JP2008135506A

JP2008135506A - レジストパターンの形成方法及び半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2008135506A
Application number: JP2006319742A
Authority: JP
Inventors: Yoshiki Nakajima; 嘉樹中島
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2006-11-28
Filing date: 2006-11-28
Publication date: 2008-06-12

Abstract

【課題】露光量を厳密に制御せずとも、フォトレジストの膜厚精度を高く維持することの
できるレジストパターンの形成方法を提供する。
【解決手段】露光装置からの露光光を遮断する遮光領域６１と、露光光を完全に透過させ
る透過領域６２と、露光光を部分的に透過させる半透過領域６３とを有するハーフトーン
マスク６０を通して、１光子吸収レジストであるフォトレジストＰ１に露光光を照射し、
現像処理する。
【選択図】図３

Description

本発明は、レジストパターンの形成方法及び半導体装置の製造方法に関する。

従来、液晶装置、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）装置等の電気光学装置では、
マトリクス状に配置された多数の画素毎に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transi
stor）を設けて、各画素毎に駆動させるアクティブマトリクス型の電気光学装置が広く利
用されている。

ＴＦＴとしては、ＬＤＤ（Lightly Doped Drain）構造を有するＴＦＴ及びＧＯＬＤ（G
ate-drainOverlapped LDD）構造を有するＴＦＴが広く知られている。ＬＤＤ構造を有す
るＴＦＴは、ゲート電極の直下領域の外側領域に対応する多結晶半導体膜に低濃度不純物
領域を形成し、その低濃度不純物領域のさらに外側領域にソース領域及びドレイン領域と
なる高濃度不純物領域を形成した構造をしており、オフ電流値を抑制する効果がある。一
方、ＧＯＬＤ構造を有するＴＦＴは、上記ＬＤＤ構造の低濃度不純物領域を、ゲート電極
の端部の直下領域までオーバーラップして形成した構造をしており、ホットキャリア現象
を抑制する効果がある。

ＬＤＤ構造及びＧＯＬＤ構造を有するＴＦＴを形成する方法としては、例えば特許文献
１に記載された方法が知られている。詳しくは、まず回折格子パターンを有するフォトマ
スクを使用して、中央部よりも端部に膜厚の薄い領域を有するレジストパターンが形成さ
れる。または、回折格子パターンの代わりに透過性の半透過膜を有するフォトマスクを使
用して、中央部よりも端部に膜厚の薄い領域を有するレジストパターンが形成される。次
に、このフォトレジストをマスクにして、該フォトレジストの下層に形成された多結晶シ
リコン膜に高濃度の不純物が注入されて高濃度不純物領域が形成される。次に、このフォ
トマスクが剥離され、多結晶シリコン膜上にゲート絶縁膜と導電膜とが順に形成される。
次に、例えばＬＤＤ構造を有するＴＦＴでは、上記フォトレジストよりも幅の狭いフォト
レジストが導電膜上に形成され、そのフォトレジストをマスクにして導電膜がエッチング
されてゲート電極が形成される。そして、このゲート電極をマスクにして、多結晶半導体
膜に低濃度の不純物が注入されて、上記高濃度不純物領域よりも内側領域に低濃度不純物
領域が形成される。このようにして、いわゆるＬＤＤ構造を有するＴＦＴが形成される。
特開２００６−５４４２４号公報

ところで、中央部よりも端部に膜厚の薄い領域を有するレジストパターンに形成される
フォトレジストとしては、１０光子吸収レジストや５光子吸収レジストといった多光子吸
収レジストが一般に使用されている。このような多光子吸収レジストは、図１２に示すよ
うに、露光量（光強度）の少ない領域では膜厚残量の変化が少なく、露光量の多い領域で
は膜厚残量が急激に変化する。そのため、膜厚の薄い領域であるフォトレジストの端部領
域において所望の膜厚を得るためには、露光時間等を厳密に制御して正確な露光量をフォ
トレジストに照射する必要がある。これを実現するためには、露光量を正確に制御が可能
な高精度の露光装置が必要となり、コストが増大してしまう。また、フォトレジストにお
いて所望の膜厚が得られない場合には、その後工程で注入される不純物の注入量がばらつ
くことになり、ＴＦＴの所望の特性を得ることができなくなるおそれがある。

本発明は、前述した上記問題点を解消するためになされたものであって、その目的は、
露光量を厳密に制御せずとも、フォトレジストの膜厚精度を高く維持することのできるレ
ジストパターンの形成方法を提供することにある。

また、他の目的としては、所望の特性を精度良く得ることのできる半導体装置の製造方
法を提供することにある。

本発明のレジストパターンの形成方法は、露光光を遮断する遮光領域と、前記露光光を
大部分透過させる透過領域と、前記露光光を部分的に透過させる半透過領域とを有するフ
ォトマスクを通して、光化学反応の発生確率の高い光反応分子から構成されるフォトレジ
ストに対して露光光を照射する工程と、前記露光光が照射されたフォトレジストに対して
現像処理を施す工程と、を含む。

光化学反応の発生確率が高い光反応分子から構成されるフォトレジストでは、該フォト
レジストに照射される露光量に対して光化学反応が線形に近い特性で進行する。これによ
り、露光終了後のフォトレジストにおける膜厚残量が露光量に対して線形に近い特性で変
化する。さらに、上記フォトレジストでは、従来の１０光子吸収レジストや５光子吸収レ
ジストといったレジストに比べると、露光量に対する膜厚残量の変化の度合が小さいため
、露光量が多少変動したとしても、膜厚残量の変化が小さくなる。従って、本発明のレジ
ストパターンの形成方法によれば、露光量を厳密に制御せずとも、フォトレジストの膜厚
精度を高く維持することができる。

このレジストパターンの形成方法において、前記フォトレジストは、少なくとも一種類
の１光子吸収感光基を含むレジストであってもよい。
例えば１光子吸収レジストの場合には、照射される露光量に対して光化学反応が線形的
に進行するため、露光終了後のフォトレジストにおける膜厚残量が露光量に対して線形的
に変化する。さらに、１光子吸収レジストの場合には、従来の１０光子吸収レジストや５
光子吸収レジストといったレジストに比べると、露光量に対する膜厚残量の変化の度合が
非常に小さくなる。従って、上記レジストパターンの形成方法によれば、露光量を厳密に
制御せずとも、フォトレジストの膜厚精度をより高く維持することができる。

このレジストパターンの形成方法において、前記フォトマスクの前記半透過領域は、前
記遮光領域と前記透過領域との間に形成され、前記フォトマスクの前記半透過領域におけ
る露光光の透過量を、前記遮光領域から離間するほど増大させるようにしてもよい。

このレジストパターンの形成方法によれば、半透過領域を通して露光光が照射されるフ
ォトレジスト領域がテーパ状に形成される。
本発明の半導体装置の製造方法は、チャネル領域と、該チャネル領域の両端の外側領域
にそれぞれ形成されるソース側低濃度領域及びドレイン側低濃度領域と、該各低濃度領域
の外側領域にそれぞれ形成されるソース側高濃度領域及びドレイン側高濃度領域とを有す
る半導体層と、前記半導体層の前記チャネル領域と絶縁膜を介して対向したゲート電極と
、を備えた半導体装置の製造方法であって、基板上に半導体膜を形成する工程と、前記半
導体膜上に、光化学反応の発生確率の高い光反応分子から構成されるフォトレジストを成
膜する工程と、露光光を遮断する遮光領域と、前記露光光を大部分透過させる透過領域と
、前記露光光を部分的に透過させる半透過領域とを有するフォトマスクを通して、前記フ
ォトレジストに露光光を照射するとともに、前記ソース側高濃度領域及び前記ドレイン側
高濃度領域に対応する前記フォトレジスト領域に前記半透過領域からの露光光を照射して
、該フォトレジストの両端部の膜厚を中央部の膜厚よりも薄く形成する工程と、前記フォ
トレジストをマスクにして、前記フォトレジストの両端部の下部の前記半導体膜に高濃度
不純物を注入して、前記ソース側高濃度領域及び前記ドレイン側高濃度領域を形成する工
程と、前記フォトレジストを除去し、前記半導体膜上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上であって前記チャネル領域に対応する位置に前記ゲート電極を形成す
る工程と、前記ゲート電極をマスクにして、前記高濃度不純物よりも低濃度の不純物を前
記半導体膜に注入し、前記ソース側低濃度領域及び前記ドレイン側低濃度領域を形成する
工程と、を含む。

本発明の半導体装置の製造方法によれば、いわゆるＬＤＤ構造を有する半導体装置が製
造される。また、光化学反応の発生確率の高い光反応分子から構成されるフォトレジスト
を使用したため、フォトレジストの両端部の膜厚を精度良く形成することができる。膜厚
が精度良く形成されたこのフォトレジストをマスクにして、不純物イオンの注入が行われ
るため、半導体膜に略所望の濃度の不純物イオンを注入することができる。従って、上記
方法によって製造されるＬＤＤ構造を有する半導体装置は、所望の特性を精度良く得るこ
とができる。

本発明の半導体装置の製造方法は、チャネル領域と、該チャネル領域の両端の外側領域
にそれぞれ形成されるソース側低濃度領域及びドレイン側低濃度領域と、該各低濃度領域
の外側領域にそれぞれ形成されるソース側高濃度領域及びドレイン側高濃度領域とを有す
る半導体層と、前記半導体層の前記チャネル領域及び前記ソース側低濃度領域及び前記ド
レイン側低濃度領域と絶縁膜を介して対向したゲート電極と、を備えた半導体装置の製造
方法であって、基板上に半導体膜を形成する工程と、前記半導体膜上に、光化学反応の発
生確率の高い光反応分子から構成されるフォトレジストを成膜する工程と、露光光を遮断
する遮光領域と、前記露光光を大部分透過させる透過領域と、前記露光光を部分的に透過
させる半透過領域とを有するフォトマスクを通して、前記フォトレジストに露光光を照射
するとともに、前記ソース側高濃度領域及び前記ソース側低濃度領域及び前記ドレイン側
高濃度領域及び前記ドレイン側低濃度領域に対応する前記フォトレジスト領域に前記半透
過領域からの露光光を照射して、該フォトレジストの両端部の膜厚を中央部の膜厚よりも
薄く形成する工程と、前記フォトレジストをマスクにして、前記フォトレジストの下部の
前記半導体膜に低濃度不純物を注入して、前記ソース側低濃度領域及び前記ドレイン側低
濃度領域を形成する工程と、前記フォトレジストを除去し、前記半導体膜上にゲート絶縁
膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上であって前記ソース側低濃度領域及び前記ドレ
イン側低濃度領域及び前記チャネル領域に対応する位置に前記ゲート電極を形成する工程
と、前記ゲート電極をマスクにして、前記低濃度不純物よりも高濃度の不純物を前記半導
体膜に注入し、前記ソース側高濃度領域及び前記ドレイン側高濃度領域を形成する工程と
、を含む。

本発明の半導体装置の製造方法によれば、いわゆるＧＯＬＤ構造を有する半導体装置が
製造される。また、光化学反応の発生確率の高い光反応分子から構成されるフォトレジス
トを使用したため、フォトレジストの両端部の膜厚を精度良く形成することができる。膜
厚が精度良く形成されたこのフォトレジストをマスクにして、不純物イオンの注入が行わ
れるため、半導体膜に略所望の濃度の不純物イオンを注入することができる。従って、上
記方法によって製造されるＧＯＬＤ構造を有する半導体装置は、所望の特性を精度良く得
ることができる。

（第１実施形態）
以下、本発明をアクティブマトリクス型の透過型液晶表示装置に具体化した第１実施形
態を図１〜図６に従って説明する。図１（ａ）は、透過型液晶表示装置を説明するための
概略斜視図、図１（ｂ）は、画素の回路構成を説明するための回路図、図２は、透過型液
晶表示装置を説明するための図１におけるＡ−Ａ断面の拡大断面図である。

図１（ａ）に示すように、透過型液晶表示装置１は、四角形状のガラス等の透光性材料
からなる透光性基板１０と、その透光性基板１０と対向する四角形状の対向基板５０とが
、対向基板５０の内周縁に沿って枠状に形成されたシール部材２によって一定の間隔を保
って貼り合わせられている。なお、透光性基板１０及び対向基板５０は、無アクリルガラ
ス等の透光性材料からなる透明基板である。また、透過型液晶表示装置１は、バックライ
ト等の光源から出射される光が透光性基板１０側から対向基板５０に向かって入射される
。

透光性基板１０の上面１０ａ（対向基板５０と対向する面）中央部には、シール部材２
によって囲まれる画素領域Ｒが形成されている。画素領域Ｒには、Ｙ方向に延出形成され
る複数のデータ線３がＸ方向に並設されるとともに、Ｘ方向に延出形成される複数の走査
線４ａがＹ方向に並設されている。なお、各データ線３は、データ線駆動回路６に接続さ
れ、各走査線４ａは、走査線駆動回路７に接続されている。これらデータ線３と走査線４
ａとの各交差領域に画素Ｂが形成されている。

図１（ｂ）に示すように、各画素Ｂには、画素電極８とその画素電極８を制御するため
のスイッチング素子である薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）９とが形成されている。ＴＦＴ９
のソースは、データ線駆動回路６から所定のタイミングで画像信号Ｓが供給されるデータ
線３と接続されている。また、ＴＦＴ９は、そのゲートが上記走査線駆動回路７から所定
のタイミングで走査信号Ｇが供給される走査線４ａと接続され、ドレインが画素電極８及
び保持容量Ｃ１と接続されている。

そして、走査線駆動回路７の走査に基づいて走査線４ａが１本ずつ順次選択されると、
選択された走査線４ａ上の画素ＢのＴＦＴ９が選択期間中だけオン状態となり、対応する
データ線３及び画素電極８を介して液晶に画像信号Ｓが印加される。この画像信号Ｓは、
後述する共通電極５１との間で一定期間保持される。液晶は、印加される電圧レベルによ
り分子集合の配向や秩序が変化することにより、光を変調し、階調表示を可能にする。こ
こで、保持された画像信号Ｓがリークするのを防止するために、画素電極８と共通電極５
１との間に形成される液晶容量と並列に保持容量Ｃ１が設けられている。

図２に示すように、透光性基板１０上には、シリコン酸化膜等からなる下地保護膜１１
が形成されている。下地保護膜１１上には、多結晶シリコンからなる多結晶半導体膜１２
が所定のパターンで形成されており、この多結晶半導体膜１２上には、シリコン酸化膜等
からなるゲート絶縁膜１３が形成されている。ゲート絶縁膜１３上には、ゲート電極１４
（走査線４ａ）が形成されている。

多結晶半導体膜１２は、ゲート絶縁膜１３を介してゲート電極１４と対向する領域が、
ゲート電極１４からの電界によりチャネルが形成されるチャネル領域１５となる。チャネ
ル領域１５の図示左側の多結晶半導体膜１２には、ソース領域２０が形成され、チャネル
領域１５の図示右側の多結晶半導体膜１２には、ドレイン領域３０が形成されている。こ
れらゲート電極１４、ソース領域２０及びドレイン領域３０等により上記ＴＦＴ９が構成
される。

本実施形態におけるＴＦＴ９はＬＤＤ構造を有するものである。従って、ＴＦＴ９を構
成するソース領域２０及びドレイン領域３０には、不純物濃度が相対的に高い高濃度領域
（ソース側高濃度領域２２、ドレイン側高濃度領域３２）と、不純物濃度が相対的に低い
低濃度領域（ソース側低濃度領域２４、ドレイン側低濃度領域３４）とがそれぞれ形成さ
れている。なお、チャネル領域１５、ソース側高濃度領域２２、ソース側低濃度領域２４
、ドレイン側高濃度領域３２及びドレイン側低濃度領域３４とから半導体層が構成される
。

また、多結晶半導体膜１２のドレイン側高濃度領域３２の図示右側には、所定の間隔を
置いて保持容量Ｃ１の下電極４０が形成されている。ゲート絶縁膜１３（誘電体膜）を介
して下電極４０と対向する位置には、容量線４ｂが上電極として形成されている。そして
、これら下電極４０及び容量線４ｂにより保持容量Ｃ１が構成される。

ゲート絶縁膜１３、ゲート電極１４及び容量線４ｂの上には、シリコン酸化膜等からな
る第１層間絶縁膜１６が形成されている。第１層間絶縁膜１６上には、データ線３及びド
レイン線３ｄが形成されている。データ線３は、第１層間絶縁膜１６に形成されたコンタ
クトホールＨ１を通じてソース側高濃度領域２２に電気的に接続されている。ドレイン線
３ｄは、第１層間絶縁膜１６に形成されたコンタクトホールＨ２を通じてドレイン側高濃
度領域３２に電気的に接続されている。

第１層間絶縁膜１６、データ線３及びドレイン線３ｄの上には、シリコン窒化膜等から
なる第２層間絶縁膜１７が形成されている。第２層間絶縁膜１７上には、インジウム錫酸
化物（ＩＴＯ）等の透明導電性材料からなる画素電極８が形成されている。画素電極８は
、第２層間絶縁膜１７に形成されたコンタクトホールＨ３を通じてドレイン線３ｄに接続
されている。画素電極８及び第２層間絶縁膜１７の上には、液晶分子の配列を制御するた
めの配向膜１８が形成されている。

透光性基板１０に対向する対向基板５０の下面には、略全面にわたってＩＴＯ等からな
る共通電極５１が形成されている。共通電極５１の下面には、液晶分子の配列を制御する
ための配向膜５２が形成されている。そして、透光性基板１０と対向基板５０とは、画素
電極８と共通電極５１とが互いに向かい合うように配置されて、その画素電極８と共通電
極５１との間には、液晶Ｅが封入されている。

次に、このように構成された透過型液晶表示装置１内のＬＤＤ構造を有するＮチャネル
型のＴＦＴ９の製造方法について図３に従って説明する。
まず、図３（ａ）に示すように、超音波洗浄により清浄化された透光性基板１０の表面
温度が１５０〜４５０℃となる条件下で行うプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Depositio
n）法により、透光性基板１０の全面に下地保護膜１１が１００〜５００ｎｍの厚さに成
膜される。次に、プラズマＣＶＤ法により、下地保護膜１１の全面に、非晶質シリコンか
らなる非晶質半導体膜１２ａが３０〜１００ｎｍの厚さに成膜される。

続いて、図３（ｂ）に示すように、非晶質半導体膜１２ａに対してレーザアニールが施
され、非晶質半導体膜１２ａが多結晶化されて多結晶シリコンからなる多結晶半導体膜１
２が形成される。

次に、多結晶半導体膜１２上に、光化学反応の発生確率の高い光反応分子から構成され
るフォトレジストＰ１が成膜される。ここで、光化学反応の発生確率が高い光反応分子と
は、少ない光子（例えば、２光子以下の光子）を吸収により光化学反応する分子のことで
ある。フォトレジストＰ１としては、１光子吸収レジスト〜２光子吸収レジストが好まし
く、１光子吸収レジストがより好ましい。なお、２光子吸収レジストとは、２つの光子を
吸収して光化学反応する光反応分子からなるレジストであり、１光子吸収レジストとは、
１つの光子を吸収して光化学反応する光反応分子からなるレジストである。本実施形態の
フォトレジストＰ１は、１光子吸収レジストとする。この１光子吸収レジストは、一種類
の１光子吸収感光基を含むレジストであってもよく、複数種類の１光子吸収感光基を含む
レジストであってもよい。また、１光子吸収レジストは、露光量（光強度）に対して光化
学反応が線形的に進行するため、図６に示すように、露光工程終了後のフォトレジストＰ
１における膜厚残量が露光量に対して線形的に変化する。

次に、図３（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィ法により、フォトレジストＰ１が
所定形状のレジストパターンにパターニングされる。ここで、フォトリソグラフィ法にお
いては、フォトレジストＰ１に転写露光する所定パターンフォトマスク（レチクル）とし
て図５に示すハーフトーンマスク６０が使用される。このハーフトーンマスク６０は、露
光装置（図示略）から照射される露光光を遮断する遮光領域６１と、露光光を完全に（大
部分）透過させる透過領域６２と、露光光を部分的に透過させる半透過領域６３とを有し
ている。半透過領域６３は、スリットＳＬ等からなる回折格子パターンが設けられ、この
スリットＳＬの幅及びスリットＳＬ間のピッチ幅を調整することにより、露光光の透過す
る光強度（露光量）を調整することができる。なお、本実施形態では、半透過領域６３全
域において、スリットＳＬの幅及びスリットＳＬ間のピッチ幅が均等に形成されている。
また、半透過領域６３は、スリット等の回折格子の代わりに半透過膜を用いてその膜厚に
応じて露光光の透過する光強度を調整するようにしてもよい。

そして、このハーフトーンマスク６０を通じて露光光がフォトレジストＰ１に対して照
射されて、さらに現像処理されることにより、フォトレジストＰ１が図３（ｃ）に示すス
テップ形状に形成される。詳しくは、ハーフトーンマスク６０の各領域６１〜６３を通じ
て照射される露光量の違いにより、ハーフトーンマスク６０の半透過領域６３に対応する
フォトレジストＰ１の端部領域の膜厚が、遮光領域６１に対応するフォトレジストＰ１の
中央部領域の膜厚よりも薄くなるように形成される。より詳しくは、フォトレジストＰ１
の端部領域の膜厚は、そのフォトレジストＰ１の下層に形成された多結晶半導体膜１２に
高濃度の不純物イオン注入を行った場合に、照射された高濃度の不純物イオンがフォトレ
ジストＰ１を高濃度の状態で通過して上記多結晶半導体膜１２に注入される膜厚である。
このようなフォトレジストＰ１の端部領域の膜厚としては、例えば５０ｎｍ〜２００ｎｍ
程度であることが好ましい。

この所望の膜厚のフォトレジストを形成するためには、フォトレジストＰ１の光反応分
子等に応じて、ハーフトーンマスク６０の半透過領域６３における光強度を調整するとと
もに、露光光の露光時間を調整して、フォトレジストＰ１の端部領域に照射される露光量
を制御する必要がある。このとき、従来のように、フォトレジストが５光子吸収レジスト
や１０光子吸収レジストといった多光子吸収レジストの場合には、露光量に対して膜厚残
量が急激に変化するため、厳密に露光量を調整しなければならない。すなわち、従来の多
光子吸収フォトレジストでは、露光量が多少変動するだけでも、膜厚残量が大きく変化し
てしまい、所望の膜厚を得られなくなる。これに対して、本実施形態の１光子吸収レジス
トでは、露光量に対する膜厚残量の変化の傾きが一定であり、多光子吸収レジストに比べ
てその傾きが緩やかである。従って、１光子吸収レジストでは、露光量が多少変動したと
しても、膜厚残量の変化が小さいため、略所望の膜厚に形成することができる。すなわち
、１光子吸収レジストによるフォトリソグラフィ法では、露光量を厳密に制御せずとも、
フォトレジストの膜厚を略所望の膜厚に形成することができ、膜厚精度を高く維持するこ
とができる。なお、この図６の特性図は、膜厚残量が「０」となる露光量を「１」として
、横軸の露光量をその露光量「１」に対する比で示している。

一方、フォトレジストＰ１の中央部領域の膜厚は、多結晶半導体膜１２に高濃度の不純
物イオン注入を行った場合に、照射された高濃度の不純物イオンをフォトレジストＰ１領
域内で遮断し、多結晶半導体膜１２に所定濃度の不純物イオンが到達しない程度の膜厚で
ある。このようなフォトレジストＰ１の中央部領域の膜厚としては、例えば２００ｎｍ以
上であることが好ましい。

次に、図３（ｄ）に示すように、所定形状にパターニングされたフォトレジストＰ１を
マスクにして、フォトレジストＰ１の下層に形成されている多結晶半導体膜１２が所定形
状にエッチングされる。

続いて、フォトレジストＰ１をマスクにして、多結晶半導体膜１２に対して、高濃度の
不純物イオン、例えばリンイオンが約０．１×１０^１５〜約１０×１０^１５ｃｍ^−２のド
ーズ量でイオン注入される。すると、フォトレジストＰ１の膜厚が薄い領域（端部領域）
においては、高濃度の不純物イオンが高濃度の状態でフォトレジストＰ１を通過して多結
晶半導体膜１２に注入される。これにより、フォトレジストＰ１の端部領域に対応する多
結晶半導体膜１２にソース側高濃度領域２２及びドレイン側高濃度領域３２が形成される
。このようにしてフォトレジストＰ１をマスクにして、自己整合的（セルフアライメント
）に多結晶半導体膜１２にソース側高濃度領域２２及びドレイン側高濃度領域３２を形成
することができる。さらにこのとき、上述したように、フォトレジストＰ１の端部領域の
膜厚が所望の膜厚に形成されているため、多結晶半導体膜１２のソース側高濃度領域２２
及びドレイン側高濃度領域３２に、所望の濃度の不純物イオンを注入することができる。

一方、上記フォトレジストＰ１の膜厚が厚い領域（中央部領域）においては、上記高濃
度の不純物イオンがフォトレジストＰ１の領域内において遮断されるため、不純物イオン
が多結晶半導体膜１２の領域に到達しない。そして、所定濃度の不純物イオンが注入され
なかった多結晶半導体膜１２領域が、不純物の添加されないチャネル領域１５ａとなる。

次に、図４（ａ）に示すように、多結晶半導体膜１２上に成膜されたフォトレジストＰ
１が剥離され、そのフォトレジストＰ１が剥離された多結晶半導体膜１２上を含む透光性
基板１０全面にプラズマＣＶＤ法によりゲート絶縁膜１３が形成される。続いて、ゲート
絶縁膜１３上を含む透光性基板１０全面に、ゲート電極１４となる導電膜１４ａが形成さ
れる。

次に、図４（ｂ）に示すように、上記導電膜１４ａ上の全面にフォトレジストＰ２が成
膜され、フォトリソグラフィ法により上記フォトレジストＰ２が露光、現像処理されて所
定形状にパターニングされる。ここで、フォトレジストＰ２は、下層に形成されるチャネ
ル領域１５ａの領域幅よりも狭く、且つチャネル領域１５ａの両端部にソース側低濃度領
域２４及びドレイン側低濃度領域３４（図４（ｃ）参照）が形成されるように位置合わせ
して形成される。

続いて、図４（ｃ）に示すように、所定形状にパターニングされたフォトレジストＰ２
をマスクにして、導電膜１４ａがエッチングされてゲート電極１４が形成される。
次に、ゲート電極１４をマスクにして、多結晶半導体膜１２に対して、低濃度の不純物
イオン、例えばリンイオンが約０．１×１０^１３〜約１０×１０^１３ｃｍ^−２のドーズ量
でイオン注入される。これにより、多結晶半導体膜１２のチャネル領域１５の両端部に、
ソース側低濃度領域２４及びドレイン側低濃度領域３４が形成される。このようにして、
いわゆるＬＤＤ構造を有する半導体装置が形成される。

次に、本実施形態の効果を以下に記載する。
（１）本実施形態によれば、ハーフトーンマスク６０を使用したフォトリソグラフィ法
によりステップ形状に形成されるフォトレジストＰ１を１光子吸収レジストとした。この
１光子吸収レジストは、露光量に対して膜厚残量が線形的に変化するとともに、その特性
は多光子吸収レジストに比べて傾きが緩やかである。従って、本実施形態のフォトレジス
トＰ１では、露光量が多少変動したとしても、膜厚残量の変化が小さいため、略所望の膜
厚に形成することができる。すなわち、本実施形態のレジストパターン形成方法では、露
光量を厳密に制御せずとも、フォトレジストの膜厚を略所望の膜厚に形成することができ
膜厚精度を高く維持することができる。さらに、このフォトレジストＰ１をマスクにして
、該フォトレジストＰ１の下層に形成された多結晶半導体膜１２に不純物イオンを注入す
ることにより、従来よりも所望の濃度に近い濃度の不純物イオンを注入することができる
。その結果、ＬＤＤ構造を有するＴＦＴ９の所望の特性を確実に得ることができるように
なる。
（第２実施形態）
以下、透過型液晶表示装置１内のＧＯＬＤ構造を有するＮチャネル型ＴＦＴの製造方法
について図７に従って説明する。先の図１〜図６に示した部材と同一の部材にはそれぞれ
同一の符号を付して示し、それら各要素についての詳細な説明は省略する。

まず、図７（ａ）に示すように、透光性基板１０上の全面に下地保護膜１１が形成され
、下地保護膜１１上に多結晶半導体膜１２が成膜される。次に、多結晶半導体膜１２上に
フォトレジストＰ３が成膜され、ハーフトーンマスク６０を使用したフォトリソグラフィ
法により、露光処理及び現像処理されて上記フォトレジストＰ３が所定形状にパターニン
グされる。ここで、このフォトレジストＰ３は、上記第１実施形態のフォトレジストＰ１
と同様に、１光子吸収レジストである。

フォトレジストＰ３は、図７（ｂ）に示すように、ステップ形状に形成される。詳しく
は、ハーフトーンマスク６０の各領域６１〜６３を通じて照射される露光量の違いにより
、ハーフトーンマスク６０の半透過領域６３に対応するフォトレジストＰ３の端部領域の
膜厚が、遮光領域６１に対応するフォトレジストＰ３の中央部領域の膜厚よりも薄くなる
ように形成される。より詳しくは、フォトレジストＰ３の端部領域の膜厚は、そのフォト
レジストＰ３の下層に形成された多結晶半導体膜１２に低濃度の不純物イオン注入を行っ
た場合に、照射された低濃度の不純物イオンがフォトレジストＰ３を低濃度の状態で通過
して上記多結晶半導体膜１２に注入される膜厚である。このようなフォトレジストＰ３の
端部領域の膜厚としては、例えば５０ｎｍ〜２００ｎｍ程度であることが好ましい。

一方、フォトレジストＰ３の中央部領域の膜厚は、多結晶半導体膜１２に低濃度の不純
物イオン注入を行った場合に、照射された低濃度の不純物イオンをフォトレジストＰ３領
域内で遮断し、多結晶半導体膜１２に所定濃度の不純物イオンが到達しない程度の膜厚で
ある。このようなフォトレジストＰ３の中央部領域の膜厚としては、例えば２００ｎｍ以
上であることが好ましい。

次に、所定形状にパターニングされたフォトレジストＰ３をマスクにして、フォトレジ
ストＰ３の下層に形成されている多結晶半導体膜１２が所定形状にエッチングされる。続
いて、フォトレジストＰ３をマスクにして、多結晶半導体膜１２に対して、低濃度の不純
物イオン、例えばリンイオンが約０．１×１０^１３〜約１０×１０^１３ｃｍ^−２のドーズ
量でイオン注入される。すると、フォトレジストＰ３の膜厚が薄い領域（端部領域）にお
いては、低濃度の不純物イオンが低濃度の状態でフォトレジストＰ３を通過して多結晶半
導体膜１２に注入される。これにより、フォトレジストＰ３の端部領域に対応する多結晶
半導体膜１２領域に、低濃度の不純物イオンが注入されたソース領域２０及びドレイン領
域３０が形成される。このとき、フォトレジストＰ３の膜厚が厚い領域（中央部領域）に
おいては、上記低濃度の不純物イオンがフォトレジストＰ３の領域内において遮断される
ため、不純物イオンが多結晶半導体膜１２の領域に到達しない。そして、所定濃度の不純
物イオンが注入されなかった多結晶半導体膜１２領域が、不純物の添加されないチャネル
領域１５となる。このようにしてフォトレジストＰ３をマスクにして、自己整合的（セル
フアライメント）に多結晶半導体膜１２に低濃度不純物領域であるソース領域２０及びド
レイン領域３０を形成することができる。

なお、ここでのソース領域２０は、ソース側高濃度領域２２及びソース側低濃度領域２
４に対応する領域であり、ドレイン領域３０は、ドレイン側高濃度領域３２及びドレイン
側低濃度領域３４に対応する領域である。

次に、図７（ｃ）に示すように、多結晶半導体膜１２上に成膜されたフォトレジストＰ
３が剥離され、プラズマＣＶＤ法により、そのフォトレジストＰ３が剥離された多結晶半
導体膜１２上を含む透光性基板１０全面にゲート絶縁膜１３が形成される。続いて、ゲー
ト絶縁膜１３上を含む透光性基板１０全面に、ゲート電極１４となる導電膜１４ａが形成
される。

次に、導電膜１４ａ上の全面にフォトレジストＰ４が成膜され、フォトリソグラフィ法
により、フォトレジストＰ４が露光、現像処理されて所定形状にパターニングされる。こ
のフォトレジストＰ４の幅は、図７（ｃ）に示すように、そのフォトレジストＰ４の下層
に形成されるチャネル領域１５の領域幅よりも大きく形成されるとともに、ソース領域２
０及びドレイン領域３０に一部が重なるように形成される。

次に、図７（ｄ）に示すように、所定形状にパターニングされたフォトレジストＰ４を
マスクにして、そのフォトレジストＰ４の下層に形成された導電膜１４ａがエッチングさ
れてゲート電極１４が形成される。このゲート電極１４の幅は、上記フォトレジストＰ４
と同じ幅になるように形成される。換言すると、ゲート電極１４は、その直下にソース領
域２０及びドレイン領域３０がオーバーラップするように形成される。

続いて、ゲート電極１４をマスクにして、高濃度の不純物イオン、例えばリンイオンが
約０．１×１０^１５〜約１０×１０^１５ｃｍ^−２のドーズ量で注入される。これにより、
ゲート電極１４によって被覆されていない多結晶半導体膜１２領域には、高濃度の不純物
イオンが注入され、ソース側高濃度領域２２及びドレイン側高濃度領域３２が形成される
。一方、ゲート電極１４に被覆された多結晶半導体膜１２領域には、ゲート電極１４によ
り不純物イオンが遮断されて不純物イオンが注入されないため、チャネル領域１５とその
両端部にソース側低濃度領域２４及びドレイン側低濃度領域３４が形成される。

このように、本実施形態では、ソース側低濃度領域２４及びドレイン側低濃度領域３４
がゲート電極１４の直下にオーバーラップした構造、いわゆるＧＯＬＤ構造を有する半導
体装置が形成される。

以上説明した本実施形態によれば、上記第１実施形態と同様の作用効果を得ることがで
きる。
なお、上記各実施形態は、以下の態様に変更してもよい。

・上記各実施形態におけるハーフトーンマスク６０を、図８に示すハーフトーンマスク
６０ａに変更してもよい。ハーフトーンマスク６０ａは、半透過領域６３ａにおけるスリ
ットＳＬ間のピッチ幅Ｉ１〜Ｉ５が、遮光領域６１から離間するほど小さくなるように形
成されている。すなわち、半透過領域６３ａにおいては、遮光領域６１から離間するほど
、露光量が多くなる（透過率が増加する）ように設定されている。

図９（ａ）に示すように、このハーフトーンマスク６０ａを使用したフォトリソグラフ
ィ法により、１光子吸収レジストであるフォトレジストＰ５がパターニングされると、図
９（ｂ）に示すように、半透過領域６３ａに対応するフォトレジストＰ５の端部がテーパ
状に形成される。詳しくは、半透過領域６３ａに対応するフォトレジストＰ５領域には、
チャネル領域１５から離間するほど、すなわち端部に近づくほど多い露光量（光強度）が
照射される。そのため、フォトレジストＰ５は、中央部から端部に向かってレジスト膜厚
が薄くなるように、所定角度の傾斜を有するテーパ状に形成される。

図９（ｂ）に示すように、このようにパターニングされたフォトレジストＰ５をマスク
にして、高濃度の不純物イオンが注入されると、フォトレジストＰ５のテーパ状領域に対
応するソース領域２０及びドレイン領域３０において、多結晶半導体膜１２の端部からチ
ャネル領域１５に向かって注入される不純物の濃度が低くなる。この結果、フォトレジス
トＰ５のテーパ状領域における端部付近の直下の多結晶半導体膜１２領域には、高濃度の
不純物イオンが注入され、ソース側高濃度領域２２及びドレイン側高濃度領域３２がそれ
ぞれ形成される。また、フォトレジストＰ５のテーパ状領域における中央部付近の直下の
多結晶半導体膜１２領域には、低濃度の不純物イオンが注入され、ソース側低濃度領域２
４及びドレイン側低濃度領域３４がそれぞれ形成される。このように、両端部がテーパ状
に形成されるフォトレジストＰ５を使用することにより、１種類の濃度の不純物イオン注
入によって、チャネル領域、高濃度領域及び低濃度領域を同時に形成することも可能とな
る。なお、上記ハーフトーンマスク６０ａは、露光量（光強度）を、スリットＳＬ間のピ
ッチ幅で制御するようにしたが、例えば露光量をスリット幅で制御するようにしてもよい
。

・上記各実施形態では、フォトレジストＰ１を一段階のステップ形状としたが、これに
限らず、フォトレジストＰ１を複数段階のステップ形状とするようにしてもよい。例えば
、図１０に示すように、フォトレジストＰ１を二段階のステップ形状にパターニングする
ようにしてもよい。これによれば、上記テーパ状に形成されたフォトレジストＰ５と同様
に、１種類の濃度の不純物イオン注入によって、チャネル領域、高濃度領域及び低濃度領
域を同時に形成することも可能となる。なお、このようなパターニングを行うためには、
上記実施形態のハーフトーンマスク６０の半透過領域６３における露光量の調整を変更す
る必要がある。

・上記各実施形態では、多結晶半導体膜１２のエッチングを不純物イオン注入前に行う
ようにした。これに限らず、多結晶半導体膜１２のエッチングを不純物イオン注入後に行
うようにしてもよい。これにより、エッチング時のレジスト膜厚の減少による不純物濃度
の変動を抑えることができる。また、１種類の濃度の不純物イオン注入によって、チャネ
ル領域、高濃度領域及び低濃度領域を同時に形成することも可能となる。すなわち、高濃
度の不純物イオンを注入することにより、フォトレジストに被覆されてない多結晶半導体
膜１２に高濃度領域を形成し、中央部よりも膜厚の薄いフォトレジスト領域に被覆された
多結晶半導体１２領域に低濃度領域を形成し、中央部のフォトレジスト領域に被覆された
多結晶半導体１２領域にチャネル部を形成することが可能となる。

・上記各実施形態では、ステップ形状に形成されたフォトレジストＰ１，Ｐ３をマスク
にして、そのフォトレジストＰ１，Ｐ３の下層に形成された多結晶半導体膜１２に不純物
イオンを注入するようにした。これに限らず、例えば図１１（ａ）に示すように、ステッ
プ形状に形成されたフォトレジストＰ１をマスクにして、そのフォトレジストＰ１の下層
に形成された層（ここでは、導電膜１４ａ）をエッチングすることにより、図１１（ｂ）
に示すステップ形状のゲート電極１４ｂを形成するようにしてもよい。この場合には、フ
ォトレジストＰ１の端部の膜厚が所望の膜厚に形成されているため、ゲート電極１４ｂの
端部の膜厚も所望の膜厚に形成することができる。

・上記各実施形態におけるフォトレジストを１光子吸収レジストに具体化したが、例え
ば２光子吸収レジストであってもよい。これによっても、図６に示すように、従来の５光
子吸収レジスト等の多光子吸収レジストに比べて、露光量に対する膜厚残量の変化が線形
に近い特性となり、その膜厚残量の変化の傾斜が緩やかになるため、露光量の調整を厳密
にせずとも、フォトレジストの膜厚精度を高く維持することができる。

あるいは、１光子吸収で光化学反応する光反応分子からなる感光剤と２光子吸収で光化
学反応する光反応分子からなる感光剤とが混合されたフォトレジストであってもよい。
・上記各実施形態におけるフォトレジストをポジ型レジストに具体化したが、ネガ型レ
ジストに具体化するようにしてもよい。なお、この場合には、ハーフトーンマスク６０の
形状を変更する必要がある。

・上記各実施形態におけるＴＦＴをＰチャネル型ＴＦＴとしてもよい。
・上記各実施形態におけるステップ形状あるいは端部がテーパ形状にパターニングされ
るフォトレジストの製造方法を、ＬＤＤ構造あるいはＧＯＬＤ構造を有する薄型トランジ
スタＴＦＴの製造方法の一工程に具体化した。これに限らず、例えば上記各実施形態にお
けるフォトレジストの製造方法を、シリコン基板等の半導体基板を使用するＬＤＤ構造あ
るいはＧＯＬＤ構造を有するＭＯＳ型トランジスタの製造方法の一工程として具体化して
もよい。すなわち、フォトレジストをステップ形状あるいは端部がテーパ形状にパターニ
ングする場合には、上記各実施形態におけるフォトレジストの材料及び製造方法を適用す
ることができる。

（ａ）は、透過型液晶表示装置を示す斜視図、（ｂ）は、画素を示す回路図。透過型液晶表示装置を示す拡大断面図。（ａ）〜（ｄ）は第１実施形態の薄型トランジスタの製造方法を示す断面図。（ａ）〜（ｃ）は第１実施形態の薄型トランジスタの製造方法を示す断面図。ハーフトーンマスクを示す平面図。フォトレジストの特性を示す特性図。（ａ）〜（ｄ）は第２実施形態の薄型トランジスタの製造方法を示す断面図。変形例におけるハーフトーンマスクを示す平面図。（ａ）、（ｂ）は変形例における薄型トランジスタの製造方法を示す断面図。変形例におけるフォトレジストを示す断面図。（ａ）、（ｂ）は変形例における薄型トランジスタの製造方法を示す断面図。従来のフォトレジストの特性を示す特性図。

符号の説明

Ｐ１，Ｐ３，Ｐ５…フォトレジスト、９…半導体装置としての薄型トランジスタ、１０
…基板としての透光性基板、１２…半導体膜としての多結晶半導体膜、１３…ゲート絶縁
膜、１４…ゲート電極、１５…チャネル領域、２２…ソース側高濃度領域、２４…ソース
側低濃度領域、３２…ドレイン側高濃度領域、３４…ドレイン側低濃度領域、６０，６０
ａ…フォトマスクとしてのハーフトーンマスク、６１…遮光領域、６２…透過領域、６３
，６３ａ…半透過領域。

Claims

露光光を遮断する遮光領域と、前記露光光を大部分透過させる透過領域と、前記露光光
を部分的に透過させる半透過領域とを有するフォトマスクを通して、光化学反応の発生確
率の高い光反応分子から構成されるフォトレジストに対して露光光を照射する工程と、前
記露光光が照射されたフォトレジストに対して現像処理を施す工程と、を含むことを特徴
とするレジストパターンの形成方法。
前記フォトレジストは、少なくとも一種類の１光子吸収感光基を含むレジストであるこ
とを特徴とする請求項１に記載のレジストパターンの形成方法。
前記フォトマスクの前記半透過領域は、前記遮光領域と前記透過領域との間に形成され
、
前記フォトマスクの前記半透過領域における露光光の透過量を、前記遮光領域から離間
するほど増大させるようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載のレジストパター
ンの形成方法。
チャネル領域と、該チャネル領域の両端の外側領域にそれぞれ形成されるソース側低濃
度領域及びドレイン側低濃度領域と、該各低濃度領域の外側領域にそれぞれ形成されるソ
ース側高濃度領域及びドレイン側高濃度領域とを有する半導体層と、
前記半導体層の前記チャネル領域と絶縁膜を介して対向したゲート電極と、を備えた半
導体装置の製造方法であって、
基板上に半導体膜を形成する工程と、
前記半導体膜上に、光化学反応の発生確率の高い光反応分子から構成されるフォトレジ
ストを成膜する工程と、
露光光を遮断する遮光領域と、前記露光光を大部分透過させる透過領域と、前記露光光
を部分的に透過させる半透過領域とを有するフォトマスクを通して、前記フォトレジスト
に露光光を照射するとともに、前記ソース側高濃度領域及び前記ドレイン側高濃度領域に
対応する前記フォトレジスト領域に前記半透過領域からの露光光を照射して、該フォトレ
ジストの両端部の膜厚を中央部の膜厚よりも薄く形成する工程と、
前記フォトレジストをマスクにして、前記フォトレジストの両端部の下部の前記半導体
膜に高濃度不純物を注入して、前記ソース側高濃度領域及び前記ドレイン側高濃度領域を
形成する工程と、
前記フォトレジストを除去し、前記半導体膜上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上であって前記チャネル領域に対応する位置に前記ゲート電極を形成
する工程と、
前記ゲート電極をマスクにして、前記高濃度不純物よりも低濃度の不純物を前記半導体
膜に注入し、前記ソース側低濃度領域及び前記ドレイン側低濃度領域を形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
チャネル領域と、該チャネル領域の両端の外側領域にそれぞれ形成されるソース側低濃
度領域及びドレイン側低濃度領域と、該各低濃度領域の外側領域にそれぞれ形成されるソ
ース側高濃度領域及びドレイン側高濃度領域とを有する半導体層と、
前記半導体層の前記チャネル領域及び前記ソース側低濃度領域及び前記ドレイン側低濃
度領域と絶縁膜を介して対向したゲート電極と、を備えた半導体装置の製造方法であって
、
基板上に半導体膜を形成する工程と、
前記半導体膜上に、光化学反応の発生確率の高い光反応分子から構成されるフォトレジ
ストを成膜する工程と、
露光光を遮断する遮光領域と、前記露光光を大部分透過させる透過領域と、前記露光光
を部分的に透過させる半透過領域とを有するフォトマスクを通して、前記フォトレジスト
に露光光を照射するとともに、前記ソース側高濃度領域及び前記ソース側低濃度領域及び
前記ドレイン側高濃度領域及び前記ドレイン側低濃度領域に対応する前記フォトレジスト
領域に前記半透過領域からの露光光を照射して、該フォトレジストの両端部の膜厚を中央
部の膜厚よりも薄く形成する工程と、
前記フォトレジストをマスクにして、前記フォトレジストの両端部の下部の前記半導体
膜に低濃度不純物を注入して、前記ソース側低濃度領域及び前記ドレイン側低濃度領域を
形成する工程と、
前記フォトレジストを除去し、前記半導体膜上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上であって前記ソース側低濃度領域及び前記ドレイン側低濃度領域及
び前記チャネル領域に対応する位置に前記ゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極をマスクにして、前記低濃度不純物よりも高濃度の不純物を前記半導体
膜に注入し、前記ソース側高濃度領域及び前記ドレイン側高濃度領域を形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。