JP3009928B2 - 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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜トランジスタ(T
FT:Thin Film Transister)の構造及び製造方法に関
し、特に液晶表示素子用の薄膜トランジスタの構造及び
製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、液晶表示素子用の薄膜トランジス
タとしては、例えば第11図に示す構造のものがある。
図に示すように、透明絶縁基板21上にプラズマCVD
法あるいは減圧CVD法によりa−Si(非晶質シリコ
ン)あるいはpoly−Si(多結晶シリコン層)から
構成した半導体層22を有するが、この半導体層22は
素子分離の為に素子領域以外の部分を除去されている。
また、半導体層22内にはソース・ドレインの高濃度層
23が形成され、その上層にゲート絶縁膜24が形成さ
れ、その上層にゲート電極25が形成されている。さら
に、これらの上層に層間絶縁膜27を堆積され、ゲート
電極25及びソース・ドレイン層23にコンタクトホー
ルが形成されており、その上層に金属配線28が形成さ
れ、さらに、その上層に保護膜29が堆積されている。
【0003】また、液晶表示素子用の薄膜トランジスタ
の他の構造のものとしては、逆スタガータイプと呼ばれ
る第12図に示す様な構造のものがある。この構造で
は、透明絶縁基板21上にゲート電極25が形成され、
その上層にゲート絶縁膜24が堆積されており、さら
に、その上層に半導体層22が形成されている。そし
て、前記半導体層22の上層にソース・ドレインの高濃
度層23が形成され、さらに、その上層に層間絶縁膜2
7が形成され、ソース・ドレイン層23及びゲート電極
25の取り出し部分にコンタクトホールが形成されてい
る。そして、ソース・ドレイン層23の上層に金属配線
28が形成されており、その上層に保護膜29が堆積さ
れている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、半導体層の素子分離,ゲート電極,コンタク
トホール,金属配線などにより、完成後のTFT表面に
段差ができるため、特に強誘電性液晶を用いた場合、前
記段差により液晶の配向に欠陥が生じてしまう。
【0005】また、従来のTFT製造に用いる金属の選
択堆積法としては、これまでにWF6 を原料とするWの
選択堆積が知られているが、液晶表示素子の画素密度が
増し、面積が大面積化すると、金属配線の抵抗による信
号の遅延が問題となる。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、図1にその平
面図および図2にその断面図を示すように、まず、絶縁
基板11中に半導体層12を埋め込み、その上層にゲー
ト絶縁膜14を形成し、その上層に半導体層12中に埋
め込むようにしてゲート電極15を形成し、その後、金
属配線となるところに予め薄い導電層パターン16を形
成しておき、層間絶縁膜17を堆積し、さらに、その
後、金属配線となるべき所の層間絶縁膜17を除去し、
その後、アルキルアルミニウムハライドを原料ガスとす
るアルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする金属
の選択堆積方法を用い、金属配線18を形成することに
より、層間絶縁膜中に金属配線を埋め込む製法に特徴を
有する。
【0007】
【作用】前記構成の薄膜トランジスタによれば、埋め込
み構造を効果的に用いるとともに、アルミニウムもしく
はアルミニウムを主成分とする金属を用いた選択堆積法
により埋め込み配線を形成するので、段差のない、平面
性および耐久性に優れた薄膜トランジスタ基板を得るこ
とができ、その結果、液晶素子を作成した場合、液晶に
配向欠陥を生じることなく良質な製品を製造することが
できる。
【0008】
【実施例】次に第3図から第9図に従って本発明の実施
例を説明する。
【0009】(1)第3図に示す様に溶融石英基板11
を素子形成領域のみ4000Åの深さでエッチングした
後、この基板11上に核形成面となるべきSi34
(11’)500Åを堆積した。次に非核形成面となる
べきSiO2 層(12’)500Åを常圧CVD法によ
り堆積した後、素子形成領域の中心部に2μm角でSi
2 層のみをエッチングした。
【0010】(2)この基板をCVD装置に設置し、1
50Torr、1050℃、SiH2Cl2 /HCl/
2 :0.53/1.6/100(1/min)の条件
により結晶形成処理を行なった。その結果、第3図に示
す様に、約高さ20μm、直径40μmの山形のSi単
結晶12が前記核形成面(Si34 層101露出面)
を起点として形成された。
【0011】(3)その後、SiO2 コロイダルシリカ
(平均粒径0.01μm)を含んだ加工液を用いて通常
用いられるシリコンウェハの表面研磨装置にて圧力22
0g/cm2 、温度30〜40℃の範囲で研磨した。こ
の結果、第4図に示す様に、シリコン単結晶の研磨はシ
リコン単結晶が素子形成領域の外のSiO2 膜12’と
同じ高さになったところで研磨が停止され、膜厚400
0ű200Åの平坦なSi単結晶層12が得られた。
【0012】(4)次に、上記基板上に減圧CVD法に
よりSi34 を1000Å堆積させ、その後、チャン
ネル領域となる部分のSi34 膜を除去し、その後、
1000℃、H2 /02 =1/2の雰囲気で酸化するこ
とによりチャンネル領域にのみ6700ÅのSiO2
を形成した。その後、前記SiO2 膜とSi34 膜を
除去することにより、第5図に示すように、半導体層
(Si単結晶)12のチャンネル領域に3000Åの段
差12aを形成した。
【0013】(5)次に、第6図に示すように、100
0℃、O2 雰囲気で20分間熱酸化することにより、ゲ
ート絶縁膜として、SiO2 膜14を500Å形成し
た。
【0014】(6)その後、上記基板上に、通常のMO
S製造プロセスと同様にして、減圧CVD法によりpo
ly−Siを3000Å堆積させた後、31+ (リン)
を加速電圧70keVで8×1015cm-2注入した。そ
して、その上にフォトレジストを1μmスピンコート
し、フォトレジストとpoly−Siのエッチングレー
トが同じになる条件で、反応性イオンエッチングにより
エッチングし、チャネル領域以外のゲートSiO2 膜1
4が検出されたところでエッチングを停止する事により
半導体層に埋め込まれたゲート電極15を形成した。そ
の後、前記ゲート電極15をマスクとして、31+ (リ
ン)を加速電圧95keVで2×1015cm-2注入し、
つづいて、950℃、30分の熱処理を行なってソー
ス、ドレイン領域13、13’を形成した。
【0015】(7)その後、第8図に示すように、金属
配線の形成されるべき所に導電層16としてスパッタリ
ング法によりAlを200Å堆積させた。そして、その
後の位置合わせ精度を考慮し、前記導電層16を金属配
線パターンよりも1μm太くパターニングした。
【0016】(8)次に、第9図に示す様に、層間絶縁
膜17として常圧CVD法によりPSG膜6000Åを
堆積した後、金属配線が形成されるべき所(16)及
び、ソース、ドレイン領域(13,13’)、ゲート電
極(14)とのコンタクトをとるべき所の層間絶縁膜1
7を除去すると同時にソース,ドレインコンタクト部分
上のゲート酸化膜14も除去した。
【0017】(9)次に、平面性,耐久性に優れた金属
配線18を形成するためにAlSiの選択堆積を行なっ
た。まず、前記の基板を、第10図に示すようなCVD
装置のロードロック室110に配置した。このロードロ
ック室110は水素雰囲気とした。その後、前記基板を
反応室102に搬送し、そして排気ユニット109によ
り反応室102内をほぼ1×10-8Torrに排気し
た。但し、反応室102内は1×10-8Torrより悪
くてもAlSiは成膜する。
【0018】そして、ガスラインからDMAH(ジメチ
ルアルミニウムハイドライド)を気化器106を通して
供給した。このDMAHラインのキャリアガスはH2
用いた。
【0019】第2のガスラインはSi26 であり、こ
の第2のガスラインからSi26を流し、混合器10
5においてDMAHと混合した。スローリークバルブ1
08の開度を調整して反応室内102内の圧力を所定の
値にした。この場合の典型的な圧力は略々1.5Tor
rである。DMAHラインによりDMAHを導入した。
全圧はほぼ1.5Torrであり、DMAH分圧は略々
1.5×10-4Torrとし、Si26 分圧は2×1
-6Torrとした。その後、基板ホルダー103を抵
抗発熱体104に通電し、基板を直接加熱した。このと
きの基板の温度は300℃であった。
【0020】以上の様にしてAlSiを層間絶縁膜17
と同じ厚さになる様に6000Åの厚さに堆積した。こ
のときAlSiは導電層16あるいはSi半導体層(1
3,13’)の表面が出ている所にのみ選択的に堆積す
る。なお、第10図において、符号107,113はゲ
ートバルブであり、111はリークバルブ、112は排
気ユニットである。
【0021】最後に、第9図に示すように、保護膜19
として常圧CVD法によりPSG膜6000Åを堆積さ
せた。
【0022】以上の様にして形成したTFT基板の表面
段差を触針式の段差測定装置で測定したところ700Å
以下であった。
【0023】また、その後、前記TFT基板上に液晶の
配向膜としてポリイミド膜を形成した後、ラビングする
ことにより配向性を付与し、このTFT基板と、別途形
成しておいたカラーフィルター基板とを対向させて貼り
合わせた後、その間隙に強誘電性液晶を注入、封口して
カラー液晶素子を作成したところ、TFT段差による強
誘電性液晶の配向欠陥もなく、良好な機能を発揮した。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の薄膜トラ
ンジスタの製造方法によれば、絶縁基板中に半導体層が
埋め込まれ、その上層にゲート絶縁膜が形成され、その
上層に半導体層に埋め込まれたゲート電極が形成され、
その後、金属配線となるところに予め薄い導電層パター
ンが形成され、層間絶縁膜が堆積される。その後、金属
配線となるべき所の層間絶縁膜が除去され、アルキルア
ルミニウムハイドライドと水素を利用したアルミニウム
またはアルミニウムを主成分とする金属の選択堆積によ
り、金属配線を形成する。
【0025】従って、本発明の薄膜トランジスタは、層
間絶縁膜中に金属配線が埋め込まれていることにより、
表面の平坦なTFT基板を作成することができ、その結
果、強誘電性液晶を用いたTFT液晶表示素子におい
て、TFT基板の段差による液晶の配向欠陥がなくな
り、良好な表示が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施した薄膜トランジスタの平面図で
ある。
【図2】図1のA−A’に沿う断面図である。
【図3】本発明の薄膜トランジスタの製造工程中の断面
図である。
【図4】本発明の薄膜トランジスタの製造工程中の断面
図である。
【図5】本発明の薄膜トランジスタの製造工程中の断面
図である。
【図6】本発明の薄膜トランジスタの製造工程中の断面
図である。
【図7】本発明の薄膜トランジスタの製造工程中の断面
図である。
【図8】本発明の薄膜トランジスタの製造工程中の断面
図である。
【図9】本発明の薄膜トランジスタの製造完了後の断面
図である。
【図10】アルミニウムまたはアルミニウムを主成分と
する金属の選択堆積を行なうCVD装置の概略図であ
る。
【図11】薄膜トランジスタの従来例の断面図である。
【図12】薄膜トランジスタの他の従来例の断面図であ
る。
【符号の説明】
11,21 石英基板 12,22 半導体層あるいはチャネル領域 12a 段差 13,13’,23 ソース・ドレイン領域 14,24 ゲート絶縁膜 15,25 ゲート電極 16 導電体層 17,27 層間絶縁膜 18,28 Al配線 19,29 保護膜 102 反応室 103 基板ホルダー 104 ヒータ 105 混合器 106 気化器 107,113 ゲートバルブ 108 スローリークバルブ 109,112 排気ユニット 110 ロードロック室 111 バルブ

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絶縁基板上に凹部を形成するとともに、
    この凹部に半導体層を前記基板と面一に堆積し、 前記半導体層上に凹部を形成するとともに、この凹部に
    ゲート電極をゲート絶縁膜を介して前記半導体層と面一
    に堆積し、 前記半導体層およびゲート電極上に層間絶縁膜を均一に
    堆積し、 前記層間絶縁膜の一部を前記半導体層が露出するように
    除去し、この露出部分上に金属配線を堆積することを特
    徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
  2. 【請求項2】 金属配線の絶縁膜中への埋め込み方法が
    配線となる領域に予め導電体薄膜を形成しておき、その
    後、層間絶縁膜を堆積させ、配線が形成される所の前記
    層間絶縁膜を除去した後、金属を堆積させて配線を形成
    することを特徴とする請求項1に記載の薄膜トランジス
    タの製造方法。
  3. 【請求項3】 前記金属配線を形成する金属の堆積をア
    ルキルアルミニウムハイドライドと水素とを利用した化
    学的気相成長法により行われることを特徴とする請求項
    1に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
  4. 【請求項4】 前記アルキルアルミニウムハイドライド
    はジメチルアルミニウムハイドライドであることを特徴
    とする請求項3に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
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