JP2007019362A - レジストおよびこれを用いた表示装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 高感度、高精度のハーフ露光パターンを得るための二層レジストの構造と、この二層レジストを用いて形成した薄膜トランジスタを具備した表示装置の製造方法を実現する。
【解決手段】 レジスト１２はベースフィルム１１、クッション層１０、上層レジスト８、下層レジスト７、カバーフィルム９の五層で構成される。構造材の厚みは、ベースフィルム１１が５０乃至１００μm、クッション層１０が１０乃至３０μm、上層レジスト８が０．５乃至１．０μm、下層レジスト７が０．５乃至１．０μm、カバーフィルム９が１０乃至３０μmである。
【選択図】 図２

Description

本発明は、薄膜トランジスタ等の電子デバイス製造に用いるレジストとこのレジストを用いた薄膜トランジスタを有するアクティブ基板を具備する表示装置の製造方法に係り、特に当該アクティブ基板の製造工程の簡素化に好適なものである。

マトリクス配列された画素の駆動素子として薄膜トランジスタ等のアクティブ素子を用いたアクティブ・マトリクス方式の表示装置（または、アクティブ・マトリクス型駆動方式の画像表示装置、あるいは単にディスプレイ装置とも称する）が広く使用されている。この種の画像表示装置の多くは、半導体膜としてシリコン膜を用いて形成した薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等のアクティブ素子で構成された多数の画素回路と駆動回路とを絶縁基板上に配置することで良質の画像を表示することができる。

図７は、薄膜トランジスタの構成例を説明するアクティブ基板の模式断面図である。ここでは、画素回路の薄膜トランジスタを例として説明する。この薄膜トランジスタはガラス等の基板１の主面にゲート電極２、ゲート絶縁膜と称する絶縁層である窒化シリコン膜３、活性層であるａ‐Ｓｉ膜４、コンタクト層と称するとn⁺ａ‐Ｓｉ膜５がこの順で非金属多層膜として積層されている。n⁺ａ‐Ｓｉ膜５はチャネル１６を介して分離しており、一方にはソース電極（又はドレイン電極）６１が接続し、他方にはドレイン電極（又はソース電極）６２が接続している。

これらの電極６１、６２を覆って保護絶縁膜（パッシベーション膜、ＰＡＳ膜）１４が成膜され、この保護絶縁膜１４の上層には、当該保護絶縁膜１４に設けたコンタクトホールを介してソース電極（又はドレイン電極）６１に接続された画素電極１５が設けられている。なお、このような薄膜トランジスタを多数形成したアクティブ基板は、対向基板とも呼ばれるカラーフィルタ基板と貼り合わせ、間に液晶を封止して液晶表示装置が構成される。このとき、画素電極１５の上には液晶の分子を初期配向させるための配向膜が形成されるが、図７では省略した。

この薄膜トランジスタが液晶表示装置の画素回路の場合は、図示しないドレイン線（信号線）から表示信号がドレイン電極６２に供給される。ゲート電極２に図示しないゲート線（走査線）から印加される選択信号で選択されることで薄膜トランジスタが導通し、ソース電極６１に接続した画素電極１５を駆動する。

図８は、図７に示した薄膜トランジスタを備えた表示装置を製造する従来の要部工程を説明する図である。図８は、所謂ハーフ露光プロセスを用いた薄膜トランジスタの製造工程であり、図８の（a）乃至（h）を順に参照して説明する。先ず、絶縁基板（以下ガラス基板）１上にゲート電極２を形成する。この上に絶縁層である窒化シリコン（ＳｉＮ）膜３、活性層となるａ‐Ｓｉ膜４、コンタクト層となるn⁺ａ‐Ｓｉ膜５をこの順で積層した非金属多層膜を成膜する。この非金属多層膜の上にソース／ドレイン電極となる金属膜６を積層する。そして、金属膜６を覆ってレジスト７を塗布する（図８（a））。

レジスト７に所謂ハーフ露光マスクを設置し、レジストの薄膜トランジスタのチャネル部分に対応する部分をハーフトーン露光し、他の部分は通常露光して現像処理することで図８（b）に示したように、チャネル部分に対応するレジスト７の矢印ｂ１で示した部分がハーフ膜厚となった断面形状とする。

これにベーキングを施すと図８（ｃ）に示したようにレジストが溶融してレジストのパターンが崩れ、またチャネル部分の輪郭が不明確になるので、ベーキングは行わずにウエットエッチングを施す。これにより、レジスト７で覆われた金属膜６の矢印ｄ1、ｄ2で示したように端部がエッチングバックされる（図８（d））。

次に、ドライエッチングによりn⁺ａ‐Ｓｉ膜５とａ‐Ｓｉ膜４を加工して、所謂アイランドを形成する。このとき、矢印ｅ１に示したように、レジスト７も大きく膜減りする（図８（ｅ））。その後、レジスト７を酸素アッシングし、矢印ｆ１に示したようにレジスト７を大きく減膜されることでチャネルに対応する部分の金属膜６を露出させる（図８（ｆ））。

これにウエットエッチングを施して金属膜６をソース（又はドレイン）電極の部分とドレイン（又はソース）電極の部分とに分離する（図８（ｇ））。このとき、矢印ｇ１に示した分離された部分や外側端部もさらに大きくエッチングバックされる。さらに、ドライエッチングでチャネル部分のn⁺ａ‐Ｓｉ膜５を除去する（図８（ｈ））。その後、図７で説明した工程を経て薄膜トランジスタが構成される。このようなハーフトーン露光に関する従来技術を開示したものとしては、特許文献１、特許文献２がある。

上記のように一層のレジストをハーフ露光プロセスで２種のレジストパターンを形成するものでは、図８（ｃ）で説明した理由でベーキングを行わずにウエットエッチングが行われるため、金属膜に対するレジストの密着性が十分に得られない。その結果、図８（d）、図８（ｇ）のようにエッチングバック（サイドエッチングとも称する）の過大に加えてレジストと金属膜の界面にエッチング液が侵入し易く、金属膜に不所望なエッチングが起こり、不整形や膜厚減少や膜厚むらなどの発生をもたらす。

これに対し、下層に低感光度で低現像溶解性のレジストを、上層に高感光度で高現像溶解性のレジストを塗布した二層レジストを用いることで高精度のパターニングを行うものが特許文献３に開示がある。
特開平９−１８６２３３号公報 特開２００１−３２４７２５号公報 特開２００２−２６３３３号公報

ハーフ露光プロセスは、ハーフトーン露光で膜厚の異なるレジストパターンを形成し、レジストの無い部分の金属膜をウエット又はドライエッチングで除去し、その後にハーフ露光部（レジスト膜厚が略半分）のレジストと下地金属をウエット又はドライエッチングで除去することでホト工程を一つ削減するものである。

レジストパターンで金属膜をエッチング加工する場合は、通常はエッチングの前にベーキングを施している。一般に、塗布型のレジストを二回塗布することは工程が多くなり、また一層目（下層）の上に二層目（上層）のレジストを塗布した場合、一層目のレジストが二層目のレジストに干渉する。すなわち一層目のレジストが二層目のレジストの溶剤によって溶かされるため、精密な膜厚で二層膜を形成することは難しい。

大型基板に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を形成する場合には、半導体集積回路の製作に用いるレジストよりも感度が数段高いレジストを用いている。このようなレジストは、感度を上げるために低分子量成分の混合比を高くしていることから、エッチングに対する耐性が弱くなっている。そのため、実際は１２０℃から１５０℃程度のベーキング（ポストベーク）を行い、レジストの耐性を強化してからエッチング工程に投入している。

しかし、一般のフェノールノボラック系のポジ型レジストは１２０℃前後で溶融するため、ハーフ露光パターンをベーキングすると、ハーフパターンの境界が熱ダレしてボケるのでエッチングによりパターン精度が低下し、設計通りの寸法を安定して得ることが困難になる。また、感度の高いフェノールノボラック系樹脂では、一定の露光量を超えると、露光量に対し溶解度が比例しなくなるため、精度の高いハーフ露光パターンを得るには、露光感度の低いレジストを用いるか、低照度で時間をかけて露光する必要が生じる。どちらの方法を選択するにしても、通常のプロセスよりも露光のスループット時間が大幅に長くなる。

特許文献３では、下層に感度、現像溶解度共に低いレジストを塗布し、上層に感度、現像溶解度共に高いレジストを塗布した二層レジストを用いていることが開示されている。しかし、実際には、下層レジストが上層レジストの溶剤で溶かされるため、精度のよいハーフ露光パターンを得ることは難しい。また、ポストベークによる熱変形とエッチング耐性とは両立できないため、設計通りの寸法を安定して得ることも困難である。

本発明は、上記した従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、高感度、高精度のハーフ露光パターンを得るための二層レジストの構造と、この二層レジストを用いて形成した薄膜トランジスタを具備した表示装置の製造方法を実現することにある。

本発明のレジストは、ベースフィルムの上に、クッション層、上層レジスト、下層レジストを順に積層し、その最表面をカバーフィルムで覆った二層レジスト全５層構造のフィルム状構造としたことを特徴とする。典型的には、ベースフィルムに高分子樹脂の成形品を用い、この高分子樹脂としてポリエチレンテレフタレート、ポリエステル、ポリスチレン、セルロースアセテートの何れかを用いる。また、クッション層には低いガラス転移温度の熱可塑性高分子樹脂を用い、この熱可塑性高分子樹脂は、エチレン、（メタ）アクリル酸エステル、不飽和アルキルエーテルの何れかで構成されているものとする。

そして、上層レジストの感度が下層レジストのそれよりも高くし、上層レジストに熱架橋システムを有せしめるか、又は下層レジストよりも分子量を大とするか、若しくは熱架橋システムを有し、かつ下層レジストよりも分子量を大とするかの何れかとする。レジストとしては、フェノールノボラック型、もしくは化学増幅型とする。

カバーフィルムには高分子樹脂の成形品を用い、このカバーフィルムの材料にポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステル、ポリテトラフルオロエチレンの何れかを用いる。

また、本発明の表示装置の製造方法では、絶縁基板上に薄膜トランジスタ構成材料の積層膜を形成し、その上に二層レジストを転写し、ハーフ露光マスクを用いて二層レジストをパターニングし、ベーキングした後、積層膜の上層にある金属膜からエッチングによりパターニングを施す。代表的な工程としては、先ず、絶縁基板上に絶縁層である窒化シリコン膜、活性層となるａ‐Ｓｉ膜、コンタクト層となるn⁺ａ‐Ｓｉ膜をこの順で積層した非金属多層膜と、ソース／ドレイン電極となる金属膜を前記非金属多層膜の上に積層した薄膜トランジスタ構成材料の積層膜を形成する積層膜形成工程と、
ベースフィルムの上に、クッション層、上層レジスト、下層レジストがこの順に積層され、その最表面にカバーフィルムを有する５層構造で、前記上層レジストの感度が前記下層レジストよりも高い二層フィルム状のレジストを前記積層膜の上に転写する二層レジスト転写工程と、
ハーフ露光マスクを用いて前記二層フィルム状のレジストの上層レジストおよび下層レジストを露光し、現像処理して前記上層および下層レジストのそれぞれに所用のレジストパターンを形成する二層レジストパターニング工程と、
前記上層レジストを熱架橋させると共に前記下層レジストを軟化させて前記積層膜との密着性を向上させるレジストベーキング工程と、
前記下層レジストのパターンから露出した前記金属膜を除去する金属膜パターニング工程と、
前記下層レジストのパターンから露出した前記非金属多層膜を除去する非金属多層膜パターニング工程と、
酸素アッシングにより前記上層レジストのパターンで前記下層レジストを除去する下層レジストパターニング工程と、
前記下層レジストのパターンで薄膜トランジスタのチャネル部における前記金属膜を除去してソース電極とドレイン電極に分離するチャネル部金属膜除去工程と、
前記チャネル部金属膜除去工程で露出した前記コンタクト膜を除去するn⁺ａ‐Ｓｉ膜パターニング工程と、を含む。

そして、金属膜パターニング工程およびチャネル部金属膜除去工程にはウエットエッチング加工を用い、非金属多層膜パターニング工程およびn⁺ａ‐Ｓｉ膜パターニング工程にはドライエッチング加工を用いる。

また、本発明の２層レジストとして、塗布型レジストをスピンコートもしくはスリットコートして一層目を形成した上に、フィルム状のレジストを転写して二層目を形成することもできる。

なお、本発明は、上記の構成および後述する本発明の詳細な説明に記載の構成に限定されるものではなく本願の特許請求の範囲に記載された発明の技術思想を逸脱することなく、種々の変更が可能であることは言うまでもない。

本発明のレジストフィルムを用いることで、レジストの塗布工程が一回の転写工程でよく、上層下層のレジスト間の干渉がないため、また従来と同等の露光時間で、寸法精度の高い高精度のハーフ露光パターンを得ることができる。本発明の製造方法により、高精度で薄膜トランジスタを形成でき、信頼性の高い表示装置を製造できる。

以下、本発明の実施の形態について、実施例の図面を参照して詳細に説明する。なお、ここでは薄膜トランジスタの活性層である半導体薄膜としては、主にアモルファスシリコン（ａ-Ｓｉ）を用いることを想定しているが、ポリシリコン（ｐ-Ｓｉ）あるいはＧｅ，ＳｉＧｅ，化合物半導体、カルコゲナイドなどの薄膜材料を用いても同様の効果がある。以下に示す実施の形態においては、一般的であるシリコンで説明する。また、本発明は、画像表示装置のためのガラス等の絶縁基板に形成された非晶質半導体膜あるいは多結晶半導体膜の改質に限るものではなく、他の基板例えばプラスチック基板やシリコンウエハ上に形成された同様の半導体膜の改質等にも同様に適用できる。

図１は、図７に示した薄膜トランジスタを備えた表示装置を製造する本発明の要部工程を説明する図である。図１は、図８と同様に、所謂ハーフ露光プロセスを用いた薄膜トランジスタの製造工程であり、図１の（Ａ）乃至（Ｈ）を順に参照して説明する。先ず、絶縁基板（以下ガラス基板）１上にゲート電極２を形成する。この上に絶縁層である窒化シリコン（ＳｉＮ）膜３、活性層となるａ‐Ｓｉ膜４、コンタクト層となるn⁺ａ‐Ｓｉ膜５をこの順で積層した非金属多層膜を成膜する。この非金属多層膜の上にソース／ドレイン電極となる金属膜６を積層する。そして、金属膜６を覆って下層レジスト７と上層レジスト層８の二層レジスト７８を転写する（図１（Ａ））。

二層レジスト７８に所謂ハーフ露光マスクを設置し、二層レジスト７８の上層レジスト８の薄膜トランジスタのチャネル部分に対応する部分をハーフトーン露光し、二層レジスト７８の他の部分は通常露光して現像処理することで図１（Ｂ）に示したように、チャネル部分に対応する上層レジスト８の矢印Ｂ１で示した部分がハーフ膜厚となった断面形状のパターンとする。

これにベーキング（ポストベーキング）を施すことで、図１（Ｃ）のＣ１に示したように上層レジスト８を熱架橋してパターン形状を維持すると共に、Ｃ２に示したように下層レジスト７を溶融軟化して金属膜との密着性を向上させる。その後、ウエットエッチングを施す。これにより、レジスト７で覆われた金属膜６の矢印Ｄ1、Ｄ2で示したように端部がエッチングバック（サイドエッチング）されるが、その量は図８で説明した従来方法よりも少ない（図１（Ｄ））。

次に、ドライエッチングによりn⁺ａ‐Ｓｉ膜５とａ‐Ｓｉ膜４を加工して、所謂アイランドを形成する。このとき、矢印Ｅ１に示したように、上層レジスト８も若干膜減りするが、熱架橋によって硬化されているのでこの膜減りは従来方法に比べて少ない（図１（Ｅ））。その後、二層レジスト７８に酸素アッシングを施すことで、矢印Ｆ１に示したように下層レジスト７を除去して薄膜トランジスタのチャネルに対応する部分の金属膜６を露出させる（図１（Ｆ））。なお、このとき、上層レジスト８も若干アッシングされるが、その量は上記と同じ理由で少ない。

これにウエットエッチングを施して金属膜６をソース（又はドレイン）電極の部分とドレイン（又はソース）電極の部分とに分離する（図１（Ｇ））。このとき、矢印Ｇ１に示した分離された部分や外側端部もエッチングバックされるが、下層レジスト７の密着性が良好なので、このエッチングバックの量は少ない。さらに、ドライエッチングでチャネル部分のn⁺ａ‐Ｓｉ膜５を除去する（図１（Ｈ））。その後、前記図７で説明した工程を経て薄膜トランジスタが構成される。

上記した本発明の二層レジストを用いた製造工程により、従来と同等の露光時間で、寸法精度の高い高精度のハーフ露光パターンを得ることができ、高精度で薄膜トランジスタを形成でき、信頼性の高い表示装置を製造できる。

図２は、本発明の二層レジストを構成する五層構造のフィルム状のレジストの断面図である。このフィルム状のレジスト１２はベースフィルム１１、クッション層１０、上層レジスト８、下層レジスト７、カバーフィルム９の五層で構成される。構造材の厚みは以下の通りである。

ベースフィルム１１・・・・５０乃至１００μm
クッション層１０・・・・・・１０乃至３０μm
上層レジスト８・・・・・・０．５乃至１．０μm
下層レジスト７・・・・・・０．５乃至１．０μm
カバーフィルム９・・・・・・１０乃至３０μm
なお、これはあくまで一例である。

ベースフィルム１１は高分子樹脂の成形品であり、ポリエチレンテレフタレート、ポリエステル、ポリスチレン、セルロースアセテートの何れかをもちいることができる。

クッション層１０は低いガラス転移温度の熱可塑性高分子樹脂であり、エチレン、（メタ）アクリル酸エステル、不飽和アルキルエーテルの何れかで構成されているものを用いることができる。

上層レジスト８には、その感度が前記下層レジストのそれよりも高い性質を持たせる。そのため、上層レジスト８に熱架橋システムを有するか、又は下層レジストよりも分子量を大とするか、若しくは該熱架橋システムを有し、かつ該下層レジストよりも分子量を大とするかの何れかとする。レジストはフェノールノボラック型レジスト（ポジ型）もしくは化学増幅型レジストとする。フェノールノボラック型レジストは、フェノールノボラック樹脂にナフトキノンジアジドと架橋剤としてアルコキシ尿素樹脂やエポキシ樹脂などを添加する。

レジストの感度を上げるには、（１）フェノールノボラック樹脂に低分子量ノボラックを混ぜる、（２）フェノールノボラック樹脂の分子量を低目にする、（３）フェノールノボラック樹脂のメタ−クレゾール比率を高くする、などの手法を用いる。

架橋剤は、分子量が１０００以下でアルコキシ基を複数含有する尿素樹脂、若しくは分子量が１０００以下でエポキシ基を複数含有するエポキシ樹脂を用いる。これをベーキングして１５０℃前後の温度を付与することによって、フェノールノボラック樹脂中の水酸基（−ＯＨ）と架橋反応して耐熱性や耐ドライエッチング性が向上する。

化学増幅型レジスト（ポジ型）は、水酸基を保護基でマスクしたフェノールノボラック樹脂、若しくはポリヒドロキシスチレン樹脂に光酸発生剤と架橋剤（アルコキシ尿素樹脂、エポキシ樹脂など）を添加したもので、光酸発生剤が分解して生じる酸が水酸基をマスクした保護基を外すことで現像溶解性を出すメカニズムを有するものである。このレジストは、透明性が高く、光酸が触媒として働くため、一般のフェノールボラック樹脂より感度が高い。

また、カバーフィルムは高分子樹脂の成形品であり、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステル、ポリテトラフルオロエチレンの何れかを用いる。

このような五層構造としたフィルム状のレジストのカバーフィルム９を剥がして基板上に積層した最上層の金属膜に貼り付け、ベースフィルム１１をクッション層１０と共に剥がせば二層レジストが形成される。

なお、化学増幅型レジストは、ある光量を超えると急激に現像溶解性が出る特性を有するもので、光量に応じた現像溶解性が得られるフェノールノボラック型レジストのように、精度の高いハーフ露光パターンを形成することは難しい。フェノールノボラック樹脂でも、一定の光量を超えると急激に現像溶解性のコントラストが付かなくなるため、精度の高いハーフ露光パターンを得るには、低照度で時間をかけて露光する必要がある。本発明では、下層に感度の高いフェノールノボラック型レジスト、上層に更に感度の高い化学増幅型レジストを用いることによって、精度の高いハーフ露光パターンを、短い露光時間で得ることができるので、露光工程のスループットが大幅に向上する。

図３は、本発明の表示装置の製造方法を説明するハーフ露光工程の説明図である。図３において、図１の（Ａ）と同じように絶縁基板１の上に窒化シリコン（ＳｉＮ）膜３、活性層となるａ‐Ｓｉ膜４、コンタクト層となるn⁺ａ‐Ｓｉ膜５をこの順で積層した非金属多層膜と、この非金属多層膜の上にソース／ドレイン電極となる金属膜６が積層されている。なお、図２ではゲート電極の図示は略した。ここでは、金属膜６としてアルミニュームを用いた。この金属膜６を覆って図２で説明した五層構造のレジストフィルムを用い、下層レジスト７と上層レジスト層８の二層レジスト７８を転写する。

転写した二層レジスト７８の上にハーフ露光マスク１３を設置し、露光を行う。ハーフ露光マスク１３は、不透光部１３Ａと半透光部１３Ｂおよび透光部１３Ｃを有し、半透光部１３Ｂは薄膜トランジスタのチャネル部の幅に対応して５μm、半透光部１３Ｂを挟んだ両側に位置する透光部１３Ｃは金属膜６をソース/ドレインとして残す部分に対応した各８μmとしてある。そして、透光部１３Ｃは半導体のアイランドを形成するための部分である。なお、上記の数値は一例である。このハーフ露光マスク１３で露光し、現像した状態が図１の（Ｂ）に示される。

図４は、ハーフ露光で形成した薄膜トランジスタの構造における要部寸法の説明図である。図４中、寸法１は金属膜６で形成されるソース又はドレイン電極の幅で、寸法１＝（Ａ＋ｂ）/２である。寸法２はチャネル部を形成するコンタクト部５の除去部で、寸法２＝Ｃである。寸法３はａ−Ｓｉ膜の幅で、寸法３＝Ｄである。図４の薄膜トランジスタの構造を本発明の製造方法の実施例と従来の製造方法とを比較した結果を表１に示す。

表１は、図４に示した寸法の設計値を、寸法１＝８μｍ、寸法２＝５μｍ、寸法３＝２１μｍとした。また、表１中のノボラック１は感度が４０ｍＪ/ｃｍ²、ノボラック２は感度が２０ｍＪ/ｃｍ²、ノボラック３は感度が４０ｍＪ/ｃｍ²で、熱架橋システムを付加したものである。

表１には、実施例１、実施例２、比較例１〜４について、１層目（下層）レジストと２層目（上層）レジストの構造（材料）と成膜方法および膜厚、レジストの転写回数、露光条件、ポストベークの有無と有の場合の温度と時間、出来上がった寸法（配線寸法）を表示した。

表１に示されたように、実施例１，２の配線寸法は、設計値の±１０％と、良好であった。なお、上層のみをレジストフィルムの転写で行った比較例１も同様であった。比較例２はポストベークを実施しなかったので、金属膜部分のサイドエッチング量が大であり、金属膜部分の寸法１が大幅に小さくなった。比較例３は比較例１にポストベークを加えた仕様であるが、フルパターン（透光部）とハーフパターン（半透光部）の境界が熱ダレして曖昧になったため、寸法２が大幅に小さくなっている。比較例４はスピンコートで２層レジスト膜を形成したものであるが、２層目のレジストを塗布したときに１層目のレジストが２層目のレジストの溶剤で溶かされ、所望の膜厚（各層０．７μｍ）を得ることができなかった。そのため、１層のレジストで時間をかけてハーフ露光パターンを形成した比較例２よりも配線寸法のばらつきが大きくなっている。

このように、本発明のレジストフィルムを用いることで、良好なパターンを得ることが可能となり、従来と同等の露光時間で、寸法精度の高い高精度のハーフ露光パターンを得ることができる。本発明の製造方法により、高精度で薄膜トランジスタを形成でき、信頼性の高い表示装置を製造できる。

本発明の２層レジストは、上記の実施例に限定されるものではなく、例えば、同じハーフ露光を用いた反射型液晶パネルや半透過反射型液晶パネルの画素装置部分における下地凹凸の形成にも適用可能であることは言うまでもない。なお、凹凸形成に用いる２層レジストでは、２層目のレジストに熱架橋システムを取り入れずに、ポストベークで熱ダレさせ、当初の矩形パターンをブロードな楕円形のパターンにすることで良好な反射特性を得ることができる。

また、本発明の２層レジストは、上記したエッチングプロセスに限らず、例えばハーフ露光マスクを介在させずに直接パターンを露光する、所謂直描方式を組み合わせることも可能である。さらに、２層レジストの一方（好ましくは上層のレジスト）を直描でパターニングし、他方（好ましくは下層のレジスト）をウエットあるいはドライエッチングでパターニングすることも可能である。すなわち、上層レジストに直描でハーフパターンを形成し、半導体のアイランド形成等にはドライエッチング加工を採用する、あるいはハーフ露光は露光マスクを用い、アイランド形成などに直描加工を用いる、等様々な組み合わせが可能である。

一例として、前記二層レジストの一方を直描方式でパターニングして所要のパターンを形成し（第１のパターニング工程）、該二層レジストの他方を露光マスクを用いてパターニング（第２のパターニング工程）して所要のパターンを形成する。そして、上層レジストを熱架橋させると共に前記下層レジストを軟化させて前記積層膜との密着性を向上させるためのレジストベーキングを行う。

その後、下層レジストのパターンから露出した金属膜を除去し、下層レジストのパターンから露出した非金属多層膜を除去し、酸素アッシングにより前記上層レジストのパターンで下層レジストを除去し、下層レジストのパターンで薄膜トランジスタのチャネル部における金属膜を除去してソース電極とドレイン電極に分離する。そして、露出したコンタクト膜を除去することで薄膜トランジスタの要部が形成される。なお、直描方式は既知であるので、説明は省略する。

なお、化学増幅型レジストは半導体で超微細パターンを得るために開発されたものである。超微細加工をウエットエッチングで行うことはもともと無理なので、加工精度の高いドライエッチングのみがプロセス耐性の対象となっている。縦に細長いパターン形状を維持し、かつドライエッチング耐性を高めるために、ベースとなる樹脂の分子量を高めに設定し、熱架橋システムを取り入れている。しかし、このことが逆にウエットエッチング耐性を低下させる要因になっている（密着性が低下するため、パターン剥がれやサイドエッチング量の増加を招く）。

大型基板を用いる表示装置用の薄膜トランジスタ基板では、生産性の点からウエットエッチングを多用しており、ウエットエッチング耐性の強弱は重要な事項である。本発明の２層レジストは、下地にノボラックを用いることで、化学増幅型レジストの欠点であったウエットエッチング耐性を大きく向上させることができる。高精細が要求されるホト工程に用いれば、化学増幅型レジストの特徴である高感度、高解像度という長所を得ながら、短所であるウエットエッチング耐性の低下を克服できる。

図５は、本発明を液晶表示装置に適用した構成例を説明する模式図である。ガラス基板５０１上に、マトリクス状に配置された複数の画素電極５０２、画素電極に表示信号を入力する回路５０３及び５０４、画像表示のために必要なその他の周辺回路群５０５を形成し、配向膜５０６を印刷法により塗布してアクティブ・マトリクス基板（薄膜トランジスタ基板）とする。

一方、ガラス基板５１０上に対向電極５１１、カラーフィルタ５１２、配向膜５１３を同様に塗布したカラーフィルタ基板を用意し、アクティブ・マトリクス基板と貼り合わせる。対向する配向膜５０６と５１３の間に、液晶５３０を真空注入により充填し、封止剤５２０により液晶を封止する。その後、ガラス基板５０１とガラス基板５１０の外面に偏光板５０７、５１４をそれぞれ貼り付ける。そして、アクティブ・マトリクス基板の背面にバックライト５０８を配置して液晶表示装置が完成する。

図６は、図５に示した液晶表示装置の等価回路図である。図中ＡＲで示した表示領域には、本発明による薄膜トランジスタＴＦＴで構成した多数の画素がマトリクス配列されている。Ｒ、Ｇ、Ｂは液晶素子で構成された赤、緑、青の画素を示す。画素は走査線駆動回路５０５から延びる走査線ＧＬ(Ｇ−１、Ｇ、Ｇ２、・・・Ｇｅｎｄ、Ｇｅｎｄ＋１)の一方に付加容量Ｃａｄｄを介して接続し、他方の走査線には薄膜トランジスタＴＦＴのゲートが接続している。

表示信号（表示データ）は信号線駆動回路５０３から延びる信号線ＤＬ(ＤｉＲ、ＤｉＧ、ＤｉＢ、・・・線Ｄｉ＋１Ｒ、Ｄｉ＋１Ｇ、Ｄｉ＋１Ｂ、・・・)で各画素を構成する薄膜トランジスタＴＦＴのソース（又はドレイン）に供給される。走査線駆動回路５０５と信号線駆動回路５０３には電源部・コントローラ部５０５から表示のための各種信号、電圧が印加される。電源部・コントローラ部５０５は図示しない外部信号源ＨＯＳＴから所要の信号等が供給される。

図７に示した薄膜トランジスタを備えた表示装置を製造する本発明の要部工程を説明する図である。 本発明の二層レジストを構成する五層構造のフィルム状のレジストの断面図である。 本発明の表示装置の製造方法を説明するハーフ露光工程の説明図である。 ハーフ露光で形成した薄膜トランジスタの構造における要部寸法の説明図である。 本発明を液晶表示装置に適用した構成例を説明する模式図である。 図５に示した液晶表示装置の等価回路図である。 薄膜トランジスタの構成例を説明するアクティブ基板の模式断面図である。 図７に示した薄膜トランジスタを備えた表示装置を製造する従来の要部工程を説明する図である。

符号の説明

１・・・・絶縁基板（ガラス基板）、２・・・・ゲート電極、３・・・・窒化シリコン（ＳｉＮ）膜、４・・・・ａ‐Ｓｉ膜、５・・・・n⁺ａ‐Ｓｉ膜、６・・・・金属膜、７・・・・下層レジスト、８・・・・上層レジスト層、７８・・・・二層レジスト。

Claims (17)

1. 絶縁基板上に絶縁層である窒化シリコン膜、活性層となるａ‐Ｓｉ膜、コンタクト層となるn⁺ａ‐Ｓｉ膜をこの順で積層した非金属多層膜と、ソース／ドレイン電極となる金属膜を前記非金属多層膜の上に積層した薄膜トランジスタ構成材料の積層膜を形成する積層膜形成工程と、
   ベースフィルムの上に、クッション層、上層レジスト、下層レジストがこの順に積層され、その最表面にカバーフィルムを有する５層構造で、前記上層レジストの感度が前記下層レジストよりも高い二層フィルム状のレジストを前記積層膜の上に転写する二層レジスト転写工程と、
   ハーフ露光マスクを用いて前記二層フィルム状のレジストの上層レジストおよび下層レジストを露光し、現像処理して前記上層および下層レジストのそれぞれに所用のレジストパターンを形成する二層レジストパターニング工程と、
   前記上層レジストを熱架橋させると共に前記下層レジストを軟化させて前記積層膜との密着性を向上させるレジストベーキング工程と、
   前記下層レジストのパターンから露出した前記金属膜を除去する金属膜パターニング工程と、
   前記下層レジストのパターンから露出した前記非金属多層膜を除去する非金属多層膜パターニング工程と、
   酸素アッシングにより前記上層レジストのパターンで前記下層レジストを除去する下層レジストパターニング工程と、
   前記下層レジストのパターンで薄膜トランジスタのチャネル部における前記金属膜を除去してソース電極とドレイン電極に分離するチャネル部金属膜除去工程と、
   前記チャネル部金属膜除去工程で露出した前記コンタクト膜を除去するn⁺ａ‐Ｓｉ膜パターニング工程と、
   を含むことを特徴とする表示装置の製造方法。
2. 前記金属膜パターニング工程および前記チャネル部金属膜除去工程が、ウエットエッチング加工工程であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置の製造方法。
3. 前記非金属多層膜パターニング工程およびn⁺ａ‐Ｓｉ膜パターニング工程が、ドライエッチング加工工程であることを特徴とする請求項１又は２に記載の表示装置の製造方法。
4. 絶縁基板上に絶縁層である窒化シリコン膜、活性層となるａ‐Ｓｉ膜、コンタクト層となるn⁺ａ‐Ｓｉ膜をこの順で積層した非金属多層膜と、ソース／ドレイン電極となる金属膜を前記非金属多層膜の上に積層した薄膜トランジスタ構成材料の積層膜を形成する積層膜形成工程と、
   ベースフィルムの上に、クッション層、上層レジスト、下層レジストがこの順に積層され、その最表面にカバーフィルムを有する５層構造で、前記上層レジストの感度が前記下層レジストよりも高い二層フィルム状のレジストを前記積層膜の上に転写する二層レジスト転写工程と、
   前記二層レジストの一方を直描方式でパターニングして所要のパターンを形成する第１のパターニング工程と、
   前記二層レジストの他方を露光マスクを用いてパターニングして所要のパターンを形成する第２のパターニング工程と、
   前記上層レジストを熱架橋させると共に前記下層レジストを軟化させて前記積層膜との密着性を向上させるレジストベーキング工程と、
   前記下層レジストのパターンから露出した前記金属膜を除去する金属膜パターニング工程と、
   前記下層レジストのパターンから露出した前記非金属多層膜を除去する非金属多層膜パターニング工程と、
   酸素アッシングにより前記上層レジストのパターンで前記下層レジストを除去する下層レジストパターニング工程と、
   前記下層レジストのパターンで薄膜トランジスタのチャネル部における前記金属膜を除去してソース電極とドレイン電極に分離するチャネル部金属膜除去工程と、
   前記チャネル部金属膜除去工程で露出した前記コンタクト膜を除去するn⁺ａ‐Ｓｉ膜パターニング工程と、
   を含むことを特徴とする表示装置の製造方法。
5. 前記金属膜パターニング工程および前記チャネル部金属膜除去工程が、ウエットエッチング加工工程であることを特徴とする請求項４に記載の表示装置の製造方法。
6. 前記非金属多層膜パターニング工程およびn⁺ａ‐Ｓｉ膜パターニング工程が、ドライエッチング加工工程であることを特徴とする請求項４又は５に記載の表示装置の製造方法。
7. ベースフィルムの上に、クッション層、上層レジスト、下層レジストを順に積層し、その最表面をカバーフィルムで覆った５層構造としたことを特徴とするフィルム状のレジスト。
8. 前記ベースフィルムが、高分子樹脂の成形品であることを特徴とする請求項７に記載のフィルム状のレジスト。
9. 前記高分子樹脂が、ポリエチレンテレフタレート、ポリエステル、ポリスチレン、セルロースアセテートの何れかであることを特徴とする請求項８に記載のフィルム状のレジスト。
10. 前記クッション層が、低いガラス転移温度の熱可塑性高分子樹脂であることを特徴とする請求項７に記載のフィルム状のレジスト。
11. 前記熱可塑性高分子樹脂が、エチレン、（メタ）アクリル酸エステル、不飽和アルキルエーテルの何れかで構成されていることを特徴とする請求項１０に記載のフィルム状のレジスト。
12. 前記上層レジストの感度が前記下層レジストのそれよりも高いことを特徴とする請求項７に記載のフィルム状のレジスト。
13. 前記上層レジストが、熱架橋システムを有するか、又は前記下層レジストよりも分子量が大であるか、若しくは該熱架橋システムを有し、かつ該下層レジストよりも分子量が大であるかの何れかであることを特徴とする請求項１２に記載のフィルム状のレジスト。
14. 前記レジストが、フェノールノボラック型レジストであることを特徴とする請求項１２又は１３に記載のフィルム状のレジスト。
15. 前記レジストが、化学増幅型レジストであることを特徴とする請求項１２又は１３に記載のフィルム状のレジスト。
16. 前記カバーフィルムが、高分子樹脂の成形品であることを特徴とする請求項７に記載のフィルム状のレジスト。
17. 前記カバーフィルムが、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステル、ポリテトラフルオロエチレンの何れかであることを特徴とする請求項１６に記載のフィルム状のレジスト。
    
    

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