(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性基板と、前記絶縁性基板上に形成され、チャネル領域、前記チャネル領域を挟んだ両側に設けられたソース領域及びドレイン領域を有する半導体層と、
前記チャネル領域上に形成されるゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極、前記半導体層及び前記ゲート絶縁膜を覆う層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜に設けられ且つ前記ソース領域に到達するコンタクトホールに形成されるソース電極と、
前記層間絶縁膜に設けられ且つ前記ドレイン領域に到達するコンタクトホールに形成されるドレイン電極と、前記ゲート電極と同じ材料で形成された配線と、を具備し、
前記絶縁性基板は、支持基板と、前記支持基板と前記半導体層との間に設けられた絶縁性材料からなるアンダーコート層をさらに含み、前記支持基板と前記半導体層との間には前記半導体層と対向して遮光層をさらに含み、
前記層間絶縁膜に設けられたコンタクトホールは前記遮光層と、前記ゲート電極と同じ材料で形成された配線の上部表面に到達し、前記遮光層は前記半導体層と対向する部分で第１遮光層と第２遮光層に分離され、前記ソース電極を前記遮光層の一方である前記第１遮光層と電気的に接続し、前記ドレイン電極により、前記遮光層の他方である前記第２遮光層と、前記ゲート電極と同じ材料で形成された配線とを電気的に接続していることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記半導体層は、３０ないし４０ｎｍの厚さを有することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体装置、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体層として酸化物半導体材料を用いた薄膜トランジスタ、及び薄膜トランジスタを用いた半導体装置ならびに表示装置の開発が進められている。薄膜トランジスタの半導体層に酸化物半導体材料を用いることで、従来のアモルファスシリコンを半導体層として用いたものに比べて遥かに高移動度を実現することができ、高速駆動が可能となるため、表示装置の高精細化、大型化に寄与している。酸化物半導体材料の中で、アモルファス状態で形成されるものは特に、透明アモルファス酸化物半導体（ＴＡＯＳ）材料と呼ばれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−７７２２号公報
【特許文献２】特開２００４−６３６３０号公報
【特許文献３】特開２００７−１３０９１号公報
【特許文献４】特開２００８−２５２０８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
薄膜トランジスタの製造工程の一つに、半導体層、およびゲート電極層を覆う絶縁層にコンタクトホールを開口する工程があるが、ゲート電極と半導体層は、異なる層に配置されるのが一般的であり、表面からコンタクトホールを開口しようとすると、半導体層、ゲート電極のそれぞれに表面から到達するまでの深さが異なる。工程削減のためには、両者を一括開口することが望まれるが、一括開口しようとすると、開口に伴うエッチング条件の精密な制御が肝要となってくる。  
一方で、半導体層としてＴＡＯＳを用いる場合、良好な電気的特性や膜状態を得るためには、膜厚を薄く形成することが好ましいが、半導体層を薄く形成すると、前述した一括開口の際、半導体層へのコンタクトホール開口におけるエッチング終了点の条件設定が難しくなる。膜厚の薄い半導体層は、当該エッチング時に削られやすいため、開口不良を起こさないように絶縁層を十分に除去できるような、マージンを持ったエッチング条件での処理が難しいためである。  
これに対して、ＴＡＯＳの膜厚を厚く形成すると、マージンを持ったエッチング条件での処理は可能な反面、ＴＡＯＳ膜が結晶化しやすい、薄膜トランジスタとして用いる場合にしきい値を好適に制御できない、等の不具合が生ずる。
【０００５】
本発明の実施形態は、コンタクトホールのエッチング制御が容易であり、電極と酸化物半導体の十分なコンタクトが可能な半導体装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態によれば、
絶縁性基板と、前記絶縁性基板上に形成され、チャネル領域、前記チャネル領域を挟んだ両側に設けられたソース領域及びドレイン領域を有する半導体層と、
前記チャネル領域上に形成されるゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極、前記半導体層及び前記ゲート絶縁膜を覆う層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜に設けられ且つ前記ソース領域に到達するコンタクトホールに形成されるソース電極と、
前記層間絶縁膜に設けられ且つ前記ドレイン領域に到達するコンタクトホールに形成されるドレイン電極と、
前記ゲート電極と同じ材料で形成された配線と、を具備し、
前記絶縁性基板は、支持基板と、前記支持基板と前記半導体層との間に設けられた絶縁性材料からなるアンダーコート層をさらに含み、前記支持基板と前記半導体層との間には前記半導体層と対向して遮光層をさらに含み、
前記層間絶縁膜に設けられたコンタクトホールは前記遮光層と、前記ゲート電極と同じ材料で形成された配線の上部表面に到達し、前記遮光層は前記半導体層と対向する部分で第１遮光層と第２遮光層に分離され、前記ソース電極を前記遮光層の一方である前記第１遮光層と電気的に接続し、前記ドレイン電極により、前記遮光層の他方である前記第２遮光層と、前記ゲート電極と同じ材料で形成された配線とを電気的に接続していることを特徴とする半導体装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態に係る半導体装置の構成の一例を表す図である。
【図２】実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を説明するための図である。
【図３】実施形態に使用可能な薄膜トランジスタの構成の他の一例を表す図である。
【図４】実施形態に係る表示装置の構成の一例を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。  
図１は、実施形態に係る半導体装置の構成の一例を表す図を示す。
図示するように、この半導体装置２０は薄膜トランジスタＳＷＡと配線７’を備えている。  
薄膜トランジスタＳＷＡの絶縁性基板３上には、チャネル領域、チャネル領域を挟んだ両側に設けられたソース領域ＳＣＳ及びドレイン領域ＳＣＤを有する酸化物半導体層５が形成されている。酸化物半導体層５は、例えば、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛（Ｚｎ）、スズ（Ｓｎ）の少なくとも１つを含む酸化物によって形成されている。酸化物半導体層を形成する代表的な材料の例としては、例えば、酸化インジウムガリウム亜鉛（ＩＧＺＯ）、酸化インジウムガリウム（ＩＧＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、酸化亜鉛スズ（ＺｎＳｎＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などが挙げられる。特に、透明アモルファス酸化物半導体としてはＩＧＺＯを使用することができる。
【０００９】
酸化物半導体層５のチャネル領域上には、ソース領域ＳＣＳ及びドレイン領域ＳＣＤを露出するようにゲート絶縁膜６が形成されている。ゲート絶縁膜６上にはゲート電極７が形成されている。ゲート電極７は、例えば、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）のいずれかまたはこれらのうちの少なくとも１つを含む合金によって形成されている。
【００１０】
層間絶縁膜８は、ゲート電極７、酸化物半導体層５のソース領域ＳＣＳ及びドレイン領域ＳＣＤ、ゲート絶縁膜６を覆っている。また、層間絶縁膜８は、絶縁性基板３上にも配置されている。層間絶縁膜８は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）によって例えば６００ｎｍ形の厚さでされている。
【００１１】
ソース電極９及びドレイン電極１０は、酸化物半導体層５のソース領域ＳＣＳ及びドレイン領域ＳＣＤに各々コンタクトしている。ソース電極９は第１のコンタクトホール１１内に形成され、及びドレイン電極１０は第２のコンタクトホール１２内に形成されている。層間絶縁膜８上のソース電極９及びドレイン電極１０の厚さは、例えば３００〜１０００ｎｍである。この薄膜トランジスタ３０に用いられる第１のコンタクトホール１１は、酸化物半導体層５を貫通する第１の開孔１４と、層間絶縁膜８を貫通して第１の開孔１４と連通する第３の開孔１６とを含み、絶縁性基板３に到達している。また、薄膜トランジスタ３０に用いられる第２のコンタクトホールは、酸化物半導体層５を貫通する第２の開孔１５と、層間絶縁膜８を貫通して第２の開孔１５と連通する第４の開孔１７とを含み、絶縁性基板３に到達している。
【００１２】
ここで、酸化物半導体層５のソース領域ＳＣＳとのコンタクトは、第１の開孔１４の内壁で取っている。また、ドレイン電極１０と酸化物半導体層５のドレイン領域ＳＣＤとのコンタクトは、第２の開孔１５の内壁で取っている。例えば、多結晶半導体層のソース領域ＳＣＳとドレイン領域ＳＣＤを貫通する開孔を各々形成して、多結晶半導体層とソース電極及びドレイン電極とのコンタクトを各開孔の内壁で取ろうとすると、エッチングにより形成される内壁には多数の欠陥が存在し、リンをドーパントとしてドープすることによる低抵抗化を行っても、ドーパントが活性化されにくく十分に低抵抗化しないので、内壁だけではコンタクト抵抗が高くなる傾向がある。しかしながら、実施形態に使用される酸化物半導体層ではエッチングにより形成される開孔の内壁の欠陥がドナーとして働くと考えられ、内壁が低抵抗化されるため、酸化物半導体層とソース電極及びドレイン電極とのコンタクトは内壁だけでも十分に可能となる。
【００１３】
ソース電極９及びドレイン電極１０は、例えば、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）のいずれかまたはこれらのうちの少なくとも１つを含む合金によって形成されている。
【００１４】
絶縁性基板３は、支持基板２と酸化物半導体層５との間に形成された絶縁性材料からなるアンダーコート層２をさらに含むことができる。アンダーコート層２は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）によって形成されている。支持基板として、例えば、ガラス、樹脂等の絶縁性材料からなる基板を用いることができる。絶縁性基板は、必要に応じて、硬質のもの、あるいは可撓性を有するものを使用することができる。
【００１５】
支持基板２とアンダーコート層との間には酸化物半導体層５と対向して遮光層４を設けることができる。遮光層４としては、例えば、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）のいずれかまたはこれらのうちの少なくとも１つを含む合金を使用することができる。
また、絶縁性基板３上には、ゲート絶縁膜６と同じ材料で形成された絶縁層６’と、絶縁層６’上にゲート電極７と同じ材料で形成された配線７’とを設けることができる。配線７’上には層間絶縁膜８を貫通して配線７’に到達する第３のコンタクトホールが設けられている。配線７’は、この第３のコンタクトホールを介してドレイン電極１０と導通されている。
【００１６】
図２に、実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を説明するための図を示す。
支持基板１として透明なガラス基板を用意する。
まず、図２（ａ）に示すように、支持基板１上に遮光層４を形成する。遮光層４は、Ｍｏを使用して、スパッタリング法などにより形成した。
【００１７】
次に、図２（ｂ）に示すように、遮光層４が形成された支持基板１上にアンダーコート層２を形成し、絶縁性基板３を得る。アンダーコート層２は例えばプラズマＣＶＤ等を用いて、ＳｉＯ２あるいはＳｉＮにより例えば１００ｎｍの厚さに形成した。
続いて、遮光層４に対向して酸化物半導体層５を形成する。アンダーコート層２の上に、アルゴン（Ａｒ）と酸素（Ｏ２）との混合ガスを用いたスパッタ法により酸化インジウムガリウム亜鉛（ＩＧＺＯ）からなる透明アモルファス半導体層を成膜した後に、この半導体層をパターニングすることによって形成した。酸化物半導体層５の厚さは５０ｎｍ、例えば３０ないし４０ｎｍにすることができる。
【００１８】
さらに、図２（ｃ）に示すように、酸化物半導体層５上に、酸化物半導体層５の一部を露出して例えば１００ｎｍの厚さを有するゲート絶縁膜６を形成すると共に、ゲート絶縁膜６上に例えば２００ないし３００ｎｍの厚さを有するゲート電極７を形成する。これらのゲート絶縁膜６を形成する際に及びゲート電極７を形成する際に、例えば１００ｎｍの厚さを有する絶縁層６’と、配線層７’とを同じ材料で形成する。
【００１９】
この工程についてより具体的に説明すると、まず、酸化物半導体層などが形成されたアンダーコート層２表面の略全体に亘って、ゲート絶縁膜６を形成するための絶縁材料層を形成する。このようなゲート絶縁膜６は、プラズマＣＶＤ法を用いて酸化シリコン（ＳｉＯｘ）により形成される。その後、ゲート絶縁膜６の上にゲート電極７を形成するためのゲートメタル層を形成する。ゲートメタル層は、スパッタ法を用いて形成される。そして、ゲート電極層７及び配線層７’の上に形成したレジストパターンをマスクとして、絶縁材料層及びゲートメタル層を一括してパターニングすることにより、ゲート絶縁膜６及びゲート電極層７を形成すると共に、絶縁層６’及び配線層７’からなる配線１８を形成することができる。これらの絶縁材料層及びゲートメタル層のパターニングには、反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ）を用いた。
【００２０】
これにより、チャネル領域となる酸化物半導体層５と、ゲート絶縁膜６が形成される。また、ゲート絶縁膜６の上に積層されたゲート電極層７及び配線１８が形成される。また、ソース領域ＳＣＳ及びドレイン領域ＳＣＤとなる酸化物半導体層５は、ゲート絶縁膜６に形成された開口部から露出される。
【００２１】
続いて、酸化物半導体層５の全体を高抵抗化する。高抵抗化する手法の一つとして、例えば酸化性ガスを含む雰囲気中でアニールを行うことができる。酸化性ガスとしては酸素（Ｏ２）及び窒素（Ｎ２）の混合ガスを適用し、酸素（Ｏ２）及び窒素（Ｎ２）の混合比は、例えば、Ｏ２：Ｎ２＝１：３とすることができる。ここでは、このような酸化性ガスを含む混合ガス雰囲気で、２７０℃の温度で、３０分間のアニールを行った。
【００２２】
なお、高抵抗化する手法はこの例に限らず、例えば、水分を含む雰囲気中でアニールを行なうことができる。
このようなアニールにより、酸化物半導体層５においては、ゲート絶縁膜６から露出したそれぞれの部分が酸化して高抵抗化されるとともに、ゲート絶縁膜６の直下まで酸化が進行する（つまり、ゲート絶縁膜６の直下の領域まで酸素が拡散する）。このため、結果的には、酸化物半導体層５全体が高抵抗化される。
【００２３】
続いて、酸化物半導体層５のうち、ゲート絶縁膜６から露出した部分を低抵抗化して、ソース領域ＳＣＳ及びドレイン領域ＳＣＤを形成することができる。低抵抗化する手法の一つとして、還元性ガスを含む雰囲気中でアニールを行なうことができる。還元性ガスとしては、シラン（ＳｉＨ４）を適用することができる。ここでは、このような還元性ガスを含む混合ガス雰囲気で、３５０℃の温度で、１６０Ｐａの圧力で、３０秒間のアニールを行った。このような低抵抗化処理については、ゲート絶縁膜１２の直下に位置する部分まで低抵抗化が進行しないように、比較的短時間で処理した。
【００２４】
なお、低抵抗化する手法は、このような還元性ガスを含む雰囲気中でのアニールに限らない。例えば、真空中や不活性ガス雰囲気中でのアニールでも良いし、不活性ガス雰囲気、あるいは、還元性ガスを含む雰囲気でのプラズマ処理でも良いし、水素を含む膜で被覆してのアニールでも良い。
【００２５】
このようなアニールにより、酸化物半導体層５においては、ゲート絶縁膜６から露出したそれぞれの部分が還元され低抵抗化される一方で、ゲート絶縁膜６の直下はほとんど還元されることはなく、高抵抗の状態に維持される。このため、結果的には、ゲート絶縁膜６の直下には、高抵抗のチャネル領域が形成され、このチャネル領域を挟んで両側にゲート絶縁膜６から露出した部分に、それぞれ低抵抗のソース領域ＳＣＳ及びドレイン領域ＳＣＤが形成される。
【００２６】
続いて、図２（ｄ）に示すように、層間絶縁膜８を形成する。ここでは、層間絶縁膜８は、プラズマＣＶＤ法を用いて、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）により形成した。酸化物半導体層５のソース領域ＳＣＳ及びドレイン領域ＳＣＤの低抵抗化処理と、ここでの層間絶縁膜８の形成工程とは、同一のチャンバーにて連続して行った。
【００２７】
層間絶縁膜８を形成するためのプラズマＣＶＤ法を行うに際して、シラン（ＳｉＨ４）及び亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）の混合ガスを適用し、シラン（ＳｉＨ４）及び亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）の混合比は、例えば、ＳｉＨ４：Ｎ２Ｏ＝１：５０とした。
その後、層間絶縁膜８及び酸化物半導体層５のソース領域ＳＣＳを貫通してアンダーコート層２が露出するまでパターニングする。これにより、ソース領域ＳＣＳ上の層間絶縁膜に第３の開孔１６、ソース領域の酸化物半導体層に第１の開孔１４が設けられて、絶縁性基板３のアンダーコート層２に到達する第１コンタクトホール１１を形成する。また同時に、層間絶縁膜８及び酸化物半導体層５のドレイン領域ＳＣＤを貫通してアンダーコート層２が露出するまでパターニングする。これにより、ドレイン領域ＳＣＤ上の層間絶縁膜に第４の開孔１７、ソース領域の酸化物半導体層に第２の開孔１５が設けられて、絶縁性基板３のアンダーコート層２に到達する第２コンタクトホール１２を形成する。さらに同時に、層間絶縁膜８を貫通して配線層７’が露出するまでパターニングすることにより、第３コンタクトホール１３を形成することができる。
【００２８】
このような第１ないし第３コンタクトホール１１，１２，１３は、詳述しないレジストパターンをマスクとして、反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ）を用いて同時に形成した。もし、第１及び第２コンタクトホール１１，１２を５０ｎｍ以下の薄い酸化物半導体層５を貫通しないように形成すると、同時にエッチングされる第３コンタクトホール１３が配線層７’に到達しない場合があり、エッチングの制御が困難である。これに対し、実施形態を用いると、第１及び第２コンタクトホール１１，１２が酸化物半導体層５を貫通して形成されることから、同時にエッチングされる第３コンタクトホール１３が配線層７’に十分に到達できるので、エッチングの制御が容易である。
【００２９】
また、酸化物半導体層の代わりに低融点多結晶シリコン半導体層を貫通して第１及び第２コンタクトホール１１，１２を作成すると、低融点多結晶シリコン半導体層の場合は、高抵抗化の際にフッ化水素処理が必要なため、第１及び第２コンタクトホール１１，１２を介してフッ化水素が酸化物半導体層５とアンダーコート層２との間に染み込み、欠陥が発生しやすい。これに対し、実施形態に使用される酸化物半導体層は、フッ化水素処理が不要であるため、このような欠陥は発生しない。
【００３０】
続いて、第１コンタクトホール１１内に、第１の開孔１４の内壁においてソース領域ＳＣＳにコンタクトしてアンダーコート層２に到達するソース電極９、第２コンタクトホール１２内に、第２の開孔１５においてドレイン領域ＳＣＤにコンタクトしてアンダーコート層２に到達するドレイン電極１０を形成するとともに、第３のコンタクトホール内に導電層１９を形成した。
【００３１】
これらのソース電極９、ドレイン電極１０、及び導電層１９は、スパッタ法などを用いて金属膜を成膜した後に、この金属膜をパターニングすることによって形成した。金属膜は、例えば、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）などの積層膜とした。
【００３２】
以上の工程により、図１に示すように、薄膜トランジスタＳＷＡを備えた半導体装置が製造され得る。
図３は、実施形態に係る半導体装置に使用可能な薄膜トランジスタの構成の他の一例を表す図を示す。
図示するように、図３に示す薄膜トランジスタＳＷＢは、支持基板１上に形成される遮光層４をソース電極９側にさらに延長して形成すること、第１コンタクトホール１１をさらに遮光層４まで延長して形成すること、遮光層４と同時に遮光層４とは分離した遮光層４’を形成すること、第２コンタクトホール１２を遮光層４’まで延長して形成すること、第１コンタクトホール１１内にソース領域ＳＣＳにコンタクトして遮光層４に接続するソース電極９を形成すること、第２コンタクトホール１２内にドレイン領域ＳＣＤにコンタクトして遮光層４’に接続するドレイン電極１０を形成すること以外は、図１の薄膜トランジスタＳＷＡと同様の構成を有する。
【００３３】
遮光層は、その付近の導体の影響を受けて電位が安定しないと、対向配置された酸化物半導体層に悪影響を与えることがある。これに対し、図３に示すような構成を有する薄膜トランジスタは、遮光層４，４’が、各々、ソース電極９及びドレイン電極１０とコンタクトして電源と接続されるので、電位が安定して、酸化物半導体層５に悪影響を及ぼし難くなる。
【００３４】
図１及び図３に示す薄膜トランジスタＳＷＡ，ＳＷＢは、半導体装置に使用可能であり、例えば、液晶表示素子や有機エレクトロルミネッセンス素子の製造工程を経て、表示装置に組み込むことができる。
図４に、薄膜トランジスタＳＷＡを適用した表示装置の構造例を概略的に示す断面図を示す。
【００３５】
この実施形態において、表示装置ＤＡは、シートディスプレイとしての有機ＥＬ表示装置である。図４では、有機ＥＬ表示装置の断面構造について説明する。
図４に示すように、有機ＥＬ表示装置は、アクティブマトリクス駆動方式を採用したものであり、アレイ基板ＡＲと、対向基板ＣＴとを備えている。アレイ基板ＡＲは、第１樹脂層１０を用いて形成されている。アレイ基板ＡＲは、第１樹脂層１１０の内面１１０Ａ側に、第１絶縁膜１１１、第２絶縁膜１１２、第２絶縁膜８、第３絶縁膜１１４、リブ１５、スイッチング素子ＳＷ１乃至ＳＷ３、表示素子としての有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ１乃至ＯＬＥＤ３などを備えている。
【００３６】
第１樹脂層１１０は、絶縁層であり、例えば、ポリイミド（ＰＩ）を主成分とする材料によって形成されている。この第１樹脂層１１０は、例えば、５乃至３０μｍの厚さを有している。第１樹脂層１１０を形成する材料としては、ポリイミドの他に、ポリアミドイミド、ポリアラミドなど耐熱性が高い材料が選定される。すなわち、第１樹脂層１１０は、各種絶縁膜の成膜、スイッチング素子の形成、有機ＥＬ素子の形成などにおいてしばしば高温プロセスに曝される。このため、第１樹脂層１１０に要求される最も重視するべき特性は、可撓性を有すること、耐熱性が高いことである。有機ＥＬ素子は、対向基板ＣＴを介して光を出射するいわゆるトップエミッションタイプであるため、第１樹脂層１１０が必ずしも高い透明性を有している必要はなく、第１樹脂層１１０が着色していても良い。
【００３７】
第１樹脂層１１０の内面１０Ａは、第１絶縁膜１１１によって覆われている。第１絶縁膜１１１は、第１樹脂層１１０の表面上に形成されている。第１絶縁膜１１１は、０．２Ｎ／ｍｍ以下の密着力で第１樹脂層１１０上に形成されている方が望ましい。なお、上記密着力は、９０度剥離試験（９０°ピールテスト）を利用した場合に得られるものである。ここで、９０度剥離試験とは、剥離角度を９０°とし、所定のタイミングで、所定の剥離速度で、第１絶縁膜１１１を第１樹脂層１１０から引き剥がすときの抵抗力を測定する試験である。これは、後に第１樹脂層１１０と、第１絶縁膜１１１との界面にて剥離を行う場合の利便性を求めるためであるが、第１樹脂層１１０と第１絶縁膜１１１との密着性が低すぎると、途中の工程における熱的、化学的、あるいは物理的ストレスによるピーリングを生ずる場合があるため、留意する必要がある。
【００３８】
第１絶縁膜１１１は、第１樹脂層１１０からのイオン性の不純物の浸入や、第１樹脂層１０を介した水分などの浸入を抑制する第１バリア層として機能する。このような第１絶縁膜１１は、シリコン窒化物（ＳｉＮｙ）やシリコン酸化物（ＳｉＯｘ）やシリコン酸窒化物（ＳｉＯＮ）などの無機系材料によって形成され、積層体によって構成されている。一例として、第１絶縁膜１１は、シリコン窒化物及びシリコン酸化物を交互に積層した多層膜によって構成されている。なお、第１絶縁膜１１１は、バリア性能を確保できる他の材料で形成されていても良い。
【００３９】
スイッチング素子ＳＷ１乃至ＳＷ３は、第１絶縁膜１１の上方に形成されている。これらのスイッチング素子ＳＷ１乃至ＳＷ３は、例えば、それぞれ半導体層ＳＣを備えた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）である。スイッチング素子ＳＷ１乃至ＳＷ３は、いずれも同一構造であるが、ここでは、スイッチング素子ＳＷ１に着目してその構造をより具体的に説明する。
【００４０】
図示した例では、スイッチング素子ＳＷ１は、トップゲート型である。半導体層ＳＣは、例えば、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛（Ｚｎ）の少なくとも１つを含む酸化物である酸化物半導体によって形成されている。
半導体層ＳＣは、第１絶縁膜１１１の上に形成されている。半導体層ＳＣの上には、ゲート絶縁膜６が形成され、その上にスイッチング素子ＳＷ１のゲート電極７が形成されている。ゲート電極７は、第２絶縁膜８によって覆われている。第２絶縁膜８は、第１絶縁膜１１１の上にも配置されている。
【００４１】
第２絶縁膜８の上には、スイッチング素子ＳＷ１のソース電極９及びドレイン電極１０が形成されている。ソース電極９及びドレイン電極１０は、それぞれ半導体層ＳＣのソース領域およびドレイン領域にコンタクトしている。ソース電極９及びドレイン電極１０は、第３絶縁膜１１４によって覆われている。第３絶縁膜１１４は、第２絶縁膜８の上にも配置されている。
【００４２】
有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ１乃至ＯＬＥＤ３は、第３絶縁膜１１４の上に形成されている。図示した例では、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ１はスイッチング素子ＳＷ１と電気的に接続され、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ２はスイッチング素子ＳＷ２と電気的に接続され、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ３はスイッチング素子ＳＷ３と電気的に接続されている。これらの有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ１乃至ＯＬＥＤ３の発光色はいずれも白色である。このような有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ１乃至ＯＬＥＤ３は、いずれも同一構造である。
【００４３】
有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ１は、第３絶縁膜１１４の上に形成された画素電極ＰＥ１を備えている。画素電極ＰＥ１は、スイッチング素子ＳＷ１のドレイン電極１０とコンタクトし、スイッチング素子ＳＷ１と電気的に接続されている。同様に、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ２はスイッチング素子ＳＷ２と電気的に接続された画素電極ＰＥ２を備え、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ３はスイッチング素子ＳＷ３と電気的に接続された画素電極ＰＥ３を備えている。
【００４４】
これらの画素電極ＰＥ１乃至ＰＥ３は、例えば陽極として機能する。画素電極ＰＥ１乃至ＰＥ３は、例えば、インジウム・ティン・オキサイド（ＩＴＯ）、インジウム・ジンク・オキサイド（ＩＺＯ）などの透明な導電材料によって形成されてもよいし、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）、あるいはこれらの合金などの金属材料によって形成されても良い。トップエミッションタイプの場合、画素電極ＰＥ１乃至ＰＥ３は、反射性の高い金属材料によって形成された反射層を含むことが望ましい。
【００４５】
有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ１乃至ＯＬＥＤ３は、さらに、有機発光層ＯＲＧ及び共通電極ＣＥを備えている。有機発光層ＯＲＧは、画素電極ＰＥ１乃至ＰＥ３の上にそれぞれ位置している。また、有機発光層ＯＲＧは、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ１乃至ＯＬＥＤ３に亘って途切れることなく連続的に形成されている。共通電極ＣＥは、有機発光層ＯＲＧの上に位置している。また、共通電極ＣＥは、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ１乃至ＯＬＥＤ３に亘って途切れることなく連続的に形成されている。このような共通電極ＣＥは、例えば、ＩＴＯやＩＺＯなどの透明な導電材料によって形成されている。
【００４６】
つまり、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ１は、画素電極ＰＥ１、有機発光層ＯＲＧ、及び共通電極ＣＥによって構成されている。同様に、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ２は、画素電極ＰＥ２、有機発光層ＯＲＧ、及び共通電極ＣＥによって構成され、また、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ３は、画素電極ＰＥ３、有機発光層ＯＲＧ、及び共通電極ＣＥによって構成されている。
【００４７】
なお、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ１乃至ＯＬＥＤ３において、画素電極ＰＥ１乃至ＰＥ３の各々と有機発光層ＯＲＧとの間には、さらに、ホール注入層やホール輸送層が介在していてもよいし、また、有機発光層ＯＲＧと共通電極ＣＥとの間には、さらに、電子注入層や電子輸送層が介在していてもよい。
【００４８】
有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ１乃至ＯＬＥＤ３は、それぞれリブ１１５によって区画されている。リブ１１５は、第３絶縁膜１１４の上に形成され、画素電極ＰＥ１乃至ＰＥ３のそれぞれのエッジをカバーしている。なお、このリブ１１５については、詳述していないが、例えば、第３絶縁膜１１４の上において格子状またはストライプ状に形成されている。このようなリブ１１５は、有機発光層ＯＲＧによって覆われている。つまり、有機発光層ＯＲＧは、画素電極ＰＥ１乃至ＰＥ３の上のみならず、リブ１１５の上にも延在している。
【００４９】
図示した例では、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ１乃至ＯＬＥＤ３は、封止膜１２０によって封止されている。封止膜１２０は、水分、酸素、水素などの汚染物質から有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ１乃至ＯＬＥＤ３を保護するバリア膜として機能する。このような封止膜１２０は、シリコン窒化物（ＳｉＮｙ）やシリコン酸化物（ＳｉＯｘ）やシリコン酸窒化物（ＳｉＯＮ）などの無機系材料によって形成され、単層もしくは積層体によって構成されている。封止膜１２０は、必要に応じて設けられていればよい。
【００５０】
上記のように、第１積層体１０１が形成されている。ここで、第１積層体１０１は、第１樹脂層１１０から封止膜１２０までの間に位置した積層体であり、第１絶縁膜１１１、スイッチング素子ＳＷ１乃至ＳＷ３及び有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ１乃至ＯＬＥＤ３等を有している。
【００５１】
対向基板ＣＴは、透明な第２樹脂層１３０を用いて形成されている。対向基板ＣＴは、第２樹脂層１３０の内面１３０Ａ側に、第５絶縁膜１３１、カラーフィルタ等を備えている。カラーフィルタは、青色の着色層１３２Ｂ、緑色の着色層１３２Ｇ、及び赤色の着色層１３２Ｒを有している。
【００５２】
第２樹脂層１３０は、第５絶縁膜１３１を通り過ぎて第１絶縁膜１１１（第１積層体１）と対向している。第２樹脂層１３０は、透明な絶縁層であり、例えば、ポリイミド（ＰＩ）を主成分とする材料によって第２樹脂層１３０の表面上に形成されている。この第２樹脂層１３０は、第１樹脂層１１０と同等の厚さを有しており、例えば、５乃至３０μｍの厚さを有している。第２樹脂層１３０を形成する材料としては、透明性が高い材料が選定される。すなわち、トップエミッションタイプの有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ１乃至ＯＬＥＤ３から出射された光は、第２樹脂層１３０を透過する。
【００５３】
このため、第２樹脂層１３０に要求される最も重視するべき性質は、可撓性を有し、透明性が高いことである。このように、第１樹脂層１１０と第２樹脂層１３０とでは、要求される性質が異なる。このため、第２樹脂層１３０は、第１樹脂層１１０とは異なる材料によって形成され得る。例えば、第１樹脂層１１０には、耐熱性に優れる非透明のポリイミドを用い、第２樹脂層１３０には透明ポリイミドを用いる。
【００５４】
第２樹脂層１３０の内面１３０Ａは、第５絶縁膜１３１によって覆われている。第５絶縁膜１３１は、第２樹脂層１３０の表面上に形成されている。第５絶縁膜１３１は、０．２Ｎ／ｍｍ以下の密着力で第２樹脂層１３０上に形成されている方が望ましい。なお、上記密着力は、９０度剥離試験を利用した場合に得られるものである。第５絶縁膜１３１は、第２樹脂層１３０からのイオン性の不純物の浸入や、第２樹脂層１３０を介した水分などの浸入を抑制する第２バリア層として機能する。第５絶縁膜１３１は、積層体によって構成されている。
【００５５】
第５絶縁膜（第２バリア層）１３１は、第１絶縁膜（第１バリア層）１１１の製造条件及び製造工程と同一の製造条件及び製造工程を利用して形成されている。第５絶縁膜１３１は第１絶縁膜１１１と同様に形成されている。第５絶縁膜１３１は、各層の積層順、材料及び厚みに関して第１絶縁膜１１１と同一である。一例として、第５絶縁膜１３１は、第１絶縁膜１１１と同様に、シリコン窒化物及びシリコン酸化物を交互に積層した多層膜によって構成される。
【００５６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］  絶縁性基板と、
前記絶縁性基板上に形成され、チャネル領域、前記チャネル領域を挟んだ両側に設けられたソース領域及びドレイン領域、前記ソース領域に設けられた第１の開孔、及び前記ドレイン領域に設けられた第２の開孔を有する酸化物半導体層と、
前記チャネル領域上に形成されると共に、前記ソース領域及びドレイン領域を露出するゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極、前記酸化物半導体層の前記ソース領域及びドレイン領域、及び前記ゲート絶縁膜を覆うと共に、前記第１の開孔と連通する第３の開孔、及び前記第２の開孔と連通する第４の開孔が形成された層間絶縁膜と、
前記第１の開孔と前記第３の開孔とを含み前記絶縁性基板に到達する第１のコンタクトホールと、
前記第２の開孔と前記第４の開孔とを含み前記絶縁性基板に到達する第２のコンタクトホールと、
前記第１のコンタクトホール内に形成されると共に前記第１の開孔の内壁とコンタクトする前記ソース電極と、
前記第２のコンタクトホール内に形成されると共に前記第２の開孔の内壁とコンタクトする前記ドレイン電極とを具備することを特徴とする半導体装置。
［２］  前記酸化物半導体層は、３０ないし４０ｎｍの厚さを有することを特徴とする［１］に記載の半導体装置。
［３］  前記絶縁性基板は、支持基板と、前記支持基板と前記酸化物半導体層との間に設けられた絶縁性材料からなるアンダーコート層をさらに含み、前記絶縁性基板とアンダーコート層との間には酸化物半導体層と対向して遮光層をさらに含むことを特徴とする［１］または［２］に記載の半導体装置。
［４］  前記第１のコンタクトホールと前記第２のコンタクトホールは、各々、前記遮光層に到達し、前記ソース電極及び前記ドレイン電極は、各々、前記遮光層とコンタクトしている［３］に記載の半導体装置。
［５］  絶縁性基板上に酸化物半導体層を形成し、
前記酸化物半導体層のチャネル領域上にゲート絶縁膜及びゲート電極を形成すると共に前記チャネル領域を挟んだ両側にソース領域及びドレイン領域を形成し、
前記ゲート電極上に層間絶縁膜を形成し、
前記層間絶縁膜、及び前記酸化物半導体層を前記絶縁性基板が露出するまでパターニングし、前記ソース領域の前記層間絶縁膜に第３の開孔、及び前記ソース領域の前記酸化物半導体層に第１の開孔を形成して第１のコンタクトホールを設け、前記ドレイン領域の前記層間絶縁膜に第４の開孔、及び前記酸化物半導体層に第２の開孔を形成して第２のコンタクトホールを設け、
前記第１のコンタクトホール内に前記第１の開孔の内壁とコンタクトするソース電極を形成し、及び
前記第２のコンタクトホール内に前記第２の開孔の内壁とコンタクトするドレイン電極を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
［６］  前記酸化物半導体層は、３０ないし４０ｎｍの厚さを有することを特徴とする［５］に記載の半導体装置の製造方法。
［７］  前記絶縁性基板上に前記酸化物半導体層を形成する工程の前に、
支持基板上に前記酸化物半導体層と対向する遮光層を形成し、及び
前記支持基板上に前記遮光層を介してアンダーコート層を設けることにより、前記絶縁性基板を形成することをさらに含むことを特徴とする［５］または［６］に記載の半導体装
置の製造方法。
［８］  前記層間絶縁膜、前記酸化物半導体層、及び前記絶縁性基板を、前記遮光層が露出するまでパターニングして前記第１及び第２のコンタクトホールを設け、前記ソース電極及び前記ドレイン電極を前記遮光層にコンタクトさせることを特徴とする［７］に記載の半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【００５７】
１…支持基板、２…アンダーコート層、３…絶縁性基板、４…遮光層、５…酸化物半導体層、６…ゲート絶縁膜、７…ゲート電極、８…層間絶縁膜、９…ソース電極、１０…ドレイン電極、１１，１２，１３…コンタクトホール、１４…第１の開孔、１５…第２の開孔、１６…第３の開孔、１７…第４の開孔、２０…、ＤＡ…表示装置、ＡＲ…アレイ基板、１０１…第１積層体、１０２…第２積層体、１１０…第１樹脂層、１１１…第１絶縁膜、１０５…第１シリコン酸化膜、１０６…シリコン窒化膜、１０７…第２シリコン酸化膜、ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３…スイッチング素子、ＯＬＥＤ１，ＯＬＥＤ２，ＯＬＥＤ３…有機ＥＬ素子、ＣＴ…対向基板、１３０…第２樹脂層、１３１…第５絶縁膜、ＳＥ…シール材、１４０…充填層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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