JP4482931B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体素子の製造方法、特に絶縁膜に効率良くコンタクトホールを形成する方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor element, and more particularly to a method for efficiently forming a contact hole in an insulating film.
従来、半導体装置の製造工程においては、半導体膜をゲート絶縁膜で被覆する工程、ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程、およびゲート絶縁膜とゲート電極とを保護絶縁膜で被覆する工程を行った後、保護絶縁膜およびゲート絶縁膜を貫通して半導体膜のソース/ドレイン領域に至るコンタクトホールを形成し、これらのコンタクトホール内にスパッタリング法などの成膜法によってアルミニウム、タングステン等の導電体を埋め込んで、ソース/ドレイン電極を形成する方法が広く用いられている。 Conventionally, in a manufacturing process of a semiconductor device, a step of covering a semiconductor film with a gate insulating film, a step of forming a gate electrode on the gate insulating film, and a step of covering the gate insulating film and the gate electrode with a protective insulating film After that, contact holes that penetrate the protective insulating film and the gate insulating film and reach the source / drain regions of the semiconductor film are formed, and conductive materials such as aluminum and tungsten are formed in these contact holes by a film forming method such as a sputtering method. A method of forming a source / drain electrode by embedding a body is widely used.
コンタクトホールは、例えば、酸化シリコン膜等の絶縁膜上に、コンタクトホールを形成すべき領域に開口を有するエッチングマスクを形成し、このマスクを介してエッチングを行うことによって形成することができる。 The contact hole can be formed, for example, by forming an etching mask having an opening in a region where the contact hole is to be formed on an insulating film such as a silicon oxide film and performing etching through this mask.
一方、特表2003−518755(特許文献1)には、有機半導体材料を用いた半導体装置の製造工程において、有機物からなる絶縁膜を形成した後、コンタクトホールを形成すべき位置に、その絶縁膜を溶解できる溶剤をインクジェットで局所的に供給して、絶縁膜に貫通孔を設ける方法が開示されている。
しかしながら、コンタクトホールを形成するために微細なパターンを有するエッチングマスクを形成する方法は、コストがかかり、工程が複雑でスループットを高くするのが困難な傾向がある。 However, a method of forming an etching mask having a fine pattern for forming a contact hole is expensive, tends to be complicated and difficult to increase the throughput.
また、上述した有機半導体に用いられる方法は、簡易な工程で絶縁膜に貫通孔を形成することができるが、酸化シリコン膜等の無機絶縁膜は溶剤で溶解することができず、この方法を使用することができない。 The method used for the organic semiconductor described above can form a through-hole in the insulating film with a simple process, but an inorganic insulating film such as a silicon oxide film cannot be dissolved with a solvent. Cannot be used.
そこで、本発明は、絶縁膜として酸化シリコン膜等の無機絶縁膜を用いる場合に、少ない工程で簡易にコンタクトホールを形成することができる半導体素子の製造方法を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor element, in which a contact hole can be easily formed with fewer steps when an inorganic insulating film such as a silicon oxide film is used as the insulating film.
上記課題を解決するために、本発明に係る半導体素子の製造方法は、第一の導電膜と、該第一の導電膜上に形成された絶縁膜と、該絶縁膜上に形成された第二の導電膜と、を含み、該第一の導電膜と該第二の導電膜とが、該絶縁膜に設けられたコンタクトホール内に形成された第三の導電膜によって電気的に接続されている半導体素子の製造方法であって、前記第一の導電膜上に、所定の処理によって前記絶縁膜に変換され、且つ所定の液体に溶解または分散可能である、前記絶縁膜の前駆体膜を形成する第一工程と、前記絶縁膜の前駆体膜における前記コンタクトホールを形成すべき位置に、前記所定の液体を供給し、前記絶縁膜の前駆体膜に前記コンタクトホールを形成する第二工程と、前記絶縁膜の前駆体膜を前記絶縁膜に変換する第三工程と、を含むことを特徴とする。 In order to solve the above problems, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a first conductive film, an insulating film formed on the first conductive film, and a first film formed on the insulating film. The first conductive film and the second conductive film are electrically connected by a third conductive film formed in a contact hole provided in the insulating film. A method of manufacturing a semiconductor element, wherein the insulating film precursor film is converted to the insulating film by a predetermined treatment on the first conductive film and can be dissolved or dispersed in a predetermined liquid. And a second step of supplying the predetermined liquid to a position where the contact hole is to be formed in the precursor film of the insulating film, and forming the contact hole in the precursor film of the insulating film. And a step of converting the precursor film of the insulating film into the insulating film Characterized in that it comprises a step.
上述したように、無機絶縁膜は、いったん形成されると、これを特定の溶剤等で溶解して貫通孔を形成するのは困難である。本発明に係る方法によれば、所定の液体で溶解または分散可能な絶縁膜の前駆体膜にコンタクトホールを形成するので、液体を局所的に供給するという簡易な方法によって貫通孔を形成することができる。そして、貫通孔が形成された後で、前駆体膜を所定の処理によって絶縁膜に変換すれば、無機絶縁膜にコンタクトホールが形成された構成を得ることができる。 As described above, once the inorganic insulating film is formed, it is difficult to form a through hole by dissolving it with a specific solvent or the like. According to the method of the present invention, since the contact hole is formed in the precursor film of the insulating film that can be dissolved or dispersed in a predetermined liquid, the through hole is formed by a simple method of locally supplying the liquid. Can do. If the precursor film is converted into an insulating film by a predetermined treatment after the through holes are formed, a configuration in which contact holes are formed in the inorganic insulating film can be obtained.
ここで、第一の導電膜および第二の導電膜は、導電性を有し、間に絶縁膜を介して形成されている限り特に限定されず、例えば半導体膜、金属配線等が挙げられるが、特に、第一の導電膜は、半導体膜に形成されたソース領域またはドレイン領域であることが好ましい。ソース領域またはドレイン領域に到達する貫通孔を形成すれば、ここに導電膜を形成して、ソース・ドレイン電極を容易に形成することができる。 Here, the first conductive film and the second conductive film are not particularly limited as long as the first conductive film and the second conductive film have conductivity and are formed with an insulating film interposed therebetween, and examples thereof include a semiconductor film and a metal wiring. In particular, the first conductive film is preferably a source region or a drain region formed in the semiconductor film. If a through hole reaching the source region or the drain region is formed, a conductive film can be formed here, and the source / drain electrodes can be easily formed.
また、本発明に係る半導体素子の製造方法では、前記第二工程の後、前記コンタクトホール内に、導電性材料を含む液体を供給し、前記第三の導電膜を形成する第四工程と、を含むことが望ましい。 Further, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, after the second step, a liquid containing a conductive material is supplied into the contact hole to form the third conductive film, It is desirable to include.
このような構成によれば、上記コンタクトホールと同様に液体の局所供給によってコンタクトホール内に第三の導電膜を形成することができる。コンタクトホールの形成と、第三の導電膜の形成とに、液体の供給という共通した手法を用いることによって、同一の装置等を使用して作業効率を高めることができる。導電性材料としては、例えば、導電性微粒子を用いることができ、導電性材料をコンタクトホール内に供給した後、必要に応じて焼成処理等を行って、導電性を高めてもよい。なお、第四工程において、絶縁膜表面にも導電性材料を含む液体を供給し、第二の導電膜と第三の導電膜を一体的に形成してもよい。 According to such a configuration, the third conductive film can be formed in the contact hole by local supply of liquid as in the case of the contact hole. By using a common method of supplying a liquid for forming the contact hole and the third conductive film, the working efficiency can be increased using the same apparatus or the like. As the conductive material, for example, conductive fine particles can be used. After the conductive material is supplied into the contact hole, the conductivity may be increased by performing a baking treatment or the like as necessary. Note that in the fourth step, a liquid containing a conductive material may be supplied also to the surface of the insulating film, and the second conductive film and the third conductive film may be formed integrally.
また、本発明に係る半導体素子の製造方法では、前記第二工程において、前記所定の液体に導電性材料を含有させ、所定の処理によって第三の導電膜に変換される第三の導電膜の前駆体膜を形成し、前記第二工程の後、前記第三の導電膜の前駆体膜を前記第三の導電膜に変換する第五工程と、を含むことも望ましい。 In the method of manufacturing a semiconductor element according to the present invention, in the second step, the third conductive film is made to contain a conductive material in the predetermined liquid and converted into a third conductive film by a predetermined process. It is also desirable to include a fifth step of forming a precursor film and, after the second step, converting the precursor film of the third conductive film into the third conductive film.
このような構成によれば、コンタクトホールの形成と、第三の導電膜の前駆体膜の形成とを同時に行うことができる。導電性材料としては例えば、導電性微粒子を用いるとよい。 According to such a configuration, the formation of the contact hole and the formation of the precursor film of the third conductive film can be performed simultaneously. For example, conductive fine particles may be used as the conductive material.
また、第二工程で行う所定の液体の供給は、インクジェット法によって行うことが望ましい。インクジェット法によれば、微小局所に一定量の溶液を正確に供給することが可能となり、微細な構造の半導体素子形成方法に適している。 Moreover, it is desirable to supply the predetermined liquid performed in the second step by an ink jet method. According to the ink jet method, it is possible to accurately supply a fixed amount of solution to a minute local area, which is suitable for a method for forming a semiconductor element having a fine structure.
また、絶縁膜の前駆体膜を絶縁膜に変換する処理や、第三の導電膜の前駆体膜を第三の導電膜に変換する処理としては、焼成工程または光照射工程を含むことが望ましい。これらの処理であれば、従来の半導体素子の製造に用いられた装置等を利用して、容易に絶縁膜や導電膜に変換することができる。 Moreover, it is desirable that the process of converting the precursor film of the insulating film into the insulating film or the process of converting the precursor film of the third conductive film into the third conductive film includes a baking process or a light irradiation process. . With these treatments, it can be easily converted into an insulating film or a conductive film using a device or the like used for manufacturing a conventional semiconductor element.
また、前記第二工程で供給する前記所定の液体は有機溶媒を含み、前記有機溶媒は前記絶縁膜の前駆体膜を溶解または分散させるものであることが好ましい。このような構成によれば、有機溶媒を局所に供給することによって容易に前駆体膜に貫通孔を形成することができる。 Further, it is preferable that the predetermined liquid supplied in the second step contains an organic solvent, and the organic solvent dissolves or disperses the precursor film of the insulating film. According to such a structure, a through-hole can be easily formed in a precursor film | membrane by supplying an organic solvent locally.
前記第二工程で供給する前記所定の液体は、高次シラン化合物を含み、前記高次シラン化合物は前記絶縁膜の前駆体を溶解または分散させるものであることが好ましい。シクロペンタシラン等の液状の高次シランは、そのままで、あるいはトルエンやキシレン等の有機溶剤に溶解または分散させて、無機絶縁膜の前駆体膜の局所に供給し、貫通孔を形成することができる。吐出された高次シランも、第三工程で絶縁膜に変換される。 The predetermined liquid supplied in the second step preferably contains a higher order silane compound, and the higher order silane compound dissolves or disperses the precursor of the insulating film. Liquid higher order silanes such as cyclopentasilane can be supplied as they are, or dissolved or dispersed in an organic solvent such as toluene or xylene, and supplied locally to the precursor film of the inorganic insulating film to form through holes. it can. The discharged higher order silane is also converted into an insulating film in the third step.
尚、有機溶媒や高次シランによって貫通孔を形成する絶縁膜の前駆体膜は、高次シランやポリシラザンによって形成することができる。高次シランやポリシラザンを、例えばトルエンやキシレン等の有機溶媒に溶解または分散させて、スピンコート法、ロールコート法、カーテンコート法、ディップコート法、スプレー法、液滴吐出法等の方法で基板に塗布し、乾燥させることによって、絶縁膜の前駆体膜を形成できる。高次シランは、溶媒に溶解させず、そのまま用いてもよい。 Note that the precursor film of the insulating film in which the through hole is formed by an organic solvent or higher order silane can be formed by higher order silane or polysilazane. Higher order silane or polysilazane is dissolved or dispersed in an organic solvent such as toluene or xylene, and the substrate is formed by a method such as spin coating, roll coating, curtain coating, dip coating, spraying, or droplet discharge. The precursor film of the insulating film can be formed by applying to and drying. The higher order silane may be used as it is without being dissolved in the solvent.
また、本発明は、上述した本発明に係る半導体素子の製造方法によって製造された半導体素子を備える電気光学装置、および該半導体素子を備える電子機器をも含む。 The present invention also includes an electro-optical device including a semiconductor element manufactured by the above-described method for manufacturing a semiconductor element according to the present invention, and an electronic apparatus including the semiconductor element.
ここで、電気光学装置とは、本発明に係る半導体素子を備えた電気的作用によって発光するあるいは外部からの光の状態を変化させる電気光学素子を備えた装置一般をいい、自ら発光するものと外部からの光の通過を制御するもの双方を含む。例えば、電気光学素子として、液晶素子、電気泳動粒子が分散した分散媒体を有する電気泳動素子、EL(エレクトロルミネッセンス)素子、電界の印加により発生した電子を発光板に当てて発光させる電子放出素子を備えたものをいう。 Here, the electro-optical device means a general device including an electro-optical element that emits light by an electrical action including the semiconductor element according to the present invention or changes the state of light from the outside, and emits light by itself. Includes both those that control the passage of light from the outside. For example, as an electro-optical element, a liquid crystal element, an electrophoretic element having a dispersion medium in which electrophoretic particles are dispersed, an EL (electroluminescence) element, and an electron-emitting element that emits light by applying electrons generated by applying an electric field to a light emitting plate Say what you have.
また、電子機器とは、本発明に係る半導体素子を備えた一定の機能を奏する機器一般をいい、例えば電気光学装置やメモリを備えて構成される。その構成に特に限定は無いが、例えばICカード、携帯電話、ビデオカメラ、パーソナルコンピュータ、ヘッドマウントディスプレイ、リア型またはフロント型のプロジェクター、さらに表示機能付きファックス装置、デジタルカメラのファインダ、携帯型TV、DSP装置、PDA、電子手帳、電光掲示板、宣伝広告用ディスプレイ等が含まれる。 An electronic device refers to a general device having a certain function provided with a semiconductor element according to the present invention, and includes, for example, an electro-optical device and a memory. The configuration is not particularly limited, but for example, an IC card, a mobile phone, a video camera, a personal computer, a head-mounted display, a rear-type or front-type projector, a fax machine with a display function, a digital camera finder, a portable TV, A DSP device, PDA, electronic notebook, electronic bulletin board, advertising display, etc. are included.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<第一の実施形態>
図1は、本発明に係る半導体素子の製造方法の第一の実施形態として、薄膜トランジスタ(TFT)の形成方法を示す説明図である。
<First embodiment>
FIG. 1 is an explanatory view showing a method of forming a thin film transistor (TFT) as a first embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
(チャネル領域の形成)
まず、図1(A)に示すように、ガラス等からなる基板10上にチャネル領域としてアモルファスシリコン膜12を形成する。本実施形態では、基板10に、高次シラン化合物をトルエンで希釈した溶液(濃度10%)を、窒素雰囲気中で例えばインクジェット法などを用いてヘッドのノズルから吐出した後、400℃で30分程度加熱(窒素雰囲気中)することによって、アモルファスシリコン膜12を得る。
(Formation of channel region)
First, as shown in FIG. 1A, an
なお、高次シラン化合物は、例えば、シクロペンタシランをガラス容器に入れ、スターラーで撹拌しながら紫外線を照射して重合することによって得ることができる。 The higher order silane compound can be obtained, for example, by putting cyclopentasilane in a glass container and polymerizing it by irradiating ultraviolet rays while stirring with a stirrer.
(ソース・ドレイン領域の形成)
次に、ソース・ドレイン領域を形成する。本実施形態では、黄燐を含む変性高次シラン化合物溶液をノズルから基板10、およびアモルファスシリコン膜12上に吐出供給し、加熱処理を行うことによって、ソース・ドレイン領域を形成する。
(Formation of source / drain regions)
Next, source / drain regions are formed. In this embodiment, the source / drain regions are formed by discharging and supplying a modified higher order silane compound solution containing yellow phosphorus onto the
ここで、ソース・ドレイン領域の位置は厳密に制御する必要があるため、ソース・ドレイン領域を形成すべき領域にのみ変性高次シラン化合物溶液が供給されるよう、その他の領域に予め撥液性単分子膜を形成しておく。このようなパターンの撥液性単分子膜は、まず、全面に単分子膜を形成し、その後不要な部分を除去することにより得ることができる。 Here, since it is necessary to strictly control the position of the source / drain region, the liquid repellent property is previously applied to other regions so that the modified higher order silane compound solution is supplied only to the region where the source / drain region is to be formed. A monomolecular film is formed. A liquid repellent monomolecular film having such a pattern can be obtained by first forming a monomolecular film on the entire surface and then removing unnecessary portions.
撥液性単分子膜は、例えば一端に撥液性の有機残基を有し、他端に基板表面に結合可能な官能基を有する化合物(例えば、YnSiX(4-n)[ここで、Yはアルキル基、フルオロアルキル基、ビニル基、アミノ基、フェニル基またはエポキシ基を示表し;Xはアルコキシル基またはハロゲンを表し;nは1〜3の整数を表す]で表されるシランカップリング剤等)を含む溶液を、基板10およびアモルファスシリコン膜12表面に接触させることによって形成することができる。
The liquid repellent monomolecular film is, for example, a compound having a liquid repellent organic residue at one end and a functional group capable of binding to the substrate surface at the other end (for example, Y n SiX (4-n) [where , Y represents an alkyl group, a fluoroalkyl group, a vinyl group, an amino group, a phenyl group or an epoxy group; X represents an alkoxyl group or a halogen; n represents an integer of 1 to 3] A solution containing a ring agent or the like can be formed by contacting the surface of the
次に、この撥液性単分子膜のうち、ソース・ドレイン領域を形成すべき領域に形成されたものを除去する。この工程は、例えば、撥液性単分子膜を除去したい領域に開口を有するマスクを介して紫外線を照射することによって行うことができる。こうして必要な領域に撥液性単分子膜が形成された様子を図1(B)に示す。 Next, the liquid repellent monomolecular film formed in the region where the source / drain region is to be formed is removed. This step can be performed, for example, by irradiating ultraviolet rays through a mask having an opening in a region where the liquid repellent monomolecular film is to be removed. FIG. 1B shows a state in which a liquid repellent monomolecular film is formed in a necessary region in this way.
続いて、同図(C)に示すように、黄燐を含む変性高次シラン化合物溶液を窒素雰囲気中でノズルから基板10、およびアモルファスシリコン膜12上に吐出供給し、400℃で30分加熱焼成する(窒素雰囲気中)。この加熱によって基板上に残っている撥液性単分子膜は分解して除去される。こうして、ソース・ドレイン領域として、リンでドープされたアモルファスシリコン膜16を得る。ここで、黄燐を含む変性高次シラン化合物溶液は、例えば、シクロペンタシランに黄燐を1重量%添加して溶解させ、その後紫外線を照射して重合させてから、トルエンで希釈(濃度10%)することによって得ることができる。
Subsequently, as shown in FIG. 5C, a modified higher order silane compound solution containing yellow phosphorus is discharged and supplied from the nozzle onto the
(結晶化)
続いて、ソース・ドレイン領域となるリンでドープされたアモルファスシリコン膜16、およびチャネル領域となるアモルファスシリコン膜12を結晶化させる。結晶化は、たとえば、基板全面にエキシマレーザを照射し、アモルファスシリコン膜を多結晶シリコン膜に変換することによって行われる。レーザの照射は、大気中で行われる。
(Crystallization)
Subsequently, the
(第一工程:絶縁膜の前駆体形成工程)
次に、本発明に係る半導体素子の製造方法の第一工程として、絶縁膜の前駆体膜を形成する工程を説明する。
(First step: insulating film precursor formation step)
Next, as a first step of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a step of forming a precursor film of an insulating film will be described.
本実施形態では、絶縁膜の前駆体膜としてポリシラザン膜を形成する。ポリシラザンは、−(SiH2NH)−を基本ユニットとする無機ポリマーであり、大気中または水蒸気含有雰囲気で焼成することによって水や酸素と反応し、400℃〜450℃程度で−(SiO2)−をユニットとする酸化シリコン膜に変換される。 In this embodiment, a polysilazane film is formed as a precursor film of the insulating film. Polysilazane is an inorganic polymer having — (SiH 2 NH) — as a basic unit, and reacts with water or oxygen by firing in the atmosphere or in a steam-containing atmosphere, at about 400 ° C. to 450 ° C .— (SiO 2 ). -Is converted to a silicon oxide film having a unit.
ここでは、ポリシラザンのキシレン溶液をスピンコート法によって基板全面に塗布し、乾燥して、ポリシラザン膜を形成する。ポリシラザン膜が形成された様子を図1(D)に示す。ポリシラザン膜は、基板10、チャネル領域12、ソース・ドレイン領域16を覆うように形成される。
Here, a polysilazane xylene solution is applied to the entire surface of the substrate by spin coating and dried to form a polysilazane film. A state in which the polysilazane film is formed is shown in FIG. The polysilazane film is formed so as to cover the
(第二工程:コンタクトホール形成工程)
続いて、絶縁膜の前駆体膜であるポリシラザン膜18にコンタクトホールとしての貫通孔を形成する。コンタクトホールは、それぞれソース・ドレイン領域に到達させる。本実施形態では、ポリシラザン膜を溶解する溶液としてキシレンを用い、ノズルからコンタクトホールを形成すべき領域に吐出する(図1(E)参照)。
(Second process: contact hole formation process)
Subsequently, a through hole as a contact hole is formed in the
同図(F)に溶液の吐出後の状態を示す。絶縁膜の前駆体膜は、キシレンに接触した部分のみ溶解すると同時に、キシレンによって周囲に押し出され、ソース・ドレイン領域16に達するコンタクトホール20が形成される。コンタクトホール20の周囲には、コンタクトホール20が形成された場所に形成されていた前駆体膜の材料が、キシレンに押し出されて盛り上がった状態のまま乾燥し、再びポリシラザンを含む前駆体膜となる。
FIG. 2F shows a state after discharging the solution. The precursor film of the insulating film dissolves only at the portion in contact with xylene, and at the same time, is pushed out by xylene to form contact holes 20 reaching the source /
(第三工程:絶縁膜の前駆体膜を絶縁膜に変換する工程)
次に、コンタクトホール20が形成された絶縁膜18を大気中で400℃1時間焼成し、絶縁膜となる酸化シリコン膜18’(図1(G)参照)に変換する。
(Third step: Step of converting the precursor film of the insulating film into an insulating film)
Next, the insulating
(ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極および配線の形成)
次に、図1(G)に示すように、導電性材料を含む液体として金属インクをノズルから吐出し、コンタクトホール20内に充填して第三の導電膜の前駆体22を形成する。続けて金属インクを絶縁膜18上に所望の配線パターンに従って供給し、第二の導電膜の前駆体膜24を形成する。金属インクとしては、例えばAg、Au、Cu等の直径数nm程度の微粒子を含む液体を用いることができる。ここで溶剤としては、水の他、アルコール類、炭化水素などの一般的な有機溶剤を用いることができる。このような金属インクとしては例えば真空冶金株式会社製のナノメタルインク(金、銀)や、ハリマ化成株式会社製のナノペーストなどが挙げられる。
(Formation of gate electrode, source electrode, drain electrode and wiring)
Next, as shown in FIG. 1G, metallic ink is ejected from the nozzle as a liquid containing a conductive material, and the
また、チャネル領域12に積層された酸化シリコン膜18’上にも金属インクを供給し、ゲート電極の前駆体26を形成する。この際、図1(G)に示すように、第二工程で、コンタクトホール20の周囲に盛り上がるように形成された絶縁膜を、ゲート電極の前駆体26と、他の金属配線(第二の導電膜)の前駆体24とを隔絶するために利用することもできる。
Further, a metal ink is also supplied onto the
金属インクを供給した後、焼成によって、第二および第三の導電膜の前駆体22および24は、第二および第三の導電膜に一体的に変換され、ソース/ドレイン領域(第一の導電膜)16と第二の導電膜24とが、第三の導電膜22によって電気的に接続される。また、焼成の際、ゲート電極の前駆体26はゲート電極に変換され、TFTが形成される。
After supplying the metal ink, the
<第二の実施形態>
図2に、本発明に係る半導体素子の製造方法を用いて形成された多層配線の一例を示す。
<Second Embodiment>
FIG. 2 shows an example of a multilayer wiring formed by using the method for manufacturing a semiconductor element according to the present invention.
ここでは、第一の導電膜であるゲート電極32および金属配線34と、第二の導電膜である金属配線40とが、絶縁膜30に、コンタクトホール36および38内に形成された第三の導電膜によって電気的に接続されている。
Here, the
このような多層配線は、本発明に係る半導体素子の製造方法を使用して、以下のように形成される。まず、図1(A)〜(G)に示す方法によって形成されたTFT1およびTFT2を覆うように、上記第一の実施形態の第一工程に示す方法によって、絶縁膜30の前駆体を形成する。続いて、同第二工程に示す方法により、TFT1のゲート電極32およびTFT2の配線34に到達するコンタクトホール36、38を形成する。次に、同第三工程に示す方法により絶縁膜30の前駆体膜を絶縁膜30に変換し、その後、金属インクを供給して、コンタクトホール36、38を充填するとともに、両者を接続する配線パターン40を絶縁膜30上に描き、最後に焼成する。
Such multilayer wiring is formed as follows using the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention. First, the precursor of the insulating
このように、本発明に係る半導体素子の製造方法を利用して、複数のTFTの接続や、多層構造の形成も、すべてノズルから液体を吐出する簡易な工程によって行うことが可能となる。 As described above, by using the semiconductor element manufacturing method according to the present invention, it is possible to connect a plurality of TFTs and form a multilayer structure by a simple process of discharging liquid from the nozzles.
なお、本実施形態ではインクジェット法を用いた例をあげたが、ノズルから液体を選択的に吐出できるものであればインクジェット法に限られるものではなく、ディスペンサー法などであってもよい。 In this embodiment, an example using the ink jet method has been described. However, the present invention is not limited to the ink jet method as long as the liquid can be selectively discharged from the nozzle, and a dispenser method or the like may be used.
<第三の実施形態>
本実施形態では、第二工程において、絶縁膜の前駆体膜のコンタクトホールを形成すべき位置に供給する液体に、導電性材料を含有させ、コンタクトホールの形成と同時に、第三の導電膜の前駆体膜を形成することを特徴とする。
<Third embodiment>
In this embodiment, in the second step, the liquid supplied to the position where the contact hole of the precursor film of the insulating film is to be formed contains a conductive material, and at the same time as the formation of the contact hole, A precursor film is formed.
チャネル領域の形成、ソース・ドレイン領域の形成、結晶化、および第一工程は第一の実施形態と同様であり、ここでは説明を省略する。 The formation of the channel region, the formation of the source / drain regions, crystallization, and the first step are the same as in the first embodiment, and a description thereof is omitted here.
(第二工程:コンタクトホール形成および第三の導電膜の前駆体膜の形成工程)
図3(A)に示すように、絶縁膜の前駆体膜42のコンタクトホールを形成すべき領域に、導電性材料として金属超微粒子がキシレン中に分散した金属インクをインクジェット法により吐出供給し、ソース・ドレイン領域にいたるコンタクトホールを形成する。
(Second step: contact hole formation and third conductive film precursor film formation step)
As shown in FIG. 3A, a metal ink in which ultrafine metal particles are dispersed in xylene as a conductive material is discharged and supplied to a region where a contact hole of a
同図(B)に液体の吐出後の状態を示す。絶縁膜の前駆体膜42が、金属インクに含まれる溶剤に溶解し、それが金属インクと混合して周囲に押し出され、コンタクトホール44および46が形成されるのと同時に、当該コンタクトホール44および46の内部に金属微粒子と絶縁膜の前駆体との混合物からなる第三の導電膜の前駆体膜48および50が形成される。
FIG. 2B shows a state after the liquid is discharged. The insulating
(第三工程:絶縁膜の前駆体膜および第三の導電膜の前駆体膜を、それぞれ絶縁膜および第三の導電膜に変換する工程)
続いて、大気中で400℃1時間焼成し、絶縁膜の前駆体膜であるポリシラザン膜42を酸化シリコン膜42’に変換するのと同時に、第三の導電膜の前駆体膜48、50を第三の導電膜48'、50’に変換する(図3(C))。
(Third step: a step of converting the precursor film of the insulating film and the precursor film of the third conductive film into the insulating film and the third conductive film, respectively)
Subsequently, the
(ゲート電極および配線の形成)
続いて、第二工程で用いたのと同じ金属インクを用いて、絶縁膜の前駆体膜42表面に、インクジェット法により配線パターン52を描き、第二の導電膜の前駆体膜とし、また、チャネル形成領域に積層形成された酸化シリコン膜(絶縁膜)42'上にゲート電極の前駆体膜54を形成し、乾燥後焼成して、それぞれ第二の導電膜52'およびゲート電極54'とする(図3(D))。
(Formation of gate electrode and wiring)
Subsequently, using the same metal ink as used in the second step, a
こうして、第一の導電膜であるソース・ドレイン領域と、第二の導電膜である金属配線52’とが、第三の導電膜により電気的に接続された構成を容易に得ることができる。 In this way, it is possible to easily obtain a configuration in which the source / drain regions as the first conductive film and the metal wiring 52 'as the second conductive film are electrically connected by the third conductive film.
<第四の実施形態>
本実施形態は、第一の実施形態で用いたポリシラザンに代えて、絶縁膜の前駆体膜として、高次シラン化合物を含む膜を形成することを特徴とする。
<Fourth embodiment>
This embodiment is characterized in that a film containing a higher order silane compound is formed as a precursor film of the insulating film instead of the polysilazane used in the first embodiment.
チャネル領域の形成、ソース・ドレイン領域の形成、および結晶化工程は第一の実施形態と同様であり、ここでは説明を省略する。 The formation of the channel region, the formation of the source / drain regions, and the crystallization process are the same as those in the first embodiment, and a description thereof is omitted here.
(第一工程)
窒素雰囲気中にて、図4(A)に示すように、チャネル領域62およびソース・ドレイン領域66となるポリシリコン膜を被覆するように、高次シラン化合物をトルエンで希釈した溶液(濃度10%)を、窒素雰囲気中でインクジェット法により基板60の全面に吐出し、絶縁膜の前駆体膜68を形成する。ここで用いた高次シラン化合物は、第一の実施形態においてアモルファスシリコン膜の形成に用いたものと同じ液体を使うことができるが、これに限定されず、例えば、一般式SinXm(ここで、nは3以上の、またmは4以上のそれぞれ独立な整数を示し、Xは水素原子及び/又はハロゲン原子等の置換基を示す。)で表される各種のシラン化合物等を重合させて用いることができる。これらの内、分子内の最低一箇所に環状構造を有するシラン化合物は光に対する反応性が極度に高く、光重合が効率よく行えるという点から、これを原料として用いることが好ましい。その中でもシクロテトラシラン、シクロペンタシラン、シクロヘキサシラン、シクロヘプタシラン等のSinX2n(式中、nは3以上の整数を示し、Xは水素原子及び/又はフッ素原子、塩素原子、臭素原子、沃素原子等のハロゲン原子を示す。)で表されるシラン化合物は、以上の理由に加えて合成、精製が容易であるという観点から特に好ましい。
(First step)
In a nitrogen atmosphere, as shown in FIG. 4A, a solution obtained by diluting a higher order silane compound with toluene so as to cover the polysilicon film to be the
(第二工程)
続いて窒素雰囲気中にて、図4(B)に示すように、絶縁膜の前駆体膜68の、コンタクトホールを形成すべき位置に、シクロペンタシランをインクジェット法によって吐出供給し、高次シラン膜を溶解し、コンタクトホール70を形成する。
(Second step)
Subsequently, in a nitrogen atmosphere, as shown in FIG. 4 (B), cyclopentasilane is discharged and supplied to the position where the contact hole is to be formed in the
(第三工程)
次に、窒素雰囲気中にて基板を200℃で加熱して、膜中に残留しているシクロペンタシランおよび重合が不十分な高次シランを蒸発させて、コンタクトホール70が形成された高次シランの膜を得ることができる。その後、基板を大気中で焼成し(400℃、30分)、絶縁膜の前駆体膜68を酸化シリコン膜(絶縁膜)に変換する。
(Third process)
Next, the substrate was heated at 200 ° C. in a nitrogen atmosphere to evaporate cyclopentasilane remaining in the film and higher-order silane with insufficient polymerization to form higher-order contact holes 70 formed. A silane film can be obtained. Thereafter, the substrate is baked in the atmosphere (400 ° C., 30 minutes), and the
続くゲート電極、ソース電極、ドレイン電極および配線の形成は、第一の実施形態と同様に行うことができ、ここでは説明を省略する。 Subsequent formation of the gate electrode, source electrode, drain electrode, and wiring can be performed in the same manner as in the first embodiment, and description thereof is omitted here.
なお、絶縁膜の前駆体膜として高次シラン膜を用いても、複数のTFTの接続や、多層構造の形成も、すべてインクジェット法を用いた簡易な工程によって行うことは可能である。また、コンタクトホールを形成するために供給するシクロペンタシランは、トルエン溶液(例えば10%濃度)として用いることもでき、これによって作業の安全性を高めることができる。また、第三の実施形態で示したように、シクロペンタシランのトルエン溶液に金属微粒子を混入して供給することにより、コンタクトホールの形成と同時に第三の導電膜の前駆体膜を形成することも可能である。この場合も、まず窒素雰囲気中で焼成し(例えば200℃、30分)、膜中に残留したシクロペンタシランおよび重合が不十分な高次シランを蒸発させ、続いて大気中で焼成し(例えば400℃、30分)、高次シラン膜を酸化シリコン膜に変換することができる。 Even if a higher order silane film is used as the precursor film of the insulating film, a plurality of TFTs can be connected and a multilayer structure can be formed by a simple process using an ink jet method. Further, cyclopentasilane supplied for forming a contact hole can be used as a toluene solution (for example, 10% concentration), thereby improving the safety of work. In addition, as shown in the third embodiment, the precursor film of the third conductive film can be formed simultaneously with the formation of the contact hole by mixing and supplying metal fine particles to the toluene solution of cyclopentasilane. Is also possible. Also in this case, first, baking is performed in a nitrogen atmosphere (for example, 200 ° C., 30 minutes), cyclopentasilane remaining in the film and higher-order silane having insufficient polymerization are evaporated, and then baking in the atmosphere (for example, (400 ° C., 30 minutes), the higher order silane film can be converted into a silicon oxide film.
<第五の実施形態>
本発明の第五の実施形態は、本発明の薄膜トランジスタの製造方法によって製造される半導体装置等を備えた電気光学装置に関する。電気光学装置の一例として、有機EL(エレクトロルミネッセンス)装置を挙げる。
<Fifth embodiment>
The fifth embodiment of the present invention relates to an electro-optical device including a semiconductor device manufactured by the method for manufacturing a thin film transistor of the present invention. As an example of an electro-optical device, an organic EL (electroluminescence) device is given.
図5は、第五の実施形態における電気光学装置100の構成を説明する図である。本実施形態の電気光学装置100は、基板上に薄膜トランジスタT1〜T4を含む画素駆動回路をマトリクス状に配置してなる回路基板(アクティブマトリクス基板)と、画素駆動回路により駆動されて発光する発光層と、各薄膜トランジスタT1〜T4を含んでなる画素駆動回路に駆動信号を供給するドライバ101及び102を含んで構成されている。ドライバ101は、走査線Vsel及び発光制御線Vgpを介して各画素領域に駆動信号を供給する。ドライバ102は、データ線Idataおよび電源線Vddを介して各画素領域に駆動信号を供給する。走査線Vselとデータ線Idataとを制御することにより、各画素領域に対する電流プログラムが行われ、発光部OELDによる発光が制御可能になっている。画素駆動回路を構成する各薄膜トランジスタT1〜T4及びドライバ101、102は、上述した第一〜第四の実施形態の製造方法を適用して形成される。
FIG. 5 is a diagram illustrating the configuration of the electro-
なお、電気光学装置の一例として有機EL装置について説明したが、これ以外にも、液晶表示装置など各種の電気光学装置についても同様にして製造することが可能である。 Although an organic EL device has been described as an example of an electro-optical device, various electro-optical devices such as a liquid crystal display device can be manufactured in the same manner.
次に、本発明に係る電気光学装置100を適用して構成される種々の電子機器について説明する。図6は、電気光学装置100を適用可能な電子機器の例を示す図である。図6(A)は携帯電話への適用例であり、当該携帯電話230はアンテナ部231、音声出力部232、音声入力部233、操作部234、および本発明の電気光学装置100を備えている。このように本発明に係る電気光学装置は表示部として利用可能である。図6(B)は、ビデオカメラへの適用例であり、当該ビデオカメラ240は受像部241、操作部242、音声入力部243、および本発明の電気光学装置100を備えている。このように本発明に係る電気光学装置はファインダや表示部として利用可能である。図6(C)は携帯型パーソナルコンピュータ(いわゆるPDA)への適用例であり、当該コンピュータ250はカメラ部251、操作部252、および本発明に係る電気光学装置100を備えている。このように本発明に係る電気光学装置は表示部として利用可能である。
Next, various electronic apparatuses configured by applying the electro-
図6(D)はヘッドマウントディスプレイへの適用例であり、当該ヘッドマウントディスプレイ260はバンド261、光学系収納部262および本発明に係る電気光学装置100を備えている。このように本発明に係る電気光学装置は画像表示源として利用可能である。また、本発明に係る電気光学装置100は、上述した例に限らず有機EL装置や液晶表示装置などを適用可能なあらゆる電子機器に適用可能である。例えばこれらの他に、表示機能付きファックス装置、デジタルカメラのファインダ、携帯型TV、電子手帳、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。
FIG. 6D shows an application example to a head-mounted display. The head-mounted
図7(A)はテレビジョンへの適用例であり、当該テレビジョン300は本発明に係る電気光学装置100を備えている。なお、パーソナルコンピュータ等に用いられるモニタ装置に対しても同様に本発明に係る電気光学装置を適用し得る。図7(B)はロールアップ式テレビジョンへの適用例であり、当該ロールアップ式テレビジョン310は本発明に係る電気光学装置100を備えている。
FIG. 7A shows an application example to a television, and the
上述した各実施形態にかかる製造方法は、電気光学装置の製造以外にも種々のデバイスの製造に適用することが可能である。例えば、FeRAM(ferroelectric RAM)、SRAM、DRAM、NOR型RAM、NAND型RAM、浮遊ゲート型不揮発メモリ、マグネティックRAM(MRAM)など各種のメモリの製造が可能である。また、マイクロ波を用いた非接触型の通信システムにおいて、微小な回路チップ(ICチップ)を搭載した安価なタグを製造する場合にも適用が可能である。 The manufacturing method according to each embodiment described above can be applied to the manufacture of various devices other than the manufacture of the electro-optical device. For example, various memories such as FeRAM (ferroelectric RAM), SRAM, DRAM, NOR type RAM, NAND type RAM, floating gate type nonvolatile memory, and magnetic RAM (MRAM) can be manufactured. Further, in a non-contact communication system using microwaves, the present invention can be applied to manufacturing an inexpensive tag mounted with a minute circuit chip (IC chip).
なお、本発明は上述した各実施形態の内容に限定されることなく、本発明の要旨の範囲内で種々に変形、変更実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、半導体膜の一例としてシリコン膜を採り上げて説明していたが、半導体膜はこれに限定されるものではない。また、上述した実施形態では、本発明に係る半導体膜を用いて形成される半導体素子の一例として薄膜トランジスタを採り上げて説明していたが、半導体素子はこれに限定されるものではなく、SOIトランジスタなど他のトランジスタや他の素子(例えば、薄膜ダイオード等)を形成してもよい。なお、本発明のトランジスタは、画素トランジスタとして用いる以外に、集積回路のトランジスタとして用いても良い。 The present invention is not limited to the contents of the above-described embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention. For example, in the above-described embodiments, a silicon film is taken as an example of the semiconductor film, but the semiconductor film is not limited to this. In the above-described embodiment, a thin film transistor has been described as an example of a semiconductor element formed using the semiconductor film according to the present invention. However, the semiconductor element is not limited to this, and an SOI transistor or the like is used. Other transistors and other elements (for example, thin film diodes) may be formed. Note that the transistor of the present invention may be used as a transistor of an integrated circuit in addition to being used as a pixel transistor.
10、60…基板、12、62…チャネル領域、14…撥液性単分子膜、16、66…ソース/ドレイン領域(第一の導電膜)、18,42、68…絶縁膜の前駆体膜、18’、30、42’、68’…絶縁膜、20、36、38,44、46、70…コンタクトホール、22、48、50…第三の導電膜、24、40…金属配線(第二の導電膜)、26、32、54…ゲート電極
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記第一の導電膜上に、所定の処理によって前記無機絶縁膜に変換され、且つ所定の液体に溶解または分散可能である、前記無機絶縁膜の前駆体膜を形成する第一工程と、
前記無機絶縁膜の前駆体膜の前記コンタクトホールを形成すべき位置に、前記所定の液体を供給し、前記無機絶縁膜の前駆体膜に前記コンタクトホールを形成する第二工程と、
前記無機絶縁膜の前駆体膜を前記無機絶縁膜に変換する第三工程と、
を含む半導体素子の製造方法。 A first conductive film, an inorganic insulating film formed on said first conductive film includes a second conductive film formed on the inorganic insulating film, a, of the first conductive film and the a second conductive film, a manufacturing method of a semiconductor element are electrically connected by a third conductive film formed in a contact hole provided in the inorganic insulating film,
Forming a precursor film of the inorganic insulating film on the first conductive film, which is converted into the inorganic insulating film by a predetermined treatment and can be dissolved or dispersed in a predetermined liquid;
A second step of supplying the predetermined liquid to a position where the contact hole of the precursor film of the inorganic insulating film is to be formed, and forming the contact hole in the precursor film of the inorganic insulating film;
A third step of converting the precursor film of the inorganic insulating film on the inorganic insulating film,
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:
前記第二工程の後、前記第三の導電膜の前駆体膜を前記第三の導電膜に変換する第五工程と、を含むことを特徴とする、請求項1または2に記載の半導体素子の製造方法。 In the second step, containing a conductive material in the predetermined liquid, forming a precursor film of a third conductive film that is converted into a third conductive film by a predetermined process,
The semiconductor element according to claim 1, further comprising a fifth step of converting the precursor film of the third conductive film into the third conductive film after the second step. Manufacturing method.
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