JP3216124B2 - 半導体薄膜装置とその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体薄膜装置及
びその製造方法に関し、より詳細には使用するレジスト
の損傷によるピンホール生成等を生じさせることなく、
正確なプロフィールを有する積層が成できる半導体薄膜
装置及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に半導体装置では、素子の高密度化
及び高速化が進行し、多層配線構造が汎用されている。
図１０に多層配線構造である従来のライトバルブ画素の
断面図を示す。この多層配線構造では、第１層のＴｉ／
Ａｌと第３層のＩＴＯを接続するため、１−３層間の絶
縁膜として、平坦化膜／窒化膜／窒化膜の合計１．６μ
ｍを一気にエッチングして、尚且つ、１層の５００Å−
１０００ÅのＴｉを残すエッチングを行う。エッチング
開口後、その上にＩＴＯの３層配線を形成する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ライトバルブの画素に
おいて、３層ＩＴＯ−１層Ｔｉ／Ａｌ接続のためのスル
ホールのエッチングが深いためにエッチ量が多く、膜
厚、エッチレート等のバラツキを考慮するとＴｉを残し
て、エッチングすることが難しく、通常、それぞれ１０
％程ばらついてしまう。また、エッチ時間が長くなるこ
とから、マスクとして用いていたレジストが先になくな
り、マスク材としての役割をなさなくなるという問題が
あり、容易に接続することができなかった（図１１）。

【０００４】また図１２の構造では、１−３層間スルー
ホールを一度で開口しようとするとホトレジストが形状
を維持できず、その下の２−３層間絶縁膜もエッチング
されて２層配線上にピンホールが発生して２層配線と３
層配線がショートしてしまう。更に図１３の構造でも、
２層配線と３層配線が２−３層間絶縁膜のピンホールで
ショートすることがある。図１３の構造では、１−２層
間絶縁膜と２−３層間絶縁膜の合計の厚さをエッチング
開口しなければならないため、上述の通りレジスト形状
が維持出来ないか、図１４に示す通りエッチング不足に
なり、たとえ開口出来ても図１５に示すようにバリアメ
タル層を残すことが難しくなる。これらの問題点が生ず
る理由は上述の通り、１−３層間の、例えば絶縁膜の平
坦化膜／窒化膜／窒化膜（合計１．６μｍ）を一気にエ
ッチングするため、エッチング時間が長く、レジストの
形状が維持出来なくなるからである。更に、ＳｉＮとＴ
ｉの選択比が２０くらい大きくても、ばらつきを考慮す
るとＴｉがなくなることがある（図１５）。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体薄膜
装置は、１層配線と、１層配線表面に被覆された一部に
スルーホールが形成された１−２層間絶縁膜と、該１−
２層間絶縁膜表面と前記スルーホール内側側壁と該スル
ーホール底面に露出した前記１層配線表面を被覆し表面
側に開口部を有する２層配線と、前記開口部の内側側壁
の2層配線上に形成されたバリアメタル層と、少なくと
も前記開口部底面の2層配線と前記バリアメタル層に接
触しかつ前記開口部及び２−３層間絶縁膜を被覆してい
る透明導体膜を含んでなることを特徴とする半導体薄膜
装置であり、この積層構造は後述する本発明方法により
製造できる。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明を詳細に説明す
る。本発明の特徴は、バリアメタル層及び該層を挟む２
層を横方向に積層接続することにより、エッチング量を
少なくして、長時間のエッチングによりレジストが損傷
しないようにし、これによりレジスト損傷によるピンホ
ール形成等の問題点が解消できる。具体的には、溝のあ
る下地配線、例えばＡｌの溝を利用する。スルーホール
形成で露出したＡｌ溝の側面にバリアメタルのＴｉを残
し、全面に透明電極のＩＴＯを乗せると、溝側面でＡｌ
−Ｔｉ−ＩＴＯの構成となる。図１に具体的な断面図を
示したプロジェクター用ライトバルブの画素は、開口率
を上げるために、画素周辺に素子、配線を配置し、最後
に透明電極としてＩＴＯを用いている。ＩＴＯは、３層
目にあり、１層目の配線と接続して電極としている。

【０００７】１層配線のＡｌと３層目のＩＴＯを接続す
る場合に、ＡｌとＩＴＯを直接に接続するとＩＴＯの酸
素によって、Ａｌ表面が酸化しアルミナになるため、導
通がとれなくなる。そのため、間にＴｉを挟み、ＩＴＯ
からの酸素のバリアとすることで、導通をとることは、
一般に良く知られている。しかし、２−３層間絶縁膜と
１−２層間絶縁膜を合わせた非常に厚い絶縁膜を１Ａｌ
上にバリアメタルのＴｉを残して、エッチング開口する
ことは難しい。また、段差も大きく、急峻なため、３層
目のＩＴＯも断線する。

【０００８】本発明は、このライトバルブ配線系の異層
間における配線接続の問題点を改善する提案であり、以
下に、本発明の実施形態例を説明する。図２は、本発明
の代表例について示した断面図であり、この代表例の製
造方法について、図３〜７を用いて説明する。１層配線
１上の１−２層間絶縁膜２を異方性エッチングで開口
し、１−２層間スル−ホール（開口部）３を形成して凹
部とする（図３）。その上に、孤立パターンの２層メタ
ルを２層配線４形成時に、前記開口部３を覆うように乗
せる。このとき、前記孤立パターンのＡｌ２層配線４上
にＴｉやＣｒ製のバリアメタル層５を形成しておき（図
４）、この際に前記１−２層間スルーホール３の形状に
対応して２層配線４の開口部の内壁にもバリアメタル層
５が形成される。

【０００９】次に、その上に、２−３層間絶縁膜６を形
成する（図５）。この２−３層間絶縁膜６は上面を平坦
化するため必然的に使用量が多くなる。次いで１−２層
間スルーホール３と、ほぼ同一の大きさで異方性エッチ
ング（ＲＩＥ）し、２−３層間スルーホール７を開口す
る（図６）。このとき、１−２層間スルーホール３の段
に沿って、２層配線のＡｌとＴｉも形成されており、異
方性エッチングのオーバーエッチで、底部のＴｉが無く
なっても、前記段の側面にＴｉが残り、プロセスマージ
ンを大きくとることが出来る。バリアメタル層５のＴｉ
の膜厚は、コンタクト抵抗の関係から３００−１０００
Å程度と薄く形成してある。次に、３層目のＩＴＯ８を
形成すると前記段の側面でＡｌ−Ｔｉ−ＩＴＯの構造が
出来上がり、良好な導通が得られるようになる。（図
７）。

【００１０】本実施例によると、工程を増やさず、１−
２層間膜２と２−３層間膜６の積層の厚い膜の開口を容
易にし、プロセスマージンを増やすことができる。ま
た、接続に側面を利用するため、断切れなどの不具合も
防止できる。そのため、層間接続間の不具合が改善さ
れ、歩留まりが向上する。具体的な実施例として挙げた
プロジェクタ用ライトバルブの例では、ＩＴＯ電極８と
１Ａｌ１の接続が良くなることにより、画素が正常に動
作し、画素が動作していない状況（点欠陥）が解消さ
れ、欠陥のない画像を得ることが出来る。通常、１−２
層間膜２と２−３層間膜６が合わさったような厚い絶縁
膜（１−２μｍ）をＴｉのような薄いバリアメタル５
（５００−１０００Å）を残して開口することは、プロ
セスマージンを考慮するとＴｉとの選択比を２０−４０
以上確保しなければならない。しかし、ガラス基板のよ
うな広い基板を高選択比でエッチングすることは、不可
能であり、せいぜい１５までである。

【００１１】本発明は、１−２層間膜２のスルーホール
開口工程を利用して形成した開口部に上部にＴｉ（バリ
アメタル層５）を堆積した２Ａｌ（２層配線４）を乗
せ、その上部に形成した２−３層間膜６を１−２層間膜
スルーホール２とほぼ同じ大きさで開口する。このと
き、開口の深さは、１−２層間膜スルーホール開口と２
−３層間膜スルーホール開口に分けて垂直に異方性エッ
チングしているため、エッチング深さが浅くなり、Ｔｉ
との選択比が従来の半分程度で良いことになる。さら
に、１−２層間膜スル−ホール２の段により形成された
側面の２Ａｌ４上のＴｉ５は、異方性エッチングのサイ
ドウォール形成と同じ原理で側面に残る。２−３層間膜
スル−ホール６のオーバーエッチで底部のＴｉがなくな
っても、垂直の高さ分だけの厚みがあるのと同じで確実
に残すことが出来る。そのため、その上部に透明電極の
ＩＴＯ８を形成しても段側面では、確実に、Ａｌ−Ｔｉ
−ＩＴＯの構造が出来上がりＡｌがＩＴＯの酸素によっ
て、酸化して接続不良となることがなくなる。この酸化
は、上部にだけ影響を及ぼすため、側面でＡｌ−Ｔｉ−
ＩＴＯの構造が出来ていれば、確実に導通させることが
できる。そのため、プロセスマージンを大きくとること
ができ、画素歩留まりを確実に向上できる。

【００１２】次に本発明の層間接続の応用として他の実
施例について、簡単に述べる。１−２層間配線の接続で
あっても、絶縁膜が厚くて接続が難しい場合には本発明
が有効である。下地の段を利用して、層間接続する部分
に第１配線を通るようにパターンを設計しておくと、そ
の下地の段で転写された第１配線の段の側面にもバリア
メタル又は、緩衝メタルがある。そして、次のスルーホ
ール工程で、その上部の層間絶縁膜を異方性（ＲＩＥ）
でエッチングすると、たとえ、オーバーエッチしても側
面にバリアメタル又は、緩衝メタルが残り、第２配線と
の接続が容易にできる。図８は、２−３層間の接続につ
いて示した断面図で、どの層間でも適用できる。図９
は、下地パターンと層間接続スルーホールの位置関係を
示す平面図で、下地の段のパターンは、四角形でもスト
ライプ状でも良く、上部のスルーホールパターンがこの
段にかかっていれば、段の側面にバリアメタルが残り、
確実に接続することができる。また、段の形状も階段状
でも良く、垂直面にバリアメタルまたは、緩衝メタルが
残るような構造であれば良いことになる。

【００１３】

【発明の効果】本発明は、１層配線と、１層配線表面に
被覆された一部にスルーホールが形成された１−２層間
絶縁膜と、該１−２層間絶縁膜表面と前記スルーホール
内側側壁と該スルーホール底面に露出した前記１層配線
表面を被覆し表面側に開口部を有する２層配線と、前記
開口部の内側側壁の2層配線上に形成されたバリアメタ
ル層と、少なくとも前記開口部底面の2層配線と前記バ
リアメタル層に接触しかつ前記開口部及び２−３層間絶
縁膜を被覆している透明導体膜を含んでなることを特徴
とする半導体薄膜装置（請求項１）である。この半導体
薄膜装置は、２層配線にスルーホールが形成され、この
部分で水平方向に２層配線−バリアメタル層−透明導体
膜の３層構造が実現されるため、導通が確実になる。し
かも接続に側面を利用するため、断切れなどの不具合も
防止でき、そのため層間接続間の不具合が改善され、歩
留まりが向上する。

【００１４】前記３層構造の材質は、２層配線の材質が
Ａｌ、バリアメタル層の材質がＴｉ、透明導体膜の材質
がＩＴＯとなるように（請求項２）選択することが最適
である。又前記半導体薄膜装置を製造するプロセス（請
求項３）を使用すると、３層に跨がるような大きなエッ
チングが不要になり、従ってエッチング操作間にレジス
トの形状が保持されて正確なプロフィールを有する素子
が形成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で使用可能なプロジェクター用ライトバ
ルブの画素断面図。

【図２】本発明の代表的な半導体薄膜装置を例示する断
面図。

【図３】図２の半導体薄膜装置を製造するプロセスの第
１段階を示す断面図。

【図４】同じく第２段階を示す断面図。

【図５】同じく第３段階を示す断面図。

【図６】同じく第４段階を示す断面図。

【図７】同じく第５段階を示す断面図。

【図８】本発明の代表的な半導体薄膜装置の他の例を示
す断面図。

【図９】下地パターンと層間接続スルーホールの一関係
を示す平面図。

【図１０】従来のプロジェクター用ライトバルブを例示
する画素断面図。

【図１１】従来の半導体薄膜装置の第１の欠点を示す断
面図。

【図１２】従来の半導体薄膜装置の第２の欠点を示す断
面図。

【図１３】従来の半導体薄膜装置の第３の欠点を示す断
面図。

【図１４】従来の半導体薄膜装置の第４の欠点を示す断
面図。

【図１５】従来の半導体薄膜装置の第５の欠点を示す断
面図。

【符号の説明】

１ １層配線 ２ １−２層間絶縁膜 ３ １−２層間スルーホール ４ ２層配線 ５ バリアメタル層 ６ ２−３層間絶縁膜７ ２−３層間スルーホール ８ 透明導体膜

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １層配線と、１層配線表面に被覆された
   一部にスルーホールが形成された１−２層間絶縁膜と、
   該１−２層間絶縁膜表面と前記スルーホール内側側壁と
   該スルーホール底面に露出した前記１層配線表面を被覆
   し表面側に開口部を有する２層配線と、前記開口部の内
   側側壁の2層配線上に形成されたバリアメタル層と、少
   なくとも前記開口部底面の2層配線と前記バリアメタル
   層に接触しかつ前記開口部及び２−３層間絶縁膜を被覆
   している透明導体膜を含んでなることを特徴とする半導
   体薄膜装置。
2. 【請求項２】 ２層配線の材質がＡｌ、バリアメタル層
   の材質がＴｉ、透明導体膜の材質がＩＴＯである、請求
   項１に記載の半導体薄膜装置。
3. 【請求項３】 １層配線上に１−２層間絶縁膜を被覆
   し、該１−２層間絶縁膜に１−２層間スルーホールを形
   成し、該１−２層間絶縁膜表面及び前記スルーホール内
   壁表面に２層配線を被覆し続いて該２層配線表面にバリ
   アメタル層を被覆し、該バリアメタル層表面に２−３層
   間絶縁膜を被覆し、該２−３層間絶縁膜及びバリアメタ
   ル層を、１−２層間絶縁膜の前記１−２層間スルーホー
   ルに対応する開口側壁に形成されている少なくとも下部
   のバリアメタル層が残るようにエッチングし、前記２層
   配線、バリアメタル層及び２−３層間絶縁膜を被覆する
   ように透明導体膜を形成することを特徴とする半導体薄
   膜装置の製造方法。