專利名稱：半導體裝置和半導體裝置的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體裝置，特別是涉及薄膜晶體管(TFT )及其制造方法。
背景技術：
一般地，液晶顯示裝置、有機EL裝置、無機EL裝置等顯示裝置是在 具有一平坦主面的基板上把配線圖形、電極圖形等的導電圖形順次成膜并 通過形成圖形而形成。然后在構成電極膜、顯示裝置的元件上把必要的各 種膜等順次成膜，并通過形成圖形來制作顯示裝置。
近年來，對于該種顯示裝置強烈要求大型化。為了形成大型的顯示裝 置則需要在基板上高精度形成更多的顯示元件，并把這些元件與配線圖形 電連接。這時，在基板上除了配線圖形之外還形成絕緣膜、TFT(薄膜晶體 管)元件、發(fā)光元件等以多層化的狀態(tài)形成。其結果一般是在基板上得到 臺階狀的階梯，配線圖形越過這些階梯來配線。
進而，在顯示裝置被大型化時，配線圖形自身就變長，因此需要降低 該配線圖形的電阻。消除配線圖形的階梯且把電阻變低的方法，例如被專 利文獻l、專利文獻2和專利文獻3所公開。專利文獻1 3公開了為了形 成液晶顯示器這樣的平面顯示器用配線，則在透明的基板表面形成配線并 把與它是同等高度的透明絕緣材料與配線圖形相接。在專利文獻3中還公 開了利用加熱沖壓和CMP( Chemical Mechanical Polishing化學機械研 磨)來使配線更平坦化的方法。
專利文獻l: WO2004/ 110117號
專利文獻2:特愿2005-173050號公報
專利文獻3:特開2005-210081號公報
專利文獻4:特開2002-296780號公報
專利文獻5:特開2001-188343號公報
專利文獻1中公開了通過在由樹脂圖形形成的槽中埋設配線并且進 行厚膜配線就能夠提高顯示裝置的特性。且作為配線形成方法公開了噴墨法、網(wǎng)板印刷法等方法。
但了解到所公開的方法在對基板的貼緊性上有問題。
另一方面還了解到，當如專利文獻1所記載的那樣把配線由導電性油 墨和網(wǎng)板印刷等形成時，配線的表面粗糙，且配線上形成的絕緣層等平坦 性不好。當把由導電性油墨、網(wǎng)板印刷所形成的配線作為柵極電極使用時， 由于配線表面粗糙而使通過通道的載流子傳播率惡化，被觀察到有成為高 速動作障礙的現(xiàn)象。而且還了解到在導電性油墨、網(wǎng)板印刷等中若配線微
細，則難于得到希望的形狀。例如即使想用上述方法形成寬度2(Him、長度 50pm的柵極電極，電極材料也不能到達整個面，了解到在實用上不可能形 成希望的圖形。
專利文獻2為了解決這些問題，為了提高對基板的貼緊性，所提案的 制造方法至少包括在絕緣基板上進行表面修飾的工序、在該絕緣基板上 形成樹脂膜的工序、通過把該樹脂膜形成圖形而形成收容電極或配線的凹 部的工序、向該凹部付與催化劑的工序、把該樹脂膜加熱固化的工序、利 用鍍層法在該凹部形成導電性材料的工序。柵極電極等的導電金屬層例如 由非電解鍍層法形成Cu層，在其上利用有選擇的CVD (Chemical Vapor Deposition)法而形成W層作為Cu的擴散抑制層或是利用非電解鍍層法而 形成Ni層，這樣來作為柵極電極。
根據(jù)該方法，柵極電極對基板的貼緊性被改善，且即使是寬度20pm、 長度50iam的柵極電極，也能夠與尺寸大小無關地形成希望的圖形。但了解 到即使是該方法柵極電極的表面也粗糙、柵極電極上形成的柵極絕緣層平 坦性也不好。例如由非電解鍍層法形成的Cu層表面的平坦度為Ra是 17.74nm、峰-谷值也達到193.92nm，其上形成的Ni層表面也成為平坦度為 Ra是8.58nm、峰-谷值是68.7nm。由于這種表面粗糙，所以作為柵極絕緣 膜而由CVD法形成的氮化硅表面即與半導體層的通道區(qū)域的界面也粗糙， 了解到表面擴散的結果是載流子的移動度惡化。為了在柵極絕緣膜與通道 區(qū)域的界面中維持平坦性而防止載流子的界面擴散，就需要使柵極電極的 表面平坦度為Ra在lnm以下、峰-谷值在20nm以下。
專利文獻3中作為解決配線表面粗糙問題的方法提案是利用沖壓部 件來按壓絕緣膜和埋入配線的加熱沖壓處理或是CMP處理的工序。但近年 來隨著樣品玻璃(7if—辦、，X)的基板尺寸大型化，特別是第五代1100mmxl300mm以上大小的玻璃基板中，這些使配線平坦化的方法變得不 現(xiàn)實。加熱沖壓處理的微小玻璃變形會招致破損，且CMP的大型玻璃基板 全面均勻研磨非常困難，帶來成本的增大。
且在鍍層與周圍樹脂膜之間產(chǎn)生間隙的現(xiàn)象也被觀測到。原因認為是 鍍層處理時的高溫使樹脂膨脹，而鍍層形成后收縮的緣故。若存在這種間 隙，則柵極絕緣膜出現(xiàn)電場集中而產(chǎn)生絕緣被破壞，4冊極電極與通道區(qū)域 短路。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種柵極絕緣膜的平坦性優(yōu)良的薄膜晶體管 (TFT)及其制造方法。
本發(fā)明的其他目的在于提供一種解決了柵極電極表面粗糙度和與周圍 絕緣層的間隙問題的半導體裝置及其制造方法。
本發(fā)明的又其他目的在于提供一種具有界面平坦性優(yōu)良的薄膜晶體管 的顯示裝置及其制造方法。 以下記載本發(fā)明的形態(tài)。 (第一形態(tài))
根據(jù)本發(fā)明第一形態(tài)的半導體裝置則具有基板、設置在該基板上且 具有槽的絕緣體層、設置在該槽中并使其表面與所述絕緣體層的表面大致 平坦的導電體層、設置在該導電體層上的絕緣膜、在該導電體層的至少一 部分上方并且在該絕緣膜上設置的半導體層，其中，所述絕緣膜具有絕緣
體涂布膜。
(第二形態(tài))
在所述第一形態(tài)的半導體裝置中，所述絕緣膜僅由所述絕緣體涂布膜構成。
(第三形態(tài))
在所述第 一形態(tài)的半導體裝置中，所述絕緣膜也可以具有其他的絕緣體膜。
(第四形態(tài))
在所述第三形態(tài)的半導體裝置中，所述其他的絕緣體膜優(yōu)選是絕緣體 CVD膜。(第五形態(tài))
在所述第三形態(tài)的半導體裝置中，所述其他的絕緣體膜設置在所述絕 緣體涂布膜與所述半導體層之間。 (第六形態(tài))
在所述第三形態(tài)的半導體裝置中，所述其他的絕緣體膜也可以設置在 所述絕緣體涂布膜與所述導電體層之間。 (第七形態(tài))
在所述第一形態(tài)的半導體裝置中，所述導電體層的一部分是柵極電極， 該柵極電極上的所述絕緣膜是柵極絕緣膜，所述半導體層設置在所述柵極 絕緣膜上。
(第八形態(tài))
在所述第七形態(tài)的半導體裝置中，源極電極和漏極電極的至少一個與 所述半導體層電連接。 (第九形態(tài))
根據(jù)本發(fā)明第九形態(tài)的半導體裝置，基板上的絕緣體層設置槽，在該 槽中作為導電體層形成柵極電極以使其表面與所述絕緣體層的表面大致平 坦，在該柵極電極上經(jīng)由柵極絕緣膜而配置半導體層，源極電極和漏極電 極的至少一個與該半導體層電連接，其中，具有把所述柵極絕緣膜設置在
所述柵極電極上的絕緣體涂布膜和在其上形成的絕緣體CVD膜。 (第十形態(tài))
在所述第七或第九形態(tài)的半導體裝置中，所述絕緣體涂布膜其表面的 平坦度為Ra是lnm以下，峰-谷值是20nm以下。 (第十一形態(tài))
在所述第七或第九形態(tài)的半導體裝置中，所述柵極電極其表面的平坦 度為Ra是3nm以上，峰-谷值是30nm以上。 (第十二形態(tài))
在所述第 一或第九形態(tài)的半導體裝置中，所述基板實質(zhì)上是透明的絕 緣體基板，所述絕緣體層實質(zhì)上是透明的樹脂層。 (第十三形態(tài))
在所述第十二形態(tài)的半導體裝置中，所述樹脂層由含有堿可溶性脂環(huán) 烯烴類樹脂和感射線成分的感光性樹脂組成物所形成。(第十四形態(tài))
在所述第十二形態(tài)的半導體裝置中，所述樹脂層具有從由丙烯類樹脂、 硅類樹脂、氟類樹脂、聚酰亞胺類樹脂、聚烯烴類樹脂、脂環(huán)式烯烴類樹 脂和環(huán)氧類樹脂構成的群中選擇的 一種以上的樹脂。 (第十五形態(tài))
在所述第七或第九形態(tài)的半導體裝置中，所述柵極電極至少具有基底 貼緊層、導電金屬層、導電金屬擴散抑制層。 (第十六形態(tài))
在所述第 一或第九形態(tài)的半導體裝置中，所述絕緣體涂布膜把所述導 電體層與所述絕緣體層之間的間隙填埋且在所述絕緣體層的表面上延伸。 (第十七形態(tài))
在所述第七或第九形態(tài)的半導體裝置中，所述絕緣體涂布膜實質(zhì)上是 透明的，把所述柵極電極與所述絕緣體層之間的間隙填埋且在所述絕緣體 層的表面上延伸。
(第十八形態(tài))
在所述第四或第九形態(tài)的半導體裝置中，所述絕緣體CVD膜實質(zhì)上是 透明的，并且在所述絕緣體層的表面上延伸的所述絕緣體涂布膜上延伸。 (第十九形態(tài))
在所述第 一或第九形態(tài)的半導體裝置中，所述絕緣體涂布膜是使含有 金屬有機化合物和金屬無機化合物的至少一種化合物和溶劑的液體狀涂布 膜干燥、燒制而得到的膜。 (第二十形態(tài))
在所述第一或第九形態(tài)的半導體裝置中，所述絕緣體層實質(zhì)上是透明 的樹脂層，所述絕緣體涂布膜是使含有金屬有機化合物和金屬無機化合物 的至少一個和溶劑的液體狀涂布膜干燥并在300°C以下燒制而得到的膜。 (第二十一形態(tài))
在所述第一或第九形態(tài)的半導體裝置中，所述絕緣體涂布膜的介電常 數(shù)優(yōu)選2.6以上。
(第二十二形態(tài))
在所述第四或第九形態(tài)的半導體裝置中，所述絕緣體CVD膜的介電常 數(shù)優(yōu)選4以上。(第二十三形態(tài))
在所述第七或第九形態(tài)的半導體裝置中，所述柵極絕緣膜的厚度按
EOT ( 二氧化硅換算)優(yōu)選是95nm到200nm。 (第二十四形態(tài))
在所述第四或第九形態(tài)的半導體裝置中，所述絕緣體CVD膜的厚度按 EOT (二氧化硅換算)優(yōu)選是80nm到185nm。 (第二十五形態(tài))
在所述第一或第九形態(tài)的半導體裝置中，所述絕緣體涂布膜的厚度按 EOT (二氧化硅換算)優(yōu)選是15nm到120nm。 (第二十六形態(tài))
在所述第十五形態(tài)的半導體裝置中，所述導電金屬層具有Cu、 Ag的 至少一個，所述導電金屬擴散抑制層具有從Ni、 W、 Ta、 Nb、 Ti的任一個 選擇的金屬。
(第二十七形態(tài))
根據(jù)本發(fā)明，能夠得到使用所述第一或第九形態(tài)的半導體裝置制造的 顯示裝置。
(第二十八形態(tài))
在所述第二十七形態(tài)的顯示裝置中，所述顯示裝置是液晶顯示裝置或 是有機EL顯示裝置。 (第二十九形態(tài))
根據(jù)本發(fā)明第二十九形態(tài)的半導體裝置的制造方法，其中，包括在 基板上設置具有槽的絕緣體層的工序、在該槽中形成導電體層以使其表面 與所述絕緣體層的表面大致平坦的工序、在該導電體層上形成絕緣體涂布 膜的工序、在所述絕緣體涂布膜的至少一部分上形成半導體層的工序。 (第三十形態(tài))
在所述第二十九形態(tài)的制造方法中，在形成所述絕緣體涂布膜的工序 之前或之后也可以具有形成其他絕緣體膜的工序。 (第三十一形態(tài))
在所述第二十九形態(tài)的制造方法中，優(yōu)選通過CVD來形成所述其他的 絕緣體膜。
(第三十二形態(tài))在所述第二十九形態(tài)的制造方法中，也可以把所述導電體層的 一部分 作為柵極電極，把該柵極電極上的所述絕緣體涂布膜作為柵極絕緣膜的至 少一部分，把所述半導體層設置在所述柵極絕緣膜上。 (第三十三形態(tài))
在所述第二十九形態(tài)的制造方法中，還具有所述半導體層形成源極電 才及和漏才及電極的至少 一個的工序。 (第三十四形態(tài))
在本發(fā)明第三十四形態(tài)的半導體裝置的制造方法中，其中，包括在 基板上設置具有槽的絕緣體層的工序、在該槽中形成柵極電極以使其表面 與所述絕緣體層的表面大致平坦的工序、在該柵極電極上形成絕緣體涂布 膜的工序、利用CVD在所述絕緣體涂布膜上形成電介質(zhì)膜的工序、在所述 電介質(zhì)膜上形成半導體層的工序、把源極電極和漏極電極的至少一個與該 半導體層電連接的工序。 (第三十五形態(tài))
在本發(fā)明第三十二或第三十四形態(tài)的制造方法中，形成所述絕緣體涂 布膜的工序具有把含有金屬有機化合物和金屬無機化合物的至少一種化 合物和溶劑的液體狀材料向所述柵極電極上涂布的工序、使涂布的膜干燥 的工序、把干燥的膜進行燒制的工序。 (第三十六形態(tài))
在本發(fā)明第三十二或第三十四形態(tài)的制造方法中，形成所述柵極電極 的工序具有利用鍍層法、印刷法、噴墨法或噴濺法來形成導電金屬層的工序。
(第三十七形態(tài))
在本發(fā)明第三十五形態(tài)的制造方法中，形成所述絕緣體涂布膜的工序 具有使所述液體狀材料把所述柵極電極與所述絕緣體層之間的間隙填埋， 且在所述絕緣體層的表面上延伸涂布的工序。 (第三十八形態(tài))
在本發(fā)明第二十九或第三十四形態(tài)的制造方法中，在所述基板上設置 具有槽的絕緣體層的工序具有在所述基板上形成樹脂膜的工序、通過把 該樹脂膜形成圖形而形成用于收容所述柵極電極的槽的工序。 (第三十九形態(tài))在本發(fā)明第三十五形態(tài)的制造方法中，把所述燒制在惰性氣體環(huán)境中 或大氣環(huán)境進行。
(第四十形態(tài))
根據(jù)本發(fā)明還能夠得到液晶顯示裝置或有機EL顯示裝置的制造方法， 其具有使用本發(fā)明第二十九或第三十四形態(tài)的制造方法來形成半導體裝置 的工序。
根據(jù)本發(fā)明，通過在表面粗糙的柵極電極上設置絕緣體涂布膜而能夠 使其表面的平坦度為Ra是lnm以下、峰-谷值是20nm以下。其結果是能夠 把柵極絕緣膜的表面平坦化，與通道區(qū)域的界面變平坦而防止載流子的界 面擴散，達到高的載流子移動度。且把柵極電極與其周圍絕緣層之間的間 隙填埋，提供從柵極電極上達到絕緣層表面上的平坦表面，能夠防止柵極 絕緣膜的被破壞。


圖1是表示本發(fā)明第一實施例薄膜晶體管結構一例的剖面圖2是把圖1所示薄膜晶體管的柵極電極部結構一例放大表示的剖面
圖3是用于把圖l所示的薄膜晶體管制造方法一例按工序順序說明的 剖面圖4是用于把圖1所示的薄膜晶體管制造方法一例按工序順序說明的 剖面圖5是用于把圖1所示的薄膜晶體管制造方法一例按工序順序說明的 剖面圖6是用于把圖1所示的薄膜晶體管制造方法一例按工序順序說明的 剖面圖7是用于把圖1所示的薄膜晶體管制造方法一例按工序順序說明的 剖面圖8是表示本發(fā)明第一實施例薄膜晶體管中外涂層膜FIB剖面的照片
的圖9是表示本發(fā)明第二實施例薄膜晶體管結構一例的剖面圖IO是把圖9所示薄膜晶體管的柵極電極部結構一例放大表示的剖面圖ll是用于把圖9所示的薄膜晶體管制造方法一例按工序順序說明的
剖面圖12是用于把圖9所示的薄膜晶體管制造方法一例按工序順序說明的 剖面圖13是用于把圖9所示的薄膜晶體管制造方法一例按工序順序說明的 剖面圖14是用于把圖9所示的薄膜晶體管制造方法一例按工序順序說明的 剖面圖15是用于把圖9所示的薄膜晶體管制造方法一例按工序順序說明的 剖面圖16是表示本發(fā)明第三實施例薄膜晶體管結構 一 例的剖面圖17是表示本發(fā)明第二實施例薄膜晶體管中外涂層膜FIB剖面的照片的圖。
具體實施例方式
使用圖來說明本發(fā)明的第 一 實施例。 [第一實施例]
圖l適用液晶顯示裝置，是表示本發(fā)明薄膜晶體管(TFT: Thin Film Transistor)結構一例的剖面圖。參照圖1，薄膜晶體管具有在玻璃基板(絕 緣基板)IO上形成的由透明感光性樹脂構成的透明樹脂膜(絕緣體層)11、 透明樹脂膜11形成的達到玻璃基板IO且形成到與透明樹脂膜11大致同一 高度的柵極電極(導電體層)12。薄膜晶體管還具有在整個透明樹脂膜 11和柵極電極12上形成的由絕緣體涂布膜(外涂層膜)131和在其上的CVD 電介質(zhì)膜(絕緣體CVD膜)132構成的柵極絕緣膜13、經(jīng)由柵極絕緣膜13 在柵極電極12上形成的半導體層14、與半導體層14連接的源極電極15和 漏才及電才及16。
圖2是把第一實施例薄膜晶體管的柵極電極部結構放大表示的剖面圖。 圖示的柵極電極12被埋設在平坦的透明樹脂膜11所形成的槽中，從玻璃 基板10側開始到半導體層側(即從圖的下方開始順序)包括有基底貼緊 層121、催化劑層122、導電金屬層123和導電金屬擴散抑制層124。如圖所示，使柵極電極12的表面與透明樹脂膜11的表面被形成大致是同一平 面地埋設在透明樹脂膜11的槽中。因此，柵極電極12上部結構的平坦性 被確保，但微觀看時則平坦性有問題。即，以前非電解鍍層的導電金屬層
123(Cu層)表面的平坦度為Ra是17.74nm、峰-谷(P-V)值也達到193.92nm, 在其上形成的導電金屬擴散抑制層124 (非電解鍍層Ni層)的表面平坦度 也為Ra是8.58nm、峰-谷值是68.7nm。
本發(fā)明在柵極電極12和透明樹脂膜11上形成厚度40nm的絕緣體涂布 膜131 。該絕緣體涂布膜131把柵極電極12與透明樹脂膜11之間的間隙112 填埋，且提供不反映柵極電極12表面凹凸的Ra是0.24nm、峰-谷值是2.16nm 的平坦表面。即使柵極電極表面的平坦度為Ra是3nm以上、峰-谷值是30nm 以上，這些值也充分滿足絕緣體涂布膜所要求的Ra是lnm以下、峰-谷值 是20nm以下的值。
圖8是把鍍層配線的在柵極電極上形成絕緣體涂布膜(外涂層膜)的 結構利用FIB加工，并表示觀察剖面狀況的電子顯微鏡照片。如圖8所示， 了解到形成不依賴于基底粗糙度的平坦表面。
其結果是，利用CVD法在絕緣體涂布膜(外涂層膜)131上形成的厚 度150 160nm的氮化硅電介質(zhì)膜(CVD電介質(zhì)膜)132的表面能夠得到Ra 是0.70nm、峰-谷值是7.54nm的平坦性(圖2 )。該結果由于能夠使在柵極 絕緣膜13上形成的半導體層不產(chǎn)生由柵極電極引起的凹凸地形成薄膜晶體 管(TFT)，所以能夠大幅度提高載流子的移動度。
作為絕緣體涂布膜(外涂層膜)131能夠使用SOG (旋涂式玻璃法久 匕°乂才^#，義)。SOG膜能夠根據(jù)成為膜的硅氧烷成分和作為溶劑的酒精 成分等來調(diào)整。把該溶液利用旋轉涂布法向基板上涂布，通過熱處理使溶 液等蒸發(fā)，當膜固化就形成SOG絕緣膜。所說的SOG是這些溶劑和形成的 膜的總稱。SOG按照硅氧烷的結構被分類為石英玻璃、烷基硅氧烷聚合 物、烷基倍半硅氧烷聚合物(MSQ)、氫化倍半硅氧烷聚合物(HSQ)、氫 化烷基倍半硅氧烷聚合物(HOSQ)。若按照涂布材料分類，則硅玻璃是第 一代無機SOG，烷基硅氧烷聚合物是第一代有機SOG， HSQ是第二代無機 SOG， MSQ和HOSQ是第二代有機SOG。關于涂布膜的說明是，這些多在 50(TC以上進行燒制，在使用任何透明樹脂層時由于不能設定成高溫，所以 使用燒制溫度是300。C以下的。代替以上這樣的Si有機化合物、Si無機化合物，也能夠使用把其他有機金屬化合物、金屬無機化合物的至少一個溶
解為有機溶劑的(特別是燒制溫度是300。C以下的)。作為其他金屬能夠例 舉Ti、 Ta、 Al、 Sn、 Zr等。
在此，由絕緣體涂布膜131和其上的CVD電介質(zhì)膜132構成的柵極絕 緣膜13的厚度若過厚，則晶體管的驅(qū)動能力惡化，且由于柵極容量增加而 招致信號延遲，所以在氮化硅電介質(zhì)膜的情況下優(yōu)選350~360nm左右以下， EOT是200nm以下。所謂的EOT是用膜的平均介電常數(shù)除以二氧化硅的介 電常數(shù)，對其商乘以膜厚度所得到的二氧化硅換算膜厚度。柵極絕緣膜13 的厚度若過薄，則漏電電流增加，由于如果是通常的液晶顯示裝置則以最 大15V的電壓加在TFT的柵極與源極之間，所以優(yōu)選耐壓15V以上，因此 優(yōu)選EOT是95nm以上。
絕緣體涂布膜131的厚度，為了得到不依賴于基底粗糙度的平坦表面 (當基底的表面粗糙度為峰-谷值是30nm左右時)，則其物理膜厚度最低需 要40nm。該膜的介電常數(shù)會有不同，但考慮介電常數(shù)最大是10左右時， 優(yōu)選是EOT是15nm以上。且優(yōu)選最高膜厚度是120nm左右以下。
CVD電介質(zhì)膜132的厚度，在把耐壓為主考慮到引入該膜中時，則優(yōu) 選EOT是80nm以上，其上限優(yōu)選設定為200nm - 15nm = 185nm。也可以 如后述第三實施例那樣把CVD電介質(zhì)膜132不是形成在絕緣體涂布膜131 之上而是形成在下側，也可以如后述第二實施例那樣省略。
優(yōu)選絕緣體涂布膜131的介電常數(shù)是2.6以上，CVD電介質(zhì)膜132的 介電常數(shù)是4.0以上。
下面使用圖來說明上述第 一 實施例薄膜晶體管的形成方法。
圖3 圖7是把第一實施例薄膜晶體管的制造方法按工序順序表示的模 式圖。首先參照圖3，作為基板而準備玻璃基板10。作為該玻璃基板也可 以是為了形成30英寸以上大型畫面的大型基板。"fc該玻璃基^l用0.5%體積 的氫氟酸水溶液進行IO秒鐘處理，用純水進行水洗來4巴表面的污染洗凈除 去。然后，通過向純水添加氫氧化鈉而把pH控制在10的水溶液中以0.1% 體積的濃度溶解硅烷偶合劑即氨基丙基乙氧基硅烷，把玻璃基板10以這樣 的硅烷偶合劑溶液進行處理，即在室溫下以該硅烷偶合劑溶液浸漬30分鐘， 使玻璃基板表面吸附硅烷偶合劑。然后在加熱板上以110。C處理60分鐘， 使硅烷偶合劑與玻璃基板表面化學結合，變成基底貼緊層(厚度10nm)121。通過這樣形成基底貼緊層121，實質(zhì)上是在玻璃基板IO表面配置了氨基， 能夠制作金屬絡合物容易配位的結構。由于硅烷偶合劑通常是透明的，所 以即使形成在玻璃基板10的整個面上也能夠得到本發(fā)明的效果，且根據(jù)得 到玻璃基板10與后工序使用的透明感光性樹脂貼緊性的觀點來看是優(yōu)選的。
在形成基底貼緊層121后，使用旋轉器把陽性感光膠液向基底貼緊層 121的表面涂布，通過在加熱板上以IO(TC進行120秒鐘的加熱預烘熱處理， 形成具有2pm厚度的感光性透明樹脂膜11。上述的陽性感光膠液使用專利 文獻4(特開2002-296780號公報)記載的含有堿可溶性脂環(huán)烯烴類樹脂的。 作為形成透明膜的有機材料，能夠使用從由丙烯類樹脂、硅類樹脂、氟類 樹脂、聚酰亞胺類樹脂、聚烯烴類樹脂、脂環(huán)式烯烴類樹脂和環(huán)氧類樹脂 構成的群中選擇的透明樹脂。但按照使以后的工序變?nèi)菀椎挠^點來看，作 為透明膜以含有堿可溶性脂環(huán)烯烴類樹脂和感射線成分的感光性透明樹脂 膜為適合，特別是如專利文獻4或?qū)＠墨I5 (特開2001-188343號公報) 所詳述的那樣，優(yōu)選使用感光性透明樹脂組成物。
參照圖4，形成感光性透明樹脂膜11后，利用掩膜對準器并經(jīng)由掩膜 圖形把g、 h、 i線的混合光有選擇地向感光性透明樹脂膜11照射。然后， 使用0.3%重量的氫氧化四曱基銨水溶液進行90秒的顯影，之后用純水進行 60秒的沖洗處理，在玻璃基板IO上形成具有規(guī)定圖形的槽。然后在氮環(huán)境 中進行230。C、 60分鐘的熱處理，使感光性透明樹脂膜11固化。接著把它 在氯化把一鹽酸水溶液(氯化4巴0.005%體積、鹽酸0.01%體積)中以室溫 浸漬3分鐘，再用還原劑(上村工業(yè)(株)制還原劑MAB-2)處理水洗， 在形成的槽內(nèi)有選擇地付與鈀催化劑(催化劑層厚度10 50nm) 122。
參照圖5，把被付與了鈀催化劑122的基板浸漬在銅非電解鍍層液(上 村工業(yè)(林)制PGT)中，在所述槽內(nèi)有選擇地形成銅層123 (導電金屬層 厚度1.9pm)。銅層123優(yōu)選為僅以接續(xù)的擴散抑制膜(導電金屬擴散抑制 層)124膜厚度的量，并且在比感光性透明樹脂膜11的表面高度低的位置 完戍處理。然后，浸漬在鎳非電解鍍層液中，在銅層123上形成鎳的擴散 抑制膜124 (厚度O.lpm)。在此，優(yōu)選導電金屬層123具有Cu和Ag的至 少一個，擴散抑制膜(導電金屬擴散抑制層)124具有從Ni、 W、 Ta、 Nb、 Ti的任一個中選擇的金屬。導電金屬層除了鍍層法之外，也可以通過印刷法、噴墨法或噴濺法來形成。例如，在噴濺法的情況下，金屬在Cu和Ag
之外以Al為適合，在使用Al的情況下則能夠省略擴散抑制膜(導電金屬
擴散抑制層)。
參照圖6，接著，從柵極電極12表面延伸到感光性透明樹脂膜11表面 地形成絕緣體涂布膜131。絕緣體涂布膜131是如下得到的涂布把Si有 機化合物即有機硅氧烷溶解在有機溶劑(丙二醇單甲醚)中的液體，以120°C 在大氣中保持90秒使干燥，接著在大氣中(也可以在氮氣中)以180。C進 行1小時燒制。然后在微波激發(fā)RLSA等離子處理裝置中使SisN4膜(氮化 硅電介質(zhì)膜)132進行CVD生長，制作柵極絕緣膜13。然后利用公知的 PECVD( Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)法連續(xù)堆積非 晶硅膜141、 n+型非晶硅膜142，利用光刻法和公知的RIE (Reactive Ion Etching)法把柵極電極12上及其周邊部除去，把非晶硅膜的一部分除去。
參照圖7,接著利用公知的噴濺法等按Ti、 Al、 Ti的順序進行成膜以 作為源極電極和漏極電極，利用光刻法形成圖形，形成源極電極15和漏極 電極16。然后，把形成的源極電極15和漏極電極16作為掩膜而利用公知 的方法腐蝕n+型非晶硅膜142，把源極區(qū)域與漏極區(qū)域進行分離。接著利 用公知的PECVD法形成作為保護膜的硅氮化膜(未圖示)，完成第一實施 例的薄膜晶體管。
使用圖來說明本發(fā)明的第二實施例。
圖9適用液晶顯示裝置，是表示本發(fā)明第二實施例薄膜晶體管(TFT) 結構的剖面圖。薄膜晶體管具有在玻璃基板(絕緣基板)10上形成的由 透明感光性樹脂構成的透明樹脂膜11、在透明樹脂膜11上形成的達到玻璃 基板10且形成到與透明樹脂膜11大致同一高度的柵極電極12、在整個透 明樹脂膜11和柵極電極12上形成的由絕緣體涂布膜構成的柵極絕緣膜 133、經(jīng)由柵極絕緣膜133在柵極電極12上形成的半導體層14、與半導體 層14連接的源極電極15和漏極電極16。
圖10是把第二實施例薄膜晶體管的柵極電極部結構放大表示的剖面 圖。圖示的柵極電極12從玻璃基板10側開始到半導體層側(即從圖的下 方開始順序)包括有基底貼緊層121、催化劑層122、導電金屬層123和 導電金屬擴散抑制層124。柵極電極12被埋設在平坦的透明樹脂膜11所形成的槽中。如圖所示，使柵極電極12的表面與透明樹脂膜11的表面被形
成大致是同一平面地埋設在透明樹脂膜11的槽中。因此，雖然柵極電極12
上部結構的平坦性被確保，但微觀看時則平坦性有問題。即，以前由非電
解鍍層形成的導電金屬層123 (Cu層)表面的平坦度為Ra是17.74nm、峰 -谷值也達到193.92nm,在其上形成的導電金屬擴散抑制層124 (非電解鍍 層Ni層)的表面平坦度也為Ra是8.58nm、峰-谷值是68.7nm。
本發(fā)明在導電金屬擴散抑制層124上形成厚度250nm的絕緣體涂布膜 (柵極絕緣膜)133。利用該絕緣體涂布膜133把柵極電極12與透明樹脂 膜11之間的間隙112填埋，且能夠提供不反映柵極電極12表面凹凸的具有 Ra是0.30nm、峰-谷值是3.55nm平坦表面的柵極絕緣膜。圖17是在該柵極 電極上形成絕緣體涂布膜的柵極絕緣膜的結構，并表示觀察剖面狀況的電 子顯微鏡照片。如圖17所示，了解到形成不依賴于基底粗糙度的平坦表面。
其結果是，能夠使在柵極絕緣膜上形成的半導體層不產(chǎn)生由柵極電極 12引起的凹凸地形成薄膜晶體管(TFT)。由此，能夠大幅度提高載流子的 移動度，而且在柵極絕緣膜的成膜工序中省略了用于形成CVD電介質(zhì)膜的 CVD工序，以簡易的涂布工序進行成膜，能夠?qū)崿F(xiàn)工序的筒略化。
下面使用圖來說明上述第二實施例薄膜晶體管的形成方法。
圖11 圖15是把第二實施例薄膜晶體管的制造方法按工序順序表示的 模式圖。首先參照圖11,作為基板而準備玻璃基板10。作為該玻璃基板也 可以是為了形成30英寸以上大型畫面的大型基板。把該玻璃基板進行0.5% 體積的氫氟酸水溶液IO秒鐘處理，用純水進^^水洗來4巴表面的污染洗凈除 去。然后，通過向純水添加氫氧化鈉而把pH控制在10的水溶液中以0.1% 體積的濃度溶解硅烷偶合劑即氨基丙基乙氧基硅烷，把玻璃基板10以這樣 的硅烷偶合劑溶液進行處理，即在室溫下以硅烷偶合劑溶液浸漬30分鐘， 使玻璃基板10表面吸附硅烷偶合劑。然后在加熱板上以110。C處理60分鐘， 使硅烷偶合劑與玻璃基板10表面化學結合，變成基底貼緊層(厚度10nm ) 121。通過這樣形成基底貼緊層121，實質(zhì)上是在基板表面配置了氨基，能 夠制作金屬絡合物容易配位的結構。由于硅烷偶合劑通常是透明的，所以 即使形成在玻璃基板10的整個面上也能夠得到本發(fā)明的效果，且根據(jù)得到 玻璃基板10與后工序使用的透明感光性樹脂貼緊性的觀點，優(yōu)選。
在形成基底貼緊層121后，使用旋轉器把陽性感光膠液向基底貼緊層121的表面涂布，通過在加熱板上以100。C進行120秒鐘的加熱預烘處理， 形成具有2pm厚度的感光性透明樹脂膜11。上述的陽性感光膠液使用專利 文獻4記載的含有堿可溶性脂環(huán)烯烴類樹脂的。作為形成透明膜的有機材 料，能夠使用從由丙烯類樹脂、硅類樹脂、氟類樹脂、聚酰亞胺類樹脂、 聚烯烴類樹脂、脂環(huán)式烯烴類樹脂和環(huán)氧類樹脂構成的群中選擇的透明樹 脂。但按照使以后的工序變?nèi)菀椎挠^點，作為透明膜以感光性透明樹脂膜 為適合，特別是如專利文獻4或?qū)＠墨I5所詳述的那樣，優(yōu)選使用感光 性透明樹脂組成物。
參照圖12，形成感光性透明樹脂膜11后，利用掩膜對準器并經(jīng)由掩膜 圖形把g、 h、 i線的混合光有選擇地向感光性透明樹脂膜11照射。然后， 使用0.3%重量的氬氧化四曱基銨水溶液進行90秒的顯影，之后用純水進行 60秒的沖洗處理，在玻璃基板IO上形成具有規(guī)定圖形的槽。然后在氮環(huán)境 中進行23(TC、 60分鐘的熱處理，使感光性透明樹脂膜11固化。接著把它 在氯化鈀鹽酸水溶液(氯化鈀0.005%體積、鹽酸0.01%體積)中以室溫浸 漬3分鐘，再用還原劑(上村工業(yè)(株)制還原劑MAB-2)處理水洗，在 形成的槽內(nèi)有選擇地付與鈀催化劑(催化劑層厚度10 50nm) 122。
參照圖13,把被付與了鈀催化劑122的玻璃基板10浸漬在銅非電解鍍 層液(上村工業(yè)(株)制PGT)中，在所述槽內(nèi)有選擇地把銅層123 (厚度 1.9jim)作為導電金屬層形成。銅層123優(yōu)選為僅以接續(xù)的擴散抑制膜(導 電金屬擴散抑制層)124膜厚度的量，并且在比感光性透明樹脂膜11的表 面高度低的位置完成處理。然后，浸漬在鎳非電解鍍層液中，在銅層123 上形成由鎳形成的擴散抑制膜124 (厚度0.1fim)。
參照圖14，接著，從柵極電極12表面延伸到感光性透明樹脂膜11表 面地涂布絕緣體膜以形成柵極絕緣膜133。該柵極絕緣膜133是如下得到的 涂布把Si有機化合物即有機硅氧烷溶解在有機溶劑(丙二醇單甲醚)中的 液體，以120。C在大氣中保持90秒使干燥，接著在大氣中(也可以在氮氣 中)以180。C進行1小時燒制。然后利用公知的PECVD法連續(xù)堆積非晶硅 膜141、 n+型非晶硅膜142，利用光刻法和公知的RIE法把柵極電極12上 及其周邊部除去，把非晶硅膜的一部分除去。
參照圖15,接著利用公知的噴濺法等按Ti、 Al、 Ti的順序進行成膜以 作為源極電極和漏才及電極，利用光刻法形成圖形，形成源才及電極15和漏極電極16。然后，把形成的源極電極15和漏極電極16作為掩膜而利用公知
的方法腐蝕n+型非晶硅膜142，把源極區(qū)域與漏極區(qū)域進行分離。接著利 用公知的PECVD法形成作為保護膜的硅氮化膜(未圖示)，完成第二實施 例的薄膜晶體管。 [第三實施例]
使用圖16說明適用液晶顯示裝置的第三實施例薄膜晶體管的形成方法。
在第二實施例說明的薄膜晶體管的制造方法中，在銅層123上形成鎳 的擴散抑制膜124 (厚度0.1|im)，形成柵極電極12后，從柵極電極12表 面達到透明樹脂膜11表面整個區(qū)域地在微波激發(fā)RLSA等離子處理裝置中 使Si3NJ莫(氮化硅電介質(zhì)膜)132進行CVD生長，形成絕緣膜。接著在 Si3N4膜整體上涂布形成絕緣體涂布膜131，形成柵極絕緣膜13。該絕緣體 涂布膜131是如下得到的涂布把Si有機化合物即有機硅氧烷溶解在有機 溶劑(丙二醇單曱醚)中的液體，以120。C在大氣中保持90秒使干燥，接 著在大氣中(也可以在氮氣中)以180。C進行1小時燒制。通過形成該絕緣 體涂布膜131則能夠降低使向其下的表面粗糙度大的柵極電極12上由CVD 生長產(chǎn)生的絕緣膜(SigN4膜132)表面的表面粗糙度，能夠降低通道層即 柵極絕緣膜與半導體層界面的粗糙度。圖16是這時薄膜晶體管的剖面圖。
上述實施例僅對適合液晶顯示裝置的情況進行了說明，但本發(fā)明能夠 適用以有機EL顯示裝置為主的構成平面顯示器屏的各種基板和其他配線 基板。
作為構成配線的材料，不僅是銅、銀，例如也可以形成銦-錫氧化物 (ITO)等金屬氧化物那樣的導電性膜。
本發(fā)明適用于液晶顯示裝置、有機EL裝置、無機EL裝置等顯示裝置， 能夠把這些顯示裝置大型化，而且還能夠適用于顯示裝置以外的配線。
權利要求
1、一種半導體裝置，具有基板、設置在該基板上且具有槽的絕緣體層、設置在所述槽中以使其表面與所述絕緣體層的表面大致平坦的導電體層、設置在該導電體層上的絕緣膜、在所述導電體層的至少一部分上方并且在所述絕緣膜上設置的半導體層，其特征在于，所述絕緣膜具有絕緣體涂布膜。
2、 如權利要求1所述的半導體裝置，其特征在于，所述絕緣膜僅由所 述絕緣體涂布膜構成。
3、 如權利要求1所述的半導體裝置，其特征在于，所述絕緣膜還具有 其他的絕緣體膜。
4、 如權利要求3所述的半導體裝置，其特征在于，所述其他的絕緣體 膜是絕緣體CVD膜。
5、 如權利要求3所述的半導體裝置，其特征在于，所述其他的絕緣體 膜設置在所述絕緣體涂布膜與所述半導體層之間。
6、 如權利要求3所述的半導體裝置，其特征在于，所述其他的絕緣體 膜設置在所述絕緣體涂布膜與所述導電體層之間。
7、 如權利要求1所述的半導體裝置，其特征在于，所述導電體層的一 部分是柵極電極，該柵極電極上的所述絕緣膜是柵極絕緣膜，所述半導體 層設置在所述柵極絕緣膜上。
8、 如權利要求7所述的半導體裝置，其特征在于，源極電極和漏極電 極的至少一個與所述半導體層電連接。
9、 一種半導體裝置，在基板上的絕緣體層設置槽，在該槽中把柵極電 極作為導電體層形成以使其表面與所述絕緣體層的表面大致平坦，在該柵 極電極上經(jīng)由柵極絕緣膜配置半導體層，源極電極和漏極電極的至少一個 與該半導體層電連接，其特征在于，所述半導體裝置具有把所述柵極絕緣膜設置在所述柵極電極上的絕緣 體涂布膜和在其上形成的絕緣體CVD膜。
10、 如權利要求1或9所述的半導體裝置，其特征在于，所述絕緣體 涂布膜其表面的平坦度為Ra是lnm以下，峰-谷值是20nm以下。
11、 如權利要求7或9所述的半導體裝置，其特征在于，所述柵極電極其表面的平坦度為Ra是3nm以上，峰-谷值是30nm以上。
12、 如權利要求1或9所述的半導體裝置，其特征在于，所述基板實 質(zhì)上是透明的絕緣體基板，所述絕緣體層實質(zhì)上是透明的樹脂層。
13、 如權利要求12所述的半導體裝置，其特征在于，所述透明的樹脂 層由含有堿可溶性脂環(huán)烯烴類樹脂和感射線成分的感光性樹脂組成物所形 成。
14、 如權利要求12所述的半導體裝置，其特征在于，所述透明樹脂層 具有從由丙烯酸類樹脂、硅類樹脂、氟類樹脂、聚酰亞胺類樹脂、聚烯烴 類樹脂、脂環(huán)式烯烴類樹脂和環(huán)氧類樹脂構成的群中選擇的一種以上的樹脂。
15、 如權利要求7或9所述的半導體裝置，其特征在于，所述柵極電 極至少具有基底貼緊層、導電金屬層、導電金屬擴散抑制層。
16、 如權利要求1或9所述的半導體裝置，其特征在于，所述絕緣體 涂布膜把所述導電體層與所述絕緣體層之間的間隙填埋且在所述絕緣體層 的表面上延伸。
17、 如權利要求7或9所述的半導體裝置，其特征在于，所述絕緣體 涂布膜實質(zhì)上是透明的，把所述柵極電極與所述絕緣體層之間的間隙填埋 且在所述絕緣體層的表面上延伸。
18、 如權利要求4或9所述的半導體裝置，其特征在于，所述絕緣體 CVD膜實質(zhì)上是透明的，在所述絕緣體層的表面上延伸的所述絕緣體涂布 膜上延伸。
19、 如權利要求1或9所述的半導體裝置，其特征在于，所述絕緣體 涂布膜是使含有金屬有機化合物與金屬無機化合物的至少 一種化合物和溶 劑的液體狀涂布膜干燥、燒制而得到的膜。
20、 如權利要求1或9所述的半導體裝置，其特征在于，所述絕緣體 層實質(zhì)上是透明的樹脂層，所述絕緣體涂布膜是使含有金屬有機化合物和 金屬無機化合物的至少一個和溶劑的液體狀涂布膜干燥并在300。C以下燒 制而得到的膜。
21、 如權利要求1或所述的半導體裝置，其特征在于，所述絕緣體涂 布膜的介電常數(shù)是2.6以上。
22、 如權利要求4或9所述的半導體裝置，其特征在于，所述絕緣體CVD膜的介電常數(shù)是4以上。
23、 如權利要求7或9所述的半導體裝置，其特征在于，所述柵極絕 緣膜的厚度按EOT ( 二氧化硅換算)是95nm到200nm。
24、 如權利要求4或9所述的半導體裝置，其特征在于，所述絕緣體 CVD膜的厚度按EOT (二氧化硅換算)是80nm到185nm。
25、 如權利要求1或9所述的半導體裝置，其特征在于，所述絕緣體 涂布膜的厚度按EOT (二氧化硅換算)是15nm到120nm。
26、 如權利要求15所述的半導體裝置，其特征在于，所述導電金屬層 具有Cu、 Ag的至少一個，所述導電金屬擴散抑制層具有從Ni、 W、 Ta、 Nb、 Ti的任一個選擇的金屬。
27、 一種使用權利要求1或9所述半導體裝置制造的顯示裝置。
28、 如權利要求27所述的顯示裝置，其特征在于，所述顯示裝置是液 晶顯示裝置或是有機EL顯示裝置。
29、 一種半導體裝置的制造方法，其特征在于，包括在基板上設置 具有槽的絕緣體層的工序、在該槽中形成導電體層以使其表面與所述絕緣體層的表面大致平坦的 工序、在該導電體層上形成絕緣體涂布膜的工序、在所述絕緣體涂布膜的至少 一部分上形成半導體層的工序。
30、 如權利要求29所述的半導體裝置的制造方法，其特征在于，在形 成所述絕緣體涂布膜的工序之前或之后具有形成其他絕緣體膜的工序。
31、 如權利要求30所述的半導體裝置的制造方法，其特征在于，利用 CVD法來形成所述其他的絕緣體膜。
32、 如權利要求29所述的半導體裝置的制造方法，其特征在于，把所 述導電體層的 一部分作為柵極電極，把該柵極電極上的所述絕緣體涂布膜 作為柵極絕緣膜的至少一部分，把所述半導體層設置在所述柵極絕緣膜上。
33、 如權利要求32所述的半導體裝置是制造方法，其特征在于，還具 有所述半導體層形成源極電極和漏極電極的至少一個的工序。
34、 一種半導體裝置的制造方法，其特征在于，包括 在基板上設置具有槽的絕緣體層的工序、在所述槽中形成柵極電極以使其表面與所述絕緣體層的表面大致平坦的工序、在所述柵極電極上形成絕緣體涂布膜的工序、利用CVD法在所述絕緣體涂布膜上形成電介質(zhì)膜的工序、 在所述電介質(zhì)膜上形成半導體層的工序、把源極電極和漏極電極的至少一個與所述半導體層電連接的工序。
35、 如權利要求32或34所述的半導體裝置的制造方法，其特征在于， 形成所述絕緣體涂布膜的工序具有把含有金屬有機化合物和金屬無機化合物的至少一個和溶劑的液體狀 材料向所述柵極電極上涂布的工序、 使涂布的膜干燥的工序、 把干燥的膜進行燒制的工序。
36、 如權利要求32或34所述的半導體裝置的制造方法，其特征在于， 形成所述柵極電極的工序具有利用鍍層法、印刷法、噴墨法或噴濺法來形成導電金屬層的工序。
37、 如權利要求35所述的半導體裝置的制造方法，其特征在于，形成 所述絕緣體涂布膜的工序具有涂布的工序，該涂布的工序使所述液體狀材 料把所述柵極電極與所述絕緣體層之間的間隙填埋并且在所述絕緣體層的 表面上延伸。
38、 如權利要求29或34所述的半導體裝置的制造方法，其特征在于， 在所述基板上設置具有槽的絕緣體層的工序具有在所述基板上形成樹脂膜的工序、通過把所述樹脂膜形成圖形而形成用于收容所述柵極電極的槽的工序。
39、 如權利要求35所述的半導體裝置的制造方法，其特征在于，在惰 性氣體環(huán)境中或大氣環(huán)境中進行燒制所述干燥的膜的工序。
40、 一種液晶顯示裝置或有機EL顯示裝置的制造方法，其特征在于， 具有使用權利要求29或34的制造方法來形成半導體裝置的工序。
全文摘要
一種半導體裝置和半導體裝置的制造方法，在本發(fā)明的半導體裝置中，在基板上的絕緣體層上設置槽，在該槽中形成柵極電極以使其表面與所述絕緣體層的表面大致平坦。在該柵極電極上經(jīng)由柵極絕緣膜設置半導體層，使源極電極和漏極電極的至少一個與該半導體層電連接。特別是所述柵極絕緣膜具有在所述柵極電極上設置的絕緣體涂布膜和在其上形成的絕緣體CVD膜。
文檔編號H01L29/786GK101506985SQ20078003109
公開日2009年8月12日 申請日期2007年9月21日 優(yōu)先權日2006年9月22日
發(fā)明者大見忠弘, 杉谷耕一 申請人:國產(chǎn)大學法人東北大學;日本瑞翁株式會社