[发明专利]互连、互连形成方法、薄膜晶体管及显示器

说明书

本申请为分案申请，其原申请是于2003年9月17日向中国专利局提交的专利申请，申请号为03158509.4，发明名称为“互连、互连形成方法、薄膜晶体管及显示器”。 

技术领域

本发明涉及在以液晶显示器为代表的显示器、在以ULSI为代表的半导体器件、或类似产品中采用的互连。本发明涉及互连形成技术、包括互连结构的薄膜晶体管、以及包括互连或薄膜晶体管的显示器。 

发明背景 

近年来，作为用于在以LSIs和ULSIs为代表的半导体领域中采用的互连的材料，人们致力于铜(Cu)的研究，和由铝(Al)构成的常规互连相比铜提供了更低的互连电阻，并且铜对于电迁移、应力迁移等具有更高的容限。由于集成度的提高、工作速度的提高等原因，引起了更细颗粒结构的研制开发，从而推动了这些努力。 

此外，在以液晶显示器等为代表的显示器领域中，还需要增大显示面积和互连长度，还需要通过并入各种附加功能例如驱动器电路和像素内的存储器的方式将外围电路部分集成到单块集成电路中。因此，在半导体领域的情况下还需要提供降低电阻的互连。 

人们认为铜是下一代的互连材料，因为和常规互连材料Al相比它提供了更低的电阻和对迁移更高的容限。 

然而，与迄今为止一直用于形成细互连的、以光刻技术、反应性离子刻蚀等为基础，结合光刻掩蔽，难以形成采用Cu的细互连。这是因为铜的卤化物具有低的蒸发压力，即，难以蒸发。也就是说，如果铜用于形成细互连，必须在200-300℃的温度下进行刻蚀处理，以便挥发并除去通过刻蚀形成的卤化物。因此以刻蚀为基础难以形成细的铜互连。 

利用铜的细互连的形成方法就是在例如在日本专利申请特开平2001-189295和日本专利申请特开平11-135504中公开的所谓的“镶嵌工艺”。利用这种方法，首先，在衬底上的绝缘膜中形成具有所需要的互连图形形状的沟槽。利用包括PVD(物理汽相淀积)例如溅射工艺、镀覆工艺以及利用有机金属材料的CVD(化学汽相淀积)的各种方法在整个绝缘膜上和互连沟槽的内部形成薄铜膜以便填满互连沟槽。随后，采用抛光工艺例如CMP(化学机械抛光)、回刻蚀(etch-back)等从填满的沟槽的上端面去除薄铜膜。因此，利用仅保留在沟槽内部的薄铜膜形成填满的铜互连图形。 

将描述利用上述镶嵌工艺形成互连的方法。图12A-12E是表示利用常规镶嵌工艺形成互连的方法的各步骤的例子的截面图。 

首先，在由玻璃等构成的衬底131上形成绝缘膜132。然后在绝缘膜132上形成抛光停止膜133。接着在抛光停止膜133上形成光刻胶膜(感光树脂膜)134。随后，利用PEP(光刻工艺，即，所谓的“光刻照相术”)在构形为对应于其中将要形成互连的区域的光刻胶膜中形成沟槽(开口)135(参见图12A)。 

然后，将光刻胶膜134用作掩模以刻蚀抛光停止膜133和绝缘膜132，形成沟槽136，该沟槽136形成对应于其中将要形成互连的区域的形状(参见图12B)。 

然后，在其中已经形成了沟槽136的绝缘膜132和抛光停止膜133上形成铜扩散阻挡膜137和铜晶种层138(参见图12C)。图12C中的参考标记139表示由铜扩散阻挡膜137和铜晶种层138的形成得到的沟槽。 

然后，采用上述各种方法之一在铜晶种层138上形成铜导电层140(参见图12D)。 

然后，采用CMP工艺从抛光停止膜133上去除铜导电层140、铜晶种层138、铜扩散阻挡膜137，直至露出抛光停止膜133。因此，利用仅在沟槽内部保留的导电铜层形成内埋铜互连图形(参见图12E)。 

然而，上述各种常规方法存在下述问题。 

首先，已经对于LSIs、ULSIs等进行了积极地研究的镶嵌工艺需要绝缘膜形成步骤、光刻步骤、刻蚀步骤和形成抛光停止膜的步骤，以形成其中将要埋入互连的沟槽和将上、下电极连接在一起的通孔。这样，形成工艺复杂，制造成本高。 

此外，导电层的厚度必须增加以便降低互连电阻。然而，采用具有高宽高比的沟槽或通孔影响了铜的完全埋入。 

另外，用于在整个衬底上形成薄铜膜之后除去不需要的部分的CMP工艺或其它工艺不利地降低了产量。 

此外，对于其上制造LSI或ULSI的直径约12英寸的晶片已经研制出大尺寸的CMP设备。然而，以液晶显示器为代表的显示器需要能在比LSIs更大的面积上精确获得平整表面的抛光工艺。因此，难以将此设备实际应用于以液晶显示器为代表的显示器中。