JP4338481B2 - 液晶表示装置用薄膜トランジスタの製法および液晶表示装置用薄膜トランジスタ - Google Patents
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Description
本発明は液晶表示装置用薄膜トランジスタの製法および液晶表示装置用薄膜トランジスタに関する。詳しくは、アクティブマトリックス型の液晶表示装置（Liquid Crystal Display、以下、単にＬＣＤという）のスイッチング素子として用いられる薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor、以下、単にＴＦＴという）に関する。さらに詳しくは、本発明は、コンタクトホールを介した透明導電性薄膜と下層の金属薄膜とのコンタクト特性を安定させ、歩留りの向上と表示特性の改善を目的とした液晶表示装置用ＴＦＴの製法に関するものである。
液晶を用いたディスプレイ用電気光学素子はＣＲＴに代わるフラットパネルディスプレイの一つとして、低消費電力や薄型であるという特徴を活かした製品への応用が盛んになされている。
液晶を用いたディスプレイ用電気光学素子には、単純マトリックス型液晶表示装置と、ＴＦＴをスイッチング素子として用いるアクティブマトリックス型液晶表示装置（ＴＦＴ−ＬＣＤ）がある。携帯性および表示品位の点でＣＲＴや単純マトリックス型液晶表示装置より優れた特徴を有するＴＦＴ−ＬＣＤがノート型パソコンなどに広く実用化されている。ＴＦＴ−ＬＣＤでは、一般にＴＦＴアレイ基板と対向基板とのあいだに液晶層が狭持されている。ＴＦＴアレイ基板上にはＴＦＴがアレイ状に形成されている。対向基板上には共通電極およびカラーフィルターが設けられている。このようなＴＦＴアレイ基板および対向基板の外側にはそれぞれ偏光板が設けられ、さらに一方の側にはバックライトが設けられている。このような構造によって良好なカラー表示が得られる。
しかしながら、ＴＦＴ−ＬＣＤでは半導体技術を用いてＴＦＴをガラス基板上にアレイ状に形成したＴＦＴアレイ基板を作製する必要があり多くの工程数を必要とするため、各種の欠陥や不良が発生しやすく歩留りの低下を招くとともに、製造に必要な装置の数が多くなり製造コストが高くなるという問題がある。
このような問題を解決する方法として、たとえば特許文献１にはＴＦＴアレイ基板を５回のフォトリソグラフィープロセスで形成するアクティブマトリックス型液晶表示装置の製法が開示されている。
図１１、１２、１３は特許文献１に開示された従来のＴＦＴアレイ基板の主要部の断面説明図（絶縁性基板上の要素を示す）である。図１１は平面説明図を示す。図１２は図１１のＸ−Ｘ線断面図である。図１３および図１４は、それぞれ表示領域の外側に設けられる配線端子部の断面構造を模式的に示している。配線端子部は、ゲート配線、ソース配線補助容量配線および対向基板の共通電極に入力する信号電位を供給する信号電位源と、ゲート配線、ソース配線、補助容量配線および共通電極とを接続している。
図１１〜１４において、２はゲート電極、３は補助容量電極、４はゲート絶縁膜、５は半導体能動膜、６はオーミックコンタクト膜、７はドレイン電極、８はソース電極、９はパッシベーション膜、１０は画素コンタクトホール、１１は補助容量を有する部分（以下、単に補助容量という）、１２は画素電極、１３はゲート配線端子部、１４はゲート端子パッド、１５はゲート端子部コンタクトホール、１６はソース配線端子部、１７はソース端子パッド、１８はソース端子部コンタクトホール、１９は補助容量配線、２０はゲート配線、２１はソース配線、２２は半導体能動膜およびオーミックコンタクト膜、２３は薄膜トランジスタのチャネル部である。
ゲート電極２はゲート配線２０の一部であるか、またはゲート配線２０から分岐して各薄膜トランジスタに接続される端子となっている電極である。また、補助容量電極３は補助容量配線１９から分岐してその一部が画素電極１２とオーバーラップする位置に延在される電極である。補助容量電極３と画素電極１２のあいだには、第１の絶縁膜（ゲート絶縁膜４）および第２の絶縁膜からなる積層膜を誘電体として補助容量１１が形成される。補助容量１１は電気回路でいうと、画素電極１２と共通電極とのあいだに液晶を介して形成される液晶容量と並列に形成される。図１１において、符号２２で示した半導体能動膜およびオーミックコンタクト膜は、それぞれ図１２における符号５および６で示したように上下２層になっている。
特許文献１には、５回のフォトリソグラフィープロセスでＴＦＴアレイ基板を製造する製法が開示されており、効果としてソース配線２１およびソース電極８が表示部内で半導体能動膜およびオーミックコンタクト膜２２の段差を乗りこえることがないので、半導体能動膜およびオーミックコンタクト膜２２の段差に起因するソース配線２１およびソース電極８の断線をなくすことができ、画素電極１２の周辺付近に半導体能動膜およびオーミックコンタクト膜２２を残した形状であるにもかかわらず、画素電極１２と半導体能動膜およびオーミックコンタクト膜２２ならびにソース配線２１が第２絶縁膜（パッシベーション膜９）で分離された構造とすることにより、半導体能動膜およびオーミックコンタクト膜２２ならびにソース配線２１のパターン不良による、ソース配線２１と画素電極１２とのあいだの単純な短絡や光照射下で半導体能動膜５が低抵抗化された場合の短絡の発生をなくすことができることが述べられている。
第１または第２の金属薄膜にＣｒやＡｌを使用した場合、画素部、ゲート端子部およびソース端子部の第１、第２、第３のコンタクトホールの形成時、下層金属薄膜と第２の絶縁膜との界面の断面形状が良好でないため、上層の透明導電性膜のカバレッジが悪化し、歩留りの低下およびコンタクト特性の悪化を招いている。また第１、第２、第３のコンタクトホール形成にフッ素系ガスによるドライエッチングを使用すると、下層金属薄膜上にフッ素系化合物を形成してしまうため、上層の透明導電性膜とのコンタクト特性の悪化を招いている。
本発明は、叙上の事情に鑑み、透明導電性膜とのコンタクト特性を良好にするとともに、下層金属膜と絶縁膜との界面の断面形状を良好とすることにより透明電導性膜のカバレッヂを改善し、工程を簡略化できる液晶表示装置用薄膜トランジスタの製法を提供することを目的とする。
本発明は、絶縁性基板上に第１の金属薄膜を成膜したのち、第１のフォトリソグラフィープロセスおよびエッチングによりゲート配線およびゲート電極を形成する工程と、第１の絶縁膜、半導体膜およびオーミックコンタクト膜を順次成膜したのち、第２のフォトリソグラフィープロセスおよびエッチングにより前記半導体膜とオーミックコンタクト膜とをパターニング加工する工程と、第２の金属薄膜を成膜したのち、第３のフォトリソグラフィープロセスおよびエッチングによりソース配線、ソース電極およびドレイン電極を形成し、ついで前記ソース配線、ソース電極およびドレイン電極のパターンからはみ出した部分の前記オーミックコンタクト膜をエッチングにより除去して半導体活性層を有する薄膜トランジスタを形成する工程と、第２の絶縁膜を成膜したのち、第４のフォトリソグラフィープロセスおよびエッチングにより、少なくとも前記第２の金属薄膜からなるドレイン電極表面にまで貫通する第１のコンタクトホールと前記第１の金属薄膜からなるゲート配線端子表面にまで貫通する第２のコンタクトホールと前記第２の金属薄膜からなるソース配線端子表面にまで貫通する第３のコンタクトホールを同時に形成する工程と、透明導電性膜を成膜したのち、第５のフォトリソグラフィープロセスおよびエッチングにより前記第１のコンタクトホールを介して前記ドレイン電極に接続する部分を有する画素電極を形成する工程と、前記第２のコンタクトホールを介してゲート配線に接続されたゲート端子を形成する工程と、前記第３のコンタクトホールを介してソース配線に接続されたソース端子を形成する工程のうち、少なくとも１つの工程を含み、前記第１、第２、第３、のコンタクトホールをドライエッチング法を用いて形成するとともに、前記第１の金属薄膜と前記第２の金属薄膜のうち、少なくとも一方に前記ドライエッチング法でエッチング可能な金属を用いることを特徴としている。
また、本発明の液晶表示装置用薄膜トランジスタは、前記液晶表示装置用薄膜トランジスタの製法により製造される液晶表示装置用薄膜トランジスタであって、第１、第２、第３のコンタクトホールにおいて第１の金属薄膜と第２の金属薄膜のうち、少なくとも一方のコンタクトホール開口部の膜厚がコンタクトホール開口部以外の領域の膜厚より薄く、前記開口部の断面形状が凹形状を呈してなることを特徴としている。
本発明によれば、透明導電性膜とのコンタクト特性を良好にするとともに、透明電導性膜のカバレッヂを改善し、工程を簡略化できる。
以下、添付図面に基づいて、本発明の液晶表示装置用薄膜トランジスタの製法および液晶表示装置用薄膜トランジスタを説明する。
実施の形態１
図１は本発明の実施の形態１にかかわる液晶表示装置用薄膜トランジスタアレイ基板を示す平面図、図２は表示領域の外側に設けられているゲート配線端子部の断面図、図３は表示領域の外側に設けられているソース配線端子部の断面図、図４は図１のＸ−Ｘ線断面図である。図１〜４において、１はガラス基板などの透明絶縁性基板、２は透明絶縁性基板１上に形成された第１の金属薄膜からなるゲート電極、２０は該ゲート電極につながるゲート配線、３は前記第１の金属薄膜からなる透明絶縁性基板１上に形成された補助容量電極、４は前記ゲート電極２、ゲート配線２０および補助容量電極３上に形成された第１の絶縁膜からなるゲート絶縁膜、５は該ゲート絶縁膜４を介してゲート電極２上に形成されたアモルファスシリコン膜からなる半導体能動膜、６は該半導体能動膜５上に形成されたｎ＋アモルファスシリコン膜からなるオーミックコンタクト膜、８は該オーミックコンタクト膜６上に形成された第２の金属薄膜からなるソース電極、２１は該ソース電極２０につながるソース配線、７は前記第２の金属薄膜からなるオーミックコンタクト層６上に形成されたドレイン電極、２３はオーミックコンタクト層が除去されたＴＦＴのチャネル部（半導体活性層該当部）、９は第２の絶縁膜からなるパッシベーション膜、１０はドレイン電極表面にまで貫通する画素コンタクトホール、１２は下層ドレイン電極７と電気的にコンタクトする透明導電性膜からなる画素電極である。なお、図１において、１９は補助容量配線、２２は半導体能動膜およびオーミックコンタクト膜である。また、図２において、１３はゲート配線端子部、１５はゲート端子部コンタクトホール、１４はゲート端子パッドを示し、図３において、１６はソース配線端子部、１８はソース端子部コンタクトホール、１７はソース端子パッドである。
図１は本発明の実施の形態１にかかわる液晶表示装置用薄膜トランジスタアレイ基板を示す平面図、図２は表示領域の外側に設けられているゲート配線端子部の断面図、図３は表示領域の外側に設けられているソース配線端子部の断面図、図４は図１のＸ−Ｘ線断面図である。図１〜４において、１はガラス基板などの透明絶縁性基板、２は透明絶縁性基板１上に形成された第１の金属薄膜からなるゲート電極、２０は該ゲート電極につながるゲート配線、３は前記第１の金属薄膜からなる透明絶縁性基板１上に形成された補助容量電極、４は前記ゲート電極２、ゲート配線２０および補助容量電極３上に形成された第１の絶縁膜からなるゲート絶縁膜、５は該ゲート絶縁膜４を介してゲート電極２上に形成されたアモルファスシリコン膜からなる半導体能動膜、６は該半導体能動膜５上に形成されたｎ＋アモルファスシリコン膜からなるオーミックコンタクト膜、８は該オーミックコンタクト膜６上に形成された第２の金属薄膜からなるソース電極、２１は該ソース電極２０につながるソース配線、７は前記第２の金属薄膜からなるオーミックコンタクト層６上に形成されたドレイン電極、２３はオーミックコンタクト層が除去されたＴＦＴのチャネル部（半導体活性層該当部）、９は第２の絶縁膜からなるパッシベーション膜、１０はドレイン電極表面にまで貫通する画素コンタクトホール、１２は下層ドレイン電極７と電気的にコンタクトする透明導電性膜からなる画素電極である。なお、図１において、１９は補助容量配線、２２は半導体能動膜およびオーミックコンタクト膜である。また、図２において、１３はゲート配線端子部、１５はゲート端子部コンタクトホール、１４はゲート端子パッドを示し、図３において、１６はソース配線端子部、１８はソース端子部コンタクトホール、１７はソース端子パッドである。
つぎに、本発明の実施の形態１にかかわる液晶表示装置用薄膜トランジスタの製法を図５を参考にして説明する。
図５に示される手順Ａにおいて、まずガラス基板などの透明絶縁性基板１を純水または熱硫酸を用いて洗浄し、該透明絶縁性基板１上に第１の金属薄膜を成膜したのち、第１回目の写真製版で前記第１の金属薄膜をパターニングしてゲート電極２、ゲート配線２０および補助容量電極３を形成する。第１の金属薄膜としては、図５に示される手順Ｄにおいける工程（ｔ）のドライエッチング可能な金属を用いる。好適な実施例１として、ここでは比抵抗の低いＭｏを公知のＡｒガスを用いたスパッタリング法で２００ｎｍの厚さで成膜したのち、公知のリン酸＋硝酸を含む溶液を用いてエッチングし、そののちレジストパターンを除去してゲート電極２、ゲート配線２０および補助容量電極３を形成した。
つぎに図５に示される手順Ｂにおいて、ＳｉＮならなる第１の絶縁膜４とアモルファスシリコンからなる半導体能動膜５と不純物を添加したｎ＋アモルファスシリコンからなるオーミックコンタクト膜６とを順次成膜したのち、第２回目の写真製版で前記半導体能動膜と前記オーミックコンタクト膜とを薄膜トランジスタを形成する部分とこのあとのプロセスで形成されるソース電極８、ソース配線２１およびドレイン電極７のパターンよりも大きく、かつ、連続した形状にパターニング形成する。好適な実施例１として、ここでは化学的気相成膜（ＣＶＤ）法を用いて第１の絶縁膜として窒化シリコンＳｉＮ膜を４００ｎｍ、半導体膜としてアモルファスシリコン膜を１５０ｎｍ、オーミックコンタクト膜としてリンを不純物として添加したｎ＋アモルファスシリコン膜を３０ｎｍの厚さで順次成膜したのち、公知のフッ素系ガスを用いたドライエッチング法を用いて前記アモルファスシリコン膜とオーミックコンタクト膜とをエッチングし、そののちレジストパターンを除去して半導体パターン５、６を形成した。
つぎに図５に示される手順Ｃにおいて、第２の金属薄膜を成膜したのち、第３回目の写真製版でパターニングしてソース配線２１、ソース電極８およびドレイン電極７を形成する。第２の金属薄膜としては、前記第１の金属薄膜と同様に、図５に示される手順Ｄにおける工程（ｔ）のドライエッチングでエッチング可能な金属を用いる。好適な実施例１として、ここではＭｏを公知のＡｒガスを用いたスパッタリング法で４００ｎｍの厚さで成膜したのち、公知のリン酸＋硝酸を含む溶液を用いてエッチングし、さらに公知のフッ素系ガスを用いたドライエッチング法を用いてソース電極８とドレイン電極７とのあいだのオーミックコンタクト膜を除去し、ついでレジストパターンを除去してソース電極８、ソース配線２１、ドレイン電極７および薄膜トランジスタのチャネル部２３を形成した。
つぎに図５に示される手順Ｄにおいて、ＳｉＮからなる第２の絶縁膜をパッシベーション膜９として成膜したのち、第４回目のフォトリソグラフィープロセスでパターニングして、少なくとも前記第２の金属薄膜のうちドレイン電極表面まで貫通するコンタクトホール１０と、ソース配線端子部表面まで貫通するコンタクトホール１８と、前記第１の金属薄膜のゲート配線端子表面まで貫通するコンタクトホール１５とを同時に形成する。好適な実施例１として、ここでは化学的気相成膜（ＣＶＤ）法を用いて第２の絶縁膜として窒化シリコンＳｉＮ膜を３００ｎｍの厚さで成膜し、公知のフッ素系ガスを用いたドライエッチング法でエッチングした。好適な実施例１として、ここではドライエッチングの条件としてＲＩＥ法、ガス流量ＣＦ4を１６０ｓｃｃｍ、Ｏ2を１４４ｓｃｃｍ、圧力１０Ｐａ、パワー密度８ｋｗ／ｍ2を用いた。このときのＳｉＮのエッチングレートは４００ｎｍ／ｍｉｎ。そして第１と第２の金属薄膜のＭｏのエッチングレートは２００ｎｍ／ｍｉｎであった。この条件を用い、１３５秒エッチングを行なった結果、ゲート端子部コンタクトホールの前記第１の金属薄膜のエッチング量は１００ｎｍ、残りの膜厚は１００ｎｍであり、ソース端子部コンタクトホールの前記第２の金属薄膜のエッチング量は３００ｎｍ、残りの膜厚は１００ｎｍであった。
最後に図５に示される手順Ｅにおいて、透明導電性膜を成膜したのち、第５回目のフォトリソグラフィープロセスでパターニングして、前記画素ドレイン電極コンタクトホール１０を介して下層のドレイン電極７と電気的に接続するように画素電極１２と、下層ゲート端子部および下層ソース端子部とコンタクトホールを介して電気的に接続される端子パッド１４、１７のパターンを形成し、本発明の実施の形態１にかかわる液晶表示装置用薄膜トランジスタが完成する。好適な実施例１として、ここでは透明導電性膜として酸化インジウム（Ｉｎ２０３）と酸化スズ（Ｓｎ０2）とを混合したＩＴＯ膜を公知のＡｒガスを用いたスパッタリング法で１００ｎｍの厚さで成膜し、公知の塩酸＋硝酸を含む溶液を用いてエッチングしたのち、レジストパターンを除去して画素電極１２、ゲート端子パッド１４およびソース端子パッド１７を形成した。本実施の形態では、画素電極１２、ゲート端子パッド１４およびソース端子パッドのすべてを透明導電膜で形成したが、本発明では、これらのうち少なくとも１つが透明導電膜で形成される。
このようにして完成させた薄膜トランジスタの端子部コンタクトホールの断面構造は図６、７に示されるように、コンタクトホール開口部のゲート配線端子部のエッチング膜厚２４は約１００ｎｍ、残りの膜厚２５は約１００ｎｍであり、そしてソース配線端子部のエッチング膜厚２６は約３００ｎｍ、残りの膜厚２７は約１００ｎｍであり、しかも滑らかな断面形状（凹形状）は９０°未満のテーパー形状となっていた。すなわち本実施の形態では、コンタクトホール開口部の凹形状の側壁テーパー角度が９０°未満であるのが好ましい。このため、第１および第２の金属薄膜にＣｒやＡｌを用いた場合に比べ、ゲート端子パッド１４およびソース端子パッド１７のカバレッジは良好で、かつ、下層のゲート配線端子部１３や、ソース配線端子部１６とのコンタクト抵抗も低く良好であった。本実施例１における開口面積が約５０μｍ2のコンタクト抵抗値は、図８に示されるように、従来のように第１および第２の金属薄膜としてＣｒを用いた場合（比較例）の抵抗値１００〜１０００Ωに比べ、５０〜１００Ωと低くなっており良好な特性が得られた。なお、図８におけるコンタクト抵抗値は平均値を示している。
なお、本実施の形態１では、第１の金属薄膜と第２の金属薄膜にＭｏまたはＭｏを主成分とする合金を用いているが、本発明においては、これに限定されるものではなく、第１の金属薄膜と第２の金属薄膜のうち、少なくとも一方にＭｏまたはＭｏを主成分とする合金を用いることもできる。
実施の形態２
前記実施の形態１では、第１および第２の金属薄膜にＭｏを適用したが、本実施の形態２においては、ＭｏにＮｂを添加させたＭｏＮｂ合金膜を適用することを特徴とし、その他のプロセスは実施の形態１と同じである。好適な実施例２として、ここでは第１の金属薄膜として、Ｍｏに５重量％のＮｂを添加したＭｏ−５重量％Ｎｂを公知のＡｒガスを用いたスパッタリング法で１５０ｎｍの厚さで成膜したのち、公知のリン酸＋硝酸を含む溶液を用いてエッチングし、そののちレジストパターンを除去してゲート電極２、ゲート配線２０および補助容量電極３を形成した。また第２の金属薄膜として、同じくＭｏ−５重量％Ｎｂを公知のＡｒガスを用いたスパッタリング法で２５０ｎｍの厚さで成膜したのち、公知のリン酸＋硝酸を含む溶液を用いてエッチングし、さらに公知のフッ素系ガスを用いたドライエッチング法を用いてソース電極８とドレイン電極７とのあいだのオーミックコンタクト層を除去したのち、レジストパターンを除去してソース電極８、ソース配線２１、ドレイン電極７および薄膜トランジスタのチャネル部２３を形成した。
前記実施の形態１では、第１および第２の金属薄膜にＭｏを適用したが、本実施の形態２においては、ＭｏにＮｂを添加させたＭｏＮｂ合金膜を適用することを特徴とし、その他のプロセスは実施の形態１と同じである。好適な実施例２として、ここでは第１の金属薄膜として、Ｍｏに５重量％のＮｂを添加したＭｏ−５重量％Ｎｂを公知のＡｒガスを用いたスパッタリング法で１５０ｎｍの厚さで成膜したのち、公知のリン酸＋硝酸を含む溶液を用いてエッチングし、そののちレジストパターンを除去してゲート電極２、ゲート配線２０および補助容量電極３を形成した。また第２の金属薄膜として、同じくＭｏ−５重量％Ｎｂを公知のＡｒガスを用いたスパッタリング法で２５０ｎｍの厚さで成膜したのち、公知のリン酸＋硝酸を含む溶液を用いてエッチングし、さらに公知のフッ素系ガスを用いたドライエッチング法を用いてソース電極８とドレイン電極７とのあいだのオーミックコンタクト層を除去したのち、レジストパターンを除去してソース電極８、ソース配線２１、ドレイン電極７および薄膜トランジスタのチャネル部２３を形成した。
つぎにＳｉＮからなる第２の絶縁膜をパッシベーション膜９として成膜したのち、第４回目のフォトリソグラフィープロセスでパターニングして、少なくとも前記第２の金属薄膜のうちドレイン電極表面まで貫通するコンタクトホール１０と、ソース配線端子部表面まで貫通するコンタクトホール１８と、前記第１の金属薄膜のゲート配線端子表面まで貫通するコンタクトホール１５とを同時に形成する。好適な実施例２として、ここでは化学的気相成膜（ＣＶＤ）法を用いて第２の絶縁膜として窒化シリコンＳｉＮ膜を３００ｎｍの厚さで成膜し、公知のフッ素系ガスを用いたドライエッチング法でエッチングした。好適な実施例２として、ここではドライエッチングの条件としてＲＩＥ法、ガス流量ＣＦ4を１６０ｓｃｃｍ、Ｏ2を１４４ｓｃｃｍ、圧力１０Ｐａおよびパワー密度８ｋｗ／ｍ2を用いた。このときのＳｉＮのエッチングレートは４００ｎｍ／ｍｉｎ、そして第１と第２の金属薄膜のＭｏ−５重量％Ｎｂのエッチングレートは１００ｎｍ／ｍｉｎであり、実施の形態１で用いたＭｏのエッチングレート２００ｎｍ／ｍｉｎに対し１／２に低下させることができた。前記条件を用いて、１３５秒エッチングを行なった結果、ゲート端子部コンタクトホールの前記第１の金属薄膜のエッチング量は５０ｎｍ、残りの膜厚は１００ｎｍであり、ソース端子部コンタクトホールの前記第２の金属薄膜のエッチング量は１５０ｎｍ、残りの膜厚は１００ｎｍであった。以上のように本実施の形態２では、第１および第２の金属薄膜にＭｏ−５重量％Ｎｂを用いるようにしたので、コンタクトホール形成時のＳｉＮ膜に対するエッチングレート比を下げるとともに、ドライエッチングによる膜減り量を低減することが可能となった。つまり成膜時の膜厚を薄くすることができるようになったので、生産能力を向上させることができる。
最後に前記実施の形態１と同様に透明導電性膜を成膜し、画素電極１２、ゲート端子パッド１４およびソース端子パッド１７を形成した。
このようにして完成させた薄膜トランジスタの端子部コンタクトホールの断面形状は図６、７に示されるように、コンタクトホール開口部のゲート配線端子部のエッチング膜厚２４は約５０ｎｍ、残りの膜厚２５は約１００ｎｍであり、そしてソース配線端子部のエッチング膜厚２６は約１５０ｎｍ、残りの膜厚２７は約１００ｎｍであり、しかも滑らかな断面形状（凹形状）は９０°未満のテーパー形状となっていた。すなわち本実施の形態では、コンタクトホール開口部の凹形状の側壁テーパー角度が９０°未満であるのが好ましい。このため、第１および第２の金属薄膜にＣｒやＡｌを用いた場合に比べ、ゲート端子パッド１４およびソース端子パッド１７のカバレッジは良好で、かつ、下層のゲート配線端子部１３や、ソース配線端子部１６とのコンタクト抵抗も低く良好であった。本実施例２における開口面積が約５０μｍ2のコンタクト抵抗値は、図８に示されるように２０〜５０Ωの値となり、第１および第２の金属薄膜として従来のＣｒを用いた比較例の値（１００Ω以上）、さらにはＭｏを用いた実施例１の場合の抵抗値（５０〜１００Ω）に比べても、さらに低くなっており良好な特性が得られた。なお、図８におけるコンタクト抵抗値は平均値を示している。通常、金属薄膜の上にＩＴＯ膜のような酸化膜を成膜する場合は、ＩＴＯに含まれる酸素原子が界面で下層の金属薄膜と反応してＣｒＯｘ（酸化クロム）やＭｏＯｘ（酸化モリブデン）層を形成してコンタクト抵抗を増大させるが、実施の形態１のＭｏ膜の場合、ＭｏＯｘの電気抵抗はＣｒＯｘの電気抵抗よりも低いこと、さらに実施の形態２のＭｏ−Ｎｂ膜の場合は、酸素原子と反応しやすいＮｂを添加することによってＮｂＯｘ（酸化ニオブ）を優先的に形成させ、ＭｏＯｘの形成を抑えた効果によりコンタクト抵抗がさらに低減したものと考えられる。
前記実施の形態２においては、好適な実施例２として第１と第２の金属薄膜にＭｏ−５重量％Ｎｂ膜を用いたがＮｂの組成はこれに限定されるものではない。図９は本発明で用いた公知の燐酸＋硝酸系を含む溶液を用いたときのＭｏ−Ｎｂ膜のウエットエッチングレートを調べた結果を順Ａｌの場合と比較して示したものである。Ｎｂを添加していくとエッチングレートは低下していくが、２０重量％までの添加であればエッチングは可能である。２０重量％をこえる濃度のＮｂ添加は前記公知の燐酸＋硝酸系を含む溶液でエッチングができなくなるので好ましくない。図１０はＭｏ−Ｎｂ膜の電気的比抵抗値のＮｂ濃度依存性を調べた結果を示すものである。通常、Ｍｏに不純物を添加していくと比抵抗値が上昇していくが、Ｎｂは２０重量％添加した場合でも純Ｍｏに比べて約１５％程度しか増大しないので、Ｍｏのもつ低抵抗という優れた特性を損なうことはない。一方で、前述したように、ＮｂＯｘを優先的に形成させてＭｏＯｘの形成を抑え、ＩＴＯ膜との界面コンタクト抵抗を低減させる効果を充分得るためにはＮｂの添加量を２．５重量％以上とするのが好ましい。したがって、本実施の形態２において第１と第２の金属薄膜に用いるＭｏ−Ｎｂ膜のＮｂの添加量は２．５重量％以上２０重量％以下とするのが好ましい。さらに表１は、耐水性を調べた結果を示すものである。Ｎｂを添加したＭｏ−Ｎｂ膜は純水中に放置しても腐食することがなく、高い信頼性を有することが可能である（実施例２、３）。
さらに、比較例のように第１および第２の金属薄膜にＣｒを用いた場合は、ＳｉＮを公知のフッ素系ガスを用いたドライエッチング法でエッチングして、少なくとも前記第２の金属薄膜のうちドレイン電極表面まで貫通するコンタクトホール１０と、ソース配線端子部表面まで貫通するコンタクトホール１８と、前記第１の金属薄膜のゲート配線端子表面まで貫通するコンタクトホール１５とを形成する際に、コンタクトホール開口部のＣｒはエッチングされないので、エッチングプロセス中にエッチングによって飛散する元素とフッ素系元素とが結合した、たとえばシリコンフッ化物やメタル（Ｃｒ）フッ化物がコンタクトホール開口部のＣｒ表面に再付着しコンタクト抵抗阻害層となってコンタクト抵抗値が増大してしまう。このため、これらを除去するプロセス、たとえば酸素プラズマ処理や化学薬液を用いたウエット洗浄処理などが必要であるが、本発明における実施例によれば、前記コンタクトホール１０、１５、１８の形成時のＳｉＮドライエッチングにおいて開口部のＭｏまたはＭｏＮｂ膜の表面も同時にエッチングされるため、シリコンフッ化物やメタル（Ｍｏ）フッ化物が表面に再付着することがない。したがって、酸素プラズマ処理や薬液によるウエット処理などをすることなく良好なコンタクト抵抗が得られるので、工程を簡略化できるという利点がある。
なお、本実施の形態では、第１の金属薄膜と第２の金属薄膜にＭｏを主成分としＮｂを添加した合金を用いるが、本発明においては、これに限定されるものではなく、第１の金属薄膜と第２の金属薄膜のうち、少なくとも一方にＭｏを主成分としＮｂを添加した合金を用いることもできる。
なお、前記実施の形態１、２では、透明導電性膜としてＩＴＯを用いたが、本発明においては、これに限定されるものではなく、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）、酸化スズ（ＳｎＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）またはこれらのうち２つ以上を混合させたものを用いてもよい。たとえば、酸化インジウムに酸化亜鉛を混合させたＩＺＯを用いた場合は、前記実施例で用いた塩酸＋硝酸系のような強酸溶液ではなく蓚酸系のような弱酸溶液をエッチング液として用いることができるので、ＭｏやＭｏＮｂのような耐酸薬液性に乏しい金属薄膜を用いた場合にエッチング薬液の染み込みによる腐食断線を防止できるという効果がある。また、酸化インジウム、酸化スズおよび酸化亜鉛のそれぞれのスパッタ膜の酸素組成が化学量論組成よりも少なく透過率値や比抵抗値が不良の場合は、スパッタリングガスとしてＡｒだけでなくＯ2ガスやＨ2Ｏを混合させたガスを用いてスパッタリング成膜することが好ましい。
１ 透明絶縁性基板
２ ゲート電極
３ 補助容量電極
４ ゲート絶縁膜
５ 半導体能動膜
６ オーミックコンタクト膜
７ ドレイン電極
８ ソース電極
９ パッシベーション膜
１０ 画素コンタクトホール
１２ 画素電極
１３ ゲート配線端子部
１４ ゲート端子パッド
１５ ゲート端子部コンタクトホール
１６ ソース配線端子部
１７ ソース端子パッド
１８ ソース端子部コンタクトホール
１９ 補助容量配線
２０ ゲート配線
２１ ソース配線
２２ 半導体能動膜およびオーミックコンタクト膜
２３ チャネル部
２ ゲート電極
３ 補助容量電極
４ ゲート絶縁膜
５ 半導体能動膜
６ オーミックコンタクト膜
７ ドレイン電極
８ ソース電極
９ パッシベーション膜
１０ 画素コンタクトホール
１２ 画素電極
１３ ゲート配線端子部
１４ ゲート端子パッド
１５ ゲート端子部コンタクトホール
１６ ソース配線端子部
１７ ソース端子パッド
１８ ソース端子部コンタクトホール
１９ 補助容量配線
２０ ゲート配線
２１ ソース配線
２２ 半導体能動膜およびオーミックコンタクト膜
２３ チャネル部
Claims (1)
- 絶縁性基板上に第１の金属薄膜を成膜したのち、第１のフォトリソグラフィープロセスおよびエッチングによりゲート配線およびゲート電極を形成する工程と、
第１の絶縁膜、半導体膜およびオーミックコンタクト膜を順次成膜したのち、第２のフォトリソグラフィープロセスおよびエッチングにより前記半導体膜とオーミックコンタクト膜とをパターニング加工する工程と、
第２の金属薄膜を成膜したのち、第３のフォトリソグラフィープロセスおよびエッチングによりソース配線、ソース電極およびドレイン電極を形成し、ついで前記ソース配線、ソース電極およびドレイン電極のパターンからはみ出した部分の前記オーミックコンタクト膜をエッチングにより除去して半導体活性層を有する薄膜トランジスタを形成する工程と、
第２の絶縁膜を成膜したのち、第４のフォトリソグラフィープロセスおよびエッチングにより、少なくとも前記第２の金属薄膜からなるドレイン電極表面にまで貫通する第１のコンタクトホールと前記第１の金属薄膜からなるゲート配線端子表面にまで貫通する第２のコンタクトホールと前記第２の金属薄膜からなるソース配線端子表面にまで貫通する第３のコンタクトホールを同時に形成する工程と、
酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛またはこれらのうち２つ以上混合した成分からなる透明導電性膜を成膜したのち、第５のフォトリソグラフィープロセスおよびエッチングにより前記第１のコンタクトホールを介して前記ドレイン電極に接続する部分を有する画素電極を形成する工程と、前記第２のコンタクトホールを介してゲート配線に接続されたゲート端子を形成する工程と、前記第３のコンタクトホールを介してソース配線に接続されたソース端子を形成する工程のうち、少なくとも１つの工程を含み、
前記第１、第２、第３のコンタクトホールにおいて第１の金属薄膜と第２の金属薄膜のうち、少なくとも一方のコンタクトホール開口部の膜厚がコンタクトホール開口部以外の領域の膜厚より薄く、前記開口部の断面形状が凹形状であって、その側壁テーパー角度が９０°未満となるようにして、前記第１、第２、第３、のコンタクトホールをフッ素系ガスを含むドライエッチング法を用いて形成するとともに、
前記第１の金属薄膜と前記第２の金属薄膜のうち、少なくとも一方にＭｏを主成分としＮｂを添加した合金を用い、
該Ｎｂの添加量を２．５重量％以上２０重量％以下とすることを特徴とする
液晶表示装置用薄膜トランジスタの製法。
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