JP2000114533A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ０.５μｍ程度の線幅のゲートの多結晶ＴＦ
Ｔを大面積基板上に形成する。 【解決手段】 薄膜積層体３６は、ガラス基板２１上に
薄膜２２を成膜し、さらにホトレジスト２３を塗布して
形成される。ホトレジスト２３に、直接紫外線レーザ光
２４を照射してエッチングマスク２３aを形成する。し
たがって、ホトマスクのアライメント精度や平行度の影
響やステップ精度の問題がなくなる。また、紫外線レー
ザビームを使用するので、線幅の解像度を０.５μｍ程
度にでき、大面積基坂上に電流駆動能力が高く高精細な
多結晶ＴＦＴを形成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、絶縁性基坂上に
形成する薄膜トランジスタ等の半導体装置の製造方法に
関し、特に、大型基坂上に高い解像度の小型高精細液晶
表示パネルを形成する際に適する半導体装置の製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ガラス基板上に形成された薄膜ト
ランジスタ(以下、ＴＦＴと言う)によってマトリックス
状に配列された画素電極をスイッチングして液晶を駆動
するアクティブマトリックス方式の液晶表示装置が実用
化され、ディスプレイの１つの分野を形成している。

【０００３】現状における上記ＴＦＴの主流は非晶質シ
リコンを用いたものであり、この非晶質シリコンが有す
る能力によってＴＦＴの駆動電流が制限され、ＴＦＴの
適応範囲が画素トランジスタに限定されている。このよ
うな電流駆動能力の低い非晶質シリコンに対して、結晶
性を有する多結晶シリコンを用いた多結晶シリコンＴＦ
Ｔが開発されてきている。上記多結晶シリコンの電流駆
動能力を示す移動度は１００cm²/Ｖ・ｓであって非晶質
シリコンより２桁以上高い。したがって、上記多結晶シ
リコンは駆動能力が高く、画素のスイッチング以外に、
画素を駆動する駆動回路(所謂ゲートドライバおよびソ
ースドライバ)にも用いることができる。

【０００４】上記多結晶シリコンＴＦＴを用いた場合、
上記駆動回路を画素と同一基板上に形成することが可能
となるため、画素と駆動回路の接続工程が必要なくな
る。従って、従来、画素に接続する配線のピッチによっ
て画素ピッチが制限されていたのに対し、さらに狭画素
ピッチの液晶表示パネルの実現が可能となる。

【０００５】また、上述した周辺ドライバのモノリシッ
ク化に加えて、上記多結晶シリコンＴＦＴの電流駆動能
力の高さを利用して、システム全体を多結晶シリコンで
作る所謂システムオンパネルやシステムオンガラスの検
討も始まっている。

【０００６】このように、上記多結晶シリコンＴＦＴ
は、上記電流駆動能力が高いために微細加工が可能であ
り、大面積のガラス基板上に表示パネルあるいは素子を
高精細に形成して、そのサイズ効果によってコスト低減
を図ることを可能にする。

【０００７】図３に、アクティブマトリックス方式の液
晶表示装置に用いられているＴＦＴ製造のホトリソグラ
フィにおける従来の手順を示す。また、図４に、図３に
示すホトリソグラフィに使用される露光装置の概略構成
図を示す。

【０００８】図４において、超高圧水銀ランプ８からの
紫外線は、反射ミラー１１,１１によって反射され、ホ
トマスク６を通り、投光レンズ１０によってＸ−Ｙステ
ージ７上に載置された薄膜積層体９上に照射される。こ
の薄膜積層体９は、例えば、図３(a)に示すように、ガ
ラス基板１と、このガラス基板１上に成膜された薄膜２
と、薄膜２上に１μｍ程度の膜厚に塗布されたホトレジ
スト３で構成されている。そして、図３(b)に示すよう
に、干渉フィルタを介して選択されたｇ線等の波長の紫
外線５をホトマスク４に均一に与えることにより、像を
ホトレジスト３の上面に投影させる。

【０００９】そして、感光したホトレジスト３を現像す
ることによって、図３(c)に示すように、ホトマスク４
のパターンがホトレジスト３に転写される。こうしてパ
ターニングされたホトレジストをエッチングマスク３a
として、図３(d)に示すようにエッチングが行われ、図
３(e)に示すような薄膜パターン２aが得られる。

【００１０】その場合、露光波長、レンズ性能(解像度
や歪み等)、Ｘ−Ｙステージ７の移動精度、薄膜積層体
９およびホトマスク６のアライメント精度、Ｘ−Ｙステ
ージ７および薄膜積層体９の平行平面度等によって、デ
ザインルールが決定される。特に、１μｍもしくは更に
微小な線幅を解像する際には、焦点深度が±１μｍ程度
しかないため、微細線幅で大面積の露光を行う際には、
薄膜積層体９面の平面度および広範囲での投光レンズ１
０のレンズ性能の確保ができない。したがって、現在の
露光装置では実用が困難なのである。

【００１１】一方、ＬＳＩ(大規模集積回路)の分野にお
いては、ホトレジストのパターニングに際しては、短波
長の紫外光を用いてマスクパターンを基板上に焼き付け
る方法を用いている。そして、通常、分解能を向上させ
るためにはマスクパターンを縮小する方法が用いられ
る。このような縮小露光においては、精度の向上を図る
ことができる反面、露光面積が小さくなるために大型基
板の場合には処理回数が増加して全体の露光に時間が掛
ってしまう。このような従来の露光方法を低温ポリシリ
コンＴＦＴに適用した場合には、基板の大きさのために
処理時間が長くなる。また、２μｍ程度の精度が実用上
の限界となっている。

【００１２】これに対して、大面積に精度良くパターン
を形成する方法として、ＬＳＩ用のマスク製作法が知ら
れている。ＬＳＩの技術分野では、上述のように、マス
クパターンを縮小露光することによってホトマスクのパ
ターンを基板上に転写する。したがって、逆にホトマス
クのパターンは必要とするパターンを拡大したパターン
となるため、大面積に精度良くパターンを形成する必要
が生ずる。このようなＬＳＩ用のマスクパターンの形成
には、電子ビームを用いて描画する方法が用いられてい
る。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記Ｌ
ＳＩ用のマスク製作法には、以下のような問題がある。
すなわち、ＬＳＩ用のマスクパターンの形成には、電子
ビームを用いて描画する方法が用いられている。しかし
ながら、このような電子ビーム描画装置は、装置が高価
であること、周辺に磁気シールド等の特殊な工夫が必要
であることに加え、ビームで直接描画するために処理時
間が掛り、多くの露光が必要となるＬＳＩの製造には適
用することができない。わずかに、上記露光マスクの形
成あるいは微細加工が必要となる特殊なＬＳＩの製造に
のみ適応されいる。

【００１４】そこで、この発明の目的は、多結晶シリコ
ンＴＦＴにおける高駆動能力の特徴を最大限に生かすた
めに、大面積基坂上に、微細加工によって例えば短いゲ
ート長のＴＦＴを大面積基板に形成できる半導体装置の
製造方法を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に係る発明は、絶縁性基坂上に薄膜層を堆
積し,この薄膜層を所定のパターンに加工する半導体装
置の製造方法において、上記薄膜層の少なくとも１層に
対する上記加工は、レーザビームによる露光によって行
われることを特徴としている。

【００１６】上記構成によれば、紫外線レーザビーム等
によって絶縁性基坂上に堆積されたレジスト膜等に直接
描画露光することができ、上記レジスト膜等に高精度に
パターンが形成される。また、その際に使用される描画
ビームは、レーザビームであるから線幅の解像度が０.
５μｍ程度であり、上記レジスト膜等に微細なパターン
が形成される。

【００１７】また、請求項２に係る発明は、請求項１に
係る発明の半導体装置の製造方法において、上記露光に
使用されるレーザビームは,波長が６００nm以下の連続
発振レーザビームを所定のビーム径に成型して得られ、
この得られたレーザビームで対象薄膜層上を走査するこ
とによって当該薄膜層を所定のパターンに加工すること
を特徴としている。

【００１８】上記構成によれば、波長が６００nm以下の
連続発振レーザビームを所定のビーム径に成型し、上記
レジスト膜等上を走査することによってパターンが形成
される。したがって、上記レジスト膜等に微細なパター
ンが高精度に再現性良く形成される。

【００１９】また、請求項３に係る発明は、請求項２に
係る発明の半導体装置の製造方法において、上記露光に
使用されるレーザビームは２種以上の波長のレーザビー
ムであることを特徴としている。

【００２０】上記構成によれば、上記絶縁性基坂上の薄
膜層上に複数のパターンを形成する場合に、夫々のパタ
ーンの必要解像度に応じた最適波長のレーザビームが選
択的に使用されて、上記複数のパターンが効率良く形成
される。

【００２１】また、請求項４に係る発明は、請求項１に
係る発明の半導体装置の製造方法において、上記半導体
装置は,活性層が多結晶シリコンで成るＴＦＴであり、
上記レーザビームによって露光される薄膜層の１つは,
後にゲート電極と成る薄膜層であることを特徴としてい
る。

【００２２】上記構成によれば、多結晶シリコンＴＦＴ
のゲート電極が微細に形成され、電流駆動能力の高い超
高速で微細な多結晶シリコンＴＦＴが作成される。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、この発明を図示の実施の形
態により詳細に説明する。近年、上述のような電子ビー
ム描画装置に代わるものとして、レーザビームを用いた
描画装置が注目を集めている。このレーザビーム描画装
置を用いた描画方法は、短波長のレーザ光を用いて直接
描画するもので、電子ビーム描画法に比べ、磁気シール
ド等の周辺設備が不要であり、簡便に使用できるという
利点がある。そして、その線幅の解像度は０.５μｍ程
度である。本実施の形態は、ＴＦＴの形成に上記レーザ
ビーム描画装置を用いるものである。

【００２４】図１は、本実施の形態の半導体装置の製造
方法におけるホトリソグラフィの手順を示す図である。
また、図２は、図１におけるホトリソグラフィに使用さ
れる露光装置の概略図を示す。図１に示すように、先
ず、従来のホトリソグラフィの場合と同様に、ガラス基
板２１上に薄膜２２を成膜し、さらにホトレジスト２３
を塗布して、薄膜積層体３６を形成する。例えば、ＴＦ
Ｔのゲート電極形成工程の場合であれば、薄膜２２とし
てのＡl又はＣr等の導電膜を３０００Å〜４０００Å程
度の膜厚で形成した上に、ホトレジスト２３を１μｍ〜
２μｍ程度の膜厚で塗布する。

【００２５】その後、図３に示す従来のホトリソグラフ
ィにおいては、図３(b)に示すように、露光装置によっ
て紫外線をホトマスク４を通して照射し、ホトレジスト
３上にマスクパターンを結像させている。これに対し
て、本実施の形態においては、ホトマスクを使用せずに
ホトレジスト２３上に直接紫外線レーザ光２４を照射す
るのである。尚、２５は、レーザビーム軌跡である。

【００２６】図２は、本実施の形態における露光装置の
概略構成を示す図である。レーザ発振器３１からの波長
が６００nm以下の連続発振レーザビームは、可変減衰器
３２で所定のパワーに設定された後レーザ分割器３３で
所定本数に分割される。そして、反射ミラー３４,３４
によって反射され、投光レンズ３５で所定径の一本のビ
ームに収束されて、Ｘ−Ｙステージ３７上に載置された
図１(a)に示す薄膜積層体３６のホトレジスト２３に直
接照射される。そして、薄膜積層体３６が搭載されてい
るＸ−Ｙステージ３７を移動させることによって、ホト
レジスト２３上に直接微細パターンを描画するのであ
る。この状態が図１(b)である。

【００２７】以後、図３(c)〜図３(e)と同様にして、図
１(c)に示すように、感光したホトレジスト２３を現像
することによって、ホトレジスト２３にパターンが形成
される。そして、上記パターニングされたホトレジスト
をエッチングマスク２３aとして、図１(d)に示すように
エッチングが行われ、図１(e)に示すような薄膜パター
ン２２aが得られるのである。

【００２８】このように、本実施の形態においては、上
記ガラス基板２１上に薄膜２２を成膜し、さらにホトレ
ジスト２３を塗布して作成した薄膜積層体３６のホトレ
ジスト２３に、紫外線レーザ光２４を直接照射してエッ
チングマスク２３aを形成するようにしている。したが
って、マスクパターンを用いることなくホトレジスト２
３に直接パターンを形成でき、ホトマスクのアライメン
ト精度や平行度の影響やステップ精度の問題がなくな
り、その分だけ大面積の基板上に精度よくパターンを形
成することができる。

【００２９】また、その場合に使用される描画装置は紫
外線レーザビームを使用するので、電子ビーム描画装置
よりも安価であり、周辺に磁気シールド等の特殊な設備
が不要であり、簡便に使用できる。また、線幅の解像度
が０.５μｍ程度であるために、大面積基坂上に微細加
工を施すことができる。したがって、例えば、大型基板
上に液晶表示パネルを形成する場合に、画素のスイッチ
ング素子としての多結晶シリコンＴＦＴを形成する場合
に、そのゲート電極作製工程に上述の方法を適用するこ
とによって０.５μｍ程度の線幅のゲート電極を形成で
き、電流駆動能力の高い超高速で高精細な多結晶シリコ
ンＴＦＴが実現できるのである。

【００３０】同様に、多結晶シリコンＴＦＴ以外の画素
電極やコンタクトホール等の形成工程に上述の方法を適
用することによって、同程度の微細パターンを得ること
ができる。

【００３１】すなわち、本実施の形態によれば、液晶パ
ネルにおける周辺ドライバのモノリシック化やシステム
オンパネル化やシステムオンガラス化を容易に実現する
ことができ、画素と駆動回路との接続配線のピッチに制
約を受けることなく、高精細な画素ピッチを実現でき
る。したがって、大型の基板上に高速高精細液晶表示パ
ネルを容易に実現できるのである。

【００３２】尚、上記実施の形態においては特に説明し
ていないが、６００nm以下の複数波長のレーザビームを
出力可能にレーザ発振器３１を形成し、作成する液晶パ
ネル上の素子の精細度に応じて最適波長のレーザビーム
を選択的に出力するように構成しても差し支えない。

【００３３】

【発明の効果】以上より明らかなように、請求項１に係
る発明の半導体装置の製造方法は、絶縁性基坂上に堆積
された薄膜層の少なくとも１層に、レーザビームによる
直接描画露光によって所定のパターンを加工するので、
上記絶縁性基坂上に堆積されたレジスト膜等に高精度に
パターンを形成できる。また、その際に使用されるビー
ムはレーザビームであるので、０.５μｍ程度の解像度
を得ることができる。したがって、上記レジスト膜等に
微細なパターンを形成できる。さらに、使用する描画装
置は電子ビーム描画装置よりも安価であり、周辺に磁気
シールド等の特殊な設備は不要であり、簡便に使用でき
る。

【００３４】また、請求項２に係る発明の半導体装置の
製造方法は、上記露光に使用されるレーザビームは波長
が６００nm以下の連続発振レーザビームを所定のビーム
径に成型して得られ、この得られたレーザビームで対象
薄膜層上を走査することによって当該薄膜層を所定のパ
ターンに加工するので、上記レジスト膜等上に微細なパ
ターンを高精度に再現性良く形成できる。

【００３５】また、請求項３に係る発明の半導体装置の
製造方法は、上記露光に使用されるレーザビームは２種
以上の波長のレーザビームであるので、上記絶縁性基坂
上の薄膜層に複数のパターンを形成する場合に、夫々の
パターンの必要解像度に応じた最適波長のレーザビーム
を選択的に使用できる。したがって、この発明によれば
上記複数のパターンを効率良く形成できる。

【００３６】また、請求項４に係る発明の半導体装置の
製造方法における上記半導体装置は活性層が多結晶シリ
コンで成る薄膜トランジスタであり、上記レーザビーム
によって露光される薄膜層の１つは、後にゲート電極と
成る薄膜層であるので、多結晶シリコンＴＦＴのゲート
電極を微細に形成でき、電流駆動能力の高い超高速で微
細な多結晶シリコンＴＦＴを作成できる。

【００３７】すなわち、この発明を、アクティブマトリ
ックス型の液晶表示装置に適用すれば、画素ＴＦＴのみ
ならず、駆動回路をも上記画素と同一基板上に形成可能
となり、高速高精細液晶パネルの実現が可能になる。さ
らには、システム化に必要な回路をパネル上に組み込
む、あるいはガラス基板上に形成することができる。ま
た、請求項１と組み合わせることによって、パネルの閉
口率に大きく寄与する配線コンタクトホールを微細にで
き、小型高精細液晶パネルの明るさ向上を図ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の半導体装置の製造方法におけるホ
トリソグラフィの手順を示す図である。

【図２】 図１におけるホトリソグラフィに使用される
露光装置の概略構成図である。

【図３】 ＴＦＴ製造におけるホトリソグラフィの従来
の手順を示す図である。

【図４】 図３に示すホトリソグラフィに使用される露
光装置の概略構成図である。

【符号の説明】

２１…ガラス基板、２２…薄膜、
２３…ホトレジスト、２４…紫外線レーザ光、
２５…レーザビーム軌跡、３１…レーザ発振
器、 ３２…可変減衰器、３３…レーザ
分割器、 ３４…反射ミラー、３５…投
光レンズ、 ３６…薄膜積層体、３７
…Ｘ−Ｙステージ。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/027 Ｈ０１Ｌ 29/78 ６２７Ｃ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁性基坂上に薄膜層を堆積し、この薄
   膜層を所定のパターンに加工する半導体装置の製造方法
   において、 上記薄膜層の少なくとも１層に対する上記加工は、レー
   ザビームによる露光によって行われることを特徴とする
   半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の半導体装置の製造方法
   において、 上記露光に使用されるレーザビームは、波長が６００nm
   以下の連続発振レーザビームを所定のビーム径に成型し
   て得られ、 この得られたレーザビームで対象薄膜層上を走査するこ
   とによって当該薄膜層を所定のパターンに加工すること
   を特徴とする半導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の半導体装置の製造方法
   において、 上記露光に使用されるレーザビームは２種以上の波長の
   レーザビームであることを特徴とする半導体装置の製造
   方法。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の半導体装置の製造方法
   において、 上記半導体装置は、活性層が多結晶シリコンで成る薄膜
   トランジスタであり、 上記レーザビームによって露光される薄膜層の１つは、
   後にゲート電極と成る薄膜層であることを特徴とする半
   導体装置の作製方法。