JP3382467B2 - アクティブマトリクス基板の製造方法 - Google Patents

アクティブマトリクス基板の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、アクティブマトリ
クス基板の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体装置には、半導体基板もしくは半
導体層と外部とを接続する配線が通常設けられている。
このような配線としては、Al(アルミニウム)配線が
一般的である。Al配線の例として、’94VLSI S
ymp.で報告されたCMP(Chemical Mechanical Polish
ing)を用いたダマシン法によるAl配線もしくはAl電
極の形成方法がある。これについて図14を用いて説明
する。まず、シリコン基板60上に熱酸化膜61、層間
絶縁膜62を形成する(図14(a))。層間絶縁膜6
2をパタ−ニングし、Al埋め込みパタ−ン63を形成
する(図14(b))。スパッタリング法を用いてAl
膜64を形成する(図14(c))。このときAl膜6
4の厚さは、Al埋め込みパタ−ン63の段差よりも大
きくする。次いで、Al膜64をCMP研磨し、Al電
極65を形成する(図14(d))。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たダマシン法による配線もしくは電極形成においては、
実際には図15(e)に示したようにAl電極65の中
央部がくぼむディッシングと呼ばれる形状を生ずる。こ
れは、Alに代表されるメタル層とp−SiOに代表さ
れる絶縁層におけるCMPの研磨レ−トの異なる材料が
同一の研磨面内に混在する場合、研磨布が変形可能であ
るため、研磨レ−トの大きな材料が余分に研磨されて生
ずるものである。Alとp−SiOではAlの研磨レ−
トがp−SiOに比べて4〜5倍大きいためAl電極6
5にディッシングが生ずる。このディッシングは、図1
6に示すようにAl電極の寸法が大きくなるに従い大き
くなり、300μmの大きさのAl電極では約3000
Åのディッシングが生じる。ワイヤボンディングを行う
パッド部のように、数百μmの大きさのAl電極の場合
には図15(f)に示すように大きなディッシングによ
りAl電極65の一部が消失し、ワイヤボンディングが
不可能となり、素子の歩留まりを下げる原因ともなって
いる。また、Al配線においては、ディッシングにより
配線抵抗が増大し、素子の特性を劣化させる原因ともな
る。
【0004】本発明の目的は、ディッシング量を小さく
なした金属画素電極を用いたアクティブマトリクス基板
の製造方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成する本
発明のアクティブマトリクス基板の製造方法は、次のと
おりのものである。
【0006】即ち、本発明のアクティブマトリクス基板
の製造方法は、信号線部、走査線部及びトランジスタ部
を有する半導体基板を用意する第1工程、前記半導体基
板の表面上に、窒化シリコン(50)からなる第1絶縁
層を形成する第2工程、前記第1の絶縁層上に酸化シリ
コン(51)からなる第2絶縁層を形成する第3工程、
開口部(53)内に第2絶縁層の残された絶縁領域(5
2)を形成するように、前記第1絶縁層をエッチングス
トッパーとして使用しながら、前記第2絶縁層をエッチ
ングすることによって、前記第2絶縁層をパターニング
し、これによって、該開口部(53)を形成する第4工
程、該開口部内にトランジスタ部まで延びたコンタクト
ホール(54)を形成し、該コンタクトホール内を金属
(55)で埋め込む第5工程、前記第5工程を経た半導
体基板上に、アルミニウム(56)を被覆する第6工
程、及び前記第2絶縁層の残された絶縁領域(52)を
研磨ストップ部として使用しながら、前記第4工程の開
口部以外に位置する第2絶縁層及び前記第6工程のアル
ミニウムを研磨し、これによって、研磨された第2絶縁
層によって互いに絶縁分離された金属画素電極(56)
を形成する第7工程を有することを特徴とするものであ
る。
【0007】
【0008】
【0009】本発明で、導電性材料あるいは画素電極は
Alであるのがいい。また、異なる領域あるいは異なる
材料は、SiOまたはSiNであるのがいい。
【0010】本発明のアクティブマトリクス基板の製造
方法は、一般のICの製造方法を含め、表示部と駆動部
が一体となった一体型液晶表示装置の製造法にも適用す
ることが出来る。また、本発明の方法による半導体装置
は、アクティブマトリックス基板に適用することがで
き、このアクティブマトリックス基板は、液晶表示装置
やDMD(Digital Micromirror
Device)などの表示デバイスに用いることができ
る。
【0011】
【発明の実施の形態】図1〜図4を参照して説明する。
以下、順をおって、本発明の半導体装置を形成する手順
について説明する。なお、説明に際して、これらの図に
おいては、半導体装置のワイヤボンディング部であるパ
ッドのみを示しており、トランジスタ部、配線部等は、
通常の半導体プロセスを用いて形成するものとする。
【0012】まず、半導体基板1を熱酸化し、厚さ80
00Å程度のフィ−ルド酸化膜2を形成する。例えば、
MOSトランジスタのゲ−ト電極形成と同時にポリシリ
コン3を厚さ4400Å程度に形成する。ポリシリコン
3は、パッド部を後のCMP工程の前に、ウエハ面内で
最も高く形成するために設ける。次ぎにBPSG(Bo
vo−Phospho−Silicate Glas
s)4を厚さ8000Å程度に成膜する(図1
(a))。つぎに、配線材料であるAl(アルミニウ
ム)膜5を形成する(図1(b))。次に、プラズマC
VD(Chemical Vaper Deposit
ion)によりp−SiN6、p−SiO7を積層する
(図1(c))。本願で、p−SiN,p−SiOと
は、プラズマCVDで形成したSiN領域SiO領域を
表す。次にp−SiO7をパタ−ニングし、パッド内部
に島状の研磨ストップ部8を形成する(図1(d))。
パタ−ニングにおけるドエライエッチング、ウエットエ
ッチングの際p−SiN6はエッチングのストッパ−層
として機能し、ドライエッチングにおけるp−SiOと
の選択比は約3、BHF(バッファ−ド弗酸)を用いた
ウエットエッチングにおける選択比は6程度である。ス
ル−ホ−ル9を形成する(図2(e))。CVD法を用
いてタングステン膜をスル−ホ−ル9内に選択的に堆積
させ、タングステンプラグ10を形成する(図2
(f))。ここではスル−ホ−ル9の埋め込みにタング
ステンを用いた例を示したが他の金属、例えばAl、T
i等を用いることもできる。スッパタリング法等を用い
てAl膜11を形成する(図2(g))。ここでAl膜
11の厚さはp−SiO7の厚さよりも厚くする。次ぎ
にCMP(chemical mechanical polishing)によりウエ
ハ表面を研磨し、デバイス表面を平坦にすると共に、A
l電極12からなるパッド部を他の電極から絶縁する
(図2(h))。実際のCMP研磨には、例えば(株)
スピ−ドファム製CMP−224CMP装置、研磨布と
してPolitex DG、スラリ−として(株)フジ
ミ製PLANERLITE5102を用い、例えばスラ
リ−流量100ml/min、PLATEN SPEE
D/CARRIER SPEEDを40rpm/39r
pm、ウエハ押し付け圧力200g/cm2 の研磨条件
で行うことができる。また、(株)エバラ製作所製EP
O−114CMP装置、研磨布にSUPREME RN
−H(D51)、スラリ−に(株)フジミ製PLANE
RLITE5102を用い、スラリ−流量200ml/
min、PLATEN SPEED/CARRIER
SPEEDを50rpm/49rpm、ウエハ押し付け
圧力200g/cm2 の条件で研磨を行っても同様の結
果が得られる。CMP研磨後の洗浄は、純水を電気分解
して作る電解イオン水のpH=7を越える陰極水を用い
たメガソニックスピン洗浄を行った後、PVAのブラシ
を用いたスクラブ洗浄で行う。上記電解イオン水の陰極
水にNH4 OHを0.01ppm加えた洗浄液を用いた
メガソニックスピン洗浄は、更にパ−ティクル除去の効
果が大きい。
【0013】図3(i)は図1(a)の斜視図、図3
(j)は図1(b)の斜視図、図3(k)は図1(d)
の斜視図、図4(l)は図2(h)の斜視図である。図
4(m)は、図2(h)、図4(l)を表面から見た平
面図である。図3(k)に示すように研磨ストップ部8
は、柱状に形成し、図4(l)、図4(m)に示すよう
にAl電極12を電気的に分離しないように形成する。
【0014】本形態の特徴点は、パッド部なるAl電極
12のパタ−ン内部に、研磨ストップ部8を設けたこと
であり、これによりCMP研磨時に生ずるAl電極12
のディッシングを小さくし、オ−バ−研磨によるAl電
極12の消失を防ぐことができる。即ち、メタルCMP
プロセスの歩留まりを向上させることができる。なお、
図4(m)においては研磨ストップ部8を正方形とした
が、正5角形、正6角形等の正多角形にすることも可能
である。Al電極12上の任意の点から研磨ストップ部
8、もしくはAl電極12の側壁までの最短の距離は5
0μm以下とするのが好ましい。
【0015】
【実施例】
(実施例1)図5および図6を用いて説明する。これら
の図は、図4(m)と同様にパッド部の平面図である。
図5(a)においては、研磨ストップ部8をストライプ
状に形成した。図5(b)においては、研磨ストップ部
8の断面形状を多角形にした。図6(c)においては、
研磨ストップ部8の断面形状を3角形にした。図6
(d)においては、研磨ストップ部8の断面形状を円形
あるいは楕円形にした。図6(e)においては、研磨ス
トップ部8の断面形状を任意かつ複数の形状とした。図
5(a)〜図6(e)のいずれの図においても、Al電
極12上の任意の点から研磨ストップ部8、もしくはA
l電極12の側壁までの最短の距離は50μm以下であ
ることが望ましい。本例の特徴点は研磨ストップ部8の
断面形状を任意の形状に形成したことであり、これによ
り、Al電極12のCMP研磨時のディッシングを小さ
くし、パッド部Al膜の消失を防ぎ、CMP工程の歩留
まりを向上させることができる。
【0016】(実施例2)図7を用いて説明する。図7
は図4(m)と同じくパッド部の平面図である。図7に
おいて、5は下層のAl配線、12は、上層のAl電極
である。8は研磨ストップ部、9はAl配線5とAl電
極12を電気的に結ぶスル−ホ−ルである。本例の特徴
は、研磨ストップ部を格子状にし、同一パッド部のAl
電極12を複数のセグメントに分離し、各のAl電極1
2のセグメントをスル−ホ−ル9、Al配線によって電
気的に結んでいる点である。これによりAl電極12の
ディッシングをより小さくし、Al電極12の消失が防
げるため、CMP工程の歩留まりが向上する。なお、各
のAl電極12のセグメントは、複数の任意の形状に形
成することができ、Al電極12のセグメント上の任意
の点から研磨ストップ部8までの最短の距離は100μ
m以下とするのが望ましい。
【0017】(実施例3)図8及び図9を用いて説明す
る。図8(a)において、1は半導体基板、2は半導体
基板1を熱酸化して形成した熱酸化膜、4はBPSG
(Boro−Phospho−Silicate Gl
ass)、20はp−SiOである。p−SiO20を
パタ−ニングし、研磨ストップ部8を形成する(図8
(b))。パタ−ニングの際のドライエッテイングもし
くはウエットエッチングは、時間制御により、所望の深
さのパタ−ンを形成する。スパッタリング法等を用い
て、Al膜5を形成する(図8(c))。Al膜5の厚
さは図8(b)で形成したパタ−ンの深さよりも大きく
形成する。CMP研磨によりAl配線5を形成する(図
8(d))。なおCMPの研磨条件、洗浄条件は、上述
した例と同様とすることができる。p−SiN21を成
膜する(図8(e))。これ以降、第二のAl膜、第三
のAl膜等、同様の方法で多層配線を形成することがで
きる。図9(f)は図8(b)の斜視図、図9(g)は
図8(d)の斜視図である。図8(a)乃至図8(d)
はダマシン法によるAl配線5の形成方法であり、本例
の特徴はAl配線5の内部に島状の研磨ストップ部8を
設けたことである。この研磨ストップ部8は、図9
(f)、図9(g)に示すように同一のAl配線5を電
気的に分離しないように島状に形成され、その断面形状
は前述したように、任意の複数の形状に形成することが
できる。この研磨ストップ部8の配置方法は、Al配線
5上の任意の点から研磨ストップ部8、あるいはAl電
極5側壁までの最短の距離が10μm以下となるように
配置するのが望ましい。以上の工程によりAl配線5の
CMP研磨によるディッシングを200Å以下に押さえ
ることができる。これによりディッシングによる配線抵
抗の増大と、配線抵抗のバラツキを抑えることができ
る。また、デバイスの安定化、高歩留まりが実現でき
る。
【0018】(実施例4)図10〜図13を用いて、以
下、順を追って説明する。図10(a)に示されるよう
に、2.0〜3.0Ω・cmのN型シリコン基板30を
熱酸化し、厚さ7000Åの熱酸化膜を形成した後、B
HFのウエットエッチングによりP型ウェルのパタ−ン
を形成する。P型ウェルのインプラ前にN型Si基板3
0を500Å熱酸化しP型ウェルバッファ−酸化膜を成
膜した後、ボロンをド−ズ量9×1012cm-2、加速電
圧60KeVでイオン注入する。31と32の熱酸化膜
をBHFを用いたエッチングにより除去した後、115
0℃、840minのアニ−ルによりP型ウェル33を
形成する(図10(b))。Si基板30を熱酸化し、
350Åの熱酸化膜34を形成後、低圧CVD法により
SiN膜35を形成する。ドライエッチングによりSi
N膜35をパタ−ニング後、Si基板30の熱酸化によ
り8000Åのフィ−ルド酸化膜を形成する(図10
(c))。SiN膜35を熱リン酸を用いたウエットエ
ッチングにより除去後、厚さ350Åのバッファ−熱酸
化膜を形成する。次いで厚さ700Åのpoly−Si
38を形成する。レジスト39のパタ−ニングにより、
後に薄膜トランジスタ(TFT)を形成するpoly−
Si38の部分にのみBF2 をド−ズ量1×1012cm
-2、加速電圧35KeVでイオン注入する。レジスト除
去後、1100℃で60minアニ−ルを行う(図10
(d))。poly−Si38をパタ−ニング後、バッ
ファ−酸化膜37をBHFを用いたエッチングにより除
去し、850Åのゲ−ト酸化膜を形成する。
【0019】poly−Siのゲ−ト電極40を形成
後、イオン注入によりNLD41,NSD42,PLD
43,PSD44を形成する。各の拡散層の形成におけ
る、ド−ズ量/加速電圧は、NLD41がPを1×10
13cm-2/95KeV、NSD42がPを5×1015
-2/95KeV、PLD43がBを1.5×1012
-2/40KeV、PSD44がBを3×1015cm-2
/100KeVであり、全イオン注入後、950℃、6
0minのアニ−ルにより拡散層を活性化させる(図1
0(e))。BPSG45を7000Å成膜後、BPS
G45にコンタクトホ−ルをパタ−ニング形成し、Al
膜46を成膜、Al配線46をパタ−ニング形成する
(図11(f))。Al配線46の構成は、Ti100
0Å/TiN2000Å/AlSi4000Å/TiN
1000Åとなっており、Al配線46のシ−ト抵抗は
0.1Ω/□以下となっている。層間絶縁膜47を10
000Å、P−SiN48を2700Å成膜する(図1
1(g))。層間絶縁膜47は、P−SiO4000Å
/SOG2000Å/P−SiO4000Åの構成とな
っており、SOGには、東京応化工業(株)製T−10
を用い、段差を緩和した。Ti49を3000Å成膜
し、パタ−ニング後P−SiN50を3000Å、P−
SiO51を1000Å形成する(図11(h))。p
−SiO51をパタ−ニングし、CMP研磨のストップ
部52とダマシン法によりAlが残る部分53を形成す
る。次いで、スル−ホ−ル54をパタ−ニング形成する
(図12(i))。スル−ホ−ル54をCVD法による
タングステン膜により選択的に埋め込みタングステンプ
ラグ55を形成した。スパッタリング法によりAl電極
56を10000Å以上研磨することによりAl電極5
6の電極を形成する(図12(j))。CMP研磨条件
と、CMP研磨後の洗浄条件は上述の実施例と同じであ
る。また、タングステンプラグ55は、アルミニウム等
の他の金属で置き換えることもできる。
【0020】図13(k)は、図12(j)のAl電極
56部分の斜視図である。この部分は反射型液晶ディス
プレイの画像表示部に相当する。本例の特徴点は、反射
型液晶ディスプレイの反射電極であるAl電極56の内
部にCMPの研磨ストップ部52を設けたことにある。
これによりAl電極56のディッシング量を小さくする
ことができる。このため反射電極であるAl電極56に
入射した光は同一方向に反射され、反射型液晶ディスプ
レイの輝度及びコントラストの向上が図れる。図13
(k)で示した画素電極基板は、所謂アクティブマトリ
クス基板であり、トランジスタのソ−スには信号線が、
ゲ−トには走査線が接続され、画素電極である反射電極
は、トランジスタのドレインに接続されている。そして
反射電極の内部には研磨ストップ部52が設けられてい
る。即ち、図13(k)に示したアクティブマトリクス
基板は、要するに、複数の信号線と複数の走査線との交
差部に対応して設けられた画素電極、該画素電極に電圧
を印加する手段、を有するアクティブマトリクス基板で
あって、前記画素電極の領域内には該画素電極を構成す
る金属とは異なる材料で構成された領域が存在させるよ
うにしてある。なお、研磨ストップ部52の断面形状
は、前述の実施例でも示したように任意の形状とするこ
とができ、また研磨ストップ部52をAl電極56内部
に複数個形成することもできる。任意のAl電極56上
の点から最短の研磨ストップ部52もしくはAl電極5
6の側壁までの距離を10μm以下とすることにより、
ディッシングの量を100Å以下にすることができる。
なお、本例では画素表示部のスイッチングトランジスタ
をTFTで構成したが、Si基板30に拡散層を形成し
て構成されるトランジスタを用いることもできる。本例
の説明には、液晶材料を用いた表示装置を例に挙げた
が、本発明の適用はこれに限られるものではなく、ミラ
−電極(反射電極)の角度を電圧により変化させる装置
の電極、パッド構造等にも適用できる。
【0021】
【発明の効果】以上、詳細に説明したとおり、本発明の
半導体装置及びアクティブマトリクス基板の製造方法
は、電極もしくは配線のディッシングを小さく抑えるこ
とができる。これにより、配線については、配線抵抗の
バラツキが極めて低く抑えられるため、半導体装置の特
性は非常に優れたものとなる。また、電極についても、
極めて平面に近いものとなるため、本発明のアクティブ
マトリクス基板の製造方法は、表示画像の輝度向上と、
コントラスト向上を実現させるものとなる。
【0022】また、本発明の半導体装置及びアクティブ
マトリックス基板は配線については、配線抵抗のきわめ
て小さいものになり電極については平面に近いものにな
り表示画像の輝度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体装置の製造工程の一例を示す模
式図である。
【図2】本発明の半導体装置の製造工程の一例を示す模
式図である。
【図3】本発明の半導体装置の製造工程の一例を示す模
式図である。
【図4】本発明の半導体装置の製造工程の一例を示す模
式図である。
【図5】本発明の半導体装置の製造工程の一例を示す模
式図である。
【図6】本発明の半導体装置の製造工程の一例を示す模
式図である。
【図7】本発明の半導体装置の製造工程の一例を示す模
式図である。
【図8】本発明の半導体装置の製造工程の一例を示す模
式図である。
【図9】本発明の半導体装置の製造工程の一例を示す模
式図である。
【図10】本発明のアクティブマトリクス基板の製造工
程の一例を示す模式図である。
【図11】本発明のアクティブマトリクス基板の製造工
程の一例を示す模式図である。
【図12】本発明のアクティブマトリクス基板の製造工
程の一例を示す模式図である。
【図13】本発明のアクティブマトリクス基板の製造工
程の一例を示す模式図である。
【図14】従来の半導体装置の製造工程の一例を示す模
式図である。
【図15】従来の半導体装置の製造工程の一例を示す模
式図である。
【図16】従来の半導体装置におけるディッシング量を
示すグラフである。
【符号の説明】
1 半導体基板 2 フィールド酸化膜 3 ポリシリコン 4BPSG 5Al膜 6p−SiN 7p−SiO 8 研磨ストップ部 9 スルーホール 10 タングステンプラグ 11 Al膜 12 Al電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/304 622 H01L 21/3205 - 21/3213 H01L 21/768 G02F 1/1368

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 信号線部、走査線部及びトランジスタ部
    を有する半導体基板を用意する第1工程、 前記半導体基板の表面上に、窒化シリコン(50)から
    なる第1絶縁層を形成する第2工程、 前記第1の絶縁層上に酸化シリコン(51)からなる第
    2絶縁層を形成する第3工程、 開口部(53)内に第2絶縁層の残された絶縁領域(5
    2)を形成するように、前記第1絶縁層をエッチングス
    トッパーとして使用しながら、前記第2絶縁層をエッチ
    ングすることによって、前記第2絶縁層をパターニング
    し、これによって、該開口部(53)を形成する第4工
    程、 該開口部内にトランジスタ部まで延びたコンタクトホー
    ル(54)を形成し、該コンタクトホール内を金属(5
    5)で埋め込む第5工程、 前記第5工程を経た半導体基板上に、アルミニウム(5
    6)を被覆する第6工程、及び前記第2絶縁層の残され
    た絶縁領域(52)を研磨ストップ部として使用しなが
    ら、前記第4工程の開口部以外に位置する第2絶縁層及
    び前記第6工程のアルミニウムを研磨し、これによっ
    て、研磨された第2絶縁層によって互いに絶縁分離され
    た金属画素電極(56)を形成する第7工程を有するこ
    とを特徴とするアクティブマトリクス基板の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記研磨は、CMPによって実施する工
    程であることを特徴とする請求項1に記載のアクティブ
    マトリクス基板の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記金属画素電極(56)の側壁と前記
    第2絶縁層の残された絶縁領域(52)との間の最短距
    離を50μm以下に設定したことを特徴とする請求項1
    に記載のアクティブマトリクス基板の製造方法。
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