JP4800236B2 - 薄膜トランジスタの製造方法およびこれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明はアクティブマトリクス型液晶表示装置などに用いられるスイッチング素子の製造方法ならびにこれらの方法を用いて作製する液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、ＣＲＴに替わるフラットパネルディスプレイの一つとして盛んに研究が行われており、とくに消費電力が小さいことや薄型であるという特徴を活かして、電池駆動の超小型テレビやノートブック型のパーソナルコンピュータの表示装置としてすでに実用化されている。

液晶表示装置の駆動方法として、高表示品質の面から薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴと記す）をスイッチング素子に用いたアクティブマトリクス型ＴＦＴアレイが主として用いられている。

液晶表示装置の低消費電力化には、液晶パネルの画素部の有効表示面積を大きくすること、すなわち画素の高開口率化が有効である。

このような高開口率の液晶パネルをうるための有効なＴＦＴアレイとして、走査電極、信号電極、半導体層からなるＴＦＴの形成後に、これらを覆うように透明性樹脂からなる層間絶縁膜を設けてから最上層に画素電極を形成する構造が、たとえば特許文献１、特許文献２および特許文献３などに開示されている。

前述した構造で高開口率がえられるのは主に以下の２点による。すなわち、特許文献１で説明されているように、透明性樹脂膜により表面が平坦化された層間絶縁膜上に画素電極が形成されるので、従来の構造の画素電極の段差部分で生じていた液晶分子の配向乱れによる表示不良（ドメイン現象）を無くすことができる分だけ表示有効面積を増やすことができるという点。さらに、特許文献２、特許文献３で説明されているように、０．３μｍから２μｍと比較的膜厚の厚さ層間絶縁膜上に画素電極を形成することによって、層間絶縁膜下層にあるゲート配線・ソース配線と上層の画素電極間の電気的短絡を生じることがないため、これら配線にオーバーラップさせるように広い面積で画素電極を形成することが可能である点である。

これらの高開口率ＴＦＴアレイ構造を実現するためのプロセス、たとえば透明性樹脂からなる層間絶縁膜の形成方法などが、特許文献４、特許文献５および特許文献６などに詳しく示されている。

前記高開口率ＴＦＴアレイの製造工程を簡単に述べると、まずガラスのような透明絶縁性基板上にゲート電極、ゲート絶縁膜、半導体層からなるＴＦＴおよびソース、ドレイン電極を順次形成する。つぎに透明性樹脂からなる層間絶縁膜を形成し、コンタクトホールを形成する。最後に画素電極を形成してＴＦＴアレイが完成する。画素電極は層間絶縁膜に形成したコンタクトホールを介して下層のドレイン電極と電気的に接続される。

層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する方法は、たとえば特許文献５および特許文献６に記載されているように、用いる透明性樹脂が感光性のものと非感光性のものとで以下の２つの方法に分けられる。

感光性の透明性樹脂を用いるばあいは、樹脂を塗布・焼成したのちにコンタクトホールのマスクパターンを用いて露光・現像するという写真製版と同様の工程により所望のコンタクトホールを形成する。一方、非感光性の透明性樹脂を用いるばあいは、樹脂を塗布・焼成した後でレジストを塗布し、写真製版にてコンタクトパターンを形成した後で、たとえばＣＦ₄、ＣＦ₃あるいはＳＦ6のうちの少なくともひとつを含むガスでドライエッチングし、最後にレジストを除去して所望のコンタクトホールをうる。

もちろん、感光性樹脂を用いたばあいでも、後者のレジストマスクを用いたドライエッチングでコンタクトホールを形成してもよい。また、透明性樹脂膜は有機系あるいは無機系のどちらでもよい。

特許第２５２１７５２号公報 特許第２５９８４２０号公報 特開平４−１６３５２８号公報 特開平９−９６８３７号公報 特開平９−１２７５５３号公報 特開平９−１５２６２５号公報

前述の高開口率ＴＦＴアレイでは表示の品質の面から、層間絶縁膜のコンタクトホールを介した上層の画素電極と下層のドレイン電極との電気的接続が良好である必要がある。電気的接続の良好性は、一般的にコンタクトホール開口表面における画素電極とドレイン電極の接触抵抗（以下、コンタクト抵抗と記す）で表され、開口面積５０μｍ□あたりのコンタクト抵抗値としておおよそ１０Ｅ４Ω以下であることが要求される（以下、コンタクト抵抗値は、とくに注記しない限り開口面積５０μｍ□あたりの値を示す）。

ところが、透明性樹脂からなる層間絶縁膜を用いた高開口率ＴＦＴアレイの従来の工程では、１０Ｅ４Ω以下のコンタクト抵抗値を安定的にうるのが難しく、歩留まりの低下を招くという問題点がある。

とくに画素電極とドレイン電極を接続するコンタクトホールは基板上にマトリックス状に配列されるすべての画素部に形成されるため、基板上に一部でもコンタクト抵抗不良が発生すると表示不良を引き起こし、歩留まりを低下させてしまう。したがって安定的に低コンタクト抵抗をうることのできるコンタクトホール形成プロセスを確立することは非常に重要なことである。

しかしながら、安定的な低コンタクト抵抗をうる層間絶縁膜のコンタクトホール形成方法については、前述した特許公報には具体的には示されていない。またその他の関連特許・文献においても示されたものは見られない。

本発明は、前述した問題点を解消し、透明性樹脂からなる層間絶縁膜を用いた高開口率ＴＦＴアレイにおいて層間絶縁膜のコンタクトホールを介した画素電極とドレイン電極とのコンタクト抵抗値が、安定的に１０Ｅ４Ω以下にすることができるＴＦＴアレイの製造方法ならびにこれらの方法によって作製する液晶表示装置を提供することを目的とする。

前記コンタクト抵抗値を増大させる要因として、本発明者らが有機系の透明性樹脂膜を層間絶縁膜として用いて検討を行った結果、コンタクト抵抗が大きいばあいは、画素電極とドレイン電極のコンタクト表面に酸素や炭素系の物質が存在していることが判明した。

すなわち、これらの物質は主に透明性樹脂膜成分であり、
（１）コンタクトホール形成後の透明性樹脂膜の残さ物
（２）画素電極膜形成時の透明性樹脂膜の分解物
が生成原因であることが従来のＴＦＴアレイ基板とは異なる新たな知見である。

したがって、良好なコンタクト抵抗を安定的にうるには、前記（１）の残さ物および、（２）の分解物を生成させない、あるいは生成してもこれらを除去できるような工程でコンタクト表面を清浄化してやればよい。

以上の点から、本発明に係わる薄膜トランジスタの製造方法は、透明性絶縁基板上に、ゲート電極、ゲート絶縁膜、半導体層、ソース電極、ドレイン電極を順次形成し、さらにこれらを覆うように透明性樹脂膜からなる層間絶縁膜を形成し、これにコンタクトホールを形成した後で、コンタクトホール部に露出した下部ドレイン電極またはドレイン電極につながる接続電極の表面を含む基板表面全体を、コンタクト部表面を清浄化する効果を有する物理的、あるいは化学的な方法のいずれか一方、あるいはこれらの両方で表面処理する工程を含むことを特徴とする。これらの表面処理によってコンタクトホール部の透明性樹脂膜の残さ物を除去することができ、良好なコンタクト抵抗を実現することが可能となる。

コンタクトホール形成後の層間絶縁膜の物理的な表面処理方法として、水素プラズマ処理、ヘリウムプラズマ処理あるいは窒素プラズマ処理の中から選ばれる少なくともひとつの工程を用いる。これらの表面処理を行うことによって、プラズマイオンによる衝撃によりコンタクトホール表面の透明性樹脂膜の残さ物を除去することができる。さらに、これらの表面処理によって透明性樹脂表面が改質される結果としてもたらされる前記透明性樹脂膜の加熱分解の抑制によって、画素電極膜形成時の樹脂分解物生成を抑制する効果も同時に有する。

一方コンタクトホール形成後の層間絶縁膜の物理的な表面処理方法として、酸素プラズマ処理を用いるばあいは、プラズマイオンの衝撃によるコンタクトホール表面の透明性樹脂膜の残さ物を除去するメリットとは別に、逆にこの表面処理によって透明性樹脂表面が変質を起こし、加熱分解の促進を引き起こしてしまうばあいがある。このばあいは表面処理を行う前にコンタクト部のみを残して他の透明性樹脂膜全体をレジストで覆い、表面処理を行った後でレジストを剥離する工程を追加するとよい。こうすることにより、透明性樹脂膜に影響を及ぼすことなく、コンタクト表面部のみを清浄化することが可能となる。もちろんこの方法は、上記水素プラズマ処理、ヘリウムプラズマ処理および窒素プラズマ処理を用いるばあいでも有効である。

また、コンタクトホール形成後の層間絶縁膜の別の物理的な表面処理方法として、水素イオン注入、ホウ素イオン注入、窒素イオン注入、リンイオン注入の中から選ばれる少なくともひとつの工程を用いる。これらのイオン注入を行うことによって、イオンによる衝撃によるコンタクトホール表面の透明性樹脂膜の残さ物を除去することができる。さらに、これらのイオン注入でもたらされる透明性樹脂表面の改質による樹脂の加熱分解の抑制によって、画素電極膜形成時の樹脂分解物生成を抑制する効果も同時に有する。

なお、コンタクト表面部を除く透明性樹脂膜全体をレジストで覆ってから前記イオン注入処理を行い、そののちレジストを除去してもよい。このばあいは、透明性樹脂膜に影響を及ぼすことなく、コンタクトホール表面のみを清浄化することが可能となる。

また別の物理的な表面処理として、画素電極と接続される下部ドレイン電極材料がエッチング可能なガスを用いたドライエッチングで表面をライトエッチングする方法を用いる。またこの方法と、前記プラズマ処理またはイオン注入処理を組み合わせてもよい。

つぎに、コンタクトホール形成後の層間絶縁膜の化学的な表面処理方法として、ドレイン電極材料がエッチング可能な薬液で表面をライトエッチングする工程を用いる。ドレイン電極エッチングによるリフトオフによって、コンタクト表面の透明性樹脂膜の残さ物を除去することができる。

このばあいでも、コンタクト表面部を除く透明性樹脂膜全体をレジストで覆ってから前記化学的表面処理を行い、そののちレジストを除去してもよい。このばあいは、透明性樹脂膜表面に化学薬液による影響を及ぼすことなく、コンタクトホール表面のみを清浄化することが可能である。

以上のコンタクト表面を含む基板表面全体の物理的、化学的表面処理によって、下層ドレイン電極のコンタクトホール開口部分の膜厚が、その他の部分のドレイン電極膜厚に比べて薄くなっていることを形態上の特徴とするＴＦＴアレイ基板がえられる。この効果は、物理的表面処理としてドライエッチングガスを用いたドライエッチングを用いたばあいや、化学的表面処理のばあいにとくに顕著となる。

さらに本発明に係わる薄膜トランジスタの製造方法は、画素電極の形成において、透明導電膜をスパッタリング法などを用いて成膜したのち、１５０℃から２５０℃の範囲であってかつ成膜時の基板温度以上の温度で熱処理を行う。熱処理により、コンタクトホール開口部における下層ドレイン電極との密着力が向上し、良好なコンタクト抵抗をうることができる。また熱処理により、透明導電膜の比抵抗値や透過率値の改善効果や、ＴＦＴアレイ基板全体のストレスを緩和させ、その電気的特性を改善する効果も有する。さらに、熱処理により特性改善を行うことができるため、透明導電膜成膜時の基板温度を２５０℃以下に設定することが可能で、その結果、層間絶縁膜からの分解生成物を抑制することも可能となる。

さらに本発明に係わる薄膜トランジスタの製造方法は、透明性樹脂からなる層間絶縁膜を形成する前に、ＴＦＴのチャネル部を保護する窒化シリコン膜を形成する。これにより、ＴＦＴの電気的特性を安定化させることが可能である。

このような透明性樹脂／窒化シリコンの２層からなる層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する方法としてはいくつかの方法がある。

（１）窒化シリコンにあらかじめレジストマスクを用いたドライエッチングなどでコンタクトホールを形成しておき、さらに前記レジストマスク剥離後に透明性樹脂膜を形成してコンタクトホールを形成する方法。

（２）窒化シリコン膜と透明性樹脂膜を連続形成し、透明性樹脂膜にコンタクトホールを形成する。つぎにコンタクトホールを形成した透明性樹脂膜をマスクとしてドライエッチングすることにより窒化シリコン膜にコンタクトホールを形成する方法。この方法では、感光性の透明性樹脂膜を用いるばあい、写真製版と同じ露光・現像方法を用いて透明性樹脂膜にコンタクトホールを形成することが可能である。

（３）窒素シリコン膜と透明性樹脂膜とを連続形成し、写真製版を用いて作製したレジストマスクを用いて、ドライエッチングにて透明性樹脂膜／窒化シリコンを連続エッチングすることによりコンタクトホールを形成する方法。この方法は、透明性樹脂膜が感光性・非感光性のいずれのばあいでも可能である。

いずれの方法においても、コンタクトホール形成後に物理的あるいは化学的な表面処理を行うことによって良好なコンタクト抵抗をうることが可能である。

なお（３）の方法では、レジストマスクをつけた状態で表面処理を行うことにより、透明性樹脂膜表面に影響を及ぼさすにコンタクトホール部表面のみを清浄化することが容易にできる。

さらに本発明に係わる薄膜トランジスタの製造方法は、ドレイン電極として、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｔａあるいはこれらの金属を主成分とする合金から選ばれる少なくともひとつの材料を用い、また画素電極材料として、酸化インジウム、酸化スズあるいは酸化インジウムと酸化スズからなるＩＴＯ（Ｉndium Ｔin Ｏxide）から選ばれる少なくともひとつの材料を用いることにより、良好なコンタクト抵抗を得ることが可能である。

本発明に係わる液晶表示装置は、前述した本発明に係わる製造方法によって製造されたＴＦＴがゲート配線とソース配線の交差部近傍にマトリックス状に形成されたＴＦＴアレイ基板と、このＴＦＴアレイ基板と共に液晶を挟持する、対向電極カラーフィルタなどを有する対向基板を備える。このため、高開口率の液晶表示装置を歩留まり良く生産することが可能である。

本発明の請求項１にかかわる薄膜トランジスタの製造方法は、透明絶縁性基板上にゲート電極、ゲート絶縁膜、半導体層、ソース電極およびドレイン電極を順次設けて薄膜トランジスタを形成する工程と、前記透明絶縁性基板上に該薄膜トランジスタ領域に起因する段差部をなくすように表面が平坦化された透明性樹脂からなる層間絶縁膜を形成する工程と、該層間絶縁膜の前記ドレイン電極の上部にコンタクトホールを設け、該コンタクトホールを介して下部のドレイン電極と電気的に接続されるように該層間絶縁膜上に透明導電膜からなる画素電極とを形成する工程からなる液晶表示装置用薄膜トランジスタの製造方法であって、前記層間絶縁膜にコンタクトホール部を形成したのち、該コンタクトホール部に露出した前記下部のドレイン電極の表面を含む基板表面を、コンタクト部表面を清浄化するために表面処理する工程を含むので、コンタクトホールを介したドレイン電極と画素電極の電気的コンタクトを良好にする効果を奏するものである。

また、前記ドレイン電極の膜厚のうち、前記透明性樹脂からなる層間絶縁膜のコンタクトホールを介して画素電極と電気的に接続される部分の膜厚が、その他の部分の膜厚よりも薄くされているので、コンタクトホールを介したドレイン電極と画素電極の電気的コンタクトを良好にし、コンタクト部表面を確実に清浄化できる効果を奏するものである。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明する。

実施の形態１
以下に、図を用いて本発明の一実施の形態について説明する。

図１および図２は、この発明の実施の形態１によるＴＦＴアレイ基板の製造方法を示す概略断面説明図である。図１および図２において、１は透明絶縁性基板であり、２はゲート電極であり、３は共通電極であり、４はゲート絶縁膜であり、５はａ−Ｓｉ膜であり、６はｎ⁺−ａ−Ｓｉ膜であり、７はソース電極であり、８はドレイン電極であり、９はチャネル部であり、１０は層間絶縁膜であり、１１はコンタクトホール部であり、１２はコンタクトホール表面上の残さ物であり、１３は画素電極であり、１４はコンタクト面である。また、ＴＰは物理的表面処理を示す。

まず図１（ａ）に示すように、ガラスなどからなる透明絶縁性ガラス基板１に、スパッタリング法などを用いてＣｒを成膜し、フォトリソグラフィ法にてゲート電極２および共通電極３を形成する。

つぎに、プラズマＣＶＤ法などを用いて窒化シリコンからなるゲート絶縁膜４、アモルファスシリコン（以下、ａ−Ｓｉと記す）５、不純物をドープした低抵抗アモルファスシリコン（以下、ｎ＋ａ−Ｓｉと記す）６を順次成膜し、フォトリソグラフィ法を用いてａ−Ｓｉ膜５、ｎ＋ａ−Ｓｉ膜６をパターニングして半導体層を形成する。

つぎに、スパッタリング法などを用いてＣｒを成膜し、フォトリソグラフィ法により、半導体層のチャネル部９ならびにソース電極７、ドレイン電極８を形成してＴＦＴを形成する。

さらに、ＴＦＴによる段差部を無くし表面が平坦化されるように、感光性のあるアクリル系透明性樹脂をスピンコート法などを用いて塗布・焼成して層間絶縁膜１０を形成したのち、フォトリソグラフィ法による露光・現像処理にてドレイン電極の表面の一部が露出するようにコンタクトホール１１を形成する。このとき、コンタクトホール開口部表面には粒状もしくは一様な薄膜状態の異物が残さ物として残る。このばあいの残差物のほとんどは層間絶縁膜１０を主成分としたものである。

つぎに図１（ｂ）に示すように、コンタクトホール部１１を含む層間絶縁膜１０の表面全体を、物理的な方法を用いて表面処理する。この実施の形態では、表１に示すような数種類の処理を行った。これにより、コンタクトホール表面上の残さ物はほぼ完全に除去される。

最後に図２に示すように、スパッタリング法などを用いて基板表面温度を２００℃に設定して酸化インジウムと酸化スズからなる透明導電膜ＩＴＯ（Ｉndium Ｔin Ｏxide）を１０００・の膜厚に成膜した。そののち、２３０℃で６０分保持して熱処理を行ったのちにフォトリソグラフィ法を用いてパターニングして画素電極１３を形成して所望の液晶表示装置ＴＦＴアレイ基板をえた。

画素電極１３はコンタクトホール部１１のコンタクト面１４で、ドレイン電極８と電気的に接続されている。

このようにしてえられたＴＦＴアレイのコンタクト面１４における画素電極１３とドレイン電極８のコンタクト抵抗値は、表１に示すように、何も表面処理をしないばあいの１０Ｅ８Ωに比べ、数１０Ｅ４Ω以下と大幅に低減されていた。

なお、表１に示されたそれぞれの物理的表面処理のプロセス条件は、それぞれの装置によってその最適値が異なるものであるから、個々の使用装置に対して最適なプロセス条件を設定すればよく、この発明において表１に示した数値に限定されるものではない。

この実施の形態でゲート電極２、共通配線３としてＣｒを、またソース電極７、ドレイン電極８として同じくＣｒを用いたが、これに限定されることなく、たとえば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｔａを用いてもよい。これらの材料を用いると、比抵抗値が２５μΩ・ｃｍの低抵抗な電極および配線が実現できるので好ましい。

物理的処理としては図６に示した方法の他に、たとえばドレイン電極８がＣｒのばあいはＣＣｌ₄＋Ｏ₂などのガス、ＡｌのばあいにはＢＣｌ₃＋Ｃｌ₂などのガス、ＣｕのばあいにはＡｒなどのガス、そしてＭｏ、ＴａのばあいにはＣＦ₄＋Ｏ₂などのガスをそれぞれ用いたドライエッチング処理を行ってもよい。ドライエッチング処理はドレイン電極８のコンタクトホール部１１の膜厚が完全にエッチングされる前に終了させるが、他の部分の膜厚に比べ１／２以上の膜厚を残して終了させることが好ましい（ライトエッチング）。なお、これらドライエッチング処理と表１に示す表面処理を組み合わせてもよい。

また、ゲート電極２、共通電極３、ソース電極７、ドレイン電極８が全て同じ金属材料で構成されている必要はなく、該金属材料の中から選ばれる異なる金属の組み合わせで用いられていてもよい。一方、画素電極１３としては、ＩＴＯ膜以外にも酸化インジウム膜および酸化スズ膜および酸化亜鉛およびその他の透明性導電膜を用いてもよい。

以上のような材料の組み合わせにおいても、本発明の実施の形態によれば、コンタクト面１４におけるコンタクト抵抗値として１０Ｅ３Ω低下の低い値が実現できる。

なお、画素電極１３形成時の透明導電膜を成膜する際の基板表面温度は２５０℃未満に設定することが好ましい。なぜならば表２に示すように、２４５℃±５℃以上の基板温度設定では、この実施の形態におけるコンタクトホール表面の物理的処理を行ってもコンタクト抵抗が１０Ｅ６Ω以上に増大してしまうからである。

これは、基板表面温度が２５０℃を超えると、層間絶縁膜１０が熱分解を生じ、ＩＴＯ成膜の初期時のコンタクト面１４付近にこの熱分解生成物が取り込まれてＩＴＯ膜が成膜されるためである。

さらに層間絶縁膜に熱分解が生じると、変色が起こり透過率の低下を招くという問題も発生する。このことからも画素電極の透明導電膜成膜時の基板表面温度は２５０℃未満に設定することが好ましい。

ただし、透明導電膜成膜時の基板設定温度を下げると密着力の低下を生じ、パターニング時に剥離を起こしたり、コンタクト面１４での剥離によるＩＴＯ膜の浮きのためにコンタクト抵抗の増大を招くこともある。この現象は基板表面の温度が１５０℃未満のばあいに生じやすい。したがって、ＩＴＯ膜の成膜後は、成膜時の基板表面温度以上であって、かつ最低でも１５０℃以上の温度で熱処理を行うことが好ましい。さらにこの熱処理温度は、前述の層間絶縁膜の熱分解の問題から２５０℃以下とするのが好ましい。

なお、ドレイン電極と画素電極ＩＴＯとの電気的接続に関しては、ドレイン電極につながる接続電極を設け、該接続電極の表面上に形成された層間絶縁膜のコンタクトホールを介してＩＴＯとの電気的コンタクトをとるばあいがある。このばあいも前記接続電極のコンタクトホール表面を本実施の形態１と同様に表面処理することによって本発明と同等の効果を奏することができる（実施の形態２〜５においても同様である）。以上のようにして形成されたＴＦＴアレイ基板と、従来と同様の対向基板とを組み合わせ、両基板で液晶材料を挟持して液晶表示装置をうる。ＴＦＴアレイ基板には従来と同様にゲート配線およびソース配線が設けられ、本発明のＴＦＴが、ゲート配線とソース配線の交差部近傍にマトリックス状に形成されている。また、対向基板には対向電極やカラーフィルタが設けられている。

実施の形態２
図３および４は、本発明の実施の形態２によるＴＦＴアレイ基板の製造方法を示す概略断面説明図である。なお、図３において、１５は化学薬液であり、その他、図１および図２に示した部分と同一の部分については同一の符号を付けて示してある。

本実施の形態においては、コンタクトホール部１１を含む層間絶縁膜１０表面全体を化学的な方法で表面処理する以外の工程は図１に示す実施の形態１のばあいと同一である。

すなわち、この実施の形態における図３の（ａ）に示す基板は、実施の形態１における図１の（ａ）と同一の工程で形成される。

つぎに図３の（ｂ）に示すように、基板を硝酸セリウムアンモニウム＋過塩素酸＋水からなる化薬薬液１５に浸漬し、コンタクトホール部１１を含む層間絶縁膜１０の表面全体を、化学的に表面処理する。

この処理によって、Ｃｒからなるドレイン電極８のコンタクトホール１１の表面に露出している部分がエッチングされ、同時にコンタクトホール表面に残る異物１２がリフトオフにより除去される。

化学薬液による表面処理は、コンタクトホール部のドレイン電極８が完全にエッチングされる前に終了させるが、少なくとも他の部分のドレイン電極８の膜厚の１／２以上の膜厚を残して終了させることが好ましい。

最後に実施の形態１における図２に示した工程の同様の工程を経て、画素電極１３を形成して図４に示すような液晶表示装置ＴＦＴアレイをえた。

画素電極１３はコンタクトホール部１１のコンタクト面１４で、ドレイン電極８と電気的に接続されているが、この実施の形態では、ドレイン電極８のコンタクトホール表面が化学的エッチング処理により除去されているため、コンタクト面１４のドレイン電極８の膜厚が他の部分の膜厚に比べて薄くなっていることが形態上の特徴となっている。

このようにしてえられたＴＦＴアレイのコンタクト面１４における画素電極１３とドレイン電極８のコンタクト抵抗値は、表１に示すように、何も表面処理をしないばあいの１０Ｅ８Ωに比べ、数１０Ｅ４Ω以下と大幅に低減されていた。

なお、この実施の形態ではゲート電極２、共通配線３として３としてＣｒを、またソース電極７、ドレイン電極８として同じくＣｒを用いたが、これに限定されることなく、たとえば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｏなどを用いてもよい。これらの材料を用いると、比抵抗値が２５μΩ・ｃｍの低抵抗な電極および配線が実現できるので好ましい。

また、ゲート電極２、共通電極３、ソース電極７、ドレイン電極８が全て同じ金属材料で構成されてる必要はなく、該金属材料の中から選ばれる異なる金属の組み合わせで用いられていてもよい。

図４の化学的表面処理に用いる化学薬液１５は、用いるドレイン電極８の金属材料を化学エッチングすることができるものを用いなければならない。

たとえば、ドレイン電極８がＡｌおよびＭｏのばあいはリン酸＋硝酸＋酢酸＋水系を、Ｃｕのばあいは過硫酸アンモニウム＋水系、Ｔａのばあいはフッ酸＋硝酸＋水系などの薬液を用いることが可能である。

一方、画素電極１３としては、ＩＴＯ膜以外にも酸化インジウム膜および酸化スズ膜およびその他の透明性導電膜を用いてもよい。
以上のような材料の組み合わせにおいても、この発明の実施の形態によれば、コンタクト面１４におけるコンタクト抵抗値として１０Ｅ３Ω以下の低い値が実現できる。

また、実施の形態１において表２に示したように、画素電極の透明導電膜成膜時の基板表面温度は２５０℃未満に設定し、成膜後は、成膜時の基板表面温度以上であって、かつ１５０℃以上２５０℃以下の温度で熱処理を行うことが好ましい。

実施の形態３
図５は、本発明の実施の形態３によるＴＦＴアレイ基板の製造方法を示す概略断面説明図である。なお、図５においては、１６はパッシベーション膜であり、１７はフォトレジストであり、その他、図１〜４に示した部分と同一の部分については同一の符号をつけて示してある。

図５の（ａ）に示すように、本実施の形態では、透明樹脂からなる層間絶縁膜１０を形成する前に、パッシベーション膜１６としてプラズマＣＶＤなどで窒化シリコンなどの無機絶縁膜を形成することを特徴としている。この無機絶縁膜からなるパッシベーション膜１６でＴＦＴのチャネル部９を保護することにより、直接透明性樹脂からなる層間絶縁膜を形成するばあいに比べてＴＦＴの特性が安定するという効果をうることができる。

窒化シリコンによるパッシベーション膜１６のコンタクトホール１１は、マスクとしてフォトレジスト１７を用い、たとえばＣＦ₄＋Ｏ₂ガスなどを用いたドライエッチング法にて形成し、そののち、フォトレジスト１７を剥離する。

このとき、ドレイン電極８としてＣｒ、Ａｌ、Ｃｕを用いたばあいには図３（ｂ）に示すように、コンタクトホール１１のドレイン電極表面露出部には残さ物１２が残るばあいがある。これは主にドライエッチング時に生成されたフッ化物系異物である。

したがって、こののち、図１（ａ）に示すように透明性樹脂膜からなる層間絶縁膜１０を設け、コンタクトホール部１１を形成したのちの表面の残さ物１２は、層間絶縁膜成分を主成分としたものと、ドライエッチング時のフッ化物を主成分としたものの両方が残るが、以後、実施の形態１の図１（ｂ）〜図２もしくは実施の形態２の図３（ｂ）〜図４に示すものと同一の工程により、所望の低コンタクト抵抗値を有する液晶表示装置用ＴＦＴアレイをうる。

一方、ドレイン電極８としてＭｏ、Ｔａを用いたばあいは、窒化シリコンパッシベーション膜１６のコンタクトホール部１１形成時に、ＣＦ₄＋Ｏ₂ガスで同時に表面がドライエッチングされる効果を有するため、図５の（ｂ）においてコンタクトホール部表面には残さ物１２はほとんど残らない。

したがって、こののち、図１（ａ）に示すように透明性樹脂膜からなる層間絶縁膜１０を設け、コンタクトホール部１１を形成したのちの表面の残さ物１２は、層間絶縁膜成分を主成分としたものが残る。

以後、実施の形態１の図１の（ｂ）〜図２もしくは実施の形態２の図３の（ｂ）〜図４に示すものと同一の工程により、所望の低コンタクト抵抗値を有する液晶表示装置用ＴＦＴアレイをうることができる。

実施の形態４
図６は、本発明の実施の形態４によるＴＦＴアレイ基板の製造方法を示す概略断面図である。なお、図６においては、図１〜５に示した部分と同一の部分については同一の符号をつけて示してある。

本実施の形態も、実施の形態３と同じく透明性樹脂からなる層間絶縁膜１０を形成する前に、パッシベーション膜１６として窒化シリコンなどの無機絶縁膜を形成することを特徴としているが、コンタクトホールの形成工程が異なっている。

図６の（ａ）に示すように、たとえば窒化シリコンなどからなるパッシベーション膜１６をプラズマＣＶＤ法などで形成したのちに、感光性のある透明樹脂膜からなる層間絶縁膜をスピンコート法などを用いて塗布・焼成し、フォトリソグラフィによる露光・現像処理にてコンタクトホール部１１を形成した層間絶縁膜１０を形成する。

つぎに層間絶縁膜１０をマスクにして、たとえばＣＦ₄＋Ｏ₂ガスなどを用いたドライエッチング法を用いて窒化シリコンをエッチングする。

本実施の形態では、ドレイン電極８としてＣｒ、ＡｌまたはＣｕを用いたばあい、図４（ｂ）に示すコンタクトホール部１１のドレイン電極８の表面には層間絶縁膜成分を主とした異物と、フッ化物を主成分とした異物が残さ物１２として残る。

またドレイン電極としてＭｏ、Ｔａを用いたばあい、ＣＦ₄＋Ｏ₂ガスを用いた窒化シリコンのドライエッチング時に、Ｍｏ、Ｔａ表面を同時にドライエッチングできるので、フッ化物を主成分とした異物は残らず、この後の図１の（ａ）の工程時に層間絶縁膜成分を主とした異物のみが残さ物１２として残ることになる。

いずれのばあいでも以後、実施の形態１の図１の（ｂ）〜図２もしくは実施の形態２の図３の（ｂ）〜図４に示すものと同一の工程により、所望の低コンタクト抵抗値を有する液晶表示装置用ＴＦＴアレイをうる。

実施の形態５
図７は、本発明の実施の形態５によるＴＦＴアレイ基板の製造方法を示す概略断面説明図である。なお、図７においては、図１、２、３および図４に示した部分と同一の部分については同一の符号をつけて示してある。

本実施の形態も、実施の形態３および実施の形態４と同じく透明樹脂からなる層間絶縁膜１０を形成する前に、パッシベーション膜１６として窒化シリコンなどの無機絶縁膜を形成することを特徴としているが、コンタクトホールの形成工程がさらに異なっており、とくに層間絶縁膜１０として非感光性の透明性樹脂を用いるばあいに適するものである。

まず図７の（ａ）に示すように、たとえば窒化シリコンなどからなるパッシベーション膜１６をプラズマＣＶＤなどで形成し、続けて非感光性の透明樹脂膜からなる層間絶縁膜１０をスピンコート法などを用いて塗布・焼成して形成する。

つぎにフォトリソグラフィ法によりコンタクトホール部１１形成用のマスクとしてフォトレジスト１７を形成する。

つぎにフォトレジスト１７をマスクにして、たとえばＣＦ₄＋Ｏ₂ガスなどを用いたドライエッチング法を用いて層間絶縁膜１０とパッシベーション膜を連続エッチングしたのち、フォトレジスト１７を剥離する。このばあいもはやり前述のごとく、ドレイン電極としてＭｏ、Ｔａ以外のＣｒ、Ａｌ、Ｃｕを用いたばあいには、図６の（ｂ）に示すコンタクトホール部１１のドレイン電極８の表面にはフッ化物を主成分とした異物が残さ物１２として残ることがある。

以後、実施の形態１の図１の（ｂ）〜図２もしくは実施の形態２の図３の（ｂ）〜図４に示すものと同一の工程により、所望の液晶表示装置用ＴＦＴアレイを得る。

また、本実施の形態の別のプロセスとして、フォトレジスト１７をマスクにしてたとえばＣＦ₄＋Ｏ₂ガスなどを用いて層間絶縁膜１０とパッシベーション膜を連続エッチングした後、フォトレジストを剥離せずにつけたままの状態で、表１に示す物理的表面処理や、実施の形態２に記載したような化学的表面処理を行う。そののち、フォトレジスト１７を剥離する。

この方法によれば、コンタクトホール部１１の表面以外の層間絶縁膜１０の表面はフォトレジスト１７で覆われているので、層間絶縁膜表面に物理的、化学的処理の影響を及ぼすことなく、コンタクトホール表面のみを清浄化するという本発明の効果をうることができる。

なお、本実施の形態に限ることなく、実施の形態１から５においても、層間絶縁膜１０およびパッシベーション膜１６にコンタクトホール部１１を形成後、新たにコンタクトホール部１１を除く層間絶縁膜１０表面全体を覆うようにフォトレジスト層を設けてから物理的、化学的表面処理を行うことで、コンタクトホール部のみを清浄化することが可能である。

なお、前述した実施の形態１から実施の形態５では、半導体層としてアモルファスシリコンを用いたばあいを示したが、多結晶シリコンであってもよい。
以上、実施の形態２〜５によってえられる液晶表示装置用ＴＦＴアレイ基板をそれぞれ用いて実施の形態１と同様に本発明の液晶表示装置をうることができる。

本発明の一実施の形態にかかわるＴＦＴの概略断面説明図である。 本発明の一実施の形態にかかわるＴＦＴの概略断面説明図である。 本発明の他の実施の形態にかかわるＴＦＴの概略断面説明図である。 本発明の他の実施の形態にかかわるＴＦＴの概略断面説明図である。 本発明の他の実施の形態にかかわるＴＦＴの概略断面説明図である。 本発明の他の実施の形態にかかわるＴＦＴの概略断面説明図である。 本発明の他の実施の形態にかかわるＴＦＴの概略断面説明図である。

符号の説明

１ 透明絶縁性基板、２ ゲート電極、３ 共通電極、４ ゲート絶縁膜、５ ａ−Ｓｉ膜、６ ｎ⁺−ａ−Ｓｉ膜、７ ソース電極、８ ドレイン電極、９ チャネル部、１０ 層間絶縁膜、１１ コンタクトホール部、１２ 残さ物、１３ 画素電極、１４ コンタクト面、１５ 化学薬液、１６ パッシベーション膜、１７ フォトレジスト。

Claims (6)

1. 透明絶縁性基板上にゲート電極、ゲート絶縁膜、半導体層、ソース電極およびドレイン電極を順次設けて薄膜トランジスタを形成する工程と、前記透明絶縁性基板上に該薄膜トランジスタ領域に起因する段差部をなくすように表面が平坦化された透明性樹脂からなる層間絶縁膜を形成する工程と、該層間絶縁膜の前記ドレイン電極の上部にコンタクトホールを設け、該コンタクトホールを介して下部のドレイン電極と電気的に接続されるように該層間絶縁膜上に透明導電膜からなる画素電極とを形成する工程からなる液晶表示装置用薄膜トランジスタの製造方法であって、前記層間絶縁膜にコンタクトホール部を形成したのち、該コンタクトホール部に露出した前記下部のドレイン電極の表面を含む基板表面を、コンタクト部表面を清浄化するために表面処理する工程を含む液晶表示装置用薄膜トランジスタの製造方法であって、
   前記層間絶縁膜を形成する前に、前記薄膜トランジスタのチャネル部を保護する窒化シリコン膜を形成する工程をさらに有し、
   前記層間絶縁膜の前記ドレイン電極の上部に前記コンタクトホールを設ける工程は、
   前記層間絶縁膜上にフォトレジストを形成した後に、前記フォトレジストをマスクにして前記層間絶縁膜と前記窒化シリコン膜とをエッチング除去して前記ドレイン電極の上部に前記コンタクトホールを設けた後に、前記フォトレジストを除去する工程であり、
   前記表面処理する工程においては、化学薬液によるエッチングを用い、前記ドレイン電極の膜厚のうち、前記透明性樹脂からなる層間絶縁膜のコンタクトホールを介して画素電極と電気的に接続される部分の膜厚が、その他の部分の膜厚よりも薄くなるようにする
   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造方法。
2. 前記層間絶縁膜を形成する工程においては、非感光性の透明性樹脂からなる層間絶縁膜を形成することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置用薄膜トランジスタの製造方法。
3. 前記層間絶縁膜と前記窒化シリコン膜とをエッチング除去する方法は、ドライエッチング法であることを特徴とする請求項１または２記載の液晶表示装置用薄膜トランジスタの製造方法。
4. 透明絶縁性基板上にゲート電極、ゲート絶縁膜、半導体層、ソース電極およびドレイン電極を順次設けて薄膜トランジスタを形成すると共に前記ドレイン電極につながる接続電極を形成する工程と、前記透明絶縁性基板上に該薄膜トランジスタ領域に起因する段差部をなくすように表面が平坦化された透明性樹脂からなる層間絶縁膜を形成する工程と、該層間絶縁膜の前記接続電極の上部にコンタクトホールを設け、該コンタクトホールを介して下部の接続電極と電気的に接続されるように該層間絶縁膜上に透明導電膜からなる画素電極を形成する工程とからなる液晶表示装置用薄膜トランジスタの製造方法であって、前記層間絶縁膜にコンタクトホール部を形成したのち、該コンタクトホール部に露出した前記下部の接続電極の表面を含む基板表面を、コンタクト部表面を清浄化するために表面処理する工程を含む液晶表示装置用薄膜トランジスタの製造方法であって、
   前記層間絶縁膜を形成する前に、前記薄膜トランジスタのチャネル部を保護する窒化シリコン膜を形成する工程をさらに有し、
   前記層間絶縁膜の前記接続電極の上部に前記コンタクトホールを設ける工程は、
   前記層間絶縁膜上にフォトレジストを形成した後に、前記フォトレジストをマスクにして前記層間絶縁膜と前記窒化シリコン膜とをエッチング除去して前記接続電極の上部に前記コンタクトホールを設けた後に、前記フォトレジストを除去する工程であり、
   前記表面処理する工程においては、化学薬液によるエッチングを用い、前記接続電極の膜厚のうち、前記透明性樹脂からなる層間絶縁膜のコンタクトホールを介して画素電極と電気的に接続される部分の膜厚が、その他の部分の膜厚よりも薄くなるように形成する
   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造方法。
5. 前記層間絶縁膜を形成する工程においては、非感光性の透明性樹脂からなる層間絶縁膜を形成することを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置用薄膜トランジスタの製造方法。
6. 前記層間絶縁膜と前記窒化シリコン膜とをエッチング除去する方法は、ドライエッチング法であることを特徴とする請求項４または５記載の液晶表示装置用薄膜トランジスタの製造方法。

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