JPH1032202A - 電子装置およびその作製方法 - Google Patents
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Abstract
ヒロックやウィスカーの発生による影響を防止する。 【構成】 アルミニウムゲイト106の上面に窒化珪素
膜107を設け、側面に陽極酸化膜108、109を設
ける。こうすることで、ヒロックやウィスカーの発生を
抑制するとともに、コンタクトの形成し易い構造とす
る。また、アルミニウム中の酸素、炭素、窒素の濃度を
所定の濃度以下とすることにより、ヒロックやウィスカ
ーの発生を抑制する。
Description
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
もって電極や配線を構成した半導体装置に関する。また
さらにその作製方法に関する。
マトリクス型の液晶表示装置が注目されている。このア
クティブマトリクス型の液晶表示装置は、大面積化とと
もに微細化も要求されている。
低抵抗の配線材料を利用することが必要とされる。これ
は、10インチ角以上というような大きさとなると、配
線を伝播する信号の遅延が問題となるからである。
が最も好ましい材料である。しかし、アルミニウムを用
いた場合、作製工程における耐熱性に問題がある。(こ
の点に関しては、ディスプレイ・アンド・イメージング
1996 Vol.4,pp 199-206(サイエンス・コミュニケーシ
ョンズ・インターナショナル発行)に記載の解説論文参
照)
における各種薄膜の成膜やアニール、さらにレーザー光
の照射や不純物イオンの注入工程において、アルミニウ
ムの異常成長が起こり、ヒロックやウィスカーと呼ばれ
る突起物が形成される問題がある。このヒロックやウィ
スカーは、アルミニウムの耐熱性に低さに起因すると考
えられている。
物は、その成長距離が1μm以上まで達する場合があ
る。このような現象は、配線間のショートの原因とな
る。
でなる配線の表面に陽極酸化膜を形成する技術がある。
(前述の解説記事参照)
によれば、陽極酸化膜(Al2 O3 を主成分とすると考
えられる)の膜質は強固であり、ヒロックやウィスカー
の発生を防止するためには有効であるが、他方でその強
固さ故にアルミニウムでなる配線に対するコンタクトホ
ールの形成が困難であることが判明している。
ウムである配線の耐熱性の問題を解決するととともに、
かつ陽極酸化膜を形成した場合に問題となるコンタクト
の形成が困難である問題を解決することができる技術を
提供することを課題とする。
の一つは、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分と
するパターンを有し、前記アルミニウムまたはアルミニ
ウムを主成分とする膜中における酸素原子の濃度が8×
1018個cm-3以下であり、かつ炭素原子の濃度が5×1
018個cm-3以下であり、かつ窒素原子の濃度が7×10
17個cm-3以下であることを特徴とする。
クやウィスカー等の突起物の最大の高さを500Å以下
とすることができる。
ルミニウムを主成分とするパターンを有する電子装置の
作製方法であって、前記アルミニウムまたはアルミニウ
ムを主成分とする膜中における酸素原子の濃度が8×1
018個cm-3以下であり、かつ炭素原子の濃度が5×10
18個cm-3以下であり、かつ窒素原子の濃度が7×1017
個cm-3以下であり、作製工程中において前記パターンに
加えられるプロセス温度は400℃以下であることを特
徴とする。
よって、酸素、炭素、窒素の各元素の濃度限定の効果を
最大限得ることができる。
子の濃度が8×1018個cm-3以下であり、かつ炭素原子
の濃度が5×1018個cm-3以下であり、かつ窒素原子の
濃度が7×1017個cm-3以下であるアルミニウム膜でな
るパターン106の上面には窒化珪素膜107を設け、
その側面には陽極酸化膜(酸化物被膜)108と109
を設けた構成とする。
ウィスカーといった突起物の形成を抑制することがで
き、かつコンタクトの形成しやすいものとすることがで
きる。
面図)を示す。本実施例では、アクティブマトリクス型
の液晶表示における画素マトリクス部に配置される薄膜
トランジスタ(画素トランジスタと総称される)の作製
工程を示す。
基板101を用意し、その表面に図示しない下地膜を形
成する。ここでは、図示しない下地膜として3000Å
厚の酸化珪素膜をスパッタ法によって成膜する。
拡散やガラス基板表面の微小な凹凸の影響を緩和する機
能を有している。ここではガラス基板を利用する例を示
すが、他に石英基板を利用することもできる。
ら、次に薄膜トランジスタの活性層102を構成する半
導体膜(活性層を構成する)の出発膜となる非晶質珪素
膜(図示せず)をプラズマCVD法により、500Åの
厚さに成膜する。
照射を行い図示しない結晶性珪素膜を得る。次にこの結
晶性珪素膜をパターニングすることにより、102で示
される活性層パターンを形成する。
素膜103をプラズマCVD法でもって1000Åの厚
さに成膜する。
ウム膜104を4000Åの厚さにスパッタ法によって
成膜する。こうして図1(A)に示す状態を得る。
ジウムを0.18重量%含有させる。
せるのは、後の工程においてヒロックやウィスカーが発
生することを抑制するためである。スカンジウムがヒロ
ックやウィスカーの発生の抑制に効果があるのは、アル
ミニウムの異常成長を抑制する効果があるからである。
05との積層膜をパターニングすることにより、106
で示されるアルミニウムパターンを得る。 また、10
7で示されるのがゲイト電極106上に残存する窒化珪
素膜である。
電極となる。またこのゲイト電極106から延在してゲ
イト線が配置される。
106から延在したゲイト線がソース線とともに格子状
に配置される。
化を行うことにより、アルミニウム材料が露呈した側面
に陽極酸化膜108と109を形成する。これらの陽極
酸化膜の膜厚は500Åとする。
して、3%の酒石酸を含んだエチレングリコール溶液を
アンモニア水で中和したものを用いる。この電解溶液中
において、白金を陰極、アルミニウム膜を陽極として、
両電極間に電流を流すことによって陽極酸化膜が形成さ
れる。
は、緻密で強固な膜質を有している。この陽極酸化工程
における膜厚の制御は、印加電圧のより行うことができ
る。
極106の側面のみに接触するので、その上面には陽極
酸化膜は形成されない。こうして図1(B)に示す状態
を得る。
より、ソース領域110、チャネル領域111、ドレイ
ン領域112の形成を行う。ここでは、ドーピング手段
としてプラズマドーピング法を用いる。こうして図1
(C)に示す状態を得る。
作製するためにPのドーピングを行う例を示すが、Pチ
ャネル型の薄膜トランジスタを作製するのであれば、B
(ボロン)のドーピングを行う。
熱または不可避に加熱されてしまう状況が生じるが、ア
ルミニウムの耐熱性の観点から、試料温度を400℃以
下とするように努めることが重要である。試料温度が4
00℃を超えた場合、ヒロック(及びウィイスカー(両
者区別は厳密なものではない))の発生が顕在化するの
で注意が必要である。
射を行い、ドーパントの活性化とドーピングが行われた
領域の活性化とを同時に行う。
113をプラズマCVD法により2000Åの厚さに成
膜する。(図2(A)参照)
でなる膜114をスピンコート法によって成膜する。層
間絶縁膜としてポリイミドを利用した場合、その表面を
平坦なものとすることができる。
コンタクトホール115、116の形成を行う。こうし
て図2(A)に示す状態を得る。
膜との積層膜をスパッタ法で成膜し、これをパターニン
グすることにより、ソース電極117とドレイン電極1
18を形成する。こうして図2(B)に示す状態を得
る。
ドでもって形成する。そしてドレイン電極118に対す
るコンタクトホールの形成を行い、ITOでなる画素電
極120を形成する。こうして図2(C)に示す状態を
得る。
とにより、活性層中の欠陥の補償を行い、薄膜トランジ
スタを完成させる。
製工程と同時に行われるもので、画素マトリクス部の周
辺に形成される周辺駆動回路に配置される薄膜トランジ
スタの作製工程を示す。本実施例においてもNチャネル
型の薄膜トランジスタを作製する工程を示す。
程は、図1に示す工程まで実施例1に示すものと同じで
ある。(勿論、配線パターンの違いや活性層パターンの
寸法の違いは存在する)
(C)に示す状態を得る。次に図3(A)に示すよう
に、第1の層間絶縁膜として窒化珪素膜113を成膜す
る。
でなる層114を形成する。次にコンタクトホール30
1、302、303の形成を行う。
酸化膜が形成されていない(窒化珪素膜が成膜されてい
る)ので、302で示されるコンタクトホールの形成を
容易に行うことができる。
ッチング法を用いて、301、302、303で示され
るコンタクトホールを同時に形成する。こうして図3
(A)に示す状態を得る。
とでなる3層膜をスパッタ法で成膜する。さらに、これ
をパターニングすることにより、ソース電極304、ゲ
イト引出し電極305、ドレイン電極306を形成す
る。こうして図3(B)に示す状態を得る。
程が施され、薄膜トランジスタを完成させる。
タを作製する工程を示した。一般に周辺駆動回路には、
Nチャネル型の薄膜トランジスタとPチャネル型の薄膜
トラランジスタとが相補型に構成されたものが配置され
る。
ドレイン領域との間に抵濃度不純物領域を配置した薄膜
トランジスタの作製工程を示す。
タの作製工程を示す。まず、ガラス基板401上に図示
しない下地膜を成膜する。さらに非晶質珪素膜を成膜
し、レーザー光の照射により結晶化させる。こうして結
晶性珪素膜を得る。
して、402で示される薄膜トランジスタの活性層を形
成する。
素膜403を成膜する。酸化珪素膜403を成膜した
後、アルミニウム膜404を成膜する。
を成膜する。こうして図4(A)に示す状態を得る。
ングを施すことにより、406で示されるアルミニウム
パターンを得る。このアルミニウムパターンが後に形成
されるゲイト電極の基のパターンとなる。
ーンである。こうして図4(B)に示す状態を得る。
406を陽極とした陽極酸化を行い、陽極酸化膜40
9、410を形成する。
酸水溶液を用いる。この工程で形成される陽極酸化膜
は、多孔質状(ポーラス状)を有している。この陽極酸
化膜は、その成長距離を数μmとすることができる。こ
の成長距離は陽極酸化時間によって制御することができ
る。こうして図4(C)に示す状態を得る。
れるパターンがゲイト電極となる。
施例1で示した緻密な膜質を有する陽極酸化膜の形成条
件でもって陽極酸化を行う。こうして、図5(A)の4
11および412で示される緻密な膜質を有する陽極酸
化膜の形成が行われる。
化膜411と412の膜厚を500Åとする。この緻密
な膜質を有する陽極酸化膜は、ゲイト電極408の側面
において選択的に形成される。これは、ゲイト電極40
8の上面には窒化珪素膜407が存在しているからであ
る。また、多孔質の陽極酸化膜409と410の内部に
電解溶液が侵入するので、411、412で示されるよ
うな状態に緻密な膜質を有する陽極酸化膜が形成され
る。こうして図5(A)に示す状態を得る。
ラズマドーピング法により、Pのドーピングを行う。こ
のドーピングを行うことにより、図5(B)に示すよう
に、ソース領域413、I型領域414、ドレイン領域
415が自己整合的に形成される。
を選択的に除去する。この工程におては、図5(C)に
示すように除去される陽極酸化膜409、410の上部
に存在した窒化珪素膜407の一部も同時に除去され
る。
の工程では、前回のドーピング工程における条件より低
ドーズ量でもってPのドーピングを行う。この工程にお
いて、低濃度不純物領域416と418が自己整合的に
形成される。またチャネル形成領域417が自己整合的
に形成される。
ス領域413やドレイン領域415に比較して、そこに
含まれるP(リン)元素の濃度は小さい。
低濃度不純物領域が、LDD(ライトドープドレイン)
領域と称されている。
光の照射を行うことにより、ドーピングがなされた領域
のアニールを行う。
極(およびそこから延在するゲイト線)の上面は窒化珪
素膜により覆われ、またその側面は緻密な膜質を有する
陽極酸化膜でもって覆われている。
のドーピング工程やレーザー光の照射工程において、ゲ
イト電極の表面にヒロックやウィスカーが発生してしま
うことを抑制することができる。
するコンタクトの形成が行いやすい構造とすることがで
きる。
性層と基板との間にあるボトムゲイト型と呼ばれる構成
の薄膜トランジスタに関する。
まず601で示されるガラス基板上にアルミニウム膜6
02を3000Åの厚さにスパッタ法で成膜する。この
アルミニウム膜が後にゲイト電極を構成することにな
る。
上に窒化珪素膜603を500Åの厚さにプラズマCV
D法でもって成膜する。こうして図6(A)に示す状態
を得る。
ト電極604を得る。605で示されるのは、ゲイト電
極604上に残存した窒化珪素膜である。こうして図6
(B)に示す状態を得る。
化を行うことにより、606と607で示される緻密な
膜質を有する陽極酸化膜を500Åの厚さに形成する。
存在する関係で、ゲイト電極604の側面においてのみ
陽極酸化膜が形成される。こうして図6(C)に示す状
態を得る。
膜608を1000Åの厚さにプラズマCVD法でもっ
て成膜する。さらに活性層を構成するための図示しない
非晶質珪素膜をプラズマCVD法でもって500Åの厚
さに成膜する。そしてこの非晶質珪素膜にレーザー光の
照射を行うことにより、図示しない結晶性珪素膜を得
る。
パターニングすることにより、609、610、611
で示される領域でなる活性層パターンを形成する。
板601の裏面側から露光を行うことにより、612で
示されるレジストマスクを形成する。(図6(D)参
照)
ズマドーピング法でもって行う。このドーピング工程に
おい、ソース領域609、ドレイン領域611、チャネ
ル領域610が自己整合的に形成される。こうして図6
(D)に示す状態を得る。
の照射を行うことにより、ドーピングされた元素の活性
化と被ドーピング領域のアニールとを行う。
素膜をプラズマCVD法でもって2000Åの厚さに成
膜し、さらに第2の層間絶縁膜613をポリイミドでも
って形成する。こうして図7(A)に示す状態を得る。
ス電極614、ドレイン電極615を形成する。そして
最後に水素化を行う。
ゲイト電極604から延在した配線の上部にコンタクト
ホールを形成し、ゲイト電極604へのコンタクトが形
成される。こうして図7(B)に示す状態を得る。
極604の側面には陽極酸化膜が形成されていることに
より、ヒロックやウィスカーの発生が防止され、その上
面は窒化珪素膜が形成されていることにより、ヒロック
やウィスカーの発生が防止される。そしてゲイト電極の
上面に窒化珪素膜が形成されていることにより、コンタ
クトホールの形成が容易なものとなっている。
を0.18重量%含有したアルミニム膜中における不純物の
濃度と発生するヒロックとの関係を示す。表1に示すの
は、スパッタ法によって成膜された3000Å厚のアル
ミニウム膜に対して、水素雰囲気中において350℃、
1時間の加熱処理を施し、その表面を観察した場合のヒ
ロックの高さと、膜中の不純物濃度との関係である。
における不純物濃度が異なるのは、スパッタリング時に
おける真空引きの時間、スパッタリング装置のチャンバ
ーのクリーニングの有無、排気ポンプのメンテナンス等
による違いを反映したものである。
(走査型電子顕微鏡)観察、AFM(原子間力顕微鏡)
観察によって調べたものである。また、不純物濃度はS
IMS(2次イオン分析方法)によって調べた最大値で
ある。
(O)、炭素(C)、窒素(N)の濃度を下げることに
よって、ヒロックの発生を抑制することができる。
クの高さが500Å以下であれば、その存在を実用上許
容することができる。
酸素濃度が7×1018cm-3以下であり、かつ炭素濃度が5
×1018cm-3以下であり、かつ窒素濃度が7×1017cm-3以
下であればよいことが結論される。
は、膜の界面付近で実際と異なる値が計測されることが
あるので注意が必要である。
実施する場合に利用される装置について説明する。図8
に装置の概要を示す。図8に示す装置は、連続的に複数
の処理を試料を大気にさらさずに行うことができるマル
チチャンバー形式を有している。各チャンバーには、必
要とする排気装置が備えられており、気密性を保持でき
る構造となっている。
入室、805が基板搬出室である。基板搬入室804に
は、カセット815の収納された複数の基板(試料)が
カセット毎外部から搬入される。処理の終了した基板は
カセット816に収納され、所定の枚数の処理が終了し
た時点でカセット816毎外部に取り出される。
ム814によって基板800を必要とするチャンバーに
搬送する機能を有している。
パッタリング機能を有するチャンバーである。このチャ
ンバーには、クライオポンプを配置し、成膜されるアル
ミニウム膜中の不純物濃度を所定の値以下にする構成と
する。
な電気的な接触を実現するために利用されるゲルマニウ
ム膜(または錫膜)を成膜するためのスパッタリング装
置である。このチャンバーにもクライオポンプを配置
し、不純物の混入を極力防ぐ構成とする。
である。ここでは、ランプ照射によって、加熱行う機能
を有している。
ラズマCVDを行うための機能を有するチャンバーであ
る。
部のチャンバーとの間には、810、809、808、
813、812、811で示されるゲイトバルブ(開閉
式の隔壁または仕切り)が配置されている。
に示す。ここでは、アルミニウム膜の成膜、ゲルマニウ
ム膜の成膜、加熱処理、窒化珪素膜の成膜を連続的に行
う工程を示す。
ブ以外は全て閉鎖するものとする。まず、アルミニウム
膜を成膜せんとする基板(試料)を複数枚カセット81
5に収納して、基板搬入室804に搬入する。次にロボ
ットアーム814によって1枚の基板をチャンバー80
3に搬送する。
の成膜が終了したら、基板をチャンバー806に搬送
し、窒化珪素膜の成膜を行う。そして、基板搬出室80
5のカセット816に基板を収納して一連の工程が終了
する。
クト用のアルミニウム膜を成膜する際には、チャンバー
803におけるアルミニウム膜の形成後にチャンバー8
02においてゲルマニウム膜を成膜し、さらに加熱室8
07において加熱処理を施すことにより、リフローと呼
ばれるコンタクトを形成するためのアニールを行う。
とが接触した部分で、融点が低下し、加熱処理によって
アルミニウム膜中にゲルマニウムが拡散し、アルミニウ
ムとコンタクトする電極(コンタクトホール底部に露呈
している)との電気的接触を良好なものとする作用を有
している。
表面に酸化金属被膜を形成する方法として、陽極酸化で
はなく、プラズマ酸化を利用する場合の例を示す。プラ
ズマ酸化は、酸化性の減圧雰囲気中において、高周波放
電を行うことによって形成することができる。
アクティブマトリクス型の構成を有した電気光学装置に
応用することが可能である。電気光学装置としては、液
晶表示装置、EL(エレクトロルミネッセンス)表示装
置、EC(エレクトロクロミックス)表示装置などが挙
げられる。
ソナルコンピュータ、カーナビゲーション、TVプロジ
ェクション、ビデオカメラ等が挙げられる。それら応用
用途の簡単な説明を図9を用いて行う。
01、カメラ部2002、表示装置2003、操作スイ
ッチ2004で構成される。表示装置2003はビュー
ファインダーとして利用される。
り、本体2101、カバー部2102、キーボード21
03、表示装置2104で構成される。表示装置210
4はモニターとして利用され、対角十数インチもサイズ
が要求される。
本体2201、表示装置2202、操作スイッチ220
3、アンテナ2204で構成される。表示装置2202
はモニターとして利用されるが、地図の表示が主な目的
なので解像度の許容範囲は比較的広いと言える。
り、本体2301、光源2302、表示装置2303、
ミラー2304、2305、スクリーン2306で構成
される。表示装置2303に映し出された画像がスクリ
ーン2306に投影されるので、表示装置2303は高
い解像度が要求される。
401、表示装置2402、接眼部2403、操作スイ
ッチ2404、テープホルダー2405で構成される。
表示装置2402に映し出された撮影画像は接眼部24
03を通してリアルタイムに見ることができるので、使
用者は画像を見ながらの撮影が可能となる。
により、アルミニウムである配線の耐熱性の問題を解決
するととともに、かつ陽極酸化膜を形成した場合に問題
となるコンタクトの形成を容易なものとすることができ
る。
層) 115 ソース領域へのコンタクトホール 116 ドレイン領域へのコンタクトホール 117 ソース電極 118 ドレイン電極 119 第3の層間絶縁膜(ポリイミドでなる
層) 120 画素電極(ITO電極)
Claims (8)
- 【請求項1】アルミニウムまたはアルミニウムを主成分
とするパターンを有し、 前記アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする膜
中における酸素原子の濃度が8×1018個cm-3以下であ
り、かつ炭素原子の濃度が5×1018個cm-3以下であ
り、かつ窒素原子の濃度が7×1017個cm-3以下である
ことを特徴とする電子装置。 - 【請求項2】請求項1において、パターンの側面には酸
化物被膜が形成されており、パターンの上面には窒化珪
素膜が形成されていることを特徴とする電子装置。 - 【請求項3】請求項1において、パターンの側面に接し
て酸化物被膜が形成されていることを特徴とする電子装
置。 - 【請求項4】請求項1において、パターンの上面に接し
て窒化珪素膜が形成されており、該窒化珪素膜に形成さ
れた開孔を介してパターンへのコンタクトが形成されて
いることを特徴とする電子装置。 - 【請求項5】請求項1において、パターンの表面には突
起物が形成されており、その最大の高さは500Å以下
であることを特徴とする電子装置。 - 【請求項6】アルミニウムまたはアルミニウムを主成分
とするパターンを有する電子装置の作製方法であって、 前記アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする膜
中における酸素原子の濃度が8×1018個cm-3以下であ
り、かつ炭素原子の濃度が5×1018個cm-3以下であ
り、かつ窒素原子の濃度が7×1017個cm-3以下であ
り、 作製工程中において前記パターンに加えられるプロセス
温度は400℃以下であることを特徴とする電子装置の
作製方法。 - 【請求項7】請求項6において、 パターンの上面に接して成膜された窒化珪素膜にコンタ
クトホールを形成する工程を有することを特徴とする電
子装置の作製方法。 - 【請求項8】請求項6において、パターンの側面に陽極
酸化工程によって酸化物被膜を形成する工程を有するこ
とを特徴とする電子装置の作製方法。
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