JP3403812B2 - 薄膜トランジスタを用いた半導体装置の作製方法 - Google Patents
薄膜トランジスタを用いた半導体装置の作製方法Info
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Description
FT)を用いた半導体装置の作製方法に関する。特に、
アクティブマトリックス型の液晶表示装置に利用できる
薄膜トランジスタを用いた半導体装置の作製方法に関す
る。
クティブ型液晶表示装置やイメージセンサー等が知られ
ている。これらの装置に用いられているTFTは、素子
が外気にさらされると、外気中の水分等の影響を受け、
性能が劣化してしまう問題があった。そのため、素子を
外気から保護するために、窒化珪素を主成分とする材料
のパッシベーション膜で素子全体が覆われている。
ョン膜の下のソース/ドレイン電極・配線にアルミニウ
ムが用いられている場合、パッシベーション膜の成膜時
に発生する熱の影響で、アルミニウム膜表面において、
アルミニウムが突起状に結晶成長するヒロックが発生す
る。そして、このヒロックによって、配線がショートす
るといった問題があった。
配線表面に50〜500Åの厚さの陽極酸化膜を形成す
ることによって、パッシベーション膜の成膜時のヒロッ
クの発生を押さえるものである。まず、公知のTFT作
製方法によりソース/ドレインにコンタクトホールを形
成する。その後、アルミニウム配線を形成するアルミニ
ウム膜を、スパッタ法等によって、膜厚3000Å〜2
μm、好ましくは4000〜8000Åに成膜する。こ
のとき、さらにヒロックを抑制するために、使用される
アルミニウムには不純物としてSi、Sc、Cu等を5
wt%程度まで添加したものを用いてもよい。
化し、厚さ50〜500Åのバリヤ型の陽極酸化物を形
成する。バリヤ型の陽極酸化物は硬度が高く、緻密であ
るため、本発明の目的に好適である。バリヤ型の陽極酸
化物を得るには、実質的に中性な適切な電解溶液中にお
いて、陽極酸化すべきものを正電極に接続し、電圧を上
昇させつつ、電流を印加すればよい。例えば、電解溶液
として、例えば、L−酒石酸をエチレングリコールに5
%の濃度で希釈し、アンモニアを用いてpHを7前後に
調整したものなどを用いる。この溶液中に基板を浸し、
定電流源の+側を基板上のアルミニウム膜に接続し、−
側には白金の電極を接続して定電流状態で電圧を印加
し、5〜30V程度の電圧に達するまで酸化を継続す
る。さらに、定電圧状態で電流を加え、ほとんど電流が
流れなくなるまで酸化を継続する。この結果、アルミニ
ウム膜上に酸化アルミニウム被膜が得られる。酸化アル
ミニウム被膜の厚さは印加した電圧にほぼ比例し、電圧
が高くなるほど厚い被膜が得られる。
いほど良好なバリヤとして機能するが、膜厚を厚くする
ためには印加電圧を高くする必要がある。しかし、印加
電圧を高くすると、素子を破壊する恐れがある。そのた
め、素子を破壊しない程度の電圧および酸化アルミニウ
ム膜の膜厚を決定すればよい。そして、このようにして
得られたアルミニウム膜と酸化アルミニウム被膜をエッ
チングし、上面が酸化アルミニウムで覆われたアルミニ
ウム配線を形成する。その後、パッシベーション膜を形
成すれば、アルミニウム膜表面には陽極酸化膜が存在す
るので、ヒロックの発生を抑えることができる。
ことにより、アルミニウム配線表面にヒロックを発生さ
せずに、パッシベーション膜を形成することができる。
そのため、パッシベーション膜を突き破るような不良が
激減する。このことにより、パッシベーション膜が薄く
でき、TFTの微細化を図る際に極めて効果的である。
また、従来、TFTを液晶表示装置の画素部分に使用し
た場合、ソース/ドレイン電極・配線のヒロックが対向
電極に接してショートする恐れがあったが、本発明を利
用すれば、対向電極に接することはなくなり、製品の良
品率が向上する。
(コーニング7059、100mm×1000mm)上
に下地酸化膜として厚さ1000〜5000Å、例え
ば、2000Åの酸化珪素膜102を形成した。この酸
化膜の形成には、酸素雰囲気中でのスパッタ法、TEO
SをプラズマCVD法で分解・堆積して形成する方法等
があるが、ここでは、酸素雰囲気中でのスパッタ法によ
って形成した。また、このように形成した酸化珪素膜を
400〜650℃でアニールしてもよい。
によって非晶質珪素膜を300〜5000Å、好ましく
は400〜1000Å、例えば、500Å堆積し、これ
を、550〜600℃の還元雰囲気に8〜24時間放置
して、結晶化せしめた。その際には、ニッケルを微量添
加して結晶化を促進せしめてもよい。また、この工程
は、レーザー照射によっておこなってもよい。そして、
このように結晶化させた珪素膜をエッチングして島状領
域103を形成した。さらに、この上にゲイト絶縁膜を
形成した。ここでは、プラズマCVD法によって厚さ7
00〜1500Å、例えば、1200Åの酸化珪素膜1
04を形成した。
ば、5000Åのアルミニウム(1wt%のSi、もし
くは0.1〜0.3wt%のSc(スカンジウム)を含
む)膜をスパッタ法によって形成して、これをエッチン
グし、ゲイト電極105を形成した。そして、ゲイト電
極105に電解溶液中で電流を通じて陽極酸化し、厚さ
500〜2500Å、例えば、2000Åの陽極酸化物
を形成した。用いた電解溶液は、L−酒石酸をエチレン
グリコールに5%の濃度で希釈し、アンモニアを用いて
pHを7.0±0.2に調整したものである。その溶液
中に基板を浸し、定電流源の+側を基板上のゲイト電極
に接続し、−側には白金の電極を接続して20mAの定
電流状態で電圧を印加し、150Vに達するまで酸化を
継続した。さらに、150Vで定電圧状態で加え0.1
mA以下になるまで酸化を継続した。この結果、厚さ2
000Åの酸化アルミニウム被膜が得られた。(図1
(A))
状珪素膜103に、ゲイト電極部105(すなわちゲイ
ト電極とその周囲の陽極酸化膜)をマスクとして自己整
合的に不純物(ここでは燐)を注入し、N型の不純物領
域106を形成した。ここで、ドーズ量は1×1015〜
8×1015原子/cm2 、加速電圧は60〜90kV、
例えば、ドーズ量を5×1015原子/cm2 、加速電圧
を80kVとした。さらに、KrFエキシマレーザー
(波長248nm、パルス幅20nsec)を照射し
て、ドーピングされた不純物の活性化をおこなった。レ
ーザーのエネルギー密度は200〜400mJ/c
m2 、好ましくは250〜300J/cm2が適当であ
った。なお、本実施例ではゲイト電極にアルミニウムを
用いたため、耐熱性の点で問題があり、実施することが
困難であるが、レーザー照射による代わりに、熱アニー
ルによっておこなってもよい。(図1(B))
によって酸化珪素膜107を厚さ5000Å形成した。
そして、層間絶縁膜107とゲイト絶縁膜104をエッ
チングし、TFTのソース/ドレインにコンタクトホー
ルを形成した。その後、3000Å〜2μm、好ましく
は4000〜8000Å、例えば、5000Åのアルミ
ニウム膜108をスパッタ法によって形成した。そし
て、前記陽極酸化と同様に、電解溶液中で電流を通じて
陽極酸化し、厚さ50〜500Å、例えば、100Åの
陽極酸化物109を形成した。ここでも、溶液として、
L−酒石酸をエチレングリコールに5%の濃度で希釈
し、アンモニアを用いてpHを7.0±0.2に調整し
たものを用いた。この溶液中に基板を浸し、定電流源の
+側を基板上のアルミニウム膜108に接続し、−側に
は白金の電極を接続して20mAの定電流状態で電圧を
印加し、5〜30V、ここでは10Vに達するまで酸化
を継続した。さらに、10Vで定電圧状態で加え0.1
mA以下になるまで酸化を継続した。この結果、厚さ約
100Åの酸化アルミニウム被膜109が得られた。
(図1(C))
ウム膜108と酸化アルミニウム被膜109をエッチン
グし、2層目アルミニウム配線110を形成した。その
後、素子を外気から保護するために、パッシベーション
膜111を形成した。ここでは、NH3 /SiH4 /H
2 混合ガスを用いたプラズマCVD法によって窒化珪素
を2000〜8000Å、例えば、4000Åの膜厚に
成膜した。成膜時の基板温度は250〜350℃であっ
た。(図1(D)) 一般に、アルミニウム膜上に直接、窒化珪素膜を形成す
ると、成膜時の温度上昇のために、アルミニウム表面に
ヒロックが発生するが、本実施例では、アルミニウム膜
上に陽極酸化膜が形成されているため、ヒロックの発生
が抑制された。
施例はCMOS型のTFTに関する。まず、基板201
上に下地酸化膜として厚さ1000〜5000Å、例え
ば、2000Åの酸化珪素膜202をプラズマCVD法
によって形成した。また、このように形成した酸化珪素
膜を400〜650℃でアニールしてもよい。その後、
プラズマCVD法によって非晶質珪素膜を300〜50
00Å、好ましくは400〜1000Å、例えば、50
0Å堆積し、これを、550〜600℃の還元雰囲気に
8〜24時間放置して、結晶化せしめた。その際には、
ニッケルを微量添加して結晶化を促進せしめてもよい。
また、この工程は、レーザー照射によっておこなっても
よい。そして、このように結晶化させた珪素膜をエッチ
ングして島状領域203、204を形成した。さらに、
この上にゲイト絶縁膜を形成した。ここでは、プラズマ
CVD法によって厚さ700〜1500Å、例えば、1
200Åの酸化珪素膜205を形成した。
ば、5000Åのアルミニウム膜をスパッタ法によって
形成して、これをエッチングし、ゲイト電極206、2
07を形成した。そして、実施例1と同様な条件でゲイ
ト電極に電解溶液中で電流を通じて陽極酸化し、厚さ5
00〜2500Å、例えば、2000Åの陽極酸化物を
形成した。(図2(A)) 次に、イオンドーピング法によって、島状珪素膜20
3、204にゲイト電極部206、207をマスクとし
て自己整合的に不純物を注入した。まず、全面に燐を注
入しN型の不純物領域208、209を形成した。ここ
で、ドーズ量は1×1015〜8×1015原子/cm2 、
加速電圧は60〜90kV、例えば、ドーズ量を2×1
015原子/cm2 、加速電圧を80kVとした。(図2
(B))
トレジスト210でマスクし、この状態で、硼素を注入
し、N型であった不純物領域209の導電型を反転さ
せ、P型不純物領域211を形成した。ドーズ量は1×
1015〜8×1015原子/cm2 、加速電圧は40〜8
0kV、例えば、ドーズ量を先に注入された燐より多い
5×1015原子/cm2 、加速電圧を65kVとした。
(図2(C) さらに、KrFエキシマレーザー(波長248nm、パ
ルス幅20nsec)を照射して、ドーピングされた不
純物の活性化をおこなった。レーザーのエネルギー密度
は200〜400mJ/cm2 、好ましくは250〜3
00J/cm2が適当であった。
によって酸化珪素膜212を厚さ5000Å形成した。
そして、層間絶縁膜212とゲイト絶縁膜205をエッ
チングし、TFTのソース/ドレインにコンタクトホー
ルを形成した。その後、3000Å〜2μm、好ましく
は4000〜8000Å、例えば、5000Åのアルミ
ニウム膜213をスパッタ法によって形成した。そし
て、前記陽極酸化と同様に、電解溶液中で電流を通じて
陽極酸化し、厚さ50〜300Å、例えば、150Åの
陽極酸化物を形成した。ここで、溶液中に基板を浸し、
定電流源の+側を基板上のアルミニウム膜に接続し、−
側には白金の電極を接続して20mAの定電流状態で電
圧を印加し、5〜30V、ここでは10Vに達するまで
酸化を継続した。さらに、10Vで定電圧状態で加え
0.1mA以下になるまで酸化を継続した。この結果、
厚さ150Åの酸化アルミニウム被膜214が得られ
た。(図2(D))
ウム膜213と酸化アルミニウム被膜214をエッチン
グし、2層目アルミニウム配線215、216、217
を形成した。その後、パッシベーション膜218を形成
した。ここでは、NH3 /SiH4 /N2 O/H2 混合
ガスを用いたプラズマCVD法によって窒化酸化珪素
(SiOx Ny )を2000〜8000Å、例えば、4
000Åの膜厚に成膜した。(図2(E)) この場合もアルミニウム膜上に陽極酸化膜214が形成
されているため、ヒロックの発生が抑制された。
施例で示すTFTは、アクティブマトリックス型の液晶
表示装置の画素部分に配置されるTFTに関する。ま
ず、基板301上に下地酸化膜として厚さ2000Åの
酸化珪素膜302を形成した。その後、プラズマCVD
法によって非晶質珪素膜を500Å堆積し、これを、5
50〜600℃の還元雰囲気に8〜24時間放置して、
結晶化せしめた。その際には、ニッケルを微量添加して
結晶化を促進せしめてもよい。また、この工程は、レー
ザー照射によっておこなってもよい。そして、このよう
に結晶化させた珪素膜をエッチングして島状領域303
を形成した。さらに、この上にゲイト絶縁膜を形成す
る。ここでは、プラズマCVD法によって1200Åの
酸化珪素膜304を形成した。
ば、6000Åのアルミニウム膜をスパッタ法によって
形成した。そして、次の陽極酸化工程でのフォトレジス
トとの密着性を維持するために、アルミニウム膜表面に
厚さ100〜400Åの薄い陽極酸化膜を形成した。そ
の後、このように処理したアルミニウム膜上に、スピン
コート法によって厚さ1μm程度のフォトレジストを形
成した。そして、公知のフォトリソグラフィー法によっ
て、ゲイト電極を形成した。ゲイト電極305を形成し
た。ここで、ゲイト電極上には、フォトレジストのマス
ク306が存在する。(図3(A)) 次に、基板を10%シュウ酸水溶液浸し、5〜50V、
例えば8Vの定電圧で10〜500分、例えば200分
陽極酸化をおこなうことによって、厚さ約5000Åの
多孔質の陽極酸化物307をゲイト電極の側面に形成し
た。ゲイト電極の上面にはフォトレジストのマスク材3
06が存在していたので、陽極酸化はほとんど進行しな
かった。(図3(B))
電極上面を露出させ、3%酒石酸のエチレングリコール
溶液(アンモニアで中性にpH調整したもの)中に基板
を浸し、これに電流を流して、20mVの定電流状態で
電圧を印加し、電圧を100Vまで上昇させて、陽極酸
化をおこなった。この際には、ゲイト電極上面のみなら
ず、ゲイト電極側面も陽極酸化されて、緻密な無孔質陽
極酸化物が厚さ1000Å形成された。その後、イオン
ドーピング法によって、島状珪素膜303に、ゲイト電
極部(すなわちゲイト電極とその周囲の陽極酸化膜)を
マスクとして自己整合的に不純物(ここでは燐)を注入
し、N型の不純物領域308を形成した。ここで、ドー
ズ量は1×1015〜8×1015原子/cm2 、加速電圧
は60〜90kV、例えば、ドーズ量を5×1015原子
/cm2 、加速電圧を80kVとした。(図3(C))
のエッチャントによってエッチングし、無孔質陽極酸化
物を露出させた。上記燐酸系のエッチャントは無孔質陽
極酸化物に対してはエッチング速度が極めて低いので、
多孔質陽極酸化物307のみを選択的にエッチングで
き、無孔質陽極酸化物およびその内部のアルミニウムゲ
イトはこのエッチング工程で保護される。また、このと
き、多孔質陽極酸化物が存在していた部分の下部には不
純物(燐)はドーピングされていないので、オフセット
領域になっている。その後、KrFエキシマレーザー
(波長248nm、パルス幅20nsec)を照射し
て、ドーピングされた不純物の活性化をおこなった。レ
ーザーのエネルギー密度は200〜400mJ/c
m2 、好ましくは250〜300J/cm2が適当であ
った。この際には、不純物領域308とオフセット領域
の境界部分にもレーザーが照射され、境界部分での劣化
を防止する上で効果的であった。
によって酸化珪素膜309を厚さ5000Å形成した。
そして、層間絶縁膜309とゲイト絶縁膜304をエッ
チングし、TFTのソース/ドレインにコンタクトホー
ルを形成した。その後、3000Å〜2μm、好ましく
は4000〜8000Å、例えば、5000Åのアルミ
ニウム膜310をスパッタ法によって形成した。そし
て、実施例1と同様に陽極酸化をおこない100Åの陽
極酸化物311を形成した。(図3(D)) そして、このようにして得られたアルミニウム膜310
と酸化アルミニウム被膜311をエッチングし、2層目
アルミニウム配線312を形成した。その後、パッシベ
ーション膜313として窒化珪素を3000Åの膜厚に
形成した。この工程でも、アルミニウム膜上に陽極酸化
膜が存在するため、ヒロックの発生は抑制された。
絶縁膜309、ゲイト絶縁膜304をエッチングして、
画素電極のためのコンタクトホールを形成した。そし
て、ITO(インディウム錫酸化物)を成膜、エッチン
グしてITOの画素電極314を形成した。(図3
(E)) 本実施例では液晶表示装置に関するものであったが、液
晶表示装置では、対向基板とアクティブマトリクス基板
の空隙が5μm程度しかなく、配線のヒロックによる対
向基板との接触は大きな問題であった。本実施例では、
配線のヒロックを抑制できるので、良品率を向上させる
ことができた。
施例で示すTFTは、アクティブマトリックス型の液晶
表示装置の画素部分に配置されるTFTに関する。ま
ず、基板401上に下地酸化膜として厚さ2000Åの
酸化珪素膜402を形成した。その後、プラズマCVD
法によって非晶質珪素膜を500Å堆積し、これを、5
50〜600℃の還元雰囲気に8〜24時間放置して、
結晶化せしめた。その際には、ニッケルを微量添加して
結晶化を促進せしめてもよい。また、この工程は、レー
ザー照射によっておこなってもよい。そして、このよう
に結晶化させた珪素膜をエッチングして島状領域403
を形成した。さらに、この上にゲイト絶縁膜を形成し
た。ここでは、プラズマCVD法によって1200Åの
酸化珪素膜404を形成した。
ば、6000Åのアルミニウム膜をスパッタ法によって
形成して、これをエッチングし、ゲイト電極405を形
成した。そして、ゲイト電極に電解溶液中で電流を通じ
て陽極酸化し、厚さ2000Åの陽極酸化物を形成し
た。(図4(A)) そして、プラズマCVD法によって、酸化珪素膜406
を堆積した。この酸化珪素膜406はサイドウォールを
形成するのに用いられる。したがって、酸化珪素膜の厚
さはゲイト電極の高さによって最適な値が異なる。本実
施例のごとく、ゲイト電極部(すなわちゲイト電極とそ
の周囲の陽極酸化膜)の高さが約6000Åの場合に
は、その1/3〜2倍の2000Å〜1.2μmが好ま
しく、ここでは、6000Åとした。(図4(B))
エッチングをおこなうことによって、この酸化珪素膜の
エッチングをおこなった。このエッチングはゲイト絶縁
膜までエッチングが達した時点で終了した。以上の工程
によって、ゲイト電極部の側面には概略三角形状の絶縁
物407(サイドウォール)が形成された。(図4
(C)) その後、イオンドーピング法によって、島状珪素膜40
3に、ゲイト電極部405、サイドウォール407をマ
スクとして自己整合的に不純物(ここでは燐)を注入
し、N型の不純物領域408を形成した。ここで、ドー
ズ量は1×1015〜8×1015原子/cm2 、加速電圧
は60〜90kV、例えば、ドーズ量を5×1015原子
/cm2 、加速電圧を80kVとした。この時、サイド
ウォール下部には不純物が注入されず、オフセット領域
となった。
48nm、パルス幅20nsec)を照射して、ドーピ
ングされた不純物の活性化をおこなった。レーザーのエ
ネルギー密度は200〜400mJ/cm2 、好ましく
は250〜300J/cm2が適当であった。(図4
(D)) 次に、全面に層間絶縁膜として、CVD法によって酸化
珪素膜409を厚さ5000Å形成した。そして、層間
絶縁膜409とゲイト絶縁膜404をエッチングし、ソ
ース/ドレインにコンタクトホールを形成した。その
後、3000Å〜2μm、好ましくは4000〜800
0Å、例えば、6000Åのアルミニウム膜410をス
パッタ法によって形成した。そして、前記陽極酸化と同
様に、電解溶液中で電流を通じて陽極酸化し、厚さ50
〜500Å、例えば、250Åの陽極酸化物411を形
成した。(図4(E))
ウム膜410と酸化アルミニウム被膜411をエッチン
グし、2層目アルミニウム配線412を形成した。その
後、パッシベーション膜413として窒化珪素を400
0Åの膜厚に成膜した。その後、パッシベーション膜4
13、層間絶縁膜409、ゲイト絶縁膜404をエッチ
ングして、画素電極のコンタクトホールを形成した。そ
して、ITOを成膜、エッチングしてITOの画素電極
414を形成した。(図4(F)) 以上のような工程により、サイドウォールの下部にオフ
セット領域を有する画素TFTが形成された。
線におけるヒロックの発生を抑え、配線のショート等の
不良箇所を削減できる。特に集積回路を作製した際に
は、多数の素子、配線から構成されるが、その中に1か
所でも不良があると、全体が使用不能になる可能性があ
る。本発明は、このような不良箇所を大幅に削減でき集
積回路の良品率を高める上で非常に有効である。
Claims (5)
- 【請求項1】 絶縁表面上に半導体膜の不純物領域に接
続するアルミニウムを主成分とする膜を形成し、 前記膜に陽極酸化を行って、前記膜の表面に陽極酸化物
を形成し、 前記膜および前記陽極酸化物の一部をエッチングして配
線を形成し、 前記配線を覆って窒化珪素膜または窒化酸化珪素膜を形
成することを特徴とする薄膜トランジスタを用いた半導
体装置の作製方法。 - 【請求項2】 請求項1において、前記配線は、ソース
電極またはドレイン電極であることを特徴とする薄膜ト
ランジスタを用いた半導体装置の作製方法。 - 【請求項3】 請求項1において、前記陽極酸化物は、
酸化アルミニウム膜であることを特徴とする薄膜トラン
ジスタを用いた半導体装置の作製方法。 - 【請求項4】 請求項1又は請求項3において、前記陽
極酸化物として、バリヤ型の陽極酸化物を形成すること
を特徴とする薄膜トランジスタを用いた半導体装置の作
製方法。 - 【請求項5】 請求項1において、前記窒化珪素膜また
は窒化酸化珪素膜は、パッシベーション膜であることを
特徴とする薄膜トランジスタを用いた半導体装置の作製
方法。
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