JP2000357797A

JP2000357797A - 薄膜トランジスタの製造方法

Info

Publication number: JP2000357797A
Application number: JP16838599A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Kaneko; 等金子; Takahisa Nakamura; 高久中村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-06-15
Filing date: 1999-06-15
Publication date: 2000-12-26

Abstract

(57)【要約】【課題】アクティブマトリクス型液晶表示装置のス
イッチング素子等に用いられる薄膜トランジスタ（ＴＦ
Ｔ）の製造方法において、モリブデン酸化物等の非絶縁
性異物を充分に除去できるとともに、金属配線の腐蝕が
防止され、また、装置負担や工程負担の増大をほとんど
招かないものを提供する。【解決手段】上層の金属配線パターンとして、信号線、
ソース電極及びドレイン電極を作成した後、純水の電気
分解により得られるアノード水をアレイ基板４上に吐出
しつつ、超音波振動を印加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜トランジスタ
（ＴＦＴ）に関する。特には、アクティブマトリクス型
液晶表示装置のスイッチング素子として用いられる薄膜
トランジスタに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶表示装置等の平面表示装置
は、薄型、軽量、低消費電力の特徴を生かして、パーソ
ナル・コンピュータ、ワードプロセッサあるいは小型Ｔ
Ｖ等の表示装置として、更に投射型ＴＶ等の表示装置と
して各種分野で利用されている。

【０００３】中でも、各画素電極にスイッチ素子が電気
的に接続されて成るアクティブマトリクス型液晶表示装
置は、隣接画素間でクロストークのない良好な表示画像
を実現できることから、平面表示装置の主流となってい
る。

【０００４】アクティブマトリクス型液晶表示装置のス
イッチング素子としては、薄膜トランジスタが広く用い
られる。薄膜トランジスタは、低温で形成でき、しかも
絶縁基板上の比較的大面積にわたって一括して形成で
き、また、スイッチング特性に優れるからである。

【０００５】このスイッチング素子としての薄膜トラン
ジスタ（以下、ＴＦＴと略称する。）は、ガラス等の絶
縁基板上にあって、マトリクス状に配列される画素電極
ごとに設けられ、ゲート電極が走査線に、ドレイン電極
が信号線に、ソース電極が画素電極にそれぞれ電気的に
接続される。

【０００６】ＴＦＴの概略構造について、逆スタガ・チ
ャネル保護型のものを例にとり説明する。

【０００７】まず、絶縁基板上に、下層の金属配線から
なり走査線自体の一部をなすゲート電極が形成され、こ
のゲート電極上に酸化シリコン、窒化シリコン等からな
るゲート絶縁膜が、さらにこの上にはアモルファスシリ
コン薄膜等からなる第１半導体層が形成される。そし
て、第１半導体層の上の略中央部には窒化シリコン等か
らなる半導体層保護膜が形成されており、この半導体層
保護膜の左右両側には、良好なオーミックコンタクトを
得るためのｎ^＋型アモルファスシリコン等の低抵抗の第
２半導体層からなるコンタクト層が形成されている。

【０００８】このコンタクト層の上には、上層の金属配
線からなるソース電極、ドレイン電極、及びドレイン電
極から導出される信号線が形成されている。

【０００９】上記のようなＴＦＴにおいては、信号線、
ソース電極及びドレイン電極を形成する際に、ＲＩＥ
（Reactive Ion Etching）法等のエッチングにより金
属層または積層金属膜をパターニングする。

【００１０】ところで、上記したＴＦＴにおいて、モリ
ブデン等を含む金属層が電極として用いられる場合、そ
の後の洗浄工程等において、モリブデン酸化物等の残渣
が表面に付着することがある。特には、モリブデン酸化
物が、ソース電極とドレイン電極との間の谷状のバック
チャネル部に付着した場合、ソース電極とドレイン電極
との間にリーク電流が流れることとなる。すなわち、ゲ
ート電圧が０Ｖ以下の場合に電流が流れ、ＴＦＴの作動
不良（「Ｉoffリーク不良」と呼ばれる）となる。ＴＦ
Ｔがアクティブマトリクス型液晶表示装置のスイッチン
グ素子である場合、表示面で点欠陥を形成し、表示品位
の著しい低下を招く。

【００１１】図３のグラフには、正常なＴＦＴの特性曲
線、及び、モリブデン酸化物がバックチャネル部に付着
した動作不良のＴＦＴの特性曲線の例を示す。正常なＴ
ＦＴの場合、ゲート電極に印加される電圧が、約５Ｖか
ら約−５Ｖに変化するとき、ソース電極とドレイン電極
間の電流は、約６桁変化しており、良好なスイッチング
特性を示すことが知られる。これに対して、図３中に示
す、典型的な不良品では、同範囲で、約一桁しか減少せ
ず、ゲート電圧−５〜−１０Ｖの領域においても、１０
^−８Ａを越えるリーク電流が観察されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】このようなＴＦＴの動
作不良を引き起こすモリブデン酸化物等の付着物は、一
般の薬剤で除去することができず、希フッ酸（dilute H
F・aq）を用いて除去する必要があった。希フッ酸は、腐
蝕性が非常に強く取扱いの難しい薬剤であるため、それ
だけ装置負担及び工程負担の増大を招いていた。

【００１３】特には、近年、大画面表示、高精細及び高
開口率の要求から信号線等の上層金属配線として、低抵
抗のアルミニウム（Ａｌ）からなる配線、またはアルミ
ニウム合金の層を含む積層配線が採用されているが、こ
のようにアルミニウムを配線層に含む場合、アルミニウ
ムを腐蝕する希フッ酸等の薬剤は使用できない。そのた
め、このような場合、例えば、純水を用い、超音波振動
を印加することにより非絶縁性付着物を除去していた。

【００１４】しかし、超音波処理によってモリブデン酸
化物等の付着物を完全に除去することは困難であり、バ
ックチャネル部に残留する非絶縁性付着物が、ＴＦＴの
作動不良や、アクティブマトリクス型液晶表示装置の表
示不良を引き起こすことを充分に防止できなかった。

【００１５】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
であり、アクティブマトリクス型液晶表示装置のスイッ
チング素子等に用いられるＴＦＴの製造方法において、
モリブデン酸化物等の非絶縁性異物を充分に除去できる
とともに、金属配線の腐蝕が防止され、また、装置負担
や工程負担の増大をほとんど招かない製造方法を提供す
るものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の薄膜ト
ランジスタの製造方法は、絶縁基板上にゲート電極を形
成する工程と、この走査線及びゲート電極を被覆するゲ
ート絶縁膜を形成する工程と、このゲート絶縁膜を介し
て前記ゲート電極を覆うように半導体膜を形成する工程
と、この上に金属膜を堆積する金属膜堆積工程と、この
金属膜をパターニングしてソース電極及びドレイン電極
を作成する金属膜パターニング工程とを備えた薄膜トラ
ンジスタの製造方法において、前記金属膜パターニング
工程の後、前記絶縁基板の上面に対して、イオン水存在
下で超音波振動を印加することにより洗浄処理を行うこ
とを特徴とする。

【００１７】上記構成により、モリブデン酸化物等の非
絶縁性異物を充分に除去できるとともに、金属配線の腐
蝕を防止できる。また、装置負担や工程負担の増大をほ
とんど招かない。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の実施例について図１〜２
を用いて説明する。実施例におけるＴＦＴは、アクティ
ブマトリクス型液晶表示装置のスイッチング素子とし
て、絶縁基板からなるアレイ基板上にあって、マトリク
ス状に配列される画素電極ごとに配置される。

【００１９】図１には、実施例の製造方法で用いる洗浄
装置の構成を模式的に示す。

【００２０】実施例の洗浄装置１０は、純水を電気分解
してアノード水を製造・供給するためのイオン水供給装
置１と、超音波照射装置２と、洗浄槽３とよりなる。

【００２１】イオン水供給装置１は、電気分解槽１１
と、電気分解槽１１内の左右の端部に配置されるアノー
ド電極（陽極）１２及びカソード電極（陰極）１３と、
これら電極間に電圧を印加する直流電源１４と、電気分
解槽内をアノード電極１２側及びカソード電極１３側の
二つに仕切るイオン交換膜１５と、イオン交換膜の両側
にそれぞれ純水を供給する左右の純水供給口１６と、ア
ノード電極１２近傍からアノード電極水をくみ出して洗
浄槽へ供給するためのポンプ１７及びイオン水供給管１
８とからなる。

【００２２】洗浄槽３は、アレイ基板４を搬送する搬送
ローラー（ローラーコンベアー）３１と、搬送ローラー
３１上のアレイ基板４にアノード水を吐出するノズル３
２と、アレイ基板４の搬入及び搬出をぞれぞれ行うため
の基板搬入口３３及び基板搬出口３４と、基板洗浄に用
いたアノード水を排出する排水口３５とを備える。

【００２３】超音波照射装置２は、イオン水供給管１８
の先端部分に、洗浄槽３に隣接して配置される。超音波
照射装置２は、ノズル３２から吐出される直前の、イオ
ン水供給管１８中のアノード水に超音波振動を印加す
る。一具体例においては、超音波照射装置２の出力が１
００Ｗであり、発生する超音波の周波数が１ＭＨｚであ
る。

【００２４】図２には、アレイ基板４上におけるＴＦＴ
５の積層構造を示す。この図を用いて、実施例の薄膜ト
ランジスタ（ＴＦＴ）の製造方法について説明する。

【００２５】（１）アレイ基板上のパターン形成まず、ガラス基板４１上に、モリブデン（Ｍｏ）層と、
アルミニウム（Ａｌ）層またはアルミニウム合金層とか
らなる積層膜をスパッタリングにより堆積させた後、パ
ターニングによりゲート電極５１、走査線及び補助容量
（Ｃｓ）電極４２を作成する。

【００２６】この後、酸化シリコン膜及び窒化シリコン
膜からなるゲート絶縁膜５２、非晶質シリコン層、及び
窒化シリコン膜を連続成膜し、窒化シリコン膜をパター
ニングしてエッチングストッパー（チャネル保護膜）５
４を得る。更に、ｎ^＋型非晶質シリコン層を堆積し、非
晶質シリコン層及びｎ^＋型非晶質シリコン層を島状にパ
ターニングして非晶質シリコン層からなる半導体膜５３
を得る。

【００２７】また、ＴＦＴ５以外の領域においては、Ｉ
ＴＯ(Indium Tin Oxide)等から成る画素電極４３、及
び、周縁部のコンタクトホールを、数次の成膜及びパタ
ーニングにより作成する。

【００２８】そして、モリブデンからなる第１層と、ア
ルミニウムまたはアルミニウム合金からなる第２層と、
モリブデンからなる第３層とを、スパッタリング等によ
り順次堆積させる。本明細書においてアルミニウム合金
とは、アルミニウムを５０重量％以上含む合金をいうも
のとする。

【００２９】次いで、この３層金属膜を混酸を用いたウ
エットエッチングによりパターニングして、ソース電極
５５、ドレイン電極５６及び走査線からなる上層金属配
線パターンを作成する。更に、エッチングストッパー５
４上のｎ^＋型非晶質シリコン層をソース電極５５及びド
レイン電極５６をマスクとしたドライエッチングにより
除去し、ソース電極５５とドレイン電極５６との間には
谷溝状のバックチャネル部５７が形成される。

【００３０】（２）上層金属配線パターン形成後の洗浄上記洗浄装置１を用いて、モリブデン酸化物が付着する
ことを防止しつつ、ごみ等の異物の除去を行なう。この
とき、アノード水のｐＨは上層配線パターンをなす３層
金属膜に損傷を与えないような範囲で設定され、例えば
アンモニア等を添加して好ましくはｐＨ６〜８に設定さ
れる。

【００３１】一方、印加する超音波振動としては、周波
数が１．０ＫＨｚ〜１．６ＭＨｚであり、出力は２０〜
２００Ｗの範囲内であることが望ましい。

【００３２】（３）保護膜（パッシベーション膜）の形
成上記洗浄、及び乾燥の後、ＴＦＴ５の個所及び信号線
を、窒化シリコン等から成る保護膜５８により被覆す
る。この保護膜５８は、液晶パネルが組み立てられた際
に、上層金属配線パターンから液晶中への金属の溶出な
どを防止するものである。

【００３３】上記具体例の製造方法によって得られたア
レイ基板４には、モリブデン酸化物等の付着に起因する
ＴＦＴの不良は全く観察されなかった。ＳＶＧＡ型液晶
表示装置用のアレイ基板上における８００×６００×３
個のＴＦＴ中には、動作不良のＴＦＴが数個見られる場
合もあったが、動作不良のＴＦＴについて電子顕微鏡に
より観察した結果、モリブデン酸化物等の付着に起因す
るものは発見されなかった。

【００３４】これに対して、アノード水の代わりに純水
を用いた他は上記具体例と全く同一の製造方法を用いた
場合、動作不良のＴＦＴが数多く見られた。

【００３５】以上に説明したように、上記実施例の洗浄
方法により、モリブデン酸化物等の非絶縁性付着物をほ
ぼ完全に除去することができ、このような付着物に起因
するＴＦＴ５の特性不良をほぼ完全に防止することがで
きる。また、アノード水のｐＨ及び酸化還元電位はモリ
ブデン酸化物等の除去に必要な範囲で過度に激しくなら
ないように適宜調整される。したがって、上層金属配線
パターンにアルミニウム層やアルミニウム合金層といっ
た耐蝕性の低い金属層を含む場合にも、これら配線に損
傷を与えることがない。

【００３６】特には、純水を電気分解したアノード水を
用いているため、ＴＦＴ５に悪影響を与えるようなイオ
ン種を含まず、薬液を除去するすすぎやリンスの工程を
ほとんど省くことができる。

【００３７】また、上記実施例の製造方法によると、上
層配線パターンにおいて、アルミニウム層またはアルミ
ニウム合金層から成る第２層の上にモリブデンからなる
第３層が被覆されているので、ｐＨの低いアノード水を
用いてモリブデン酸化物の効率的な除去を行った場合に
も、アルミニウムからなる第２層に対する影響は最小限
に抑えられている。

【００３８】上記実施例においては、純水を電気分解し
て得られる酸性のアノード水を用いたが、場合によって
は、その他のイオン水を用いることもできる。

【００３９】なお、上記実施例の洗浄装置においては、
ノズルからアレイ基板へとイオン水を吐出するととも
に、ノズルから吐出される直前のイオン水に超音波を照
射する構成としたが、場合によっては浸漬方式でも良
く、また、アレイ基板に直接超音波振動を印加すること
も可能である。

【００４０】

【発明の効果】アクティブマトリクス型液晶表示装置の
スイッチング素子等に好適に用いられるＴＦＴの製造方
法において、モリブデン酸化物等の非絶縁性異物を充分
に除去できるとともに、金属配線の腐蝕を防止できる。
また、装置負担や工程負担の増大をほとんど招かない。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の製造方法で用いる洗浄装置の構成を模
式的に示す、装置概念図である。

【図２】上方金属配線パターンの形成後におけるＴＦＴ
の積層構造を示す模式的な縦断面図である。

【図３】正常なＴＦＴ及び不良なＴＦＴの特性曲線を示
すグラフである。

【符号の説明】

１イオン水供給装置１１電気分解槽１２アノード電極１３カソード電極２超音波照射装置３洗浄槽３１搬送ローラー３２アノード水を吐出するノズル４アレイ基板

───────────────────────────────────────────────────── 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） // Ｂ０８Ｂ 3/08 Ｆターム(参考） 2H092 GA17 GA25 GA29 GA34 HA28 JA24 JA34 JA37 JA41 JA46 JB57 KB24 MA05 MA12 MA18 MA19 NA27 3B201 AB14 BB03 BB83 BB93 CB01 CC21 5F110 BB01 CC07 DD02 EE03 EE04 EE06 EE15 EE23 EE30 FF02 FF03 FF09 GG02 GG15 HK03 HK04 HK06 HK09 HK16 HK22 HK33 NN03 NN16 NN24 NN73 QQ01 QQ09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁基板上にゲート電極を形成する工程
と、この走査線及びゲート電極を被覆するゲート絶縁膜
を形成する工程と、このゲート絶縁膜を介して前記ゲー
ト電極を覆うように半導体膜を形成する工程と、この上
に金属膜を堆積する金属膜堆積工程と、この金属膜をパターニングしてソース電極及びドレイン
電極を作成する金属膜パターニング工程とを備えた薄膜
トランジスタの製造方法において、前記金属膜パターニング工程の後、前記絶縁基板の上面
に対して、イオン水存在下で超音波振動を印加すること
により洗浄処理を行うことを特徴とする薄膜トランジス
タの製造方法。
【請求項２】前記イオン水が、純水を電気分解して得ら
れるアノード水であることを特徴とする請求項１記載の
薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３】前記アノード水は、ｐＨが６〜８であるこ
とを特徴とする請求項２記載の薄膜トランジスタの製造
方法。
【請求項４】前記洗浄処理の後、前記上層金属配線パタ
ーンを被覆する保護膜を形成する工程を含むことを特徴
とする請求項１記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項５】前記金属膜堆積工程において、アルミニウ
ムまたはアルミニウム合金からなる層、及び、この層を
被覆する、モリブデンから成る層が堆積されることを特
徴とする請求項１記載の薄膜トランジスタの製造方法。