(57)【要約】【課題】  下層配線と上層配線間のコンタクト抵抗を増大させることのない多層配線構造を提供する。【解決手段】  下層配線１２上に層間絶縁膜１３を介して上層配線１４が形成されている。下層配線１２は表面が保護層１５により覆われており、上層配線１４は、層間絶縁膜１３及び保護層１５を貫通し且つ下層配線１２の表面部分を削り取る形で形成されたコンタクトホール１７を介して下層配線１２と直接接触している。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下層配線上に絶縁層を介して上層配線が形成されてなる多層配線構造であって、
前記下層配線は表面が保護層により覆われており、
前記上層配線は、前記絶縁層及び保護層を貫通し且つ下層配線の表面部分を削り取る形で形成されたコンタクトホールを介して下層配線の前記削り取られた部分と接触していることを特徴とする多層配線構造。
【請求項２】
前記保護層は、高融点金属により形成されていることを特徴とする請求項１記載の多層配線構造。
【請求項３】
前記高融点金属は、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｗ、Ｍｏから選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項２記載の多層配線構造。
【請求項４】
前記下層配線及び上層配線がアルミニウムにより形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の多層配線構造。
【請求項５】
表面が保護層により覆われた下層配線上に絶縁層を介して上層配線が形成されてなる多層配線構造の形成方法であって、
前記絶縁層及び保護層を貫通し且つ下層配線の表面部分を削り取る形でコンタクトホールを形成し、
前記コンタクトホールを介して下層配線の削り取られた部分と接触するように上層配線を形成することを特徴とする多層配線構造の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、保護層を有する下層配線上に上層配線が形成された多層配線構造に関するののであり、さらにはその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばアクティブマトリックス型液晶表示素子においては、１画素の液晶を駆動するのに１つの薄膜トランジスタが必要であり、多結晶シリコン（ポリシリコン）をチャンネル層に使用した多結晶薄膜トランジスタをガラス基板上に形成する技術が開発されている。プロセス技術の進歩により、低いプロセス温度でガラス基板上に高性能な多結晶薄膜トランジスタを形成することが可能になっている。
【０００３】
多結晶シリコン膜を用いた液晶表示パネルの製造においては、前記の通りドライバー回路や電源回路等、駆動回路を構成する薄膜トランジスタを基板上に作り込むことが行われており、例えば外付け集積回路（ＩＣ）として設置していた駆動回路についても、液晶表示パネルの額縁領域に作り込むようになってきている。
【０００４】
この場合、液晶表示パネルの周囲に配線形成等のために必要となる額縁領域の狭小化が大きな課題となる。液晶トランジスタアレイにおいて回路内蔵を行おうとすると、薄膜トランジスタ個数及び配線数が大きくなるため、前記額縁領域の幅を大きくせざるを得ない。従来のように信号線を１層構造の配線で形成した場合、配線を平行にレイアウトするしかなく、配線の占める面積が大きくなり、額縁領域を縮小することは難しい。そこで、配線を多層化（２層化）することが検討されている（例えば、特許文献１等を参照）。
【０００５】
特許文献１には、表示部と額縁部を有するアレイ基板を備え、前記表示部は、複数の配線と、前記配線と接続された複数の薄膜トランジスタとを備え、前記額縁部は、前記薄膜トランジスタを駆動する駆動回路を備え、前記配線は、第１配線材料によって形成された第１配線層と、第１配線層上に形成された第２配線層とを備える画像表示装置が開示されている。特許文献１記載の発明では、配線を第１配線層と第２配線層とから構成するとともに、これら配線層において微細化に適した材料及び低抵抗な材料を役割に応じて使い分けることで、狭額縁化を実現している。
【特許文献１】特開２００２−２９７０５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、回路基板においては、配線の微細化に伴い、配線材料に比抵抗の小さな純アルミニウムが用いられており、表面の腐食防止やマイグレーション防止のために保護層を形成することが行われている。例えば、ＴｉやＴａ、Ｎｂ、Ｗ、Ｍｏ等の高融点金属やその化合物によりアルミニウム配線の表面を覆い、腐食やマイグレーション等を防止することが試みられている。
【０００７】
このように高融点金属等からなる保護層を下層配線に形成した場合、上層配線は保護層表面、あるいは保護層の膜中で下層配線と接触することになり、コンタクト抵抗の増大を招くという課題がある。下層配線上の保護層表面、あるいは保護層中に上層配線が接触した場合、保護層と上層配線とで構成材料が異なるためにこれらの界面で相互拡散等が起こり、化合物層が形成されてコンタクト抵抗を増大する結果となる。
【０００８】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、多層配線化した場合にもコンタクト抵抗を増大させることのない多層配線構造を提供することを目的とし、さらにはその製造方法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】
【０００９】
前述の目的を達成するために、本発明の多層配線構造は、下層配線上に絶縁層を介して上層配線が形成されてなる多層配線構造であって、前記下層配線は表面が保護層により覆われており、前記上層配線は、前記絶縁層及び保護層を貫通し且つ下層配線の表面部分を削り取る形で形成されたコンタクトホールを介して下層配線の前記削り取られた部分と接触していることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の多層配線構造の形成方法は、表面が保護層により覆われた下層配線上に絶縁層を介して上層配線が形成されてなる多層配線構造の形成方法であって、前記絶縁層及び保護層を貫通し且つ下層配線の表面部分を削り取る形でコンタクトホールを形成し、前記コンタクトホールを介して下層配線の削り取られた部分と接触するように上層配線を形成することを特徴とする。
【００１１】
本発明においては、保護層を貫通し且つ下層配線の表面部分を削り取る形でコンタクトホールを形成し、このコンタクトホールを介して下層配線と上層配線とを接続するようにしている。この場合、下層配線と上層配線が直接接触することになる。これら下層配線と上層配線は、同じ材料（例えばアルミニウム）で形成されており、界面に相互拡散により化合物層が形成されることはない。したがって、下層配線と上層配線の接続において、コンタクト抵抗が増大することもない。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、下層配線と上層配線の界面における化合物層の形成を解消することができ、下層配線と上層配線間におけるコンタクト抵抗が小さく信頼性に優れた多層配線構造を提供することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を適用した多層配線構造及びその形成方法の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施形態においては、液晶表示装置における多層配線構造を例にして説明するが、本発明の適用対象が液晶表示装置に限定されるものではないことは言うまでもない。
【００１４】
液晶表示装置は、図１に示すように、アレイ基板２と対向基板３により構成される液晶表示パネル１を備え、これらアレイ基板２と対向基板３の間の液晶層をアレイ基板２上にマトリックス状に形成された薄膜トランジスタ（画素トランジスタ）をスイッチング素子として駆動することで、画像の表示が行われる。
【００１５】
ここで、表示領域Ｈにおいては、アレイ基板２に各画素に対応して画素電極がマトリクス状に形成されるとともに、画素電極の行方向に沿って走査線が形成され、列方向に沿って信号線が形成されている。さらに、各走査線と信号線の交差位置に前記画素トランジスタが形成されている。
【００１６】
一方、アレイ基板２の周辺領域（液晶表示パネル１の額縁領域）には、アレイ基板２に配列形成される信号線に駆動信号を供給する信号線駆動回路４や、走査線に駆動信号を供給する走査線駆動回路５等の駆動回路が形成されている。これら駆動回路は、複数の薄膜トランジスタと、これら薄膜トランジスタに接続される配線等から構成されている。
【００１７】
本実施形態の液晶表示装置では、前記液晶表示パネル１の額縁領域、あるいは表示領域Ｈにおける配線が多層配線構造とされており、下層配線と上層配線の接続構造に特徴を有する。以下、本実施形態の多層配線構造について説明する。
【００１８】
図２は、本実施形態の多層配線構造を示すものであり、基板上１１に下層配線１２が形成されるとともに、絶縁層である層間絶縁膜１３を介して上層配線１４が形成されている。下層配線１２や上層配線１４は、電気抵抗が小さな材料で形成されており、例えば純アルミニウムにより形成されている。層間絶縁膜１３は、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）やシリコン窒化物（ＳｉＮ）等の絶縁性材料により形成されている。
【００１９】
また、前述の通り、下層配線１２や上層配線１４は純アルミニウム等により形成されているが、純アルミニウムにより形成された下層配線１３や上層配線１４はそのままでは腐食し易く、マイグレーションも発生し易い。そこで、これら下層配線１２や上層配線１４の表面を覆う形で保護層１５、１６が形成されている。
【００２０】
前記保護層１５、１６は、例えば導電性を有し、且つ腐食し難くマイグレーションも発生し難い高融点金属により形成されている。高融点金属としては、例えばＴｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｗ、Ｍｏを挙げることができ、これらの１種、あるいは２種以上により前記保護層１５、１６を形成すればよい。
【００２１】
以上の多層配線構造において、下層配線１２と上層配線１４とは、層間絶縁膜１３に形成されたコンタクトホール１７を介して接続されている。ここで、例えば層間絶縁膜１３と保護層１５のエッチングレートの相違を利用して、図３に示すように、コンタクトホール１７が保護層１５の表面、あるいは膜中まで形成され、ここに上層配線１４が形成されるのが一般的である。しかしながら、このような場合、上層配線１４は高融点金属からなる保護層１５と接触することになり、上層配線１４を構成する金属（アルミニウム）と保護層１５を構成する金属（高融点金属）が反応し、化合物層が形成されてしまう。前記界面における化合物層の形成は、下層配線１２と上層配線１４間のコンタクト抵抗を増大する要因となる。
【００２２】
そこで、本実施形態においては、図２に示すように、前記コンタクトホール１７を前記保護層１５を貫通するとともに、下層配線１２の表面を一部削り取る状態で形成し、ここに上層配線１４を形成するようにしている。したがって、前記コンタクトホール１７は下層配線１４に一部入り込んだ状態で形成され、コンタクトホール１７の底部には下層配線１２が露出している。ここに上層配線１４を形成すれば、下層配線１２と上層配線１４とが直接接触する形になり、下層配線１２と上層配線１４に同じ材料を用いれば界面に化合物層が形成されることがなく、コンタクト抵抗を低減することができる。
【００２３】
次に、前述の多層配線構造の形成方法について説明する。図４は、図２に示す多層配線構造を形成するための製造プロセスの一例を示すものである。
【００２４】
例えば、前述のような下層配線１２と上層配線１４からなる２層配線構造を形成するには、先ず、図４（ａ）に示すように、ガラス等により形成される基板１１上にシリコン酸化膜２１を全面に形成し、第１の配線層である下層配線１２及びこの下層配線１２の表面を覆う保護層１５を形成する。
【００２５】
前記シリコン酸化膜２１は、基板１１の表面の傷や穴等を塞いで平坦化すること、基板１１を構成するガラスに含まれる不純物の拡散を防止すること等を目的に形成されるものであり、例えば、熱処理により流動化する流動化樹脂からなる平坦化層と、不純物の拡散を防止する被覆層とからなる積層構造とすることも可能である。あるいは、前記基板１１が平坦化に優れ、含まれる不純物も少ない場合には、前記シリコン酸化膜２１を省略することも可能である。
【００２６】
前記下層配線１２とその保護層１５については、例えばアルミニウムをスパッタ法により全面に成膜した後、その上に高融点金属（例えばチタン）を同様にスパッタ法により成膜し、これらを所定の配線パターンとなるようにエッチングする。エッチングは、フォトリソグラフィによるフォトレジストパターンの形成と、ドライエッチングによる加工にて行う。
【００２７】
次に、図４（ｂ）に示すように、下層配線１２を覆って層間絶縁膜１３を基板１１の全面に形成する。層間絶縁膜１３は、例えばＰＥ−ＣＶＤ法等によりシリコン酸化膜を堆積することにより形成する。層間絶縁膜１３は、ここではシリコン酸化膜としたが、十分な絶縁性を有していれば任意の絶縁膜を用いることができ、例えばシリコン窒化膜であってもよい。
【００２８】
前記層間絶縁膜１３の形成の後、図４（ｃ）に示すように、下層配線１２と上層配線１４とを接続するためのコンタクトホール１７を形成する。コンタクトホール１７の形成は、フォトリソグラフによるフォトレジストパターン形成とドライエッチングを利用して行うが、先ずシリコン酸化物からなる層間絶縁膜１３をエッチング除去する。次に、高融点金属からなる保護層１５をエッチング除去し、さらにアルミニウムからなる下層配線１２の表面部分を一部削り取るようにエッチングする。このようにして、コンタクトホール１７の底部に下層配線１２を構成するアルミニウムが露出するようにする。
【００２９】
前記ドライエッチングに際しては、エッチングガスを適宜選択して行うことが好ましい。例えば、層間絶縁膜１３のエッチングに用いるエッチングガスをそのまま用いた場合、高融点金属からなる保護層１５や下層配線１２のエッチングレートが極めて小さく、コンタクトホール１７を下層配線１２まで到達するように形成することは難しい。そこで、例えば層間絶縁膜１３がシリコン酸化物により形成され、保護層１５が高融点金属により形成されている場合には、フッ化炭素系のエッチングガス（例えばＣＦ４）を用いて層間絶縁膜１３をエッチングし、塩素系のエッチングガスを用いて保護層１５及び下層配線１２をエッチングする。これにより、いずれの層のエッチングにおいてもエッチングレートを確保することができ、コンタクトホール１７を下層配線１２まで到達する形で形成することができる。
【００３０】
このようにしてコンタクトホール１７を形成した後、上層配線１４を形成する。上層配線１４についても、表面に保護層１６を形成し、これらを所定の配線パターンに応じてエッチングする。すなわち、例えばアルミニウムをスパッタ法により全面に成膜した後、その上に高融点金属（例えばチタン）を同様にスパッタ法により成膜し、これらを所定の配線パターンとなるようにエッチングする。エッチングは、フォトリソグラフィによるフォトレジストパターンの形成と、ドライエッチングによる加工にて行う。
【００３１】
以上のようにして形成される多層配線構造においては、コンタクトホール１７のエッチングの際に下層配線１２の表面部分が削り取られているので、仮に保護層１５の表面や下層配線１２の表面に酸化膜等の絶縁膜が形成されていたとしても、その残存を高い確率で抑制することが可能である。また、コンタクトホール１７の底部には下層配線１２を構成するアルミニウムが露出しており、これと直接接触する形で上層配線１４が形成されているので、コンタクト抵抗を低減することが可能である。下層配線１２と上層配線１４は、同じ材料（例えばアルミニウム）により形成されており、これらが接触しても界面に化合物層が形成されることはない。したがって、コンタクト抵抗が小さな信頼性に優れた多層配線構造を提供することが可能である。
【００３２】
以上、本発明を適用した多層配線構造の実施形態について説明したが、本発明が前述の実施形態に限られるものでないことは言うまでもない。例えば、保護層１５、１６を構成する材料としては、高融点金属に限らず、シリコン窒化物やシリコン酸化物であってもよい。例えば、下層配線１２や上層配線１４が銅（Ｃｕ）により形成されている場合には、シリコン窒化物からなる保護層１５、１６との組み合わせが好適である。
【００３３】
下層配線１２や上層配線１４の腐食やマイグレーションの発生の他、液晶表示パネルを構成するアレイ基板２等の製造においては、下層配線１２や上層配線１４上に層間絶縁層１３を形成する際に、下層配線１２や上層配線１４の表面を損傷する等の問題が生ずることがある。前記保護層１５、１６の形成は、このような損傷に対しても保護機能を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】液晶表示パネルの概略構成を示す斜視図である。
【図２】本発明を適用した多層配線構造の一例を示す概略断面図である。
【図３】比較例に相当する多層配線構造の一例を示す概略断面図である。
【図４】多層配線構造の形成プロセスの一例を工程順に示す概略断面図であり、（ａ）は下層配線形成工程、（ｂ）は層間絶縁膜形成工程、（ｃ）はコンタクトホール形成工程、（ｄ）は上層配線形成工程を示す。
【符号の説明】
【００３５】
１  液晶表示パネル、２  アレイ基板、３  対向基板、１１  基板、１２  下層配線、１３  層間絶縁膜、１４  上層配線、１５，１６  保護層、１７  コンタクトホール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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