半导体装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及使用氧化物半导体形成的半导体装置。
【背景技术】
[0002]液晶显示装置等中使用的有源矩阵基板按每像素形成有薄膜晶体管(Thin FilmTransistor，以下，“TFT”)等开关元件。作为这样的开关元件，历来广泛使用以非晶娃膜为活性层的TFT(以下，称为“非晶硅TFT”)和以多晶硅膜为活性层的TFT(以下，称为“多晶硅TFT”)。
[0003]近年来，作为TFT的活性层的材料，提案有代替非晶硅和多晶硅使用氧化物半导体的技术。将这样的TFT称为“氧化物半导体TFT”。氧化物半导体与非晶硅相比具有更高的迀移率，因此氧化物半导体TFT与非晶硅TFT相比能够以更高速度动作。此外，氧化物半导体膜能够利用比多晶硅膜更简便的工艺形成，因此在需要大面积的装置中也能够应用。
[0004]在氧化物半导体TFT中，如果使用铝(Al)层或铜(Cu)层形成源极和漏极电极，则存在在Al层或Cu层与氧化物半导体层之间接触电阻变高的问题。为了解决该问题，公开有在Al层或Cu层与氧化物半导体层之间形成Ti层的技术(例如专利文献I)。此外，在专利文献2中公开有使用具有以Ti层夹持Al层的结构(Ti/Al/Ti)的源极和漏极电极的技术。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本特开2010-123923号公报
[0008]专利文献2:日本特开2010-123748号公报
【发明内容】
[0009]发明所要解决的问题
[0010]本发明的发明人进行研宄后发现，在使用在Cu或Al层的表面形成有Ti层的结构的源极和漏极电极的情况下，在形成源极和漏极电极之后进行的热处理工序中存在源极、漏极电极和/或配线的电阻上升的问题。其结果是，存在难以实现所期望的TFT特性的可能性。此外，在代替Ti层使用Mo层的情况下也存在同样的问题。详细情况后述。
[0011]本发明的实施方式是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，在包括具有层叠结构的源极和漏极电极的氧化物半导体TFT中，抑制源极和漏极电极的电阻的上升，实现源极和漏极电极的TFT特性。
[0012]用于解决问题的方式
[0013]本发明的实施方式的半导体装置包括基板和由上述基板支承的薄膜晶体管，上述薄膜晶体管包括:氧化物半导体层；栅极电极；在上述栅极电极与上述氧化物半导体层之间形成的栅极绝缘层；和与上述氧化物半导体层接触的源极电极和漏极电极，上述源极电极和上述漏极电极分别具有:包含第一金属的主层；下层，其配置在上述主层的上述基板侦牝从上述主层侧起依次包括由第二金属的氮化物构成的下部金属氮化物层和由上述第二金属构成的下部金属层；和上层，其配置在上述主层的与上述基板相反的一侧，从上述主层侧起依次包括由上述第二金属的氮化物构成的上部金属氮化物层和由上述第二金属构成的上部金属层，上述第一金属是铝或铜，上述第二金属是钛或钼。
[0014]在一个实施方式中，上述下部金属氮化物层与上述主层的下表面接触，上述上部金属氮化物层与上述主层的上表面接触。
[0015]在一个实施方式中，上述下部金属层和上述上部金属层中的任一方与上述氧化物半导体层接触。
[0016]在一个实施方式中，上述源极电极和上述漏极电极的上述上层或上述下层还包括以与上述氧化物半导体层接触的方式配置的、由上述第二金属的氮化物构成的另一金属氮化物层。
[0017]在一个实施方式中，还包括覆盖上述薄膜晶体管的第一保护层，上述第一保护层为氧化硅膜，上述源极电极和上述漏极电极的上述上层还包括配置在上述上部金属层与上述第一保护层之间的、由上述第二金属的氮化物构成的另一金属氮化物层，上述另一金属氮化物层与上述第一保护层接触。
[0018]在一个实施方式中，还包括覆盖上述薄膜晶体管的第一保护层，上述第一保护层为氧化硅膜，上述栅极电极配置在上述基板与上述氧化物半导体层之间，上述源极电极和上述漏极电极的上述下层还包括配置在上述下部金属层与上述氧化物半导体层之间的、由上述第二金属的氮化物构成的下部金属氮化物表面层，上述源极电极和上述漏极电极的上述上层还包括配置在上述上部金属层与上述第一保护层之间的、由上述第二金属的氮化物构成的上部金属氮化物表面层，上述下部金属氮化物表面层与上述氧化物半导体层接触，上述上部金属氮化物表面层与上述第一保护层接触。
[0019]在一个实施方式中，还具有覆盖上述氧化物半导体层的沟道区域的蚀刻阻挡层。
[0020]在一个实施方式中，上述氧化物半导体层是包含In-Ga-Zn-O类氧化物的层。
[0021]在一个实施方式中，上述氧化物半导体层是包含结晶In-Ga-Zn-O类氧化物的层。
[0022]发明的效果
[0023]在本发明的一个实施方式的半导体装置中，源极和漏极电极在主层(Al或Cu层)与上部金属层和下部金属层(Ti或Mo层)之间设置金属氮化物层。由此，能够在主层与上部金属层和下部金属层之间抑制金属相互扩散，因此能够抑制源极和漏极电极的电阻的上升。
[0024]此外，在上部金属层或下部金属层与氧化物半导体层之间偏置另一金属氮化物层的情况下，能够抑制氧化物半导体与Ti或Mo的氧化还原反应，能够抑制TFT的阈值的变动。
[0025]进一步，在上部金属层与氧化硅(S12)层等由绝缘氧化物构成的保护层之间偏置另一金属氮化物层的情况下，能够抑制源极和漏极电极与保护层的紧贴性的降低，提高成品率。
【附图说明】
[0026]图1是第一实施方式的氧化物半导体TFTlOl的示意截面图。
[0027]图2 (a)是本发明的第一实施方式的半导体装置(有源矩阵基板)201的示意平面图，(b)和(c)分别是沿(a)所示的平面图的A-A’线和D-D’线的截面图。
[0028]图3(al)?(fl)和(a2)?(f2)分别是用于说明半导体装置201的制造方法的一个例子的工序截面图。
[0029]图4(gl)?(il)和(g2)?(i2)分别是用于说明半导体装置201的制造方法的一个例子的工序截面图。
[0030]图5(jl)?(11)和(j2)?(12)分别是用于说明半导体装置201的制造方法的一个例子的工序截面图。
[0031]图6是第二实施方式的氧化物半导体TFT102的示意截面图。
[0032]图7是第三实施方式的氧化物半导体TFT103的示意截面图。
[0033]图8(a)是本发明的第四实施方式的半导体装置(有源矩阵基板)204的示意平面图，(b)和(c)分别是沿(a)所示的平面图的A-A’线和D-D’线的截面图。
[0034]图9(a)是本发明的第四实施方式的半导体装置(有源矩阵基板)205的示意平面图，(b)和(c)分别是沿(a)所示的平面图的A-A’线和D-D’线的截面图。
[0035]图10 (al)?(dl)和(a2)?(d2)分别是用于说明半导体装置205的制造方法的一个例子的工序截面图。
[0036]图11 (el)?(gl)和(e2)?(g2)分别是用于说明半导体装置205的制造方法的一个例子的工序截面图。
[0037]图12 (hi)?(jl)和(h2)?(j2)分别是用于说明半导体装置205的制造方法的一个例子的工序截面图。
【具体实施方式】
[0038]如上所述，在现有的氧化物半导体TFT中，为了抑制源极和漏极电极与氧化物半导体层的接触电阻等目的，存在使用具有由Ti层夹着主层(Cu或Al层)的结构(Ti/Al/Ti或Ti/Cu/Ti)的源极和漏极电极的情况。
[0039]但是，本发明的发明人进行研宄后了解到，在上述现有的氧化物半导体TFT中，在形成源极和漏极电极后，存在当出于一些目的而进行热处理时，在主层与Ti层之间金属相互扩散的问题。作为这样的热处理，例如能够列举用于降低氧化物半导体层的氧缺损的热处理(例如250°C以上450°C以下)。其结果是，存在主层的纯度降低、电阻上升的可能性。
[0040]该问题是由本发明的发明人发现且之前未被认识到的问题。进一步，还了解到在代替Ti层使用Mo层的情况下也存在同样的问题。
[0041]为了解决上述问题，本发明的发明人进一步进行锐意研宄后发现，通过在由Ti或Mo构成的金属层与主层之间配置该金属的氮化物层(氮化钛(TiN)层或氮化钼(MoN)层)，能够抑制主层与金属层的金属相互扩散的发生，想到了本申请发明。
[0042](第一实施方式)
[0043]以下，参照图面对本发明的半导体装置的第一实施方式进行说明。本实施方式的半导体装置包括氧化物半导体TFT。另外，本实施方式的半导体装置具备氧化物半导体TFT即可，广泛地包括有源矩阵基板、各种显示装置、电子设备等。
[0044]图1是本实施方式的氧化物半导体TFTlOl的示意截面图。
[0045]氧化物半导体TFTlOl包括:在基板I上被支承的栅极电极3 ;覆盖栅极电极3的栅极绝缘层4 ;以隔着栅极绝缘层4与栅极电极3重叠的方式配置的氧化物半导体层5 ;以及源极电极7和漏极电极9。氧化物半导体层5具有沟道区域5c、以及位于沟道区域的两侧的源极接触区域5s和漏极电极接触区域5d。源极电极7以与源极接触区域5s接触的方式形成，漏极电极9以与漏极接触区域5d接触的方式形成。在本实施方式中，源极电极7和漏极电极9由同一层叠膜形成。
[0046]本实施方式的源极电极7具有包括主层7a、设置在主层7a的上表面的上层7b和设置在主层7a的下表面的下层7c的层叠结构，其中该主层7a包含Al或Cu (以下，称为“第一金属”。)。上层7b和下层7c分别为从主层7a侧起依次包括由Ti或Mo (以下，称为“第二金属”。)的氮化物构成的金属氮化物层和由第二金属构成的金属层的层叠膜。在本例中，作为第一金属使用Al，作为第二金属使用Ti。因此，主层7a是Al层。上层7b和下层7c分别从主层7a侧依次包括TiN层和Ti层。在本说明书中，存在从位于上方的膜起依次表示层叠膜的结构的情况。由此，上层7b以Ti/TiN表示，下层7c以TiN/Ti表示。
[0047]源极电极7与源极配线电连接。源极配线也可以与源极电极7由同一层叠导电膜形成。在本例中，源极电极7是源极配线的一部分，与源极配线形成为一体。
[0048]漏极电极9也与源极电极7同样具有