(57)【要約】【課題】  絶縁層と金属層との積層体を含む半導体装置の製造方法において、絶縁層と金属層との間において剥がれの生じ難い製造方法を提供し、もって信頼性の高い半導体装置を提供する。【解決手段】  本発明の半導体装置の製造方法は、絶縁層４と金属層５，６，７との積層体を含む半導体装置の製造方法であって、ポリシラザンを含む液体材料を塗布した後、これを焼成することで絶縁層４を形成する絶縁層形成工程を備え、前記焼成を水蒸気雰囲気中にて行うことを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁層と金属層との積層体を含む半導体装置の製造方法であって、
ポリシラザンを含む液体材料を塗布した後、これを焼成することで絶縁層を形成する絶縁層形成工程を備え、
前記焼成を水蒸気雰囲気中にて行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記絶縁層形成工程の後に、前記金属層を形成する金属層形成工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記絶縁層形成工程の前に、前記金属層を形成する金属層形成工程を含む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、前記絶縁層を５００ｎｍ以上の膜厚に形成することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項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、前記ポリシラザンを含む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】
前記金属層形成工程において、Ａｌ又はＴａを用いて金属層を形成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。
【請求項７】
前記絶縁層形成工程において、焼成を湿度５０％〜１００％の水蒸気雰囲気中にて行うことを特徴とする請求項１ないし６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、基板に金属層を成膜し、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金属材料を、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金属層を成膜し、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】国際公開第００／５９０４０号パンフレット
【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、これを焼成することで絶縁層を形成しているが、この焼成を適当な条件で行わない限り、絶縁層と金属層（配線層）との間で剥がれが生じる場合がある。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、絶縁層と金属層との積層体を含む半導体装置の製造方法において、絶縁層と金属層との間において剥がれの生じ難い製造方法を提供し、もって信頼性の高い半導体装置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、絶縁層と金属層との積層体を含む半導体装置の製造方法であって、ポリシラザンを含む液体材料を塗布した後、これを焼成することで絶縁層を形成する絶縁層形成工程を備え、前記焼成を水蒸気雰囲気中にて行うことを特徴とする。
【０００７】
このように焼成を水蒸気雰囲気中にて行うと、絶縁層と金属層との間に生じ得る膜剥がれの発生を防止ないし抑制することが可能となった。従来の技術において生じていた膜剥がれは、焼成後の絶縁層中に窒素成分が残留していたことによるものと考えられるが、本発明では焼成を水蒸気雰囲気中で行うことで、この残留窒素成分を殆ど無くすことが可能となり、その結果、膜剥がれの発生を防止ないし抑制することができたものと考えられる。
【０００８】
本発明の製造方法において、焼成は湿度５０％〜１００％の水蒸気雰囲気中にて行うものとすることができる。湿度５０％以下の場合、膜中に窒素成分が残留し、膜剥がれが生じる場合がある。
【０００９】
また、本発明の半導体装置の製造方法においては、前記絶縁層形成工程の後に前記金属層を形成する金属層形成工程を含むものとしても良いし、前記絶縁層形成工程の前に前記金属層を形成する金属層形成工程を含むものとしても良い。
【００１０】
また、前記絶縁層形成工程において、前記絶縁層を５００ｎｍ以上の膜厚に形成することができる。形成する絶縁層の膜厚が５００以上の場合、従来の方法で焼成を行うと当該絶縁層と金属層との間に生じ得る応力の影響が大きくなるため、特にこのような厚膜の絶縁層を形成する場合に本発明の方法は好適となる。
【００１１】
また、前記絶縁層形成工程において、前記ポリシラザンを含む液体材料をスピンコートにて塗布するものとすることができる。スピンコート法による成膜は非常に簡便で、しかも膜厚が比較的均一となるため好適である。
【００１２】
さらに、前記金属層形成工程において、Ａｌ又はＴａを用いて金属層を形成することができる。このようなＡｌ又はＴａの金属層と絶縁層との間では、従来の方法で焼成を行うと膜剥がれが生じ易いため、特にこのような金属層を形成する場合に本発明の方法は好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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３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。
【００１４】
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。
【００１５】
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、ゲート絶縁膜３及び層間絶縁層４は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。
【００１６】
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。
【００１７】
以下、図１に示したＴＦＴ１００の製造方法について、図２、図３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。
【００１８】
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の全面にポリシラザンをキシレンに分散ないし溶解させた液体材料を塗布し、塗布した液体材料を例えば湿度５０％〜１００％の水蒸気雰囲気中、３００℃〜５００℃で焼成させることで、膜厚８０ｎｍ〜１５０ｎｍ程度のゲート絶縁膜３を得る。なお、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。
【００１９】
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、Ａｌ又はＴａを主成分とする金属材料を蒸着法により全面塗布する一方、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。
【００２０】
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。
【００２１】
次に、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）の全面に絶縁膜４を形成する。この絶縁膜４は、上述したゲート絶縁膜３と同様の方法で形成するものとしており、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、これを例えば湿度５０％〜１００％の水蒸気雰囲気中、３００℃〜５００℃の温度で焼成すること、膜厚５００ｎｍ程度の絶縁膜４を得ている。
【００２２】
さらに、図３（ｃ）に示すように、形成した絶縁膜４に対してコンタクトホール１１，１２を形成する。ここでは、絶縁膜４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３（ｄ）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。
【００２４】
このソース電極６及びドレイン電極５のパターン形成方法としては、例えば蒸着法によりＡｌ又はＴａを主成分とする金属材料を全面塗布し、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方法を採用することができる。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。この場合、コンタクトプラグとソース電極６及びドレイン電極５はそれぞれ同一の金属材料にて構成することが好ましい。
【００２５】
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、ゲート絶縁膜３及び層間絶縁層４を形成する際に、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、これを湿度５０％〜１００％の水蒸気雰囲気中、３００℃〜５００℃の温度で焼成することで各絶縁膜を得るものとしている。つまり、焼成を水蒸気雰囲気中で行ったところ、ゲート絶縁膜（絶縁層）３とゲート電極（金属層）７との間の剥がれが非常に生じ難くなり、また、層間絶縁膜（絶縁層）４とゲート電極（金属層）７との間、及び層間絶縁膜（絶縁層）４とソース電極（金属層）６との間、及び層間絶縁膜（絶縁層）４とドレイン電極（金属層）５との間においても膜剥がれが非常に生じ難いものとなった。特に、層間絶縁膜４は５００ｎｍ以上の厚膜にて形成しているにも拘らず、ゲート電極７、ソース電極６、ドレイン電極５との間で膜剥がれが生じず、非常に信頼性の高いＴＦＴ１００となった。
【００２６】
次に、本発明の効果を確認するために、以下の比較検討を行った。
まず、実施例として、ポリシラザンの２０重量％キシレン溶液を用意し、これをＡｌからなる金属板の上に塗布した。具体的には、溶液を大気中で液滴下後、所定の回転速度で塗布し、これを１００℃、５分の条件でプレベークした後、さらに湿度８０％の酸素雰囲気下、３００℃、１時間の条件でアニールを行い、厚さ１μｍの絶縁膜を得た。そして、得られた絶縁膜と金属板の間の膜の状態について観察した。
【００２７】
一方、比較例として、ポリシラザンの２０重量％キシレン溶液を用意し、これをＡｌからなる金属板の上に塗布した。具体的には、溶液を大気中で液滴下後、所定の回転速度で塗布し、これを１００℃、５分の条件でプレベークした後、さらに湿度３％以下の酸素雰囲気下、３００℃、１時間の条件でアニールを行い、厚さ１μｍの絶縁膜を得た。そして、得られた絶縁膜と金属板の間の膜の状態について観察した。
【００２８】
絶縁膜と金属板の間の膜の状態を観察したところ、実施例では膜の剥がれが生じていないものの、比較例では絶縁膜と金属板の間でクラックが生じていた。以上の検討結果から、本発明のように、絶縁層と金属層との積層体を含む半導体装置を製造する場合、ポリシラザンを含む液体材料を塗布した後、これを水蒸気雰囲気にて焼成することで絶縁層を形成すれば、金属層との間で膜剥がれの生じ難い、信頼性の高い半導体装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【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。
【符号の説明】
【００３０】
３…ゲート絶縁膜（絶縁層）、４…層間絶縁層（絶縁層）、５…ドレイン電極（金属層）、６…ソース電極（金属層）、７…ゲート電極（金属層）、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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