JP2558995B2 - 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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JP2558995B2 JP4186475A JP18647592A JP2558995B2 JP 2558995 B2 JP2558995 B2 JP 2558995B2 JP 4186475 A JP4186475 A JP 4186475A JP 18647592 A JP18647592 A JP 18647592A JP 2558995 B2 JP2558995 B2 JP 2558995B2
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謙一 藤井
靖夫 田中
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、多層膜Al/Ti/ア
モーファスSi、Ti/アモーファスSiあるいはアモ
ーファスSiのドライエッチングを応用した液晶表示装
置における薄膜トランジスタの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】スイッチング素子として、チャンネル部
にアモーファスSiを用いた薄膜トランジスタを使用し
ている液晶表示装置の製造は、アモーファスSi及びそ
れに重なる薄膜のパターン形成が必要である。なお、ア
モーファスSi上の薄膜としては、Ti,Mo,Cr等
があり、さらに低抵抗化の目的でAlを成膜する場合も
ある。これらの成膜は通常、薬液で化学的にエッチング
するか、フッ素系ガスを主成分としたドライエッチング
によって行われる。
【0003】具体例として薄膜トランジスタの製造工程
での従来技術を使用して、アモーファスSi,Ti,A
lの順に成膜した場合のAl/Ti/アモーファスSi
のパターン形成を述べる(以後、多層膜については成膜
した順に/を用いて、3層膜の場合3/2/1、2層膜
の場合2/1と表記する)。
【0004】図2(A)に示すように、絶縁基板(ガラ
ス)8上にゲート電極1を形成後、ゲート絶縁層2とな
るSiN、半導体層3となるアモーファスSiとチャン
ネルストッパ4となるSiNを堆積し、チャンネルスト
ッパ4(SiN)を島状に加工後、n型不純物をドープ
した半導体層5のアモーファスSiとソース・ドレイン
となる金属膜としてTi(6)を堆積し、所望のレジス
トパターン9を形成する。
【0005】次に、Ti,アモーファスSi,n型不純
物をドープしたアモーファスSiを希フッ酸、(希フッ
酸+硝酸)あるいは(CF4+O2)のドライエッチング
で加工すると図2(B)に示すようになる。この場合、
上記の薬液、ガスとも下地膜となるゲート絶縁層2のS
iNをエッチングする。
【0006】そして、レジスト9を除去し、ソース・ド
レインとなる低抵抗金属膜としてのAl(7)を堆積
し、所望のレジストパターン10を再度形成する。ま
た、図2(C)に示すようにリン酸でAl(7)をエッ
チングする。
【0007】最後にレジスト10を除去して薄膜トラン
ジスタの形成工程を完了する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の技
術では、図2(B)の例のように一般的に用いられてい
る下地膜であるSiN,SiO2に対し良好な選択性を
得るのが困難である。また、等方エッチングとなるため
レジストからの後退量が大きく微細加工に不適であり、
断面形状も不連続なものとなって次工程で成膜される保
護膜の被覆性が悪くなる。さらに、Alを含めた多層膜
を加工する際、Alについてエッチング方法を変える必
要があり、工程が複雑化し製造コスト増につながる。
【0009】
【課題を解決するための手段】これらの課題に対し、本
発明はチャンネル部にチャンネルストッパを介在したア
モーファスSi薄膜を用い、その下に絶縁膜としてSi
N,SiO 2 を用いている薄膜トランジスタのソース、
ドレイン電極を形成する製造方法であって、前記チャン
ネル部上にTiを成膜し、所望のレジストパターンを形
成し、その後BCl 3 ,Cl 2 の2種の混合ガスまたはB
Cl 3 ,Cl 2 ,N 2 の3種の混合ガスを使用し、その合
計の流量に対しCl 2 流量比を30%以下で、前記チャ
ンネルストッパ上の多層膜Ti/アモーファスSiをそ
の順にドライ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である。
【0010】
【作用】本発明は、BCl3,Cl2という塩素系ガスを
用いることにより、SiN,SiO2のエッチングレー
トを低下させ、Al,Ti,アモーファスSiエッチン
グでの下地膜SiN,SiO2に対する良好な選択性を
得、さらに、N2を添加し圧力を制限することにより、
Al,Ti,アモーファスSi形状の異方性を達成し、
Cl2流量比30%以下で多層膜エッチングでの界面連
続性を得るものである。
【0011】
【実施例】(実施例1)本発明の第1の実施例として図
1を参照して薄膜トランジスタの製造工程でのAl/T
i/アモーファスSiのソース・ドレインパターン形成
を述べる。
【0012】図1(A)に示すように、絶縁基板(ガラ
ス)8上にゲート電極1を形成後、ゲート絶縁層2とな
るSiN、半導体層3となるアモーファスSiとチャン
ネルストッパ4となるSiNを堆積し、チャンネルスト
ッパ4(SiN)を希フッ酸で島状に加工後、n型不純
物をドープした半導体層5(アモーファスSi)とソー
ス・ドレインとなる金属膜としてTi(6),Al
(7)を堆積し、所望のレジストパターン9を形成し
た。ここで、SiN,アモーファスSi,SiNはCV
D(Chemical Vapor Deposition)法で連続成膜を行
い、n+アモーファスSiの成膜もCVD法を用いた。
また、Ti,Alはスパッタ法で連続成膜を行った。
【0013】そして、エッチングガスBCl3/Cl2
2=420/90/360SCCMを圧力100mT
orrに制御し、13.56MHzの高周波電力120
0Wをチャンネルストッパ4上に印加した。エッチング
レートはAl,Ti,アモーファスSiおよびSiNに
ついて各々170nm/min,90nm/min,8
0nm/min,30nm/minとなり、1minの
オーバーエッチングを行った。このとき、Ti膜の柱状
構造に起因するアモーファスSiの残渣状のエッチング
残りはない。エッチング後の断面形状を図1(B)に示
す。チャンネルストッパ4(SiN)の膜減りは30〜
40nm程度である。
【0014】なお、Cl2流量比を30%以上にすると
Tiにサイドエッチングが発生し、界面の連続性が失わ
れる。
【0015】最後にレジストを除去して薄膜トランジス
タのソース・ドレインの形成を完了する。
【0016】(実施例2)第2の実施例として薄膜トラ
ンジスタの製造工程でのTi/アモーファスSiの2層
のソース・ドレインパターン形成を述べる。なお、その
積層断面は、基本的に図1に示すAl/Ti/アモーフ
ァスSiの場合と同じであり、単にAl層がないだけで
あるので図面を省略する。
【0017】絶縁基板(ガラス)上にゲート電極を形成
後、ゲート絶縁層となるSiN、半導体層となるアモー
ファスSiとチャンネルストッパとなるSiNを堆積
し、チャンネルストッパ(SiN)を希フッ酸で島状に
加工後、n型不純物をドープしたアモーファスSiとソ
ース・ドレインとなる金属膜としてのTiを堆積し、所
望のレジストパターンを形成した。ここで、SiN,ア
モーファスSi,SiNはCVD法で連続成膜を行い、
+アモーファスSiの成膜もCVD法を用いた。ま
た、Tiはスパッタ法で成膜を行った。
【0018】そして、エッチングガスBCl3/Cl2
240/30SCCMを圧力150mTorrに制御
し、13.56MHzの高周波電力1200Wをチャン
ネルストッパ4上に印加した。エッチングレートはT
i,アモーファスSiおよびSiNについて各々60n
m/min,60nm/min,17nm/minとな
り、1minのオーバーエッチングを行った。このと
き、Ti/アモーファスSiは滑らかな異方性断面形状
であり、Ti膜の柱状構造に起因するアモーファスSi
の残渣状のエッチング残りはない。チャンネルストッパ
(SiN)の膜減りは20nm程度である。またN2
添加しても同様な特性が得られた。
【0019】なお、Cl2流量比を30%以上にすると
Tiにサイドエッチングが発生し、界面の連続性が失わ
れる。
【0020】最後にレジストを除去して薄膜トランジス
タのソース・ドレインの形成を完了する。
【0021】(実施例3)第3の実施例として薄膜トラ
ンジスタの製造方法での半導体層アモーファスSiのみ
の単層のパターン形成を述べる。
【0022】絶縁基板上にゲート電極を形成後、ゲート
絶縁層となるSiN、半導体層となるアモーファスSi
とチャンネルストッパとなるSiNを堆積し、チャンネ
ルストッパ(SiN)を希フッ酸で島状に加工後、n型
不純物をドープしたアモーファスSiを堆積し、所望の
レジストパターンを形成した。ここで、SiN,アモー
ファスSiおよびSiNはCVD法で連続成膜を行い、
+アモーファスSiの成膜もCVD法を用いた。
【0023】そして、エッチングガスBCl3/Cl2
240/30SCCMを圧力150mTorrに制御
し、13.56MHzの高周波電力900Wをチャンネ
ルストッパ4上に印加した。エッチングレートはアモー
ファスSi,SiNについて各々50nm/min,9
nm/minとなり、1minのオーバーエッチングを
行った。このとき、チャンネルストッパ(SiN)の膜
減りは10nm程度である。また、N2を添加しても同
様な特性が得られた。最後にレジストを除去して薄膜ト
ランジスタの半導体層アモーファスSiのパターン形成
を完了する。
【0024】なお、第1〜第3の実施例では、SiO2
のエッチングレートがSiNエッチングレートにほぼ等
しくなっており、下地絶縁膜がSiO2の場合について
も良好な選択性を得ることが可能である。
【0025】
【発明の効果】以上のように、本発明は、多層膜を1回
の所望のレジストパターン形成によりエッチングするも
ので、チャンネルストッパの下地膜SiN,SiO2
対し良好な選択比で、レジストマスクからのシフトの無
い滑らかな連続断面形状を得る。本発明は薄膜トランジ
スタの微細化に極めて有効な技術であり、チャンネルス
トッパの残膜を厚くできることにより、薄膜トランジス
タの特性を向上する。また、多層膜の加工に対しては工
程を簡略化しコストを低く抑え、次に成膜する保護膜の
被覆性を改善することにより薄膜トランジスタの信頼性
も向上し得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例であるAl/Ti/アモ
ーファスSiのパターン形成の薄膜トランジスタの断面
図 (A)Al成膜後のレジストパターン形成状態 (B)(A)に続いてAl/Ti/アモーファスSiを
加工した状態
【図2】従来技術を使用した場合のAl/Ti/アモー
ファスSiのパターン形成の薄膜トランジスタの断面図 (A)Ti成膜後のレジストパターン形成状態 (B)(A)に続いて従来のエッチング方法でTi/ア
モーファスSiを加工後の状態 (C)(B)に続いてAl成膜後、再度レジストパター
ン形成を行い従来のエッチング方法でAlを加工した状
【符号の説明】
1 ゲート電極 2 ゲート絶縁層(SiN) 3 半導体層(a−Si) 4 チャンネルストッパ(SiN) 5 半導体層(n+−a−Si) 6 Ti 7 Al 8 絶縁基板 9 レジスト 10 レジスト
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 関口 大好 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平4−357832(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 チャンネル部にチャンネルストッパを介
    在したアモーファスSi薄膜を用い、その下に絶縁膜と
    してSiN,SiO2を用いている薄膜トランジスタの
    ソース、ドレイン電極を形成する製造方法であって、
    記チャンネル部上にTi,Alをその順に成膜し、所望
    のレジストパターン形成し、その後BCl3,Cl2の2
    種の混合ガスまたはBCl3,Cl2,N2の3種の混合
    ガスを使用し、その合計の流量に対しCl2流量比を3
    0%以下で、前記チャンネルストッパ上の多層膜Al/
    Ti/アモーファスSiをその順にドライエッチングす
    ることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
  2. 【請求項2】 チャンネル部にチャンネルストッパを介
    在したアモーファスSi薄膜を用い、その下に絶縁膜と
    してSiN,SiO2を用いている薄膜トランジスタの
    ソース、ドレイン電極を形成する製造方法であって、
    記チャンネル部上にTiを成膜し、所望のレジストパタ
    ーンを形成し、その後BCl3,Cl2の2種の混合ガス
    またはBCl3,Cl2,N2の3種の混合ガスを使用
    し、その合計の流量に対しCl2流量比を30%以下
    で、前記チャンネルストッパ上の多層膜Ti/アモーフ
    ァスSiをその順にドライ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。
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