配线结构的制造方法及配线结构的制作方法

专利名称：配线结构的制造方法及配线结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及配线结构的制造方法及配线结构。特别是本发明涉及用于电子设备的配线的配线结构的制造方法及配线结构。
背景技术：
以往，关于具有薄膜晶体管的半导体层和源-漏电极的薄膜晶体管基板，已知有 如下的薄膜晶体管基板具有由含有氧的含氧层和纯Cu或Cu合金的薄膜构成的源-漏电 极，构成含氧层的氧的一部分或全部与薄膜晶体管的半导体层的Si结合，纯Cu或Cu合金 的薄膜隔着含氧层与薄膜晶体管的半导体层连接(参照例如专利文献1)。专利文献1中记 载的薄膜晶体管基板涉及的含氧层使用等离子氧化法或热氧化法形成。专利文献1中记载的薄膜晶体管基板由于具有如上所述的结构，如同以往一样即 使不在源_漏电极和TFT的半导体层之间形成金属阻隔层，也可得到优异的TFT特性。[专利文献1]日本特开2009-4518号公报

发明内容
但是，专利文献1中记载的薄膜晶体管基板在通过等离子氧化法形成含氧层时， 在含氧层有时会残留损伤。并且，专利文献1中记载的薄膜晶体管基板在通过热氧化法形 成含氧层时，含氧层的形成速度慢到几nm/小时程度，有时不实用。从而，本发明的目的在于提供制造成本低的配线结构的制造方法及配线结构。为了实现上述目的，本发明提供了一种配线结构的制造方法，包括准备基板的基 板准备工序；在基板上形成半导体层的半导体层形成工序；在半导体层上形成包含掺杂剂 的含掺杂剂半导体层的含掺杂剂半导体层形成工序；通过在包含水分子的氧化性气体氛围 中加热含掺杂剂半导体层的表面而在含掺杂剂半导体层的表面形成氧化层的氧化层形成 工序；在氧化层上形成合金层的合金层形成工序；以及在合金层上形成配线层的配线层形 成工序。另外，对于上述配线结构的制造方法，氧化层形成工序还可以包括用氧化性气体 对水进行鼓泡而使氧化性气体包含水分子的鼓泡工序。另外，对于上述配线结构的制造方法，半导体层形成工序形成非晶硅作为半导体 层，含掺杂剂半导体层形成工序形成包含掺杂剂的硅层作为含掺杂剂半导体，氧化层形成 工序使用臭氧气体作为氧化性气体，通过在臭氧气体中，在200°C以上300°C以下的温度下 对包含掺杂剂的硅层进行加热而可以在包含掺杂剂的硅层的表面形成硅氧化层。另外，对于上述配线结构的制造方法，合金层形成工序可以形成包含Cu和添加元 素的Cu合金层作为合金层，配线层形成工序可以形成Cu层作为配线层。另外，上述配线结构的制造方法可以进一步包括通过在200°C以上300°C以下的 温度进行加热而使包含在Cu合金层中的添加元素稠化来形成扩散阻隔层的扩散阻隔层形 成工序。
另外，对于上述配线结构的制造方法，合金层形成工序可以形成在Cu中作为添加 元素添加有从由Ni、Co、Mn、Zn、Mg、Al、&、Ti、Fe及Ag构成的组中的至少一种金属元素的
Cu合金层o另外，对于上述配线结构的制造方法，合金层形成工序可以形成包含Cu以及包含 在Cu中的浓度为lat%以上5at%以下的Ni或Mn的Cu合金层。另外，对于上述配线结构的制造方法，配线形成工序可以形成包含3N以上的无氧 铜的Cu层。另外，对于上述配线结构的制造方法，合金层形成工序可以通过对铜合金溅射靶 材进行溅射而在氧化层上形成合金层，所述铜合金溅射靶材是将作为添加元素的选自由 Ni、Co、Mn、Zn、Mg、A1、&、Ti、Fe及Ag构成的组中的至少一种金属元素添加到Cu中形成的 铜合金溅射靶材，或者是包含Cu以及包含在Cu中的浓度为lat%以上5at%以下的Ni或 Mn的铜合金溅射靶材；配线层形成工序可以通过对包含3N以上的无氧铜的铜溅射靶材进 行溅射而在合金层上形成配线层。另外，为了实现上述目的，本发明提供一种配线结构，包括基板；设置在基板上 的半导体层；设置在半导体层上、包含掺杂剂的含掺杂剂半导体层；设置在含掺杂剂半导 体层的表面的氧化层；设置在氧化层上的合金层；以及设置在合金层上的配线层。另外，对于上述配线结构，半导体层可以为非晶硅层，含掺杂剂半导体层可以为包 含掺杂剂的硅层，氧化层可以为通过包含掺杂剂的硅层表面的氧化而形成的硅氧化层，合 金层可以为包含Cu和添加元素的Cu合金层，配线层可以为Cu层。根据本发明的配线结构的制造方法及配线结构可以提供制造成本低的配线结构 的制造方法及配线结构。


图1为表示本发明的实施方式的配线结构的制造工艺的流程的图。图2为本实施方式的配线结构的制造工艺所具有的氧化层形成工序的概要图。图3为本发明的实施方式的配线结构的截面的示意图。图4为表示实施例1的n+型的a-Si层与Cu_Ni合金层的界面的XPS分析结果的 图。图5为表示实施例1的n+型的a-Si层与Cu_Ni合金层的界面的XPS分析结果的 图。图6为表示实施例2的n+型的a_Si层与Cu_Ni合金层的界面的XPS分析结果的 图。图7为表示实施例2的n+型的a-Si层与Cu_Ni合金层的界面的XPS分析结果的 图。图8为表示比较例1的n+型的a-Si层与Cu_Ni合金层的界面的XPS分析结果的 图。图9为表示比较例1的n+型的a-Si层与Cu_Ni合金层的界面的XPS分析结果的 图。图10为表示欧姆接触性的评价试验的概要的图。
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图11为表示实施例1的配线结构的配线结构的IV特性的图。图12为表示实施例2的配线结构的配线结构的IV特性的图。图13为表示比较例1的配线结构的配线结构的IV特性的图。符号说明1配线结构
2样品
4臭氧气体
5氧化层形成装置
6纯水
10基板
20a-Si 层
22n+-Si 层
24Si氧化层
30Cu合金层
32Cu层
40臭氧发生装置
40a配管
50鼓泡器
50a溶解槽
50b栓
50c配管
60室体
62平台
64加热器
66导入口
68排气口
70a、70b 探测器
72源测量单元具体实施方式
[实施方式]图1表示本发明的实施方式的配线结构的制造工艺的流程的一例。图2表示本实 施方式的配线结构的制造工艺具有的氧化层形成工序的概要。进而，图3为本发明的实施 方式的配线结构的截面的示意图。本实施方式的配线结构1为用于电子设备的配线的配线结构1。配线结构1例如 为被用于液晶屏用TFT元件、Si太阳能电池等使用了 Si半导体的电子设备的配线的配线 结构，配线自身含铜(Cu)而形成。配线结构1的制造工艺的一例如下所述。首先，准备为了制作规定的电子设备的基板(基板准备工序)。基板例如可以使用 玻璃基板。接着，在准备的基板上形成作为半导体层的非晶硅(下面称为“a-Si层”)(半导体层形成工序步骤10、下面将步骤简称为“S”)。作为形成a-Si层20的方法，例如可 以采用等离子化学气相沉积(CVD)法等成膜方法。接着，在a-Si层20上形成具有导电性并且包含掺杂剂的含掺杂剂半导体层(含 掺杂剂半导体层形成工序S20)。含掺杂剂半导体层例如为包含掺杂剂的硅层。作为掺杂 剂，可举出n型用掺杂剂(例如砷、磷等)或者p型用掺杂剂(例如硼、铝等)。例如，在 a-Si层20上形成添加有规定浓度的n型用掺杂剂的硅层(n+_Si层22)作为含掺杂剂半导 体层。在含掺杂剂半导体层形成工序中，含掺杂剂半导体层例如可以使用等离子CVD法等 成膜方法来形成。接着，使用图2所示的氧化层形成装置5通过对含掺杂剂半导体层的表面进行氧 化而在该表面形成氧化层。具体地，通过向含掺杂剂半导体层的表面导入包含水分子的氧 化性气体，并对含掺杂剂半导体层进行加热来形成氧化层(氧化层形成工序S30)。作为氧 化性气体，可以使用对“Si”供给“0”的气体，例如可以使用臭氧气体。另外，含掺杂剂半导 体层为n+_Si层22等Si层的情况，形成的氧化层为硅氧化层(Si氧化层24)。氧化层形成装置5，如图2所示，具有产生臭氧气体4的臭氧发生装置40 ；用于导 入由臭氧发生装置40产生的臭氧气体4的鼓泡器50 ；以及通过鼓泡器50的臭氧气体4被 导入的室体60。臭氧发生装置40和鼓泡器50通过配管40a而被连接，鼓泡器50和室体 60通过配管50c而被连接。另外，在室体60中设置有搭载试样(即样品2)的平台62，对 平台62进行加热的加热器64，用于导入室体60内的氛围气体的导入口 66，以及用于排出 室体60内的氛围气体的排气口 68。另外，鼓泡器50具有储存水的溶解槽50a以及在配管40a和配管50c被导入溶解 槽50a内的部分具有开口的栓50b。溶解槽50a的内部通过栓50b从外部遮断。配管40a 的端部被导入溶解槽50a蓄积的水内，配管50c的端部被固定在离开水的位置。由此，通过 配管40a而来的气体被放出到溶解槽50a蓄积的水内。即，水被该气体进行鼓泡，水分子会 包含在该气体中(鼓泡工序)。这里，水可以使用纯水6(例如电阻率为几MQcm的纯水)。针对氧化层形成工序更具体地进行说明。首先，在室体60内导入形成有n+_Si层 22的样品2。随后，在平台62上以应形成氧化层的面被露出到室体60内的状态设置样品 2。接着，在臭氧发生装置40中产生的臭氧气体4通过配管40a被导入鼓泡器50内。臭氧 气体4从配管40a的端部被放出到纯水6中，一边吸收水分子一边向配管50c的端部移动。 臭氧气体4在纯水6中通过，由此成为包含水分子的臭氧气体4即被加湿的臭氧气体4。被加湿的臭氧气体4通过配管50c被导入室体60内。样品2通过加热器64被加 热到规定温度(例如200°C以上300°C以下的温度)。随后，被加湿的臭氧气体4到达加热 过的样品2的表面，从而样品2的表面被氧化。即，通过样品2被设置在加湿过的臭氧气体 4氛围中，且样品2被加热，从而样品2的表面由臭氧气体4氧化。由此，在样品2的表面即 n+-Si层22的表面没有损伤地形成Si氧化层24。使形成的Si氧化层的厚度为在n+_Si 层22与后述的Cu合金层30间可电导通的范围内。例如使Si氧化层24的厚度为lnm以 上5nm以下的厚度范围。在此，室体60内的压力例如被保持为大气压。并且，被加湿的臭氧气体4从导入口 66朝着排气口 68形成恒定的气流(即保持一定流速的被加湿的臭氧气体4的流动)。例 如通过臭氧发生装置40以预先设定的压力恒定地放出臭氧气体4，从导入口 66朝着排气口68可以形成臭氧气体4的恒定气流。由此，可以恒定地向样品2的表面即n+_Si层22的表 面供给新鲜的被加湿的臭氧气体4。另外，Si氧化层24的厚度可以通过改变样品2的加热 时间来调整。例如通过延长加热时间可以增加形成在n+-Si层22上的Si氧化层24的厚 度。根据本实施方式，通过使被加湿的臭氧气体4接触样品2的表面几分钟，可以得到lnm 等级的Si氧化层24的形成速度(即几nm/分钟左右的形成速度)。接着，将形成有Si氧化层24的样品2从氧化层形成装置5中取出。随后，将取出 的样品2导入例如溅射装置。在Si氧化层24上通过溅射形成Cu合金层30 (合金层形成 工序S40)。Cu合金层30例如为由包含Cu、规定的添加元素以及不可避免的杂质构成的Cu 合金形成的层。本实施方式中，准备由该Cu合金构成的铜合金溅射靶材，通过溅射法在Si 氧化层24上形成Cu合金层30。作为Cu合金中包含的添加元素，可举出例如选自由Ni、Co、Mn、Zn、Mg、Al、&、Ti、 Fe及Ag构成的组中的至少一种金属元素。即，本实施方式中的Cu合金包含Cu、这些金属 元素中的至少一种金属元素、以及不可避免的杂质而构成。Cu合金也可以包含Cu、这些金 属元素中包括的多种金属元素、以及不可避免的杂质而构成。另外，作为形成Cu合金层30的Cu合金，特别是可以使用包含Cu、在Cu中以1 at % 以上5at%以下的浓度被添加的Ni或Mn、以及不可避免的杂质构成的Cu合金。这里，以 lat%以上下的浓度包含Ni或Mn的Cu合金的电阻率比纯Cu的电阻率(2 y Q cm) 及纯A1的电阻率(3ii Qcm)高，例如比Mo层的电阻率(20 y Q cm左右)低。接着，在Cu合金层30上形成具有电阻率至少比A1的电阻率低的低电阻率的作为 配线层的Cu层32(配线层形成工序S50)。由此，形成本实施方式的配线结构1。这里，本 实施方式的配线结构1中，由Cu合金层30和Cu层32构成层积电极结构。在此，Cu层32例如为由纯Cu构成的层。本实施方式中，准备由该纯Cu构成的铜 溅射靶材，通过溅射法在Cu合金层30上形成Cu层32。这里，纯Cu可以使用纯度99. 9% (3N)以上的无氧铜。另外，作为纯Cu，还可以使用纯度99. 99% (4N)以上的无氧铜、纯度 99. 999% (5N)以上的无氧铜等高纯度的无氧铜。另外，还可以通过在200°C以上300°C以下的温度对配线结构1进行加热使包含在 Cu合金层30中的添加元素稠化来进一步形成扩散阻隔层(扩散阻隔层形成工序)。扩散 阻隔层如下被形成。首先，在形成了 Cu合金层30及Cu层32后，对配线结构1实施例如在 TFT等的制造过程(例如绝缘膜形成工序)中的200°C以上300°C以下程度的热处理。通过 该热处理，包含在Cu合金层30中的添加元素向Si氧化层24和Cu合金层30的界面移动， 在界面发生稠化。随后，由Si氧化层24的氧与该添加元素形成该添加元素的氧化物层。该 氧化物层为本实施方式的扩散阻隔层。这里，可以将形成了 Cu合金层30和Cu层32后的 配线结构1直接投入TFT等的制造过程(即将没有实施如上所述的200°C以上300°C以下 的热处理的配线结构1投入制造过程)。此时，作为一例，可以利用TFT等的制造过程中包 括的形成SiN绝缘层的CVD工序中的200°C以上300°C以下的热处理，在配线结构1中自动 地形成扩散阻隔层。例如首先将添加元素添加到Cu中形成Cu合金层30。随后，对Cu合金层30实施 热处理时，Cu合金层30中的添加元素由于皮层效应会向Si氧化层24和Cu合金层30的 界面移动。Cu合金层30中的添加元素的浓度减少，而在该界面的添加元素的浓度增加。接
8着，在该界面稠化的添加元素与Si氧化层24中的氧反应形成该添加元素的氧化物。从而， 在形成扩散阻隔层时，优选在Cu合金层30中使用对形成的扩散阻隔层赋予优异的耐热性 的同时容易向Si氧化层24和Cu合金层30的界面移动的添加元素。扩散阻隔层抑制Cu向n+_Si层22的扩散。由此，增强抑制Si氧化层24具有的 Cu向n+-Si层22扩散的功能。进而，通过在Si氧化层24和Cu合金层30的界面形成扩散 阻隔层，可以提高Cu合金层30与Si氧化层24的密合性。由于Si氧化层24的厚度为几 nm，通过隧道电流可以确保Cu合金层30和Si氧化层24间的电导通。另外，由于Si氧化 层24的Si02与Cu合金层30的Cu合金成分的反应，有时会在Si氧化层24和Cu合金层 30间形成由复合氧化物构成的层(以下称为“复合氧化物层”)，此时该复合氧化物层具有 导通性。在此参照图3。具体地，图3为经过图1和图2中说明的配线结构的制造方法形成 的配线结构1的示意性截面。本实施方式的配线结构1具有基板10，在基板10上设置的作 为半导体层的a-Si层20，在a-Si层20上设置的作为含掺杂剂半导体层的n+_Si层22，在 n+-Si层22上设置的作为氧化层的Si氧化层24，在Si氧化层24上设置的作为合金层的 Cu合金层30以及在Cu合金层30上设置的作为配线层的Cu层32。另外，配线结构1具有 扩散阻隔层的情况，在Si氧化层和Cu合金层30的界面形成具有规定厚度的扩散阻隔层。(实施方式的效果)本实施方式的配线结构1由于具有通过用被加湿的臭氧气体4氧化n+_Si层22 的表面而以高速度形成的、没有损伤的Si氧化层24，因此不需要形成例如液晶屏用TFT阵 列等电子设备的配线中使用的由Mo或Ti等构成的阻隔层，而且能够以短时间制造电子设 备。即，由于可以不形成由高价的Mo、Ti等构成的阻隔层就可以制造配线结构1，因而能够 降低具有本实施方式的配线结构1的电子设备的制造成本。另外，本实施方式的配线结构1由于恒定地向n+_Si层22的表面供给被加湿的臭 氧气体4而实施适当时间的n+_Si层22表面的氧化处理，从而能够形成被覆n+_Si层22 的整个表面的Si氧化层24。由此，例如与下述情况相比可以形成发挥充分的扩散阻隔性 的Si氧化层24，所述情况为，由于在利用Ar-02混合气体的反应性溅射中会在含有掺杂剂 的半导体层的表面产生不形成氧化层的部分，因而有时元素从该部分发生扩散。另外，本实施方式的配线结构1由于具有电阻比A1配线低的Cu层32作为配线， 因此，例如如果是使用了配线结构1的TFT阵列，则可以降低液晶屏大型化以及高画质化所 要求的设计成本。另外，本实施方式的配线结构1具有在Cu合金层30上层积了 Cu层32的配线。从 而，例如该配线的截面积、由Al/Mo层积构成的配线的截面积以及由Cu/Mo层积构成的配线 的截面积相同的情况，可以实现与由Al/Mo层积构成的配线及由Cu/Mo层积构成的配线相 比电阻低的配线。[实施例]针对基于实施方式形成的实施例1 2的配线结构和比较例1的配线结构进行 说明。实施例1、实施例2及比较例1的不同仅在于形成的氧化膜的厚度。具体地，实施例 1 2及比较例1的配线结构如下进行制作。(实施例1)
首先，准备玻璃基板作为基板10。接着，在玻璃基板上通过将SiH4气体用作原料 的等离子CVD法，成膜200nm左右厚度的a_Si层20。该a_Si层20为包含原料中的氢的氢 化非晶硅层(a_Si:H层)。这里，a_Si:H层在液晶屏的制造中也被采用。接着，在a_Si层 20上，通过将SiH4气体和PH3气体用作原料的等离子CVD法，通过掺杂磷来成膜具有导电 性的50nm厚的n+型的a-Si层。接着，使用图2所示的氧化层形成装置5在n+型a-Si层的表面形成氧化层。具 体地，首先在室体60内的平台62上设置形成有n+型a-Si层的样品。接着，将由臭氧发生 装置40产生的臭氧气体4导入储存纯水6的鼓泡器50中进行鼓泡，加湿臭氧气体4。接 着，将被加湿的臭氧气体4导入内部压力保持在大气压的室体60内。随后，在室体60内形 成被加湿的臭氧气体4的恒定气流后将样品加热到250°C。通过在被加湿的臭氧气体4的气流中加热样品，对n+型a-Si层的表面进行氧化。 具体地，通过对样品加热3分钟来形成lnm厚的氧化膜。另外，氧化膜的膜厚使用分光椭率 计进行测定。接着，在氧化膜上形成lOOnm厚的Cu_Ni合金层。Cu_Ni合金层采用Cu_5at% Ni 的合金靶材通过溅射法在氧化膜上成膜。接着，在Cu-Ni合金层上形成200nm厚的纯Cu层。 纯Cu层为，使用由纯度4N的无氧铜构成的纯Cu靶材通过溅射法在Cu-Ni合金层上成膜。(实施例2)对于实施例2的配线结构，除了使在被加湿的臭氧气体4的气流中加热样品的时 间为22分钟来形成5nm厚的氧化膜以外，与实施例1同样地进行制作。(比较例1)对于比较例1的配线结构，除了使在被加湿的臭氧气体4的气流中加热样品的时 间为58分钟来形成lOnm厚的氧化膜以外，与实施例1同样地进行制作。[扩散状况的分析]图4 图9表示n+型a-Si层和Cu_Ni合金层的界面的XPS分析的结果。具体地，对于如上所述制作的实施例1 2及比较例1的配线结构，在模拟了制作 液晶屏的TFT结构的工艺中包含的SiNx绝缘膜形成工序中的加热温度的300°C温度下，在 真空中实施1小时的热处理。针对热处理前后的配线结构，通过X射线光电子分光法(XPS 法)实施深度分析。即，图4表示实施例1的配线结构在热处理前的n+型的a-Si层与 Cu-Ni合金层的界面的XPS分析结果；图5表示实施例1的配线结构在热处理后的n+型的 a-Si层与Cu-Ni合金层的界面的XPS分析结果。另外，图6表示实施例2的配线结构在热 处理前的n+型的a-Si层与Cu-Ni合金层的界面的XPS分析结果；图7表示实施例2的配 线结构在热处理后的n+型的a-Si层与Cu-Ni合金层的界面的XPS分析结果。进而，图8 表示比较例1的配线结构在热处理前的n+型的a-Si层与Cu-Ni合金层的界面的XPS分析 结果；图9表示比较例1的配线结构在热处理后的n+型的a-Si层与Cu-Ni合金层的界面 的XPS分析结果。如图4 图9所示，关于实施例1 2及比较例1的配线结构，在热处理前后在n+ 型a-Si层和Cu-Ni合金层的界面均没有观察到Cu-Ni合金层与n+型a_Si层的相互扩散， 确认了扩散阻隔性。热处理后，在图5、图7和图9中，如作为“添加元素稠化层”所示，在该 界面观察到M稠化。添加元素稠化层被认为具有辅助Si氧化膜的扩散阻隔性的功能。XPS分析中，由于边利用溅射切削膜表面边进行分析，因此在切削过的表面产生凹凸。从而，在 图4 图9的分析分布图中观察到“松弛”。通过图4 图9的“松弛”，乍一看，看到稍微 有些相互扩散，而在实际的配线结构中，通过利用分析分布图进行观察被认为在界面的组 成分布急剧变化。另外，针对实施例1 2及比较例1的配线结构，分别在热处理后用磷酸系的Cu蚀 刻剂除去纯Cu层和Cu合金层。随后，用4端子法测定露出的氧化层表面的薄膜电阻。其结 果是，关于实施例1 2及比较例1的配线结构，氧化层的薄膜电阻均为最大范围的5MQ， 被确认为超出范围。[a-Si层与纯Cu层及Cu_Ni合金层的欧姆接触性]图10表示欧姆接触性的评价试验的概要，图11 图13表示实施例1 2及比较 例1的配线结构的IV特性。欧姆接触性的评价用样品如下进行制作。首先，分别对实施例1 2及比较例1 的热处理前的配线结构采用照相平版印刷法形成抗蚀剂图案。抗蚀剂图案为边长3mm的矩 形图案以1mm间隔排列的图案。接着，以形成的抗蚀剂图案为掩模，利用湿法蚀刻除去纯Cu 层及Cu-Ni合金层。由此，针对实施例1 2及比较例1，分别形成由边长3mm的纯Cu层及 Cu-M合金层构成的片(下面称为“电极片”)以1mm间隔排列的形状。接着，如在上述[扩散状况的分析]中所述，判断Cu合金成分没有向n+型a-Si 层扩散，由于Si氧化层通过后续的热处理能够与Cu合金成分形成具有导电性的复合氧化 物，因此除去了电极图案间的氧化层。接着，在真空中实施1小时300°C的热处理。由此，制 作欧姆接触性评价样品。欧姆接触性评价如下实施将探测器70a及探测器70b与2个电 极片接触，使用电源和仪表一体化的源测量单元72进行通电，测定2个电极间的a-Si层的 IV特性。参照图11及图12，其表示实施例1和实施例2的配线结构中直线上的IV特性。 从而表明，对于实施例1和实施例2的配线结构在a-Si层和Cu-Ni合金层间得到欧姆接触。 另一方面，参照图13表明，在比较例1的配线结构中没有导通，在a-Si层和Cu-Ni合金层 间没有得到欧姆接触。[纯Cu层的电阻率]使用上述“ [a-Si层与纯Cu层及Cu-Ni合金层的欧姆接触性]”中制作的欧姆接触 性评价样品在热处理后的样品，通过van der Pauw法测定纯Cu层的电阻率。其结果是，实 施例1 实施例2及比较例1均显示为与纯Cu的电阻率相同程度的2. 0 ii Q cm左右的电 阻率。表1中综合表示了实施例1 实施例2及比较例1的配线结构的欧姆接触性评价、 纯Cu层的电阻率的结果。表 1 * 1 “〇，，表示得到了欧姆接合性，“ X ”表示没有得到欧姆接合性。[扩散阻隔性、导通性及密合性]氧化膜的扩散阻隔性、导通性及密合性的比较结果表示在表2中。表2 *2 :“〇”表示具有扩散阻隔性，“X”表示没有扩散阻隔性。*3:“〇”表示具有导通性，“X”表示没有导通性。另外，()的数值为电阻值。*4:“〇”表示没有剥离，“X”表示发生剥离。 评价方法如下所述。首先，准备实施例3的配线结构，其具有玻璃基板、在玻璃基 板上设置的a-Si层、在a-Si层上设置的n+_Si层、在n+_Si层上设置的5nm厚的Si氧化 层以及在Si氧化层上设置的纯Cu层。另外，准备实施例4 9的配线结构，其具有玻璃基 板、在玻璃基板上设置的a-Si层、在a-Si层上设置的n+_Si层、在n+_Si层上设置的5nm 厚的Si氧化层以及在Si氧化层上设置的Cu合金层。实施例4的配线结构的Cu合金层由 Cu-lat% Ni构成，实施例5的配线结构的Cu合金层由Cu-5at% Ni构成，实施例6的配线 结构的Cu合金层由Cu-10at% Ni构成，实施例7的配线结构的Cu合金层由Cu_lat% Mn
12构成，实施例8的配线结构的Cu合金层由Cu-5at% Mn构成，实施例9的配线结构的Cu合 金层由Cu-10at% Mn构成。另外，准备比较例2的配线结构，其具有玻璃基板、在玻璃基板上设置的a-Si层、 在a-Si层上设置的n+_Si层以及在n+_Si层上设置的纯Cu层。首先，关于扩散阻隔性，通过测定由湿法蚀刻除去纯Cu层或Cu合金层而露出的Si 氧化层的薄膜电阻来进行评价。这里，针对比较例，测定的是除去纯Cu层而露出的n+-Si 层的薄膜电阻。其结果是，关于实施例3 实施例9的配线结构，薄膜电阻为最大范围的 5MQ，被确认为超出范围，表明得到了优异的扩散阻隔性。另一方面，比较例2的配线结构 中原本不具有氧化层。并且，关于比较例2的配线结构，在300Q观察到若干导通性。这被 认为是由于因不具备具有扩散阻隔性的氧化层，元素扩散到了 a-Si层。作为导通性的评价，以与上述“ [a-Si层与纯Cu层及Cu-Ni合金层的欧姆接触 性]，，同样的方法进行评价。进而，作为密合性的评价如下实施对实施例3 实施例9的 配线结构以及比较例2的配线结构在真空中实施300°C、1小时的热处理后，实施1个月的 大气暴露试验，目视确认纯Cu层及Cu合金层有无剥离。其结果是，实施例3 实施例9的配线结构均被确认得到了良好的导通性、密合 性。另外，与使用了纯Cu层的实施例3的配线结构相比，使用了 Cu-Ni合金层、Cu-Mn合金 层的实施例4 实施例9的配线结构导通性评价的电阻值低，得到了更好的欧姆接触性。这 被认为是由于在热处理后Si氧化层与合金层的合金成分发生反应而形成了包含添加元素 的氧化物层。另一方面，比较例2的配线结构没有得到导通性，密合性也是较差的结果。由此表 明通过Si氧化层的存在，纯Cu层及Cu合金层对n+_Si层的密合性提高。以上说明了本发明的实施方式及实施例，但是上述记载的实施方式及实施例并不 限定权利要求书涉及的发明。另外，应当注意的是实施方式及实施例中说明的特征的组合 的全体并不限于在解决发明的课题用的手段上是必需的。
1权利要求
一种配线结构的制造方法，包括准备基板的基板准备工序；在所述基板上形成半导体层的半导体层形成工序；在所述半导体层上形成包含掺杂剂的含掺杂剂半导体层的含掺杂剂半导体层形成工序；通过在包含水分子的氧化性气体氛围中加热所述含掺杂剂半导体层的表面而在所述含掺杂剂半导体层的所述表面形成氧化层的氧化层形成工序；在所述氧化层上形成合金层的合金层形成工序；以及在所述合金层上形成配线层的配线层形成工序。
2.根据权利要求1所述的配线结构的制造方法，其中，所述氧化层形成工序包括用所 述氧化性气体对水进行鼓泡而使所述氧化性气体包含水分子的鼓泡工序。
3.根据权利要求2所述的配线结构的制造方法，其中，所述半导体层形成工序形成非 晶硅作为所述半导体层；所述含掺杂剂半导体层形成工序形成包含所述掺杂剂的硅层作为 所述含掺杂剂半导体；所述氧化层形成工序使用臭氧气体作为所述氧化性气体，通过在所 述臭氧气体中，在200°C以上300°C以下的温度下对包含所述掺杂剂的硅层进行加热而在 包含所述掺杂剂的硅层的表面形成硅氧化层。
4.根据权利要求3所述的配线结构的制造方法，其中，所述合金层形成工序形成包含 Cu和添加元素的Cu合金层作为所述合金层；所述配线层形成工序形成Cu层作为所述配线 层。
5.根据权利要求4所述的配线结构的制造方法，其中，进一步包括通过在200°C以上 300°C以下的温度进行加热而使包含在所述Cu合金层中的所述添加元素稠化来形成扩散 阻隔层的扩散阻隔层形成工序。
6.根据权利要求5所述的配线结构的制造方法，其中，所述合金层形成工序形成所述 Cu中作为所述添加元素添加有从由Ni、Co、Mn、Zn、Mg、A1、&、Ti、Fe及Ag构成的组中的至 少一种金属元素的所述Cu合金层。
7.根据权利要求5所述的配线结构的制造方法，其中，所述合金层形成工序形成包含 Cu以及包含在所述Cu中的浓度为lat %以上5at%以下的Ni或Mn的所述Cu合金层。
8.根据权利要求6或7所述的配线结构的制造方法，其中，所述配线形成工序形成包含 3N以上的无氧铜的所述Cu层。
9.根据权利要求5所述的配线结构的制造方法，其中，所述合金层形成工序通过对铜 合金溅射靶材进行溅射而在所述氧化层上形成所述合金层，所述铜合金溅射靶材为将作为 所述添加元素的选自由Ni、Co、Mn、Zn、Mg、A1、&、Ti、Fe及Ag构成的组中的至少一种金属 元素添加到所述Cu中而形成的铜合金溅射靶材，或者为包含Cu以及包含在所述Cu中的浓 度为lat%以上5at%以下的Ni或Mn的铜合金溅射靶材；所述配线层形成工序通过对包含 3N以上的无氧铜的铜溅射靶材进行溅射而在所述合金层上形成所述配线层。
10.一种配线结构，包括基板；设置在所述基板上的半导体层；设置在所述半导体层 上、包含掺杂剂的含掺杂剂半导体层；设置在所述含掺杂剂半导体层的表面的氧化层；设 置在所述氧化层上的合金层；以及设置在所述合金层上的配线层。
11.根据权利要求10所述的配线结构，其中，所述半导体层为非晶硅层，所述含掺杂剂半导体层为包含所述掺杂剂的硅层，所述氧化层为通过包含所述掺杂剂的硅层表面的氧化 而形成的硅氧化层，所述合金层为包含Cu和添加元素的Cu合金层，所述配线层为Cu层。
全文摘要
本发明的目的在于提供制造成本低的配线结构的制造方法及配线结构。本发明的配线结构的制造方法，包括准备基板(10)的基板准备工序；在基板(10)上形成半导体层的半导体层形成工序；在半导体层上形成包含掺杂剂的含掺杂剂半导体层的含掺杂剂半导体层形成工序；通过在包含水分子的氧化性气体氛围中加热含掺杂剂半导体层的表面而在含掺杂剂半导体层的表面形成氧化层的氧化层形成工序；在氧化层上形成合金层的合金层形成工序；以及在合金层上形成配线层的配线层形成工序。
文档编号H01L23/532GK101866879SQ20101015439
公开日2010年10月20日 申请日期2010年4月8日 优先权日2009年4月17日
发明者辰巳宪之 申请人:日立电线株式会社