JP2006210828A - 半導体装置とその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 トランジスタを形成する際に、そのトランジスタの下方に形成されている膜が受ける熱的ダメージを低減することができる半導体装置とその製造方法を提供すること。
【解決手段】 第1絶縁膜37の上に遮蔽膜38を形成する工程と、遮蔽膜38の上に第2絶縁膜39と非晶質半導体膜40とを順に形成する工程と、非晶質半導体膜40にエネルギービームを照射し、少なくとも薄膜トランジスタのチャネルとなる部分の非晶質半導体膜40を溶融して多結晶半導体膜41にする工程と、上記チャネルの上の多結晶半導体膜41上にゲート絶縁膜43aとゲート電極44aとを順に形成する工程と、ゲート電極44aの横の多結晶半導体膜41にソース/ドレイン領域41aを形成し、該ソース/ドレイン領域41a、ゲート絶縁膜43a、及びゲート電極44aでTFT60を構成する工程と、を有する半導体装置の製造方法による。
【選択図】 図5

Description

本発明は、半導体装置とその製造方法に関する。
近年、LSI等の半導体装置は微細化の一途を辿っており、MOSトランジスタのゲート長は90nmよりも更に短くなろうとしている。このように微細化が進むと、ゲート遅延時間が短縮される等といった性能面での向上が期待されるが、実際にはオン電流が予想よりも向上しなかったり、消費電力が増大して発熱が問題になるといった点が指摘されており、微細化に伴う新たな不都合が生じている。
そこで、微細化をせずに半導体装置の更なる高機能化と高集積化とを実現するために、特許文献1、2に開示されるように、トランジスタを三次元的に積層してなる積層型半導体装置が提案されている。
これらの特許文献のうち、特許文献1では、トランジスタが形成されたシリコン基板の上に別のシリコン基板を張り合わせ、上側のシリコン基板にトランジスタを形成することにより、積層型半導体装置を実現する方法が提案されている。
一方、特許文献2では、シリコン基板上にトランジスタを積層していくことにより積層型半導体装置を製造している。
その他に、半導体チップを三次元的に実装して積層型半導体装置を製造する方法もある。
更に、本発明に関連する技術が特許文献3にも開示されている。
特開平5−198739号公報 特開平5−335482号公報 特開平7−37867号公報
ところで、半導体装置には、トランジスタのゲート電極やソース/ドレイン領域に電圧を印加するための配線と、層間絶縁膜とを形成する必要があり、これらの上にトランジスタを作成する場合には、配線と層間絶縁膜の耐熱温度以下の温度でトランジスタを形成しなければならない。
配線がアルミニウムよりなる場合、配線の耐熱温度はアルミニウムの融点である400℃程度となる。また、ダマシンプロセス等における銅配線でも、温度が400℃程度になると、銅結晶の再成長によって銅配線の上面に針状の突起が形成され、その突起によって上下の銅配線がショートする恐れがある。また、銅配線が断線する可能性もある。
更に、配線を覆う絶縁膜として低誘電率絶縁膜を採用する場合、低誘電率絶縁膜は耐熱性に乏しいので、やはり400℃以下のプロセス温度でその上にトランジスタを形成する必要がある。
ところが、上記した特許文献1では、その段落番号0039に開示されるように、二枚のシリコン基板を張り合わせるのに650℃程度もの高温を必要とするため、上下のトランジスタの間に上記のような配線や低絶縁膜を形成することができない。
また、特許文献2では、その段落番号0013に開示されるように、トランジスタの活性領域となるアモルファスシリコンをアニールしてポリシリコンを得ているが、そのアニール温度が600℃とやはり高温であるため、上下のトランジスタの間に配線や低誘電率絶縁膜を形成するのが困難となる。
本発明の目的は、トランジスタを形成する際に、そのトランジスタの下方に形成されている膜が受ける熱的ダメージを低減することができる半導体装置とその製造方法を提供することにある。
本発明の一観点によれば、半導体基板と、前記半導体基板の上に順に形成された層間絶縁膜、配線、及び第1絶縁膜と、前記第1絶縁膜の上に形成された遮蔽膜と、前記遮蔽膜の上に形成された第2絶縁膜と、前記第2絶縁膜の上に形成され、多結晶半導体膜をチャネルとする薄膜トランジスタと、を有する半導体装置が提供される。
また、本発明の別の観点によれば、半導体基板の上に、層間絶縁膜、配線、及び第1絶縁膜を順に形成する工程と、前記第1絶縁膜の上に、エネルギービームを反射又は減衰する遮蔽膜を形成する工程と、前記遮蔽膜の上に第2絶縁膜と非晶質半導体膜とを順に形成する工程と、前記非晶質半導体膜にエネルギービームを照射することにより、少なくとも薄膜トランジスタのチャネルとなる部分の該非晶質半導体膜を溶融して多結晶半導体膜にする工程と、前記チャネルを含む形状に前記多結晶半導体膜をパターニングする工程と、前記パターニングの後、前記多結晶半導体膜上にゲート絶縁膜とゲート電極とを順に形成する工程と、前記ゲート電極の横の前記多結晶半導体膜に不純物を導入してソース/ドレイン領域を形成し、該ソース/ドレイン領域、前記ゲート絶縁膜、及び前記ゲート電極で前記薄膜トランジスタを構成する工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。
本発明によれば、エネルギービームの照射により非晶質半導体膜を多結晶半導体膜にする前に、エネルギービームを反射又は減衰する遮蔽膜をその非晶質半導体膜の下方に形成したので、遮蔽膜の下方にある層間絶縁膜と配線がこのエネルギービームに直接曝されず、これらの層間絶縁膜や配線がエネルギービームの熱によって劣化するのが防止される。
このような利点は、耐熱性の弱い低誘電率絶縁膜を有する積層絶縁膜を上記の層間絶縁膜として形成する場合に特に好適に得られる。
また、配線として銅配線を形成する場合は、銅結晶が熱で針状に再成長し難くなるので、再成長した銅結晶に起因する上下の銅配線同士のショートを防止することができ、隣接する銅配線同士の耐圧が劣化するのを防ぐことができる。また、断線を抑止することができる。
更に、上記の遮蔽膜は、半導体装置の機械的な強度を強める補強膜としても機能するので、薄膜トランジスタを形成する工程で発生する機械的ダメージが遮蔽膜の下に伝わり難くなり、層間絶縁膜や配線がプロセス中に受けるダメージが低減され、これらの膜や配線に不具合が発生するのを防ぐことが可能となる。
しかも、層間絶縁膜を形成する前に、半導体基板の上にMOSトランジスタを形成することにより、配線や層間絶縁膜がエネルギービームによって劣化するのを防ぎながら、MOSトランジスタと薄膜トランジスタとが積層された積層型半導体装置を得ることが可能となる。
本発明によれば、非晶質半導体膜を多結晶半導体膜にする際に使用されるエネルギービームを反射又は減衰する遮蔽膜により、層間絶縁膜や配線にエネルギービームが直接照射されるのを防ぐことができ、層間絶縁膜や配線が熱で劣化するのを防止することができる。
しかも、その遮蔽膜は補強膜としても機能するので、半導体装置の機械的な強度をこの遮蔽膜によって高めることが可能となる。
次に、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
(1)第1実施形態
図1〜図9は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図である。
最初に、図1(a)に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。
まず、シリコン(半導体)基板1にSTI(Shallow Trench Isolation)用の溝を形成し、その溝の中に酸化シリコン膜を埋め込んで素子分離絶縁膜4とする。なお、素子分離の構造はSTIに限定されず、LOCOS(Local Oxidation of Silicon)であってもよい。そして、素子分離絶縁膜4で画定されたトランジスタ形成領域にp型不純物とn型不純物とをイオン注入して、pウエル2とnウエル3とをシリコン基板1に形成する。
更に、シリコン基板1の表面を熱酸化してゲート絶縁膜7となるシリコン酸化膜を形成した後、その上にポリシリコンよりなるゲート電極9を形成する。そして、そのゲート電極9をマスクにしながら、シリコン基板1にn型不純物とp型不純物とをイオン注入して、各ゲート電極9の側方のシリコン基板1にn型ソース/ドレインエクステンション6aとp型ソース/ドレインエクステンション6bとを形成する。なお、このイオン注入における不純物の打ち分けは、不図示のレジストパターンを用いて行われる。
次いで、酸化シリコン等の絶縁膜を全面に形成し、その絶縁膜をエッチバックして各ゲート電極9の横に絶縁性サイドウォール8として残す。そして、この絶縁性サイドウォール8とゲート電極9とをマスクにするイオン注入により、ゲート電極9の側方のシリコン基板1にn型ソース/ドレイン領域5aとp型ソース/ドレイン領域5bとを形成する。続いて、スパッタ法により全面にコバルト膜を形成した後、シリコン基板1に対して熱処理を施すことによりコバルトとシリコンとを反応させ、各ソース/ドレイン領域5a、5bの上にコバルトシリサイド層10を形成する。そのコバルトシリサイド層は、ゲート電極9の上にも形成され、それによりゲート電極9がポリサイド構造となる。
上記のようなCMOSプロセスにより、n型MOSトランジスタTRnとP型MOSトランジスタTRpの基本構造が完成したことになる。
次に、図1(b)に示すように、各トランジスタTRn、TRpを覆うエッチングストッパ膜12として、CVD(Chemical Vapor Deposition)法により全面に窒化シリコン膜を厚さ約10nm程度に形成する。その後、エッチングストッパ膜12の上にCVD法により第1酸化シリコン膜13を厚さ約400nm程度に形成し、その第1酸化シリコン膜13とエッチングストッパ膜12とを第1層間絶縁膜14とする。
続いて、フォトリソグラフィにより第1層間絶縁膜14をパターニングして、各ソース/ドレイン領域5a、5bに至る深さの第1ホール14aを形成する。そのパターニングは、第1酸化シリコン膜13に対するエッチングとエッチングストッパ膜12に対するエッチングの2ステップのエッチングにより行われ、第1酸化シリコン膜13に対するエッチングではエッチングストッパ膜12によりエッチングが停止される。
次いで、スパッタ法により全面にグルー膜としてTi(チタン)膜とTiN(窒化チタン)膜とをこの順に形成した後、CVD法によりこのグルー膜の上にW(タングステン)膜を形成し、そのW膜により第1ホール14aを完全に埋め込む。そして、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法を用いて、第1絶縁膜14の上面に形成された余分なグルー膜とW膜とを除去し、これらの膜を第1ホール14a内のみに第1導電性プラグ16として残す。
その後、図1(c)に示すように、第1層間絶縁膜14と第1導電性プラグ16のそれぞれの上面に、SiLK(ダウ・ケミカル・カンパニー製)等の塗布型低誘電率絶縁膜用の塗布液をスピンコートし、それを加熱して硬化させることにより、誘電率が約2.8と低い第1低誘電率絶縁膜18を厚さ約200nmに形成する。なお、本実施形態における低誘電率絶縁膜とは、酸化シリコン層の誘電率(約4)よりも低い誘電率の絶縁膜を指す。
更に、CVD法により、この第1低誘電率絶縁膜18の上に酸化シリコン膜を厚さ約50nmに形成し、それを第1カバー絶縁膜19とする。その第1カバー絶縁膜19は、第1低誘電率絶縁膜18からの脱ガスが上方に拡散するのを防ぐ役割を担い、また、第1低誘電率絶縁膜18と共に第2層間絶縁膜20を構成する。
次いで、フォトリソグラフィによりこの第2層間絶縁膜20をパターニングして第1配線溝20aを形成する。そして、その配線溝20aの内面と第2層間絶縁膜20の上面とに、スパッタ法によりバリアメタル層としてTa(タンタル)層を厚さ約15nmに形成し、更にその上にCu(銅)シード層をスパッタ法で厚さ約130nmに形成する。
次に、このCuシード層を給電層として使用しながら、Cuシード層の上に電解めっきにより銅めっき膜を形成し、その銅めっき膜により第1配線溝20a内を完全に埋め込む。その後に、第2層間絶縁膜20の上面に形成された余分なバリアメタル層、Cuシード層、及び銅めっき膜をCMP法で除去し、これらの膜を第1配線溝20a内にのみに第1銅配線21として残す。
続いて、図2(a)に示すように、第1銅配線21と第2層間絶縁膜20のそれぞれの上面に、CVD法により第2酸化シリコン膜22を厚さ約500nmに形成する。そして、この第2酸化シリコン膜22の上に、SiLK等の塗布型低誘電率絶縁膜用の塗布液をスピンコートし、それを加熱して硬化させることにより、厚さ約200nm程度の第2低誘電率絶縁膜23とする。その後に、第2低誘電率絶縁膜23の上にCVD法により酸化シリコン膜を厚さ約100nmに形成し、それを第2カバー絶縁膜24とする。この第2カバー絶縁膜24は、その下の第2低誘電率絶縁膜23からの脱ガスが上方に拡散するのを防止する機能を有し、第2低誘電率絶縁膜23と第2酸化シリコン膜22と共に第3層間絶縁膜25を構成する。
そして、その第3層間絶縁膜25の上にフォトレジストを塗布し、それを露光、現像することにより、ホール形状の第1窓26aを備えた第1レジストパターン26を形成する。その後、第1レジストパターン26の第1窓26aを通じて第3層間絶縁膜25をエッチングすることにより、第1銅配線21に至る深さの第2ホール25aを形成する。このエッチングにおけるエッチングガスは特に限定されないが、本実施形態ではCF4、C4F8、O2、及びArの混合ガスがそのエッチングガスとして使用される。
その後に、酸素アッシングによりこの第1レジストパターン26を除去する。
次に、図2(b)に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。
まず、全面にフォトレジストを塗布し、それを露光、現像することにより、配線溝形状の第2窓28aを第2ホール25aの上に備えた第2レジストパターン28を形成する。そして、CF4、C4F8、O2、及びArの混合ガスをエッチングガスとして使用し、第2窓28aを通じて第2カバー絶縁膜24と第2低誘電率絶縁膜23とを選択的にエッチングすることにより、第2ホール25aに繋がる第2配線溝25bを形成する。
この後に、第2レジストパターン28は除去される。
次に、図3(a)に示すように、第1銅配線21を形成したのと同じプロセスを用いて、第2ホール25aと第2配線溝25bの中に第2銅配線30を形成する。その第2配線30のうち、第2ホール25a内に形成された部分は、第1銅配線21と電気的に接続される銅プラグ30aとして機能する。
次いで、図3(b)に示すように、第2層間絶縁膜25の上に第3層間絶縁膜35を形成する。その第3層間絶縁膜35は、第2層間絶縁膜25と同じプロセスによって形成され、第3酸化シリコン膜32及び第3カバー絶縁膜34と、SiLK等の第3低誘電率絶縁膜33とで構成される。なお、第3カバー絶縁膜34は、第1、第2カバー絶縁膜19、24と同様に酸化シリコン膜よりなる。
更に、第1、第2銅配線21、30と同じプロセスにより、上記の第3層間絶縁膜35に第3銅配線36を埋め込む。
その後、気化されたTEOSを反応ガスとするプラズマCVD法により酸化シリコン膜を厚さ約300nmに形成し、それを第1絶縁膜37とする。
次いで、図4(a)に示すように、基板温度を約300℃とするスパッタ法を用いて、第1絶縁膜37の全面にAl(アルミニウム)膜等の金属膜を厚さ約200nmに形成し、それを遮蔽膜38とする。なお、遮蔽膜38として金属膜を形成する場合、その金属膜はアルミニウム膜に限定されず、Al、Au、Ag、Pt、Cu、Mo、Ta、Ti、及びWのいずれか単体、又はこれらの合金で構成される金属膜を遮蔽膜38としてよい。なお、金属材料は上記材料に限定されたものではない。
次に、図4(b)に示すように、第2絶縁膜39として酸化シリコン膜を遮蔽膜38の上にプラズマCVD法により厚さ約300nmに形成する。そのプラズマCVD法では、反応ガスとして例えば気化されたTEOSが使用される。
続いて、図5(a)に示すように、シリコン基板1の温度を350℃程度に維持しながら、シランやジシランなどのシラン系のガスと水素との混合ガスを反応ガスとするCat-CVD(Catalytic CVD)法により、第2絶縁膜39の上にアモルファスシリコン膜を厚さ約50nmに形成し、それを非晶質半導体膜40とする。そのCat-CVD法では、加熱した触媒体に反応ガスを接触させて分解し、これにより生成された分解種を比較的低温(約350℃)に保持された基板に輸送して膜を形成する。そのため、耐熱性の弱い第1〜第3低誘電率絶縁膜18、23、33が熱によって劣化するのを防止できると共に、熱による銅結晶の再成長が第1〜弟3銅配線21、30、36で発生するのを防ぐことができ、上下の銅配線同士がショートする危険性を低減することができる。
但し、これにより非晶質半導体膜40の成膜方法が限定される訳ではなく、LPCVD(Low Pressure CVD)法、PECVD(Plasma Enhanced CVD)法、光CVD法、又は水銀増感を用いたCVD法により非晶質半導体膜40を形成してもよい。
更に、非晶質半導体膜40は、アモルファスシリコン膜に限定されず、シリコンとゲルマニウムの固溶体(SiGe)よりなる非晶質の膜、非晶質のゲルマニウム膜、又は非晶質の化合物半導体膜であってもよい。また、半導体膜は非晶質性の薄膜に限定されたものではなく、結晶性の微結晶粒、針結晶粒を含む半導体薄膜でも良い。
この後に、n型TFT(Thin Film Transistor)形成領域Iとp型TFT形成領域IIのそれぞれに、これらのTFTの閾値電圧を調節するための不純物をイオン注入する。そのイオン注入の条件は特に限定されないが、本実施形態では、基板温度を100℃以下、ドーズ量を2×1012cm-2とする。また、n形TFT形成領域Iに注入されるn型不純物としてはボロン(B)を採用し、p型TFT形成領域IIに注入されるp型不純物としてはリン(P)を採用する。
ところで、その非晶質半導体膜40には、後述のTFTのチャネルが形成されるが、アモルファスシリコンよりなる非晶質半導体40の移動度が極めて小さいため、このままでは上記のTFTの駆動能力が実用に供され得ない程に低くなってしまう。
そこで、次の工程では、図5(b)に示すように、レーザ等のエネルギービーム42を非晶質半導体膜40に照射することにより、非晶質半導体膜40を構成するアモルファスシリコンを溶融してポリシリコンに変換し、そのポリシリコンよりなる多結晶半導体膜41を形成する。
エネルギービーム42は特に限定されないが、本実施形態では、半導体励起固体パルスレーザの一種であるNd:YVO4レーザの第2高調波(波長:532nm)を使用し、そのレーザのエネルギ密度を約580mJ/cm2とする。このNd:YVO4レーザは、不安定性の指標となる光ノイズが10Hz〜2MHzの領域で0.1rms%よりも小さいと共に、出力の時間不安定性が+/−1%/hourであり、非常に安定した出力が得られる。
なお、レーザ光の波長は、非晶質半導体膜40がレーザ光を吸収して溶融する200〜1200nmの範囲にあれば特に限定されず、Nd:YVO4レーザの基本波(波長:1064nm)や第3高調波(波長:354nm)を利用してもよい。
また、レーザとしては、半導体励起固体レーザの他に、XeCl、ArF、及びKrF等のパルス発振気体レーザも採用し得る。更に、レーザ光の発振の仕方も限定されず、連続発振とパルス発振のいずれであってもよい。
なお、エネルギービーム42としては、レーザの他に、電子ビームもある。
ところで、このようなエネルギービーム42は、薄い非晶質半導体膜40を容易に通り抜けるので、遮蔽膜38が無い場合には、第3銅配線36や第3低誘電率絶縁膜33にダメージを与えかねない。
そこで、本願発明者は、遮蔽膜38を形成しない場合に、エネルギービームの照射によって配線がどのような影響を受けるのかについて調査した。図10は、この調査で使用されたサンプルのSEMによる断面像を元にして描いた図である。
そのサンプルは、シリコン基板1の上に第1酸化シリコン膜55、アルミニウム配線膜56、第2酸化シリコン膜57、及びアモルファスシリコン膜58をこの順に形成してなる。そして、エネルギービーム42として、本実施形態と同様のレーザを最上層のアモルファスシリコン膜58に照射して溶融した。
その結果、図10に示されるように、レーザ照射に伴う損傷56aがアルミニウム配線膜56に発生した。これにより、遮蔽膜38を形成しない場合は、レーザによって実際にアルミニウム配線がダメージを受けることが確認された。
これに対し、本実施形態では、第1絶縁膜37の全面に形成された遮蔽膜38によってエネルギービーム42が確実に反射又は吸収されるので、第3銅配線36や第3低誘電率絶縁膜33に直接エネルギービームが当たるのが防止され、これらの配線36や絶縁膜33が熱によって劣化するのを防ぐことが可能になる。
但し、遮蔽膜38によってエネルギービーム42が遮蔽されても、非晶質半導体膜40の膜厚が厚すぎると、非晶質半導体膜40の熱容量が大きくなり、エネルギービーム42の照射に伴う熱が非晶質半導体膜40にこもりやすくなる。こうなると、エネルギービーム42が直接照射されなくても、非晶質半導体膜40に蓄熱された熱によって第3銅配線36や第3低誘電率絶縁膜33がダメージを受ける恐れがある。
この点が懸念される場合は、非晶質半導体膜40の膜厚をなるべく薄く、例えば150nm以下、より好ましくは50nm程度に形成することにより、非晶質半導体膜40の熱容量を小さくするのが好ましい。これによれば、非晶質半導体膜40に熱が蓄熱され難くなるので、熱による第3銅配線36と第3低誘電率絶縁膜33の劣化を一層効果的に防止することが可能になる。
また、このように非晶質半導体膜40の厚さを50nm程度にまで薄くすると、後で作製されるTFTのチャネルが多結晶半導体膜41の全ての深さに形成され、完全空乏型のTFTを得ることができる。
更に、上記のエネルギービーム42の照射の際、非晶質半導体膜40内に水素が多く含まれていると、エネルギービーム42によってその水素が膜内で膨張し、それにより多結晶半導体膜41の膜質が劣化する恐れがある。
このような不都合は、例えば、非晶質半導体膜40に対して窒素雰囲気中で予め熱処理を行い、その中に含まれる水素の濃度を十分に低濃度、例えば2atmic%以下にすることで解消される。その場合の熱処理条件としては、例えば、基板温度400℃、処理時間30分が採用される。
また、エネルギービーム42の走査の仕方も特に限定されないが、本実施形態では、図11に示すような装置を用いてビームを走査する。この装置では、シリコン基板1が載せられるステージ50が、ステッピングモータ等の駆動部53によって水平面内で移動可能であると共に、その駆動部53とレーザ発生装置等のエネルギービーム発生部51とが制御部52によって制御される。
そして、駆動部53は、エネルギービーム42として照射されるレーザのパルスと同期しており、1パルス毎にステージ50が所定の距離だけ移動し、最終的には非晶質半導体膜40の全面にエネルギービーム42が照射される。
その場合、エネルギービーム42として照射されるレーザの平面サイズは例えば30mm×0.5mmの矩形状に整形されており、レーザのパルス周波数は例えば3KHzである。このような照射条件を採用すると、ステージ50の平均の移動速度は約15mm/secとなる。
このように全面にエネルギービーム42を照射することにより、図6(a)に示すように、第2絶縁膜39の全面に多結晶半導体膜42が形成されることになる。
なお、このように非晶質半導体膜40の全面にエネルギービーム41を照射するのではなく、非晶質半導体膜40のうち後でTFTのチャネルとなる部分にのみエネルギービーム41を照射してもよい。
図13(a)は、上記によって形成された多結晶半導体膜41の平面写真であり、図13(b)は図13(a)を更に拡大したものである。これらの図に示されるように、多結晶半導体膜41は、粒径が約300nmのポリシリコンの結晶粒によって構成されている。
次いで、図6(b)に示すように、フォトリソグラフィを用いて、後で形成されるTFTのチャネルCを含む島状に多結晶半導体膜41をパターニングする。
次に、図7(a)に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。
まず、多結晶半導体膜41と第2絶縁膜39のそれぞれの上に、基板温度を約390℃に維持しながら、気化したTEOSを反応ガスとするプラズマCVD法により酸化シリコン膜を厚さ約30nmに形成する。なお、この酸化シリコン膜の成膜方法としては、LPCVD法やスパッタ法もある。
更に、基板温度を約200℃とするスパッタ法を採用して、酸化シリコン膜の上にアルミニウム膜を厚さ約300nmに形成する。その後に、このアルミニウム膜とその下の酸化シリコン膜とを同時にパターニングして、アルミニウムよりなる第1、第2ゲート電極44a、44bと酸化シリコン膜よりなる第1、第2ゲート絶縁膜43a、43bを形成する。
なお、第1、第2ゲート電極44a、44bの構成材料はアルミニウムに限定されず、アルミニウムに銅等を添加した合金、Al-Sc、及びAl-Nd合金によりこれらのゲート電極を構成してもよいし、Ti膜等の反射防止膜が形成された金属積層膜を第1、第2ゲート電極44a、44bとしてもよい。
更に、第1、第2ゲート絶縁膜43a、43bも酸化シリコン膜に限定されない。これらのゲート絶縁膜43a、43bとしては、酸化シリコン膜の他に、HfON膜やSiN膜、TaO2膜等の高誘電率膜、或いはこれらの絶縁膜の積層膜を採用してよい。
続いて、図7(b)に示すように、オフセット幅Wで第1ゲート電極44aを覆う第3レジストパターン46を多結晶半導体膜41の上に形成する。そして、この第3レジストパターン46をマスクにし、基板温度を100℃以下に保ちながら、n型TFT形成領域Iにおける多結晶半導体膜41にn型不純物のP(リン)を加速エネルギ10keV、ドーズ量2×1015cm-2でイオン注入する。これにより、n型TFT形成領域Iにおいて第3レジストパターン46で覆われていない部分の多結晶半導体膜41にn型ソース/ドレイン領域41aが形成されることになる
なお、第3レジストパターン46で覆われているp型TFT形成領域IIの多結晶半導体膜41には上記の不純物は注入されない。
この後に、第3レジストパターン46は除去される。
次いで、図8(a)に示すように、オフセット幅Wで第2ゲート電極44bを覆う第4レジストパターン47を多結晶半導体膜41の上に形成する。そして、この第4レジストパターン47をマスクにして、p型TFT形成領域IIにおける多結晶半導体膜41にp型不純物のボロン(B)をイオン注入することにより、第2ゲート電極44bの側方にp型ソース/ドレイン領域41bを形成する。なお、このイオン注入の条件は特に限定されないが、本実施形態では加速エネルギ10keV、ドーズ量2×1015cm-2、及び基板温度100℃を採用する。
このイオン注入を終了した後、第4レジストパターン47は除去される。
上記により形成された各ソース/ドレイン領域41a、41bは、第3、第4レジストパターン46、47のオフセットWと同じ幅だけ第1、第2ゲート電極44a、44bから隔てられることになる。そのオフセットWにより、これらのソース/ドレイン領域41a、41bへの電界集中を緩和することが可能となる。
次に、図8(b)に示すように、第1ゲート電極44aをマスクにしながら、n型不純物のリン(P)を多結晶半導体膜41にイオン注入することにより、n型ソース/ドレインエクステンション41cを第1ゲート電極44aと自己整合的に形成する。そして、これと同様にして、p型TFT形成領域IIにおける多結晶半導体膜41にp型不純物のボロン(B)をイオン注入することにより、p型ソース/ドレインエクステンション41dを第2ゲート電極44bと自己整合的に形成する。なお、このようなn型不純物とp型不純物の打ち分けは不図示のレジストパターンを用いて行われ、イオン注入を終了した後に酸素アッシングによりそのレジストパターンを除去する。
これらのソース/ドレインエクステンション41c、41dは、ソース/ドレイン領域41a、41bと共にLDD(Lightly Doped Drain)構造を構成する。但し、ソース/ドレイン領域41a、41bへの電界集中をより一層防止することが望まれる場合には、このソース/ドレインエクステンション41c、41dを省いてもよい。その場合、エクステンション41c、41dに相当する幅Wの多結晶半導体膜41はノンドープのままとなる。このように、幅Wのノンドープの多結晶シリコン膜41によりソース/ドレイン領域41c、41dがゲート電極44a、44bから隔てられた構造は、オフセットゲート構造と呼ばれる。
その後、図5(b)で説明したエネルギービーム42の照射を再度行い、各ソース/ドレイン領域41a、41b内の不純物を活性化させる。但し、そのエネルギービーム42のエネルギ密度は、図5(b)のようにアモルファスシリコンを溶融するほどに強い必要は無いので、図5(b)の工程におけるエネルギ密度の半分(約300mJ/cm2)でよい。
また、このエネルギービーム42の照射は、図11で説明したような装置を用いてシリコン基板1を移動させながら行われるため、各ソース/ドレイン領域41a、41bがエネルギービーム42によって加熱される時間は極短時間となる。そのため、上記の不純物の活性化の際に第3銅配線36や第3低誘電率絶縁膜33が過度に加熱されることは無い。
なお、このようなエネルギービームの照射に代えて、熱活性化、RTA(Rapid Thermal Anneal)、及びフラッシュ熱処理等によって不純物を活性化させてもよい。このうち、熱活性化は炉を用いて行われ、フラッシュ熱処理はランプの輻射熱により行われる。
次に、図9(a)に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。
まず、基板温度を350℃以下とするプラズマCVD法により全面に酸化シリコン膜を厚さ約300nmに形成し、それを第3絶縁膜48とする。そして、フォトリソグラフィによりこの第3絶縁膜48をパターニングして、各ソース/ドレイン領域41a、41bに至る深さの第1、第2コンタクトホール48a、48bを形成する。
続いて、スパッタ法により全面にTi膜、Al膜、及びTi膜の金属積層膜を形成し、それをパターニングすることにより、第1、第2コンタクトホール48a、48bを介して各ソース/ドレイン領域41a、41bと電気的に接続される電極49とする。その電極49の最下層にポリシリコンとの仕事関数の差が小さなTi膜を形成したことで、電極49から各ソース/ドレイン領域41a、41bにキャリアがスムーズに注入される。
その後に、N2やAr等の不活性ガス中に数%の水素を添加した雰囲気中において電極49に対してシンタリングを行い、電極49とソース/ドレイン領域41a、41bとのコンタクト抵抗を低減させる。
ここまでの工程により、n型TFT60とp型TFT61の基本構造が各領域I、IIに完成したことになる。本実施形態では、これらのTFT60、61を構成する第1、第2ゲート電極44a、44bを同じ材料(アルミニウム)で構成したので、プロセスを簡略化して製造コストを低減することができる。
続いて、図9(b)に示すように、第1絶縁膜37、遮蔽膜38、第2絶縁膜39、第3絶縁膜48をパターニングすることにより、第3銅配線36に至る深さの第3ホール62を形成する。この後は、第3銅配線36と電気的に接続される導電性プラグをこの第3ホール62内に形成する工程に移るが、その詳細は省略する。
以上により、MOSトランジスタTRn、TRpの上方にTFT60、61を形成してなる積層型半導体装置の基本構造が完成した。MOSトランジスタTRn、TRpとTFT60、61のそれぞれの機能は限定されない。但し、MOSトランジスタTRn、TRpとTFT60、61とにそれぞれ別々の機能を持たせることにより、この積層型半導体装置をSOC(System on Chip)とするのが好ましい。その場合、MOSトランジスタTRn、TRpとTFT60、61とでは機能が異なるので、これら二種類のトランジスタ同士を電気的に接続する必要は無い。
また、金属膜で構成される遮蔽膜38は、他の素子に接続されず、電気的にフローティング状態となる。
以上説明した本実施形態によれば、図5(b)の工程でエネルギービーム41を非晶質半導体膜40に照射する前に、その非晶質半導体膜40の下方に予め遮蔽膜38を形成したので、第3低誘電率絶縁膜33や第3銅配線36がそのエネルギービーム41に直接曝されて加熱されることがない。これにより、耐熱性の低い第3低誘電率絶縁膜33が熱で劣化するのが防止されるので、絶縁膜33の低誘電率特性を維持しながら、非晶質半導体膜40を多結晶半導体膜41に変換し、TFT61、61(図9(a)参照)のチャネルの移動度を高めることが可能となる。
更に、第3銅配線36もエネルギービーム41によって直接的に加熱されないので、第3銅配線36中の銅結晶が熱によって針状に再成長し難くなり、針状の銅結晶がその下の第3酸化シリコン膜32を突き破って第2銅配線30に至るのを防止でき、第2、第3銅配線30、36間の絶縁性を良好に保つことが可能となる。また、断線を予防することも可能である。
上記のような利点は、第3低誘電率絶縁膜33と第3銅配線36だけでなく、その下の第1、第2低誘電率絶縁膜18、23、及び第1、第2銅配線21、30において得られる。
これらにより、本実施形態では、銅配線やその間の絶縁膜が熱的なダメージを受けるのを防止しながら、MOSトランジスタTRn、TRpとTFT60、61とを積層してなる積層型半導体装置を提供することが可能となる。
しかも、上記の遮蔽膜38は、積層型半導体装置の機械的な強度を強める補強膜としても機能するので、TFT60、61を形成する工程で発生する機械的ダメージが遮蔽膜38の下に伝わり難くなる。その結果、第1〜第3低誘電率絶縁膜18、23、33、第1〜第3銅配線21、30、36、及びMOSトランジスタTRn、TRpがプロセス中に受けるダメージが低減され、これらの膜やトランジスタに不具合が発生するのを防ぐことが可能となる。
図12(a)、(b)は、上記によって作成されたn、p型TFT60のデバイス性能を調査して得られたグラフである。但し、その調査では、TFT60のチャネルとなる多結晶シリコン膜41に、閾値電圧を調節するための不純物を注入していない。
図12(a)は、ドレイン電圧Vdが1.0Vと0.1Vの場合のゲート電圧とドレイン電流との関係を示すグラフであり、特に、ゲート幅を5μmとし、ゲート長を2μmとした場合のグラフである。ゲート酸化膜は30nmである。
一方、図12(b)は、ドレイン電圧とドレイン電流との関係を示すグラフであり、特にゲート絶縁膜43aの厚さを30nm、ゲート長を2μとした場合のグラフである。なお、この調査では、ゲート電圧(Vg)と閾値電圧(Vth)との差(Vg−Vth)を0.5Vずつ変えていった。
図12(a)、(b)から理解されるように、上記によって作成されたTFT60の特性に目立った不都合は無く、実用に供するのに十分な特性を持ったTFT60が得られた。
(2)第2実施形態
第1実施形態では、図4(a)の工程において、遮蔽膜38としてAl膜等の金属膜を形成した。これに対し、本実施形態では、以下のように遮蔽膜38として反射膜を形成する。
図14(a)、(b)は、本実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図である。なお、この図において、第1実施形態で説明した要素には第1実施形態と同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
最初に、図14(a)に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。
まず、第1実施形態に従って図3(b)の構造を得た後、図14(a)に示すように、プラズマCVD法により窒化膜(SiN膜)と酸化膜(SiO2膜)とをこの順に積層してなる反射膜を厚さ約50〜500nmに形成し、それを遮蔽膜38とする。なお、遮蔽膜38としてこのような積層膜よりなる反射膜を形成する場合、積層膜を構成する膜は窒化膜に限定されず、酸窒化膜(SiON膜)等の窒素含有絶縁膜を反射膜として形成してもよい。
次いで、図14(b)に示すように、プラズマCVD法により、遮蔽膜38よりも屈折率の低い酸化シリコン膜を約300nmの厚さに形成し、それを第2絶縁膜39とする。なお、第2絶縁膜39は、遮蔽膜38を構成する積層膜のそれぞれの膜よりも屈折率が低い膜であれば酸化シリコン膜に限定されるものではなく、炭素含有酸化シリコン膜(SiOC膜)であってもよい。
その後は、第1実施形態で説明した図5(a)、(b)の工程を行うことにより、非晶質半導体膜40にエネルギービーム41を照射して、TFTのチャネルに使用できる程度に良質な多結晶半導体膜41に非晶質半導体膜40を変換する。
このとき、遮蔽膜38と第2絶縁膜39は、遮蔽膜38の方が屈折率が高いため、屈折率の大小関係が逆の場合と比較して遮蔽膜38の反射率が高くなる。そのため、エネルギービーム41としてレーザ等の光を使用する場合には、遮蔽膜38の表面で大部分のエネルギービームが反射されるので、その下の第3銅配線36や第3低誘電率絶縁膜33にエネルギービーム41が直接照射されない。従って、これら第3銅配線36や第3低誘電率絶縁膜33がエネルギービーム41によって直接的に加熱されず、第3銅配線36の銅結晶の再成長や、第3低誘電率絶縁膜33の低誘電率特性が劣化する等の不都合を回避することが可能となる。
この後は、第1実施形態で説明した図6〜図9の工程を行うことにより、図9(b)に示したようなMOSトランジスタTRn、TRpとTFT60、61とを積層してなる積層型半導体装置を完成させる。
図15(a)は、上記のように遮蔽膜38として反射膜を形成した場合の効果を確認するために使用したサンプルのSEM像を元にして描いた平面図であり、図15(b)はその断面像である。
そのサンプルは、図15(b)の断面像に示されるように、半導体基板1の上に第1二酸化シリコン膜82、アルミニウム配線膜83、第2二酸化シリコン膜84、窒化シリコン膜と酸化膜の積層構造からなる反射膜85、第3二酸化シリコン膜86、ポリシリコン膜87をこの順に形成してなる。そして、これらの膜のうち、窒化シリコン膜と酸化膜の積層構造からなる膜85が反射膜として機能し、本実施形態の遮蔽膜38に相当する。
そのサンプルの最上層に形成されたポリシリコン膜87は、アモルファスシリコン膜をレーザで溶融して得られたものであるが、その下方にあるアルミニウム配線膜83には配線欠陥が発生していない。このことから、遮蔽膜に相当する窒化シリコン膜85が、レーザを反射してアルミニウム配線膜83にレーザが直接照射されるのを防いでいることが理解される。
(3)第3実施形態
既述の第1実施形態では、LDD構造やオフセットゲート構造のTFT60、61を作製した。これに対し、本実施形態では、GOLD(Gate Overlap Lightly Doped drain)構造のTFTを作製する。
図16〜図18は、本実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図である。なお、これらの図において、第1実施形態で説明した要素には第1実施形態と同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
最初に、図16(a)に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。
まず、第1実施形態で説明した図1(a)〜図6(b)の工程を行った後、気化したTEOSを反応ガスとするプラズマCVD法により酸化シリコン膜を全面に厚さ約30nmに形成し、それをゲート絶縁膜70とする。そして、基板温度を約200℃とするスパッタ法を採用して、このゲート絶縁膜70の上にゲート電極用導電膜71としてアルミニウム膜を厚さ約300nmに形成する。
次に、図16(b)に示すように、ゲート電極用導電膜71の上に第5レジストパターン72を形成する。そして、この第5レジストパターン72をマスクにしてゲート電極用導電膜71を途中の深さまでドライエッチングして、厚さが約10〜100nm程度の薄厚部71cをゲート用導電膜71に形成する。なお、第5レジストパターン72の下のゲート用導電膜71は、エッチングされずに元の厚さのままの第1、第2ゲート部71a、71bとなる。
この後に、第5レジストパターン72は除去される。
次に、図17(a)に示すように、第1ゲート部71aをマスクにし、薄厚部71cとゲート絶縁膜70とをスルー膜として使用しながら、n型TFT形成領域Iにおける多結晶半導体膜41にn型不純物のリン(P)をイオン注入する。これにより、n型TFT形成領域Iの多結晶半導体膜41には、第1ゲート部71aと自己整合的にn型ソース/ドレインエクステンション41cが形成される。
その後、これと同様の方法で、第2ゲート部71bをマスクにしてp型TFT形成領域IIの多結晶半導体膜41にp型不純物のボロン(B)をイオン注入し、第2ゲート部71bと自己整合的にp型ソース/ドレインエクステンション41dを形成する。
なお、これらのソース/ドレインエクステンション41c、41dの不純物の打ち分けは不図示のレジストパターンを用いて行われ、上記のイオン注入が終了した後にそのレジストパターンは除去される。
続いて、図17(b)に示すように、CVD法により全面に酸化シリコン膜を厚さ約300nmに形成し、それをサイドウォール用絶縁膜74とする。
次に、図18(a)に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。
まず、サイドウォール用絶縁膜74をエッチバックし、それを第1、第2ゲート部71a、71bの横に絶縁性サイドウォール74aとして残す。そして、このエッチバックを更に進めることにより、絶縁性サイドウォール74aで覆われていない部分の薄厚部71cとゲート絶縁膜70とをエッチングする。これにより、n型TFT形成領域Iには、第1ゲート部71aと薄厚部71cとで構成される第1ゲート電極71dが形成される。そして、p型TFT形成領域IIには、第2ゲート部71bと薄厚部71cとで構成される第2ゲート電極71eが形成される。
その後に、第1ゲート電極71dと絶縁性サイドウォール74aとをマスクとするイオン注入により、例えば加速エネルギ10keV、ドーズ量2×1015cm-2の条件でn型ソース/ドレインエクステンション41cにPを注入し、n型ソース/ドレイン領域41aを形成する。
そして、これと同様の条件を採用して、第2ゲート電極71eと絶縁性サイドウォール74aとをマスクにしながら、p型ソース/ドレインエクステンション41dにボロン(B)を注入し、p型ソース/ドレイン領域41bを形成する。
次に、図18(b)に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。
まず、CVD法により第4絶縁膜77として酸化シリコン膜を全面に厚さ約300nmに形成する。
そして、フォトリソグラフィによりこの第4絶縁膜77をパターニングして、各ソース/ドレイン領域41a、41bに至る深さの第1、第2コンタクトホール77a、77bを形成する。
続いて、スパッタ法により全面にTi膜、Al膜、及びTi膜の金属積層膜を形成し、それをパターニングすることにより、第1、第2コンタクトホール77a、77bを介して各ソース/ドレイン領域41a、41bと電気的に接続される電極78とする。
その後に、N2やAr等の不活性ガス中に数%の水素を添加した雰囲気中において電極78に対してシンタリングを行い、電極78とソース/ドレイン領域41a、41bとのコンタクト抵抗を低減させる。
ここまでの工程により、n型TFT80とp型TFT81の基本構造が各領域I、IIに完成したことになる。
これらのTFT80、81は、第1、第2ゲート電極71d、71eの薄厚部71cがソース/ドレインエクステンション41c、41dと絶縁性サイドウォール74aの幅WだけオーバーラップしたGOLD構造となる。そのGOLD構造によれば、ソース/ドレインエクステンション41c、41dのキャリア濃度が第1、第2ゲート電極71d、71eによって制御できるので、各エクステンション41c、41dの不純物濃度を低くすることが可能となる。このような不純物濃度の低減により、ソース/ドレイン領域41a、41bへの電界集中の緩和をより効果的に行うことができると共に、短チャネル効果やパンチスルーをも抑制することができる。
この後は、第1絶縁膜37、遮蔽膜38、第2絶縁膜39、第4絶縁膜77をパターニングすることにより、第3銅配線36に至る深さのホールを形成し、第3銅配線36と電気的に接続される導電性プラグをそのホール内に形成するが、その詳細は省略する。
以上により、MOSトランジスタTRn、TRpの上方にGOLD構造のTFT80、81を形成してなる積層型半導体装置の基本構造が完成したことになる。
上記した本実施形態によれば、第1実施形態と同様に、多結晶半導体膜41の下方に遮蔽膜38を形成した。そのため、図5(b)の工程でエネルギービーム42の照射により多結晶半導体膜41を形成する際、遮蔽膜38によりエネルギービーム42が遮られるので、エネルギービームによって第3銅配線36や第3低誘電率絶縁膜33が直接加熱されるのが防止される。その結果、第1実施形態で説明したように、第3低誘電率膜33が熱で劣化するのを防ぎ、且つ第3銅配線36の銅結晶が熱により再成長するのを防ぎながら、MOSトランジスタとTFTとが積層された積層型半導体装置を得ることが可能となる。
更に、本実施形態では、そのTFT80、81としてGOLD構造のものを採用したので、ソース/ドレイン領域41a、41bへの電界集中が効果的に緩和されると共に、短チャネル効果とパンチスルーも抑制することができる。
以下に、本発明の特徴を付記する。
(付記1) 半導体基板と、
前記半導体基板の上に順に形成された層間絶縁膜、配線、及び第1絶縁膜と、
前記第1絶縁膜の上に形成された遮蔽膜と、
前記遮蔽膜の上に形成された第2絶縁膜と、
前記第2絶縁膜の上に形成され、多結晶半導体膜をチャネルとする薄膜トランジスタと、
を有することを特徴とする半導体装置。
(付記2) 前記遮蔽膜は、エネルギービームを反射又は減衰する機能を有することを特徴とする付記1に記載の半導体装置。
(付記3) 前記遮蔽膜は金属膜であることを特徴とする付記1に記載の半導体装置。
(付記4) 前記金属膜は電気的にフローティング状態であることを特徴とする付記1に記載の半導体装置。
(付記5) 前記遮蔽膜は反射膜であることを特徴とする付記1に記載の半導体装置。
(付記6) 前記反射膜の屈折率が、前記第2絶縁膜の屈折率よりも高いことを特徴とする付記5に記載の半導体装置。
(付記7) 前記反射膜は窒素含有絶縁膜であり、前記第2絶縁膜は酸化シリコン膜であることを特徴とする付記5に記載の半導体装置。
(付記8) 前記半導体基板の上にMOSトランジスタが形成され、該MOSトランジスタの上に前記層間絶縁膜が形成されたことを特徴とする付記1に記載の半導体装置。
(付記9) 半導体基板の上に、層間絶縁膜、配線、及び第1絶縁膜を順に形成する工程と、
前記第1絶縁膜の上に、エネルギービームを反射又は減衰する遮蔽膜を形成する工程と、
前記遮蔽膜の上に第2絶縁膜と非晶質半導体膜とを順に形成する工程と、
前記非晶質半導体膜にエネルギービームを照射することにより、少なくとも薄膜トランジスタのチャネルとなる部分の該非晶質半導体膜を溶融して多結晶半導体膜にする工程と、
前記チャネルを含む形状に前記多結晶半導体膜をパターニングする工程と、
前記パターニングの後、前記多結晶半導体膜上にゲート絶縁膜とゲート電極とを順に形成する工程と、
前記ゲート電極の横の前記多結晶半導体膜に不純物を導入してソース/ドレイン領域を形成し、該ソース/ドレイン領域、前記ゲート絶縁膜、及び前記ゲート電極で前記薄膜トランジスタを構成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記10) 前記遮蔽膜として金属膜を形成することを特徴とする付記9に記載の半導体装置の製造方法。
(付記11) 前記金属膜として、Al、Au、Ag、Pt、Cu、Mo、Ta、Ti、及びWのいずれか単体、又はこれらの合金で構成される膜を形成することを特徴とする付記10に記載の半導体装置の製造方法。
(付記12) 前記遮蔽膜として反射膜を形成することを特徴とする付記9に記載の半導体装置の製造方法。
(付記13) 前記反射膜として、前記第2絶縁膜よりも屈折率が高い膜を含む積層膜を形成することを特徴とする付記12に記載の半導体装置の製造方法。
(付記14) 前記反射膜として窒素含有絶縁膜と酸化膜からなる積層膜を形成し、前記第2絶縁膜として酸化シリコン膜を形成することを特徴とする付記13に記載の半導体装置の製造方法。
(付記15) 前記エネルギービームを照射する工程は、前記遮蔽膜が前記第1絶縁膜の全面に形成されている状態で行われることを特徴とする付記9に記載の半導体装置の製造方法。
(付記16) 前記エネルギービームとしてレーザを使用することを特徴とする付記9に記載の半導体装置の製造方法。
(付記17) 前記エネルギービームとして電子ビームを使用することを特徴とする付記9に記載の半導体装置の製造方法。
(付記18) 前記エネルギービームを照射する工程の前に、前記非晶質半導体膜に対して熱処理を行い、該非非晶質半導体膜の中の水素濃度を低減させる工程を有することを特徴とする付記9に記載の半導体装置の製造方法。
(付記19) 前記非晶質半導体膜を150nm以下の厚さに形成することを特徴とする付記9に記載の半導体装置の製造方法。
(付記20) 前記エネルギービームを照射する工程は、前記非晶質半導体膜上で該エネルギービームを走査することによって行われることを特徴とする付記9に記載の半導体装置の製造方法。
(付記21) 前記ソース/ドレイン領域にエネルギービームを照射して該ソース/ドレイン領域中の前記不純物を活性化させる工程を有することを特徴とする付記9に記載の半導体装置の製造方法。
(付記22) 前記層間絶縁膜として、少なくとも低誘電率絶縁膜を有する積層絶縁膜を形成することを特徴とする付記9に記載の半導体装置の製造方法。
(付記23) 前記配線として銅配線を形成することを特徴とする付記9に記載の半導体装置の製造方法。
(付記24) 前記層間絶縁膜を形成する前に、前記半導体基板の上にMOSトランジスタを形成する工程を有することを特徴とする付記9に記載の半導体装置の製造方法。
(付記25) 前記薄膜トランジスタとして、LDD(Lightly Doped Drain)構造、オフセットゲート構造、及びGOLD(Gate Overlap Lightly Doped drain)構造のいずれかを備えたトランジスタを形成することを特徴とする付記9に記載の半導体装置の製造方法。
図1は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図(その1)である。 図2は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図(その2)である。 図3は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図(その3)である。 図4は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図(その4)である。 図5は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図(その5)である。 図6は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図(その6)である。 図7は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図(その7)である。 図8は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図(その8)である。 図9は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図(その9)である。 図10は、遮蔽膜を形成しない場合に、エネルギービームの照射によって配線が受ける影響を調査した際に使用したサンプルのSEM像を元にして描いた図である。 図11は、本発明の第1実施形態において、基板上でエネルギービームを走査するのに使用される装置の構成図である。 図12(a)、(b)は、本発明の第1実施形態で作製されたTFTのデバイス特性を調査して得られたグラフである。 図13(a)は、上記によって形成された多結晶半導体膜41の写真を元にして描いた図であり、図13(b)は図13(a)を更に拡大したものである。 図14(a)、(b)は、本発明の第2実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図である。 図15(a)は、本発明の第2実施形態において反射膜を形成した場合の効果を確認するために使用したサンプルのSEM像を元にして描いた平面図であり、図15(b)はその断面図である。 図16は、本発明の第3実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図(その1)である。 図17は、本発明の第3実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図(その2)である。 図18は、本発明の第3実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図(その3)である。
符号の説明
1…シリコン基板、2…pウエル、3…nウエル、4…素子分離絶縁膜、5a…n型ソース/ドレイン領域、5b…p型ソース/ドレイン領域、6a…n型ソース/ドレインエクステンション、6b…p型ソース/ドレインエクステンション、7…ゲート絶縁膜、8…絶縁性サイドウォール、9…ゲート電極、10…コバルトシリサイド層、12…エッチングストッパ膜、13…第1酸化シリコン膜、14…第1層間絶縁膜、14a…第1ホール、16…第1導電性プラグ、18…第1低誘電率絶縁膜、19…第1カバー絶縁膜、20…第2層間絶縁膜、20a…第1配線溝、21…第1銅配線、22…第2酸化シリコン膜、23…第2低誘電率絶縁膜、24…第2カバー絶縁膜、25…第3層間絶縁膜、25a…第2ホール、25b…第2配線溝、26…第1レジストパターン、26a…第1窓、28…第2レジストパターン、28a…第2窓、30…第2銅配線、30a…銅プラグ、32…第3酸化シリコン膜、33…第3低誘電率絶縁膜、34…第3カバー絶縁膜、35…第3層間絶縁膜、36…第3銅配線、37…第1絶縁膜、38…遮蔽膜、39…第2絶縁膜、40…非晶質半導体膜、41…多結晶半導体膜、41a…n型ソース/ドレイン領域、41b…p型ソース/ドレイン領域、41c…n型ソース/ドレインエクステンション、41d…p型ソース/ドレインエクステンション、42…エネルギービーム、43a、43b…第1、第2ゲート絶縁膜、44a、44b…第1、第2ゲート電極、46…第3レジストパターン、47…第4レジストパターン、48…第3絶縁膜、49…電極、50…ステージ、51…エネルギービーム発生部、52…制御部、53…駆動部、55…第1酸化シリコン膜、56…アルミニウム配線膜、57…第2酸化シリコン膜、58…アモルファスシリコン膜、60…n型TFT、61…p型TFT、62…第3ホール、70…ゲート絶縁膜、71…ゲート電極用導電膜、71a、71b…第1、第2ゲート部、71c…薄厚部、72…第5レジストパターン、74…サイドウォール用絶縁膜、74a…絶縁性サイドウォール、77…第4絶縁膜、78…電極、80…n型TFT、81…p型TFT、82…第1二酸化シリコン膜、83…アルミニウム配線膜、84…第2二酸化シリコン膜、85…反射膜、86…第3二酸化シリコン膜、87…ポリシリコン膜。

Claims (10)

  1. 半導体基板と、
    前記半導体基板の上に順に形成された層間絶縁膜、配線、及び第1絶縁膜と、
    前記第1絶縁膜の上に形成された遮蔽膜と、
    前記遮蔽膜の上に形成された第2絶縁膜と、
    前記第2絶縁膜の上に形成され、多結晶半導体膜をチャネルとする薄膜トランジスタと、
    を有することを特徴とする半導体装置。
  2. 前記遮蔽膜は金属膜であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  3. 前記遮蔽膜は反射膜であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  4. 半導体基板の上に、層間絶縁膜、配線、及び第1絶縁膜を順に形成する工程と、
    前記第1絶縁膜の上に、エネルギービームを反射又は減衰する遮蔽膜を形成する工程と、
    前記遮蔽膜の上に第2絶縁膜と非晶質半導体膜とを順に形成する工程と、
    前記非晶質半導体膜にエネルギービームを照射することにより、少なくとも薄膜トランジスタのチャネルとなる部分の該非晶質半導体膜を溶融して多結晶半導体膜にする工程と、
    前記チャネルを含む形状に前記多結晶半導体膜をパターニングする工程と、
    前記チャネルの上の前記多結晶半導体膜上にゲート絶縁膜とゲート電極とを順に形成する工程と、
    前記ゲート電極の横の前記多結晶半導体膜に不純物を導入してソース/ドレイン領域を形成し、該ソース/ドレイン領域、前記ゲート絶縁膜、及び前記ゲート電極で前記薄膜トランジスタを構成する工程と、
    を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  5. 前記遮蔽膜として金属膜を形成することを特徴とする請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
  6. 前記遮蔽膜として反射膜を形成することを特徴とする請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
  7. 前記反射膜として、前記第2絶縁膜よりも屈折率が高い膜を含む積層膜を形成することを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。
  8. 前記エネルギービームを照射する工程は、前記遮蔽膜が前記第1絶縁膜の全面に形成されている状態で行われることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
  9. 前記エネルギービームとしてレーザを使用することを特徴とする請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
  10. 前記エネルギービームとして電子ビームを使用することを特徴とする請求項4に記載の半導体装置の製造方法。



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