(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機材料を用いて第１の絶縁膜を形成し、
前記第１の絶縁膜上に、第１の導電膜を形成し、
前記第１の導電膜上に第１のマスクを形成し、
前記第１のマスクを用いて、前記第１の導電膜の少なくとも一部が前記第１の絶縁膜を覆い、且つ、前記第１のマスクを形成した位置に柱状の導電性部材が形成されるようにエッチング処理を行い、
前記第１のマスクを除去し、
前記柱状の導電性部材を覆って第２の導電膜を形成し、
前記第２の導電膜上に、無機材料を用いて第２の絶縁膜を形成し、
前記第２の絶縁膜上に第２のマスクを形成し、
前記第２のマスクを用いて、前記第１の導電膜又は前記第２の導電膜の少なくとも一部が前記第１の絶縁膜を覆うように、少なくとも前記第２の絶縁膜のエッチング処理を行い、
前記第２のマスクを除去し、
前記第２の絶縁膜をマスクとして、前記第１の導電膜、又は、前記第１の導電膜及び前記第２の導電膜のエッチング処理を行い、前記柱状の導電性部材を含む配線を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１の導電膜は、チタン、タンタル、タングステンから選ばれた高融点金属、又は該高融点金属の窒化物から選ばれた一種でなる層と、アルミニウム、又はアルミニウムを主成分とする金属材料でなる層と、を含んで形成し、
前記第２の導電膜は、チタン、タンタル、タングステンから選ばれた高融点金属、又は該高融点金属の窒化物から選ばれた一種でなる層を含んで形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３】
請求項１において、
前記第１の導電膜は、窒化タンタル、窒化チタン、窒化タングステン、炭化タンタル、炭化チタン、又は窒化タングステンから選ばれた一種若しくは複数種でなる層と、タングステン、アルミニウム、銅又はそれらを主成分とする合金若しくは化合物でなる層と、を含んで形成し、
前記第２の導電膜は、チタン、タングステン、タンタル、窒化タンタル、窒化チタン、窒化タングステン、炭化タンタル、又は炭化チタンから選ばれた一種でなる層と、窒化タンタル、窒化チタン、窒化タングステン、炭化タンタル、炭化チタン、又は窒化タングステンから選ばれた一種若しくは複数種でなる層と、タングステン、アルミニウム、銅又はそれらを主成分とする合金若しくは化合物でなる層と、を含んで形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項４】
第１の絶縁膜にコンタクトホールを形成し、
前記第１の絶縁膜上に、第１の導電膜を形成し、
前記第１の絶縁膜における前記コンタクトホールによる凹部を、前記第１の導電膜が充填するように加熱処理を行い、
前記第１の導電膜上に第１のマスクを形成し、
前記第１のマスクを用いて、前記コンタクトホール内に前記第１の導電膜が残存し、且つ、前記第１のマスクを形成した位置に第１の柱状の導電性部材が形成されるようにエッチング処理を行い、
前記第１のマスクを除去し、
前記第１の柱状の導電性部材を覆って第２の導電膜を形成し、
前記第２の導電膜上に第２のマスクを形成し、
前記第２のマスクを用いて、前記第１の導電膜及び前記第２の導電膜をエッチング処理して、前記第１の柱状の導電性部材を含む第１の配線を形成し、
有機材料を用いて、前記第１の配線を埋め込む第２の絶縁膜を形成し、
前記第２の絶縁膜を加工して、前記第１の配線の一部を露出させ、
前記第２の絶縁膜上に、前記第１の配線と電気的に接続する第３の導電膜を形成し、
前記第３の導電膜上に第３のマスクを形成し、
前記第３のマスクを用いて、前記第３の導電膜の少なくとも一部が前記第２の絶縁膜を覆い、且つ、前記第３のマスクを形成した位置に第２の柱状の導電性部材が形成されるようにエッチング処理を行い、
前記第３のマスクを除去し、
前記第２の柱状の導電性部材を覆って第４の導電膜を形成し、
前記第４の導電膜上に、無機材料を用いて第３の絶縁膜を形成し、
前記第３の絶縁膜上に第４のマスクを形成し、
前記第４のマスクを用いて、前記第３の導電膜又は前記第４の導電膜の少なくとも一部が前記第２の絶縁膜を覆うように、少なくとも前記第４の絶縁膜のエッチング処理を行い、
前記第４のマスクを除去し、
前記第４の絶縁膜をマスクとして、前記第４の導電膜、又は、前記第３の導電膜及び前記第４の導電膜のエッチング処理を行い、前記第２の柱状の導電性部材を含む第２の配線を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項５】
請求項４において、
前記第１の導電膜は、チタン、タンタル、タングステンから選ばれた高融点金属、又は該高融点金属の窒化物から選ばれた一種でなる層と、アルミニウム、又はアルミニウムを主成分とする金属材料でなる層と、を含んで形成し、
前記第２の導電膜は、チタン、タンタル、タングステンから選ばれた高融点金属、又は該高融点金属の窒化物から選ばれた一種でなる層を含んで形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項６】
請求項４又は請求項５において、
前記第３の導電膜は、チタン、タンタル、タングステンから選ばれた高融点金属、又は該高融点金属の窒化物から選ばれた一種でなる層と、アルミニウム、又はアルミニウムを主成分とする金属材料でなる層と、を含んで形成し、
前記第４の導電膜は、チタン、タンタル、タングステンから選ばれた高融点金属、又は該高融点金属の窒化物から選ばれた一種でなる層を含んで形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項７】
請求項４において、
前記第１の導電膜、前記第２の導電膜、及び前記第４の導電膜は、チタン、タングステン、タンタル、窒化タンタル、窒化チタン、窒化タングステン、炭化タンタル、又は炭化チタンから選ばれた一種でなる層と、窒化タンタル、窒化チタン、窒化タングステン、炭化タンタル、炭化チタン、又は窒化タングステンから選ばれた一種若しくは複数種でなる層と、タングステン、アルミニウム、銅又はそれらを主成分とする合金若しくは化合物でなる層と、を含んで形成し、
前記第３の導電膜は、窒化タンタル、窒化チタン、窒化タングステン、炭化タンタル、炭化チタン、又は窒化タングステンから選ばれた一種若しくは複数種でなる層と、タングステン、アルミニウム、銅又はそれらを主成分とする合金若しくは化合物でなる層と、を含んで形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多層配線構造を備えた半導体装置に関し、特に層間絶縁膜を介して配線間の接続を形成する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の回路素子が基板上又は基板内に集積された所謂半導体集積回路の配線構造として、層間絶縁膜と呼ばれる酸化珪素などの絶縁膜で異なる配線層間を電気的に絶縁分離した多層配線構造が知られている。
【０００３】
層間絶縁膜を介して形成された配線間の導通をとる場合、コンタクトホールと呼ばれる開孔を層間絶縁膜に形成して導通をとる方法が用いられている。また、半導体集積回路の微細化技術では、上層配線と下層配線の間に柱状の導電性部材を介在させてコンタクトを形成する方法も開発されている。例えば、下層配線上に凸状の導電性部材を設け、上層配線とのコンタクトを形成する技術が開示されている（特許文献１及び２参照。）。
【特許文献１】特開平６−３１４６８７号公報
【特許文献２】特開平８−３０６７７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
多層配線構造を形成する場合には、配線の形成工程や異なる配線間で電気的な接続を形成する工程が複雑でなく、なるべく簡素であることが望まれている。
【０００５】
しかしながら、従来の技術のように、下層配線若しくは下層配線用の導電膜を形成した後、その上に凸状の導電性部材を形成する方法では、下層配線用の導電膜と凸状の導電性部材を形成する導電膜との間にエッチングストッパーとなる導電性の被膜を介在させない限り加工することができないので、材料の選択肢が狭くなってしまうことが問題となる。
【０００６】
また、下層配線を形成する導電膜と凸状の導電性部材を形成するための導電膜を一度に形成する工程を採用すると合計の膜厚が厚くなり、フォトリソグラフィーの工程において下層に形成したアライメントマーカーと呼ばれる凸状の識別パターンが埋め込まれてしまう。そのために、ＣＣＤなどのカメラを用いたアライメントが困難になり、フォトマスクを精度良く位置合わせ出来なくなる。従って、微細なパターンの形成が著しく阻害されるといったことが問題となる。
【０００７】
本発明は、このような問題点を解決するためのものであり、微細でかつ信頼性の高い多層配線構造を、容易に形成することができる技術を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、アスペクト比（コンタクトホールの径と深さの比）の高いコンタクトホールを形成することを必要とせずに、多層配線間の接続を容易に実現することができる技術を提供する。これは、層間絶縁膜に隔てられた上層配線と下層配線の導通をとる箇所において、下層配線に凸状部（「プラグ」若しくは「ピラー」ともいう。）を設け、それを介して上層配線との電気的な接続を形成する。
【０００９】
本発明は、下層配線の上方に絶縁層を介して配設される上層配線との電気的な接続を、下層配線に設けられた凸状部において形成した多層配線構造としたものである。凸状部は、柱状の導電性部材とその上層及び下層に形成されたものであり、下層配線の全体に渡って形成された導電膜とで構成され、上層配線は、凸状部が絶縁層の上面と略同一平面で露出した部箇所で、下層配線と電気的に接続していることを特徴としている。
【００１０】
本発明は、コンタクトホールが形成された第１の絶縁膜と、第１の絶縁膜上に形成された第１の配線と前記第１の配線の上方に、第２の絶縁膜を介して配設された第２の配線とを有した多層配線構造を有し、第１の配線と第２の配線との電気的な接続を、第１配線に設けられた凸状部において形成し、コンタクトホールは、柱状の導電性部材と同一若しくは同様な材質の導電性材料で充填されている。さらに、凸状部は、凸状部を形成する柱状の導電性部材と、その上層及び下層に形成され、前記下層配線の全体に渡って形成された導電膜とで形成されることで、第２の配線は、凸状部が前記第２の絶縁膜の上面と略同一平面で露出した部箇所で、第１の配線と電気的に接続することを可能としていることを特徴としている。
【００１１】
柱状の導電性部材は、アルミニウム若しくはアルミニウムを主成分とする金属材料で形成され、柱状の導電性部材の上層及び下層に形成される導電膜は、チタン、タンタル、タングステンから選ばれた高融点金属、若しくは該高融点金属の窒化物から選ばれた一種で形成することが好ましい。
【００１２】
凸状部、すなわち下層配線と上層配線を接続するプラグは、単層又は複数の層を積層して形成する。複数の層を積層する場合には、凸状部を形成する導電性部材の上下層及び側面を、耐熱性又は耐エレクトロマイグレーション性のある導電性材料で被覆するように形成する。すなわち、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕその他の金属材料で形成された導電性部材を、該金属の拡散を防止することのできるバリア性を有する導電膜で被覆することが好ましい。このバリア性を有する導電膜（以下、「バリア層」ともいう。）としては、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗや、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗの窒素化合物若しくは炭素化合物などから選ばれた一種類または数種類の材料を用いることができる。バリア層は上記材料からなる一層若しくは複数層を積層して形成することができる。
【００１３】
本発明は、第１の導電膜を一主表面の全面に形成し、第１の導電膜上に第１のマスクを形成し、第１の導電膜にエッチング処理を行い、第１の導電膜の少なくとも一部が一主表面を覆った状態でエッチング処理を止め、マスクを形成した位置に柱状の導電性部材を形成し、柱状の導電性部材を覆って第２の導電膜とハードマスク層を一主表面の全面に形成し、ハードマスク上に第２のマスクを形成し、エッチング処理を行い、第２のマスクで覆われていないハードマスクが除去され、且つ第１の導電膜若しくは第２の導電膜の少なくとも一部が一主表面を覆った状態でエッチング処理を止め、第２のマスクを除去し、ハードマスク層に覆われていない一主表面上に残存している第１の導電膜若しくは第２の導電膜を除去する各工程を有することを特徴としている。
【００１４】
本発明は、第１の絶縁膜のコンタクトホールを形成し、第１の絶縁膜上及びコンタクトホールに第１の導電膜を形成し、第１の絶縁膜においてコンタクトホールによる凹部を第１の導電膜の材料が充填するように加熱処理を行い、第１の導電膜上に第１のマスクを形成し、第１の導電膜に対してエッチングを行い第１の導電膜の少なくとも一部が第１の絶縁膜を覆い前記コンタクトホールを充填している状態でエッチング処理を止め、マスクを形成した位置に凸状部を形成し、凸状部を覆って第２の導電膜とハードマスク層を第１の絶縁膜の全面に形成し、第２の導電膜上に第２のマスクを形成し、第２の導電膜、又は第１及び第２の導電膜に対してエッチングを行い、第１の導電膜若しくは第２の導電膜の少なくとも一部が一主表面を覆った状態でエッチング処理を止め、第２のマスクを除去し、ハードマスク層に覆われていない、第１の絶縁膜上に残存している第１の導電膜若しくは第２の導電膜を除去する各工程を有することを特徴としている。
【００１５】
第２の導電膜は、チタン、タンタル、タングステンから選ばれた高融点金属、若しくは該高融点金属の窒化物から選ばれた一種で形成する第１層と、アルミニウム若しくはアルミニウムを主成分とする金属材料で形成される第２層を含んで形成することが好ましい。
【００１６】
本発明は、層間絶縁膜に隔てられた配線間の導通を取る場合、まず、下層配線に凸状部を形成した後層間絶縁膜を形成する。次いで、選択的に層間絶縁膜を除去して凸状部を露出させた後、上層配線を形成することで多層配線構造を形成する。層間絶縁膜を平坦化する場合、凸状部は層間絶縁膜の上面から突出した形状、または、凸状部の層間絶縁膜が選択的に除去され凹部となった形状、或いは凸状部が層間絶縁膜の上面と略同一平面で露出した形状とすることが望ましい。また、下層配線に形成されたプラグにできる段差を利用して、上層配線、若しくは上層配線の一部として凸状部を形成する際に必要なアラインメントマークを形成できる利点がある。
【００１７】
本発明は、第１のバリア層上に、第１の導電膜を形成し、これをエッチング加工することで第１のバリア層上に柱状の導電性部材を形成する。さらに該柱状の導電性部材を覆って第２のバリア層を積層する。その上層に第２の導電膜を形成し、凸状部を含む下層配線を形成する。層間絶縁膜により埋め込まれる下層配線は、層間絶縁膜の表面を、エッチング或いは化学的または機械的な研磨を行って除去することにとり、凸状部の表面が、層間絶縁膜と略同一平面で、或いは突出する形で露出させることができる。その後、露出した凸状部に重ねて層間絶縁膜上に上層配線を形成することにより多層配線構造を形成する。
【００１８】
柱状の導電性部材は、第１の導電膜を形成した後、第１のマスクを形成し、この第１のマスクを用いたエッチングにより形成する。この場合、第１の導電膜の下層側に第１のバリア層がある場合には、該第１のバリア層は残存するようにする。該凸状部を覆って第２のバリア層を積層し、その上層に第２の導電膜を形成することで凸状部を含む下層配線を形成する。勿論、これは下層配線に限定されるものではなく、層間絶縁膜を介して形成される上層配線にも適用することができる。すなわち、このような凸状部を含む配線を繰り返し形成することで、多層配線構造を形成することができる。
【００１９】
この凸状部は、フォトマスクから転写される第１のマスクの寸法幅を縮小させる所謂スリミング処理を加えることで、露光処理の解像限界以下のパターンの形成を可能としている。すなわち、より微細なパターンでコンタクトを形成することができ、より高密度の集積回路を形成することができる。
【００２０】
また、本発明は、コンタクトホールが形成された第１の層間絶縁膜上に第１のバリア層を形成し、その上に第１の導電膜を形成する。その後、加熱処理を行い所謂リフローと呼ばれる処理により、第１の導電膜をもって該コンタクトホールの埋込を行う。その後、第１のマスクを形成し、第１の導電膜からなる柱状の導電性部材を形成し、該柱状の導電性部材を覆って第２のバリア層を積層し、その上層に第２の導電膜を形成することで凸状部を含む下層配線を形成する。以後、同様の工程とすれば、第１の層間絶縁膜に形成されたコンタクトホールに由来する凹部を第１の導電膜で埋込み、かつ、本発明の多層配線構造を形成することができる。これは、数十から数百ナノメートルの厚さで形成される多結晶半導体膜若しくはＳＯＩ(Silicon on Insulator)基板のように、コンタクトを形成する下層部材が薄く選択加工が難しい場合に、組みあわせて適用することができる。
【００２１】
層間絶縁膜は、無機層間膜、例えば、気相成長法やスパッタリング法により形成された酸化珪素膜などの他、塗布系層間絶縁膜を用いる事ができる。塗布系層間絶縁膜とは、液状の組成物を塗布して形成する層間絶縁膜を指す。塗布系層間絶縁膜としては、アクリル、ポリイミドなどの有機樹脂、有機溶媒中に溶かされた珪素を含む絶縁膜材料を塗布した後熱処理により被膜を形成する所謂塗布珪素酸化膜（Spin on Glass、以下「ＳＯＧ」ともいう。）、シロキサンポリマーなどの焼成によりシロキサン結合を形成する材料などが挙げられる。
【００２２】
塗布系層間絶縁膜は、剥離液に浸すことによる膨潤を防ぐために、凸状部の形成のためのエッチングをアンダーエッチングで止め、導電膜が基板全面を覆っている状態でレジストを剥離することは、本発明において有効に作用する。同様に、上層配線を形成した後のレジスト剥離の際に、層間絶縁膜をレジスト剥離液に曝さないために、上層配線の配線パターンを形成するエッチングをアンダーエッチングで止め、導電膜が基板全面を覆っている状態でレジストを剥離すればよい。そして、レジストを剥離した後に追加エッチングを行い、配線パターンを完成させる。なお、追加エッチング時に配線パターンが損傷を受ける事を防ぐため、上層配線の最上層を導電性のバリア層で構成する事が難しい場合は、バリア層上に酸化珪素膜などを、ハードマスクとして形成とする。ハードマスクを用いる場合、上層配線に凸状部を形成する工程において、その部分のハードマスクのみを除去する。
【００２３】
本発明の主要部は上記の説明の通りであり、本発明の適用により、半導体素子と、半導体素子を接続する複数の配線層から構成される半導体装置を形成することができる。
【００２４】
本発明において、半導体素子とは、少なくとも一部に半導体膜を含む電子部品であって、具体的には単結晶半導体基板上若しくは基板内に形成されたトランジスタ、絶縁表面上に形成された薄膜トランジスタ（以下、「ＴＦＴ」ともいう。）、電極の少なくとも一部が半導体膜からなるキャパシタなどを含んでいる。また、半導体素子を接続する配線が複数層存在する場合、その配線を便宜上、第１配線、第２配線と区別して呼ぶこととする。或いは、層間絶縁膜を介して形成された配線を下層配線、上層配線と呼んで区別することするが、これらはいずれも厳密な意味で上下関係若しくは作製順序を限定するものではない。
【発明の効果】
【００２５】
本発明により、凸状部を含む下層配線を形成することにより、高アスペクト比のコンタクトホールを形成しないので、高度の微細化が必要な場合、高度の露光技術やエッチング技術をはじめ、導電膜や絶縁膜によるコンタクトホール埋め込み技術を開発しなくて済み、多層配線構造を容易に形成することができる。
【００２６】
また、導電膜を一度に厚く形成する工程がないので、フォトリソグラフィーの工程において下層に形成したアライメントマーカーと呼ばれる凸状パターンが埋め込まれてしまい、フォトマスクの合わせ精度が悪くなり、微細なパターンの形成を阻害することがないので、多層配線構造を容易に形成することができる。
【００２７】
さらに、凸状部の形成にレジストのスリミング技術を適用することで、解像限界以下のパターンの形成が可能となる。
【００２８】
以上に示した本発明の構成によれば、下層配線に凸状部を設けそれを層間絶縁膜で埋め込んで上層配線との電気的な接続部を形成することにより、微細化を進めてもコンタクト抵抗の増大を防ぎ、信頼性の高い多層配線構造を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明は、層間絶縁膜（層間絶縁層）を介して形成される下層配線と上層配線とを電気的に接続するために、下層配線を構成する導電膜（導電層）を利用して凸状部を形成して、それにより半導体集積回路の埋込コンタクトで用いるプラグと同等の機能を発現させている。すなわち、下層配線を形成する少なくとも一つの導電膜を利用して、エッチング加工することで柱状の導電性部材を設け、それを含めて下層配線を形成して層間絶縁膜で埋め込み、かつ、上層配線と接続可能なように露出させることで、多層配線構造を形成している。
【００３０】
柱状の導電性部材は、下層配線の凸状部が層間絶縁膜を貫通して上層配線と接続できるように、膜厚の厚い導電膜をエッチング加工して形成する。この場合、導電膜の膜厚やエッチング速度のばらつきにより、エッチング残渣が残る可能性もあるが、その後の配線を形成するためのエッチングにより残渣が取り除かれるため、この段階でエッチング残渣が残っていても致命的な問題とはならず、アンダーエッチング状態でエッチングを終了する事も可能である。このため、柱状の導電性部材の形成のためのエッチング工程を、エッチングストッパーを必要とすることなく容易に行うことができる。
【００３１】
層間絶縁膜を無機材料で構成する場合は、選択的に層間絶縁膜を除去して凸状部を露出させる必要がある。例えば、気相成長法により成膜された酸化珪素膜を層間絶縁膜とする場合、凸状部上の層間絶縁膜において下層の凹凸を反映して突出する部分を利用して、レジストをエッチバックして凸状部を露出させることができる。具体的には、レジストの塗布と全面エッチバックにより凸状部上の層間絶縁膜のみをレジスト膜上に露出させた後、層間絶縁膜のエッチングを行えばよい。その後、レジストを剥離すれば、層間絶縁膜に形成された凹部内に凸状部が露出した状態とする事ができる。
【００３２】
また、他の方法としては、化学的機械研磨（ＣＭＰ）により、層間絶縁膜を研削し、その後層間絶縁膜を全面エッチバックすることにより、下層配線の凸状部の一部を露出させた構造とすることができる。
【００３３】
層間絶縁膜をスピン塗布で形成する場合には、層間絶縁膜の形成と平坦化が同時にできるので、層間絶縁膜から凸状部が露出するまで層間絶縁膜を全面エッチバックする方法が簡便である。スピン塗布は、ＳＯＧ材料や、珪素，酸素，水素からなり、Si‐O‐Si結合を含む無機シロキサン系材料、珪素上の水素がメチルやフェニルのような有機基によって置換された有機シロキサン系材料、（‐Si‐O‐Si‐O‐）のように長くのびた有機ポリシロキサン系材料を用いて行うことができる。
【００３４】
また、層間絶縁膜をポリイミドなどのネガ型感光性材料で形成する場合は、現像液によるウエットエッチングで凸状部を形成できるため、全面エッチバックにドライエッチングを用いる必要がなく、プラズマダメージを低減することができる。
【００３５】
層間絶縁膜を塗布系層間絶縁膜で形成する場合、層間絶縁膜をレジスト剥離液に曝さないことが好ましいが、本発明を適用すればコンタクトホールを形成するエッチング工程が不要となる。層間絶縁膜上に配線を形成する場合でも、凸状部を形成するためのエッチングを意図的にアンダーエッチングで止め、導電膜が基板全面を覆っている状態でレジストを剥離すればよい。
【００３６】
追加のエッチングをする時に配線パターンが損傷を受ける事を防ぐため、上層配線の最上層の材質、膜厚を予め最適化しておくことが好ましい。上層配線の最上層を、導電性のバリア層で構成する事が難しい場合は、バリア層上に酸化珪素膜などの絶縁膜を成膜してハードマスクを形成すればよい。ハードマスクを用いる場合、配線の凸状部を露出させる工程において、その上のハードマスクのみを除去すれば良い。
【００３７】
以上の方法を用いる事で、層間絶縁膜が無機材料の場合であっても、スピン塗布で形成する層間絶縁膜の場合であっても本発明を適用する事が可能である。
【００３８】
層間絶縁膜上に形成される凸状部を含む配線であって、該層間絶縁膜の下層側にある半導体膜（半導体層）とコンタクトをとる配線にも本発明を適用することができる。まず、半導体膜を覆う層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する。続いて、第１のバリア層を層間絶縁膜及びコンタクトホール形成部に形成し、前述と同様にして柱状の導電性部材を形成する。柱状の導電性部材を形成するに際し、第１のバリア層上に第１の導電膜を形成することで、コンタクトホールが原因で形成される凹状部を埋め込むことができる。
【００３９】
すなわち、第１の導電膜を成膜し、コンタクトホールを埋め込むこと及び柱状の導電性部材を形成するためのエッチングを、アンダーエッチングとして行い、それによりコンタクトホール内に導電膜を残存させることで、該コンタクトホールを埋め込むことができる。柱状の導電性部材を形成する第１の導電膜は必然的に厚くなる。さらに、配線を形成するために第２の導電膜を形成するので、コンタクトホールを埋め込む導電膜の膜厚は厚くなり、容易にその凹部を埋め込むことができる。
【００４０】
導電膜の厚膜化だけではコンタクトホールを埋め込むことが難しい場合の対策として、リフローを組み合わせても良い。この場合、第１の導電膜はより低温でリフロー可能な材質であることが望ましく、Ａｌ−Ｃｕ系の合金であれば４００〜５００℃でリフローを行うことができる。一方、配線として引き回す部分を形成する導電膜には、ストレスマイグレーションやエレクトロマイグレーションで劣化しない（マイグレーション耐性が高い）材質であることが要求される。本発明では、コンタクトホールを埋め込む第１の導電性材料と、配線として引き回す第２の導電性材料とを使い分けることができるので、そのような問題を解決することができる。
【００４１】
本発明は、半導体集積回路における多層配線構造に対してのみでなく、複数の半導体素子を配線で連接して構成する表示装置に対しても適用することができる。例えば、平坦化膜に形成されたコンタクトホールを介して画素電極がスイッチング素子と接続する画素を備えた液晶表示装置では、コンタクトホールによる段差により、液晶の配向が乱れてしまい表示品質に悪影響を与えてしまうが、本発明を適用すれば、液晶の配向を乱す段差を大幅に低減できるので、表示品質の向上が期待できる。
【００４２】
また、一対の電極間にエレクトロルミネセンス（以下「ＥＬ」ともいう。）を発現する有機化合物を介在させた発光素子を有する画素を備えたＥＬ表示装置であって、その一方の電極が平坦化膜に形成されたコンタクトホールを介してスイッチング素子と接続される場合にも有効である。すなわち、通常のコンタクトホール及びその周辺部は電極の平坦性が損なわれるので発光領域とすることが出来ないが、本発明を適用することにより、コンタクトホールに由来する凹部が無くなるので、発光領域が広がり開口率を向上させることができる。
【００４３】
いずれにしても、コンタクトホールを微細化するのと同等の効果を得ることができる。
【００４４】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施例を説明するための全図において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【実施例１】
【００４５】
図１（Ａ）に示すように、絶縁表面を有する基板上に下地膜を介して半導体膜１００と、第１の絶縁膜（絶縁層）１０１を形成する。基板には、例えばバリウムホウケイ酸ガラスや、アルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、石英基板、半導体基板表面に絶縁膜を形成した基板、金属基板表面に絶縁膜を形成した基板などを用いることができる。また、ポリエチレン-テレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）に代表されるプラスチックや、アクリルなどの可撓性を有する合成樹脂からなる基板を用いることができる。
【００４６】
半導体膜１００は、トランジスタなどの能動素子の主要部を形成するための部材であり、珪素（シリコン）の他に、シリコンゲルマニウム、ガリウム砒素などの化合物半導体であっても良い。また、単結晶に限定されず、非晶質、多結晶、準結晶などの各種半導体を適用することができる。例えば、スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、またはプラズマＣＶＤ法などにより形成される非晶質半導体膜をレーザー光などの強光で結晶化させた結晶性半導体膜を用いることもできる。
【００４７】
第１の絶縁膜１０１は、半導体膜１００に形成される素子と、その素子を連接する配線とを分離する所謂層間絶縁膜として機能させるものである。これは、無機材料（酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコンなど）、感光性または非感光性の有機材料（ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、レジストまたはベンゾシクロブテン）を用いることができる。また、珪素（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）との結合で骨格構造が構成され、置換基に少なくとも水素を含む、または置換基にフッ素、アルキル基、または芳香族炭化水素のうち少なくとも１種を有する材料、いわゆるシロキサン結合を有する絶縁膜及びそれらの積層構造を用いることができる。
【００４８】
第１の絶縁膜１０１を貫通する開孔１０２は、所謂コンタクトホールと呼ばれるものであり、フォトレジストにより所定のマスクを形成し、該マスクを用いてドライエッチング又はウェットエッチングにより形成することができる。
【００４９】
第１の絶縁膜１０１上には、半導体膜１００とオーミックコンタクトを形成するための導電膜（以下、便宜上「コンタクト層」ともいう。）を形成する。第１の絶縁膜１０１上に形成された第１のコンタクト層１０３は、開孔１０２で半導体膜１００と接触する。第１のコンタクト層１０３は、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）又は窒化タングステン（ＷＮ）、炭化タンタル（ＴａＣ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、その他半導体膜１００とオーミックコンタクトを形成することのできる導電性材料で形成する。一例としては、珪素半導体膜に対し１０〜４５atomic％の窒素を含む窒化チタンを用いることで良好なオーミックコンタクトを形成することができる。また、窒化チタンは、珪素との反応により、その剥離（ピーリングとも呼ばれる。）を抑制する効果もある。その他にもコンタクト層は、アルミニウムや銅など比較的化学的安定性に欠く導電性材料とのコンタクト形成にも適用する。
【００５０】
次いで、第１のコンタクト層１０３上に第１のバリア層１０４と、第１の導電膜１０５を形成する。第１のバリア層１０４は、第１の導電膜１０５を形成する材料が半導体膜１００に拡散することを防止するために設け、窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）又は窒化タングステン（ＷＮ）、炭化タンタル（ＴａＣ）、炭化チタン（ＴｉＣ）窒化タングステン（ＴｉＷ）から選ばれた一種或いは複数種の材料を用いることができる。例えば、ほぼ化学量論的組成に近い窒化チタンを用いれば、アルミニウム若しくはアルミニウムを主成分とする材料で形成する第１の導電膜１０５からの拡散を防止することができる。
【００５１】
第１の導電膜１０５は、開孔１０２を埋め込み、かつ、層間絶縁膜に埋め込まれ下層配線と上層配線との間に介装される柱状の導電性部材を形成できる程度の厚さで形成する。第１の導電膜１０５は、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）及びそれらを主成分とする合金又は化合物を用いることができる。具体的な合金としては、ＡｌにＳｃ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｇｅなどを０．０１〜５ｗｔ％添加したＡｌ合金、例えばＡｌ−Ｓｉ合金、Ａｌ−Ｔｉ合金、Ａｌ−Ｇｅ合金を用いることができる。また、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｉｎ及びＳｂなどから選択された元素を含む材料を用いるか、Ａｌ膜上に前記の元素を含む薄膜を積層形成することで、加熱処理による流動性の向上やリフローによるコンタクトホールの埋め込みを可能とする熱処理温度の低温化を図ることが好ましい。第１の導電膜１０５としてスパッタリング法により形成されるＡｌ−Ｇｅ合金を用いると、３００〜５００℃の熱処理によりリフローを行うことができる。
【００５２】
第１の導電膜１０５上にマスク１０６を形成し、エッチング加工をして、図１（Ｂ）に示すように、柱状の導電性部材１０７、１０８を形成する。なお柱状の導電性部材は、コンタクトホールを充填する導電層として形成される。エッチングは、マスク１０６の位置に柱状の導電性部材１０７を残存させ、かつ、開孔１０２を埋め込む導電層１０８が第１の絶縁膜１０１若しくは第１のバリア層１０４と略同一平面を形成するように、第１のバリア層１０４の上面をエッチングストッパーとして利用している。なお、柱状の導電性部材１０７を形成する位置は、導電層１０８が形成される領域外として、第１の絶縁膜１０１の下層側と上層側に対するコンタクトの形成位置を異ならせている。
【００５３】
次に、マスク１０６を除去して、図１（Ｃ）に示すように、柱状の導電性部材１０７を覆うように第２のコンタクト層１０９、第２のバリア層１１０、第２の導電膜１１１を順次形成する。第２のコンタクト層１０９は柱状の導電性部材１０７、導電層１０８との低接触抵抗のコンタクトを確保するために設け、第２のバリア層１１０は、第２の導電膜１１１に含まれるアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）及びそれらを主成分とする合金又は化合物が半導体膜側など周辺に拡散することを抑制するために設けている。第２の導電膜１１１は、柱状の導電性部材１０７を十分被覆できる厚さで形成し、その上に第３のバリア層１１２、第３のコンタクト層１１３を形成する。
【００５４】
その後、第１のコンタクト層１０３、第１のバリア層１０４、第２のコンタクト層１０９、第２のバリア層１１０、第２の導電膜１１１、第３のバリア層１１２、第３のコンタクト層１１３をエッチングして、第１の絶縁膜１０１上に下層配線１１４を形成する。この下層配線１１４は、柱状の導電性部材１０７に起因する凸状部が作り込まれることとなる。
【００５５】
下層配線１１４を埋め込む第２の絶縁膜１１５を形成し、エッチバック又はＣＭＰなどの技術により、表面を平坦化すると共に後退させて凸状部を露出させることで、図２（Ａ）に示すような構造を得る。
【００５６】
第２の絶縁膜１１５は、無機材料（酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコンなど）、感光性または非感光性の有機材料（ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、レジストまたはベンゾシクロブテン）、珪素（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）との結合で骨格構造が構成され、置換基に少なくとも水素、又は置換基にフッ素、アルキル基、または芳香族炭化水素のうち少なくとも一種を有する材料、いわゆるシロキサン、及びそれらの積層構造を用いることができる。有機材料として、ポジ型感光性有機樹脂又はネガ型感光性有機樹脂を用いることができる。
【００５７】
凸状部は、第２の絶縁膜上に形成する上層配線と電気的な接続を形成できる程度に露出していれば良い。従って、第２の絶縁膜の上面と略同一平面で露出していても良いし、一部が突出していても良い。但し、第２の絶縁膜により段差が平坦化される場合、凸状部の段差のみでアライメントマークを形成することになるので、凸状部の作る段差は、アライメントマークの検出に必要な高さがなければならない。
【００５８】
図２（Ｂ）に示すように、第２の絶縁膜１１５から露出した下層配線１１４の凸状部で電気的な接続をとることができるように第４のバリア層１１６と第３の導電膜１１７を形成する。これらの層は、同様の目的のために前述したものと同じ材料を用いて形成することができる。
【００５９】
その後、マスク１１８を形成し、第３の導電膜１１７をエッチングして、図２（Ｃ）に示すような柱状の導電性部材１１９を形成する。柱状の導電性部材１１９を形成する位置は、柱状の導電性部材１０７と重ならない位置に形成しているが、重なっていても構わない。このエッチングでは、第４のバリア層１１６がエッチングストッパーとして機能するため、下地とは選択性良く加工することができる。さらに、全面に形成された第４のバリア層１１６を残存させることにより、第２の絶縁膜を剥離液に晒すことなくマスク１１８を剥離することができる。これは、第２の絶縁膜１１５を有機樹脂系の材料で形成した場合には特に有効である。
【００６０】
図３（Ａ）に示すように、柱状の導電性部材１０７を覆うようにして、第４のコンタクト層１２０、第５のバリア層１２１、第４の導電膜１２２、第６のバリア層１２３、第５のコンタクト層１２４、酸化珪素などの無機材料から成るマスク（以下「ハードマスク」ともいう。）１２５を順次形成する。その後、フォトレジストで上層配線を形成するためのマスク１２６を形成する。
【００６１】
その後、図３（Ｂ）に示すように、第４の導電膜１２２、第６のバリア層１２３、第５のコンタクト層１２４、ハードマスク１２５をエッチングして除去する。このエッチングでも、第４のバリア層１１６や第５のバリア層１２１がエッチングストッパーとなり、さらにマスク１２６を剥離するときに第２の絶縁膜１１５が剥離液に晒さないための保護膜（保護層）としても機能する。特に、第２の絶縁膜１１５が有機樹脂系の材料で形成されている場合には、剥離液に晒されて膨潤してしまうことを防ぐことができる。すなわち、マスク除去のために直接剥離液に曝されることがない。そのため、剥離液に曝されたことによる脱水処理や膨潤を回復させるための加熱処理を行う必要がない。また、マスク１２６を剥離した後に、ハードマスク１２５があることで、第５のコンタクト層１２４よりも下層の配線を保護することができる。
【００６２】
その後、図４に示すように、ハードマスク１２５を用いて、第４のバリア層１１６、第４のコンタクト層１２０、第５のバリア層１２１をエッチング除去する。その後、第３の絶縁膜１２８をハードマスク及び第２の絶縁膜上に形成する。第３の絶縁膜１２８は第２の絶縁膜１１５と同様に、エッチバック又はＣＭＰなどの技術により、表面を平坦化すると共に後退させて凸状部を露出させることで、第５のコンタクト層１２４が露出するような構造とする。第３の絶縁膜１２８には、無機材料（酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコンなど）、感光性または非感光性の有機材料（ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、レジストまたはベンゾシクロブテン）、珪素（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）との結合で骨格構造が構成され、置換基に少なくとも水素を含む、または置換基にフッ素、アルキル基、または芳香族炭化水素のうち少なくとも１種を有する材料、いわゆるシロキサン、及びそれらの積層構造を用いることができる。有機材料として、ポジ型感光性有機樹脂又はネガ型感光性有機樹脂を用いることができる。
【００６３】
以上のような工程を繰り返すことにより、多層配線構造を形成することができる。この多層配線構造は、解像限界以下のパターン形成が比較的容易に行うことができるので、コンタクト径の微細化を達成することができる。さらに、配線を積層構造とすることにより、配線抵抗を低減することができる。加えて、下層配線と上層配線の間の層間絶縁膜を非常に厚くしたい場合においても、凸状部を有する下層配線を用いれば、凸状部の高さの制御のみで簡便に下層配線と上層配線の導通をとることができる。
【００６４】
なお、本実施例では、第１の絶縁膜１０１にコンタクトホールを形成したが、本発明はこれに限定されず、全ての配線に関し、層間絶縁膜を介して形成される下層配線と上層配線とを電気的に接続するために、下層配線を構成する導電膜を利用して凸状部を形成して、それにより電気的な接続を形成する多層配線構造で形成しても良い。
【００６５】
このような多層配線構造は、半導体基板に形成されたＭＯＳトタンジスタや絶縁表面上に形成されたＴＦＴで形成された回路を有する半導体装置のみでなく、液晶表示装置や発光素子を各画素に備えた発光装置、ＤＭＤ（Digital Micro mirror Device）、ＰＤＰ（Plasma Display Panel）、ＦＥＤ（Field Emission Display）などの画素部及び駆動回路部にも適用することができる。
【実施例２】
【００６６】
本実施例は、本発明の配線構造で構成される発光装置の一例について図面を参照して説明する。本実施例で説明する発光装置は、ＴＦＴで発光素子の制御を行うものであり、特に、当該ＴＦＴと発光素子とを接続する配線に本発明を適用する場合について説明する。
【００６７】
図５は、絶縁膜２０１が形成された基板２００上にＴＦＴ２０２、第１の絶縁膜２０３、配線２０４及び２０５が形成されている。配線２０４及び２０５は、第１の絶縁膜２０３に形成された開口部（コンタクトホール）２０６を介してＴＦＴ２０２のソース又はドレイン領域を形成する一導電型の不純物領域に接続している。実施例１と同様に、配線２０４及び２０５は、第１のコンタクト層１０３、第１のバリア層１０４、柱状の導電性部材１０７及び導電層１０８、第２のコンタクト層１０９、第２のバリア層１１０、第２の導電膜１１１、第３のバリア層１１２、第３のコンタクト層１１３から構成されている。
【００６８】
第２の絶縁膜２０７は、配線２０４及び２０５を埋め込む形で形成され、配線２０４の凸状部の頂部が略同一平面で露出するように形成する。若しくは、第２の絶縁膜２０７を形成後、表面層をＣＭＰやエッチバック処理により除去して平坦化しつつ凸状部を露出させても良い。
【００６９】
第２の絶縁膜２０７上には、配線２０４の露出している凸状部と接するように第１の電極２０８を形成する。第１の電極２０８は発光素子の一方の電極を形成するものであり、このような接続構造を形成することにより、平坦な面に第１の電極２０８を形成することができ、発光素子の有効面積を拡大することができる。
【００７０】
そして、第１の電極２０８を覆うように第３の絶縁膜２０９を設ける。第３の絶縁膜２０９は第１の電極２０８上に開口部を形成する。第１の電極２０８と接するようにＥＬ層２１０を設ける。ＥＬ層２１０上には第２の電極２１１を形成し、これらが第１の電極２０８と重なる領域で発光素子が形成される。第３の絶縁膜２０９は、第１の電極２０８の端部を覆うことにより、この部位での短絡欠陥の発生を防ぎ、隣接する発光素子間を分離している。
【００７１】
ＥＬ層２１０はそのキャリア輸送特性から、正孔輸送層、発光層、電子輸送層を積層させるものである。また、正孔注入電極と正孔輸送層との間に正孔注入層を設けても良いし、電子注入電極と電子輸送層との間に電子注入層を設けても良い。正孔注入層と正孔輸送層、及び電子注入層と電子輸送層との区別は必ずしも厳密なものではなく、これらは正孔輸送性（正孔移動度）及び電子輸送性（電子移動度）が特に重要な特性である意味において同じである。また、電子輸送層と発光層の間に正孔ブロック層を設けた構成としても良い。発光層はホスト材料に顔料や金属錯体などのゲスト材料を添加して、発光色を異ならせた構成としても良い。すなわち、発光層は蛍光物質又は燐光物質を含ませて形成すれば良い。発光層は電子輸送層を兼ねる場合もあり、発光性電子輸送層とも呼ばれる。
【００７２】
ＥＬ層２１０の一例としては、正孔注入層としてＣｕＰｃ若しくはＰＥＤＯＴ、正孔輸送層としてα−ＮＰＤ、電子輸送層としてＢＣＰ若しくはＡｌｑ3、電子注入層としてＢＣＰ：Ｌｉ若しくはＣａＦ2を用いることができる。また、発光層としては、赤色、緑色、青色のそれぞれの発光色に対応したドーパント（赤色の場合ＤＣＭなど、緑色の場合はＤＭＱＤなど）を添加したＡｌｑ3を用いればよい。
【００７３】
ＥＬ層は有機化合物のみでなく、有機材料と無機材料とを複合化した材料、有機化合物に金属錯体を添加した材料などを用いても、同様な機能を発現するものであれば置換して適用することができる。例えば、正孔注入層に酸化モリブデン（ＭｏＯｘ：ｘ＝２〜３）などの酸化物とα−ＮＰＤやルブレンを共蒸着した複合材料を用いることができる。
【００７４】
勿論、ＥＬを発現するための層構造には様々なものがあり、特定の正孔注入層や電子輸送層などの代わりに、もっぱらこの目的を奏するための電極を備えたり、同質の効果が得られる材料を分散させて備えたりする変形は、本実施例の趣旨を逸脱しない範囲において許容されうるものである。
【００７５】
また、多色表示を行う場合、各画素に応じてカラーフィルター又は色変換層などを別途設けることによって色純度の良い表示を行うことができる。
【００７６】
第１の電極２０８及び第２の電極２１１は、一方が正孔を注入する側の電極（陽極）（以下「正孔注入電極」ともいう。）となり、他方が電子を注入する側の電極（陰極）（以下「電子注入電極」ともいう。）として機能するように形成する材料を選択する。
【００７７】
第１の電極２０８（正孔注入電極）としては、仕事関数の大きい（仕事関数４．０eV以上）金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることが好ましい。具体例な材料としては、ＩＴＯ（indium tin oxide）、酸化インジウムに２〜２０%の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合したＩＺＯ（indium zinc oxide）、酸化インジウムに２〜２０%の酸化珪素（ＳｉＯ2）を混合した材料（ＩＴＳＯとも表記する）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、または金属材料の窒化物（ＴｉＮ）などを用いることができる。
【００７８】
第２の電極２１１（電子注入電極）としては、仕事関数の小さい（仕事関数３．８eV以下）金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることが好ましい。具体的には、元素周期律表の１族または２族に属する元素、すなわちＬｉやＣｓなどのアルカリ金属、およびＭｇ、Ｃａ、Ｓｒなどのアルカリ土類金属、およびこれらを含む合金（Ｍｇ：Ａｇ、Ａｌ：Ｌｉ）や化合物（ＬｉＦ、ＣｓＦ、ＣａＦ2）の他、希土類金属を含む遷移金属を用いて形成することができる。また、これらの金属又はこれらの金属を含む合金を非常に薄く形成し、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＩＴＳＯ又はその他の金属（合金を含む）との積層により形成することができる。
【００７９】
このように、発光素子２１３は第１の電極２０８と第２の電極２１１との間にＥＬ層２１０を挟み込む形で構成される。
【００８０】
勿論、正孔注入電極として機能する第１の電極と、電子注入電極として機能する第２の電極とは、ＥＬ層と相対的な関係にあるので、ＥＬ層の積層構造に応じて、第１の電極を電子注入電極、第２の電極を正孔注入電極として上記の材料を用いて形成しても良い。
【００８１】
第２の電極２１１上には、保護膜２１２を設けても良い。保護膜２１２は、プラズマＣＶＤ法やスパッタリング法などにより窒化珪素などの絶縁層で形成する。勿論、保護膜２１２は、水蒸気など外因性の不純物の侵入を防止できるバリア性のある絶縁層であれば他のものを適用することができ、窒化炭素やダイヤモンドライクカーボンなどの材料で形成することができる。また、ガスバリア性を高め、さらに保護膜による応力の影響を低減する構造として、バリア性の絶縁層と吸湿性の絶縁層とを交互に積層した多層構造としても良い。
【００８２】
以上のように、ＴＦＴ２０２と発光素子２１３との接続に、柱状の導電性部材を埋め込んで形成した凸状部を有する配線を用いた発光装置が得られる。
【００８３】
図６は同様に、逆スタガ型ＴＦＴ３０２と発光素子２１３を柱状の導電性部材を埋め込んで形成した凸状部を有する配線を用いた発光装置の一例を示している。逆スタガ型ＴＦＴ３０２は、ゲート電極、ゲート絶縁膜、チャネル形成領域、ソース及びドレインを形成する半導体膜を順次積層した構造を有している。配線２０４、２０５は、第１の絶縁膜２０３に形成されたコンタクトホール２０６によって逆スタガ型ＴＦＴ３０２と接続している。この接続構造は、図５で説明したものと同様である。
【００８４】
なお、本実施例では、第１の絶縁膜を介してＴＦＴと発光素子の一方の電極とを、本発明の多層配線構造を適用して接続する構成について例示したが、本発明はこれに限定されず、複数の絶縁層を介して下層配線と上層配線とを電気的に接続した構造を持った発光装置とすることもできる。
【実施例３】
【００８５】
図９〜図１２は実施例２で示す発光素子の詳細な構成を説明する図であり、以下に示す発光素子を実施例２の発光素子として適用して発光装置を構成することができる。
【００８６】
図９（Ａ）は第１の電極１１を透光性の酸化物導電性材料で形成した例であり、ＩＴＯなどの酸化物導電性材料若しくは酸化珪素を含む酸化物導電性材料で形成している。その上に正孔注入層若しくは正孔輸送層４１、発光層４２、電子輸送層若しくは電子注入層４３を積層したＥＬ層１６を設けている。第２の電極１７は、ＬｉＦやＭｇＡｇなどアルカリ金属又はアルカリ土類金属を含む第３の電極層３３とアルミニウムなどの金属材料で形成する第４の電極層３４で形成している。この構造の画素は、図中に矢印で示したように第１の電極１１側から光を放射することが可能となる。
【００８７】
図９（Ｂ）は第２の電極１７から光を放射する例を示し、第１の電極１１はアルミニウム、チタンなどの金属、又は該金属と化学量論的組成比以下の濃度で窒素を含む金属材料で形成する第１の電極層３１と、酸化珪素を１〜１５原子％の濃度で含む酸化物導電性材料で形成する第２の電極層３２で形成している。その上に正孔注入層若しくは正孔輸送層４１、発光層４２、電子輸送層若しくは電子注入層４３を積層したＥＬ層１６を設けている。第２の電極１７は、ＬｉＦやＣａＦなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金属を含む第３の電極層３３とアルミニウムなどの金属材料で形成する第４の電極層３４で形成するが、いずれの層も１００ｎｍ以下の厚さとして光を透過可能な状態としておくことで、第２の電極１７から光を放射することが可能となる。
【００８８】
図１０（Ａ）は第１の電極１１から光を放射する例を示し、かつ、ＥＬ層を電子輸送層若しくは電子注入層４３、発光層４２、正孔注入層若しくは正孔輸送層４１の順に積層した構成を示している。第２の電極１７は、ＥＬ層１６側から酸化珪素を１〜１５原子％の濃度で含む酸化物導電性材料で形成する第２の電極層３２、アルミニウム、チタンなどの金属、又は該金属と化学量論的組成比以下の濃度で窒素を含む金属材料で形成する第１の電極層３５で形成している。第１の電極１１は、ＬｉＦやＣａＦなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金属を含む第３の電極層３３とアルミニウムなどの金属材料で形成する第４の電極層３４で形成するが、いずれの層も１００ｎｍ以下の厚さとして光を透過可能な状態としておくことで、第１の電極１１から光を放射することが可能となる。
【００８９】
図１０（Ｂ）は第２の電極１７から光を放射する例を示し、かつ、ＥＬ層１６を電子輸送層若しくは電子注入層４３、発光層４２、正孔注入層若しくは正孔輸送層４１の順に積層した構成を示している。第１の電極１１は図１０（Ａ）と同様な構成とし、膜厚はＥＬ層１６で発光した光を反射可能な程度に厚く形成している。第２の電極１７は、ＩＴＯなどの酸化物導電性材料若しくは酸化珪素を含む酸化物導電性材料で形成している。この構造において、正孔注入層を無機物である金属酸化物（代表的には酸化モリブデン若しくは酸化バナジウム）で形成することにより、第２の電極層３２を形成する際に導入される酸素が供給されて正孔注入性が向上し、駆動電圧を低下させることができる。
【００９０】
図１１と図１２は、第１の電極１１及び第２の電極１７の両側から光を放射することができる構成の画素を示している。
【００９１】
図１１（Ａ）は、第１の電極１１を透光性の酸化物導電性材料で形成した例であり、ＩＴＯなどの酸化物導電性材料若しくは酸化珪素を含む酸化物導電性材料で形成しする。その上に正孔注入層若しくは正孔輸送層４１、発光層４２、電子輸送層若しくは電子注入層４３を積層したＥＬ層１６を設けている。第２の電極１７は、ＬｉＦやＣａＦなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金属を含む第３の電極層３３とアルミニウムなどの金属材料で形成する第４の電極層３４で形成するが、いずれの層も１００ｎｍ以下の厚さとして光を透過可能な状態としておくことで、第２の電極１７と第１の電極１１の両方から光を放射することが可能となる。
【００９２】
図１１（Ｂ）は、第１の電極をＬｉＦやＣａＦなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金属を含む第３の電極層３３とアルミニウムなどの金属材料で形成する第４の電極層３４で形成するが、いずれの層も１００ｎｍ以下の厚さとして光を透過可能な状態としておく。この上にＥＬ層１６を、電子輸送層若しくは電子注入層４３、発光層４２、正孔注入層若しくは正孔輸送層４１の順に積層している。第２の電極１７は、ＩＴＯなどの酸化物導電性材料若しくは酸化珪素を含む酸化物導電性材料で形成している。このような構成としても、第２の電極１７と第１の電極１１の両方から光を放射することが可能となる。
【００９３】
図１２（Ａ）と（Ｂ）は、第１の電極１１と第２の電極１７を共に同様な材料で形成したものであり、すなわち、酸化物導電性材料で第１の電極１１と第２の電極１７の両方を形成したものであり、ＩＴＯなどの酸化物導電性材料若しくは酸化珪素を含む酸化物導電性材料で形成している。このとき、ＥＬ層１６の正孔注入層若しくは正孔輸送層４１の第２の電極層３２側の層を金属酸化物（代表的には酸化モリブデン若しくは酸化バナジウム）で形成し、電子輸送層若しくは電子注入層４３の第３の電極層３３側の層を、アルカリ金属又はアルカリ土類金属を含む有機物（代表的にはベンゾオキサゾール誘導体、ピリジン誘導体）で形成すると良い。
【実施例４】
【００９４】
本実施例は、本発明の配線構造で構成される液晶表示装置の一例について図面を参照して説明する。本実施例で説明する液晶表示装置は、ＴＦＴで液晶の制御を行うものであり、特に、当該ＴＦＴと液晶の配向を制御する電極とを接続する配線に本発明を適用する場合について説明する。
【００９５】
図７は、基板２００上に逆スタガ型ＴＦＴ３０２、第１の絶縁膜２０３、配線２０４及び２０５が形成されている。配線２０４及び２０５は、第１の絶縁膜２０３に形成された開口部２０６を介してＴＦＴ３０２のソース又はドレイン領域を形成する一導電型の不純物領域に接続している。実施例２と同様に、配線２０４及び２０５は、第１のコンタクト層１０３、第１のバリア層１０４、凸状部１０７及び１０８、第２のコンタクト層１０９、第２のバリア層１１０、第２の導電膜１１１、第３のバリア層１１２、第３のコンタクト層１１３から構成されている。
【００９６】
第２の絶縁膜２０７は、配線２０４及び２０５を埋め込む形で形成され、配線２０４の凸状部の頂部が略同一平面で露出するように形成する。若しくは、第２の絶縁膜２０７を形成後、表面層をＣＭＰやエッチバック処理により除去して平坦化しつつ凸状部を露出させても良い。
【００９７】
第２の絶縁膜２０７上には、配線２０４の露出している凸状部と接するように第１の電極４０１を形成する。第１の電極４０１は発光素子の一方の電極を形成するものであり、このような接続構造を形成することにより、平坦な面に第１の電極４０１を形成することができ、画素電極の有効面積を拡大することができ、ディスクリネーションを防止することができる。
【００９８】
対向基板４００には、遮光層４０３、着色層４０４、アクリル材などで形成される平坦化層４０５、対向電極４０６が形成されている。対向基板４００と基板２００とは、スペーサ（図示しない）を介して固着されその間に液晶４０７が封入されている。
【００９９】
第１の電極４０１及び第２の電極（対向電極に相当）４０６の両者を透光性の導電膜で形成すると透過型の液晶表示装置とすることができ、一方を光反射性の導電膜で形成することで、反射型の液晶表示装置とすることができる。勿論、一方の電極を光反射性の電極として、光透過用の窓部を形成することにより半透過型としても良い。
【実施例５】
【０１００】
実施例１で示した多層配線構造は半導体集積回路の配線に適用することができる。半導体集積回路としては、メモリー、各種プロセッサをはじめ、中央処理装置（以下「ＣＰＵ」ともいう。）など様々な集積回路が含まれる。
【０１０１】
図８はＣＰＵの一例を示している。基板６００上に、演算回路（ＡＬＵ：Arithmetic logic unit）６０１、演算回路用の制御部（ALU Controller）６０２、命令解析部（Instruction Decoder）６０３、割り込み制御部（Interrupt Controller）６０４、タイミング制御部（Timing Controller）６０５、レジスタ（Register）６０６、レジスタ制御部（Register Controller）６０７、バスインターフェース（Bus I/F）６０８、書き換え可能なＲＯＭ６０９、ＲＯＭインターフェース（ROM I／F）６２０が配設されている。ＲＯＭ６０９及びＲＯＭインターフェース（ROM I／F）６２０は別体としても良い。
【０１０２】
バスインターフェース６０８を介してＣＰＵに入力された命令は、命令解析部６０３に入力され、デコードされた後、演算回路用の制御部６０２、割り込み制御部６０４、レジスタ制御部６０７、タイミング制御部６０５に入力される。
【０１０３】
演算回路用の制御部６０２、割り込み制御部６０４、レジスタ制御部６０７、タイミング制御部６０５は、デコードされた命令に基づき、各種制御を行う。具体的に演算回路用の制御部６０２は、演算回路６０１の動作を制御するための信号を生成する。また、割り込み制御部６０４は、ＣＰＵのプログラム実行中に、外部の入出力装置や、周辺回路からの割り込み要求を、その優先度やマスク状態から判断し、処理する。レジスタ制御部６０７は、レジスタ６０６のアドレスを生成し、ＣＰＵの状態に応じてレジスタ６０６の読み出しや書き込みを行う。
【０１０４】
またタイミング制御部６０５は、演算回路６０１、演算回路用の制御部６０２、命令解析部６０３、割り込み制御部６０４、レジスタ制御部６０７の動作のタイミングを制御する信号を生成する。例えばタイミング制御部６０５は、基準クロック信号ＣＬＫ１（６２１）を元に、内部クロック信号ＣＬＫ２（６２２）を生成する内部クロック生成部を備えており、クロック信号ＣＬＫ２を上記各種回路に供給する。
【０１０５】
勿論、図８に示すＣＰＵは、その構成を簡略化して示した一例にすぎず、実際のＣＰＵはその用途によって多種多様な構成を有している。このようなＣＰＵはパッケージングされ、外部から保護され、さらに携帯しやすくなる。そして所望箇所に、ＣＰＵを実装することができフレキシブル性を有するように形成すると、実装する位置の自由度が高まる。またパッケージングすることによりＣＰＵの機能を補助することもできる。
【０１０６】
以上のように、ガラス基板上の薄膜トランジスタにより形成されるＣＰＵは、多様な形態をとることができる。そして、ガラス基板上の薄膜トランジスタにより形成されるＣＰＵは軽量であるため、携帯や実装するときの負担を軽減することができる。
【０１０７】
このようなＣＰＵは単結晶半導体基板を用いて形成することができるが、その他にもＴＦＴを用いてガラス基板上に形成することができる。特に、ガラス基板上にＣＰＵなどの集積回路を形成する場合には、基板の平坦性の違いにより単結晶半導体基板を用いるよりも微細化が難しくなる。この場合にコンタクトホールパターンに代えて、解像限界以下のパターン形成が比較的容易に行うことができる本発明の多層配線構造を適用すれば、コンタクトの微細化を達成することができる。さらに本発明の多層配線構造は、微細化に有利な点に加えて、配線遅延の低減を目的として層間絶縁膜の膜厚を厚くしたい場合にも、凸状部の高さを制御するのみで容易に多層配線間のコンタクトと取れるという特徴を有している。
【実施例６】
【０１０８】
本発明は、図１３に例示するテレビ受像機、コンピュータ、映像再生装置、その他の電子装置を完成させることができる。
【０１０９】
図１３(Ａ)は本発明を適用してテレビ受像機を完成させる一例であり、筐体２００１、支持台２００２、表示部２００３、スピーカー部２００４、ビデオ入力端子２００５などにより構成されている。例えば、実施例３の発光装置又は実施例４の液晶表示装置は、テレビ受像機として機能を特化することで高精細な画像を表示することができる。
【０１１０】
図１３(Ｂ)は本発明を適用してノート型のパーソナルコンピュータを完成させた一例であり、本体２２０１、筐体２２０２、表示部２２０３、キーボード２２０４、外部接続ポート２２０５、ポインティングマウス２２０６などにより構成されている。例えば、実施例３の発光装置又は実施例４の液晶表示装置は、表示部２２０３に適用することが可能であり、実施例５によりパーソナルコンピュータの中核部であるＣＰＵを安価で製造でき、前述の表示装置と一体形成することで、薄型のノート型のパーソナルコンピュータを製造することができる。
【０１１１】
図１３(Ｃ)は本発明を適用して映像再生装置を完成させた一例であり、本体２４０１、筐体２４０２、表示部Ａ２４０３、表示部Ｂ２４０４、記録媒体読込部２４０５、操作キー２４０６、スピーカー部２４０７などにより構成されている。実施例３の発光装置又は実施例４の液晶表示装置は、表示部Ａ２４０３、表示部Ｂ２４０４に適用することが可能であり、実施例５によりＣＰＵを安価で製造でき、前述の表示装置と一体形成することで、薄型の映像再生装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】本発明の多層配線構造を有する半導体装置の作製方法を示す断面図である。
【図２】本発明の多層配線構造を有する半導体装置の作製方法を示す断面図である。
【図３】本発明の多層配線構造を有する半導体装置の作製方法を示す断面図である。
【図４】本発明の多層配線構造を有する半導体装置の作製方法を示す断面図である。
【図５】本発明の多層配線構造を有する発光装置を示す断面図である。
【図６】本発明の多層配線構造を有する発光装置を示す断面図である。
【図７】本発明の多層配線構造を有する液晶表示装置を示す断面図である。
【図８】本発明の多層配線構造を有するＣＰＵを示す断面図である。
【図９】本発明の多層配線構造と組み合わせ可能な発光素子の構造を説明する断面図である。
【図１０】本発明の多層配線構造と組み合わせ可能な発光素子の構造を説明する断面図である。
【図１１】本発明の多層配線構造と組み合わせ可能な発光素子の構造を説明する断面図である。
【図１２】本発明の多層配線構造と組み合わせ可能な発光素子の構造を説明する断面図である。
【図１３】本発明により完成するテレビ受像機、コンピュータ、映像再生装置の一例を説明する図である。
【符号の説明】
【０１１３】
１００  半導体膜
１０１、２０３  第１の絶縁膜
１０３  第１のコンタクト層
１０４  第１のバリア層
１０５  第１の導電膜
１０７、１０８、１１９  プラグ
１０９  第２のコンタクト層
１１０  第２のバリア層
１１１  第２の導電膜
１１２  第３のバリア層
１１３  第３のコンタクト層
１１５、２０７  第２の絶縁膜
１１６  第４のバリア層
１１７  第３の導電膜
１２０  第４のコンタクト層
１２１  第５のバリア層
１２２  第４の導電膜
１２３  第６のバリア層
１２４  第５のコンタクト層
１２５  ハードマスク
１２６  ハードマスク
２０２  ＴＦＴ
２０４、２０５  配線
２０８  第１の電極
２０９  第３の絶縁膜
２１０  ＥＬ層
２１１  第２の電極
２１２  保護膜
２１３  発光素子
【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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