JP2005039261A - 半導体装置の作製方法及び表示装置の作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明では、下層とのコンタクトを形成する開口部の直径が大きく（１μｍ以上）ともコンタクトホール起因の凹凸を緩和し、それが原因でなる不良を低減することを目的とする。
【解決手段】 コンタクトホール内に導電性微粒子を充填させて配線を形成することを特徴とする。導電性微粒子は配線材料とぬれ性が高いものを用いることで、容易に導電性微粒子が配線材料中に分散し、コンタクトをとれるようになる。これにより、リフロー工程を行わずとも、コンタクトホールの平坦化が実現する。また、加えてリフローすることで、より平坦化が可能となり信頼性が向上する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体装置の作製方法に関し、特に半導体装置の配線のコンタクト形成方法に関する。

近年、技術の発展によって、電子機器の小型化、高性能化が進み、高度に発展した電子機器が世の中にはあふれている。そのため、企業が競争力を維持するためには同業他社より良い製品を作製することはもちろんだが、同程度の製品をより安く提供し続けることも非常に重要となってきている。

高度な電子機器を、いかにコストをかけずに生産するかが鍵となるが、信頼性や品質を犠牲にしてはユーザーの要求を満たすことは不可能である。性能、信頼性、品質を低下させずにより一層の低価格化を図るためには、生産歩留まりを向上させることが非常に有効な手段となる。

現在使用されている電子機器の多くには、半導体素子を用いたデバイスが搭載されているが、生産歩留まりを低下させる一要因としてこれら半導体素子を用いたデバイスの不良がある。これら半導体デバイス起因の不良として、配線の断線及び高抵抗化による不良、またディスプレイデバイスにおいては表示不良、表示ムラに起因する不良などがある。

配線の断線及び高抵抗化は、配線に使用する導電性薄膜を形成する際、薄膜のカバレッジ不良が発生することで起こる場合がある。カバレッジ不良は、主に下層とのコンタクトを形成する開口部周りで発生し、開口部が配線材料ですべて被覆されず、コンタクトがとれなかったり、一部配線が薄膜化してしまったりするために起こる。

また、表示不良、ムラは下層とのコンタクトを形成する開口部や下層の導電層の形状を反映して発生する凹凸に起因して発生することが多い。液晶ディスプレイにおいては凹凸により電界のかかり度合いが異なってくるため、表示ムラとなり、ＥＬディスプレイでは表示ムラの他、黒点、輝点等の表示不良の原因ともなりうる。

また、ＩＣやＣＰＵなどは緻密化、集積化、多層配線化が進んでいるが、多層配線化し、積層を繰り返すことで凹部同士、凸部同士が上層、下層で重なりあい大きな段差が発生してしまう可能性がある（図２（Ａ）参照）。このような段差が発生すると歩留まりをさらに低下させてしまう原因ともなりうる。

これらのような下層とのコンタクトを形成する開口部周りの不良や段差の発生を抑制するために例えば、特許文献１ような対策がとられている。

特開平７−３７９７９号公報

しかし、コンタクト径が小さければ問題はないのだが、図３に示したように、コンタクトホール１０２の径が大きい場合にリフローを行っても完全には凹部が埋められず、段差１０５が残ってしまうという問題があった。

また、図４のようにコンタクトホール１０２周りの配線膜厚が薄くなってしまい、その薄膜化部分１０６が高抵抗化してしまうことも考えられる。さらに、配線１０４の材料と下地の絶縁膜１０１とのぬれ性が悪いと、最悪の場合、断線してしまう恐れもある。

このような高抵抗化や断線を防ぐためには、配線１０４を厚膜化することが考えられるが、必要以上の厚膜化は集積化という観点からは望ましくなく、特許文献１のようにエッチバックなどの対策をとってもその精度が問題となる。

そこで、本発明では、下層の導電層１００とのコンタクトを形成するコンタクトホール１０２の直径が大きく（１μｍ以上）ともコンタクトホール１０２起因の凹凸を緩和し、それが原因でなる不良を低減することを目的とする。

そこで、本発明はコンタクトホール内に導電性微粒子を充填させておいてから配線を形成することを特徴とする。導電性微粒子は配線材料とぬれ性が高いものを用いることで、容易に導電性微粒子が配線材料中に分散し、コンタクトをとれるようになる。これにより、リフロー工程を行わずとも、コンタクトホールの平坦化が実現する。本法ではリフロー工程を行わないため、エネルギーコスト的に比較的有利な条件において、コンタクトホール周りの信頼性を向上させることが可能である。また、本発明では配線を形成しておいてから、コンタクトホールの形状を反映した凹部内に導電性微粒子を充填してもよい。

さらに、リフロー工程を行う場合は、導電性微粒子の材料として、低温でも溶融するもの、もしくは低温で配線材料と合金化するものを選択すれば低温でのリフロー工程を経てコンタクトホールを容易に平坦化することが可能となる。本法においては配線材料と導電性微粒子が一体化もしくは合金化するため、より信頼性の高い接続を得ることができる。

本発明を適用することで平坦化が可能となり大きな段差の発生を抑制することができ、半導体デバイスなどの歩留まり向上、信頼性改善に大きく貢献する。

コンタクトホール内に導電性微粒子を充填させておいてから配線を形成し、導電性微粒子は配線材料とぬれ性が高いものを用いることで、リフロー工程を行わずとも、コンタクトホールの平坦化が実現する。本法ではリフロー工程を行わないため、エネルギーコスト的に比較的有利な条件において、コンタクトホール周りの信頼性を向上させることが可能である。

また、リフロー工程を行う場合は、導電性微粒子の材料として、低温でも溶融するもの、もしくは低温で配線材料と合金化するものを選択すれば低温でのリフロー工程を経てコンタクトホールを容易に平坦化することが可能となる。本法においては配線材料と導電性微粒子が一体化もしくは合金化するため、より信頼性の高い接続を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態について図１、図２を用いて説明する。

図１では、任意の表面上に形成された導電層１００上に絶縁膜１０１を介して形成される配線１０４が、コンタクトホール１０２を介して導電層１００と導通をとる例を示しており、絶縁膜１０１にコンタクトホール１０２が形成されている（図１（Ａ））。

続いて、コンタクトホール１０２内に導電性微粒子１０３を充填させる（図１（Ｂ））。導電性微粒子１０３は配線１０４の材料とぬれ性が高いものを用いる。

次に、少なくとも導電性微粒子１０３及びコンタクトホール１０２の一部を覆う容易配線１０４を形成する（図１（Ｃ））。導電性微粒子１０３は配線１０４の材料とぬれ性が高いものを用いている為容易に導電性微粒子１０３が配線材料中に分散し、コンタクトをとれるようになる。これにより、リフロー工程を行わずとも、コンタクトホールの平坦化が実現する。この場合はリフロー工程を行わないため、エネルギーコスト的に比較的有利な条件において、コンタクトホール周りの信頼性を向上させることが可能である。また、本発明では配線を形成しておいてから、コンタクトホールの形状を反映した凹部内に導電性微粒子１０３を充填もよい。

さらに、リフロー工程を行う場合は、導電性微粒子１０３の材料として、低温でも溶融するもの、もしくは低温で配線材料と合金化するものを選択すれば、配線形成に続いて比較的低温で熱処理を行うことでコンタクトホールを容易に平坦化することが可能となる（図１（Ｄ））。本法においては配線材料と導電性微粒子１０３が一体化もしくは合金化するため、より信頼性の高い接続を得ることができる。

本発明を適用することで図２（Ｂ）のように平坦化が可能となり、図２（Ａ）のような大きな段差の発生を抑制することができ、半導体デバイスなどの歩留まり向上、信頼性改善に大きく貢献する。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態について図５を用いて説明する。本実施の形態では導電性微粒子１０３の分散液１０８を液滴吐出法を用いることにより、コンタクトホール１０２内に選択的に充填することで平坦化をはかる方法について説明する。

液滴吐出法は俗にインクジェット法とも呼ばれ、塗布したい溶液をノズル１０７から液滴状に吐出し、任意の位置に塗布する技術である。それを、本発明では導電性微粒子１０３を分散させた特殊なインクを用いて使用する。

下層の導電層１００と導通がとれるように絶縁膜１０１に形成されたコンタクトホール１０２を液滴吐出装置のノズル１０７から導電性微粒子１０３の分散液１０８を吐出することで充填する。

液滴吐出法によるコンタクトホールの充填は、コンピュータにより制御してもよい。その際はマスク図面などのデータよりコンタクトホール位置を決定し、あらかじめ形成されているアライメントマークにより位置あわせを行って正確に充填ができるようにする。マスクデータを用いた制御法を、ブロック図を用いて簡単に示す。（図６）

液滴吐出装置の基幹となる構成要素としては、ＣＰＵ３１００、揮発性メモリ３１０１、不揮発性メモリ３１０２及びキーボードや操作ボタンなどの入力手段３１０３、液滴吐出手段３１０４が挙げられる。その動作について簡単に説明する。入力手段３１０３により、マスクデータが入力されたら、このデータはＣＰＵ３１００を介して揮発性メモリ３１０１又は不揮発性メモリ３１０２に記憶される。そして、このデータを基に、ＣＰＵ３１００がステージコントローラ又は／及び液滴吐出手段３１０４に命令を送ることで選択的に微粒子分散液を吐出することで、配線を形成することができる。また、ＣＣＤカメラより基板の情報を画像として採取し、その画像を解析することでも選択的に微粒子分散液を塗布することが可能となる。

コンタクトホールに導電性微粒子１０３が充填されたら、配線を液滴吐出法もしくはスパッタ法などにより形成する。スパッタ法を用いた場合は、導電性薄膜を形成した後、パターニング、エッチングを行い配線を形成する。パターニングを行う際のマスクは従来のフォトレジスト法を用いてマスクを作製してもよいが、液滴吐出法を用いて作製するとマスク材料の選択の幅が広がる上、材料の無駄が無いので好ましい。

導電性微粒子１０３の材料はＡｌ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｇｅ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｗなどの単体、もしくは化合物の微粒子（超微粒子、ナノ粒子などを含む）の中から一種もしくは複数種を用いることができる。導電性微粒子１０３を有機溶媒に分散した分散液を用いる。微粒子の直径は適当な溶媒に均一に分散されれば、数ナノメートルから数ミクロンの大きさを取ることができる。液滴吐出装置のノズルもそれにあわせて調整することが必要となる。

用いる有機溶媒は蒸発温度が低すぎないことが条件であり、ミネラルスピリット、トリデカン、ドデシルベンゼン、α−テルピネオール、炭素数５以上の炭化水素、アルコール、エーテル、エステル、ケトン、有機窒素化合物、有機ケイ素化合物、有機イオウ化合物の単体、もしくは混合物のうち蒸発温度が比較的高い（１５０℃以上）ものが使用できる。また、少量の界面活性剤を添加することで導電性微粒子１０３の分散性が良くなることがわかっている。このような分散液として市販されているものとしては、真空冶金株式会社のパーフェクトゴールド、パーフェクトシルバー等のナノメタルインクが挙げられる。

本実施の形態では、コンタクトホール１０２の段差を液滴吐出法を用いて選択的に導電性微粒子１０３の分散液１０８で充填してから配線１０４を形成する。これにより、リフローを行わなくともコンタクトホール１０２起因の凹凸がある程度緩和され、また、直径が１μｍ以上のコンタクトホールであったとしても平坦化が可能となり断線や高抵抗化などの不良が起こりにくくなる。また、ディスプレイデバイスでは表示不良の原因が低減され、結果として歩留まりが向上する。

リフローを行う場合、導電性微粒子１０３の材料は基板やその他の材料の耐熱温度、及び配線との相性も考慮し、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｇｅ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕなどの単体、もしくは化合物の微粒子（超微粒子、ナノ粒子などを含む）などの中から一種もしくは複数種を用いることができる。導電性微粒子１０３を有機溶媒に分散した分散液を用いる。リフローを行うことでよりコンタクトホール起因の凹凸を緩和することができ、信頼性が増すこととなる。用いる有機溶媒、及び適用できる微粒子の粒径はリフローしない場合に挙げたものと同様である。

例えば、配線１０４の材料としてＡｌ−Ｇｅ合金を選択した場合、Ｉｎの微粒子を用いてコンタクトホール１０２の充填を行うとする。すると、Ａｌ−Ｇｅ合金が約３５０℃程度に加熱することでリフローが行われるのに対し、Ｉｎは１５６℃程度で融点に達するため、リフローと同時に一体化、もしくは合金化が可能である。これにより、平坦化と同時に接続の信頼性が向上する。

また、本実施の形態は配線を形成してから、導電性微粒子１０３の分散液１０８を液滴吐出法により選択的にコンタクトホール起因の凹部に塗布しても良く、同様の効果を得られる。

（実施の形態３）
本発明の他の実施の形態について図７を用いて説明する。導電性微粒子１０３が含まれた分散液１０８をスピンコート法などの塗布法により下層の導電層１００に導通がとれるようにコンタクトホール１０２が形成された絶縁膜全面に塗布する。続いて、塗布された導電性微粒子１０３を含む分散液１０８がコンタクトホール１０２内に充填されるように、板状のシリコン樹脂のような基板表面を傷つけない材質形状のもの（本実施の形態ではシリコン樹脂によるへら１１１を用いる）を基板表面に押し当てて動かす。また、同時に不要な部分に付着した導電性微粒子１０３を含む分散液１０８を除去する。このようにすることで、コンタクトホール１０２内のみに導電性微粒子１０３を含む分散液１０８を選択的に充填することができる。

また、スピンコート法の他に導電性微粒子１０３を含む分散液１０８中に基板を浸し、一定の速度で引き上げることによってもコンタクトホール１０２を充填することが可能である。コンタクトホール１０２を充填した後は、スピンコートにより充填した方法と同様に処理を行うとよい。この際、必要であれば基板の素子が形成されていない面の分散液も除去してしまってもよい。

導電性微粒子１０３の材料はＡｌ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｇｅ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｗなどの単体、もしくは化合物の微粒子（超微粒子、ナノ粒子などを含む）の中から一種もしくは複数種を有機溶媒に分散した分散液１０８を用いることが可能である。微粒子の直径は適当な溶媒に均一に分散されれば、数ナノメートルから数ミクロンの大きさを取ることができる。液滴吐出装置のノズルもそれにあわせて調整することが必要となる。

用いる有機溶媒は蒸発温度が低すぎないことが条件であり、ミネラルスピリット、トリデカン、ドデシルベンゼン、α−テルピネオール、炭素数５以上の炭化水素、アルコール、エーテル、エステル、ケトン、有機窒素化合物、有機ケイ素化合物、有機イオウ化合物の単体、もしくは混合物のうち蒸発温度が比較的高い（１５０℃以上）ものが使用できる。また、少量の界面活性剤を添加することで導電性微粒子１０３の分散性が良くなることもある。このような分散液としては例えば、真空冶金株式会社のパーフェクトゴールド、パーフェクトシルバー等のナノメタルインク等が挙げられる。

コンタクトホール１０２の導電性微粒子１０３の分散液１０８による充填が終わったら、必要に応じて焼成工程を経て、液滴吐出法もしくはスパッタ法などにより配線１０４を形成する。スパッタ法を用いた場合は、導電性薄膜を形成した後、パターニング、エッチングを行い配線を形成する。パターニングを行う際のマスクは従来のフォトレジスト法を用いてマスクを作製してもよいが、液滴吐出法を用いて作製するとマスク材料の選択の幅が広がる上、材料の無駄が無いので好ましい。

本実施の形態では、コンタクトホール１０２の段差を選択的に導電性微粒子１０３の分散液１０８で充填してから配線を形成することができ、しかも余分な部分の導電性微粒子１０３を含む分散液１０８は除去してしまうことができる。これにより、リフローを行わなくともコンタクトホール１０２起因の凹凸が緩和され、また、直径が１μｍ以上のコンタクトホール１０２であったとしても平坦化が可能となり断線や高抵抗化などの不良が起こりにくくなる。また、ディスプレイデバイスでは表示不良の原因が低減され、結果として歩留まりが向上する。

リフローを行う場合の導電性微粒子１０３の材料は基板やその他の材料の耐熱温度、及び配線との相性も考慮し、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｇｅ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕなどの単体、もしくは化合物の微粒子（超微粒子、ナノ粒子などを含む）などの中から一種もしくは複数種を用いることができる。導電性微粒子１０３を有機溶媒に分散した分散液を用いる。用いる有機溶媒及び適用可能な粒径はリフローしない場合に挙げたものと同様である。リフローを行うことでより平坦性が増し、半導体デバイスの信頼性及び歩留まりが向上する。

配線材料としてＡｌ−Ｇｅ合金を選択した場合、Ｉｎの微粒子を用いてコンタクトホールの充填を行えば、Ａｌ−Ｇｅ合金が約３５０℃程度に加熱することでリフローが行われるのに対し、Ｉｎは１５６℃程度で融点に達するため、リフローと同時に一体化、もしくは合金化が可能である。これにより、平坦化と同時に接続の信頼性が向上する。

本実施の形態においては、不要な部分に付着した導電性微粒子１０３の分散液１０８は配線を形成した後に除去してもかまわない。その際は上部に形成した配線を傷つけないように十分に注意する。また、溶媒を用いた洗浄により不要な微粒子を除去してもよい。

（実施の形態４）
本発明の他の実施の形態について図８を参照して説明する。下層の導電層１００と接続するコンタクトホール１０２が形成された絶縁膜１０１全面に、導電性微粒子１０３を散布装置を用いて散布する。散布装置としては特開２００２−５９０４７に記載の散布装置などを利用するとよい。液晶表示装置を作製する際に用いられるスペーサ散布用の装置も利用できる。

また、本実施の形態では導電性微粒子１０３を粉体のままで使用しているため、あまり微細な粒子をを散布しようすると表面エネルギーの影響で凝集してしまうことがある。これをふせぐために、微粒子の表面にメッキ処理を施すなど何らかの対策をとっておくと制御が容易となる。

続いて、不要な部分に存在する導電性微粒子１０３を、板（へら）状のシリコン樹脂のような基板表面を傷つけない材質形状をしたもの（本実施の形態ではシリコン樹脂によるへら１１１を用いる）で除去する。このようにすることで、あらかじめコンタクトホール１０２内に導電性微粒子１０３を選択的に充填することができる。

コンタクトホール１０２内の導電性粒子１０３の充填率が小さいようであれば再度散布と除去する工程を行えばよい。再度散布することによってコンタクトホール内の導電性粒子１０３の密度が高くなると、ある程度の大きさをもつ導電性粒子１０３は凝集する。これによりコンタクトホール１０２内の導電性粒子１０３は比較的緻密な状態で存在することになるため、飛散しにくくなり、表面の不要な部分に存在する導電性粒子の除去がより容易となる。

また、コンタクトホール１０２内に導電性微粒子１０３を充填率よく充填するために、図９のように導電性微粒子１０３を塗布した後、超音波振動法によりコンタクトホール１０２内に導電性微粒子１０３を落とし込む方法もある。コンタクトホール１０２内に導電性微粒子１０３を落とし込んだ後は上記同様、不要な部分に付着した導電性微粒子１０３をシリコン樹脂のような基板表面を傷つけない材質の板（へら）のようなもので除去する。

さらに、板（へら）の代わりに、ＣＭＰ研磨で用いられるようなパッドを使用してコンタクトホール１０２以外に付着した導電性微粒子１０３をこすり落としてもよい。

導電性微粒子１０３の材料は配線１０４の材料とのぬれ性の相性によってＡｌ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｇｅ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｗなどの単体、もしくは化合物の微粒子（超微粒子、ナノ粒子などを含む）の中から一種もしくは複数種を用いれば良い。微粒子と配線のぬれ性は良い方が望ましく、コンタクト形成の信頼性が増す。

コンタクトホールの導電性微粒子１０３による充填が終わったら、液滴吐出法もしくはスパッタ法などにより、配線１０４を形成する。スパッタ法を用いた場合は、導電性薄膜を形成した後、パターニング、エッチングを行い配線１０４を形成する。パターニングを行う際のマスクは従来のフォトレジスト法を用いてマスクを作製してもよいが、液滴吐出法を用いて作製するとマスク材料の選択の幅が広がる上、材料の無駄が無いので好ましい。

本実施の形態では、コンタクトホール１０２の段差を選択的に導電性微粒子１０３で充填してから配線１０４を形成することができ、しかも余分な部分の導電性微粒子１０３は掻き取ってしまうことができる。これにより、リフローを行わなくともコンタクトホール１０２起因の凹凸が緩和され、また、直径が１μｍ以上のコンタクトホールであったとしても平坦化が可能となり断線や高抵抗化などの不良が起こりにくくなる。また、ディスプレイデバイスでは表示不良の原因が低減され、結果として歩留まりが向上する。

リフローを行う場合の導電性微粒子１０３の材料は基板やその他の材料の耐熱温度、及び配線との相性も考慮し、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｇｅ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕなどの単体、もしくは化合物の微粒子（超微粒子、ナノ粒子などを含む）などの中から一種もしくは複数種を用いることができる。導電性微粒子１０３を用いる。例えば、配線１０４の材料としてＡｌ−Ｇｅ合金を選択した場合、Ｉｎの微粒子を用いてコンタクトホールの充填を行えば、Ａｌ−Ｇｅ合金が約３５０℃程度に加熱することでリフローが行われるのに対し、Ｉｎは１５６℃程度で融点に達するため、リフローと同時に一体化、もしくは合金化が可能である。これにより、平坦化と同時に接続の信頼性が向上する。

本実施の形態において、不要な部分に付着した導電性微粒子１０３は配線を形成した後に除去してもかまわない。その際は上部に形成した配線を傷ないように十分に注意する。また、この場合は溶媒を用いた洗浄により不要な微粒子を除去してもよい。

（実施の形態５）
本発明の他の実施の形態について図１０を用いて説明する。本実施の形態は、下層の導電層１００に導通がとれるように形成されたコンタクトホール１０２の内部に、柱状の導電体１１２を形成することでコンタクトホール１０２起因の凹部を緩和する方法である。

柱状の導電体は液滴吐出法を用いることで作製することができる。コンタクトホール１０２内の一カ所に、導電性微粒子分散液１０８の液滴を吐出することで柱状の導電体１１２を形成する。このとき、導電性微粒子分散液１０８の粘度を高くしておけばより簡単に柱状の導電体１１２を作製することができる。また、導電性微粒子分散液１０８の粘度を変化させない場合は、柱状の導電体１１２を作製するときの雰囲気中の溶媒の分圧を、配線を作製する場合より減圧にして溶媒が揮発しやすいようにしてもよい。

また、柱状の導電体１１２はフォトリソグラフィを用いて作製しても良い。まず、コンタクトホール１０２内にスパッタ法やスピンコート法、ＣＶＤ法など公知の薄膜形成法によって導電膜１０９を形成する。次にフォトリソグラフィ法や液滴吐出法によってコンタクトホール上にマスク１１０を形成し、パターニングし、ドライエッチングによって導電膜をエッチングして、コンタクトホール１０２内に柱状の導電体を形成する。

柱状の導電体１１２の材料は配線１０４の材料とのぬれ性の相性によってＡｌ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｇｅ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｗなどの単体、もしくは化合物、合金の中から用いれば良い。導電体と配線のぬれ性は良い方が望ましく、コンタクト形成の信頼性が増す。

コンタクトホール１０２内に柱状の導電体１１２を形成したら、配線材料を液滴吐出法もしくはスパッタ法などにより成膜し、配線１０４を形成する。スパッタ法を用いた場合は、導電性薄膜を形成した後、パターニング、エッチングを行い配線１０４を形成する。パターニングを行う際のマスクは従来のフォトレジスト法を用いてマスクを作製してもよいが、液滴吐出法を用いて作製するとマスク材料の選択の幅が広がる上、材料の無駄が無いので好ましい。

本実施の形態では、コンタクトホール１０２の段差を選択的に柱状の導電体１１２で埋めてから配線１０４を形成することができる。これにより、リフローを行わなくともコンタクトホール起因の凹凸が緩和され、また、直径が１μｍ以上のコンタクトホールであったとしても平坦化が可能となり断線や高抵抗化などの不良が起こりにくくなる。また、ディスプレイデバイスでは表示不良の原因が低減され、結果として歩留まりが向上する。

リフローを行う場合の柱状の導電体の材料は基板やその他の材料の耐熱温度、及び配線との相性も考慮し、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｇｅ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕなどの単体、化合物又は合金を用いることが可能である。

本発明の実施の一例として、アクティブマトリクス型液晶表示装置の作製方法を図１１，１２により詳細に説明する。本実施例においては液滴吐出法を用いた半導体デバイス作製工程を適用している部分があるが、従来通りフォトリソグラフィ工程を用いたプロセスにおいても本発明が適用できることは言うまでもない。

ここでは、本発明を用いて、アクティブマトリクス液晶表示装置のうち、Ｎチャネル型ＴＦＴ（スイッチ用）と容量を同一基板上に形成する作製工程について説明する。

基板６０１には、ガラス基板、プラスチック基板に代表される可撓性基板など、本工程の処理温度に耐えうる基板を用いる（図１１（Ａ））。具体的には、透光性を有する基板６０１を用いてアクティブマトリクス基板を作製する。基板サイズとしては、６００ｍｍ×７２０ｍｍ、６８０ｍｍ×８８０ｍｍ、１０００ｍｍ×１２００ｍｍ、１１００ｍｍ×１２５０ｍｍ、１１５０ｍｍ×１３００ｍｍ、１５００ｍｍ×１８００ｍｍ、１８００ｍｍ×２０００ｍｍ、２０００ｍｍ×２１００ｍｍ、２２００ｍｍ×２６００ｍｍ、または２６００ｍｍ×３１００ｍｍのような大面積基板を用い、製造コストを削減することが好ましい。用いることのできる基板として、コーニング社の＃７０５９ガラスや＃１７３７ガラスなどに代表される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を用いることができる。更に他の基板として、石英基板、プラスチック基板などの透光性基板を用いることもできる。

本実施例ではガラス基板６０１を用いた。続いて基板６０１上に、絶縁膜から成る下地膜６０２を形成する。下地膜６０２は単層又は積層構造のいずれでもよく、本実施例では、２層構造として、スパッタリング法を用い、１層目として窒化酸化珪素膜を５０ｎｍ、２層目として酸化窒化珪素膜を５０ｎｍの厚さに形成し、その後ＣＭＰ法などの方法により表面を平坦化した（図１１（Ａ））。

次いで、下地膜６０２上に半導体層６０３を形成する。半導体層６０３は、まず公知の方法（スパッタリング法、ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等）により２５〜８０nmの厚さで半導体膜を成膜する。次いで前記半導体膜を公知の結晶化法（レーザー結晶化法、ＲＴＡ又はファーネスアニール炉を用いる熱結晶化法、結晶化を助長する金属元素を用いる熱結晶化法等）を用いて結晶化させる。なお前記半導体膜としては、非晶質半導体膜、微結晶半導体膜、結晶質半導体膜又は非晶質珪素ゲルマニウム膜などの非晶質構造を有する化合物半導体膜などを用いても良い。

本実施例では、プラズマＣＶＤ法を用いて、膜厚５０nmの非晶質珪素膜を成膜した。その後、ニッケルを含む溶液を非晶質珪素膜上に保持させ、この非晶質珪素膜に脱水素化（５００℃、１時間）を行った後、熱結晶化（５５０℃、４時間）を行って結晶質珪素膜を形成した。その後、液滴吐出法によって、インクジェットノズル６０４より吐出したレジスト６０５によりマスクパターンを形成した。さらに、該マスクパターンを使用してドライエッチング法により半導体層６０３を形成した（図１１（Ｂ））。

なお、レーザー結晶化法で結晶質半導体膜を作製する場合のレーザーは、連続発振またはパルス発振の気体レーザー又は固体レーザーを用いれば良い。前者の気体レーザーとしては、エキシマレーザー、ＹＡＧレーザー等が挙げられ、後者の固体レーザーとしては、Ｃｒ、Ｎｄ等がドーピングされたＹＡＧ、ＹＶＯ4等の結晶を使ったレーザー等が挙げられる。なお非晶質半導体膜の結晶化に際し、大粒径に結晶を得るためには、連続発振が可能な固体レーザーを用い、基本波の第２〜第４高調波を適用するのが好ましい。上記レーザーを用いる場合には、レーザー発振器から放射されたレーザービームを光学系で線状に集光して、半導体膜に照射すると良い。

本実施例では、結晶化を助長する金属元素を用いて非晶質珪素膜の結晶化を行ったため、前記金属元素が結晶質珪素膜中に残留している。そのため、前記結晶質珪素膜上に５０〜１００nmの非晶質珪素膜を形成し、加熱処理（ＲＴＡ法、ファーネスアニール炉を用いた熱アニール等）を行って、該非晶質珪素膜中に前記金属元素を拡散させ、前記非晶質珪素膜は加熱処理後にエッチングを行って除去する。その結果、前記結晶質珪素膜中の金属元素の含有量を低減または除去することができる。また半導体層６０３を形成後、ＴＦＴのしきい値を制御するために微量な不純物元素（ボロン）のドーピング（チャネルドーピング）を行ってもよい。

次いで、半導体層６０３を覆うゲート絶縁膜６０６を形成する。ゲート絶縁膜６０６はプラズマＣＶＤ法やスパッタ法を用いて、膜厚を４０〜１５０nmとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本実施例では、ゲート絶縁膜６０６としてプラズマＣＶＤ法により酸化窒化珪素膜を１１５nmの厚さに形成した。

さらに、液滴吐出法により、減圧又は真空中で第１の導電層（ゲート配線、ゲート電極、キャパシタ電極）６０８を形成する（図１１（Ｃ））。

インクジェットヘッドには多数の液滴噴射ノズルを有している。また、ノズル径の異なるインクヘッドを複数用意し、用途に応じて、ノズル径の異なるインクヘッドを使い分けてもよい。なお、スループットを考慮して、一度の走査で形成できるようにするために、素子形成領域の縦又は横と同じ長さになるように、複数のノズルを配置してもよい。また、任意の個数のノズルを配置して、複数回走査しても構わないし、また同じ箇所を複数回走査することで重ね塗りをしてもよい。さらに、インクヘッドを走査することが好ましいが、基板を移動させても構わない。なお基板とインクヘッドとの距離は、所望の箇所に滴下するために、できるだけ近づけておくことが好ましく、具体的には、０．１〜２ミリ程度が好ましい。

インクヘッドから１回に吐出する組成物の量は１０〜７０ｐｌ、粘度は１００ｃｐ以下、粒径０．１μｍ以下が好ましい。用いる溶媒や、用途に合わせて組成物の粘度、表面張力、乾燥速度などは適宜調節する。またインクヘッドから吐出される組成物は、基板上で連続して滴下して線状又はストライプ状に形成することが好ましい。しかし、例えば１ドット毎などの所定の箇所毎に滴下してもよい。

インクヘッドから吐出する組成物は、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、ニオブ（Ｎｄ）から選択された元素、または前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料、ＡｇＰｄＣｕ合金などのＡｇ合金、もしくはＡｌ合金から適宜選択された導電性の材料を溶媒に溶解又は分散させたものを用いる。溶媒には、酢酸ブチル、酢酸エチル等のエステル類、イソプロピルアルコール、エチルアルコール等のアルコール類、メチルエチルケトン、アセトン等の有機溶剤などを用いる。溶媒の濃度は、導電性材料の種類などに適宜決定するとよい。

また、インクヘッドから吐出する組成物として、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）を粒径１０ｎｍ以下で分散させた超微粒子（ナノメタル粒子）を用いてもよい。このように、粒径の微細な粒子を溶媒に分散又は溶解した組成物を用いると、ノズルの目詰まりという問題を解決することができる。なお、液滴吐出法を用いる本発明では、組成物の構成材料の粒径は、ノズルの粒径よりも小さいことが必要となる。また、ポリエチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンスルホン酸（PEDT/PSS）などの導電性ポリマー（導電性高分子）を用いてもよい。

また、銀または銅といった低抵抗金属を配線材料として用いると、配線抵抗の低抵抗化を図ることができるため、大型の基板を用いる場合に好ましい。しかも、これらの金属材料は通常のドライエッチング法によって加工することが難しいため、液滴吐出法で直接パターニングを行うことは、極めて効果的である。但し、例えば銅などの場合には、トランジスタの電気的特性に悪影響を及ぼさないようにするために、拡散を防ぐバリア性の導電膜を設けることが好ましい。バリア性の導電膜により、トランジスタが有する半導体に銅が拡散することなく、配線を形成することができる。このバリア性の導電膜としては、窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）又は窒化タングステン（ＷＮ）から選ばれた一種又は複数種の積層膜を用いることができる。また、銅は酸化しやすいため、酸化防止剤などを併用することが好ましい。

その後、第１の導電層が形成された基板に常圧または減圧、あるいは真空中で、１５０〜３００度の範囲で加熱処理を施すことで、その溶媒を揮発させて、その組成物密度を向上させて、抵抗値が低くなるようにする。但し、インクヘッド６０４から吐出する組成物における溶媒は、基板に滴下後に揮発するものが適している。本実施例の様に真空下で吐出が行われている場合は、通常の大気圧下の場合に比べて、蒸発速度が早いのが特徴であるが、特にトルエンなどの揮発性の高い溶媒を用いると、組成物を基板に滴下後、瞬時に揮発する。そのような場合には、加熱処理の工程は削除しても構わない。しかし、組成物の溶媒は特に限定されず、滴下後に揮発する溶媒を用いた場合であっても、加熱処理を施すことで、その組成物密度を向上させて、所望の抵抗値になるようにしてもよい。またこの加熱処理は、液滴吐出法により薄膜を形成した毎に行ってもよいし、任意の工程毎に行ってもよいし、全ての工程が終了した後に一括して行ってもよい。また、リフローを行う場合には省略してもかまわない。

加熱処理は、加熱源にハロゲンなどのランプを用いて、直接基板を高速加熱するランプアニール装置や、レーザー光を照射するレーザー照射装置を用いる。両者とも加熱源を走査することで、所望の箇所のみに加熱処理を施すことができる。その他の方法として、所定の温度に設定されたファーネスアニールを用いてもよい。但し、ランプを用いる場合には、加熱処理を行う薄膜の組成を破壊せず、加熱のみを可能とする波長の光であり、例えば、４００ｎｍよりも波長の長い光、即ち赤外光以上の波長の光が好ましい。取り扱いの面からは、遠赤外線（代表的な波長は４〜２５μｍ）を用いることが好ましい。またレーザー光を用いる場合、レーザー発振装置から発振されるレーザー光の基板におけるビームスポットの形状は、列又は行の長さと同じ長さになるように線状に成形することが好ましい。そうすると、一度の走査でレーザー照射を終了させることができる。本実施例では、加熱処理として、通常のファーネスアニールを用いた。

続いて、ゲート電極６０８をマスクとして、半導体層６０３に、Ｎ型又はＰ型を付与する不純物元素を添加するドーピング処理を行う。本実施例では、半導体層６０３にＮ型を付与する不純物元素を添加し、半導体層６０３にＰ型を付与する不純物元素を添加して、不純物領域を形成した。同時に、不純物元素が全く添加されない領域又は微量の不純物元素が添加された領域（チャネル形成領域と総称）を形成した。

この後、一旦全面を覆う第１の層間絶縁膜６０９を形成する。該第一の層間絶縁膜６０９はプラズマＣＶＤ法やスパッタ法を用いて、膜厚を４０〜１５０nmとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本実施例では、ゲート絶縁膜６０６としてプラズマＣＶＤ法により窒化珪素膜を１００nmの厚さに形成した。さらに、同様にして全面を覆う第２の層間絶縁膜６１０を形成する。第２の層間絶縁膜６１０としては、ＣＶＤ法によって形成された酸化珪素膜、ＳＯＧ（Spin On Glass）法又はスピンコート法によって塗布された酸化珪素膜、ポリシロキサン、ポリイミド、アクリル等の有機絶縁膜又は非感光性の有機絶縁膜を０．７〜５μｍの厚さで形成する。本実施例では、塗布法で膜厚１.６μmのポリイミド膜５０を形成した。さらに、第３の層間絶縁膜６１１となる窒化珪素膜を０．１μｍの厚さで形成する。

しかる後に、コンタクトホール６１３を形成するためのレジストパターン６１２を、上述の場合と同様に液滴吐出法によって形成する。ついで、該レジストパターンをマスクとして異方性ドライエッチング法によってコンタクトホール６１３を形成した（図１１（Ｄ））。

このコンタクトホールの形成は、上記の様にレジストを塗布することによって形成してもよいが、他の方法として図１３の様にインクジェット装置のノズル５０５からエッチング液５０６を滴下することによって層間絶縁膜５０３をエッチングし、コンタクトホールを形成してもよい。コンタクトホールが形成されたら下層の配線または導電層５０４へのダメージを最小限に抑えるためにインクジェットのノズルを換えて洗浄液５０８を滴下するなどし、洗浄する。この方法でコンタクトホールを形成すると、フォトリソグラフィ工程を省略できるため、コスト的に非常に有利な方法である。また、この方法で開口したコンタクトホールはその径がフォトリソグラフィ工程を使用したコンタクトホールより大きくなってしまうが、本発明を使用すれば平坦性の問題が無くなる。

続いて、レジストパターン６１２を除去した後、液滴吐出法により、Ｉｎの分散液をコンタクトホール内に選択的に充填してから、スパッタ法により、第２の導電層（ソース配線、ドレイン配線）６１５を前記コンタクトホール６１３の底部まで延在するように形成する。本実施例において、第２の導電層はＡｌ−Ｇｅ合金で形成し、アルミニウム中のゲルマニウムの比率は１〜１０ｗｔ％程度のものを使用するとよい。このときの断面図を図１２（Ａ）に示す。

引き続いて、加熱処理を行う。加熱処理はＲＴＡ、ＧＲＴＡ法、レーザ照射、ランプ加熱などにより行うとよい。本実施例ではＡｌとＧｅの合金で配線を作製しているため３５０℃程度に加熱を行うことによってリフローする。（図１２（Ｂ））本実施例では層間絶縁膜にポリイミドを使用しているが、ポリイミドは４００℃程度の熱処理に耐えることができるため、有機絶縁膜上でもリフローが可能となる。

以上の工程によりコンタクトホールの形状を反映した凹凸が緩和され、平坦化されたトランジスタを形成することができた。

続いて、全面に第２の導電層６１５と電気的に接続されるように、透明導電体からなる画素電極６１６を形成する（図１２（Ｂ））。画素電極６１６には、一例として、酸化インジウムと酸化スズの化合物（ＩＴＯ）、酸化インジウムと酸化亜鉛の化合物、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化インジウム、窒化チタンなどが挙げられる。本実施例では画素電極６１６として、液滴吐出法で、０．１μｍの厚さでＩＴＯ膜を形成した（図１２（Ｃ））。

以上、画素部においてはソース配線と、画素部のＴＦＴ及び保持容量と、端子部で構成されたアクティブマトリクス基板を作製することができる。そして、必要があれば、アクティブマトリクス基板または対向基板を所望の形状に分断する。
この後、共通電極６１６、カラーフィルタ６１７、ブラックマトリックス６１８などが形成された対向基板６１９と貼り合わせる。そして所定の方法で液晶６２０を注入し、液晶表示装置を完成する。（図１２（Ｄ））。

以上の工程によって得られた液晶モジュールに、バックライト、導光板を設け、カバーで覆えば、アクティブマトリクス型液晶表示装置（透過型）が完成する。なお、カバーと液晶モジュールは接着剤や有機樹脂を用いて固定する。また、透過型であるので偏光板は、アクティブマトリクス基板と対向基板の両方に貼り付ける。

また、本実施の形態は透過型の例を示したが、特に限定されず、反射型や半透過型の液晶表示装置も作製することができる。反射型の液晶表示装置を得る場合は、画素電極として光反射率の高い金属膜、代表的にはアルミニウムまたは銀を主成分とする材料膜、またはそれらの積層膜等を用いればよい。

また、必要に応じて駆動回路部など高度な集積が必要な部分において、実施の形態３や実施の形態４と組み合わせて配線を作製するとより信頼性が向上する。もちろん部分的にだけではなく全面に適用してもよい。

以上、本発明の第１の実施例について、アクティブマトリックス型の液晶表示装置について説明したが、本実施実施例に限定されることなく、本発明の趣旨に基づき適用が可能となる。例えばアクティブマトリクス型有機ＥＬ表示装置の場合についても同様に適用することが可能である。また、本実施例で取り上げた材料、形成方法に関しても、本発明の趣旨に則り適宜選択して用いることが可能である。

なお、本実施例は実施の形態及び他の実施例と適宜組み合わせて用いることが可能である。

本発明の第二の実施例について、図１４、１５を用いて詳細に説明する。本実施例においては液滴吐出法を用いた半導体デバイス作製工程を適用している部分もあるが、従来通りフォトリソグラフィ工程を用いたプロセスにおいても本発明が適用できることは言うまでもない。また、必要に応じて従来のプロセスを使用することは使用者の判断にゆだねるところである。

基板８０１には、ガラス基板、プラスチック基板に代表される可撓性基板など、本工程の処理温度に耐えうる基板を用いる（図１５（Ａ））。本実施例ではガラス基板８０１を用いた。続いて基板８０１上に、絶縁膜から成る下地膜８０２を形成する。下地膜８０２は単層又は積層構造のいずれでもよく、本実施例では、２層構造として、スパッタリング法を用い、１層目として窒化酸化珪素膜を５０ｎｍ、２層目として酸化窒化珪素膜を５０ｎｍの厚さに形成し、その後ＣＭＰ法などの方法により表面を平坦化した（図１４（Ａ））。

次いで、下地膜８０２上に半導体層８０３を形成する。半導体層８０３は、まず公知の方法（スパッタリング法、ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等）により２５〜８０nmの厚さで半導体膜を成膜する。次いで前記半導体膜を公知の結晶化法（レーザー結晶化法、ＲＴＡ又はファーネスアニール炉を用いる熱結晶化法、結晶化を助長する金属元素を用いる熱結晶化法等）を用いて結晶化させる。なお前記半導体膜としては、非晶質半導体膜、微結晶半導体膜、結晶質半導体膜又は非晶質珪素ゲルマニウム膜などの非晶質構造を有する化合物半導体膜などを用いても良い。

本実施例では第一の実施例と同様にして、プラズマＣＶＤ法を用いて、膜厚５０nmの非晶質珪素膜を成膜した。その後、ニッケルを含む溶液を非晶質珪素膜上に保持させ、この非晶質珪素膜に脱水素化（５００℃、１時間）を行った後、熱結晶化（５５０℃、４時間）を行って結晶質珪素膜を形成した。その後、減圧又は真空中でインクジェットヘッド８０７よりレジストを吐出してパターニングを行い、該レジストパターンをマスクとしてドライエッチング法によって半導体層８０４〜８０６を形成した（図１４（Ｂ））

続いて、ゲート絶縁膜８０９を形成する。ゲート絶縁膜８０９はプラズマＣＶＤ法により酸化窒化珪素膜を１１５nmの厚さに形成した（図１４（Ｂ））。

ついで、第一の実施例と同様にして、減圧又は真空中で第１の導電層（ゲート配線、ゲート電極）８１０〜８１３をタングステン膜で形成する。（図１４（Ｂ））

その後、第１の導電層が形成された基板に常圧または減圧、あるいは真空中で、１５０〜３００度の範囲で加熱処理を施すことで、その溶媒を揮発させ良好な導電特性を得る。但し、インクヘッド８０７から吐出する組成物における溶媒は、基板に滴下後に揮発するものが適している。特にトルエンなどの揮発性の高い溶媒を用いると、組成物を基板に滴下後、揮発する。そのような場合には、加熱処理の工程は削除しても構わない。しかし、組成物の溶媒は特に限定されず、滴下後に揮発する溶媒を用いた場合であっても、加熱処理を施すことで、その組成物の粘度を低下させて、所望の粘度になるようにしてもよい。またこの加熱処理は、液滴吐出法により薄膜を形成した毎に行ってもよいし、任意の工程毎に行ってもよいし、全ての工程が終了した後に一括して行ってもよい。また、リフローを行う場合省略してもかまわない。

さらに、ゲート電極８１１〜８１３をマスクとして、半導体層８０４〜８０６に、Ｎ型又はＰ型を付与する不純物元素を添加するドーピング処理を行う。本実施例では、半導体層８０４にＮ型を付与する不純物元素を添加し、半導体層８０５、８０６にＰ型を付与する不純物元素を添加して、不純物領域を形成した。同時に、不純物元素が全く添加されない領域又は微量の不純物元素が添加された領域（チャネル形成領域と総称）を形成した。

この後、一旦全面を覆う第１の層間絶縁膜８１４を形成する。該第一の層間絶縁膜４１４はプラズマＣＶＤ法やスパッタ法を用いて、膜厚を４０〜１５０nmとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本実施例では、第１の層間絶縁膜８１４としてプラズマＣＶＤ法により窒化珪素膜を１００nmの厚さに形成した。さらに、同様にして全面を覆う第２の層間絶縁膜８１５を形成する。第２の層間絶縁膜６１０としては、ＣＶＤ法によって形成された酸化珪素膜、ＳＯＧ（Spin On Glass）法又はスピンコート法によって塗布された酸化珪素膜、ポリシロキサン、アクリル等の有機絶縁膜又は非感光性の有機絶縁膜を０．７〜５μｍの厚さで形成する。本実施例では、塗布法で膜厚１.６μmのポリイミド膜５０を形成した。さらに、第３の層間絶縁膜８１６となる窒化珪素膜を０．１μｍの厚さで形成する。

しかる後に、コンタクトホールを形成するためのレジストパターンを、上述の場合と同様に液滴吐出法によって形成する。ついで、該レジストパターンをマスクとして異方性ドライエッチング法によってコンタクトホールを形成した。（図１４（Ｃ））

この後、第２の導電層（ソース配線、ドレイン配線）８１７〜８２２を前記コンタクトホールの底部まで延在するように形成する。本実施例においては、第２の導電層はスパッタ法を用いてアルミニウムとゲルマニウムの合金膜を形成し、フォトリソグラフィによるマスク作製及びエッチング工程を経て形成した。このフォトリソグラフィによるマスク作製は液滴吐出法でマスク材料を形成することで換えることができる。その場合、マスク材料の無駄が発生せず望ましい。

アルミニウムとゲルマニウムの比率はアルミニウムに対しゲルマニウムが１〜１０ｗｔ％程度のものを使用するとよい。配線材料についてはこれに限ったものではなく、リフロー温度や基板の耐熱温度も考慮して使用者が適宜選択することが可能である。

このようにして形成された配線パターンにはコンタクトホールなどを反映して凹凸が形成されてしまっている。そこで、コンタクトホール起因の凹部に液滴吐出法を用いて、選択的に導電性微粒子１０３を充填する。液滴吐出法を用いて吐出する導電性微粒子１０３としてはインジウムなどの微粒子を有機溶媒に分散させた分散液を用いるとよい。

引き続いて加熱処理を行う。加熱処理はＲＴＡ、ＧＲＴＡ法、レーザ照射、ランプ加熱などにより行うとよい。本実施例ではアルミニウムとゲルマニウムの合金で配線を作製しているため３５０℃で加熱を行うことによってリフローする。また、インジウムは約１５４℃で溶融するため、同時に溶融し下層の配線と一体化する。これにより、コンタクトホールの形状を反映した凹凸や乾燥課程によって発生した配線形状の差異が緩和される。ここまでの工程により、絶縁表面を有する基板８０１上にトランジスタを形成することができた。このときの断面図を図１４（Ｄ）に示す。

続いて、全面に第２の導電層８２０、８２２と電気的に接続されるように、透明導電体からなる画素電極９０１、９０２を形成する。画素電極９０１、９０２には、一例として、酸化インジウムと酸化スズの化合物（ＩＴＯ）、酸化インジウムと酸化亜鉛の化合物、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化インジウム、窒化チタンなどが挙げられる。本実施例では画素電極９０１、９０２として、液滴吐出法を使用して、０．１μｍの厚さでＩＴＯ膜を形成した（図１５（Ａ））。

この後、有機ＥＬによる発光素子の形成工程に入ることになる。画素電極９０１、９０２の端面を覆うように絶縁膜９０３を形成する。絶縁膜９０３を形成する材料は特に限定されず、無機又は有機の材料で形成することができる。この後、発光層となる有機ＥＬを含む領域を形成することになるが、画素電極９０１、９０２と接するように発光層９０４、９０５を減圧又は真空中で順次形成する（図１５（Ｂ、Ｃ））。発光層９０４、９０５の材料は特に限定されるものではないが、カラー表示を行う場合には、赤、緑、青の各色の材料を用いる。ついで、電極（陰極）９０６を減圧又は真空中で蒸着法により形成する（図１５（Ｄ））。

電極（陰極）９０６は、仕事関数の小さい金属（リチウム（Ｌｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、セシウム（Ｃｓ））を含む薄膜、Ｌｉ、Ｍｇ等を含む薄膜上に積層した透明導電膜との積層膜で形成する。膜厚は陰極として作用するように適宜設定すればよいが、０．０１〜１μｍ程度の厚さで形成する。本実施例では、電極９０６としてアルミニウムとリチウムの合金膜（Ａｌ-Ｌｉ）を０．１μｍの厚さで形成した。なお電極９０６は、全面に成膜する。

陰極として良く用いられる金属膜は、周期律表の１族若しくは２族に属する元素を含む金属膜であるが、これらの金属膜は酸化しやすいので表面を保護しておくことが望ましい。また、必要な膜厚も薄いため、抵抗率の低い導電膜を補助的に設けて陰極の抵抗を下げ、加えて陰極の保護を図るとよい。抵抗率の低い導電膜としてはアルミニウム、銅又は銀を主成分とする金属膜が用いられる。

発光層９０４、９０５と電極９０６の形成は、インクヘッド８０７から吐出される組成物の変更、又は組成物が充填されたインクヘッド８０７の変更により実現する。この場合、大気開放されることなく行うことができるため、水分などに弱い発光素子の高信頼性につながる。

これまでの工程において形成された、画素電極９０１、９０２、発光層９０４、９０５及び電極９０６の積層体が発光素子に相当する。画素電極９０１、９０２は陽極、電極９０６陰極に相当する。発光素子の励起状態には一重項励起と三重項励起があるが、発光はどちらの励起状態を経てもよい。

本実施例では、発光素子から発せられる光を基板８０１側（底面）側から取り出す、所謂下面出射を行う場合を示した。しかし、基板８０１の表面から光を取り出す、所謂上面出射を行うようにしてもよい。その場合、画素電極９０１、９０２を陰極、電極９０６を陽極に相当するように形成し、さらに電極９０６は透明材料で形成するとよい。また、駆動用ＴＦＴはＮチャネル型ＴＦＴで形成することが好ましい。なお、駆動用ＴＦＴの導電型は適宜変更しても構わないが、容量素子は該駆動用ＴＦＴのゲート・ソース間電圧を保持するように配置する。

本実施例における実施の形態１に相当する部分は実施の形態２〜５の内容と置き換えて使用することが可能である。また、半導体作製法のプロセスとしては本実施例のような液滴吐出法を最大限に活用したものでなく、通常のフォトリソグラフィ工程を主として用いる工程としても良い。

なお、本実施例は実施の形態及び他の実施例と適宜組み合わせて用いることが可能である。

本実施例ではチャネルエッチ型のボトムゲート型ＴＦＴに本発明を適用した例について図１６を用いて説明する。
基板６００上にＴａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ａｌなどでゲート電極６１０を形成する。その後、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、または酸化タンタル膜などでゲート絶縁膜６０１を形成し、その上にゲート電極６１０と一部が重なるように非晶質構造を有する半導体膜６０２を形成する。非晶質構造を有する半導体膜６０２の代表的な材料は非晶質シリコンであり、プラズマＣＶＤ法で１００〜２５０nmの厚さに形成する。続いてｎ型またはｐ型不純物が添加されたは、非晶質構造を有する半導体膜６０２と重ねて設ける。この２層を島状に加工してから次いで、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｔａなどで膜を形成する。この膜はパターニングされソース・ドレイン電極６０５，６０６となる。このソース・ドレイン電極６０５，６０６をマスクとしてｎ型またはｐ型不純物が添加された半導体層をエッチング処理して６０３，６０４の２つの領域に分割する。このエッチング処理は、非晶質構造を有する半導体層６０２との選択加工ができないので、その一部もエッチングして除去される。その後、絶縁膜を成膜しソース・ドレイン電極６０５，６０６に接続するようにコンタクトホールを形成する。（図１６（Ａ））

続いて導電性の微粒子をコンタクトホールが形成された基板上に散布する。散布装置としては特開２００２−５９０４７に記載の装置など液晶表示装置のスペーサ散布装置などを応用するとよい。基板上に散布された微粒子がコンタクトホール内部に充填されるように超音波振動をかける。コンタクトホール外の不要な部分に付着した導電性微粒子１０３は基板上の素子を傷つけないような材質の板（へら）でかきとるか、刷毛状のもので払い落とす。

コンタクトホールを介してソース・ドレイン電極６０５，６０６に接続するように配線６０８を液滴吐出法を用いて形成する。吐出する液滴の組成物としては、銀とアルミニウムの合金の微粒子を分散剤を用いて有機溶媒中に分散させた液を用いるとよい。（図１６（Ｂ））

配線６０８はコンタクトホール起因の凹凸が導電性の微粒子で充填されているため、リフローを行わなくともある程度の平坦性が確保でき、導通もとれる。平坦化をおこないつつ工程を簡略化したい場合に非常に有効であるといえる。

なお、本実施例は実施の形態及び他の実施例と適宜組み合わせて用いることが可能である。

本発明における他の実施例を図１７を用いて説明する。図１７はＣＰＵ等の高度な集積を必要とする場合に有効である多層配線を形成した例である。

本実施例では最上層第７層目の配線１７００のみ液滴吐出法を使用して形成しており、１層目から６層目までの配線は従来の感光性のレジストをマスクに使用したフォトリソグラフィ工程を経て形成している。このように精密性を要求される配線の形成には従来通りスパッタリングによる膜を形成し、フォトリソ工程を経てエッチングにより配線パターンを形成し、上層の比較的マージンのある配線パターンのみ液滴吐出法を用いてコンタクトホール形成する。本実施の形態では一例として最上層のみ液滴吐出法を使用して形成し、直径の大きなコンタクトホールが形成されている例を示す。液滴吐出法を用いたコンタクト開口はフォトレジストなどの高価な材料を全く使用しないため、材料費削減という面で非常に有利である。

図１７は集積された回路のごく一部の断面の模式図を示したものであり、本発明の趣旨を逸脱しない限り、この構造に限られるものではなく、もちろん積層数もこれに限ったことではないことを明記しておく。

下地絶縁膜１７０２が形成された基板１７０１の上に半導体層１７０３を形成し、ゲート絶縁膜１７０４を介して一層目の配線としてゲート電極１７０５を形成する。続いて酸化シリコン、アクリル、ポリイミドなどの材料を使用して層間絶縁膜１７０６を形成し、感光性のレジスとを露光、現像することにより作製したマスクを用いてエッチングを行いコンタクトホールを形成する。

続いて半導体層の不純物領域に接続する様にして第２層目の配線を形成する。配線の材料としてはアルミニウムやチタン、アルミニウムとチタンの合金そしてそれらの積層膜などがよく用いられるが、本実施例ではアルミニウムとゲルマニウムの合金を配線として使用する。アルミニウムとゲルマニウムの合金を使用することでリフローを行って平坦化することが可能となる。

第２層目の配線を形成したら、配線の軟化点以上の熱を瞬間的に加えることによりリフローする。具体的な温度については配線に使用したアルミニウムとチタンの合金におけるそれぞれの比率で変わってくるがだいたい２５０〜４００℃程度である。リフローすることによって平坦性が良好となり、コンタクト不良も回復するため信頼性の面で大きな改善が期待できる。

次に、再度層間絶縁膜を形成し、第３層目の配線を第２の配線と同様に形成する。ここでもアルミニウムとゲルマニウムの合金を使用し、リフローを行うとよい。

その後も順次同様に積層を重ね、最上層のコンタクトホールは液滴吐出法を適用して形成した。この直径の大きなコンタクトホールを平坦化するために、液滴吐出法を用いて導電性微粒子を充填する。導電性微粒子としては、Ｓｎの合金の微粒子を分散剤を用いて有機溶媒中に分散させた液を用いた。

その後、スパッタ法などにより導電性の薄膜を成膜し、パターニング、エッチングして配線を形成する。直径の大きなコンタクトホールは配線形成前に液滴吐出法を用いて充填されているため、最上層表面は平坦化されている。これを３５０℃程度でリフローするとさらに平坦性が増し、より高い信頼性を得ることができる。

このように、順次積層しリフローを重ねることによって、多層構造の集積回路を形成したとしても平坦性と信頼性に優れたものを作製することが可能となる。

また、最上層の配線を形成した後にパッシベーション膜として窒化珪素を配線を覆って形成すると、配線材料のマイグレーションを防止することができ、望ましい。

また、本発明のように最上層の配線まで平坦性が良好なものを作製すれば、その転写技術への応用が期待できる。最近研究されているプラスチック基板などへの素子の形成法の一つとして転写技術がある。

その技術は、一度通常と同様にガラス基板などに素子を形成し、形成した素子を支持体に貼り付けて元のガラス基板から剥離する技術がある。この際、素子の表面に大きな凹凸があったとすると、支持体との密着性が悪くなり、剥離が正常に行われないなどの不都合が発生する恐れがある。本発明を使用することで、素子表面の平坦性が増し、そのような不都合の発生を抑制する効果を期待することができる。

なお、本実施例は実施の形態及び他の実施例と適宜組み合わせて用いることが可能である。

直径の大きいコンタクトホール内に導電性の微粒子を充填して配線の平坦性を増すことを示す図。 従来例を示す図。 従来例を示す図。 従来例を示す図。 微粒子を液滴吐出法で供給することを説明する図。 液滴吐出法の制御ブロック図。 微粒子をその分散液のスピンコートで供給することを説明する図。 微粒子を散布することで供給することを説明する図。 散布した微粒子を超音波振動によりコンタクトホール内に充填することを示す図。 柱状の導電体によりコンタクトホールの平坦化をはかることを説明する図。 本発明の実施例を示す図。 本発明の実施例を示す図。 本発明の実施例を示す図。 本発明の実施例を示す図。 本発明の実施例を示す図。 本発明の実施例を示す図。 多層配線の一例を示す図。

Claims (14)

1. 絶縁膜に下層とのコンタクトを形成する開口部を設け、
   前記開口部に導電性の微粒子を充填し、
   少なくとも前記絶縁膜上の前記導電性の微粒子を充填した開口部を含む位置に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。
2. 絶縁膜に下層とのコンタクトを形成する開口部を設け、
   前記開口部に柱状の導電体を形成し、
   少なくとも前記絶縁膜上の前記導電体を形成した開口部を含む位置に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。
3. 導電層上に形成された絶縁膜に前記導電層が露出する開口部を設け、
   前記開口部に導電性の微粒子を充填し、
   少なくとも前記絶縁膜上の前記導電性の微粒子を充填した開口部を含む位置に配線を形成し、前記導線層と前記配線を電気的に接続されることを特徴とする半導体装置の作製方法。
4. 導電層上に形成された絶縁膜に前記導電層が露出する開口部を設け、
   前記開口部に柱状の導電体を形成し、
   少なくとも前記絶縁膜上の前記導電体を形成した開口部を含む位置に配線を形成し、前記導線層と前記配線を電気的に接続されることを特徴とする半導体装置の作製方法。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、配線を形成した後、熱処理を行い前記配線表面の平坦性を増すことを特徴とする半導体装置の作製方法。
6. 請求項１、請求項３及び請求項５のいずれか一項において前記導電性の微粒子は液滴吐出法により前記導電性微粒子の分散液を吐出することで前記開口部内に充填されることを特徴とする半導体装置の作製方法。
7. 請求項１、請求項３及び請求項５のいずれか一項において前記導電性の微粒子は、前記開口部が形成された前記絶縁膜上に前記導電性微粒子の分散液をスピンコート法により塗布した後、前記開口部外の前記導電性微粒子の分散液を除去することで前記開口部内に充填されることを特徴とする半導体装置の作製方法。
8. 請求項１、請求項３及び請求項５のいずれか一項において前記導電性の微粒子は、前記開口部が形成された前記絶縁膜上に前記導電性微粒子の分散液に前記絶縁膜が形成されている基板を浸し、引き上げた後前記開口部外の前記導電性微粒子の分散液を除去することで前記開口部内に充填されることを特徴とする半導体装置の作製方法。
9. 請求項１、請求項３及び請求項５のいずれか一項において前記導電性の微粒子は、前記開口部が形成された前記絶縁膜上に前記導電性微粒子を散布した後、前記前記開口部外の前記導電性微粒子を除去することで前記開口部内に充填されることを特徴とする半導体装置の作製方法。
10. 請求項１、請求項３及び請求項５のいずれか一項において前記導電性の微粒子は、前記開口部が形成された前記絶縁膜上に前記導電性微粒子を散布し、超音波振動を与えた後、前記開口部外の前記導電性微粒子を除去することで前記開口部内に充填されることを特徴とする半導体装置の作製方法。
11. 請求項２、請求項４及び請求項５のいずれか一項において前記柱状の導電体は、液滴吐出法により形成されることを特徴とする半導体装置の作製方法。
12. 請求項２、請求項４及び請求項５において前記柱状の導電体は、
    前記絶縁膜に下層とのコンタクトを形成する前記開口部を設けた後、前記絶縁膜上に導電性薄膜を形成し、フォトリソグラフィによるパターニングでマスクを形成した後、異方性のエッチングを行うことにより形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
13. 請求項１２においてフォトリソグラフィによるパターニングに代えて、液滴吐出法により材料を吐出することでマスクを形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
14. 請求項１乃至請求項１３のいずれか一項の半導体装置の作製方法を用たことを特徴とする表示装置の作製方法。
    
    

Images