(57)【要約】【課題】  支持基板上に形成された第１導電層と、層間絶縁層上に形成された第２導電層とをコンタクトホールによって電気的に接続した半導体装置において、安価に、前記第１導電層と第２導電層とのコンタクト不良を抑制した半導体装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】  開口部内における第１導電層１０２の状態は、開口部端部付近１０２ｂよりも中心部付近１０２ｃにおいて表面粗さがより大きい、もしくは導電性は薄膜の粒径がより大きくなるように形成されている。従って、コンタクトホール１０４における第１導電層１０２と第２導電層１０５との電気的接続が良好となってコンタクト不良の発生を抑制可能としている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板上に形成される導電性薄膜からなる第１導電層と、当該第１導電層上に積層された層間絶縁層と、当該層間絶縁層上に積層された第２導電層の積層構成を有し、前記層間絶縁層に設けられて前記第１導電層の表面の一部を露出する開口部を介して前記第１導電層と前記第２導電層とが電気的に接続された構造を有する半導体装置において、
前記第１導電層は開口部領域内に複数の粒界が含まれる状態で成膜され、
前記開口部で露出された開口部領域において、前記第１導電層の表面粗さ、もしくは前記第１導電層の粒径が、開口部端部付近よりも中央部付近において大きい状態で前記第１導電層と前記第２導電層とを電気的に接続したことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置において、
前記層間絶縁層の開口部の側縁をテーパー面としたことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
支持基板上に導電性薄膜からなる第１導電層を形成する工程と、当該第１導電層上に層間絶縁層を積層する工程と、当該層間絶縁層に前記第１導電層の表面の一部を露出する開口部を形成する工程と、前記層間絶縁層及び前記開口部に露出された第１導電層の表面に第２導電層を形成する工程とを備えた半導体装置の製造方法において、
前記層間絶縁層に形成される開口部は、レーザ光照射によってレーザ光照射部分の層間絶縁層を除去して形成されるとともに、当該開口部で露出された開口部領域において、前記第１導電層の表面粗さ、もしくは前記第１導電層の粒径が、開口部端部付近よりも中央部付近において大きくなるように変形させたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の半導体装置の製造方法において、
レーザ光照射によってレーザ光照射部分の層間絶縁層が除去されて前記層間絶縁層に開口部が形成された後、
前記層間絶縁層表面にクリーニングローラを接触させることにより、当該層間絶縁層を清掃することを特徴とする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、半導体装置及び半導体装置の製造方法に係り、特に、薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下ではＴＦＴと記載することもある。）やその他の素子を接続する層間絶縁層に設けられた開口部（以下ではコンタクトホールと記載することもある。）近傍の構造及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＴＦＴ基板、例えば、ドライビング用のＴＦＴ基板においては、上下配線を分離絶縁する層間絶縁層に設けられたコンタクトホールを介してスイッチング用ＴＦＴ素子に接続されている。また、表示装置の場合には、さらに画素電極がコンタクトホールを介してドライビング用のＴＦＴ基板に接続されている。
【０００３】
このようなコンタクトホールを設けた半導体装置では、コンタクト不良の発生確率の低減が課題であり、コンタクトホールの形状が工夫されている。例えば、特許文献１には、フォトリソグラフィーの工夫により側壁のテーパー角度が６０°以下である形状のコンタクトホールを形成することが開示されている。また、特許文献２では、層間絶縁層材料の特性を利用して、側壁の曲率半径が連続的に変化する曲面状形状のコンタクトホールを形成することが開示されている。さらに、特許文献３では、コンタクトホール形成時のエッチング方法の工夫により多重プロファイル形状のコンタクトホールを形成することが開示されている。しかしながら、これらの特許文献に開示されたコンタクトホールの形成方法においては、フォトリソグラフィー法と乾式、湿式エッチング法を組み合わせる方法が用いられている。このように、コンタクトホールの形成方法として、フォトリソグラフィー法と乾式、湿式エッチング法を用いると、フォトマスクが必要であったり、露光、現像、焼成、剥離といった多段階の工程が必要となり、高コストな製造プロセスになってしまう問題を招く。
【０００４】
このような問題を改善するために、フォトリソグラフィーを用いないコンタクトホールの形成方法が提案されている。例えば、特許文献４においては、フォトリソグラフィーを用いない方法として、レーザ光照射により層間絶縁層を除去してコンタクトホールを形成する方法が開示されている。しかしながら、この特許文献４においては、フォトリソグラフィーを用いずにレーザ光照射によって、支持基板上に選択的に形成された導電性光吸収層上の層間絶縁層を除去してコンタクトホールを形成することが開示されているが、このコンタクトホールで露出される導電性光吸収層の表面特性を変化させることについては記載がない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、上記事情に鑑みてなされたものであって、支持基板上に形成された第１導電層と、層間絶縁層上に形成された第２導電層とをコンタクトホールによって電気的に接続した半導体装置において、安価に、前記第１導電層と第２導電層とのコンタクト不良を抑制した半導体装置及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、支持基板上に形成される導電性薄膜からなる第１導電層と、当該第１導電層上に積層された層間絶縁層と、当該層間絶縁層上に積層された第２導電層の積層構成を有し、前記層間絶縁層に設けられて前記第１導電層の表面の一部を露出する開口部を介して前記第１導電層と前記第２導電層とが電気的に接続された構造を有する半導体装置において、
前記第１導電層は開口部領域内に複数の粒界が含まれる状態で成膜され、
前記開口部で露出された開口部領域において、前記第１導電層の表面粗さ、もしくは前記第１導電層の粒径が、開口部端部付近よりも中央部付近において大きい状態で前記第１導電層と前記第２導電層とを電気的に接続したことを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２の発明は、請求項１記載の半導体装置において、
前記層間絶縁層の開口部の側縁をテーパー面としたことを特徴とする。
【０００８】
また、請求項３の発明は、支持基板上に導電性薄膜からなる第１導電層を形成する工程と、当該第１導電層上に層間絶縁層を積層する工程と、当該層間絶縁層に前記第１導電層の表面の一部を露出する開口部を形成する工程と、前記層間絶縁層及び前記開口部に露出された第１導電層の表面に第２導電層を形成する工程とを備えた半導体装置の製造方法において、
前記層間絶縁層に形成される開口部は、レーザ光照射によってレーザ光照射部分の層間絶縁層を除去して形成されるとともに、当該開口部で露出された開口部領域において、前記第１導電層の表面粗さ、もしくは前記第１導電層の粒径が、開口部端部付近よりも中央部付近において大きくなるように変形させたことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項４の発明は、請求項３に記載の半導体装置の製造方法において、
レーザ光照射によってレーザ光照射部分の層間絶縁層が除去されて前記層間絶縁層に開口部が形成された後、
前記層間絶縁層表面にクリーニングローラを接触させることにより、当該層間絶縁層を清掃することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、支持基板上に形成された第１導電層と、層間絶縁層上に形成された第２導電層を開口部（コンタクトホール）によって電気的に接続された半導体装置において、安価に、前記第１導電層と第２導電層とのコンタクト不良を抑制した半導体装置及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明による一実施形態に係る半導体装置のコンタクトホール部分の概略構成を示す概略断面図である。
【図２】本発明による一実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す概略断面図で、（ａ）は第１導電層の作製工程を示す断面図、（ｂ）は層間絶縁層の作製工程を示す断面図、（ｃ）はレーザ光加工工程を示す断面図、（ｄ）はコンタクトホールの作製工程を示す断面図、（ｅ）は第２導電層の作製工程を示す断面図である。
【図３】実施例１で得られた半導体装置のコンタクトホール部分の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像写真である。
【図４】実施例１で得られた半導体装置のコンタクトホール部分の断面ＳＥＭ像である。
【図５】比較例によるコンタクトホールの作製工程を示す断面図で、（ａ）は第１導電層の作製工程を示す断面図、（ｂ）は層間絶縁層の作製工程を示す断面図、（ｃ）はフォトレジスト層形成工程を示す断面図、（ｄ）は露光工程を示す断面図、（ｅ）は現像工程を示す断面図、（ｆ）はドライエッチング工程を示す断面図、（ｇ）はフォトレジスト層除去工程を示す断面図、（ｈ）は第２導電層の作製工程を示す断面図である。
【図６】比較例で得られた半導体装置のコンタクトホール部分の断面ＳＥＭ像である。
【図７】半導体装置の製造方法におけるその他の実施の形態の製造工程を示すフロー図である。（ａ）は第１導電層の作製工程、（ｂ）は層間層間絶縁層の作製工程、（ｃ）はコンタクトホールの作製工程、（ｅ）はクリーニング工程、（ｆ）は第２導電層の作製工程を示す。
【図８】実施例３で得られた半導体装置のコンタクトホール部分のＳＥＭ像である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明者らは、コンタクトホールを設けた半導体装置において、層間絶縁層の上下に形成された第１導電層と第２導電層のコンタクトホールにおけるコンタクト不良について種々検討を行った。その結果、導電性薄膜からなる第１導電層は、低温で成膜した場合に開口部領域内に複数の粒界が含まれた状態、つまり、導電性薄膜は平均粒径が１００〜５００ｎｍ程度と小さく、抵抗要因となる粒界が多数存在していて、コンタクトホール上で第１導電層と第２導電層を接続した際に、第１導電層と第２導電層とが良好に電気的接続が行われていないことを究明した。この問題の解決を図るべく更なる検討を続けた結果、フォトリソグラフィーを使用することなくレーザ光を照射してコンタクトホールを形成する際に、コンタクトホール形成によって露出される第１導電層において、（１）：表面粗さを開口部端部付近よりも中央部付近において大きい、もしくは、（２）：第１導電層を形成する導電性薄膜の粒径を、開口部端部付近よりも中央部付近において大きくなるようにレーザ光を照射してコンタクトホールを形成し、このコンタクトホールで第１導電層と第２導電層とを接続すれば、コンタクトホールにおける第１導電層と第２導電層との電気的接続が良好となりコンタクト不良を抑制できることに気が付き本発明を完成させるに至った。電気的接続が良好になるのは、コンタクトホール中央付近において表面粗さが大きくなることにより凹凸形状の効果によって第１導電層と第２導電層の接触面積が増加すること、粒径が大きくなることによって抵抗要因となる粒界が低減できるためである。
【００１３】
特に、このコンタクトホールの形成時に、層間絶縁層の開口部の側縁がテーパー面となるように、レーザ光を照射した場合には、コンタクトホールにおける第１導電層と第２導電層との電気的接続がさらに良好となり、良好にコンタクト不良を抑制することが可能となる。なお、本発明においては、導電性薄膜とは、真空蒸着法、スパッタリング法、スピンコート法などによって、形成した薄膜を示す。
【００１４】
次に、本発明による一実施形態に係る半導体装置について、図面を参照しながら以下に詳しく説明する。図１は、本発明による一実施形態に係る半導体装置のコンタクトホール部分の概略構成を示す概略断面図である。図２は、本発明による一実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す概略断面図で、（ａ）は第１導電層の作製工程を示す断面図、（ｂ）は層間絶縁層の作製工程を示す断面図、（ｃ）はレーザ光加工工程を示す断面図、（ｄ）はコンタクトホールの作製工程を示す断面図、（ｅ）は第２導電層の作製工程を示す断面図である。
【００１５】
本発明による一実施形態に係る半導体装置は、図１に示すように、支持基板１０１上に形成される導電性薄膜１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃである第１導電層１０２を備えている。１０２ａは開口部以外、１０２ｂは開口部端部付近、１０２ｃは開口部中央付近の導電性薄膜を示している。さらに、この第１導電層１０２上には、層間絶縁層１０３が形成されており、この層間絶縁層１０３の所定位置には、所定形状の開口部であるコンタクトホール１０４が形成されている。また、層間絶縁層１０３上には、第２導電層１０５が形成されており、コンタクトホール１０４上で第１導電層１０２と、第２導電層１０５とが電気的に接続されている。
【００１６】
ここで、コンタクトホール１０４を形成する層間絶縁層１０３の側縁１０３ａは、テーパー角θを有するテーパー面となっている。また、第１導電層１０２は、コンタクトホール１０４で露出する開口部Ｄ１内の開口部端部付近の状態１０２ｂと中央部付近Ｄ２の状態１０２ｃとは、異なる形態になっている。即ち、開口部端部付近の第１導電層の状態１０２ｂに対して中央部付近Ｄ２の第１導電層の状態１０２ｃは、少なくとも表面粗さがより大きい、もしくは導電性薄膜の粒径がより大きくなるように形成されている。その第１導電層の状態に倣って第２導電層１０５が積層されている。このような状態をとることによって、コンタクトホール１０４における第１導電層１０２と第２導電層１０５との電気的接続が良好となってコンタクト不良の発生を抑制可能としている。この点の詳細については、後述する。
【００１７】
支持基板１０１としては、ガラス基板や、ポリカーボネート、ＰＥＴ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎ  Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、アクリルなどの樹脂基板を用いることができる。第１導電層１０２としては、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）などの金属材料等の導電性材料からなる導電性薄膜を用いることができる。第１導電層１０２の膜厚は、５０ｎｍ〜２μｍである。
【００１８】
層間絶縁層１０３としては、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルサルフォン、フッ素樹脂などの耐熱性のある樹脂材料、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化窒化シリコン（ＳｉＯＮ）などの無機材料を用いることができる。層間絶縁層１０３の膜厚は、１００ｎｍ〜５μｍである。層間絶縁層のコンタクトホール１０４を形成する側縁１０３ａは、６０度以下のテーパー角θを有するテーパー面に形成されている。コンタクトホール１０４は、後述するように、レーザ光を照射して形成され、その開口径は５μｍ〜５０μｍである。第２導電層１０５は、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）などの金属材料、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、酸化亜鉛等の導電性化合物等の導電性物質を含有する導電性被膜で構成され、その膜厚は、５０ｎｍ〜２μｍである。
【００１９】
以上のように、本発明による半導体装置の特徴は、コンタクトホール１０４に対応する開口部領域１０２ｃの第１導電層１０２の状態にある。このような開口部領域１０２ｃの第１導電層１０２の状態は、コンタクトホール１０４をレーザ加工によって作製する際に容易に形成することができる。次に、レーザ加工によるコンタクトホールの作製方法について、図２に基づいて説明する。
【００２０】
図２には、本発明による一実施形態に係る半導体装置のコンタクトホール１０４の作製方法を示す。図２（ａ）は、第１導電層１０２の作製工程を示す。符号１０１は支持基板であり、符号１０２は第１導電層を示す。第１導電層１０２の成膜は、スパッタリング法、蒸着法、スピンコート法などの成膜手法によって、金属材料等の導電性薄膜を形成することによってなし得る。このようにして成膜後に第１導電層１０２を配線形状に加工する。この第１導電層１０２の配線形状加工には、フォトリソグラフィー法、湿式、乾式エッチング法を用いることによって所望の配線形状を作製することができる。また、インクジェット法で直接配線形状の第１導電層を作製してもかまわない。このようにして支持基板１０１上に所定形状の第１導電層１０２を形成する。続いて、このようにして支持基板１０１上に形成された第１導電層１０２上に層間絶縁層１０３を形成する。
【００２１】
図２（ｂ）には、層間絶縁層１０３の作製工程を示す。符号１０３は層間絶縁層を示す。層間絶縁層１０３の成膜には、スピンコート法、スパッタリング法、蒸着法などの成膜手法を用いることができる。このようにして形成された層間絶縁層１０３にコンタクトホール１０４をレーザ加工によって形成する。図２（ｃ）は、コンタクトホール１０４を形成するためのレーザ加工工程を示す。符号２３１はレーザ光を示す。このレーザ光２３１を第１導電層１０２の所望位置、大きさの開口（コンタクトホール）を形成するように、層間絶縁層１０３上から照射する。１０２ｃは第１導電層の溶融部分を示す。レーザ照射による加熱によってレーザ照射領域の中央付近の第１導電層は溶融し固化する。
【００２２】
このレーザ加工工程では、固体レーザであるＹＶＯ４レーザやＹＡＧレーザ、気体レーザであるエキシマレーザなどを搭載するレーザ加工装置を用いることができる。
【００２３】
図２（ｄ）は、レーザ加工後の状態であり、レーザ加工後に形成されたコンタクトホール形状を示す。符号１０４はコンタクトホール、符号１０３ａはコンタクトホール１０４が形成された層間絶縁層１０３の側縁のテーパー角θを有するテーパー面を示す。符号１０２ｃは、開口部中央付近の第１導電層１０２の状態を示す。開口部端部付近よりも中央付近において、導電性薄膜の表面粗さもしくは粒径の少なくとも一方が変化している状態を示している。
【００２４】
レーザ光２３１の照射によって第１導電層１０２の開口部中心付近１０２ｃの導電性薄膜は加熱されて溶融、固化する。導電性薄膜が溶融状態になり固化することによって、変形し表面粗さが増加する。また、溶融固化の過程で再結晶化が起こり、導電性薄膜の粒径が大きくなる。レーザ光はガウシアン分布など何らかの強度分布を持ち、照射中心付近が強く、照射周辺付近が弱くなる。レーザ光が強度分布を持つことから、前記第１導電層の変化は、コンタクトホール中央付近で顕著に起こる。その結果、レーザ光照射によって特に加熱される開口部中央付近における第１導電層１０２ｃの表面粗さが増加し、導電性薄膜の粒径が増大した状態になる。このように、開口部領域内１０２ｃにおいて、第１導電層１０２の表面粗さが大きくなっていることによって、凹凸形状の効果によって第２導電層１０５との接触面積が増加し、コンタクト抵抗の低抵抗化がはかれる。また、導電性薄膜の粒径が増大することによっても、抵抗要因となる粒界が減少することで低抵抗化する。以上のように、レーザ光加工でコンタクトホール１０４を形成する方法は、開口部における第１導電層１０２をより好ましい状態に改質することができる。
【００２５】
また、コンタクトホール１０４は、レーザ光２３１の照射領域内の強度分布によって、図２（ｄ）の１０３ａに示すように、順テーパー形状になっている。このように、層間絶縁層１０３のコンタクトホール１０４の側縁をテーパー面とすることによって、コンタクトホール１０４の層間絶縁層１０３上に積層する第２導電層１０５が薄膜であっても、コンタクトホール１０４の端部におけるステップカバレージの劣化を防ぎ、コンタクト不良を抑制できる。この場合に、レーザ光照射領域内において、ガウシアン分布などのエネルギー分布があるレーザ光を用いることによって、レーザ光照射領域の中心よりも周辺において層間絶縁層１０３の除去量を低減することができる。その結果、より緩やかな順テーパー形状のコンタクトホール１０４を形成することができる。緩やかな順テーパー形状のコンタクトホールとすることによって、コンタクトホール１０４上で積層する第２導電層１０５が薄膜であっても、より効果的にコンタクトホール１０５におけるステップカバレージの劣化を防げ、コンタクト不良が抑制できる。以上のように、照射領域内でエネルギー変化があるレーザ光を用いるコンタクトホール形成方法は、コンタクトホールをより好ましい形状に加工することができるので好適である。
【００２６】
図２（ｅ）は、第２導電層１０５の作製工程を示す。符号１０５は第２導電層を示す。第２導電層の成膜は、スピンコート法、スパッタリング法、蒸着法などの成膜手法を用いることができる。成膜後に第２導電層を配線形状に加工する。第２導電層の加工には、フォトリソグラフィー法、湿式、乾式エッチング法を用いることができる。また、インクジェット法で直接配線形状の第２導電層を作製してもかまわない。第２導電層は、下層に配置される第１導電層の状態に倣って積層される。
【００２７】
また本発明では、レーザ光を用いてコンタクトホールを形成した後にクリーニングローラを接触することにより前記層間絶縁膜表面を清掃するクリーニング工程を設けることがより好ましい。
図７にはクリーニング工程を設ける場合の半導体装置の製造方法をフロー図で示す。（ａ）は第１導電層の作製工程、（ｂ）は層間層間絶縁層の作製工程、（ｃ）はレーザ加工によるコンタクトホールの作製工程、（ｅ）はクリーニング工程、（ｆ）は第２導電層の作製工程を示す。
図７に示すように、クリーニング工程は、コンタクトホール形成後に行う。クリーニング後に第２導電層を形成し半導体装置が完成する。（ｃ）に示すレーザ加工によるコンタクトホールの作製工程では、レーザ光照射によってレーザ光照射部分の層間絶縁層を除去してコンタクトホールを形成する。除去された層間絶縁層材料は、コンタクトホール内および周辺に再付着することがある。（ｄ）に示すクリーニング工程では、この層間絶縁層材料からなる付着物を除去する。クリーニング工程では、クリーニングローラを用いる。クリーニングローラをコンタクトホール形成後の層間絶縁層表面に接触させることによって、コンタクトホール内および周辺の付着物を除去する。
かかる半導体装置の製造方法の詳細は、後述する実施例３に記載する。
【００２８】
以上のような工程を経てコンタクトホールをレーザ加工によって形成し、第１導電層１０２と第２導電層１０５とを良好に電気的に接続させることが可能となる半導体装置を、容易かつ安価に確実に提供することができる。次に、本発明を、具体的な実施例に基づいて説明する。
【実施例】
【００２９】
次に、本発明による実施例及び比較例について説明する。
（実施例１）
本発明による実施例１では、前述の図２に示す工程に沿って、半導体装置が製造された。この場合、この実施例１においては、支持基板１０１としてはガラス基板が使用され、第１導電層１０２としては、Ａｇ薄膜が使用された。Ａｇ薄膜は、Ａｇ金属材料を使用し、直流（ＤＣ）スパッタリング法で形成、成膜した。成膜雰囲気はアルゴン（Ａｒ）であり、圧力は０．６Ｐａ、投入パワーは２００Ｗである。このようにして形成された第１導電層１０２の膜厚は２００ｎｍである。成膜後に第１導電層１０２をフォトリソグラフィー、湿式エッチング法により配線形状に加工し、第１Ａｇ配線とした。
【００３０】
また、層間絶縁層１０３はポリイミド薄膜である。層間絶縁層１０３は、ポリイミド溶液をスピンコート法で塗布、成膜し、成膜後に１００℃のプリベーク、１８０℃のポストベークを行って形成した。
【００３１】
コンタクトホール１０４は、気体レーザであるエキシマレーザを搭載するレーザ加工装置で作製した。レーザ光の波長は２４８ｎｍである。コンタクトホール１０４の形成には、レーザ光２３１は図示しないメタル開口マスクでビーム成形し、対物レンズで集光して層間絶縁層１０３上から照射した。加工面でのレーザ光のエネルギー密度は１００ｍＪ/ｃｍ２である。
【００３２】
このようにしてレーザ加工によって形成されたコンタクトホール１０４は、前述の図２（ｄ）で示すような順テーパー形状を有している。図３は、実施例１で得られた半導体装置のコンタクトホール部分の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像写真であり、斜め上方からコンタクトホール部分を観察している。符号Ｄ１は、コンタクトホールのホール径を示しており、ホール径は２０μｍである。符号Ｄ２はコンタクトホール中央付近を示している。この図３から、コンタクトホール中央付近Ｄ２の表面粗さは端部付近よりも大きくなっていることが分かる。
【００３３】
また、この実施例１においては、第２導電層１０５は、Ａｇ薄膜である。第２導電層１０５は、ＤＣスパッタリング法で成膜した。成膜雰囲気はアルゴン（Ａｒ）であり、圧力は０．６Ｐａ、投入パワーは２００Ｗである。第２導電層１０５の膜厚は２００ｎｍである。成膜後に第２導電層１０５をフォトリソグラフィー、ウェットエッチング法により配線形状に加工し、第２Ａｇ配線とした。配線幅は４０μｍである。
【００３４】
図４には、第２Ａｇ配線１０５形成後の断面ＳＥＭ像を示す。コンタクトホール中心部分を切断し横方向から観察した像である。層間絶縁層１０３のコンタクトホール１０４を形成する測縁１０３ａは、約３５度のテーパー角θを有するテーパー面である。また、この実施例１においては、第２導電層１０５は、Ａｇ薄膜である。第２導電層１０５は、ＤＣスパッタリング法で成膜した。成膜雰囲気はアルゴン（Ａｒ）であり、圧力は０．６Ｐａ、投入パワーは２００Ｗである。第２導電層１０５の膜厚は２００ｎｍである。成膜後に第２導電層１０５をフォトリソグラフィー、ウェットエッチング法により配線形状に加工し、第２Ａｇ配線とした。配線幅は４０μｍである。図４から層間絶縁層１０３のコンタクトホール１０４を形成する測縁１０３ａは、約３５度のテーパー角θを有するテーパー面となっていることが明らかである。第２導電層１０５は、図３に示したコンタクトホール１０４の形状に沿って形成され、図２（ｅ）に示すような側縁のテーパー角が３５度である順テーパー形状の凹部１０５ａを有するようになっている。その結果、コンタクトホール１０４での第２導電層１０５のステップカバレージは良好であり、側縁１０３ａにおける膜厚低下は抑制されている。
【００３５】
（実施例２）
実施例１と同じ第１導電層１０２、層間絶縁層１０３、第２導電層１０５を使用し、コンタクトホール１０４を形成するレーザ加工工程におけるレーザ加工装置のレーザ光を変更した。実施例２において、固体レーザであるＹＶＯ４レーザ搭載するレーザ加工装置を使用した。
【００３６】
表１には、実施例１および２で用いたレーザの照射条件、および、コンタクトホール形状としてＳＥＭ観察から調べたホール径とテーパー角度を示す。
【００３７】
【表１】
2012054520.tif 000003
【００３８】
この表１から、実施例２においても、５０μｍ以下のホール径を有するコンタクトホールを形成することが可能であり、コンタクトホール１０４を形成する層間絶縁層１０３の側縁１０３ａにおいて順テーパー形状に加工することができることが明らかである。
【００３９】
次に、比較例として、コンタクトホール１０４を、フォトリソグラフィー法と乾式（ドライ）エッチング法で形成した場合について図５に基づいて説明する。図５は、比較例によるコンタクトホールの作製工程を示す断面図で、（ａ）は第１導電層の作製工程を示す断面図、（ｂ）は層間絶縁層の作製工程を示す断面図、（ｃ）はフォトレジスト層形成工程を示す断面図、（ｄ）は露光工程を示す断面図、（ｅ）は現像工程を示す断面図、（ｆ）はドライエッチング工程を示す断面図、（ｇ）はフォトレジスト層除去工程を示す断面図、（ｈ）は第２導電層の作製工程を示す断面図である。
【００４０】
図５（ａ）において、符号５１１は支持基板のガラス基板である。符号５１２は、Ａｇ薄膜である第１導電層である。第１導電層５１２は、直流（ＤＣ）スパッタリング法で成膜した。成膜雰囲気はアルゴン（Ａｒ）であり、圧力は０．６Ｐａ、投入パワーは２００Ｗである。第１導電層５１２の膜厚は２００ｎｍである。成膜後に第１導電層５１２をフォトリソグラフィー、湿式（ウェット）エッチング法により配線形状に加工し、第１Ａｇ配線とした。配線幅は４０μｍである。図５（ｂ）において、符号５２１はポリイミド薄膜からなる層間絶縁層である。このポリイミド薄膜は、スピンコート法で成膜し、成膜後に１００℃のプリベーク、１８０℃のポストベークを行った。
【００４１】
上記の図５（ａ）、（ｂ）で示すように、ガラス基板５１１上に、第１導電層５１２を形成し、さらに、第１導電層５１２を被覆するように層間絶縁層５２１を形成した。この工程までは、本発明による各実施例における第１導電層作製工程及び層間絶縁層作製工程と同じである。この比較例においては、層間絶縁層にコンタクトホールを形成する方法としてフォトリソグラフィー法及びエッチング法を使用して層間絶縁層にコンタクトホールを形成している。次に、フォトリソグラフィー法及びエッチング法を使用して層間絶縁層にコンタクトホールを形成する方法について、図５（ｃ）〜（ｇ）に基づいて説明する。
【００４２】
図５（ｃ）において、符号５３１は、ポリイミド薄膜からなる層間絶縁層５２１上に塗布したフォトレジスト層を示す。図５（ｄ）において、符号５４１はフォトマスクを示し、符号５４２は紫外光を示す。符号５４３は、フォトレジスト層５３１の感光部分を示す。図５（ｅ）において、符号５５１は、現像によってフォトレジスト層５３１の感光部分が除去られた開口部を示す。符号５５２は、開口部５５１の側縁を示す。フォトリソグラフィー法及びエッチング法を使用して層間絶縁層にコンタクトホールを形成する場合には、図５（ｃ）に示すように、層間絶縁層５２１上にフォトレジスト層５３１を形成する。そして、図５（ｄ）に示すように、フォトレジスト層５３１上からフォトマスク５４１で所定照射領域となるように遮光された紫外光５４２が照射され、フォトレジスト層５３１に所定形状の感光部分５４３を形成する。このように感光された感光部分５４３を、図５（ｅ）に示すように、現像液による湿式（ウェット）処理で開口部５５１を形成する。このようにして形成される開口部５５１の側縁５５２は、特別な処理しない限り、垂直に近い状態になっている。
【００４３】
図５（ｆ）において、符号５６１は、層間絶縁層５２１に形成されたエッチング部分を示す。図５（ｇ）において、符号５７１は、層間絶縁層５２１に形成されたコンタクトホールを示す。符号５７２は、層間絶縁層５２１のコンタクトホール５７１を形成している側縁を示す。符号５７３は、コンタクトホール５７１で露出された第１導電層の開口部領域を示している。上記のようにして開口部５５１の形成されたフォトレジスト層５３１をマスクとして、図５（ｇ）に示すように、下層の層間絶縁層５２１をエッチングし、第１導電層５１２が露出されるまでエッチングを行い、フォトレジスト層５３１を層間絶縁層５２１上から除去して、図５（ｇ）に示すように、コンタクトホール５７１を形成した。ドライエッチングには、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法を用いた。エッチングガスは酸素（Ｏ２）であり、エッチング圧力は３０ｍＴｏｒｒ、投入パワーは２５Ｗであった。Ｏ２プラズマにさらされることにより、エッチングマスクとするフォトレジスト層５３１もエッチングされるので、エッチング過程において開口部側縁５５２が後退し、垂直からテーパー形状に変化していく。フォトレジスト層５３１の開口部側縁５５２のテーパー形状が反映され、コンタクトホール５７１を形成する層間絶縁層５２１の側縁５７２も若干テーパーがついた形状に加工される。フォトリソグラフィーとエッチング処理でコンタクトホール５７１を作製する方法では、レーザ加工のように加熱処理が伴わないため、コンタクトホール５７１で露出された開口部内５８１において第１導電層５１２の構造上の変化は認められない。
【００４４】
図５（ｈ）において、符号５８１はＡｇ薄膜からなる第２導電層である。符号５８２は、コンタクトホール５７１における第２導電層５８１のステップカバレージ（被覆性）を示す。第２導電層５８１は、ＤＣスパッタリング法で成膜した。成膜雰囲気はアルゴン（Ａｒ）であり、圧力は０．６Ｐａ、投入パワーは２００Ｗである。第２導電層５８１の膜厚は２００ｎｍである。成膜後に第２導電層５８１をフォトリソグラフィー、ウェットエッチング法により配線形状に加工し、第２Ａｇ配線とした。図６には第２Ａｇ配線形成後の断面ＳＥＭ像を示す。コンタクトホール中心部分を切断し横方向から観察した像である。コンタクトホール側縁は、約６５度のテーパー角θを有するテーパー面になっている。テーパー角がきついため側縁でのＡｇ配線のステップカバレージ５８２は若干低下した状態になっている。
【００４５】
このようにして得られた比較例及び実施例１、２における下層に配置される第１Ａｇ配線と、上層に配置される第２Ａｇ配線を、コンタクトホールを介して交互に接続するコンタクトチェーンパターンを作製し、コンタクトホール抵抗を求めた。実施例１、２、比較例ともに、第１および第２Ａｇ配線の幅は４０μｍであり、コンタクトホール径は２０μｍであり、コンタクトホールの周期は１９０μｍであり、チェーンパターンで接続したコンタクトホールの総数は７６８個である。比較例及び実施例１、２のチェーンパターンの抵抗値を測定し、ホール数で割ったコンタクトホール抵抗値を表２に示す。また、表２には、第１導電層の開口部内における端部付近と中央付近の結晶粒径および平均表面粗さＲａ（ｎｍ）を示す。結晶粒径と表面粗さは、断面ＳＥＭ像からもとめた。結晶粒径は、結晶方位の違いがＳＥＭ像のコントラストの違いに現れる観察条件に設定し、コントラスト差から粒径を判定した。
【００４６】
【表２】
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【００４７】
表２の結果から、実施例１、２のものでは、開口部内において、端部付近よりも中央部付近で導電性薄膜の粒径が大きくなっている。また、表面粗さも開口部端部付近よりも中央部付近で大きくなっている。このようなコンタクトホール形状とすることによって、コンタクト抵抗が低くなって良好な導電性を示すことが明らかである。
【００４８】
これに対し、開口部内の第１導電層の表面粗さ及び導電性薄膜の粒径が変化しない比較例のものでは、実施例１、２のものほどの低抵抗化が得られていない。
【００４９】
レーザ加工でコンタクトホールを形成する実施例１、２の作製方法を図２に示し、フォトリソグラフィーとエッチングでコンタクトホールを形成する比較例の作製方法を図５に示した。図２と図５の比較から明らかなように、レーザ加工を用いることでコンタクトホール形成にフォトマスク５４１が不要になるとともに、工数を減らすことができ、製造コストの低減がはかれる。このような低コストな製造方法においても、表２に示すように良好なコンタクト抵抗が得られる。
【００５０】
（実施例３）
実施例３として、上述したクリーニング工程を備える半導体装置の製造方法における実施の形態ならびにその実施結果を示す。
実施例１と同じ第１導電層１０２、層間絶縁層１０３、第２導電層１０５を使用し、コンタクトホール１０４も実施例１と同様にエキシマレーザ加工で形成した。図７に示すように、レーザ光加工によってコンタクトホールを形成した後にクリーニング工程を行った。
クリーニング工程ではクリーニングローラを用いた。クリーニングローラには、オサダコーポレーション社製のハンディータイプクリーナーを用いた。層間絶縁膜表面にクリーニングローラを接触させ回転させることによって、レーザ加工により発生する層間絶縁層材料からなる付着物を吸着させた。クリーニングローラに吸着した付着物は、専用の粘着性パッド上でローラーを回転させることで除去した。図８にはクリーニング前後でのコンタクトホールの状態をＳＥＭ像で示す。斜め上方からコンタクトホール部を観察した。（ａ）はレーザ加工によりコンタクトホールを形成した状態、（ｂ）はクリーニング後のコンタクトホールの状態である。（ａ）において、１０３は層間絶縁層であるポリイミド、１０４はコンタクトホール部、１０２ｃはレーザ加工によって結晶粒径および表面性が変化した第一導電層であるＡｇを示す。８０１は、レーザ加工した層間絶縁層であるポリイミドが再付着した付着物である。コンタクトホールの形成条件や形成箇所によっては８０１に示すような付着物が発生することがある。付着物は大きいもので１μｍ程度の大きさで、図８（ａ）には約２０個程度の付着物が認められる。（ｂ）は（ａ）と同じコンタクトホールをクリーニング工程後に観察した結果である。図示のように、クリーニング工程を経ることで付着物が除去できている。ＳＥＭ観察する限りでは、１μｍ未満の微小な付着物も除去でき、２０個程度あった付着物が０個になっている。
【００５１】
このようにクリーニング工程を備える半導体装置の製造方法によって、コンタクトホール抵抗値に影響すると予想される付着物を除去することができる。クリーンニングの方法は、クリーニングローラをサンプルに接触させるのみの簡単なものである。簡単な方法であることから、クリーニング工程を入れても製造コストにはさほど影響しない。また、薬液などは用いないことからサンプルへの影響も無い。
【００５２】
また、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、前記実施形態の中で示唆した以外にも、前記実施形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、前記構成部材の数、位置、形状等は前記実施形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。
【符号の説明】
【００５３】
１０１    支持基板
１０２    第１導電層
１０２ａ  開口部以外の導電性薄膜
１０２ｂ  開口部端部付近の導電性薄膜
１０２ｃ  開口部中央付近の導電性薄膜
１０３    層間絶縁層
１０３ａ  側縁
１０４    コンタクトホール
１０５    第２導電層
２３１    レーザ光
５１１    ガラス基板
５１２    第１導電層
５２１    層間絶縁層
５３１    フォトレジスト層
５４１    フォトマスク
５４２    紫外光
５４３    感光部分
５５１    開口部
５５２    開口部側縁
５６１    エッチング部分
５７１    コンタクトホール
５７２    コンタクトホール側縁
５７３    開口部領域
５８１    第２導電層
５８２    ステップカバレージ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５４】
【特許文献１】特開２００４−２９４８０５号公報
【特許文献２】特許第３９８９７６１号公報
【特許文献３】特開２００５−３４０７７６号公報
【特許文献４】特開２００８−７７０７４号公報
【図７】
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【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】
2012054520.tif 000010
【図６】
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【図８】
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