JP2504092B2 - 薄膜トランジスタの製造方法 - Google Patents

薄膜トランジスタの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、微細化に適した薄膜トランジスタの製造方
法に関する。
〔従来技術及びその問題点〕
アクティブマトリクス駆動方式により駆動され、画像
等を表示するアクティブマトリクスディスプレイには、
スイッチング素子を複数配列したマトリクスパネルが組
み込まれている。このスイッチング素子として、薄膜ト
ランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)は、ガラス基
板等の大面積の透明な絶縁性基板上に形成できるため、
現在主に用いられている。このTFT(薄膜トランジスタ
を、以後TFTと記す)には、スタガー型、逆スタガー
型、コプラナ型、逆コプラナ型の4種の基本構造がある
が、半導体膜にアモルファスシリコン(a-Si)を用いる
a-SiTFTでは、電気的に重要な半導体膜とゲート絶縁膜
の間の界面を一度も空気に触れさせることなく連続的に
形成できるためスタガー型が一般的であり、特に金属で
ある電極と半導体との良好な接触(オーミック接触)を
とるために逆スタガー型が多く用いられている。
第4図は、従来の逆スタガー型のTFTの断面図であ
る。同図において、ガラス基板等の絶縁性基板1上にゲ
ート電極2が形成され、そのゲート電極2を被覆して形
成されたゲート絶縁膜3上に、アモルファスシリコンか
らなる半導体膜4が形成されている。そして、ゲート電
極2の上方の半導体膜4のチャネル領域4aを除く半導体
膜4の両側にはオーミックコンタクト用のコンタクト層
5を介してドレイン電極6、ソース電極7がそれぞれ形
成されている。
上記構成のTFTを製造する場合、まずスパッタ法、蒸
着法等により絶縁性基板1上にクロム(Cr)、モリブデ
ン(Mo)等の金属を堆積した後、フォトリソグラフィ法
により前記金属をパターニングしてゲート電極2を形成
する。そして、そのゲート電極2が形成された絶縁性基
板1上にプラズマCVD法等によりゲート絶縁膜3、半導
体膜4、コンタクト層5となるn+アモルファスシリコ
ン、ドレイン電極6及びソース電極7となる金属膜を連
続して積層形成した後、フォトリソグラフィ法により半
導体膜4のチャネル領域4a上の前記n+アモルファスシリ
コン、前記金属膜をエッチングしてコンタクト層5、ド
レイン電極6、ソース電極7を形成する。
上述した構造のTFTは、絶縁性基板1とゲート電極2
の間に段差が生じ、その段差上にゲート絶縁膜3、半導
体膜4、コンタクト層5、ドレイン電極6、ソース電極
7が形成されるので、段差部の所のゲート絶縁膜3の厚
さが薄くなったり、ドレイン電極6、ソース電極7が断
線したりする可能性が高い。
このTFTを用いてTFTマトリクスパネルを形成する場
合、ゲートライン(走査線)の配線抵抗を小さくするた
めにゲート電極2の膜厚を厚くする必要があり、その場
合ゲート電極2の端部での段差はさらに急峻となる。従
って、ゲート絶縁膜3、ドレイン電極6及びソース電極
7のステップカバレージが悪くなり、ゲート電極2とド
レイン電極6間あるいはゲート電極2とソース電極7間
でリーク電流が流れたり、ドレイン電極6、ソース電極
7が断線してしまう確率が高くなり製造歩留りは極端に
低下する。特に、微細化を行う場合にはゲート電極2の
配線幅を小さくする必要があるため、ゲート電極2の厚
みを2000Åあるいはそれ以上にする必要かあり、製造歩
留りはさらに低下するので、微細化は実現不可能とな
る。
このため、本件出願人は製造歩留りを向上させると共
に、微細化を可能にするために第5図に示す構造のTFT
を出願した。
このTFTはゲート電極2と半導体4の間にSOG(Spin O
n Giass)膜8及び窒化膜等の絶縁膜3を挟んだ構造と
なっており、ゲート電極2と絶縁性基板1の間にできる
段差をSOG膜8により平坦化させて、そのSOG膜8上に絶
縁膜3、半導体膜4、コンタクト層5、ドレイン電極6
及びソース電極7を形成している。SOG膜8はスピンコ
ート法を用いてゲート電極2上は薄く、絶縁性基板1上
は厚く形成できるためSOG膜8の表面は段差を小さくし
て平坦化ができる。
従って、ドレイン電極6、ソース電極7の断線を防止
でき製造歩留りを向上させることができる。また、SOG
膜8による平坦化はゲート電極2の厚みにかかわらず可
能なので、微細化によりゲート電極2の幅を小さくし
て、厚みを大きくしても製造歩留りを高くすることがで
きる。
しかしながら、SOG膜8の膜質は不安定なため、トラ
ンジスタの電気的特性が不安定になるという問題があっ
た。また、クラックが生じやすく基板のソリ等が発生し
やすいという問題もあった。
〔発明の目的〕
本発明は上記従来の問題点を解決するために、電気的
特性が良いと共に製造歩留りが高く、しかも微細化が可
能な薄膜トランジスタの製造方法を提供することを目的
とする。
〔発明の要点〕
本発明は、上記目的を達成するために、絶縁性基板上
の所定の部分以外の部分に前記絶縁性基板との密着性が
高い金属膜とフォトレジストの2層膜からなるマスクを
形成し、前記絶縁性基板の所定の部分をエッチングして
凹部を設ける工程と、前記凹部に導電膜を埋め込む工程
と、前記絶縁性基板上に少なくともゲート絶縁膜、半導
体膜、前記導電膜以外の電極を形成する工程とを備えた
ことを特徴とするものである。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明す
る。
先ず、電極が絶縁性基板に埋め込まれたTFTの構造及
びその一般的な製造方法について説明する。第1図は、
TFTの断面図であり、同図において、絶縁性基板11には
凹部22が設けられており、その凹部22内にゲート電極12
が埋め込まれている。ゲート電極12が埋め込まれて平坦
となった絶縁性基板11上の全面には透明なゲート絶縁膜
13が設けられており、更にそのゲート絶縁膜13上の全面
に半導体膜14が設けられている。そして、ゲート電極11
の中央部上方に位置する部分を除いて、半導体膜14上に
オーミックコンタクト用のコンタクト層15が設けられて
おり、半導体膜14の両側に設けられたコンタクト層15上
には、ドレイン電極16及びソース電極17が対向して設け
られている。
このように、絶縁性基板11の凹部22にゲート電極12を
設けたため、ゲート電極12の形成により段差は生じるこ
となく、ドレイン電極16、ソース電極17を平坦に形成で
きる。このため、製造歩留りは高い。
また、ゲート絶縁膜13には電気的特性の良いプラズマ
CVD法で形成される窒化シリコン(SiN)の一層のみを用
いることができ、トランジスタの電気的特性がSOG膜に
より平坦化した場合よりも安定する。また、SOG膜によ
る平坦化よりも低いコストで平坦化できる。
以上のように構成されたTFTの製造方法を、第2図
(a)乃至(e)を参照して説明する。
まず、同図(a)に示すように、絶縁性基板11上の全
面にフォトレジストを塗布した後、マスクを用いて露光
し、露光後有機溶剤の現像液で現像しフォトレジスト21
によるパターンを形成する。次に、現像により絶縁性基
板11上に所望のパターン形状に残存したフォトレジスト
21を例えばドライN2中で150℃〜300℃の温度で乾燥硬化
させる。
次に、同図(b)に示すように、CF4等のフロン系ガ
スをエッチング用ガスに用いたリアクティブ・イオン・
エッチング(RIE)により絶縁性基板11をエッチングし
凹部22を設ける。リアクティブ・イオン・エッチング
は、例えば圧力は0.1Torr以下、RFパワーが2.0W/cm2
上の条件で行う。リアクティブ・イオン・エッチングは
エッチングの異方性が大きいので凹部2の側面を垂直に
形成することができる。
続けて、同図(c)に示すように蒸着法、スパッタ法
等によりクロム(Cr)、モリブデン(Mo)等の金属膜23
をフォトレジスト21上及び絶縁性基板11の凹部22内に堆
積させる。この時、堆積させる金属膜23の膜厚は凹部22
の深さdに等しくなるようにする。
次に、同図(d)に示すようにリフトオフ法により剥
離液を用いてフォトレジスト21とフォトレジスト21上に
堆積された金属膜23を剥離させる。この結果、絶縁性基
板11の凹部22に堆積された金属膜23(ゲート電極12)の
みが残される。
以上のようにして、ゲート電極12が形成されて平坦と
なった絶縁性基板11上に、第2図(e)に示すようにプ
ラズマCVD法により窒化シリコン(SiN)等のゲート絶縁
膜12、真性アモルファスシリコン(i-Si)等の半導体膜
13、n+アモルファスシリコン24を連続的に堆積した後、
さらに蒸着法、スパッタ法等によりアルミニウム(Al)
等の金属膜25を堆積させる。
そして、第1図に示すようにフォトリソグラフィ法に
より、n+アモルファスシリコン24及び金属膜25をパター
ニングし、コンタクト層15、ドレイン電極16及びソース
電極17を形成する。
次に、本発明の製造方法の一実施例を説明する。
第3図(a)〜(d)は、絶縁性基板11のエッチング
用マスクとしてクロム(Cr)とフォトレジストの2層か
らなるマスクを用いる製造方法の工程図である。
まず、同図(a)に示すように絶縁性基板11上に蒸着
法、スパッタ法等によりクロム(Cr)31を堆積させ、更
に前述した第2図(a)の工程と同様の方法により、フ
ォトレジストの塗布・露光・現像等によりパターニング
を行いフォトレジスト32を形成する。
次に、同図(b)に示すようにフォトレジスト32をマ
スクとしてクロム(Cr)31をエッチングする。
続けて、同図(c)に示すようにクロム(Cr)31とフ
ォトレジスト32の2層をマスクとして、絶縁性基板11を
エッチングして凹部33を形成する。
更に同図(d)に示すように蒸着法、スパッタ法等に
より、ゲート電極となる金属膜34をクロム(Cr)31とフ
ォトレジスト32の2層が積層されている絶縁性基板11上
の全面に凹部33内が全て埋められるまで堆積させる。
そして、同図(e)に示すようにリフトオフ法により
剥離液を用いてフォトレジスト32及びフォトレジスト32
上の金属膜34を剥離させる。さらにクロム(Cr)31を全
面エッチングして、絶縁性基板11上を平坦化する。
以後、第2図に示した工程と同様の工程を行い第1図
に示すTFTが完成する。
尚、上記ゲート電極12には、クロム(Cr)と選択的に
エッチング可能な金属であればどのような金属を用いて
もよい。
また、ゲート電極にクロム(Cr)を用いた場合には、
絶縁性基板11上に形成するマスク用の金属としてクロム
(Cr)と選択エッチング可能な金属を用いる。
この実施例の場合、クロム(Cr)31等の金属膜をマス
クに用いているため、前述した第2図の製造方法のよう
にフォトレジスト21のみをマスクに用いている場合より
もエッチング精度が向上する。特に絶縁性基板11にガラ
ス基板を用い且つ金属膜としてクロム(Cr)を用いた場
合、クロム(Cr)はガラス基板との密着性が良いため、
エッチング精度が極めて良い。
尚、本実施例では逆スタガー型の例を示したが、本発
明は逆スタガー型に限定されることなく、スタガー型、
コプラナ型、逆コプラナ型にも適用できる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、絶縁性基板上の
所定の部分以外の部分に絶縁性基板との密着性が高い金
属膜とフォトレジストの2層膜からなるマスクを形成し
てエッチングすることにより凹部を設けたので、前記絶
縁性基板のエッチング精度が向上し、微細な加工が可能
になる。そして、絶縁性基板上に設ける電極は、絶縁性
基板に設けた凹部に埋め込んで形成するので、ゲート絶
縁膜、半導体膜、他の電極は平坦に形成することがで
き、ドレイン電極、ソース電極等の断線を防止でき製造
歩留りが向上する。また、電極の厚みがかなり厚くなっ
ても平坦化できるので、電極の幅を狭くしても電極の厚
みを大きくとることにより配線抵抗を小さくすることが
でき、微細化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は電極が絶縁性基板に埋め込まれたTFTの構造を
示す図、 第2図(a)〜(e)は第1図に示したTFTの一般的な
製造方法を示す工程図、 第3図(a)〜(e)は本発明に係る製造方法の一実施
例を示す工程図、 第4図は従来の逆スタガー型の薄膜トランジスタの構成
を示す図、 第5図は従来のSOG膜により平坦化を行った逆スタガー
型の薄膜トランジスタの構成を示す図である。 11……絶縁性基板、12……ゲート電極、13……ゲート絶
縁膜、14……半導体膜、16……ドレイン電極、17……ソ
ース電極.

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】絶縁性基板上の所定の部分以外の部分に前
    記絶縁性基板との密着性が高い金属膜とフォトレジスト
    の2層膜からなるマスクを形成し、前記絶縁性基板の所
    定の部分をエッチングして凹部を設ける工程と、 前記凹部に導電膜を埋め込む工程と、 前記絶縁性基板上に少なくともゲート絶縁膜、半導体
    膜、前記導電膜以外の電極を形成する工程とを備えたこ
    とを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
  2. 【請求項2】絶縁性基板はガラス基板からなり、この絶
    縁性基板と密着性が高い金属膜はクロムであることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載の薄膜トランジスタ
    の製造方法。
  3. 【請求項3】絶縁性基板の凹部に埋め込まれる導電膜は
    ゲート電極であることを特徴とする特許請求の範囲第1
    項または第2項記載の薄膜トランジスタの製造方法。
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