半導体装置の作製方法
【課題】絶縁膜中にコンタクトホールを形成せずに、絶縁膜の表面と裏面の間に導電領域を形成することを課題とする。
【解決手段】基板上の半導体素子及び第１の電極上に絶縁膜を形成し、絶縁膜中に第１の加速電圧で第１のイオンを添加して、絶縁膜中の第１の深さに第１の欠陥の多い領域を形成し、第１の加速電圧とは異なる第２の加速電圧で、第２のイオンを添加して、絶縁膜中の第１の深さとは異なる第２の深さに第２の欠陥の多い領域を形成し、第１及び第２の欠陥の多い領域上に、金属元素を含む導電材料を形成し、第１及び第２の欠陥の多い領域のうちの上方の領域から下方の領域に、金属元素を拡散させることにより、絶縁膜中に、第１の電極と、金属元素を含む導電材料とを電気的に接続する導電領域を形成する半導体装置の作製方法に関する。
【解決手段】基板上の半導体素子及び第１の電極上に絶縁膜を形成し、絶縁膜中に第１の加速電圧で第１のイオンを添加して、絶縁膜中の第１の深さに第１の欠陥の多い領域を形成し、第１の加速電圧とは異なる第２の加速電圧で、第２のイオンを添加して、絶縁膜中の第１の深さとは異なる第２の深さに第２の欠陥の多い領域を形成し、第１及び第２の欠陥の多い領域上に、金属元素を含む導電材料を形成し、第１及び第２の欠陥の多い領域のうちの上方の領域から下方の領域に、金属元素を拡散させることにより、絶縁膜中に、第１の電極と、金属元素を含む導電材料とを電気的に接続する導電領域を形成する半導体装置の作製方法に関する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示される発明は半導体装置に係り、特に絶縁層の上層側及び下層側に設けられる配線間の接続を図る構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の配線構造として多層配線技術が知られている。多層配線技術は、層間絶縁膜を挟んで設けられる下層配線と上層配線を接続するためにはコンタクトホールが必要である。多層配線技術に係る課題の一つとして、当該コンタクトホールを埋め込む配線材料（金属材料）のステップカバレッジの問題がある。コンタクトホールを埋め込む配線材料のステップカバレッジが悪いと断線不良が発生し、上下の配線間で導通がとれなくなるといった問題が発生する。
【０００３】
この問題を解決するための手段として、コンタクトホール内にメタルプラグを選択成長させた後、化学的機械研磨処理により層間絶縁膜とメタルプラグを平坦化する方法（特許文献１）、メッキ法によりコンタクトホール内に埋め込み金属層を形成する方法（特許文献２）などが従来から知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２２２６３１号公報
【特許文献２】特開平１１−１６３１２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、従来の技術では、層間絶縁膜を挟んで下層側の配線と上層側の配線を接続するために、コンタクトホールに金属材料を埋め込む構造によってステップカバレッジの問題を解決している。しかしながら、コンタクトホールに金属材料を埋め込む方法では、成膜方法及び成膜条件が限定され、さらに平坦化処理と組み合わせて行う必要があるなどプロセス上の制約が種々存在している。
【０００６】
さらに、多層配線技術ではステップカバレッジに関する問題の他に、コンタクトホールを形成する工程にもいくつかの問題が内在している。例えば、ドライエッチング法でコンタクトホールを形成する場合にはプラズマダメージやエッチング残渣の問題がある。ウエットエッチング法では、層間絶縁膜に微細な口径のコンタクトホールを形成することが困難であるといった問題がある。
【０００７】
このような状況に鑑み、多層配線構造において、下層配線と上層配線の接続部におけるステップカバレッジの問題を解消することを目的の一とする。多層配線構造において、コンタクトホールを形成する工程を省略して多層配線間の接続部を構成することを他の目的の一とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
層間絶縁膜の下層配線と上層配線の接続を図るコンタクト部に、深さの異なる複数の欠陥部を設け、該欠陥部に導電材料を拡散させて下層配線と上層配線のコンタクトを形成することを要旨とする。ここで、層間絶縁膜の欠陥部は、金属等の導電材料を偏析させる作用があり、深さの異なる複数の欠陥部を設けることで層間絶縁膜を貫通する導通部を形成するために有益である。
【０００９】
例示的な態様によれば、絶縁膜の一部の領域に、加速電圧を変えて複数回に分けてイオンを添加することにより、深さの異なる欠陥部を形成する。或いは、質量の異なるイオンを同じ加速電圧で絶縁膜の特定領域に添加することで、深さの異なる欠陥部を形成する。
【００１０】
例示的な態様によれば、絶縁膜中にイオンを複数回に分けて添加する際に、少なくとも一のイオンは水素イオン、又はヘリウムイオン、アルゴンイオン、クリプトン若しくはネオンなど希ガスイオンを用いる。
【００１１】
例示的な態様によれば、絶縁膜に設けられる欠陥部は、該絶縁膜の上方側と下方側の少なくとも２つの部位が存在する。このとき上方の欠陥部は下方の欠陥部よりも、欠陥が多く含まれている構成とされる。この構成により、金属等の導電性材料が上方側から下方側により拡散しやすくする。
【００１２】
例示的な態様によれば、本発明は、基板上に半導体素子及び前記半導体素子と電気的に接続された第１の電極を形成し、前記半導体素子及び前記半導体素子と電気的に接続された第１の電極上に絶縁膜を形成し、前記絶縁膜中に第１の加速電圧で第１のイオンを添加する第１のドーピング工程を行い、前記絶縁膜中の第１の深さに第１の欠陥の多い領域を形成し、前記絶縁膜中に、前記第１の加速電圧とは異なる第２の加速電圧で、第２のイオンを添加する第２のドーピング工程を行い、前記絶縁膜中の前記第１の深さとは異なる第２の深さに第２の欠陥の多い領域を形成し、前記第１及び第２の欠陥の多い領域上に、金属元素を含む導電材料を形成し、前記第１及び第２の欠陥の多い領域のうちの上方の領域から、下方の領域に、前記金属元素を拡散させることにより、前記絶縁膜中に、第１の電極と、前記金属元素を含む導電材料とを電気的に接続する導電領域を形成する半導体装置の作製方法に関する。
【００１３】
例示的な態様によれば、基板上に半導体素子及び前記半導体素子と電気的に接続された第１の電極を形成し、前記半導体素子及び前記半導体素子と電気的に接続された第１の電極上に絶縁膜を形成し、前記絶縁膜中に第１の加速電圧で第１のイオンを添加する第１のドーピング工程を行い、前記絶縁膜中の第１の深さに第１の欠陥の多い領域を形成し、前記絶縁膜中に、前記第１の加速電圧と同じ電圧で、前記第１のイオンとは異なる第２のイオンを添加する第２のドーピング工程を行い、前記絶縁膜中の前記第１の深さとは異なる第２の深さに第２の欠陥の多い領域を形成し、前記第１及び第２の欠陥の多い領域上に、金属元素を含む導電材料を形成し、前記第１及び第２の欠陥の多い領域のうちの上方の領域から、下方の領域に、前記金属元素を拡散させることにより、前記絶縁膜中に、第１の電極と、前記金属元素を含む導電材料とを電気的に接続する導電領域を形成する。
【発明の効果】
【００１４】
層間絶縁膜に欠陥部を設け、該欠陥部を利用して導電材料を拡散させることにより、コンタクトホールを設けずに下層配線と上層配線の接続構造を設けることができる。ここで、層間絶縁膜に複数の欠陥部、すなわち深さの異なる欠陥部を設けることで導電性材料の拡散を容易とし、層間絶縁膜が厚くなった場合でも下層配線と上層配線の接続構造を設けることができる。層間絶縁膜にコンタクトホールを設けないことで、コンタクトホール形成プロセスに係るプラズマダメージやエッチング残渣の問題を解消することができる。また、層間絶縁膜に段差構造が無くなることで、ステップカバレッジの問題を無くすことができる。
【００１５】
コンタクトホール形成の作製工程を行わないことで、製造コストを削減し、製造に要する時間を短縮することが可能となる。半導体装置の信頼性の観点からは、コンタクトホール内のエッチング残渣を原因として生じる接続不良（絶縁不良）の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】導電領域の形成方法を説明する断面図。
【図２】導電領域の形成方法を説明する断面図。
【図３】導電領域の形成方法を説明する断面図。
【図４】半導体装置の作製方法を説明する断面図。
【図５】半導体装置の作製方法を説明する断面図。
【図６】半導体装置の作製方法を説明する断面図。
【図７】半導体装置の作製方法を説明する断面図。
【図８】半導体装置の作製方法を説明する断面図。
【図９】半導体装置の作製方法を説明する断面図。
【図１０】半導体装置の作製方法を説明する断面図。
【図１１】半導体装置の作製方法を説明する断面図。
【図１２】半導体装置の作製方法を説明する断面図。
【図１３】半導体装置の作製方法を説明する断面図。
【図１４】イオンドーピングにおける、イオン種と加速電圧と深さの関係を示す図。
【図１５】イオンドーピングにおける、加速電圧と深さの関係を示す図。
【図１６】イオンドーピングにおける、加速電圧と深さの関係を示す図。
【図１７】イオンドーピングにおける、イオン種と深さの関係を示す図。
【図１８】イオンドーピングにおける、イオン種と深さの関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の態様について、図面を参照して説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に示す図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１８】
なお、本明細書において、半導体装置とは半導体素子（トランジスタやダイオードなど）を含む回路を有する装置をいう。また、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般でもよい。
【００１９】
［実施の形態１］
本実施の形態を、図１（Ａ）〜図１（Ｄ）、図２（Ａ）〜図２（Ｄ）、図３（Ａ）〜図３（Ｄ）を用いて説明する。
【００２０】
まず絶縁表面１０１上に、下方電極１０２（下方電極１０２ａ、下方電極１０２ｂ、下方電極１０２ｃ）を形成する。絶縁表面１０１とは、絶縁表面を有する基板でもよいし、基板上に絶縁膜を形成したものでもよい。
【００２１】
下方電極１０２は、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、マンガン（Ｍｎ）、ネオジム（Ｎｄ）、炭素（Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）から選択された元素、またはこれらの元素を主成分とする合金材料もしくは化合物材料を用い、単層膜あるいは積層膜を形成すればよい。
【００２２】
下方電極１０２を覆って、絶縁膜１０３を形成する（図１（Ａ）参照）。絶縁膜１０３は、珪素の酸化物及び珪素の窒化物等の無機材料、すなわち、酸化珪素膜、窒化珪素膜、窒素を含む酸化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜を用いることができる。さらに絶縁膜１０３として、ポリイミド、ポリアミド、ポリイミドアミド、ベンゾシクロブテン、アクリル、及びエポキシ等の有機材料、シロキサン材料、ポリシラザン材料のいずれか一種または複数種を単層または積層で形成することができる。
【００２３】
シロキサンとは、珪素（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）との結合で骨格構造が構成され、置換基に少なくとも水素を含む、又は置換基にフッ素、アルキル基、又は芳香族炭化水素のうち少なくとも１種を有するポリマー材料、を出発原料として形成される。
【００２４】
またポリシラザンとは、珪素（Ｓｉ）と窒素（Ｎ）の結合を有するポリマー材料、いわゆるポリシラザンを含む液体材料を出発原料として形成される。
【００２５】
絶縁膜１０３上の、下方電極１０２ａ、下方電極１０２ｂ、下方電極１０２ｃが形成されていない領域に、レジストマスク１０４を形成する。
【００２６】
次いでレジストマスク１０４をマスクとして、絶縁膜１０３中に第１のイオン１０５を用い、第１の加速電圧で第１のイオンドーピングを行う（図１（Ｂ）参照）。イオンドーピングを行うことにより、絶縁膜１０３の結晶構造が破壊され、欠陥が発生する。
【００２７】
第１のイオン１０５は、水素イオン、又はヘリウムイオン、アルゴンイオン、クリプトン若しくはネオンなど希ガスイオンを用いる。第１のイオン１０５としては、水素又は希ガスを含むソースガスをプラズマ励起して生成された１つの原子または複数の同一の原子からなるイオン種、あるいは異種の原子からなるイオン種を打ち込むことが好ましい。
【００２８】
アルゴン等原子半径の大きな原子のイオンを添加すると、絶縁膜１０３中により多くの欠陥を形成することができる。
【００２９】
なお本明細書においてイオンドーピングとは、原料ガスから生成されるイオン化したガスを質量分離せず、そのまま電界で加速して対象物に添加する方式を指す。
【００３０】
第１のイオンドーピングにより、レジストマスク１０４が形成されなかった絶縁膜１０３の内部に、ドーピングされた領域１０７（領域１０７ａ、領域１０７ｂ、領域１０７ｃ）が形成される（図１（Ｃ）参照）。領域１０７ａ、領域１０７ｂ、領域１０７ｃそれぞれの内部には、第１のイオンドーピングのために欠陥が生じている。
【００３１】
ただし、イオンドーピングでは、ある深さで濃度のピークを有するため、領域１０７中においても欠陥がある深さで濃度が一番大きくなる。領域１０７（領域１０７ａ、領域１０７ｂ、領域１０７ｃ）において欠陥の濃度が一番大きい領域を領域１０９（領域１０９ａ、領域１０９ｂ、領域１０９ｃ）とする。
【００３２】
図１（Ｄ）には、第１のイオン１０５がドーピングされた領域１０７ａ中に形成された、欠陥の多い領域１０９ａを示す。
【００３３】
次いで第２のイオン１１２を用い、第２の加速電圧で第２のイオンドーピングを行う（図２（Ａ）参照）。
【００３４】
第２のイオンドーピングにより、レジストマスク１０４が形成されなかった絶縁膜１０３の内部に、ドーピングされた領域１１３（領域１１３ａ、領域１１３ｂ、領域１１３ｃ）が形成される（図２（Ｂ）参照）。領域１１３ａ、領域１１３ｂ、領域１１３ｃそれぞれの内部にも、第２のイオンドーピングにより欠陥が生じている。
【００３５】
また領域１１３（領域１１３ａ、領域１１３ｂ、領域１１３ｃ）において欠陥の濃度が一番大きい領域を領域１０９（領域１０９ａ、領域１０９ｂ、領域１０９ｃ）とする。
【００３６】
図２（Ｃ）には、第２のイオン１１２がドーピングされた領域１１３ａ中に形成された、欠陥の多い領域１０９ａを示す。
【００３７】
本実施の形態において、第２のイオンドーピングの際の加速電圧を、第１のイオンドーピングの際の加速電圧より小さいものとしている。これにより、領域１１５ａは、領域１０９ａよりも上方に形成される。
【００３８】
第２のイオン１１２は、第１のイオン１０５と同じであってもよいし、異なっていてもよい。ただし上記のように、原子半径の大きな原子のイオンを添加すると、より多くの欠陥を形成することができるので、必要に応じて、原子半径の大きな原子と原子半径の小さな原子を使い分ければよい。
【００３９】
第１のイオン１０５と第２のイオン１１２が同じ場合は、加速電圧が高い方が深く添加されるので、第１のイオン１０５と第２のイオン１１２として同じイオンを用い、加速電圧を変えることにより領域１０９と領域１１５ａの深さを決定してもよい。
【００４０】
また、同じ加速電圧であっても、重い原子のイオンの方が軽い原子のイオンよりも浅く添加されるので、第１のイオン１０５と第２のイオン１１２の一方を重い原子のイオン、他方を軽い原子のイオンを用い、加速電圧を同じ電圧で添加してもよい。
【００４１】
本実施の形態では、第１のイオン１０５として水素イオン、第２のイオンとしてアルゴンイオンを用い、第２の加速電圧を第１の加速電圧よりも小さくして、第１及び第２のイオンドーピングを行う。これにより上方の領域１１５ａの方が下方の領域１０９ａよりも欠陥が多くなる。
【００４２】
後述する工程で、絶縁膜１０３上に形成した金属膜１１６の金属元素を、領域１１３ａ中に拡散させる。このときに上方の領域１１５ａの方が下方の領域１０９ａよりも欠陥が多いと、金属元素が上方から下方へ拡散しやすくなる。
【００４３】
次いで、絶縁膜１０３及びレジストマスク１０４上に、金属膜１１６を形成する（図２（Ｄ）参照）。金属膜１１６は、金属元素を含む導電材料膜であればよく、スパッタリング法やメッキ法等により形成することができる。金属膜１１６としては、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、マンガン（Ｍｎ）、ネオジム（Ｎｄ）から選択された元素、またはこれらの元素を主成分とする合金材料もしくは化合物材料を用い、単層膜あるいは積層膜を形成する。さらに、炭素（Ｃ）またはシリコン（Ｓｉ）から選択された元素、またはこれらの元素を主成分とする合金材料もしくは化合物材料を用い、単層膜あるいは積層膜を形成してもよい。
【００４４】
あるいは上記の金属元素を含む導電ペーストを塗布することにより、金属膜１１６を形成すればよい。さらに金属元素を含む導電ペーストを用いる際は、レジストマスク１０４上には形成せず、絶縁膜１０３上のみに金属膜１１６を形成することも可能である。
【００４５】
金属膜１１６に含まれる金属元素は、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）等の侵入型原子であると、絶縁膜１０３中により入り込みやすくなる。
【００４６】
本実施の形態では、金属膜１１６として、ニッケル膜をスパッタ法により、絶縁膜１０３上に成膜する。
【００４７】
次いで加熱工程により、金属膜１１６と絶縁膜１０３が接している領域から、絶縁膜１０３中の領域１１３に、金属膜１１６の金属元素を拡散させる（図３（Ａ）参照）。
【００４８】
図３（Ｂ）に領域１１３の１つ領域１１３ａの拡大図を示す。領域１１３ａにおいて、まず金属元素は領域１１５ａに拡散する。領域１１３ａは、上述の工程により欠陥が多くなっているので、金属元素が拡散しやすい。すなわち、領域１１３ａは金属元素の第１の貯蔵領域として機能する。
【００４９】
さらに金属元素は領域１１３ａから領域１０９ａと拡散する。すなわち領域１０９ａは、金属元素の第２の貯蔵領域として機能する。もし貯蔵領域が１つしかない場合、すなわち領域１１３ａか領域１０９ａのどちらかしか形成されない場合は、貯蔵領域に蓄えられた金属元素が拡散しない恐れが生じてしまう。そのため絶縁膜１０３の深さ方向に２つの貯蔵領域が形成されると、導電領域を形成する上で有利である。
【００５０】
金属元素が領域１０９ａからさらに下方に拡散され、下方電極１０２ａにまで到達することにより、上方電極である金属膜１１６と下方電極１０２ａを電気的に接続する導電領域１１９ａ（並びに、導電領域１１９ｂ及び導電領域１１９ｃ）が形成される（図３（Ｃ）参照）。
【００５１】
加熱工程は、レーザアニール、ランプアニール、またはファーネスアニールによって行えばよい。
【００５２】
次いで、レジストマスク１０４とレジストマスク１０４上の金属膜１１６を除去する（図３（Ｄ）参照）。導電領域１１９ａ、導電領域１１９ｂ、導電領域１１９ｃ上の金属膜１１６を、それぞれ電極１１６ａ、電極１１６ｂ、電極１１６ｃとする。
【００５３】
あるいは加熱工程の前に、レジストマスク１０４とレジストマスク１０４上の金属膜１１６を除去してもよい。
【００５４】
さらに、第２のイオン１１２を添加後、レジストマスク１０４を除去し、絶縁膜１０３上に金属膜１１６を形成し、エッチングにより領域１１３ａ、領域１１３ｂ、領域１１３ｃ上以外の金属膜１１６を除去してもよい。
【００５５】
以上のようにして、絶縁膜１０３の表面と裏面を導通させる、すなわち膜厚方向に対して導通する導電領域１１９を有する絶縁膜１０３を得ることができる。またこのような絶縁膜１０３を有する素子を得ることが可能となる。
【００５６】
［実施の形態２］
本実施の形態では、薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＴＦＴ）を有する半導体装置を作製した例を、図４（Ａ）〜図４（Ｃ）、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）、図６（Ａ）〜図６（Ｄ）、を用いて説明する。
【００５７】
まず基板１２１上の下地膜１２２上に、ＴＦＴ１３９、ＴＦＴ１４９、絶縁膜１２３、絶縁膜１２４、電極１３８ａ、電極１３８ｂ、電極１４８ａ、電極１４８ｂを形成する（図４（Ａ）参照）。
【００５８】
基板１２１は、絶縁性の表面を有する基板であり、例えば、ガラス基板、石英基板、サファイア基板、上面に絶縁膜を有したシリコンウェハや金属板等である。本実施の形態では、基板１２１としてガラス基板を用いる。
【００５９】
下地膜１２２は、基板１２１中の不純物がＴＦＴ１３９及びＴＦＴ１４９内に混入しないために設け、必要なければ下地膜１２２を設けなくてもよい。下地膜１２２として、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜、窒素を含む酸化珪素膜いずれかの単層膜、あるいはこれら２つ以上の膜を積層した積層膜を形成してもよい。
【００６０】
ＴＦＴ１３９は、島状半導体膜１３４、ゲート絶縁膜１３５、ゲート電極１３６、ゲート電極１３６の側面に形成されたサイドウォール１３７ａ及びサイドウォール１３７ｂを有している。
【００６１】
島状半導体膜１３４中には、チャネル形成領域１３１、低濃度不純物領域１３２ａ及び低濃度不純物領域１３２ｂ、高濃度不純物領域１３３ａ及び高濃度不純物領域１３３ｂが形成されている。低濃度不純物領域１３２ａ及び低濃度不純物領域１３２ｂ、ソース領域及びドレイン領域である高濃度不純物領域１３３ａ及び高濃度不純物領域１３３ｂには、それぞれｎ型を付与する不純物元素、例えばリン（Ｐ）やヒ素（Ａｓ）が含まれており、ＴＦＴ１３９はｎチャネル型ＴＦＴである。
【００６２】
ＴＦＴ１４９は、島状半導体膜１４４、ゲート絶縁膜１４５、ゲート電極１４６、ゲート電極１４６の側面に形成されたサイドウォール１４７ａ及びサイドウォール１４７ｂを有している。
【００６３】
島状半導体膜１４４中には、チャネル形成領域１４１、ソース領域及びドレイン領域である高濃度不純物領域１４３ａ及び高濃度不純物領域１４３ｂが形成されている。高濃度不純物領域１４３ａ及び高濃度不純物領域１４３ｂには、それぞれｐ型を付与する不純物元素、例えばホウ素（Ｂ）が含まれており、ＴＦＴ１４９はｐチャネル型ＴＦＴである。
【００６４】
ＴＦＴ１３９及びＴＦＴ１４９を覆って絶縁膜１２３が形成されている。絶縁膜１２３は、窒化珪素膜あるいは酸素を含む窒化珪素膜を用いて形成すればよい。
【００６５】
絶縁膜１２３を覆って、絶縁膜１２４が形成される。珪素の酸化物及び珪素の窒化物等の無機材料、すなわち、酸化珪素膜、窒化珪素膜、窒素を含む酸化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜を用いることができる。また絶縁膜１２４として、ポリイミド、ポリアミド、ポリイミドアミド、ベンゾシクロブテン、アクリル、及びエポキシ等の有機材料、シロキサン材料、ポリシラザン材料のいずれか一種または複数種を単層または積層で形成することができる。
【００６６】
絶縁膜１２４上に、高濃度不純物領域１３３ａに電気的に接続される電極１３８ａ、高濃度不純物領域１３３ｂに電気的に接続される電極１３８ｂ、高濃度不純物領域１４３ａに電気的に接続される電極１４８ａ、高濃度不純物領域１４３ｂに電気的に接続される電極１４８ｂを形成する。
【００６７】
電極１３８ａ、電極１３８ｂ、電極１４８ａ、電極１４８ｂとして、実施の形態１で述べられた下方電極１０２と同様の材料を用いて形成すればよい。すなわち、電極１３８ａ、電極１３８ｂ、電極１４８ａ、電極１４８ｂとして、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、マンガン（Ｍｎ）、ネオジム（Ｎｄ）、炭素（Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）から選択された元素、またはこれらの元素を主成分とする合金材料もしくは化合物材料を用い、単層膜あるいは積層膜を形成すればよい。
【００６８】
なお、電極１３８ａ、電極１３８ｂ、電極１４８ａ、電極１４８ｂの１つあるいは２つ以上は、配線として形成してもよいし、電極と配線を別々に形成後それらを電気的に接続してもよい。
【００６９】
次いで、絶縁膜１２４、電極１３８ａ、電極１３８ｂ、電極１４８ａ、電極１４８ｂを覆って、絶縁膜１５１を形成する（図４（Ｂ）参照）。絶縁膜１５１は、絶縁膜１０３と同様の材料、つまり珪素の酸化物及び珪素の窒化物等の無機材料、すなわち、酸化珪素膜、窒化珪素膜、窒素を含む酸化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜を用いることができる。さらに絶縁膜１５１として、ポリイミド、ポリアミド、ポリイミドアミド、ベンゾシクロブテン、アクリル、及びエポキシ等の有機材料、シロキサン材料、ポリシラザン材料のいずれか一種または複数種を単層または積層で形成することができる。
【００７０】
次いで、実施の形態１の図１（Ｂ）に示す作製工程と同様に、絶縁膜１５１上に、レジストマスク１５２を形成する。このときレジストマスク１５２を形成しない開口部１５４ａ、開口部１５４ｂ、開口部１５４ｃ、開口部１５４ｄが設けられる（図５（Ｃ）参照）。
【００７１】
開口部１５４ａ、開口部１５４ｂ、開口部１５４ｃ、開口部１５４ｄは、それぞれ電極１３８ａ、電極１３８ｂ、電極１４８ａ、電極１４８ｂ上に設けられる。
【００７２】
次いで、レジストマスク１５２をマスクとして、絶縁膜１５１の開口部１５４ａ、開口部１５４ｂ、開口部１５４ｃ、開口部１５４ｄに、第１のイオン１５３を用い第１の加速電圧で第１のイオンドーピングを行う（図５（Ａ）参照）。第１のイオン１５３は実施の形態１の第１のイオン１０５と同様のものを用いればよい。また後の工程に第２のドーピングで用いられる第２のイオン１６１に応じて、イオン種を選べばよい。また第１の加速電圧も、第２のドーピングの際の第２の加速電圧に応じて決めればよい。
【００７３】
開口部１５４ａ、開口部１５４ｂ、開口部１５４ｃ、開口部１５４ｄに第１のイオン１５３が添加されると、開口部１５４ａ、開口部１５４ｂ、開口部１５４ｃ、開口部１５４ｄの下に存在する、絶縁膜１５１中の領域１５５ａ、領域１５５ｂ、領域１５５ｃ、領域１５５ｄは、結晶構造が破壊され、欠陥が形成される（図５（Ｂ）参照）。
【００７４】
実施の形態１で述べたように、イオンドーピングでは、ある深さで濃度のピークを有するため、領域１５５ａ、領域１５５ｂ、領域１５５ｃ、領域１５５ｄそれぞれにおいても、ある深さで欠陥の濃度が一番大きくなる。
【００７５】
次いで、レジストマスク１５２をマスクとして、絶縁膜１５１の開口部１５４ａ、開口部１５４ｂ、開口部１５４ｃ、開口部１５４ｄに、第２のイオン１６１を用い第２の加速電圧で第２のイオンドーピングを行う（図５（Ｃ）参照）。第２のイオン１６１は実施の形態１の第２のイオン１１２と同様のものを用いればよい。
【００７６】
第２のイオンドーピングにより、開口部１５４ａ、開口部１５４ｂ、開口部１５４ｃ、開口部１５４ｄの下に存在する、絶縁膜１５１中に、領域１５６ａ、領域１５６ｂ、領域１５６ｃ、領域１５６ｄに、欠陥が形成される（図６（Ａ）参照）。
【００７７】
第２の加速電圧を第１の加速電圧と異ならせ、実施の形態１の図２（Ｃ）に示すように、領域１５６ａ、領域１５６ｂ、領域１５６ｃ、領域１５６ｄのそれぞれに、深さの異なる欠陥が多い領域を２つ形成する。
【００７８】
次いで、レジストマスク１５２及び絶縁膜１５１上に、金属元素を含む導電材料膜として金属膜１５７を形成する（図６（Ｂ）参照）。金属膜１５７は、金属膜１１６と同様の材料を用いればよい。
【００７９】
金属膜１５７を形成後、加熱して金属元素を領域１５６ａ、領域１５６ｂ、領域１５６ｃ、領域１５６ｄに拡散させる。これにより導電領域１５９ａ、導電領域１５９ｂ、導電領域１５９ｃ、導電領域１５９ｄが形成される（図６（Ｃ）参照）。
【００８０】
あるいは、加熱工程の前にレジストマスク１５２及びレジストマスク１５２上の金属膜１５７を除去してもよい。さらに、第２のイオン１６１を添加後、レジストマスク１５２を除去し、絶縁膜１５１上に金属膜１５７を形成し、エッチングにより領域１５６ａ、領域１５６ｂ、領域１５６ｃ、領域１５６ｄ上の金属膜１５７を除去してもよい。
【００８１】
実施の形態１で述べたように、２段階のイオンドーピングによって上下に２つの欠陥の多い領域が形成されていると、金属元素がより拡散しやすくなり、電極１３８ａ、電極１３８ｂ、電極１４８ａ、電極１４８ｂそれぞれに確実に達することができる。これにより信頼性の高い導電領域１５９ａ、導電領域１５９ｂ、導電領域１５９ｃ、導電領域１５９ｄを形成することができる。また導電領域１５９ａ、導電領域１５９ｂ、導電領域１５９ｃ、導電領域１５９ｄそれぞれの抵抗値を低くすることができる。
【００８２】
次いでレジストマスク１５２及びレジストマスク１５２上の金属膜１５７を除去する。絶縁膜１５１上に残存し、導電領域１５９ａ、導電領域１５９ｂ、導電領域１５９ｃ、導電領域１５９ｄそれぞれに電気的に接続する金属膜１５７を、それぞれ電極１５７ａ、電極１５７ｂ、電極１５７ｃ、電極１５７ｄとする。
【００８３】
すなわち、電極１３８ａ、導電領域１５９ａ、電極１５７ａは電気的に接続されており、電極１３８ｂ、導電領域１５９ｂ、電極１５７ｂは電気的に接続されている。また、電極１４８ａ、導電領域１５９ｃ、電極１５７ｃは電気的に接続されており、電極１４８ｂ、導電領域１５９ｄ、電極１５７ｄは電気的に接続されている。
【００８４】
また、ｎチャネル型ＴＦＴであるＴＦＴ１３９とｐチャネル型ＴＦＴであるＴＦＴ１４９は、それぞれに独立させてもよいし、電極１３８ｂ及び電極１４８ａを電気的に接続、あるいは、電極１５７ｂ及び電極１５７ｃを電気的に接続することにより、ＣＭＯＳ回路を形成してもよい。
【００８５】
なお電極１３８ｂ及び電極１４８ａを電気的に接続した場合は、導電領域１５９ａ及び１５９ｃは、どちらか一方を形成すればよい。さらに電極１５７ｂと１５７ｃもどちらか一方を形成すればよい。
【００８６】
本実施の形態の半導体装置は、絶縁膜１５１にコンタクトホールを形成することなく、導電領域１５９ａ、導電領域１５９ｂ、導電領域１５９ｃ、導電領域１５９ｄを形成することができる。これにより絶縁膜１５１の強度及び平坦性をを維持することができる。
【００８７】
本実施の形態では、２段階にイオンをドーピングすることで、絶縁膜１５１の深さ方向に、上下に２つの欠陥の多い領域を形成することができ、より確実かつ均一に金属元素を拡散させることができる。
【００８８】
［実施の形態３］
本実施の形態では、実施の形態２とは異なる作製工程で半導体装置を作製する例を、図７（Ａ）〜図７（Ｄ）、図８（Ａ）〜図８（Ｃ）、図９（Ａ）〜図９（Ｄ）、図１０（Ａ）〜図１０（Ｄ）、図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）、図１２（Ａ）〜図１２（Ｃ）、図１３を用いて説明する。
【００８９】
まず、基板２０１の一方の面上に第１の絶縁層２０２を形成する。次に、第１の絶縁層２０２上に剥離層２０３を形成する。続いて、剥離層２０３上に第２の絶縁層２０４を形成する（図７（Ａ）参照）。
【００９０】
基板２０１は、絶縁性の表面を有する基板であり、例えば、ガラス基板、石英基板、樹脂（プラスチック）基板、サファイア基板、上面に絶縁膜を有したシリコンウェハや金属板等である。好適には、基板２０１として、ガラス基板又はプラスチック基板を用いるとよい。ガラス基板やプラスチック基板は、１辺が１メートル以上で四角形状などの所望の形状のものを作製することが容易である。例えば、四角形状で、１辺が１メートル以上のガラス基板やプラスチック基板を用いると、作製する半導体集積回路が四角形状であるため生産性を大幅に向上させることができる。このような利点は、円形で、最大で直径が３０センチメートル程度のシリコン基板を用いる場合と比較すると、大きな優位点である。
【００９１】
第１の絶縁層２０２及び第２の絶縁層２０４は、気相成長法（ＣＶＤ法）やスパッタリング法等により、珪素の酸化物、珪素の窒化物、窒素を含む珪素の酸化物、酸素を含む珪素の窒化物などを材料として形成する。また、第１の絶縁層２０２及び第２の絶縁層２０４は積層構造であってもよい。第１の絶縁層２０２は、基板２０１からの不純物元素が上層に侵入してしまうことを防止する役目を担う。但し、第１の絶縁層２０２は、必要がなければ形成しなくても良い。
【００９２】
剥離層２０３は、スパッタリング法等により、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、珪素（Ｓｉ）等から選択された元素または前記元素を主成分とする合金材料若しくは合金も含む化合物材料を含む層の、単層又は積層を形成する。なお、珪素を含む層に含まれる珪素は、非晶質、微結晶、多結晶のいずれでもよい。
【００９３】
剥離層２０３が単層構造の場合、好ましくは、タングステン、モリブデン、タングステンとモリブデンの混合物、タングステンの酸化物、タングステンの窒化物、タングステンの酸化窒化物、タングステンの窒化酸化物、モリブデンの酸化物、モリブデンの窒化物、モリブデンの酸化窒化物、モリブデンの窒化酸化物、タングステンとモリブデンの混合物の酸化物、タングステンとモリブデンの混合物の窒化物、タングステンとモリブデンの混合物の酸化窒化物、タングステンとモリブデンの混合物の窒化酸化物のいずれかを含む層を形成する。
【００９４】
剥離層２０３を積層構造で形成する場合、例えば、１層目としてタングステン、モリブデン、またはタングステンとモリブデンの混合物を含む層のいずれか１層を形成し、２層目として、タングステンの酸化物、窒化物、酸化窒化物、もしくは窒化酸化物、または、モリブデンの酸化物、窒化物、酸化窒化物、もしくは窒化酸化物、またはタングステンとモリブデンの混合物の酸化物、窒化物、酸化窒化物、もしくは窒化酸化物を形成することができる。これらの酸化物や酸化窒化物は、１層目の表面を酸素プラズマ処理、またはＮ２Ｏプラズマ処理することによって形成することができる。
【００９５】
剥離層２０３として、タングステン等の金属を含む層と当該金属の酸化物を含む層との積層構造を形成する場合、金属を含む層上に酸化珪素を含む層を形成することで、金属を含む層と酸化珪素を含む層との界面に当該金属の酸化物を含む層が形成されることを利用しても良い。
【００９６】
また、タングステン等の金属を含む層の表面を、熱酸化処理、酸素プラズマ処理、またはオゾン水等酸化力の強い溶液での処理等を行い、金属を含む層上に当該金属の酸化物を含む層を形成した後、その上層に窒化珪素層、酸化窒化珪素層、または窒化酸化珪素層を形成することができる。これは、上記金属の窒化物、酸化窒化物、および窒化酸化物を含む層を形成する場合も同様である。
【００９７】
次に、第２の絶縁層２０４上に半導体素子を形成する。半導体素子としてはトランジスタ、ダイオード、コンデンサ、バイポーラトランジスタ、薄膜トランジスタ等が挙げられる。本実施の形態では、半導体素子としてｎチャネル型ＴＦＴ１３９及びｐチャネル型ＴＦＴ１４９を形成した場合を示す（図７（Ｂ）参照）。なお、ｎチャネル型ＴＦＴ１３９、ｐチャネル型ＴＦＴ１４９、絶縁膜１２３、絶縁膜１２４、電極１３８ａ、電極１３８ｂ、電極１３８ｃ、電極１３８ｄの作製方法については、実施の形態２に基づけばよい。
【００９８】
次いで、ｎチャネル型ＴＦＴ１３９、ｐチャネル型ＴＦＴ１４９、絶縁膜１２４、電極１３８ａ、電極１３８ｂ、電極１３８ｃ、電極１３８ｄを覆って、絶縁膜１５１を形成する（図７（Ｃ）参照）。
【００９９】
次いで、絶縁膜１５１の一部、絶縁膜１２４の一部、絶縁膜１２３の一部、第２の絶縁層２０４の一部、剥離層２０３の一部を除去し、第１の絶縁層２０２の一部が露出するように、開口部２０５を形成する（図７（Ｄ）参照）。
【０１００】
開口部２０５を形成する方法については特に限定されない。例えば、レジスト等により形成されたマスクを絶縁膜１５１上に設けた後、絶縁膜１５１、絶縁膜１２４、絶縁膜１２３、第２の絶縁層２０４、剥離層２０３をエッチングすることによって開口部２０５を形成することができる。開口部２０５を形成するためのエッチング方法について特に限定はなく、ウェットエッチング法、ドライエッチング法、又は両方を組み合わせた方法を用いてもよい。
【０１０１】
次に、絶縁膜１５１上に、支持基板２２１を設ける（図８（Ａ）参照）。支持基板２２１は、絶縁層２０７と接着層２０６が積層された基板である。接着層２０６は、加熱処理により接着力が低下する熱可塑性樹脂であり、例えば、加熱によって軟化する材料、加熱により膨張するマイクロカプセルや発泡剤を混入した材料、熱硬化性樹脂に熱溶融性や熱分解性を付与した材料、水の侵入による界面強度劣化やそれに伴って吸水性樹脂が膨張する材料を用いて形成される。本明細書において、絶縁層２０７と接着層２０６とをあわせた支持基板２２１を、熱剥離型の支持基板とも記載する。
【０１０２】
また、熱剥離型の支持基板の代わりに、加熱処理によって接着力が低下するフィルムからなる熱剥離フィルムや、ＵＶ（紫外線）照射を行うことによって、接着力が低下するＵＶ（紫外線）剥離フィルム等を用いてもよい。ＵＶフィルムは、絶縁層２０７とＵＶ（紫外線）照射を行うことによって粘着力が弱くなる接着層２０６が積層されたフィルムである。
【０１０３】
次に、支持基板２２１を用いて、剥離層２０３の内部、または、剥離層２０３と第２の絶縁層２０４を境界として、基板２０１と半導体素子の剥離を行う。図８（Ｂ）に図示する構成では、剥離層２０３と第２の絶縁層２０４の間を境界として剥離が行われた場合を示す。このように、支持基板２２１を用いることにより剥離工程を容易にかつ短時間で行うことができる。
【０１０４】
次に、加熱処理により接着層２０６と絶縁膜１５１の間の接着力を低下させ、半導体素子から支持基板２２１を分離する（図８（Ｃ）参照）。
【０１０５】
半導体素子から支持基板２２１分離する際に、開口部２０５により、絶縁膜１５１の別の一部、絶縁膜１２４の別の一部、絶縁膜１２３の別の一部、第２の絶縁層２０４の別の一部が除去される（図９（Ａ）参照）。
【０１０６】
次いで、第２の絶縁層２０４上の、電極１３８ａ、電極１３８ｂ、電極１４８ａ、電極１４８ｂそれぞれに対応する領域に、レジストマスク２０８を形成する（図９（Ｃ）参照）。
【０１０７】
次いで、第１のイオン２０９を用いて第１の加速電圧で第１のイオンドーピングを行うことにより（図９（Ｃ）参照）、欠陥が多い領域２１１ａ、領域２１１ｂ、領域２１１ｃ、領域２１１ｄが形成される（図９（Ｄ）参照）。第１のイオン２０９は、実施の形態１の第１のイオン１０５と同様のものを用いればよい。また後の工程に第２のドーピングで用いられる第２のイオン２１０に応じて、イオン種を選べばよい。また第１の加速電圧も、第２のドーピングの際の第２の加速電圧に応じて決めればよい。
【０１０８】
次いでレジストマスク２０８を用い、第２のイオン２１０を用いて第２の加速電圧で第２のイオンドーピングを行うことにより（図１０（Ａ）参照）、欠陥が多い領域２１２ａ、領域２１２ｂ、領域２１２ｃ、領域２１２ｄが形成される（図１０（Ｂ）参照）。
【０１０９】
実施の形態１及び実施の形態２で述べたように、第１の加速電圧と第２の加速電圧を変えることにより、領域２１２ａ、領域２１２ｂ、領域２１２ｃ、領域２１２ｄそれぞれに、深さが異なる欠陥領域を２つ形成する。
【０１１０】
次いで、絶縁層２０４及びレジストマスク２０８上に金属膜２１５を形成する（図１０（Ｃ）参照）
【０１１１】
次いで、加熱工程により、領域２１１ａ、領域２１１ｂ、領域２１１ｃ、領域２１１ｄに金属元素を拡散させ、導電領域２１６ａ、導電領域２１６ｂ、導電領域２１６ｃ、導電領域２１６ｄを形成する（図１０（Ｄ）参照）。
【０１１２】
次いで、レジストマスク２０８及びレジストマスク２０８上の金属膜２１５を除去する。導電領域２１６ａ、導電領域２１６ｂ、導電領域２１６ｃ、導電領域２１６ｄそれぞれの上の金属膜２１５は、電極２１５ａ、電極２１５ｂ、電極２１５ｃ、電極２１５ｄとなる。以上の工程により、半導体回路素子２３１が作製される（図１１（Ａ）参照）。
【０１１３】
電極１３８ａ、導電領域２１６ａ、電極２１５ａは電気的に接続されており、電極１３８ｂ、導電領域２１６ｂ、電極２１５ｂは電気的に接続されている。また、電極１４８ａ、導電領域２１６ｃ、電極２１５ｃは電気的に接続されており、電極１４８ｂ、導電領域２１６ｄ、電極２１５ｄは電気的に接続されている。
【０１１４】
また、実施の形態２と同様に、絶縁膜１５１中に導電領域を形成してもよい。図９（Ａ）に示す構成を得た後、絶縁膜１５１中に欠陥の多い領域を形成し、金属元素を拡散させて、絶縁膜１５１中に、導電領域２２６ａ、導電領域２２６ｂ、導電領域２２６ｃ、導電領域２２６ｄを形成してもよい。導電領域２２６ａ、導電領域２２６ｂ、導電領域２２６ｃ、導電領域２２６ｄのそれぞれの上には、電極２２７ａ、電極２２７ｂ、電極２２７ｃ、電極２２７ｄが形成されている（図１１（Ｂ）参照）。図１１（Ｂ）に示す構成を、半導体回路素子２３２とする。
【０１１５】
電極１３８ａ、導電領域２２６ａ、電極２２７ａは電気的に接続されており、電極１３８ｂ、導電領域２２６ｂ、電極２２７ｂは電気的に接続されている。また、電極１４８ａ、導電領域２２６ｃ、電極２２７ｃは電気的に接続されており、電極１４８ｂ、導電領域２２６ｄ、電極２２７ｄは電気的に接続されている。
【０１１６】
また、半導体回路素子２３１と半導体回路素子２３２を組み合わせた構成を図１１（Ｃ）に示す。図１１（Ｃ）の構成では、半導体回路素子２３１の電極２１５ａ、電極２１５ｂ、電極２１５ｃ、電極２１５ｄをそれぞれ、半導体回路素子２３２の電極２２７ａ、電極２２７ｂ、電極２２７ｃ、電極２２７ｄと電気的に接続することで、立体的な回路素子を作製することができる。
【０１１７】
また図１２（Ａ）に示すように、絶縁膜１２４に導電領域２１６ａ、導電領域２１６ｂ、導電領域２１６ｃ、導電領域２１６ｄを形成し、絶縁膜１５１に導電領域２２６ａ、導電領域２２６ｂ、導電領域２２６ｃ、導電領域２２６ｄを形成した半導体回路素子２３３を作製してもよい。
【０１１８】
半導体回路素子２３３において、ＴＦＴ１３９の電極１３８ａ、並びに、導電領域２１６ａ、電極２１５ａ、導電領域２２６ａ、電極２２７ａは電気的に接続されている。また、ＴＦＴ１３９の電極１３８ｂ、並びに、導電領域２１６ｂ、電極２１５ｂ、導電領域２２６ｂ、電極２２７ｂは電気的に接続されている。また、ＴＦＴ１４９の電極１４８ａ、並びに、導電領域２１６ｃ、電極２１５ｃ、導電領域２２６ｃ、電極２２７ｃは電気的に接続されている。また、ＴＦＴ１４９の電極１４８ｂ、並びに、導電領域２１６ｄ、電極２１５ｄ、導電領域２２６ｄ、電極２２７ｄは電気的に接続されている。
【０１１９】
さらに、半導体回路素子２３２と半導体回路素子２３３を立体的に配置してもよいし（図１２（Ｂ）参照）、半導体回路素子２３１と半導体回路素子２３３を立体的に配置してもよい（図１２（Ｃ）参照）。
【０１２０】
また複数の半導体回路素子２３３を立体的に配置してもよい。図１３には２つの半導体回路素子２３３を立体的に配置した構成を示す。複数の半導体回路素子２３３を立体的に配置し、さらに半導体回路素子２３１または半導体回路素子２３２、あるいはその両方を配置してもよい。
【０１２１】
本実施の形態の半導体装置は、絶縁層２０４、絶縁膜１２３、絶縁膜１２４、または、絶縁膜１５１、さらにあるいはその全部にコンタクトホールを形成することなく、導電領域２１６ａ、導電領域２１６ｂ、導電領域２１６ｃ、導電領域２１６ｄ、または、導電領域２２６ａ、導電領域２２６ｂ、導電領域２２６ｃ、導電領域２２６ｄ、さらにあるいはその全てを形成することができる。これにより、絶縁層２０４、絶縁膜１２３、絶縁膜１２４、または、絶縁膜１５１、さらにあるいはその全部の強度及び平坦性をを維持することができる。
【０１２２】
本実施の形態では、２段階にイオンをドーピングすることで、絶縁層２０４、絶縁膜１２３、絶縁膜１２４、または、絶縁膜１５１、さらにあるいはその全部の深さ方向に、上下に２つの欠陥の多い領域を形成することができ、より確実かつ均一に金属元素を拡散させることができる。
【実施例１】
【０１２３】
本実施例では、イオンドーピングにおける加速電圧と濃度の関係、及び、イオン種と濃度の関係について計算を行った結果を、図１４、図１５、図１６、図１７、図１８を用いて説明する。
【０１２４】
本実施例で用いたイオンがドーピングされる膜は、密度２．３ｇ／ｃｍ３の酸化珪素膜（ＳｉＯ２膜）であり、注入イオン数は９９９９９である。イオン種は、アルゴン（Ａｒ）と水素（Ｈ）を用いた。
【０１２５】
図１４において、イオン種はアルゴン（Ａｒ）で加速電圧は４０ｋＶ、イオン種はアルゴン（Ａｒ）で加速電圧は８０ｋＶ、イオン種は水素（Ｈ）で加速電圧は５ｋＶ、イオン種は水素（Ｈ）で加速電圧は１０ｋＶ、イオン種は水素（Ｈ）で加速電圧は５ｋＶ、イオン種は水素（Ｈ）で加速電圧は１０ｋＶ、イオン種は水素（Ｈ）で加速電圧は２０ｋＶ、イオン種は水素（Ｈ）で加速電圧は４０ｋＶ、イオン種は水素（Ｈ）で加速電圧は５０ｋＶ、イオン種は水素（Ｈ）で加速電圧は８０ｋＶ、イオン種は水素（Ｈ）で加速電圧は１０ｋＶ（ただし酸化珪素膜（ＳｉＯ２膜）の密度は１．３ｇ／ｃｍ３とする）を用いて計算を行った。
【０１２６】
図１５では、イオン種としてアルゴン（Ａｒ）を用い、加速電圧を変えた計算結果を示す。アルゴンを加速電圧４０ｋＶでドーピングしたものと、加速電圧８０ｋＶでドーピングしたものを比べると、４０ｋＶでドーピングした場合は濃度が高く深さが浅い位置に濃度のピークが生じる。一方、８０ｋＶでドーピングした場合は、濃度は小さくなってしまうが、より深い位置に濃度のピークが生じる。
【０１２７】
また図１６には、イオン種として水素（Ｈ）を用い、加速電圧を変えた計算結果を示す。図１６では、加速電圧が５ｋＶの場合は濃度が高いが、それ以外は加速電圧が変わっても、濃度はあまり変化しない。
【０１２８】
また図１７及び図１８では、加速電圧が一定（４０ｋＶ及び８０ｋＶ）の場合で、イオン種によってどのように違うかを示したグラフである。重い原子であるアルゴン（Ａｒ）は、水素（Ｈ）と比較して、濃度は高い反面浅い位置にしか添加されない。逆に言うと、軽い原子である水素（Ｈ）は深い深さまで添加されるが、濃度は小さくなってしまう。
【０１２９】
図１４〜図１８で示されたように、イオン種や加速速度を変えることにより、ドーピングされる深さや濃度を制御することができる。これにより、絶縁膜中の欠陥の多い領域の深さや濃度を制御することができる。
【符号の説明】
【０１３０】
１０１ 絶縁表面
１０２ 下方電極
１０２ａ 下方電極
１０２ｂ 下方電極
１０２ｃ 下方電極
１０３ 絶縁膜
１０４ レジストマスク
１０５ イオン
１０７ 領域
１０７ａ 領域
１０７ｂ 領域
１０７ｃ 領域
１０９ 領域
１０９ａ 領域
１０９ｂ 領域
１０９ｃ 領域
１１２ イオン
１１３ 領域
１１３ａ 領域
１１３ｂ 領域
１１３ｃ 領域
１１５ａ 領域
１１６ 金属膜
１１６ａ 電極
１１６ｂ 電極
１１６ｃ 電極
１１９ 導電領域
１１９ａ 導電領域
１１９ｂ 導電領域
１１９ｃ 導電領域
１２１ 基板
１２２ 下地膜
１２３ 絶縁膜
１２４ 絶縁膜
１３１ チャネル形成領域
１３２ａ 低濃度不純物領域
１３２ｂ 低濃度不純物領域
１３３ａ 高濃度不純物領域
１３３ｂ 高濃度不純物領域
１３４ 島状半導体膜
１３５ ゲート絶縁膜
１３６ ゲート電極
１３７ａ サイドウォール
１３７ｂ サイドウォール
１３８ａ 電極
１３８ｂ 電極
１３８ｃ 電極
１３８ｄ 電極
１３９ ＴＦＴ
１４１ チャネル形成領域
１４３ａ 高濃度不純物領域
１４３ｂ 高濃度不純物領域
１４４ 島状半導体膜
１４５ ゲート絶縁膜
１４６ ゲート電極
１４７ａ サイドウォール
１４７ｂ サイドウォール
１４８ａ 電極
１４８ｂ 電極
１４９ ＴＦＴ
１５１ 絶縁膜
１５２ レジストマスク
１５３ イオン
１５４ａ 開口部
１５４ｂ 開口部
１５４ｃ 開口部
１５４ｄ 開口部
１５５ａ 領域
１５５ｂ 領域
１５５ｃ 領域
１５５ｄ 領域
１５６ａ 領域
１５６ｂ 領域
１５６ｃ 領域
１５６ｄ 領域
１５７ 金属膜
１５７ａ 電極
１５７ｂ 電極
１５７ｃ 電極
１５７ｄ 電極
１５９ａ 導電領域
１５９ｂ 導電領域
１５９ｃ 導電領域
１５９ｄ 導電領域
１６１ イオン
２０１ 基板
２０２ 絶縁層
２０３ 剥離層
２０４ 絶縁層
２０５ 開口部
２０６ 接着層
２０７ 絶縁層
２０８ レジストマスク
２０９ イオン
２１０ イオン
２１１ａ 領域
２１１ｂ 領域
２１１ｃ 領域
２１１ｄ 領域
２１２ａ 領域
２１２ｂ 領域
２１２ｃ 領域
２１２ｄ 領域
２１５ 金属膜
２１５ａ 電極
２１５ｂ 電極
２１５ｃ 電極
２１５ｄ 電極
２１６ａ 導電領域
２１６ｂ 導電領域
２１６ｃ 導電領域
２１６ｄ 導電領域
２２１ 支持基板
２２６ａ 導電領域
２２６ｂ 導電領域
２２６ｃ 導電領域
２２６ｄ 導電領域
２２７ａ 電極
２２７ｂ 電極
２２７ｃ 電極
２２７ｄ 電極
２３１ 半導体回路素子
２３２ 半導体回路素子
２３３ 半導体回路素子
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示される発明は半導体装置に係り、特に絶縁層の上層側及び下層側に設けられる配線間の接続を図る構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の配線構造として多層配線技術が知られている。多層配線技術は、層間絶縁膜を挟んで設けられる下層配線と上層配線を接続するためにはコンタクトホールが必要である。多層配線技術に係る課題の一つとして、当該コンタクトホールを埋め込む配線材料（金属材料）のステップカバレッジの問題がある。コンタクトホールを埋め込む配線材料のステップカバレッジが悪いと断線不良が発生し、上下の配線間で導通がとれなくなるといった問題が発生する。
【０００３】
この問題を解決するための手段として、コンタクトホール内にメタルプラグを選択成長させた後、化学的機械研磨処理により層間絶縁膜とメタルプラグを平坦化する方法（特許文献１）、メッキ法によりコンタクトホール内に埋め込み金属層を形成する方法（特許文献２）などが従来から知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２２２６３１号公報
【特許文献２】特開平１１−１６３１２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、従来の技術では、層間絶縁膜を挟んで下層側の配線と上層側の配線を接続するために、コンタクトホールに金属材料を埋め込む構造によってステップカバレッジの問題を解決している。しかしながら、コンタクトホールに金属材料を埋め込む方法では、成膜方法及び成膜条件が限定され、さらに平坦化処理と組み合わせて行う必要があるなどプロセス上の制約が種々存在している。
【０００６】
さらに、多層配線技術ではステップカバレッジに関する問題の他に、コンタクトホールを形成する工程にもいくつかの問題が内在している。例えば、ドライエッチング法でコンタクトホールを形成する場合にはプラズマダメージやエッチング残渣の問題がある。ウエットエッチング法では、層間絶縁膜に微細な口径のコンタクトホールを形成することが困難であるといった問題がある。
【０００７】
このような状況に鑑み、多層配線構造において、下層配線と上層配線の接続部におけるステップカバレッジの問題を解消することを目的の一とする。多層配線構造において、コンタクトホールを形成する工程を省略して多層配線間の接続部を構成することを他の目的の一とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
層間絶縁膜の下層配線と上層配線の接続を図るコンタクト部に、深さの異なる複数の欠陥部を設け、該欠陥部に導電材料を拡散させて下層配線と上層配線のコンタクトを形成することを要旨とする。ここで、層間絶縁膜の欠陥部は、金属等の導電材料を偏析させる作用があり、深さの異なる複数の欠陥部を設けることで層間絶縁膜を貫通する導通部を形成するために有益である。
【０００９】
例示的な態様によれば、絶縁膜の一部の領域に、加速電圧を変えて複数回に分けてイオンを添加することにより、深さの異なる欠陥部を形成する。或いは、質量の異なるイオンを同じ加速電圧で絶縁膜の特定領域に添加することで、深さの異なる欠陥部を形成する。
【００１０】
例示的な態様によれば、絶縁膜中にイオンを複数回に分けて添加する際に、少なくとも一のイオンは水素イオン、又はヘリウムイオン、アルゴンイオン、クリプトン若しくはネオンなど希ガスイオンを用いる。
【００１１】
例示的な態様によれば、絶縁膜に設けられる欠陥部は、該絶縁膜の上方側と下方側の少なくとも２つの部位が存在する。このとき上方の欠陥部は下方の欠陥部よりも、欠陥が多く含まれている構成とされる。この構成により、金属等の導電性材料が上方側から下方側により拡散しやすくする。
【００１２】
例示的な態様によれば、本発明は、基板上に半導体素子及び前記半導体素子と電気的に接続された第１の電極を形成し、前記半導体素子及び前記半導体素子と電気的に接続された第１の電極上に絶縁膜を形成し、前記絶縁膜中に第１の加速電圧で第１のイオンを添加する第１のドーピング工程を行い、前記絶縁膜中の第１の深さに第１の欠陥の多い領域を形成し、前記絶縁膜中に、前記第１の加速電圧とは異なる第２の加速電圧で、第２のイオンを添加する第２のドーピング工程を行い、前記絶縁膜中の前記第１の深さとは異なる第２の深さに第２の欠陥の多い領域を形成し、前記第１及び第２の欠陥の多い領域上に、金属元素を含む導電材料を形成し、前記第１及び第２の欠陥の多い領域のうちの上方の領域から、下方の領域に、前記金属元素を拡散させることにより、前記絶縁膜中に、第１の電極と、前記金属元素を含む導電材料とを電気的に接続する導電領域を形成する半導体装置の作製方法に関する。
【００１３】
例示的な態様によれば、基板上に半導体素子及び前記半導体素子と電気的に接続された第１の電極を形成し、前記半導体素子及び前記半導体素子と電気的に接続された第１の電極上に絶縁膜を形成し、前記絶縁膜中に第１の加速電圧で第１のイオンを添加する第１のドーピング工程を行い、前記絶縁膜中の第１の深さに第１の欠陥の多い領域を形成し、前記絶縁膜中に、前記第１の加速電圧と同じ電圧で、前記第１のイオンとは異なる第２のイオンを添加する第２のドーピング工程を行い、前記絶縁膜中の前記第１の深さとは異なる第２の深さに第２の欠陥の多い領域を形成し、前記第１及び第２の欠陥の多い領域上に、金属元素を含む導電材料を形成し、前記第１及び第２の欠陥の多い領域のうちの上方の領域から、下方の領域に、前記金属元素を拡散させることにより、前記絶縁膜中に、第１の電極と、前記金属元素を含む導電材料とを電気的に接続する導電領域を形成する。
【発明の効果】
【００１４】
層間絶縁膜に欠陥部を設け、該欠陥部を利用して導電材料を拡散させることにより、コンタクトホールを設けずに下層配線と上層配線の接続構造を設けることができる。ここで、層間絶縁膜に複数の欠陥部、すなわち深さの異なる欠陥部を設けることで導電性材料の拡散を容易とし、層間絶縁膜が厚くなった場合でも下層配線と上層配線の接続構造を設けることができる。層間絶縁膜にコンタクトホールを設けないことで、コンタクトホール形成プロセスに係るプラズマダメージやエッチング残渣の問題を解消することができる。また、層間絶縁膜に段差構造が無くなることで、ステップカバレッジの問題を無くすことができる。
【００１５】
コンタクトホール形成の作製工程を行わないことで、製造コストを削減し、製造に要する時間を短縮することが可能となる。半導体装置の信頼性の観点からは、コンタクトホール内のエッチング残渣を原因として生じる接続不良（絶縁不良）の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】導電領域の形成方法を説明する断面図。
【図２】導電領域の形成方法を説明する断面図。
【図３】導電領域の形成方法を説明する断面図。
【図４】半導体装置の作製方法を説明する断面図。
【図５】半導体装置の作製方法を説明する断面図。
【図６】半導体装置の作製方法を説明する断面図。
【図７】半導体装置の作製方法を説明する断面図。
【図８】半導体装置の作製方法を説明する断面図。
【図９】半導体装置の作製方法を説明する断面図。
【図１０】半導体装置の作製方法を説明する断面図。
【図１１】半導体装置の作製方法を説明する断面図。
【図１２】半導体装置の作製方法を説明する断面図。
【図１３】半導体装置の作製方法を説明する断面図。
【図１４】イオンドーピングにおける、イオン種と加速電圧と深さの関係を示す図。
【図１５】イオンドーピングにおける、加速電圧と深さの関係を示す図。
【図１６】イオンドーピングにおける、加速電圧と深さの関係を示す図。
【図１７】イオンドーピングにおける、イオン種と深さの関係を示す図。
【図１８】イオンドーピングにおける、イオン種と深さの関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の態様について、図面を参照して説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に示す図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１８】
なお、本明細書において、半導体装置とは半導体素子（トランジスタやダイオードなど）を含む回路を有する装置をいう。また、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般でもよい。
【００１９】
［実施の形態１］
本実施の形態を、図１（Ａ）〜図１（Ｄ）、図２（Ａ）〜図２（Ｄ）、図３（Ａ）〜図３（Ｄ）を用いて説明する。
【００２０】
まず絶縁表面１０１上に、下方電極１０２（下方電極１０２ａ、下方電極１０２ｂ、下方電極１０２ｃ）を形成する。絶縁表面１０１とは、絶縁表面を有する基板でもよいし、基板上に絶縁膜を形成したものでもよい。
【００２１】
下方電極１０２は、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、マンガン（Ｍｎ）、ネオジム（Ｎｄ）、炭素（Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）から選択された元素、またはこれらの元素を主成分とする合金材料もしくは化合物材料を用い、単層膜あるいは積層膜を形成すればよい。
【００２２】
下方電極１０２を覆って、絶縁膜１０３を形成する（図１（Ａ）参照）。絶縁膜１０３は、珪素の酸化物及び珪素の窒化物等の無機材料、すなわち、酸化珪素膜、窒化珪素膜、窒素を含む酸化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜を用いることができる。さらに絶縁膜１０３として、ポリイミド、ポリアミド、ポリイミドアミド、ベンゾシクロブテン、アクリル、及びエポキシ等の有機材料、シロキサン材料、ポリシラザン材料のいずれか一種または複数種を単層または積層で形成することができる。
【００２３】
シロキサンとは、珪素（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）との結合で骨格構造が構成され、置換基に少なくとも水素を含む、又は置換基にフッ素、アルキル基、又は芳香族炭化水素のうち少なくとも１種を有するポリマー材料、を出発原料として形成される。
【００２４】
またポリシラザンとは、珪素（Ｓｉ）と窒素（Ｎ）の結合を有するポリマー材料、いわゆるポリシラザンを含む液体材料を出発原料として形成される。
【００２５】
絶縁膜１０３上の、下方電極１０２ａ、下方電極１０２ｂ、下方電極１０２ｃが形成されていない領域に、レジストマスク１０４を形成する。
【００２６】
次いでレジストマスク１０４をマスクとして、絶縁膜１０３中に第１のイオン１０５を用い、第１の加速電圧で第１のイオンドーピングを行う（図１（Ｂ）参照）。イオンドーピングを行うことにより、絶縁膜１０３の結晶構造が破壊され、欠陥が発生する。
【００２７】
第１のイオン１０５は、水素イオン、又はヘリウムイオン、アルゴンイオン、クリプトン若しくはネオンなど希ガスイオンを用いる。第１のイオン１０５としては、水素又は希ガスを含むソースガスをプラズマ励起して生成された１つの原子または複数の同一の原子からなるイオン種、あるいは異種の原子からなるイオン種を打ち込むことが好ましい。
【００２８】
アルゴン等原子半径の大きな原子のイオンを添加すると、絶縁膜１０３中により多くの欠陥を形成することができる。
【００２９】
なお本明細書においてイオンドーピングとは、原料ガスから生成されるイオン化したガスを質量分離せず、そのまま電界で加速して対象物に添加する方式を指す。
【００３０】
第１のイオンドーピングにより、レジストマスク１０４が形成されなかった絶縁膜１０３の内部に、ドーピングされた領域１０７（領域１０７ａ、領域１０７ｂ、領域１０７ｃ）が形成される（図１（Ｃ）参照）。領域１０７ａ、領域１０７ｂ、領域１０７ｃそれぞれの内部には、第１のイオンドーピングのために欠陥が生じている。
【００３１】
ただし、イオンドーピングでは、ある深さで濃度のピークを有するため、領域１０７中においても欠陥がある深さで濃度が一番大きくなる。領域１０７（領域１０７ａ、領域１０７ｂ、領域１０７ｃ）において欠陥の濃度が一番大きい領域を領域１０９（領域１０９ａ、領域１０９ｂ、領域１０９ｃ）とする。
【００３２】
図１（Ｄ）には、第１のイオン１０５がドーピングされた領域１０７ａ中に形成された、欠陥の多い領域１０９ａを示す。
【００３３】
次いで第２のイオン１１２を用い、第２の加速電圧で第２のイオンドーピングを行う（図２（Ａ）参照）。
【００３４】
第２のイオンドーピングにより、レジストマスク１０４が形成されなかった絶縁膜１０３の内部に、ドーピングされた領域１１３（領域１１３ａ、領域１１３ｂ、領域１１３ｃ）が形成される（図２（Ｂ）参照）。領域１１３ａ、領域１１３ｂ、領域１１３ｃそれぞれの内部にも、第２のイオンドーピングにより欠陥が生じている。
【００３５】
また領域１１３（領域１１３ａ、領域１１３ｂ、領域１１３ｃ）において欠陥の濃度が一番大きい領域を領域１０９（領域１０９ａ、領域１０９ｂ、領域１０９ｃ）とする。
【００３６】
図２（Ｃ）には、第２のイオン１１２がドーピングされた領域１１３ａ中に形成された、欠陥の多い領域１０９ａを示す。
【００３７】
本実施の形態において、第２のイオンドーピングの際の加速電圧を、第１のイオンドーピングの際の加速電圧より小さいものとしている。これにより、領域１１５ａは、領域１０９ａよりも上方に形成される。
【００３８】
第２のイオン１１２は、第１のイオン１０５と同じであってもよいし、異なっていてもよい。ただし上記のように、原子半径の大きな原子のイオンを添加すると、より多くの欠陥を形成することができるので、必要に応じて、原子半径の大きな原子と原子半径の小さな原子を使い分ければよい。
【００３９】
第１のイオン１０５と第２のイオン１１２が同じ場合は、加速電圧が高い方が深く添加されるので、第１のイオン１０５と第２のイオン１１２として同じイオンを用い、加速電圧を変えることにより領域１０９と領域１１５ａの深さを決定してもよい。
【００４０】
また、同じ加速電圧であっても、重い原子のイオンの方が軽い原子のイオンよりも浅く添加されるので、第１のイオン１０５と第２のイオン１１２の一方を重い原子のイオン、他方を軽い原子のイオンを用い、加速電圧を同じ電圧で添加してもよい。
【００４１】
本実施の形態では、第１のイオン１０５として水素イオン、第２のイオンとしてアルゴンイオンを用い、第２の加速電圧を第１の加速電圧よりも小さくして、第１及び第２のイオンドーピングを行う。これにより上方の領域１１５ａの方が下方の領域１０９ａよりも欠陥が多くなる。
【００４２】
後述する工程で、絶縁膜１０３上に形成した金属膜１１６の金属元素を、領域１１３ａ中に拡散させる。このときに上方の領域１１５ａの方が下方の領域１０９ａよりも欠陥が多いと、金属元素が上方から下方へ拡散しやすくなる。
【００４３】
次いで、絶縁膜１０３及びレジストマスク１０４上に、金属膜１１６を形成する（図２（Ｄ）参照）。金属膜１１６は、金属元素を含む導電材料膜であればよく、スパッタリング法やメッキ法等により形成することができる。金属膜１１６としては、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、マンガン（Ｍｎ）、ネオジム（Ｎｄ）から選択された元素、またはこれらの元素を主成分とする合金材料もしくは化合物材料を用い、単層膜あるいは積層膜を形成する。さらに、炭素（Ｃ）またはシリコン（Ｓｉ）から選択された元素、またはこれらの元素を主成分とする合金材料もしくは化合物材料を用い、単層膜あるいは積層膜を形成してもよい。
【００４４】
あるいは上記の金属元素を含む導電ペーストを塗布することにより、金属膜１１６を形成すればよい。さらに金属元素を含む導電ペーストを用いる際は、レジストマスク１０４上には形成せず、絶縁膜１０３上のみに金属膜１１６を形成することも可能である。
【００４５】
金属膜１１６に含まれる金属元素は、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）等の侵入型原子であると、絶縁膜１０３中により入り込みやすくなる。
【００４６】
本実施の形態では、金属膜１１６として、ニッケル膜をスパッタ法により、絶縁膜１０３上に成膜する。
【００４７】
次いで加熱工程により、金属膜１１６と絶縁膜１０３が接している領域から、絶縁膜１０３中の領域１１３に、金属膜１１６の金属元素を拡散させる（図３（Ａ）参照）。
【００４８】
図３（Ｂ）に領域１１３の１つ領域１１３ａの拡大図を示す。領域１１３ａにおいて、まず金属元素は領域１１５ａに拡散する。領域１１３ａは、上述の工程により欠陥が多くなっているので、金属元素が拡散しやすい。すなわち、領域１１３ａは金属元素の第１の貯蔵領域として機能する。
【００４９】
さらに金属元素は領域１１３ａから領域１０９ａと拡散する。すなわち領域１０９ａは、金属元素の第２の貯蔵領域として機能する。もし貯蔵領域が１つしかない場合、すなわち領域１１３ａか領域１０９ａのどちらかしか形成されない場合は、貯蔵領域に蓄えられた金属元素が拡散しない恐れが生じてしまう。そのため絶縁膜１０３の深さ方向に２つの貯蔵領域が形成されると、導電領域を形成する上で有利である。
【００５０】
金属元素が領域１０９ａからさらに下方に拡散され、下方電極１０２ａにまで到達することにより、上方電極である金属膜１１６と下方電極１０２ａを電気的に接続する導電領域１１９ａ（並びに、導電領域１１９ｂ及び導電領域１１９ｃ）が形成される（図３（Ｃ）参照）。
【００５１】
加熱工程は、レーザアニール、ランプアニール、またはファーネスアニールによって行えばよい。
【００５２】
次いで、レジストマスク１０４とレジストマスク１０４上の金属膜１１６を除去する（図３（Ｄ）参照）。導電領域１１９ａ、導電領域１１９ｂ、導電領域１１９ｃ上の金属膜１１６を、それぞれ電極１１６ａ、電極１１６ｂ、電極１１６ｃとする。
【００５３】
あるいは加熱工程の前に、レジストマスク１０４とレジストマスク１０４上の金属膜１１６を除去してもよい。
【００５４】
さらに、第２のイオン１１２を添加後、レジストマスク１０４を除去し、絶縁膜１０３上に金属膜１１６を形成し、エッチングにより領域１１３ａ、領域１１３ｂ、領域１１３ｃ上以外の金属膜１１６を除去してもよい。
【００５５】
以上のようにして、絶縁膜１０３の表面と裏面を導通させる、すなわち膜厚方向に対して導通する導電領域１１９を有する絶縁膜１０３を得ることができる。またこのような絶縁膜１０３を有する素子を得ることが可能となる。
【００５６】
［実施の形態２］
本実施の形態では、薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＴＦＴ）を有する半導体装置を作製した例を、図４（Ａ）〜図４（Ｃ）、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）、図６（Ａ）〜図６（Ｄ）、を用いて説明する。
【００５７】
まず基板１２１上の下地膜１２２上に、ＴＦＴ１３９、ＴＦＴ１４９、絶縁膜１２３、絶縁膜１２４、電極１３８ａ、電極１３８ｂ、電極１４８ａ、電極１４８ｂを形成する（図４（Ａ）参照）。
【００５８】
基板１２１は、絶縁性の表面を有する基板であり、例えば、ガラス基板、石英基板、サファイア基板、上面に絶縁膜を有したシリコンウェハや金属板等である。本実施の形態では、基板１２１としてガラス基板を用いる。
【００５９】
下地膜１２２は、基板１２１中の不純物がＴＦＴ１３９及びＴＦＴ１４９内に混入しないために設け、必要なければ下地膜１２２を設けなくてもよい。下地膜１２２として、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜、窒素を含む酸化珪素膜いずれかの単層膜、あるいはこれら２つ以上の膜を積層した積層膜を形成してもよい。
【００６０】
ＴＦＴ１３９は、島状半導体膜１３４、ゲート絶縁膜１３５、ゲート電極１３６、ゲート電極１３６の側面に形成されたサイドウォール１３７ａ及びサイドウォール１３７ｂを有している。
【００６１】
島状半導体膜１３４中には、チャネル形成領域１３１、低濃度不純物領域１３２ａ及び低濃度不純物領域１３２ｂ、高濃度不純物領域１３３ａ及び高濃度不純物領域１３３ｂが形成されている。低濃度不純物領域１３２ａ及び低濃度不純物領域１３２ｂ、ソース領域及びドレイン領域である高濃度不純物領域１３３ａ及び高濃度不純物領域１３３ｂには、それぞれｎ型を付与する不純物元素、例えばリン（Ｐ）やヒ素（Ａｓ）が含まれており、ＴＦＴ１３９はｎチャネル型ＴＦＴである。
【００６２】
ＴＦＴ１４９は、島状半導体膜１４４、ゲート絶縁膜１４５、ゲート電極１４６、ゲート電極１４６の側面に形成されたサイドウォール１４７ａ及びサイドウォール１４７ｂを有している。
【００６３】
島状半導体膜１４４中には、チャネル形成領域１４１、ソース領域及びドレイン領域である高濃度不純物領域１４３ａ及び高濃度不純物領域１４３ｂが形成されている。高濃度不純物領域１４３ａ及び高濃度不純物領域１４３ｂには、それぞれｐ型を付与する不純物元素、例えばホウ素（Ｂ）が含まれており、ＴＦＴ１４９はｐチャネル型ＴＦＴである。
【００６４】
ＴＦＴ１３９及びＴＦＴ１４９を覆って絶縁膜１２３が形成されている。絶縁膜１２３は、窒化珪素膜あるいは酸素を含む窒化珪素膜を用いて形成すればよい。
【００６５】
絶縁膜１２３を覆って、絶縁膜１２４が形成される。珪素の酸化物及び珪素の窒化物等の無機材料、すなわち、酸化珪素膜、窒化珪素膜、窒素を含む酸化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜を用いることができる。また絶縁膜１２４として、ポリイミド、ポリアミド、ポリイミドアミド、ベンゾシクロブテン、アクリル、及びエポキシ等の有機材料、シロキサン材料、ポリシラザン材料のいずれか一種または複数種を単層または積層で形成することができる。
【００６６】
絶縁膜１２４上に、高濃度不純物領域１３３ａに電気的に接続される電極１３８ａ、高濃度不純物領域１３３ｂに電気的に接続される電極１３８ｂ、高濃度不純物領域１４３ａに電気的に接続される電極１４８ａ、高濃度不純物領域１４３ｂに電気的に接続される電極１４８ｂを形成する。
【００６７】
電極１３８ａ、電極１３８ｂ、電極１４８ａ、電極１４８ｂとして、実施の形態１で述べられた下方電極１０２と同様の材料を用いて形成すればよい。すなわち、電極１３８ａ、電極１３８ｂ、電極１４８ａ、電極１４８ｂとして、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、マンガン（Ｍｎ）、ネオジム（Ｎｄ）、炭素（Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）から選択された元素、またはこれらの元素を主成分とする合金材料もしくは化合物材料を用い、単層膜あるいは積層膜を形成すればよい。
【００６８】
なお、電極１３８ａ、電極１３８ｂ、電極１４８ａ、電極１４８ｂの１つあるいは２つ以上は、配線として形成してもよいし、電極と配線を別々に形成後それらを電気的に接続してもよい。
【００６９】
次いで、絶縁膜１２４、電極１３８ａ、電極１３８ｂ、電極１４８ａ、電極１４８ｂを覆って、絶縁膜１５１を形成する（図４（Ｂ）参照）。絶縁膜１５１は、絶縁膜１０３と同様の材料、つまり珪素の酸化物及び珪素の窒化物等の無機材料、すなわち、酸化珪素膜、窒化珪素膜、窒素を含む酸化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜を用いることができる。さらに絶縁膜１５１として、ポリイミド、ポリアミド、ポリイミドアミド、ベンゾシクロブテン、アクリル、及びエポキシ等の有機材料、シロキサン材料、ポリシラザン材料のいずれか一種または複数種を単層または積層で形成することができる。
【００７０】
次いで、実施の形態１の図１（Ｂ）に示す作製工程と同様に、絶縁膜１５１上に、レジストマスク１５２を形成する。このときレジストマスク１５２を形成しない開口部１５４ａ、開口部１５４ｂ、開口部１５４ｃ、開口部１５４ｄが設けられる（図５（Ｃ）参照）。
【００７１】
開口部１５４ａ、開口部１５４ｂ、開口部１５４ｃ、開口部１５４ｄは、それぞれ電極１３８ａ、電極１３８ｂ、電極１４８ａ、電極１４８ｂ上に設けられる。
【００７２】
次いで、レジストマスク１５２をマスクとして、絶縁膜１５１の開口部１５４ａ、開口部１５４ｂ、開口部１５４ｃ、開口部１５４ｄに、第１のイオン１５３を用い第１の加速電圧で第１のイオンドーピングを行う（図５（Ａ）参照）。第１のイオン１５３は実施の形態１の第１のイオン１０５と同様のものを用いればよい。また後の工程に第２のドーピングで用いられる第２のイオン１６１に応じて、イオン種を選べばよい。また第１の加速電圧も、第２のドーピングの際の第２の加速電圧に応じて決めればよい。
【００７３】
開口部１５４ａ、開口部１５４ｂ、開口部１５４ｃ、開口部１５４ｄに第１のイオン１５３が添加されると、開口部１５４ａ、開口部１５４ｂ、開口部１５４ｃ、開口部１５４ｄの下に存在する、絶縁膜１５１中の領域１５５ａ、領域１５５ｂ、領域１５５ｃ、領域１５５ｄは、結晶構造が破壊され、欠陥が形成される（図５（Ｂ）参照）。
【００７４】
実施の形態１で述べたように、イオンドーピングでは、ある深さで濃度のピークを有するため、領域１５５ａ、領域１５５ｂ、領域１５５ｃ、領域１５５ｄそれぞれにおいても、ある深さで欠陥の濃度が一番大きくなる。
【００７５】
次いで、レジストマスク１５２をマスクとして、絶縁膜１５１の開口部１５４ａ、開口部１５４ｂ、開口部１５４ｃ、開口部１５４ｄに、第２のイオン１６１を用い第２の加速電圧で第２のイオンドーピングを行う（図５（Ｃ）参照）。第２のイオン１６１は実施の形態１の第２のイオン１１２と同様のものを用いればよい。
【００７６】
第２のイオンドーピングにより、開口部１５４ａ、開口部１５４ｂ、開口部１５４ｃ、開口部１５４ｄの下に存在する、絶縁膜１５１中に、領域１５６ａ、領域１５６ｂ、領域１５６ｃ、領域１５６ｄに、欠陥が形成される（図６（Ａ）参照）。
【００７７】
第２の加速電圧を第１の加速電圧と異ならせ、実施の形態１の図２（Ｃ）に示すように、領域１５６ａ、領域１５６ｂ、領域１５６ｃ、領域１５６ｄのそれぞれに、深さの異なる欠陥が多い領域を２つ形成する。
【００７８】
次いで、レジストマスク１５２及び絶縁膜１５１上に、金属元素を含む導電材料膜として金属膜１５７を形成する（図６（Ｂ）参照）。金属膜１５７は、金属膜１１６と同様の材料を用いればよい。
【００７９】
金属膜１５７を形成後、加熱して金属元素を領域１５６ａ、領域１５６ｂ、領域１５６ｃ、領域１５６ｄに拡散させる。これにより導電領域１５９ａ、導電領域１５９ｂ、導電領域１５９ｃ、導電領域１５９ｄが形成される（図６（Ｃ）参照）。
【００８０】
あるいは、加熱工程の前にレジストマスク１５２及びレジストマスク１５２上の金属膜１５７を除去してもよい。さらに、第２のイオン１６１を添加後、レジストマスク１５２を除去し、絶縁膜１５１上に金属膜１５７を形成し、エッチングにより領域１５６ａ、領域１５６ｂ、領域１５６ｃ、領域１５６ｄ上の金属膜１５７を除去してもよい。
【００８１】
実施の形態１で述べたように、２段階のイオンドーピングによって上下に２つの欠陥の多い領域が形成されていると、金属元素がより拡散しやすくなり、電極１３８ａ、電極１３８ｂ、電極１４８ａ、電極１４８ｂそれぞれに確実に達することができる。これにより信頼性の高い導電領域１５９ａ、導電領域１５９ｂ、導電領域１５９ｃ、導電領域１５９ｄを形成することができる。また導電領域１５９ａ、導電領域１５９ｂ、導電領域１５９ｃ、導電領域１５９ｄそれぞれの抵抗値を低くすることができる。
【００８２】
次いでレジストマスク１５２及びレジストマスク１５２上の金属膜１５７を除去する。絶縁膜１５１上に残存し、導電領域１５９ａ、導電領域１５９ｂ、導電領域１５９ｃ、導電領域１５９ｄそれぞれに電気的に接続する金属膜１５７を、それぞれ電極１５７ａ、電極１５７ｂ、電極１５７ｃ、電極１５７ｄとする。
【００８３】
すなわち、電極１３８ａ、導電領域１５９ａ、電極１５７ａは電気的に接続されており、電極１３８ｂ、導電領域１５９ｂ、電極１５７ｂは電気的に接続されている。また、電極１４８ａ、導電領域１５９ｃ、電極１５７ｃは電気的に接続されており、電極１４８ｂ、導電領域１５９ｄ、電極１５７ｄは電気的に接続されている。
【００８４】
また、ｎチャネル型ＴＦＴであるＴＦＴ１３９とｐチャネル型ＴＦＴであるＴＦＴ１４９は、それぞれに独立させてもよいし、電極１３８ｂ及び電極１４８ａを電気的に接続、あるいは、電極１５７ｂ及び電極１５７ｃを電気的に接続することにより、ＣＭＯＳ回路を形成してもよい。
【００８５】
なお電極１３８ｂ及び電極１４８ａを電気的に接続した場合は、導電領域１５９ａ及び１５９ｃは、どちらか一方を形成すればよい。さらに電極１５７ｂと１５７ｃもどちらか一方を形成すればよい。
【００８６】
本実施の形態の半導体装置は、絶縁膜１５１にコンタクトホールを形成することなく、導電領域１５９ａ、導電領域１５９ｂ、導電領域１５９ｃ、導電領域１５９ｄを形成することができる。これにより絶縁膜１５１の強度及び平坦性をを維持することができる。
【００８７】
本実施の形態では、２段階にイオンをドーピングすることで、絶縁膜１５１の深さ方向に、上下に２つの欠陥の多い領域を形成することができ、より確実かつ均一に金属元素を拡散させることができる。
【００８８】
［実施の形態３］
本実施の形態では、実施の形態２とは異なる作製工程で半導体装置を作製する例を、図７（Ａ）〜図７（Ｄ）、図８（Ａ）〜図８（Ｃ）、図９（Ａ）〜図９（Ｄ）、図１０（Ａ）〜図１０（Ｄ）、図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）、図１２（Ａ）〜図１２（Ｃ）、図１３を用いて説明する。
【００８９】
まず、基板２０１の一方の面上に第１の絶縁層２０２を形成する。次に、第１の絶縁層２０２上に剥離層２０３を形成する。続いて、剥離層２０３上に第２の絶縁層２０４を形成する（図７（Ａ）参照）。
【００９０】
基板２０１は、絶縁性の表面を有する基板であり、例えば、ガラス基板、石英基板、樹脂（プラスチック）基板、サファイア基板、上面に絶縁膜を有したシリコンウェハや金属板等である。好適には、基板２０１として、ガラス基板又はプラスチック基板を用いるとよい。ガラス基板やプラスチック基板は、１辺が１メートル以上で四角形状などの所望の形状のものを作製することが容易である。例えば、四角形状で、１辺が１メートル以上のガラス基板やプラスチック基板を用いると、作製する半導体集積回路が四角形状であるため生産性を大幅に向上させることができる。このような利点は、円形で、最大で直径が３０センチメートル程度のシリコン基板を用いる場合と比較すると、大きな優位点である。
【００９１】
第１の絶縁層２０２及び第２の絶縁層２０４は、気相成長法（ＣＶＤ法）やスパッタリング法等により、珪素の酸化物、珪素の窒化物、窒素を含む珪素の酸化物、酸素を含む珪素の窒化物などを材料として形成する。また、第１の絶縁層２０２及び第２の絶縁層２０４は積層構造であってもよい。第１の絶縁層２０２は、基板２０１からの不純物元素が上層に侵入してしまうことを防止する役目を担う。但し、第１の絶縁層２０２は、必要がなければ形成しなくても良い。
【００９２】
剥離層２０３は、スパッタリング法等により、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、珪素（Ｓｉ）等から選択された元素または前記元素を主成分とする合金材料若しくは合金も含む化合物材料を含む層の、単層又は積層を形成する。なお、珪素を含む層に含まれる珪素は、非晶質、微結晶、多結晶のいずれでもよい。
【００９３】
剥離層２０３が単層構造の場合、好ましくは、タングステン、モリブデン、タングステンとモリブデンの混合物、タングステンの酸化物、タングステンの窒化物、タングステンの酸化窒化物、タングステンの窒化酸化物、モリブデンの酸化物、モリブデンの窒化物、モリブデンの酸化窒化物、モリブデンの窒化酸化物、タングステンとモリブデンの混合物の酸化物、タングステンとモリブデンの混合物の窒化物、タングステンとモリブデンの混合物の酸化窒化物、タングステンとモリブデンの混合物の窒化酸化物のいずれかを含む層を形成する。
【００９４】
剥離層２０３を積層構造で形成する場合、例えば、１層目としてタングステン、モリブデン、またはタングステンとモリブデンの混合物を含む層のいずれか１層を形成し、２層目として、タングステンの酸化物、窒化物、酸化窒化物、もしくは窒化酸化物、または、モリブデンの酸化物、窒化物、酸化窒化物、もしくは窒化酸化物、またはタングステンとモリブデンの混合物の酸化物、窒化物、酸化窒化物、もしくは窒化酸化物を形成することができる。これらの酸化物や酸化窒化物は、１層目の表面を酸素プラズマ処理、またはＮ２Ｏプラズマ処理することによって形成することができる。
【００９５】
剥離層２０３として、タングステン等の金属を含む層と当該金属の酸化物を含む層との積層構造を形成する場合、金属を含む層上に酸化珪素を含む層を形成することで、金属を含む層と酸化珪素を含む層との界面に当該金属の酸化物を含む層が形成されることを利用しても良い。
【００９６】
また、タングステン等の金属を含む層の表面を、熱酸化処理、酸素プラズマ処理、またはオゾン水等酸化力の強い溶液での処理等を行い、金属を含む層上に当該金属の酸化物を含む層を形成した後、その上層に窒化珪素層、酸化窒化珪素層、または窒化酸化珪素層を形成することができる。これは、上記金属の窒化物、酸化窒化物、および窒化酸化物を含む層を形成する場合も同様である。
【００９７】
次に、第２の絶縁層２０４上に半導体素子を形成する。半導体素子としてはトランジスタ、ダイオード、コンデンサ、バイポーラトランジスタ、薄膜トランジスタ等が挙げられる。本実施の形態では、半導体素子としてｎチャネル型ＴＦＴ１３９及びｐチャネル型ＴＦＴ１４９を形成した場合を示す（図７（Ｂ）参照）。なお、ｎチャネル型ＴＦＴ１３９、ｐチャネル型ＴＦＴ１４９、絶縁膜１２３、絶縁膜１２４、電極１３８ａ、電極１３８ｂ、電極１３８ｃ、電極１３８ｄの作製方法については、実施の形態２に基づけばよい。
【００９８】
次いで、ｎチャネル型ＴＦＴ１３９、ｐチャネル型ＴＦＴ１４９、絶縁膜１２４、電極１３８ａ、電極１３８ｂ、電極１３８ｃ、電極１３８ｄを覆って、絶縁膜１５１を形成する（図７（Ｃ）参照）。
【００９９】
次いで、絶縁膜１５１の一部、絶縁膜１２４の一部、絶縁膜１２３の一部、第２の絶縁層２０４の一部、剥離層２０３の一部を除去し、第１の絶縁層２０２の一部が露出するように、開口部２０５を形成する（図７（Ｄ）参照）。
【０１００】
開口部２０５を形成する方法については特に限定されない。例えば、レジスト等により形成されたマスクを絶縁膜１５１上に設けた後、絶縁膜１５１、絶縁膜１２４、絶縁膜１２３、第２の絶縁層２０４、剥離層２０３をエッチングすることによって開口部２０５を形成することができる。開口部２０５を形成するためのエッチング方法について特に限定はなく、ウェットエッチング法、ドライエッチング法、又は両方を組み合わせた方法を用いてもよい。
【０１０１】
次に、絶縁膜１５１上に、支持基板２２１を設ける（図８（Ａ）参照）。支持基板２２１は、絶縁層２０７と接着層２０６が積層された基板である。接着層２０６は、加熱処理により接着力が低下する熱可塑性樹脂であり、例えば、加熱によって軟化する材料、加熱により膨張するマイクロカプセルや発泡剤を混入した材料、熱硬化性樹脂に熱溶融性や熱分解性を付与した材料、水の侵入による界面強度劣化やそれに伴って吸水性樹脂が膨張する材料を用いて形成される。本明細書において、絶縁層２０７と接着層２０６とをあわせた支持基板２２１を、熱剥離型の支持基板とも記載する。
【０１０２】
また、熱剥離型の支持基板の代わりに、加熱処理によって接着力が低下するフィルムからなる熱剥離フィルムや、ＵＶ（紫外線）照射を行うことによって、接着力が低下するＵＶ（紫外線）剥離フィルム等を用いてもよい。ＵＶフィルムは、絶縁層２０７とＵＶ（紫外線）照射を行うことによって粘着力が弱くなる接着層２０６が積層されたフィルムである。
【０１０３】
次に、支持基板２２１を用いて、剥離層２０３の内部、または、剥離層２０３と第２の絶縁層２０４を境界として、基板２０１と半導体素子の剥離を行う。図８（Ｂ）に図示する構成では、剥離層２０３と第２の絶縁層２０４の間を境界として剥離が行われた場合を示す。このように、支持基板２２１を用いることにより剥離工程を容易にかつ短時間で行うことができる。
【０１０４】
次に、加熱処理により接着層２０６と絶縁膜１５１の間の接着力を低下させ、半導体素子から支持基板２２１を分離する（図８（Ｃ）参照）。
【０１０５】
半導体素子から支持基板２２１分離する際に、開口部２０５により、絶縁膜１５１の別の一部、絶縁膜１２４の別の一部、絶縁膜１２３の別の一部、第２の絶縁層２０４の別の一部が除去される（図９（Ａ）参照）。
【０１０６】
次いで、第２の絶縁層２０４上の、電極１３８ａ、電極１３８ｂ、電極１４８ａ、電極１４８ｂそれぞれに対応する領域に、レジストマスク２０８を形成する（図９（Ｃ）参照）。
【０１０７】
次いで、第１のイオン２０９を用いて第１の加速電圧で第１のイオンドーピングを行うことにより（図９（Ｃ）参照）、欠陥が多い領域２１１ａ、領域２１１ｂ、領域２１１ｃ、領域２１１ｄが形成される（図９（Ｄ）参照）。第１のイオン２０９は、実施の形態１の第１のイオン１０５と同様のものを用いればよい。また後の工程に第２のドーピングで用いられる第２のイオン２１０に応じて、イオン種を選べばよい。また第１の加速電圧も、第２のドーピングの際の第２の加速電圧に応じて決めればよい。
【０１０８】
次いでレジストマスク２０８を用い、第２のイオン２１０を用いて第２の加速電圧で第２のイオンドーピングを行うことにより（図１０（Ａ）参照）、欠陥が多い領域２１２ａ、領域２１２ｂ、領域２１２ｃ、領域２１２ｄが形成される（図１０（Ｂ）参照）。
【０１０９】
実施の形態１及び実施の形態２で述べたように、第１の加速電圧と第２の加速電圧を変えることにより、領域２１２ａ、領域２１２ｂ、領域２１２ｃ、領域２１２ｄそれぞれに、深さが異なる欠陥領域を２つ形成する。
【０１１０】
次いで、絶縁層２０４及びレジストマスク２０８上に金属膜２１５を形成する（図１０（Ｃ）参照）
【０１１１】
次いで、加熱工程により、領域２１１ａ、領域２１１ｂ、領域２１１ｃ、領域２１１ｄに金属元素を拡散させ、導電領域２１６ａ、導電領域２１６ｂ、導電領域２１６ｃ、導電領域２１６ｄを形成する（図１０（Ｄ）参照）。
【０１１２】
次いで、レジストマスク２０８及びレジストマスク２０８上の金属膜２１５を除去する。導電領域２１６ａ、導電領域２１６ｂ、導電領域２１６ｃ、導電領域２１６ｄそれぞれの上の金属膜２１５は、電極２１５ａ、電極２１５ｂ、電極２１５ｃ、電極２１５ｄとなる。以上の工程により、半導体回路素子２３１が作製される（図１１（Ａ）参照）。
【０１１３】
電極１３８ａ、導電領域２１６ａ、電極２１５ａは電気的に接続されており、電極１３８ｂ、導電領域２１６ｂ、電極２１５ｂは電気的に接続されている。また、電極１４８ａ、導電領域２１６ｃ、電極２１５ｃは電気的に接続されており、電極１４８ｂ、導電領域２１６ｄ、電極２１５ｄは電気的に接続されている。
【０１１４】
また、実施の形態２と同様に、絶縁膜１５１中に導電領域を形成してもよい。図９（Ａ）に示す構成を得た後、絶縁膜１５１中に欠陥の多い領域を形成し、金属元素を拡散させて、絶縁膜１５１中に、導電領域２２６ａ、導電領域２２６ｂ、導電領域２２６ｃ、導電領域２２６ｄを形成してもよい。導電領域２２６ａ、導電領域２２６ｂ、導電領域２２６ｃ、導電領域２２６ｄのそれぞれの上には、電極２２７ａ、電極２２７ｂ、電極２２７ｃ、電極２２７ｄが形成されている（図１１（Ｂ）参照）。図１１（Ｂ）に示す構成を、半導体回路素子２３２とする。
【０１１５】
電極１３８ａ、導電領域２２６ａ、電極２２７ａは電気的に接続されており、電極１３８ｂ、導電領域２２６ｂ、電極２２７ｂは電気的に接続されている。また、電極１４８ａ、導電領域２２６ｃ、電極２２７ｃは電気的に接続されており、電極１４８ｂ、導電領域２２６ｄ、電極２２７ｄは電気的に接続されている。
【０１１６】
また、半導体回路素子２３１と半導体回路素子２３２を組み合わせた構成を図１１（Ｃ）に示す。図１１（Ｃ）の構成では、半導体回路素子２３１の電極２１５ａ、電極２１５ｂ、電極２１５ｃ、電極２１５ｄをそれぞれ、半導体回路素子２３２の電極２２７ａ、電極２２７ｂ、電極２２７ｃ、電極２２７ｄと電気的に接続することで、立体的な回路素子を作製することができる。
【０１１７】
また図１２（Ａ）に示すように、絶縁膜１２４に導電領域２１６ａ、導電領域２１６ｂ、導電領域２１６ｃ、導電領域２１６ｄを形成し、絶縁膜１５１に導電領域２２６ａ、導電領域２２６ｂ、導電領域２２６ｃ、導電領域２２６ｄを形成した半導体回路素子２３３を作製してもよい。
【０１１８】
半導体回路素子２３３において、ＴＦＴ１３９の電極１３８ａ、並びに、導電領域２１６ａ、電極２１５ａ、導電領域２２６ａ、電極２２７ａは電気的に接続されている。また、ＴＦＴ１３９の電極１３８ｂ、並びに、導電領域２１６ｂ、電極２１５ｂ、導電領域２２６ｂ、電極２２７ｂは電気的に接続されている。また、ＴＦＴ１４９の電極１４８ａ、並びに、導電領域２１６ｃ、電極２１５ｃ、導電領域２２６ｃ、電極２２７ｃは電気的に接続されている。また、ＴＦＴ１４９の電極１４８ｂ、並びに、導電領域２１６ｄ、電極２１５ｄ、導電領域２２６ｄ、電極２２７ｄは電気的に接続されている。
【０１１９】
さらに、半導体回路素子２３２と半導体回路素子２３３を立体的に配置してもよいし（図１２（Ｂ）参照）、半導体回路素子２３１と半導体回路素子２３３を立体的に配置してもよい（図１２（Ｃ）参照）。
【０１２０】
また複数の半導体回路素子２３３を立体的に配置してもよい。図１３には２つの半導体回路素子２３３を立体的に配置した構成を示す。複数の半導体回路素子２３３を立体的に配置し、さらに半導体回路素子２３１または半導体回路素子２３２、あるいはその両方を配置してもよい。
【０１２１】
本実施の形態の半導体装置は、絶縁層２０４、絶縁膜１２３、絶縁膜１２４、または、絶縁膜１５１、さらにあるいはその全部にコンタクトホールを形成することなく、導電領域２１６ａ、導電領域２１６ｂ、導電領域２１６ｃ、導電領域２１６ｄ、または、導電領域２２６ａ、導電領域２２６ｂ、導電領域２２６ｃ、導電領域２２６ｄ、さらにあるいはその全てを形成することができる。これにより、絶縁層２０４、絶縁膜１２３、絶縁膜１２４、または、絶縁膜１５１、さらにあるいはその全部の強度及び平坦性をを維持することができる。
【０１２２】
本実施の形態では、２段階にイオンをドーピングすることで、絶縁層２０４、絶縁膜１２３、絶縁膜１２４、または、絶縁膜１５１、さらにあるいはその全部の深さ方向に、上下に２つの欠陥の多い領域を形成することができ、より確実かつ均一に金属元素を拡散させることができる。
【実施例１】
【０１２３】
本実施例では、イオンドーピングにおける加速電圧と濃度の関係、及び、イオン種と濃度の関係について計算を行った結果を、図１４、図１５、図１６、図１７、図１８を用いて説明する。
【０１２４】
本実施例で用いたイオンがドーピングされる膜は、密度２．３ｇ／ｃｍ３の酸化珪素膜（ＳｉＯ２膜）であり、注入イオン数は９９９９９である。イオン種は、アルゴン（Ａｒ）と水素（Ｈ）を用いた。
【０１２５】
図１４において、イオン種はアルゴン（Ａｒ）で加速電圧は４０ｋＶ、イオン種はアルゴン（Ａｒ）で加速電圧は８０ｋＶ、イオン種は水素（Ｈ）で加速電圧は５ｋＶ、イオン種は水素（Ｈ）で加速電圧は１０ｋＶ、イオン種は水素（Ｈ）で加速電圧は５ｋＶ、イオン種は水素（Ｈ）で加速電圧は１０ｋＶ、イオン種は水素（Ｈ）で加速電圧は２０ｋＶ、イオン種は水素（Ｈ）で加速電圧は４０ｋＶ、イオン種は水素（Ｈ）で加速電圧は５０ｋＶ、イオン種は水素（Ｈ）で加速電圧は８０ｋＶ、イオン種は水素（Ｈ）で加速電圧は１０ｋＶ（ただし酸化珪素膜（ＳｉＯ２膜）の密度は１．３ｇ／ｃｍ３とする）を用いて計算を行った。
【０１２６】
図１５では、イオン種としてアルゴン（Ａｒ）を用い、加速電圧を変えた計算結果を示す。アルゴンを加速電圧４０ｋＶでドーピングしたものと、加速電圧８０ｋＶでドーピングしたものを比べると、４０ｋＶでドーピングした場合は濃度が高く深さが浅い位置に濃度のピークが生じる。一方、８０ｋＶでドーピングした場合は、濃度は小さくなってしまうが、より深い位置に濃度のピークが生じる。
【０１２７】
また図１６には、イオン種として水素（Ｈ）を用い、加速電圧を変えた計算結果を示す。図１６では、加速電圧が５ｋＶの場合は濃度が高いが、それ以外は加速電圧が変わっても、濃度はあまり変化しない。
【０１２８】
また図１７及び図１８では、加速電圧が一定（４０ｋＶ及び８０ｋＶ）の場合で、イオン種によってどのように違うかを示したグラフである。重い原子であるアルゴン（Ａｒ）は、水素（Ｈ）と比較して、濃度は高い反面浅い位置にしか添加されない。逆に言うと、軽い原子である水素（Ｈ）は深い深さまで添加されるが、濃度は小さくなってしまう。
【０１２９】
図１４〜図１８で示されたように、イオン種や加速速度を変えることにより、ドーピングされる深さや濃度を制御することができる。これにより、絶縁膜中の欠陥の多い領域の深さや濃度を制御することができる。
【符号の説明】
【０１３０】
１０１ 絶縁表面
１０２ 下方電極
１０２ａ 下方電極
１０２ｂ 下方電極
１０２ｃ 下方電極
１０３ 絶縁膜
１０４ レジストマスク
１０５ イオン
１０７ 領域
１０７ａ 領域
１０７ｂ 領域
１０７ｃ 領域
１０９ 領域
１０９ａ 領域
１０９ｂ 領域
１０９ｃ 領域
１１２ イオン
１１３ 領域
１１３ａ 領域
１１３ｂ 領域
１１３ｃ 領域
１１５ａ 領域
１１６ 金属膜
１１６ａ 電極
１１６ｂ 電極
１１６ｃ 電極
１１９ 導電領域
１１９ａ 導電領域
１１９ｂ 導電領域
１１９ｃ 導電領域
１２１ 基板
１２２ 下地膜
１２３ 絶縁膜
１２４ 絶縁膜
１３１ チャネル形成領域
１３２ａ 低濃度不純物領域
１３２ｂ 低濃度不純物領域
１３３ａ 高濃度不純物領域
１３３ｂ 高濃度不純物領域
１３４ 島状半導体膜
１３５ ゲート絶縁膜
１３６ ゲート電極
１３７ａ サイドウォール
１３７ｂ サイドウォール
１３８ａ 電極
１３８ｂ 電極
１３８ｃ 電極
１３８ｄ 電極
１３９ ＴＦＴ
１４１ チャネル形成領域
１４３ａ 高濃度不純物領域
１４３ｂ 高濃度不純物領域
１４４ 島状半導体膜
１４５ ゲート絶縁膜
１４６ ゲート電極
１４７ａ サイドウォール
１４７ｂ サイドウォール
１４８ａ 電極
１４８ｂ 電極
１４９ ＴＦＴ
１５１ 絶縁膜
１５２ レジストマスク
１５３ イオン
１５４ａ 開口部
１５４ｂ 開口部
１５４ｃ 開口部
１５４ｄ 開口部
１５５ａ 領域
１５５ｂ 領域
１５５ｃ 領域
１５５ｄ 領域
１５６ａ 領域
１５６ｂ 領域
１５６ｃ 領域
１５６ｄ 領域
１５７ 金属膜
１５７ａ 電極
１５７ｂ 電極
１５７ｃ 電極
１５７ｄ 電極
１５９ａ 導電領域
１５９ｂ 導電領域
１５９ｃ 導電領域
１５９ｄ 導電領域
１６１ イオン
２０１ 基板
２０２ 絶縁層
２０３ 剥離層
２０４ 絶縁層
２０５ 開口部
２０６ 接着層
２０７ 絶縁層
２０８ レジストマスク
２０９ イオン
２１０ イオン
２１１ａ 領域
２１１ｂ 領域
２１１ｃ 領域
２１１ｄ 領域
２１２ａ 領域
２１２ｂ 領域
２１２ｃ 領域
２１２ｄ 領域
２１５ 金属膜
２１５ａ 電極
２１５ｂ 電極
２１５ｃ 電極
２１５ｄ 電極
２１６ａ 導電領域
２１６ｂ 導電領域
２１６ｃ 導電領域
２１６ｄ 導電領域
２２１ 支持基板
２２６ａ 導電領域
２２６ｂ 導電領域
２２６ｃ 導電領域
２２６ｄ 導電領域
２２７ａ 電極
２２７ｂ 電極
２２７ｃ 電極
２２７ｄ 電極
２３１ 半導体回路素子
２３２ 半導体回路素子
２３３ 半導体回路素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に半導体素子及び前記半導体素子と電気的に接続された第１の電極を形成し、
前記半導体素子と電気的に接続された第１の電極上に絶縁膜を形成し、
前記絶縁膜中に第１の加速電圧で第１のイオンを添加する第１のドーピング工程を行い、前記絶縁膜中の第１の深さに第１の欠陥の多い領域を形成し、
前記絶縁膜中に、前記第１の加速電圧とは異なる第２の加速電圧で、第２のイオンを添加する第２のドーピング工程を行い、前記絶縁膜中の前記第１の深さとは異なる第２の深さに第２の欠陥の多い領域を形成し、
前記第１及び第２の欠陥の多い領域上に、金属元素を含む導電材料を形成し、
前記第１及び第２の欠陥の多い領域のうちの上方の領域から、下方の領域に、前記金属元素を拡散させることにより、
前記絶縁膜中に、第１の電極と、前記金属元素を含む導電材料とを電気的に接続する導電領域を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１のイオンまたは第２のイオンは、水素イオン、又は希ガスイオンのいずれかであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記第１のイオンと第２のイオンは、同じイオンであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項４】
基板上に半導体素子及び前記半導体素子と電気的に接続された第１の電極を形成し、
前記半導体素子及び前記半導体素子と電気的に接続された第１の電極上に絶縁膜を形成し、
前記絶縁膜中に第１の加速電圧で第１のイオンを添加する第１のドーピング工程を行い、前記絶縁膜中の第１の深さに第１の欠陥の多い領域を形成し、
前記絶縁膜中に、前記第１の加速電圧と同じ電圧で、前記第１のイオンとは異なる第２のイオンを添加する第２のドーピング工程を行い、前記絶縁膜中の前記第１の深さとは異なる第２の深さに第２の欠陥の多い領域を形成し、
前記第１及び第２の欠陥の多い領域上に、金属元素を含む導電材料を形成し、
前記第１及び第２の欠陥の多い領域のうちの上方の領域から、下方の領域に、前記金属元素を拡散させることにより、
前記絶縁膜中に、第１の電極と、前記金属元素を含む導電材料とを電気的に接続する導電領域を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項５】
請求項４において、
前記第１のイオンまたは第２のイオンは、水素イオン、又は希ガスイオンのいずれかであり、
前記第１のイオン及び第２の一方は他方よりも重い原子のイオンであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項６】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項において、
前記絶縁膜は、酸化珪素膜、窒化珪素膜、窒素を含む酸化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜のいずれかであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項７】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項において、
前記絶縁膜は、ポリイミド、ポリアミド、ポリイミドアミド、ベンゾシクロブテン、アクリル、エポキシ、シロキサン材料、ポリシラザン材料のいずれか一種または複数種を単層または積層で形成されていることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか１項において、
前記金属元素は、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、マンガン（Ｍｎ）、ネオジム（Ｎｄ）のいずれかであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１】
基板上に半導体素子及び前記半導体素子と電気的に接続された第１の電極を形成し、
前記半導体素子と電気的に接続された第１の電極上に絶縁膜を形成し、
前記絶縁膜中に第１の加速電圧で第１のイオンを添加する第１のドーピング工程を行い、前記絶縁膜中の第１の深さに第１の欠陥の多い領域を形成し、
前記絶縁膜中に、前記第１の加速電圧とは異なる第２の加速電圧で、第２のイオンを添加する第２のドーピング工程を行い、前記絶縁膜中の前記第１の深さとは異なる第２の深さに第２の欠陥の多い領域を形成し、
前記第１及び第２の欠陥の多い領域上に、金属元素を含む導電材料を形成し、
前記第１及び第２の欠陥の多い領域のうちの上方の領域から、下方の領域に、前記金属元素を拡散させることにより、
前記絶縁膜中に、第１の電極と、前記金属元素を含む導電材料とを電気的に接続する導電領域を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１のイオンまたは第２のイオンは、水素イオン、又は希ガスイオンのいずれかであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記第１のイオンと第２のイオンは、同じイオンであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項４】
基板上に半導体素子及び前記半導体素子と電気的に接続された第１の電極を形成し、
前記半導体素子及び前記半導体素子と電気的に接続された第１の電極上に絶縁膜を形成し、
前記絶縁膜中に第１の加速電圧で第１のイオンを添加する第１のドーピング工程を行い、前記絶縁膜中の第１の深さに第１の欠陥の多い領域を形成し、
前記絶縁膜中に、前記第１の加速電圧と同じ電圧で、前記第１のイオンとは異なる第２のイオンを添加する第２のドーピング工程を行い、前記絶縁膜中の前記第１の深さとは異なる第２の深さに第２の欠陥の多い領域を形成し、
前記第１及び第２の欠陥の多い領域上に、金属元素を含む導電材料を形成し、
前記第１及び第２の欠陥の多い領域のうちの上方の領域から、下方の領域に、前記金属元素を拡散させることにより、
前記絶縁膜中に、第１の電極と、前記金属元素を含む導電材料とを電気的に接続する導電領域を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項５】
請求項４において、
前記第１のイオンまたは第２のイオンは、水素イオン、又は希ガスイオンのいずれかであり、
前記第１のイオン及び第２の一方は他方よりも重い原子のイオンであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項６】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項において、
前記絶縁膜は、酸化珪素膜、窒化珪素膜、窒素を含む酸化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜のいずれかであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項７】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項において、
前記絶縁膜は、ポリイミド、ポリアミド、ポリイミドアミド、ベンゾシクロブテン、アクリル、エポキシ、シロキサン材料、ポリシラザン材料のいずれか一種または複数種を単層または積層で形成されていることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか１項において、
前記金属元素は、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、マンガン（Ｍｎ）、ネオジム（Ｎｄ）のいずれかであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１０−８０９４３（Ｐ２０１０−８０９４３Ａ）
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９４３７０（Ｐ２００９−１９４３７０）
【出願日】平成２１年８月２５日（２００９．８．２５）
【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２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月２５日（２００９．８．２５）
【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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