JP4190612B2 - 半導体装置の作製方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本明細書で開示する発明は、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする電極や配線を有する半導体装置およびその作製方法に関する。
【０００２】
なお、本明細書中では半導体特性を利用して機能しうる装置全てを半導体装置と呼ぶ。従って、上記特許請求の範囲に記載された半導体装置は、ＴＦＴ等の単体素子だけでなく、ＴＦＴで構成した半導体回路や電気光学装置およびそれらを部品として搭載した電気機器をも包含する。
【０００３】
【従来の技術】
最近、安価なガラス基板上に薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴと称する）を作製する技術が急速に発達している。その理由は、アクティブマトリクス型液晶表示装置の需要が高まったことにある。
【０００４】
アクティブマトリクス型液晶表示装置は、マトリクス状に配置された数百万個もの画素それぞれにＴＦＴ（画素ＴＦＴと称する）を配置し、各画素電極に出入りする電荷をＴＦＴのスイッチング機能により制御するものである。
【０００５】
また、この画素ＴＦＴを駆動するためのＴＦＴ（便宜上回路ＴＦＴと称する）を周辺駆動回路に組み込み、画素ＴＦＴが配置された表示用画素部と、回路ＴＦＴが配置された駆動回路部とを同一基板上に形成した集積化回路が考えられている。
【０００６】
即ち、このような集積化回路には、数百万個もの画素ＴＦＴと数百個以上の回路ＴＦＴから形成されている。このような構成においては、当然のことながら生産歩留りの低さが問題となる。
【０００７】
例えば、一個の画素ＴＦＴが動作しなければ、それに接続された画素電極は表示素子としての機能を失うことになる。これは、いわゆる点欠陥の原因となる。
例えば、ノーマリブラックの液晶表示装置であれば、白色表示した時に点欠陥が黒点として表示され、外観を非常に害してしまう。
【０００８】
また、回路ＴＦＴが動作しなければ、その回路ＴＦＴから駆動電圧を印加される画素ＴＦＴ全てがスイッチング素子として機能しなくなる。これは、いわゆる線欠陥の原因となり、液晶表示装置として致命的な障害となる。
【０００９】
従って、アクティブマトリクス型液晶表示装置は、数百万個ものＴＦＴが長期的に正常、かつ、安定した動作を維持しうるものでなくてはならない。
しかしながら、点欠陥や線欠陥を完全に排除するのは極めて困難であるのが現状である。
【００１０】
上記の点欠陥や線欠陥は、ＴＦＴの動作不要に主に起因するものである。ＴＦＴの動作不良の主な原因の１つに、コンタクト不良が挙げられる。
【００１１】
コンタクト不良とは、配線電極とＴＦＴの活性層（薄膜半導体層で構成される）やゲート電極との電気的な接続箇所（以後、コンタクトと呼ぶ）が、接続不良を起こした時に生ずる動作不良のことである。特に、プレーナー型ＴＦＴでは、配線電極とＴＦＴとは細い開孔（コンタクトホール）を介して電気的に接続されるため、コンタクト不良は重大な問題となっている。
【００１２】
コンタクト不良は半導体素子特性の早期劣化の主原因であり、大電流が流れる場合や高温動作において特に劣化が加速される。従って、コンタクトの信頼性が半導体素子の信頼性を決めるとまで言われている。
【００１３】
一般的に、アクティブマトリクス型液晶表示装置における画素表示領域の場合、ゲート電極はそのまま画素表示領域外へ引き出されるため、ＴＦＴの活性層とのコンタクトしか存在しない。
【００１４】
また、周辺駆動回路の場合は、数十万〜数百万個のコンタクトが存在する。特にゲート電極のコンタクトがあること、大電流動作に伴う温度上昇があることは、コンタクトに対して画素表示領域以上の信頼性が要求されることを意味する。
【００１５】
コンタクト不良の原因は、大別して３つを挙げられる。
その１つとしては、配線電極を形成する導電性膜と、ＴＦＴのソース／ドレインを形成する半導体膜とが、オーミック接合により接触していないことが挙げられる。
【００１６】
これは、接合面に絶縁性の被膜、例えば金属酸化物等が形成されたりすることによる。また、半導体膜表面近傍の状態（不純物濃度、欠陥準位密度、清浄度等）が、コンタクトの性能を大きく左右する。
【００１７】
第２の原因としては、配線電極を形成する導電性膜のカバレッジが悪く、コンタクトホール内で断線していることが挙げられる。
この場合、配線電極の成膜方法や成膜条件によって改善を図る必要がある。
【００１８】
また、第３の原因としては、コンタクトホールの断面形状等に起因する配線電極の断線が挙げられる。コンタクトホールの断面形状は、コンタクト部に覆われた絶縁物（ＳｉＮ、ＳｉＯ₂ 等）のエッチング条件に強く依存する。
【００１９】
特に、オーバーエッチングにより形成されるえぐれやブローホール（巣）はカバレッジを著しく悪化させるため重大な問題となっている。その例として、ゲート電極にえぐれが形成される様子を図８を用いて説明する。
【００２０】
図８に示されるのは、プレーナ型薄膜トランジスタのゲート電極と配線を接続させるためのコンタクトホール部分の拡大図である。
【００２１】
図８（Ａ）において、１１０１は陽極酸化可能な材料からなる金属材料、ここではＡｌ（アルミニウム）を主成分とする材料からなるゲート電極である。なお、ゲート電極１１０１の下はゲート絶縁膜や半導体層等が存在するが図の簡略化のため省略する。
【００２２】
１１０２はゲート電極１１０１を電解溶液中で陽極酸化することによって形成される陽極酸化膜（Ａｌ₂ Ｏ₃ を主成分とする）である。この陽極酸化膜１１０２は非常に緻密で強固な膜であり、加熱処理工程において加えられる熱からゲート電極１１０１を保護して、ヒロックやウィスカーの発生を抑制する役割をはたす。
【００２３】
ヒロックやウィスカーは、アルミニウムの異常成長に起因する針状あるいは刺状の突起物のことである。
【００２４】
さらにゲート電極１１０２の上には、１１０３で示される層間絶縁膜が成膜されている。この層間絶縁膜１１０３としては、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜などを用いることができる。
【００２５】
そして、図８（Ａ）に示すように層間絶縁膜１１０３をウェットエッチング法もしくはドライエッチング法によってエッチングして、コンタクトホール１１０４を形成する。
【００２６】
このコンタクトホール１１０４を形成するためには、まず珪化膜である層間絶縁膜１０３をエッチングし、次いで、陽極酸化膜１１０２をエッチングしなければならない。
【００２７】
しかし、陽極酸化膜１１０２は非常に緻密で強固な膜であるためエッチングに時間を要してしまう。そのため、等方性エッチングの際には横方向にもかなりエッチングが進行し、図８（Ｂ）に示されるようなえぐれ部分１１０５が形成されてしまう。
【００２８】
この状態で配線電極１１０６を形成した時の様子を図８（Ｃ）に示す。このような場合、図８（Ｃ）に示すように、えぐれ部分１１０５は配線電極１１０６で被覆することができず、断線を引き起こす原因となる。このような状態は往々にしてコンタクト不良の要因となる。
【００２９】
また、陽極酸化膜のエッチング終了時のオーバーエッチングが長いとゲート電極１１０１のエッチングが少しずつ進行してしまい、ブローホールが形成される場合もある。この場合もコンタクト不良の要因となる。
【００３０】
上記問題を避けるには、電極材料として他の金属材料やシリサイド材料等を用いればよいが、低抵抗性を有するというアルミニウムの特質を考えると、一概に、このような対策が得策とはいえない。
【００３１】
【発明が解決しようとする課題】
本明細書で開示する発明は、上記問題を解決してコンタクト不良による半導体装置の動作不良を低減することを課題とする。
【００３２】
特に電極としてアルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする材料を用いた場合に、コンタクト不良を排除する技術を提供することを課題とする。
【００３３】
そして、コンタクトの信頼性を改善することで、半導体装置を用いたデバイスや液晶表示装置の長期信頼性を改善することを課題とする。また、液晶表示装置の点欠陥や線欠陥を排除して、製造工程の歩留りの向上を課題とする。
【００３４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための本明細書で開示する半導体装置の構成の１つは、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする第１の材料層と、
前記第１の材料層上に形成され、開孔を有する絶縁層と、
前記絶縁層上にアルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする第２の材料層とを有する半導体装置であって、
前記第１の材料層と前記第２の材料層とが、前記開孔を通じて電気的に接続され、前記開孔に存在する前記第２の材料層の領域には、１２〜１５族に属する元素が他の領域と比較して高濃度に存在していることを特徴とする半導体装置である
。
【００３５】
上記第１の材料層および上記第２の材料層としては、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする材料（例えば、配線電極、引き出し配線等を形成する）が挙げられる。
【００３６】
本発明において、アルミニウムを主成分とする材料を用いる場合には、スカンジウム、シリコン、銅等を微量に含ませ配線材料の表面におけるヒロックやウィスカーの発生を抑制することが好ましい。
【００３７】
なお、上記第１の材料層および上記第２の材料層は、積層構造、または、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする材料で他の金属層（例えばチタン層）を挟み込む構造（Ａｌ／Ｔｉ／Ａｌ）であってもよい。勿論、他の金属材料として、タンタル、チタン、タングステン等の金属を用いることが可能である。
【００３８】
また、半導体装置の他の構成は、
半導体層と、
前記半導体層上に形成され、開孔を有する絶縁層と、
アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする材料層と、
を有する半導体装置であって、
前記半導体層と前記材料層とが、前記開孔を通じて電気的に接続され、
前記開孔に存在する前記材料層の領域には、１２〜１５族に属する元素が他の領域と比較して高濃度に存在していることを特徴とする半導体装置である。
【００３９】
上記半導体層としては、導電性を有する半導体材料（例えば、ＴＦＴのソース領域、ドレイン領域を形成する）が挙げられる。勿論、シリサイドも導電性を有する半導体材料に含まれる。
【００４０】
また、本発明の上記各半導体装置の作製方法の構成の一つは、
アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする第１の材料層を形成する工程と前記第１の材料層上に絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層に開孔を形成し、前記開孔の底部において、前記第１の材料層を露呈させる工程と、
アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする第２の材料層を形成する工程と、
前記第２の材料層と接して、１２〜１５族に属する元素を含む溶液を塗布し、前記元素を含む層を形成する工程と、
加熱処理を加え、前記第２の材料層を流動化させる工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００４１】
更に、本発明の上記各半導体装置の作製方法の他の構成は、
半導体層を形成する工程と、
前記半導体層上に絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層に開孔を形成し、前記開孔の底部において、前記半導体層を露呈させる工程と、
アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする材料層を形成する工程と、
前記材料層と接して、１２〜１５族に属する元素を含む溶液を塗布し、前記元素を含む層を形成する工程と、
加熱処理を加え、前記材料層を流動化させる工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００４２】
本発明は、特にアルミニウム（Ａｌ）またはアルミニウムを主成分とする配線材料に対して１２〜１５族に属する元素を添加することで配線材料の流動化する温度を下げ、加熱処理により前記配線材料を流動化させて、コンタクトホールに対するカバレッジを良好なものとする技術（リフロー技術と呼ぶ）である。
【００４３】
上記１２〜１５族に属する元素としては、特にゲルマニウム、スズ、ガリウム、亜鉛、インジウム、アンチモンから選ばれた一種または複数種類のものを用いる。なお、前記１２〜１５族（旧２Ｂ〜５Ｂ族）に属する元素というのは、元素表のＺｎから始まり、Ｂｉで終わる元素のことをいう。
【００４４】
本発明においては、溶媒（水、アルコール系溶媒等）を用いて、前記１２〜１５族に属する元素を含む溶液を作製し、その溶液を塗布し、乾燥させることで１２〜１５族に属する元素を含む層を形成することを特徴としている。
【００４５】
前記１２〜１５族に属する元素を含む溶液の代表的なものとしては、酸化ゲルマニウム、塩化ゲルマニウム、臭化ゲルマニウム、硫化ゲルマニウムまたは酢酸ゲルマニウムから選ばれた化合物の水溶液等が挙げられる。
【００４６】
また、本発明において、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする材料を用いる場合には、配線電極に流動性をもたらす工程（リフロー工程）の温度は、アルミニウムの耐熱性を考慮して450 ℃以下に抑えなくてはならない。
【００４７】
450 ℃以下の温度で配線電極に対して流動性をもたらす元素としては、前述の１２〜１５族に属する元素、例えば、ゲルマニウム、スズ、ガリウム、亜鉛、鉛、インジウム、アンチモン等が挙げられる。
【００４８】
上記の構成においては、コンタクトホール内に形成されたゲルマニウムを主成分とする溶液層およびアルミニウムを主成分とする薄膜でなる積層膜を、加熱処理を施すことで化合させて、いわゆる合金層を形成する。勿論、この合金層は450 ℃以下の温度のリフロー工程により容易に流動性を示す。この時の合金層中のゲルマニウム元素の濃度は、共晶点が存在するゲルマニウムの含有率が３０原子％であることを考えると、20〜40原子％の濃度であることが望ましい。
【００４９】
そして、リフロー工程で用いる加熱手段は電熱炉で加熱する手段、紫外光、赤外光等の強光を照射する手段のいずれによっても良い。例えば、強光を利用する加熱手段としてはＲＴＡ（ラピッド・サーマル・アニール）と呼ばれる技術が知られている。
【００５０】
なお、本明細書では、プレーナ型ＴＦＴの作製方法について説明するが、本発明はＴＦＴ構造に拘らず実施できる。即ち、ＴＦＴ構造は図１、図２に示す構造に限定されるものではなく、例えば逆スタガ型ＴＦＴやシリサイド構造を有するような構造であっても実施者の必要に応じて本発明を適用することは容易である。
【００５１】
【発明の実施の形態】
例えば、図２に示すような構成において、アルミニウムでなるゲート電極１０８に対して、アルミニウムでなる配線２１７をコンタクトさせる場合、図２（Ａ）に示すように、まず、絶縁膜を選択的にエッチングし、ゲートコンタクトホールを形成する。その後、図２（Ｂ）に示すように、アルミニウム膜２１５を形成し、その上にゲルマニウムを含む溶液を塗布し、乾燥させてゲルマニウム層２００を形成する。そして、加熱処理（リフロー工程）を行う。
【００５２】
上記リフロー工程によって、図２（Ｃ）に示すように、アルミニウムとゲルマニウムとでなる混合層２２０が形成される。この混合層２２０を形成することで、アルミニウムでなる配線の断線部（えぐれ部分等）が埋められて良好なコンタクトが形成される。
【００５３】
【実施例】
〔実施例１〕
本実施例は、薄膜トラジスタの作製工程に関するものであり、配線電極としてアルミニウムを主成分とする金属材料を用いてリフロー工程を施す例を示す。本実施例における薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の作製工程例を図１、図２に示す。
【００５４】
まず、図１（Ａ）に示すように、絶縁表面を有したガラス基板１０１を用意して、下地膜となる酸化窒化珪素（ＳｉＯ_x Ｎ_y で示される）１０２を200nm の厚さに成膜した。
【００５５】
基板としては、ガラス基板の他に石英基板、結晶化ガラス、セラミックス基板、シリコン基板などの耐熱性の高い材料を用いることができる。また多層構造を有する集積回路において、適当な絶縁膜を基体として用いることもできる。また、基板には必要に応じて下地膜を形成すると良い。なお、下地膜としては、酸化珪素膜や窒化珪素膜を用いることができる。
【００５６】
その上に、図示しない５０nmの厚さの非晶質珪素膜をプラズマＣＶＤ法や減圧熱ＣＶＤ法により形成し、適当な結晶化方法により結晶化させた。この結晶化は加熱によるものでも、レーザー光の照射によるものでもよい。また、結晶化の際に結晶化を助長する元素（例えばＮｉ）を添加する方法（代表的には、特願平８−３３５１５２号）でもよい。加えて、結晶化の際にゲルマニウムを添加する方法でもよい。
【００５７】
次に、前記非晶質珪素膜を結晶化して得られた結晶性珪素膜をパターニングして、活性層を構成する島状の半導体層１０３を形成した。
【００５８】
その上に、後にゲート絶縁膜として機能する酸化珪素膜１０４を150nm の厚さに形成した。この酸化珪素膜１０４の形成方法は、プラズマＣＶＤ法や減圧熱ＣＶＤ法によれば良い。なお、他にも酸化窒化珪素膜、窒化珪素膜を用いることができる。さらにこれらを組み合わせて積層構造としてもよい。
【００５９】
次に、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする材料からなる金属薄膜１０５を400nm の厚さに形成した。このアルミニウム膜１０５は、後にゲート電極１０８を構成するものである。勿論、アルミニウムの他に陽極酸化可能な材料、例えば、タンタル、ニオブ等を用いることも可能である。
【００６０】
次に、電解溶液中でアルミニウム膜１０５を陽極として、陽極酸化を行った。電解溶液としては、３％の酒石酸のエチレングリコール溶液をアンモニア水で中和して、ＰＨ＝６．９２に調整したものを使用した。また、白金を陰極として、化成電流５ｍＡ、到達電圧１０Ｖの条件で処理した。この結果、図示しない緻密な陽極酸化膜がアルミニウム膜１０５の表面に形成された。この緻密な膜質を有する陽極酸化膜の膜厚は、電圧印加時間を制御することで制御することができる。この緻密な陽極酸化膜は、次に形成されるフォトレジストとアルミニウム膜１０５との密着性を高める効果を奏するものである。（図１（Ａ））
【００６１】
こうして、図１（Ａ）の構成が得られたら、図示しないレジストマスクを配置し、アルミニウム膜１０５をパターニングした。そして、後にゲート電極１０８と陽極酸化膜１０６、１０７を構成する図示しないアルミニウムのパターンを形成した。
【００６２】
次に、２度目の陽極酸化を行い、多孔質状の陽極酸化膜１０６を形成した。電解溶液は３％のシュウ酸水溶液とし、上記のアルミニウムのパターンを陽極とし、白金を陰極として化成電流２〜３ｍＡ、到達電圧８Ｖとして処理した。この時陽極酸化は基板に対して平行な方向に進行する。これは図示しないレジストマスクが上面に存在し、そこでは陽極酸化が進行しないからである。ここでは、電圧印加時間を制御することで多孔質の陽極酸化膜１０６の長さを制御する。本実施例では、陽極酸化膜１０６の膜厚を0.7 μｍの長さとした。
【００６３】
さらに、専用の剥離液でレジストマスクを除去した後、３度目の陽極酸化を行い、図１（Ｂ）の状態を得た。この時、電解溶液は３％の酒石酸のエチレングリコール溶液をアンモニア水で中和して、ＰＨ＝６．９２に調整したものを使用した。そして、白金を陰極として化成電流５〜６ｍＡ、到達電圧１００Ｖとして処理した。この際形成される陽極酸化膜１０７は、非常に緻密、かつ、強固である。そのため、ド−ピング工程などの後工程で生ずるダメージや加熱工程の熱からゲート電極１０８を保護する効果を有する。この陽極酸化工程では、多孔質状の陽極酸化膜１０６中に電解溶液が侵入するので、陽極酸化膜１０７がアルミニウムパターンの周囲に形成された。図１（Ｂ）において、陽極酸化されずに残存したアルミニウムパターンが実質的なゲート電極１０８となる。
【００６４】
次いで、イオンドーピング法またはプラズマドーピング法により、島状の半導体層１０３に不純物を注入した。ここでば、Ｎチャネル型ＴＦＴを作製するために、不純物としてＰ（リン）を用いた。なお、Ｐチャネル型ＴＦＴを形成するのであれば、Ｂ（ボロン）を利用する。
【００６５】
まず、図１（Ｂ）の状態で１度目のイオンドーピングを行った。なお、Ｐ（リン）の注入は加速電圧６０〜９０ｋＶ、ドーズ量0.2 〜5 ×１０¹⁵原子／ｃｍ² で行う。本実施例では、加速電圧８０ｋＶ、ドーズ量１×１０¹⁵原子／ｃｍ² としてイオンドーピングを行った。すると、ゲート電極１０８、多孔質の陽極酸化膜１０６がマスクとなり、後にソース／ドレインとなる領域１０９、１１０が自己整合的に形成される。（図１（Ｃ）参照）
【００６６】
次に、図１（Ｃ）に示す様に、多孔質状の陽極酸化膜１０６を除去して、２度目のドーピングを行った。なお、２度目のＰ（リン）の注入は加速電圧６０〜９０ｋＶ、ドーズ量0.1 〜5 ×１０¹⁴原子／ｃｍ² で行う。本実施例では、加速電圧８０ｋＶ、ドーズ量１×１０¹⁴原子／ｃｍ² とした。すると、ゲート電極１０８がマスクとなり、ソース領域１０９、ドレイン領域１１０と比較して不純物濃度の低い、低濃度不純物領域１１１、１１２が自己整合的に形成される。
【００６７】
同時に、ゲート電極１０８の直下は不純物が全く注入されないため、ＴＦＴのチャネルとして機能する領域１１３が自己整合的に画定される。また、陽極酸化膜１０７の膜厚分だけゲート電圧の印加されないオフセット領域（図示せず）が形成される。
【００６８】
上記低濃度不純物領域１１２は、チャネル領域１１３とドレイン領域１１０との間に高電界が形成されることを抑制する効果をもつ。この領域は一般にＬＤＤ（ライトドープドレイン）領域と称されている。
【００６９】
次に、ＫｒＦエキシマレ−ザ−光の照射によるレーザーアニール及び熱アニ−ルを行う。本実施例では、レ−ザ−光のエネルギ−密度は250 〜300mJ/cm² とし、熱アニ−ルは300 〜450 ℃（１hr）で行った。このアニール工程により、イオンド−ピング工程で損傷を受けた、島状の半導体層１０３の結晶性を改善することができる。
【００７０】
次に、図１（Ｄ）に示すように、酸化窒化珪素膜からなる第１の層間絶縁膜１１４をプラズマＣＶＤ法により形成した。この層間絶縁膜１１４は、酸化珪素膜や窒化珪素膜でもよい。また、これらの絶縁膜の多層構造としてもよい。
【００７１】
次に、図２（Ａ）に示すように、ソース電極およびゲート電極とＴＦＴとを電気的に接続させるためのコンタクトホール（開孔）を形成する。本実施例では、このコンタクトホールの形成をバッファーフッ酸を用いたウェットエッチング法により行った。なお、このコンタクトホール（開孔）の形成は、ドライエッチング法を用いても良い。
【００７２】
この際、ソースコンタクト部とゲートコンタクト部の開孔を同時に形成した。即ち、半導体層に対するコンタクトホールの形成とゲート電極に対するコンタクトホールの形成を同時に行う。この手法は、パターニング回数を減らし、工程を簡略化する上で望ましい手段である。
【００７３】
まず、ソースコンタクト部では第１の層間絶縁膜１１４、ゲート絶縁膜１０４の順にエッチングされ、島状の半導体層１０３のソース領域１０９が露出される。この状態において、ゲートコンタクト部では陽極酸化膜１０７のエッチングレートが小さいためエッチングはまだ進行中である。
【００７４】
また、陽極酸化膜１０７をフッ酸系のエッチャントでエッチングすると、不均一にエッチングが進むためエッチャントが浸透した箇所からゲート電極１０８のエッチングも同時に進行してしまう。
【００７５】
従って、陽極酸化膜１０７のエッチングが終了した時点では、ソースコンタクトホール部ではオーバーエッチングが進み、ゲートコンタクトホール部ではゲート電極１０８が浸食されて、それぞれのコンタクトホール部には図２（Ａ）のようなえぐれ部分が形成されてしまう。
【００７６】
このような状態は、程度の問題とはいえ不可避的に発生してしまうものであり、コンタクト不良の大きな要因となっていた。
【００７７】
次に、前記コンタクトホール及び第１の層間絶縁膜を覆って、金属薄膜２１５をスパッタ法により400nm の厚さに成膜する。本実施例では金属薄膜２１５としてアルミニウムにスカンジウムを０．２ｗｔ％添加したアルミニウム膜を用いた。なお、スカンジウムを添加するのは、アルミニウムの異常成長に起因するヒロックやウィスカーの発生を抑制するためである。スカンジウムに代えて、シリコンや銅を添加したものを用いてもよい。
【００７８】
上記工程後の状態では、えぐれ部分やブローホールを完全には被覆しきれないため、コンタクトホール内で断線している可能性が高い。この時における、ゲート電極１０８上部に設けられたコンタクトホールのみに注目した様子を図３（Ａ）を用いて説明する。
【００７９】
図３はゲート電極１０８上に成膜した層間絶縁膜１１４に設けられたコンタクトホール３０１の断面形状を示しており、コンタクトホール３０１内部にはゲルマニウム層２００および金属薄膜２１５が成膜されている。即ち、図２（Ｂ）における、ゲート電極１０８上部のコンタクトホールの拡大断面図に相当する。
【００８０】
上記工程後の状態では、図３（Ａ）に示す様に金属薄膜２１５はコンタクトホール３０１の底部においてカバレッジ不良による断線を起こしている可能性が高い（３０２で示される円内）。
【００８１】
また、スパッタ法ではコンタクトホール３０１の側壁に厚い膜を形成しにくく、所望の膜厚よりも極端に薄くなっていることが多い（３０３で示される円内）。
【００８２】
また、コンタクトホール３０１の開口部入口では、成膜した金属薄膜２１５が迫り出し（３０４で示される円内）、場合によっては接触して開口部入口を塞いでしまい、コンタクトホール内部に巣（カスプ）を形成してしまうこともありうる。
【００８３】
そこで、本実施例では、金属膜２１５の成膜工程の次に、前記金属膜を覆って、ゲルマニウムを含む溶液を塗布し、ゲルマニウムを含む層を形成した後、リフロー工程を施すことを特徴としている。
【００８４】
その様な溶液としては酸化ゲルマニウム（ GeO_X 、代表的には GeO₂ ）、塩化ゲルマニウム（ GeCl₄）、臭化ゲルマニウム（ GeBr₄）、硫化ゲルマニウム（ GeS₂ ）、酢酸ゲルマニウム（Ge(CH₃CO₂)）の水溶液が挙げられる。
【００８５】
また、場合によっては溶媒としてエタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール系溶媒を用いても良い。
【００８６】
本実施例では、10〜100ppmの酸化ゲルマニウム水溶液を作製して金属膜２１５上に塗布し、スピン乾燥することで金属膜２１５上にゲルマニウムを含む層２００を形成した。なお、望ましくはスピン乾燥する際、酸素に触れさせることなく実施することが好ましい。
【００８７】
この際、コンタクトホール内部に、前記酸化ゲルマニウム水溶液が溜まりやすく、コンタクトホールの底部においてカバレッジ不良（３０２で示される円内）にも、ゲルマニウムを含む層２００を形成することができる。（図３（Ａ））
【００８８】
また、リフロー工程は、加熱により金属薄膜２１５を流動化させ、アルミニウムでなるゲート電極１０８とアルミニウムでなる金属薄膜２１５とのコンタクトを確実なものとするための工程である。このリフロー工程はアルミニウムでなるゲート電極１０８の耐熱性を考慮して、375 〜450 ℃の温度範囲で行う必要がある（本実施例では、陽極酸化膜１０７で保護されているため、通常より耐熱性が増している）。
【００８９】
本実施例では、電熱炉内において450 ℃、１時間の加熱処理を行った。その際、処理雰囲気は真空中、窒素等の不活性雰囲気中、水素雰囲気中とすれば良い。
【００９０】
この加熱処理により、まずゲルマニウム層２００と金属薄膜２１５との界面において反応が起こり、アルミニウムとスカンジウムとゲルマニウムを組成に持つ合金層２２０が形成される。
【００９１】
この反応はゲルマニウムおよびアルミニウムの拡散により徐々に進行し、ゲルマニウムを含有した組成を持つようになる。このため、400 ℃の温度で流動性を示すようになり、リフロー工程が進行する。
【００９２】
このリフロー工程により金属薄膜２１５とゲルマニウム層２００の界面付近は流動性を持ち、えぐれ部分やブローホールのすきまを断線することなく被覆していく。従って、金属薄膜２１５の断線箇所または接触不良の箇所はすべて短絡され、完全にゲート電極１０８（またはソース領域１０９）と電気的に接続させることができる。
【００９３】
リフロー工程終了後のコンタクトホールの拡大断面図を図３（Ｂ）に示す。リフロー工程によって一時的に流動性を持った金属薄膜２１５は、断線箇所または接触不良箇所を被覆してコンタクトホール内部を埋める。なお、コンタクトホール内部は、合金層２２０となり、コンタクトホール以外の領域では、図示しないが合金層２２０の下層に金属薄膜２１５が残存する。従って、コンタクトホール内部（特に、合金層２２０がコンタクトホールの側壁及び底部に接する領域）は、ゲルマニウム元素がコンタクトホール以外の領域と比較して高濃度に存在する。
【００９４】
なお、アルミニウムとゲルマニウムとの共晶点は最低で４２４℃であるが、上記のゲルマニウムの流動化は４００℃程度でも行わすことができる。しかし、このリフロー工程における加熱温度は３７５℃以上で行うことがその効果の再現性から好ましい。また、その上限は、アルミニウムの耐熱性を考慮して４５０℃以下とすることが好ましい。
【００９５】
以上の工程を経た後、合金層２２０をパターニングして、ソース電極２１６、ゲート電極２１７を形成する。なお、上記工程順序を適宜変更し、例えば、ソース電極２１６とゲート電極２１７を形成した後に、前記リフロー工程を実施する工程としてもよい。
【００９６】
次いで、第２の層間絶縁膜２１８を成膜する。本実施例では、まず図示しない窒化珪素膜または酸化窒化珪素膜でソース電極２１６およびゲート電極２１７を覆った。これは、樹脂材料を密着性よく成膜するための緩衝膜に相当する。
【００９７】
その上に第２の層間絶縁膜２１８として樹脂からなる材料を積層した。この樹脂材料は酸化珪素や窒化珪素に比較して低い比誘電率を有するものを選択できるので、後に形成される透明電極とＴＦＴとの間に形成される容量の影響を低減させることができる。
【００９８】
また、第２の層間絶縁膜２１８として用いた樹脂からなる材料は、デバイス上面を平坦化するのに優れているため、均一な電圧を透明電極から液晶（図示せず）に加えることができる。
【００９９】
最後に、ＩＴＯでなる透明電極２１９を形成して図２（Ｃ）に示すようなアクティブマトリクス型の液晶表示装置の画素領域に配置される薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を作製した。こうして、アクティブマトリクス基板が完成した。後は、公知のセル組み工程によって、対向基板との間に液晶層を挟持すれば、図６に示すようなＡＭＬＣＤが完成する。
【０１００】
本実施例の工程に従って作製されたＴＦＴはコンタクトホールの形状によらず良好なコンタクトを示すため、配線または電極の断線によるＴＦＴの動作不良といった問題の恐れがない。
【０１０１】
〔実施例２〕 本実施例では、実施例１において、ゲルマニウム層の形成方法として異なる手段を採用した場合の例について説明する。
【０１０２】
実施例１では、ゲルマニウムを含む溶液を金属膜上に直接塗布しているため、金属薄膜の表面に自然酸化膜が形成される恐れがある。特に、酸化アルミニウムは、後のリフロー工程において、流動化を阻害する可能性がある。そこで、本実施例では、望ましくは大気開放することなく、金属薄膜成膜後、連続してゲルマニウム薄膜を成膜した後、窒素雰囲気下でゲルマニウムを含む溶液をゲルマニウム薄膜上に塗布する。
【０１０３】
こうすることによって、後のリフロー工程で流動化を妨げる金属薄膜表面の自然酸化膜の形成を防止し、且つ、連続成膜では被覆しきれないコンタクトホールの底部におけるカバレッジ不良の箇所に、ゲルマニウムを含む溶液を存在させることができた。
【０１０４】
その後、リフロー工程を施し、ゲルマニウムとアルミニウムの合金層で断線箇所または接触不良箇所を被覆してコンタクトホール内部を埋める。こうしてコンタクトホール内部のゲルマニウム元素をコンタクトホール以外の領域と比較して高濃度に存在させた。
【０１０５】
以上のようにして合金層が得られたら、後は実施例１の工程に従って、アクティブマトリクス基板を完成させる。
【０１０６】
〔実施例３〕
上記実施例１、２では、トップゲイト型ＴＦＴの例を示したが、ボトムゲイト型ＴＦＴを用いた構成としてもよい。図４にボトムゲイト型ＴＦＴの構造の一例を示す。６０１は基板、６０２は下地膜、６０３はゲイト電極、６０４はゲイト絶縁膜、６０５はソース領域、６０６はドレイン領域、６０７はＬＤＤ領域、６０８はチャネル形成領域、６０９はチャネル保護膜、６１０は層間絶縁膜、６１１はソース電極、６１２はドレイン電極である。なお、前記ソース電極６１１、ドレイン電極６１２は、本願発明で開示したリフロ─工程を用いて実施例１、２と同様に作製する。
【０１０７】
〔実施例４〕 実施例１〜３に示した構成を含むアクティブマトリクス基板（素子形成側基板）を用いてＡＭＬＣＤを構成した場合の例について説明する。ここで本実施例のＡＭＬＣＤの外観を図６に示す。
【０１０８】
図６（Ａ）において、８０１はアクティブマトリクス基板であり、画素マトリクス回路８０２、ソース側駆動回路８０３、ゲート側駆動回路８０４が形成されている。駆動回路はＮ型ＴＦＴとＰ型ＴＦＴとを相補的に組み合わせたＣＭＯＳ回路で構成することが好ましい。また、８０５は対向基板である。
【０１０９】
図６（Ａ）に示すＡＭＬＣＤはアクティブマトリクス基板８０１と対向基板８０５とが端面を揃えて貼り合わされている。ただし、ある一部だけは対向基板８０５を取り除き、露出したアクティブマトリクス基板に対してＦＰＣ（フレキシブル・プリント・サーキット）８０６を接続してある。このＦＰＣ８０６によって外部信号を回路内部へと伝達する。
【０１１０】
また、ＦＰＣ８０６を取り付ける面を利用してＩＣチップ８０７、８０８が取り付けられている。これらのＩＣチップはビデオ信号の処理回路、タイミングパルス発生回路、γ補正回路、メモリ回路、演算回路など、様々な回路をシリコン基板上に形成して構成される。図６（Ａ）では２個取り付けられているが、１個でも良いし、さらに複数個であっても良い。
【０１１１】
また、図６（Ｂ）の様な構成もとりうる。図６（Ｂ）において図６（Ａ）と同一の部分は同じ符号を付してある。ここでは図６（Ａ）でＩＣチップが行っていた信号処理を、同一基板上にＴＦＴでもって形成されたロジック回路８０９によって行う例を示している。この場合、ロジック回路８０９も駆動回路８０３、８０４と同様にＣＭＯＳ回路を基本として構成される。
【０１１２】
また、本実施例のＡＭＬＣＤはブラックマスクをアクティブマトリクス基板に設ける構成（ＢＭ on ＴＦＴ）を採用するが、それに加えて対向側にブラックマスクを設ける構成とすることも可能である。
【０１１３】
また、カラーフィルターを用いてカラー表示を行っても良いし、ＥＣＢ（電界制御複屈折）モード、ＧＨ（ゲストホスト）モードなどで液晶を駆動し、カラーフィルターを用いない構成としても良い。
【０１１４】
〔実施例５〕
本願発明の構成は、ＡＭＬＣＤ以外にも他の様々な電気光学装置や半導体回路に適用することができる。
【０１１５】
ＡＭＬＣＤ以外の電気光学装置としてはＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置やイメージセンサ等を挙げることができる。
【０１１６】
また、半導体回路としては、ＩＣチップで構成されるマイクロプロセッサの様な演算処理回路、携帯機器の入出力信号を扱う高周波モジュール（ＭＭＩＣなど）が挙げられる。
【０１１７】
図５に示すのは、マイクロプロセッサの一例である。マイクロプロセッサは典型的にはＣＰＵコア１１、フラッシュメモリ１２（ＲＡＭでも良い）、クロックコントローラ１３、キャッシュメモリ１４、キャッシュコントローラ１５、シリアルインターフェース１６、Ｉ／Ｏポート１７等から構成される。
【０１１８】
勿論、図５に示すマイクロプロセッサは簡略化した一例であり、実際のマイクロプロセッサはその用途によって多種多様な回路設計が行われる。
【０１１９】
図５に示すマイクロプロセッサではＣＰＵコア１１、クロックコントローラ１３、キャッシュコントローラ１５、シリアルインターフェース１６、Ｉ／Ｏポート１７をＳＯＩ構造を有するＣＭＯＳ回路１８で構成している。そして、ＣＭＯＳ回路１８には本願発明で開示したリフロ─工程を用いた配線電極２０が設けられている。なお、図５に示すＣＭＯＳ回路１８の作製方法としては、ＳＩＭＯＸ基板を用いた方法や、ＥＬＴＲＡＮ法や、スマートカット法等を用いたＳＯＩ基板を用いる。本実施例では、ＳＩＭＯＸ基板を用い、シリコンゲート１９を形成して、ＣＭＯＳ回路１８を作製した。
【０１２０】
このように本発明は絶縁ゲート型トランジスタで構成される回路によって機能する全ての半導体装置に対して適用することが可能である。
【０１２１】
〔実施例６〕
実施例４に示したＡＭＬＣＤは、様々な電子機器のディスプレイとして利用される。なお、本実施例に挙げる電子機器とは、アクティブマトリクス型液晶表示装置を搭載した製品と定義する。
【０１２２】
その様な電子機器としては、ビデオカメラ、スチルカメラ、プロジェクター、プロジェクションＴＶ、ヘッドマウントディスプレイ、カーナビゲーション、パーソナルコンピュータ（ノート型を含む）、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話等）などが挙げられる。それらの一例を図７に示す。
【０１２３】
図７（Ａ）はモバイルコンピュータ（モービルコンピュータ）であり、本体２００１、カメラ部２００２、受像部２００３、操作スイッチ２００４、表示装置２００５で構成される。本願発明は受像部２００３、表示装置２００５等に適用できる。
【０１２４】
図７（Ｂ）はヘッドマウントディスプレイであり、本体２１０１、表示装置２１０２、バンド部２１０３で構成される。本発明は表示装置２１０２に適用することができる。
【０１２５】
図７（Ｃ）は携帯電話であり、本体２２０１、音声出力部２２０２、音声入力部２２０３、表示装置２２０４、操作スイッチ２２０５、アンテナ２２０６で構成される。本願発明は音声出力部２２０２、音声入力部２２０３、表示装置２２０４等に適用することができる。
【０１２６】
図７（Ｄ）はビデオカメラであり、本体２３０１、表示装置２３０２、音声入力部２３０３、操作スイッチ２３０４、バッテリー２３０５、受像部２３０６で構成される。本願発明は表示装置２３０２、音声入力部２３０３、受像部２３０６に適用することができる。
【０１２７】
図７（Ｅ）はリア型プロジェクターであり、本体２４０１、光源２４０２、表示装置２４０３、偏光ビームスプリッタ２４０４、リフレクター２４０５、２４０６、スクリーン２４０７で構成される。本発明は表示装置２４０３に適用することができる。
【０１２８】
図７（Ｆ）はフロント型プロジェクターであり、本体２５０１、光源２５０２、表示装置２５０３、光学系２５０４、スクリーン２５０５で構成される。本発明は表示装置２５０３に適用することができる。
【０１２９】
以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。また、他にも電光掲示盤、宣伝公告用ディスプレイなどにも活用することができる。
【０１３０】
【発明の効果】
アルミニウムを主成分とする配線電極にコンタクトを形成する際に、１２〜１５族に属する元素、代表的にはゲルマニウムやスズ等の元素を含む溶液を塗布し、リフロー工程を施すことにより、当該元素の作用によって確実なコンタクトを形成することができる。
【０１３１】
その結果、コンタクトホール内にえぐれ部分やブローホールが形成された場合においても良好なコンタクトをとることが可能となり、ＴＦＴの信頼性を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例１のＴＦＴの作製工程を示す図
【図２】 実施例１のＴＦＴの作製工程を示す図
【図３】 実施例１のＴＦＴの作製工程を示す図であり、リフロー工程の説明図。
【図４】 本願発明をボトムゲ─ト型ＴＦＴに適用した図（実施例３）
【図５】 本願発明を半導体回路に適用した図（実施例５）
【図６】 ＡＭＬＣＤ装置の構成を示す図
【図７】 応用製品としての半導体装置を示す図。
【図８】 従来例のコンタクトホールの拡大断面図を示す図
【符号の説明】
１０１ 基板
１０２ 下地膜
１０３ 島状の半導体層
１０４ ゲート絶縁膜
１０５ 金属薄膜
１０６ 多孔質の陽極酸化膜
１０７ 緻密な陽極酸化膜
１０８ ゲート電極
１０９ ソース領域
１１０ ドレイン領域
１１１ 低濃度不純物領域
１１２ 低濃度不純物領域
１１３ チャネル形成領域
１１４ 第１の層間絶縁膜
２００ １２〜１５族に属する元素でなる溶液層
２１５ 金属薄膜
２１６ ソース電極
２１７ ドレイン電極
２１８ 第２の層間絶縁膜
２１９ 透明電極
２２０ 合金層
３０１ コンタクトホール（開孔）

Claims (10)

1. アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする第１の金属膜を形成し、
   前記第１の金属膜上に層間絶縁膜を形成し、
   前記層間絶縁膜に開孔を形成し、前記開孔の底部において、前記第１の金属膜を露呈させ、
   前記開孔及び前記層間絶縁膜を覆って、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする第２の金属膜を形成し、
   前記第２の金属膜と接して、ゲルマニウム膜を成膜し、
   前記ゲルマニウム膜上に、ゲルマニウムを含む溶液を塗布し、前記ゲルマニウムを含む層を形成し、
   加熱処理を加え、前記第２の金属膜を流動化させることを特徴とする半導体装置の作製方法。
2. 半導体層を形成し、
   前記半導体層上にゲート絶縁膜を形成し、
   前記ゲート絶縁膜に開孔を形成し、前記開孔の底部において、前記半導体層を露呈させ、
   前記開孔及び前記ゲート絶縁膜を覆って、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする金属膜を形成し、
   前記金属膜と接して、ゲルマニウム膜を成膜し、
   前記ゲルマニウム膜上に、ゲルマニウムを含む溶液を塗布し、前記ゲルマニウムを含む層を形成し、
   加熱処理を加え、前記金属膜を流動化させることを特徴とする半導体装置の作製方法。
3. アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする第１の金属膜を形成し、
   前記第１の金属膜上に層間絶縁膜を形成し、
   前記層間絶縁膜に開孔を形成し、前記開孔の底部において、前記第１の金属膜を露呈させ、
   前記開孔及び前記層間絶縁膜を覆って、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする第２の金属膜を形成し、
   前記第２の金属膜と接して、ゲルマニウム膜を成膜し、
   前記ゲルマニウム膜上に、ゲルマニウムを含む溶液として酸化ゲルマニウム水溶液、塩化ゲルマニウム水溶液、臭化ゲルマニウム水溶液、硫化ゲルマニウム水溶液または酢酸ゲルマニウム水溶液を塗布し、
   加熱処理を加え、前記第２の金属膜を流動化させることを特徴とする半導体装置の作製方法。
4. 半導体層を形成し、
   前記半導体層上にゲート絶縁膜を形成し、
   前記ゲート絶縁膜に開孔を形成し、前記開孔の底部において、前記半導体層を露呈させ、
   前記開孔及び前記ゲート絶縁膜を覆って、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする金属膜を形成し、
   前記金属膜と接して、ゲルマニウム膜を成膜し、
   前記ゲルマニウム膜上に、ゲルマニウムを含む溶液として酸化ゲルマニウム水溶液、塩化ゲルマニウム水溶液、臭化ゲルマニウム水溶液、硫化ゲルマニウム水溶液または酢酸ゲルマニウム水溶液を塗布し、
   加熱処理を加え、前記金属膜を流動化させることを特徴とする半導体装置の作製方法。
5. アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする第１の金属膜を形成し、
   前記第１の金属膜上に層間絶縁膜を形成し、
   前記層間絶縁膜に開孔を形成し、前記開孔の底部において、前記第１の金属膜を露呈させ、
   前記開孔及び前記層間絶縁膜を覆って、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする第２の金属膜を形成し、
   前記第２の金属膜と接して、ゲルマニウム膜を成膜し、
   前記ゲルマニウム膜上に、ゲルマニウムを含む溶液として１０〜１００ｐｐｍの酸化ゲルマニウム水溶液を塗布し、スピン乾燥し、
   加熱処理を加え、前記第２の金属膜を流動化させることを特徴とする半導体装置の作製方法。
6. 請求項５において、
   前記スピン乾燥する際、酸素に触れさせることなく行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。
7. 半導体層を形成する工程と、
   前記半導体層上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
   前記ゲート絶縁膜に開孔を形成し、前記開孔の底部において、前記半導体層を露呈させ、
   前記開孔及び前記ゲート絶縁膜を覆って、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする金属膜を形成し、
   前記金属膜と接して、ゲルマニウム膜を成膜し、
   前記ゲルマニウム膜上に、ゲルマニウムを含む溶液として１０〜１００ｐｐｍの酸化ゲルマニウム水溶液を塗布し、スピン乾燥し、
   加熱処理を加え、前記金属膜を流動化させることを特徴とする半導体装置の作製方法。
8. 請求項７において、
   前記スピン乾燥する際、酸素に触れさせることなく行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。
9. 請求項１、請求項３、請求項５又は請求項６において、
   前記第２の金属膜成膜後、大気開放することなく、連続して前記ゲルマニウム膜を成膜し、
   窒素雰囲気下で、前記ゲルマニウム膜上に前記ゲルマニウムを含む溶液を塗布することを特徴とする半導体装置の作製方法。
10. 請求項２、請求項４、請求項７又は請求項８において、
    前記金属膜成膜後、大気開放することなく、連続して前記ゲルマニウム膜を成膜し、
    窒素雰囲気下で、前記ゲルマニウム膜上に前記ゲルマニウムを含む溶液を塗布することを特徴とする半導体装置の作製方法。

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