半導体装置の作製方法
【課題】コンタクトホールを微細化する。この時、微細化されたコンタクトホールであっても、半導体装置における電極のコンタクトを確実なものとする。
【解決手段】珪化膜と樹脂材料膜とからなる多層の層間絶縁膜を形成する。その後、コンタクトホールを形成する。このとき、珪化膜に設けられるコンタクトホールの大きさを樹脂材料膜に設けられるコンタクトホールの大きさよりも小さくする。このような構成は、パターンが複雑化してもコンタクトのとりやすいものとすることができる。
【解決手段】珪化膜と樹脂材料膜とからなる多層の層間絶縁膜を形成する。その後、コンタクトホールを形成する。このとき、珪化膜に設けられるコンタクトホールの大きさを樹脂材料膜に設けられるコンタクトホールの大きさよりも小さくする。このような構成は、パターンが複雑化してもコンタクトのとりやすいものとすることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示する発明は、樹脂材料を層間絶縁膜に利用した半導体装置の構成に関する。またその作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来よりガラス基板や石英基板上に形成された薄膜半導体を用いて薄膜トランジスタを作製する技術が知られている。
【０００３】
図３（Ａ）〜（Ｂ）に従来より知られている薄膜トランジスタの作製工程を示す。図３に示すのは、アクティブマトリス型の液晶表示装置の画素領域に配置される薄膜トランジスタの作製工程である。
【０００４】
まずガラス基板や石英基板３０１上に下地膜３０２として酸化珪素膜をプラズマＣＶＤ法により３０００Åの厚さに成膜する。
【０００５】
次に薄膜トランジスタの活性層を構成するための出発膜として図示しない非晶質珪素膜をプラズマＣＶＤ法または減圧熱ＣＶＤ法で成膜する。非晶質珪素膜の厚さは５００〜１５００Å程度の厚さに選択される。
【０００６】
図示しない非晶質珪素膜を成膜したら、加熱処理またはレーザー光の照射を行って非晶質珪素膜を結晶化させる。こうして図示しない結晶性珪素膜を得る。
【０００７】
次にこの結晶性珪素膜をパターニングして、後に薄膜トランジスタの活性層となる領域を形成する。（図３（Ａ）では３０３、３０４、３０５で活性層は示される）
【０００８】
次に活性層を覆ってゲイト絶縁膜として機能する酸化珪素膜３０６をプラズマＣＶＤ法でもって成膜する。酸化珪素膜３０６の厚さは１０００〜１５００Åの厚さに選択される。
【０００９】
さらにゲイト電極３０７を金属材料やシリサイド材料で形成する。こうして図３（Ａ）に示す状態を得る。
【００１０】
さらにこの状態で不純物イオンのドーピングを行い、ソース領域３０３とドレイン領域３０５とチャネル形成領域３０４とを自己整合的に形成する。さらに加熱処理やレーザー光の照射を行い、不純物イオンの注入された領域のアニールを行う。
【００１１】
次に第１の層間絶縁膜３０８として窒化珪素膜または酸化珪素膜をプラズマＣＶＤ法でもって成膜する。この第１の層間絶縁膜３０８の膜厚は２０００Å〜６０００Åの範囲から選択される。
【００１２】
次にコンタクトホールの形成を行い、適当な金属材料でもって、ソース電極およびそこから延在した配線３０９が形成される。（図３（Ｂ））
【００１３】
次に第２の層間絶縁膜３１０を酸化珪素膜や窒化珪素膜で形成する。この第２の層間絶縁膜の厚さはその表面の平坦性を確保するために７０００Å以上の厚さとする。
【００１４】
さらにコンタクトホール３１１の形成を行う。こうして図３（Ｃ）に示す状態を得る。
【００１５】
そして画素電極を構成するＩＴＯ電極３１２を形成する。こうしてアクティブマトリクス領域の画素領域に配置される薄膜トランジスタ部分が完成する。
【００１６】
このような作製工程において、画素電極３１２を形成する状況において以下に説明するような問題が生じる。
【００１７】
近年、配線パターンや薄膜トランジスタのパターンの大きさが、ますます小さくなる傾向になる。これは装置の集積化をさらに高めることが要求されているからである。またアクティブマトリクス型の液晶表示装置においては、画素の開口率を高めるためにこのパターンを縮小化することが要求されている。
【００１８】
このようなパターンの縮小化を進めて行くと、３１１で示されるような開孔の大きさも当然小さくする必要が生じる。しかし、コンタクトホール３１１を小さくしてゆくと、画素電極３１２を形成する際にその構成材料（ＩＴＯ材料）が寸法の小さい開孔の中に被覆性よく成膜されないという問題が生じる。そしてこの結果、必要とするコンタクトをとることが困難になるという問題が生じる。
【００１９】
即ち、コンタクトホールが細長くなってしまうので、その内部においてコンタクトをとるための材料が途中で切れたりしてしまう状態が生じ、結果としてコンタクト不良が発生してしまう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本明細書で開示する発明は、パターンの微細化に従って発生するコンタクト不良の問題を解決する技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本明細書で開示する発明の一つは、図１にその具体的な例を示すように、
多層に構成された絶縁膜１１４と１１６と１１７とを有した半導体装置であって、
前記多層膜の最上層１１７は樹脂材料でなり、
前記多層膜にはコンタクトホール１１９が形成されており、
前記コンタクトホール１１９の前記樹脂材料部分１００はオーバーエッチングされていることを特徴とする。
【００２２】
上記の構成を採用することにより、パターンが微細化し、コンタクト部分の面積が小さくなっても電極１２０によるソース領域１１０へのコンタクトを確実なものとすることができる。また１００の部分をテーパー形状にすることで、この部分の電極（配線）１２０の段切れを防止することができる。
【００２３】
また１１７として樹脂材料を用いることで、その表面の平坦性を確保することができる。例えば１２０で示される画素電極を形成した最に部分的に画素電極から印加される電界が乱れたりすることのない構成とすることができる。
【００２４】
他の発明の構成は、図１にその具体的な例を示すように、
珪化膜でなる絶縁膜１１６を形成する工程と、
前記珪化膜上に樹脂材料でなる絶縁膜１１７を形成し珪化膜１１６と樹脂材料１１７とでなる積層膜を形成する工程と、
前記積層膜にコンタクトホール１１９を形成する工程と、
樹脂材料を選択的にエッチングする手段を用いて前記樹脂材料１１７を等方的にエッチングし、前記コンタクトホール１１９の開孔部を広げ２０１で示される開孔を形成するる工程と、
を有することを特徴とする。
【００２５】
樹脂材料だけを選択的にエッチングすることにより、１１９で示される開孔は間口の広い、コンタクトのとり易い形状とすることができる。また、等方性のエッチングを用いることにより、１００で示されるようなテーパー形状を形成することができ、その上に形成される電極や配線が切断されることがない構成とすることができる。
【００２６】
珪化膜としては、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素から選ばれた膜を利用することができる。
【発明の効果】
【００２７】
図２（Ａ）に２０１で示されるように、コンタクトホールの間口の部分を広くすることで、微細なパターンに対するコンタクトホールであってもコンタクトを容易にすることができる。特に図２（Ａ）に示す開孔２０１の形成は、先に形成された開孔１１９を利用して自己整合的に行われるので、新たなマスクを利用しなくてよいという特徴を有している。そして装置の生産歩留りや信頼性を大きく高めることができる。
【００２８】
本明細書で開示する発明は、アクティブマトリクス型の液晶表示装置にのみ利用できるものではなく、アクティブマトリクス型のＥＬ表示装置やアクティブマトリクス型のプラズマディスプレイにも利用することができる。
【００２９】
また、微細化が進められているＩＣのような集積回路における多層膜構造に対しても十分に応用することができる。
【実施例１】
【００３０】
本実施例では、アクティブマトリクス型の液晶表示装置の画素領域に配置される薄膜トランジスタの作製工程を示す。
【００３１】
図１に本実施例の薄膜トランジスタの作製工程を示す。まずガラス基板または石英基板１０１上に下地膜として酸化珪素膜１０２をプラズマＣＶＤ法により、３０００Åの厚さに成膜する。
【００３２】
次に図示しない非晶質珪素膜を５００Åの厚さに成膜する。この非晶質珪素膜は後に薄膜トランジスタの活性層を構成するための出発膜となる。この非晶質珪素膜の成膜は、プラズマＣＶＤ法または減圧熱ＣＶＤ法でもって成膜する。
【００３３】
次にレーザー光の照射または加熱処理により、図示しない非晶質珪素膜を結晶化させ、結晶性珪素膜を得る。この結晶性珪素膜が後に薄膜トランジスタの活性層を構成する。
【００３４】
図示しない結晶性珪素膜を得たら、パターニングを施すことにより、薄膜トランジスタの活性層１０３を形成する。こうして図１（Ａ）に示す状態を得る。
【００３５】
図１（Ａ）に示す状態を得たら、図３（Ａ）に示すようにゲイト絶縁膜として機能する酸化珪素膜１０４をプラズマＣＶＤ法でもって成膜する。この酸化珪素膜１０４の膜厚は１０００Åとする。
【００３６】
さらに後にゲイト電極を構成するアルミニウム膜１０５を４０００Åの厚さに成膜する。成膜方法はスパッタ法を用いる。こうして図５（Ａ）に示す状態を得る。（以下図５に従って工程を説明する）
【００３７】
図５（Ａ）に示すアルミニウム膜１０５中には、スカンジウムを0.1 〜0.3 重量％の割合で含有させる。これは、後の工程においてアルミニウムの以上成長が進行し、ヒロックやウィスカーと呼ばれる突起物が形成されてしまうことを抑制するためである。
【００３８】
アルミニウム膜１０５を成膜したら、その表面に１００Å厚程度の極薄い陽極酸化膜（図示せず）を形成する。この陽極酸化膜は、電解溶液として３％の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て行う。この陽極酸化膜の膜厚の制御は、印加電圧を選択することによって行うことができる。
【００３９】
次に図５（Ｂ）に示すようにアルミニウム膜１０５をパターニングすることにより、ゲイト電極１０６を形成する。さらにゲイト電極１０６を陽極とした陽極酸化を再び行うことによって、多孔質状の陽極酸化膜１０７を形成する。
【００４０】
この陽極酸化は、電解溶液として３％のシュウ酸水溶液を用いて行う。この陽極酸化工程で形成される陽極酸化膜は、多孔質状を有したものとなる。またその成長距離は、数μｍ程度までの間で選択することができる。なおこの場合の陽極酸化膜の成長距離は陽極酸化時間により制御することができる。
【００４１】
こうして図５（Ｂ）に示す状態を得る。図５（Ｂ）に示す状態を得たら、再び緻密な陽極酸化膜の形成を行う。即ち、電解溶液として３％の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、ゲイト電極１０６を陽極として陽極酸化を行う。
【００４２】
この陽極酸化工程においては、緻密な陽極酸化膜１０８が形成される。この工程では、多孔質状の陽極酸化膜１０７に内部に電解溶液が侵入するので、ゲイト電極１０６の表面を覆うようにして緻密な陽極酸化膜１０８が形成される。
【００４３】
この緻密な陽極酸化膜１０８の膜厚は、５００Åとする。この緻密な陽極酸化膜は、ヒロックやウィスカーの防止、さらに後に形成されるオフセットゲイト領域の形成に寄与、といった役割を有している。
【００４４】
こうして図５（Ｃ）に示す状態を得る。図５（Ｃ）に示す状態を得たら、一導電型を付与するための不純物イオンの注入を行う。ここでは、Ｎチャネル型の薄膜トランジスタを作製するためにＰ（リン）イオンの注入を行う。
【００４５】
この不純物イオンの注入を行うことによって、ソース領域１０９とドレイン領域１１０が自己整合的に形成される。（図５（Ｃ））
【００４６】
次に多孔質状の陽極酸化膜１０７を除去し、図５（Ｄ）に示す状態を得る。この状態で、チャネル形成領域１１２、さらにオフセットゲイト領域１１１と１１３が画定する。
【００４７】
オフセットゲイト領域１１１と１１３は、多孔質状の陽極酸化膜１０７と緻密な陽極酸化膜１０８の膜厚でもって形成される。
【００４８】
図５（Ｄ）に示す状態を得たら、レーザー光の照射を行い、不純物イオンの注入された領域のアニールを行う。
【００４９】
次に図１（Ｂ）に示すように第１の層間絶縁膜１１４として窒化珪素膜をプラズマＣＶＤ法でもって３０００Åの厚さに成膜する。そしてさらに第２の層間絶縁膜１１６として酸化珪素膜をプラズマＣＶＤ法でもって３０００Åの厚さに成膜する。
【００５０】
次にソース領域１０９に通じるコンタクトホールの形成を行い、適当な金属材料でもって、ソース電極およびそこから延在した配線１１５を形成する。
【００５１】
次に樹脂材料でもって第３の層間絶縁膜１１７を３μｍの厚さに形成する。この第３の層間絶縁膜１１７は、その表面の平坦性を確保するためと、低比誘電率の材料を必要とすることから、樹脂材料を用いることが重要となる。
【００５２】
上記の平坦性を確保する必要性は、その表面に画素電極が形成されることに関係する。即ち、画素電極を平坦な表面上に形成することで、液晶に印加される電界を均一なものとし、表示に乱れのないものとするために上記の第３の層間絶縁膜の平坦性が必要とされる。
【００５３】
また、樹脂材料は酸化珪素や窒化珪素に比較して低い比誘電率を有したものを選択できるので、後に形成される画素電極と薄膜トランジスタとの間に形成される容量の影響を低減させることができ、この意味でも樹脂材料を用いることは重要となる。
【００５４】
樹脂材料でなる第３の層間絶縁膜１１７を成膜したら、フォトレジスト１１８をマスクとして、コンタクトホール（開孔）１１９を形成する。図１（Ｃ）
【００５５】
このコンタクトホール１１９の形成は、ドライエッチングによって行う。ここでコンタクトホール１１９は薄膜トランジスタの寸法の微細化に従って、小さなものとする必要がある。
【００５６】
例えば、コンタクト部分の寸法は１μｍφまたはそれ以下とすることが必要とされる。しかし、コンタクトホール１１９は細長いものとなるので、ドレイン領域１１０に対して直接コンタクトを採ることが困難になる。
【００５７】
そこで本実施例においては、図１（Ｃ）に示す工程において樹脂材料１１７にコンタクトホール１１９を形成した後、さらに樹脂材料に対して選択的な等方的なエッチングをドライエッチングによって行う。
【００５８】
本実施例で注目すべきは、この等方的エッチングがフォトレジスト１１８を除去した後に行われる点である。即ち、樹脂材料の選択的なエッチングが酸素雰囲気において容易に実施できる点を利用する。
【００５９】
この工程によりコンタクトホール部（開孔部）１１９の樹脂材料でなる第３の層間絶縁膜１１７の分だけが選択的にエッチングされ、その入口の部分が広げられたコンタクトホール部２０１が形成される。（図２（Ａ））
【００６０】
このエッチングは、酸素を主成分とするガスを用いたプラズマエッチングによって行う。
【００６１】
この際、樹脂材料でなる第３の層間絶縁膜１１７はその膜厚も減少する。また、等方的に層間絶縁膜１１７が後退していくので、開口の縁の部分１００がテーパー状にあるいはＲがついた状態となる。
【００６２】
このような形状とすることで、後にコンタクトをとるために形成される電極が縁部分で段切れたりすることがない構成とすることができる。
【００６３】
このコンタクトホール部２０１の寸法は例えば２μｍφとすることができる。
【００６４】
こうして図２（Ａ）に示す状態を得る。次に図２（Ｂ）に示すように画素電極２０２をＩＴＯでもって構成する。
【００６５】
この際、第３の層間絶縁膜１１７に樹脂材料を用いてその表面の平坦性を確保しているので、画素電極２０２の平坦性をも確保することができる。また、第３の層間絶縁膜１１７の膜厚を厚くし、その比誘電率を小さなものとすることができるので、図に示すように画素電極と薄膜トランジスタ部とが重なるように画素電極を配置することができる。
【００６６】
さらに、コンタクトホール２０１の間口を大きくすることができるので、パターンを微細化していった場合でも画素電極２０２とドレイン領域１１０とのコンタクトを確実なものとすることができる。
【００６７】
こうして図２（Ｂ）に示すアクティブマトリクス型の液晶表示装置の画素領域に配置される薄膜トランジスタが完成する。
【実施例２】
【００６８】
本実施例は、実施例１に示す構成において、下地膜１０２とゲイト絶縁膜１０４を共に酸化窒化珪素膜（ＳｉＯx Ｎy ）で構成したことを特徴とする。
【００６９】
半導体でなる活性層１０３とそれを包む状態で配置される下地膜１０２及びゲイト絶縁膜１０４との界面の状態は、薄膜トランジスタの動作に大きな影響を与える。
【００７０】
一般に下地膜としては、酸化珪素膜等が利用される。しかし、その膜質に特に注意が払われるものではない。一方ゲイト絶縁膜については、薄膜トランジスタの特性を大きく左右するものとしてその膜質に大きな注意が払われている。
【００７１】
本発明者等の知見によれば、活性層の下に位置する下地膜についてもゲイト絶縁膜と同様にその膜質について大きな注意は払うことが必要である。これは、下地膜の膜質が薄膜トランジスタの長期の信頼性に対して大きな影響を与えることに起因する。
【００７２】
そこで本実施例においては、電気的な安定性に優れた酸化窒化珪素膜を下地膜とゲイト絶縁膜とに用いることによって、信頼性の高い薄膜トランジスタを得ることができる。
【００７３】
酸化窒化珪素膜の作製方法としては、ＴＥＯＳガスにＮ2 Ｏガスを混合したガスを用いたプラズマＣＶＤ法により成膜することができる。
【００７４】
また酸素とアンモニアとを混合したガスを用いたプラズマＣＶＤ法によって成膜することもできる。
【実施例３】
【００７５】
本実施例は、樹脂材料で構成された層間絶縁膜の開孔を広げる別な技術手段に関する。
【００７６】
図４に本実施例の開孔の形成方法を示す。まず図４（Ａ）に示すように酸化珪素膜または窒化珪素膜等の珪化膜でなる第１の層間絶縁膜４０１を形成する。ここでは、第１の層間膜の下側の層は特に示さないが、第１の層間絶縁膜の下側の層を半導体層や電極や配線、また他の絶縁層とすることは任意である。
【００７７】
第１の層間絶縁膜４０１を形成したら、その上に樹脂材料でなる第２の層間絶縁膜４０２を形成する。さらに第２の層間絶縁膜４０２の上にフォトレジストでなるマスク４０３を形成する。このレジストマスク４０３は、開孔部４０４を有しており、この部分で樹脂材料でなる第２の層間絶縁膜４０２を露呈する構成となっている。（図４（Ａ））
【００７８】
次にレジストマスク４０３を用いて第１の層間絶縁膜４０１と第２の層間絶縁膜４０２とをエッチングし、開孔４０５を得る。このエッチングは、ＲＩＥ法を用いたドライエッチングによって行う。
【００７９】
このエッチング工程においては、垂直方向に異方性を有したエッチングが行われるので、４０５で示されるような開孔が形成される。（図４（Ｂ））
【００８０】
次に等方性を有したエッチング技術である酸素プラズマアッシングを行い、レジストマスク４０３と第２の層間絶縁膜４０２をアッシングする。この際、レジストマスクはその膜厚が後退する。また同時に開孔部がテーパー状あるいはＲが付いた状態になる。
【００８１】
さらに第２の層間絶縁膜も樹脂材料であるので、その開孔部は４０６で示されるようなテーパー状あるいはＲのついた形状に形成される。
【００８２】
この時、実施例１に示した方法と異なり、樹脂材料でなる第２の層間絶縁膜の膜厚は薄くならない。（その代わり、レジストマスク４０３の膜厚が薄くなる）
【００８３】
こうして図４（Ｃ）に示す状態を得る。そしてレジストマスク４０３を除去する。さらにコンタクトをとるための電極または配線４０７を形成する。
【００８４】
こうして図４（Ｄ）に示す状態を得る。本実施例が特徴とするのは、最初に開孔４０５を形成するために用いたマスクを再度利用して、４０６で示されるような、コンタクトのとりやすいテーパーの付いた開孔部を形成することにある。
【００８５】
即ち、特に新たにマスクを用いずに図４（Ｄ）に示すような断面形状を有した開孔を形成することを特徴とする。
【００８６】
また本実施例に示す構成においては、樹脂材料でなる第２の層間絶縁膜４０２の膜厚が薄くなることがない点も特徴である。
【実施例４】
【００８７】
本実施例は、樹脂材料で構成された層間絶縁膜の開孔を広げる別な技術手段に関する。
【００８８】
図６に本実施例の開孔の形成方法を示す。図６はソース／ドレインコンタクトホール部の拡大図である。
【００８９】
図６（Ａ）の構造は、まず活性層６０１上に酸化珪素膜からなるゲイト絶縁膜６０２が1500Åの厚さに積まれ、その上に窒化珪素からなる第１の層間絶縁膜６０３が3000Åの厚さに、酸化珪素膜からなる第２の層間絶縁膜６０４が3000Åの厚さに積まれている。
さらに、その上には樹脂材料からなる第３の層間絶縁膜６０５が３μｍの厚さに積まれている。
【００９０】
この状態において、ＴＦＴの全体図は図１（Ｂ）の様な構造となっている。
【００９１】
次に、図６（Ａ）に示す様に第３の層間絶縁膜６０５の上に金属薄膜６０６を500 〜2000Åの厚さに形成する。この金属薄膜６０６は後に第１、第２、第３の層間絶縁膜６０３、６０４、６０５をドライエッチングする際のマスクとしての役割を持つ。
本実施例では、金属薄膜６０６としてスパッタ法によりＴｉ（チタン）を500 Åの厚さに形成した。
【００９２】
次に、フォトレジスト６０７でマスクして金属薄膜６０６を選択的にエッチングする。このエッチングは、SiCl4 、Cl2 、BCl3をエッチングガスとしてドライエッチング法により行う。ガス圧力は80mTorr 、印加電力は1400Ｗとする。
【００９３】
以上の工程により、図６（Ａ）の状態が得られる。図６（Ａ）の状態が得られたら、フォトレジスト６０７を専用の剥離液で除去する。
【００９４】
次に、図６（Ｂ）に示す様に、ゲイト絶縁膜６０２及び第１、第２、第３の層間絶縁膜６０３、６０４、６０５をＲＩＥモードのドライエッチング法によりエッチングする。このエッチングはエッチングガスを切り換えることで連続的に行うことができる。
【００９５】
エッチングは13.56MHzの高周波パルスで形成されたプラズマを利用して行う。エッチングガスはＯ2 ：75sccmとＣＦ4 ：25sccmを用い、ガス圧力は100mTorrとする。また、印加電力は500 Ｗとする。
【００９６】
こうして、図６（Ｂ）に示す様に活性層６０１のコンタクト部が露出した状態が得られる。この状態ではコンタクトホールの径が１μｍφ程度であるのに対して、コンタクトホールの深さは約3.8 μｍとなり、非常に活性層とのコンタクトを取りにくい構造となっている。
【００９７】
そこで、図６（Ｂ）の状態でＯ2 プラズマを用いた等方的なプラズマエッチングを行う。すると、樹脂材料からなる第３の層間絶縁膜６０５が選択的にエッチングされ、図６（Ｃ）の様な状態が得られる。
【００９８】
この時、金属薄膜６０６と第３の層間絶縁膜６０５との密着性が良く、第３の層間絶縁膜６０５とその下に位置する他の絶縁膜（ゲイト絶縁膜６０２、第１、第２の層間絶縁膜６０３、６０４）との選択比が５以上であることが望ましい。
【００９９】
上記の条件を満たす場合、図７（Ａ）に示す様な形状が得られる。また、選択比が５以上であっても、密着性に欠ければ図７（Ｂ）の様になだらかなテーパー７０１が形成され、必要以上に大きく拡がった形状となる。これでは、素子の微細化を進める上で障害となる。
【０１００】
また逆に、密着性が良くても選択比に差がなければ図７（Ｃ）の様に全ての絶縁膜が同時にサイドエッチングされる。また、選択比が１以下であれば図７（Ｄ）の様なえぐれ部分７０２が形成されてしまう。
【０１０１】
図６（Ｃ）の状態が得られたら、ドライエッチング法により金属薄膜６０６を除去する。次いで、配線または電極となる導電性薄膜６０８を形成すれば、図６（Ｄ）の状態が得られる。
【０１０２】
本実施例が特徴とするのは、樹脂材料からなる第３の層間絶縁膜６０５のサイドエッチングを利用して、コンタクトのとりやすい形状から構成される開孔部を形成することにある。
【０１０３】
また、本実施例において、図６（Ｂ）の状態で樹脂材料からなる第３の層間絶縁膜６０５をエッチングする工程から、図６（Ｃ）の状態で金属薄膜６０６を除去する工程までを連続的に行えることも特徴である。
【０１０４】
即ち、上記複数の工程を全てドライエッチングで行った場合、エッチングガス等の条件をプログラムで自動変更することにより、大気開放せずにコンタクトホールを形成することが出来る。
【０１０５】
このことは、スループットの向上と同時に生産歩留りの上昇といった効果を付与する点で重要である。
【実施例５】
【０１０６】
本実施例は、実施例４において、金属薄膜の代わりに珪化膜でなる絶縁膜を用いた場合の例である。珪化膜でなる絶縁膜はエッチング除去が金属薄膜よりも容易、かつ、簡便であるため汎用性が高い利点を有する。
【０１０７】
上記の珪化膜でなる絶縁膜としては、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜（ＳｉＯx Ｎy ）が挙げられる。これらの絶縁膜はプラズマＣＶＤ法、減圧熱ＣＶＤ法等の手段により形成する。
【０１０８】
また、ＰＳＧやＢＳＧ等に代表される酸化珪素系被膜形成用塗布液を用いてスピン法による被膜形成を行っても良い。スピン法による被膜形成は以下の手順で行う。
【０１０９】
まず、被膜形成用塗布液を基体上に塗布した後、基体を保持するステージを回転させる。この行程において余分な被膜形成用塗布液は全て排除され、基体上には薄く、均一な被膜が形成される。また、ステージの回転数を変えることで、所望の膜厚の被膜を形成することができる。
【０１１０】
次に１５０℃程度のベークを行い、塗布された被膜の晶質化を行う。この際、ベークの温度や時間を変えることで被膜の膜質を調節することが可能である。
【０１１１】
以上の様に、スピン法による場合、比較的簡便に酸化珪素膜を形成することができる。即ち、スループットを大幅に向上することが可能である。
【実施例６】
【０１１２】
本実施例は、本明細書に開示する発明を利用して多層配線を有する集積回路を構成する例である。単結晶珪素ウエハーを用いた集積回路において、その集積化を高めるために、素子を多層に構成し、また配線も多層に構成することが必要とされている。
【０１１３】
このような多層構造においてもコンタクトを確実にとることが要求される。そこで、本明細書に開示する発明を利用することにより、微細で多層に構成された集積回路においても確実なコンタクトをとることができる。
【０１１４】
図８に例として３層構造からなる集積回路の構成を示す。まず、金属材料からなる第１の配線電極８０１を形成する。ここでは、第１の配線電極８０１の下側の層は特に示さないが、第１の配線電極８０１の下側の層を半導体層や電極や配線、また他の絶縁層とすることは任意である。
【０１１５】
次に、第１の配線電極８０１を覆って珪化膜からなる絶縁膜８０２を形成し、さらにその上に樹脂材料からなる絶縁膜８０３を形成する。
前記絶縁膜８０２及び８０３からなる積層膜は第１の層間絶縁膜として機能する。
【０１１６】
次に、第１の層間絶縁膜にコンタクトホール８０４を形成して、図８（Ａ）の状態を得る。
【０１１７】
次いで、樹脂材料からなる絶縁膜８０３を選択的にオーバーエッチングしてコンタクトホールの開孔口を拡げる。この工程は、実施例１、３、４のいずれの手段によっても良い。
【０１１８】
次に、金属材料からなる第２の配線電極８０５を形成して、図８（Ｂ）の状態を得る。この際、コンタクトホールの開孔口が広いため被覆性良く第１の配線電極８０１とのコンタクトが取れる。
【０１１９】
図８（Ｂ）の状態を得たら、第２の配線電極８０５を覆って珪化膜からなる絶縁膜８０６を形成し、さらにその上に樹脂材料からなる絶縁膜８０７を形成する。
前記絶縁膜８０６及び８０７からなる積層膜は第２の層間絶縁膜として機能する。
【０１２０】
次に、第２の層間絶縁膜にコンタクトホール８０８を形成して、図８（Ｃ）の状態を得る。
【０１２１】
次いで、樹脂材料からなる絶縁膜８０７を選択的にオーバーエッチングしてコンタクトホールの開孔口を拡げる。この工程は、実施例１、３、４のいずれの手段によっても良い。
【０１２２】
次に、金属材料からなる第３の配線電極８０９を形成して、図８（Ｄ）の状態を得る。この際、コンタクトホールの開孔口が広いため被覆性良く第２の配線電極８０５とのコンタクトが取れる。
【０１２３】
本実施例は図８（Ｄ）に示す様に、三層の配線電極を内包する多層構造の例であるが、集積化に伴ってさらに積層回数が増した場合についても応用が効くことは言うまでもない。
【０１２４】
以上の様に、本明細書で開示する発明を利用することで、層毎に平坦性を確保するこができ、また確実なコンタクトを採ることができ、また配線の信頼性を高めることができる。
【実施例７】
【０１２５】
本実施例は、本明細書に開示する発明を利用して多層配線を有する集積回路を構成する例である。実施例５との相違点は、一部の配線電極同士の接続をＷ（タングステン）の選択成長を利用して行う点である。
【０１２６】
Ｗの選択成長技術は、配線形成技術、特にその微細加工技術の一つとしてここ数年注目されてきた技術である。
概要は、主に原料ガスとしてＷＦ6 とＳｉＨ4 とを用いた熱ＣＶＤ法により、Ｗの薄膜を選択的に成膜するものである。
この際、酸化珪素膜上に成膜されにくいという特徴がある。
【０１２７】
即ち、酸化珪素膜に形成されたコンタクトホールの内部のみを選択的にＷで埋め込むことが可能であり、集積回路の設計においてコンタクトホールのマージンを稼ぐことができるという利点がある。
【０１２８】
だがこの技術は比較的高温で行われるため、樹脂材料を層間絶縁膜として用いることが困難となる場合が多い。
また、深いコンタクトホールにＷを埋め込む場合にスループットの低下といった問題も発生する。
【０１２９】
従って、最終的な高温加熱工程の後に層間絶縁膜として樹脂材料を用いて本発明を実施することは、特に回路設計の上で有利である。
【０１３０】
例えば、浅いコンタクトホールはＷの選択成長で埋め込み、深いコンタクトホールが必要な場合は、予め汎用性の高い樹脂材料を層間絶縁膜として用いて本発明を利用すれば良い。
【実施例８】
【０１３１】
本実施例は、樹脂材料で構成された層間絶縁膜の開孔を広げる別な技術手段に関する。
【０１３２】
図９に本実施例の開孔の形成方法を示す。まず図９（Ａ）に示すように酸化珪素膜または窒化珪素膜等の珪化膜でなる第１の層間絶縁膜４０１を形成する。ここでは、第１の層間膜の下側の層は特に示さないが、第１の層間絶縁膜の下側の層を半導体層や電極や配線、また他の絶縁層とすることは任意である。
【０１３３】
第１の層間絶縁膜４０１を形成したら、その上に樹脂材料でなる第２の層間絶縁膜４０２を形成する。さらに第２の層間絶縁膜４０２の上にフォトレジストでなるマスク４０３を形成する。このレジストマスク４０３は、開孔部４０４を有しており、この部分で樹脂材料でなる第２の層間絶縁膜４０２を露呈する構成となっている。（図９（Ａ））
【０１３４】
次にレジストマスク４０３を用いて第１の層間絶縁膜４０１と第２の層間絶縁膜４０２とをエッチングし、開孔４０５を得る。このエッチングは、ＲＩＥ法を用いたドライエッチングによって行う。
【０１３５】
このエッチング工程においては、垂直方向に異方性を有したエッチングが行われるので、４０５で示されるような開孔が形成される。（図９（Ｂ））
【０１３６】
次に等方性を有したエッチング技術である酸素プラズマアッシングを行い、レジストマスク４０３と第２の層間絶縁膜４０２をアッシングする。この際、レジストマスクはその膜厚が後退する。また同時に開孔部がテーパー状あるいはＲが付いた状態になる。
【０１３７】
さらに第２の層間絶縁膜も樹脂材料であるので、その開孔部は４０６で示されるようなテーパー状あるいはＲのついた形状に形成される。
【０１３８】
この時、実施例１に示した方法と異なり、樹脂材料でなる第２の層間絶縁膜の膜厚は薄くならない。（その代わり、レジストマスク４０３の膜厚が薄くなる）
【０１３９】
また、アッシングの後にさらにドライエッチングを行うことで、９０１で示されるようなテーパーを有した形状に酸化珪素膜または窒化珪素膜でなる第１の層間絶縁膜４０１の開孔を広げる。
【０１４０】
こうして図９（Ｃ）に示す状態を得る。そしてレジストマスク４０３を除去する。さらにコンタクトをとるための電極または配線４０７を形成する。
【０１４１】
こうして図９（Ｄ）に示す状態を得る。本実施例が特徴とするのは、最初に開孔４０５を形成するために用いたマスクを再度利用して、４０６、９０１で示されるような、コンタクトのとりやすいテーパーの付いた開孔部を形成することにある。
【図面の簡単な説明】
【０１４２】
【図１】薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
【図２】薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
【図３】従来における薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
【図４】コンタクトホールの形成工程を示す図。
【図５】薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
【図６】コンタクトホールの形成工程を示す図。
【図７】コンタクトホールの形状を示す図。
【図８】多層配線構造を示す図。
【図９】コンタクトホールの形成工程を示す図。
【符号の説明】
【０１４３】
１０１ ガラス基板（または石英基板）
１０２ 下地膜（酸化珪素膜）
１０３ 活性層
１０４ ゲイト絶縁膜（酸化珪素膜）
１０５ アルミニウム膜
１０６ ゲイト電極
１０７ 多孔質状の陽極酸化膜
１０８ 緻密な陽極酸化膜
１０９ ソース領域
１１０ ドレイン領域
１１１、１１３ オフセットゲイト領域
１１４ 第１の層間絶縁膜（窒化珪素膜）
１１５ ソース電極（ソース配線）
１１６ 第２の層間絶縁膜（酸化珪素膜）
１１７ 第３の層間絶縁膜（樹脂材料）
１１８ フォトレジスト
１１９ コンタクトホール（開孔）
２０１ コンタクトホール（開孔）
１００ 開孔の縁の部分
２０２ 画素電極（ＩＴＯ電極）
６０６ 金属薄膜
７０１ テーパー部分
７０２ えぐれ部分
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示する発明は、樹脂材料を層間絶縁膜に利用した半導体装置の構成に関する。またその作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来よりガラス基板や石英基板上に形成された薄膜半導体を用いて薄膜トランジスタを作製する技術が知られている。
【０００３】
図３（Ａ）〜（Ｂ）に従来より知られている薄膜トランジスタの作製工程を示す。図３に示すのは、アクティブマトリス型の液晶表示装置の画素領域に配置される薄膜トランジスタの作製工程である。
【０００４】
まずガラス基板や石英基板３０１上に下地膜３０２として酸化珪素膜をプラズマＣＶＤ法により３０００Åの厚さに成膜する。
【０００５】
次に薄膜トランジスタの活性層を構成するための出発膜として図示しない非晶質珪素膜をプラズマＣＶＤ法または減圧熱ＣＶＤ法で成膜する。非晶質珪素膜の厚さは５００〜１５００Å程度の厚さに選択される。
【０００６】
図示しない非晶質珪素膜を成膜したら、加熱処理またはレーザー光の照射を行って非晶質珪素膜を結晶化させる。こうして図示しない結晶性珪素膜を得る。
【０００７】
次にこの結晶性珪素膜をパターニングして、後に薄膜トランジスタの活性層となる領域を形成する。（図３（Ａ）では３０３、３０４、３０５で活性層は示される）
【０００８】
次に活性層を覆ってゲイト絶縁膜として機能する酸化珪素膜３０６をプラズマＣＶＤ法でもって成膜する。酸化珪素膜３０６の厚さは１０００〜１５００Åの厚さに選択される。
【０００９】
さらにゲイト電極３０７を金属材料やシリサイド材料で形成する。こうして図３（Ａ）に示す状態を得る。
【００１０】
さらにこの状態で不純物イオンのドーピングを行い、ソース領域３０３とドレイン領域３０５とチャネル形成領域３０４とを自己整合的に形成する。さらに加熱処理やレーザー光の照射を行い、不純物イオンの注入された領域のアニールを行う。
【００１１】
次に第１の層間絶縁膜３０８として窒化珪素膜または酸化珪素膜をプラズマＣＶＤ法でもって成膜する。この第１の層間絶縁膜３０８の膜厚は２０００Å〜６０００Åの範囲から選択される。
【００１２】
次にコンタクトホールの形成を行い、適当な金属材料でもって、ソース電極およびそこから延在した配線３０９が形成される。（図３（Ｂ））
【００１３】
次に第２の層間絶縁膜３１０を酸化珪素膜や窒化珪素膜で形成する。この第２の層間絶縁膜の厚さはその表面の平坦性を確保するために７０００Å以上の厚さとする。
【００１４】
さらにコンタクトホール３１１の形成を行う。こうして図３（Ｃ）に示す状態を得る。
【００１５】
そして画素電極を構成するＩＴＯ電極３１２を形成する。こうしてアクティブマトリクス領域の画素領域に配置される薄膜トランジスタ部分が完成する。
【００１６】
このような作製工程において、画素電極３１２を形成する状況において以下に説明するような問題が生じる。
【００１７】
近年、配線パターンや薄膜トランジスタのパターンの大きさが、ますます小さくなる傾向になる。これは装置の集積化をさらに高めることが要求されているからである。またアクティブマトリクス型の液晶表示装置においては、画素の開口率を高めるためにこのパターンを縮小化することが要求されている。
【００１８】
このようなパターンの縮小化を進めて行くと、３１１で示されるような開孔の大きさも当然小さくする必要が生じる。しかし、コンタクトホール３１１を小さくしてゆくと、画素電極３１２を形成する際にその構成材料（ＩＴＯ材料）が寸法の小さい開孔の中に被覆性よく成膜されないという問題が生じる。そしてこの結果、必要とするコンタクトをとることが困難になるという問題が生じる。
【００１９】
即ち、コンタクトホールが細長くなってしまうので、その内部においてコンタクトをとるための材料が途中で切れたりしてしまう状態が生じ、結果としてコンタクト不良が発生してしまう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本明細書で開示する発明は、パターンの微細化に従って発生するコンタクト不良の問題を解決する技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本明細書で開示する発明の一つは、図１にその具体的な例を示すように、
多層に構成された絶縁膜１１４と１１６と１１７とを有した半導体装置であって、
前記多層膜の最上層１１７は樹脂材料でなり、
前記多層膜にはコンタクトホール１１９が形成されており、
前記コンタクトホール１１９の前記樹脂材料部分１００はオーバーエッチングされていることを特徴とする。
【００２２】
上記の構成を採用することにより、パターンが微細化し、コンタクト部分の面積が小さくなっても電極１２０によるソース領域１１０へのコンタクトを確実なものとすることができる。また１００の部分をテーパー形状にすることで、この部分の電極（配線）１２０の段切れを防止することができる。
【００２３】
また１１７として樹脂材料を用いることで、その表面の平坦性を確保することができる。例えば１２０で示される画素電極を形成した最に部分的に画素電極から印加される電界が乱れたりすることのない構成とすることができる。
【００２４】
他の発明の構成は、図１にその具体的な例を示すように、
珪化膜でなる絶縁膜１１６を形成する工程と、
前記珪化膜上に樹脂材料でなる絶縁膜１１７を形成し珪化膜１１６と樹脂材料１１７とでなる積層膜を形成する工程と、
前記積層膜にコンタクトホール１１９を形成する工程と、
樹脂材料を選択的にエッチングする手段を用いて前記樹脂材料１１７を等方的にエッチングし、前記コンタクトホール１１９の開孔部を広げ２０１で示される開孔を形成するる工程と、
を有することを特徴とする。
【００２５】
樹脂材料だけを選択的にエッチングすることにより、１１９で示される開孔は間口の広い、コンタクトのとり易い形状とすることができる。また、等方性のエッチングを用いることにより、１００で示されるようなテーパー形状を形成することができ、その上に形成される電極や配線が切断されることがない構成とすることができる。
【００２６】
珪化膜としては、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素から選ばれた膜を利用することができる。
【発明の効果】
【００２７】
図２（Ａ）に２０１で示されるように、コンタクトホールの間口の部分を広くすることで、微細なパターンに対するコンタクトホールであってもコンタクトを容易にすることができる。特に図２（Ａ）に示す開孔２０１の形成は、先に形成された開孔１１９を利用して自己整合的に行われるので、新たなマスクを利用しなくてよいという特徴を有している。そして装置の生産歩留りや信頼性を大きく高めることができる。
【００２８】
本明細書で開示する発明は、アクティブマトリクス型の液晶表示装置にのみ利用できるものではなく、アクティブマトリクス型のＥＬ表示装置やアクティブマトリクス型のプラズマディスプレイにも利用することができる。
【００２９】
また、微細化が進められているＩＣのような集積回路における多層膜構造に対しても十分に応用することができる。
【実施例１】
【００３０】
本実施例では、アクティブマトリクス型の液晶表示装置の画素領域に配置される薄膜トランジスタの作製工程を示す。
【００３１】
図１に本実施例の薄膜トランジスタの作製工程を示す。まずガラス基板または石英基板１０１上に下地膜として酸化珪素膜１０２をプラズマＣＶＤ法により、３０００Åの厚さに成膜する。
【００３２】
次に図示しない非晶質珪素膜を５００Åの厚さに成膜する。この非晶質珪素膜は後に薄膜トランジスタの活性層を構成するための出発膜となる。この非晶質珪素膜の成膜は、プラズマＣＶＤ法または減圧熱ＣＶＤ法でもって成膜する。
【００３３】
次にレーザー光の照射または加熱処理により、図示しない非晶質珪素膜を結晶化させ、結晶性珪素膜を得る。この結晶性珪素膜が後に薄膜トランジスタの活性層を構成する。
【００３４】
図示しない結晶性珪素膜を得たら、パターニングを施すことにより、薄膜トランジスタの活性層１０３を形成する。こうして図１（Ａ）に示す状態を得る。
【００３５】
図１（Ａ）に示す状態を得たら、図３（Ａ）に示すようにゲイト絶縁膜として機能する酸化珪素膜１０４をプラズマＣＶＤ法でもって成膜する。この酸化珪素膜１０４の膜厚は１０００Åとする。
【００３６】
さらに後にゲイト電極を構成するアルミニウム膜１０５を４０００Åの厚さに成膜する。成膜方法はスパッタ法を用いる。こうして図５（Ａ）に示す状態を得る。（以下図５に従って工程を説明する）
【００３７】
図５（Ａ）に示すアルミニウム膜１０５中には、スカンジウムを0.1 〜0.3 重量％の割合で含有させる。これは、後の工程においてアルミニウムの以上成長が進行し、ヒロックやウィスカーと呼ばれる突起物が形成されてしまうことを抑制するためである。
【００３８】
アルミニウム膜１０５を成膜したら、その表面に１００Å厚程度の極薄い陽極酸化膜（図示せず）を形成する。この陽極酸化膜は、電解溶液として３％の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て行う。この陽極酸化膜の膜厚の制御は、印加電圧を選択することによって行うことができる。
【００３９】
次に図５（Ｂ）に示すようにアルミニウム膜１０５をパターニングすることにより、ゲイト電極１０６を形成する。さらにゲイト電極１０６を陽極とした陽極酸化を再び行うことによって、多孔質状の陽極酸化膜１０７を形成する。
【００４０】
この陽極酸化は、電解溶液として３％のシュウ酸水溶液を用いて行う。この陽極酸化工程で形成される陽極酸化膜は、多孔質状を有したものとなる。またその成長距離は、数μｍ程度までの間で選択することができる。なおこの場合の陽極酸化膜の成長距離は陽極酸化時間により制御することができる。
【００４１】
こうして図５（Ｂ）に示す状態を得る。図５（Ｂ）に示す状態を得たら、再び緻密な陽極酸化膜の形成を行う。即ち、電解溶液として３％の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、ゲイト電極１０６を陽極として陽極酸化を行う。
【００４２】
この陽極酸化工程においては、緻密な陽極酸化膜１０８が形成される。この工程では、多孔質状の陽極酸化膜１０７に内部に電解溶液が侵入するので、ゲイト電極１０６の表面を覆うようにして緻密な陽極酸化膜１０８が形成される。
【００４３】
この緻密な陽極酸化膜１０８の膜厚は、５００Åとする。この緻密な陽極酸化膜は、ヒロックやウィスカーの防止、さらに後に形成されるオフセットゲイト領域の形成に寄与、といった役割を有している。
【００４４】
こうして図５（Ｃ）に示す状態を得る。図５（Ｃ）に示す状態を得たら、一導電型を付与するための不純物イオンの注入を行う。ここでは、Ｎチャネル型の薄膜トランジスタを作製するためにＰ（リン）イオンの注入を行う。
【００４５】
この不純物イオンの注入を行うことによって、ソース領域１０９とドレイン領域１１０が自己整合的に形成される。（図５（Ｃ））
【００４６】
次に多孔質状の陽極酸化膜１０７を除去し、図５（Ｄ）に示す状態を得る。この状態で、チャネル形成領域１１２、さらにオフセットゲイト領域１１１と１１３が画定する。
【００４７】
オフセットゲイト領域１１１と１１３は、多孔質状の陽極酸化膜１０７と緻密な陽極酸化膜１０８の膜厚でもって形成される。
【００４８】
図５（Ｄ）に示す状態を得たら、レーザー光の照射を行い、不純物イオンの注入された領域のアニールを行う。
【００４９】
次に図１（Ｂ）に示すように第１の層間絶縁膜１１４として窒化珪素膜をプラズマＣＶＤ法でもって３０００Åの厚さに成膜する。そしてさらに第２の層間絶縁膜１１６として酸化珪素膜をプラズマＣＶＤ法でもって３０００Åの厚さに成膜する。
【００５０】
次にソース領域１０９に通じるコンタクトホールの形成を行い、適当な金属材料でもって、ソース電極およびそこから延在した配線１１５を形成する。
【００５１】
次に樹脂材料でもって第３の層間絶縁膜１１７を３μｍの厚さに形成する。この第３の層間絶縁膜１１７は、その表面の平坦性を確保するためと、低比誘電率の材料を必要とすることから、樹脂材料を用いることが重要となる。
【００５２】
上記の平坦性を確保する必要性は、その表面に画素電極が形成されることに関係する。即ち、画素電極を平坦な表面上に形成することで、液晶に印加される電界を均一なものとし、表示に乱れのないものとするために上記の第３の層間絶縁膜の平坦性が必要とされる。
【００５３】
また、樹脂材料は酸化珪素や窒化珪素に比較して低い比誘電率を有したものを選択できるので、後に形成される画素電極と薄膜トランジスタとの間に形成される容量の影響を低減させることができ、この意味でも樹脂材料を用いることは重要となる。
【００５４】
樹脂材料でなる第３の層間絶縁膜１１７を成膜したら、フォトレジスト１１８をマスクとして、コンタクトホール（開孔）１１９を形成する。図１（Ｃ）
【００５５】
このコンタクトホール１１９の形成は、ドライエッチングによって行う。ここでコンタクトホール１１９は薄膜トランジスタの寸法の微細化に従って、小さなものとする必要がある。
【００５６】
例えば、コンタクト部分の寸法は１μｍφまたはそれ以下とすることが必要とされる。しかし、コンタクトホール１１９は細長いものとなるので、ドレイン領域１１０に対して直接コンタクトを採ることが困難になる。
【００５７】
そこで本実施例においては、図１（Ｃ）に示す工程において樹脂材料１１７にコンタクトホール１１９を形成した後、さらに樹脂材料に対して選択的な等方的なエッチングをドライエッチングによって行う。
【００５８】
本実施例で注目すべきは、この等方的エッチングがフォトレジスト１１８を除去した後に行われる点である。即ち、樹脂材料の選択的なエッチングが酸素雰囲気において容易に実施できる点を利用する。
【００５９】
この工程によりコンタクトホール部（開孔部）１１９の樹脂材料でなる第３の層間絶縁膜１１７の分だけが選択的にエッチングされ、その入口の部分が広げられたコンタクトホール部２０１が形成される。（図２（Ａ））
【００６０】
このエッチングは、酸素を主成分とするガスを用いたプラズマエッチングによって行う。
【００６１】
この際、樹脂材料でなる第３の層間絶縁膜１１７はその膜厚も減少する。また、等方的に層間絶縁膜１１７が後退していくので、開口の縁の部分１００がテーパー状にあるいはＲがついた状態となる。
【００６２】
このような形状とすることで、後にコンタクトをとるために形成される電極が縁部分で段切れたりすることがない構成とすることができる。
【００６３】
このコンタクトホール部２０１の寸法は例えば２μｍφとすることができる。
【００６４】
こうして図２（Ａ）に示す状態を得る。次に図２（Ｂ）に示すように画素電極２０２をＩＴＯでもって構成する。
【００６５】
この際、第３の層間絶縁膜１１７に樹脂材料を用いてその表面の平坦性を確保しているので、画素電極２０２の平坦性をも確保することができる。また、第３の層間絶縁膜１１７の膜厚を厚くし、その比誘電率を小さなものとすることができるので、図に示すように画素電極と薄膜トランジスタ部とが重なるように画素電極を配置することができる。
【００６６】
さらに、コンタクトホール２０１の間口を大きくすることができるので、パターンを微細化していった場合でも画素電極２０２とドレイン領域１１０とのコンタクトを確実なものとすることができる。
【００６７】
こうして図２（Ｂ）に示すアクティブマトリクス型の液晶表示装置の画素領域に配置される薄膜トランジスタが完成する。
【実施例２】
【００６８】
本実施例は、実施例１に示す構成において、下地膜１０２とゲイト絶縁膜１０４を共に酸化窒化珪素膜（ＳｉＯx Ｎy ）で構成したことを特徴とする。
【００６９】
半導体でなる活性層１０３とそれを包む状態で配置される下地膜１０２及びゲイト絶縁膜１０４との界面の状態は、薄膜トランジスタの動作に大きな影響を与える。
【００７０】
一般に下地膜としては、酸化珪素膜等が利用される。しかし、その膜質に特に注意が払われるものではない。一方ゲイト絶縁膜については、薄膜トランジスタの特性を大きく左右するものとしてその膜質に大きな注意が払われている。
【００７１】
本発明者等の知見によれば、活性層の下に位置する下地膜についてもゲイト絶縁膜と同様にその膜質について大きな注意は払うことが必要である。これは、下地膜の膜質が薄膜トランジスタの長期の信頼性に対して大きな影響を与えることに起因する。
【００７２】
そこで本実施例においては、電気的な安定性に優れた酸化窒化珪素膜を下地膜とゲイト絶縁膜とに用いることによって、信頼性の高い薄膜トランジスタを得ることができる。
【００７３】
酸化窒化珪素膜の作製方法としては、ＴＥＯＳガスにＮ2 Ｏガスを混合したガスを用いたプラズマＣＶＤ法により成膜することができる。
【００７４】
また酸素とアンモニアとを混合したガスを用いたプラズマＣＶＤ法によって成膜することもできる。
【実施例３】
【００７５】
本実施例は、樹脂材料で構成された層間絶縁膜の開孔を広げる別な技術手段に関する。
【００７６】
図４に本実施例の開孔の形成方法を示す。まず図４（Ａ）に示すように酸化珪素膜または窒化珪素膜等の珪化膜でなる第１の層間絶縁膜４０１を形成する。ここでは、第１の層間膜の下側の層は特に示さないが、第１の層間絶縁膜の下側の層を半導体層や電極や配線、また他の絶縁層とすることは任意である。
【００７７】
第１の層間絶縁膜４０１を形成したら、その上に樹脂材料でなる第２の層間絶縁膜４０２を形成する。さらに第２の層間絶縁膜４０２の上にフォトレジストでなるマスク４０３を形成する。このレジストマスク４０３は、開孔部４０４を有しており、この部分で樹脂材料でなる第２の層間絶縁膜４０２を露呈する構成となっている。（図４（Ａ））
【００７８】
次にレジストマスク４０３を用いて第１の層間絶縁膜４０１と第２の層間絶縁膜４０２とをエッチングし、開孔４０５を得る。このエッチングは、ＲＩＥ法を用いたドライエッチングによって行う。
【００７９】
このエッチング工程においては、垂直方向に異方性を有したエッチングが行われるので、４０５で示されるような開孔が形成される。（図４（Ｂ））
【００８０】
次に等方性を有したエッチング技術である酸素プラズマアッシングを行い、レジストマスク４０３と第２の層間絶縁膜４０２をアッシングする。この際、レジストマスクはその膜厚が後退する。また同時に開孔部がテーパー状あるいはＲが付いた状態になる。
【００８１】
さらに第２の層間絶縁膜も樹脂材料であるので、その開孔部は４０６で示されるようなテーパー状あるいはＲのついた形状に形成される。
【００８２】
この時、実施例１に示した方法と異なり、樹脂材料でなる第２の層間絶縁膜の膜厚は薄くならない。（その代わり、レジストマスク４０３の膜厚が薄くなる）
【００８３】
こうして図４（Ｃ）に示す状態を得る。そしてレジストマスク４０３を除去する。さらにコンタクトをとるための電極または配線４０７を形成する。
【００８４】
こうして図４（Ｄ）に示す状態を得る。本実施例が特徴とするのは、最初に開孔４０５を形成するために用いたマスクを再度利用して、４０６で示されるような、コンタクトのとりやすいテーパーの付いた開孔部を形成することにある。
【００８５】
即ち、特に新たにマスクを用いずに図４（Ｄ）に示すような断面形状を有した開孔を形成することを特徴とする。
【００８６】
また本実施例に示す構成においては、樹脂材料でなる第２の層間絶縁膜４０２の膜厚が薄くなることがない点も特徴である。
【実施例４】
【００８７】
本実施例は、樹脂材料で構成された層間絶縁膜の開孔を広げる別な技術手段に関する。
【００８８】
図６に本実施例の開孔の形成方法を示す。図６はソース／ドレインコンタクトホール部の拡大図である。
【００８９】
図６（Ａ）の構造は、まず活性層６０１上に酸化珪素膜からなるゲイト絶縁膜６０２が1500Åの厚さに積まれ、その上に窒化珪素からなる第１の層間絶縁膜６０３が3000Åの厚さに、酸化珪素膜からなる第２の層間絶縁膜６０４が3000Åの厚さに積まれている。
さらに、その上には樹脂材料からなる第３の層間絶縁膜６０５が３μｍの厚さに積まれている。
【００９０】
この状態において、ＴＦＴの全体図は図１（Ｂ）の様な構造となっている。
【００９１】
次に、図６（Ａ）に示す様に第３の層間絶縁膜６０５の上に金属薄膜６０６を500 〜2000Åの厚さに形成する。この金属薄膜６０６は後に第１、第２、第３の層間絶縁膜６０３、６０４、６０５をドライエッチングする際のマスクとしての役割を持つ。
本実施例では、金属薄膜６０６としてスパッタ法によりＴｉ（チタン）を500 Åの厚さに形成した。
【００９２】
次に、フォトレジスト６０７でマスクして金属薄膜６０６を選択的にエッチングする。このエッチングは、SiCl4 、Cl2 、BCl3をエッチングガスとしてドライエッチング法により行う。ガス圧力は80mTorr 、印加電力は1400Ｗとする。
【００９３】
以上の工程により、図６（Ａ）の状態が得られる。図６（Ａ）の状態が得られたら、フォトレジスト６０７を専用の剥離液で除去する。
【００９４】
次に、図６（Ｂ）に示す様に、ゲイト絶縁膜６０２及び第１、第２、第３の層間絶縁膜６０３、６０４、６０５をＲＩＥモードのドライエッチング法によりエッチングする。このエッチングはエッチングガスを切り換えることで連続的に行うことができる。
【００９５】
エッチングは13.56MHzの高周波パルスで形成されたプラズマを利用して行う。エッチングガスはＯ2 ：75sccmとＣＦ4 ：25sccmを用い、ガス圧力は100mTorrとする。また、印加電力は500 Ｗとする。
【００９６】
こうして、図６（Ｂ）に示す様に活性層６０１のコンタクト部が露出した状態が得られる。この状態ではコンタクトホールの径が１μｍφ程度であるのに対して、コンタクトホールの深さは約3.8 μｍとなり、非常に活性層とのコンタクトを取りにくい構造となっている。
【００９７】
そこで、図６（Ｂ）の状態でＯ2 プラズマを用いた等方的なプラズマエッチングを行う。すると、樹脂材料からなる第３の層間絶縁膜６０５が選択的にエッチングされ、図６（Ｃ）の様な状態が得られる。
【００９８】
この時、金属薄膜６０６と第３の層間絶縁膜６０５との密着性が良く、第３の層間絶縁膜６０５とその下に位置する他の絶縁膜（ゲイト絶縁膜６０２、第１、第２の層間絶縁膜６０３、６０４）との選択比が５以上であることが望ましい。
【００９９】
上記の条件を満たす場合、図７（Ａ）に示す様な形状が得られる。また、選択比が５以上であっても、密着性に欠ければ図７（Ｂ）の様になだらかなテーパー７０１が形成され、必要以上に大きく拡がった形状となる。これでは、素子の微細化を進める上で障害となる。
【０１００】
また逆に、密着性が良くても選択比に差がなければ図７（Ｃ）の様に全ての絶縁膜が同時にサイドエッチングされる。また、選択比が１以下であれば図７（Ｄ）の様なえぐれ部分７０２が形成されてしまう。
【０１０１】
図６（Ｃ）の状態が得られたら、ドライエッチング法により金属薄膜６０６を除去する。次いで、配線または電極となる導電性薄膜６０８を形成すれば、図６（Ｄ）の状態が得られる。
【０１０２】
本実施例が特徴とするのは、樹脂材料からなる第３の層間絶縁膜６０５のサイドエッチングを利用して、コンタクトのとりやすい形状から構成される開孔部を形成することにある。
【０１０３】
また、本実施例において、図６（Ｂ）の状態で樹脂材料からなる第３の層間絶縁膜６０５をエッチングする工程から、図６（Ｃ）の状態で金属薄膜６０６を除去する工程までを連続的に行えることも特徴である。
【０１０４】
即ち、上記複数の工程を全てドライエッチングで行った場合、エッチングガス等の条件をプログラムで自動変更することにより、大気開放せずにコンタクトホールを形成することが出来る。
【０１０５】
このことは、スループットの向上と同時に生産歩留りの上昇といった効果を付与する点で重要である。
【実施例５】
【０１０６】
本実施例は、実施例４において、金属薄膜の代わりに珪化膜でなる絶縁膜を用いた場合の例である。珪化膜でなる絶縁膜はエッチング除去が金属薄膜よりも容易、かつ、簡便であるため汎用性が高い利点を有する。
【０１０７】
上記の珪化膜でなる絶縁膜としては、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜（ＳｉＯx Ｎy ）が挙げられる。これらの絶縁膜はプラズマＣＶＤ法、減圧熱ＣＶＤ法等の手段により形成する。
【０１０８】
また、ＰＳＧやＢＳＧ等に代表される酸化珪素系被膜形成用塗布液を用いてスピン法による被膜形成を行っても良い。スピン法による被膜形成は以下の手順で行う。
【０１０９】
まず、被膜形成用塗布液を基体上に塗布した後、基体を保持するステージを回転させる。この行程において余分な被膜形成用塗布液は全て排除され、基体上には薄く、均一な被膜が形成される。また、ステージの回転数を変えることで、所望の膜厚の被膜を形成することができる。
【０１１０】
次に１５０℃程度のベークを行い、塗布された被膜の晶質化を行う。この際、ベークの温度や時間を変えることで被膜の膜質を調節することが可能である。
【０１１１】
以上の様に、スピン法による場合、比較的簡便に酸化珪素膜を形成することができる。即ち、スループットを大幅に向上することが可能である。
【実施例６】
【０１１２】
本実施例は、本明細書に開示する発明を利用して多層配線を有する集積回路を構成する例である。単結晶珪素ウエハーを用いた集積回路において、その集積化を高めるために、素子を多層に構成し、また配線も多層に構成することが必要とされている。
【０１１３】
このような多層構造においてもコンタクトを確実にとることが要求される。そこで、本明細書に開示する発明を利用することにより、微細で多層に構成された集積回路においても確実なコンタクトをとることができる。
【０１１４】
図８に例として３層構造からなる集積回路の構成を示す。まず、金属材料からなる第１の配線電極８０１を形成する。ここでは、第１の配線電極８０１の下側の層は特に示さないが、第１の配線電極８０１の下側の層を半導体層や電極や配線、また他の絶縁層とすることは任意である。
【０１１５】
次に、第１の配線電極８０１を覆って珪化膜からなる絶縁膜８０２を形成し、さらにその上に樹脂材料からなる絶縁膜８０３を形成する。
前記絶縁膜８０２及び８０３からなる積層膜は第１の層間絶縁膜として機能する。
【０１１６】
次に、第１の層間絶縁膜にコンタクトホール８０４を形成して、図８（Ａ）の状態を得る。
【０１１７】
次いで、樹脂材料からなる絶縁膜８０３を選択的にオーバーエッチングしてコンタクトホールの開孔口を拡げる。この工程は、実施例１、３、４のいずれの手段によっても良い。
【０１１８】
次に、金属材料からなる第２の配線電極８０５を形成して、図８（Ｂ）の状態を得る。この際、コンタクトホールの開孔口が広いため被覆性良く第１の配線電極８０１とのコンタクトが取れる。
【０１１９】
図８（Ｂ）の状態を得たら、第２の配線電極８０５を覆って珪化膜からなる絶縁膜８０６を形成し、さらにその上に樹脂材料からなる絶縁膜８０７を形成する。
前記絶縁膜８０６及び８０７からなる積層膜は第２の層間絶縁膜として機能する。
【０１２０】
次に、第２の層間絶縁膜にコンタクトホール８０８を形成して、図８（Ｃ）の状態を得る。
【０１２１】
次いで、樹脂材料からなる絶縁膜８０７を選択的にオーバーエッチングしてコンタクトホールの開孔口を拡げる。この工程は、実施例１、３、４のいずれの手段によっても良い。
【０１２２】
次に、金属材料からなる第３の配線電極８０９を形成して、図８（Ｄ）の状態を得る。この際、コンタクトホールの開孔口が広いため被覆性良く第２の配線電極８０５とのコンタクトが取れる。
【０１２３】
本実施例は図８（Ｄ）に示す様に、三層の配線電極を内包する多層構造の例であるが、集積化に伴ってさらに積層回数が増した場合についても応用が効くことは言うまでもない。
【０１２４】
以上の様に、本明細書で開示する発明を利用することで、層毎に平坦性を確保するこができ、また確実なコンタクトを採ることができ、また配線の信頼性を高めることができる。
【実施例７】
【０１２５】
本実施例は、本明細書に開示する発明を利用して多層配線を有する集積回路を構成する例である。実施例５との相違点は、一部の配線電極同士の接続をＷ（タングステン）の選択成長を利用して行う点である。
【０１２６】
Ｗの選択成長技術は、配線形成技術、特にその微細加工技術の一つとしてここ数年注目されてきた技術である。
概要は、主に原料ガスとしてＷＦ6 とＳｉＨ4 とを用いた熱ＣＶＤ法により、Ｗの薄膜を選択的に成膜するものである。
この際、酸化珪素膜上に成膜されにくいという特徴がある。
【０１２７】
即ち、酸化珪素膜に形成されたコンタクトホールの内部のみを選択的にＷで埋め込むことが可能であり、集積回路の設計においてコンタクトホールのマージンを稼ぐことができるという利点がある。
【０１２８】
だがこの技術は比較的高温で行われるため、樹脂材料を層間絶縁膜として用いることが困難となる場合が多い。
また、深いコンタクトホールにＷを埋め込む場合にスループットの低下といった問題も発生する。
【０１２９】
従って、最終的な高温加熱工程の後に層間絶縁膜として樹脂材料を用いて本発明を実施することは、特に回路設計の上で有利である。
【０１３０】
例えば、浅いコンタクトホールはＷの選択成長で埋め込み、深いコンタクトホールが必要な場合は、予め汎用性の高い樹脂材料を層間絶縁膜として用いて本発明を利用すれば良い。
【実施例８】
【０１３１】
本実施例は、樹脂材料で構成された層間絶縁膜の開孔を広げる別な技術手段に関する。
【０１３２】
図９に本実施例の開孔の形成方法を示す。まず図９（Ａ）に示すように酸化珪素膜または窒化珪素膜等の珪化膜でなる第１の層間絶縁膜４０１を形成する。ここでは、第１の層間膜の下側の層は特に示さないが、第１の層間絶縁膜の下側の層を半導体層や電極や配線、また他の絶縁層とすることは任意である。
【０１３３】
第１の層間絶縁膜４０１を形成したら、その上に樹脂材料でなる第２の層間絶縁膜４０２を形成する。さらに第２の層間絶縁膜４０２の上にフォトレジストでなるマスク４０３を形成する。このレジストマスク４０３は、開孔部４０４を有しており、この部分で樹脂材料でなる第２の層間絶縁膜４０２を露呈する構成となっている。（図９（Ａ））
【０１３４】
次にレジストマスク４０３を用いて第１の層間絶縁膜４０１と第２の層間絶縁膜４０２とをエッチングし、開孔４０５を得る。このエッチングは、ＲＩＥ法を用いたドライエッチングによって行う。
【０１３５】
このエッチング工程においては、垂直方向に異方性を有したエッチングが行われるので、４０５で示されるような開孔が形成される。（図９（Ｂ））
【０１３６】
次に等方性を有したエッチング技術である酸素プラズマアッシングを行い、レジストマスク４０３と第２の層間絶縁膜４０２をアッシングする。この際、レジストマスクはその膜厚が後退する。また同時に開孔部がテーパー状あるいはＲが付いた状態になる。
【０１３７】
さらに第２の層間絶縁膜も樹脂材料であるので、その開孔部は４０６で示されるようなテーパー状あるいはＲのついた形状に形成される。
【０１３８】
この時、実施例１に示した方法と異なり、樹脂材料でなる第２の層間絶縁膜の膜厚は薄くならない。（その代わり、レジストマスク４０３の膜厚が薄くなる）
【０１３９】
また、アッシングの後にさらにドライエッチングを行うことで、９０１で示されるようなテーパーを有した形状に酸化珪素膜または窒化珪素膜でなる第１の層間絶縁膜４０１の開孔を広げる。
【０１４０】
こうして図９（Ｃ）に示す状態を得る。そしてレジストマスク４０３を除去する。さらにコンタクトをとるための電極または配線４０７を形成する。
【０１４１】
こうして図９（Ｄ）に示す状態を得る。本実施例が特徴とするのは、最初に開孔４０５を形成するために用いたマスクを再度利用して、４０６、９０１で示されるような、コンタクトのとりやすいテーパーの付いた開孔部を形成することにある。
【図面の簡単な説明】
【０１４２】
【図１】薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
【図２】薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
【図３】従来における薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
【図４】コンタクトホールの形成工程を示す図。
【図５】薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
【図６】コンタクトホールの形成工程を示す図。
【図７】コンタクトホールの形状を示す図。
【図８】多層配線構造を示す図。
【図９】コンタクトホールの形成工程を示す図。
【符号の説明】
【０１４３】
１０１ ガラス基板（または石英基板）
１０２ 下地膜（酸化珪素膜）
１０３ 活性層
１０４ ゲイト絶縁膜（酸化珪素膜）
１０５ アルミニウム膜
１０６ ゲイト電極
１０７ 多孔質状の陽極酸化膜
１０８ 緻密な陽極酸化膜
１０９ ソース領域
１１０ ドレイン領域
１１１、１１３ オフセットゲイト領域
１１４ 第１の層間絶縁膜（窒化珪素膜）
１１５ ソース電極（ソース配線）
１１６ 第２の層間絶縁膜（酸化珪素膜）
１１７ 第３の層間絶縁膜（樹脂材料）
１１８ フォトレジスト
１１９ コンタクトホール（開孔）
２０１ コンタクトホール（開孔）
１００ 開孔の縁の部分
２０２ 画素電極（ＩＴＯ電極）
６０６ 金属薄膜
７０１ テーパー部分
７０２ えぐれ部分
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多層に構成された絶縁膜を有した半導体装置であって、前記多層膜の最上層は樹脂材料でなり、前記多層膜にはコンタクトホールが形成されており、前記コンタクトホールの前記樹脂材料部分はオーバーエッチングされていることを特徴とする半導体装置。
【請求項１】
多層に構成された絶縁膜を有した半導体装置であって、前記多層膜の最上層は樹脂材料でなり、前記多層膜にはコンタクトホールが形成されており、前記コンタクトホールの前記樹脂材料部分はオーバーエッチングされていることを特徴とする半導体装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−３０６２０８（Ｐ２００８−３０６２０８Ａ）
【公開日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２０３８３８（Ｐ２００８−２０３８３８）
【出願日】平成２０年８月７日（２００８．８．７）
【分割の表示】特願平８−３３２８９５の分割
【原出願日】平成８年１１月２７日（１９９６．１１．２７）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月７日（２００８．８．７）
【分割の表示】特願平８−３３２８９５の分割
【原出願日】平成８年１１月２７日（１９９６．１１．２７）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
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