[发明专利]配线结构、薄膜晶体管基板及其制造方法、以及显示装置

说明书

技术领域

本发明涉及可应用于液晶显示器、有机EL显示器等平面面板显示器(显示装置)、ULSI(超大规模集成电路)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FET(场效应型晶体管)、二极管等半导体装置的配线结构，薄膜晶体管基板及其制造方法，以及显示装置，特别涉及作为配线材料含有纯Cu或Cu合金的Cu系合金膜的新型配线结构。

背景技术

液晶显示器等有源矩阵型液晶显示装置以薄膜晶体管(Thin Film Transitor，以下称为TFT)为开关元件，且由透明像素电极、栅配线及源/漏配线等配线部、具备非晶硅(a-Si)及多晶硅(p-Si)等半导体层的TFT基板、相对于TFT基板隔开规定间隙地对向配置且具备共用电极的对向基板、充填于TFT基板和对向基板之间的液晶层构成。

在TFT基板中，根据电阻率低且容易加工等理由，栅配线及源/漏配线等配线材料通常使用纯Al或Al-Nd等Al合金。但是，随着液晶显示器的大型化，配线的RC延迟(在配线中传输的电信号滞后的现象)等问题越来越显著，向更低电阻的配线材料的需求越来越高涨。因此，电阻率比Al系合金小的纯Cu或Cu-Ni等Cu合金(以下，将它们统称为Cu系合金)备受注目。

如专利文献1～6所述，在Cu系合金配线膜(Cu系合金膜)和TFT半导体层之间通常设有由Mo、Cr、Ti、W等高熔点金属构成的金属阻挡层。原因是，当不介在金属阻挡层而使Cu系合金配线膜与TFT的半导体层直接接触时，通过其后的工序(例如，形成于TFT上的绝缘层的成膜工序、及烧结及退火等热工序)的受热过程，Cu系合金配线膜中的Cu会扩散到半导体层中，TFT特性下降。具体而言，在TFT流动的电流(开关关断时的截止电流、及开关导通时的接通电流)等受不良影响，招致截止电流增加及接通电流下降，此外，开关速度(对开关导通的电信号的响应性)也降低。另外，Cu系合金配线膜和半导体层的接触电阻有时也增加。

这样，金属阻挡层对抑制Cu系合金膜和半导体层的界面的Cu和Si的相互扩散是有效的，但为了形成金属阻挡层，除增加Cu系合金配线膜形成用的成膜装置以外，还另外需要金属阻挡层形成用的成膜装置。具体而言，必须使用分别额外地装设有金属阻挡层形成用的成膜腔室的成膜装置(代表性地，多个成膜腔室连接于传递腔室的组合工具)，招致制造成本上升及生产率下降。另外，作为金属阻挡层使用的金属和Cu系合金利用药液的湿式蚀刻等加工工序的加工速度不同，因此极难控制加工工序的横向的加工尺寸。因此，不仅在成膜的观点而且在加工的观点上，金属阻挡层的形成也会招致工序的复杂化，造成制造成本上升及生产率下降。

在上述中，作为显示装置的代表例以液晶显示装置为例进行了说明，但上述的、Cu系合金膜和半导体层的界面的Cu和Si的相互扩散引起的问题不局限于显示装置，在LSI及FET等半导体装置上也有所体现。例如，在制造半导体装置的代表例即LSI时，为了防止Cu原子从Cu系合金膜扩散到半导体层及绝缘体层中，在半导体层及绝缘体层上形成Cr或Mo或Ta等金属阻挡屋之后，再形成Cu系合金膜，但在半导体装置的领域，也正在寻求工序的简化及成本的降低化。

因而，期望提供如下技术，即，即使不像以往那样设置金属阻挡层，也可回避在显示装置及半导体装置中产生的Cu和Si的相互扩散引起的问题。

鉴于这种情况，专利文献7～9提出不是以Cu系合金而是以纯Al或Al合金作为配线材料而使用的技术，且提出可以省略金属阻挡层的形成，可以将源/漏电极等使用的Al系合金配线与半导体层直接接触的直接接触技术。其中，专利文献9是由本申请人所公开的，其公开了一种由含氮层和Al系合金膜构成的材料，且公开含氮层的N(氮)与半导体层的Si结合的配线结构。认为该含氮层作为用于防止Al和Si的相互扩散的阻挡层起作用，实践证明，即使不像以往那样形成Mo等金属阻挡层也可以得到优异的TFT特性。另外，在形成半导体层之后且形成Al系合金膜之前，通过等离子体氮化等氮化处理，就可以简便地制作该含氮层，因此也具有不需要金属阻挡层形成用的特殊的成膜装置这种优点。

专利文献1：日本国特开平7-66423号公报

专利文献2：日本国特开2001-196371号公报

专利文献3：日本国特开2002-353222号公报

专利文献4：日本国特开2004-133422号公报

专利文献5：日本国特开2004-212940号公报

专利文献6：日本国特开2005-166757号公报