(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の一の面に設けられた導電配線と、
前記導電配線に電気的に接続された薄膜トランジスタと、
を具備し、
前記導電配線は、銅層あるいは銅合金層が第１導電性金属酸化物層と第２導電性金属酸化物層とによって挟持された３層構成を有し、
前記第１導電性金属酸化物層及び前記第２導電性金属酸化物層は、酸化インジウムを含み、
前記薄膜トランジスタは、酸化物半導体で構成されたチャネル層を有し、
前記酸化物半導体は、酸化インジウムと、酸化アンチモンと、前記酸化インジウム及び前記酸化アンチモンの各々の量より少ない量を有する酸化セリウムとを含む複合酸化物であり、
前記酸化物半導体において、酸素をカウントしない元素の合計を１００ａｔ％とすると、インジウム及びアンチモンの各々の量は４０ａｔ％以上である半導体装置。
【請求項２】
前記酸化物半導体において、
酸素をカウントしない、インジウム、アンチモン、及びセリウムの合計を１００ａｔ％とすると、
インジウム及びアンチモンの各々の量は４５ａｔ％以上４９．８ａｔ％以下の範囲内にあり、セリウムの量は１０ａｔ％以下０．４ａｔ％以上の範囲内にある、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記薄膜トランジスタは、
前記チャネル層が接触するとともに、少なくとも酸化セリウムを含む絶縁膜を有する、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記銅合金層は、銅に固溶する第１元素と、銅及び前記第１元素より電気陰性度が小さい第２元素とを含み、
前記第１元素及び前記第２元素は、銅に添加する場合の比抵抗上昇率が１μΩｃｍ／ａｔ％以下の元素であり、
前記銅合金層の比抵抗は、１．９μΩｃｍから６μΩｃｍの範囲内にある、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記銅合金層において、前記第１元素は亜鉛であり、前記第２元素はカルシウムであり、
銅、亜鉛、及びカルシウムの合計を１００ａｔ％とすると、
前記銅合金層は、
０．２ａｔ％以上５．０ａｔ％以下の範囲内で前記第１元素を含有し、
０．２ａｔ％以上５．０ａｔ％以下の範囲内で前記第２元素を含有し、
残部として銅を含有する、請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第１導電性金属酸化物層及び前記第２導電性金属酸化物層は、
主たる導電性金属酸化物として酸化インジウムを含有するとともに、酸化アンチモン、酸化亜鉛、及び酸化ガリウムから構成される群より選択される１種以上を含有する導電性金属酸化物である、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項７】
請求項１に記載の半導体装置を備える表示装置。
【請求項８】
銅層あるいは銅合金層が第１導電性金属酸化物層と第２導電性金属酸化物層とによって挟持された３層構成を有する導電配線で形成されたアンテナを備え、
前記第１導電性金属酸化物層及び前記第２導電性金属酸化物層は、酸化インジウムを含む、請求項７に記載の表示装置。
【請求項９】
請求項１に記載の半導体装置の製造に用いられるスパッタリングターゲットであって、
主材として酸化インジウム及び酸化アンチモンを含有し、かつ、安定化剤として酸化セリウムを有する複合酸化物を含有し、
前記複合酸化物において、酸素をカウントしない、インジウム、アンチモン、及びセリウムの合計を１００ａｔ％とすると、
インジウム及びアンチモンの各々の量は４５ａｔ％以上４９．８ａｔ％以下の範囲内にあり、セリウムの量は１０ａｔ％以下０．４ａｔ％以上の範囲内にある、スパッタリングターゲット。
【請求項１０】
請求項１に記載の半導体装置を構成する銅合金層の形成に用いられるスパッタリングターゲットであって、
銅に固溶する第１元素と、銅及び前記第１元素より電気陰性度が小さい第２元素とを含み、
前記第１元素は亜鉛であり、前記第２元素はカルシウムであり、
銅、亜鉛、及びカルシウムの合計を１００ａｔ％とすると、
前記第１元素の含有量は０．２ａｔ％以上５．０ａｔ％以下の範囲内にあり、
前記第２元素の含有量は０．２ａｔ％以上５．０ａｔ％以下の範囲内にあり、
前記第１元素及び前記第２元素を除く残部は銅を含有する、スパッタリングターゲット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置、表示装置、及びスパッタリングターゲットに関する。
【背景技術】
【０００２】
チャネル層として酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタは、シリコン半導体と比較してリーク電流が２桁ほど小さく、省電力のデバイスとして注目されている。また、このような薄膜トランジスタは、高電圧に対する耐性を有するため、パワー半導体素子に用いることも注目されている。【０００３】
また、シリコン半導体を用いた回路構成、或いは、酸化物半導体を用いた回路構成において、上記のようなデバイス内における回路構成素子を電気的に接続する導電配線として、低抵抗の導電配線が望まれている。アルミニウムの電気抵抗率（比抵抗）は、２．７μΩｃｍであり、銅の電気抵抗率は１．７μΩｃｍであるため、低抵抗の導電配線として、アルミニウム配線から銅配線に切り替えることが試みられている。近年では、より良好な導電性を有する銅配線が望まれている。【０００４】
例えば、特許文献１には、インジウム及び亜鉛を含む酸化物層で挟持された銅層を備える金属配線が提供されている。酸化亜鉛の含有量は、１０重量％以上３５重量％未満とされている。特許文献１の段落［００５０］には、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、インジウム酸化物（ＩｎＯ）等と表記されている。特許文献１の請求項１では、酸化物に含まれる金属元素であるインジウムに関する具体的な記載がなく、また、金属元素の定義が示されていないため、金属元素の原子比（ａｔ％）が明確ではない。仮に、インジウム酸化物（ＩｎＯ）で換算した場合、酸化亜鉛の含有量の下限値１０重量％での酸化物層における原子比は、約１５ａｔ％となる。インジウム元素と亜鉛元素の合計に対して亜鉛元素の量が１０ａｔ％を超えてくると、耐アルカリ性が大きくなり、オーミックコンタクトが得られ難くなる。亜鉛元素の量が多いほど、このような傾向は顕著となる。また、亜鉛元素の量が１０ａｔ％を超えてくると、酸化亜鉛及び酸化インジウムを含む複合酸化物の表面抵抗が低下してしまい、このような金属配線を基板等に電気的に実装する工程において障害となる。特許文献１には、このような課題が開示されていない。また、特許文献１には、銅のマイグレーションや拡散の問題については、何ら開示されていない。【０００５】
一方、ガラス基板やシリコン基板に対する銅の密着性を改善する技術として、亜鉛（Ｚｎ）、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、マンガン（Ｍｎ）等を合金元素として銅に添加する方法が、特許文献２及び特許文献３に開示されている。しかしながら、特許文献２及び特許文献３においては、ガラス基板あるいは薄膜トランジスタを構成する半導体層に銅合金が直接的に接触する構成が採用されているため、銅層（銅合金層）の下地（下地層、ガラス基板や半導体層）に対して銅元素が拡散することを完全に抑制することができない問題がある。更に、特許文献２及び特許文献３には、当然ながら、銅合金層を導電性金属酸化物層で挟持するような３層構成は開示されていない。【０００６】
また、銅合金を用いて基板に直接的に形成された導電配線に関し、例えば、１０μｍ幅以下の線幅（細線）を有するように導電配線を形成した場合、その製造工程で基板から導電配線が剥がれることがある。例えば、ウエットエッチング工程で形成された導電配線は、ウエットエッチング工程以降に行われる洗浄工程や半導体パターン工程等の現像工程において、静電破壊に起因する部分的な剥がれ（導電配線の欠けや断線）が生じることがある。導電配線の線幅が細くなるほど、導電配線が剥がれる傾向が顕著となる。このような製造工程における課題は、特許文献１、特許文献２、及び特許文献３には開示されていない。【０００７】
特許文献４には、酸化物半導体膜として、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｓｂ等の元素が開示されている。しかしながら、段落［００３０］の開示では、Ｉｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｉｎ−Ｚｎ系を除いて酸化物半導体組成が詳細に記載されておらず、例えば、酸化アンチモンあるいは酸化セリウムを用いた場合の作用や効果の記載はない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】日本国特開２０１４−７８７００号公報
【特許文献２】日本国特開２０１１−９１３６４号公報
【特許文献３】日本国特許第５０９９５０４号公報
【特許文献４】日本国特開２００７−７３７０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
アルミニウム配線は、低抵抗配線であり、アルミニウムが不動態化することで実用的な信頼性を有する。このため、機能デバイスに用いられる導電配線としてアルミニウム配線は多用されている。しかしながら、純度が高く、導電性に優れたアルミニウム配線を有する機能デバイスの製造過程における熱履歴、或いは、長期的な保存等に起因して、アルミニウム配線の表面にヒロック（半球状等の突起物）が発生しやすく、絶縁不良等の信頼性低下が生じやすい。ヒロックが発生するといった問題を解消するためにＮｄ（ネオジム）やＴａ（タンタル）等の金属が少量添加されたアルミニウム合金が一般的に用いられている。【００１０】
高純度アルミニウムは、２．７μΩｃｍの電気抵抗率を有するが、ＮｄやＴａをアルミニウムに添加することによる電気抵抗率の増加は、各々、３．７μΩｃｍ／ａｔ％、８．６μΩｃｍ／ａｔ％である。換言すれば、Ｎｄをアルミニウムに１ａｔ％添加することで、アルミニウム合金（Ａｌ−Ｎｄ系合金）の電気抵抗率は、計算上、６．４μΩｃｍとなり、高純度アルミニウムに比較して電気抵抗率が悪化する。なお、一般的に、アルミニウム合金配線における目標の電気抵抗率は、６μΩｃｍ以下とされている。【００１１】
銅合金配線は、耐アルカリ性の観点で、アルミニウム合金配線より優れている。このような耐薬品性の観点から見ても、機能デバイスに用いられる導電配線として銅合金配線を採用することが要求されている。更に、アルミニウムやアルミニウム合金は、ＩＴＯ等の透明電極に対するオーミックコンタクトが得られない。このため、オーミックコンタクトの観点から見ても、機能デバイスに用いられる導電配線として銅や銅合金を採用することが期待されている。【００１２】
アルミニウムと比較し、高純度の銅は１．７μΩｃｍの電気抵抗率を有しており、アルミニウム合金配線に代わる導電配線として銅配線は期待されている。しかしながら、銅配線は、銅が拡散しやすく信頼性低下をもたらすこと、および、銅の表面は不動態化せずに、銅酸化物が経時的に形成され、銅酸化物の量が増加するといった欠点を有する。銅の表面に形成される銅酸化物の膜厚が増加すると、表面抵抗が高くなり、銅配線を基板等に電気的に実装する工程で問題が生じる。銅配線における銅酸化物の形成は、銅配線の表面抵抗が増加するだけでなく、コンタクト抵抗のバラツキに起因して薄膜トランジスタの閾値電圧（Ｖｔｈ）が変動（バラツキ）するため好ましくない。電極等に対する銅配線や銅合金配線の電気的な実装では、配線表面の銅酸化物を除去するためにキレート洗浄のような前処理を必要としていた。【００１３】
電子デバイスでは、銅の特性に起因する基本的な課題である銅の拡散を抑制する目的のため、銅をチタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）等の高融点金属で挟持する３層構成、あるいは２層構成を用いることが多い。しかしながら、これら高融点金属は、銅と一括して（１液のエッチャントを用いて１回で）パターニング（パターン形成）することが困難である。銅をパターン形成する際に用いられるエッチング液とは異なるエッチング液でＴｉやＭｏ等のパターニングを行うこと、あるいは、ドライエッチングによりパターニングを行うことが多い。例えば、液晶表示装置では、酸化シリコン等の絶縁層上に、チタン／銅の２層構成を有する配線を形成することがある。【００１４】
さらに、回路を形成する工程や、表示装置を構成する薄膜トランジスタのマトリクスを形成する工程では、回路素子や薄膜トランジスタの接続点（パッド等）と、接続点の上部に位置する配線との間で、スルーホールを介して、電気的なコンタクトを取る必要がある。このとき、上記した高融点金属の表面あるいは銅の表面に銅酸化物層が形成されているため、高いコンタクト抵抗が生じることが多い。換言すれば、従来の銅配線では、電気的実装に必要なオーミックコンタクトを得ることが難しい。加えて、空気に露出された銅薄膜は、熱処理において異常成長し、薄膜の表面において疎化が生じやすくなり、電気抵抗率を悪化させやすい。【００１５】
加えて、ＩＧＺＯと呼称される酸化インジウムと酸化ガリウムと酸化亜鉛とを含む複合酸化物で形成されたチャネル層（酸化物半導体層）は、結晶化による信頼性を確保するため、４００℃から７００℃の温度範囲で熱処理を行うことが多い。液晶表示装置等の製造工程では、この熱処理のときに、チタン及び銅の相互拡散が発生し、銅配線の導電率が大幅に悪化することが多い。熱処理を行わない場合では、ＩＧＺＯで形成されたチャネル層において経時変化による閾値電圧（Ｖｔｈ）の変動があり、実用的でない。経時変化による閾値電圧（Ｖｔｈ）の変動に関し、酸化物半導体層における酸素欠陥等の不純物準位の変化は、酸化物半導体層に吸蔵されている水素の影響と考えられている。チタンやチタン窒化物は、水素を吸蔵しやすく、金属電極や金属配線に含まれる水素によるトランジスタ特性変化も予想される。さらに、ソース電極やゲート電極がチタンや銅で形成される場合、チャネル層と接触するチタン等の金属が、チャネル層（酸化物半導体層）を形成する酸化物半導体を還元し、トランジスタ特性を低下させることがあった。ＩＧＺＯ等で形成されたチャネル層を備える薄膜トランジスタの製造工程では、銅配線の導電率を悪化させない低温プロセスが要求されている。【００１６】
また、酸化インジウムや酸化アンチモンは、スパッタリング等の真空成膜において、酸素欠損を生じることがあり、十分な半導体特性を得にくい。さらに、酸化インジウムや酸化アンチモンを含む酸化物半導体で形成されたチャネル層は、ウエットエッチング等の製造プロセスを用いてソース電極等を形成する工程において、エッチングダメージを受けやすい。ウエットエッチングに用いるエッチャントの影響を受けにくい酸化物半導体が要求されている。【００１７】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、銅配線を用いても良好な信頼性を有し、かつ、容易に製造することができる半導体装置、表示装置、及びスパッタリングターゲットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の第１態様に係る半導体装置は、基板と、前記基板の一の面に設けられた導電配線と、前記導電配線に電気的に接続された薄膜トランジスタと、を具備し、前記導電配線は、銅層あるいは銅合金層が第１導電性金属酸化物層と第２導電性金属酸化物層とによって挟持された３層構成を有し、前記第１導電性金属酸化物層及び前記第２導電性金属酸化物層は、酸化インジウムを含み、前記薄膜トランジスタは、酸化物半導体で構成されたチャネル層を有し、前記酸化物半導体は、酸化インジウムと、酸化アンチモンと、前記酸化インジウム及び前記酸化アンチモンの各々の量より少ない量を有する酸化セリウムとを含む複合酸化物であり、前記酸化物半導体において、酸素をカウントしない元素の合計を１００ａｔ％とすると、インジウム及びアンチモンの各々の量は４０ａｔ％以上である。【００１９】
本発明の第１態様に係る半導体装置においては、前記酸化物半導体において、酸素をカウントしない、インジウム、アンチモン、及びセリウムの合計を１００ａｔ％とすると、インジウム及びアンチモンの各々の量は４５ａｔ％以上４９．８ａｔ％以下の範囲内にあり、セリウムの量は１０ａｔ％以下０．４ａｔ％以上の範囲内にあってもよい。【００２０】
本発明の第１態様に係る半導体装置においては、前記薄膜トランジスタは、前記チャネル層が接触するとともに、少なくとも酸化セリウムを含む絶縁膜を有してもよい。【００２１】
本発明の第１態様に係る半導体装置においては、前記銅合金層は、銅に固溶する第１元素と、銅及び前記第１元素より電気陰性度が小さい第２元素とを含み、前記第１元素及び前記第２元素は、銅に添加する場合の比抵抗上昇率が１μΩｃｍ／ａｔ％以下の元素であり、前記銅合金層の比抵抗は、１．９μΩｃｍから６μΩｃｍの範囲内にあってもよい。【００２２】
本発明の第１態様に係る半導体装置においては、前記銅合金層において、前記第１元素は亜鉛であり、前記第２元素はカルシウムであり、銅、亜鉛、及びカルシウムの合計を１００ａｔ％とすると、前記銅合金層は、０．２ａｔ％以上５．０ａｔ％以下の範囲内で前記第１元素を含有し、０．２ａｔ％以上５．０ａｔ％以下の範囲内で前記第２元素を含有し、残部として銅を含有してもよい。【００２３】
本発明の第１態様に係る半導体装置においては、前記第１導電性金属酸化物層及び前記第２導電性金属酸化物層は、主たる導電性金属酸化物として酸化インジウムを含有するとともに、酸化アンチモン、酸化亜鉛、及び酸化ガリウムから構成される群より選択される１種以上を含有する導電性金属酸化物であってもよい。【００２４】
本発明の第２態様に係る表示装置は、第１態様に係る半導体装置を備える。【００２５】
本発明の第２態様に係る表示装置においては、銅層あるいは銅合金層が第１導電性金属酸化物層と第２導電性金属酸化物層とによって挟持された３層構成を有する導電配線で形成されたアンテナを備え、前記第１導電性金属酸化物層及び前記第２導電性金属酸化物層は、酸化インジウムを含んでもよい。【００２６】
本発明の第３態様に係るスパッタリングターゲットは、第１態様に係る半導体装置の製造に用いられるスパッタリングターゲットであって、主材として酸化インジウム及び酸化アンチモンを含有し、かつ、安定化剤として酸化セリウムを有する複合酸化物を含有し、前記複合酸化物において、酸素をカウントしない、インジウム、アンチモン、及びセリウムの合計を１００ａｔ％とすると、インジウム及びアンチモンの各々の量は４５ａｔ％以上４９．８ａｔ％以下の範囲内にあり、セリウムの量は１０ａｔ％以下０．４ａｔ％以上の範囲内にある。【００２７】
本発明の第４態様に係るスパッタリングターゲットは、第１態様に係る半導体装置を構成する銅合金層の形成に用いられるスパッタリングターゲットであって、銅に固溶する第１元素と、銅及び前記第１元素より電気陰性度が小さい第２元素とを含み、前記第１元素は亜鉛であり、前記第２元素はカルシウムであり、銅、亜鉛、及びカルシウムの合計を１００ａｔ％とすると、前記第１元素の含有量は０．２ａｔ％以上５．０ａｔ％以下の範囲内にあり、前記第２元素の含有量は０．２ａｔ％以上５．０ａｔ％以下の範囲内にあり、前記第１元素及び前記第２元素を除く残部は銅を含有する。
【発明の効果】
【００２８】
上述した本発明の態様によれば、高い導電率を有する導電配線を用い、低温プロセスで形成することが可能であり、特性が安定した薄膜トランジスタを具備する半導体装置、表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体装置を備える表示装置を部分的に示す断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る半導体装置を備える表示装置を部分的に示す平面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る半導体装置を部分的に示す断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る半導体装置を構成する構成要素である導電配線を部分的に示す断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造に用いられるスパッタリングターゲットが設置されたスパッタリング装置を示す概略構成図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る半導体装置を備える表示装置を構成する制御部（映像信号制御部、システム制御部、及びタッチセンシング制御部）及び表示部を示すブロック図である。
【図７】本発明の第２実施態様に係る半導体装置を備えた表示装置を部分的に示す断面図である。
【図８】本発明の第２実施態様に係る表示装置を構成するアレイ基板（第１基板）を部分的に示す断面図であり、アレイ基板に形成された駆動トランジスタ及び有機ＥＬの発光層を説明する図である。
【図９】本発明の第２実施態様に係る表示装置を観察者から見た図であって、表示装置基板（第２基板）に形成された、第１導電配線、第２導電配線、第１アンテナユニット、第２アンテナユニット、制御部等の回路を示す平面図である。
【図１０】本発明の第２実施態様に係る表示装置を構成するアレイ基板（第１基板）に形成された、第３アンテナユニット、第４アンテナユニット、ソース信号スイッチング回路、ゲート信号スイッチング回路、有機ＥＬを駆動する駆動トランジスタ等の回路を示す平面図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係る半導体装置を備える表示装置を構成する表示装置基板に形成された第１アンテナユニットを拡大して示す部分平面図である。
【図１２】本発明の第２実施形態に係る半導体装置を備える表示装置を構成する表示装置基板に形成された第１アンテナユニットを示す図であって、図１１に示すＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【図１３】本発明の第２実施形態に係る半導体装置を備える表示装置を構成する表示装置基板に形成された第１アンテナユニットと、アレイ基板に形成された第３アンテナユニットの重なりを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
本発明の実施形態では、チャネル層として酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタを備える半導体装置、電気抵抗（比抵抗）が低くかつコンタクト抵抗の低い３層構成を有する銅合金配線を用いた半導体装置、このような半導体装置が適用された表示装置について説明する。加えて、上記半導体装置の製造に用いられる新規なスパッタリングターゲットについて説明する。
【００３１】
以下の説明において、同一又は実質的に同一の機能及び構成要素には、同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化し、或いは、必要な場合のみ説明を行う。各図においては、各構成要素を図面上で認識し得る程度の大きさとするため、各構成要素の寸法及び比率を実際のものとは適宜に異ならせてある。また、必要に応じて、図示が難しい要素、例えば、表示装置を構成する絶縁層、バッファ層、半導体のチャネル層を形成する複数層の構成、薄膜トランジスタの数、また、導電層を形成する複数層の構成、液晶層に初期配向を付与する配向膜、偏光フィルム、位相差フィルム等の光学フィルム、保護用のカバーガラス、バックライト等の図示が省略されている。
【００３２】
本発明の実施形態に係る半導体装置に適用可能な基板としては、シリコン、炭化シリコン、シリコンゲルマニウム等の半導体基板、無アルカリガラス等のガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板、ポリイミドやポリアミドのようなプラスチック基板等を適用することができる。半導体装置に適用される基板には、薄膜トランジスタや導電性金属酸化物層を形成する前に、酸化シリコンや酸化窒化シリコンのような絶縁膜を形成してもよい。半導体装置を反射型の表示装置に適用する場合、基板上に、銀合金の薄膜を形成してもよい。以下の記載において、基板を、第１基板、第２基板と呼称することがある。
【００３３】
第１基板や第２基板、また、第１導電配線、第２導電配線、第３導電配線等に用いられる「第１」や「第２」等の序数詞は、構成要素の混同を避けるために付しており、数量を限定しない。第１導電配線、第２導電配線、第３導電配線は、以下の記載で、単に導電配線と呼称することがある。
【００３４】
第１導電性金属酸化物層及び第２導電性金属酸化物層は、以下の説明において、単に導電性金属酸化物層と略称することがある。本発明の実施形態に係る表示装置は、静電容量方式によるタッチセンシング機能を有することができる。後述するように、第１導電配線や第３導電配線等の導電配線は、タッチセンシングの検出配線や駆動配線として用いることができる。以下の記載において、タッチセンシングに関わる導電配線、電極、及び信号を、単に、タッチ配線、タッチ駆動配線、タッチ検出配線、タッチ電極、及びタッチ駆動信号と呼称することがある。タッチセンシング配線にタッチセンシングの駆動のために印加される電圧をタッチ駆動電圧と呼び、表示機能層である液晶層の駆動のために共通電極と画素電極間に印加される電圧を液晶駆動電圧と呼称する。有機ＥＬ層を駆動する電圧を有機ＥＬ駆動電圧と呼称する。共通電極に接続される導電配線はコモン配線と呼称することがある。
【００３５】
以下に記載する「平面視」とは、観察者（後述する符号ＯＢ）が表示装置の表示面（表示装置用基板の平面）を観察する方向から見た平面を意味する。本発明の実施形態に係る表示装置の表示部の形状、又は画素を規定する画素開口部の形状、表示装置を構成する画素数は限定されない。ただし、以下に詳述する実施形態では、平面視、画素開口部の短辺の方向をＸ方向と規定し、長辺の方向（長手方向）をＹ方向と規定し、更に、基板の厚さ方向をＺ方向と規定し、表示装置を説明する。以下の実施形態において、上記のように規定されたＸ方向とＹ方向を切り換えて、表示装置を構成してもよい。
【００３６】
（第１実施形態）
（表示装置ＤＳＰ１の構造）
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置を備える表示装置ＤＳＰ１を部分的に示す断面図である。図２は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置を備える表示装置を部分的に示す平面図である。
表示装置ＤＳＰ１は、第１基板１と、第２基板２と、第１基板１及び第２基板２によって挟持された液晶層４とを備える液晶表示装置である。
【００３７】
第１基板１上には、第１絶縁層４１、第２絶縁層４２、第３絶縁層４３が積層されている。後述するように、第１絶縁層４１と第２絶縁層４２との間には薄膜トランジスタ３９（半導体装置３）が設けられている。第３絶縁層４３上には画素電極９が形成されており、第３絶縁層４３に設けられたコンタクトホール４５（図３参照）を通じて、画素電極９は薄膜トランジスタ３９に電気的に接続されている。画素電極９は、例えば、ＩＴＯ等と呼称される透明導電膜である。画素電極９は、有機ＥＬ装置や反射型表示装置の場合では、銀合金やアルミニウム等の光反射性の反射電極とすることができる。画素電極９は、後述する画素開口部１４に対応する位置に設けられている。画素電極９及び薄膜トランジスタ３９は、平面視、マトリクス状に形成されている（例えば、図１０参照）。
【００３８】
第１基板１に対向する第２基板２の面には、複数の画素開口部１４が規定されている。複数の画素開口部１４の各々には、赤画素Ｒ、緑画素Ｇ、及び青画素Ｂが設けられている。
互いに隣接する画素の間、即ち、図１に示す例においては、赤画素Ｒと緑画素Ｇとの間、青画素Ｂと赤画素Ｒとの間に、ブラックマトリクスＢＭが設けられている。また、図２に示すように、赤画素Ｒ、緑画素Ｇ、及び青画素Ｂは、ブラックマトリクスＢＭによって格子状に区画されており、カラーフィルタを構成している。カラーフィルタ上には透明樹脂であるオーバーコート層ＯＣが積層されている。オーバーコート層ＯＣ上には、ＩＴＯである透明電極８が形成されている。
【００３９】
第１基板１と第２基板２との間には、液晶層４が挟持されている。薄膜トランジスタ３９がスイッチング駆動することで、透明電極８と画素電極９との間に電圧が印加され、この印加電圧によって液晶層４は駆動する。
図１に示す表示装置ＤＳＰ１は、縦電界（画素電極９と透明電極８との間に印加される電圧）で駆動されるが、ＩＰＳ、ＦＦＳといった横電界方式の液晶表示装置であってもよい。
【００４０】
（半導体装置）
図３は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置３を部分的に示す断面図である。
半導体装置３は、第１基板１と、第１基板１上（基板の一の面上）に設けられた導電配線と、導電配線に電気的に接続された薄膜トランジスタ３９とを具備する。具体的に、半導体装置３においては、第１基板１上に、酸化窒化シリコンで構成される第１絶縁層４１が形成され、第１絶縁層４１上にはゲート電極３８（導電配線）が形成されている。さらに、第１絶縁層４１上には、ゲート電極３８を覆うように、ゲート絶縁膜である第２絶縁層４２が形成されている。第２絶縁層４２上には、酸化物半導体であるチャネル層３５、ドレイン電極３７（導電配線）、及びソース電極３６（導電配線）が形成されている。さらに、第２絶縁層４２上には、チャネル層３５、ドレイン電極３７、及びソース電極３６を覆うように、第３絶縁層４３が形成されている。ゲート電極３８、第２絶縁層４２、チャネル層３５、ドレイン電極３７、及びソース電極３６は、薄膜トランジスタ３９を構成する。
【００４１】
ソース電極３６は、図３の紙面に対し垂直方向（Ｙ方向）に延びるソース配線３１（導電配線）と電気的に接続されている。ゲート電極３８は、図３の紙面において奥側に位置するゲート配線（導電配線）と電気的に接続されている。互いに向かい合うドレイン電極３７の端部とソース電極３６の端部との距離は、チャネル長Ｌである。チャネル長Ｌを短く設定することで、薄膜トランジスタ３９によるスイッチング動作の立ち上がりを急峻にすることができる。薄膜トランジスタ３９を構成するドレイン電極３７は、第３絶縁層４３上に形成された画素電極９とコンタクトホール４５を介して電気的に接続されている。
【００４２】
図４は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置を構成するゲート電極３８を部分的に示す断面図である。
第１絶縁層４１上において、ゲート電極３８は、第１導電性金属酸化物層１１と第２導電性金属酸化物層１２とによって銅合金層１３が挟持された３層構成を有する。図４においては、ゲート電極３８の配線構造を示しているが、このような３層構成を有する導電配線の構造は、ゲート配線、ソース配線３１、ドレイン電極３７、ソース電極３６、にも適用される。
【００４３】
更に、第１導電性金属酸化物層１１と銅合金層１３と第２導電性金属酸化物層１２の３層構成を有する導電配線は、薄膜トランジスタ３９を構成する配線や電極以外に、第１基板１上や第２基板２上に形成される配線にも適用される。例えば、導電配線は、基板上に形成される電子回路（駆動回路等）を構成する配線、電子回路から薄膜トランジスタ３９に向けて延びる引き回し配線、タッチセンシング配線、アンテナ配線、遮光パターン等にも用いることができる。
【００４４】
導電配線は、実装に不可欠なオーミックコンタクトが容易に得られるため、スルーホールを利用した多層配線に適用することができる。導電性金属酸化物層の膜厚は、例えば、１０ｎｍから１００ｎｍの範囲から選択できる。銅合金層の膜厚は、例えば、５０ｎｍから５００ｎｍの範囲から選択できる。これら導電性金属酸化物層や銅合金層１３の成膜は、スパッタリング等の真空成膜が好ましい。電気的実装のため、端子部の銅合金層１３の部分には、メッキを施してもよい。
【００４５】
（銅合金層）
以下、銅合金層について具体的に説明する。
銅合金層１３は、銅に固溶する第１元素と、銅及び第１元素より電気陰性度が小さい第２元素とを含む。第１元素及び前記第２元素は、銅に添加する場合の比抵抗上昇率が１μΩｃｍ／ａｔ％以下の元素である。銅合金層１３の電気抵抗率は、１．９μΩｃｍから６μΩｃｍの範囲内にある。
本発明の実施形態に係る銅と固溶する元素とは、例えば、車載向け含む電子機器の使用範囲である−（マイナス）４０℃から＋（プラス）８０℃の温度領域で、安定して銅との置換型固溶をとる元素であると言い換えることができる。
【００４６】
上記温度範囲（電子機器の使用範囲）かつ銅合金に添加される元素量の範囲において、銅の結晶構造の中で銅原子の位置に置換できる元素を、「置換型固溶をとる元素」と判断する。また、元素（複数種でもよい）の銅への添加量は、銅合金の電気抵抗率（比抵抗と同義）が６μΩｃｍを超えない範囲であればよい。マトリクス母材を銅とする場合に、銅に対し、広い固溶域を有する金属は、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、ガリウム（Ｇａ）、パラジウム（Ｐｄ）、マンガン（Ｍｎ）が例示できる。アルミニウム（Ａｌ）は広くはないが、銅に対する固溶域を有する。
【００４７】
銅合金に添加される元素として電気抵抗率の小さい添加元素（銅の合金元素）は、パラジウム（Ｐｄ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ベリリウム（Ｂｅ）、金（Ａｕ）、カルシウム（Ｃａ）、カドミウム（Ｃｄ）、亜鉛（Ｚｎ）、銀（Ａｇ）が挙げられる。これら元素は、純銅に対し１ａｔ％添加したときの電気抵抗率の増加が、ほぼ１μΩｃｍ以下となる。カルシウム（Ｃａ）、カドミウム（Ｃｄ）、亜鉛（Ｚｎ）、銀（Ａｇ）の電気抵抗率の増加は、０．４μΩｃｍ／ａｔ％以下であるので、合金元素として好ましい。経済性及び環境負荷を考慮すると、亜鉛及びカルシウムを合金元素として用いることが好ましい。亜鉛及びカルシウムは、各々、５ａｔ％まで、銅への合金元素として添加することができる。
【００４８】
上記添加量の範囲に基づき、カルシウムの添加量を増やしたり、亜鉛の添加量を減らしたり、亜鉛及びカルシウムの添加量を増減してもよい。銅に対する亜鉛及びカルシウムの添加による効果に関し、各々、０．２ａｔ％以上の添加量において顕著な効果が得られる。
純粋な銅に対して亜鉛及びカルシウムを合計０．４ａｔ％添加した銅合金の電気抵抗率は、約１．９μΩｃｍとなる。従って、本発明の実施形態に係る銅合金層１３の電気抵抗率の下限は、１．９μΩｃｍとなる。なお、カルシウム（Ｃａ）、カドミウム（Ｃｄ）、亜鉛（Ｚｎ）、銀（Ａｇ）を合金元素として用いた場合において、銅及び合金元素の合計元素数に対し、添加量が５ａｔ％を超えてくると銅合金の電気抵抗率が顕著に増加する。このため、添加量は少なくとも５ａｔ％未満であることが好ましい。
【００４９】
カルシウムは、銅に固溶しにくい性質を有する。本発明における電気抵抗率は、導電性金属酸化物で銅合金層１３を挟持する構成における値を意味する。後述するように、導電性金属酸化物で挟持されない銅合金層１３は、熱処理等を行うことで、電気抵抗率が悪化しやすい。例えば、ガラス等の基板上にチタン及び純銅が積層された２層構成（最表面は純銅）の場合、初期の銅配線の電気抵抗率が約２μΩｃｍであるが、その後、４００℃から５００℃の熱処理を施すと、電気抵抗率が４μΩｃｍ〜５μΩｃｍ程度に悪化することがある。このように電気抵抗率が悪化する理由は、高温の熱処理を行うことによって、銅とチタンとが相互に拡散し、かつ、銅が酸化するためと思われる。
【００５０】
電気陰性度は、原子（元素）が電子を引き寄せる強さの相対尺度である。この値の小さい元素ほど、陽イオンになりやすい。銅の電気陰性度は、１．９である。酸素の電気陰性度は、３．５である。電気陰性度の小さい元素には、アルカリ土類元素、チタン族元素、クロム族元素等が挙げられる。アルカリ元素の電気陰性度も小さいが、銅の近くにアルカリ元素や水分が存在すると、銅の拡散が増長される。このため、ナトリウムやカリウム等のアルカリ元素は、銅の合金元素としては使えない。
【００５１】
カルシウムの電気陰性度は、１．０と小さい。カルシウムを銅の合金元素として用いた場合、熱処理時などにおいてカルシウムが銅よりも先に酸化され、酸化カルシウムとなり、銅の拡散を抑えることが可能となる。本発明の実施形態に係る導電配線では、導電性金属酸化物層で覆われない銅合金層の露出面や、銅合金層と導電性金属酸化物層との界面に、選択的にカルシウム酸化物を形成させることが可能である。特に、導電性金属酸化物層で覆われない銅合金層の露出面にカルシウム酸化物を形成することが、銅の拡散の抑制、及び信頼性の向上に寄与する。本発明の実施形態に係る導電配線や銅合金層の導電率は、熱処理等アニーリングによって向上する。上述した電気陰性度は、ポーリングの電気陰性度の値で示した。本発明の実施形態に係る導電配線においては、導電配線の熱処理工程等によって、第２元素は、銅及び第１元素よりも先に酸化されて酸化物を形成することが好ましい。また、銅や銅合金に対する水素・酸素の混入を防ぐことが好ましい。
【００５２】
なお、本発明の実施形態において、「第１元素」は、銅より電気陰性度が小さくてもよい。「第２元素」は、銅に固溶域を持っていてもよい。銅よりも電気陰性度が小さく、かつ、銅に固溶域を持っているという２つの性質を持つ２種以上の元素を用いる場合、２種以上の元素のうち電気陰性度の小さい元素を「第２元素」とする。
【００５３】
例えば、第１元素は亜鉛であり、第２元素はカルシウムである。
具体的に、銅合金層１３の組成に関し、銅、亜鉛、及びカルシウムの合計を１００ａｔ％とすると、銅合金層１３は、０．２ａｔ％以上５．０ａｔ％以下の範囲内で第１元素を含有し、０．２ａｔ％以上５．０ａｔ％以下の範囲内で第２元素を含有し、残部として銅を含有する。
本実施形態において、例えば、銅合金層１３は、カルシウム２ａｔ％、亜鉛０．５ａｔ％、残部が銅と不可避不純物である銅合金を用いる。このような組成条件を有する銅合金層１３の電気抵抗率は、２．７μΩｃｍを例示できる。
【００５４】
銅合金層１３の電気抵抗率は、銅合金層１３の成膜方法やアニール条件によって、±３０％前後の変化があり得る。例えば、ガラス基板等に銅合金層１３が直接形成された構成では、成膜時の熱処理で、さらには、成膜後の熱処理で、銅合金層が酸化され（ＣｕＯ、酸化銅を形成する）、抵抗値が悪化することがある。また、銅合金層を構成する合金元素が低い濃度で添加されている銅合金、即ち、希薄合金においては、酸化銅の形成と共に、銅合金のグレインが大きくなり過ぎてしまう。このため、隙間を有する粗大なグレインバウンダリー（結晶粒界）が形成されてしまい、銅合金層の表面が粗くなり、抵抗値を悪化させることがある。
【００５５】
本発明の実施形態においては、銅合金層１３が第１導電性金属酸化物層１１と第２導電性金属酸化物層１２によって挟持された構成が採用されている。この構成では、熱処理（アニール）により電気抵抗率が改善されることが多い。換言すれば、本発明の実施形態において、銅合金層１３が導電性金属酸化物層で覆われることにより、銅合金層１３の表面酸化が抑制される。また、銅合金層１３の表面及び裏面に形成された導電性金属酸化物層による規制（アンカリング）によって、銅合金層のグレインが極端に粗大化することがなく、銅合金層１３の表面が粗くならない。銅合金層１３を構成する合金元素が低い濃度（例えば、０．２ａｔ％前後）で添加されている銅合金層１３であっても、結晶粒（グレイン）が大きくなり難く、グレインバウンダリーによるキャリア散乱（電気抵抗率の悪化）を抑制することができる。第１元素と第２元素とを合せて０．４ａｔ％以上を銅合金に添加することで、緻密な銅合金層１３を得ることができる。
【００５６】
電気抵抗率の悪化を抑制する効果に関し、特に、銅に添加される合金元素の比抵抗上昇率が１μΩｃｍ／ａｔ％以下の元素の場合であって、かつ、銅合金層１３が第１導電性金属酸化物層１１と第２導電性金属酸化物層１２によって挟持された構成の場合に、顕著な効果が得られやすい。
熱処理を行うことで、銅合金層１３と第１導電性金属酸化物層１１との界面に、及び、銅合金層１３と第２導電性金属酸化物層１２との界面に、また、導電性金属酸化物層で覆われない銅合金層１３の露出面（側面）に、カルシウム酸化物が形成される。カルシウム酸化物が銅合金層１３の表面や酸化物層との界面に形成されるので、銅の拡散が抑制され、信頼性の向上に寄与する。
【００５７】
また、本発明の実施形態に係る銅合金層１３においては、意図的に酸素（Ｏ）を含ませる必要はない。酸素を多く含む銅合金層は、例えば、水やアルカリの存在で、銅合金層にボイドを発生させ、銅合金層の信頼性を低下する懸念がある。
そこで、第１導電性金属酸化物層１１と銅合金層１３と第２導電性金属酸化物層１２の３層を、例えば、１８０℃以下の基板温度で連続成膜を行う。基板温度は、室温（２５℃）、さらには室温以下の温度に設定してもよい。また、チャネル層のパターンを形成した後における後工程で、例えば、１８０℃から３４０℃の低温アニーリングを施す。この低温アニールは、ソース配線やドレイン電極等の導電配線を形成する工程の前に行ってもよい。低温アニールにより、電気抵抗率を含む電気特性を改善することが可能である。
【００５８】
本発明の実施形態に係る半導体装置は、上記のように３４０℃以下の低温プロセスで形成することが可能である。また、基板材料として、樹脂基板、あるいは、０．４ｍｍ厚み以下のガラス等を用いた有機ＥＬ（エレクトロルミネセンス）表示装置や液晶表示装置に、本実施形態に係る半導体装置を適用することは、特に有効である。
【００５９】
銅合金層１３に用いる銅合金としては、上述した材料を用いることができる。第１実施形態における銅合金では、亜鉛の含有量を０．５ａｔ％とし、カルシウムの含有量を２．０ａｔ％とし、残部を銅及び不可避不純物とした。銅合金の膜厚は、規定されない。第１実施形態では、銅合金層１３の膜厚を２８０ｎｍとした。銅合金層１３の電気抵抗率は、後述するアニール（熱処理）後に２．７μΩｃｍであった。
また、本実施形態において、第１導電性金属酸化物層１１及び第２導電性金属酸化物層１２で挟持される銅合金層１３は、約１．９μΩｃｍから６μΩｃｍ範囲内の極めて小さな電気抵抗率に抑えることができる。
【００６０】
（導電性金属酸化物層）
導電性金属酸化物層は、主たる導電性金属酸化物として酸化インジウムを含有するとともに、酸化アンチモン、酸化亜鉛、及び酸化ガリウムから構成される群より選択される１種以上を含有する導電性金属酸化物である。
導電性金属酸化物層に含まれるインジウム（Ｉｎ）の量は、８０ａｔ％より多く含有させる必要がある。インジウム（Ｉｎ）の量は、８０ａｔ％より多いことが好ましい。インジウム（Ｉｎ）の量は、９０ａｔ％より多いことがさらに好ましい。インジウム（Ｉｎ）の量が８０ａｔ％より少ない場合、形成される導電性金属酸化物層の比抵抗が大きくなり、好ましくない。亜鉛（Ｚｎ）の量が２０ａｔ％を超えると、導電性金属酸化物（混合酸化物）の耐アルカリ性が低下するので好ましくない。上記の導電性金属酸化物層においては、いずれも、混合酸化物中の元素でのアトミックパーセント（酸素元素をカウントしない元素のみのカウント）である。酸化アンチモンは、金属アンチモンが銅との固溶域を形成し難く、積層構成での銅の拡散を抑制するため、上記導電性金属酸化物層に加えることができる。混合酸化物中には、チタン、ジルコニウム、マグネシウム、アルミニウム、ゲルマニウム等の他の元素を少量、添加することもできる。
【００６１】
一般的に、銅層或いは銅合金層は、透明樹脂やガラス基板（第１基板、第２基板に適用）に対する密着性が低い。このため、銅層或いは銅合金層をこのまま表示装置や半導体装置に適用した場合、実用的な表示装置や半導体装置を実現することは難しい。しかし、上述した複合酸化物は、ブラックマトリクス、透明樹脂及びガラス基板等に対する密着性を十分に有しており、かつ、銅層や銅合金層に対する密着性も十分である。このため、上記複合酸化物を用いた銅層或いは銅合金層を表示装置や半導体装置に適用した場合、実用的な表示装置や半導体装置を実現することが可能となる。
【００６２】
銅、銅合金、銀、銀合金、或いはこれらの酸化物、窒化物は、ガラスや樹脂等の透明基板やブラックマトリクス等に対する十分な密着性を一般的に有していない。そのため、導電性金属酸化物層を設けない場合、導電配線とガラス等の透明基板との界面、或いは、導電配線とブラックマトリクスあるいはＳｉＯ２等で形成される絶縁層との界面で剥がれが生じる可能性がある。細い配線パターンを有する導電配線として銅或いは銅合金を用いる場合、導電配線の下地層として導電性金属酸化物層が形成されていない表示装置基板においては、剥がれによる不良以外にも、表示装置基板の製造工程の途中で導電配線に静電破壊による不良が生じる場合があり、実用的ではない。このような静電破壊は、カラーフィルタを基板上に積層するといった後工程や、表示装置基板（例えば、第２基板２に相当）とアレイ基板（例えば、第１基板１に相当）とを貼り合わせる工程や、洗浄工程等によって配線パターンに静電気が蓄積され、静電破壊によりパターン欠け、断線等を生じる現象である。
【００６３】
加えて、銅層や銅合金層の表面には、導電性を有しない銅酸化物が経時的に形成され、電気的なコンタクトが困難となることがある。その一方、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化アンチモン、酸化ガリウム、酸化錫等の複合酸化物層は、安定したオーミックコンタクトを実現することができ、このような複合酸化物を用いる場合では、導通転移（トランスファ）やコンタクトホールを介しての電気的実装を容易に行うことができる。本実施形態における説明では、「コンタクトホール」と「スルーホール」は同義とする。
【００６４】
本実施形態において、銅配線を用いた薄膜トランジスタでは、上記のように銅層や銅合金層の表面に導電性を有しない銅酸化物が経時的に形成され、コンタクトホール内において接続抵抗にバラツキを生じやすい。接続抵抗のバラツキは、直接的に、薄膜トランジスタ３９の特性における閾値電圧（Ｖｔｈ）のバラツキとなり、有機ＥＬ層や液晶層の駆動に支障が生じる。本発明の実施形態では、導電配線と、導電配線に電気的に接続する面との間に、導電性金属酸化物層を形成している。これにより、オーミックコンタクトが可能となる。この構造により、閾値電圧（Ｖｔｈ）のバラツキの少ない薄膜トランジスタを提供することができる。
【００６５】
第１導電性金属酸化物層１１と第２導電性金属酸化物層１２に用いる導電性金属酸化物を構成する材料としては、上述した材料を用いることができる。第１実施形態では、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化錫を、酸素をカウントしない元素の割合で（酸素をカウントしない元素の合計を１００ａｔ％とする場合）で、インジウム（Ｉｎ）量を９０ａｔ％とし、亜鉛（Ｚｎ）を８ａｔ％とし、錫（Ｓｎ）を２ａｔ％とした。第１導電性金属酸化物層１１及び第２導電性金属酸化物層１２の膜厚は規定されない。第１実施形態では、第１導電性金属酸化物層１１の膜厚を３０ｎｍとし、第２導電性金属酸化物層１２の膜厚を５０ｎｍとした。
【００６６】
（スパッタリング装置）
図５は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造に用いられるスパッタリングターゲットが設置されたスパッタリング装置を示す概略構成図である。
図５に示すように、スパッタリング装置２００は、真空チャンバ２０１と、ホルダ２０２と、真空ポンプ２０３と、スパッタリングガス供給部２０４と、電源２０５と、バッキングプレート２０６と、スパッタリングターゲット２０７とを備える。ホルダ２０２には、成膜対象である基板２０８（第１基板１、第２基板２）が載置される。バッキングプレート２０６にはスパッタリングターゲット２０７が接合されており、真空チャンバ２０１内においてスパッタリングターゲット２０７は、ホルダ２０２（基板２０８）に対向するように配置されている。
真空チャンバ２０１、ホルダ２０２、真空ポンプ２０３、スパッタリングガス供給部２０４、及び電源２０５としては、公知の構成や材料が採用される。
【００６７】
スパッタリング装置２００においては、基板２０８がホルダ２０２上に載置された状態で、スパッタリングが行われる。具体的に、真空ポンプ２０３を駆動することで、スパッタリングに必要な真空状態となるように、真空チャンバ２０１内が減圧され、真空チャンバ２０１の圧力が所定に維持される。この状態で、スパッタリングガス供給部２０４は、アルゴン等のスパッタリングガスを真空チャンバ２０１内に供給し、電源２０５がスパッタリングターゲット２０７に電圧を供給することで、スパッタリングターゲット２０７がスパッタされ、スパッタリングターゲット２０７を構成する金属がスパッタリングターゲット２０７から飛散し、基板２０８上に堆積する。
【００６８】
次に、スパッタリングターゲット２０７として、銅合金スパッタリングターゲットを用いる場合を説明する。
銅合金スパッタリングターゲットは、銅合金層１３の形成に用いられ、銅に固溶する第１元素と、銅及び第１元素より電気陰性度が小さい第２元素とを含み、第１元素は亜鉛であり、第２元素はカルシウムである。ここで、銅、亜鉛、及びカルシウムの合計を１００ａｔ％とすると、第１元素の含有量は０．２ａｔ％以上５．０ａｔ％以下の範囲内にあり、第２元素の含有量は０．２ａｔ％以上５．０ａｔ％以下の範囲内にあり、第１元素及び前記第２元素を除く残部は銅を含有する。
【００６９】
（銅合金スパッタリングターゲット）
銅合金スパッタリングターゲットの製造方法は、特に限定されない。
なお、以下の説明では、「銅合金」はスパッタリングターゲットの銅合金を指し、「銅合金膜」あるいは「銅合金層」は、上記スパッタリング装置２００を用いて基板２０８上に真空成膜された銅合金薄膜を指す。「銅」は、純度９９．９９％以上、不可避不純物０．０１％未満の銅を指す。
【００７０】
銅合金スパッタリングターゲットの製造方法において、例えば、スパッタリングターゲット２０７の原料として、無酸素銅（純度９９．９９質量％）、亜鉛（純度９９．９９質量％）、カルシウム（純度９９．９質量％）を用いる。無酸素銅、亜鉛、及びカルシウムの量は、上述した含有量となるように調整される。このように量が調整された原料を、高純度グラファイトルツボ内にて高周波で溶解し、次に、冷却されたカーボン鋳型に鋳造する。このような鋳造によって得られた鋳塊を必要に応じて熱間圧延し、例えば、５ｍｍ程度の厚みに加工、研磨する。
【００７１】
次に、金属インジウム等の低融点金属を接着金属として用い、銅製バッキングプレート２０６に、鋳塊を貼り合わせてスパッタリングターゲット２０７を得ることができる。
このスパッタリングターゲット２０７の表面に観察される銅合金のグレイン（結晶粒）の平均粒径は、１０μｍから８０μｍであることが好ましい。グレインの平均粒径が８０μｍを超えたスパッタリングターゲットを用いると、真空成膜におけるスパッタリング時に異常放電を生じやすく、製品の不良を招きやすい。グレインの平均粒径を１０μｍ以下とすることも可能であるが、この場合、スパッタリングターゲット２０７の製造において溶融している鋳塊を急速冷却するか、あるいは、亜鉛の添加量を増やす必要がある。亜鉛の添加量を増やすことは、銅合金膜の電気抵抗率を増加させるため、好ましいことではない。急速冷却は、スパッタリングターゲットにひずみを生じやすい。
このため、スパッタリングターゲット２０７の原料（無酸素銅、亜鉛、及びカルシウム）を溶解する雰囲気、及び、溶融した原料をカーボン鋳型に鋳造する雰囲気は、極力、酸素を排除することが好ましい。
【００７２】
銅、亜鉛、及びカルシウムの合計を１００ａｔ％とする場合、カルシウムが５ａｔ％を超えると、スパッタリングターゲット２０７の鋳造性が悪化するので、カルシウムの含有量は５ａｔ％以下であることが好ましい。その一方、カルシウムが０．２ａｔ％未満では、第１導電性金属酸化物層１１と第２導電性金属酸化物層１２との間、かつ、その端部に露出する銅合金層１３の表面における保護作用が低下する。この場合、第１導電性金属酸化物層１１と第２導電性金属酸化物層１２とによって銅合金層１３が挟持された３層構成で形成された導電配線における信頼性の確保が不十分となる。
【００７３】
銅、亜鉛、及びカルシウムの合計を１００ａｔ％とする場合、亜鉛が５ａｔ％を超えると、銅合金層１３の導電率を低下させるため、５ａｔ％以下が好ましい。その一方、亜鉛が０．２ａｔ％未満では、銅合金層１３を第１導電性金属酸化物層１１と第２導電性金属酸化物層１２とで挟持する構成において、銅の拡散を抑制することができず、信頼性の確保が不十分となる。
【００７４】
図５に示すスパッタリング装置２００では、一つの真空チャンバ２０１内に、一つのスパッタリングターゲット２０７が配置されている。その一方、一つの真空チャンバ２０１内に種類の異なる複数のスパッタリングターゲットが配置された構成が採用されてもよい。また、複数の真空チャンバがゲートバルブを介して接続され、複数の真空チャンバ内の各々において基板上に形成される膜の種類を異ならせてもよい。即ち、この場合、真空状態を維持したまま、基板上に、種類の異なる複数の膜を連続的に成膜することができる。
【００７５】
このような装置構成を有するスパッタリング装置を用いることで、真空状態を維持したまま、第１導電性金属酸化物層、銅合金層、第２導電性金属酸化物層を連続的に、基板上に成膜することができる。このようなスパッタリング成膜では、上述した組成を有する銅合金スパッタリングターゲット、及び、上述した組成を有す導電性金属酸化物ターゲットを用いる。このように成膜された第１導電性金属酸化物層、銅合金層、及び第２導電性金属酸化物層の３層膜は、酸性エッチャントを用いた公知のフォトリソグラフィの手法で一括してパターニングされ、導電配線を形成することができる。
【００７６】
(チャネル層)
次に、図３に戻り、半導体装置の薄膜トランジスタ３９を構成するチャネル層について説明する。
第１実施形態において、チャネル層３５を構成する酸化物半導体は、酸化インジウムと、酸化アンチモンと、酸化インジウム及び酸化アンチモンの各々の量より少ない量を有する酸化セリウムとを含む複合酸化物である。酸化物半導体において、酸素をカウントしない元素の合計を１００ａｔ％とすると、インジウム及びアンチモンの各々の量は４０ａｔ％以上である。
具体的に、本実施形態では、酸化物半導体において酸素をカウントしない元素の合計を１００ａｔ％とすると、インジウム及びアンチモンの各々の量を約４８ａｔ％とし、セリウムの量を約４ａｔ％としている。
なお、酸化アンチモンや酸化セリウムは、酸化ガリウムや酸化インジウムとは異なり、廉価に入手できるので産業価値が高い。
【００７７】
酸化物半導体の電気的特性や移動度を調整するために、チャネル層３５の厚み方向に、例えば、酸化インジウム濃度や酸化セリウムの濃度を変えてもよい。あるいは酸化セリウムの濃度が異なる複数層を用いてチャネル層３５を形成してもよい。あるいは、ソース電極等のウエットエッチング加工性を拡げるため、チャネル層３５の表面層における組成を酸化セリウムリッチとすることで、チャネル層３５の耐酸性を高めることができる。チャネル層３５上にエッチングストッパ層を積層してもよいが、酸化セリウムを含む複合酸化物薄膜は、１８０℃以上のアニーリングで耐酸性の高い膜となるため、エッチングストッパ層の積極的な挿入は不必要である。この耐酸性は、複合酸化物膜中の酸化セリウムの濃度を上げることでも得られる。
【００７８】
図３に示す半導体装置では、２６０℃、１時間の熱処理で、酸化物半導体であるチャネル層の安定化と、第１導電性金属酸化物層１１と銅合金層１３と第２導電性金属酸化物層１２との３層構成を有する導電配線の低抵抗化を行っている。
なお、図３に示すコンタクトホール４５では、ＩＴＯである画素電極９と、第２導電性金属酸化物層１２を上層とするドレイン電極３７（導電配線）とが接触するように構成されている。画素電極９を形成するＩＴＯ及び第２導電性金属酸化物層とは、類似の導電性金属酸化物で構成されており、オーミックコンタクトが可能である。仮に、図３に示す構成において、コンタクトホール４５内で画素電極９と接触する面が、酸化された銅表面であったり、或いは、アルミニウムであったりする場合では、オーミックコンタクトが難しい。ＩＴＯとアルミニウムは物理的な密着性も不十分である。本発明の実施形態に係る半導体装置で採用されている新規な構成は、このようにオーミックコンタクトが可能な配線構造を提供することができる。
【００７９】
図３に示す薄膜トランジスタ３９の構成においては、チャネル層３５とソース電極３６とが接触する半導体界面３０、及び、チャネル層３５とドレイン電極３７とが接触する半導体界面３０が形成されている。特に、このような半導体界面３０においては、チャネル層３５における電極側（ソース電極側、ドレイン電極側）に、コンタクト抵抗が低く、かつ、高移動度の導電性金属酸化物が実質的に形成されている。この結果、トランジスタ特性を向上させることができる。図３では、第１導電性金属酸化物層１１が、低抵抗、かつ、高移動度の半導体層の役割を果たす。後述する第２実施形態では、第２導電性金属酸化物層１２が低抵抗、かつ、高移動度の半導体層の役割を果たす。
【００８０】
（酸化物半導体）
酸化物半導体は、主材として酸化インジウム及び酸化アンチモンを含有する複合酸化物である。酸化インジウム及び酸化アンチモンのみの組成で酸化物半導体が形成されてもよいが、このような組成を有する酸化物半導体では酸素欠損が生じやすい。酸化物半導体の酸素欠損を減らすため、酸化状態の安定剤として、さらに、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化スカンジウム、酸化イットリウム、酸化ランタン、酸化セリウム、酸化ネオジム、酸化サマリウム、酸化ガリウムを酸化物半導体に添加することが好ましい。後述する理由により、特に、酸化セリウムが好ましい。
【００８１】
本発明の実施形態に係る酸化物半導体の一例として、酸化安定化剤として酸化セリウムを用いる場合について説明する。
本発明の実施形態に係る酸化物半導体は、主材として酸化インジウムと酸化アンチモンとを含有し、酸化安定剤として酸化セリウムを含有する。酸化物半導体において酸素をカウントしない元素の合計を１００ａｔ％とすると、例えば、インジウム及びアンチモンの各々の含有量は４５ａｔ％以上４９．８ａｔ％以下の範囲内にあり、セリウムの含有量は１０ａｔ％以下０．４ａｔ％以上の範囲内にある。
本発明の実施形態において、「主材」とは、酸化インジウム及び酸化アンチモンを意味し、酸化物半導体において酸素をカウントしない元素の合計を１００ａｔ％とすると、インジウム及びアンチモンの含有量が各々４０ａｔ％以上である複合酸化物を意味する。
【００８２】
その一方、例えば、酸化安定剤としてガリウムを用いる場合、ガリウムの含有量が０．４ａｔ％未満では、酸化物半導体の酸素欠損を十分に補うことができない。また、その含有量が１０ａｔ％を超えると、出発材料である複合酸化物ターゲットの導電性が低くなり、ＤＣ（直流）スパッタリングによる成膜が難しくなる。
【００８３】
本発明の実施形態に係る酸化物半導体は、上述した銅合金層の電気抵抗率を改善する、１８０℃から３４０℃の低温アニーリングで結晶化させることができる。換言すれば、本発明の実施形態では、結晶化温度の低い複合酸化物を提供することができる。酸化物半導体の結晶化の有無を確認するには、低温アニーリングを行った後、ＴＥＭ等の観察方法により少なくとも３ｎｍより大きい結晶粒を観察できればよい。ただし、薄膜トランジスタに用いるチャネル層の厚みは、３ｎｍから８０ｎｍと極めて薄い範囲から選択されるので、明確な結晶化を確認し難い。酸化インジウムと酸化アンチモンを主材とする本発明の実施形態に係る酸化物半導体において、上記低温アニーリング後に明確な結晶化を確認できない場合も、低温アニーリングにより実用的かつ半導体特性が安定した薄膜トランジスタを提供することができる。図３に示すチャネル長Ｌに相当するチャネル層の表面には、エッチングストッパ層を形成してもよい。低温アニーリングは、大気、あるいは酸素を含む雰囲気下で実施することが望ましい。
【００８４】
一般に、ＩＧＺＯと呼称される、酸化インジウム、酸化ガリウム、酸化亜鉛での酸化物半導体はその結晶化のため、４００℃から７００℃の高温アニーリングが必要である。
しかし、３５０℃を超えるアニーリングは、銅の拡散を増長し、場合により酸化物半導体の特性を劣化する可能性がある。銅配線がＭｏ／Ｃｕ、Ｔｉ／Ｃｕである従来構成では、４００℃を超える熱処理では銅とチタン等との相互拡散が生じ、銅配線の電気抵抗率を悪化させることがある。酸化インジウムの融点は、１９１０℃とされ、酸化ガリウムの融点は１７４０℃とされ、酸化亜鉛の融点は１９８０℃とされており、いずれの場合も、融点が１７００℃以上の高温域にある。このため、複合酸化物の結晶化温度も高いと推定される。このような高融点の酸化物と比較し、酸化アンチモンの融点は、６５６℃とされる。無機酸化物の結晶化温度は、経験的にその酸化物の融点の１／２あるいは２／３とされている。しかし、酸化錫を１０Ｗｔ％程度含むＩＴＯ膜（酸化インジウムと酸化錫の複合酸化物による透明導電膜）や酸化インジウム膜の結晶化温度は、２００℃付近にある。従って、融点の低い酸化アンチモンを酸化インジウムと合わせ含む複合酸化物（酸化物半導体）とすることで、その複合酸化物の結晶化温度を下げることができる。なお、上述した酸化物の融点については、岩波理化学辞典第４版（岩波書店）の記載を用いた。
【００８５】
本発明の実施形態に係る酸化物半導体の組成は、酸化インジウムと酸化アンチモンを、約１：１の比率とすることができる。酸化インジウムと酸化アンチモンの比率は、２０％の差異があってもよいが、酸化物半導体として１：１の比率に近いことが望ましい。酸化アンチモンは、酸化アンチモンを含有する複合酸化物ターゲットを用いた真空成膜（スパッタリング）で昇華しやすい。このため、出発材料である複合酸化物ターゲットの組成においては、酸化アンチモンリッチとすることで、真空成膜された複合酸化物の膜として、酸化インジウムと酸化アンチモンの比率を１：１に近づけることができる。
【００８６】
酸化インジウム及び酸化アンチモンのみの組成で酸化物半導体が形成されてもよいが、このような組成を有する酸化物半導体では酸素欠損が生じやすい。酸化物半導体の酸素欠損を減らすため、酸化状態の安定剤として酸化セリウムを添加することが好ましい。本発明の実施形態に係る酸化物半導体は、主材として酸化インジウムと酸化アンチモンとを含有し、酸化安定剤として酸化セリウムを含有する。酸化物半導体において酸素をカウントしない元素の合計を１００ａｔ％とすると、インジウム及びアンチモンの各々の含有量は各々４５ａｔ％以上４９．８ａｔ％以下の範囲内にあり、セリウムの含有量は１０ａｔ％以下０．４ａｔ％以上の範囲内にある。セリウムの含有量が０．４ａｔ％未満である場合では、酸素欠損を十分に補うことができない。セリウムの含有量が１０ａｔ％を超える場合では、３４０℃以下のアニール温度で結晶化し難くなる。あるいは、セリウムの含有量が１０ａｔ％を超えた複合酸化物ターゲットの導電性は大きく低下し、直流スパッタリングが難しくなる。
【００８７】
上記酸化物半導体で構成されるチャネル層の形成に用いられる複合酸化物ターゲットとして、酸化インジウム及び酸化アンチモンとは価数が異なる酸化錫をキャリアドーパントとして更に添加して、導電性の高いスパッタリングターゲットを用いてもよい。
セリウム（Ｃｅ）に関し、４ｆ１-Ｃｅ（ＩＩＩ）酸化状態と４ｆ０-Ｃｅ（ＩＶ）酸化状態の相互変換が容易である特徴を活かして、酸化セリウム（ＣｅＯ２）は自動車排ガスの処理用途等の触媒として用いられている。言い換えれば、ＣｅＯ２はＣｅ４＋とＣｅ３＋との酸化還元電位差が小さく、その酸化還元反応が可逆的に起こりやすい。例えば、酸化雰囲気下では酸素を取り込みやすく、還元雰囲気下では酸素を放出しやすい。この相互変換は、模式的に例えば、
ＣｅＯ２  ＜＝＞  ＣｅＯ２−ｘ  ＋  “Ｏｘ”
と表現できる。“Ｏｘ”は、酸化力の強いスーパーオキシドと呼称してもよい。
また、複合酸化物中での挙動として、ＣｅＯ２は過剰な電子（キャリア）を取り込むことができると想定される。従って、酸化物半導体膜の電子濃度が過剰になることを防止しやすい。後述する実施形態では、９×１０１７ｃｍ−３以下の電子濃度のｎ型半導体が得られている。
【００８８】
本発明の実施形態に係る酸化物半導体は酸化インジウムと酸化アンチモンと酸化セリウムの複合酸化物である。例えば、このような複合酸化物で構成されたターゲットを用いるスパッタリング真空成膜時に、アルゴンベースガス中に若干量の酸素ガスを導入することで、酸素欠損の少ない酸化物半導体膜を得ることができる。例えば、大気中において１８０℃から３４０℃範囲のアニーリングを行うことで、さらに酸素欠損を減らし、かつ、耐酸性の高い酸化物半導体膜を得ることができる。真空成膜では、基板温度を室温（例えば、２５℃）とし、チャネル層となる酸化物半導体膜のパターンを形成した後、アニールを施すことができる。
【００８９】
上記酸化物半導体は、上述したように薄膜トランジスタのチャネル層３５として形成することができる。このチャネル層３５が接触するゲート絶縁膜（第２絶縁層４２）として機能する絶縁層材料としては、ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＯｘ）、酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化窒化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ガリウム、酸化亜鉛、酸化ハフニウム、酸化セリウム、酸化ランタン、酸化サマリウム、あるいはこれら材料を混合して得られた絶縁層等が採用される。
【００９０】
酸化セリウムは、誘電率が高く、かつ、セリウムと酸素原子の結びつきが強固である。このため、ゲート絶縁層として、酸化セリウムを含む複合酸化物を採用することは好ましい。複合酸化物を構成する酸化物の１つとして酸化セリウムを採用した場合にも、非晶質状態であっても高い誘電率を保持し易い。酸化セリウムは、酸化力を備えている。酸化セリウムは、酸素の貯蔵と放出を行うことが可能である。このため、酸化物半導体（チャネル層）と酸化セリウム（ゲート絶縁膜）とが接触する構造を採用することで、酸化セリウムから酸化物半導体へ酸素を供給し、酸化物半導体の酸素欠損を避けることができ、安定した酸化物半導体（チャネル層）を実現することができる。ＳｉＮ等の窒化物をゲート絶縁層に用いる構成では、上記のような作用が発現しにくい。また、ゲート絶縁層（第２絶縁層４２）の材料は、セリウムシリケート（ＣｅＳｉＯｘ）に代表されるランタノイド金属シリケートを含んでもよい。あるいは、ランタンセリウム複合酸化物、ランタンセリウムシリケート、さらにはセリウム酸化窒化物、セリウム酸化物を含んでもよい。
【００９１】
ゲート絶縁層の構造として、単層膜、混合膜、或いは多層膜が採用されてもよい。混合膜や多層膜を採用する場合、上述した絶縁層材料から選択された材料によって混合膜や多層膜を形成することができる。ゲート絶縁層の膜厚は、例えば、２ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲内から選択可能な膜厚である。酸化物半導体でチャネル層を形成する場合、酸素が多く含まれる状態（成膜雰囲気）で、チャネル層３５と接触するゲート絶縁膜の界面を形成することができ、酸化物半導体層（チャネル層３５）の酸素欠損を減らすことができる。
【００９２】
薄膜トランジスタ３９を覆う絶縁層（第３絶縁層４３）の上面を平坦化する効果を得るため、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂等を一部の絶縁層として用いてもよい。低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）を用いることもできる。
【００９３】
（複合酸化物スパッタリングターゲット）
複合酸化物スパッタリングターゲットは、例えば、図５に示すスパッタリング装置２００の装置構成においてバッキングプレート２０６に接合して用いられる。図５に示すスパッタリングターゲット２０７として、酸化物半導体の成膜に用いる複合酸化物スパッタリングターゲットを採用することで、複合酸化物を基板２０８（第１基板１、第２基板２）上に形成することができる。
【００９４】
以下に、複合酸化物スパッタリングターゲットについて説明する。
なお、以下のスパッタリングターゲットの製造方法に係る記載は、第１導電性金属酸化物層１１及び第２導電性金属酸化物層１２に用いる複合酸化物スパッタリングターゲットにも適用することができる。
本発明の実施形態に係る複合酸化物スパッタリングターゲットは、主材として酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）と酸化アンチモン（Ｓｂ２Ｏ３）を含有し、複合酸化物における酸素欠損を生じ難くする酸化安定剤として酸化セリウム（ＣｅＯ２）を含有する。ここで、「主材」とは、酸化インジウム及び酸化アンチモンの各々の含有割合が酸化セリウムより多いことを意味する。
本発明の酸化物半導体の形成に用いられる複合酸化物スパッタリングターゲットは、酸化物半導体において酸素をカウントしない元素の合計を１００ａｔ％とすると、例えば、インジウム及びアンチモンの各々の含有量は４５ａｔ％以上４９．８ａｔ％以下の範囲内にあり、セリウムの含有量は１０ａｔ％以下０．４ａｔ％以上の範囲内にある。
この複合酸化物スパッタリングターゲットは、主材としてインジウムとアンチモンを含有し、酸素をカウントしない元素の合計を１００ａｔ％とすると、インジウム及びアンチモンの各々の含有量は少なくとも４０ａｔ％以上である。キャリアドーパントとして、酸化錫（ＳｎＯ２）や酸化チタン（ＴｉＯ２）等の酸化物が複合酸化物スパッタリングターゲットに添加されてもよい。酸化錫や酸化チタンを、例えば、０．２ａｔ％以上５ａｔ％以下加えることで、スパッタリングターゲットの導電性を調整することができる。
【００９５】
本発明の実施形態に係る複合酸化物スパッタリングターゲットの製造方法としては、酸化インジウムの粉末（純度９９．９９％）と、酸化アンチモンの粉末（純度９９．９％）と、酸化セリウムの粉末（純度９９．９％）を混合して成型し、焼結することにより製造することができる。本発明は、このような製造方法を限定されない。焼結は、例えば、常圧、酸素含有雰囲気中において、８００℃から１６００℃の温度範囲にて行うことができる。１６００℃を超える高温では、酸化アンチモンが蒸散することがあるので１６００℃以下が好ましい。８００℃未満では、ターゲットとして十分な密度が得られないことがある。
【００９６】
上述した粉末（酸化インジウムの粉末、酸化アンチモンの粉末、及び酸化セリウムの粉末）は、純水とともに湿式法によってスラリーに分散させ、造粒し、成型し、急速乾燥させる。この後、プレス（例えば、冷間静圧プレス）を行う。更に、その後、上述した焼結温度で数十時間焼結させ、焼結体を得る。
【００９７】
この焼結体は、平面研削盤で研削され、さらに、ダイヤモンド砥石等で研磨される。研磨仕上げが終了した焼結体を、銅製バッキングプレートに、金属インジウム等の低融点金属を接着金属として、貼り合わせる。これによって、複合酸化物スパッタリングターゲットを得ることができる。
このような複合酸化物スパッタリングターゲットをスパッタリング装置２００に設置して、スパッタリング成膜を行うことで、上述した組成を有する酸化物半導体を形成することができる。このような複合酸化物スパッタリングターゲットを用いた成膜方法は、後述する第２実施形態でも適用することができる。
【００９８】
（薄膜トランジスタを用いた回路の形成）
上述した導電性金属酸化物層あるいは酸化物半導体の膜を、所望パターンを有するようにパターニングすることで、抵抗素子を形成することができる。また、例えば、第２基板２上に半導体装置（薄膜トランジスタ）を形成する場合（例えば、後述する第２実施形態の場合等）、チャネル層としてポリシリコン半導体を用いる複数の薄膜トランジスタ（アクティブ素子）をマトリクス状に形成した後、絶縁層に形成されたスルーホールを介して、チャネル層として酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタ（アクティブ素子）のマトリクスを積層することができる。
【００９９】
抵抗素子やｎ型薄膜トランジスタを用いた周知の技術で、インバータ回路やＳＲＡＭを構成することができる。同様に、ＲＯＭ回路、ＮＡＮＤ回路、ＮＯＲ回路、フリップフロップ、シフトレジスタ等の論理回路を構成することができる。酸化物半導体は、漏れ電流が極めて少ないため、低消費電力の回路を形成することができる。酸化物半導体は、電気的な耐圧が高いため、パワー半導体として用いることができる。また、シリコン半導体にはないメモリー性（電圧保持性）を有するため、良好なメモリー素子を提供することができる。あるいは、異なる基板に、ポリシリコン半導体をチャネル層とするアクティブ素子のマトリクスを１層目に形成し、チャネル層として酸化物半導体を用いたアクティブ素子のマトリクスを２層目に形成する積層構成を採用することにより、上記メモリー素子や論理回路を形成することもできる。異なる基板に形成した回路と、本発明の実施形態に係る半導体装置を貼り合わせる、あるいはこれらの基板を複数層、重ねてもよい。
【０１００】
後述する第２実施形態で示すように、本発明の実施形態に係る表示装置には、タッチセンシング機能を持たせることができる。あるいは、液晶層や有機エレクトロルミネセンス発光層を駆動する薄膜トランジスタを具備する第１基板１（アレイ基板）と対向する、第２基板２にタッチセンシング機能を持たせることができる。換言すれば、第２基板２をタッチパネルとして用い、更に、上述した抵抗素子やｎ型薄膜トランジスタを用いてタッチセンシングを制御するタッチセンシング制御回路を第２基板２に形成してもよい。
【０１０１】
本発明の実施形態に係る半導体装置は、例えば、液晶（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）、発光ダイオード（ＬＥＤ：  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）、有機ＥＬ（ＯＬＥＤ：  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）を駆動するアクティブ素子として用いることができる。さらには、本発明の実施形態に係る半導体装置は、ＥＭＳ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）素子、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）素子、ＩＭＯＤ（Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  ）素子、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）素子を駆動するアクティブ素子に適用することができる。また、本発明の実施形態に係る半導体装置は、タッチセンシングを制御するタッチセンシング制御回路にも適用することができる。
上述したアクティブ素子は、本発明の実施形態に係る電気抵抗率の低い導電配線で電気的に連携することで、電気信号のなまりが少なく、低消費電力の回路を形成することができる。電気信号のなまりとは、入力される信号の波形の崩れや遅延を意味する。
【０１０２】
本発明の実施形態に係る半導体装置は、例えば、有機ＥＬ層や液晶層を駆動する薄膜トランジスタとして形成する場合、導電性金属酸化物層の表面が露出するコンタクトホール内において、画素電極（あるいは駆動電極）のＩＴＯとほぼ完全なオーミックコンタクトをとることができる。このオーミックコンタクトは、半導体特性の向上及び消費電力の低減に寄与する。一般的な薄膜トランジスタにおいては、モリブデンやチタンといった高融点金属層と画素電極のＩＴＯとが接触する構成が採用されることが多い。これら高融点金属は、表面に金属酸化物を形成するため、電気的なコンタクトでは難点を有する。なお、ＩＴＯは、アルミニウムとはオーミックコンタクトがとれず、アルミニウムとＩＴＯとの密着性も不十分である。
【０１０３】
また、導電配線の構成として、従来技術であるＣｕ／Ｔｉの２層積層構成、あるいはＴｉ／Ｃｕ／Ｔｉの３層積層構成を採用する場合、Ｔｉ層に含まれやすい水素が酸化物半導体に悪影響を与えやすい。具体的には、Ｔｉ層から放出される水素が薄膜トランジスタのチャネル長に変化を与え、トランジスタ特性を変化させることがある。本発明の実施形態に係る導電配線は、Ｔｉ層を用いずに、銅合金層を導電性金属酸化物層で挟持する構成を有するため、水素に起因する悪影響は極めて少ない。
さらに、ＴｉやＭｏが表層に位置する金属配線は、その表面に酸化チタンや酸化モリブデンが形成されやすい。コンタクトホール内における電気的接合においてショットキーバリアを形成した場合に、トランジスタの閾値電圧（Ｖｔｈ）に悪影響を与えることがある。
これに対し、本実施形態に係る導電配線によれば、このような悪影響が生じることがない。
【０１０４】
（第２実施形態）
次に、図面を参照しながら本発明の第２実施形態について説明する。
以下、本発明の第２実施形態に係る表示装置ＤＳＰ２を、図６から図１３を参照しながら説明する。
第２実施形態においては、特徴的な部分について説明し、例えば、通常の表示装置に用いられている構成要素と本実施形態に係る表示装置との差異がない部分については説明を省略する。
表示装置ＤＳＰ２は、上述した薄膜トランジスタ３９と同様の構成を有するスイッチングトランジスタ８９と、スイッチングトランジスタ８９によって制御される駆動トランジスタ１３９（薄膜トランジスタ）と、駆動トランジスタ１３９によって駆動される有機ＥＬ層を備える。表示装置ＤＳＰ２は、インセル方式を用いたタッチセンシング機能を有する。ここで、「インセル方式」とは、タッチセンシング機能が表示装置に内蔵された表示装置、或いは、タッチセンシング機能を表示装置と一体化した表示装置を意味する。本発明に用いる技術用語として、形容詞としての「タッチセンシング」を単に「タッチ」と略称することがある。
【０１０５】
（表示装置ＤＳＰ２の機能構成）
図６は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置を備える表示装置ＤＳＰ２を構成する制御部（映像信号制御部、システム制御部、及びタッチセンシング制御部）及び表示部を示すブロック図である。
図６に示すように、本実施形態に係る表示装置ＤＳＰ２は、表示部１１０と、表示部１１０及びタッチセンシング機能を制御するための制御部１２０とを備えている。
制御部１２０は、公知の構成を有し、映像信号制御部１２１（第一制御部）と、タッチセンシング制御部１２２（第二制御部）と、システム制御部１２３（第三制御部）とを備えている。タッチセンシング制御部１２２とシステム制御部１２３との間には、アンテナユニット８１〜８４が設けられている。
後述するように、表示部１１０を構成する複数の画素の各々には、スイッチングトランジスタ８９（図１０参照）、駆動トランジスタ１３９（図８及び図１０参照）、及び有機ＥＬ層が設けられている。
【０１０６】
映像信号制御部１２１は、アレイ基板３００（第１基板１）に設けられた上部電極（共通電極）を定電位とするとともに、アレイ基板３００に設けられたゲート配線（後述、走査線）及びソース配線（後述、信号線）に信号を送り、電源線１４０（図８及び図１０参照）に有機ＥＬ層を駆動する駆動電圧（電力）を供給する。映像信号制御部１２１がスイッチングトランジスタ８９を選択することにより、駆動トランジスタ１３９が駆動する。駆動トランジスタ１３９から駆動電圧が有機ＥＬ層に印加され、アレイ基板３００上で有機ＥＬ層が発光し、これにより、アレイ基板３００上に画像が表示される。
【０１０７】
タッチセンシング制御部１２２は、タッチセンシング駆動配線にタッチセンシング駆動電圧を印加し、タッチセンシング駆動配線とタッチセンシング検出配線との間に生じる静電容量の変化を検出し、タッチセンシングを行う。タッチセンシング制御部１２２は、後述する電力受電部１５、電源制御部１６、タッチ駆動制御部１７、タッチ駆動スイッチング回路１８、タッチ検知スイッチング回路１９、タッチ信号送受信制御部２０、及び検波・ＡＤ変換部１３０を含む。
【０１０８】
システム制御部１２３は、映像信号制御部１２１及びタッチセンシング制御部１２２を制御し、有機ＥＬ層の発光と静電容量の変化の検出とを交互に、即ち、時分割で行うことが可能である。また、システム制御部１２３は、有機ＥＬ層の発光の周波数とタッチセンシング駆動周波数とを異なる周波数で、或いは、異なる電圧で、有機ＥＬ層を発光する機能を有してもよい。
このような機能を有するシステム制御部１２３においては、例えば、表示装置ＤＳＰ２が拾ってしまう外部環境からのノイズの周波数を検知し、ノイズ周波数とは異なるタッチセンシング駆動周波数を選択してもよい。これによって、ノイズの影響を軽減することができる。また、このようなシステム制御部１２３においては、指やペン等のポインタの走査速度に合わせたタッチセンシング駆動周波数を選定することもできる。
【０１０９】
図６に示す構成を有する表示装置ＤＳＰ２において、制御部１２０は、下部電極８８に表示用の駆動電圧を印加して有機ＥＬ層を発光させる機能と、タッチセンシング駆動配線とタッチセンシング検出配線との間に生じる静電容量の変化を検出するタッチセンシング機能とを併せ持つ。本発明の実施形態に係るタッチセンシング配線は、導電率の良い導電配線で形成することができるため、タッチセンシング配線の抵抗値を下げてタッチ感度を向上させることができる。
【０１１０】
制御部１２０は、映像表示の安定期間、及び、映像表示後の黒表示安定期間の少なくとも一方の安定期間で、タッチセンシング駆動を行う機能を有することが好ましい。
【０１１１】
図７は、本発明の第２実施態様に係る半導体装置を備えた表示装置ＤＳＰ２を部分的に示す断面図である。
図８は、本発明の第２実施態様に係る表示装置ＤＳＰ２を構成するアレイ基板（第１基板）を部分的に示す断面図であり、アレイ基板に形成されたアクティブ素子及び有機ＥＬの発光層を説明する図である。
【０１１２】
図７及び図８に示すように、表示装置ＤＳＰ２は、接着層である透明樹脂層９７を介してアレイ基板３００（第１基板１）と表示装置基板１００（第２基板２）とを貼り合わせた有機エレクトロルミネセンス（以下、有機ＥＬ）表示装置である。
本発明の実施形態に係る表示装置ＤＳＰ２において、表示機能層は発光層９２（有機ＥＬ層）及びホール注入層９１である。第１基板１には、スイッチングトランジスタ８９及び駆動トランジスタ１３９が設けられている（図８及び図１０参照）。映像信号制御部１２１によって選択されたスイッチングトランジスタ８９は、スイッチ信号を駆動トランジスタ１３９に供給し、これにより駆動トランジスタ１３９は、発光層９２を駆動する。
平面視における表示装置ＤＳＰ２の構造は、第１実施形態の表示装置ＤＳＰ１と同様であり、画素開口部１４の形状等は、第１実施形態と略同様である。第１実施形態と同様に、画素開口部１４に赤画素Ｒ、緑画素Ｇ、及び青画素Ｂ等のカラーフィルタを配設してもよい。
【０１１３】
第１実施形態と同様に、表示装置ＤＳＰ２は、チャネル層として酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタ、即ち、スイッチングトランジスタ８９及び駆動トランジスタ１３９を具備し、さらに、銅合金層１３を導電性金属酸化物層で挟持する導電配線を具備する。図７に示す表示装置ＤＳＰ２は、タッチセンシング配線を備える表示装置基板１００を有しており、タッチセンシング機能を有する。
【０１１４】
（表示装置基板の断面構造）
図７に示すように、表示装置基板１００の第２基板２上には、後述するように、矩形状の有効表示領域７１と、有効表示領域７１を囲む額縁領域７２とを有するブラックマトリクスＢＭが設けられている。
ブラックマトリクスＢＭ上には、下部絶縁層１４１が設けられ、下部絶縁層１４１上には、第１導電配線２１（第５導電配線５５）が設けられている。下部絶縁層１４１上には、第１導電配線２１を覆うように、中間絶縁層１４２（ゲート絶縁層）が設けられている。中間絶縁層１４２上には、第２導電配線２２（第６導電配線５６）が設けられている。中間絶縁層１４２上には、第２導電配線２２を覆うように、上部絶縁層１４３が設けられている。上部絶縁層１４３上には、透明樹脂層９７が設けられており、透明樹脂層９７は、表示装置基板１００とアレイ基板３００とを接合する。
【０１１５】
なお、額縁領域７２の一部には、ブラックマトリクスＢＭが形成されておらず、薄膜トランジスタ等を用いて、下部絶縁層１４１上にタッチ駆動スイッチング回路１８等の回路が形成されている。このような回路の形成は、第１実施形態と同様である。第２基板２上に形成される絶縁層は、樹脂で形成されてもよく、必要に応じて、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化シリコン等で形成してもよい。
【０１１６】
（アレイ基板の断面構造）
図７及び図８に示すように、第１基板１上には、第１絶縁層４１、第２絶縁層４２、第３絶縁層４３が積層されている。第１絶縁層４１上には、駆動トランジスタ１３９が設けられている。駆動トランジスタ１３９は、チャネル層１３５、ソース電極１３６、ドレイン電極１３７、及びゲート電極１３８を備え、いわゆるトップゲート構造を有する。チャネル層１３５は、第１実施形態に係るチャネル層３５と同様の構成を有しており、酸化物半導体で形成されている。また、ソース電極１３６、ドレイン電極１３７、及びゲート電極１３８は、第１実施形態に係るソース電極３６、ドレイン電極３７、及びゲート電極３８と同様の配線構造を有する導電配線で形成されている。また、第１実施形態と同様に、チャネル層１３５とソース電極１３６との間の界面、及び、チャネル層１３５とドレイン電極１３７との間の界面には、半導体界面３０が形成されている。
【０１１７】
図７及び図８には示されていないが、第１基板１上には、駆動トランジスタ１３９にスイッチ信号を供給するスイッチングトランジスタ８９（図１０参照）が設けられている。このスイッチングトランジスタ８９は、上述した第１実施形態にかかる薄膜トランジスタ３９と同様の構成を有している。スイッチングトランジスタ８９のドレイン電極は、画素電極に接続されておらず、駆動トランジスタ１３９のゲート電極１３８に接続されている。
【０１１８】
駆動トランジスタ１３９のソース電極１３６は、電源線１４０に接続されている。電源線１４０は、第１導電性金属酸化物層１１と第２導電性金属酸化物層１２とによって銅合金層１３が挟持された３層構成を有する。電源線１４０とソース電極１３６とは、同じ導電配線の構造であり同一レイヤとして形成される。
駆動トランジスタ１３９のゲート電極１３８は、スイッチングトランジスタ８９のドレイン電極と接続されている。このため、スイッチングトランジスタ８９のドレイン電極から出力されるスイッチ信号によって駆動トランジスタ１３９の駆動が制御される。
【０１１９】
また、ゲート電極１３８には、ゲート電極１３８の電位を維持するための保持容量（不図示）が設けられている。この保持容量は、ゲート電極１３８と電源線１４０との間に形成されている。
スイッチングトランジスタ８９のドレイン電極とゲート電極１３８との間の接続構造、及び、上記の保持容量を構成する電極や配線においても、第１実施形態で説明した３層構成を有する導電配線が適用されている。
【０１２０】
第１絶縁層４１上にはスイッチングトランジスタ８９を構成するソース電極３６に接続されるソース配線６７（第３導電配線２３）、及び、駆動トランジスタ１３９を構成するソース電極１３６に接続される電源線１４０が設けられている。第１絶縁層４１上には、第１絶縁層４１、ソース配線６７、ソース電極１３６、電源線１４０、及びドレイン電極１３７を覆うように第２絶縁層４２が形成されている。第２絶縁層４２上には、スイッチングトランジスタ８９を構成するゲート電極３８に接続されるゲート配線６９（第４導電配線２４）、及び、駆動トランジスタ１３９を構成するゲート電極１３８が設けられている。なお、アレイ基板３００においては、ゲート電極１３８とチャネル層１３５とが対向するように配置されている。第２絶縁層４２上には、第２絶縁層４２、ゲート配線６９、及びゲート電極１３８を覆うように第３絶縁層４３が形成されている。第３絶縁層４３上には平坦化層９６が形成されている。チャネル層１３５は、酸化物半導体で形成されている。なお、ソース配線６７と第３導電配線２３とは、同じ導電配線の構造であり同一レイヤとして形成される。ゲート配線６９と第４導電配線２４とは同じ導電配線の構造であり同一レイヤとして形成される。
【０１２１】
平坦化層９６においては、駆動トランジスタ１３９を構成するドレイン電極１３７に対応する位置にコンタクトホール９３が形成されている。また、平坦化層９６上には、チャネル層１３５に対応する位置にバンク９４が形成されている。断面視において互いに隣り合うバンク９４の間の領域においては、即ち、平面視においてバンク９４に囲まれた領域においては、平坦化層９６の上面、コンタクトホール９３の内部、及びドレイン電極１３７を覆うように下部電極８８（画素電極）が形成されている。なお、下部電極８８は、バンクの上面に形成されなくてもよい。
【０１２２】
更に、下部電極８８、バンク９４、及び平坦化層９６を覆うようにホール注入層９１が形成されている。ホール注入層９１上には、順に、発光層９２、上部電極８７、及び封止層１０９が積層されている。下部電極８８は、銀あるいは銀合金層が導電性金属酸化物層によって挟持された構成を有する。
【０１２３】
バンク９４の材料としては、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ノボラックフェノール樹脂等の有機樹脂を用いることができる。バンク９４には、更に、酸化シリコン、酸窒化シリコン等の無機材料を積層してもよい。
平坦化層９６の材料としては、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリアミド樹脂等を用いてもよい。低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）を用いることもできる。
なお、視認性向上のため、平坦化層９６や封止層１０９、あるいは、基板のいずれかが、光散乱の機能を有してもよい。あるいは、観察者ＯＢの視認側、アレイ基板３００の上方に光散乱層を形成してもよい。
【０１２４】
（表示装置基板の平面構造）
図９は、本発明の第２実施態様に係る表示装置を観察者ＯＢから見た図であって、表示装置基板（第２基板）に形成された、第１導電配線、第２導電配線、第１アンテナユニット、第２アンテナユニット、制御部等の回路を示す平面図である。なお、図９は、観察者ＯＢから表示装置基板１００を見た平面図であるが、遮光性を有するブラックマトリクスＢＭを透視するように表示装置基板１００の構成要素が示されている。
【０１２５】
図９に示すように、表示装置基板１００における第２基板２上（アレイ基板３００に対向する面上）には、第１導電配線２１、第２導電配線２２、第１アンテナユニット８１、第２アンテナユニット８２、電力受電部１５、電源制御部１６、タッチ駆動制御部１７、タッチ駆動スイッチング回路１８、タッチ検知スイッチング回路１９、タッチ信号送受信制御部２０、及び検波・ＡＤ変換部１３０が設けられている。第１アンテナユニット８１、第２アンテナユニット８２、タッチ駆動スイッチング回路１８、タッチ検知スイッチング回路１９等の回路を電気的に接続する引き回し配線は、第１導電配線２１の一部及び第２導電配線２２の一部が用いられている。
【０１２６】
ブラックマトリクスＢＭは、矩形状の有効表示領域７１と、有効表示領域７１を囲む額縁領域７２とを具備する。図９に示される電力受電部１５、電源制御部１６、タッチ駆動制御部１７、タッチ駆動スイッチング回路１８、タッチ検知スイッチング回路１９、タッチ信号送受信制御部２０、検波・ＡＤ変換部１３０等は、本発明の「タッチセンシングを制御する回路」を意味する。また、第１導電配線２１の一部と、第２導電配線２２の一部と、第１アクティブ素子は、タッチセンシングを制御する回路を構成する。電力受電部１５は、受信電圧を平滑化、定電圧化し、タッチ駆動電圧として電源制御部１６に出力する。
【０１２７】
なお、第１導電配線２１、第２導電配線２２、第１アンテナユニット８１、第２アンテナユニット８２、タッチ信号送受信制御部２０、タッチ駆動スイッチング回路１８、タッチ検知スイッチング回路１９等は、必ずしもブラックマトリクスＢＭ上に配設されなくてもよい。この場合、例えば、第１導電配線２１及び第２導電配線２２を、タッチセンシング配線として有効表示領域内のブラックマトリクスＢＭ上に形成し、額縁の外側のブラックマトリクスＢＭが形成されていないガラス面上にタッチ信号送受信制御部２０、タッチ駆動スイッチング回路１８、タッチ検知スイッチング回路１９等を形成することができる。なお、第１導電配線２１と第２導電配線２２の一部は、下部絶縁層１４１を介して、第１アンテナユニット８１や第２アンテナユニット８２の、２層の導電配線構造に適用することができる。第１アンテナユニット８１及び第２アンテナユニット８２は、巻き方向が互いに逆であり、かつ、巻き数が２以上のループアンテナ対を含む。
【０１２８】
第１基板１と対向する第２基板２の面には、Ｘ方向（第１方向）に延在する複数の第１タッチセンシング配線（第１導電配線２１）と、Ｙ方向（第２方向）に延在する複数の第２タッチセンシング配線（第２導電配線２２）が設けられている。第１導電配線２１及び第２導電配線２２は、上述した３層構成を有する。
第１タッチセンシング配線と第２タッチセンシング配線間には、透明樹脂である中間絶縁層１４２が配設されている。本発明の実施形態に係るタッチセンシング配線は、銅合金層を導電性金属酸化物層で挟持する導電配線である。
【０１２９】
これらタッチセンシング配線は、タッチセンシングを制御する回路の構成要素として、チャネル層として酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタと第５導電配線５５と第６導電配線５６とを含む。なお、第５導電配線５５と第１タッチセンシング配線（第１導電配線２１）とは、同じ導電配線の構造であり同一レイヤとして形成される。第６導電配線５６と第２タッチセンシング配線（第２導電配線２２）とは、同じ導電配線の構造であり同一レイヤとして形成される。
【０１３０】
（アレイ基板の平面構造）
図１０は、本発明の第２実施態様に係る表示装置を構成するアレイ基板（第１基板）に形成された、第３アンテナユニット、第４アンテナユニット、ソース信号スイッチング回路、ゲート信号スイッチング回路、有機ＥＬを駆動する駆動トランジスタ１３９、駆動トランジスタ１３９を駆動するスイッチングトランジスタ８９等の回路を示す平面図である。
【０１３１】
図１０に示すように、アレイ基板３００における第１基板１上（表示装置基板１００に対向する面上）には、第３アンテナユニット８３、第４アンテナユニット８４、ソース信号スイッチング回路２６、ゲート信号スイッチング回路２７、電力送電部２８、信号送受信部２９等の回路、及びＦＰＣが設けられている。アレイ基板３００において画素開口部１４に相当する位置には、薄膜トランジスタとして機能するスイッチングトランジスタ８９及び駆動トランジスタ１３９が設けられている。第３アンテナユニット８３及び第４アンテナユニット８４は、巻き方向が互いに逆であり、かつ、巻き数が２以上であるループアンテナ対を含む。
【０１３２】
ソース信号スイッチング回路２６、ゲート信号スイッチング回路２７、電力送電部２８、信号送受信部２９等の回路は、第１基板１の有効表示領域外に形成されている。これら回路を駆動する電源は、ＦＰＣを経由して、図示されていないバッテリー、あるいはアダプターを介して１００Ｖ等の外部電源と接続されている。
【０１３３】
表示装置基板１００とアレイ基板３００とを貼り合わせる際には、第１アンテナユニット８１と第３アンテナユニット８３は、平面視において、重なるように配置される（第１重畳部５１）。また、第２アンテナユニット８２と第４アンテナユニット８４は、平面視において、重なるように配置される（第２重畳部５２）。第１重畳部５１は、タッチセンシング信号の送受信機能を有し、第２重畳部５２は、電力信号の受給機能を有する。第１重畳部５１を形成する第１アンテナユニット８１と第３アンテナユニット８３、及び、第２重畳部５２を形成する第２アンテナユニット８２と第４アンテナユニット８４は、額縁領域７２内に配置されている。
【０１３４】
図１０に示す例では、ＦＰＣから表示部１１０の周囲領域に向けて延在する電源線１４０が設けられており、電源線１４０は、表示部１１０のＹ方向における端部の外側領域（図１０における上側）において、Ｘ方向に延在している。さらに、Ｘ方向に延在する電源線１４０は、Ｙ方向に延在する複数の配線に分岐されている。Ｙ方向に延在する電源線１４０は、同じく、Ｙ方向に向けて並ぶ複数の画素に設けられた駆動トランジスタ１３９のソース電極１３６に接続されている。
【０１３５】
なお、図１０においては、各画素に１つの薄膜トランジスタが示されているが、薄膜トランジスタの個数を示しておらず、上述したように、スイッチングトランジスタ８９と、スイッチングトランジスタ８９によって制御される駆動トランジスタ１３９とが１つの画素内に設けられている。
【０１３６】
映像信号制御部１２１がスイッチングトランジスタ８９を選択すると、選択されたスイッチングトランジスタ８９は、駆動トランジスタ１３９のゲート電極１３８にスイッチ信号を送り、駆動トランジスタ１３９が駆動する。駆動トランジスタ１３９の駆動により、ソース電極１３６及びドレイン電極１３７を介して、電源線１４０（駆動トランジスタ１３９のソース配線）から供給された駆動電圧が下部電極８８（画素電極）に印加される。即ち、駆動電圧が有機ＥＬ層に印加され、アレイ基板３００上で有機ＥＬ層が発光し、これにより、アレイ基板３００上に画像が表示される。
【０１３７】
（アンテナユニット）
次に、図１１〜図１３を参照し、上述したアンテナユニットの具体的な構造について説明する。ここで、アンテナユニットとは、図１１に示すように、１以上（図１１では、逆巻きのループアンテナの対）のアンテナを意味する。また、アンテナは、ループアンテナに限られない。
図１１は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置を備える表示装置ＤＳＰ２を構成する表示装置基板１００に形成された第１アンテナユニットを拡大して示す部分平面図である。
図１２は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置を備える表示装置ＤＳＰ２を構成する表示装置基板１００に形成された第１アンテナユニットを示す図であって、図１１のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
図１３は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置を備える表示装置ＤＳＰ２を構成する表示装置基板１００に形成された第１アンテナユニットと、アレイ基板３００に形成された第３アンテナユニットの重なりを示す斜視図である。
以下の説明では、第１アンテナユニット８１、第２アンテナユニット８２、第３アンテナユニット８３、及び第４アンテナユニット８４のうち、代表として、第１アンテナユニット８１の構造について説明するが、他のアンテナユニットにおいても、同様の構造を採用することができる。また、以下の説明では、単に「アンテナユニット」と称する場合がある。
【０１３８】
本発明における「アンテナユニット」とは、タッチセンシング信号の送受信や電力の受電及び給電等の目的で、１以上のアンテナが基板上に配置された構成を意味する。アンテナユニットの構成として、アンテナがループ（同一平面に形成されたコイル、螺旋状のパターン）形状のアンテナである場合、互いに逆向き方向に巻かれた２つのアンテナを隣接させた構成が、通信の安定性確保の観点で好ましい。逆向き方向に巻かれたアンテナを交互に２以上隣接させて、そのうち１組のアンテナを選択して用いることも可能である。
なお、第２実施形態において、ループアンテナは、表示装置ＤＳＰ２の外部のアンテナ、例えば、ＩＣカードに具備されるアンテナと通信する機能を有してもよい。
【０１３９】
図１３に示すように、表示装置基板１００の第１アンテナユニット８１とアレイ基板３００の第３アンテナユニット８３は、平面視、同じループアンテナ形状であり、位置が整合され、重なっている（第１重畳部５１）。同様に、表示装置基板１００の第２アンテナユニット８２とアレイ基板３００の第４アンテナユニット８４は、平面視、同じループアンテナ形状であり、位置が整合され、重なっている（第２重畳部５２）。
【０１４０】
第１重畳部５１及び第２重畳部５２において、アンテナを形成する導電配線の線幅が例えば１μｍから２０μｍといった細い線幅であること、及び、狭い額縁領域７２内にアンテナユニットを収める必要があることから、アンテナの位置精度は、±３μｍ以内の精度が好ましい。位置整合の精度が高くなると、信号の送信や受信を効率の良く行うことが可能となる。２以上のループアンテナを並列に接続することで、アンテナの小型化と、非接触データ転送の高速化が可能となる。なお、図１１〜図１３においては、第１アンテナユニット８１と第２アンテナユニット８２の各々と、第３アンテナユニット８３と第４アンテナユニット８４の各々のとの共振回路を形成するためのコンデンサや他の部品の図示は省略されている。
【０１４１】
アンテナを形成する導電配線の構造としては、上述した銅合金層を導電性金属酸化物層で挟持する３層構成の導電配線を用いることができる。例えば、第１アンテナユニット８１と第２アンテナユニット８２は、第１導電配線２１（あるいは第５導電配線５５）と同じレイヤで同じ工程で形成することができる。第３アンテナユニット８３と第４アンテナユニット８４は、第３導電配線２３（あるいは第４導電配線２４）と同じレイヤで同じ工程で形成することができる。
【０１４２】
図１１に示すように、第１アンテナユニット８１、第２アンテナユニット８２、第３アンテナユニット８３、及び第４アンテナユニット８４の各々は、逆巻きのループアンテナの対で構成されている。逆巻きのループアンテナの磁界の発生方向が逆方向となることで、ノイズ発生の少ない、安定した送受信が可能となる。換言すれば、逆巻きのループアンテナには、それぞれ方向の異なる磁界形成により外部磁界の遮蔽効果が得られ、外部ノイズの影響を低減できる。なお、逆巻きとは、例えば、図１１に示す対のループアンテナ１６４、１６５の巻き方向が、平面視、中心線１１６で線対称となることを意味する。
【０１４３】
ループアンテナの巻き数は、２以上、あるいは３以上が好ましい。アンテナの外形が５ｍｍ以下と小さいサイズの場合、巻き線数を３以上２０以下とすることができる。第２実施形態においては、第１アンテナユニット８１、第２アンテナユニット８２、第３アンテナユニット８３、及び第４アンテナユニット８４の巻き数は、いずれも、３巻とした。ここで、巻き数が２以上のループアンテナの平面視形状は、同一平面上で旋回するに従い中心に近づく曲線となる。線間がほぼ等間隔となるアルキメデスの螺旋を典型的に例示できる。
【０１４４】
外部（駆動回路、商用電源、一般的な１００Ｖ等の外部電源）から受けるノイズの影響を減らすため、本実施形態では図１１や図１３に示す略Ｕ字形状の導体パターン２５Ａ、２５Ｂでアンテナユニット８１、８２、８３、８４を平面的に囲っている。アンテナを形成する導電配線の線幅は、６μｍであり、位置精度（アライメント精度）は、±２μｍ以内とした。これら導電配線の構造は、第１実施形態と同様、銅合金層を導電性金属酸化物層で挟持する３層構成である。
【０１４５】
第１アンテナユニット８１と第３アンテナユニット８３とが重なる第１重畳部５１では、例えば、ＣＰＵからのタッチ駆動信号の受信、あるいは、タッチ検知スイッチング回路１９からタッチ信号送受信制御部２０を経て出力されるタッチ検出信号の送信が行われる。タッチ駆動信号は、タッチ駆動制御部１７を経てタッチ駆動スイッチング回路１８を駆動する。
第２アンテナユニット８２と第４アンテナユニット８４との重なり部（第２重畳部５２）では、例えば、第４アンテナユニット８４から共振周波数の電磁波の発生により生じた電力を第２アンテナユニット８２が受電する。電力受電部１５は、受信電圧を平滑化、定電圧化し、タッチ駆動電圧として電源制御部１６に出力する。
【０１４６】
図１２に示すように、第２基板２上にブラックマトリクスＢＭが形成され、ブラックマトリクスＢＭ上に下部絶縁層１４１が形成され、下部絶縁層１４１上に第１アンテナユニット８１及び第２アンテナユニット８２が形成されている。また、図７及び図９にも示されているように、下部絶縁層１４１上に、第１導電配線２１、第５導電配線５５、第１アンテナユニット８１、及び第２アンテナユニット８２が形成されている。即ち、第１導電配線２１、第５導電配線５５、第１アンテナユニット８１、及び第２アンテナユニット８２は、同一のレイヤに位置する。また、導体パターン２５Ａも、下部絶縁層１４１上に形成されている。
【０１４７】
より具体的に説明すると、下部絶縁層１４１上に、第１導電性金属酸化物層１１、銅合金層１３（あるいは銅層）、及び第２導電性金属酸化物層１２（３層構成の導電層）が成膜された後、周知のフォトリソグラフィの手法で、３層構成の導電層をパターニングすることで、第１導電配線２１、第５導電配線５５、第１アンテナユニット８１、第２アンテナユニット８２、及び導体パターン２５Ａの各々のパターンが形成される。即ち、本発明における「同一のレイヤに位置する」とは、３層構成の導電層を基板上に形成した後に、パターニングによって、各々の配線層（導電配線、アンテナユニット等）を同一層として配設することを意味しており、配線やアンテナ等が、同じ層構成、同じ材料で、同一のレイヤに設けられていることを意味する。
【０１４８】
上記のように、同じ層構成の導電配線（第１導電配線２１）で形成された第１アンテナユニット８１及び第２アンテナユニット８２の各々は、アンテナの内側に位置する第１接続用パッド６０、６１上に設けられたスルーホール５０を介して、異なる導電配線（第２導電配線２２）に電気的に接続されている。第１導電配線２１と第２導電配線２２との間には、中間絶縁層１４２が介在されている。
【０１４９】
同様に、同じ層構成の導電配線（第３導電配線２３）で形成された第３アンテナユニット８３及び第４アンテナユニット８４の各々は、アンテナの内側に位置する第２接続用パッド６２、６３上に設けられたスルーホールを介して、異なる導電配線（第４導電配線２４）に電気的に接続されている。第３導電配線２３と第４導電配線２４との間には、第２絶縁層４２が介在されている。
【０１５０】
第１導電配線２１（第５導電配線５５）、第２導電配線２２（第６導電配線５６）、第３導電配線２３、及び第４導電配線２４は、いずれも銅合金層を第１導電性金属酸化物層と第２導電性金属酸化物層で挟持する３層構成を有する。
第２実施形態において、チャネル層３５に用いる酸化物半導体は、Ｉｎ：Ｓｂ：Ｃｅ＝１：１：０．０６の元素比の複合酸化物を用い、２８０℃の低温アニールを行い、チャネル層とした。第２実施形態における銅合金層には、Ｃｕ：Ｃａ：Ｚｎ＝９７：２．５：０．８の元素比の銅合金を用いた。上記低温アニール後、第２実施形態の銅合金層の電気抵抗率は、３．１μΩｃｍであった。
【０１５１】
第２実施形態に係る表示装置ＤＳＰ２では、発光層として有機ＥＬ層が用いられている。本発明は、第２実施形態に示された構造に限定されない。有機ＥＬ層に代えて、ＬＥＤチップを備えたＬＥＤ表示装置を構成してもよい。例えば、ＬＥＤチップとしては、ｎ型ＧａＮで形成された電極とＬＥＤ反射電極とが同じ面側に並ぶ水平型と呼称されるＬＥＤチップが挙げられる。また、図８に示すバンク９４の間に、ホール注入層９１や発光層９２等の有機ＥＬに係るレイヤを形成せず、反射電極である下部電極８８にＬＥＤチップを直接的に載置してもよい。ＬＥＤチップの裏面や側面に導体を形成し、上部電極８７にＬＥＤチップを電気的に接続することができる。この場合、導体は、ｎ型ＧａＮからの電極と導通する。基板に対してＬＥＤチップを載置する方法としては、サファイアやＧａＮ等の基板上に、例えば、ｎ型ＧａＮ／発光層／ｐ型ＧａＮ／ＬＥＤ反射電極（Ａｇ合金等の薄膜）をこの順で積層した構成のＬＥＤチップをフェースダウンによって載置すればよい。この場合、ＬＥＤ反射電極及び下部電極８８は、電気的に接合される。これらＬＥＤチップは、赤色発光、緑色発光、青色発光等の３種類を、各々、バンク９４の間に位置する画素開口部に配列させることができる。あるいは、各々、バンク９４の間に位置する画素開口部に青色発光のＬＥＤチップを載置し、画素開口部上に直接的あるいは間接的に量子ドット等を含む波長変換層を、各々配置してもよい。波長変換層は、例えば、青色発光光を緑色発光光に変換する、或いは、青色発光光を赤色発光光に変換する。また、青色発光ＬＥＤの他に赤色発光ＬＥＤや赤外発光ＬＥＤを別途載置してもよい。
【０１５２】
上述した実施形態によれば、銅合金層１３が第１導電性金属酸化物層１１と第２導電性金属酸化物層１２とによって挟持された３層構成を有するとともに高い導電性を備えた導電配線を形成することができる。また、この導電配線と電気的に接続された薄膜トランジスタを備えた半導体装置を実現することができる。さらに、微小なループアンテナやタッチセンシング配線等を具備する半導体装置、及び、このような半導体装置を備えた表示装置を提供することができる。
【０１５３】
例えば、上述の実施形態に係る半導体装置、あるいは表示装置は、種々の応用が可能である。上述の実施形態に係る表示装置が適用可能な電子機器としては、携帯電話、携帯型ゲーム機器、携帯情報端末、パーソナルコンピュータ、電子書籍、イメージセンサ、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、ヘッドマウントディスプレイ、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、デジタルオーディオプレイヤ等）、複写機、ファクシミリ、プリンター、プリンター複合機、自動販売機、現金自動預け入れ払い機（ＡＴＭ）、個人認証機器、光通信機器等が挙げられる。上記の各実施形態は、自由に組み合わせて用いることができる。
【０１５４】
本発明の好ましい実施形態を説明し、上記で説明してきたが、これらは本発明の例示的なものであり、限定するものとして考慮されるべきではないことを理解すべきである。追加、省略、置換、およびその他の変更は、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。従って、本発明は、前述の説明によって限定されていると見なされるべきではなく、請求の範囲によって制限されている。
【０１５５】
なお、第１実施形態の表示装置ＤＳＰ１において、第２実施形態で示すアンテナユニット（ループアンテナ）およびタッチセンシング配線を、第２基板２に形成することができる。これら、アンテナユニットやタッチセンシング配線は、銅合金層を第１導電性金属酸化物層と第２導電性金属酸化物層で挟持する３層構成で形成することができる。
【符号の説明】
【０１５６】
１  第１基板
２  第２基板
３  半導体装置
４  液晶層
８  透明電極
９  画素電極
１１  第１導電性金属酸化物層
１２  第２導電性金属酸化物層
１３  銅合金層
１４  画素開口部
１５  電力受電部
１６  電源制御部
１７  タッチ駆動制御部
１８  タッチ駆動スイッチング回路
１９  タッチ検知スイッチング回路
２０  タッチ信号送受信制御部
２１  第１導電配線
２２  第２導電配線
２３  第３導電配線
２４  第４導電配線
２５Ａ、２５Ｂ  導体パターン
２６  ソース信号スイッチング回路
２７  ゲート信号スイッチング回路
２８  電力送電部
２９  信号送受信部
３０  半導体界面
３１  ソース配線
３５、１３５  チャネル層
３６、１３６  ソース電極
３７、１３７  ドレイン電極
３８、１３８  ゲート電極
３９  薄膜トランジスタ
４１  第１絶縁層
４２  第２絶縁層
４３  第３絶縁層
４５、９３  コンタクトホール
５０  スルーホール
５１  第１重畳部
５２  第２重畳部
５５  第５導電配線
５６  第６導電配線
６０、６１  第１接続用パッド
６２、６３  第２接続用パッド
６７  ソース配線
６９  ゲート配線
７１  有効表示領域
７２  額縁領域
８１  第１アンテナユニット（アンテナユニット）
８２  第２アンテナユニット（アンテナユニット）
８３  第３アンテナユニット（アンテナユニット）
８４  第４アンテナユニット（アンテナユニット）
８７  上部電極
８８  下部電極
８９  スイッチングトランジスタ（薄膜トランジスタ）
９１  ホール注入層（有機ＥＬ層）
９２  発光層（有機ＥＬ層）
９４  バンク
９６  平坦化層
９７  透明樹脂層
１００  表示装置基板
１０９  封止層
１１０  表示部
１１６  中心線
１２０  制御部
１２１  映像信号制御部
１２２  タッチセンシング制御部
１２３  システム制御部
１３０  検波・ＡＤ変換部
１３９  駆動トランジスタ（薄膜トランジスタ）
１４０  電源線
１４１  下部絶縁層
１４２  中間絶縁層
１４３  上部絶縁層
１６４、１６５  ループアンテナ
２００  スパッタリング装置
２０１  真空チャンバ
２０２  ホルダ
２０３  真空ポンプ
２０４  スパッタリングガス供給部
２０５  電源
２０６  バッキングプレート
２０７  スパッタリングターゲット
２０８  基板
３００  アレイ基板
Ｒ  赤画素
Ｇ  緑画素
Ｂ  青画素
ＢＭ  ブラックマトリクス
ＯＢ  観察者
ＯＣ  オーバーコート層
ＤＳＰ１、ＤＳＰ２  表示装置
【要約】
本発明の半導体装置は、基板と、前記基板の一の面に設けられた導電配線と、前記導電配線に電気的に接続された薄膜トランジスタと、を具備する。前記導電配線は、銅層あるいは銅合金層が第１導電性金属酸化物層と第２導電性金属酸化物層とによって挟持された３層構成を有する。前記第１導電性金属酸化物層及び前記第２導電性金属酸化物層は、酸化インジウムを含む。前記薄膜トランジスタは、酸化物半導体で構成されたチャネル層を有する。前記酸化物半導体は、酸化インジウムと、酸化アンチモンと、前記酸化インジウム及び前記酸化アンチモンの各々の量より少ない量を有する酸化セリウムとを含む複合酸化物である。前記酸化物半導体において、酸素をカウントしない元素の合計を１００ａｔ％とすると、インジウム及びアンチモンの各々の量は４０ａｔ％以上である。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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