JP2913300B2 - 薄膜トランジスタ装置の製造方法 - Google Patents

薄膜トランジスタ装置の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、非晶質シリコン(a−Si)等を用いた薄膜
トランジスタ(TFT)装置の製造方法に関する。 〔発明の概要〕 本発明は逆スタガー構造TFTの製造方法で、(1)透
明絶縁基板上にゲート電極・配線の形成、(2)ゲート
絶縁膜、高抵抗半導体薄膜及び低抵抗半導体薄膜の多層
半導体膜の連続堆積、(3)多層半導体膜の選択エッ
チ、(4)透明導電膜の堆積、(5)ゲート電極配線を
マスクにした基板裏面からの露光で透明導電膜によるス
ース及びドレイン電極の形成、(6)不要部の透明導電
膜の除去、(7)露出した低抵抗半導体薄膜の除去、か
ら成る。チヤンネル長が自己整合的にきめられるので、
大面積TFT装置や短チヤンネルTFTに最適である。 〔従来の技術〕 a−Si TFTは液晶表示装置等に応用されつつあるが、
大画面化する場合に従来製造方法ではいくつかの問題が
ある。第2図に沿つて従来方法について説明する。この
例は特開昭60−18966に示されたTFTの断面図で、絶縁基
板1上にゲート電極12を形成する工程、ゲート絶縁膜1
3、半導体薄膜14を堆積し半導体薄膜14を所定の形に残
す工程、金属薄膜50を堆積し半導体膜14を被う様に選択
除去する工程、透明導電膜6を堆積して所定形状に成形
すると共にチヤンネルとなる半導体膜14上の透明導電膜
6と金属膜50を除去しソース電極25、ドレイン電極26及
び透明導電膜6による電極配線35,36を形成する工程よ
り成る。工程が簡単であるがしかし、A4等の大面積装置
化を行なうときには、次の様な問題がある。(1)ソー
スまたはドレイン電極25,26とゲート電極12との平面的
オーバーラップ寸法Δl1,Δl2はアライナーの層間位置
合わせ精度から最小値がきまり、通常5μm以上必要で
あるが、TFTの性能上この値は容量増大のため大きすぎ
る。一方(2)、チヤンネル長Lもアライナーの解像力
できまり通常10μm以上で歩留りを考慮すれば20μm程
度必要で、所望のTFT特性には長すぎる。また、短チヤ
ンネルTFTにこの例を適用すれば、Δl1,Δl2の存在の
ため容量が大きく高速特性に限界がある。同様な問題
は、特開昭60−42868や60−50963にもある。 〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明は上述の問題点を解決するためになされ、大面
積化または短チヤンネル化が容易なTFTの製造方法を提
供するものである。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明では、ソース及びドレイン電極に透明導電膜を
用い、ゲート電極をマスクにした基板裏側からの光照射
露光によるソース及びドレイン電極の自己整的形成を行
なう。その工程は、(1)透明絶縁基板上に不透明な第
1導電膜によるゲート電極・配線の形成、(2)ゲート
絶縁膜、高抵抗半導体薄膜が低抵抗半導体薄膜から成る
多層半導体膜の連続堆積、(3)多層半導体膜をゲート
電極上に島状に残す選択エッチ、(4)透明導電膜の堆
積、(5)ネガレジストを塗布し前述の基板裏面からの
露光により、チヤンネル上の透明導電膜の除去、(6)
不要部の透明導電膜を除去してソース及びドレイン電極
の形成、(7)露出した低抵抗半導体薄膜の除去、から
成る。多層半導体膜の選択エツチも、ポジレジストを用
いた基板裏面からの露光でセルフアライン的に行なえ
る。 〔作用〕 本発明はソース及びドサイン電極の形成に、ゲート電
極をマスクした基板裏面露光を利用しているので、アラ
イナーの層間位置合わせ精度及び解像力の影響を受けな
い。その他の工程では、上記アライナーの性能制限はほ
とんど受けないので、大面積基板化や短チヤンネル化が
容易となる。また、上記裏面露光は、多層半導体膜の厚
みを充分薄くし、ソース及びドレイン電極に透明導電膜
を用いることによつて可能となるものである。 〔実施例〕 (a)実施例1 TFT製造工程断面図(第1図) 第1図は本発明によるTFTの製造工程に沿つた断面図
を示す。第1図(a)は、透明な絶縁基板1上に不透明
な第1導電膜2によつてゲート電極・配線12を形成した
状態を示す。基板1は、ガラス、石英等が用いられ、第
1導電膜2には主に金属膜でCr,Mo,W,Ta,Ni,Al等が使用
され、例えばCr膜の場合0.1〜0.2μm厚である。 第1図(b)は、ゲート絶縁膜13、高抵抗a−Si膜
5、n+a−Si膜5を連続的に堆積した状態を示す。これ
らの膜はプラズマcVD,光CVD等で堆積でき、ゲート絶縁
膜13にはSioxやSiNx膜が用いられる。高抵抗a−Si膜4
及びn+a−Si膜5の厚みは、紫外光が充分透過する様そ
れぞれ500Å以下、300Å以下が通常選ばれる。 第1図(c)は、高抵抗a−Si膜4、n+a−Si膜5か
ら成る2層半導体魔10のTFT部分を島状に選択エッチし
た断面である。2層半導体膜10の幅はゲート電極12の幅
以上がのぞましい、2〜3μm程度の狭さまでは許容で
きる。 第1図(d)は、透明導電膜6を堆積後ネガレジスト
8を塗布し、基板裏面より光を照射してゲート電極12を
マスクにレジスト8をパターニングし、しかる後透明導
電膜6を選択エッチした状態である。透明導電膜6には
ITOやSno2等のスパッター膜や蒸着膜、CVD膜が用いられ
る。基板1の裏面からの光照射は、表面側からの適正照
射時間の数100〜数1000倍が必要である。この露光量に
応じて、ゲート電極12とソース及びドレイン電極15,16
のオーバーラツプ寸法がきめられ、例えば0.5〜3μm
程度になる。 このように、この場合の裏面からの露光は、ネガレジ
ストの開孔部の幅がゲート電極の幅よりオーバーラップ
分だけ小さくなるように、オーバー露光により行われ
る。すなわち、裏面からオーバー露光して、マスクであ
るゲート電極より内側のネガレジストまで硬化させるこ
とにより、オーバーラップを精度よく形成できる。 第1図(e)では、レジスト8を除去後、不要部の透
明導電膜を選択エッチし、さらに露出したn+a−Si膜5
を除去して、チヤンネル領域14となる高抵抗a−Si膜4
の両端に接し互いに分離されたn+a−Si膜5によるソー
ス領域15とドレイン領域16、及び透明導電膜6によるソ
ース電極25とドレイン電極26を形成した状態を示す。n+
a−Si膜5の除去には、Cl系のガスを用いたプラズマエ
ツチ、反応性イオンエツチ、光エツチが高抵抗a−Si膜
4との選択性の上で望ましい。ゲート電極配線に上のコ
ンタクト開孔は、この後または第1図(c)の後に必要
に応じ形成できる。 (b)実施例2.単位画素の製造(第3図及び第4図)
本発明を液晶表示装置用TFT基板に適用した例を単位画
素につき第3図及び第4図で説明する。第3図はマスク
の構成例の平面図を示し、図中Aはゲート電極配線、B
はドレイン電極及び画素電極を含むソース電極、Cはド
レイン電極配線のための補助マスクである。以下の製造
工程は第4図によつて説明する。第4図は第3図のa−
a′に沿つた断面を示しており、第4図(a)は、基板
1上に第1導電膜2を堆積し、マスクAを用いてゲート
電極配線12を形成し、ゲート絶縁膜13、高抵抗a−Si膜
4、n+a−Si膜5を堆積した後、ポジレジスト18を塗布
し裏面露光によつてパターニングした状態である。ポジ
レジスト18はマスクAとほぼ同一形状に残される。この
後、2層半導体10を選択エツチし、絶縁膜7を堆積し、
再び裏面露光でネガレジスト28をパターニングした状態
が第4図(b)である。絶縁膜7にはSiox等が堆積さ
れ、ゲート絶縁膜13の補強に用いられる。第4図Cは、
絶縁膜7に2層半導体膜10上に開孔を設けた後、透明導
電膜6を堆積し再度の裏面露光でネガレジスト8をパタ
ーニングした状態である。この場合の裏面露光は、絶縁
膜7の開孔端より内側にレジストパターニングできる様
過度の露光を行なう。また、裏面露光によつてゲート電
極配線12(2層半導体膜10)上のレジストは感光されな
いので、将来のゲート電極配線12とドレイン電極配線26
との交差部分をマスクcを用いて表面側から露光する。
マスクcは、この様にゲード電極配線12と透明導電膜6
を重畳させる部分例えば容量の形成にも利用できる。 第4図(d)は、透明導電膜を第4図(c)の状態で
選択エッチ後、再び透明導電膜の不要部分をマクスBを
用いて選択エツチし、さらにレジストを除去後露出した
n+a−Si膜5を透明導電膜6をマスクに選択エツチして
完成した断面である。これによつて、分離したソース及
びドレイン領域(n+a−Si膜)15、16とソース及びドレ
イン電極(透明導電膜)25,26が形成される。マスクB
は、チヤンネル領域14上をマスクするので、第2図の従
来例の如き層間位置合わせ精度は荒くても良い。 また、TFT部以外のゲート電極配線12上には高抵抗a
−Si膜4が残るが、距離が充分長いのでTFT同志のクロ
ストークは無視できる。この部分に絶縁膜7とn+a−Si
膜5が端部でオーバーラップしている場合は、透明導電
膜6をマスクに絶縁膜7を部分的に除去した後n+a−Si
膜5を除去すればよい。 第4図(b)の絶縁膜7の選択エツチをオーバーエツ
チすれば、第4図(c)の裏面露光は必ずしもオーバー
露光の必要はない。 本例では、ゲート電極配線12の外部取り出し部は図示
していないが、ゲート絶縁膜13、高抵抗a−Si膜4、n+
a−Si膜5の堆積時に外部取り出し部に堆積されない様
にマスクすることでマスク工程の追加なしで容易に形成
できる。また、補助マスクであるマクスCも、ゲート電
極配線12のドレイン電極26との交差部分を細くすること
及び裏面オーバー露光によつて不要できる。さらに、2
層半導体膜10を島状領域とする前にn+a−Si膜5上に付
加透明導電膜を堆積し、付加透明導電膜と2層半導体膜
を島状領域にして、ソース・ドレイン電極25,26の補強
することも可能である。 〔発明の効果〕 以上の様に本発明によれば、マスク枚数3〜4枚の簡
単な工程で大面積のTFT装置または短チヤンネルTFT装置
が製造可能である。 主に半導体薄膜にa−Si膜を用いる例を述べてきた
が、多結晶シリコン膜にも同様に適用できるし、他の半
導体膜にも同様である。また、nチヤンネルTFTに限ら
ずpチヤンネルTFTにも適用される。
【図面の簡単な説明】 第1図(a)〜(e)は本発明によるTFTの製造工程に
沿つた断面図、第2図は従来の製造方法によるTFT断面
図、第3図ならびに第4図(a)〜(d)は本発明の他
の実施例の図であり、第3図は平面マスク図、第4図
(a)〜(d)は第3図中a−a′線に沿つた工程順断
面図である。 1……基板、2……第1導電膜 4……高抵抗半導体薄膜、5……低抵抗半導体薄膜 6……透明導電膜 7……絶縁膜、8,18,28……レジスト 10……2層半導体膜 12……ゲート電極配線、13……ゲート絶縁膜 14……チヤンネル領域、15……ソース領域 16……ドレイン領域、25…ソース電極 26……ドレイン電極

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.透明絶縁基板上に不透明な第1導電膜よりなるゲー
    ト電極及び配線を選択的に形成する第1工程と、 ゲート絶縁膜と、少なくとも高抵抗半導体薄膜及び低抵
    抗半導体薄膜からなる多層半導体膜を、順次前記透明絶
    縁基板上に堆積する第2工程と、 前記多層半導体膜を選択的にエッチングし、前記ゲート
    電極上の多層半導体膜を島状領域として形成する第3工
    程と、 透明導電膜を堆積する第4工程と、 前記透明導電膜上にネガレジストを塗布する第5工程
    と、 前記透明絶縁基板の裏面から光照射して、前記ゲート電
    極をマクスとして、オーバー露光することにより、前記
    ネガレジストを選択的に除去する第6工程と、 前記第6工程により露出した透明導電膜を除去する第7
    工程と、 前記ネガレジストを除去し、さらに、不要部の透明導電
    膜を選択的にエッチングしてソース電極及びドレイン電
    極を形成する第8工程と、 前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の露出した低
    抵抗半導体薄膜を除去する第9工程と、 を有することを特徴とする薄膜トランジスタ装置の製造
    方法。 2.前記第6工程において、前記透明絶縁基板の裏面側
    より前記ゲート電極及び配線をマスクとして光照射した
    後、さらに前記透明絶縁基板の表面側よりマスクを介し
    て光照射することにより、前記ゲート電極及び配線上で
    前記多層半導体膜上の一部を横断する透明導電膜を形成
    する部位の前記ネガレジストを選択的に除去する工程を
    含む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.前記第3工程が、前記多層半導体膜上にポジレジス
    トを塗布し、前記透明絶縁基板の裏面から光照射して前
    記ゲート電極とほぼ同一形状のポジレジストを形成し、
    前記ポジレジストをマスクに多層半導体膜を島状領域と
    して形成する工程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装置の製
    造方法。 4.前記第3工程の後、絶縁膜を堆積する工程と、ネガ
    レジストを塗布し前記透明絶縁基板の裏面から光照射し
    て前記島状領域上の前記絶縁膜を除去する工程を行い、
    その後、前記第4工程を行うことを特徴とする特許請求
    の範囲第3項記載の薄膜トランジスタ装置の製造方法。
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