[发明专利]形成陶瓷氧化硅类涂层的方法,生产无机基材的方法,形成陶瓷氧化硅类涂层的试剂,和半导体器件

说明书

技术领域

本发明涉及形成陶瓷氧化硅类涂层的方法，生产在表面上具有陶瓷氧化硅类涂层的无机基材的方法，和形成可转化成陶瓷氧化硅类涂层的涂层的试剂，以及其中在无机基材之上的陶瓷氧化硅类涂层上形成至少一层半导体层的半导体器件。

背景技术

在半导体器件，例如太阳能电池等中，形成例如电极层、半导体层、发光层等所使用的基底所要求的基本性能尤其是，在形成电极层、半导体层、发光层等的工艺中，当暴露于高温下时，不存在变形、劣化或张紧，具有高的平坦度；不存在改变，例如因大气湿气引起的锈蚀；在半导体膜内不存在缺陷，例如针孔；且不含翘曲、剥离和龟裂。

近年来，伴随着更轻、更小和更加多样化电子器件和半导体器件以及基于经济考虑因素的趋势，薄膜半导体元件和器件，例如薄膜太阳能电池、用于反射类液晶显示器的薄膜晶体管(TFT)、薄膜电致发光显示元件等受到关注。尤其关于在卫星中使用的太阳能电池，重量减轻是最关键问题之一，且对高性能薄膜太阳能电池存在需求。此处所使用的基底包括金属基底、玻璃基底和陶瓷基底，尽管这些具有明显平坦的表面，但仔细考察表明存在微观粗糙度(例如突出物、隆起、凹陷、沟槽、孔)。在这一表面上形成薄电极层、薄半导体层、薄发光层等会得到不均匀的薄层且不可能避免产成缺陷位点。

而且，伴随着集成度的增加和在这些薄膜半导体器件内层数的增加，半导体器件变得相当复杂，且在半导体器件表面上的阶跃高度变得相当明显。在半导体器件表面上形成钝化膜，以便在半导体器件表面比上使形貌平坦化或者保护半导体器件避免机械损坏，化学损坏，因静电、离子污染、非离子污染、辐射污染等导致的损坏。另外，伴随着半导体器件内电路层的数量增加，可形成层间介电膜，为的是在导体和平面之间实现电绝缘。

氧化硅类膜典型地用于在半导体器件表面上形成的层间介电膜和钝化膜。化学气相沉积(CVD)和旋涂是在半导体器件表面上形成氧化硅类膜所使用的方法的实例；在专利参考文献1(JPH06-042478B)中公开的使用无机旋涂玻璃(SOG)和使用有机SOG是在半导体器件表面上通过旋涂形成氧化硅类膜所使用的方法的实例。

然而，通过无机SOG形成的氧化硅类涂层当其膜厚超过0.3微米时，将经历龟裂，这使得需要多层涂层，以便包埋，亦即平面化在阶跃高度为大于或等于1微米的半导体器件上的阶跃高度。而且，在无机SOG的情况下，涂层本身具有差的平面化性能，这使得在形成涂层之后，需要基于蚀刻的平面化步骤。

另一方面，通过有机SOG形成的氧化硅类涂层能通过单次施加，形成厚度小于2微米的不具有裂纹的二氧化硅类涂层。然而，关于无机SOG，涂层本身具有差的平面化性能，这使得在形成涂层之后，需要基于蚀刻的平面化步骤。还存在其他问题，例如由于在氧化硅类涂层内存在大量的残留硅烷醇基和烷氧基导致的高吸湿性，在氧气等离子体处理过程中残留的烷氧基诱导的碳中毒，和当作为层间介电剂时具有差的电学可靠性。

前面所述的结果是，公开了改进与通过无机SOG和有机SOG形成的氧化硅类涂层有关的问题的方法。例如，在JP H06-042477B(专利参考文献2)中公开的方法中，在电子器件上涂布氢倍半硅氧烷树脂溶液；蒸发溶剂，形成氢倍半硅氧烷树脂涂层；然后通过加热到150-1000℃，形成陶瓷状氧化硅类涂层。在JP H03-183675A(专利参考文献3)中公开的方法中，在基底上涂布氢倍半硅氧烷树脂溶液；蒸发溶剂，形成氢倍半硅氧烷树脂涂层；然后通过加热到500-1000℃，形成陶瓷状氧化硅类涂层。

尤其在JP 2005-026534A(专利参考文献4)的段落[0061]和图11(b)中还公开了相同的方法。在这一方法中，通过加热，使氢倍半硅氧烷树脂本身熔融，结果提供优良的平面化在半导体器件表面上的阶跃高度的能力并使得蚀刻工艺不必要。另外，由于氢倍半硅氧烷树脂中的硅氧烷结构不包含有机基团，因此这一方法的优点是在氧气等离子体处理过程中避免碳中毒的问题。

然而，使用专利参考文献2-4中公开的形成氧化硅类膜的方法，不容易形成没有龟裂的膜厚为大于或等于0.8微米的氧化硅类涂层。结果，这些方法的问题是不能完全平面化在电子器件和尤其是半导体器件表面上大于或等于0.8微米的阶跃高度。另外，当使用这些方法进行厚膜氧化硅类涂层的形成时，可能在氧化硅类涂层内形成裂纹和针孔，这会导致电子器件可靠度和尤其是半导体器件可靠度的显著下降。