(jìn)行重復(fù)部分的詳細(xì)說(shuō)明(例如，含氮層的形成方法等)，有時(shí)進(jìn)行摘要說(shuō)明。重復(fù)部分的 詳細(xì)說(shuō)明只要參照專(zhuān)利文獻(xiàn)9即可。首先，參照?qǐng)DIA 圖1C、圖2對(duì)本發(fā)明的配線結(jié)構(gòu)及其制造方法進(jìn)行說(shuō)明。本發(fā) 明的配線結(jié)構(gòu)為，在基板上從基板側(cè)起依次具備半導(dǎo)體層、和純Cu或Cu合金的Cu系合金 膜，且在所述半導(dǎo)體層和所述Cu系合金膜之間，包含從基板側(cè)起依次為含有選自氮、碳及 氟中的至少一種元素的(N、C、F)層、和含有Cu及Si的Cu-Si擴(kuò)散層的層疊結(jié)構(gòu)。這種層 疊結(jié)構(gòu)只要至少設(shè)置于半導(dǎo)體層和Cu系合金膜之間即可，例如，如圖IA 圖IC所示，也可 以在半導(dǎo)體層上直接具有上述的層疊結(jié)構(gòu)。即，在本發(fā)明的配線結(jié)構(gòu)中，也可以具有多層上 述(N、C、F)層。但是，不局限于此，例如，如圖2所示，從基板側(cè)起依次具有半導(dǎo)體層、(N、 C、F)層、半導(dǎo)體層且在其上具有上述層疊結(jié)構(gòu)的實(shí)施方式也包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。本發(fā) 明不限定于這些實(shí)施方式。而且，如重復(fù)敘述所述，在與關(guān)聯(lián)技術(shù)的對(duì)比中，本發(fā)明的特征部分在于，在(N、C、 F)層上具有Cu-Si擴(kuò)散層。例如，也可以在(N、C、F)層上直接(正上面)具有該Cu-Si擴(kuò) 散層(參照實(shí)施例1及圖1A)。這種Cu-Si擴(kuò)散層通過(guò)在依次形成(N、C、F)層、半導(dǎo)體層、及Cu系合金膜之后加以約150°C以上的受熱過(guò)程而得到。下面，參照附圖對(duì)本發(fā)明的配線結(jié)構(gòu)的第一 第三實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。下述 中，作為應(yīng)用本發(fā)明層疊結(jié)構(gòu)的顯示裝置的代表例，利用TFT的實(shí)施方式1 2進(jìn)行說(shuō)明， 作為半導(dǎo)體層的代表例，利用MOSFET的實(shí)施方式3進(jìn)行說(shuō)明，但不是限定于此的趣旨。另 外，半導(dǎo)體層的種類(lèi)也可以為非晶硅及多晶硅中任一種。另外，在下述中，為方便說(shuō)明，為了將形成于(N、C、F)層上的半導(dǎo)體層即通過(guò)其后 的受熱過(guò)程可以最終變成可保護(hù)該(N、C、F)層不受大氣影響的Cu-Si擴(kuò)散層的半導(dǎo)體層、 和直接形成于TFT用基板上的半導(dǎo)體層區(qū)別開(kāi)來(lái)，有時(shí)將前者的作為保護(hù)層發(fā)揮作用的半 導(dǎo)體層稱(chēng)為“第二半導(dǎo)體層”，將后者的半導(dǎo)體層稱(chēng)為“第一半導(dǎo)體層”。(本發(fā)明的第一實(shí)施方式)圖IA表示本發(fā)明的TFT的第一實(shí)施方式。圖IA在TFT用基板上具有第一半導(dǎo)體 層，在其上直接具有由(N、C、F)層和Cu-Si擴(kuò)散層構(gòu)成的雙層層疊結(jié)構(gòu)。圖IA的結(jié)構(gòu)通過(guò) 形成(N、C、F)層之后再形成第二半導(dǎo)體層、接下來(lái)形成Cu合金層、其后加以約150°C以上 的受熱過(guò)程而得到，例如，通過(guò)后述的實(shí)施例1的方法而得到。在第一實(shí)施方式中，構(gòu)成配線結(jié)構(gòu)的(N、C、F)層含有氮、碳、及氟中任一種元素。 該(N、C、F)層由于以大致覆蓋半導(dǎo)體層的表面整體的方式形成，因此作為用于防止Cu系合 金和半導(dǎo)體層的界面的Cu和Si的相互擴(kuò)散的阻擋層有效地發(fā)揮作用。優(yōu)選為含氮層。詳 細(xì)而言，構(gòu)成上述層的氮、碳、氟與半導(dǎo)體層的Si結(jié)合，主要含有Si氮化物、Si碳化物、Si 氟化物。除此以外，還可以包含含有氧的Si的氧氮化物的化合物。Si的氧氮化物等例如， Si與在含氮層的形成過(guò)程等中不可避地導(dǎo)入的氧(0)結(jié)合而得到。在此，(N、C、F)層所含的氮原子、碳原子、氟原子的面密度的總和，優(yōu)選與半導(dǎo)體 層材料(代表性地，Si)的有效鍵的面密度相同，或優(yōu)選具有比該有效鍵的面密度高的面密 度。如專(zhuān)利文獻(xiàn)9及關(guān)聯(lián)技術(shù)所述，為了防止金屬配線材料和半導(dǎo)體材料的相互擴(kuò)散，需要 用含氮層等(N、C、F)層覆蓋半導(dǎo)體層的表面。在這種情況下，存在于半導(dǎo)體層表面的未結(jié) 合鍵(懸空鍵)優(yōu)選與構(gòu)成上述層的各元素結(jié)合。“有效鍵”的意思是指在考慮了氮原子、 碳原子或氟原子的立體障礙之后可以配置于半導(dǎo)體層表面的結(jié)合鍵，“有效鍵的面密度”的 意思是指用(N、C、F)層覆蓋半導(dǎo)體層的表面整體時(shí)的面密度。有效鍵的面密度因半導(dǎo)體材 料的種類(lèi)等而不同，例如，在硅的情況下，也因晶體的面方位稍有差別，但大致在IO14CnT2 2 X IO1W的范圍內(nèi)。具體而言，例如，即使在含氮層主要含有Si氮化物的情況、及主要含有Si氮化物 且還含有Si的氧氮化物的情況中任一情況下，含氮層的氮也優(yōu)選在與半導(dǎo)體層接觸的界 面上具有IO14CnT2以上2X IO16CnT2以下的面密度(Ni)。為了確保所希望的TFT特性等，含 氮層的氮的面密度的下限更優(yōu)選為2X1014cm_2，進(jìn)一步優(yōu)選為4X1014cm_2。同樣地，含碳層 的碳優(yōu)選在與半導(dǎo)體層接觸的界面上具有IO14CnT2以上2X1016cm_2以下的面密度(Cl)，更 優(yōu)選為2X IO14CnT2以上，進(jìn)一步優(yōu)選為4X IO14CnT2以上。另外，含氟層的氟也與上述同樣 地，優(yōu)選在與半導(dǎo)體層接觸的界面上具有IO14CnT2以上2 X IO16CnT2以下的面密度(Fl)，更優(yōu) 選為2X IO14cnT2以上，進(jìn)一步優(yōu)選為4X IO14cnT2以上。(N、C、F)層只要至少具有一層以上的包含Si-N結(jié)合、Si-C結(jié)合、Si-F結(jié)合的層 即可。在此，Si-N結(jié)合的Si和N的距離(原子間隔)為約0. 18nm，含氮層實(shí)質(zhì)上優(yōu)選為0.2nm以上，更優(yōu)選為0.3nm以上。其中，當(dāng)含氮層的氮的面密度(Ni)過(guò)高時(shí)，含氮層所含 的絕緣性的Si氮化物也增多，電阻上升，TFT性能劣化。含氮層的氮的面密度的上限更優(yōu)選 為IX IO16Cnr2。從同樣的觀點(diǎn)出發(fā)，Si-C結(jié)合的Si和C的距離(原子間隔)為約0. 19nm， 含碳層實(shí)質(zhì)上優(yōu)選為0. 2nm以上，更優(yōu)選為0. 3nm以上。另外，含碳層的碳的面密度的上限 更優(yōu)選為lX1016cm_2。從同樣的觀點(diǎn)出發(fā)，Si-F結(jié)合的Si和F的距離(原子間隔)為約 0. 16nm，含氟層實(shí)質(zhì)上優(yōu)選為0. ISnm以上，更優(yōu)選為0. 25nm以上。另外，含氟層的氟的面 密度的上限更優(yōu)選為lX1016cm_2。另外，在(N、C、F)層包含如Si的氧氮化物等那樣含氧化合物的情況(例如，除Si 氮化物以外，還含有Si的氧化物的情況)下，構(gòu)成上述層的各元素的面密度的總合滿(mǎn)足上 述必要條件，并且各元素的面密度(N1、C1、F1)和氧的面密度(01)之比的總合(m、Cl、Fl)/ (01)優(yōu)選為1. 0以上，由此，TFT特性進(jìn)一步提高。Si的氮化物等含氮化合物、及Si的氧 化物等含氧化合物本來(lái)就是絕緣物，如后所述，(N、C、F)層的厚度大致為0. ISnm以上5nm 以下極其薄，因此可較低地抑制電阻。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，判明，TFT特性受(N1、C1、F1)/(01)之比的影響，為了得 到更優(yōu)異的TFT特性，只要將(N1、C1、F1)/(01)之比加大至1. 0以上即可。當(dāng)(NUCUFl)/ 01之比大時(shí)，認(rèn)為(N、C、F)層中的電阻成分變小，因此可以得到良好的晶體管特性。(Ni、 Cl、Fl)/01之比越大越好，例如，更優(yōu)選為1.05以上，進(jìn)一步優(yōu)選為1. 1以上。例如，當(dāng)利用等離子體氮化法形成含氮層時(shí)，(m、Cl、Fl)/01之比可以通過(guò)適當(dāng)控 制等離子體的氣體壓力及氣體組成、處理溫度等等離子體發(fā)生條件來(lái)調(diào)節(jié)。上述的(N、C、F)層的氮的面密度(Ni)、碳的面密度(Cl)、氟的面密度(Fl)、氧的 面密度(01)可以利用例如RBS (Rutherford Backscattering ^ectrometry、盧瑟福背散射 光譜)法計(jì)算。(N、C、F)層的厚度大致優(yōu)選為0. 18nm以上5nm以下的范圍內(nèi)。如上所述，(N、C、 F)層作為用于防止Cu系合金層和半導(dǎo)體層的界面上的Cu和Si的相互擴(kuò)散的阻擋層是有 用的，(N、C、F)層由于易成為絕緣體，因此當(dāng)過(guò)厚時(shí)，除電阻極度增大以外，TFT性能還會(huì)劣 化。通過(guò)將(N、C、F)層的厚度控制在上述范圍內(nèi)，可將(N、C、F)層的形成引起的電阻上升 抑制在不影響TFT性能的范圍內(nèi)。(N、C、F)層的厚度大致更優(yōu)選為3nm以下，進(jìn)一步優(yōu)選 為2nm以下，更進(jìn)一步優(yōu)選為Inm以下。(N、C、F)層的厚度可以通過(guò)各種物理分析方法而 求出，例如，除上述的RBS法以外，還可以利用XPS (X線光電子光譜分析)法、SIMS ( 二次離 子質(zhì)量分析)法、GD-OES (高頻輝光放電發(fā)光光譜分析)等。構(gòu)成(N、C、F)層的各元素的原子數(shù)和Si原子數(shù)之比的最大值優(yōu)選為0. 5以上1. 5 以下的范圍內(nèi)。由此，不會(huì)使TFT特性劣化，能夠有效地發(fā)揮(N、C、F)層的阻擋作用。上 述之比的最大值更優(yōu)選為0. 6以上，進(jìn)一步優(yōu)選為0. 7以上。上述之比可以通過(guò)將等離子 體照射時(shí)間大致控制在5秒鐘 10分鐘的范圍內(nèi)來(lái)調(diào)節(jié)。上述之比通過(guò)利用RBS法分析 (N、C、F)層的深度方向的元素(N、C、F、及Si)來(lái)計(jì)算。為了形成上述的(N、C、F)層，只要在形成半導(dǎo)體層之后再向半導(dǎo)體層表面供給 氮、碳、氟中至少任一種元素即可。具體而言，利用含有它們中的任一種元素的等離子體，就 能夠形成上述的層。或者，如專(zhuān)利文獻(xiàn)9所述，也可以利用熱氮化法或胺化法來(lái)形成，熱氮 化法及胺化法的詳細(xì)介紹只要參照專(zhuān)利文獻(xiàn)9即可。
下面，對(duì)利用等離子體的方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。等離子體可以使用含有氮、碳、氟中 至少任一種元素的氣體。作為可利用的氣體，舉出Ν2、ΝΗ3、Ν20、Ν0等含氮?dú)怏w；NF3等含氮、 氟氣體；CO、CO2、烴系氣體(例如，CH4, C2H4, C2H2等)等含碳?xì)怏w；碳化氟氣體(例如，CF4, C4F8等)、CHF3等含碳、氟氣體等?？梢詫⑦@些氣體設(shè)為單獨(dú)或混合氣體而利用。另外，作為從含有上述氣體的等離子體源向半導(dǎo)體層表面供給氮、碳、氟中至少任 一種元素的方法，舉出例如，將半導(dǎo)體層設(shè)置于等離子體源附近而進(jìn)行的方法。在此，等離 子體源和半導(dǎo)體層的距離只要根據(jù)等離子體種、等離子體發(fā)生的功率、壓力、溫度等各種參 數(shù)而適當(dāng)設(shè)定即可，但通?？梢岳镁嗯c等離子體接觸的狀態(tài)數(shù)cm IOcm的距離。在這種 等離子體附近，存在具有高能量的原子，通過(guò)利用該高能量的原子向半導(dǎo)體層表面供給氮、 碳、氟等，可以在半導(dǎo)體層表面形成氮化物、碳化物、氟化物等。除上述方法以外，也可以利用例如離子注入法。根據(jù)該方法，由于可以通過(guò)電場(chǎng)加 速離子實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離的移動(dòng)，因此可以任意設(shè)定等離子體源和半導(dǎo)體層的距離。該方法通過(guò) 利用專(zhuān)用的離子注入裝置可以實(shí)現(xiàn)，但優(yōu)選使用等離子體離子注入法。等離子體離子注入 法是通過(guò)對(duì)設(shè)置于等離子體附近的半導(dǎo)體層附加負(fù)的高電壓脈沖而均勻地進(jìn)行離子注入 的技術(shù)。當(dāng)形成(N、C、F)層時(shí)，從制造工序的簡(jiǎn)化及處理時(shí)間的縮短化等觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選 如下所述控制用于上述層的形成的裝置及腔室、溫度及氣體組成而進(jìn)行。首先，為了制造工序的簡(jiǎn)化，裝置優(yōu)選用與半導(dǎo)體層形成裝置相同的裝置進(jìn)行，且 優(yōu)選用同一裝置的同一腔室進(jìn)行。由此，處理對(duì)象工件無(wú)需在裝置間或裝置內(nèi)多余地移動(dòng)。 關(guān)于溫度，優(yōu)選在實(shí)質(zhì)上與半導(dǎo)體層的成膜溫度相同的溫度(可以包含約士 10°c的范圍) 下進(jìn)行，由此，能夠節(jié)省伴隨溫度波動(dòng)的調(diào)節(jié)時(shí)間。另外，關(guān)于氣體組成，也可以使用(I)含有選自氮、碳、及氟中的至少一種元素的 氣體(上述的含氮?dú)怏w、含碳?xì)怏w、含氟氣體等)，來(lái)形成(N、C、F)層；或者，也可以使用 (II)含有選自氮、碳、及氟中的至少一種元素的氣體和用于半導(dǎo)體層形成的原料氣體的混 合氣體，來(lái)形成(N、C、F)層；或者，也可以使用(III)含有選自氮、碳、及氟中的至少一種元 素的氣體和還原性氣體的混合氣體，來(lái)形成(N、C、F)層。例如，在形成含氮層的情況下，如 上述⑴所述，也可以?xún)H使用含有氮的含氮?dú)怏w汎、NH3、NF3等)進(jìn)行，但如上述(II)所 述，優(yōu)選為含氮?dú)怏w和用于半導(dǎo)體層形成的原料氣體(SiH4)的混合氣體。當(dāng)僅使用含氮?dú)?體形成含氮層時(shí)，在半導(dǎo)體層形成后，為了清洗腔室內(nèi)，需要暫時(shí)將使用后的半導(dǎo)體層形成 用氣體全部排除，但如上所述，如果在混合氣體的條件下進(jìn)行，則不需要排除氣體，因此可 以縮短處理時(shí)間。在上述(II)中，含有選自氮、碳、及氟中的至少一種元素的氣體(以下，簡(jiǎn)稱(chēng)“(N、 C、F)氣體”，特別是含氮?dú)怏w)與用于半導(dǎo)體層形成的原料氣體(以下，簡(jiǎn)稱(chēng)“半導(dǎo)體原料 氣體”)的流量比((N、C、F)氣體/半導(dǎo)體原料氣體)優(yōu)選控制為0. 10以上15以下，由此， 除有效地發(fā)揮上述處理時(shí)間的縮短效果以外，阻擋層的絕緣性上升，可以防止TFT特性(接 通電流、阻斷電流)下降及接觸電阻上升。當(dāng)(N、C、F)氣體過(guò)少時(shí)，不能有效地發(fā)揮防止 與Cu-Si的相互擴(kuò)散的效果，相反，當(dāng)(N、C、F)氣體過(guò)多時(shí)，薄膜層內(nèi)的結(jié)合不穩(wěn)定。((N、 C、F)氣體比/半導(dǎo)體原料氣體)的更優(yōu)選的流量比為0. 3以上10以下，進(jìn)一步優(yōu)選的流 量比為0.5以上7以下。
或者，如上述(III)，氣體組成優(yōu)選為上述的含氮?dú)怏w和含還原性元素氣體的混合 氣體，由此，半導(dǎo)體層的氧化得以更有效的抑制。作為還原性元素，舉出例如NH3及H2等。 其中，NH3不僅具有還原作用，而且也作為含氮?dú)怏w發(fā)揮作用，因此，也可以單獨(dú)使用，但也 可以與H2混合使用。下面，對(duì)本發(fā)明使用的Cu系合金膜進(jìn)行說(shuō)明。Cu系合金膜例如只要通過(guò)濺射法形 成即可。在本發(fā)明中，可以使用單一的濺射靶及單一的濺射氣體形成。本發(fā)明使用的Cu系合金膜的種類(lèi)不作特別限定，只要不對(duì)TFT特性等電特性帶來(lái) 不良影響，作為源、漏配線材料，可以直接使用通常使用的純Cu膜?；蛘撸珀P(guān)聯(lián)技術(shù)所述，作為配件材料，也可以使用含有選自由Ni、Zn、Mg、Mn、Ir、 Ge、Nb、Cr、及稀土類(lèi)元素構(gòu)成的組(組X)中至少一種元素的Cu-X合金膜。在此，屬于組X的元素的含量大致優(yōu)選為0. 01原子％以上3原子％以下的范圍 內(nèi)。在屬于組X的元素的含量不足0.01原子％時(shí)，不能得到所期望的效果。另一方面，當(dāng) 超過(guò)3原子％時(shí)，Cu-X合金薄膜的電阻率極高，像素的響應(yīng)速度變慢，電力消耗增大，作為 顯示器的品位降低，不可以供使用。屬于組X的元素的含量?jī)?yōu)選為0. 05原子％以上2. 0原 子％以下。上述Cu系合金膜的厚度可以根據(jù)必要的TFT特性等適當(dāng)調(diào)節(jié)，大致優(yōu)選為 IOnm 1 μ m，更優(yōu)選為30nm 800nm，進(jìn)一步優(yōu)選為5Onm 600nm。另外，Cu-Si擴(kuò)散層的厚度也與上述同樣，可以根據(jù)必要的TFT特性等適當(dāng)調(diào)節(jié)， 大致優(yōu)選為0. 2nm以上200歷以下的范圍內(nèi)，更優(yōu)選為Inm以上50nm以下的范圍內(nèi)。詳細(xì) 而言，只要比相當(dāng)于Cu-Si原子一層程度的厚度(約0. 2nm左右)厚即可，從TFT制造的觀 點(diǎn)出發(fā)，基于可以盡可能地薄這種宗旨，將上限設(shè)成約200nm左右。本發(fā)明使用的半導(dǎo)體層優(yōu)選為非晶硅或多晶硅。另外，在半導(dǎo)體層含有P、As、Sb、 B等之類(lèi)的半導(dǎo)體領(lǐng)域通用的雜質(zhì)(摻雜劑)的情況下，其原子濃度合計(jì)優(yōu)選為IO19CnT3以 上，由此，能夠進(jìn)一步降低接觸電阻。另外，在上述的原子濃度為約IO15CnT3以下且不含摻雜 劑的情況下，也不會(huì)較大地增大接觸電阻，能夠得到良好的TFT特性。在這種情況下，由于 不使用摻雜氣體，因此可以得到能夠省略成本及制造工序之類(lèi)的優(yōu)點(diǎn)。上述半導(dǎo)體層優(yōu)選的厚度大致相當(dāng)于Si原子層的0. 2nm 1 μ m。更優(yōu)選的半導(dǎo) 體層的厚度為0. 5nm 500nm，進(jìn)一步優(yōu)選為Inm 300nm。以上，對(duì)圖IA的實(shí)施方式進(jìn)行了詳述。另外，圖IA的實(shí)施方式通過(guò)形成于TFT用基板上的第一半導(dǎo)體層的構(gòu)成，可以包 含圖IB及圖IC雙方。其中，圖IB的第一半導(dǎo)體層從基板側(cè)起依次由不含P、As、Sb、B等 雜質(zhì)的不摻雜非晶硅膜(a-Si-H)、和含有上述雜質(zhì)的摻雜的低電阻的非晶硅膜(n+a-Si-H) 構(gòu)成，例如，可以通過(guò)后述的實(shí)施例1的方法得到。另一方面，圖IC的第一半導(dǎo)體層不含低 電阻非晶硅膜(n+a-Si-H)，僅由不摻雜非晶硅膜(a-Si-H)構(gòu)成。如圖IC所示，通過(guò)實(shí)驗(yàn)確 認(rèn)，即使在不具有低電阻非晶硅膜(n+a-Si-H)的第一半導(dǎo)體層上直接依次形成含氮層、第 二半導(dǎo)體層、Cu系合金層，也可以得到所期望的Cu-Si擴(kuò)散層(參照后述的實(shí)施例)。根據(jù) 本發(fā)明的方法，在也可以不特意形成摻雜有磷等雜質(zhì)的低電阻非晶硅膜(n+a-Si-H)這一點(diǎn) 上，具有可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化成膜工序之類(lèi)的優(yōu)點(diǎn)。另外，未圖示，如后述的實(shí)施例1所示，形成于含氮層上的第二半導(dǎo)體層也可以?xún)H由含有P等雜質(zhì)的低電阻非晶硅膜構(gòu)成，或者，也可以由非摻雜非晶硅膜和上述的低電阻 非晶硅膜構(gòu)成，也可以包含任一形態(tài)。低電阻非晶硅膜例如通過(guò)進(jìn)行以SiH4、PH3*原料的 等離子體CVD而形成。(本發(fā)明的第二實(shí)施方式)本發(fā)明的TFT的第二實(shí)施方式是在上述的第一實(shí)施方式的構(gòu)成雙層層疊結(jié)構(gòu)的 含氮層和TFT用基板之間具有第一半導(dǎo)體層、(N、C、F)層、第一半導(dǎo)體層的例子。詳細(xì)而 言，如圖2所示，在TFT用基板上具有第一半導(dǎo)體層、(N、C、F)層、第一半導(dǎo)體層，在其上直 接具有由(N、C、F)層和Cu-Si擴(kuò)散層構(gòu)成的雙層層疊結(jié)構(gòu)，在其上直接具有形成有Cu系合 金層的結(jié)構(gòu)。圖2的結(jié)構(gòu)例如通過(guò)后述的實(shí)施例2的方法可以得到。另外，其它條件、特性 等與上述第一實(shí)施方式所述的同樣。(本發(fā)明的第三實(shí)施方式)圖5表示本發(fā)明的MOSFET的第三實(shí)施方式。圖5在單晶Si上直接具有由(N、C、 F)層和Cu-Si擴(kuò)散層構(gòu)成的雙層層疊結(jié)構(gòu)，在其上直接具有形成有Cu系合金層的結(jié)構(gòu)。這 種結(jié)構(gòu)通過(guò)圖6所示的工序形成。即，利用離子注入法，將(N、C、F)氣體(優(yōu)選氮)打入單 晶Si基板中。此時(shí)，所注入的(N、C、F)氣體(優(yōu)選氮)具有以某深度(稱(chēng)為射程)為中心 大致高斯分布的深度方向分布。Si的一部分因所注入的(N、C、F)氣體(優(yōu)選氮)的損害 而非晶化。接著，通過(guò)濺射和鍍覆形成Cu系合金膜，其后，通過(guò)實(shí)施退火等熱處理，形成Cu 系合金膜/Cu-Si擴(kuò)散層/(N、C、F)層(優(yōu)選含氮層)/單晶Si的結(jié)構(gòu)。另外，其它條件、特 性等與上述第一實(shí)施方式所述的同樣。(本發(fā)明的第四實(shí)施方式)圖IC表示本發(fā)明的MOSFET的第四實(shí)施方式。圖IC是在上述的第一實(shí)施方式的構(gòu) 成雙層層疊結(jié)構(gòu)的含氮層和TFT用基板之間具有第一半導(dǎo)體層、(N、C、F)層、第一半導(dǎo)體層 的例子。詳細(xì)而言，如圖IC所示，在TFT基板上具有第一半導(dǎo)體層、由(N、C、F)層和Cu-Si 擴(kuò)散層構(gòu)成的雙層層疊結(jié)構(gòu)，在其上直接具有形成有Cu系合金層的結(jié)構(gòu)。在第四實(shí)施方式 中，第一半導(dǎo)體層中未摻雜雜質(zhì)(P)。圖IC的結(jié)構(gòu)例如通過(guò)與后述的實(shí)施例1同樣的方法 得到。此時(shí)，在形成非摻雜非晶硅膜之后，向同一腔室內(nèi)連續(xù)地僅供給氮?dú)?，發(fā)生等離子體， 用氮等離子體對(duì)上述非晶硅膜表面進(jìn)行30秒處理，形成含氮層。另外，其它條件、特性等與 上述第一實(shí)施方式所述的同樣。上述的實(shí)施方式具有與上述的TFT的第一實(shí)施方式相同的配線結(jié)構(gòu)。MOSFET的實(shí) 施方式不限定于上述，例如，可以采用與上述的TFT的第一 第二實(shí)施方式實(shí)質(zhì)上相同的 結(jié)構(gòu)。參照?qǐng)D11 的各工序圖對(duì) MOSFET(Metal-oxide-semiconductor field effect transistor)的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。在此，對(duì)在單晶ρ型Si基板上通過(guò)局部氧化(LC0S Local oxydation of Si)法進(jìn)行元件分離圖案的形成然后在元件的活性區(qū)域(未局部氧化 的區(qū)域)制作MOSFET的工藝進(jìn)行說(shuō)明。下面，對(duì)多晶硅及作為(N、C、F)氣體使用氮的例子 進(jìn)行說(shuō)明，但不是限定于此的宗旨。首先，在單晶ρ型Si基板上通過(guò)熱氧化等形成柵絕緣膜(圖Ila)。接下來(lái)，通過(guò) CVD等，將摻雜有P的多晶硅(圖lib)成膜。其后，利用光刻法，將抗蝕劑圖案化(圖lie)。 以該抗蝕劑為掩模，通過(guò)干式蝕刻，對(duì)多晶硅進(jìn)行蝕刻(圖lid)。接下來(lái)，利用離子注入法等，將As打入基板，通過(guò)實(shí)施活性化退火，形成源-漏區(qū)域(圖lie)。接著，通過(guò)CVD等形 成層間絕緣膜(圖Ilf)。通過(guò)光刻形成圖案(圖Ilg)，當(dāng)實(shí)施干式蝕刻時(shí)，在源-漏區(qū)域 形成用于連接金屬配線膜(Cu系合金膜)的接觸孔(圖Ilh)。接下來(lái)，經(jīng)過(guò)上述的圖6所 示的工序，形成Cu系合金膜/Cu-Si擴(kuò)散層/含氮層/單晶Si的結(jié)構(gòu)。S卩，通過(guò)離子注入 法等，將氮打入基板。此時(shí)，所注入的氮具有以某深度(稱(chēng)為射程)為中心大致高斯分布的 深度方向分布。Si的一部分因所注入的氮的損害而非晶化(圖Ili)。接著，通過(guò)濺射和電 鍍形成Cu系合金膜(圖Ilj)，通過(guò)進(jìn)行CMP(Chemical Mechanical Polish)，加工成配線 圖案。最后，當(dāng)進(jìn)行退火時(shí)，可以得到具有Cu-Si擴(kuò)散層的M0SFET(圖Ilk)。實(shí)施例下面，例舉實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更具體地說(shuō)明，但本發(fā)明不因以下的實(shí)施例受限 制，在可適合上述、下述的趣旨的范圍內(nèi)，可以加以變更而實(shí)施，這些都包含在本發(fā)明的技 術(shù)范圍內(nèi)。(1)關(guān)于表1所示的實(shí)驗(yàn)組在表1所示的實(shí)施例1 6、比較例1、及以往例1中，為了簡(jiǎn)易地測(cè)定TFT特性等， 對(duì)按照?qǐng)D4的各工序圖制作的圖4的TFT，在300°C下進(jìn)行了 30分鐘的退火。該退火條件 是假想在TFT基板的制造工序中受熱過(guò)程成為最大的Si氮化膜(保護(hù)膜)的成膜工序的 加熱處理而設(shè)定的。供本實(shí)施例的TFT不是如現(xiàn)有TFT基板那樣實(shí)施各種成膜工序而完成 的，但進(jìn)行了上述的退火的TFT被認(rèn)為大致反映實(shí)際的TFT基板的TFT特性。(實(shí)施例1)實(shí)施例1是具有上述的實(shí)施方式1的配線結(jié)構(gòu)(參照?qǐng)D1A)的實(shí)施例，作為源/ 漏電極的配線材料，使用Cu-O. 3原子％ Ni。參照?qǐng)D4的各工序圖對(duì)實(shí)施例1的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。首先，用濺射法在玻璃基板上形成膜厚200nm左右的Cu合金薄膜(Cu_0. 3原子％ Ni)(圖如)。濺射的成膜溫度設(shè)為室溫。在該Cu合金薄膜上，通過(guò)光刻將抗蝕劑構(gòu)圖(圖 4b)后，通過(guò)以抗蝕劑為掩模對(duì)Cu合金薄膜進(jìn)行蝕刻，形成柵電極(圖如)。接下來(lái)，利用等離子體CVD法，形成膜厚約200nm的氮化硅膜(SiN)，作為柵極絕緣 膜(圖4d)。等離子體CVD法的成膜溫度設(shè)為350°C。另外，用等離子體CVD法，依次形成 膜厚約200nm的非摻雜非晶硅膜[α-Si (i)]、及膜厚約400nm的摻雜有雜質(zhì)(P)的低電阻 非晶硅膜
(圖如、圖4 。該低電阻非晶硅膜[α-Si (η)]通過(guò)進(jìn)行以SiH4、PH3 為原料的等離子體CVD而形成。等離子體CVD法的成膜溫度設(shè)為320°C。接下來(lái)，在同一等離子體CVD裝置的同一腔室內(nèi)，僅供給氮?dú)?，發(fā)生等離子體，用 氮等離子體對(duì)上述的低電阻非晶硅膜進(jìn)行30秒處理，形成含氮層(圖4g)。附加于該等離 子體的高頻(RF)功率密度設(shè)為約0.3W/cm2，成膜溫度設(shè)為320°C，氣體壓力設(shè)為67Pa。用 RBS法及XPS法對(duì)表面進(jìn)行分析，結(jié)果確認(rèn)形成了厚度約5nm的含氮層。其后，不從CVD裝置取出，而是連續(xù)地再次形成摻雜有雜質(zhì)(P)的低電阻的非晶硅 膜[a-Si(n)]。此時(shí)，低電阻的非晶硅膜的膜厚約IOnm(圖4h)。接下來(lái)，利用濺射法，形成膜厚約300nm的Cu系合金膜(Cu_0. 3原子％ Ni)(圖 4i)。濺射的成膜溫度設(shè)為室溫。接著，通過(guò)光刻將抗蝕劑構(gòu)圖后，通過(guò)以抗蝕劑為掩模對(duì) 上述的Cu系合金膜進(jìn)行蝕刻，如圖4j所示，形成源電極和漏電極。另外，以源電極和漏電極為掩模，通過(guò)干式蝕刻，將低電阻的非晶硅膜[α-Si (η)]全部除去(圖4k)，形成在含氮 層和Cu系合金膜之間具有Cu-Si擴(kuò)散層的TFT(圖41)。Cu-Si擴(kuò)散層的厚度為約lOnm。(TFT特性的評(píng)價(jià))利用上述的TFT考察TFT的漏極電流-柵極電壓的開(kāi)關(guān)特性。由此，也可以間接 地評(píng)價(jià)Si和Cu的相互擴(kuò)散。在此，如下所述測(cè)定TFT開(kāi)關(guān)在關(guān)斷時(shí)流動(dòng)的漏電流(柵極 電壓附加有負(fù)電壓時(shí)的漏極電流值，截止電流)、和TFT開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)流動(dòng)的接通電流。利用柵極長(zhǎng)(L)為10 μ m、柵極寬(W) 100 μ m、W/L之比為10的TFT，測(cè)定漏極電流 及柵極電壓。測(cè)定時(shí)的漏電壓設(shè)為IOV0截止電流定義為附加有柵電壓(-3V)時(shí)的電流，接 通電流定義為柵電壓為20V時(shí)的電流。詳細(xì)而言，對(duì)實(shí)施例1的TFT在300°C下進(jìn)行了 30分鐘的退火后，測(cè)定截止電流及 接通電流，結(jié)果是截止電流為3.7X10_13A，接通電流為1.6X10、。為了進(jìn)行比較，作為以 往例，利用由純Cu的薄膜和Mo的金屬阻擋層構(gòu)成的以往的源-漏電極，與上述同樣地制作 TFT，測(cè)定TFT特性。其結(jié)果是，以往例1的截止電流為4. 0X10_13A，接通電流為1. 6X10、。 將這些結(jié)果示于表1。由以上結(jié)果可確認(rèn)，實(shí)施例1的TFT可以得到與介在金屬阻擋層的以往例1的TFT 同程度的優(yōu)異的TFT特性，未產(chǎn)生非晶硅膜和Cu系合金膜1的相互擴(kuò)散。(Si和Cu的相互擴(kuò)散的評(píng)價(jià))對(duì)退火后的非晶硅膜和Cu系合金膜的界面進(jìn)行截面TEM觀察(倍率為30萬(wàn)倍和 150萬(wàn)倍)，評(píng)價(jià)Si和Cu的相互擴(kuò)散的行為。圖7表示上述界面的截面TEM像。如圖7所 示，通過(guò)30°C的熱處理，Cu擴(kuò)散到存在于其下的低電阻非晶硅膜中，形成Cu-Si擴(kuò)散層，在 與Cu系合金膜之間可觀察到明顯的界面層。因而，根據(jù)實(shí)施例1，可確認(rèn)在非晶硅膜上形成 由含氮層和Cu-Si擴(kuò)散層構(gòu)成的層疊結(jié)構(gòu)。另外，用EDX法進(jìn)行半定量分析，結(jié)果可知，在 低電阻非晶硅膜中，幾乎未檢出Cu元素，Cu的擴(kuò)散被阻止在低電阻非晶硅膜的上層。(接觸電阻的測(cè)定)為了考察Cu系合金膜和半導(dǎo)體層(非晶硅膜)的接觸電阻，按照?qǐng)D8的各工序圖， 利用 TLM(Transfer Length Method)法，形成 TLM 元件。首先，利用圖8對(duì)TLM元件的制作方法進(jìn)行說(shuō)明。接下來(lái)，利用圖9及圖10對(duì)TLM 法的測(cè)定原理進(jìn)行說(shuō)明。首先，通過(guò)等離子體CVD法，在玻璃基板上形成膜厚約200nm的摻有雜質(zhì)(P)的低 電阻非晶硅膜1。接下來(lái)，在同一等離子體CVD裝置內(nèi)，僅供給氮?dú)獍l(fā)生等離子體，用氮等離 子體對(duì)低電阻非晶硅膜1的表面進(jìn)行30秒處理，形成含氮層(圖8a)。附加于該等離子體 的RF功率密度設(shè)為約0. 3W/cm2，成膜溫度設(shè)為320°C，氣體壓力設(shè)為671^。接下來(lái)，不從CVD裝置取出，而是連續(xù)地再次形成摻雜有雜質(zhì)(P)的低電阻的非晶 硅膜2(圖8a)。低電阻的非晶硅膜2的膜厚設(shè)為約lOnm。在其上形成膜厚約300nm的Cu 系合金膜(Cu-0. 3原子％ Ni)(圖8b)。通過(guò)光刻將抗蝕劑構(gòu)圖后(圖8c)，通過(guò)以抗蝕劑 為掩模對(duì)Cu系合金膜進(jìn)行蝕刻，形成圖8d所示的多個(gè)電極。在此，使各電極間的距離發(fā)生 了多種變化。另外，再進(jìn)行干式蝕刻，通過(guò)光刻將抗蝕劑構(gòu)圖。此時(shí)，如圖8e所示，用抗蝕 劑覆蓋所有的電極圖案。以該抗蝕劑為掩模，除去電極圖案的外周部的低電阻的非晶硅膜 (圖8f)。最后，在300°C下實(shí)施30分鐘的熱處理，形成Cu-Si擴(kuò)散層(圖8g)。
14
接著，參照?qǐng)D9及圖10對(duì)TLM法的接觸電阻的測(cè)定原理進(jìn)行說(shuō)明。圖10(a)是示 意地表示上述的圖8g的配線結(jié)構(gòu)的剖面圖，圖10(b)是圖8g的俯視圖，在圖10(a)中，省 略了 Cu-Si擴(kuò)散層。首先，在上述的圖8g的配線結(jié)構(gòu)中，測(cè)定多個(gè)電極間的電流電壓特性，求出各電 極間的電阻值。以這樣得到的各電極間的電阻值為縱軸，以電極間的距離(傳遞長(zhǎng)度L)為 橫軸，進(jìn)行繪圖，得到圖9的曲線圖。在圖9的曲線圖中，y截距的值相當(dāng)于接觸電阻Rc的 2倍的值ORc)，x截距的值相當(dāng)于有效的接觸長(zhǎng)度(LT transfer length，傳遞長(zhǎng)度)。由 以上可知，接觸電阻率P。用下式表示。pc = Rc*LT*Z上式中，如圖10(b)所示，Z表示電極寬度。將這些結(jié)果示于表1。由表1可知，實(shí)施例1的TFT具有良好的接觸電阻。(半導(dǎo)體層和Cu系合金膜的界面的元素面密度的測(cè)定)關(guān)于實(shí)施例1，用神戶(hù)制鋼所制高分辨率RBS分析裝置“HRSB500”，測(cè)定氮原子 的面密度(Ni)及氧原子的面密度(01)。其結(jié)果確認(rèn)，實(shí)施例1的N原子面密度(Ni)為 6.8X1015cm2，0原子面密度(01)為檢測(cè)極限以下，具有良好的TFT特性。(實(shí)施例2)實(shí)施例2是具有上述的實(shí)施方式2的配線結(jié)構(gòu)(參照?qǐng)D2)的實(shí)施例，作為構(gòu)成源 /漏電極的配線材料，使用與實(shí)施例1相同的Cu-O. 3原子％ Ni。在上述的實(shí)施例1中，追加如下工序，即，在形成圖4h的低電阻非晶硅膜后，不從 CVD裝置取出，而是連續(xù)地再次用氮等離子體進(jìn)行30秒鐘熱處理，形成IOnm的摻雜有雜質(zhì) (P)的低電阻的非晶硅膜，除此以外，與實(shí)施例1同樣地制作實(shí)施例2的TFT。與實(shí)施例1同樣，對(duì)這樣得到的實(shí)施例2的TFT，在300°C下實(shí)施30分鐘的退火， 進(jìn)行退火后的非晶硅膜和Cu系合金膜的界面的截面TEM觀察及EDX分析。其結(jié)果可知，在 非晶硅膜中，幾乎未檢出Cu原子，與實(shí)施例1同樣，Cu的擴(kuò)散被阻止在非晶硅膜的上層(未 圖示)。另外，與實(shí)施例1同樣地測(cè)定實(shí)施例2的截止電流及接通電流，結(jié)果是截止電流為 3. 3X 10_13A，接通電流為1. 7X 10_6A。因而可知，實(shí)施例2的TFT可以得到與以往例1的TFT 同等良好的TFT特性。另外，在上述的實(shí)施例1中，在形成IOnm的低電阻非晶硅膜后，再次進(jìn)行氮等離子 處理，形成IOnm的低電阻的非晶硅膜，除此以外，與實(shí)施例1同樣地測(cè)定接觸電阻。其結(jié)果 如表1所示，確認(rèn)實(shí)施例2的TFT具有良好的接觸電阻。(實(shí)施例3)實(shí)施例3是具有上述的實(shí)施方式4的配線結(jié)構(gòu)(參照?qǐng)D1C)的實(shí)施例，作為構(gòu)成 源/漏電極的配線材料，使用與實(shí)施例1相同的Cu-O. 3原子％ Ni。在上述的實(shí)施例1中，在形成圖如所示的非摻雜非晶硅膜后，不從CVD裝置取出， 而是連續(xù)地再次用氮等離子體進(jìn)行30秒鐘處理，除此以外，與實(shí)施例1同樣地制作實(shí)施例 3 的 TFT0與實(shí)施例1同樣，對(duì)這樣得到的實(shí)施例3的TFT，在300°C下實(shí)施30分鐘的退火， 進(jìn)行退火后的非摻雜非晶硅膜和Cu系合金膜的界面的截面TEM觀察及EDX分析。其結(jié)果可知，在非摻雜非晶硅膜中，幾乎未檢出Cu原子，與實(shí)施例1同樣，Cu的擴(kuò)散被阻止在非摻 雜非晶硅膜的上層(未圖示)。另外，與實(shí)施例1同樣地測(cè)定實(shí)施例3的截止電流及接通電流，結(jié)果是截止電流為 4. 2X 10_13A，接通電流為1. 6X 10_6A(參照表1)。因而可知，實(shí)施例3的TFT可以得到與以 往例1的TFT同等的良好的TFT特性。另外，為了考察實(shí)施例3的接觸電阻，在上述的實(shí)施例1中，形成IOnm的非摻雜非 晶硅膜，除此以外，與實(shí)施例1同樣地測(cè)定接觸電阻。其結(jié)果如表1所示，確認(rèn)實(shí)施例3的 TFT具有良好的接觸電阻。(實(shí)施例4)實(shí)施例4是具有上述的實(shí)施方式1的配線結(jié)構(gòu)(參照?qǐng)D1A)的實(shí)施例，在上述的 實(shí)施例1中，作為構(gòu)成源/漏電極的配線材料，使用純Cu，除此以外，與實(shí)施例1同樣地制作 實(shí)施例4的TFT。對(duì)這樣得到的實(shí)施例4的TFT，與實(shí)施例1同樣地測(cè)定截止電流及接通電流，還測(cè) 定接觸電阻。將這些結(jié)果示于表1。(實(shí)施例5)實(shí)施例5是具有上述的實(shí)施方式1的配線結(jié)構(gòu)(參照?qǐng)D1A)的實(shí)施例，在上述的 實(shí)施例1中，作為構(gòu)成源/漏電極的配線材料，使用Cu-O. 1原子％ Ge，除此以外，與實(shí)施例 1同樣地制作實(shí)施例5的TFT。對(duì)這樣得到的實(shí)施例5的TFT，與實(shí)施例1同樣地測(cè)定截止電流及接通電流，還測(cè) 定接觸電阻。將這些結(jié)果示于表1。(實(shí)施例6)實(shí)施例6是具有上述的實(shí)施方式1的配線結(jié)構(gòu)(參照?qǐng)D1A)的實(shí)施例，在上述的 實(shí)施例1中，作為構(gòu)成源/漏電極的配線材料，使用Cu-O. 5原子％ Mn,除此以外，與實(shí)施例 1同樣地制作實(shí)施例6的TFT。對(duì)這樣得到的實(shí)施例6的TFT，與實(shí)施例1同樣地測(cè)定截止電流及接通電流，還測(cè) 定接觸電阻。將這些結(jié)果示于表1。由表1可知，實(shí)施例4 6的TFT都可以得到與以往例1的TFT同等的良好的TFT 特性及接觸電阻。(比較例1)比較例1是在上述的實(shí)施方式1的配線結(jié)構(gòu)(參照?qǐng)D1A)中不具有含氮層的比較 例，作為構(gòu)成源/漏電極的配線材料，使用與實(shí)施例1相同的Cu系合金。詳細(xì)而言，在上 述的實(shí)施例1中，不進(jìn)行形成含氮層的工序，除此以外，與實(shí)施例1同樣地制作比較例1的 TFT。對(duì)這樣得到的比較例1的TFT，與實(shí)施例1同樣地測(cè)定截止電流及接通電流。將這 些結(jié)果示于表1。由表1可知，與以往例相比，比較例1的TFT的TFT特性顯著下降，不作為T(mén)FT發(fā) 揮功能。另外，對(duì)比較例1的TFT，在比實(shí)施例1低的200°C的溫度下，實(shí)施30分鐘的退火， 進(jìn)行退火后的非晶硅膜和Cu系合金膜的界面的截面TEM觀察及EDX分析。其結(jié)果確認(rèn)，盡管進(jìn)行了 200°C的低溫處理，但還是在Cu系合金膜、非晶硅膜中觀察到空隙，產(chǎn)生了顯著的 相互擴(kuò)散(未圖示)。另外，根據(jù)EDX的半定量分析，也確認(rèn)了 Cu向非晶硅膜中的擴(kuò)散、Si 向Cu系合金膜中的擴(kuò)散。
(表 1)
權(quán)利要求
1.一種配線結(jié)構(gòu)，其在基板上從基板側(cè)起依次具備半導(dǎo)體層、和純Cu或Cu合金的Cu 系合金膜，其中，在所述半導(dǎo)體層與所述Cu系合金膜之間，包含從基板側(cè)起依次為含有選自氮、碳及氟 中的至少一種元素的(N、C、F)層、和含有Cu及Si的Cu-Si擴(kuò)散層的層疊結(jié)構(gòu)，且所述(N、 C、F)層所含的氮、碳及氟中的至少一種元素與所述半導(dǎo)體層所含的Si相結(jié)合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的配線結(jié)構(gòu)，其中，所述Cu-Si擴(kuò)散層通過(guò)在依次形成所述(N、 C、F)層、半導(dǎo)體層、及所述Cu系合金膜之后施加熱處理而得到。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的配線結(jié)構(gòu)，其中，所述半導(dǎo)體層含有非晶硅或多晶硅。
4.一種薄膜晶體管基板，其具備權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的配線結(jié)構(gòu)。
5.一種顯示裝置，其具備權(quán)利要求4所述的薄膜晶體管基板。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的配線結(jié)構(gòu)，其構(gòu)成顯示裝置或半導(dǎo)體裝置。
7.一種薄膜晶體管基板的制造方法，其是制造權(quán)利要求4所述的薄膜晶體管基板的方 法，依次包括，在薄膜晶體管的半導(dǎo)體層上形成含有選自氮、碳及氟中的至少一種元素的(N、C、F)層 的第1工序，以及，在所述第1工序后，形成半導(dǎo)體層的第2工序。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制造方法，其中，所述第1工序在半導(dǎo)體層形成裝置中進(jìn)行處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造方法，其中，所述第1工序和所述第2工序在同一半導(dǎo)體 層形成用腔室內(nèi)連續(xù)地進(jìn)行。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制造方法，其中，所述第1工序包含如下步驟通過(guò)利用含 有選自氮、碳及氟中的至少一種元素的氣體的等離子體蝕刻，來(lái)形成(N、C、F)層。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制造方法，其中，所述第1工序包含如下步驟通過(guò)利用含 有選自氮、碳及氟中的至少一種元素的氣體與半導(dǎo)體層形成所使用的原料氣體的混合氣體 的等離子體蝕刻，來(lái)形成(N、C、F)層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可省略純Cu或Cu合金的Cu系合金配線膜與半導(dǎo)體層之間的金屬阻擋層的直接接觸技術(shù)，其在廣泛的工藝范圍的范圍內(nèi)，能夠?qū)u系合金配線膜與半導(dǎo)體層直接且可靠地連接。本發(fā)明涉及一種配線結(jié)構(gòu)，在基板上從基板側(cè)起依次具備半導(dǎo)體層、和純Cu或Cu合金的Cu系合金膜，其中，在所述半導(dǎo)體層和所述Cu系合金膜之間，包含從基板側(cè)起依次為含有選自氮、碳及氟中的至少一種元素的(N、C、F)層、和含有Cu及Si的Cu-Si擴(kuò)散層的層疊結(jié)構(gòu)，且所述(N、C、F)層所含的氮、碳及氟中的至少一種元素與所述半導(dǎo)體層所含的Si結(jié)合。
文檔編號(hào)H01L29/786GK102077323SQ20098012553
公開(kāi)日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2009年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月3日
發(fā)明者三木綾, 后藤裕史, 川上信之, 森田晉也, 橫田嘉宏, 福間信也, 越智元隆 申請(qǐng)人:株式會(huì)社神戶(hù)制鋼所