JP2005109465A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置に関し、特に、コンタクト孔において、微細炭素繊維を有する導電部材が形成されている半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device in which a conductive member having fine carbon fibers is formed in a contact hole.
半導体装置の配線には、アルミニウム、銅、タングステン等が用いられている。これは、多層構造の絶縁膜上に形成され、フォトリソグラフィー工程及びエッチング工程によって、微細なパターンの配線が形成されている。 Aluminum, copper, tungsten, or the like is used for the wiring of the semiconductor device. This is formed on an insulating film having a multilayer structure, and fine pattern wiring is formed by a photolithography process and an etching process.
回路の高集積化に伴い、配線も微細化されており、これと共に配線の抵抗が増大する。これは、集積回路の消費電力を大きくする原因の一つとなっており、集積化が進むほど配線の総延長距離が長くなるため、深刻な問題となっている。 As the circuit is highly integrated, the wiring is also miniaturized, and the resistance of the wiring increases with this. This is one of the causes of increasing the power consumption of the integrated circuit, and the total extension distance of the wiring becomes longer as the integration progresses, which is a serious problem.
一方、低仕事関数または負の電子親和力を持つ材料、例えば炭素を用いて形成されたものがあり、その代表例としては、カーボンナノチューブ(以下、CNT(Carbon NanoTube)と示す)、カーボンナノファイバ、グラファイトナノファイバ、チューブ状グラファ
イト、先端が細く尖っているカーボンナノコーン、コーン状グラファイトなどの極細炭素繊維、フラーレン等が挙げられる。
On the other hand, there is a material having a low work function or negative electron affinity, for example, a material formed using carbon, and typical examples thereof include carbon nanotubes (hereinafter referred to as CNT (Carbon Nanotube)), carbon nanofibers, Examples thereof include graphite nanofibers, tube-like graphite, carbon nanocones with a sharp tip, ultrafine carbon fibers such as cone-like graphite, fullerenes, and the like.
CNTは、ナノメートルサイズの円筒状グラファイトのことをいう。CNTとしては、炭層ナノチューブと多層ナノチューブがある。炭層ナノチューブは、一枚のグラフェンシート(炭原子層の炭素六角網面)が円筒状に閉じたチューブであり、その直径はおよそ1〜10nm程度、長さは1〜100μmである。多層ナノチューブは、円筒状のグラフェンシートが多層に積み重なったもので、その外径が5〜50nm、中心空洞の直径が3〜10nm、長さは1〜100μmである。 CNT refers to nanometer-sized cylindrical graphite. Carbon nanotubes include carbon nanotubes and multi-wall nanotubes. A carbon-walled nanotube is a tube in which a single graphene sheet (carbon hexagonal mesh surface of a carbon atom layer) is closed in a cylindrical shape, and has a diameter of about 1 to 10 nm and a length of 1 to 100 μm. Multi-walled nanotubes are obtained by stacking cylindrical graphene sheets in multiple layers, and have an outer diameter of 5 to 50 nm, a central cavity diameter of 3 to 10 nm, and a length of 1 to 100 μm.
CNTは、先鋭な先端の形状を有し、熱的及び化学的に安定であり、機械的に強靭であり、導電性を有する等の特性を有するため、微細構造のビア(導電性部材)として、注目を浴びている。 CNTs have a sharp tip shape, are thermally and chemically stable, mechanically tough, and have properties such as electrical conductivity. Therefore, CNTs are used as microstructure vias (conductive members). , Attracting attention.
しかしながら、CNTは微細な構造であり、異なる層に形成される配線同士を接続する場合、接触面積が狭い。また、多数のCNTを形成する場合、均一な高さのCNTを形成することは困難である。このため、コンタクト抵抗が高まると共に、確実に異なる配線を接続することが困難である。この結果、CNTを接続配線に用いた半導体装置の歩留まりが低下するという問題がある。 However, the CNT has a fine structure, and a contact area is narrow when interconnects formed in different layers are connected. In addition, when a large number of CNTs are formed, it is difficult to form CNTs having a uniform height. For this reason, contact resistance increases and it is difficult to reliably connect different wirings. As a result, there is a problem that the yield of a semiconductor device using CNTs for connection wiring is lowered.
そこで、本発明では、配線同士の接続の信頼性が高い半導体装置を提供する。また、歩留まり高く半導体装置を作製することが可能な半導体装置の作製方法を提供する。 Therefore, the present invention provides a semiconductor device with high reliability of connection between wirings. In addition, a method for manufacturing a semiconductor device capable of manufacturing a semiconductor device with high yield is provided.
本発明の一は、ビア、プラグ等のコンタクト孔に形成される導電性部材を極細炭素繊維及び導電膜で形成することを特徴とする。導電膜は、極細炭素繊維の間を充填しており、異なった層上に形成される配線とのコンタクト抵抗を抑制しつつ、信頼性高く接続することができる。 One feature of the present invention is that a conductive member formed in a contact hole such as a via or a plug is formed of an ultrafine carbon fiber and a conductive film. The conductive film is filled between ultrafine carbon fibers, and can be connected with high reliability while suppressing contact resistance with wirings formed on different layers.
また、本発明の一は、金属元素を含む領域を触媒として極細炭素繊維を形成した後、導電膜を成膜し、該導電膜を流動化して、前記極細炭素繊維間を導電膜で満たして導電性部材を形成することを特徴とする。 Further, according to one aspect of the present invention, after forming an ultrafine carbon fiber using a region containing a metal element as a catalyst, a conductive film is formed, the conductive film is fluidized, and the space between the ultrafine carbon fibers is filled with the conductive film. A conductive member is formed.
ここで、金属元素を含む領域は、ニッケル元素、鉄元素、コバルト元素、白金元素、ゲルマニウム元素、チタン元素、パラジウム元素、又は亜鉛元素、若しくはこれらの元素の化合物で形成される。化合物としては、珪化物、酸化物等が挙げられる。 Here, the region containing the metal element is formed of a nickel element, an iron element, a cobalt element, a platinum element, a germanium element, a titanium element, a palladium element, a zinc element, or a compound of these elements. Examples of the compound include silicides and oxides.
また、導電膜は、アルミニウム、アルミニウムを含む合金、銅等の一定の温度以上で流 動性を有する導電膜で形成される。また、これのほかに、リン、ボロン、ヒ素等の不純 物が添加された結晶性半導体膜で形成することもできる。 The conductive film is formed of a conductive film having fluidity at a certain temperature or higher, such as aluminum, an alloy containing aluminum, or copper. In addition, a crystalline semiconductor film to which an impurity such as phosphorus, boron, or arsenic is added can also be used.
なお、本発明で形成される極細炭素繊維は、CNT、カーボンナノファイバ、グラファ イトナノファイバ、チューブ状グラファイト、先端が細く尖っているカーボンナノコー ン、コーン状グラファイトなどが挙げられる。 Examples of the ultrafine carbon fiber formed in the present invention include CNT, carbon nanofiber, graphite nanofiber, tube-like graphite, carbon nanocone with a sharp tip, cone-like graphite, and the like.
本発明により、絶縁層を介して形成される複数の導電層、代表的には配線を極細炭素 繊維及びその間を充填する導電層で形成されているビア(導電性部材)で接続すること ができる。このため、ビア(導電性部材)は微細構造であり、微細加工された配線を接 続することができ、高集積化された回路を形成することができる。また、コンタクト孔 に形成されるビアは、導電膜で充填されているため、配線との接続面積を増大すること が可能であり、信頼性良く配線同士を接続することができる。このため、歩留まり高く 半導体装置を作製することが可能である。 According to the present invention, a plurality of conductive layers formed through an insulating layer, typically, wiring can be connected by vias (conductive members) formed of ultrafine carbon fibers and a conductive layer filling between them. . For this reason, the via (conductive member) has a fine structure, and finely processed wiring can be connected to form a highly integrated circuit. In addition, since the via formed in the contact hole is filled with the conductive film, the connection area with the wiring can be increased, and the wiring can be connected with high reliability. Thus, a semiconductor device can be manufactured with high yield.
以下、発明を実施するための最良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、本発明は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。また、各図面において共通の部分は同じ符号を付して詳しい説明を省略する。 The best mode for carrying out the invention will be described below with reference to the drawings. However, those skilled in the art can easily understand that the present invention can be implemented in many different modes, and that various modifications can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. Is done. Therefore, the present invention should not be construed as being limited to the description of the embodiment modes. In the drawings, common portions are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
(第1実施形態)
本発明の接続配線の一形態である導電性部材を、図1を用いて説明する。導電性部材と は、一般的なビア、プラグ等を含む。
(First embodiment)
A conductive member which is an embodiment of the connection wiring of the present invention will be described with reference to FIG. The conductive member includes general vias and plugs.
図1(A)は、半導体装置の半導体領域100の一部(ソース領域又はドレイン領域) と接続する導電性部材101を示す。導電性部材101は、絶縁膜102の間に位置し ており、金属元素を有する領域103上に形成される極細炭素繊維104、及び極細炭 素繊維104の間に満たされている導電層105で形成される。
FIG. 1A illustrates a
金属元素を有する領域103は、ニッケル元素、鉄元素、コバルト元素、白金元素、ゲ ルマニウム元素、チタン元素、パラジウム元素、又は亜鉛元素、若しくはこれらの元素 の化合物で形成される。化合物としては、珪化物、酸化物等が挙げられる。
The
導電層105は、アルミニウム、アルミニウムを含む合金、銅等の一定の温度以上で 流動性を有する導電膜で形成される。また、これのほかに、リン、ボロン、ヒ素等の不 純物が添加された結晶性半導体膜で形成することもできる。導電性部材は、絶縁膜10 2上に形成される配線層106と接続されている。
The
なお、図1(A)において、極細炭素繊維104の高さは、絶縁膜102の膜厚より も高くなっているが、この構造に限られるものではなく、絶縁膜102の膜厚よりも 低くても良い。
In FIG. 1A, the height of the
図1(B)では、図1(A)と異なる構造の導電性部材を示す。導電性部材111は、第1の配線層112及び第2の配線層113を接続している。導電性部材(ビア)111は、絶縁膜114の間に位置する。また、第1の配線層112上に形成される金属元素を有する領域115と、その上に形成されている極細炭素繊維116、さらには極細炭素繊維116の間を満たされている導電層117で形成されている。
図1(B)で示される導電性部材111の表面は、平坦化されており、絶縁膜114の膜厚とほぼ同じ高さである。
FIG. 1B illustrates a conductive member having a structure different from that in FIG. The
The surface of the
コンタクト孔に形成される導電性部材(ビア)111は、導電膜で充填されているため、配線との接続面積を増大することが可能であり、信頼性良く配線同士を接続することができる。このため、歩留まり高く半導体装置を作製することが可能である。 Since the conductive member (via) 111 formed in the contact hole is filled with the conductive film, the connection area with the wiring can be increased, and the wiring can be connected with high reliability. Thus, a semiconductor device can be manufactured with high yield.
(第2実施形態)
本実施形態では、実施形態1で示される導電性部材の作製工程を示す。なお、以下、極細炭素繊維の代表例としてCNTを用いて説明する。
(Second Embodiment)
In this embodiment, a manufacturing process of the conductive member shown in
図2(A)に示すように、第1の配線層又は半導体領域上に層間絶縁膜を形成する。本実施形態では、半導体領域201上に、層間絶縁膜202を形成する。次に、公知にフォトリソグラフィー工程によりレジストマスク203を形成する。
As shown in FIG. 2A, an interlayer insulating film is formed over the first wiring layer or the semiconductor region. In this embodiment, an
次に、図2(B)に示すように、レジストマスクで覆われていない層間絶縁膜の部分をエッチングして半導体領域の一部を露出して、コンタクト孔211を形成する。次に、剥離液でレジストマスクを除去した後、スパッタリング法、CVD法等の公知の手法により第1の導電膜212を成膜する。第1の導電膜は、ニッケル元素、鉄元素、コバルト元素、白金元素、ゲルマニウム元素、チタン元素、パラジウム元素、又は亜鉛元素、若しくはこれらの元素の化合物で形成される。化合物としては、珪化物、酸化物等が挙げられる。
Next, as shown in FIG. 2B, a portion of the interlayer insulating film not covered with the resist mask is etched to expose a part of the semiconductor region, thereby forming a
次に、図2(C)に示すように、リフトオフ法、エッチング法等により第1の導電膜の一部を除去して、半導体領域上に島状の金属元素を含む領域221を形成する。また、島状の金属元素を含む領域は、マスクを用いて形成しても良い。
Next, as illustrated in FIG. 2C, part of the first conductive film is removed by a lift-off method, an etching method, or the like, so that a
次に、金属元素を含む領域を触媒としてCNT222を形成する。形成方法としては、アルコールを原料ガスに用いた触媒CVD法、メタン、エチレン、またはアセチレン等の炭化水素を含む雰囲気で100〜1100度、好ましくは400〜650度に加熱する熱CVD法、同様の炭化水素を用い、0.1〜10torrの減圧下で形成するプラズマCVD法等がある。プラズマCVD法では、基板側に負の電圧を印加することにより、CNTは基板に対して垂直方向に成長する。また、大気圧雰囲気で、炭化水素を原料として、パルス電圧を印加するプラズマCVD法によって、CNTを形成することもできる。
Next, the
次に、図2(D)に示すように、第2の導電膜231を成膜する。第2の導電膜としては、アルミニウム、アルミニウムを含む合金、銅等の、一定の温度以上の加熱で流動性を有する導電膜で形成される。また、これのほかに、リン、ボロン、ヒ素等の不純物が添加された結晶性半導体膜で形成することもできる。
Next, as shown in FIG. 2D, a second
次に、400〜550度で加熱して、第2の導電膜を流動化させ、コンタクト孔211内を第2の導電膜で埋め込む。この工程により、第2の導電膜の表面は、ほぼ平坦化される。この後、第2の導電膜を所望の形状にエッチングして、図2(E)に示すような、導電性部材241を形成する。
Next, the second conductive film is fluidized by heating at 400 to 550 degrees, and the
この後、導電性部材241の表面をエッチバックして、層間絶縁膜202の膜厚と同様の高さを有する導電性部材としてもよい。また、この工程に代えて、CMPによって表面を研磨して第2の導電膜を研磨して、同様の形状の導電性部材を形成しても良い。
Thereafter, the surface of the
本発明により、配線上にあるコンタクト孔において、極細炭素繊維及びその間を充填する導電層で形成されているビア(導電性部材)を形成することができる。このため、ビア(導電性部材)は微細構造であり、微細加工された配線を接続することができ、高集積化された回路を形成することができる。また、コンタクト孔に形成されるビアは、導電膜で充填されているため、配線との接続面積を増大することが可能であり、信頼性良く配線同士を接続することができる。このため、歩留まり高く半導体装置を作製することが可能である。 According to the present invention, vias (conductive members) formed of ultrafine carbon fibers and a conductive layer filling between the fine carbon fibers can be formed in the contact holes on the wiring. Therefore, the via (conductive member) has a fine structure, and a finely processed wiring can be connected to form a highly integrated circuit. In addition, since the via formed in the contact hole is filled with the conductive film, the connection area with the wiring can be increased, and the wiring can be connected with high reliability. Thus, a semiconductor device can be manufactured with high yield.
(第3実施形態)
本実施形態では、実施形態1で示される導電性部材の作製工程として、第2実施形態とは異なる工程を示す。
図3(A)に示すように、第2実施形態と同様に、図2(A)に示すように、第1の配線層又は半導体領域201上に層間絶縁膜202を形成する。
(Third embodiment)
In this embodiment, a process different from that of the second embodiment is shown as a manufacturing process of the conductive member shown in the first embodiment.
As shown in FIG. 3A, as in the second embodiment, an
次に、図3(B)に示すように、第2実施形態と同様に、レジストマスクで覆われていない層間絶縁膜の部分をエッチングして半導体領域の一部を露出して、コンタクト孔211を形成する。次に、剥離液でレジストマスクを除去した後、第1の導電膜212を成膜する。
Next, as shown in FIG. 3B, as in the second embodiment, the part of the interlayer insulating film not covered with the resist mask is etched to expose a part of the semiconductor region, and the
次に、図3(C)に示すように、第2実施形態と同様に、半導体領域上に島状の金属元素を含む領域221を形成する。金属元素を含む領域としては、ニッケル元素、鉄元素、コバルト元素、白金元素、ゲルマニウム元素、チタン元素、パラジウム元素、又は亜鉛元素、若しくはこれらの元素の化合物で形成される。化合物としては、珪化物、酸化物等が挙げられる。
Next, as shown in FIG. 3C, as in the second embodiment, a
次に、メタノールを原料ガスとして用いて、金属元素を含む領域を触媒としてCNTを形成する。また、1〜760torrで、メタン、エチレン、またはアセチレン等の炭化水素を含む雰囲気で、100〜1100度、好ましくは400〜650度に加熱して、金属元素を含む領域を触媒としてCNTを形成する。また、原料にメタン、エチレン、またはアセチレン等の炭化水素を用い、1〜760torrとして、金属元素を含む領域を触媒としてプラズマCVD法により形成することもできる。なお、この場合、基板側に負の電圧を印加することにより、CNTは基板に対して垂直方向に成長する。また、大気圧雰囲気で、炭化水素を原料として、パルス電圧を印加するプラズマCVD法によって、CNTを形成することもできる。 Next, using methanol as a source gas, CNTs are formed using a region containing a metal element as a catalyst. In addition, heating is performed at 100 to 1100 degrees, preferably 400 to 650 degrees in an atmosphere including hydrocarbon such as methane, ethylene, or acetylene at 1 to 760 torr to form CNTs using a region including a metal element as a catalyst. . Alternatively, a hydrocarbon such as methane, ethylene, or acetylene may be used as a raw material, and it may be formed by plasma CVD using 1 to 760 torr as a catalyst and a region containing a metal element. In this case, the CNT grows in a direction perpendicular to the substrate by applying a negative voltage to the substrate side. Alternatively, CNTs can be formed by a plasma CVD method in which a pulse voltage is applied using a hydrocarbon as a raw material in an atmospheric pressure atmosphere.
次に、図3(D)に示すように、第2の導電膜231を成膜する。本実施形態では、第2の導電膜として、リン、ボロン、ヒ素等の不純物が添加された結晶性半導体膜を成膜する。
Next, as shown in FIG. 3D, a second
次に、連続発振のレーザ光232を第2の導電膜231に照射して、第2の導電膜を溶融し流動化させ、コンタクト孔211内を第2の導電膜で埋め込む。第2の導電膜は、溶融及び流動の後、凝固して結晶性半導体膜となる。また、表面がほぼ平坦化される。この後、第2の導電膜を所望の形状にエッチングして、導電性部材を形成する。
Next, continuous
第2の導電膜を溶融し流動化させ、コンタクト孔211内を第2の導電膜231で埋め込んだ後、第3の導電膜を成膜し、第2の導電膜及び第3の導電膜をエッチングして、それぞれ第2の導電層250及び第3の導電層251を形成し、図3(E)に示すような、第2の導電層250、CNT222、及び第3の導電層251で形成される導電性部材252を形成しても良い。
After the second conductive film is melted and fluidized and the
この後、導電性部材252の表面をエッチバックして、層間絶縁膜202の膜厚と同様の高さを有する導電性部材としてもよい。また、この工程に代えて、CMPによって表面を研磨して第2の導電膜を研磨して、同様の形状の導電性部材を形成しても良い。
Thereafter, the surface of the
本発明により、配線上にあるコンタクト孔において、極細炭素繊維及びその間を充填する導電層で形成されているビア(導電性部材)を形成することができる。このため、ビア(導電性部材)は微細構造であり、微細加工された配線を接続することができ、高集積化された回路を形成することができる。また、コンタクト孔に形成されるビアは、導電膜で充填されているため、配線との接続面積を増大することが可能であり、信頼性良く配線同士を接続することができる。このため、歩留まり高く半導体装置を作製することが可能である。 According to the present invention, vias (conductive members) formed of ultrafine carbon fibers and a conductive layer filling between the fine carbon fibers can be formed in the contact holes on the wiring. Therefore, the via (conductive member) has a fine structure, and a finely processed wiring can be connected to form a highly integrated circuit. In addition, since the via formed in the contact hole is filled with the conductive film, the connection area with the wiring can be increased, and the wiring can be connected with high reliability. Thus, a semiconductor device can be manufactured with high yield.
(第4実施形態)
本実施形態では、金属を含む領域が金属化合物であり、これを触媒として形成されたCNTを有する導電性部材、及びそれを有する半導体装置の作製方法について、図4を用いて述べる。
(Fourth embodiment)
In this embodiment, a region including metal is a metal compound, and a method for manufacturing a conductive member including CNTs formed using the compound as a catalyst and a semiconductor device including the conductive member will be described with reference to FIGS.
まず、基板301上に下地絶縁膜302を形成する。基板301としては、ガラス基板や石英基板やシリコン基板、金属基板またはステンレス基板の表面に絶縁膜を形成したものを用いても良い。また、処理温度に耐えうる耐熱性を有するプラスチック基板を用いてもよい。
First, the base insulating film 302 is formed over the
また、下地絶縁膜302としては、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜などの絶縁膜からなる下地膜を形成する。下地膜は単層膜または2層以上積層させた構造で形成する。 As the base insulating film 302, a base film made of an insulating film such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon oxynitride film is formed. The base film is formed as a single layer film or a structure in which two or more layers are stacked.
次いで、下地絶縁膜上に半導体膜303を形成する。ここでは、半導体膜は、非晶質構造を有する半導体膜を公知の手段(スパッタ法、LPCVD法、またはプラズマCVD法等)により成膜する。半導体膜の材料に限定はないが、好ましくはシリコンまたはシリコンゲルマニウム(SiGe)合金などで形成すると良い。
Next, a
次に、半導体膜に金属元素を添加する。金属元素の添加方法としては、プラズマ処理、蒸着法、イオン注入法、スパッタ法又は溶液塗布法を利用することができる。ここでは、金属元素を1〜100ppm、好ましくは、5〜20ppmの金属元素を含む溶液304を塗布する。その後、前記非晶質半導体膜を400〜600度の窒素雰囲気中で加熱すると、金属元素と半導体膜の元素との化合物(代表的には、ニッケルシリサイド、鉄シリサイド、コバルトシリサイド、白金シリサイド、パラジウムシリサイド、チタンシリサイド、等)を核とする結晶化反応が起こり、結晶性半導体膜が形成される。
Next, a metal element is added to the semiconductor film. As a method for adding the metal element, plasma treatment, vapor deposition, ion implantation, sputtering, or solution coating can be used. Here, a
次に、図4(B)に示すように、レジストマスクを用いて半導体膜を所望の形状にエッチングして半導体領域を形成する。この半導体領域の厚さは25〜80nm(好ましくは30〜60nm)の厚さで形成する。 Next, as shown in FIG. 4B, a semiconductor region is formed by etching the semiconductor film into a desired shape using a resist mask. The semiconductor region is formed with a thickness of 25 to 80 nm (preferably 30 to 60 nm).
次いで、レジストマスクを除去した後、半導体領域を覆う絶縁膜312を形成する。絶縁膜312はプラズマCVD法またはスパッタ法を用い、厚さを40〜150nmとしてシリコンを含む絶縁膜の単層または積層構造で形成する。なお、この絶縁膜312はTFTのゲート絶縁膜となる。 Next, after removing the resist mask, an insulating film 312 is formed to cover the semiconductor region. The insulating film 312 is formed using a single layer or a stacked structure of an insulating film containing silicon with a thickness of 40 to 150 nm by using a plasma CVD method or a sputtering method. This insulating film 312 becomes a gate insulating film of the TFT.
次いで、絶縁膜312上に膜厚100〜600nmの導電膜を形成する。ここでは、スパッタ法を用い、W膜からなる導電膜を形成する。なお、導電膜をWとしたが、特に限定されず、Ta、W、Ti、Mo、Al、Cuから選ばれた元素、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の単層、またはこれらの積層で形成してもよい。また、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコン膜に代表される半導体膜を用いてもよい。 Next, a conductive film with a thickness of 100 to 600 nm is formed over the insulating film 312. Here, a conductive film made of a W film is formed by sputtering. Note that although the conductive film is W, it is not particularly limited, and an element selected from Ta, W, Ti, Mo, Al, Cu, or a single layer of an alloy material or a compound material containing the element as a main component, or You may form by these laminated | stacked. Alternatively, a semiconductor film typified by a polycrystalline silicon film doped with an impurity element such as phosphorus may be used.
次いで、レジストマスクを形成した後、ドライエッチング法またはウェットエッチング法を用いて導電膜をエッチングして、導電層313を得る。なお、導電層313はTFTのゲート電極となる。 Next, after forming a resist mask, the conductive film is etched by a dry etching method or a wet etching method, so that the conductive layer 313 is obtained. Note that the conductive layer 313 serves as a gate electrode of the TFT.
なお、導電層313は、ICPエッチング装置を用い、端部においてテーパー形状を有する部分(テーパー部)を有する導電層としてもよい。テーパー部の角度(テーパー角)は基板表面(水平面)とテーパー部の傾斜部とのなす角度として定義する。導電層のテーパー角は、エッチング条件を適宜、選択することによって、5〜45度の範囲とすることができる。 Note that the conductive layer 313 may be a conductive layer having a tapered portion (tapered portion) at an end portion using an ICP etching apparatus. The angle of the tapered portion (taper angle) is defined as the angle formed by the substrate surface (horizontal plane) and the inclined portion of the tapered portion. The taper angle of the conductive layer can be in the range of 5 to 45 degrees by appropriately selecting the etching conditions.
次いで、導電層313をマスクとして半導体領域に不純物元素をドーピングして、ゲート電極に覆われているチャネル形成領域315、不純物がドーピングされた不純物領域314を形成する。なお、不純物領域は、後のソース領域及びドレイン領域となる。pチャネル型TFTを形成する場合、不純物領域のp型を付与する元素、例えばボロン(B)の濃度が1×1019〜5×1021/cm3となるようにドーピングする。また、n
チャネル型TFTを形成する場合、不純物領域のn型を付与する元素、例えばリン(P)の濃度が5×1019〜5×1021/cm3、希ガスの濃度が1×1019〜1×1022/c
m3となるようにドーピングする。この後、450〜800度で1分から24時間加熱し
て、不純物元素を活性化すると共に、チャネル形成領域の金属元素を不純物領域に移動させる。ここでは、半導体領域にリン又は希ガスが添加されているため、加熱処理によって金属元素が金属化合物となって不純物領域に移動する。移動した後は、図4(C)の321のように、不純物領域に偏析する。本実施形態では、610度に加熱されたガスを1分間吹き付けるGRTA法によって、半導体領域を加熱する。なお、加熱工程として、GRTA法の代わりに、炉を用いた加熱処理、LRTA法、レーザー・アニール法を用いることもできる。
Next, an impurity element is doped into the semiconductor region using the conductive layer 313 as a mask, so that a channel formation region 315 covered with the gate electrode and an impurity region 314 doped with the impurity are formed. Note that the impurity region becomes a later source region and drain region. In the case of forming a p-channel TFT, doping is performed so that the concentration of an element imparting p-type in the impurity region, for example, boron (B) is 1 × 10 19 to 5 × 10 21 / cm 3 . N
In the case of forming a channel type TFT, the concentration of an element imparting n-type in an impurity region, for example, phosphorus (P) is 5 × 10 19 to 5 × 10 21 / cm 3 and the concentration of a rare gas is 1 × 10 19 to 1. × 10 22 / c
Doping is performed to m 3 . Thereafter, heating is performed at 450 to 800 ° C. for 1 minute to 24 hours to activate the impurity element and move the metal element in the channel formation region to the impurity region. Here, since phosphorus or a rare gas is added to the semiconductor region, the metal element becomes a metal compound and moves to the impurity region by heat treatment. After the movement, segregation occurs in the impurity region as indicated by reference numeral 321 in FIG. In this embodiment, the semiconductor region is heated by a GRTA method in which a gas heated to 610 degrees is blown for 1 minute. Note that, as the heating step, a heat treatment using a furnace, an LRTA method, or a laser annealing method can be used instead of the GRTA method.
なお、本実施形態では、不純物領域として、高濃度の不純物をドーピングしているが、このほかに、高濃度の不純物がドーピングされた領域とチャネル形成領域との間に、不純物濃度が低濃度1×1017/cm3〜1×1019/cm3となるようにドーピングされた領域(いわゆる、LDD(Light Doped Drain)を公知の手法により形成しても良い。
In the present embodiment, a high concentration impurity is doped as the impurity region. In addition to this, the impurity concentration is a
この後、水素を含む絶縁膜(図示しない)を成膜した後、400〜550℃に加熱して半導体領域の水素化を行い、半導体領域のダングリングボンドを終端する。 Thereafter, after forming an insulating film (not shown) containing hydrogen, the semiconductor region is hydrogenated by heating to 400 to 550 ° C. to terminate dangling bonds in the semiconductor region.
次いで、図4(C)に示すように、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)、又は有機材料(ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、ベンゾシクロブテン、またはシロキサンポリマー)を主成分とする原料を用いて層間絶縁膜322を形成する。
Next, as shown in FIG. 4C, an inorganic material (silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, or the like) or an organic material (polyimide, acrylic, polyamide, polyimideamide, benzocyclobutene, or siloxane polymer) is mainly used. An interlayer insulating
次に、図4(D)に示すように、レジストマスクを用いて層間絶縁膜及び絶縁膜の一部をエッチングし不純物領域を露出して、コンタクト孔を形成する。
この工程により、不純物領域に移動した金属化合物321が露出する。
Next, as illustrated in FIG. 4D, a part of the interlayer insulating film and the insulating film is etched using a resist mask to expose the impurity regions, thereby forming contact holes.
By this step, the metal compound 321 moved to the impurity region is exposed.
次に、実施形態2のような工程を用いて、金属化合物を触媒としてCNT331を形成する。次に、図4(E)に示すように、第1の導電膜341を成膜する。
Next, the CNT 331 is formed using the metal compound as a catalyst by using the process as in the second embodiment. Next, as shown in FIG. 4E, a first
次に、図4(F)に示すように、第2実施形態または第3実施形態のような工程を用いて第1の導電膜を流動化させた後、CNT331の間を第1の導電膜で充填する。この後、レジストマスクを用いて第1の導電膜を所望の形状にエッチングして、コンタクト孔をCNT331及び導電膜で満たす導電性部材351を形成する。
Next, as shown in FIG. 4F, after the first conductive film is fluidized using a process as in the second embodiment or the third embodiment, the first conductive film is formed between the CNTs 331. Fill with. Thereafter, the first conductive film is etched into a desired shape using a resist mask to form a
また、得られたnチャネル型TFTとpチャネル型TFTとを相補的に組み合わせてCMOS回路を作製することができる。この場合、TFTのしきい値電圧を制御する為、予めチャネル形成領域となる半導体領域に対してリンまたはボロンを微量にドーピングしてデプレッション型TFTとエンハンスメント型TFTとを作り分けることが望ましい。例えば、nチャネル型のデプレッション型TFTではリンを微量にドープし、pチャネル型のデプレッション型TFTではボロンを微量にドープすればよい。 In addition, a CMOS circuit can be manufactured by complementarily combining the obtained n-channel TFT and p-channel TFT. In this case, in order to control the threshold voltage of the TFT, it is desirable to make a depletion type TFT and an enhancement type TFT separately by doping a small amount of phosphorus or boron into a semiconductor region which becomes a channel formation region in advance. For example, an n-channel depletion type TFT may be doped with a small amount of phosphorus, and a p-channel type depletion type TFT may be doped with a small amount of boron.
本発明により、配線上にあるコンタクト孔において、極細炭素繊維及びその間を充填する導電層で形成されているビア(導電性部材)を形成することができる。このため、ビア(導電性部材)は微細構造であり、微細加工された配線を接続することができるため、該ビアを有する半導体素子を高集積した回路を形成することができる。また、コンタクト孔に形成されるビアは、導電膜で充填されているため、配線との接続面積を増大することが可能であり、信頼性良く配線同士を接続することができる。このため、歩留まり高く半導体装置を作製することが可能である。 According to the present invention, vias (conductive members) formed of ultrafine carbon fibers and a conductive layer filling between the fine carbon fibers can be formed in the contact holes on the wiring. Therefore, the via (conductive member) has a fine structure and can be connected to a finely processed wiring, so that a circuit in which semiconductor elements having the via are highly integrated can be formed. In addition, since the via formed in the contact hole is filled with the conductive film, the connection area with the wiring can be increased, and the wiring can be connected with high reliability. Thus, a semiconductor device can be manufactured with high yield.
本実施例では、本発明を用いて形成された半導体素子及び該半導体素子を有するアクティブマトリクス基板の作製工程を、図5を用いて説明する。本実施例では、高温処理及び真空装置を必要としない方法で導電性部材を形成する工程を示す。なお、本実施例において、半導体素子の代表例として、薄膜トランジスタを用いるが、この他、有機薄膜トランジスタ、薄膜ダイオード、光電変換素子、抵抗等も半導体素子として用いることができる。 In this embodiment, a manufacturing process of a semiconductor element formed using the present invention and an active matrix substrate having the semiconductor element will be described with reference to FIGS. In this embodiment, a process of forming a conductive member by a method that does not require a high temperature treatment and a vacuum apparatus is shown. Note that in this embodiment, a thin film transistor is used as a typical example of a semiconductor element, but an organic thin film transistor, a thin film diode, a photoelectric conversion element, a resistor, and the like can also be used as a semiconductor element.
図5(A)に示すように、基板401上に下地絶縁膜402を形成する。基板の大きさは、任意であるが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ることができる。本実施例では、ガラス基板を用いる。また、下地絶縁膜を2層構造とし、SiH4、NH3、及びN2Oを反応ガスとして成膜される第1の酸化窒化シリコン膜を50〜100nm、SiH4、及びN2Oを反応ガスとして成膜される第2の酸化窒化シリコン膜を100〜1
50nmの厚さに積層形成する。
As shown in FIG. 5A, a
Laminate to a thickness of 50 nm.
次に、下地絶縁膜上に、プラズマCVD法や減圧CVD法、或いはスパッタリング法等の公知の手法により非晶質シリコン膜形成し、加熱処理を行い、結晶化を行う。この場合、結晶化は半導体の結晶化を助長する金属元素が接した半導体膜の部分でシリサイドが形成され、それを核として結晶化が進行する。ここでは、脱水素化のための熱処理(450℃、1時間)の後、結晶化のための熱処理(500℃〜650℃で1〜24時間)を行う。 Next, an amorphous silicon film is formed over the base insulating film by a known method such as a plasma CVD method, a low pressure CVD method, or a sputtering method, and heat treatment is performed for crystallization. In this case, in crystallization, silicide is formed in a portion of the semiconductor film in contact with a metal element that promotes crystallization of the semiconductor, and crystallization proceeds using the silicide as a nucleus. Here, after heat treatment for dehydrogenation (450 ° C., 1 hour), heat treatment for crystallization (500 ° C. to 650 ° C. for 1 to 24 hours) is performed.
この後、公知の手法により結晶性シリコン膜中から金属元素のゲッタリングを行い、結晶性シリコン膜中の金属元素を除去又は濃度を低減する。次いで、結晶化率(膜の全体積における結晶成分の割合)を高め、結晶粒内に残される欠陥を補修するために、結晶性シリコン膜に対してレーザ光を照射することが好ましい。 Thereafter, gettering of the metal element is performed from the crystalline silicon film by a known method, and the metal element in the crystalline silicon film is removed or the concentration is reduced. Next, it is preferable to irradiate the crystalline silicon film with laser light in order to increase the crystallization rate (the ratio of the crystal component in the total volume of the film) and repair defects remaining in the crystal grains.
次に、結晶性シリコン膜を用い、公知の手法によりTFTを形成する。結晶性シリコン膜を所望の形状にエッチングし、半導体領域403a、403bを形成する。403aはnチャネル型TFTの半導体領域、403bはpチャネル型TFTの半導体領域となる。次に、フッ酸を含むエッチャントで結晶性シリコン膜の表面を洗浄した後、ゲート絶縁膜404となるシリコンを主成分とする絶縁膜を形成する。
Next, a TFT is formed by a known method using a crystalline silicon film. The crystalline silicon film is etched into a desired shape to form
次いで、公知の導電膜を成膜し、所望の形状にエッチングして、ゲート電極405a、405bを形成する。ゲート電極としては、単層構造又は多層構造とすることができる。ゲート電極の材料としては、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)、銅(Cu)、クロム(Cr)、ネオジム(Nd)から選ばれた元素、またはこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成することができる。また、銀―銅―パラジウム合金(AgPdCu合金)を用いてもよい。
Next, a known conductive film is formed and etched into a desired shape to form
次に、半導体領域403a、403bにn型を付与する不純物元素(P、As等)及びP型を付与する不純物元素(B等)、ここではリン及びボロンを適宜添加して、nチャネル型TFTのソース領域及びドレイン領域406a、pチャネル型TFTのソース領域及びドレイン領域406bを形成する。
次に、基板上に第2絶縁膜(図示しない。)を成膜した後、添加した不純物元素を活性化するために加熱処理、または強光の照射を行う。この工程は、活性化と同時にゲート絶縁膜へのプラズマダメージやゲート絶縁膜と半導体膜との界面へのプラズマダメージを回復することができる。
Next, an n-type TFT is added by appropriately adding an impurity element imparting n-type (P, As, etc.) and an impurity element imparting P-type (B, etc.), here phosphorus and boron, to the
Next, after a second insulating film (not shown) is formed over the substrate, heat treatment or intense light irradiation is performed to activate the added impurity element. This step can recover plasma damage to the gate insulating film and plasma damage to the interface between the gate insulating film and the semiconductor film simultaneously with activation.
次に、第2絶縁膜上に層間絶縁膜となる絶縁膜を形成する。本実施例では、シロキサンポリマーを塗布し焼成して、シリコン(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材料、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種を有する材料で形成される層間絶縁膜を形成する。該材料を用いることにより、耐熱性を有し、且つ平坦性を有する層間絶縁膜を形成することができる。この材料のほかに、アクリル、ポリイミド、ポリシラザン等の有機材料、又は酸化ケイ素、窒化酸化ケイ素、酸化窒化ケイ素等の無機材料で形成することができる。有機材料として、感光性を有する有機材料で層間絶縁膜を形成すると、曲率を有するコンタクト孔を有するため、後に形成する電極の被覆率(カバレッジ)が高くなるという効果がある。 Next, an insulating film to be an interlayer insulating film is formed on the second insulating film. In this embodiment, a siloxane polymer is applied and baked, and a skeleton structure is formed by the bond of silicon (Si) and oxygen (O), and the substituent includes at least hydrogen, or the substituent includes fluorine and an alkyl group. Or an interlayer insulating film formed of a material having at least one of aromatic hydrocarbons. By using this material, an interlayer insulating film having heat resistance and flatness can be formed. In addition to this material, an organic material such as acrylic, polyimide, or polysilazane, or an inorganic material such as silicon oxide, silicon nitride oxide, or silicon oxynitride can be used. When an interlayer insulating film is formed of a photosensitive organic material as an organic material, since there is a contact hole having a curvature, there is an effect that the coverage (coverage) of electrodes to be formed later is increased.
次に、層間絶縁膜上にフォトレジストを塗布したのち、公知のフォトリソグラフィー工程によって、レジストマスク408a〜408eを形成する。この後、レジストマスク408a〜408eで覆われていない領域を、エッチングしてコンタクト孔を形成する。
このエッチング工程で用いるエッチング用ガスに限定はないが、ここではCF4、O2、He、Arを用いることが適している。CF4の流量を380sccm、O2の流量を290sccm、Heの流量を500sccm、Arの流量を500sccm、RFパワーを3000W、圧力を25Paとし、ドライエッチングを行う。なお、半導体領域上に残渣を残すことなくエッチングするためには、10〜20%程度の割合でエッチング時間を増加させると良い。1回のエッチングでテーパー形状としてもよいし、複数のエッチングによってテーパー形状にしてもよい。ここでは、さらにCF4、O2、Heを用いて、CF4の
流量を550sccm、O2の流量を450sccm、Heの流量を350sccm、R
Fパワーを3000W、圧力を25Paとし、2回目のドライエッチングを行ってテーパー形状とする。
Next, after applying a photoresist on the interlayer insulating film, resist
There is no limitation on the etching gas used in this etching step, but CF 4 , O 2 , He, and Ar are suitable here. Dry etching is performed with a CF 4 flow rate of 380 sccm, an O 2 flow rate of 290 sccm, a He flow rate of 500 sccm, an Ar flow rate of 500 sccm, an RF power of 3000 W, and a pressure of 25 Pa. In order to perform etching without leaving a residue on the semiconductor region, it is preferable to increase the etching time at a rate of about 10 to 20%. A taper shape may be formed by one etching, or a taper shape may be formed by a plurality of etchings. Here, CF 4 , O 2 and He are further used, the flow rate of CF 4 is 550 sccm, the flow rate of O 2 is 450 sccm, the flow rate of He is 350 sccm, R
The F power is 3000 W, the pressure is 25 Pa, and the second dry etching is performed to obtain a tapered shape.
次に、図4(B)に示すように、層間絶縁膜及びコンタクト孔全面にブロッキング膜411を成膜する。このブロッキング膜は、後に形成する第1の導電膜をリフロー処理する際、アルミニウム、銅等の金属元素が半導体領域にしみ込むのを防ぐためのものであり、チタン膜と窒化チタン膜の積層構造が好ましい。つぎに、基板上にスパッタリング法、CVD法等の公知の手法により第1の導電膜412を成膜する。本実施例では、ニッケル元素で形成される導電膜を成膜する。
Next, as shown in FIG. 4B, a blocking film 411 is formed over the entire surface of the interlayer insulating film and the contact hole. This blocking film is for preventing a metal element such as aluminum or copper from penetrating into the semiconductor region when the first conductive film to be formed later is reflow-processed. The laminated structure of the titanium film and the titanium nitride film is preferable. Next, a first
次に、図4(C)に示すように、リフトオフ法により第1の導電膜412の一部を除去して、金属元素を含む領域421を形成する。次に、CNT422を形成する。ここでは、大気圧放電によるプラズマCVD法を用いる。具体的には、電界がパルス化されており、立ち上がり電圧を10μs以下、電界強度を1〜100kV/cm、原料ガスにメタンを用い、これ
を水素及びヘリウムで希釈してCNTを形成する。
Next, as illustrated in FIG. 4C, part of the first
次に、第2の導電膜423を成膜する。ここでは、アルミニウム−ゲルマニウム合金を成膜する。この後、400〜550度に加熱することにより、アルミニウム−ゲルマニウム合金がコンタクト孔内へと流動する。このため、CNT422の間はアルミニウム−ゲルマニウム合金で充填される。
Next, a second
次に、第2の導電膜423を所望の形状にエッチングして図5(D)に示すような導電性部材431、432を形成する。
Next, the second
なお、本実施例においては、第4実施形態を用いて説明したが、第1乃至第3実施形態を用いることもできる。 In the present embodiment, the fourth embodiment has been described, but the first to third embodiments can also be used.
本発明により、配線上にあるコンタクト孔において、極細炭素繊維及びその間を充填する導電層で形成されているビア(導電性部材)を形成することができる。このため、ビア(導電性部材)は微細構造であり、微細加工された配線を接続することができるため、該ビアを有する半導体素子を高集積した回路を形成することができる。また、コンタクト孔に形成されるビアは、導電膜で充填されているため、配線との接続面積を増大することが可能であり、信頼性良く配線同士を接続することができる。このため、歩留まり高く半導体装置を作製することが可能である。また、大気圧下でCNTを形成することができるため、大面積基板のアクティブマトリクス基板を作製することができ、スループットを向上させることができる。 According to the present invention, vias (conductive members) formed of ultrafine carbon fibers and a conductive layer filling between the fine carbon fibers can be formed in the contact holes on the wiring. Therefore, the via (conductive member) has a fine structure and can be connected to a finely processed wiring, so that a circuit in which semiconductor elements having the via are highly integrated can be formed. In addition, since the via formed in the contact hole is filled with the conductive film, the connection area with the wiring can be increased, and the wiring can be connected with high reliability. Thus, a semiconductor device can be manufactured with high yield. In addition, since CNTs can be formed under atmospheric pressure, an active matrix substrate having a large area can be manufactured, and throughput can be improved.
本実施例では、本発明を用いて、MOSトランジスタを作製する工程を、図6を用いて説明する。なお、MOSトランジスタは、単結晶シリコン基板または化合物半導体基板を用いて形成しており、代表的には、N型またはP型の単結晶シリコン基板、GaAs基板、InP基板、GaN基板、SiC基板、サファイヤ基板、又はZnSe基板である。 In this embodiment, a process for manufacturing a MOS transistor using the present invention will be described with reference to FIGS. Note that the MOS transistor is formed using a single crystal silicon substrate or a compound semiconductor substrate. Typically, an N-type or P-type single crystal silicon substrate, a GaAs substrate, an InP substrate, a GaN substrate, a SiC substrate, It is a sapphire substrate or a ZnSe substrate.
図6(A)に示すように、例えば単結晶シリコンからなるp型の半導体基板601を用意し、その半導体基板にp型ウエル602とn型ウエル603を形成した後、半導体基板601の表面の選択的な領域を熱酸化してLOCOS(Local Oxidation of Silicon)構造の酸化シリコン膜からなる阻止分離用のフィールド絶縁膜604を形成する。
As shown in FIG. 6A, a p-
次に、半導体基板601の表面を熱酸化して50nm程度以下の薄膜の酸化シリコン膜(ゲート絶縁膜)を形成し、この酸化シリコン上に、CVD法を用いて300nm程度の膜厚の多結晶シリコン膜を堆積する。
Next, the surface of the
次に、半導体基板601の上に、レジストを塗布した後、フォトマスクを用いて露光及び現像を行ってゲート電極形状のレジストマスクを形成する。次に、レジストマスクを用いて、ドライエッチングにより多結晶シリコン膜をエッチングしてゲート電極607、608を形成する。
Next, after applying a resist over the
次に、半導体基板601の上のp型ウエル602に、例えばリンなどのn型の不純物元素をイオン注入してソース及びドレインとなるn型の半導体領域609を形成する。また、半導体基板601のn型ウエル603に、例えばホウ素などのp型の不純物をイオン注入して、ソース及びドレインとなるp型の半導体領域610を形成する。
Next, an n-
次に、図6(B)に示すように、ソース及びドレインとなるn型の半導体領域609及びp型の半導体領域610の上に形成されている酸化シリコン膜を除去し、ゲート絶縁膜605、606を形成する。
次に、絶縁膜を形成し、この膜を平坦化した後、層間絶縁膜611を形成する。なお、層間絶縁膜611に、スピンコーティング法により形成するSiOx膜、PSG(リンシリケートグラス)膜、BSG(ボロンシリケートグラス)膜もしくはBPSG(ボロンリンシリケートグラス)膜、シロキサンポリマーを用いた絶縁膜、等のSOG( Spin on Glass )膜を用いると平坦化工程をしなくともよい。
Next, as illustrated in FIG. 6B, the silicon oxide film formed over the n-
Next, after forming an insulating film and planarizing the film, an
次に、層間絶縁膜611の一部をエッチングして、n型の半導体領域609及びp型の半導体領域610の一部を露出してコンタクト孔を形成する。
Next, part of the
次に、実施例1と同様にブロッキング膜(図示しない)を成膜する。こののち、図6(B)に示すように、第1の導電膜621を成膜する。ここでは、第1の導電膜として、ニッケル元素で形成される薄膜を成膜する。この後、第1の導電膜の一部を除去して、島状の金属元素領域631、632を形成する。次に、アセチレンを含む雰囲気で800〜1100度に加熱して熱CVD法によりCNT633、634を形成する。
Next, a blocking film (not shown) is formed in the same manner as in Example 1. After that, as shown in FIG. 6B, a first
次に、図6(C)に示すように第2の導電膜635を成膜する。ここでは、第2の導電膜635として、アルミニウム―ゲルマニウム膜を成膜する。この後、400〜550度で加熱して、流動化させて、コンタクト孔内をアルミニウム−ゲルマニウム膜で充填する。この工程により、CNT633、634の隙間が導電膜で満たされている。
Next, a second
次に、図6(D)に示すように、第2の導電膜エッチバックして導電性部材641、6 42を形成する。
Next, as shown in FIG. 6D,
なお、本実施例においては、第2実施形態を用いて説明したが、第1、3、又は第4 実施形態を用いることもできる。 In the present embodiment, the second embodiment has been described, but the first, third, or fourth embodiment can also be used.
本発明により、配線上にあるコンタクト孔において、極細炭素繊維及びその間を充填 する導電層で形成されているビア(導電性部材)を形成することができる。ビアは、導 電膜で充填されているため、配線との接続面積を増大することが可能であり、信頼性良 く配線同士を接続することができる。このため、歩留まり高く半導体装置を作製するこ とが可能である。また、ビア(導電性部材)は微細構造であり、微細加工された配線を 接続することができるため、該ビアを有する半導体素子を高集積した回路、代表的には 、信号線駆動回路、コントローラ、CPU、音声処理回路のコンバータ、電源回路、送 受信回路、メモリ、音声処理回路のアンプ等の半導体装置を形成することができる。さ らには、MPU(マイクロコンピュータ)、メモリ、I/Oインターフェースなどひと つのシステム(機能回路)を構成する回路がモノリシックに搭載され、高速化、高信頼 性、低消費電力化が可能なシステムオンチップを形成することができる。 According to the present invention, vias (conductive members) formed of ultrafine carbon fibers and a conductive layer filling them can be formed in contact holes on the wiring. Since the via is filled with the conductive film, the connection area with the wiring can be increased, and the wiring can be connected with high reliability. Therefore, a semiconductor device can be manufactured with high yield. In addition, a via (conductive member) has a fine structure and can connect a finely processed wiring. Therefore, a circuit in which a semiconductor element having the via is highly integrated, typically a signal line driver circuit, a controller, A semiconductor device such as a CPU, a converter of a sound processing circuit, a power supply circuit, a transmission / reception circuit, a memory, an amplifier of a sound processing circuit can be formed. In addition, circuits that constitute a single system (functional circuit), such as an MPU (microcomputer), memory, and I / O interface, are monolithically mounted, enabling high speed, high reliability, and low power consumption. An on-chip can be formed.
本実施例では、異なる層上に形成される配線を、選択的に形成されたCNT及びその 間を充填する導電膜で形成される導電性部材で接続した、多層配線構造を有する半導体 装置の例を図7に示す。
実施例1に示す工程によって、基板401上にnチャネル型TFT435及びpチャネ ル型TFT436を形成する。これらのTFTは、半導体領域に接続する導電性部材4 31、432が、CNT及びその間を満たす導電膜で形成されている。
In this embodiment, an example of a semiconductor device having a multilayer wiring structure in which wirings formed on different layers are connected by a conductive member formed by selectively formed CNTs and a conductive film filling them. Is shown in FIG.
By the process shown in
第1の層間絶縁膜407及び導電性部材431、432上に第2の層間絶縁膜701 が形成される。第2の層間絶縁膜701としては、第1の層間絶縁膜407と同様の 材料を用いて形成することができる。次に、第2の層間絶縁膜の一部をエッチングし て、コンタクト孔を開口した後、第2実施形態乃至第4実施形態に示される工程で、 ビアとなる導電性部材702、703を形成する。ここでは、ビアとなる導電性部材 702、703は、第1実施形態の図1(A)で示される構造のものを用いる。
A second
次に、第3の層間絶縁膜704を形成する。この後、第2の層間絶縁膜701、及 び第3の層間絶縁膜704の一部をエッチングして、コンタクトホールの一部を開口 する。この後、第2実施形態乃至第4実施形態のいずれかの工程により、ビアとなる 導電性部材705を形成する。次に、第3の層間絶縁膜704上に、配線706を形 成する。この後、第4の層間絶縁膜707を形成した後、第4の層間絶縁膜707の 一部をエッチングして配線706の一部を露出してコンタクト孔を形成した後、同様 の工程によって、ビアとなる導電性部材708及び第5の層間絶縁膜709を形成す る。
本実施例では、導電性部材として、表面を平坦化研磨していないものを示しているが 、この構造に限られず、図1(B)に示すような、表面が平坦化された構造の導電性 部材を形成することもできる。
Next, a third
In this embodiment, the conductive member whose surface is not flattened and polished is shown. However, the present invention is not limited to this structure, and the conductive member having a structure with a flattened surface as shown in FIG. A sex member can also be formed.
また、本実施例では、ガラス基板上に形成されたTFTを有する多層構造の半導体 装置を示したが、これに限られず、単結晶半導体基板を用いたMOSトランジスタを 有する半導体装置に適応することもできる。 In this embodiment, a multilayer semiconductor device having TFTs formed on a glass substrate is shown. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to a semiconductor device having a MOS transistor using a single crystal semiconductor substrate. it can.
本発明により、配線上にあるコンタクト孔において、極細炭素繊維及びその間を 充填する導電層で形成されているビア(導電性部材)を形成することができる。この ため、配線との接続面積を増大することが可能であり、信頼性良く配線同士を接続す ることができる。このため、歩留まり高く半導体装置を作製することが可能である。 また、ビア(導電性部材)は微細構造であり、微細加工された配線を接続することが できるため、該ビアを有する半導体素子を高集積した回路を形成することができる。 さらに、多層配線のビアを微細構造とすることで、さらなる素子の高集積化が可能で ある。 According to the present invention, vias (conductive members) formed of ultrafine carbon fibers and a conductive layer filling between them can be formed in contact holes on the wiring. For this reason, the connection area with the wiring can be increased, and the wiring can be connected with high reliability. Thus, a semiconductor device can be manufactured with high yield. In addition, since the via (conductive member) has a fine structure and can be connected to a finely processed wiring, a circuit in which semiconductor elements having the via are highly integrated can be formed. Furthermore, by making the vias of the multilayer wiring have a fine structure, further integration of elements can be achieved.
本実施例では、本発明を用いて形成する半導体装置の一例であるパッケージについ て図8を用いて説明する。図8(A)に、ワイヤーボンディング法でチップがインタ ーポーザに
接続されている、パッケージの断面構造を表す斜視図を示す。1801はインターポ ーザ、1802はチップ、1803はモールド樹脂層に相当する。チップ1802は インターポーザ1801上に、マウント用の接着剤1804によりマウントされてい る。
In this embodiment, a package which is an example of a semiconductor device formed using the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 8A is a perspective view showing a cross-sectional structure of a package in which a chip is connected to an interposer by a wire bonding method. 1801 is an interposer, 1802 is a chip, and 1803 is a mold resin layer. The chip 1802 is mounted on the
また図8(A)に示すインターポーザ1801は、ソルダーボール1805が設け られたボールグリッドアレイ型である。ソルダーボール1805は、インターポーザ 1801のチップ1802がマウントされている側とは反対の側に設けられている。 そしてインターポーザ1801に設けられた配線1806は、インターポーザ180 5に設けられたコンタクト孔を介して、ソルダーボール1805と電気的に接続して いる。
An
なお本実施例では、チップ1802とソルダーボール1805との電気的な接続を するための配線1806を、インターポーザ1805のチップがマウントされている 面上に設けているが、本発明で用いるインターポーザはこれに限定されない。例えば 、インターポーザの内部において配線が多層化されて設けられていても良い。
In this embodiment, the
図8(A)では、チップ1802と配線1806とが、ワイヤ1807によって電 気的に接続されている。図8(B)に、図8(A)に示したパッケージの断面図を示 す。チップ1802には実施例1又は実施例2で示される半導体素子1809が設け られており、またチップ1802のインターポーザ1801が設けられている側とは 反対側に、パッド1808が設けられている。パッド1808は該半導体素子180 9と電気的に接続されている。そしてパッド1808は、インターポーザ1801に 設けられた配線1806と、ワイヤ1807によって接続されている。
In FIG. 8A, the chip 1802 and the
1810はプリント配線基板の一部に相当し、1811はプリント配線基板181 0に設けられた配線または電極に相当する。配線1806はソルダーボール1805 を介して、プリント配線基板1810に設けられた配線または電極1811に接続さ れる。なおソルダーボール1805と、配線または電極1811との接続は、熱圧着 や、超音波による振動を加えた熱圧着等様々な方法を用いることができる。なお、ア ンダーフィルで圧着後のソルダーボール間の隙間を埋めるようにし、接続部分の機械 的強度や、パッケージで発生した熱の拡散などの効率を高めるようにしても良い。ア ンダーフィルは必ずしも用いる必要はないが、インターポーザとチップの熱膨張係数 のミスマッチから生ずる応力により、接続不良が起こるのを防ぐことができる。超音 波を加えて圧着する場合、単に熱圧着する場合に比べて接続不良を抑えることができ る。
なお、本実施例においては、チップがワイヤーボンディング法によってインターポ ーザに接続されているパッケージを示したがこれに限られない。フリップチップ法を 用いてこれらを接続しても良い。この場合、接続するべきパッドの数が増加しても、 ワイヤーボンディング法に比べて、比較的パッド間のピッチを広く確保することがで きるので、端子数の多いチップの接続に向いている。 In this embodiment, the package in which the chip is connected to the interposer by the wire bonding method is shown, but the present invention is not limited to this. These may be connected using a flip chip method. In this case, even if the number of pads to be connected is increased, a relatively wide pitch between pads can be secured as compared with the wire bonding method, which is suitable for connecting chips having a large number of terminals.
また、パッケージ内においてチップを積層してもよい。この場合、一つのパッケー ジ内に複数のチップを設けることができるため、パッケージ全体の大きさを抑えるこ とができるというメリットを有している。 Further, chips may be stacked in the package. In this case, since a plurality of chips can be provided in one package, there is an advantage that the size of the entire package can be suppressed.
さらには、複数のパッケージを積層してもよい。この構造では、パッケージごとに 電気的な検査を行い、良品だけを選別してから積層することができるので、歩留りを 高めることができるというメリットを有している。 Furthermore, a plurality of packages may be stacked. This structure has the advantage that the yield can be increased because electrical inspection can be performed for each package and only good products can be selected and stacked.
本発明により、歩留まり高く高集積化された半導体装置を作製することができる。 According to the present invention, a highly integrated semiconductor device with high yield can be manufactured.
本発明を実施して得た半導体装置を組み込むことによって様々な電子機器を作製する ことができる。電子機器としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディ スプレイ(ヘッドマウントディスプレイ)、ナビゲーションシステム、音響再生装置 (カーオーディオ、オーディオコンポ等)、ノート型パーソナルコンピュータ、ゲー ム機器、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電 子書籍等)、記録媒体を備えた画像再生装置(具体的にはDigital Vers atile Disc(DVD)等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディ スプレイを備えた装置)などが挙げられる。電子機器の1つである携帯電話を例に挙 げ、本発明の半導体装置の一つであるパッケージが実際に電子機器に実装されている 様子を図9(A)に示す。 Various electronic devices can be manufactured by incorporating a semiconductor device obtained by implementing the present invention. Electronic devices include video cameras, digital cameras, goggles-type displays (head-mounted displays), navigation systems, sound playback devices (car audio, audio components, etc.), notebook-type personal computers, game devices, and personal digital assistants (mobile A computer, a mobile phone, a portable game machine, an electronic book, or the like), an image playback device (specifically, Digital Versatile Disc (DVD)) provided with a recording medium, and the image can be displayed. Equipment with a display). A cellular phone which is one of the electronic devices is taken as an example, and FIG. 9A shows a state where a package which is one of the semiconductor devices of the present invention is actually mounted on the electronic device.
図9(A)に示す携帯電話のモジュールは、プリント配線基板816に、CPU8 02、電源回路803、コントローラ801、送受信回路831、メモリ811、音 声処理回路829や、その他、抵抗、バッファ、容量素子等の素子が実装されている 。また、パネル800がFPC808によってプリント配線基板816に実装されて いる。パネル800には、発光素子又は液晶表示装置が各画素に設けられた画素部8 05と、前記画素部805が有する画素を選択する走査線駆動回路806と、選択さ れた画素にビデオ信号を供給する信号線駆動回路807とが設けられている。
The cellular phone module shown in FIG. 9A includes a printed
プリント配線基板816への電源電圧及びキーボードなどから入力された各種信号 は、複数の入力端子が配置されたプリント配線基板用のインターフェース(I/F) 809を介して供給される。また、アンテナとの間の信号の送受信を行うためのアン テナ用ポート810が、プリント配線基板816に設けられている。
The power supply voltage to the printed
なお、本実施例ではパネル800にプリント配線基板816がFPCを用いて実装 されているが、必ずしもこの構成に限定されない。COG(Chip on Gla ss)方式を用い、コントローラ801、音声処理回路829、メモリ811、CP U802または電源回路803をパネル800に直接実装させるようにしても良い。
In this embodiment, the printed
また、プリント配線基板816において、引きまわしの配線間に形成される容量や 配線自体が有する抵抗等によって、電源電圧や信号にノイズがのったり、信号の立ち 上がりが鈍ったりすることがある。そこで、プリント配線基板816に容量素子、バ ッファ等の各種素子を設けることで、電源電圧や信号にノイズがのったり、信号の立 ち上がりが鈍ったりするのを防ぐことができる。
Further, in the printed
図9(B)に、図9(A)に示したモジュールのブロック図を示す。 FIG. 9B shows a block diagram of the module shown in FIG.
本実施例では、メモリ811としてVRAM832、DRAM825、フラッシュ メモリ826などが含まれている。VRAM832にはパネルに表示する画像のデー タが、DRAM825には画像データまたは音声データが、フラッシュメモリには各 種プログラムが記憶されている。メモリの容量を増加させると共に、実装面積も増加 してしまう。このため、メモリは単結晶シリコンウェハで作製することが好ましい。
In this embodiment, the memory 811 includes a
電源回路803では、パネル800、コントローラ801、CPU802、音声処 理回路829、メモリ811、送受信回路831の電源電圧が生成される。またパネ ルの仕様によっては、電源回路803に電流源が備えられている場合もある。電源回 路は、パネル、コントローラ、CPU等に供給する電流を安定に制御する機能を有す る。このための素子としては、電流を多く流すことが可能なバイポーラトランジスタ が適しており、この結果、電源回路は、単結晶シリコンウェハで作製することが好ま しい。
The
CPU802は、制御信号生成回路820、デコーダ821、レジスタ822、演 算回路823、RAM824、CPU用のインターフェース835などを有している 。インターフェース835を介してCPU802に入力された各種信号は、一旦レジ スタ822に保持された後、演算回路823、デコーダ821などに入力される。演 算回路823では、入力された信号に基づき演算を行い、各種命令を送る場所を指定 する。一方デコーダ821に入力された信号はデコードされ、制御信号生成回路82 0に入力される。制御信号生成回路820は入力された信号に基づき、各種命令を含 む信号を生成し、演算回路823において指定された場所、具体的にはメモリ811 、送受信回路831、音声処理回路829、コントローラ801などに送る。CPU は、結晶性半導体膜を半導体領域に用いたTFTで作製し、薄型化を図ることができ る。
The
メモリ811、送受信回路831、音声処理回路829、コントローラ801は、 それぞれ受けた命令に従って動作する。以下その動作について簡単に説明する。
The memory 811, the transmission /
キーボード804から入力された信号は、インターフェース809を介してプリン ト配線基板816に実装されたCPU802に送られる。制御信号生成回路820は 、キーボード804から送られてきた信号に従い、VRAM832に格納してある画 像データを所定のフォーマットに変換し、コントローラ801に送付する。
A signal input from the
コントローラ801は、パネルの仕様に合わせてCPU802から送られてきた画 像データを含む信号にデータ処理を施し、パネル800に供給する。またコントロー ラ801は、電源回路803から入力された電源電圧やCPUから入力された各種信 号をもとに、Hsync信号、Vsync信号、クロック信号CLK、交流電圧(A C Cont)を生成し
、パネル800に供給する。コントローラは、結晶性半導体膜を半導体領域に用いた TFTで作製することができる。
The
送受信回路831では、アンテナ833において電波として送受信される信号が処 理されており、具体的にはアイソレータ、バンドパスフィルタ、VCO(Volta ge Controlled Oscillator)、LPF(Low Pass Filter)、カプラ、バランなどの高周波回路を含んでいる。送受信回路83 1において送受信される信号のうち音声情報を含む信号が、CPU802からの命令 に従って、音声処理回路829に送られる。送受信回路は、高周波回路を含んでいる ため、GaAs半導体基板又はシリコンウェハで作製する。
The transmission /
CPU802の命令に従って送られてきた音声情報を含む信号は、音声処理回路8 29において音声信号に復調され、スピーカ828に送られる。またマイク827か ら送られてきた音声信号は、音声処理回路829において変調され、CPU802か らの命令に従って、送受信回路831に送られる。音声処理回路は、アンプとコンバ ータで形成されている。アンプの特性のバラツキがスピーカから出力される音質に対 して顕著となるため、アンプはばらつきの少ないシリコンウェハで作製することが好 ましい。一方、コンバータは、結晶性半導体膜を半導体領域に用いたTFTで作製す ることができ、薄型化をはかることができる。
A signal including audio information sent in accordance with a command from the
本発明により、高集積化された半導体装置を搭載した電子機器を作製することがで きる。このため、搭載部品の数を減らすことが可能であり、電子機器の小型化を図る ことができる。 According to the present invention, an electronic device including a highly integrated semiconductor device can be manufactured. For this reason, the number of mounted components can be reduced, and the electronic device can be downsized.
Claims (27)
前記導電性部材は、極細炭素繊維及び前記極細炭素繊維の間を充填する第3の導電層で形成されることを特徴とする半導体装置。 A first conductive layer and a second conductive layer formed through an insulating layer; and a conductive member connected to the first conductive layer and the second conductive layer,
The conductive member is formed of an ultrafine carbon fiber and a third conductive layer that fills a space between the ultrafine carbon fiber.
27. The ultrafine carbon fiber according to any one of claims 13 to 26, wherein the ultrafine carbon fiber is a graphite nanofiber, a carbon nanofiber, a carbon nanotube, a tube-like graphite, a carbon nanocone, or a cone-like graphite. Semiconductor device.
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