絶縁膜の製造方法、トランジスタの製造方法及び電子デバイスの製造方法
【課題】塗布法により成膜されるSi系絶縁膜の電気的特性を向上することができる絶縁膜、トランジスタ及び電子デバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】絶縁膜等の製造方法において、ポリシラザンを溶解した第1の液体材料を基板1上に塗布する工程と、第1の液体材料中のSiの未結合手を減少する工程と、未結合手を減少した後に、第1の液体材料4B上にそれと同様の第2の液体材料を塗布する工程と、第1の液体材料4B及び第2の液体材料をSi系絶縁膜に転換する工程とを備える。
【解決手段】絶縁膜等の製造方法において、ポリシラザンを溶解した第1の液体材料を基板1上に塗布する工程と、第1の液体材料中のSiの未結合手を減少する工程と、未結合手を減少した後に、第1の液体材料4B上にそれと同様の第2の液体材料を塗布する工程と、第1の液体材料4B及び第2の液体材料をSi系絶縁膜に転換する工程とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、絶縁膜の製造方法、トランジスタの製造方法及び電子デバイスの製造方法に関し、特に塗布型絶縁膜の製造方法、塗布型絶縁膜をゲート絶縁膜として使用するトランジスタの製造方法及びトレイン内部に塗布型絶縁膜を埋設する電子デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
シリコン(Si)基板やガラス基板等の基板上にシリコン酸化膜を成膜する方法には物理的気相成長(PVD:physical vapor deposition)法、化学気相成長(CVD:chemical vapor deposition)法、塗布(spin on glass)法等が知られている。この中でも塗布法においては、例えば下記特許文献1〜特許文献3に記載されているように、汎用性が高く、更に低コストによりSi酸化膜を成膜することができる。
【0003】
塗布法にはポリシラザン塗布膜が使用され、ポリシラザン塗布膜は基本骨格中にSi−N(窒素)結合基、Si−H(水素)結合基及びN−H結合基を含む。ポリシラザン塗布膜は、液体材料であり、一般的にはスピンコート法により塗布される。塗布されたポリシラザン塗布膜に水蒸気雰囲気(H2O)中若しくは酸素(O2)雰囲気中において熱処理を行い、Si−N結合基若しくはSi−H結合基をSi−O結合基に転換することにより、Si酸化膜を形成することができる。
【特許文献1】特開2001−319927号公報
【特許文献2】特開2002−367980号公報
【特許文献3】特開2004−241751号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
前述の塗布法は汎用性が高くかつ低コストによりSi酸化膜を成膜することができる特徴があるが、成膜されたSi酸化膜にはSi−N結合基やSi−H結合基が残存してしまう。このため、塗布法により成膜されたSi酸化膜の電気的特性特に絶縁耐圧はPVD法やCVD法により成膜された燐硼酸ガラス(BPSG:boron phosphorous silicate glass)膜若しくはテトラエソキシシラン(TEOS:tetra ethyl ortho-silicate)膜に比べて低く、リーク電流は高くなってしまう。
【0005】
例えば、液晶表示デバイスの薄膜トランジスタ(TFT:thin film transistor)のゲート絶縁膜に塗布法により成膜されたSi酸化膜を使用する場合には、ゲート電極とチャネル形成領域(又はソース領域若しくはドレイン領域)との間の絶縁耐圧不良に伴い短絡による欠陥が生じる。また、薄膜トランジスタにおいてリーク電流が増大することにより、液晶表示デバイスの消費電力の増大を招く。
【0006】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、塗布法により成膜されるSi系絶縁膜の電気的特性を向上することができる絶縁膜の製造方法、トランジスタの製造方法及び電子デバイス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】
【0007】
本発明の実施の形態に係る第1の特徴は、絶縁膜の製造方法において、ポリシラザンを溶解した第1の液体材料を基板上に塗布する工程と、第1の液体材料中のSiの未結合手を減少する工程と、未結合手を減少した後に、第1の液体材料上にその第1の液体材料と同様の第2の液体材料を塗布する工程と、第1の液体材料及び第2の液体材料をSi系絶縁膜に転換する工程とを備える。
【0008】
本発明の実施の形態に係る第2の特徴は、トランジスタの製造方法において、基板上の第1の半導体薄膜の表面上に、ポリシラザンを溶解した第1の液体材料を塗布する工程と、第1の液体材料中のSiの未結合手を減少する工程と、未結合手を減少した後に、第1の液体材料上にその第1の液体材料と同様の第2の液体材料を塗布する工程と、第1の液体材料及び第2の液体材料をSi系絶縁膜に転換し、ゲート絶縁膜を形成する工程と、ゲート絶縁膜上に第2の半導体薄膜又は金属膜を形成する工程とを備える。
【0009】
本発明の実施の形態に係る第3の特徴は、電子デバイスの製造方法において、基板にその表面から深さ方向に向かってトレンチを形成する工程と、トレンチ内の側面上及び底面上に、ポリシラザンを溶解した第1の液体材料を塗布する工程と、第1の液体材料中のSiの未結合手を減少する工程と、未結合手を減少した後に、第1の液体材料上にその第1の液体材料と同様の第2の液体材料を塗布する工程と、第1の液体材料及び第2の液体材料をSi系絶縁膜に転換する工程とを備える。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、塗布法により成膜されるSi系絶縁膜の電気的特性を向上することができる絶縁膜の製造方法、トランジスタの製造方法及び電子デバイスの製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【0012】
(第1の実施の形態)
本発明の第1の実施の形態は、液晶表示デバイス(電子デバイス)の製造方法、特に液晶表示デバイスを構築する薄膜トランジスタ及びそのゲート絶縁膜の製造方法に本発明を適用した例を説明するものである。
【0013】
[液晶表示デバイスの製造方法]
液晶表示デバイスの製造方法は、まず最初に基板(第1の基板)1を準備する(図1参照。)。基板1には透明石英ガラス基板を使用することができる。
【0014】
次に、基板1の表面上の全面に下地層2を形成する(図1参照。)。下地層2には、例えば塗布法(スピンコート法)を使用して成膜されたSi酸化膜を実用的に使用することができ、又TEOS膜を使用することができる。
【0015】
図1に示すように、下地層2の表面上の全面に第1の半導体薄膜(第1層目の半導体薄膜)3を形成する。この第1の半導体薄膜3は、第1の実施の形態において、液晶表示デバイスを構築する薄膜トランジスタのソース領域(主電極領域)、チャネル形成領域及びドレイン領域(主電極領域)として使用される。第1の半導体薄膜3は、例えばスパッタリング法によりSi非晶質膜を成膜し、このSi非晶質膜にエキシマレーザを照射して再結晶化したSi多結晶膜である。
【0016】
図2に示すように、第1の半導体薄膜3にパターンニングを行い、ソース領域、チャネル形成領域及びドレイン領域を構成する第1の半導体薄膜3を残し、それ以外の第1の半導体薄膜3を除去する。パターンニングは、フォトリソグラフィ技術を利用して形成されたエッチングマスクを用い、第1の半導体薄膜3をエッチングすることにより行われる。
【0017】
図3に示すように、基板1上の全面であって、第1の半導体薄膜3の表面上に、有機溶媒にポリシラザンを溶解した第1の液体材料4A(下層液体材料)を塗布法を用いて塗布する。この後、第1の液体材料4Aを乾燥させる。第1の液体材料2Aのポリシラザンには、構造式−[SiH2NH]n−(nは自然数)において表されるポリベルヒドロシニザンを実用的に使用することができる。また、ポリシラザンには、構造式−[SiR1R2−NR3]m−(mは自然数)において表され、側鎖R1、R2若しくはR3に−CH3、−CH=CH2若しくは−OCH3を有するものを使用することができる。
【0018】
有機溶媒には芳香族化合物又は脂肪族化合物を使用することができる。具体的には、ベンゼン、トルエン、キシレン、ジエチルエーテル、ジブチルエーテル等の使用が実用的である。逆に、水やアルコール類は反応するために有機溶媒として好ましくない。また、ケトンやエステル類により溶解された水は有機溶媒として好ましくない。
【0019】
第1の液体材料4Aは薄膜トランジスタのゲート絶縁膜の下層側の一部のSi酸化膜として形成されている。第1の液体材料4A中のSiの未結合手(ダングリングボンド)に水素(H)又は酸素(O)を確実に供給することができ、かつ下地層の第1の半導体薄膜3の表面に物理的ダメージを与えないように、第1の液体材料4Aは数十nmオーダの膜厚に設定する。
【0020】
次に、基板1を真空チャンバ4内に搬送し、この真空チャンバ4内にH2ガス又はO2ガスを供給するとともにプラズマ発生させ(プラズマ処理を行い)、図4に示すように、第1の液体材料4AをそのSiの未結合手を減少させた第1の液体材料4Bに改質する。ここで、真空チャンバ4内にアルゴン(Ar)ガス、ヘリウム(He)ガス等の希ガスを供給し、これらの希ガスを希釈ガスとして使用することができる。H2ガスの供給によってH2プラズマを発生させた場合、Siの未結合手を水素終端化することができる。この終端化されたHは最終的にはOに転換し易い。O2ガスの供給によってO2プラズマを発生させた場合、Si−H結合基やSi−N結合のSi−O結合基への転換が促進される。すなわち、プラズマ処理は、第1の液体材料4A中のSiの未結合手に、変換し易いHやそのまま使用するOを供給し、未結合手を減少する処理である。
【0021】
プラズマ処理前の第1の液体材料4Aの表面の元素濃度とプラズマ処理後の第1の液体材料4Bの表面の元素濃度との関係を、図5においてグラフにより、図6において数値によりそれぞれ示す。図5及び図6に示すように、プラズマ処理前において、X線光電子分光(XPS)により測定したO濃度は14.27%、N濃度は30.44%、Si濃度は55.28%であったが、プラズマ処理後において、O濃度は60.74%、N濃度は4.13%、Si濃度は35.12%であった。図7にはSi濃度に対するプラズマ処理前後のO濃度及びN濃度を示す。プラズマ処理後においては、O濃度が大幅に増加し、N濃度が大幅に減少していることから、ポリシラザンのSi−N結合基及びN−H結合基が減少するとともに、Si−O結合基への転換が促進されている。更に、プラズマ処理後においては、Si濃度が大幅に減少していることから、Siの未結合手が大場に減少されている。
【0022】
なお、本発明においては、プラズマ処理に限定されるものではなく、同様の処理を実現することができる過酸化水素水を使用したウェット処理を使用してもよい。
【0023】
次に、図8に示すように、第1の液体材料4Bの表面上の全面に、第1の液体材料4Aと同様の第2の液体材料4C(上層液体材料)を塗布法を用いて塗布する。この後、第2の液体材料4Cを乾燥させる。第2の液体材料4Cは、第1の液体材料4Bの膜厚との合計によってゲート絶縁膜として適正な膜厚になるような膜厚により塗布される。例えば、第1の液体材料4B及び第2の液体材料4Cの合計の膜厚を、それぞれ50nm〜1000nmの膜厚において2回の塗布を行うことにより、100nm〜2000nmの範囲内に設定することができる。
【0024】
次に、H2O、O2等のガス雰囲気中、200℃〜500℃の温度範囲内において熱処理を行い、第1の液体材料4B及び第2の液体材料4CをSi系絶縁膜すなわちSi酸化膜に転換し、図9に示すように、薄膜トランジスタのゲート絶縁膜4を形成する。第1の実施の形態においては、基板1に石英ガラス基板が使用されているので、この石英ガラス基板の熱による影響を避けるために、熱処理温度の上限が制限されている。この熱処理によって、第1の半導体薄膜3の表面に接する第1の液体材料4Bから転換されたSi酸化膜は、Siの未結合手に既にOが結合しているか、若しくはHからOに確実に転換することができるので、良好な膜質を備えている。
【0025】
図10に示すように、ゲート絶縁膜4の表面上の全面に、ゲート電極として使用される第2の半導体薄膜5を成膜する。第2の半導体薄膜5には、例えばスパッタリング法やCVD法によりSi非晶質膜を成膜し、このSi非晶質膜を再結晶化したSi多結晶膜を実用的に使用することができる。また、第1の半導体薄膜5に代えて、Siと高融点金属との化合物薄膜、高融点金属薄膜、金属薄膜等を使用してもよい。
【0026】
次に、第2の半導体薄膜5をフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いてパターンニングし、第2の半導体薄膜5からゲート電極5G(及び垂直走査線)を形成する(図11参照。)。引き続き、イオン注入法により第1の半導体薄膜3に例えばn型不純物を注入し、図11に示すように、第1の半導体薄膜3にソース領域3S、チャネル形成領域3C及びドレイン領域3Dを形成する。この工程が終了した時点において、薄膜トランジスタが完成する。
【0027】
この後、薄膜トランジスタを覆うパッシベーション膜6を形成し、パッシベーション膜6上に薄膜トランジスタのソース領域3Sに接続された画素電極7を形成し、更に画素電極7上を覆うパッシベーション膜8を形成する(図12参照。)。
【0028】
一方、他の基板(第2の基板)10を準備し、基板10の表面上の全面に下地層11、共通電極12、パッシベーション膜13のそれぞれを順次形成する(図12参照。)。そして、図12に示すように、基板1と基板10とを対向配置し、それぞれのパッシベーション膜8と13との間に液晶20を封入することにより、第1の実施の形態に係る液晶表示デバイスを完成させることができる。
【0029】
[効果]
第1の実施の形態においては、第1の液体材料4Aを塗布した後に第1の液体材料4A中のSiの未結合手にH又はOを供給しつつ未結合手を減少して第1の液体材料4Bを形成し、この後に第1の液体材料4B上に第2の液体材料4Cを塗布し、第1の液体材料4B及び第2の液体材料4CからSi系絶縁膜を形成したので、第1の液体材料4Bを転換したSi系絶縁膜の膜質を向上することができる。従って、薄膜トランジスタにおいては、チャネル形成領域3Cとゲート絶縁膜4との間の界面状態を安定に保つことができ、電気的特性に優れた薄膜トランジスタの製造方法を提供することができる。
【0030】
更に、薄膜トランジスタにおいては、ゲート絶縁膜4のリーク電流を減少することができる。従って、表示性能の高速化や低消費電力化に優れた液晶表示デバイスの製造方法を提供することができる。
【0031】
(第2の実施の形態)
第2の実施の形態は、半導体装置(電子デバイス)の素子間に配設されるトレンチアイソレーションの製造方法に本発明を適用した例を説明するものである。
【0032】
[半導体集積回路のトレンチアイソレーションの製造方法]
まず最初に、基板30を準備し、図13に示すように、基板30の表面部分であって素子間に相当する領域に、基板30表面から深さ方向に向かってトレンチ31を形成する。基板30には、第2の実施の形態において、Si単結晶基板が使用される。また、基板30にはSOI(silicon on insulator)基板、化合物半導体基板等の他の基板を使用してもよい。トレンチ31は、例えばフォトリソグラフィ技術により形成したマスクを使用し、RIE(reactive ion etching)等の異方性エッチングを行うことにより形成する。第2の実施の形態において、トレンチ31の開口寸法は例えば100nm×100nmに設定され、アスペクト比は4以上に設定されている。
【0033】
図14に示すように、少なくともトレンチ31の側壁及び底面を含む基板30の表面上に下地絶縁膜32を形成する。下地絶縁膜32には基板表面の熱酸化法により形成されたSi酸化膜を使用することができる。
【0034】
図15に示すように、下地絶縁膜32の表面上の全面であって、トレンチ31内の側面上及び底面上にトレンチ31内部を埋設するように、有機溶媒にポリシラザンを溶解した第1の液体材料34A(下層液体材料)を塗布法を用いて塗布する。第1の液体材料34Aには第1の実施の形態に係る第1の液体材料4Aと同一のものを使用することができる。この後、第1の液体材料34Aを乾燥させる。第1の液体材料34Aにおいては、その流動性から、開口寸法が小さく、深いトレンチ31において確実に埋設することができ、かつ埋設された表面の平坦化を促進することができる。
【0035】
次に、基板30を真空チャンバ4内に搬送し、この真空チャンバ4内にH2ガス又はO2ガスを供給するとともにプラズマ発生させ(プラズマ処理を行い)、図16に示すように、第1の液体材料34AをそのSiの未結合手を減少させた第1の液体材料34Bに改質する。
【0036】
次に、図17に示すように、第1の液体材料34Bの表面上の全面に、第1の液体材料34Aと同様の第2の液体材料34C(上層液体材料)を塗布法を用いて塗布する。この後、第2の液体材料34Cを乾燥させる。
【0037】
次に、H2O、O2等のガス雰囲気中、200℃〜900℃の温度範囲内において熱処理を行い、第1の液体材料34B及び第2の液体材料34CをSi系絶縁膜すなわちSi酸化膜に転換する。第2の実施の形態においては、基板30にSi単結晶基板が使用されてるいので、熱処理温度を高温度に設定することができる。そして、図18に示すように、シリコン酸化膜に転換された第2の液体材料34C、第1の液体材料34B、下地絶縁膜32のそれぞれをパターンニングすることにより、トレンチ31、下地絶縁膜32、第1の液体材料34B及び第2の液体材料34Cを含むトレンチアイソレーションを完成させることができる。
【0038】
この後、トランジスタ、抵抗、容量、配線等の各種製造工程を経て、第2の実施の形態に係る半導体装置を完成させることができる。
【0039】
[効果]
第2の実施の形態においては、第1の液体材料34Aを塗布した後に第1の液体材料34A中のSiの未結合手にH又はOを供給しつつ未結合手を減少して第1の液体材料34Bを形成し、この後に第1の液体材料34B上に第2の液体材料34Cを塗布し、第1の液体材料34B及び第2の液体材料34CからSi系絶縁膜を形成したので、第1の液体材料34Bを転換したSi系絶縁膜の膜質を向上することができる。従って、リーク電流を減少することができ、絶縁耐圧を向上することができるトレンチアイソレーション(電子デバイス)の製造方法を提供することができる。
【0040】
更に、第1の液体材料34Aに使用されるポリシラザンの残留成分は少なく、クラックの発生を減少することができるので、この点においても絶縁耐圧を向上することができるトレンチアイソレーションの製造方法を提供することができる。
【0041】
(その他の実施の形態)
本発明は、前述の一実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変形可能である。例えば、前述の実施の形態は液晶表示デバイス、半導体集積回路のそれぞれの電子デバイスに本発明を適用した例を説明したが、本発明は、プリント配線基板を含む電子デバイスにおいて、上下配線間の層間絶縁膜に液体材料を使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【0042】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る液晶表示デバイス(電子デバイス)の製造方法を説明する第1の工程断面図である。
【図2】第2の工程断面図である。
【図3】第3の工程断面図である。
【図4】第4の工程断面図である。
【図5】第1の実施の形態に係る製造方法において、プラズマ処理前後の液体材料の表面元素濃度を示すグラフである。
【図6】図6に示す表面元素濃度の数値を示す表である。
【図7】図6に示す表面元素濃度のSiに対する数値を示す表である。
【図8】第5の工程断面図である
【図9】第6の工程断面図である
【図10】第7の工程断面図である
【図11】第8の工程断面図である
【図12】第9の工程断面図(液晶表示デバイスの完成断面図)である
【図13】本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置(電子デバイス)のトレンチアイソレーションの製造方法を説明する第1の工程断面図である。
【図14】第2の工程断面図である。
【図15】第3の工程断面図である。
【図16】第4の工程断面図である。
【図17】第5の工程断面図である。
【図18】第6の工程断面図である。
【符号の説明】
【0043】
1、10、30…基板、2、11…下地層、3…第1の半導体薄膜、3S…ソース領域、3C…チャネル形成領域、3D…ドレイン領域、4…ゲート絶縁膜、4A、4B、34A、34B…第1の液体材料、4C、34C…第2の液体材料、5…第2の半導体薄膜、5G…ゲート絶縁膜、7…画素電極、12…共通電極、20…液晶、31…トレンチ、32…下地絶縁膜。
【技術分野】
【0001】
本発明は、絶縁膜の製造方法、トランジスタの製造方法及び電子デバイスの製造方法に関し、特に塗布型絶縁膜の製造方法、塗布型絶縁膜をゲート絶縁膜として使用するトランジスタの製造方法及びトレイン内部に塗布型絶縁膜を埋設する電子デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
シリコン(Si)基板やガラス基板等の基板上にシリコン酸化膜を成膜する方法には物理的気相成長(PVD:physical vapor deposition)法、化学気相成長(CVD:chemical vapor deposition)法、塗布(spin on glass)法等が知られている。この中でも塗布法においては、例えば下記特許文献1〜特許文献3に記載されているように、汎用性が高く、更に低コストによりSi酸化膜を成膜することができる。
【0003】
塗布法にはポリシラザン塗布膜が使用され、ポリシラザン塗布膜は基本骨格中にSi−N(窒素)結合基、Si−H(水素)結合基及びN−H結合基を含む。ポリシラザン塗布膜は、液体材料であり、一般的にはスピンコート法により塗布される。塗布されたポリシラザン塗布膜に水蒸気雰囲気(H2O)中若しくは酸素(O2)雰囲気中において熱処理を行い、Si−N結合基若しくはSi−H結合基をSi−O結合基に転換することにより、Si酸化膜を形成することができる。
【特許文献1】特開2001−319927号公報
【特許文献2】特開2002−367980号公報
【特許文献3】特開2004−241751号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
前述の塗布法は汎用性が高くかつ低コストによりSi酸化膜を成膜することができる特徴があるが、成膜されたSi酸化膜にはSi−N結合基やSi−H結合基が残存してしまう。このため、塗布法により成膜されたSi酸化膜の電気的特性特に絶縁耐圧はPVD法やCVD法により成膜された燐硼酸ガラス(BPSG:boron phosphorous silicate glass)膜若しくはテトラエソキシシラン(TEOS:tetra ethyl ortho-silicate)膜に比べて低く、リーク電流は高くなってしまう。
【0005】
例えば、液晶表示デバイスの薄膜トランジスタ(TFT:thin film transistor)のゲート絶縁膜に塗布法により成膜されたSi酸化膜を使用する場合には、ゲート電極とチャネル形成領域(又はソース領域若しくはドレイン領域)との間の絶縁耐圧不良に伴い短絡による欠陥が生じる。また、薄膜トランジスタにおいてリーク電流が増大することにより、液晶表示デバイスの消費電力の増大を招く。
【0006】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、塗布法により成膜されるSi系絶縁膜の電気的特性を向上することができる絶縁膜の製造方法、トランジスタの製造方法及び電子デバイス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】
【0007】
本発明の実施の形態に係る第1の特徴は、絶縁膜の製造方法において、ポリシラザンを溶解した第1の液体材料を基板上に塗布する工程と、第1の液体材料中のSiの未結合手を減少する工程と、未結合手を減少した後に、第1の液体材料上にその第1の液体材料と同様の第2の液体材料を塗布する工程と、第1の液体材料及び第2の液体材料をSi系絶縁膜に転換する工程とを備える。
【0008】
本発明の実施の形態に係る第2の特徴は、トランジスタの製造方法において、基板上の第1の半導体薄膜の表面上に、ポリシラザンを溶解した第1の液体材料を塗布する工程と、第1の液体材料中のSiの未結合手を減少する工程と、未結合手を減少した後に、第1の液体材料上にその第1の液体材料と同様の第2の液体材料を塗布する工程と、第1の液体材料及び第2の液体材料をSi系絶縁膜に転換し、ゲート絶縁膜を形成する工程と、ゲート絶縁膜上に第2の半導体薄膜又は金属膜を形成する工程とを備える。
【0009】
本発明の実施の形態に係る第3の特徴は、電子デバイスの製造方法において、基板にその表面から深さ方向に向かってトレンチを形成する工程と、トレンチ内の側面上及び底面上に、ポリシラザンを溶解した第1の液体材料を塗布する工程と、第1の液体材料中のSiの未結合手を減少する工程と、未結合手を減少した後に、第1の液体材料上にその第1の液体材料と同様の第2の液体材料を塗布する工程と、第1の液体材料及び第2の液体材料をSi系絶縁膜に転換する工程とを備える。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、塗布法により成膜されるSi系絶縁膜の電気的特性を向上することができる絶縁膜の製造方法、トランジスタの製造方法及び電子デバイスの製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【0012】
(第1の実施の形態)
本発明の第1の実施の形態は、液晶表示デバイス(電子デバイス)の製造方法、特に液晶表示デバイスを構築する薄膜トランジスタ及びそのゲート絶縁膜の製造方法に本発明を適用した例を説明するものである。
【0013】
[液晶表示デバイスの製造方法]
液晶表示デバイスの製造方法は、まず最初に基板(第1の基板)1を準備する(図1参照。)。基板1には透明石英ガラス基板を使用することができる。
【0014】
次に、基板1の表面上の全面に下地層2を形成する(図1参照。)。下地層2には、例えば塗布法(スピンコート法)を使用して成膜されたSi酸化膜を実用的に使用することができ、又TEOS膜を使用することができる。
【0015】
図1に示すように、下地層2の表面上の全面に第1の半導体薄膜(第1層目の半導体薄膜)3を形成する。この第1の半導体薄膜3は、第1の実施の形態において、液晶表示デバイスを構築する薄膜トランジスタのソース領域(主電極領域)、チャネル形成領域及びドレイン領域(主電極領域)として使用される。第1の半導体薄膜3は、例えばスパッタリング法によりSi非晶質膜を成膜し、このSi非晶質膜にエキシマレーザを照射して再結晶化したSi多結晶膜である。
【0016】
図2に示すように、第1の半導体薄膜3にパターンニングを行い、ソース領域、チャネル形成領域及びドレイン領域を構成する第1の半導体薄膜3を残し、それ以外の第1の半導体薄膜3を除去する。パターンニングは、フォトリソグラフィ技術を利用して形成されたエッチングマスクを用い、第1の半導体薄膜3をエッチングすることにより行われる。
【0017】
図3に示すように、基板1上の全面であって、第1の半導体薄膜3の表面上に、有機溶媒にポリシラザンを溶解した第1の液体材料4A(下層液体材料)を塗布法を用いて塗布する。この後、第1の液体材料4Aを乾燥させる。第1の液体材料2Aのポリシラザンには、構造式−[SiH2NH]n−(nは自然数)において表されるポリベルヒドロシニザンを実用的に使用することができる。また、ポリシラザンには、構造式−[SiR1R2−NR3]m−(mは自然数)において表され、側鎖R1、R2若しくはR3に−CH3、−CH=CH2若しくは−OCH3を有するものを使用することができる。
【0018】
有機溶媒には芳香族化合物又は脂肪族化合物を使用することができる。具体的には、ベンゼン、トルエン、キシレン、ジエチルエーテル、ジブチルエーテル等の使用が実用的である。逆に、水やアルコール類は反応するために有機溶媒として好ましくない。また、ケトンやエステル類により溶解された水は有機溶媒として好ましくない。
【0019】
第1の液体材料4Aは薄膜トランジスタのゲート絶縁膜の下層側の一部のSi酸化膜として形成されている。第1の液体材料4A中のSiの未結合手(ダングリングボンド)に水素(H)又は酸素(O)を確実に供給することができ、かつ下地層の第1の半導体薄膜3の表面に物理的ダメージを与えないように、第1の液体材料4Aは数十nmオーダの膜厚に設定する。
【0020】
次に、基板1を真空チャンバ4内に搬送し、この真空チャンバ4内にH2ガス又はO2ガスを供給するとともにプラズマ発生させ(プラズマ処理を行い)、図4に示すように、第1の液体材料4AをそのSiの未結合手を減少させた第1の液体材料4Bに改質する。ここで、真空チャンバ4内にアルゴン(Ar)ガス、ヘリウム(He)ガス等の希ガスを供給し、これらの希ガスを希釈ガスとして使用することができる。H2ガスの供給によってH2プラズマを発生させた場合、Siの未結合手を水素終端化することができる。この終端化されたHは最終的にはOに転換し易い。O2ガスの供給によってO2プラズマを発生させた場合、Si−H結合基やSi−N結合のSi−O結合基への転換が促進される。すなわち、プラズマ処理は、第1の液体材料4A中のSiの未結合手に、変換し易いHやそのまま使用するOを供給し、未結合手を減少する処理である。
【0021】
プラズマ処理前の第1の液体材料4Aの表面の元素濃度とプラズマ処理後の第1の液体材料4Bの表面の元素濃度との関係を、図5においてグラフにより、図6において数値によりそれぞれ示す。図5及び図6に示すように、プラズマ処理前において、X線光電子分光(XPS)により測定したO濃度は14.27%、N濃度は30.44%、Si濃度は55.28%であったが、プラズマ処理後において、O濃度は60.74%、N濃度は4.13%、Si濃度は35.12%であった。図7にはSi濃度に対するプラズマ処理前後のO濃度及びN濃度を示す。プラズマ処理後においては、O濃度が大幅に増加し、N濃度が大幅に減少していることから、ポリシラザンのSi−N結合基及びN−H結合基が減少するとともに、Si−O結合基への転換が促進されている。更に、プラズマ処理後においては、Si濃度が大幅に減少していることから、Siの未結合手が大場に減少されている。
【0022】
なお、本発明においては、プラズマ処理に限定されるものではなく、同様の処理を実現することができる過酸化水素水を使用したウェット処理を使用してもよい。
【0023】
次に、図8に示すように、第1の液体材料4Bの表面上の全面に、第1の液体材料4Aと同様の第2の液体材料4C(上層液体材料)を塗布法を用いて塗布する。この後、第2の液体材料4Cを乾燥させる。第2の液体材料4Cは、第1の液体材料4Bの膜厚との合計によってゲート絶縁膜として適正な膜厚になるような膜厚により塗布される。例えば、第1の液体材料4B及び第2の液体材料4Cの合計の膜厚を、それぞれ50nm〜1000nmの膜厚において2回の塗布を行うことにより、100nm〜2000nmの範囲内に設定することができる。
【0024】
次に、H2O、O2等のガス雰囲気中、200℃〜500℃の温度範囲内において熱処理を行い、第1の液体材料4B及び第2の液体材料4CをSi系絶縁膜すなわちSi酸化膜に転換し、図9に示すように、薄膜トランジスタのゲート絶縁膜4を形成する。第1の実施の形態においては、基板1に石英ガラス基板が使用されているので、この石英ガラス基板の熱による影響を避けるために、熱処理温度の上限が制限されている。この熱処理によって、第1の半導体薄膜3の表面に接する第1の液体材料4Bから転換されたSi酸化膜は、Siの未結合手に既にOが結合しているか、若しくはHからOに確実に転換することができるので、良好な膜質を備えている。
【0025】
図10に示すように、ゲート絶縁膜4の表面上の全面に、ゲート電極として使用される第2の半導体薄膜5を成膜する。第2の半導体薄膜5には、例えばスパッタリング法やCVD法によりSi非晶質膜を成膜し、このSi非晶質膜を再結晶化したSi多結晶膜を実用的に使用することができる。また、第1の半導体薄膜5に代えて、Siと高融点金属との化合物薄膜、高融点金属薄膜、金属薄膜等を使用してもよい。
【0026】
次に、第2の半導体薄膜5をフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いてパターンニングし、第2の半導体薄膜5からゲート電極5G(及び垂直走査線)を形成する(図11参照。)。引き続き、イオン注入法により第1の半導体薄膜3に例えばn型不純物を注入し、図11に示すように、第1の半導体薄膜3にソース領域3S、チャネル形成領域3C及びドレイン領域3Dを形成する。この工程が終了した時点において、薄膜トランジスタが完成する。
【0027】
この後、薄膜トランジスタを覆うパッシベーション膜6を形成し、パッシベーション膜6上に薄膜トランジスタのソース領域3Sに接続された画素電極7を形成し、更に画素電極7上を覆うパッシベーション膜8を形成する(図12参照。)。
【0028】
一方、他の基板(第2の基板)10を準備し、基板10の表面上の全面に下地層11、共通電極12、パッシベーション膜13のそれぞれを順次形成する(図12参照。)。そして、図12に示すように、基板1と基板10とを対向配置し、それぞれのパッシベーション膜8と13との間に液晶20を封入することにより、第1の実施の形態に係る液晶表示デバイスを完成させることができる。
【0029】
[効果]
第1の実施の形態においては、第1の液体材料4Aを塗布した後に第1の液体材料4A中のSiの未結合手にH又はOを供給しつつ未結合手を減少して第1の液体材料4Bを形成し、この後に第1の液体材料4B上に第2の液体材料4Cを塗布し、第1の液体材料4B及び第2の液体材料4CからSi系絶縁膜を形成したので、第1の液体材料4Bを転換したSi系絶縁膜の膜質を向上することができる。従って、薄膜トランジスタにおいては、チャネル形成領域3Cとゲート絶縁膜4との間の界面状態を安定に保つことができ、電気的特性に優れた薄膜トランジスタの製造方法を提供することができる。
【0030】
更に、薄膜トランジスタにおいては、ゲート絶縁膜4のリーク電流を減少することができる。従って、表示性能の高速化や低消費電力化に優れた液晶表示デバイスの製造方法を提供することができる。
【0031】
(第2の実施の形態)
第2の実施の形態は、半導体装置(電子デバイス)の素子間に配設されるトレンチアイソレーションの製造方法に本発明を適用した例を説明するものである。
【0032】
[半導体集積回路のトレンチアイソレーションの製造方法]
まず最初に、基板30を準備し、図13に示すように、基板30の表面部分であって素子間に相当する領域に、基板30表面から深さ方向に向かってトレンチ31を形成する。基板30には、第2の実施の形態において、Si単結晶基板が使用される。また、基板30にはSOI(silicon on insulator)基板、化合物半導体基板等の他の基板を使用してもよい。トレンチ31は、例えばフォトリソグラフィ技術により形成したマスクを使用し、RIE(reactive ion etching)等の異方性エッチングを行うことにより形成する。第2の実施の形態において、トレンチ31の開口寸法は例えば100nm×100nmに設定され、アスペクト比は4以上に設定されている。
【0033】
図14に示すように、少なくともトレンチ31の側壁及び底面を含む基板30の表面上に下地絶縁膜32を形成する。下地絶縁膜32には基板表面の熱酸化法により形成されたSi酸化膜を使用することができる。
【0034】
図15に示すように、下地絶縁膜32の表面上の全面であって、トレンチ31内の側面上及び底面上にトレンチ31内部を埋設するように、有機溶媒にポリシラザンを溶解した第1の液体材料34A(下層液体材料)を塗布法を用いて塗布する。第1の液体材料34Aには第1の実施の形態に係る第1の液体材料4Aと同一のものを使用することができる。この後、第1の液体材料34Aを乾燥させる。第1の液体材料34Aにおいては、その流動性から、開口寸法が小さく、深いトレンチ31において確実に埋設することができ、かつ埋設された表面の平坦化を促進することができる。
【0035】
次に、基板30を真空チャンバ4内に搬送し、この真空チャンバ4内にH2ガス又はO2ガスを供給するとともにプラズマ発生させ(プラズマ処理を行い)、図16に示すように、第1の液体材料34AをそのSiの未結合手を減少させた第1の液体材料34Bに改質する。
【0036】
次に、図17に示すように、第1の液体材料34Bの表面上の全面に、第1の液体材料34Aと同様の第2の液体材料34C(上層液体材料)を塗布法を用いて塗布する。この後、第2の液体材料34Cを乾燥させる。
【0037】
次に、H2O、O2等のガス雰囲気中、200℃〜900℃の温度範囲内において熱処理を行い、第1の液体材料34B及び第2の液体材料34CをSi系絶縁膜すなわちSi酸化膜に転換する。第2の実施の形態においては、基板30にSi単結晶基板が使用されてるいので、熱処理温度を高温度に設定することができる。そして、図18に示すように、シリコン酸化膜に転換された第2の液体材料34C、第1の液体材料34B、下地絶縁膜32のそれぞれをパターンニングすることにより、トレンチ31、下地絶縁膜32、第1の液体材料34B及び第2の液体材料34Cを含むトレンチアイソレーションを完成させることができる。
【0038】
この後、トランジスタ、抵抗、容量、配線等の各種製造工程を経て、第2の実施の形態に係る半導体装置を完成させることができる。
【0039】
[効果]
第2の実施の形態においては、第1の液体材料34Aを塗布した後に第1の液体材料34A中のSiの未結合手にH又はOを供給しつつ未結合手を減少して第1の液体材料34Bを形成し、この後に第1の液体材料34B上に第2の液体材料34Cを塗布し、第1の液体材料34B及び第2の液体材料34CからSi系絶縁膜を形成したので、第1の液体材料34Bを転換したSi系絶縁膜の膜質を向上することができる。従って、リーク電流を減少することができ、絶縁耐圧を向上することができるトレンチアイソレーション(電子デバイス)の製造方法を提供することができる。
【0040】
更に、第1の液体材料34Aに使用されるポリシラザンの残留成分は少なく、クラックの発生を減少することができるので、この点においても絶縁耐圧を向上することができるトレンチアイソレーションの製造方法を提供することができる。
【0041】
(その他の実施の形態)
本発明は、前述の一実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変形可能である。例えば、前述の実施の形態は液晶表示デバイス、半導体集積回路のそれぞれの電子デバイスに本発明を適用した例を説明したが、本発明は、プリント配線基板を含む電子デバイスにおいて、上下配線間の層間絶縁膜に液体材料を使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【0042】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る液晶表示デバイス(電子デバイス)の製造方法を説明する第1の工程断面図である。
【図2】第2の工程断面図である。
【図3】第3の工程断面図である。
【図4】第4の工程断面図である。
【図5】第1の実施の形態に係る製造方法において、プラズマ処理前後の液体材料の表面元素濃度を示すグラフである。
【図6】図6に示す表面元素濃度の数値を示す表である。
【図7】図6に示す表面元素濃度のSiに対する数値を示す表である。
【図8】第5の工程断面図である
【図9】第6の工程断面図である
【図10】第7の工程断面図である
【図11】第8の工程断面図である
【図12】第9の工程断面図(液晶表示デバイスの完成断面図)である
【図13】本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置(電子デバイス)のトレンチアイソレーションの製造方法を説明する第1の工程断面図である。
【図14】第2の工程断面図である。
【図15】第3の工程断面図である。
【図16】第4の工程断面図である。
【図17】第5の工程断面図である。
【図18】第6の工程断面図である。
【符号の説明】
【0043】
1、10、30…基板、2、11…下地層、3…第1の半導体薄膜、3S…ソース領域、3C…チャネル形成領域、3D…ドレイン領域、4…ゲート絶縁膜、4A、4B、34A、34B…第1の液体材料、4C、34C…第2の液体材料、5…第2の半導体薄膜、5G…ゲート絶縁膜、7…画素電極、12…共通電極、20…液晶、31…トレンチ、32…下地絶縁膜。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ポリシラザンを溶解した第1の液体材料を基板上に塗布する工程と、
前記第1の液体材料中のSiの未結合手を減少する工程と、
前記未結合手を減少した後に、前記第1の液体材料上にその第1の液体材料と同様の第2の液体材料を塗布する工程と、
前記第1の液体材料及び第2の液体材料をSi系絶縁膜に転換する工程と、
を備えたことを特徴とする絶縁膜の製造方法。
【請求項2】
前記第1の液体材料及び第2の液体材料を塗布する工程は、有機溶媒にポリシラザンを溶解した液体材料を塗布する工程であることを特徴とする請求項1に記載の絶縁膜の製造方法。
【請求項3】
前記Siの未結合手を減少する工程は、前記Siの未結合手にH又はOを供給する工程であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の絶縁膜の製造方法。
【請求項4】
前記Siの未結合手にH又はOを供給する工程は、プラズマ処理又はウエット処理を用い、前記Siの未結合手にH又はOを供給する工程であることを特徴とする請求項3に記載の絶縁膜の製造方法。
【請求項5】
前記第1の液体材料及び前記第2の液体材料のポリシラザンには、構造式−[SiH2NH]n−(nは自然数)において表されるポリベルヒドロシニザン、又は構造式−[SiR1R2−NR3]m−(mは自然数)において表され側鎖R1、R2若しくはR3に−CH3、−CH=CH2若しくは−OCH3を有するものが使用され、
前記有機溶媒には、芳香族化合物又は脂肪族化合物が使用されることを特徴とする請求項2乃至請求項4のいずれかに記載の絶縁膜の製造方法。
【請求項6】
前記シリコン系絶縁膜に転換する工程は、H2O又はO2ガス雰囲気中において前記第1の液体材料及び第2の液体材料に熱処理を行い、シリコン酸化膜を形成する工程であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の絶縁膜の製造方法。
【請求項7】
基板上の第1の半導体薄膜の表面上に、ポリシラザンを溶解した第1の液体材料を塗布する工程と、
前記第1の液体材料中のSiの未結合手を減少する工程と、
前記未結合手を減少した後に、前記第1の液体材料上にその第1の液体材料と同様の第2の液体材料を塗布する工程と、
前記第1の液体材料及び第2の液体材料をSi系絶縁膜に転換し、ゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に第2の半導体薄膜又は金属膜を形成する工程と、
を備えたことを特徴とするトランジスタの製造方法。
【請求項8】
基板にその表面から深さ方向に向かってトレンチを形成する工程と、
前記トレンチ内の側面上及び底面上に、ポリシラザンを溶解した第1の液体材料を塗布する工程と、
前記第1の液体材料中のSiの未結合手を減少する工程と、
前記未結合手を減少した後に、前記第1の液体材料上にその第1の液体材料と同様の第2の液体材料を塗布する工程と、
前記第1の液体材料及び第2の液体材料をSi系絶縁膜に転換する工程と、
を備えたことを特徴とする電子デバイスの製造方法。
【請求項9】
前記第1の液体材料及び第2の液体材料を塗布する工程は、有機溶媒にポリシラザンを溶解した液体材料を塗布する工程であることを特徴とする請求項7に記載のトランジスタの製造方法又は請求項8に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項1】
ポリシラザンを溶解した第1の液体材料を基板上に塗布する工程と、
前記第1の液体材料中のSiの未結合手を減少する工程と、
前記未結合手を減少した後に、前記第1の液体材料上にその第1の液体材料と同様の第2の液体材料を塗布する工程と、
前記第1の液体材料及び第2の液体材料をSi系絶縁膜に転換する工程と、
を備えたことを特徴とする絶縁膜の製造方法。
【請求項2】
前記第1の液体材料及び第2の液体材料を塗布する工程は、有機溶媒にポリシラザンを溶解した液体材料を塗布する工程であることを特徴とする請求項1に記載の絶縁膜の製造方法。
【請求項3】
前記Siの未結合手を減少する工程は、前記Siの未結合手にH又はOを供給する工程であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の絶縁膜の製造方法。
【請求項4】
前記Siの未結合手にH又はOを供給する工程は、プラズマ処理又はウエット処理を用い、前記Siの未結合手にH又はOを供給する工程であることを特徴とする請求項3に記載の絶縁膜の製造方法。
【請求項5】
前記第1の液体材料及び前記第2の液体材料のポリシラザンには、構造式−[SiH2NH]n−(nは自然数)において表されるポリベルヒドロシニザン、又は構造式−[SiR1R2−NR3]m−(mは自然数)において表され側鎖R1、R2若しくはR3に−CH3、−CH=CH2若しくは−OCH3を有するものが使用され、
前記有機溶媒には、芳香族化合物又は脂肪族化合物が使用されることを特徴とする請求項2乃至請求項4のいずれかに記載の絶縁膜の製造方法。
【請求項6】
前記シリコン系絶縁膜に転換する工程は、H2O又はO2ガス雰囲気中において前記第1の液体材料及び第2の液体材料に熱処理を行い、シリコン酸化膜を形成する工程であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の絶縁膜の製造方法。
【請求項7】
基板上の第1の半導体薄膜の表面上に、ポリシラザンを溶解した第1の液体材料を塗布する工程と、
前記第1の液体材料中のSiの未結合手を減少する工程と、
前記未結合手を減少した後に、前記第1の液体材料上にその第1の液体材料と同様の第2の液体材料を塗布する工程と、
前記第1の液体材料及び第2の液体材料をSi系絶縁膜に転換し、ゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に第2の半導体薄膜又は金属膜を形成する工程と、
を備えたことを特徴とするトランジスタの製造方法。
【請求項8】
基板にその表面から深さ方向に向かってトレンチを形成する工程と、
前記トレンチ内の側面上及び底面上に、ポリシラザンを溶解した第1の液体材料を塗布する工程と、
前記第1の液体材料中のSiの未結合手を減少する工程と、
前記未結合手を減少した後に、前記第1の液体材料上にその第1の液体材料と同様の第2の液体材料を塗布する工程と、
前記第1の液体材料及び第2の液体材料をSi系絶縁膜に転換する工程と、
を備えたことを特徴とする電子デバイスの製造方法。
【請求項9】
前記第1の液体材料及び第2の液体材料を塗布する工程は、有機溶媒にポリシラザンを溶解した液体材料を塗布する工程であることを特徴とする請求項7に記載のトランジスタの製造方法又は請求項8に記載の電子デバイスの製造方法。
【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2007−165724(P2007−165724A)
【公開日】平成19年6月28日(2007.6.28)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−362233(P2005−362233)
【出願日】平成17年12月15日(2005.12.15)
【出願人】(000003078)株式会社東芝 (54,554)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成19年6月28日(2007.6.28)
【国際特許分類】
【出願日】平成17年12月15日(2005.12.15)
【出願人】(000003078)株式会社東芝 (54,554)
【Fターム(参考)】
[ Back to top ]