(57)【要約】【課題】  簡便な方法であって、厚膜のしかも緻密で均一な膜厚の絶縁層を含む半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】  本発明の半導体装置の製造方法は、絶縁層４を含む半導体装置１００の製造方法であって、液体材料を複数回に亙って重ね塗りすることにより前記絶縁層４を形成する絶縁層形成工程を含むことを特徴とする。【選択図】    図１
2005209696.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁層を含む半導体装置の製造方法であって、
液体材料を複数回に亙って重ね塗りすることにより前記絶縁層を形成する絶縁層形成工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
基板上に第１導電層を形成する第１導電層形成工程と、
前記第１導電層上に液体材料を複数回に亙って重ね塗りすることにより絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、
前記絶縁層上に第２導電層を形成する第２導電層形成工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記絶縁層形成工程において、
第１の液体材料を塗布し、これを乾燥した後、該塗布層上に前記第１の液体材料と同一又は異種の第２の液体材料を塗布することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記絶縁層形成工程において、
第１の液体材料を塗布し、これを焼成した後、該塗布層上に前記第１の液体材料と同一又は異種の第２の液体材料を塗布することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記絶縁層形成工程において、
前記液体材料としてポリシラザン溶液を用いることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記絶縁層形成工程において、
前記液体材料をスピンコートにて塗布することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置等の電子デバイスにおいては、高集積化を実現するために配線の多層化が行われている。そして、多層配線を有する半導体装置は、層間絶縁層を介して配設される上下の配線パターンを電気的に接続する場合、層間絶縁層にコンタクトホールを形成し、このコンタクトホールを介して接続を行うようにしている。このような多層配線の形成方法としては、一般に次のよう方法が知られている。
【０００３】
まず、基板に金属やポリシリコンなどの導電材を成膜し、これをエッチングして下層配線層を形成する。次に、下層配線層の上に層間絶縁層を形成するとともに、該層間絶縁層に対して、フォトリソグラフィー法を用いて所定の開口部（コンタクトホール）を形成する。さらに、コンタクトプラグとしての導電材を、形成したコンタクトホール内に充填させる形にて層間絶縁層上に全面塗布し、フォトリソグラフィー法によってパターニングすることでコンタクトプラグを形成する。そして、このコンタクトプラグと接続する形にて上層の配線用導電材を成膜し、これをフォトリソグラフィー法にてパターニングすることで上層配線層を形成するものである（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】国際公開００／５９０４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１では、層間絶縁層を形成するために液体材料を用いている。つまり、液体材料を塗布した後に、これを加熱乾燥することで絶縁層を形成している。ところが、このような液体材料による絶縁層の形成方法では、コンタクトホールを形成するのに十分な厚さの絶縁層を形成することができない。つまり、厚膜の絶縁層を形成しようとすると、緻密且つ均一な膜厚の絶縁層を得ることができず、ひいては半導体装置の信頼性を損ねる惧れがある。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、簡便な方法であって、厚膜のしかも緻密で均一な膜厚の絶縁層を含む半導体装置の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明の半導体装置の製造方法は、絶縁層を含む半導体装置の製造方法であって、液体材料を複数回に亙って重ね塗りすることにより前記絶縁層を形成する絶縁層形成工程を含むことを特徴とする。このように液体材料を複数回に亙って重ね塗りすることにより、絶縁層を厚膜にて形成することが可能となる。しかも、一度の塗布工程で絶縁層を形成するのではなく、複数回に亙って塗布するものとしているため、緻密で膜厚の均一な絶縁層を形成することが可能となり、製造される半導体装置の信頼性も非常に高いものとなる。
【０００７】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、基板上に第１導電層を形成する第１導電層形成工程と、前記第１導電層上に液体材料を複数回に亙って重ね塗りすることにより絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、前記絶縁層上に第２導電層を形成する第２導電層形成工程とを含むことを特徴とする。このような製造方法によると、第１導電層と第２導電層とを絶縁層により電気的に絶縁可能となり、しかも重ね塗りにより絶縁層を緻密で均一な厚膜の層間絶縁層として形成できるため、その絶縁の信頼性が非常に高いものとなる。
【０００８】
前記絶縁層形成工程において、第１の液体材料を塗布し、これを乾燥した後、該塗布層上に前記第１の液体材料と同一又は異種の第２の液体材料を塗布するものとすることができる。このように塗布した第１の液体材料を乾燥した後に第２の液体材料を塗布するものとすれば、第１の液体材料よりなる第１の絶縁層上に、第２の液体材料からなる第２の絶縁層を形成することができ、その結果、第１及び第２の絶縁層からなる厚膜の絶縁層を得ることができるようになる。
【０００９】
また、前記絶縁層形成工程において、第１の液体材料を塗布し、これを焼成した後、該塗布層上に前記第１の液体材料と同一又は異種の第２の液体材料を塗布するものとすることもできる。このように塗布した第１の液体材料を焼成した後に第２の液体材料を塗布するものとすれば、第１の液体材料よりなる第１の絶縁層上に、第２の液体材料からなる第２の絶縁層を形成することができ、その結果、第１及び第２の絶縁層からなる厚膜の絶縁層を得ることができるようになる。
【００１０】
ここで、本発明で言う乾燥とは、液体材料中の溶媒成分を取り除く工程を言うものであり、例えば所定の加熱を伴うものであっても良い。一方、本発明で言う焼成とは、液体材料中の溶質成分を酸化させる工程を言うものであり、例えば乾燥工程よりも高温の加熱を伴うものであっても良い。なお、第１の液体材料を乾燥した後に第２の液体材料を塗布する場合には、第１の塗布層及び第２の塗布層を同時に焼成する工程を行うものとすることができる。
【００１１】
次に、前記絶縁層形成工程において、前記液体材料としてポリシラザン溶液を用いることができる。ポリシラザンはＳｉ−Ｎ結合を有し、溶媒に可溶で、しかもこれを熱処理によりＳｉ−Ｏ結合を有するシリカ（絶縁層）に転化することができるものである。なお、液体材料の塗布に際しては、例えばスピンコート法を用いることで、その工程が非常に簡便なものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の半導体装置の製造方法について、その一実施の形態を図面を用いて詳しく説明する。図１は、本発明の製造方法により製造される半導体装置の一例として、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）１００の構成を示す断面模式図であって、図２〜図４は、そのＴＦＴ１００の一製造方法について、そのプロセスの概略を示す断面模式図である。なお、各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならせてある。
【００１３】
まず、製造されるＴＦＴ１００の構成について図１を用いて説明する。図１に示したＴＦＴ１００は、ガラス基板（基材）１の表面に多結晶シリコン膜２を具備しており、該多結晶シリコン膜２はソース領域２１、チャネル領域２２、ドレイン領域２３を有し、ソース領域２１には層間絶縁層４に形成されたコンタクトホール１１を介してソース電極６が、ドレイン領域２３には層間絶縁層４に形成されたコンタクトホール１２を介してドレイン電極５が電気的に接続されている。
【００１４】
つまり、ＴＦＴ１００は例えば液晶装置等の電気光学装置の画素スイッチング素子として好適なもので、ドレイン電極５を画素電極として液晶装置等に適用可能とされている。また、多結晶シリコン膜２のチャネル領域２２の上層には、ゲート絶縁膜３を介してゲート電極７が形成されている。なお、層間絶縁層４は２つの絶縁層４１，４２からなり、各絶縁層４１，４２は本実施形態ではそれぞれポリシラザンを原料としたシリコン酸化膜からなるものであるが、異なる絶縁材料にて構成することもできる。
【００１５】
ここで、多結晶シリコン膜２とゲート電極７とは、ゲート絶縁膜３を介して積層され、また、多結晶シリコン膜２とソース電極６、或いは多結晶シリコン膜２とドレイン電極５は、それぞれゲート絶縁膜３及び層間絶縁層４を介して積層されている。以上のように、本実施形態のＴＦＴ１００は多層配線構造を具備し、特に５００ｎｍ以上の厚膜の層間絶縁層４を有して構成されており、以下に述べるような製造方法を用いて製造することができる。
【００１６】
以下、図１に示したＴＦＴ１００の製造方法について、図２〜図４を参照しつつ説明する。まず、図２（ａ）に示したように、ガラス基板１の表面に多結晶シリコン膜２を形成する。この多結晶シリコン膜２は、次のようにして形成することができる。はじめに、ガラス基板１の上に例えばフッ素樹脂膜などの撥液性の膜（図示せず）を形成する。そして、この撥液膜の素子形成領域に紫外線などを照射し、素子形成領域の撥液膜を分解除去してパターニングし、撥液バンクとする。その後、素子形成領域に液体水素化ケイ素を塗布して乾燥させる。次に、乾燥させた水素化ケイ素の膜を焼成して熱分解し、アモルファスシリコン膜にする。さらに、ガラス基板１の全体に紫外線を照射して撥液バンクを分解して除去したのち、アモルファスシリコン膜にＸｅＣｌなどのエキシマレーザを照射してアニールし、アモルファスシリコン膜を多結晶化して多結晶シリコン膜２にする。その後、多結晶シリコン膜２のチャンネルドープを行う。すなわち、全面に適宜の不純物（例えば、ｎ型導電層を形成する場合はＰＨ3イオン）を打ち込んで拡散させる。
【００１７】
次に、図２（ｂ）に示すように、多結晶シリコン膜２を覆う形にて、ゲート絶縁膜３を形成する。具体的には、ガラス基板１の全面に液体材料を塗布し、塗布した液体材料を例えば３００℃〜５００℃で焼成させることでゲート絶縁膜３を得る。なお、液体材料は、ポリシラザン（例えばポリシラザンのキシレン溶液）、ポリイミド、Ｌｏｗ−Ｋ材の溶液を用いることができ、液体材料の塗布は、スピンコート、ディップコート、ＬＳＭＣＤ、スリットコート、液滴吐出装置により行うことができる。さらに、液体材料は、必ずしも絶縁性を有することはなく、最終的に得られた膜が絶縁性を示せば良い。そして、これらの液体材料は、有機溶媒に溶解して塗布したのち、一般に熱処理することにより絶縁層とすることができる。したがって、液体材料を固化する工程は、塗布した液体材料を加熱して行うことが望ましい。
【００１８】
その後、図２（ｃ）に示すように、ゲート絶縁膜３上の所定領域にゲート電極７を形成する。具体的には、有機金属化合物を主成分とする液体導電材料を全面塗布する一方、これを所定領域に選択的に形成すべくフォトリソグラフィー法等によりパターニングする。
【００１９】
次に、図３（ａ）に示すように、形成したゲート電極７をマスクとして、多結晶シリコン膜２に適宜の不純物（例えば、ｐ型導電層を形成する場合はＢ2Ｈ6イオン）の打ち込みを行う。この不純物イオンの打ち込みにより、多結晶シリコン膜２にソース領域２１，チャネル領域２２，ドレイン領域２３がそれぞれ形成される。
【００２０】
また、図３（ｂ）に示すように、ゲート電極７を含むゲート絶縁膜３（ガラス基板１）の全面に第１の絶縁膜４１を形成する。この第１の絶縁膜４１は、上述したゲート絶縁膜３と同様の方法、つまりポリシラザンのキシレン溶液からなる液体材料をスピンコートにより塗布し、これを３００℃〜５００℃の温度で焼成することにより形成している。
【００２１】
さらに、図３（ｃ）に示すように、形成した第１の絶縁膜４１上に第２の絶縁膜４２を形成する。この第２の絶縁膜４２は、第１の絶縁膜４１と同様の方法、つまりポリシラザンのキシレン溶液からなる液体材料をスピンコートにより塗布し、これを３００℃〜５０００℃の温度で焼成することにより形成している。
【００２２】
続いて、図４（ａ）に示すように、第１の絶縁膜４１及び第２の絶縁膜４２に対してコンタクトホール１１，１２を形成する。ここでは、第２の絶縁膜４２上に所定パターンのマスク（図示略）を形成し、該マスクを介したエッチングによりコンタクトホールを形成するものとしている。
【００２３】
そして、図４（ｂ）に示すように、形成したコンタクトホール１１，１２に対して、インクジェット装置（図示略）を用いて選択的に有機金属化合物を主成分とした液体コンタクト形成材料を供給し、その後、該液体コンタクト形成材料を焼成して固化することでコンタクトプラグを形成する。さらに、コンタクトプラグと接続する形にて、ソース電極６及びドレイン電極５を所定の配線パターンにて形成する。このソース電極６及びドレイン電極５のパターン形成に際しても、インクジェット装置（図示略）を用いることができる。なお、コンタクトプラグとソース電極６及びドレイン電極５は、それぞれ同一の工程にて、つまりコンタクトホール１１，１２を充填させつつ、各電極５，６を形成するものとしても良い。
【００２４】
以上のような方法により、図１に示したＴＦＴ（半導体装置）１００を得ることができる。ここでは、絶縁層４を厚膜に形成するために、液体材料を複数回に亙って重ね塗りしている。これにより、緻密で膜厚の均一な絶縁層４を形成することが可能となり、製造されるＴＦＴ（半導体装置）１００の信頼性が非常に高いものとなる。
【００２５】
なお、本実施の形態では、絶縁層４を形成するために、第１の液体材料を塗布し、これを焼成することにより第１の絶縁層４１を形成した後に、第２の液体材料を塗布・焼成して第２の絶縁層４２を形成するものとしているが、第１の液体材料の塗布後、焼成を行う前に第２の液体材料を塗布するものとしても良い。つまり、第１の液体材料を塗布した後、８０℃〜１５０℃で乾燥させた後、第２の液体材料を塗布し、第１及び第２の塗布層を３００℃〜５００℃で同時焼成させるものとすることもできる。ここで、第１の液体材料の乾燥工程は、完全な乾燥が要求されるものではなく、半乾きの状態で第２の液体材料を塗布するものとしても良い。また、本実施の形態で行う乾燥及び／又は焼成工程は、例えば加熱に減圧を伴うものであっても良い。
【００２６】
また、本実施の形態では、第１の絶縁層４１と第２の絶縁層４２とを同一の材料（ポリシラザン）にて形成しているが、各絶縁層をそれぞれ異なる材料にて構成することもできる。例えば、第１の絶縁層４１をポリイミドにて形成し、第２の絶縁層４２をポリシラザンにて形成した構成を採用することができる。さらに、本実施の形態では、２回の重ね塗りにより層間絶縁層４を厚膜化しているが、３回、４回の重ね塗りも可能である。
【００２７】
次に、本発明の効果を確認するために、２回の重ね塗りによる膜厚の変化を検討した。
まず、ポリシラザンの２０重量％キシレン溶液を用意し、これを４インチのＳｉウェハ上にスピンコーターを用いて塗布した。具体的には、溶液を大気中で液滴下後、種々の回転速度で１回目の塗布を行い、これを１００℃、５分の条件でプレベークし、さらに酸素雰囲気下、３００℃、１時間の条件でアニールを行い、得られた第１絶縁層について、その膜厚を回転数毎に評価した。
【００２８】
さらに、その第１絶縁層上に、同じく大気中、種々の回転速度で２回目の塗布を行うとともに、これを１００℃、５分の条件でプレベークし、さらに酸素雰囲気下、３００℃、１時間の条件でアニールを行い、得られた第２絶縁層について、その膜厚を回転数毎に評価した。ここでは得られた積層の絶縁膜（第１絶縁層＋第２絶縁層）の膜厚から第１絶縁層の膜厚を引いた値を、第２絶縁層の膜厚として算出した。結果を図５に示す。なお、膜厚はウェハ面内の５点についての平均値を示している。
【００２９】
図５に示すように、回転数が同じならば、１回目の塗布により形成した第１絶縁層の膜厚と、２回目の塗布により形成した第２絶縁層の膜厚が略一致している。つまり、回転数が同じならば、２度塗りによって膜厚が２倍になることが分かった。但し、１０００ｒｐｍ以下では膜厚の面内バラツキが大きく観察された。
【００３０】
このような重ね塗りにより絶縁層の厚膜化が可能となった。しかも、１回の塗布により厚膜化した場合に比して、緻密で均一な膜厚の絶縁層を形成することができた。そして、このような重ね塗りによる絶縁層を形成した半導体装置は、導電層間の絶縁が確実に図られ、非常に信頼性の高いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】半導体装置の一実施形態を示す断面模式図。
【図２】図１の半導体装置の製造方法についてその一プロセスを示す断面模式図。
【図３】図２に続くプロセスを示す断面模式図。
【図４】図３に続くプロセスを示す断面模式図。
【図５】１度塗りと２度塗りの膜厚の関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００３２】
１…ガラス基板（基板）、２…多結晶シリコン膜（導電層）、３…ゲート絶縁膜、４…層間絶縁層、５…ドレイン電極（導電層）、６…ソース電極（導電層）、７…ゲート電極（導電層）、１００…ＴＦＴ（半導体装置）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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