JP2011029304A - 半導体装置、半導体装置の製造方法、および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】ＩＧＺＯ層とＩＴＯ層とを電気的に接続する場合には、易加工性を備え電気抵抗率が低いアルミ等の金属と高融点金属としてのチタン等との積層構造を用いる必要があるが、積層構造を形成する場合、複数の金属層を形成する必要がある。そのため製造工程が増えると共に、パーティクル等の発生確率が増え、歩留まりを落とすという課題がある。
【解決手段】ＩＴＯ等の金属酸化物を用いた画素電極２ａが、層間絶縁層９に形成されたコンタクトホール９ａを介してＩＧＺＯ層を用いた配線層７ａと電気的に接続している。画素電極２ａとＡｌ−Ｎｄ合金を用いた上電極６ｃと直接接触させた場合、コンタクト抵抗が高くなるが、配線層７ａにＩＧＺＯ層を用い、画素電極２ａにＩＴＯ等の第２金属酸化物配線層を用いた場合、互いの構造が類似していることから、密接させるだけで接触抵抗の増大を招くことなく電気的に導通を取ることが可能となる。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体装置、半導体装置の製造方法、および電子機器に関する。

基板本体上に薄膜トランジスター（以下、ＴＦＴとも記載する）が形成された半導体装置としては、液晶装置や有機エレクトロルミネッセンス装置（以下、有機ＥＬ装置とも記載する）等の電気光学装置に用いる素子基板や、受光素子を用いた固体撮像装置に用いる素子基板を挙げることができ、かかる半導体装置（素子基板）では、ＴＦＴによって画素トランジスターが構成されている。また、ＴＦＴを利用した半導体装置としては電子ペーパーもある。

かかる半導体装置に用いるＴＦＴを構成する半導体層としては、例えばアモルファスシリコン層を例示することができるが、アモルファスシリコン層はキャリアの移動度が０．６ｃｍ²／Ｖ・ｓｅｃ程度と他の半導体層と比べ低いため、このＴＦＴを用いて例えば高精彩動画等、高速変調された画像信号を扱う場合、画像信号に追従して表示を行わせることが困難となる問題点がある。

そこで、近年は、特許文献１に示されるようにインジウム（Ｉｎ）−ガリウム（Ｇａ）−亜鉛（Ｚｎ）酸化物層（ＩＧＺＯ層）等の金属酸化物半導体層をＴＦＴのチャネル領域として利用することが提案されている。ＩＧＺＯ層は製造方法にも依存するが、１０^-5Ｓ／ｃｍ程度の導電率を備えており、この導電率を制御することでＴＦＴとしての動作を行うことができる。ＩＧＺＯ層はアモルファスシリコンの１０倍以上となる１０ｃｍ²／Ｖ・ｓｅｃ程度の移動度を備えるため、高速でスイッチング動作を行わせることが可能となる。また、ポリシリコンのように粒界を持たないため、高い均一性を持ったＴＦＴを形成することが可能となる。

ここで、ＩＧＺＯ層に代表される金属酸化物半導体層は、アルゴンプラズマ等に曝されると酸素欠損を生じることが報告されている（非特許文献１参照）。そのため、プラズマプロセスを行う場合はＩＧＺＯ層を覆う保護層を備えた状態で処理を行う方法が主として用いられている。

また、インジウム−錫酸化物（ＩＴＯ）に代表される金属酸化物導体層は、特許文献２に記載されているように、チタン等の高融点金属を介して導通を取らないと他の導体層との間での接触抵抗が高くなる。そのため、金属層と、金属酸化物導体層とを電気的に接続する場合には、易加工性を備え電気抵抗率が低いアルミ等の金属と、高融点金属としてのチタン等との積層構造を用いる構造が用いられている。

特開２００８−２３５８７１号公報 特開昭６１−１３２２７号公報

Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ９３、２０３５０６（２００８）

ＩＧＺＯ層とＩＴＯ層とを金属層を介して電気的に接続する場合には、上記したように易加工性を備え電気抵抗率が低いアルミ等の金属と高融点金属としてのチタン等との積層構造を用いる必要があるが、積層構造を形成する場合、複数の金属層を形成する必要がある。そのため製造工程が増えると共に、パーティクル等の発生確率が増え、歩留まりを落とすという課題がある。また、ＩＧＺＯ層の導電率は前述したように１０^-5Ｓ／ｃｍ程度と低いため、この層を配線層として用いることは困難で、なんらかの形で並列に導体層を形成し、この導体層により導通を取る場合が主に知られているが、この場合も製造工程が煩雑化し、製造工程の増加、および製造工程の増加に伴う歩留まりの低下が生じるという課題がある。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例にかかる半導体装置は、基板表面側に配置され開口部を備える絶縁体層と、前記絶縁体層の一方の面側に位置し、金属酸化物半導体層と第１金属酸化物配線層とを兼ねる第１金属酸化物層と、前記絶縁体層の他方の面側に位置し、前記絶縁体層を含む分離領域により前記第１金属酸化物層と分離され、かつ前記開口部を介して前記第１金属酸化物配線層と一部が密接している第２金属酸化物配線層と、を備えることを特徴とする。

これによれば、第２金属酸化物配線層と第１金属酸化物配線層とを密接させることで電気的な導通が取られている。導電性を備える、第２金属酸化物配線層を配線に用い、金属層と電気的な導通を取る場合にはチタン等の高融点金属層を介して導通を取らないと、接触抵抗が特許文献２に示されるように高くなってしまうが、金属酸化物配線層同士を密接させた場合、互いの構造が類似していることから、密接させるだけで接触抵抗の増大を招くことなく電気的に導通を取ることが可能となる。そのため、高融点金属層を省略した構造を用いることで構造を簡素化できる。このように構成要素を減らすことで、信頼性やコストの面で優れた半導体装置を提供することが可能となる。

［適用例２］上記適用例にかかる半導体装置であって、前記第１金属酸化物配線層は、電気的に並列に接続された金属導体層を備えることを特徴とする。

上記した適用例によれば、電気抵抗の低い金属導体層を並列に備えることで、第１金属酸化物配線層の等価電気抵抗を下げることが可能となり、第１金属酸化物配線層を、より良好な配線層として用いることが可能となる。

［適用例３］上記適用例にかかる半導体装置であって、前記第１金属酸化物配線層は、前記金属酸化物半導体層よりもキャリア密度が高いことを特徴とする。

上記した適用例によれば、第１金属酸化物配線層の電気抵抗は金属酸化物半導体層よりも低くなる。金属酸化物半導体層は電導度を変調させる機能を有する必要があるためそのキャリア密度には制約があるが、第１金属酸化物配線層にはそのような制約がないためキャリア密度を高くして電気抵抗を下げることが可能となる。具体的な一例として、ドナーとして機能する酸素欠損を意図的に第１金属酸化物配線層に形成することでキャリア密度を高くして、電気抵抗を下げることができる。

［適用例４］上記適用例にかかる半導体装置であって、前記第１金属酸化物配線層と前記第２金属酸化物配線層とは、前記開口部と連なる前記第１金属酸化物配線層の側壁、または開口面に位置する前記第１金属酸化物配線層の少なくともいずれかで密接していることを特徴とする。

上記した適用例によれば、容易に電気的な接触を取ることが可能となる。開口部と連なる第１金属酸化物配線層の側壁で密接させる場合、チタン等の高融点金属を第１金属酸化物配線層の側壁に配置することは技術上困難であるが、互いの構成が類似する第１金属酸化物配線層と第２金属酸化物配線層を密接させることは容易であり、チタン等の高融点金属を挟むことなく導通を取ることが可能となる。また、開口面に位置する第１金属酸化物配線層は、開口部の面積をそのまま用いて密接しているため、側壁よりも広い面積で導通を取ることが可能となり、さらに低い電気抵抗で導通を取ることが可能となる。

［適用例５］上記適用例にかかる半導体装置であって、前記第１金属酸化物層はＩＧＺＯ（インジウム−ガリウム−亜鉛酸化物）、インジウム−亜鉛酸化物、ＺｎＯ（酸化亜鉛）であり、前記第２金属酸化物配線層は、ＩＴＯ（インジウム−錫酸化物）であることを特徴とする。

上記した適用例によれば、構造が類似した物質同士を密接させていることから、チタン等の高融点金属を介することなく接触抵抗を抑えて電気的な導通を取ることが可能となる。

［適用例６］本適用例にかかる半導体装置の製造方法は、基板表面側に、ゲート電極を形成する工程と、前記基板表面側に、ゲート絶縁層を形成する工程と、前記基板表面側に、金属酸化物半導体層と第１金属酸化物配線層とを兼ねる金属酸化物層を形成する工程と、前記金属酸化物層表面の一部に、前記基板の平面方向で前記ゲート電極と重なるエッチング保護層を形成する工程と、前記基板表面側に保護層を形成する工程と、前記保護層を開口させ、前記第１金属酸化物配線層を露出させた開口部を形成する工程と、前記基板表面側に前記開口部で第１金属酸化物配線層と密接する第２金属酸化物配線層を形成する工程とを含むことを特徴とする。

これによれば、露出した第１金属酸化物配線層に重ねて第２金属酸化物配線層が形成される。第２金属酸化物配線層を用い、金属層と電気的な導通を取る場合にはチタン等の高融点金属を介して導通を取らないと、接触抵抗が特許文献２に示されるように高くなってしまうが、金属酸化物配線層同士を密接させた場合、互いの構造が類似していることから開口部で密接させるだけで接触抵抗の増大を招くことなく電気的に導通を取ることが可能となる。そのため、金属層を高融点金属や、積層構造にすることなくＡｌＮｄ（アルミ：ネオジム合金）等加工性に優れた金属を金属層に用いることが可能となる。

［適用例７］上記適用例にかかる半導体装置の製造方法であって、前記エッチング保護層を形成した後、前記保護層を形成する前に、前記基板表面側に金属層を形成する工程と、前記基板の面方向において、前記エッチング保護層に重なる領域にある前記金属層は除去し、前記ゲート電極を挟むソース・ドレイン領域は残して前記金属層と前記金属酸化物層を一度にエッチングする工程と、をさらに有することを特徴とする。

上記した適用例によれば、フォトリソグラフ工程数を低減することが可能となる。一度にエッチングすることで２回必要なフォトリソグラフ工程を１回で済ませることができる。加えて、自己整合的にソース・ドレイン領域と金属層を形成するため、合わせずれのないエッチングが可能となる。

［適用例８］上記適用例にかかる半導体装置の製造方法であって、前記エッチング保護層を形成した後であって、前記保護層を形成する前に、前記基板表面側をプラズマ処理し、前記金属酸化物半導体層と比べ導電率が高い前記第１金属酸化物配線層を形成する工程と、をさらに有することを特徴とする。

上記した適用例によれば、金属酸化物半導体層がエッチング保護層で覆われ、第１金属酸化物配線層が露出した状態で金属酸化物層はプラズマ雰囲気に晒される。金属酸化物半導体層はプラズマ雰囲気に晒されないため、キャリア密度は変化せずゲートからの電界によりキャリア密度変調が可能な半導体層としての性質を保つ。一方、第１金属酸化物配線層はプラズマ雰囲気に晒されることでキャリア密度が高くなり、金属酸化物半導体層と比べ電気抵抗を下げることが可能となる。そのため、第１金属酸化物配線層内での電圧降下を抑えることが可能となる。

［適用例９］本適用例にかかる電子機器は、上記した半導体装置または、上記した半導体装置の製造方法で作られた半導体装置を含むことを特徴とする。

これによれば、この電子機器は、高融点金属層を省略し簡素化された構造を用いた半導体装置を含んでいるため、信頼性やコストの面で優れた電子機器を提供することが可能となる。

（ａ）は、本発明を適用した半導体装置としての素子基板を対向基板の側から見た平面図、（ｂ）は、（ａ）のＨ−Ｈ’断面図。 液晶装置が備える素子基板の電気的な構成を示す等価回路図。 （ａ）は、第１の実施形態にかかる電気光学装置を含む液晶装置の平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ１−Ｂ１線断面図。 （ａ）は、第２の実施形態にかかる電気光学装置を含む液晶装置の平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ１−Ｂ１線断面図。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、第３の実施形態にかかる素子基板の製造方法を示す工程断面図。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、第３の実施形態にかかる素子基板の製造方法を示す工程断面図。 （ａ）、（ｂ）は、第４の実施形態にかかる素子基板の製造方法を示す工程断面図。 （ａ）は、電気光学装置を備えたモバイル型のパーソナルコンピューター、（ｂ）は、電気光学装置を備えた携帯電話機、（ｃ）は、電気光学装置を適用した情報携帯端末の構成図。

（第１の実施形態：半導体装置としての素子基板を備えた液晶装置の全体構成）
以下、本発明を具体化した各実施形態を図面に基づいて説明する。図１（ａ）は、本発明を適用した半導体装置としての素子基板を備えた液晶装置をその上に形成された各構成要素と共に対向基板の側から見た平面図、（ｂ）は、（ａ）のＨ−Ｈ’断面図である。以後、「上」とは、素子基板１０から対向基板２０に向かう方向と定義し、直接構成要素が接触していない場合も含むものとする。そして、「下」とは「上」と反対方向を指すものとして定義し、直接構成要素が接触していない場合も含むものとする。図１（ａ）、（ｂ）において、本形態の液晶装置１００は、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＥＣＢ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｃｏｎｔｏｒｏｌｌｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、あるいはＶＡＮ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード等で駆動される透過型のアクティブマトリクス型液晶装置である。この液晶装置１００では、シール材２２を介して素子基板１０（半導体装置）と、対向基板本体２１の素子基板１０側に、対向電極２８や配向膜２９等を備えた対向基板２０とが貼り合わされ、その間に液晶１ｆが保持されている。素子基板１０において、シール材２２の外側に位置する端部領域には、データ線駆動用ＩＣ６０、および走査線駆動用ＩＣ３０がＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）実装されているとともに、基板辺に沿って実装端子１２が形成されている。シール材２２は、素子基板１０と対向基板２０とをそれらの周辺で貼り合わせるための光硬化樹脂や熱硬化性樹脂等を用いた接着剤であり、両基板間の距離を所定値とするためのグラスファイバー、あるいはガラスビーズ等のギャップ材が配合されている。シール材２２には、その途切れ部分によって液晶注入口２５が形成され、液晶１ｆを注入した後、封止材２６により封止されている。

素子基板１０にはＴＦＴ１ｃや画素電極２ａがマトリクス状に形成され、その表面に配向膜１９が形成されている。対向基板２０には、シール材２２の内側領域に遮光性材料を用いた額縁２４（図１（ｂ）では図示を省略）が形成され、その内側が画像表示領域１ａになっている。対向基板２０には、図示を省略するが、各画素の縦横の境界領域と対向する領域にブラックマトリクス、あるいはブラックストライプ等と称せられる遮光膜が形成され、その上層側には、対向電極２８および配向膜２９が形成されている。図１（ｂ）では図示を省略するが、対向基板２０において、素子基板１０の各画素に対向する領域には、ＲＧＢのカラーフィルターがその保護膜とともに形成されることで、液晶装置１００を前述したようにモバイルコンピューター、携帯電話機、液晶テレビ等といった電子機器のカラー表示装置として用いることを可能としている。

（素子基板の構成）
図２は、図１に示す液晶装置が備える素子基板の電気的な構成を示す等価回路図である。図２に示すように、素子基板１０には、画像表示領域１ａに相当する領域に複数のソース線６ａ（データ線）およびゲート線３ａ（走査線）が互いに交差する方向に形成され、これらの配線の交差部分に対応する位置に画素１ｂが構成されている。ゲート線３ａは走査線駆動用ＩＣ３０から延びており、ソース線６ａはデータ線駆動用ＩＣ６０から延びている。また、素子基板１０には、液晶１ｆの駆動を制御するための画素スイッチング用のＴＦＴ１ｃが各画素１ｂに形成され、ＴＦＴ１ｃのソースにはソース線６ａが電気的に接続され、ＴＦＴ１ｃのゲートにはゲート線３ａが電気的に接続されている。

さらに、素子基板１０には、ゲート線３ａと並行して容量線３ｂが形成されている。本形態では、ＴＦＴ１ｃに対して、対向基板２０との間に構成された液晶容量１ｇが直列に接続されているとともに、液晶容量１ｇに対して並列に保持容量１ｈが接続されている。ここで、容量線３ｂは、走査線駆動用ＩＣ３０に接続されることで一定電位に保持されている。

このように構成した液晶装置１００では、ＴＦＴ１ｃを一定期間だけそのオン状態とすることにより、ソース線６ａから供給される画像信号を各画素１ｂの液晶容量１ｇに所定のタイミングで書き込む。液晶容量１ｇに書き込まれた所定レベルの画像信号は、液晶容量１ｇで一定期間保持される。また、液晶容量１ｇには保持容量１ｈが並列に備えられ、液晶容量１ｇに保持された画像信号がリークにより変動することを抑制している。

（各画素の構成：ドレイン電極と配線層を並列に配置した構成）
以下、ドレイン電極と配線層を並列に配置した構成について図面を用いて説明する。図３（ａ）は、本実施形態にかかる電気光学装置を含む液晶装置の画素１つ分の平面図、（ｂ）は、Ａ１−Ｂ１に相当する位置で液晶装置を切断したときの断面図である。図３（ａ）では、画素電極を太くて長い点線で示し、ゲート線およびそれと同時形成された薄膜を細い実線で示し、ソース線およびそれと同時形成された薄膜を細い一点鎖線で示し、半導体層を細くて短い点線で示してある。コンタクトホールについては、ゲート線等と同様、細い実線で示してある。

図３（ａ）に示すように、素子基板１０では、ゲート線３ａとソース線６ａで囲まれた画素領域１ｅに画素１ｂを構成する以下の要素が構成されている。まず、画素領域１ｅには、ボトムゲート型のＴＦＴ１ｃが備える能動層を構成する金属酸化物半導体層７ｃが形成されている。ここでは、金属酸化物半導体層７ｃと第１金属酸化物配線層としての配線層７ａには、同時に形成されたＩＧＺＯを材料として用いた場合について説明を続ける。ＩＧＺＯを材料として用いた場合、厚さとしては５０ｎｍ程度の値のものを用いることが制御性、リーク電流等の観点から好適である。ここで、ＩＧＺＯに代えて、ＩＺＯ（登録商標、インジウム−亜鉛酸化物）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）等の物質を用いても良く、またＣｄ−Ｇｅ−Ｏ（カドミウム−ゲルマニウム酸化物）、Ｃｄ−Ｐｂ−Ｏ（カドミウム−鉛酸化物）等の物質を用いても良い。。ここで、ゲート線３ａからの突出部分によってゲート電極が形成されている。ゲート線３ａは例えば金属酸化物半導体層７ｃのうち、ソース側の端部には、ソース線６ａがソース電極として重なっており、ドレイン側の端部にはドレイン電極６ｂが重なっている。また、ゲート線３ａと並列して容量線３ｂが形成されている。そして、酸化シリコン等を用いたエッチング停止層８ａ（詳細は後述する）の下側には、金属酸化物半導体層７ｃが配置されている。

また、画素領域１ｅには、容量線３ｂからの突出部分を下電極３ｃとし、ドレイン電極６ｂと第１金属酸化物配線層としての配線層７ａとの積層構造を備える延設部分を上電極６ｃとする保持容量１ｈが形成されている。また、ソース線６ａも配線層７ａと重なった構造を備えている。そして、上電極６ｃに対しては、コンタクトホール９ａを介して、第２金属酸化物配線層としての厚さが２００ｎｍ程度のＩＴＯ層（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）を用いた画素電極２ａが電気的に接続されている。

このように構成した素子基板１０のＡ１−Ｂ１断面は、図３（ｂ）に示すように表される。まず、ガラス基板や石英基板、またはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やアクリル等の樹脂を用いた絶縁基板１１上には、例えば金属や、金属的伝導を示す半導体等、導電性を備えた物質を用いたゲート線３ａ（ゲート電極）、および容量線３ｂ（保持容量１ｈの下電極３ｃ）が形成されている。本実施形態では、ガラス基板を用いた例について説明を続ける。ゲート線３ａおよび容量線３ｂは、厚さ１５０ｎｍ程度の、ネオジムが添加されたアルミニウム合金層や、銅が添加されたアルミニウム合金層を用いることができる。

本形態において、ゲート線３ａの上層側にはゲート線３ａを覆うように、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、窒酸化シリコン、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化イットリウム等を用いたゲート絶縁層４が形成されている。本実施形態において、ゲート絶縁層４は酸窒化シリコンを用いている。厚さとしては、ＴＦＴ１ｃの使用電圧に依存するが、例えば２００ｎｍ程度の厚みが例示できる。

ゲート絶縁層４の上層のうち、ゲート線３ａの突出部分（ゲート電極）と部分的に重なる領域には、ＴＦＴ１ｃの能動層を構成する金属酸化物半導体層７ｃが形成されている。金属酸化物半導体層７ｃのうち、ソース領域の上層にはソース線６ａ（ソース電極）が積層され、ドレイン領域の上層にはドレイン電極６ｂが形成され、ＴＦＴ１ｃが構成されている。また、ドレイン電極６ｂの延設部分によって上電極６ｃが形成されている。かかる上電極６ｃは、ゲート絶縁層４の一部を用いた誘電体層４ｃを介して下電極３ｃに対向することにより、保持容量１ｈを構成している。ソース線６ａおよびドレイン電極６ｂ（上電極６ｃ）には、例えば厚さが１００ｎｍの、モリブデンを用いている。

ソース線６ａ、ドレイン電極６ｂおよび上電極６ｃの上層側には、酸化シリコン等を用いた保護層９ｃ、アクリル樹脂等を用いた平坦化層９ｂの積層構造を備える層間絶縁層９が形成されており、層間絶縁層９の上層には画素電極２ａが形成されている。画素電極２ａは、層間絶縁層９に形成されたコンタクトホール９ａを介して上電極６ｃ、配線層７ａと電気的に接続している。ＩＴＯ等の金属酸化物を画素電極２ａと、ネオジムが添加されたアルミニウム合金とを直接接触させた場合、コンタクト抵抗が上昇する場合があるが、配線層７ａにＩＧＺＯ層を用い、画素電極２ａにＩＴＯ等の第２金属酸化物配線層を用いた場合、互いの構造が類似していることから、密接させるだけで接触抵抗の増大を招くことなく電気的に導通を取ることが可能となる。

なお、ここではコンタクトホール９ａの側面で第１金属酸化物配線層としての配線層７ａとＩＴＯ等の金属酸化物を用いた第２金属酸化物配線層としての画素電極２ａとを接触させているが、これは、配線層７ａを残した状態で、画素電極２ａと配線層７ａとを、コンタクトホール９ａの下面で接触させても良い。この場合、広い面積で画素電極２ａと配線層７ａとが接触するため、より低い接触抵抗を得ることが可能となる。

画素電極２ａは、上電極６ｃ、配線層７ａおよびドレイン電極６ｂを介してＴＦＴ１ｃのドレイン領域に電気的に接続している。そして、画素電極２ａの表面には配向膜１９が形成されている。

このように構成された素子基板１０に対向するように対向基板２０が配置され、素子基板１０と対向基板２０との間には液晶１ｆが保持されている。対向基板２０には、各色のカラーフィルター２７、対向電極２８および配向膜２９が形成されており、画素電極２ａと対向電極２８との間に液晶容量１ｇ（図２参照）が構成される。なお、対向基板２０の側にはブラックマトリクスや保護膜等が形成される場合があるが、それらの図示は省略している。ここで、金属酸化物半導体層７ｃと第１金属酸化物配線層としての配線層７ａにＩＧＺＯを用いた場合、配線層７ａ部の抵抗を選択的に低減させた構造を用いても良い。例えば、厚さ１００ｎｍ程度の酸化シリコンを用いたエッチング停止層８ａをマスクとして、プラズマ照射を行うと、酸素欠損と推測されるドナーにより、キャリアが発生する。そのため、キャリア密度が高くなり配線層７ａ部の抵抗を選択的に低減することが可能となる。この場合、エッチング停止層８ａの下側にはプラズマ照射は行われないため、金属酸化物半導体層７ｃ領域のキャリア密度は元のままに保たれ、半導体としての性質を保持させることができる。

（第２の実施形態：各画素の構成：配線層をドレイン電極、容量電極に用いた構成）
以下、配線層をドレイン電極と容量電極に用いた構成について図面を用いて説明する。図４（ａ）は、本実施形態にかかる電気光学装置を含む液晶装置の画素１つ分の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ１−Ｂ１に相当する位置で液晶装置を切断したときの断面図である。本実施形態は、上記した実施形態と類似するところが多いため、主な差異がある部分について説明し、重複を避けるものとする。

大きな違いとしては、図３に示すドレイン電極６ｂ、上電極６ｃが存在せず、第１金属酸化物配線層としての配線層７ａによりドレイン電極６ｂ、上電極６ｃを兼ねさせている点である。この場合、金属酸化物半導体層７ｃのキャリア密度を保った状態で配線層７ａの導電率を上げることが好ましい。具体的には、エッチング停止層８ａとソース線６ａを形成した素子基板１０を１５０℃以上２２０℃以下程度の温度に昇温させた状態で、水素やアンモニアを用いた雰囲気でプラズマを発生させることで、酸素欠損と推測されるドナーが発生し、配線層７ａの導電率が向上し、例えば１０²Ｓ／ｃｍ程度の導電率を得ることが可能となる。この工程で、エッチング停止層８ａが配置された領域にある金属酸化物半導体層７ｃはプラズマから保護されるため、例えば１０^-5Ｓ／ｃｍ程度の導電率を保ち、半導体の性質を保持することが可能となる。

また、図４（ｂ）では、コンタクトホール９ａは、配線層７ａの面とほぼ一致した深さでエッチングされている。これは、平坦化層９ｂをプラズマエッチングした後、続けてエッチングを行い、プラズマエッチングを続け、例えばプラズマ中の雰囲気分析を行い、Ｉｎ（インジウム）や、Ｇａ（ガリウム）の成分を検知して、エッチングを打ち切る等の方法等を用いることで実現できる。この場合、プラズマを構成するガスや、励起エネルギーを調整して、保護層９ｃと配線層７ａとの選択比を向上させる技術を併用することも好適である。一例を述べれば、プラズマを構成するガスとしてＣＦ₄、ＣＦ₄＋Ｈ₂、ＣＨＦ₃＋Ａｒ、ＳＦ₆＋Ｏ₂系のガスを用い、例えば室温でエッチングする条件が挙げられる。また、前述したようにコンタクトホール９ａ側面で配線層７ａと画素電極２ａとを接触させても良く、この場合には高いプロセスマージンを確保することが可能となる。

（第３の実施形態：液晶装置に用いる半導体装置としての素子基板の製造方法−１）
次に、半導体装置としての素子基板の製造方法について、図面を用いて説明する。

図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本形態の液晶装置に用いた素子基板の製造方法を示す工程断面図である。以下、図面に従い素子基板の製造方法について説明する。なお、工程断面図は図３（ａ）に示すＡ１−Ｂ１に相当する位置について示している。

まず、工程１として、図５（ａ）に示すように、ガラス基板や石英基板、またはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やアクリル等の樹脂を用いた絶縁基板１１の表面に１００ｎｍ程度の厚さを備える、ネオジムを添加したアルミニウム合金膜を形成する。そして、フォトリソグラフィ技術を用いてレジストマスクを形成し金属膜の一部をエッチングすることで、ゲート線３ａ（ゲート電極）、および下電極３ｃ（容量線３ｂ）を同時形成する。ここで、絶縁基板１１としてガラス基板を用いた場合について説明を続ける。なお、絶縁基板１１としては、導体基板を覆うように絶縁層を形成したものも含むものとする。例えば、シリコン基板に酸化シリコン層を積層したもの等も適用可能である。

次に、工程２として、図５（ｂ）に示すようにプラズマＣＶＤ法やスパッター法を用いて酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、窒酸化シリコン、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化イットリウム等を用いたゲート絶縁層４を形成する。本実施形態において、ゲート絶縁層４は酸窒化シリコンを用いている。厚さとしては、ＴＦＴ１ｃの使用電圧に依存するが、例えば２００ｎｍ程度の厚みが例示できる。かかるゲート絶縁層４のうち、下電極３ｃ上に形成された部分は誘電体層４ｃとして利用される。

次に、工程３として、図５（ｃ）に示すように、アルゴンガスを主として用いたスパッター法等によって、ゲート絶縁層４上に金属酸化物層７を形成する。本形態では、金属酸化物層７として、アモルファスのＩＧＺＯ層を金属酸化物層７として形成する。スパッター工程では、ターゲットとしてインジウム−ガリウム−亜鉛の焼結体を用い、その際の酸素分圧を調整する。例えば、スパッター成膜に用いる焼結体として、金属組成比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１の焼結体を用い、スパッターガスにおける酸素分圧を調節して金属酸化物層７の抵抗率を制御して、導電率が１０^-10Ｓ／ｃｍ以上１０^-4Ｓ／ｃｍの以下程度のインジウム−ガリウム−亜鉛酸化物（ＩＧＺＯ）層を形成する。ここで、ＩＧＺＯ層の膜厚は、例えば５０ｎｍ程度である。なお、ＩＧＺＯに代えて、ＩＺＯ（登録商標、インジウム−亜鉛酸化物）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）等の物質を用いても良い。

次に、工程４として、図６（ａ）に示すように、金属酸化物層７上にエッチング停止層８ａを形成する。エッチング停止層８ａは、酸化シリコン層を１００ｎｍ程度の厚さでプラズマＣＶＤ法やスパッター法を用いて形成する。ここで、プラズマＣＶＤ法を用いる場合、酸化シリコン層を形成する前に酸素プラズマ雰囲気に晒すことで金属酸化物層７のキャリア密度に影響を与えることなく層形成を行うことができる。そして、フォトリソグラフィ技術を用いてレジストマスクを形成し、酸化シリコン層の一部をエッチングすることで、エッチング停止層８ａが形成される。

次に、工程５として、図６（ｂ）に示すように、ソース線６ａおよびドレイン電極６ｂ（上電極６ｃ）を同時に形成する。まず、モリブデン層をアルゴンを用いてスパッター法を用いて形成する。この工程で、エッチング停止層８ａに覆われた領域を除いて金属酸化物層７はスパッターを行うためのプラズマ雰囲気に晒されるため、酸素欠損と推測されるドナーにより、キャリアが発生する。そのため、キャリア密度が高くなり配線層７ａ部の導電率は選択的に向上する。モリブデン層形成後、エッチング停止層８ａをエッチング停止層として、モリブデン層と金属酸化物層７をフォトリソグラフィ技術を用いてレジストマスクを形成し選択的に、一度にエッチングすることで、ソース線６ａおよびドレイン電極６ｂ（上電極６ｃ）が形成される。そして、ソース線６ａおよびドレイン電極６ｂ（上電極６ｃ）と重なった領域では、金属酸化物層７が第１金属酸化物配線層としての配線層７ａとして残り、エッチング停止層８ａと重なった領域では金属酸化物半導体層７ｃとして残る。

次に、工程６として、図６（ｃ）に示すように、酸化シリコンや窒化酸化シリコン等を用いた保護層９ｃとアクリル樹脂やポリイミド樹脂等を用いた平坦化層９ｂの積層構造を備える層間絶縁層９を形成する。本実施形態において、保護層９ｃは酸化シリコン、平坦化層９ｂはアクリル樹脂を用いている。そして、フォトリソグラフィ技術を用いてコンタクトホール９ａを開口する。続けて第２金属酸化物配線層としてのＩＴＯ層を厚さ２００ｎｍ程度に形成した後、フォトリソグラフィ技術を用いてレジストマスクを形成し選択的にエッチングすることで画素電極２ａを形成する。そして配向膜１９を形成することで図３に示す素子基板１０が形成される。画素電極２ａは、層間絶縁層９に形成されたコンタクトホール９ａを介して上電極６ｃ、配線層７ａと電気的に接続している。ＩＴＯ等の金属酸化物を画素電極２ａと、ネオジムが添加されたアルミニウム合金とを直接接触させた場合、コンタクト抵抗が上昇する場合があるが、配線層７ａにＩＧＺＯ層を用い、画素電極２ａにＩＴＯ等の第２金属酸化物配線層を用いた場合、互いの構造が類似していることから、密接させるだけで接触抵抗の増大を招くことなく電気的に導通を取ることが可能となる。また、コンタクトホール９ａ形成時に、例えばプラズマ中の雰囲気分析を行い、Ｉｎ（インジウム）や、Ｇａ（ガリウム）の成分を検知して、エッチングを打ち切る等の方法等を用いることで配線層７ａを残した状態で第２金属酸化物配線層としてのＩＴＯ層を厚さ２００ｎｍ程度に形成した後、フォトリソグラフィ技術を用いてレジストマスクを形成し選択的にエッチングすることで画素電極２ａを形成しても良い。配線層７ａを残した状態でＩＴＯ等の第２金属酸化物配線層を用いた画素電極２ａを形成することで、接触面積が大きくなり、コンタクト抵抗の低減が可能となる。

（第４の実施形態：液晶装置に用いる半導体装置としての素子基板の製造方法−２）
次に、半導体装置としての素子基板の別の製造方法について、図面を用いて説明する。図７（ａ）、（ｂ）は本実施形態の液晶装置に用いた素子基板の製造方法を示す工程断面図である。本実施形態は、上記した実施形態と類似するところが多いため、主な差異がある部分について説明し、重複を避けるものとする。工程１から工程４までは同様な工程を用いているため省略し、工程５以降について説明する。

ここで、工程５として、図７（ａ）に示すように、ソース線６ａを形成する。まず、モリブデン層をアルゴンを用いてスパッター法を用いて形成する。この工程で、エッチング停止層８ａに覆われた領域を除いて金属酸化物層７はスパッターを行うためのプラズマ雰囲気に晒されるため、酸素欠損と推測されるドナーにより、キャリアが発生する。そのため、キャリア密度が高くなり配線層７ａの導電率を選択的に向上させることができる。モリブデン層形成後、エッチング停止層８ａをエッチング停止層として、モリブデン層と金属酸化物層７をフォトリソグラフィ技術を用いてレジストマスクを形成し選択的にエッチングすることで、ソース線６ａが形成される。この工程では、モリブデン層のプラズマエッチングで、例えばプラズマ中の雰囲気分析を行い、Ｉｎ（インジウム）や、Ｇａ（ガリウム）の成分を検知して、エッチングを打ち切る等の方法等を用いることで実現できる。この場合、プラズマを構成するガスや、励起エネルギーを調整して、モリブデン層と配線層７ａとの選択比を向上させる技術を併用することも好適である。一例を述べれば、プラズマを構成するガスとしてＣＦ₄、ＣＦ₄＋Ｈ₂、ＣＨＦ₃＋Ａｒ、ＳＦ₆＋Ｏ₂系のガスを用い、例えば室温でエッチングする条件が挙げられる。上記したプラズマエッチングでも配線層７ａ部の導電率を向上させることができるが、ここで、エッチング終了後、水素やアンモニア雰囲気のプラズマに再度晒し、酸素欠損と推測されるドナーをより多く発生させることで、配線層７ａ部の導電率を上げておくのも好適である。

次に、工程６として、図７（ｂ）に示すように、酸化シリコンや窒化酸化シリコン等を用いた保護層９ｃとアクリル樹脂やポリイミド樹脂等を用いた平坦化層９ｂの積層構造を備える層間絶縁層９を形成する。本実施形態において、保護層９ｃは酸化シリコン、平坦化層９ｂはアクリル樹脂を用いている。そして、フォトリソグラフィ技術を用いてコンタクトホール９ａを開口する。コンタクトホール９ａは、例えばプラズマ中の雰囲気分析を行い、Ｉｎ（インジウム）や、Ｇａ（ガリウム）の成分を検知して、エッチングを打ち切る等の方法等を用いることで配線層７ａを残した状態で第２金属酸化物配線層としてのＩＴＯ層を厚さ２００ｎｍ程度に形成した後、フォトリソグラフィ技術を用いてレジストマスクを形成し選択的にエッチングすることで画素電極２ａを形成する。そして配向膜１９を形成することで図４に示す素子基板１０が形成される。配線層７ａを残した状態でＩＴＯ等の第２金属酸化物配線層を用いた画素電極２ａを形成することで、接触面積が大きくなり、コンタクト抵抗の低減が可能となる。ここで、ＩＴＯ等の金属酸化物を画素電極２ａと、ネオジムが添加されたアルミニウム合金とを直接接触させた場合、コンタクト抵抗が上昇する場合があるが、配線層７ａにＩＧＺＯ層を用い、画素電極２ａにＩＴＯ等の第２金属酸化物配線層を用いた場合、互いの構造が類似していることから、密接させるだけで接触抵抗の増大を招くことなく電気的に導通を取ることが可能となる。なお、配線層７ａを貫通させるべくエッチングを行って後、画素電極２ａを形成しても良く、この場合にはエッチング深さの精度を下げてもコンタクト抵抗に与える影響が軽減するため高いプロセスマージンを確保することが可能となる。

（第５の実施形態：電子機器への搭載例）
次に、上述した実施形態に係る電気光学装置としての素子基板を含む液晶装置を搭載した電子機器について説明する。図８（ａ）に、液晶装置を備えたモバイル型のパーソナルコンピューターの構成を示す。パーソナルコンピューター２０００は、表示ユニットとしての液晶装置１００と本体部２０１０を備える。本体部２０１０には、電源スイッチ２００１およびキーボード２００２が設けられている。図８（ｂ）に、液晶装置を備えた携帯電話機の構成を示す。携帯電話機３０００は、複数の操作ボタン３００１およびスクロールボタン３００２、並びに表示ユニットとしての液晶装置１００を備える。スクロールボタン３００２を操作することによって、液晶装置１００に表示される画面がスクロールされる。図８（ｃ）に、液晶装置を適用した情報携帯端末（ＰＤＡ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）の構成を示す。情報携帯端末４０００は、複数の操作ボタン４００１および電源スイッチ４００２、並びに表示ユニットとしての液晶装置１００を備える。電源スイッチ４００２を操作すると、住所録やスケジュール帳といった各種の情報が液晶装置１００に表示される。

なお、液晶装置１００が適用される電子機器としては、図８に示すものの他、デジタルスチールカメラ、液晶テレビ、ビューファインダー型、モニター直視型のブルーレイ再生装置、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳、電卓、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた機器等が挙げられる。そして、これらの各種電子機器の表示部として、前述した液晶装置１００が適用可能である。

１ａ…画像表示領域、１ｂ…画素、１ｃ…ＴＦＴ、１ｅ…画素領域、１ｆ…液晶、１ｇ…液晶容量、１ｈ…保持容量、２ａ…画素電極、３ａ…ゲート線、３ｂ…容量線、３ｃ…下電極、４…ゲート絶縁層、４ｃ…誘電体層、６ａ…ソース線、６ｂ…ドレイン電極、６ｃ…上電極、７…金属酸化物層、７ａ…配線層、７ｃ…金属酸化物半導体層、８ａ…エッチング停止層、９…層間絶縁層、９ａ…コンタクトホール、９ｂ…平坦化層、９ｃ…保護層、１０…素子基板、１１…絶縁基板、１２…実装端子、１９…配向膜、２０…対向基板、２１…対向基板本体、２２…シール材、２４…額縁、２５…液晶注入口、２６…封止材、２７…カラーフィルター、２８…対向電極、２９…配向膜、３０…走査線駆動用ＩＣ、６０…データ線駆動用ＩＣ、１００…液晶装置、２０００…パーソナルコンピューター、２００１…電源スイッチ、２００２…キーボード、２０１０…本体部、３０００…携帯電話機、３００１…操作ボタン、３００２…スクロールボタン、４０００…情報携帯端末、４００１…操作ボタン、４００２…電源スイッチ。

Claims (9)

1. 基板表面側に配置され開口部を備える絶縁体層と、
   前記絶縁体層の一方の面側に位置し、金属酸化物半導体層と第１金属酸化物配線層とを兼ねる第１金属酸化物層と、
   前記絶縁体層の他方の面側に位置し、前記絶縁体層を含む分離領域により前記第１金属酸化物層と分離され、かつ前記開口部を介して前記第１金属酸化物配線層と一部が密接している第２金属酸化物配線層と、を備えることを特徴とする半導体装置。
2. 請求項１に記載の半導体装置であって、前記第１金属酸化物配線層は、電気的に並列に接続された金属導体層を備えることを特徴とする半導体装置。
3. 請求項１または２に記載の半導体装置であって、前記第１金属酸化物配線層は、前記金属酸化物半導体層よりもキャリア密度が高いことを特徴とする半導体装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体装置であって、前記第１金属酸化物配線層と前記第２金属酸化物配線層とは、前記開口部と連なる前記第１金属酸化物配線層の側壁、または開口面に位置する前記第１金属酸化物配線層の少なくともいずれかで密接していることを特徴とする半導体装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体装置であって、前記第１金属酸化物層はＩＧＺＯ（インジウム−ガリウム−亜鉛酸化物）、インジウム−亜鉛酸化物、ＺｎＯ（酸化亜鉛）であり、前記第２金属酸化物配線層は、ＩＴＯ（インジウム−錫酸化物）であることを特徴とする半導体装置。
6. 基板表面側に、ゲート電極を形成する工程と、
   前記基板表面側に、ゲート絶縁層を形成する工程と、
   前記基板表面側に、金属酸化物半導体層と第１金属酸化物配線層とを兼ねる金属酸化物層を形成する工程と、
   前記金属酸化物層表面の一部に、前記基板の平面方向で前記ゲート電極と重なるエッチング保護層を形成する工程と、
   前記基板表面側に保護層を形成する工程と、
   前記保護層を開口させ、前記第１金属酸化物配線層を露出させた開口部を形成する工程と、
   前記基板表面側に前記開口部で第１金属酸化物配線層と密接する第２金属酸化物配線層を形成する工程と、
   を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
7. 請求項６に記載の半導体装置の製造方法であって、前記エッチング保護層を形成した後、前記保護層を形成する前に、
   前記基板表面側に金属層を形成する工程と、
   前記基板の面方向において、前記エッチング保護層に重なる領域にある前記金属層は除去し、前記ゲート電極を挟むソース・ドレイン領域は残して前記金属層と前記金属酸化物層を一度にエッチングする工程と、
   をさらに有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
8. 請求項６に記載の半導体装置の製造方法であって、前記エッチング保護層を形成した後であって、前記保護層を形成する前に、
   前記基板表面側をプラズマ処理し、前記金属酸化物半導体層と比べ導電率が高い前記第１金属酸化物配線層を形成する工程と、
   をさらに有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
9. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体装置、または請求項６〜８のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法で作られた半導体装置を含むことを特徴とする電子機器。

Images