JP2005209783A - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.
近年、半導体装置等の電子デバイスにおいては、高集積化を実現するために配線の多層化が行われている。そして、多層配線を有する半導体装置は、層間絶縁層を介して配設される上下の配線パターンを電気的に接続する場合、層間絶縁層にコンタクトホールを形成し、このコンタクトホールを介して接続を行うようにしている。このような多層配線の形成方法としては、一般に次のよう方法が知られている。 In recent years, in an electronic device such as a semiconductor device, multilayer wiring has been performed in order to achieve high integration. In a semiconductor device having a multilayer wiring, when electrically connecting upper and lower wiring patterns arranged via an interlayer insulating layer, a contact hole is formed in the interlayer insulating layer, and the connection is made via this contact hole. Like to do. As a method for forming such a multilayer wiring, the following method is generally known.
まず、基板に金属層を成膜し、これをエッチングして下層配線層を形成する。次に、下層配線層の上に層間絶縁層を形成するとともに、該層間絶縁層に対して、フォトリソグラフィー法を用いて所定の開口部(コンタクトホール)を形成する。さらに、コンタクトプラグとしての金属材料を、形成したコンタクトホール内に充填させる形にて層間絶縁層上に全面塗布し、フォトリソグラフィー法によってパターニングすることでコンタクトプラグを形成する。そして、このコンタクトプラグと接続する形にて上層の配線用金属層を成膜し、これをフォトリソグラフィー法にてパターニングすることで上層配線層を形成するものである(例えば、特許文献1参照)。
上記特許文献1では、層間絶縁層を形成するために液体材料を用いている。つまり、液体材料を塗布した後に、これを焼成することで絶縁層を形成しているが、この焼成を適当な条件で行わない限り、絶縁層と金属層(配線層)との間で剥がれが生じる場合がある。
In
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、絶縁層と金属層との積層体を含む半導体装置の製造方法において、絶縁層と金属層との間において剥がれの生じ難い製造方法を提供し、もって信頼性の高い半導体装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above problems, and in a method for manufacturing a semiconductor device including a laminated body of an insulating layer and a metal layer, a manufacturing method in which peeling between the insulating layer and the metal layer is unlikely to occur. An object of the present invention is to provide a highly reliable semiconductor device.
上記の目的を達成するために、本発明の半導体装置の製造方法は、絶縁層と金属層との積層体を含む半導体装置の製造方法であって、ポリシラザンを含む液体材料を塗布した後、これを焼成することで絶縁層を形成する絶縁層形成工程を備え、前記焼成を水蒸気雰囲気中にて行うことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a manufacturing method of a semiconductor device of the present invention is a manufacturing method of a semiconductor device including a laminated body of an insulating layer and a metal layer, and after applying a liquid material containing polysilazane, An insulating layer forming step of forming an insulating layer by firing is performed, and the firing is performed in a water vapor atmosphere.
このように焼成を水蒸気雰囲気中にて行うと、絶縁層と金属層との間に生じ得る膜剥がれの発生を防止ないし抑制することが可能となった。従来の技術において生じていた膜剥がれは、焼成後の絶縁層中に窒素成分が残留していたことによるものと考えられるが、本発明では焼成を水蒸気雰囲気中で行うことで、この残留窒素成分を殆ど無くすことが可能となり、その結果、膜剥がれの発生を防止ないし抑制することができたものと考えられる。 When firing is performed in a water vapor atmosphere as described above, it has become possible to prevent or suppress the occurrence of film peeling that may occur between the insulating layer and the metal layer. The film peeling that has occurred in the prior art is considered to be due to the nitrogen component remaining in the insulating layer after firing. In the present invention, this residual nitrogen component is obtained by firing in a steam atmosphere. As a result, it is considered that the film peeling can be prevented or suppressed.
本発明の製造方法において、焼成は湿度50%〜100%の水蒸気雰囲気中にて行うものとすることができる。湿度50%以下の場合、膜中に窒素成分が残留し、膜剥がれが生じる場合がある。 In the production method of the present invention, the firing can be performed in a steam atmosphere having a humidity of 50% to 100%. When the humidity is 50% or less, a nitrogen component may remain in the film and the film may peel off.
また、本発明の半導体装置の製造方法においては、前記絶縁層形成工程の後に前記金属層を形成する金属層形成工程を含むものとしても良いし、前記絶縁層形成工程の前に前記金属層を形成する金属層形成工程を含むものとしても良い。 In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a metal layer forming step of forming the metal layer after the insulating layer forming step may be included, or the metal layer may be formed before the insulating layer forming step. A metal layer forming step to be formed may be included.
また、前記絶縁層形成工程において、前記絶縁層を500nm以上の膜厚に形成することができる。形成する絶縁層の膜厚が500以上の場合、従来の方法で焼成を行うと当該絶縁層と金属層との間に生じ得る応力の影響が大きくなるため、特にこのような厚膜の絶縁層を形成する場合に本発明の方法は好適となる。 In the insulating layer forming step, the insulating layer can be formed to a thickness of 500 nm or more. When the thickness of the insulating layer to be formed is 500 or more, the influence of stress that may occur between the insulating layer and the metal layer is increased when firing by the conventional method. The method of the present invention is preferred when forming
また、前記絶縁層形成工程において、前記ポリシラザンを含む液体材料をスピンコートにて塗布するものとすることができる。スピンコート法による成膜は非常に簡便で、しかも膜厚が比較的均一となるため好適である。 In the insulating layer forming step, the liquid material containing the polysilazane may be applied by spin coating. Film formation by spin coating is very simple and is preferable because the film thickness is relatively uniform.
さらに、前記金属層形成工程において、Al又はTaを用いて金属層を形成することができる。このようなAl又はTaの金属層と絶縁層との間では、従来の方法で焼成を行うと膜剥がれが生じ易いため、特にこのような金属層を形成する場合に本発明の方法は好適である。 Furthermore, in the metal layer forming step, a metal layer can be formed using Al or Ta. Between such an Al or Ta metal layer and an insulating layer, film peeling is likely to occur when fired by a conventional method. Therefore, the method of the present invention is suitable particularly when such a metal layer is formed. is there.
以下、本発明の半導体装置の製造方法について、その一実施の形態を図面を用いて詳しく説明する。図1は、本発明の製造方法により製造される半導体装置の一例として、TFT(薄膜トランジスタ)100の構成を示す断面模式図であって、図2、図3は、そのTFT100の一製造方法について、そのプロセスの概略を示す断面模式図である。なお、各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならせてある。 Hereinafter, an embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a TFT (thin film transistor) 100 as an example of a semiconductor device manufactured by the manufacturing method of the present invention. FIGS. It is a cross-sectional schematic diagram which shows the outline of the process. In addition, in each figure, in order to make each layer and each member the size which can be recognized on drawing, the scale is varied for every layer and each member.
まず、製造されるTFT100の構成について図1を用いて説明する。図1に示したTFT100は、ガラス基板(基材)1の表面に多結晶シリコン膜2を具備しており、該多結晶シリコン膜2はソース領域21、チャネル領域22、ドレイン領域23を有し、ソース領域21には層間絶縁層4に形成されたコンタクトホール11を介してソース電極6が、ドレイン領域23には層間絶縁層4に形成されたコンタクトホール12を介してドレイン電極5が電気的に接続されている。
First, the structure of the manufactured TFT 100 will be described with reference to FIG. A TFT 100 shown in FIG. 1 includes a
つまり、TFT100は例えば液晶装置等の電気光学装置の画素スイッチング素子として好適なもので、ドレイン電極5を画素電極として液晶装置等に適用可能とされている。また、多結晶シリコン膜2のチャネル領域22の上層には、ゲート絶縁膜3を介してゲート電極7が形成されている。なお、ゲート絶縁膜3及び層間絶縁層4はポリシラザンを原料としたシリコン酸化膜からなるものである。
That is, the TFT 100 is suitable as a pixel switching element of an electro-optical device such as a liquid crystal device, and is applicable to a liquid crystal device or the like using the
ここで、多結晶シリコン膜2とゲート電極7とは、ゲート絶縁膜3を介して積層され、また、多結晶シリコン膜2とソース電極6、或いは多結晶シリコン膜2とドレイン電極5は、それぞれゲート絶縁膜3及び層間絶縁層4を介して積層されている。以上のように、本実施形態のTFT100は多層配線構造を具備し、特に500nm以上の厚膜の層間絶縁層4を有して構成されており、以下に述べるような製造方法を用いて製造することができる。
Here, the
以下、図1に示したTFT100の製造方法について、図2、図3を参照しつつ説明する。まず、図2(a)に示したように、ガラス基板1の表面に多結晶シリコン膜2を形成する。この多結晶シリコン膜2は、次のようにして形成することができる。はじめに、ガラス基板1の上に例えばフッ素樹脂膜などの撥液性の膜(図示せず)を形成する。そして、この撥液膜の素子形成領域に紫外線などを照射し、素子形成領域の撥液膜を分解除去してパターニングし、撥液バンクとする。その後、素子形成領域に液体水素化ケイ素を塗布して乾燥させる。次に、乾燥させた水素化ケイ素の膜を焼成して熱分解し、アモルファスシリコン膜にする。さらに、ガラス基板1の全体に紫外線を照射して撥液バンクを分解して除去したのち、アモルファスシリコン膜にXeClなどのエキシマレーザを照射してアニールし、アモルファスシリコン膜を多結晶化して多結晶シリコン膜2にする。その後、多結晶シリコン膜2のチャンネルドープを行う。すなわち、全面に適宜の不純物(例えば、n型導電層を形成する場合はPH3イオン)を打ち込んで拡散させる。
Hereinafter, a method for manufacturing the
次に、図2(b)に示すように、多結晶シリコン膜2を覆う形にて、ゲート絶縁膜3を形成する。具体的には、ガラス基板1の全面にポリシラザンをキシレンに分散ないし溶解させた液体材料を塗布し、塗布した液体材料を例えば湿度50%〜100%の水蒸気雰囲気中、300℃〜500℃で焼成させることで、膜厚80nm〜150nm程度のゲート絶縁膜3を得る。なお、液体材料の塗布は、スピンコート、ディップコート、LSMCD、スリットコート、液滴吐出装置により行うことができる。
Next, as shown in FIG. 2B, a
その後、図2(c)に示すように、ゲート絶縁膜3上の所定領域にゲート電極7を形成する。具体的には、Al又はTaを主成分とする金属材料を蒸着法により全面塗布する一方、これを所定領域に選択的に形成すべくフォトリソグラフィー法等によりパターニングする。
Thereafter, as shown in FIG. 2C, a
次に、図3(a)に示すように、形成したゲート電極7をマスクとして、多結晶シリコン膜2に適宜の不純物(例えば、p型導電層を形成する場合はB2H6イオン)の打ち込みを行う。この不純物イオンの打ち込みにより、多結晶シリコン膜2にソース領域21,チャネル領域22,ドレイン領域23がそれぞれ形成される。
Next, as shown in FIG. 3A, using the formed
次に、図3(b)に示すように、ゲート電極7を含むゲート絶縁膜3(ガラス基板1)の全面に絶縁膜4を形成する。この絶縁膜4は、上述したゲート絶縁膜3と同様の方法で形成するものとしており、つまりポリシラザンのキシレン溶液からなる液体材料をスピンコートにより塗布し、これを例えば湿度50%〜100%の水蒸気雰囲気中、300℃〜500℃の温度で焼成すること、膜厚500nm程度の絶縁膜4を得ている。
Next, as shown in FIG. 3B, the insulating
さらに、図3(c)に示すように、形成した絶縁膜4に対してコンタクトホール11,12を形成する。ここでは、絶縁膜4上に所定パターンのマスク(図示略)を形成し、該マスクを介したエッチングによりコンタクトホールを形成するものとしている。
Further, as shown in FIG. 3C, contact holes 11 and 12 are formed in the formed insulating
そして、図3(d)に示すように、形成したコンタクトホール11,12に対して、インクジェット装置(図示略)を用いて選択的に有機金属化合物を主成分とした液体コンタクト形成材料を供給し、その後、該液体コンタクト形成材料を焼成して固化することでコンタクトプラグを形成する。さらに、コンタクトプラグと接続する形にて、ソース電極6及びドレイン電極5を所定の配線パターンにて形成する。
Then, as shown in FIG. 3D, a liquid contact forming material mainly composed of an organometallic compound is supplied to the formed contact holes 11 and 12 using an ink jet apparatus (not shown). Thereafter, the liquid contact forming material is fired and solidified to form a contact plug. Further, the
このソース電極6及びドレイン電極5のパターン形成方法としては、例えば蒸着法によりAl又はTaを主成分とする金属材料を全面塗布し、これを所定領域に選択的に形成すべくフォトリソグラフィー法等によりパターニングする方法を採用することができる。なお、コンタクトプラグとソース電極6及びドレイン電極5は、それぞれ同一の工程にて、つまりコンタクトホール11,12を充填させつつ、各電極5,6を形成するものとしても良い。この場合、コンタクトプラグとソース電極6及びドレイン電極5はそれぞれ同一の金属材料にて構成することが好ましい。
As a pattern forming method of the
以上のような方法により、図1に示したTFT(半導体装置)100を得ることができる。ここでは、ゲート絶縁膜3及び層間絶縁層4を形成する際に、ポリシラザンのキシレン溶液からなる液体材料をスピンコートにより塗布し、これを湿度50%〜100%の水蒸気雰囲気中、300℃〜500℃の温度で焼成することで各絶縁膜を得るものとしている。つまり、焼成を水蒸気雰囲気中で行ったところ、ゲート絶縁膜(絶縁層)3とゲート電極(金属層)7との間の剥がれが非常に生じ難くなり、また、層間絶縁膜(絶縁層)4とゲート電極(金属層)7との間、及び層間絶縁膜(絶縁層)4とソース電極(金属層)6との間、及び層間絶縁膜(絶縁層)4とドレイン電極(金属層)5との間においても膜剥がれが非常に生じ難いものとなった。特に、層間絶縁膜4は500nm以上の厚膜にて形成しているにも拘らず、ゲート電極7、ソース電極6、ドレイン電極5との間で膜剥がれが生じず、非常に信頼性の高いTFT100となった。
The TFT (semiconductor device) 100 shown in FIG. 1 can be obtained by the method as described above. Here, when the
次に、本発明の効果を確認するために、以下の比較検討を行った。
まず、実施例として、ポリシラザンの20重量%キシレン溶液を用意し、これをAlからなる金属板の上に塗布した。具体的には、溶液を大気中で液滴下後、所定の回転速度で塗布し、これを100℃、5分の条件でプレベークした後、さらに湿度80%の酸素雰囲気下、300℃、1時間の条件でアニールを行い、厚さ1μmの絶縁膜を得た。そして、得られた絶縁膜と金属板の間の膜の状態について観察した。
Next, in order to confirm the effect of the present invention, the following comparative study was performed.
First, as an example, a 20 wt% xylene solution of polysilazane was prepared and applied on a metal plate made of Al. Specifically, the solution is dropped in the air and then applied at a predetermined rotational speed, pre-baked at 100 ° C. for 5 minutes, and further in an oxygen atmosphere of 80% humidity at 300 ° C. for 1 hour. An insulating film having a thickness of 1 μm was obtained by annealing under the above conditions. And the state of the film | membrane between the obtained insulating film and a metal plate was observed.
一方、比較例として、ポリシラザンの20重量%キシレン溶液を用意し、これをAlからなる金属板の上に塗布した。具体的には、溶液を大気中で液滴下後、所定の回転速度で塗布し、これを100℃、5分の条件でプレベークした後、さらに湿度3%以下の酸素雰囲気下、300℃、1時間の条件でアニールを行い、厚さ1μmの絶縁膜を得た。そして、得られた絶縁膜と金属板の間の膜の状態について観察した。 On the other hand, as a comparative example, a 20 wt% xylene solution of polysilazane was prepared and applied on a metal plate made of Al. Specifically, the solution is dropped in the air, then applied at a predetermined rotation speed, pre-baked at 100 ° C. for 5 minutes, and then further at 300 ° C., 1% in an oxygen atmosphere with a humidity of 3% or less. Annealing was performed under time conditions to obtain an insulating film having a thickness of 1 μm. And the state of the film | membrane between the obtained insulating film and a metal plate was observed.
絶縁膜と金属板の間の膜の状態を観察したところ、実施例では膜の剥がれが生じていないものの、比較例では絶縁膜と金属板の間でクラックが生じていた。以上の検討結果から、本発明のように、絶縁層と金属層との積層体を含む半導体装置を製造する場合、ポリシラザンを含む液体材料を塗布した後、これを水蒸気雰囲気にて焼成することで絶縁層を形成すれば、金属層との間で膜剥がれの生じ難い、信頼性の高い半導体装置を提供することが可能となる。 When the state of the film between the insulating film and the metal plate was observed, the film did not peel off in the example, but a crack was generated between the insulating film and the metal plate in the comparative example. From the above examination results, when manufacturing a semiconductor device including a laminate of an insulating layer and a metal layer as in the present invention, after applying a liquid material containing polysilazane, this is fired in a water vapor atmosphere. When the insulating layer is formed, it is possible to provide a highly reliable semiconductor device that does not easily peel off from the metal layer.
3…ゲート絶縁膜(絶縁層)、4…層間絶縁層(絶縁層)、5…ドレイン電極(金属層)、6…ソース電極(金属層)、7…ゲート電極(金属層)、100…TFT(半導体装置)
DESCRIPTION OF
Claims (7)
ポリシラザンを含む液体材料を塗布した後、これを焼成することで絶縁層を形成する絶縁層形成工程を備え、
前記焼成を水蒸気雰囲気中にて行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device including a laminate of an insulating layer and a metal layer,
After applying a liquid material containing polysilazane, comprising an insulating layer forming step of forming an insulating layer by baking this,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the baking is performed in a water vapor atmosphere.
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JP2007165724A (en) * | 2005-12-15 | 2007-06-28 | Toshiba Corp | Method for manufacturing insulating film, transistor, and electronic device |
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2004
- 2004-01-21 JP JP2004013024A patent/JP2005209783A/en not_active Withdrawn
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JP2007165724A (en) * | 2005-12-15 | 2007-06-28 | Toshiba Corp | Method for manufacturing insulating film, transistor, and electronic device |
JP4634923B2 (en) * | 2005-12-15 | 2011-02-16 | 株式会社東芝 | Insulating film manufacturing method, transistor manufacturing method, and electronic device manufacturing method |
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