JP2012151382A - 薄膜トランジスタ、アクティブマトリクス基板、およびそれらの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明にかかる薄膜トランジスタは、ゲート電極2と、半導体層5と、半導体層5の上に設けられ、半導体層5と電気的に接続されたソース電極7、及びドレイン電極8と、を備えた薄膜トランジスタであって、半導体層5が、透光性半導体膜5aと、透光性半導体膜5a上に配置され、透光性半導体膜5aよりも光透過率の低いオーミック導電膜5bと、を有し、オーミック導電膜5bが、透光性半導体膜5aからはみ出さないように形成され、オーミック導電膜5bが、ソース電極7とドレイン電極8の間のチャネル部9を挟むように分離して形成され、ソース電極7、及びドレイン電極8が、オーミック導電膜bを介して、透光性半導体膜5aに接続されているものである。
【選択図】図3
Description
本実施の形態にかかるTFT基板は、スイッチング素子として薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)が用いられたアクティブマトリクス基板である。TFT基板は、液晶表示装置(LCD)等の平面型表示装置(フラットパネルディスプレイ)に用いられる。始めに、図1を参照して、TFT基板について説明する。図1は、TFT基板の構成を示す平面図である。ここでは、LCD用のTFT基板を例にとって詳しく説明する。
まず、基板1を洗浄液、又は純水を用いて洗浄する。なお、ここでは厚さ0.6mmのガラス基板を基板1として用いることができる。洗浄された基板1に第1の金属膜を成膜して、ゲート電極2、ゲート配線22、及び補助容量電極3を形成する(図4A)。第1の金属膜としては、例えばクロム(Cr)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、アルミニウム(Al)やこれらに他の元素を微量に添加した合金等を用いる。また、これらの金属、合金を2層以上形成した積層構造としてもよい。これらの金属、合金を用いることによって、比抵抗値が50μΩcm以下の低抵抗膜を得ることができる。
次に、図4Bに示すように、ゲート絶縁膜4、半導体層5を形成する。ここで、図4Bの工程について、図5を用いて詳細に説明する。図5は、図4Bの工程の詳細を示す断面図である。
本実施形態では、まず化学的気相成膜(CVD)法を用いて、ゲート絶縁膜4となる窒化シリコン膜(SiN)を形成する。ここでは、厚さ300nmの窒化シリコン膜を、約300℃の基板加熱条件下で成膜する。その後、非晶質構造の酸化物(以下、IGZOという)ターゲットを用いたスパッタリング法で、透光性半導体膜5aを成膜する。ここでは、In:Ga:Zn:Oの原子組成比が1:1:1:4であるIGZOターゲットを用いている。酸化物膜を従来のArガスを用いたスパッタリング法で成膜する。
次に、第2回目の写真製版工程でフォトレジストパターン13を形成する。ここではノボラック樹脂系のポジ型フォトレジストを用いている。フォトレジストを、スリットコータもしくはスピンコータにより約1.6μmの厚さで塗布する。その後にフォトマスクを用いて露光を行う。さらに、水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)を含む有機アルカリ系の現像液を用いて現像を行う。こうすることで、図5Bに示すように、オーミック導電膜5b上に、フォトレジストパターン13を形成することができる。フォトレジストパターン13は、島状に形成され、TFTとなる領域に配置される。すなわち、フォトレジストパターン13は、半導体層5のパターンを残す領域に残存する。
また、従来、IGZO膜のような透光性の酸化物膜をAl系メタルと積層あるいは接触させた場合には、フォトレジストパターン時のアルカリ現像液中において両者の膜を電極とする電池反応が起こることがある。これにより、Al系メタルが酸化腐食、IGZO膜が還元腐食してパターン不良を発生させるという問題があった。しかしながら、本実施形態では、AlにNiを添加したAl−3mol%Ni膜を用いている。Al−3mol%Ni膜をアルカリ現像液中でエッチング除去するようにすれば、従来のAl系メタルで問題となっていた電池反応を防止することができる。従って、IGZO膜を還元腐食させることなく良好な選択エッチングをすることができる。
また、TMAH溶液のTMAH濃度は2.4重量%に限らず、例えば液温が10℃から50℃までの間において、0.2重量%以上25重量%以下の範囲とすることができる。TMAH濃度が0.2重量%未満の場合は、上記Al合金膜であってもエッチングレートが著しく低下してエッチングが困難となる。一方で、TMAH濃度が25%を超える場合は、フォトレジストパターン13へのダメージが大きくなり、パターン不良を起こす問題があるからである。
(図5C)
次に、フォトレジストパターン13をマスクとして、透光性半導体膜5aをエッチング除去する。このエッチング工程では、シュウ酸5重量%濃度の水溶液を用いている。この場合は、常温(23℃)で約1nm/秒の速さで透光性半導体膜5aのIGZO膜がエッチング除去される。図5Cに示すように、透光性半導体膜5aがパターニングされ、島状の半導体層5を形成することができる。本実施形態のシュウ酸水溶液に限らず一般的に公知のシュウ酸溶液では光反射性のAl−3mol%Niからなるオーミック導電膜5bは溶けない。このため、透光性半導体膜5aだけを選択的にエッチングすることが可能である。よって、パターンの加工精度を向上することができる。
その後、フォトレジストパターン13をアミン系の剥離液を用いて剥離除去する。これにより、図5Dに示すように、透光性の透光性半導体膜5aと光反射性のオーミック導電膜5bとの半導体パターンを形成することができる。なお、図5Dは、図4Bに示すと同じ構成を示している。透光性半導体膜5aとオーミック導電膜5bのパターンがほぼ一致している。すなわち、オーミック導電膜5bのパターンが透光性半導体膜5aのパターンからはみ出さずに形成されている。
図4の説明に戻る。次に、第2の金属膜を成膜し、ソース配線27、ソース電極7、及びドレイン電極8等を形成する。さらに、互いに対向するソース電極7とドレイン電極8のパターンの間において、オーミック導電膜5bを除去する。ソース電極7とドレイン電極8のパターンの間の領域に、TFT108のチャネル部9が形成される。これにより、図4Cに示す構成となる。
次に、保護絶縁膜10を成膜する。本実施形態では、化学的気相成膜(CVD)法を用いて、保護絶縁膜10を成膜する。具体的には、約250℃の基板加熱条件下で厚さ300nmの窒化シリコン(SiN)膜を成膜する。その後、第4回目の写真製版工程でフォトレジストパターンを形成して、SiN膜をパターニングする。すなわち、フォトレジストパターンをマスクとして用いて、SiN膜をエッチングする。このエッチング工程では、公知のフッ素系ガスを用いたドライエッチング法を用いることができる。これにより、ドレイン電極8上に、コンタクトホール11を形成することができる。その後、フォトレジストパターンを除去することで、図4Dに示すように、コンタクトホール11を有する保護絶縁膜10を形成することができる。
最後に、透明導電性膜を成膜して、画素電極12のパターンを形成する。本本実施形態では、透明導電性膜として、IZO(酸化インジウムIn2O3+酸化亜鉛ZnO)を用いている。そして、公知のArガスを用いたスパッタリング法で、厚さ100nmのIZO膜を成膜する。次いで、第5回目の写真製版工程でフォトレジストパターンを形成し、画素電極12をパターニングする。すなわち、フォトレジストパターンをマスクとして、IZO膜をエッチングする。これにより、画素電極12が形成される。このエッチング工程では、公知のシュウ酸系溶液によるウエットエッチングを用いることができる。そして、エッチングした後にフォトレジストパターンを除去する。これにより、図4Eに示す構成となり、TFT基板が完成する。
本実施の形態では、オーミック導電膜5bの材料が異なっている。実施の形態1では、オーミック導電膜5bがAl合金膜であったが、本実施の形態では、オーミック導電膜5bが純Cu膜、もしくはCuを主成分とするCu合金膜となっている。以下、純Cu膜、もしくはCuを主成分とするCu合金膜をCu膜と称する。なお、その他の構成等については、実施の形態1と同様であるため、適宜、説明を省略する。
まず、化学的気相成膜(CVD)法を用い、ゲート絶縁膜4となる窒化シリコン(SiN)膜を成膜する。ここでは、約300℃の基板加熱条件下で、厚さ300nmの窒化シリコン(SiN)膜を成膜する。これにより、ゲート電極2、補助容量電極3がゲート絶縁膜4で覆われる。その後、透光性半導体膜5aとオーミック導電膜5bとを連続して、成膜する。
次に、フォトレジストパターン13をマスクとして、オーミック導電膜5bをエッチング除去する。これにより、図7Bに示すように、オーミック導電膜5bのパターンが形成される。このエッチングでは、過硫酸アンモニウム0.3重量%の水溶液を含む液温23℃の薬液をエッチャントとして用いる。この場合、純Cu膜からなるオーミック導電膜5bは、約1nm/秒の速さでエッチングされる。特許文献5に開示されているように、本実施形態で用いたIGZO膜等の透光性半導体膜5aは、酸溶液に非常に溶けやすい。従って、透光性半導体膜5aと金属薄膜との選択エッチングが不可能である。このためパターン加工が非常に難しいことが知られている。しかしながら、透光性半導体膜5aは、過硫酸アンモニウム系溶液にはエッチングされにくい。過硫酸アンモニウムを含む薬液を用いることで、Cuからなるオーミック導電膜5bだけを選択的にエッチングすることができる。
続けて、フォトレジストパターン13をマスクとして、透過性半導体膜5aをエッチング除去する。ここでは、シュウ酸溶液をエッチン液として用いる。透過性半導体膜5aがパターニングされ、図7Cに示すように、島状の半導体層5が形成される。シュウ酸溶液では光反射性のCuからなるオーミック導電膜5bは溶けない。このため、透光性半導体膜5aだけを選択的にエッチングすることが可能である。よって、パターンの加工精度を向上することができ、透光性半導体膜5aのパターンとその上のオーミック導電膜5bのパターンが略一致した構成となる。
その後、フォトレジストパターン13をアミン系の剥離液を用いて剥離除去する。これにより、図7Dに示す構成となる。図7Dに示す構成は、図4B、又は図5Dと同様の構成となっている。透光性半導体膜5aとオーミック導電膜5bとの半導体層5が島状に形成されている。
また、過硫酸アンモニウム溶液の過硫酸アンモニウム濃度は0.3重量%に限らず、例えば液温が10℃から50℃までの間において、0.02重量%以上10重量%以下の範囲とすることができる。TMAH濃度が0.02重量%未満の場合は、上記Cu合金膜のエッチングレートが著しく低下してエッチングが困難となる。一方で、過硫酸アンモニウム濃度が10%を超える場合は、Cu合金膜のサイドエッチング量(レジストパターン13の端部からCu合金膜パターン5bの端部までの後退量)が大きくなる。従って、平面パターンにおいて、Cu合金膜5bのパターン形状が、透光性半導体膜5aのパターン形状よりも大きく内側に後退した形状となってしまう。このため、半導体層5のパターン欠陥を正確に検査することが困難になるという問題があるからである。
2 ゲート電極
3 補助容量電極
4 ゲート絶縁膜
5 半導体層
5a 酸化物半導体膜
5b オーミック導電膜
7 ソース電極
8 ドレイン電極
9 チャネル部
10 保護絶縁膜
11 コンタクトホール
12 画素電極
13 フォトレジストパターン
22 ゲート配線
27 ソース配線
100 TFTアレイ基板
101 表示領域
102 額縁領域、
103 走査信号駆動回路
104 表示信号駆動回路
105 画素
106 外部配線
107 外部配線
108 TFT
Claims (15)
- ゲート電極と、
前記ゲート絶縁膜を介して、前記ゲート電極と対向配置された半導体層と、
前記半導体層の上に設けられ、前記半導体層と電気的に接続されたソース電極と、
前記半導体層の上に設けられ、前記半導体層と電気的に接続されたドレイン電極と、を備えた薄膜トランジスタであって、
前記半導体層が、透光性半導体膜と、前記透光性半導体上に配置され、前記透光性半導体膜よりも光透過率の低い導電性膜と、を有し、
前記導電性膜が、前記透光性半導体膜からはみ出さないように形成され、
前記導電性膜が、前記ソース電極と前記ドレイン電極の間のチャネル部を挟むように分離して形成され、
前記ソース電極、及び前記ドレイン電極が、前記導電性膜を介して、前記透光性半導体膜に接続されている薄膜トランジスタ。 - 前記透光性半導体膜が、酸化インジウム、酸化ガリウム、酸化亜鉛、又は13族元素を主成分とした窒素化合物のいずれか一つを少なくとも含んでいる請求項1に記載の薄膜トランジスタ。
- 前記導電性膜が、アルミニウム、又はアルミニウムを主成分とする合金膜で形成されている請求項1、又は2に記載の薄膜トランジスタ。
- 前記アルミニウムを主成分とする合金膜が、ニッケル、パラジウム、及び白金の少なくとも一つを添加物として含んでいる請求項3に記載の薄膜トランジスタ。
- 前記アルミニウムを主成分とする合金膜が、窒素、及び酸素の少なくとも一方を添加物として含んでいる請求項3、又は4に記載の薄膜トランジスタ。
- 前記導電性膜が、銅、又は銅を主成分とする合金膜からなることを特徴とする請求項1、又は2に記載の薄膜トランジスタ。
- 前記銅を主成分とする合金膜が、窒素、及び酸素の少なくとも一方を添加物として含んでいる請求項6に記載の薄膜トランジスタ。
- 請求項1乃至7のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタがマトリクス状に配列され、
前記薄膜トランジスタの前記ドレイン電極と接続された画素電極が設けられているアクティブマトリクス基板。 - 基板上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極の上に、ゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜の上に、透光性半導体膜と、前記透光性半導体膜よりも光透過率の低い導電性膜とを順次成膜する工程と、
前記透光性半導体膜と前記導電性膜とを島状にパターニングして、半導体層を形成する工程と、
前記導電性膜の上に、互いに離間して対向配置されたソース電極、及びドレイン電極を形成する工程と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間にある前記導電性膜を除去して、チャネル部を形成する工程と、を備え、
前記導電性膜が、アルミニウム又はアルミニウムを主成分とする合金膜で形成され、
前記半導体層を形成する工程では、水酸化テトラメチルアンモニウムを含む溶液を用いて、前記導電性膜がエッチングされる薄膜トランジスタの製造方法。 - 前記チャネル部を形成する工程では、水酸化テトラメチルアンモニウムを含む溶液で、前記ソース電極とドレイン電極との間にある前記導電性膜をエッチングすることを特徴とする請求項9に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
- 基板上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極の上に、ゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜の上に、透光性半導体膜と、前記透光性半導体膜よりも光透過率の低い導電性膜とを順次成膜する工程と、
前記透光性半導体膜と前記導電性膜とを島状にパターニングして、半導体層を形成する工程と、
前記導電性膜の上に、互いに離間して対向配置されたソース電極、及びドレイン電極を形成する工程と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間にある前記導電性膜を除去して、チャネル部を形成する工程と、を備え、
前記導電性膜が、銅又は銅を主成分とする合金膜で形成され、
前記半導体層を形成する工程では、過硫酸アンモニウムを含む溶液を用いて、前記導電性膜がエッチングされる薄膜トランジスタの製造方法。 - 前記チャネル部を形成する工程では、過硫酸アンモニウムを含む溶液で、前記ソース電極とドレイン電極との間にある前記導電性膜をエッチングすることを特徴とする請求項11に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
- 前記半導体層を形成する工程では、前記透光性半導体膜と、前記導電性膜に対して、共通のレジストをマスクとして用いて、パターニングを行っている請求項9乃至12のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
- 光学的に、前記半導体層のパターン検査を行う工程をさらに備える請求項9乃至13のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
- 請求項9乃至14のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタの製造方法によって、薄膜トランジスタを製造するステップと、
コンタクトホールを有する保護絶縁膜を、前記ソース電極、及びドレイン電極の上に形成するステップと、
前記保護絶縁膜の上に、前記コンタクトホールを介して前記ドレイン電極と電気的に接続される画素電極を形成するステップと、を備えるアクティブマトリクス基板の製造方法。
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