JP6259120B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、酸化物半導体を用いて形成された半導体装置およびその製造方法に関する。
液晶表示装置等に用いられるアクティブマトリクス基板は、画素毎に薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；以下、「ＴＦＴ」）などのスイッチング素子を備えている。このようなスイッチング素子として、酸化物半導体層を活性層とするＴＦＴ（以下、「酸化物半導体ＴＦＴ」と称する。）を用いることが提案されている。
酸化物半導体ＴＦＴでは、ＴＦＴ特性の経時劣化を抑制するために、酸化物半導体層上に、例えばプラズマを用いたＣＶＤ法やスパッタリング法などによって保護膜（パッシベーション層）が形成されている。しかし、保護膜を形成する際に、酸化物半導体層の表面がダメージを受ける可能性がある。具体的には、酸化物半導体層に酸素欠損が生じたり、保護膜から水素が拡散したりするなどして、酸化物半導体層の表面が低抵抗化（導体化）することがある。酸化物半導体層の抵抗が低くなると、閾値電圧が大きく負側へシフトし（デプレッション特性）、所望のＴＦＴ特性が得られない場合がある。
そこで、保護膜を形成する直前に、酸化物半導体層に対して、Ｎ2Ｏプラズマ処理などの酸化処理を行うことが提案されている。例えば、Ｎ2Ｏプラズマを酸化物半導体表面に照射し、酸化物半導体層の表面を酸化することによって、保護膜形成時に酸化物半導体層が受けるダメージを低減することができる。
しかしながら、Ｎ2Ｏプラズマ処理を行う際に、酸化物半導体ＴＦＴのソースおよびドレイン電極の表面が露出していると、露出した電極表面がＮ2Ｏプラズマに曝されて酸化する可能性がある。例えば特許文献１には、電極材料として銅（Ｃｕ）またはＣｕ合金を用いる場合、Ｎ2Ｏプラズマ処理により電極表面に酸化膜が形成されることが記載されている。
特開２０１２−２４３７７９号公報
本発明者が検討したところ、特許文献１に提案された構造では、Ｎ2Ｏプラズマ処理の際にドレイン電極表面に形成された酸化膜によって、ドレイン電極と画素電極（透明導電層）とのコンタクト部の抵抗（コンタクト抵抗）が増大する可能性があることを見出した。
本発明の実施形態は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、酸化物半導体ＴＦＴを備えた半導体装置において、ＴＦＴ特性を確保しつつ、酸化物半導体ＴＦＴのドレイン電極と透明導電層とのコンタクト部における抵抗の増大を抑制することにある。
本発明の一実施形態の半導体装置は、基板と、前記基板に支持された薄膜トランジスタであって、ゲート電極、酸化物半導体層、前記ゲート電極と前記酸化物半導体層との間に形成されたゲート絶縁層、および、前記酸化物半導体層の上面と接するソース電極およびドレイン電極を含む薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタを覆い、かつ、前記薄膜トランジスタのチャネル領域と接するように配置された層間絶縁層と、前記層間絶縁層上に配置された透明導電層とを備え、前記ソース電極および前記ドレイン電極は、それぞれ、銅層を有し、前記ソース電極および前記ドレイン電極と前記層間絶縁層との間に配置された銅酸化膜をさらに備え、前記層間絶縁層は、前記銅酸化膜を介して前記ドレイン電極を覆っており、前記透明導電層は、前記層間絶縁層に形成された第１のコンタクトホール内で、前記銅酸化膜を介さずに、前記ドレイン電極の前記銅層と直接接している。
ある実施形態において、前記銅酸化膜は、前記ソース電極および前記ドレイン電極における前記銅層と接しており、前記銅層と前記透明導電層との界面は、前記銅層と前記層間絶縁層との界面よりも平坦である。
ある実施形態において、前記基板の表面の法線方向から見たとき、前記第１のコンタクトホールにおいて、前記銅酸化膜の端部は前記層間絶縁層の端部よりも外側に位置している。
ある実施形態において、前記銅酸化膜の厚さは１０ｎｍ以上７０ｎｍ以下である。
ある実施形態において、前記銅酸化膜は、前記銅層の表面が酸化処理に曝されることによって形成された酸化膜である。
ある実施形態において、前記ソース電極および前記ドレイン電極は、それぞれ、前記銅層の前記基板側に配置され、かつ、前記酸化物半導体層と接する下層をさらに有し、前記下層はチタンまたはモリブデンを含む。
ある実施形態において、前記基板上に形成された端子部をさらに備え、前記端子部は、前記ソース電極および前記ドレイン電極と同一の導電膜から形成されたソース接続層と、前記ソース配線上に延設された前記層間絶縁層と、前記透明導電層と同一の透明導電膜から形成された上部導電層とを有し、前記ソース接続層の上面の一部は前記銅酸化膜で覆われており、前記層間絶縁層は、前記銅酸化膜を介して前記ソース接続層を覆っており、前記上部導電層は、前記層間絶縁層に形成された第２のコンタクトホール内で、前記銅酸化膜を介さずに、前記ソース接続層と直接接している。
ある実施形態において、前記ソース電極および前記ドレイン電極と同一の導電膜から形成されたマーク層を有するアライメントマーク部をさらに備え、前記マーク層の上面の一部は前記銅酸化膜で覆われており、前記層間絶縁層は、前記銅酸化膜を介して前記マーク層の前記上面の前記一部と接し、かつ、前記マーク層上に開口部を有しており、前記基板の法線方向から見たとき、前記マーク層の前記上面のうち前記開口部と重なる部分には前記銅酸化膜が配置されていない。
ある実施形態において、前記薄膜トランジスタはチャネルエッチ構造を有する。
ある実施形態において、前記酸化物半導体層はＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系半導体を含む。
ある実施形態において、前記酸化物半導体層は結晶質部分を含む。
本発明による一実施形態の半導体装置の製造方法は、（Ａ）基板上に、ゲート電極、ゲート絶縁層、酸化物半導体層、および、銅層を含むソース電極およびドレイン電極を形成することにより薄膜トランジスタを形成する工程と、（Ｂ）前記酸化物半導体層のうち少なくともチャネル領域に対して酸化処理を行う工程であって、これにより、前記少なくともチャネル領域となる部分の表面の酸素濃度を高めるとともに、前記ソース電極およびドレイン電極の表面を酸化して銅酸化膜を形成する、酸化処理工程と、（Ｃ）前記薄膜トランジスタを覆い、かつ、前記チャネル領域と接するように層間絶縁層を形成する工程と、（Ｄ）前記層間絶縁層のうち前記ドレイン電極上に位置する部分に第１のコンタクトホールを形成し、これによって前記銅酸化膜を露出させる、コンタクトホール形成工程と、（Ｅ）キレート洗浄法を用いて、前記銅酸化膜のうち前記第１のコンタクトホールによって露出した部分を除去することにより、前記銅層を露出させる工程と、（Ｆ）前記第１のコンタクトホール内で露出した前記銅層と直接接するように透明導電層を形成する工程とを包含する。
前記薄膜トランジスタはチャネルエッチ構造を有してもよい。
前記酸化物半導体層はＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系半導体を含んでもよい。
前記酸化物半導体層は結晶質部分を含んでもよい。
本発明による他の半導体装置は、基板と、前記基板に支持された薄膜トランジスタであって、ゲート電極、酸化物半導体層、前記ゲート電極と前記酸化物半導体層との間に形成されたゲート絶縁層、および、前記酸化物半導体層と電気的に接続された、ソース電極およびドレイン電極を有する薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタを覆い、かつ、前記薄膜トランジスタのチャネル領域と接するように配置された層間絶縁層と、前記層間絶縁層上に配置された透明導電層とを備え、前記ソース電極および前記ドレイン電極は銅を含み、前記ソース電極および前記ドレイン電極と前記層間絶縁層との間に配置された、銅を含む金属酸化膜をさらに備え、前記層間絶縁層は、前記金属酸化膜を介して、前記ドレイン電極を覆っており、前記透明導電層は、前記層間絶縁層に形成されたコンタクトホール内で、前記金属酸化膜を介さずに、前記ドレイン電極と直接接している。
ある実施形態において、前記ソース電極および前記ドレイン電極は、前記酸化物半導体層の上面と接している。
ある実施形態において、前記ソース電極および前記ドレイン電極は銅層を含み、前記金属酸化膜は銅酸化膜である。
ある実施形態において、前記金属酸化膜は、銅と銅以外の少なくとも１つの金属元素とを含む銅合金酸化膜である。
ある実施形態において、前記ソース電極および前記ドレイン電極は銅層と、前記銅層上に形成された銅合金層とを有し、前記銅合金層は、銅と前記少なくとも１つの金属元素とを含む銅合金を含有している。
本発明による一実施形態によると、酸化物半導体ＴＦＴの特性を確保しつつ、ドレイン電極と透明導電層とのコンタクト部における抵抗（コンタクト抵抗）の増大を抑制することが可能である。
（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、第１の実施形態における半導体装置１００Ａの模式的な断面図および平面図である。 第１の実施形態の他の半導体装置１００Ｂの模式的な断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、それぞれ、半導体装置１００Ｂの製造方法の一例を説明するための工程断面図および平面図である。 （ａ）および（ｂ）は、それぞれ、半導体装置１００Ｂの製造方法の一例を説明するための工程断面図および平面図である。 （ａ）および（ｂ）は、それぞれ、半導体装置１００Ｂの製造方法の一例を説明するための工程断面図および平面図である。 （ａ）および（ｂ）は、それぞれ、半導体装置１００Ｂの製造方法の一例を説明するための工程断面図および平面図である。 （ａ）および（ｂ）は、それぞれ、半導体装置１００Ｂの製造方法の一例を説明するための工程断面図および平面図である。 （ａ）および（ｂ）は、それぞれ、半導体装置１００Ｂの製造方法の一例を説明するための工程断面図および平面図である。 （ａ）および（ｂ）は、それぞれ、半導体装置１００Ｂの製造方法の一例を説明するための工程断面図および平面図である。 （ａ）および（ｂ）は、それぞれ、半導体装置１００Ｂの製造方法の一例を説明するための工程断面図および平面図であり、（ｃ）はコンタクト部を示す拡大断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、それぞれ、半導体装置１００Ｂの製造方法の一例を説明するための工程断面図および平面図である。 実施例の半導体装置におけるドレイン電極７Ｄと透明導電層１９とのコンタクト部の断面ＳＥＭ像を例示する図である。 実施例および比較例の半導体装置におけるコンタクト抵抗の測定結果を示すグラフである。 第１の実施形態におけるアライメントマーク部７０を例示する断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、それぞれ、第１の実施形態におけるゲート端子部８０を例示する断面図および平面図である。 （ａ）および（ｂ）は、それぞれ、第２の実施形態の半導体装置２００Ａの模式的な断面図および平面図である。 （ａ）および（ｂ）は、それぞれ、第２の実施形態の他の半導体装置２００Ｂの模式的な断面図および平面図である。 （ａ）および（ｂ）は、それぞれ、半導体装置２００Ｂの製造方法の一例を説明するための工程断面図および平面図である。 （ａ）および（ｂ）は、それぞれ、半導体装置２００Ｂの製造方法の一例を説明するための工程断面図および平面図である。 （ａ）および（ｂ）は、それぞれ、半導体装置２００Ｂの製造方法の一例を説明するための工程断面図および平面図である。 （ａ）および（ｂ）は、それぞれ、半導体装置２００Ｂの製造方法の一例を説明するための工程断面図および平面図である。 （ａ）および（ｂ）は、それぞれ、半導体装置２００Ｂの製造方法の一例を説明するための工程断面図および平面図である。 （ａ）および（ｂ）は、それぞれ、半導体装置２００Ｂの製造方法の一例を説明するための工程断面図および平面図である。 （ａ）および（ｂ）は、それぞれ、半導体装置２００Ｂの製造方法の一例を説明するための工程断面図および平面図である。 （ａ）および（ｂ）は、それぞれ、本実施形態における半導体装置２００Ｃの模式的な断面図および平面図である。 第２の実施形態におけるアライメントマーク部７１を例示する断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、それぞれ、第２の実施形態におけるゲート端子部８１を例示する断面図および平面図である。 第３の実施形態の半導体装置３００を例示する断面図である。 特許文献１に開示された従来の酸化物半導体ＴＦＴの断面図である。
以下、図面を参照しながら、従来の電極構造による問題を詳しく説明する。
図２９は、特許文献１に開示された酸化物半導体ＴＦＴの断面図である。酸化物半導体ＴＦＴ１０００は、基板９１上に形成されたゲート電極９２と、ゲート電極９２を覆うゲート絶縁層９３と、酸化物半導体層９５と、ソース電極９７Ｓおよびドレイン電極９７Ｄ（ソース・ドレイン電極９７と総称することがある。）と、保護膜９６とを備えている。ソース・ドレイン電極９７は、例えば、Ｃｕからなる第１層９７ａと、Ｃｕ−Ｚｎ合金からなる第２層９７ｂとを含む積層構造を有している。保護膜９６は、ソース・ドレイン電極９７上に、酸化物半導体層９５のチャネル部分に接するように配置されている。ドレイン電極９７Ｄは、保護膜９６に形成されたコンタクトホール内で、保護膜９６上に設けられた透明導電膜９８と接している。
酸化物半導体ＴＦＴ１０００などのチャネルエッチ型の酸化物半導体ＴＦＴでは、酸化物半導体層９５およびソース・ドレイン電極９７を形成した後、保護膜９６を形成する前に、酸化物半導体層９５に対してＮ2Ｏプラズマ処理などの酸化処理を行う。この処理により、酸化物半導体層９５の表面の酸素濃度が高くなり、酸素過剰領域が形成される。これにより、例えばプラズマＣＶＤ法で保護膜９６を形成する際に、酸化物半導体層９５に酸素欠陥が生じたり、成膜ガスに含まれる水素によって酸化物半導体層９５の表面が低抵抗化することを抑制できる。
しかしながら、本発明者が検討したところ、酸化物半導体ＴＦＴ１０００には、次のような問題があることを見出した。
酸化物半導体ＴＦＴ１０００では、酸化物半導体層９５のＮ2Ｏプラズマ処理を行う際に、ソース・ドレイン電極９７の表面が露出している。このため、これらの電極表面も酸化され、金属酸化膜（図示せず）が形成される。この後、酸化物半導体ＴＦＴ１０００を覆うように保護膜９６を形成し、保護膜９６にコンタクトホールを設ける。コンタクトホールの底面には金属酸化膜が露出する。なお、コンタクトホールの形成に用いたレジストマスクを剥離液で除去する際に、剥離液の種類、処理時間などの条件によっては、金属酸化膜の露出部分の一部も除去されることがある。しかしながら、金属酸化膜の露出部分を全て除去することは困難である。この結果、ドレイン電極９７Ｄと透明導電膜９８とのコンタクト部９０において、ドレイン電極９７Ｄと透明導電膜９８との間に金属酸化膜が介在し、コンタクト抵抗が大きくなる可能性がある。
また、酸化処理によって形成された金属酸化膜は、厚さにばらつきを有している。さらに、酸化処理に曝された電極表面には、金属酸化膜の厚さのばらつきに対応して凹凸が生じ得る。本発明者が検討したところ、金属酸化膜の厚さのばらつきおよび電極の表面凹凸に起因して、基板内でコンタクト抵抗にばらつきが生じ得ることも分かった。
なお、ここでいう「金属酸化膜」は、金属表面に生じる自然酸化膜を含まない。自然酸化膜は薄い（厚さ：例えば５ｎｍ未満）ので、コンタクト抵抗に及ぼす影響は上記金属酸化膜よりも十分に小さく、上述したような問題は生じ難いと考えられる。本明細書において、「金属酸化膜」は、例えば、金属層に対する酸化処理、あるいはスパッタ法などの成膜プロセスなどで形成された酸化膜（厚さ：例えば５ｎｍ以上）を指す。「銅酸化膜（Ｃｕ酸化膜）」、「銅合金酸化膜（Ｃｕ合金酸化膜）」、あるいは「銅含有金属酸化膜」も同様である。
本発明者は、プロセスを複雑にすることなく、ソースおよびドレイン電極表面に形成された金属酸化膜のうちコンタクト部に位置する部分を選択的に除去することにより、上述した問題を解決し得ることを見出し、本願発明に想到した。
（第１の実施形態）
以下、図面を参照しながら、本発明による半導体装置の第１の実施形態を説明する。本実施形態の半導体装置は、酸化物半導体ＴＦＴを備えている。なお、本実施形態の半導体装置は、酸化物半導体ＴＦＴを備えていればよく、アクティブマトリクス基板、各種表示装置、電子機器などを広く含む。
図１（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、本実施形態における半導体装置１００Ａの模式的な断面図および平面図である。図１（ａ）は、図１（ｂ）におけるＩ−Ｉ’線に沿った断面を示す。
半導体装置１００Ａは、酸化物半導体ＴＦＴ１０１と、酸化物半導体ＴＦＴ１０１を覆う層間絶縁層１１と、酸化物半導体ＴＦＴ１０１に電気的に接続された透明導電層１９とを備える。酸化物半導体ＴＦＴ１０１をアクティブマトリクス基板のスイッチング素子として用いる場合、透明導電層１９は画素電極であってもよい。
酸化物半導体ＴＦＴ１０１は、例えばチャネルエッチ型のＴＦＴである。酸化物半導体ＴＦＴ１０１は、基板１上に支持されたゲート電極３と、ゲート電極３を覆うゲート絶縁層４と、ゲート絶縁層４を介してゲート電極３と重なるように配置された酸化物半導体層５と、ソース電極７Ｓおよびドレイン電極７Ｄとを備える。ソース電極７Ｓおよびドレイン電極７Ｄは、それぞれ、酸化物半導体層５の上面と接するように配置されている。
ソース電極７Ｓおよびドレイン電極７Ｄ（以下、「ソース・ドレイン電極７」と総称する場合がある。）は、Ｃｕ層（以下、「主層」と称する。）７ａを含んでいる。主層７ａは、Ｃｕを主成分とする層であればよく、不純物を含んでいてもよい。また、ソース・ドレイン電極７は、主層７ａを含む積層構造を有していてもよい。ソース・ドレイン電極７の主層７ａにおけるＣｕの含有率は、例えば９０％以上であってもよい。好ましくは、主層７ａは、純Ｃｕ層（Ｃｕの含有率：例えば９９．９９％以上）である。
本実施形態では、ソース・ドレイン電極７の上面は、主層（Ｃｕ層）７ａで構成されている。ソース・ドレイン電極７と層間絶縁層１１との間には、ソース・ドレイン電極７の上面（ここでは主層７ａの上面）と接するようにＣｕ酸化膜８が形成されている。
酸化物半導体層５は、チャネル領域５ｃと、チャネル領域５ｃの両側に位置するソースコンタクト領域５ｓおよびドレインコンタクト領域５ｄとを有している。ソース電極７Ｓはソースコンタクト領域５ｓと接するように形成され、ドレイン電極７Ｄはドレインコンタクト領域５ｄと接するように形成されている。
層間絶縁層１１は、酸化物半導体層５のチャネル領域５ｃと接するように配置されている。層間絶縁層１１は、Ｃｕ酸化膜８を介して、ソース電極７Ｓおよびドレイン電極７Ｄを覆うように配置されている。この例では、層間絶縁層１１はＣｕ酸化膜８と接している。層間絶縁層１１には、ドレイン電極７Ｄの表面（ここでは主層７ａの表面）に達するコンタクトホールＣＨ１が形成されている。基板１の法線方向から見たとき、コンタクトホールＣＨ１の底面には、Ｃｕ酸化膜８が配置されておらず、ドレイン電極７Ｄの表面が露出している。
透明導電層１９は、層間絶縁層１１上およびコンタクトホールＣＨ１内に設けられている。透明導電層１９は、コンタクトホールＣＨ１内で、Ｃｕ酸化膜８を介さずに、ドレイン電極７Ｄ（ここでは主層７ａ）と直接接している。
本実施形態におけるＣｕ酸化膜８は、酸化物半導体層５のチャネル領域に対する酸化処理の際に、ソース・ドレイン電極７の表面（ここでは主層７ａであるＣｕ層の表面）が酸化処理に曝されることによって形成された酸化膜であってもよい。
Ｃｕ酸化膜８の厚さ（平均厚さ）は、ソース・ドレイン電極７の表面の組成、酸化処理方法および条件などによって変わるので特に限定しないが、１０ｎｍ以上１００ｎｍ（例えば１０ｎｍ以上７０ｎｍ以下）であってもよい。一例として、Ｎ2Ｏプラズマ処理（例えばＮ2Ｏガス流量：３０００ｓｃｃｍ、圧力：１００Ｐａ、プラズマパワー密度：１．０Ｗ／ｃｍ2、処理時間：２００〜３００ｓｅｃ、基板温度：２００℃）でＣｕ層を酸化すると、厚さが例えば２０ｎｍ以上６０ｎｍ以下のＣｕ酸化膜８が形成される。
Ｃｕ酸化膜８は、コンタクトホールＣＨ１内において、ドレイン電極７Ｄの表面から除去されている。詳細は後述するが、例えばキレート洗浄を行うことにより、Ｃｕ酸化膜８のうちコンタクトホールＣＨ１の底面に位置する部分を選択的に除去することが可能である。
なお、Ｃｕ酸化膜８の形成方法は特に限定されない。Ｃｕ酸化膜８は、スパッタ法などの成膜プロセスによって、主層７ａ上に形成された膜であってもよい。その場合でもコンタクトホールＣＨ１を形成した後にキレート洗浄を行うことにより、Ｃｕ酸化膜８のうちコンタクトホールＣＨ１の底面に位置する部分を選択的に除去することができる。
本実施形態における酸化物半導体ＴＦＴ１０１は、チャネルエッチ構造を有していてもよい。酸化物半導体ＴＦＴ１０１がチャネルエッチ型であれば、酸化物半導体層５のチャネル領域に対する酸化処理と同時に、ソース・ドレイン電極７の表面にＣｕ酸化膜８が形成される。なお、「チャネルエッチ型のＴＦＴ」では、図１から分かるように、チャネル領域上にエッチストップ層が形成されておらず、ソース電極７Ｓおよびドレイン電極７Ｄのチャネル側の端部は、酸化物半導体層５の上面と接するように配置されている。チャネルエッチ型のＴＦＴは、例えば酸化物半導体層５上にソース・ドレイン電極用の導電膜を形成し、ソース・ドレイン分離を行うことによって形成される。ソース・ドレイン分離工程において、チャネル領域の表面部分がエッチングされる場合がある。
半導体装置１００Ａは、例えば表示装置のアクティブマトリクス基板に適用され得る。半導体装置１００Ａは、例えばＶＡモードなどの縦電界駆動方式の表示装置に適用され得る。アクティブマトリクス基板は、表示に寄与する表示領域（アクティブ領域）と、表示領域の外側に位置する周辺領域（額縁領域）とを有している。
表示領域には、図１（ｂ）に示すように、複数のゲート配線Ｇと複数のソース配線Ｓとが形成されており、これらの配線で包囲されたそれぞれの領域が「画素」となる。複数の画素はマトリクス状に配置されている。各画素には透明導電層（画素電極）１９が形成されている。画素電極１９は、画素毎に分離されている。酸化物半導体ＴＦＴ１０１は、各画素において、複数のソース配線Ｓと複数のゲート配線Ｇとの各交点の付近に形成されている。酸化物半導体ＴＦＴ１０１のドレイン電極７Ｄは、対応する画素電極１９と電気的に接続されている。
ソース配線Ｓは、酸化物半導体ＴＦＴ１０１のソース電極７Ｓと一体的に形成されていてもよい。すなわち、ソース配線Ｓは、Ｃｕを主成分とする主層７ａを含んでおり、ソース配線Ｓの上面および側面にも、ソース・ドレイン電極７と同様に、Ｃｕ酸化膜８が形成されていてもよい。
本実施形態の半導体装置は、画素電極１９の上に、あるいは、層間絶縁層１１と画素電極１９との間に、共通電極として機能する他の電極層をさらに有していてもよい。これにより、２層の透明電極層を有する半導体装置が得られる。このような半導体装置は、例えばＦＦＳモードの表示装置に適用できる。
図２は、本実施形態の他の半導体装置（アクティブマトリクス基板）１００Ｂの模式的な断面図である。図２では、図１と同様の構成要素には同じ参照符号を付し、説明を省略する。
半導体装置１００Ｂは、層間絶縁層１１と透明導電層（画素電極）１９との間に、透明導電層１９と対向するように共通電極１５が設けられている。共通電極１５と画素電極１９との間には、第３絶縁層１７が形成されている。
共通電極１５には、共通信号（ＣＯＭ信号）が印加される。共通電極１５は、画素毎に開口部１５Ｅを有し、この開口部１５Ｅ（図７参照）内で、画素電極１９と酸化物半導体ＴＦＴ１０２のドレイン電極７Ｄとのコンタクト部が形成されていてもよい。この例では、コンタクトホールＣＨ１内において、画素電極１９とドレイン電極７Ｄ（主層７ａ）とが直接接している。共通電極１５は、表示領域の略全体（上述した開口部１５Ｅを除く）に形成されていてもよい。
また、半導体装置１００Ｂでは、酸化物半導体ＴＦＴ１０１のソース・ドレイン電極７は、主層７ａであるＣｕ層と、主層７ａの基板１側に位置する下層（例えばＴｉ層）７Ｌとを含む積層構造を有している。下層７Ｌは、チタン（Ｔｉ）、Ｍｏ（モリブデン）などの金属元素を含んでもよい。下層７Ｌとして、Ｔｉ層、Ｍｏ層、窒化チタン層、窒化モリブデン層などが挙げられる。あるいは、ＴｉまたはＭｏを含む合金層であってもよい。この例では、ソース・ドレイン電極７の下層７Ｌが、酸化物半導体層５の上面と接している。下層７Ｌを設けることにより、酸化物半導体層５とソース・ドレイン電極７とのコンタクト抵抗を低減できる。
本実施形態では、ソース・ドレイン電極７とソース配線Ｓとは同一の金属膜を用いて形成されている。これらの電極・配線（ソース配線層）の上面および側面にはＣｕ酸化膜８が配置されている。また、下層７Ｌの側面には、下層に含まれる金属の酸化膜（ここではＴｉ酸化膜）９が配置されている。Ｃｕ酸化膜８および金属酸化膜９は、例えば、酸化物半導体層５に対する酸化処理において、ソース配線層（ソース・ドレイン電極７を含む）の露出表面が酸化されることによって形成された酸化膜である。
層間絶縁層１１は、酸化物半導体層５と接する第１絶縁層１２と、第１絶縁層１２上に形成された第２絶縁層１３とを有していてもよい。第１絶縁層１２は無機絶縁層であり、第２絶縁層１３は有機絶縁層であってもよい。
２層の透明電極層を有する半導体装置の構成は、図２に示す構成に限定されない。例えば、画素電極１９とドレイン電極７Ｄとは、共通電極１５と同一の透明導電膜から形成された透明接続層を介して接続されていてもよい。この場合には、コンタクトホールＣＨ１内において、透明接続層がドレイン電極７Ｄの主層７ａと直接接するように配置される。また、図２では、層間絶縁層１１と画素電極１９との間に共通電極１５が形成される例を示したが、共通電極１５は、画素電極１９上に、第３絶縁層１７を介して形成されていてもよい。
半導体装置１００Ｂは例えばＦＦＳモードの表示装置に適用され得る。この場合には、各画素電極１９は、複数のスリット状の開口部または切込み部を有することが好ましい。一方、共通電極１５は、少なくとも、画素電極１９のスリット状の開口部または切込み部の下に配置されていれば、画素電極の対向電極として機能し、液晶分子に横電界を印加することができる。
基板１の法線方向から見たとき、画素電極１９の少なくとも一部は、第３絶縁層１７を介して共通電極１５と重なっていてもよい。これにより、画素電極１９と共通電極１５との重なる部分には、第３絶縁層１７を誘電体層とする容量が形成される。この容量は、表示装置における補助容量（透明補助容量）として機能し得る。第３絶縁層１７の材料および厚さ、容量を形成する部分の面積などを適宜調整することにより、所望の容量を有する補助容量が得られる。このため、画素内に、例えばソース配線と同じ金属膜などを利用して補助容量を別途形成する必要がない。従って、金属膜を用いた補助容量の形成による開口率の低下を抑制できる。共通電極１５は、画素の略全体（開口部１５Ｅ以外）を占めていてもよい。これにより、補助容量の面積を増加させることができる。
なお、共通電極１５の代わりに、画素電極１９と対向して補助容量電極として機能する透明導電層を設けて、画素内に透明な補助容量を形成してもよい。このような半導体装置は、ＦＦＳモード以外の動作モードの表示装置にも適用され得る。
本実施形態によると、以下のような効果が得られる。
半導体装置１００Ａ、１００Ｂでは、ドレイン電極７Ｄの上面の一部はＣｕ酸化膜８で覆われている。層間絶縁層１１は、Ｃｕ酸化膜８を介してドレイン電極７Ｄを覆っている。一方、透明導電層１９は、コンタクトホールＣＨ１内で、Ｃｕ酸化膜８を介さずに、ドレイン電極７Ｄ（ここでは主層７ａ）と直接接している。このような構成により、透明導電層１９とドレイン電極７Ｄとの間のコンタクト抵抗を小さく抑えることが可能になる。このため、例えば、酸化物半導体層５に対する酸化処理によってＴＦＴ特性を確保しつつ、上記酸化処理で電極表面に生じるＣｕ酸化膜８に起因するコンタクト抵抗の上昇を抑制できる。
Ｃｕ酸化膜８のうちコンタクトホールＣＨ１の底面に位置する部分は、キレート洗浄によって除去されることが好ましい。Ｃｕ酸化膜８は、例えばＮ2Ｏプラズマ処理などの酸化処理によって、主層（Ｃｕ層）７ａの表面に形成される。酸化処理によって形成されたＣｕ酸化膜８は、厚さにばらつきを生じやすい。また、主層（Ｃｕ層）７ａの表面には凹凸が生じ得る。このような場合でも、キレート洗浄を行うと、コンタクトホールＣＨ１内において、Ｃｕ酸化膜８のみでなく、主層７ａの表面部分も除去され、主層７ａ表面を平坦化できるので有利である。この結果、コンタクト部における主層７ａと透明導電層１９との界面は、主層７ａと層間絶縁層１１との界面（すなわち、Ｃｕ酸化膜８を介した主層７ａと層間絶縁層１１との界面）よりも平坦になる。これにより、ドレイン電極７Ｄと透明導電層１９とのコンタクト抵抗をより顕著に低減できる。また、基板１内におけるコンタクト抵抗のばらつきを低減できるので、信頼性を高めることが可能になる。さらに、透明導電層１９のドレイン電極７Ｄに対する密着性をより効果的に高めることができる。
なお、ドレイン電極７Ｄの表面のうち、コンタクトホールＣＨ１の底面に位置する部分がキレート洗浄によって平坦化されると、Ｃｕ酸化膜８で覆われた他の部分よりも下方に位置することがある。また、キレート洗浄でＣｕ酸化膜８を除去する場合には、Ｃｕ酸化膜８のエッチングが横方向にも進む場合がある（サイドエッチ）。この場合には、基板１の法線方向から見たとき、Ｃｕ酸化膜８の端部は、コンタクトホールＣＨ１の輪郭（層間絶縁層１１の端部）よりも外側に位置する。
＜製造方法＞
以下、図面を参照しながら、半導体装置１００Ｂの製造方法を例に、本実施形態の半導体装置の製造方法の一例を説明する。
図３〜図１１は、半導体装置１００Ｂの製造方法の一例を説明するための図であり、これらの図の（ａ）は（ｂ）におけるＩ−Ｉ’線に沿った断面図、（ｂ）は平面図を示す。
まず、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、基板１上に、ゲート電極３、ゲート配線Ｇ、ゲート絶縁層４および酸化物半導体層５をこの順で形成する。
基板１としては、例えばガラス基板、シリコン基板、耐熱性を有するプラスチック基板（樹脂基板）などを用いることができる。
ゲート電極３は、ゲート配線Ｇと一体的に形成され得る。ここでは、基板（例えばガラス基板）１上に、スパッタ法などによって、図示しないゲート配線用金属膜（厚さ：例えば５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下）を形成する。次いで、ゲート配線用金属膜をパターニングすることにより、ゲート電極３およびゲート配線Ｇを得る。ゲート配線用金属膜として、例えば、Ｃｕを上層、Ｔｉを下層とする積層膜（Ｃｕ／Ｔｉ膜）を用いる。なお、ゲート配線用金属膜の材料は特に限定しない。アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）等の金属又はその合金、若しくはその金属窒化物を含む膜を適宜用いることができる。
ゲート絶縁層４は、ＣＶＤ法等によって形成され得る。ゲート絶縁層４としては、酸化珪素（ＳｉＯ2）層、窒化珪素（ＳｉＮｘ）層、酸化窒化珪素（ＳｉＯｘＮｙ；ｘ＞ｙ）層、窒化酸化珪素（ＳｉＮｘＯｙ；ｘ＞ｙ）層等を適宜用いることができる。ゲート絶縁層４は積層構造を有していてもよい。例えば、基板側（下層）に、基板１からの不純物等の拡散防止のために窒化珪素層、窒化酸化珪素層等を形成し、その上の層（上層）に、絶縁性を確保するために酸化珪素層、酸化窒化珪素層等を形成してもよい。なお、ゲート絶縁層４の最上層（すなわち酸化物半導体層と接する層）として、酸素を含む層（例えばＳｉＯ2などの酸化物層）を用いると、酸化物半導体層に酸素欠損が生じた場合に、酸化物層に含まれる酸素によって酸素欠損を回復することが可能となるので、酸化物半導体層の酸素欠損を効果的に低減できる。
酸化物半導体層５は、例えば、スパッタ法を用いて、酸化物半導体膜（厚さ：例えば３０ｎｍ以上２００ｎｍ以下）をゲート絶縁層４上に形成する。この後、フォトリソグラフィにより、酸化物半導体膜のパターニングを行い、酸化物半導体層５を得る。基板１の法線方向から見たとき、酸化物半導体層５の少なくとも一部は、ゲート絶縁層４を介してゲート電極３と重なるように配置される。ここでは、例えば、Ｉｎ、ＧａおよびＺｎを１：１：１の割合で含むＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系のアモルファス酸化物半導体膜（厚さ：例えば５０ｎｍ）をパターニングすることによって酸化物半導体層５を形成する。
ここで、本実施形態で用いられる酸化物半導体層５について説明する。酸化物半導体層５に含まれる酸化物半導体は、アモルファス酸化物半導体であってもよいし、結晶質部分を有する結晶質酸化物半導体であってもよい。結晶質酸化物半導体としては、多結晶酸化物半導体、微結晶酸化物半導体などが挙げられる。また、結晶質酸化物半導体は、ｃ軸が層面に概ね垂直に配向した結晶質酸化物半導体などであってもよい。
酸化物半導体層５は、２層以上の積層構造を有していてもよい。酸化物半導体層５が積層構造を有する場合には、酸化物半導体層５は、非晶質酸化物半導体層と結晶質酸化物半導体層とを含んでいてもよい。あるいは、結晶構造の異なる複数の結晶質酸化物半導体層を含んでいてもよい。酸化物半導体層５が上層と下層とを含む２層構造を有する場合、上層に含まれる酸化物半導体のエネルギーギャップは、下層に含まれる酸化物半導体のエネルギーギャップよりも大きいことが好ましい。ただし、これらの層のエネルギーギャップの差が比較的小さい場合には、下層の酸化物半導体のエネルギーギャップが上層の酸化物半導体のエネルギーギャップよりも大きくてもよい。
非晶質酸化物半導体および上記の各結晶質酸化物半導体の材料、構造、成膜方法、積層構造を有する酸化物半導体層の構成などは、例えば特開２０１４−００７３９９号公報に記載されている。参考のために、特開２０１４−００７３９９号公報の開示内容の全てを本明細書に援用する。
酸化物半導体層５は、例えば、Ｉｎ、ＧａおよびＺｎのうち少なくとも１種の金属元素を含んでもよい。本実施形態では、酸化物半導体層５は、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の半導体を含む。ここで、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の半導体は、Ｉｎ（インジウム）、Ｇａ（ガリウム）、Ｚｎ（亜鉛）の三元系酸化物であって、Ｉｎ、ＧａおよびＺｎの割合（組成比）は特に限定されず、例えばＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝２：２：１、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：２等を含む。このような酸化物半導体層５は、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の半導体を含む酸化物半導体膜から形成され得る。なお、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の半導体を含む活性層を有するチャネルエッチ型のＴＦＴを、「ＣＥ−ＩｎＧａＺｎＯ−ＴＦＴ」と呼ぶことがある。
Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の半導体は、アモルファスでもよいし、結晶質でもよい。結晶質Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の半導体としては、ｃ軸が層面に概ね垂直に配向した結晶質Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の半導体が好ましい。
なお、結晶質Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の半導体の結晶構造は、例えば、上述した特開２０１４−００７３９９号公報、特開２０１２−１３４４７５号公報、特開２０１４−２０９７２７号公報などに開示されている。参考のために、特開２０１２−１３４４７５号公報および特開２０１４−２０９７２７号公報の開示内容の全てを本明細書に援用する。Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系半導体層を有するＴＦＴは、高い移動度（ａ−ＳｉＴＦＴに比べ２０倍超）および低いリーク電流（ａ−ＳｉＴＦＴに比べ１００分の１未満）を有しているので、駆動ＴＦＴおよび画素ＴＦＴとして好適に用いられる。
酸化物半導体層５は、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系半導体の代わりに、他の酸化物半導体を含んでいてもよい。例えばＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系半導体（例えばＩｎ2Ｏ3−ＳｎＯ2−ＺｎＯ）を含んでもよい。Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系半導体は、Ｉｎ（インジウム）、Ｓｎ（スズ）およびＺｎ（亜鉛）の三元系酸化物である。あるいは、酸化物半導体層５は、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系半導体、Ｉｎ−Ａｌ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系半導体、Ｚｎ−Ｏ系半導体、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系半導体、Ｚｎ−Ｔｉ−Ｏ系半導体、Ｃｄ−Ｇｅ−Ｏ系半導体、Ｃｄ−Ｐｂ−Ｏ系半導体、ＣｄＯ（酸化カドミウム）、Ｍｇ−Ｚｎ−Ｏ系半導体、Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｎ−Ｏ系半導体、Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ系半導体、Ｚｒ−Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系半導体、Ｈｆ−Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系半導体などを含んでいてもよい。
次いで、図４（ａ）および（ｂ）に示すように、主層７ａとしてＣｕ層を含むソース・ドレイン電極７を、酸化物半導体層５の上面と接するように形成する。ソース・ドレイン電極７は、Ｃｕを主として含む主層７ａを有していればよく、単層構造を有していてもよいし、Ｃｕ層および他の導電層を含む積層構造を有していてもよい。
具体的には、まず、図示しないが、ゲート絶縁層４および酸化物半導体層５上にソース配線用金属膜（厚さ：例えば５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下）を形成する。ここでは、ソース配線用金属膜として、酸化物半導体層５の側からＴｉ膜およびＣｕ膜をこの順で積み重ねた積層膜を形成する。なお、ソース配線用金属膜としてＣｕ膜を形成してもよい。ソース配線用金属膜は、例えばスパッタ法などによって形成される。Ｃｕ膜はＣｕを主成分として含む膜であればよく、不純物を含んでいてもよい。好ましくは純Ｃｕ膜である。
主層７ａとなるＣｕ膜の厚さは例えば１００ｎｍ以上４００ｎｍ以下であってもよい。１００ｎｍ以上であれば、より低抵抗な電極・配線を形成できる。４００ｎｍを超えると、層間絶縁層１１のカバレッジが低下するおそれがある。なお、製品完成時の主層７ａの厚さは、成膜時のＣｕ膜の厚さよりも、酸化処理工程でＣｕ酸化膜８の形成に使用される分だけ小さくなる。従って、Ｃｕ酸化膜８の形成に使用される分を考慮して、成膜時の厚さを設定することが好ましい。
続いて、ソース配線用金属膜をパターニングすることによってソース電極７Ｓ、ドレイン電極７Ｄおよびソース配線Ｓを得る。ソース電極７Ｓは酸化物半導体層５のソースコンタクト領域５ｓ、ドレイン電極７Ｄは酸化物半導体層５のドレインコンタクト領域５ｄと接するように配置される。酸化物半導体層５のうちソース電極７Ｓとドレイン電極７Ｄとの間に位置する部分はチャネル領域５ｃとなる。このようにして、酸化物半導体ＴＦＴ１０１を得る。
ソース電極７Ｓ、ドレイン電極７Ｄおよびソース配線Ｓは、下層（ここではＴｉ層）７Ｌと、下層７Ｌの上に配置された主層（ここではＣｕ層）７ａとを含む積層構造を有する。主層７ａはソース電極７Ｓおよびドレイン電極７Ｄの上面を構成する。下層７Ｌは酸化物半導体層５と接する。
この例では、ソース・ドレイン電極７は、例えば、主層７ａの基板１側に、チタン（Ｔｉ）、Ｍｏ（モリブデン）などの金属元素を含む下層７Ｌを有している。下層７Ｌとして、Ｔｉ層、Ｍｏ層、窒化チタン層、窒化モリブデン層などが挙げられる。あるいは、ＴｉまたはＭｏを含む合金層であってもよい。
下層７Ｌの厚さは、主層７ａよりも小さいことが好ましい。これにより、オン抵抗を小さくできる。下層７Ｌの厚さは、例えば２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であってもよい。２０ｎｍ以上であれば、ソース配線用金属膜の合計厚さを抑えつつ、コンタクト抵抗の低減効果が得られる。２００ｎｍ以下であれば、酸化物半導体層５とソース・ドレイン電極７との間のコンタクト抵抗をより効果的に低減できる。
続いて、酸化物半導体層５のチャネル領域５ｃに対し酸化処理を行う。ここでは、Ｎ2Ｏガスを用いたプラズマ処理を行う。これにより、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、チャネル領域表面における酸素濃度が高められるとともに、ソース・ドレイン電極７の表面（露出した表面）も酸化され、Ｃｕ酸化膜８が形成される。Ｃｕ酸化膜８はＣｕＯを含む。この例では、ソース・ドレイン電極７、およびソース配線Ｓの露出した上面および側面が酸化される。この結果、主層７ａの上面および側面にＣｕ酸化膜８が形成される。また、図示しないが、下層７Ｌの側面に金属酸化膜（Ｔｉ酸化膜）が形成され得る。Ｔｉ酸化膜の厚さは、Ｃｕ酸化膜８よりも小さくなる。
ここでは、酸化処理として、例えば、Ｎ2Ｏガス流量：３０００ｓｃｃｍ、圧力：１００Ｐａ、プラズマパワー密度：１．０Ｗ／ｃｍ2、処理時間：２００〜３００ｓｅｃ、基板温度：２００℃でＮ2Ｏプラズマ処理を行う。これにより、厚さ（平均厚さ）が例えば２０ｎｍのＣｕ酸化膜８が形成される。
なお、酸化処理は、Ｎ2Ｏガスを用いたプラズマ処理に限定されない。例えばＯ2ガスを用いたプラズマ処理、オゾン処理などによって酸化処理を行うことができる。工程数を増加させずに処理をするためには、層間絶縁層１１の形成工程の直前に行うことが望ましい。具体的にはＣＶＤ法で層間絶縁層１１を形成する場合であれば、Ｎ2Ｏプラズマ処理を行えばよく、スパッタ法で層間絶縁層１１を形成する場合にはＯ2プラズマ処理を行えばよい。もしくは、アッシング装置でのＯ2プラズマ処理により酸化処理を行っても良い。
次に、図６（ａ）および（ｂ）に示すように、酸化物半導体ＴＦＴ１０１を覆うように層間絶縁層１１を形成する。層間絶縁層１１は、Ｃｕ酸化膜８およびチャネル領域５ｃと接するように配置される。
半導体装置１００Ｂでは、層間絶縁層１１は、例えば、酸化物半導体層５のチャネル領域５ｃと接する第１絶縁層１２と、第１絶縁層１２上に配置された第２絶縁層１３とを含む。
第１絶縁層１２は、例えば、酸化珪素（ＳｉＯ2）膜、窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜、酸化窒化珪素（ＳｉＯｘＮｙ；ｘ＞ｙ）膜、窒化酸化珪素（ＳｉＮｘＯｙ；ｘ＞ｙ）膜等の無機絶縁層であってもよい。ここでは、第１絶縁層１２として、例えばＣＶＤ法により、厚さが例えば２００ｎｍのＳｉＯ2層を形成する。
図示しないが、第１絶縁層１２を形成した後、第２絶縁層１３を形成する前に、基板全体に熱処理（アニール処理）を行ってもよい。熱処理の温度は特に限定しないが、例えば２５０℃以上４５０℃以下であってもよい。
第２絶縁層１３は、例えば有機絶縁層であってもよい。ここでは、厚さが例えば２０００ｎｍのポジ型の感光性樹脂膜を形成し、感光性樹脂膜をパターニングする。これによって、ドレイン電極７Ｄの上方に位置する部分に、第１絶縁層１２を露出する開口部１３Ｅを形成する。
なお、これらの絶縁層１２、１３の材料は上記材料に限定されない。第２絶縁層１３は例えば無機絶縁層であっても構わない。
次いで、図７（ａ）および（ｂ）に示すように、第２絶縁層１３上に共通電極１５を形成する。
共通電極１５は、例えば次のようにして形成される。まず、第２絶縁層１３上および開口部１３Ｅ内に例えばスパッタ法により透明導電膜（図示せず）を形成する。次いで、透明導電膜をパターニングすることによって、透明導電膜に開口部１５Ｅを形成する。パターニングには、公知のフォトリソグラフィを用いることができる。この例では、基板１の法線方向から見たとき、開口部１５Ｅは、開口部１３Ｅとその周縁部を露出するように配置される。このようにして、共通電極１５が得られる。
透明導電膜としては、例えばＩＴＯ（インジウム・錫酸化物）膜（厚さ：５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下）、ＩＺＯ膜やＺｎＯ膜（酸化亜鉛膜）などを用いることができる。ここでは、透明導電膜として、厚さが例えば１００ｎｍのＩＴＯ膜を用いる。
続いて、図８（ａ）および（ｂ）に示すように、共通電極１５上、共通電極１５の開口部１５Ｅ内および第２絶縁層１３の開口部１３Ｅ内に、例えばＣＶＤ法により第３絶縁層１７を形成する。
第３絶縁層１７としては、特に限定されず、例えば酸化珪素（ＳｉＯ2）膜、窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜、酸化窒化珪素（ＳｉＯｘＮｙ；ｘ＞ｙ）膜、窒化酸化珪素（ＳｉＮｘＯｙ；ｘ＞ｙ）膜等を適宜用いることができる。本実施形態では、第３絶縁層１７は、補助容量を構成する容量絶縁膜としても利用されるため、所定の容量が得られるように、第３絶縁層１７の材料や厚さを適宜選択することが好ましい。第３絶縁層１７として、例えば厚さ１００ｎｍ以上４００ｎｍ以下のＳｉＮｘ膜またはＳｉＯ2膜を用いてもよい。
次いで、図９（ａ）および（ｂ）に示すように、第３絶縁層１７および第１絶縁層１２にＣｕ酸化膜８を露出する開口部１７Ｅを形成する。基板１の法線方向から見たとき、開口部１７Ｅは、開口部１５Ｅの内部に位置し、かつ、開口部１３Ｅの少なくとも一部と重なるように配置される。なお、本明細書において、開口部１３Ｅ、１５Ｅ、１７Ｅがテーパ形状を有する場合には、基板１の法線方向から見たときの各開口部の形状は、各開口部の底部における形状を指す。
この例では、第３絶縁層１７は、共通電極１５の上面および側面と、開口部１３Ｅの側面の一部を覆うように配置される。このようにして、第２絶縁層１３の開口部１３Ｅ、共通電極１５の開口部１５Ｅおよび第３絶縁層１７の開口部１７Ｅから、Ｃｕ酸化膜８に達するコンタクトホールＣＨ１が構成される。
第３絶縁層１７および第１絶縁層１２のエッチング方法および条件は特に限定しない。第１および第３絶縁層１２、１７とドレイン電極７Ｄとのエッチング選択比が十分に大きく、なおかつ、コンタクトホールＣＨ１の底面にＣｕ酸化膜８が少なくとも一部残るような方法および条件で行われてもよい。ここでは、レジストマスク（図示せず）を用いて、第３絶縁層１７および第１絶縁層１２を同時にエッチングする。
この後、レジストの剥離液（例えばアミン系剥離液）を用いてレジストマスクを除去する。なお、前述したように、レジストの剥離液によって、コンタクトホールＣＨ１内のＣｕ酸化膜８の一部も除去され、薄膜化される可能性がある。また、図示していないが、酸化処理後の主層７ａの表面は、Ｃｕ酸化膜８の厚さのばらつきに起因する凹凸を有し得る。この表面凹凸は、レジストマスクの剥離液では低減されない。従って、この状態で透明導電層と接触させても良好なコンタクトを得ることは困難である。
次いで、図１０（ａ）および（ｂ）に示すように、Ｃｕ酸化膜８のうちコンタクトホールＣＨ１内に位置する部分を除去する。ここでは、キレート洗浄液を用いた洗浄処理によってＣｕ酸化膜８の除去を行う。これにより、コンタクトホールＣＨ１によってドレイン電極７Ｄの表面（すなわち主層７ａの表面）を露出させる。基板１の法線方向から見たとき、コンタクトホールＣＨ１の底面にはＣｕ酸化膜８は露出しておらず、Ｃｕ面（主層７ａ）のみが露出していることが好ましい。すなわち、基板１の法線方向から見たとき、ドレイン電極７Ｄの上面のうち第１絶縁層１２の開口部と重なる部分にはＣｕ酸化膜８が配置されていないことが好ましい。Ｃｕ酸化膜８のうち層間絶縁層１１とソース・ドレイン電極７、およびソース配線Ｓとの界面に位置する部分は除去されずに残る。
キレート洗浄液として、例えば過酸化水素水、塩基性薬液および水（主成分）を含む混合液を用いることができる。塩基性薬液は、例えばＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）であってもよい。洗浄液の温度は例えば３０〜４０℃、洗浄時間は例えば６０〜９０秒程度であってもよい。
図１０（ｃ）は、キレート洗浄後の基板１の断面構造の一例を模式的に示す図である。図示するように、キレート洗浄によって、Ｃｕ酸化膜８が横方向（基板１に平行な方向）にエッチング（サイドエッチ）される場合がある。この場合、基板１の法線方向から見たとき、コンタクトホールＣＨ１において、Ｃｕ酸化膜８の端部Ｐ（１０）は、層間絶縁層１１の端部Ｐ（ＣＨ）よりも、サイドエッチ量（Δｘ）の分だけ外側に位置する。言い換えると、基板１の法線方向から見たとき、Ｃｕ酸化膜８の端部は、層間絶縁層１１の開口部１７Ｅを包囲するように位置する。
また、キレート洗浄により、Ｃｕ酸化膜８のみでなく、主層７ａの表面部分（Ｃｕ）の一部も除去される場合がある。これにより、酸化処理によって主層７ａの表面に生じた凹凸が低減され、コンタクト面が平坦化される。この場合、図１０（ｃ）に示すように、コンタクト面となる主層７ａの表面は、Ｃｕ酸化膜８で覆われた表面よりも下方に位置することがある。
この後、図１１（ａ）および（ｂ）に示すように、コンタクトホールＣＨ１内および第３絶縁層１７上に、例えばスパッタ法により透明導電膜（図示せず）を形成し、これをパターニングすることによって透明導電層１９を形成する。図示する例では、透明導電層１９は、複数の切込みを有する櫛型の平面形状を有する。透明導電層１９は、コンタクトホールＣＨ１内でドレイン電極７Ｄの主層７ａと直接接する。このようにして、半導体装置１００Ｂが製造される。
透明導電層１９を形成するための透明導電膜としては、例えばＩＴＯ（インジウム・錫酸化物）膜（厚さ：５０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下）、ＩＺＯ膜やＺｎＯ膜（酸化亜鉛膜）などを用いることができる。ここでは、透明導電膜として、厚さが例えば１００ｎｍのＩＴＯ膜を用いる。
上記方法では、画素電極を上層とする２層の電極構造を形成したが、画素電極として機能する透明導電層１９を下層とし、その上に第３絶縁層１７を介して共通電極１５を形成してもよい。具体的には、まず、層間絶縁層１１を形成した後、第２絶縁層１３をマスクとして第１絶縁層１２をエッチングすることにより、コンタクトホールＣＨ１を形成する。この後、コンタクトホールＣＨ１の底面に位置するＣｕ酸化膜８を、キレート洗浄により除去し、Ｃｕ表面を露出させる。次いで、コンタクトホールＣＨ１内および第２絶縁層１３上に透明導電層１９を形成する。これにより、コンタクトホールＣＨ１内でドレイン電極７Ｄと直接接するように透明導電層１９を設けることができる。
なお、第２絶縁層１３をマスクとして第１絶縁層１２のエッチングを行う場合、レジストマスクを剥離しないため、コンタクトホールＣＨ１の底面に位置するＣｕ酸化膜８はレジスト剥離液で薄膜化されない。このような場合に、キレート洗浄を行ってＣｕ酸化膜８を除去すると、コンタクト抵抗をより効果的に低減することが可能である。
また、図１に示す半導体装置１００Ａを製造する際には、層間絶縁層１１を形成した後、層間絶縁層１１のうちドレイン電極７Ｄ上に位置する部分にコンタクトホールＣＨ１を形成し、コンタクトホールＣＨ１の底面にＣｕ酸化膜８を露出させればよい。層間絶縁層１１として、第１および第２絶縁層１２、１３を形成する場合には、第２絶縁層１３をマスクとして第１絶縁層１２をエッチングすることによってコンタクトホールＣＨ１を形成してもよい。あるいは、層間絶縁層１１は、１層または２層以上の無機絶縁層であってもよい。例えば、酸化珪素（ＳｉＯ2）層、窒化珪素（ＳｉＮｘ）層、酸化窒化珪素（ＳｉＯｘＮｙ；ｘ＞ｙ）層、窒化酸化珪素（ＳｉＮｘＯｙ；ｘ＞ｙ）層等の無機絶縁層（厚さ：例えば２００ｎｍ）を含んでいてもよい。このような無機絶縁層は、例えばＣＶＤ法により形成され得る。層間絶縁層１１は、例えば、ＳｉＯ2層およびＳｉＮｘ層を含む積層構造を有していてもよい。層間絶縁層１１として無機絶縁層を形成する場合、無機絶縁層上にレジストマスクを設け、レジストマスクを用いて層間絶縁層１１にコンタクトホールＣＨ１を形成してもよい。コンタクトホールＣＨ１の形成後、キレート洗浄を行ってＣｕ表面（主層７ａ）を露出させる。次いで、コンタクトホールＣＨ１内および層間絶縁層１１上に透明導電層１９を形成することにより、半導体装置１００Ａが得られる。
図示する例では、基板１の法線方向から見たとき、酸化物半導体層５の一部（チャネル領域５ｃ）がゲート絶縁層４を介してゲート電極３と重なるように配置されている。なお、酸化物半導体ＴＦＴ１０１は、その全体がゲート電極（ゲート配線）３と重なるように配置されていてもよい。
＜実施例および比較例＞
本発明者は、キレート洗浄の有無とコンタクト抵抗との関係について検討したので、その方法および結果を説明する。
実施例として、上述した方法で半導体装置１００Ｂを作製した。また、比較例として、コンタクトホールＣＨ１形成後にキレート洗浄を行わない点以外は、上記と同様の方法で半導体装置を作製した。
図１２は、実施例の半導体装置におけるドレイン電極７Ｄと透明導電層１９とのコンタクト部の断面ＳＥＭ像を例示する図である。
図１２から、Ｃｕ酸化膜８のうちコンタクトホールＣＨ１と重なる部分全体が除去されており、コンタクトホールＣＨ１内でドレイン電極７Ｄの主層７ａと透明導電層１９とが直接接していることが分かる。また、ドレイン電極７Ｄの主層７ａと透明導電層１９との界面（コンタクト面）２１の凹凸が、主層７ａと層間絶縁層１１（ここでは第１絶縁層１２）との界面（すなわちＣｕ酸化膜８を介した主層７ａと層間絶縁層１１との界面）における凹凸よりも小さくなっている。このことから、酸化処理工程でＣｕ表面のうちコンタクト面２１となる部分に生じた凹凸がキレート洗浄によって低減され、平坦化されることが分かる。
次に、実施例および比較例の半導体装置におけるドレイン電極７Ｄと透明導電層１９とのコンタクト抵抗を比較した。
実施例および比較例の半導体装置は、基板１上に複数の酸化物半導体ＴＦＴ１０１および複数のコンタクト部を有している。それぞれの酸化物半導体ＴＦＴ１０１のドレイン電極７Ｄは、コンタクト部において、対応する透明導電層１９と接続されている。本発明者は、これらのコンタクト部の抵抗（コンタクト抵抗）をそれぞれ測定し、コンタクト抵抗の平均値Ｒａｖｅ、最大値Ｒｍａｘおよび最小値Ｒｍｉｎを得た。
図１３は、実施例および比較例の半導体装置におけるコンタクト抵抗の測定結果を示すグラフである。縦軸のコンタクト抵抗は、実施例の半導体装置におけるコンタクト抵抗の平均値Ｒａｖｅで規格化した値である。
図１３に示す結果から、キレート洗浄を行った実施例の半導体装置では、比較例の半導体装置よりも、コンタクト抵抗の平均値Ｒａｖｅを低減できることが確認できる。これは、比較例では、コンタクトホールＣＨ１内にＣｕ酸化膜８が残り、ドレイン電極７Ｄと透明導電層１９との間に介在するのに対し、実施例では、キレート洗浄によりコンタクトホールＣＨ１内に位置するＣｕ酸化膜８が除去されているからと考えられる。
また、比較例の半導体装置では、コンタクト抵抗の最大値Ｒｍａｘと最小値Ｒｍｉｎとの差が大きく、基板１内において、コンタクト抵抗のばらつきが大きいことが分かる。これは、ドレイン電極７Ｄと透明導電層１９との間に位置するＣｕ酸化膜８の厚さのばらつき、および、ドレイン電極７Ｄにおける、酸化処理で生じた表面凹凸に起因すると考えられる。これに対し、実施例の半導体装置では、基板１内におけるコンタクト抵抗のばらつきが大幅に低減されている。これは、ドレイン電極７Ｄと透明導電層１９との間にＣｕ酸化膜８が介在しておらず、また、ドレイン電極７Ｄのコンタクト面の表面凹凸が低減されているからと考えられる。
なお、実施例および比較例の半導体装置では、コンタクト抵抗の最小値Ｒｍｉｎは同程度である。このことから、比較例の半導体装置において、一部のコンタクト部では、レジストマスクの剥離液によって、コンタクトホールＣＨ１内のＣｕ酸化膜８の一部（表面部分）が剥離液で除去された結果、Ｃｕ酸化膜８がコンタクト抵抗を無視できる程度まで薄膜化された可能性が考えられる。しかしながら、レジストマスクの剥離液では、基板１全体に亘って、コンタクトホールＣＨ１内のＣｕ酸化膜８を均等かつ十分に薄膜化することは困難である。このため、例えば平均値Ｒａｖｅの５倍以上のコンタクト抵抗を有するコンタク部も存在する。これに対し、実施例の半導体装置では、基板１全体に亘って、コンタクトホールＣＨ１内のＣｕ酸化膜８を除去することが可能である。コンタクト抵抗のばらつきを例えば２５％程度かそれ以内に抑えることができる。
＜アライメントマーク＞
半導体装置１００Ａ、１００Ｂの製造プロセスでは、マスクの位置合わせのために、基板上にアライメントマークを設けてもよい。アライメントマークは、例えばソース・ドレイン電極７と同一の導電膜（ソース配線層）を用いて形成される。アライメントマークの読み取りは、例えば、光を照射したときの反射率によって行われる。
図１４は、本実施形態で用いるアライメントマーク部７０の一例を示す断面図である。
アライメントマーク部７０は、例えば、ソース・ドレイン電極７と同一の導電膜を用いて形成されたマーク層７ｍを有している。マーク層７ｍは、Ｃｕを主成分とする主層７ａを有している。主層７ａの基板１側に下層を有していてもよい。マーク層７ｍの上には層間絶縁層１１が延設されている。層間絶縁層１１は、マーク層７ｍの上面の少なくとも一部上に開口部Ｈを有している。この例では、開口部Ｈは、マーク層７ｍの上面全体を露出するように配置されている。層間絶縁層１１は、Ｃｕ酸化膜８を介してマーク層７ｍの側面と接している。マーク層７ｍのうち開口部Ｈによって露出された部分、すなわち基板１の法線方向から見たとき、マーク層７ｍの上面のうち開口部Ｈと重なる部分にはＣｕ酸化膜８が形成されておらず、主層７ａが露出している。
アライメントマーク部７０は、図３〜図１１を参照して前述した方法と共通のプロセスで形成され得る。具体的には、ソース配線用金属膜のパターニングによってマーク層７ｍを形成した後、酸化物半導体層５に対する酸化処理工程で、マーク層７ｍの上面および側面が酸化され、Ｃｕ酸化膜８が形成される。次いで、層間絶縁層１１を形成後、層間絶縁層１１のパターニング工程で、マーク層７ｍ上に開口部Ｈを形成する。この後、キレート洗浄によって、コンタクトホールＣＨ１内のＣｕ酸化膜８を除去する際に、開口部Ｈ内のＣｕ酸化膜８も除去する。なお、開口部Ｈは、マーク層７ｍ全体を露出するように配置されてもよい。その場合、キレート洗浄によって、マーク層７ｍの上面および側面上のＣｕ酸化膜８が全て除去され得る。
図１０（ｃ）を参照しながら前述したように、キレート洗浄によってＣｕ酸化膜８を除去した場合、基板１の法線方向から見たとき、Ｃｕ酸化膜８の端部は、開口部Ｈを規定する層間絶縁層１１の端部よりも外側に位置することもある。
従来の半導体装置では、Ｃｕ配線を利用してアライメントマークを形成する場合、アライメントマークの上面にＣｕ酸化膜が形成されていると、Ｃｕの酸化・変色によって、照射した光の乱反射または吸収が生じ、アライメントマークの読み取り不良が発生する可能性がある。これに対し、本実施形態では、マーク層７ｍの上面のＣｕ酸化膜８が除去されているので、Ｃｕ酸化膜８に起因する読み取り不良を抑制できる。また、マーク層７ｍの表面凹凸を低減できるので、より高い識別性を有するアライメントマーク部７０が得られる。
本実施形態では、上述したアライメントマーク部７０を基板１上に少なくとも１つ形成する。アライメントマーク部７０は、製品完成後の半導体装置１００Ａ、１００Ｂの基板１上にそのまま形成されていてもよいし、製品完成前に分離・除去されていてもよい。
＜端子部＞
半導体装置１００Ａ、１００Ｂでは、ソース・ドレイン電極７を含む配線層（ソース配線層と呼ぶ。）が、上述した積層構造を有していてもよい。ソース配線層の表面（上面および側面）は、Ｃｕ酸化膜８で覆われていてもよい。ソース配線層のうち他の導電層とコンタクトを形成する部分（例えば端子部など）では、上述したドレイン電極７Ｄ−透明導電層１９間のコンタクト部と同様に、Ｃｕ酸化膜８が除去されていることが好ましい。これにより、コンタクト抵抗の上昇を抑制できる。
半導体装置１００Ａ、１００Ｂは、ソース配線Ｓと同一の膜から形成されたソース接続層と、透明導電層１９と同一の膜から形成された上部導電層とを電気的に接続する構成を有する端子部などを備えていてもよい。この場合には、ソース接続層と透明導電層とのコンタクト面のＣｕ酸化膜８が選択的に除去されていることが好ましい。コンタクト面のＣｕ酸化膜８は、上述したキレート洗浄工程で、ドレイン電極７Ｄ上のＣｕ酸化膜８と同時に除去され得る。
例えば、半導体装置１００Ａ、１００Ｂは、ソース配線Ｓと一体的に形成されたソース接続層と、透明導電層１９と同一の膜から形成された上部導電層とを、層間絶縁層１１に設けられたコンタクトホール内で接続するソース端子部を備えていてもよい。ソース端子部では、ソース接続層上面に形成されたＣｕ酸化膜８は、層間絶縁層１１のコンタクトホール内で除去され、ソース接続層と上部導電層とは、層間絶縁層１１のコンタクトホール内で直接接することが好ましい。
また、ゲート配線Ｇと一体的に形成されたゲート接続層と、透明導電層１９と同一の膜から形成された上部導電層とを接続するゲート端子部を備えていてもよい。ゲート接続層と上部導電層とは、層間絶縁層１１に設けられたコンタクトホール内で、ソース配線Ｓと同一の膜から形成されたソース接続層を介して接続されていてもよい。
以下、ゲート端子部を例に、端子部の構造を説明する。図１５（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、ゲート端子部を例示する断面図および平面図である。図１と同様の構成要素には同じ参照符号を付している。図１５（ａ）は、図１５（ｂ）におけるＩＩ−ＩＩ’線に沿った断面を示している。
ゲート端子部８０は、基板１上に形成されたゲート接続層３ｔと、ゲート接続層３ｔ上に延設されたゲート絶縁層４と、ソース接続層７ｔと、ソース接続層７ｔ上に延設された層間絶縁層１１と、上部導電層１９ｔとを有している。ソース接続層７ｔはソース配線Ｓと同一の導電膜から形成され、ソース配線Ｓとは電気的に分離されている。ソース接続層７ｔは、ゲート絶縁層４に設けられた開口部内に、ゲート接続層３ｔと接するように配置されている。上部導電層１９ｔは、層間絶縁層１１に設けられたコンタクトホールＣＨ２内に、ソース接続層７ｔと接するように配置されている。ソース接続層７ｔはＣｕ層を含んでおり、ソース接続層７ｔの上面の一部はＣｕ酸化膜８で覆われている。この例では、ソース接続層７ｔの側面にもＣｕ酸化膜８が配置されている。層間絶縁層１１に形成されたコンタクトホールＣＨ２内では、Ｃｕ酸化膜８が除去されており、上部導電層１９ｔとソース接続層７ｔの上面（Ｃｕ面）とが直接接している。すなわち、Ｃｕ酸化膜８は、ソース接続層７ｔと層間絶縁層１１との間に介在し、かつ、ソース接続層７ｔと上部導電層１９ｔとの間には介在していない。これにより、ゲート接続層３ｔと上部導電層１９ｔとのコンタクト抵抗を小さく抑えることが可能になる。
ゲート端子部８０は、次のようにして製造され得る。まず、ゲート接続層３ｔ、ゲート絶縁層４、酸化物半導体層（図示せず）およびソース接続層７ｔを含むソース配線層を形成する。ソース接続層７ｔは、ゲート絶縁層４の開口部内でゲート接続層３ｔと接するように配置される。次いで、酸化物半導体層の酸化処理を行う。このとき、ソース接続層７ｔの表面（Ｃｕ表面）が酸化され、Ｃｕ酸化膜８が形成される。続いて、ソース配線層を覆う層間絶縁層１１を形成し、層間絶縁層１１に、Ｃｕ酸化膜８を露出するコンタクトホールＣＨ２を設ける。次いで、Ｃｕ酸化膜８のうちコンタクトホールＣＨ２によって露出した部分を、キレート洗浄などにより除去する。この後、コンタクトホールＣＨ２内に、ソース接続層７ｔと接するように上部導電層１９ｔを設ける。
端子部の構造は図示した例に限定されない。ソース端子部、ゲート端子部のいずれにおいても、層間絶縁層１１がＣｕ酸化膜８を介してソース接続層７ｔと接し、なおかつ、上部導電層１９ｔが、コンタクトホールＣＨ２内で、Ｃｕ酸化膜８を介さずに、ソース接続層７ｔと直接接していれば、上述した効果を得ることができる。
半導体装置１００Ａ、１００Ｂは、端子部に加えて、ソース配線Ｓとゲート配線Ｇとを、透明導電層１９と同一の膜から形成された導電層を介して接続するソース−ゲート接続層を備えていてもよい。ソース−ゲート接続層でも、上記と同様に、層間絶縁層１１に設けられたコンタクトホール内において、ソース配線Ｓ上のＣｕ酸化膜８が除去され、ソース配線Ｓと導電層とが直接接していてもよい。
（第２の実施形態）
以下、本発明による半導体装置の第２の実施形態を説明する。本実施形態の半導体装置は、ソースおよびドレイン電極の表面にＣｕ合金酸化膜が形成されている点で、第１の実施形態と異なっている。
図１６（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、本実施形態の半導体装置２００Ａの模式的な断面図および平面図である。図１６（ａ）は、図１６（ｂ）におけるＩＩＩ−ＩＩＩ’線に沿った断面を示す。図１６では、図１と同様の構成要素には同じ参照符号を付し、説明を省略する。
半導体装置２００Ａは、酸化物半導体ＴＦＴ２０１と、酸化物半導体ＴＦＴ２０１に電気的に接続された透明導電層１９とを備える。
酸化物半導体ＴＦＴ２０１は、基板１上に支持されたゲート電極３と、ゲート電極３を覆うゲート絶縁層４と、ゲート絶縁層４を介してゲート電極３と重なるように配置された酸化物半導体層５と、ソース電極７Ｓおよびドレイン電極７Ｄ（ソース・ドレイン電極７）と、ソース・ドレイン電極７の上面に配置されたＣｕ合金酸化膜１０とを備えている。
本実施形態におけるソース・ドレイン電極７は、Ｃｕを主成分として含む主層７ａと、主層７ａの上に設けられた上層７Ｕとを有する。上層７ＵはＣｕ合金を含む。ソース・ドレイン電極７は、主層７ａの基板１側に配置された下層７Ｌを有していてもよい。下層７Ｌは、酸化物半導体層５と接するように配置されていてもよい。下層７Ｌは、例えばチタン（Ｔｉ）またはモリブデン（Ｍｏ）を含んでいてもよい。
Ｃｕ合金酸化膜１０は、Ｃｕと、Ｃｕ以外の金属元素とを含む。典型的には、ＣｕＯ、Ｃｕ2Ｏと、上記金属元素の酸化物とを含む。Ｃｕ合金酸化膜１０は、ソース・ドレイン電極７の上面（ここでは、上層７Ｕの上面）に接して形成されていてもよい。Ｃｕ合金酸化膜１０は、ソース・ドレイン電極７の上面（Ｃｕ合金表面）を酸化することによって形成された酸化膜であってもよい。あるいは、例えばスパッタ法などによって成膜された膜であってもよい。
層間絶縁層１１は、酸化物半導体層５のチャネル領域５ｃと接するように配置されている。この例では、層間絶縁層１１は、Ｃｕ合金酸化膜１０を介して、ソース電極７Ｓおよびドレイン電極７Ｄを覆うように配置されている。層間絶縁層１１には、ドレイン電極７Ｄの表面（ここでは上層７Ｕの表面）に達するコンタクトホールＣＨ１が形成されている。コンタクトホールＣＨ１の底面には、Ｃｕ合金酸化膜１０が配置されておらず、ドレイン電極７Ｄの表面が露出している。
透明導電層１９は、層間絶縁層１１上およびコンタクトホールＣＨ１内に設けられている。透明導電層１９は、コンタクトホールＣＨ１内で、Ｃｕ合金酸化膜１０を介さずにドレイン電極７Ｄ（ここでは上層７Ｕ）と直接接している。透明導電層１９は例えば画素電極である。
本実施形態におけるソース・ドレイン電極７は、主層７ａおよび上層７Ｕを含む積層構造を有していればよく、他の導電層をさらに含んでいてもよい。あるいは、後述するように、本実施形態におけるソース・ドレイン電極７は、Ｃｕ合金層を含んでいなくてもよい。
ソース・ドレイン電極７の主層７ａおよび下層７Ｌは、図１および図２を参照しながら前述した主層７ａおよび下層７Ｌと同様であってもよい。
ソース・ドレイン電極７の上層７Ｕは、Ｃｕ合金を主成分とする層（Ｃｕ合金層）であればよく、不純物を含んでいてもよい。Ｃｕと合金を形成する金属元素（「添加金属元素」と称する。）の種類および量は特に限定されない。
Ｃｕ合金の添加金属元素として、Ｃｕよりも酸化しやすい性質を有する金属元素を含むことが好ましい。例えば、添加金属元素として、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｔｉ、ＭｏおよびＭｎからなる群から選択される少なくとも１種の金属元素を含んでもよい。これにより、Ｃｕの酸化をより効果的に抑制できる。Ｃｕ合金に対する添加金属元素の比率（２以上の添加金属元素を含む場合には、各添加金属元素の比率）は、それぞれ、０ａｔ％超１０ａｔ％以下であってもよい。好ましくは１ａｔ％以上１０ａｔ％以下である。１ａｔ％以上であれば、Ｃｕの酸化を十分に抑制でき、１０ａｔ％以下であれば、より効果的にＣｕ酸化を抑制できる。また、２以上の金属元素を添加する場合には、それらの合計比率は、例えば ０ａｔ％以上２０ａｔ％以下であってもよい。これにより、Ｃｕの酸化をより確実に抑制できる。Ｃｕ合金として、例えばＣｕＭｇＡｌ（Ｍｇ：０〜１０ａｔ％、Ａｌ：０〜１０ａｔ％）、ＣｕＣａ（Ｃａ：０〜１０ａｔ％）などを用いることができる。
本実施形態におけるＣｕ合金酸化膜１０は、酸化物半導体層５のチャネル領域５ｃに対する酸化処理の際に、ソース・ドレイン電極７の上面（ここでは上層７ＵであるＣｕ合金層の表面）が酸化されることによって形成された酸化膜である。この場合、Ｃｕ合金酸化膜１０は、ＣｕＯと、上層７ＵのＣｕ合金に含まれる添加金属元素の酸化物とを含む。例えば上層７ＵとしてＣｕＭｇＡｌ層を用いる場合、Ｃｕ合金酸化膜１０は、ＣｕＯ、ＭｇＯおよびＡｌ2Ｏ3を含み得る。これらの金属酸化物は、例えばＣｕ合金酸化膜１０中に混在している。Ｃｕ合金酸化膜１０の組成および厚さは、例えばオージェ分析によって調べることができる。
なお、上記酸化処理によって、ソース・ドレイン電極７の側面も酸化され、下層７Ｌの側面にＴｉ酸化膜９、主層７ａの側面にＣｕ酸化膜８、および上層７Ｕの側面にＣｕ合金酸化膜１０が形成されていてもよい。
Ｃｕ合金酸化膜１０の厚さ（平均値）は、ソース・ドレイン電極７の表面の組成、酸化処理方法および条件などによって変わるので特に限定しないが、例えば１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。一例として、Ｎ2Ｏプラズマ処理（例えばＮ2Ｏガス流量：３０００ｓｃｃｍ、圧力：１００Ｐａ、プラズマパワー密度：１．０Ｗ／ｃｍ2、処理時間：２００〜３００ｓｅｃ、基板温度：２００℃）でＣｕ層を酸化すると、Ｃｕ合金酸化膜１０（Ｃｕ酸化膜）の厚さは、例えば１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下、より好ましくは１０ｎｍ以上４０ｎｍ以下である。なお、Ｃｕ合金表面が酸化されて得られるＣｕ合金酸化膜１０の厚さは、同じ条件でＣｕ表面が酸化された場合に形成されるＣｕ酸化膜の厚さよりも小さくなる。
Ｃｕ合金酸化膜１０は、コンタクトホールＣＨ１内において、ドレイン電極７Ｄの表面から除去されている。前述の実施形態におけるＣｕ酸化膜の除去と同様に、例えばキレート洗浄を行うことにより、Ｃｕ合金酸化膜１０のうちコンタクトホールＣＨ１の底面に位置する部分を選択的に除去することが可能である。
Ｃｕ合金酸化膜１０の形成方法は特に限定されない。Ｃｕ合金酸化膜１０は、例えば、酸素を含む雰囲気中（例えばアルゴン／酸素雰囲気中）、Ｃｕ合金をターゲットとして用いて形成されたスパッタ膜であってもよい。この方法で得られたＣｕ合金酸化膜１０は、ソース・ドレイン電極７の材料にかかわらず、Ｃｕ合金ターゲットに含まれる金属の酸化物を含む。この場合でも、コンタクトホールＣＨ１を形成した後にキレート洗浄を行うことにより、Ｃｕ合金酸化膜１０のうちコンタクトホールＣＨ１の底面に位置する部分を選択的に除去することができる。
半導体装置２００Ａは、前述の実施形態と同様に、例えば表示装置のアクティブマトリクス基板に適用され得る。例えば、半導体装置２００Ａは、ＶＡモードなどの縦電界駆動方式の表示装置に適用され得る。アクティブマトリクス基板のソース配線Ｓは、酸化物半導体ＴＦＴ２０１のソース電極７Ｓと一体的に形成されていてもよい。すなわち、ソース配線Ｓは、Ｃｕを主成分とする主層７ａとＣｕ合金を含む上層７Ｕとを含んでおり、ソース配線Ｓの上面および側面にも、ソース・ドレイン電極７と同様に、Ｃｕ合金酸化膜１０が形成されていてもよい。
本実施形態の半導体装置は、透明導電層（画素電極）１９の上に、あるいは、層間絶縁層１１と透明導電層１９との間に、共通電極として機能する他の電極層をさらに有していてもよい。これにより、２層の透明電極層を有する半導体装置が得られる。このような半導体装置は例えばＦＦＳモードの表示装置に適用され得る。
図１７（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、本実施形態の他の半導体装置（アクティブマトリクス基板）２００Ｂの模式的な断面図および平面図である。図１７（ｂ）は、表示領域における一画素を示している。図１７（ａ）は、図１７（ｂ）に示す平面図のＩＩＩ−ＩＩＩ’線に沿った断面図である。図１７では、半導体装置１００Ｂ（図２）および半導体装置２００Ａ（図１６）と同様の構成要素には同じ参照符号を付し、説明を省略する。
半導体装置２００Ｂは、層間絶縁層１１と透明導電層（画素電極）１９との間に、画素電極１９と対向するように配置された共通電極１５を有している。共通電極１５と画素電極１９との間には、第３絶縁層１７が形成されている。また、層間絶縁層１１は、酸化物半導体層５と接する第１絶縁層１２と、第１絶縁層１２上に形成された第２絶縁層１３とを有している。共通電極１５、第１絶縁層１２、第２絶縁層１３および第３絶縁層１７の材料および構造は、図２に示す半導体装置１００Ｂと同様であってもよい。
共通電極１５は、画素毎に開口部１５Ｅを有し、この開口部１５Ｅ内で、画素電極１９と酸化物半導体ＴＦＴ２０１のドレイン電極７Ｄとのコンタクト部が形成されていてもよい。この例では、コンタクトホールＣＨ１内において、画素電極１９とドレイン電極７Ｄの上層７Ｕとが、Ｃｕ合金酸化膜１０を介さずに直接接している。あるいは、共通電極１５と同一の導電膜（透明導電膜）から形成された透明接続層によって、画素電極１９とドレイン電極７Ｄとが接続されていてもよい。この場合には、コンタクトホールＣＨ１内において、透明接続層とドレイン電極７Ｄの上層７Ｕとが直接接する。
図示していないが、画素電極１９上に、第３絶縁層１７を介して共通電極１５が配置されていてもよい。
前述の実施形態と同様に、基板１の法線方向から見たとき、画素電極１９の少なくとも一部は、第３絶縁層１７を介して共通電極１５と重なっていてもよい。これにより、画素電極１９と共通電極１５との重なる部分には、第３絶縁層１７を誘電体層とする容量が形成される。また、共通電極１５の代わりに、画素電極１９と対向して補助容量電極として機能する透明導電層を設けて、画素内に透明な補助容量を形成してもよい。このような半導体装置は、ＦＦＳモード以外の動作モードの表示装置にも適用され得る。
本実施形態によると、以下に説明するように、半導体装置１００Ａ、１００Ｂ（図１、図２）と同様の効果が得られる。
半導体装置２００Ａ、２００Ｂでは、ドレイン電極７Ｄの上面の一部はＣｕ合金酸化膜１０で覆われている。層間絶縁層１１は、Ｃｕ合金酸化膜１０を介してドレイン電極７Ｄを覆っている。一方、透明導電層１９は、コンタクトホールＣＨ１内で、Ｃｕ合金酸化膜１０を介さずに、ドレイン電極７Ｄ（ここでは上層７Ｕ）と直接接している。このような構成により、透明導電層１９とドレイン電極７Ｄとの間のコンタクト抵抗を小さく抑えることが可能になる。このため、例えば、酸化物半導体層５に対する酸化処理によってＴＦＴ特性を確保しつつ、上記酸化処理で電極表面に生じるＣｕ合金酸化膜１０に起因するコンタクト抵抗の上昇を抑制できる。
また、本実施形態でも、キレート洗浄を行うことにより、図１２および１３を参照しながら前述した効果と同様の効果が得られる。酸化処理によって形成されたＣｕ合金酸化膜１０は、厚さにばらつきを生じやすい。このため、ドレイン電極７ＤとＣｕ合金酸化膜１０との界面には凹凸が生じ得る。このような場合でも、キレート洗浄を行うことにより、コンタクトホールＣＨ１内において、Ｃｕ合金酸化膜１０のみでなく、ドレイン電極７Ｄ（ここでは上層７Ｕ）の表面部分も除去されて、ドレイン電極７Ｄの表面を平坦化できる。この結果、ドレイン電極７Ｄと透明導電層１９との界面は、ドレイン電極７Ｄ（上層７Ｕ）と層間絶縁層１１との界面（すなわち、Ｃｕ合金酸化膜１０を介したドレイン電極７Ｄと層間絶縁層１１との界面）よりも平坦になる。これにより、ドレイン電極７Ｄと透明導電層１９とのコンタクト抵抗をより顕著に低減できる。また、基板１内におけるコンタクト抵抗のばらつきを低減できるので、信頼性を高めることが可能になる。さらに、透明導電層１９のドレイン電極７Ｄに対する密着性をより効果的に高めることができる。
なお、ドレイン電極７Ｄの表面のうち、コンタクトホールＣＨ１の底面に位置する部分がキレート洗浄によって平坦化されると、Ｃｕ合金酸化膜１０で覆われた他の部分よりも下方に位置することがある。また、キレート洗浄でＣｕ合金酸化膜１０を除去する場合には、Ｃｕ合金酸化膜１０のエッチングが横方向にも進む場合がある（サイドエッチ）。この場合には、基板１の法線方向から見たとき、Ｃｕ合金酸化膜１０の端部は、コンタクトホールＣＨ１の輪郭（層間絶縁層１１の端部）よりも外側に位置する。
さらに、半導体装置２００Ａ、２００Ｂでは、ソース・ドレイン電極７の上面にＣｕ酸化膜８を備えた実施形態（半導体装置１００Ａ、１００Ｂ）と比べて、以下のようなメリットがある。
半導体装置２００Ａ、２００Ｂでは、主層７ａの上にＣｕ合金を含む上層７Ｕが形成されている。このため、前述した実施形態と比べて、酸化処理の際にＣｕの酸化が進みにくい。これは、酸化処理の際に、Ｃｕのみでなく、Ｃｕに添加された金属元素も酸化されるからである。Ｃｕよりも酸化しやすい金属元素を含む場合には、Ｃｕの酸化をより効果的に抑制できる。この結果、Ｃｕの酸化に起因する電極の腐食を効果的に抑制できる。また、層間絶縁層１１に対して高い密着性を確保できる。さらに、同じ条件で酸化処理を行った場合に、Ｃｕ合金表面が酸化されて得られるＣｕ合金酸化膜１０の厚さは、Ｃｕ表面が酸化されて得られるＣｕ酸化膜の厚さよりも小さくなる。このため、酸化処理によってドレイン電極７Ｄの表面に生じる凹凸を小さくできる。また、より容易にＣｕ合金酸化膜１０を除去することが可能になり、Ｃｕ合金酸化膜１０のサイドエッチ量を低減できる。
さらに、従来の半導体装置では、Ｃｕ配線を利用してアライメントマークを形成する場合、アライメントマークの上面（Ｃｕ表面）が酸化・変色し、アライメントマークの読み取り不良が生じることがある。これに対し、本実施形態によると、アライメントマークの上面にＣｕ合金酸化膜１０が形成されるため、上述したような変色は生じない。従って、高い識別性を有するアライメントマークを形成できる。
このように、本実施形態では、Ｃｕの酸化・変色を抑制しつつ、ドレイン電極７Ｄと透明導電層１９とのコンタクト抵抗上昇に起因するデバイス特性の低下（オン抵抗の増大）を抑制できる。
＜製造方法＞
次いで、本実施形態の半導体装置の製造方法を、半導体装置２００Ｂの製造方法を例に説明する。なお、半導体装置２００Ｂにおける各層の材料、厚さおよび形成方法については、半導体装置１００Ａ、１００Ｂにおける各層の材料、厚さおよび形成方法と同様の場合には説明を省略する。
図１８〜図２４は、半導体装置２００Ｂの製造方法の一例を説明するための図であり、これらの図の（ａ）はＩＩＩ−ＩＩＩ’線に沿った断面図、（ｂ）は平面図を示す。
まず、図１８（ａ）および（ｂ）に示すように、基板１上に、ゲート電極３を含むゲート配線（図示せず）、ゲート絶縁層４および酸化物半導体層５をこの順で形成する。基板１の法線方向から見たとき、酸化物半導体層５の一部（チャネル領域５ｃ）は、ゲート絶縁層４を介してゲート電極３と重なるように配置される。図示するように、酸化物半導体層５の全体がゲート電極（ゲート配線）３と重なるように配置されていてもよい。
次いで、ゲート絶縁層４および酸化物半導体層５上にソース配線用金属膜（図示せず）を形成する。ここでは、ソース配線用金属膜として、基板１側から、ＴｉまたはＭｏを含む膜（例えばＴｉ膜）、Ｃｕ膜およびＣｕ合金膜（例えばＣｕＭｇＡｌ膜）をこの順で含む積層膜を形成する。ソース配線用金属膜は、例えばスパッタ法で形成され得る。Ｃｕ合金膜の形成は、Ｃｕ合金からなるターゲットを用いて行ってもよい。
上層７ＵとなるＣｕ合金膜の成膜時の厚さは１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下が好ましい。１０ｎｍ以上であれば、後の工程で、Ｃｕの酸化を十分に抑制可能なＣｕ合金酸化膜を形成できる。なお、製品完成時の上層７Ｕの厚さは、成膜時の厚さよりも、Ｃｕ合金酸化膜１０の形成に使用された分だけ小さくなる。
下層７Ｌおよび主層７ａとなる膜の材料および厚さは、前述の実施形態と同様であってもよい。
続いて、図１９（ａ）および（ｂ）に示すように、ソース配線用金属膜をパターニングすることによってソース電極７Ｓ、ドレイン電極７Ｄおよびソース配線Ｓを得る。ソース電極７Ｓは酸化物半導体層５のソースコンタクト領域、ドレイン電極７Ｄは酸化物半導体層５のドレインコンタクト領域と接するように配置される。酸化物半導体層５のうちソース電極７Ｓとドレイン電極７Ｄとの間に位置する部分はチャネル領域となる。
この例では、ソース電極およびドレイン電極７は、酸化物半導体層５に接する下層（Ｔｉ層）７Ｌ、主層（純Ｃｕ層）７ａおよび上層（Ｃｕ合金層）７Ｕを含む積層構造を有する。ソース電極７Ｓおよびドレイン電極７Ｄの上面は上層７Ｕによって構成される。
続いて、図２０（ａ）および（ｂ）に示すように、酸化物半導体層５のチャネル領域に対して酸化処理を行う。これにより、ソース・ドレイン電極７の上層７Ｕ表面も酸化され、Ｃｕ合金酸化膜（厚さ：例えば１０ｎｍ）１０が形成される。上層７ＵがＣｕＭｇＡｌ層の場合には、Ｃｕ合金酸化膜１０はＣｕＯ、Ｃｕ2Ｏ、ＭｇＯおよびＡｌ2Ｏ3を含み得る。上層７ＵがＣｕＣａ層の場合、Ｃｕ合金酸化膜１０はＣｕＯ、Ｃｕ2ＯおよびＣａＯを含み得る。
ここでは、酸化処理として、例えば、Ｎ2Ｏガス流量：３０００ｓｃｃｍ、圧力：１００Ｐａ、プラズマパワー密度：１．０Ｗ／ｃｍ2、処理時間：２００〜３００ｓｅｃ、基板温度：２００℃でＮ2Ｏプラズマ処理を行う。これにより、厚さが例えば１０ｎｍのＣｕ合金酸化膜１０が形成される。なお、酸化処理の方法および条件は特に限定されない。前述の実施形態で例示した他の酸化処理を行ってもよい。
酸化処理工程によって、ソース・ドレイン電極７における露出した側面も酸化される。この結果、下層７Ｌの側面にＴｉ酸化膜９、主層７ａの側面にＣｕ酸化膜８、上層７Ｕの側面にＣｕ合金酸化膜１０が形成され得る。この例では、Ｃｕ酸化膜８の厚さは、Ｃｕ合金酸化膜１０の厚さよりも大きく、例えば２０ｎｍである。Ｔｉ酸化膜９の厚さは、Ｃｕ合金酸化膜１０の厚さよりも小さくなる。
なお、Ｃｕ合金酸化膜１０の形成方法は特に限定されない。Ｃｕ合金酸化膜１０は、例えば酸素を含む雰囲気中で形成されたスパッタ膜であってもよい。
次に、図２１（ａ）および（ｂ）に示すように、酸化物半導体ＴＦＴ２０１を覆うように層間絶縁層１１を形成する。層間絶縁層１１は、例えば、酸化物半導体層５のチャネル領域と接する第１絶縁層１２と、第１絶縁層１２上に配置された第２絶縁層１３とを含む。層間絶縁層１１の材料、厚さおよび形成方法は、半導体装置１００Ｂと同様であってもよい。第２絶縁層１３には、ドレイン電極７Ｄの上方に位置する部分に、第１絶縁層１２を露出する開口部１３Ｅを形成する。
次いで、図２２（ａ）および（ｂ）に示すように、第２絶縁層１３上に共通電極１５および第３絶縁層１７を形成する。共通電極１５は開口部１５Ｅを有する。開口部１５Ｅは、開口部１３Ｅと少なくとも一部が重なるように配置される。共通電極１５および第３絶縁層１７の材料、厚さおよび形成方法は、半導体装置１００Ｂと同様であってもよい。
続いて、図２３（ａ）および（ｂ）に示すように、第３絶縁層１７および第１絶縁層１２に、Ｃｕ合金酸化膜１０を露出する開口部１７Ｅを形成する。開口部１７Ｅは、基板１の法線方向から見たとき、開口部１５Ｅの内部に位置し、かつ、開口部１３Ｅと少なくとも一部が重なるように配置される。この例では、第３絶縁層１７は、共通電極１５の上面および側面と、開口部１３Ｅの側面の一部を覆うように配置される。このようにして、第２絶縁層１３の開口部１３Ｅ、共通電極１５の開口部１５Ｅおよび第３絶縁層１７の開口部１７ＥからコンタクトホールＣＨ１が構成される。コンタクトホールＣＨ１の底面にはＣｕ合金酸化膜１０が露出する。
第３絶縁層１７および第１絶縁層１２のエッチング方法および条件は特に限定しない。第１および第３絶縁層１２、１７とドレイン電極７Ｄとのエッチング選択比が十分に大きく、かつ、コンタクトホールＣＨ１の底面にＣｕ合金酸化膜１０が少なくとも一部残るような方法および条件で行われてもよい。ここでは、レジストマスクを用いて、第３絶縁層１７および第１絶縁層１２を同時にエッチングする。
なお、前述の実施形態と同様に、レジストマスクを剥離する際に、剥離液の種類によっては、コンタクトホールＣＨ１内のＣｕ合金酸化膜１０の一部が除去されることがある。しかしながら、コンタクトホールＣＨ１の底面に露出するＣｕ合金酸化膜１０を全て除去することは困難である。また、ソース・ドレイン電極７の表面には、酸化処理によって凹凸が生じているが、この表面凹凸は、レジストの剥離液では低減されない。
次いで、図２４（ａ）および（ｂ）に示すように、Ｃｕ合金酸化膜１０のうちコンタクトホールＣＨ１内に位置する部分を除去する。ここでは、キレート洗浄液を用いた洗浄処理によってＣｕ合金酸化膜１０の除去を行う。キレート洗浄に用いる洗浄液および条件は、前述した実施形態と同様であってもよい。これにより、コンタクトホールＣＨ１によってドレイン電極７Ｄの表面（すなわち上層７Ｕの表面）が露出する。Ｃｕ合金酸化膜１０のうち層間絶縁層１１とソース・ドレイン電極７、およびソース配線Ｓとの界面に位置する部分は除去されずに残る。
なお、図１０（ｃ）を参照しながら前述したように、本実施形態でも、キレート洗浄によって、Ｃｕ合金酸化膜１０が横方向（基板１に平行な方向）にエッチング（サイドエッチ）される場合がある。この場合、基板１の法線方向から見たとき、コンタクトホールＣＨ１において、Ｃｕ合金酸化膜１０の端部が、層間絶縁層１１の端部（開口部の端部）よりも外側に位置する。また、図１２を参照しながら前述したように、本実施形態でも、キレート洗浄により、Ｃｕ合金酸化膜１０のみでなく、主層７ａの表面部分（Ｃｕ）の一部も除去されることがある。これにより、酸化処理によって上層７Ｕの表面に生じた凹凸が低減され、コンタクト面が平坦化される。
この後、コンタクトホールＣＨ１内および第３絶縁層１７上に、例えばスパッタ法により透明導電膜（図示せず）を形成し、これをパターニングすることによって透明導電層１９を形成する。透明導電層１９は、コンタクトホールＣＨ１内でドレイン電極７Ｄの上層７Ｕと直接接する。このようにして、半導体装置２００Ｂが製造される（図１７（ａ）および（ｂ）参照）。
上記方法では、画素電極を上層とする２層の電極構造を形成したが、画素電極として機能する透明導電層１９を下層とし、その上に第３絶縁層１７を介して共通電極１５を形成してもよい。この場合、前述の実施形態で説明したように、層間絶縁層１１を形成した後、第２絶縁層１３をマスクとして第１絶縁層１２をエッチング（ウェットエッチング）することにより、コンタクトホールＣＨ１を形成してもよい。この後、コンタクトホールＣＨ１の底面に位置するＣｕ合金酸化膜１０を、キレート洗浄により除去し、Ｃｕ合金表面を露出させてもよい。
また、図１６に示す半導体装置２００Ａを製造する際には、層間絶縁層１１を形成した後、層間絶縁層１１のうちドレイン電極７Ｄ上に位置する部分にコンタクトホールＣＨ１を形成し、コンタクトホールＣＨ１の底面にＣｕ合金酸化膜１０を露出させればよい。層間絶縁層１１として無機絶縁層を形成する場合、無機絶縁層上にレジストマスクを設け、レジストマスクを用いて層間絶縁層１１にコンタクトホールＣＨ１を形成してもよい。層間絶縁層１１として第１および第２絶縁層１２、１３を形成する場合には、第２絶縁層１３をマスクとして第１絶縁層１２をエッチングすることによってコンタクトホールＣＨ１を形成してもよい。コンタクトホールＣＨ１の形成後、キレート洗浄を行ってＣｕ合金表面を露出させることができる。
なお、第２絶縁層１３をマスクとして第１絶縁層１２のエッチングを行う場合、レジストマスクを剥離しないため、コンタクトホールＣＨ１の底面に位置するＣｕ合金酸化膜１０はレジスト剥離液で薄膜化されない。このような場合に、キレート洗浄を行ってＣｕ合金酸化膜１０を除去すると、コンタクト抵抗をより効果的に低減することが可能である。
＜変形例＞
以下、図面を参照しながら、本実施形態の他の半導体装置を説明する。
図２５（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、本実施形態における半導体装置２００Ｃの模式的な断面図および平面図である。図２５（ａ）は、図２５（ｂ）におけるＩＶ−ＩＶ’線に沿った断面を示す。図２５では、図１６と同様の構成要素には同じ参照符号を付し、説明を省略する。
半導体装置２００Ｃは、酸化物半導体ＴＦＴ２０１を構成するソース・ドレイン電極７において、主層７ａ上にＣｕ合金層が設けられていない点で図１６に示す半導体装置２００Ａと異なる。
半導体装置２００Ｃでは、Ｃｕ合金酸化膜１０は、主層７ａ上に配置されている。Ｃｕ合金酸化膜１０は、例えば主層７ａの上面に接して形成されていてもよい。Ｃｕ合金酸化膜１０は、例えばスパッタ膜であってもよい。主層７ａおよび下層７Ｌの側面には、それぞれ、Ｃｕ酸化膜８および金属酸化膜９が配置されている。また、コンタクトホールＣＨ１内において、Ｃｕ合金酸化膜１０が除去されており、透明導電層１９はドレイン電極７Ｄの主層７ａと直接接している。その他の構成は、前述の実施形態と同様である。
半導体装置２００Ｃは、例えば次のようにして製造され得る。まず、半導体装置２００Ａ、２００Ｂと同様の方法で、ゲート電極３、ゲート絶縁層４および酸化物半導体層５を形成する。次に、例えばスパッタ法でソース配線用金属膜を形成する。ここでは、下層となる金属膜（例えばＴｉ膜）、主層となるＣｕ膜をこの順で形成する。この後で、ソース配線用金属膜上に、Ｃｕ合金酸化膜１０を形成する。Ｃｕ合金酸化膜１０は、酸素を含む雰囲気（例えば、Ａｒ／Ｏ2雰囲気）中で、Ｃｕ合金ターゲットを用いたスパッタリングによって形成されてもよい。この後、同一のマスクを用いて、ソース配線用金属膜およびＣｕ合金酸化膜１０のパターニングを行い、ソース・ドレイン電極７、およびソース配線Ｓを得る。これらの電極・配線の上面はＣｕ合金酸化膜１０で覆われている。
この後、酸化物半導体層５に対する酸化処理を行う。これにより、Ｃｕ合金酸化膜１０の表面部分はさらに酸化され、Ｃｕ合金酸化膜１０における主層７ａ側の領域よりも酸素比率の高いＣｕ合金酸化領域（図示せず）が形成される。また、ソース・ドレイン電極７、およびソース配線Ｓの側面は、Ｃｕ合金酸化膜１０で覆われていないので、酸化処理に曝される。この結果、ソース・ドレイン電極７、およびソース配線Ｓにおける主層７ａの側面にＣｕ酸化膜８、下層７Ｌの側面にＴｉ酸化膜９が形成される。
続いて、層間絶縁層１１を形成し、層間絶縁層１１にコンタクトホールＣＨ１を形成し、Ｃｕ合金酸化膜１０を露出させる。この後、前述した方法と同様に、キレート洗浄によって、Ｃｕ合金酸化膜１０のうちコンタクトホールＣＨ１の底面に位置する部分を除去し、ドレイン電極７Ｄの表面（ここでは主層７ａの表面）を露出する。続いて、層間絶縁層１１上およびコンタクトホールＣＨ１内に、ドレイン電極７Ｄと接するように透明導電層１９を設ける。このようにして、半導体装置２００Ｃが製造される。
半導体装置２００Ｃでも、上記と同様の効果が得られる。すなわち、Ｃｕ合金酸化膜１０は、ソース・ドレイン電極７と層間絶縁層１１との間に配置され、かつ、主層７ａと透明導電層１９とのコンタクト面には配置されていない。このため、主層（Ｃｕ層）７ａの酸化・変色を抑制しつつ、ドレイン電極７Ｄと透明導電層１９とのコンタクト抵抗上昇に起因するデバイス特性の低下を抑制できる。
また、ソース配線層の上面がＣｕ合金酸化膜１０で覆われており、Ｃｕの酸化が抑制されるので、Ｃｕの酸化・変色に起因する電極の腐食、アライメントマークの読み取り不良などを低減できる。
＜アライメントマーク＞
半導体装置２００Ａ〜２００Ｃの製造プロセスでは、マスクの位置合わせのために、基板１上にアライメントマークを設けてもよい。アライメントマークは、例えばソース・ドレイン電極７と同一の導電膜（ソース配線層）を用いて形成される。アライメントマークの読み取りは、例えば、光を照射したときの反射率によって行われる。
図２６は、本実施形態で用いるアライメントマーク部７１の一例を示す断面図である。
アライメントマーク部７１は、例えば、ソース・ドレイン電極７と同一の導電膜を用いて形成されたマーク層７ｍを有している。マーク層７ｍは、Ｃｕを主成分とする主層７ａと、Ｃｕ合金を含む上層７Ｕとを有している。主層７ａの基板１側に下層を有していてもよい。マーク層７ｍの上には層間絶縁層１１が延設されている。半導体装置２００Ａ、２００Ｂでは、マーク層７ｍの上面および側面はＣｕ合金酸化膜１０で覆われている。半導体装置２００Ｃでは、マーク層７ｍの上面のみがＣｕ合金酸化膜１０で覆われている。
前述したように、Ｃｕ配線を用いた従来の半導体装置では、酸化物半導体層に対する酸化処理によって、アライメントマークの上面にＣｕ酸化膜が形成される。このため、Ｃｕの酸化・変色によって、照射した光の乱反射または吸収が生じ、アライメントマークの読み取り不良が発生する可能性がある。これに対し、本実施形態では、マーク層７ｍの上面がＣｕ合金酸化膜１０で覆われているので、Ｃｕの酸化・変色に起因する読み取り不良を抑制できる。前述の実施形態（図１４）のように、層間絶縁層１１に開口部を設けてマーク層７ｍ上の酸化膜を除去する必要がないので有利である。よって、製造プロセスを複雑にすることなく、高い識別性を有するアライメントマーク部７１が得られる。
＜端子部＞
半導体装置２００Ａ〜２００Ｃは、ソース・ドレイン電極７を含む配線層（ソース配線層と呼ぶ。）が、上述した積層構造を有していてもよい。ソース配線層の表面（上面および側面）は、Ｃｕ合金酸化膜１０で覆われていてもよい。ソース配線層のうち他の導電層とコンタクトを形成するコンタクト部（「追加のコンタクト部」ともいう。）では、上述したドレイン電極７Ｄ−透明導電層１９間のコンタクト部と同様に、Ｃｕ合金酸化膜１０が除去されていることが好ましい。これにより、コンタクト抵抗の上昇を抑制できる。追加のコンタクト部は、例えば、ソース端子部、ゲート端子部またはソース−ゲート接続層であってもよい。これらの構成は、前述の実施形態と同様である。
以下、ゲート端子部を例に、端子部の構造を説明する。図２７（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、ゲート端子部を例示する断面図および平面図である。図１と同様の構成要素には同じ参照符号を付している。図２７（ａ）は、図２７（ｂ）におけるＶ−Ｖ’線に沿った断面を示している。
ゲート端子部８１は、基板１上に形成されたゲート接続層３ｔと、ゲート接続層３ｔ上に延設されたゲート絶縁層４と、ソース接続層７ｔと、ソース接続層７ｔ上に延設された層間絶縁層１１と、層間絶縁層１１に形成されたコンタクトホールＣＨ２内に形成された上部導電層１９ｔとを有している。ソース接続層７ｔはソース配線Ｓと同一の導電膜から形成され、ソース配線Ｓとは電気的に分離されている。ソース接続層７ｔはＣｕ層と、Ｃｕ層の上に配置されたＣｕ合金層とを含んでいる。ソース接続層７ｔの上面にはＣｕ合金酸化膜１０が配置されている。ソース接続層７ｔのうちＣｕ合金層の側面にはＣｕ合金酸化膜１０が配置され、Ｃｕ層の側面にはＣｕ酸化膜８が配置されている。
層間絶縁層１１に形成されたコンタクトホールＣＨ２内では、Ｃｕ合金酸化膜１０が除去されており、上部導電層１９ｔとソース接続層７ｔの上面（Ｃｕ合金面）とが直接接している。すなわち、Ｃｕ合金酸化膜１０は、ソース接続層７ｔと層間絶縁層１１との間に介在し、かつ、ソース接続層７ｔと上部導電層１９ｔとの間には介在していない。これにより、ゲート接続層３ｔと上部導電層１９ｔとのコンタクト抵抗を小さく抑えることが可能になる。
ゲート端子部８１は、次のようにして製造され得る。まず、ゲート配線Ｇ、ゲート絶縁層４、酸化物半導体層（図示せず）およびソース接続層７ｔを含むソース配線層を形成する。ソース接続層７ｔは、ゲート絶縁層４の開口部内でゲート配線Ｇと接するように配置される。次いで、酸化物半導体層の酸化処理を行う。このとき、ソース接続層７ｔの表面が酸化され、Ｃｕ合金酸化膜１０およびＣｕ酸化膜８が形成される。続いて、ソース配線層を覆う層間絶縁層１１を形成し、層間絶縁層１１に、Ｃｕ合金酸化膜１０を露出するコンタクトホールＣＨ２を設ける。次いで、Ｃｕ合金酸化膜１０のうちコンタクトホールＣＨ２によって露出した部分を、キレート洗浄などにより除去する。この後、コンタクトホールＣＨ２内に、ソース接続層７ｔと接するように上部導電層１９ｔを設ける。
（第３の実施形態）
以下、図面を参照しながら、本発明による半導体装置の第３の実施形態を説明する。
本実施形態は、ソース・ドレイン電極７において、主層７ａ上に上層７Ｕを形成せずに、Ｃｕ合金酸化膜１０が形成されている点で、図１に示す半導体装置１００Ａと異なる。
図２８は、本実施形態の半導体装置３００を例示する断面図である。
半導体装置３００における酸化物半導体ＴＦＴ３０１は、ソース・ドレイン電極７の主層としてＣｕ合金層７ｂを有している。ソース・ドレイン電極７と層間絶縁層１１との間にＣｕ合金酸化膜１０が形成されている。層間絶縁層１１に設けられたコンタクトホールＣＨ１内において、Ｃｕ合金酸化膜１０が除去されており、透明導電層１９はＣｕ合金層７ｂと直接接している。その他の構成は、半導体装置１００Ａと同様である。
Ｃｕ合金層７ｂは、Ｃｕ合金を含んでいればよく、不純物を含んでいてもよい。Ｃｕ合金の添加金属元素として、Ｃｕよりも酸化しやすい性質を有する金属元素を含んでいてもよい。例えば、添加金属元素として、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｔｉ、ＭｏおよびＭｎからなる群から選択される少なくとも１種の金属元素を含んでもよい。これにより、Ｃｕの酸化をより効果的に抑制できる。Ｃｕ合金に対する添加金属元素の比率（２以上の添加金属元素を含む場合には、各添加金属元素の比率）は、前述した第２の実施形態における上層７Ｕの添加金属元素の比率と同様であってもよい。
Ｃｕ合金酸化膜１０は、酸化物半導体層５に対する酸化処理において、Ｃｕ合金層７ｂの表面が酸化されて形成された酸化膜であってもよい。Ｃｕ合金酸化膜１０は、Ｃｕ合金層７ｂの上面および側面に配置されていてもよい。
半導体装置３００でも、第１および第２の実施形態と同様の効果が得られる。Ｃｕ合金酸化膜１０は、ソース・ドレイン電極７と層間絶縁層１１との間に配置され、かつ、Ｃｕ合金層７ｂと透明導電層１９との間には配置されていない。このため、ドレイン電極７Ｄと透明導電層１９とのコンタクト抵抗上昇に起因するデバイス特性の低下を抑制できる。また、キレート洗浄を行うことにより、コンタクト面の凹凸を低減できるので、コンタクト抵抗のばらつきを抑制できる。
半導体装置３００は、例えば半導体装置１００Ａと同様の方法で製造され得る。ただし、ソース配線用金属膜として、Ｃｕ合金膜を用いる。また、酸化物半導体層５の酸化処理の際に、Ｃｕ合金膜の表面が酸化され、Ｃｕ合金酸化膜１０が形成される。
ソース・ドレイン電極７は、Ｃｕ合金層７ｂの基板１側に、ＴｉまたはＭｏを含む下層をさらに有していてもよい。また、Ｃｕ合金層７ｂは、組成の異なる２層以上のＣｕ合金層を含む積層構造を有していてもよい。例えば、基板側から、第１合金層と、第１合金層よりも高抵抗な第２合金層とを有していてもよい。この場合には、低抵抗な第１合金層が主層として機能し、第２合金層の表面が酸化されてＣｕ合金酸化膜１０が形成される。
本発明の実施形態は、上記の第１〜第３実施形態に限定されない。ソース・ドレイン電極７はＣｕを含む層を有していればよい。Ｃｕを含む層は、Ｃｕ層またはＣｕ合金層であってもよいし、これらの層よりもＣｕの含有率の低い層であってもよい。また、ソース・ドレイン電極７と層間絶縁層１１との間に、Ｃｕを含む金属酸化膜（「銅含有金属酸化膜」と称する。）が形成されていればよい。銅含有金属酸化膜は例えばＣｕＯを含む。銅含有金属酸化膜は、Ｃｕ酸化膜でもよいし、Ｃｕ合金酸化膜でもよい。あるいは、Ｃｕを含む他の酸化膜であってもよい。層間絶縁層１１は、酸化物半導体層５の少なくともチャネル領域と接し、かつ、銅含有金属酸化膜を介してドレイン電極７Ｄを覆うように配置される。また、透明導電層１９は、コンタクトホールＣＨ１内で、銅含有金属酸化膜を介さずに、ドレイン電極７Ｄと直接接するように配置されている。このような構成により、ＴＦＴ特性を維持しつつ、ドレイン電極７Ｄと透明導電層１９との間のコンタクト抵抗を低減できる。
上記で説明した酸化物半導体ＴＦＴ１０１、２０１、３０１は、いずれも、酸化物半導体層５の基板１側にゲート電極３が配置されているが（ボトムゲート構造）、ゲート電極３は酸化物半導体層５の上方に配置されていてもよい（トップゲート構造）。また、酸化物半導体ＴＦＴは、ソースおよびドレイン電極が酸化物半導体層５の上面と接するが（トップコンタクト構造）、酸化物半導体層５の下面と接していてもよい（ボトムコンタクト構造）。
本実施形態は、酸化物半導体ＴＦＴを用いたアクティブマトリクス基板に好適に適用される。アクティブマトリクス基板は、液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置、無機ＥＬ表示装置などの種々の表示装置、および表示装置を備えた電子機器等に用いられ得る。アクティブマトリクス基板では、酸化物半導体ＴＦＴは、各画素に設けられるスイッチング素子として使用されるだけでなく、ドライバなどの周辺回路の回路用素子として用いることもできる（モノリシック化）。このような場合、本発明の実施形態における酸化物半導体ＴＦＴは、高い移動度（例えば１０ｃｍ2／Ｖｓ以上）を有する酸化物半導体層を活性層として用いているので、回路用素子としても好適に用いられる。
本発明の実施形態は、酸化物半導体ＴＦＴおよび酸化物半導体ＴＦＴを有する種々の半導体装置に広く適用され得る。例えばアクティブマトリクス基板等の回路基板、液晶表示装置、有機エレクトロルミネセンス（ＥＬ）表示装置および無機エレクトロルミネセンス表示装置、ＭＥＭＳ表示装置等の表示装置、イメージセンサー装置等の撮像装置、画像入力装置、指紋読み取り装置、半導体メモリ等の種々の電子装置にも適用される。
１ 基板
３ ゲート電極
４ ゲート絶縁層
５ 酸化物半導体層（活性層）
５ｓ ソースコンタクト領域
５ｄ ドレインコンタクト領域
５ｃ チャネル領域
７Ｓ ソース電極
７Ｄ ドレイン電極
７ａ 主層
７Ｕ 上層
７Ｌ 下層
８ Ｃｕ酸化膜
９ 金属酸化膜
１０ Ｃｕ合金酸化膜
１１ 層間絶縁層
１２ 第１絶縁層
１３ 第２絶縁層
１５ 共通電極
１７ 第３絶縁層
１９ 透明導電層（画素電極）
１０１、２０１、３０１ 酸化物半導体ＴＦＴ
１００Ａ、１００Ｂ、２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、３００ 半導体装置
ＣＨ１、ＣＨ２ コンタクトホール

Claims (10)

  1. 基板と、
    前記基板に支持された薄膜トランジスタであって、ゲート電極、酸化物半導体層、前記ゲート電極と前記酸化物半導体層との間に形成されたゲート絶縁層、および、前記酸化物半導体層の上面と接するソース電極およびドレイン電極を含む薄膜トランジスタと、
    前記薄膜トランジスタを覆い、かつ、前記薄膜トランジスタのチャネル領域と接するように配置された層間絶縁層と、
    前記層間絶縁層上に配置された透明導電層と、
    アライメントマーク部と
    を備え、
    前記ソース電極および前記ドレイン電極は、それぞれ、銅層を有し、
    前記ソース電極および前記ドレイン電極と前記層間絶縁層との間に配置された銅酸化膜をさらに備え、
    前記層間絶縁層は、前記銅酸化膜を介して前記ドレイン電極を覆っており、
    前記透明導電層は、前記層間絶縁層に形成された第１のコンタクトホール内で、前記銅酸化膜を介さずに、前記ドレイン電極の前記銅層と直接接しており、
    前記アライメントマーク部は、前記ソース電極および前記ドレイン電極と同一の導電膜から形成されたマーク層を有し、
    前記マーク層の上面の一部は前記銅酸化膜で覆われており、
    前記層間絶縁層は、前記銅酸化膜を介して前記マーク層の前記上面の前記一部と接し、かつ、前記マーク層上に開口部を有しており、
    前記基板の法線方向から見たとき、前記マーク層の前記上面のうち前記開口部と重なる部分には前記銅酸化膜が配置されていない、半導体装置。
  2. 前記銅酸化膜は、前記ソース電極および前記ドレイン電極における前記銅層と接しており、
    前記銅層と前記透明導電層との界面は、前記銅層と前記層間絶縁層との界面よりも平坦である請求項１に記載の半導体装置。
  3. 前記基板の表面の法線方向から見たとき、前記第１のコンタクトホールにおいて、前記銅酸化膜の端部は前記層間絶縁層の端部よりも外側に位置している請求項１または２に記載の半導体装置。
  4. 前記銅酸化膜の厚さは１０ｎｍ以上７０ｎｍ以下である請求項１から３のいずれかに記載の半導体装置。
  5. 前記銅酸化膜は、前記銅層の表面が酸化処理に曝されることによって形成された酸化膜である請求項１から４のいずれかに記載の半導体装置。
  6. 前記ソース電極および前記ドレイン電極は、それぞれ、前記銅層の前記基板側に配置され、かつ、前記酸化物半導体層と接する下層をさらに有し、前記下層はチタンまたはモリブデンを含む請求項１に記載の半導体装置。
  7. 前記基板上に形成された端子部をさらに備え、
    前記端子部は、
    前記ソース電極および前記ドレイン電極と同一の導電膜から形成されたソース接続層と、
    前記ソース接続層上に延設された前記層間絶縁層と、
    前記透明導電層と同一の透明導電膜から形成された上部導電層と
    を有し、
    前記ソース接続層の上面の一部は前記銅酸化膜で覆われており、
    前記層間絶縁層は、前記銅酸化膜を介して前記ソース接続層を覆っており、
    前記上部導電層は、前記層間絶縁層に形成された第２のコンタクトホール内で、前記銅酸化膜を介さずに、前記ソース接続層と直接接している請求項１から６のいずれかに記載の半導体装置。
  8. 前記薄膜トランジスタはチャネルエッチ構造を有する請求項１から７のいずれかに記載の半導体装置。
  9. 前記酸化物半導体層はＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系半導体を含む請求項１から８のいずれかに記載の半導体装置。
  10. 前記酸化物半導体層は結晶質部分を含む請求項９に記載の半導体装置。
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