JP2006100760A - 薄膜トランジスタおよびその製造方法 - Google Patents

薄膜トランジスタおよびその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 真性酸化亜鉛からなる半導体薄膜を有する薄膜トランジスタの製造に際し、加工精度を良くする。
【解決手段】 まず、真性酸化亜鉛からなる半導体薄膜8の上面全体に保護膜9を形成し、その上に上層絶縁膜12を成膜する。次に、上層絶縁膜12および保護膜9にコンタクトホール10、11を形成する。この場合、チャネル長Lは2つのコンタクトホール10、11間の間隔により決定され、チャネル幅Wはコンタクトホール10、11の所定方向の寸法により決定される。これにより、半導体薄膜8にサイドエッチングがやや生じても、チャネル長Lおよびチャネル幅Wに寸法変化が生じることはない。
【選択図】 図1

Description

この発明は薄膜トランジスタおよびその製造方法に関する。
例えば、アクティブマトリクス型液晶表示素子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は、絶縁基板の上面にゲート電極が設けられ、ゲート電極を含む絶縁基板の上面にゲート絶縁膜が設けられ、ゲート電極上におけるゲート絶縁膜の上面に真性アモルファスシリコンからなる半導体薄膜が設けられ、半導体薄膜の上面中央部にチャネル保護膜が設けられ、チャネル保護膜の上面両側およびその両側における半導体薄膜の上面にn型アモルファスシリコンからなるオーミックコンタクト層が設けられ、各オーミックコンタクト層の上面にソース・ドレイン電極が設けられたものがある(例えば、特許文献1参照)。
特開平5−67786号公報(図2)
ところで、最近では、アモルファスシリコンの代わりに、それよりも高い移動度が得られることから、酸化亜鉛(ZnO)を用いることが考えられている。このような酸化亜鉛を用いた薄膜トランジスタの製造方法としては、例えば、ゲート絶縁膜上に真性酸化亜鉛からなる半導体薄膜形成用層を成膜し、半導体薄膜形成用層の上面に窒化シリコンからなるチャネル保護膜をパターン形成し、チャネル保護膜を含む半導体薄膜形成用層の上面にn型酸化亜鉛からなるオーミックコンタクト層形成用層を成膜し、オーミックコンタクト層形成用層および半導体薄膜形成用層を連続してパターニングして、デバイスエリアにオーミックコンタクト層および半導体薄膜を形成し、各オーミックコンタクト層の上面にソース・ドレイン電極をパターン形成することが考えられる。
しかしながら、上記製造方法では、酸化亜鉛が酸にもアルカリにも溶けやすく、エッチング耐性が極めて低いため、デバイスエリアに形成された酸化亜鉛からなる半導体薄膜およびオーミックコンタクト層に後工程で比較的大きなサイドエッチングが生じ、加工精度が悪くなってしまうということが分かった。
そこで、この発明は、加工精度を良くすることができる薄膜トランジスタおよびその製造方法を提供することを目的とする。
この発明は、上記目的を達成するため、例えば、半導体薄膜と、該半導体薄膜の一面に形成されたゲート絶縁膜と、該ゲート絶縁膜を介して前記半導体薄膜に対向して形成されたゲート電極と、前記半導体薄膜に電気的に接続されたソース電極およびドレイン電極を有する薄膜トランジスタであって、前記半導体薄膜の周辺部上に、該半導体薄膜の端面と同一形状の端面を有する絶縁膜が形成され、該絶縁膜から露出された前記半導体薄膜に前記ソース電極および前記ドレイン電極が接続されていることを特徴とするものである。
この発明によれば、半導体薄膜の周辺部上に、該半導体薄膜の端面と同一形状の端面を有する絶縁膜を形成し、該絶縁膜から露出された半導体薄膜上にソース電極およびドレイン電極を接続させることにより、半導体薄膜にサイドエッチングがやや生じても支障がなく、加工精度を良くすることができる。
(第1実施形態)
図1(A)はこの発明の第1実施形態としての薄膜トランジスタを備えた液晶表示素子の要部の透過平面図を示し、図1(B)は図1(A)のB−B線に沿う断面図を示す。この液晶表示素子はガラス基板1を備えている。ガラス基板1の上面には、マトリクス状に配置された複数の画素電極2と、各画素電極2に接続された薄膜トランジスタ3と、行方向に配置され、各薄膜トランジスタ3に走査信号を供給する走査ライン4と、列方向に配置され、各薄膜トランジスタ3にデータ信号を供給するデータライン5とが設けられている。
すなわち、ガラス基板1の上面の所定の箇所にはクロムやアルミニウム系金属等からなるゲート電極6を含む走査ライン4が設けられている。ゲート電極6および走査ライン4を含むガラス基板1の上面には窒化シリコンからなるゲート絶縁膜7が設けられている。ゲート電極6上におけるゲート絶縁膜7の上面の所定の箇所には真性酸化亜鉛からなる半導体薄膜8が設けられている。
半導体薄膜8のチャネル領域に対応する上面中央部および周辺部には窒化シリコンからなる保護膜(絶縁膜)9が、半導体薄膜8のチャネル領域上に形成された中央部(中央絶縁膜)および半導体薄膜8の周辺部上に形成されたチャネル方向の端面aと同一形状の端面bを有する周辺部を有するほぼ日字状(図6(A)参照)に設けられている。すなわち、半導体薄膜8の上面中央部および周辺部を除く領域における保護膜9には2つのコンタクトホール10、11が設けられている。
保護膜9および半導体薄膜8を含むゲート絶縁膜7の上面には窒化シリコンからなる上層絶縁膜12が設けられている。この場合、上層絶縁膜12には、保護膜9のコンタクトホール10、11に連続するコンタクトホール10、11が設けられている。
一方のコンタクトホール10を介して露出された半導体薄膜8のソース領域の上面およびその近傍の上層絶縁膜12の上面にはn型酸化亜鉛からなる一方のオーミックコンタクト層13が設けられている。他方のコンタクトホール11を介して露出された半導体薄膜8のドレイン領域の上面およびその近傍の上層絶縁膜12の上面にはn型酸化亜鉛からなる他方のオーミックコンタクト層14が設けられている。
一方のオーミックコンタクト層13の上面およびその近傍の上層絶縁膜12の上面にはクロム、アルミニウム系金属、ITO等からなるソース電極15が設けられている。他方のオーミックコンタクト層14の上面および上層絶縁膜12の上面の所定の箇所にはクロム、アルミニウム系金属、ITO等からなるドレイン電極16を含むデータライン5が設けられている。この場合、各オーミックコンタクト層13、14はソース電極15およびドレイン電極16によって完全に覆われている。
ここで、ゲート電極6、ゲート絶縁膜7、半導体薄膜8、保護膜9、オーミックコンタクト層13、14、ソース電極15およびドレイン電極16により、薄膜トランジスタ3が構成されている。
そして、2つのコンタクトホール10、11間における保護膜9によって覆われた半導体薄膜8の図1(A)における左右方向の寸法つまり2つのコンタクトホール10、11間の間隔がチャネル長Lとなっている。また、例えば、他方のオーミックコンタクト層14を含むドレイン電極16と半導体薄膜8との接続部分つまり他方のコンタクトホール11の図1(A)における上下方向(2つのコンタクトホール10、11間の間隔に直交する方向)の寸法がチャネル幅Wとなっている。
薄膜トランジスタ3等を含むゲート絶縁膜7の上面には窒化シリコンからなるオーバーコート膜17が設けられている。オーバーコート膜17の上面の所定の箇所にはITO等の透明導電材料からなる画素電極2が設けられている。画素電極2は、オーバーコート膜17の所定の箇所に設けられたコンタクトホール18を介してソース電極15に接続されている。
次に、この液晶表示素子における薄膜トランジスタ3の部分の製造方法の一例について説明する。まず、図2(A)、(B)に示すように、ガラス基板1の上面の所定の箇所に、スパッタ法により成膜されたクロムやアルミニウム系金属等からなる金属層をフォトリソグラフィ法によりパターニングすることにより、ゲート電極6を含む走査ライン4を形成する。
次に、ゲート電極6および走査ライン4を含むガラス基板1の上面に、プラズマCVD法により、窒化シリコンからなるゲート絶縁膜7、真性酸化亜鉛からなる半導体薄膜形成用層8aおよび窒化シリコンからなる保護膜形成用層9aを連続して成膜する。次に、保護膜形成用層9aの上面に、フォトリソグラフィ法により、デバイスエリア形成用のレジストパターン21を形成する。
次に、レジストパターン21をマスクとして、保護膜形成用層9aをエッチングすると、図3(A)、(B)に示すように、レジストパターン21下に保護膜9が形成される。この場合、レジストパターン21下以外の領域における半導体薄膜形成用層8aの表面が露出される。そこで、窒化シリコンからなる保護膜形成用層9aのエッチング方法としては、保護膜形成用層9aのエッチング速度は速いが、真性酸化亜鉛からなる半導体薄膜形成用層8aをなるべく侵さないようにするために、六フッ化イオウ(SF6)を用いた反応性プラズマエッチング(ドライエッチング)が好ましい。
次に、レジストパターン21をレジスト剥離液を用いて剥離する。この場合、保護膜9下以外の領域における半導体薄膜形成用層8aの表面がレジスト剥離液に曝されるが、この曝された部分はデバイスエリア以外であるので、別に支障はない。
次に、保護膜9をマスクとして、半導体薄膜形成用層8aをエッチングすると、図4(A)、(B)に示すように、保護膜9下に半導体薄膜8が形成される。この場合、真性酸化亜鉛からなる半導体薄膜形成用層8aのエッチング液としては、アルカリ水溶液を用いる。例えば、水酸化ナトリウム(NaOH)30wt%未満水溶液、好ましくは2〜10wt%水溶液を用いる。エッチング液の温度は、5〜40℃、好ましくは室温(22〜23℃)とする。
そして、エッチング液として水酸化ナトリウム(NaOH)5wt%水溶液(温度は室温(22〜23℃))を用いたところ、エッチング速度は約80nm/分であった。ところで、エッチング速度は、加工の制御性を考慮した場合、余り大きいと膜厚や密度等のばらつきの要因のためエッチング終了の制御が難しく、勿論、小さすぎれば生産性が低下する。そこで、エッチング速度は、一般的に、100〜200nm/分程度が好ましいと言われている。、エッチング速度が約80nm/分の水酸化ナトリウム(NaOH)5wt%水溶液は、一応、満足できる範囲と言える。
しかし、更に、生産効率を上げるために、ナトリウムの濃度を大きくしてもよい。また、エッチング液としてリン酸水溶液等の速度が大きいものを使用する場合、0.05%程度と極めて低濃度にしなければならないが、このように低濃度のものを用いる場合、使用時における変質速度が大きいので、やはり制御が困難となる。従って、水酸化ナトリウム水溶液の場合、30wt%未満水溶液、好ましくは2〜10wt%程度の水溶液を適用することができるので、このような面で極めて有効である。
次に、図5(A)、(B)に示すように、保護膜9を含むゲート絶縁膜7の上面に、プラズマCVD法により、窒化シリコンからなる上層絶縁膜12を成膜する。次に、上層絶縁膜12の上面に、フォトリソグラフィ法により、コンタクトホール形成用のレジストパターン22を形成する。
次に、レジストパターン22をマスクとして、上層絶縁膜12および保護膜9を連続してエッチングすると、図6(A)、(B)に示すように、上層絶縁膜12および保護膜9の所定の箇所に2つのコンタクトホール10、11が連続して形成される。この場合、上層絶縁膜12および保護膜9にコンタクトホール10、11を連続して形成するため、上層絶縁膜12の材料は、保護膜9の材料と同じであることが好ましく、この実施形態では窒化シリコンである。
また、この場合、コンタクトホール10、11内における真性酸化亜鉛からなる半導体薄膜形成用層8aの表面が露出される。したがって、窒化シリコンからなる上層絶縁膜12および保護膜9にコンタクトホール10、11を形成するためのエッチング方法としては、上記と同様に、六フッ化イオウ(SF6)を用いた反応性プラズマエッチング(ドライエッチング)が好ましい。
次に、レジストパターン22をレジスト剥離液を用いて剥離する。ここで、レジスト剥離液として、酸性もアルカリ性も呈さない(電解質を含まない)もの、例えば、単一の有機溶媒(例えばジメチルスルホキシド(DMSO))を用いても、レジスト剥離を良好に行えることは、発明者において確認されている。しかも、このようなレジスト剥離液は、コンタクトホール10、11を介して露出された半導体薄膜8の上面を全く侵さないため、ここではこのようなレジスト剥離液を用いる。
ここで、2つのコンタクトホール10、11間の間隔がチャネル長Lとなり、当該間隔に直交する方向におけるコンタクトホール10、11の寸法がチャネル幅Wとなる。この場合、半導体薄膜8の上面周辺部は保護膜9によって覆われている。したがって、図4(A)、(B)に示す工程において、半導体薄膜8にサイドエッチングがやや生じたとしても、チャネル長Lおよびチャネル幅Wに影響を与えることはない。
次に、図7(A)、(B)に示すように、コンタクトホール10、11を介して露出された半導体薄膜8の上面を含む上層絶縁膜12の上面に、プラズマCVD法により、n型酸化亜鉛からなるオーミックコンタクト層形成用層23を成膜する。次に、オーミックコンタクト層形成用層23の上面に、フォトリソグラフィ法により、オーミックコンタクト層形成用のレジストパターン24を形成する。
次に、レジストパターン24をマスクとして、オーミックコンタクト層形成用層23をエッチングすると、図8(A)、(B)に示すように、レジストパターン24下にオーミックコンタクト層13、14が形成される。この場合、オーミックコンタクト層形成用層23はn型酸化亜鉛によって形成されているため、エッチング液として上記水酸化ナトリウム水溶液を用いると、加工の制御性を良好とすることができる。
次に、レジストパターン24をレジスト剥離液を用いて剥離する。この場合、コンタクトホール10、11はオーミックコンタクト層13、14によって完全に覆われている。したがって、オーミックコンタクト層形成用層23を成膜した後においては、半導体薄膜8はレジスト剥離液等に曝されることはなく、完全に保護されている。これにより、加工精度を良くすることができる。また、この場合、オーミックコンタクト層13、14の表面が露出される。したがって、この場合のレジスト剥離液としては、酸性もアルカリ性も呈さない(電解質を含まない)もの、例えば、単一の有機溶媒(例えばジメチルスルホキシド(DMSO))を用いる。
次に、図9(A)、(B)に示すように、オーミックコンタクト層13、14を含む上層絶縁膜12の上面に、スパッタ法により、クロム、アルミニウム系金属、ITO等からなるソース・ドレイン電極等形成用層25を成膜する。次に、ソース・ドレイン電極等形成用層25の上面に、フォトリソグラフィ法により、ソース・ドレイン電極等形成用のレジストパターン26を形成する。
次に、レジストパターン26をマスクとして、ソース・ドレイン電極等形成用層25をエッチングすると、図10(A)、(B)に示すように、レジストパターン26下にソース電極15、ドレイン電極16およびデータライン5が形成される。次に、レジストパターン26をレジスト剥離液を用いて剥離する。
この場合、オーミックコンタクト層13、14はソース電極15およびドレイン電極16によって完全に覆われている。したがって、ソース・ドレイン電極等形成用層25を成膜した後においては、オーミックコンタクト層13、14は、ソース・ドレイン電極等形成用層25をエッチングするためのエッチング液およびレジスト剥離液等に曝されることはなく、完全に保護されている。これにより、加工精度を良くすることができる。
次に、図1(A)、(B)に示すように、ソース電極15、ドレイン電極16およびデータライン5を含む上層絶縁膜12の上面に、プラズマCVD法により、窒化シリコンからなるオーバーコート膜17を成膜する。次に、オーバーコート膜17の所定の箇所に、フォトリソグラフィ法により、コンタクトホール18を形成する。次に、オーバーコート膜17の上面の所定の箇所に、スパッタ法により成膜されたITO等の透明導電材料からなる画素電極形成用層をフォトリソグラフィ法によりパターニングすることにより、画素電極2をコンタクトホール18を介してソース電極15に接続させて形成する。
以上のように、上記製造方法では、半導体薄膜8の上面全体に保護膜9を形成し、保護膜9にその間の間隔および当該間隔に直交する方向の寸法によりチャネル長Lおよびチャネル幅Wを決定する2つのコンタクトホール10、11を形成しているので、半導体薄膜8にサイドエッチングがやや生じても、保護膜9に形成された2つのコンタクトホール10、11によって決定されるチャネル長Lおよびチャネル幅Wに寸法変化が生じることはなく、加工精度を良くすることができる。
なお、図2(A)、(B)に示す状態において、レジストパターン21をマスクとして保護膜形成用層9aおよび半導体薄膜形成用層8aを連続してエッチングし、図11に示すように、レジストパターン21下に保護膜9および半導体薄膜8を形成し、次いで、レジストパターン21をレジスト剥離液を用いて剥離するようにしてもよい。
また、上記実施形態においては、図6(A)、(B)に示すように、半導体薄膜8のチャネル領域上に保護膜9および上層絶縁膜12を積層して形成する構成であるが、保護膜9は半導体薄膜8の上面周辺部のみに形成し、半導体薄膜8のチャネル領域上に上層絶縁膜12のみを形成する構成としてもよい。
この場合の製造方法としては、図11(A)、(B)に示す状態において、レジストパターン21を保護膜9の周辺部のみを覆う形状にし、このレジストパターン21をマスクとしてエッチングを行い、保護膜9および半導体薄膜8をデバイスエリアに形成するとともに保護膜9の中央部を除去する。つまり、図5(A)、(B)に示す状態において、保護膜9は半導体薄膜8の周辺部上のみに形成された構成としておき、レジストパターン22をマスクとして、上層絶縁膜12のエッチングを行うことにより、保護膜9が半導体薄膜8の上面周辺部のみに形成され、半導体薄膜8のチャネル領域上に上層絶縁膜12のみが形成された構成とすることができる。
(第2実施形態)
図12(A)はこの発明の第2実施形態としての薄膜トランジスタを備えた液晶表示素子の要部の透過平面図を示し、図12(B)は図12(A)のB−B線に沿う断面図を示す。この液晶表示素子において、図1(A)、(B)に示す場合と異なる点は、オーミックコンタクト層13、14を備えておらず、ソース電極15およびドレイン電極16をコンタクトホール10、11を介して半導体薄膜8に直接接続した点である。
このように、半導体薄膜8は真性酸化亜鉛である場合、アルミニウムやITO等によって形成したソース電極15およびドレイン電極16をコンタクトホール10、11を介して半導体薄膜8に直接接続しても、薄膜トランジスタ3が正常に動作することが確認されている。
ただし、より一層良好なコンタクトを得るため、コンタクトホール10、11を介して露出された半導体薄膜8を低抵抗化処理するようにしてもよい。例えば、図6(A)、(B)に示す工程後に、上層絶縁膜12および保護膜9をマスクとして、イオンドーピング処理または薬液処理を行なうことにより、あるいは、次に、ソース電極15およびドレイン電極16を形成するためのソース・ドレイン電極等形成用層を成膜し、この後に、上層絶縁膜12および保護膜9をマスクとして、熱拡散処理を行なうことにより、コンタクトホール10、11を介して露出された半導体薄膜8を低抵抗化処理することができる。
したがって、この第2実施形態では、オーミックコンタクト層13、14を形成するための工程が不要となり、しかもコンタクトホール10、11を介して露出された半導体薄膜8の低抵抗化処理を行った場合でも、この低抵抗化処理を上層絶縁膜12および保護膜9をマスクとして行なうことができ、全体としての工程数を削減することができる。
また、この第2実施形態では、コンタクトホール10、11よりも一回り大きめのオーミックコンタクト層13、14(図1(A)、(B)参照)を備えていないため、コンタクトホール10、11をソース電極15およびドレイン電極16で覆えばよい。この結果、図1(A)、(B)に示す場合と比較して、ソース電極15およびドレイン電極16をある程度小さくすることができ、またソース電極15とドレイン電極16との間隔をある程度小さくすることができ、ひいては薄膜トランジスタ3をある程度小型化することができ、且つ、画素電極2のサイズをある程度大きくすることができる。
(第3実施形態)
図13(A)はこの発明の第3実施形態としての薄膜トランジスタを備えた液晶表示素子の要部の透過平面図を示し、図13(B)は図13(A)のB−B線に沿う断面図を示す。この液晶表示素子において、図1(A)、(B)に示す場合と異なる点は、上層絶縁膜12を備えていない点である。したがって、上層絶縁膜12を成膜する工程を省略することができる。
ただし、この場合、図6(A)、(B)に示すようなコンタクトホール形成工程後において、保護膜9にコンタクトホール10、11を形成する際に用いるレジストパターン(図示せず)をレジスト剥離液を用いて剥離するとき、半導体薄膜8の周端面がレジスト剥離液に曝され、半導体薄膜8にサイドエッチングがやや生じるが、チャネル長Lおよびチャネル幅Wに影響を与えることはない。ただし、半導体薄膜8の周端面がレジスト剥離液によって全く侵されないようにするために、レジスト剥離液として、酸性もアルカリ性も呈さない(電解質を含まない)もの、例えば、単一の有機溶媒(例えばジメチルスルホキシド(DMSO))を用いる方が好ましい。
(第4実施形態)
図14(A)はこの発明の第4実施形態としての薄膜トランジスタを備えた液晶表示素子の要部の透過平面図を示し、図14(B)は図14(A)のB−B線に沿う断面図を示す。この液晶表示素子において、図1(A)、(B)に示す場合と大きく異なる点は、上層絶縁膜12を備えておらず、平面ほぼ十字形状の半導体薄膜8(図18(A)参照)の上面中央部にコンタクトホールを有しない保護膜9を設け、半導体薄膜8のチャネル方向の端面a、それに直交する方向の端面a’、a”をオーミックコンタクト層13、14で覆った点である。
すなわち、ゲート絶縁膜7の上面には平面ほぼ十字形状の半導体薄膜8が設けられている。ゲート電極6上における半導体薄膜8の上面中央部には保護膜9が設けられている。保護膜9の上面両側およびその両側における半導体薄膜8のソース・ドレイン領域の上面にはオーミックコンタクト層13、14が設けられている。
この場合、一方のオーミックコンタクト層13は、半導体薄膜8の図14(A)における右側の部分のチャネル方向の端面a、それに直交する方向の端面a’、a”の3つの端面を覆うように設けられている。他方のオーミックコンタクト層14は、半導体薄膜8の図14(A)における左側の部分のチャネル方向の端面a、それに直交する方向の端面a’、a”の3つの端面を覆うように設けられている。したがって、保護膜9下に設けられた半導体薄膜8の中央部の図14(A)における上下部の端面は、オーミックコンタクト層13、14によって覆われずに露出されている。
一方のオーミックコンタクト層13の上面およびその近傍のゲート絶縁膜7の上面にはソース電極15が設けられている。他方のオーミックコンタクト層14の上面およびゲート絶縁膜7の上面の所定の箇所にはドレイン電極16を含むデータライン5が設けられている。この場合も、オーミックコンタクト層13、14はソース電極15およびドレイン電極16によって完全に覆われている。
そして、保護膜9の図14(A)における左右方向の寸法がチャネル長Lとなっている。また、オーミックコンタクト層13、14下に設けられた半導体薄膜8の図14(A)における上下方向の寸法がチャネル幅Wとなっている。
次に、この液晶表示素子における薄膜トランジスタ3の部分の製造方法の一例について説明する。まず、図15(A)、(B)に示すように、ガラス基板1の上面の所定の箇所に、スパッタ法により成膜されたクロムやアルミニウム系金属等からなる金属層をフォトリソグラフィ法によりパターニングすることにより、ゲート電極6を含む走査ライン4を形成する。
次に、ゲート電極6および走査ライン4を含むガラス基板1の上面に、プラズマCVD法により、窒化シリコンからなるゲート絶縁膜7、真性酸化亜鉛からなる半導体薄膜形成用層8aおよび窒化シリコンからなる保護膜形成用層9aを連続して成膜する。次に、保護膜形成用層9aの上面に、フォトリソグラフィ法により、保護膜形成用のレジストパターン31を形成する。
次に、レジストパターン31をマスクとして、保護膜形成用層9aをエッチングすると、図16(A)、(B)に示すように、レジストパター31下に保護膜9が形成される。この場合、レジストパターン31下以外の領域における真性酸化亜鉛からなる半導体薄膜形成用層8aの表面が露出される。そこで、窒化シリコンからなる保護膜形成用層9aのエッチング方法としては、上記と同様に、六フッ化イオウ(SF6)を用いた反応性プラズマエッチング(ドライエッチング)が好ましい。
次に、レジストパターン31をレジスト剥離液を用いて剥離する。この場合、保護膜9下以外の領域における半導体薄膜形成用層8aの表面が露出されている。したがって、この場合のレジスト剥離液としては、酸性もアルカリ性も呈さない(電解質を含まない)もの、例えば、単一の有機溶媒(例えばジメチルスルホキシド(DMSO))を用いる。
次に、図17(A)、(B)に示すように、保護膜9を含む半導体薄膜形成用層8aの上面に、フォトリソグラフィ法により、半導体薄膜形成用のレジストパターン32を形成する。この状態では、レジストパターン32は保護膜9に対して直交するように配置され、すなわち、この両者は全体として平面ほぼ十字形状となるように配置されている。
次に、レジストパターン32および保護膜9をマスクとして、半導体薄膜形成用層8aをエッチングすると、図18(A)、(B)に示すように、レジストパターン32および保護膜9下に平面ほぼ十字形状の半導体薄膜8が形成される。この場合、半導体薄膜形成用層8aは真性酸化亜鉛によって形成されているため、エッチング液として上記水酸化ナトリウム水溶液を用いると、加工の制御性を良好とすることができる。
次に、レジストパターン32をレジスト剥離液を用いて剥離する。この場合、保護膜9下以外の領域における半導体薄膜8の表面は露出されている。したがって、この場合のレジスト剥離液としては、酸性もアルカリ性も呈さない(電解質を含まない)もの、例えば、単一の有機溶媒(例えばジメチルスルホキシド(DMSO))を用いる。
ここで、保護膜9の図18(A)における左右方向の寸法がチャネル長Lとなる。また、保護膜9下以外の領域に形成された半導体薄膜8の図18(A)における上下方向の寸法がチャネル幅Wとなる。
次に、図19(A)、(B)に示すように、保護膜9および半導体薄膜8を含むゲート絶縁膜7の上面に、プラズマCVD法により、n型酸化亜鉛からなるオーミックコンタクト層形成用層33を成膜する。次に、オーミックコンタクト層形成用層33の上面に、フォトリソグラフィ法により、オーミックコンタクト層形成用のレジストパターン34を形成する。
次に、レジストパターン54をマスクとして、オーミックコンタクト層形成用層33をエッチングすると、図20(A)、(B)に示すように、レジストパターン34下にオーミックコンタクト層13、14が形成される。この場合、一方のオーミックコンタクト層13は、半導体薄膜8の図20(A)における右側の部分の3つの端面を覆うように形成する。他方のオーミックコンタクト層14は、半導体薄膜8の図20(A)における左側の部分の3つの端面を覆うように形成する。また、オーミックコンタクト層形成用層33はn型酸化亜鉛によって形成されているため、エッチング液として上記水酸化ナトリウム水溶液を用いると、加工の制御性を良好とすることができる。
次に、レジストパターン34をレジスト剥離液を用いて剥離する。この場合、保護膜9下に設けられた半導体薄膜8の中央部の図20(A)における上下部の端面は、オーミックコンタクト層13、14によって覆われずに露出されている。この結果、レジストパターン34をレジスト剥離液を用いて剥離するとき、保護膜9下に設けられた半導体薄膜8の中央部のうち、オーミックコンタクト層13、14によって覆われずに露出された図20(A)における上下部の端面がレジスト剥離液に曝され、当該端面にサイドエッチングがやや生じる。
しかし、このサイドエッチングがやや生じる部分は、保護膜9下に設けられた半導体薄膜8の中央部の図20(A)における上下部であり、チャネル長Lおよびチャネル幅Wを決定する領域外であるので、チャネル長Lおよびチャネル幅Wに寸法変化が生じることはなく、加工精度を良くすることができる。なお、レジスト剥離液として、酸性もアルカリ性も呈さない(電解質を含まない)もの、例えば、単一の有機溶媒(例えばジメチルスルホキシド(DMSO))を用いるようにしてもよい。
次に、図21(A)、(B)に示すように、オーミックコンタクト層13、14を含むゲート絶縁膜7の上面に、スパッタ法により、クロム、アルミニウム系金属、ITO等からなるソース・ドレイン電極等形成用層35を成膜する。次に、ソース・ドレイン電極等形成用層35の上面に、フォトリソグラフィ法により、ソース・ドレイン電極等形成用のレジストパターン36を形成する。
次に、レジストパターン36をマスクとして、ソース・ドレイン電極等形成用層35をエッチングすると、図22(A)、(B)に示すように、レジストパターン36下にソース電極15、ドレイン電極16およびデータライン5が形成される。次に、レジストパターン36をレジスト剥離液を用いて剥離する。
この場合、オーミックコンタクト層13、14はソース電極15およびドレイン電極16によって完全に覆われている。したがって、ソース・ドレイン電極等形成用層35を成膜した後においては、オーミックコンタクト層13、14は、ソース・ドレイン電極等形成用層35をエッチングするためのエッチング液およびレジスト剥離液等に曝されることはなく、完全に保護されている。これにより、加工精度を良くすることができる。
次に、図14(A)、(B)に示すように、ソース電極15、ドレイン電極16およびデータライン5を含むゲート絶縁膜7の上面に、プラズマCVD法により、窒化シリコンからなるオーバーコート膜17を成膜する。次に、オーバーコート膜17の所定の箇所に、フォトリソグラフィ法により、コンタクトホール18を形成する。次に、オーバーコート膜17の上面の所定の箇所に、スパッタ法により成膜されたITO等の透明導電材料からなる画素電極形成用層をフォトリソグラフィ法によりパターニングすることにより、画素電極2をコンタクトホール18を介してソース電極15に接続させて形成する。
ところで、この第4実施形態では、保護膜9を形成した後に半導体薄膜8を形成しているため、保護膜9を形成する際に用いるレジストパターン31を、ゲート電極6をマスクとした裏面露光(ガラス基板1の下面側からの露光)により形成する方法の採用が可能となる。この結果、薄膜トランジスタ3の小型化および加工バラツキの低減が可能となる。
(第5実施形態)
図23(A)はこの発明の第5実施形態としての薄膜トランジスタを備えた液晶表示素子の要部の透過平面図を示し、図23(B)は図23(A)のB−B線に沿う断面図を示す。この液晶表示素子において、図14(A)、(B)に示す場合と異なる点は、オーミックコンタクト層13、14を備えておらず、ソース電極15およびドレイン電極16を半導体薄膜8に直接接続した点である。
ただし、この場合も、より一層良好なコンタクトを得るため、保護膜9によって覆われずに露出された半導体薄膜8を低抵抗化処理するようにしてもよい。例えば、図18(A)、(B)に示す工程後にレジストパターン32を剥離し、この後に保護膜9をマスクとして、イオンドーピング処理または薬液処理を行なうことにより、あるいは、ソース・ドレイン電極等形成用層33を成膜した後に、保護膜9をマスクとして、熱拡散処理を行なうことにより、保護膜9によって覆われずに露出された半導体薄膜8を低抵抗化処理することができる。
したがって、この第5実施形態では、オーミックコンタクト層13、14を形成するための工程が不要となり、しかも保護膜9によって覆われずに露出された半導体薄膜8の低抵抗化処理を行った場合でも、この低抵抗化処理を保護膜9をマスクとして行なうことができ、全体としての工程数を削減することができる。
また、この第5実施形態では、保護膜9によって覆われずに露出された半導体薄膜8よりも一回り大きめのオーミックコンタクト層13、14(図14(A)、(B)参照)を備えていないため、保護膜9によって覆われずに露出された半導体薄膜8をソース電極15およびドレイン電極16で覆えばよい。
この結果、図14(A)、(B)に示す場合と比較して、ソース電極15およびドレイン電極16をある程度小さくすることができ、またソース電極15とドレイン電極16との間隔をある程度小さくすることができ、ひいては薄膜トランジスタ3をある程度小型化することができ、且つ、画素電極2のサイズをある程度大きくすることができる。
(その他の実施形態)
半導体薄膜形成用層8aおよびオーミックコンタクト層形成用層23、33の成膜は、プラズマCVD法に限らず、スパッタ法、蒸着法、キャスト法、メッキ法等であってもよい。また、オーミックコンタクト層13、14は、n型酸化亜鉛に限らず、p型酸化亜鉛であってもよく、また酸素欠損を生じさせて導電率を変化させた酸化亜鉛であってもよい。
(A)はこの発明の第1実施形態としての薄膜トランジスタを備えた液晶表 示素子の要部の透過平面図、(B)はそのB−B線に沿う断面図。 (A)は図1に示す薄膜トランジスタの部分の製造に際し、当初の工程の透 過平面図、(B)はそのB−B線に沿う断面図。 (A)は図2に続く工程の透過平面図、(B)はそのB−B線に沿う断面図。 (A)は図3に続く工程の透過平面図、(B)はそのB−B線に沿う断面図。 (A)は図4に続く工程の透過平面図、(B)はそのB−B線に沿う断面図。 (A)は図5に続く工程の透過平面図、(B)はそのB−B線に沿う断面図。 (A)は図6に続く工程の透過平面図、(B)はそのB−B線に沿う断面図。 (A)は図7に続く工程の透過平面図、(B)はそのB−B線に沿う断面図。 (A)は図8に続く工程の透過平面図、(B)はそのB−B線に沿う断面図。 (A)は図9に続く工程の透過平面図、(B)はそのB−B線に沿う断面 図。 (A)は図1に示す薄膜トランジスタの部分の他の製造方法の所定の工程 の透過平面図、(B)はそのB−B線に沿う断面図。 (A)はこの発明の第2実施形態としての薄膜トランジスタを備えた液晶 表示素子の要部の透過平面図、(B)はそのB−B線に沿う断面図。 (A)はこの発明の第3実施形態としての薄膜トランジスタを備えた液晶 表示素子の要部の透過平面図、(B)はそのB−B線に沿う断面図。 (A)はこの発明の第4実施形態としての薄膜トランジスタを備えた液晶 表示素子の要部の透過平面図、(B)はそのB−B線に沿う断面図。 (A)は図14に示す薄膜トランジスタの部分の製造に際し、当初の工程 の透過平面図、(B)はそのB−B線に沿う断面図。 (A)は図153に続く工程の透過平面図、(B)はそのB−B線に沿う 断面図。 (A)は図16に続く工程の透過平面図、(B)はそのB−B線に沿う断 面図。 (A)は図17に続く工程の透過平面図、(B)はそのB−B線に沿う断 面図。 (A)は図18に続く工程の透過平面図、(B)はそのB−B線に沿う断 面図。 (A)は図19に続く工程の透過平面図、(B)はそのB−B線に沿う断 面図。 (A)は図20に続く工程の透過平面図、(B)はそのB−B線に沿う断 面図。 (A)は図21に続く工程の透過平面図、(B)はそのB−B線に沿う断 面図。 (A)はこの発明の第5実施形態としての薄膜トランジスタを備えた液晶 表示素子の要部の透過平面図、(B)はそのB−B線に沿う断面図。
符号の説明
1 ガラス基板
2 画素電極
3 薄膜トランジスタ
4 走査ライン
5 データライン
6 ゲート電極
7 ゲート絶縁膜
8 半導体薄膜
9 保護膜
10、11 コンタクトホール
12 上層絶縁膜
13、14 オーミックコンタクト層
15 ソース電極
16 ドレイン電極
17 オーバーコート膜
18 コンタクトホール

Claims (33)

  1. 半導体薄膜と、該半導体薄膜の一面に形成されたゲート絶縁膜と、該ゲート絶縁膜を介して前記半導体薄膜に対向して形成されたゲート電極と、前記半導体薄膜に電気的に接続されたソース電極およびドレイン電極を有する薄膜トランジスタであって、
    前記半導体薄膜の周辺部上に、該半導体薄膜の端面と同一形状の端面を有する絶縁膜が形成され、該絶縁膜から露出された前記半導体薄膜に前記ソース電極および前記ドレイン電極が接続されていることを特徴とする薄膜トランジスタ。
  2. 請求項1に記載の発明において、前記絶縁膜から露出された前記半導体薄膜のチャネル領域上に対応してソース電極用およびドレイン電極用のコンタクトホールに仕切る中央絶縁膜が設けられていることを特徴とする薄膜トランジスタ。
  3. 請求項2に記載の発明において、前記中央絶縁膜は前記絶縁膜と同一の材料により同一の厚さに設けられていることを特徴とする薄膜トランジスタ。
  4. 請求項2に記載の発明において、前記絶縁膜、前記中央絶縁膜および前記半導体薄膜上に、前記各コンタクトホールに対応する部分にコンタクトホールを有する上層絶縁膜が設けられ、前記各コンタクトホールを介して露出された前記半導体薄膜の上面およびその各近傍の前記上層絶縁膜の上面にそれぞれオーミックコンタクト層が設けられていることを特徴とする薄膜トランジスタ。
  5. 請求項4に記載の発明において、前記各オーミックコンタクト層上に前記ソース電極および前記ドレイン電極が前記各オーミックコンタクト層を完全に覆うように設けられていることを特徴とする薄膜トランジスタ。
  6. 請求項2に記載の発明において、前記絶縁膜、前記中央絶縁膜および前記半導体薄膜を含む前記ゲート絶縁膜上に、前記各コンタクトホールに対応する部分にコンタクトホールを有する上層絶縁膜が設けられ、前記各コンタクトホールを介して露出された前記半導体薄膜に低抵抗化処理が施され、前記各コンタクトホールを介して露出された前記半導体薄膜の上面およびその各近傍の前記上層絶縁膜の上面に前記ソース電極および前記ドレイン電極が設けられていることを特徴とする薄膜トランジスタ。
  7. 請求項2に記載の発明において、前記各コンタクトホールを介して露出された前記半導体薄膜の上面およびその各近傍の前記絶縁膜と前記保護膜の上面にそれぞれオーミックコンタクト層が設けられていることを特徴とする薄膜トランジスタ。
  8. 請求項7に記載の発明において、前記各オーミックコンタクト層上に前記ソース電極および前記ドレイン電極が前記各オーミックコンタクト層を完全に覆うように設けられていることを特徴とする薄膜トランジスタ。
  9. 半導体薄膜と、該半導体薄膜の一面に形成されたゲート絶縁膜と、該ゲート絶縁膜を介して前記半導体薄膜に対向して形成されたゲート電極と、前記半導体薄膜のソース領域およびドレイン領域上にそれぞれ形成されたオーミックコンタクト層を有する薄膜トランジスタであって、
    前記ゲート電極上における前記半導体薄膜のチャネル領域上に中央絶縁膜が設けられ、前記オーミックコンタクト層がそれぞれ前記中央絶縁膜の上面端部から前記半導体薄膜の上面全長および少なくとも前記半導体薄膜のチャネル方向の端面を覆って設けられていることを特徴とする薄膜トランジスタ。
  10. 半導体薄膜と、該半導体薄膜の一面に設けられたゲート絶縁膜と、該ゲート絶縁膜を介して前記半導体薄膜に対向して設けられたゲート電極と、前記半導体薄膜に電気的に接続されたソース電極およびドレイン電極を有する薄膜トランジスタであって、
    前記ゲート電極上における前記半導体薄膜のチャネル領域上に中央絶縁膜が設けられ、前記中央絶縁膜によって覆われずに露出された前記半導体薄膜に低抵抗化処理が施され、前記ソース電極および前記ドレイン電極が、それぞれ、前記中央絶縁膜の上面端部から前記半導体薄膜の上面全長および少なくとも前記半導体薄膜のチャネル方向の端面を覆って設けられていることを特徴とする薄膜トランジスタ。
  11. 請求項10に記載の発明において、前記ソース電極と前記半導体薄膜の間および前記ドレイン電極と前記半導体薄膜の間に、それぞれ、前記中央絶縁膜の端部上から前記半導体薄膜の上面全体および少なくとも前記半導体薄膜のチャネル方向の端面を覆うコンタクト層が設けられていることを特徴とする薄膜トランジスタ。
  12. 請求項1〜11のいずれかに記載の発明において、前記絶縁膜、前記ソース電極および前記ドレイン電極を覆うオーバーコート膜を有することを特徴とする薄膜トランジスタ。
  13. 請求項12に記載の発明において、前記オーバーコート膜の上面に画素電極が前記ソース電極に接続されて設けられていることを特徴とする薄膜トランジスタ。
  14. 半導体薄膜と、該半導体薄膜の一面に設けられたゲート絶縁膜と、該ゲート絶縁膜を介して前記半導体薄膜に対向して設けられたゲート電極と、前記半導体薄膜に電気的に接続されたソース電極およびドレイン電極を有する薄膜トランジスタの製造方法であって、
    半導体薄膜および絶縁膜を積層して形成し、前記絶縁膜および前記半導体薄膜をエッチングして少なくとも前記半導体薄膜の周辺部上に、該半導体薄膜の端面と同一形状の端面を有する絶縁膜を形成し、該絶縁膜から露出された前記半導体薄膜に接続される前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
  15. 請求項14に記載の発明において、前記絶縁膜および前記半導体薄膜を連続してエッチングすることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
  16. 請求項14に記載の発明において、前記半導体薄膜は亜鉛酸化物を主たる材料とし、前記半導体薄膜のエッチングは、アルカリ水溶液を用いることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
  17. 請求項16に記載の発明において、前記アルカリ水溶液は2〜10wt%の水酸化ナトリウム水溶液であることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
  18. 請求項14に記載の発明において、前記絶縁膜から露出された前記半導体薄膜のチャネル領域上に対応してソース電極用およびドレイン電極用のコンタクトホールに仕切る中央絶縁膜を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
  19. 請求項18に記載の発明において、前記絶縁膜、前記中央絶縁膜および前記半導体薄膜上に上層絶縁膜を形成し、前記各コンタクトホールに対応する部分にコンタクトホールを形成し、各コンタクトホールを介して露出された前記半導体薄膜の上面およびその各近傍の前記上層絶縁膜の上面にそれぞれオーミックコンタクト層を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
  20. 請求項19に記載の発明において、前記各オーミックコンタクト層上に前記ソース電極および前記ドレイン電極を前記各オーミックコンタクト層を完全に覆うように形成することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
  21. 請求項18に記載の発明において、前記絶縁膜、前記中央絶縁膜および前記半導体薄膜上に、前記各コンタクトホールに対応する部分にコンタクトホールを有する上層絶縁膜を形成し、前記各コンタクトホールを介して前記半導体薄膜の上面およびその各近傍の前記上層絶縁膜の上面に前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成し、いずれかの工程で前記上層絶縁膜および前記各コンタクトホールを介して露出された前記半導体薄膜に低抵抗化処理を施すことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
  22. 請求項21に記載の発明において、前記各コンタクトホールを介して露出された前記半導体薄膜の上面およびその各近傍の前記絶縁膜の上面にそれぞれオーミックコンタクト層を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
  23. 請求項19に記載の発明において、前記各オーミックコンタクト層上に前記ソース電極および前記ドレイン電極を前記各オーミックコンタクト層を完全に覆うように形成することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
  24. 基板上に、半導体薄膜と、該半導体薄膜の一面に設けられたゲート絶縁膜と、該ゲート絶縁膜を介して前記半導体薄膜に対向して設けられたゲート電極と、前記半導体薄膜のソース領域およびドレイン領域上に形成されたオーミックコンタクト層とを有する薄膜トランジスタを形成する薄膜トランジスタの製造方法であって、
    半導体薄膜をエッチングによりデバイスサイズに形成し、前記ゲート電極上における前記半導体薄膜のチャネル領域上に中央絶縁膜を設け、前記オーミックコンタクト層を前記中央絶縁膜、半導体薄膜および前記基板の露出面全面に成膜し、その後、エッチングにより、前記オーミックコンタクト層を前記中央絶縁膜上で分離され、前記中央絶縁膜の端部から前記半導体薄膜の上面全長および少なくとも前記半導体薄膜のチャネル方向の端面を覆うように形成することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
  25. 基板上に、半導体薄膜と、該半導体薄膜の一面に設けられたゲート絶縁膜と、該ゲート絶縁膜を介して前記半導体薄膜に対向して設けられたゲート電極と、前記半導体薄膜に電気的に接続されたソース電極およびドレイン電極を有する薄膜トランジスタの製造方法であって、
    半導体薄膜をエッチングによりデバイスサイズに形成し、前記ゲート電極上における前記半導体薄膜のチャネル領域上に中央絶縁膜を設け、前記ソース電極およびドレイン電極形成用の金属層を前記中央絶縁膜、前記半導体膜および前記基板の露出面全面に成膜し、次に、エッチングにより、前記半導体薄膜の上面に前記ソース電極および前記ドレイン電極をそれぞれ前記中央絶縁膜の端部から前記半導体薄膜の上面全長および少なくとも前記半導体薄膜のチャネル方向の端面を覆うように形成し、いずれかの工程で前記に中央絶縁膜よって覆われずに露出された前記半導体薄膜に低抵抗化処理を施すことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
  26. 請求項24または25に記載の発明において、前記半導体薄膜は亜鉛酸化物を主たる材料とし、前記半導体薄膜のエッチングは、アルカリ水溶液を用いて行うことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
  27. 請求項26に記載の発明において、前記アルカリ水溶液は2〜10wt%の水酸化ナトリウム水溶液であることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
  28. 請求項24〜27に記載の発明において、前記中央絶縁膜の形成工程は、前記ゲート電極をマスクとした裏面露光を行なう工程を含むことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
  29. 半導体薄膜と、該半導体薄膜の一面に設けられたゲート絶縁膜と、該ゲート絶縁膜を介して前記半導体薄膜に対向して設けられたゲート電極と、前記半導体薄膜に電気的に接続されたソース電極およびドレイン電極を有する薄膜トランジスタの製造方法であって、
    半導体薄膜形成用層上に絶縁膜を形成し、該絶縁膜をマスクとして前記半導体薄膜形成用層をエッチングして前記半導体薄膜を形成し、前記絶縁膜にソース電極用およびドレイン電極用のコンタクトホールを形成し、前記各コンタクトホールを介して露出された前記半導体薄膜に接続される前記ソース電極やよび前記ドレイン電極を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
  30. 請求項29に記載の発明において、前記絶縁膜および前記半導体薄膜上に上層絶縁膜を形成し、前記各コンタクトホールに対応する部分にコンタクトホールを形成し、各コンタクトホールを介して露出された前記半導体薄膜の上面およびその各近傍の前記上層絶縁膜の上面にそれぞれオーミックコンタクト層を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
  31. 請求項30に記載の発明において、前記各オーミックコンタクト層上に前記ソース電極および前記ドレイン電極を前記各オーミックコンタクト層を完全に覆うように形成することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
  32. 請求項29〜31記載の発明において、前記半導体薄膜は亜鉛酸化物を主たる材料とし、前記半導体薄膜形成用層のエッチングは、アルカリ水溶液を用いて行うことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
  33. 請求項32に記載の発明において、前記アルカリ水溶液は2〜10wt%の水酸化ナトリウム水溶液であることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
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