JP2002540630A - 薄膜トランジスタ及びその製造方法 - Google Patents
薄膜トランジスタ及びその製造方法Info
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Abstract
Description
ラインTFTに関するものである。このようなトランジスタは、例えばアクティ
ブマトリクス液晶ディスプレイ又は他の大面積電子デバイスに使用することがで
きる。本発明は主としてこのようなトランジスタの製造方法に関するものである
。
たれている。例えば、アモルファス又は多結晶半導体膜の部分で製造されたTF
Tを液晶表示画素のマトリクス又は大面積イメージセンサアレイ内のスイッチン
グ素子とすることができる。
比較して、トップゲートTFTの重要な利点は、低抵抗ゲートラインをアルミニ
ウムのような高導電性トップゲート金属で容易に形成することができる点にある
。ゲートラインの抵抗率は、アモルファスシリコンTFTの性能を大面積の高解
像度ディスプレイのアクティブマトリクスアドレッシングに適する特性にするた
めに特に重要である。また、セルフアラインTFT構造形成能力も重要である。
このような構造は寄生ソース-ドレインキャパシタンスを低減し、残留キャパシ
タンスの大面積均一性を改善する。
ト層を基板を通して所謂「背面露光」し、得られたレジストパターンを次のエッ
チング中マスクとして用いてゲート電極パターンを形成する。特開昭63−47
981号公報はこの方法を用いて製造されるトップゲート薄膜トランジスタを開
示している。下側のソース及びドレイン電極パターンは、基板を経るネガ型レジ
ストの露光がソース及びドレイン電極間の間隔と整列するように不透明材料から
形成する必要がある。これによりセルフアラインTFT構造が得られる。しかし
、ゲート電極を含むTFT構造は、これらの層を経てネガ型レジストを露光し得
るように透明にする必要がある。これがため、この背面露光技術は不透明である
アルミニウムのような低抵抗金属ゲートラインとともに使用することはできない
。特開昭63-47981号公報は、透明な酸化インジウム錫(ITO)ゲート
電極パターンを使用し、この透明電極パターンを通してネガ型レジストの露光を
行うことを開示している。
積工程を必要とする。例えば、TFTスタックはPECVDシステムを用いて形
成し得るが、ITO層はスパッタされる。
トランジスタ本体を提供するほぼ透明のシリコン膜を堆積し、 チャネル領域の上にほぼ透明のゲート絶縁層及びほぼ透明のアモルファスシリ
コンゲート電極層を堆積し、 ゲート電極層の上にネガ型レジストの層を堆積し、 ネガ型レジスト層を背面露光を用いて基板を通して露光することにより、ソー
ス及びドレイン電極間の間隔とほぼ整列する領域を露光し、 露光されてないレジスト層及びその下のゲート電極層を除去し、 露光されたレジスト領域を除去し、 残存するアモルファスシリコンゲート電極層にその抵抗値を低下させる処理を
施すことを特徴とする。
とができる。アモルファスシリコンTFTの場合には、この層はTFTの一部分
として、PECVD堆積システムの一工程において、真空を破ることなく堆積す
ることができる。アモルファスシリコン層の堆積及び処理はTFTの製造におい
て以前から必要とされているため、追加の設備が必要とされず、スループットは
殆ど変化しない。アモルファスシリコンゲート電極層の抵抗値を低減させる処理
によりゲートを正しく機能させることが可能となる。
ためにトランジスタが光に対し高い感度を示す点にある。これは、TFTを液晶
表示画素のアレイ内のスイッチング素子として又は大面積イメージセンサデバイ
ス内のスイッチング素子として使用する場合に特に問題となる。しかし、透明ゲ
ート電極層はネガ型レジストの背面露光を可能にするために必要である。これが
ため、前記処理工程によってゲート電極層による電磁放射の減衰も増大させるの
が好ましい。この処理によりアモルファスシリコンゲート電極層をもっと不透明
の層に変換し、TFTのチャネル領域に対する部分的光遮蔽層として作用させる
ことができる。
シリサイドを形成し、 未反応クロムを除去するものとすることができる。
ゲート電極層を不透明層に変換する。クロムシリサイド層はアモルファスシリコ
ンゲート電極層上にセルフアラインする。追加の導電層を設けて上部行(又は列)
電極を形成することができるが、これらの電極はTFT構造と精密に整列させる
必要はない。その理由はこれらの電極はTFTに対する光遮蔽機能を行う必要が
ないためである。
は、 基板上のほぼ不透明のソース及びドレイン電極と、 トランジスタのチャネル領域を構成するソース及びドレイン電極間のシリコン
トランジスタ本体と、 チャネル領域上方のゲート絶縁層及びゲート電極層とを具え、 ゲート電極層がクロムシリサイド層を具えることを特徴とする。
ゲートTFTの断面図を示す。 これらの図は略図であって、一定の倍率で描かれていない点に注意されたい。
これらの図の各部の相対寸法及び比は図を明瞭にするため及び図示の都合上拡大
したり縮小してある。
る工程(図1)と、 (b)ソース及びドレイン電極パターン11、12の上に、TFTのチャネル領域
を具えるトランジスタ本体を提供するシリコン膜20を堆積する工程と、 (c)TFTの少なくともチャネル領域の上に、アモルファスシリコンからなるゲ
ート電極層24を含む絶縁ゲート構造22、24を形成する工程(図2)と、 (d)絶縁ゲート構造の上にネガ型レジスト層26を堆積し、このネガ型レジスト
層を基板10の反対側からの照明を用いて露光する工程(図3)と、 (e)露光されてないネガ型レジスト及びその下のアモルファスシリコンゲート電
極層を除去する工程(図4)と、 (f)残存するアモルファスシリコンゲート電極パッドを処理してその抵抗値を低
減させる工程と、 を具える。この工程(f)はその遮光特性も向上させる。
として形成する。この層は選択使用されるレジスト材料の露光に使用される電磁
放射に対し十分に透明であるが、製造終了時には低減された抵抗値を有するため
、TFTゲートは正しく機能し得る。アモルファスシリコンゲート電極層に施す
抵抗値低減処理はこの層による電磁放射の減衰も増大してTFTを光に応答しな
いようにするのが好ましい。
エッチング技術を用いて、図1の電極パターン11、12を絶縁基板10の上に
堆積された不透明電極材料膜から形成する。以下の記載及び請求項の記載におい
て、透明層とは、本発明の方法で使用する選択されたネガ型レジスト層を露光す
るのに必要とされる波長の電磁放射(紫外放射)に対し透明であることを意味する
。また、不透明層とは、TFTが最も感応する波長の電磁放射(例えば可視光)を
ある程度減衰するものを意味する。その理由は以下の記載から明らかになる。
、例えば窒化シリコンの膜、を堆積する。次に、上部ゲート電極を構成するアモ
ルファスシリコンゲート電極層24をゲート絶縁層22の上に堆積して図2に示
す構造を構成する。
モルファスシリコンTFTに特に適用し得る。TFTのチャネルを構成するアモ
ルファスシリコン膜20は代表的には40nmの厚さにすることができ、この厚
さではこの層はレジスト材料の露光に慣用される紫外光に対しほぼ透明である。
窒化シリコンゲート絶縁層22は代表的には200nmの厚さにし、この厚さの
この層も同様に紫外光に対しほぼ透明である。図2には単一のゲート絶縁層のみ
を示すが、多層ゲート絶縁構造を設けることもできる。
び12は燐含有プラズマにさらして、トランジスタ本体を構成する半導体層20
の堆積前にソース及びドレインを燐で被覆することができる。これは、フォスフ
ィンフラッシュドーピングにより実行してソース及びドレイン電極11、12と
トランジスタのシリコン本体との間のオーム接触の品質を向上させることができ
る。
膜26を、ソース及びドレイン11、12により形成される不透明部分をフォト
マスクとして用いて、紫外電磁放射28により基板10を通して照明することに
より選択的に露光する。その結果としてレジスト層26の領域Bが露光されるが
、領域Aは露光されないままとなる。領域Bの露光ができるのは、フォトレジス
ト26の下のトランジスタ装置の層が紫外放射28に対し十分低い減衰を示し、
その結果ととしてこれらの層の減衰の合成も十分に低いためにフォトレジスト層
26の露光を満足に行うことができるからである。
このエッチング工程中又は次のエッチング工程中に、レジスト膜26の非露光領
域Aの真下のゲート電極層24も除去する。ゲート電極層24のこれらの領域の
エッチング中、レジスト膜26の露光領域Bはマスクとして作用し、図4に示す
構造となる。絶縁層22はTFTの絶縁ゲート構造を構成するゲート絶縁層22
の部分以外の部分から除去してもしなくてもよい。これは図4には示されていな
い。
ルファスシリコンから形成され、背面露光によりセルフアライン製造される既知
のトップゲートTFTと比較してその製造が著しく容易であり、製造コストが安
価になる。しかし、アモルファスシリコンゲート電極層24の抵抗値はTFTの
性能を低下させ、図4に示す構造を有するTFTを大面積電子デバイス用途に使
用する場合に特に問題となる。
減させ、TFTの機能を向上させ、種々の用途、例えば大面積電子デバイスに使
用することができるようにする。
ができる一つの可能な処理は例えばレーザ結晶化によりアモルファスシリコン層
を多結晶シリコン層に変換するものである。レーザ結晶化処理は、アモルファス
シリコン層があらかじめ負にドープされている場合に有効である。得られる多結
晶シリコン層は大きく減少した抵抗値を有し、TFT性能の向上を可能にする。
して説明する。 レジスト層26の残存露光部分の除去後に、シリサイド生成金属、例えばクロ
ムを図5に示すように構造の上に堆積する。得られるクロム膜30は少なくとも
絶縁ゲート構造22、24の全域に亘って延在させる。クロム膜は蒸着又はスパ
ッタリングにより堆積することができ、且つこの場合には薄膜構造を加熱してア
モルファスシリコンゲート電極層24とクロム層30との間の界面にシリサイド
層32を生成することができる。次に、クロムエッチャントを用いて未反応クロ
ムを除去し、図6に示すようにシリサイド層32を残存させる。
構造の光減衰量を増大するため、得られるTFTは周囲光状態の変化により生ず
る性能特性の変化を受け難いものとなる。アモルファスシリコンTFTは可視光
にもっとも敏感であり、上記の処理は可視光に対する減衰を増大し好ましい。シ
リサイド層32もゲート構造とセルフアライン形成される。
を注入することにより向上させることができる。適切なシリサイド生成金属とし
てクロムを記載したが、本発明方法では他の金属、例えばMo,Ni,Bd,P
t,Au等のシリサイドを使用することができる。
は追加の上部層として形成される。しかし、これらの行導体はTFTスタックと
精密なアライメントを必要としない。その理由は、光遮蔽が既に達成されている
ためにこれらの行導体をTFTの上に位置させる必要がないためである。従って
、TFT構造のセルフアラインの利点を損なうことなくこれらの行導体を高導電
性材料(例えばアルミニウム)から形成することができる。
びドレイン領域のドーピング及びTFTに要求される特定の性能特性に依存する
種々の追加の層を使用し得ること明らかである。本発明においては明細書中に記
載されていないが多くの変更や変形が可能であり、これらも本発明の範囲に含ま
れる。同様に、本発明の製造方法はアモルファスシリコンゲート電極層の使用に
より特にアモルファスシリコンTFTに適するが、本発明の方法はポリシリコン
TFT構造に等しく使用することもできるものである。
Tの順次の製造工程における断面図である。
Tの順次の製造工程における断面図である。
Tの順次の製造工程における断面図である。
Tの順次の製造工程における断面図である。
Tの順次の製造工程における断面図である。
Tの順次の製造工程における断面図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 基板上にほぼ不透明のソース及びドレイン電極パターンを形成す
る工程と、 ソース及びドレイン電極パターン上に、トランジスタのチャネル領域を具える
トランジスタ本体を提供するほぼ透明のシリコン膜を堆積する工程と、 チャネル領域の上にほぼ透明のゲート絶縁層及びほぼ透明のアモルファスシリ
コンゲート電極層を堆積する工程と、 ゲート電極層の上にネガ型レジストの層を堆積する工程と、 ネガ型レジスト層を背面露光を用いて基板を通して露光することにより、ソー
ス及びドレイン電極間の間隔とほぼ整列する領域を露光する工程と、 露光されてないレジスト層及びその下のゲート電極層を除去する工程と、 露光されたレジスト領域を除去する工程と、 残存するアモルファスシリコンゲート電極層にその抵抗値を低下させる処理を
施す工程と、 を具える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】 前記処理はレーザ結晶化であることを特徴とする請求項1記載の
方法。 - 【請求項3】 前記処理によりゲート電極層による電磁放射の減衰も増大させる
ことを特徴とする請求項1記載の方法。 - 【請求項4】 前記処理は、クロム層をトランジスタの上に堆積する工程と、ク
ロム層をアモルファスシリコンゲート電極層の隣接部分と反応させてクロムシリ
サイドを形成する工程と、未反応クロムを除去する工程を具えることを特徴とす
る請求項3記載の方法。 - 【請求項5】 前記反応工程はアニーリングであることを特徴とする請求項4記
載の方法。 - 【請求項6】 複数のトランジスタを基板上にデバイスマトリクス内のスイッチ
ング素子として形成することを特徴とする請求項1-5の何れかに記載の方法。 - 【請求項7】 ソース及びドレイン電極パターンをトランジスタ本体シリコン膜
の堆積前に燐で被覆することを特徴とする請求項1-6の何れかに記載の方法。 - 【請求項8】 基板上のほぼ不透明のソース及びドレイン電極と、 トランジスタのチャネル領域を構成するソース及びドレイン電極間のシリコン
トランジスタ本体と、 チャネル領域の上のゲート絶縁層及びゲート電極層とを具え、 ゲート電極層がクロムシリサイド層を具えることを特徴とする薄膜トランジス
タ。
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