[发明专利]硅器件结构及其形成时所使用的溅射靶材料

说明书

技术领域

本发明涉及硅器件结构及其形成时所使用的溅射靶材料，特别涉及液晶显示面板用TFT元件结构中优选使用的材料。

背景技术

由于液晶面板大型化、响应速度的高速化，液晶面板用TFT元件的阵列布线的需要低电阻化，开始部分采用比以往的铝(Al)配线电阻低的铜(Cu)配线。另外，现有的液晶面板用TFT元件结构，在其电极上无论是以往的Al膜还是开始部分采用的Cu膜，都是在电极膜和硅(Si)半导体膜的界面上形成作为扩散阻挡层的钼(Mo)或钛(Ti)膜，再在其上形成Al膜或Cu膜。

形成Mo或Ti膜的原因是，在配线或电极(以下也有时仅统称为配线)形成后所进行的后工序的绝缘膜形成时，在200～300℃的加热温度下，Al或Cu扩散到Si中，无法获得TFT的元件特性。但是，Mo或Ti材料成本高，增加了液晶面板的成本。因此，为了降低成本，探讨代替Cu的合金及其配线形成工艺。

初期探讨中所进行的在Si半导体层的表面直接形成合金的方法，很难找到获得充分扩散阻挡性的合金及其形成工艺。因此，其后开始探讨在界面形成氧化层或氮化层，近年出现了很多的报道。

例如，专利文献1中，提出了一种TFT的配线结构，其为通过照射氧等离子体的等离子体氧化法或通过在氧气气氛下加热的热氧化法，氧化Si半导体膜的表面从而形成含氧层，在其上形成纯Cu或Cu合金的薄膜。

非专利文献1中，报道了将非晶硅(a-Si)膜在10Pa左右的O₂气氛、室温中经1min等离子体处理后，使Cu-Mn合金成膜并在250℃下进行10min热处理即得厚1～3nm的氧化层，并确认了该Mn氧化物层兼具扩散阻挡性、欧姆接触性(表示具有良好的导通性)、密合性。

专利文献2中提出了在Cu中添加Zr的溅射靶材料，由此相对于Si或玻璃的密合性提高、比电阻降低，获得Cu难以扩散至Si中的导电膜。另外，通过Mn、Zn、Sn等第2添加元素，进一步提高相对于Si、玻璃、ITO的密合性。另外，探讨了使用在Ar中混合氧或氮的氧化性、氮化性气体作为成膜的工艺气体的反应性溅射。

非专利文献2中探讨了具有比Al系电极电阻低的优点的Cu合金电极，报道了一种通过使用Ar-O₂气体作为溅射的工艺气体，在溅射膜中的结晶粒子界面或膜界面形成Cu或添加元素(Mg、Ti、Zr等)的氧化物相，目的在于提高界面密合性和扩散阻挡性的方法。

专利文献1：特开2009-4518号公报

专利文献2：特开2008-112989号公报

非专利文献1：网站Tech-on！FPD International 2008.9.9刊登的《东北大学开发的大型TFT液晶面板的栅电极和源漏电极一起使用Cu配线的Cu-Mn合金工艺技术(有订正)》，网络<URL：http://techon.nikkeibp.co.jp/arcticle/NEWS/20080909/157714/>

非特许文献2：网站Tech-on！FPD International 2008.2.7刊登的《ULVAC开发面向大型液晶面板的TFT的Cu溅射技术》，网络<http://techon.nikkeibp.co.jp/arcticle/TOPCOL/20081008/159323/>

发明概要

对于专利文献1及非专利文献1，我们也通过氧等离子体对a-Si半导体表面进行氧化形成含氧层(Si氧化层)，在其上制作具有通过溅射形成Cu-Mn合金膜的TFT的配线结构的TFT元件，把现有的Mo阻挡层和TFT的饱和迁移率特性进行比较。使用氧化膜阻挡层的TFT元件的饱和迁移率特性，虽然探讨了种种工艺条件，仍只能到现有的Mo阻挡层的80％左右。至于原因，有可能是Si氧化膜的寄生电阻成分的重叠或经过等离子照射的a-Si半导体层表面产生破坏的影响。

对于专利文献2的Cu-Zr合金，我们也进行了探讨，在Cu合金/Si半导体的层叠膜的深度方向的分析结果中，可见少量扩散，可认为阻挡性不充分。