JP2005328016A - 半導体装置及びその製造方法、集積回路、電気光学装置、電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 半導体膜、絶縁膜及び電極を積層した構造を用いる電界効果型の半導体装置の製造方法であって、少なくとも一面が絶縁性となっている基板(10)の当該一面上に島状の半導体膜(12)を形成する第1工程と、基板の一面上に、第1の絶縁膜(14)を、半導体膜を覆い、かつ半導体膜の上側以外の部分の膜厚が当該半導体膜の膜厚と略同じかそれ以上となるように形成する第2工程と、第1の絶縁膜の少なくとも半導体膜の上側の領域の膜厚を減少させる第3工程と、膜厚を減少させた後の第1の絶縁膜の上側であって半導体膜の所定位置の上側を通るように電極(18)を形成する第4工程と、を含む。
【選択図】 図6
Description
まず、図6(A)及び図7(A)に示すように、基板10上に島状の半導体膜12を形成する。例えば、基板10上の略全面に、PECVD法、LPCVD法、常圧化学気相堆積法(APCVD法)、スパッタリング法などの成膜法によって非晶質シリコン膜を成膜する。次に、この非晶質シリコン膜に対してエキシマレーザ等を照射する処理(レーザアニール処理)を行うことにより、非晶質シリコン膜を多結晶シリコン膜に変換する。その後、フォトリソグラフィ及びエッチングによるパターン形成処理を行うことにより、多結晶シリコン膜からなる島状の半導体膜12を得る。このとき、レーザ照射による結晶化処理を行って得られる多結晶シリコン膜の表面には、各結晶粒の境界(粒界)が隆起することによる凹凸30が生じることが多い。
次に、図6(B)及び図7(B)に示すように、基板10の一面上に、半導体膜12を覆い、かつ半導体膜12の上側以外の部分の膜厚が当該半導体膜12の膜厚と略同じかそれ以上となるように、絶縁膜14を形成する。上述したように本実施形態では、比較的に短時間で厚く成膜できる条件を採用して絶縁膜14を形成する。かかる高速成膜の方法としては、例えば、スピンコート法により基板10の略全面に液体材料を塗布し、その後この塗布された液体材料を焼成して固化させる手法を採用できる。例えば、液体材料として、ポリシラザン(例えばペルヒドロポリシラザン)を有機溶媒(例えば20%キシレン溶液)に溶かしたものを用い、当該液体材料をスピンコート法(例えば、2000rpm、20秒間)で塗布した後、450℃程度の温度で大気中で焼成することにより、厚膜の酸化シリコン膜が得られる。ここで上述した「ペルヒドロポリシラザン」とは、無機ポリシラザンの一種であり、大気中で焼成することによって酸化シリコン膜に転化するものである。また、基板10上に液体材料として感光性ポリシラザンを適量滴下した後に、スピンコート法(例えば、1000rpm、20秒間)で塗布し、100℃程度で焼成することによっても酸化シリコン膜が得られる。
次に、図6(C)及び図7(C)に示すように、半導体膜12の上面が露出して表面の凹凸30が平坦化されるまで絶縁膜14を研磨し、膜厚を減少させる。本実施形態では、CMP法(化学的機械的研磨法)を採用して本工程を行う。これにより、図示のように、絶縁膜14の上面と半導体膜12の上面との高さが揃い、平坦性の高い面が得られる。CMP法による研磨の好適な条件としては、例えば、軟質ポリウレタン製のパッドと、アンモニア系又はアミン系のアルカリ溶液にシリカ粒子を分散させた研磨剤(スラリー)を組み合わせて用い、圧力30000Pa、回転数50回転/分、研磨剤の流量を200sccm、という条件を採用できる。
次に、図6(D)及び図7(D)に示すように、露出した半導体膜12の上面が覆われるようにして、ゲート絶縁膜16を形成する。例えば、PECVD法によって酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜16を形成する。例えば、原料ガスとしてテトラエトキシシラン(TEOS)及び酸素(O2)を用い、それぞれの流量を50sccm、5slmとし、雰囲気温度を350℃、RFパワーを1.3kW、圧力を200Paという条件にして酸化シリコン膜を成膜する。この場合には、成膜速度が30nm/min程度となり、ゲート絶縁膜に適した耐圧特性等を備える良好な酸化シリコン膜を得ることができる。
次に、図6(E)及び図7(E)に示すように、タンタル、アルミニウム等の金属薄膜をスパッタリング法により形成した後、パターニングすることによって、ゲート絶縁膜16上の所定位置にゲート電極18を形成する。
次に、ゲート電極18をマスクとして半導体膜12に対してドナーまたはアクセプターとなる不純物イオンを打ち込む。これにより、ゲート電極18の下側にチャネル形成領域が形成され、それ以外の部分(イオン注入がされた部分)にソース/ドレイン領域が形成される。NMOSトランジスタを作製する場合、例えば、不純物元素としてリン(P)を1×1016cm-2の濃度でソース/ドレイン領域に打ち込む。その後、XeClエキシマレーザを照射エネルギー密度200〜400mJ/cm2程度で照射するか、250℃〜450℃程度の温度で熱処理することにより不純物元素の活性化を行う。その後、図6(F)及び図7(F)に示すように、絶縁膜16及びゲート電極18の上面に絶縁膜24を形成する。絶縁膜24として、例えば、PECVD法で約500nmの酸化シリコン膜を形成する。そして、絶縁膜16、24を貫通し、半導体膜12のソース/ドレイン領域に至るコンタクトホールを形成し、当該コンタクトホール内及び絶縁膜24上にソース電極20及びドレイン電極22を形成する。ソース電極20及びドレイン電極22は、例えばスパッタリング法によりアルミニウムを堆積し、パターニングすることにより形成可能である。
この実施例では、絶縁基板上に絶縁膜で素子分離領域を形成した後、半導体膜を形成する。この半導体膜をエッチバックすることによって、半導体膜の上面と素子分離領域の絶縁膜の上面とがほぼ同一面(面一)となるように形成する。それにより、半導体膜のエッジ部の露出をなくし、ゲート絶縁膜が半導体膜のエッジ部で曲がらないように(平坦に)に形成される。
まず、図8(A)に示すように、基板10上に絶縁膜14を形成する。前述したように、比較的に短時間で厚く成膜できる条件を採用する場合には、例えば、スピンコート法により基板10の略全面に液体材料を塗布し、その後この塗布された液体材料を焼成して固化させる手法を採用できる。例えば、液体材料として、ポリシラザン(例えばペルヒドロポリシラザン)を有機溶媒(例えば20%キシレン溶液)に溶かしたものを用い、当該液体材料をスピンコート法(例えば、2000rpm、20秒間)で塗布した後、450℃程度の温度で大気中で焼成することにより、厚膜の酸化シリコン膜が得られる。ここで上述した「ペルヒドロポリシラザン」とは、無機ポリシラザンの一種であり、大気中で焼成することによって酸化シリコン膜に転化するものである。また、基板10上に液体材料として感光性ポリシラザンを適量滴下した後に、スピンコート法(例えば、1000rpm、20秒間)で塗布し、100℃程度で焼成することによっても酸化シリコン膜が得られる。
次に、図8(C)に示すように、基板10上の絶縁膜14上面及び絶縁膜14に開口した半導体形成領域に半導体膜12を形成し、絶縁膜14に開口した半導体形成領域を半導体膜12で埋め込む。前述したように、例えば、基板10上の略全面に、PECVD法、LPCVD法、常圧化学気相堆積法(APCVD法)、スパッタリング法などの成膜法によって非晶質シリコン膜を成膜する。次に、この非晶質シリコン膜に対してエキシマレーザ等を照射する処理(レーザアニール処理)を行うことにより、非晶質シリコン膜を多結晶シリコン膜に変換する。レーザ照射による結晶化処理を行って得られる多結晶シリコン膜の表面には、各結晶粒の境界(粒界)が隆起することによる凹凸30が生じることが多い。
次に、図8(D)に示すように、半導体膜12の上面が露出して表面の凹凸30が平坦化されるまで絶縁膜14を研磨し、膜厚を減少させる。本実施形態では、CMP法(化学的機械的研磨法)を採用して本工程を行う。これにより、図示のように、絶縁膜14の上面と半導体膜12の上面との高さが揃い、平坦性の高い面が得られる。CMP法による研磨の好適な条件としては、例えば、軟質ポリウレタン製のパッドと、アンモニア系又はアミン系のアルカリ溶液にシリカ粒子を分散させた研磨剤(スラリー)を組み合わせて用い、圧力30000Pa、回転数50回転/分、研磨剤の流量を200sccm、という条件を採用できる。
なお、半導体膜としてはシリコン膜に限られない。また、液体シリコンを用いた半導体膜形成プロセスであっても良い。
Claims (20)
- 半導体膜、絶縁膜及び電極を積層した構造を用いる電界効果型の半導体装置の製造方法であって、
少なくとも一面が絶縁性となっている基板の当該一面上に島状の半導体膜を形成する第1工程と、
前記基板の一面上に、第1の絶縁膜を、前記半導体膜を覆い、かつ前記半導体膜の上側以外の部分の膜厚が当該半導体膜の膜厚と略同じかそれ以上となるように形成する第2工程と、
前記第1の絶縁膜の少なくとも前記半導体膜の上側の領域の膜厚を減少させる第3工程と、
膜厚を減少させた後の前記第1の絶縁膜の上側であって前記半導体膜の所定位置の上側を通るように電極を形成する第4工程と、
を含む、半導体装置の製造方法。 - 前記第2工程は、液体材料を塗布し、固化させることによって前記第1の絶縁膜を形成する、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第4工程に先立って、前記第1の絶縁膜上に第2の絶縁膜を形成する第5工程を更に含み、
前記第4工程は、前記第2の絶縁膜の上側に前記電極を形成する、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第3工程は、前記半導体膜の上面が露出するまで前記第1の絶縁膜の膜厚を減少させる処理を行い、
前記第5工程は、露出した前記半導体膜の上面が覆われるようにして前記第2の絶縁膜を形成する、請求項3に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第3工程は、前記半導体膜の上面の凹凸を平坦化するようにして前記第1の絶縁膜の膜厚を減少させる処理を行う、請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第3工程を化学的機械的研磨法によって行う、請求項1乃至5のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記半導体膜が多結晶半導体膜である、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 半導体膜、絶縁膜及び電極を積層した構造を用いる電界効果型の半導体装置の製造方法であって、
少なくとも一面が絶縁性となっている基板の当該一面上に半導体膜を形成すべき領域を開口した第1の絶縁膜を形成する第1工程と、
前記基板の一面上に、半導体膜を少なくとも前記第1の絶縁膜の開口部を埋め込むように形成する第2工程と、
前記第1の絶縁膜の上面と前記半導体膜の上面とが同一面となるように少なくとも該半導体膜の膜厚を減少させる第3工程と、
を含む、半導体装置の製造方法。 - 前記半導体膜の上に第2の絶縁膜を形成する第4工程と、
前記第2の絶縁膜の上側であって前記半導体膜の所定位置の上側を通るように電極を形成する第5工程と、
を更に含む、請求項8に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第3工程を化学的機械的研磨法によって行う、請求項8又は9に記載の半導体装置の製造方法。
- 半導体膜、絶縁膜及び電極を積層した構造を用いる電界効果型の半導体装置であって、
少なくとも一面が絶縁性となっている基板上に形成される島状の半導体膜と、
前記基板の一面上に、前記半導体膜の周囲を囲むとともに当該半導体の上面を露出させるように形成される第1の絶縁膜と、
前記半導体膜の上面を覆うようにして前記第1の絶縁膜上に形成される第2の絶縁膜と、
前記第2の絶縁膜の上側であって前記半導体膜の所定位置の上側を通るように形成される電極と、
を備える、半導体装置。 - 前記第1の絶縁膜と前記半導体膜とがほぼ同じ膜厚に形成されている、請求項11に記載の半導体装置。
- 前記第1の絶縁膜の上面と前記半導体膜の上面とがほぼ同一面となるように形成されている、請求項11に記載の半導体装置。
- 前記第1の絶縁膜と前記第2の絶縁膜とは材質が異なる、請求項11に記載の半導体装置。
- 前記半導体膜が多結晶半導体膜である、請求項11乃至14のいずれかに記載の半導体装置。
- 半導体膜、絶縁膜及び電極を積層した構造を用いる電界効果型の半導体装置であって、
少なくとも一面が絶縁性となっている基板上に形成される島状の半導体膜と、
前記基板の一面上に、前記半導体膜を覆い、かつ前記半導体膜の上側領域以外に対応する第1の膜厚が当該半導体膜の膜厚と同じかそれ以上となり、前記半導体の上側領域の第2の膜厚が前記第1の膜厚よりも小さくなるように形成される第1の絶縁膜と、
前記第1の絶縁膜の上側であって前記半導体膜の所定位置の上側を通るように形成される電極と、
を備える、半導体装置。 - 前記第1の絶縁膜上に形成される第2の絶縁膜を更に含み、
前記電極は前記第2の絶縁膜の上側に形成される、請求項16に記載の半導体装置。 - 請求項11乃至17のいずれかに記載の半導体装置を備える集積回路。
- 請求項11乃至17のいずれかに記載の半導体装置を備える電気光学装置。
- 請求項11乃至17のいずれかに記載の半導体装置を備える電子機器。
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