JP4903667B2 - 表示装置用薄膜トランジスタ基板の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は配線用組成物、この組成物を用いた金属配線およびその製造方法、この配線を用いた表示装置およびその製造方法に関する。
一般に、半導体装置または表示装置の配線は信号が伝達される手段に用いられるので、信号の遅延および短絡を抑制するのが求められる。
短絡を防止する方法としては、配線を多層に形成する方法があるが、多層の配線を形成するため、互いに異なるエッチング液が必要であるばかりでなく、数回のエッチング工程が必要になる。
短絡を防止する方法としては、配線を多層に形成する方法があるが、多層の配線を形成するため、互いに異なるエッチング液が必要であるばかりでなく、数回のエッチング工程が必要になる。
信号遅延を防止する方法としては、低抵抗を有するアルミニウム(Al)またはアルミニウム合金(Al alloy)などのような物質を用いるのが一般的である。しかしながら、アルミニウムまたはアルミニウム合金を用いる場合には陽極酸化工程を付加してアルミニウムの弱い物理的な特性を補完する必要がある。また、液晶表示装置でのように、パッド部においてＩＴＯ(indium tin oxide)を用いてアルミニウムを補完する場合、アルミニウムまたはアルミニウム合金とＩＴＯの接触特性が不良で他の金属を介在しなければならないという問題点を有している。
一方、液晶表示装置用配線は液晶表示装置の高精細化が進行されるに従って配線の数が増加するので、配線の幅は狭くなる。しかしながら、配線は一定の程度以下の抵抗値を確保しなければならないので、配線の厚さは増加することになる。このとき、配線の厚さが増加するほど配線の応力は液晶表示装置用基板に印加され、基板の大きさが大きくなるに従ってこの応力は増加することになる。
本発明は前記従来の問題点を解決するためのものであって、その目的は、低抵抗を有しかつ厚さに応じて応力の調節が可能な配線を提供することにある。
また、本発明の目的は、容易に形成できる二重配線を提供し、これを用いて表示装置の製造工程が簡単でかつ製品の特性を向上させることにある。
また、本発明の目的は、導電膜または金属配線を露出させる接触孔のフレームの傾斜角を緩やかにし接触孔の下部の導電膜のエッチングを防止することにある。
本発明に従う配線は同一のエッチング条件においてテーパ形状に加工でき、テーパ角度が２０〜７０°の範囲である二重導電膜であるか、同一のエッチング条件において下部導電膜のエッチング比より上部導電膜のエッチング比が７０〜１００オングストローム／sec程度大きい二重導電膜からなる。
ここで、エッチング方法が湿式エッチングである場合、同一のエッチング条件とは、同一のエッチング液を用いることである。
ここで、エッチング方法が湿式エッチングである場合、同一のエッチング条件とは、同一のエッチング液を用いることである。
かかる導電膜は１５μΩcm以下の低い比抵抗を有する下部導電膜とパッド用物質からなる上部導電膜からなる。ここで、パッド用物質とは、パッドとして用いられる特性を有する物質である。その特性については実施の形態において説明する。
ここで、導電膜のうち、一つはアルミニウムまたはアルミニウム合金が用いられ、導電膜がアルミニウム合金である場合には含有された転移金属または希土類金属が５％以下であることが好ましい。
他の導電膜としては、原子百分率０．０１％〜２０％未満のタングステンＷと残りのモリブデン(Ｍｏ)および必須不純物からなるモリブデン組成物または合金が用いられる。モリブデン合金においてタングステンの組成比は原子百分率９％〜１１％であることが好ましい。
湿式エッチングの際、エッチング液はアルミニウムまたはアルミニウム合金をエッチングするに用いられるエッチング液であり、例えば、CH3COOH/HNO3/H3PO4/H2Oを挙げられ、このとき、HNO3の濃度は８〜１４％であることが好ましい。
かかる二重導電膜の配線は表示装置において走査信号を印加するゲート線またはデータ信号を印加するデータ線に用いられる。
かかる本発明に従う配線の製造方法は、１基板の上部に下部導電膜を積層し下部導電膜の上部に同一のエッチング条件において下部導電膜のエッチング比よりエッチング比が７０〜１００オングストローム/sec程度大きい上部導電膜を積層する。次に、上部導電膜および下部導電膜を同時にエッチングして配線を完成する。
かかる本発明に従う配線の製造方法は、１基板の上部に下部導電膜を積層し下部導電膜の上部に同一のエッチング条件において下部導電膜のエッチング比よりエッチング比が７０〜１００オングストローム/sec程度大きい上部導電膜を積層する。次に、上部導電膜および下部導電膜を同時にエッチングして配線を完成する。
かかる二重導電膜からなる配線の製造方法は、表示装置の製造方法において走査信号を印加するゲート線またはデータ信号を印加するデータ線の製造方法でも適用できる。このとき、配線は外部から信号が伝達されるパッドを有し、下部導電膜がパッド用物質で形成されている場合、パッドにおいては上部導電膜を除去することが好ましい。
ここで、モリブデン組成物は比抵抗が１２〜１４μΩcm程度に小さく、パッドに使用可能であるので、単一膜配線に用いられる。この配線は２０〜７０°、より好ましくは、４０〜５０°程度のプロファイルを有する。従って、かかる配線は表示装置のゲート線またはデータ線に用いられる。
ここで、モリブデン組成物は比抵抗が１２〜１４μΩcm程度に小さく、パッドに使用可能であるので、単一膜配線に用いられる。この配線は２０〜７０°、より好ましくは、４０〜５０°程度のプロファイルを有する。従って、かかる配線は表示装置のゲート線またはデータ線に用いられる。
前述したように、かかるモリブデン−タングステン配線を用いて液晶表示装置を製作できる。
本発明に従う液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板の製造方法においては、基板上に原子百分率０．０１％〜２０％未満のタングステンと残りのモリブデンおよび必須不純物からなるモリブデン合金を積層しエッチング液を用いてモリブデン合金膜をパターニングしてゲート線、ゲートパッドおよびゲート電極を含むゲート配線を形成する。
ここで、モリブデン合金膜の下部にアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる導電膜を積層することができ、モリブデン合金膜をパターニングするとき、導電膜と共にパターニングする。
アルミニウム合金である場合、含有された転移金属または希土類金属が５％以下であることが好ましい。湿式エッチングの際、エッチング液はアルミニウムまたはアルミニウム合金をエッチングするに用いられるエッチング液であって、例えば、CH3COOH/HNO3/H3PO4/H2Oを挙げられ、このとき、HNO3の濃度は８〜１４％であることが好ましい。
本発明に従う液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板の製造方法においては、基板上に原子百分率０．０１％〜２０％未満のタングステンと残りのモリブデンおよび必須不純物からなるモリブデン合金を積層しエッチング液を用いてモリブデン合金膜をパターニングしてゲート線、ゲートパッドおよびゲート電極を含むゲート配線を形成する。
ここで、モリブデン合金膜の下部にアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる導電膜を積層することができ、モリブデン合金膜をパターニングするとき、導電膜と共にパターニングする。
アルミニウム合金である場合、含有された転移金属または希土類金属が５％以下であることが好ましい。湿式エッチングの際、エッチング液はアルミニウムまたはアルミニウム合金をエッチングするに用いられるエッチング液であって、例えば、CH3COOH/HNO3/H3PO4/H2Oを挙げられ、このとき、HNO3の濃度は８〜１４％であることが好ましい。
また、かかる本発明に従う薄膜トランジスタ基板の製造方法においてデータ線、データパッドおよびソース／ドレイン電極を含むデータ配線はモリブデン−タングステン合金、クロムまたはモリブデンの単一膜またはこれらを組合わせた２重膜で形成する。このとき、アルミニウムまたはアルミニウム合金を上部膜で形成する場合、パッドにおいてはアルミニウム膜またはアルミニウム合金膜を除去することが好ましい。
このデータ線、データパッドおよびソース／ドレイン電極を下部膜はクロム膜、上部膜はモリブデン−タングステン合金膜で形成する場合、同一のエッチング液で上部膜と下部膜とを同一にエッチングしてテーパ形状に加工する。
ここで、エッチング液はクロムをエッチングするに用いられるエッチング液であって、例えば、HNO3/(HN4)2Ce(NO3)6/H2Oを挙げられ、このとき、HNO3の濃度は４〜１０％、(HN4)2Ce(NO3)6の濃度は１０〜１５％であることが好ましい。このとき、モリブデンまたはモリブデン合金の配線はその厚さを厚く形成しても基板が歪まないように応力を調節できるので、高精細大画面基板に適合である。
ここで、エッチング液はクロムをエッチングするに用いられるエッチング液であって、例えば、HNO3/(HN4)2Ce(NO3)6/H2Oを挙げられ、このとき、HNO3の濃度は４〜１０％、(HN4)2Ce(NO3)6の濃度は１０〜１５％であることが好ましい。このとき、モリブデンまたはモリブデン合金の配線はその厚さを厚く形成しても基板が歪まないように応力を調節できるので、高精細大画面基板に適合である。
また、本発明に従う半導体装置の製造方法においては金属膜または金属配線上の絶縁膜にホトレジストをパターニングし、これをマスクにして絶縁膜をエッチングして金属膜上に二つ以上の接触孔を形成する。このとき、絶縁膜の厚さが異なるため、厚さが薄い側の接触孔の下方の金属膜がエッチングされるのを防止し、緩やかな傾斜角でエッチングするため、２段階または３段階過程に分けて接触孔を形成する。
２段階で形成する方法においては、まずホトレジストと絶縁膜に対しエッチング選択比１：１ないし１：１．５であるエッチング条件において部分エッチングを行なうが、このとき、絶縁膜の厚さが薄い側は絶縁膜および金属膜の一部がエッチングされる。次いで、絶縁膜と金属膜とのエッチング選択比が１：１５以上であるエッチング条件において残りの絶縁膜をエッチングする。
３段階で形成する方法においては、まず絶縁膜の厚さが薄い側の金属膜が露出されるまでエッチングした後、エッチングの際露出された表面に高分子膜を形成する。次に、絶縁層と金属膜とのエッチング選択比が１５：１以上であるエッチング条件において残りの絶縁膜をエッチングする。ここで、高分子膜は最後の段階において絶縁膜が側面にエッチングされるのを防止する。
かかる方法は第１金属膜、第１絶縁膜、第２金属膜、第２絶縁膜が連続に形成されている構造で適用できる。すなわち、第２絶縁膜下部の第２金属膜を露出させる第１接触孔と第２および第１絶縁膜下部の第１金属膜を露出させる第２接触孔を同時に形成するとき適用できる。
また、かかる方法は半導体装置の配線を外部と連結するためのパッドを露出させる接触孔を形成するとき適用でき、特に、薄膜トランジスタ基板においてゲートパッドとデータパッドとをそれぞれ露出させる接触孔を同時に形成するとき適用できる。
特に、金属膜はモリブデン膜またはモリブデン−タングステン合金膜であり、絶縁膜は窒化シリコン膜であり、プラズマ乾式エッチングを用いて絶縁膜をエッチングする場合、２段階または３段階のエッチング方法のうち、最後の段階で用いる気体としてモリブデン膜またはモリブデン−タングステン合金膜のエッチングを最小化できるCF4＋O2が好ましい。また、２段階のエッチング方法において最初の段階で用いる気体としては、初期プロファイルを良好にできるSF6＋HCl(＋He)またはSF6＋Cl2(＋He)が適切である。
CF4に対するO2の比率を4/10以下とする場合、１回のエッチング段階でモリブデン膜またはモリブデン−タングステン合金膜のゲートパッドおよびデータパッドを同時に露出させることができる。
CF4に対するO2の比率を4/10以下とする場合、１回のエッチング段階でモリブデン膜またはモリブデン−タングステン合金膜のゲートパッドおよびデータパッドを同時に露出させることができる。
また、このデータ配線は非晶質シリコン薄膜トランジスタ基板に適用でき、このとき、非晶質シリコン層と共にドーピングされた非晶質シリコン層が用いられる。このドーピングされた非晶質シリコンはデータ配線をマスクにして乾式エッチングされる。しかしながら、モリブデンまたはモリブデン合金は非晶質シリコン層をエッチングするための乾式エッチング用気体によりエッチングされやすいため、この過程においてデータ配線に対するエッチング比が１００オングストローム/min以下の乾式エッチング用気体を選択しなければならないし、ハロゲン化水素気体とCF4、CHF3、CHClF2、CH3FおよびC2F2のうち、少なくとも一つの気体がこれに適合である。
以上のように、本発明に従う表示装置の製造方法においてはモリブデン合金は１５Ωcm以下の低抵抗を有し、テーパの加工の際アルミニウムエッチング液およびクロムエッチング液を用いられるので、アルミニウムおよびクロムと共に表示装置または半導体装置の配線に用いるに非常に容易である。また、モリブデン膜またはモリブデン−タングステン合金膜は蒸着圧力に従い膜の応力を変化させて基板が歪まない条件で厚く形成することができるので、高精細および大画面の表示装置用配線に適合である。そして、接触孔を形成するとき保護膜およびゲート絶縁層の側面部のエッチングを遅延させる高分子膜を形成するかCF4＋O2を用いてモリブデン合金膜がエッチングされないようにし、SF6＋HCl(＋He)またはSF6＋Cl2(＋He)を用いて接触孔のフレームが緩やかな傾斜を有するように形成できる。また、モリブデンまたはモリブデン−タングステン合金膜をマスクにして非結晶シリコン層をエッチングするとき、ハロゲン化水素気体とCF4、CHF3、CHClF2、CH3FおよびC2F6のうち、少なくとも一つの気体を用いて良好な薄膜トランジスタの特性を得た。そして、水素プラズマ工程を通じて薄膜トランジスタの特性が向上される。
以下、本発明の実施の形態を本発明の属する技術分野における当業者が容易に実施することができる程度に詳細に説明する。
半導体装置、特に表示装置の配線としては、１５μΩcm以下の低い比抵抗を有するアルミニウム、アルミニウム合金、モリブデン、銅などのような物質が適合である。一方、配線は外部から信号を受けるか、外部に信号を伝達するためのパッドを有していなければならない。パッドの露出の際、よく酸化されるといけないし、製造過程においても容易に短絡が発生しなければならない。アルミニウムとアルミニウム合金は比抵抗が非常に低いが、よく酸化され製造過程においても容易に短絡が発生するため、パッド用物質としては適合でない。一方、クロム、タンタル、チタン、モリブデンおよびその合金などのような物質はパッド用としては適合であるが、アルミニウムに比べ比抵抗が大きい。従って、配線をつくるときには二つの特性すべてを満たす金属を用いるか、低抵抗導電膜を用い、パッド用導電膜を用いて抵抗が低くかつパッドに用いられることにする。
半導体装置、特に表示装置の配線としては、１５μΩcm以下の低い比抵抗を有するアルミニウム、アルミニウム合金、モリブデン、銅などのような物質が適合である。一方、配線は外部から信号を受けるか、外部に信号を伝達するためのパッドを有していなければならない。パッドの露出の際、よく酸化されるといけないし、製造過程においても容易に短絡が発生しなければならない。アルミニウムとアルミニウム合金は比抵抗が非常に低いが、よく酸化され製造過程においても容易に短絡が発生するため、パッド用物質としては適合でない。一方、クロム、タンタル、チタン、モリブデンおよびその合金などのような物質はパッド用としては適合であるが、アルミニウムに比べ比抵抗が大きい。従って、配線をつくるときには二つの特性すべてを満たす金属を用いるか、低抵抗導電膜を用い、パッド用導電膜を用いて抵抗が低くかつパッドに用いられることにする。
また、配線を二重にする場合同一のエッチング条件、特に湿式エッチングである場合、一つのエッチング液を用いて同時にエッチングするが緩やかな傾斜角を有するテーパ形態に加工する。このため、同一のエッチング液に対して２０〜７０°未満の範囲においてテーパ角度を有するか、上部導電膜のエッチング比が下部導電膜のエッチング比に比べ７０〜１００オングストローム／sec程度大きいことが好ましい。また、単一膜で配線を形成する場合にも２０〜７０°未満の範囲でテーパ角度を有することが好ましい。
かかる過程において、本発明の実施の形態に従う配線用合金として原子百分率０．０１％〜２０％未満のタングステンと残りのモリブデンおよび必須不純物からなるモリブデン合金を開発した。ここで、タングステンの組成比は、好ましくは原子百分率５％〜１５％、より好ましくは９％〜１１％である。
図１ないし図３は、本発明の実施の形態に従うモリブデン−タングステン合金(MoW)の特性を示すグラフである。
図１は、本発明の実施の形態に従うモリブデン−タングステン合金の蒸着特性を示すものであり、横軸はタングステン含有量を原子百分率で示し、縦軸は単位電力当り蒸着される厚さを示すものである。
図１からわかるように、タングステン含有量が原子百分率２０atomic％以下である場合、単位電力当り蒸着されるモリブデン−タングステン合金膜の厚さは１．２０〜１．４０オングストローム/Wの範囲である。
図２は本発明の実施の形態に従うモリブデン−タングステン合金の比抵抗特性を示すものであり、横軸はタングステン含有量を原子百分率で示し、縦軸はそれに従う比抵抗を示すものである。
図２からわかるように、原子百分率２０％以下のタングステンを含有するモリブデン−タングステン合金の比抵抗Ｒは１２．０〜１４．０μΩcmである。
このように、原子百分率２０％以下のタングステンを含有するモリブデン−タングステン合金は１５μΩcm以下の低い比抵抗を有し、パッド用物質としての性質を有しているので、単一膜配線に用いられる。また、アルミニウムやその合金などのように、二重配線に用いられる。特に、表示装置の信号線、この中でも液晶表示装置のゲート線またはデータ線に用いられる。
図３は本発明の実施の形態に従うモリブデン−タングステン合金のエッチング比特性を示すものであり、横軸はタングステン含有量を原子百分率で示し、縦軸はアルミニウムエッチング液に対し単位時間当りエッチングされる程度を示す。
すなわち、モリブデン−タングステン合金薄膜がアルミニウム合金のエッチング液(HNO3：H3PO4：CH3COOH：H2O)に対し単位時間当りエッチングされる程度をタングステン(Ｗ)の含有量に従い示すものである。
図３からわかるように、タングステンの含有量が０％である場合にはエッチング比が２５０オングストローム/sec程度に非常に大きく現われるが、タングステンの含有量が５％である場合にはエッチング比が１００オングストローム/sec程度に現われる。そして、タングステンの含有量が１５〜２０％の間では５０オングストローム/sec以下に低下することがわかる。
図１は、本発明の実施の形態に従うモリブデン−タングステン合金の蒸着特性を示すものであり、横軸はタングステン含有量を原子百分率で示し、縦軸は単位電力当り蒸着される厚さを示すものである。
図１からわかるように、タングステン含有量が原子百分率２０atomic％以下である場合、単位電力当り蒸着されるモリブデン−タングステン合金膜の厚さは１．２０〜１．４０オングストローム/Wの範囲である。
図２は本発明の実施の形態に従うモリブデン−タングステン合金の比抵抗特性を示すものであり、横軸はタングステン含有量を原子百分率で示し、縦軸はそれに従う比抵抗を示すものである。
図２からわかるように、原子百分率２０％以下のタングステンを含有するモリブデン−タングステン合金の比抵抗Ｒは１２．０〜１４．０μΩcmである。
このように、原子百分率２０％以下のタングステンを含有するモリブデン−タングステン合金は１５μΩcm以下の低い比抵抗を有し、パッド用物質としての性質を有しているので、単一膜配線に用いられる。また、アルミニウムやその合金などのように、二重配線に用いられる。特に、表示装置の信号線、この中でも液晶表示装置のゲート線またはデータ線に用いられる。
図３は本発明の実施の形態に従うモリブデン−タングステン合金のエッチング比特性を示すものであり、横軸はタングステン含有量を原子百分率で示し、縦軸はアルミニウムエッチング液に対し単位時間当りエッチングされる程度を示す。
すなわち、モリブデン−タングステン合金薄膜がアルミニウム合金のエッチング液(HNO3：H3PO4：CH3COOH：H2O)に対し単位時間当りエッチングされる程度をタングステン(Ｗ)の含有量に従い示すものである。
図３からわかるように、タングステンの含有量が０％である場合にはエッチング比が２５０オングストローム/sec程度に非常に大きく現われるが、タングステンの含有量が５％である場合にはエッチング比が１００オングストローム/sec程度に現われる。そして、タングステンの含有量が１５〜２０％の間では５０オングストローム/sec以下に低下することがわかる。
一方、比抵抗が非常に低いアルミニウムまたはその合金はHNO3(８〜１４％)：H3PO4：CH3COOH：H2Oからなるアルミニウムエッチング液に対し４０〜８０オングストローム／sec程度のエッチング比を有するので、この程度のエッチング比より７０〜１００オングストローム／sec程度が大きいエッチング比を有するモリブデン−タングステン合金膜をアルミニウムまたはアルミニウム合金膜の上部に形成すると緩やかなテーパ角を有する二重膜配線を得られる。
図４は本発明の実施の形態に従うモリブデン−タングステン合金膜のアルミニウムエッチング液に対するエッチングプロファイルを示すものである。
基板１上部に原子百分率１０％のタングステンが含有されるタングステン−モリブデン合金膜２を３０００オングストローム程度の厚さで蒸着した後、アルミニウム合金エッチング液を用いてエッチングすると２０〜２５°の角を有する緩やかなプロファイルが形成される。
基板１上部に原子百分率１０％のタングステンが含有されるタングステン−モリブデン合金膜２を３０００オングストローム程度の厚さで蒸着した後、アルミニウム合金エッチング液を用いてエッチングすると２０〜２５°の角を有する緩やかなプロファイルが形成される。
一方、図３からわかるように、タングステンの組成比を調節してモリブデン−タングステン合金膜のエッチング比を１００オングストローム/sec未満に低めることができるので、３０〜９０°範囲のテーパ角を有する単一膜を形成することができる。従って、モリブデン−タングステン合金からなる単一膜でも表示装置用、特に液晶表示装置のゲート線またはデータ線に用いられる。
図５ないし図８はアルミニウム合金とモリブデン−タングステン合金の二重膜をアルミニウム合金のエッチング液を用いてエッチングした場合、二重膜プロファイルを示すものである。
基板１上部にアルミニウムまたはアルミニウム合金膜３を２０００オングストローム程度の厚さで蒸着し、その上にモリブデン−タングステン合金膜２を１０００オングストローム程度の厚さで蒸着した後、アルミニウムエッチング液を用いてアルミニウム合金膜３およびモリブデン−タングステン合金膜２を連続的にエッチングした。ここで、アルミニウムエッチング液としてはHNO3：H3PO4：CH3COOH：H2Oを用い、好ましくは窒酸が８〜１４％程度含有されている。
ここで、アルミニウム合金はアルミニウムを基本物質とし、ここにＴｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｐｄ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗなどの転移元素(transi-tion metal)またはＮｄ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｅｒなどの希土類金属(rare earth metal)が結合された合金であって、含有された転移元素または希土類金属は原子百分率５％以下である。
基板１上部にアルミニウムまたはアルミニウム合金膜３を２０００オングストローム程度の厚さで蒸着し、その上にモリブデン−タングステン合金膜２を１０００オングストローム程度の厚さで蒸着した後、アルミニウムエッチング液を用いてアルミニウム合金膜３およびモリブデン−タングステン合金膜２を連続的にエッチングした。ここで、アルミニウムエッチング液としてはHNO3：H3PO4：CH3COOH：H2Oを用い、好ましくは窒酸が８〜１４％程度含有されている。
ここで、アルミニウム合金はアルミニウムを基本物質とし、ここにＴｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｐｄ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗなどの転移元素(transi-tion metal)またはＮｄ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｅｒなどの希土類金属(rare earth metal)が結合された合金であって、含有された転移元素または希土類金属は原子百分率５％以下である。
図５はモリブデン−タングステン合金膜においてタングステンの含有率が５％である場合であって、３０〜４０°のプロファイルを示しており、タングステンの含有率が１０％である図６の場合には４０〜５０°のプロファイルを示している。タングステンの含有率が１５％になると、図７でのように、プロファイルが８０〜９０°になり、タングステンの含有率が２０％になると、図８でのように、９０°のプロファイルを示す。
また、本発明の実施の形態においてアルミニウム合金とモリブデン−タングステン合金の二重膜をアルミニウムエッチング液を用いてエッチングする場合には、エッチング後に斑が現われない。
このように、アルミニウム合金と原子百分率２０％以下のタングステンが含有されたモリブデン−タングステン合金からなる二重膜をアルミニウム合金エッチング液を用いてエッチングする場合、３０〜９０°範囲においてテーパ角度が形成され、タングステン含有量が増加するに従ってテーパ角度が大きくなる。また、図６からわかるように、タングステン含有量が９％〜１１％である場合に最も好ましいテーパ角度（４０〜５０°）が形成される。
以下、かかる配線を用いた液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板について詳細に説明する。
まず、図９〜図１１を参照して本発明の第１の実施の形態に従う薄膜トランジスタ基板の構造について説明する。ここで、図１１は、図９におけるＸ−Ｘ’線の断面図である。
基板１００上にゲート線２００およびその分枝であるゲート電極２１０、ゲート線２００の端部に形成されているゲートパッド２２０からなるゲートパターンが形成されている。ゲート電極２１０およびゲートパッド２２０はそれぞれ下層のアルミニウム膜またはアルミニウム合金膜２１１、２２１と上層の原子百分率０．０１％〜２０％未満のタングステンと、残りのモリブデンからなるモリブデン−タングステン合金膜２１２、２２２からなり、ゲート線２００もアルミニウム膜またはアルミニウム合金膜とモリブデン−タングステン合金膜の二重膜からなる。ここで、ゲートパッド２２０は外部からの走査信号をゲート線２００に伝達する。
まず、図９〜図１１を参照して本発明の第１の実施の形態に従う薄膜トランジスタ基板の構造について説明する。ここで、図１１は、図９におけるＸ−Ｘ’線の断面図である。
基板１００上にゲート線２００およびその分枝であるゲート電極２１０、ゲート線２００の端部に形成されているゲートパッド２２０からなるゲートパターンが形成されている。ゲート電極２１０およびゲートパッド２２０はそれぞれ下層のアルミニウム膜またはアルミニウム合金膜２１１、２２１と上層の原子百分率０．０１％〜２０％未満のタングステンと、残りのモリブデンからなるモリブデン−タングステン合金膜２１２、２２２からなり、ゲート線２００もアルミニウム膜またはアルミニウム合金膜とモリブデン−タングステン合金膜の二重膜からなる。ここで、ゲートパッド２２０は外部からの走査信号をゲート線２００に伝達する。
ゲートパターン２００、２１０、２２０上にはゲート絶縁層３００が形成されており、このゲート絶縁層３００はゲートパッド２２０の上層であるモリブデン−タングステン合金膜２２２を露出させる接触孔７２０を有している。ゲート電極２１０上部のゲート絶縁層３００上には水素化非晶質シリコン(a-Si：Ｈ)層４００およびｎ+高濃度不純物でドーピングされた水素化非晶質シリコン層５１０、５２０がゲート電極２１０を中心に両側に形成されている。
ゲート絶縁層３００上にはさらにデータ線６００が形成されており、その一端にはデータパッド６３０が形成されて外部からの画像信号を伝達する。データ線６００の分枝であるソース電極６１０が一方がドーピングされた非晶質シリコン層５１０上に形成されており、ソース電極６１０の向かい側に位置するドーピングされた非晶質シリコン層５２０上にはドレイン電極６２０が形成されている。ここで、データ線６００、ソースおよびドレイン電極６１０、６２０、データパッド６３０を含むデータパターンはモリブデン膜またはモリブデン−タングステン合金膜からなる。一方、図１０においてはゲートパッド２２０付近のゲート絶縁層３００上にはゲート補助パッド部６４０がさらに形成されている。
データパターン６００、６１０、６２０、６３０およびこのデータパターンで覆われない非晶質シリコン層５００上には保護膜７００が形成されており、この保護膜７００にはゲートパッド２２０の上層モリブデン−タングステン合金膜２２２、ドレイン電極６２０およびデータパッド６３０を露出させる接触孔７２０、７１０、７３０がそれぞれ形成されている。一方、図１０においてはゲート補助パッド部６４０上部に保護膜７００の接触孔７４０が形成されている。
最後に、保護膜７００上には接触孔７１０を通じてドレイン電極６２０と連結されており、ＩＴＯからなる画素電極８００が形成されており、接触孔７２０を通じて露出されたゲートパッド２２０と接続されて外部からの走査信号をゲート線２００に伝達するゲートパッド用ＩＴＯ電極８１０、接触孔７３０を通じてデータパッド６３０と接続されて外部からのデータ信号をデータ線６００に伝達するデータパッド用ＩＴＯ電極８２０が形成されている。一方、図１０において、ゲートパッド用ＩＴＯ電極８１０はゲート補助パッド部６４０まで延長されて接触孔７４０を通じて連結されている。
図９および図１０からみるように、外部からの信号が実質的に直接印加されてパッドになる部分はゲートパッド用ＩＴＯ電極８１０とデータパッド用ＩＴＯ電極８２０である。
以下、図９〜図１１に示す構造の薄膜トランジスタ基板を製造する方法について図１２〜図１５までを参照して説明する。この実施の形態においては５枚のマスクを用いた製造方法である。
図１２に示すように、透明な絶縁基板１００上にアルミニウム膜またはアルミニウム合金膜とモリブデン−タングステン合金膜０．１〜０．５μｍ、０．０２〜０．１５μｍの厚さで順に積層し第１マスクを用いてホトエッチングしてゲート線２００、ゲート電極２１０およびゲートパッド２２０を含み二重膜からなるゲートパターンを形成する。すなわち、図１２に示すように、ゲート電極２１０は下方のアルミニウムまたはアルミニウム合金膜２１１と、上方のモリブデン−タングステン合金膜２１２からなり、ゲートパッド２２０は下方のアルミニウムまたはアルミニウム合金膜２２１と、上方のモリブデン−タングステン合金膜２２２からなり、図１２に図示していないがゲート線２１０も二重膜からなる。
ここで、アルミニウム合金膜はアルミニウムと５％以下の希土類金属または転移金属からなる。モリブデン−タングステン合金膜は原子百分率０．０１％以上２０％未満のタングステン(Ｗ)と、残りのモリブデン(Ｍｏ)からなり、タングステン含有率は原子百分率９〜１１％であることが好ましい。また、アルミニウムエッチング液、例えば、CH3COOH／HNO3／H3PO4／H2Oなどを用い、HNO3の含量は好ましくは８〜１４％の範囲である。
以下、図９〜図１１に示す構造の薄膜トランジスタ基板を製造する方法について図１２〜図１５までを参照して説明する。この実施の形態においては５枚のマスクを用いた製造方法である。
図１２に示すように、透明な絶縁基板１００上にアルミニウム膜またはアルミニウム合金膜とモリブデン−タングステン合金膜０．１〜０．５μｍ、０．０２〜０．１５μｍの厚さで順に積層し第１マスクを用いてホトエッチングしてゲート線２００、ゲート電極２１０およびゲートパッド２２０を含み二重膜からなるゲートパターンを形成する。すなわち、図１２に示すように、ゲート電極２１０は下方のアルミニウムまたはアルミニウム合金膜２１１と、上方のモリブデン−タングステン合金膜２１２からなり、ゲートパッド２２０は下方のアルミニウムまたはアルミニウム合金膜２２１と、上方のモリブデン−タングステン合金膜２２２からなり、図１２に図示していないがゲート線２１０も二重膜からなる。
ここで、アルミニウム合金膜はアルミニウムと５％以下の希土類金属または転移金属からなる。モリブデン−タングステン合金膜は原子百分率０．０１％以上２０％未満のタングステン(Ｗ)と、残りのモリブデン(Ｍｏ)からなり、タングステン含有率は原子百分率９〜１１％であることが好ましい。また、アルミニウムエッチング液、例えば、CH3COOH／HNO3／H3PO4／H2Oなどを用い、HNO3の含量は好ましくは８〜１４％の範囲である。
また、ゲートパターンはアルミニウム、アルミニウム合金およびタングステン−モリブデン合金のうち、一つの物質を蒸着して単一膜で形成することができる。
図１３に示すように、窒化シリコンからなるゲート絶縁層３００、水素化非晶質シリコン層４００およびＮ形高濃度不純物でドーピングされた水素化非晶質シリコン層５００をそれぞれ０．２〜１．０μｍ、０．１〜０．３μｍ、０．０１５〜０．１５μｍの厚さで順に積層した後、ドーピングされた非晶質シリコン層５００および非晶質シリコン層４００を第２マスクを用いてホトエッチングする。
図１４に示すように、モリブデンまたはタングステンを含むモリブデン−タングステン合金膜を０．３〜２．０μｍの厚さで積層した後、第３マスクを用いてエッチングしてデータ線６００を、ソース電極６１０、ドレイン電極６２０およびデータパッド６３０を含むデータパターンを形成する。
データパターンはクロム、モリブデンまたはモリブデン合金のうち、一つの単一膜またはこれらを組合わせた二重膜で形成することができる。また、抵抗を低めるため、アルミニウム膜またはアルミニウム合金膜をさらに形成することができる。
データパターンはクロム、モリブデンまたはモリブデン合金のうち、一つの単一膜またはこれらを組合わせた二重膜で形成することができる。また、抵抗を低めるため、アルミニウム膜またはアルミニウム合金膜をさらに形成することができる。
しかしながら、表示装置用基板の大きさが大きくなり高精細化されるに従って配線数が増加するので、配線幅は狭くならなければならないが、一定の程度以下の抵抗値を確保しなければならないので、配線の厚さは増加させることが好ましい。従って、配線になる金属膜は厚さを増加しても金属膜が有する応力により基板が歪まないようにする物性を有するのが好ましい。かかる特性を有する金属膜としてはモリブデン膜またはモリブデン−タングステン合金膜が適合である。詳しくは後述する実験例１において説明する。
また、データパターンを下部膜はクロム膜、上部膜はモリブデン−タングステン合金膜で形成する場合、同一のエッチング条件において上部膜と下部膜とを順にエッチングしてテーパ状に加工する。詳しくは後述する実験例２ないし４において説明する。
ここで、エッチング液はクロムをエッチングするに用いられるエッチング液であって、例えば、HNO3／(NH4)2Ce(NO3)6／H2Oを挙げられ、このとき、HNO3の濃度は４〜１０％、(NH4)2Ce(NO3)6の濃度は１０〜１５％であることが好ましい。
ここで、エッチング液はクロムをエッチングするに用いられるエッチング液であって、例えば、HNO3／(NH4)2Ce(NO3)6／H2Oを挙げられ、このとき、HNO3の濃度は４〜１０％、(NH4)2Ce(NO3)6の濃度は１０〜１５％であることが好ましい。
次いで、データパターン６００、６１０、６２０、６３０をマスクにして露出されているドーピングされた非晶質シリコン層５００をプラズマ乾式エッチングしてゲート電極２１０を中心に両側に分離させる一方、両ドーピングされた非晶質シリコン層５１０、５２０の間の非晶質シリコン層４００を露出させる。
しかしながら、ドーピングされた非晶質シリコン層５００をエッチングするための乾式エッチング用気体はモリブデン−タングステン合金膜を容易にエッチングさせるので、モリブデン−タングステン合金膜のエッチング比が１００オングストローム/min以下になるように気体を選択しなければならない。ハロゲン化水素気体とCF4、CHF3、CHClF2、CH3FおよびC2F6のうち、少なくとも一つの気体がこれに適合し、非晶質シリコン層４００の表面を安定化するために水素(H2)プラズマ工程を選択的にさらに行なうことができる。
この特性については実験例５ないし７において詳細に説明する。
この特性については実験例５ないし７において詳細に説明する。
図１５に示すように、保護膜７００を０．１〜１．０μｍの厚さで積層した後、第４マスクを用いて絶縁膜３００と共にホトエッチングし、ゲートパッド２２０上層のモリブデン−タングステン合金膜２２２、ドレイン電極６２０およびデータパッド６３０を露出させる接触孔７２０、７１０、７３０を形成する。
データパターンを形成するとき、ゲート補助パッド部６４０をさらに形成し、保護膜７００の接触孔７４０をさらに形成し図１０のような構造で形成することができる。
データパターンを形成するとき、ゲート補助パッド部６４０をさらに形成し、保護膜７００の接触孔７４０をさらに形成し図１０のような構造で形成することができる。
ここで、接触孔を形成する過程について詳細に説明する。
第４マスクを用いる写真工程においては接触孔７２０、７１０、７３０、７４０に対応する位置に開口部を有するホトレジストを保護膜７００の上部に形成し、これをマスクにしてプラズマ乾式エッチング方法で保護膜７００およびゲート絶縁層３００の窒化シリコン膜をエッチングする。
第４マスクを用いる写真工程においては接触孔７２０、７１０、７３０、７４０に対応する位置に開口部を有するホトレジストを保護膜７００の上部に形成し、これをマスクにしてプラズマ乾式エッチング方法で保護膜７００およびゲート絶縁層３００の窒化シリコン膜をエッチングする。
接触孔７２０、７１０、７３０、７４０のフレームの傾斜を緩やかにするためには保護膜７００およびゲート絶縁層３００だけではなく、これを覆っているホトレジスト９００もエッチングしなければならない。このため、プラズマ乾式エッチング方法においては酸素量を増加させるか高周波電源においてSF6＋HCl(＋He)またはSF6＋Cl2(＋He)を用いられる。しかしながら、保護膜７００およびゲート絶縁層３００の窒化シリコンとホトレジスト９００に対し２５００〜３０００オングストローム／min程度のエッチング比を有するSF6＋HCl(＋He)またはSF6＋Cl2(＋He)を用いる場合、このガスは窒化シリコン膜下部のゲートパッド２２０およびデータパターン６２０、６３０、６４０のモリブデン膜またはモリブデン−タングステン合金膜に対し２０００オングストローム／min程度のエッチング比を有するので、選択的なエッチングが容易でなくて露出される窒化シリコン膜だけではなく、その下部のモリブデン膜またはモリブデン−タングステン合金膜もエッチングし易い。
特に、エッチングされる膜の厚さの差異により接触孔７１０、７３０、７４０の下部のモリブデン−タングステン合金膜が過度にエッチングされる。すなわち、ゲートパッド２２０の上部にはゲート絶縁層３００と保護膜９００があるがデータパターン６２０、６３０、６４０の上部には保護膜９００のみがあるため、まずデータパターン６２０、６３０、６４０のモリブデン−タングステン合金膜が露出される。
これを解決するためには、モリブデン膜またはモリブデン−タングステン合金膜がエッチングされない条件を適用しなければならないし、このためにはモリブデン膜またはモリブデン−タングステン合金膜に対し４００オングストローム／min以下のエッチング比を有する乾式エッチング用ガスであるCF4＋O2を用いられる。CF4＋O2に対するホトレジスト９００のエッチング比は１０００オングストローム／min以下であり、窒化シリコン膜のエッチング比は６０００〜１００００オングストローム／minであるので、経時変化に従ってホトレジスト９００の下部において窒化シリコン膜の側面部がエッチングされる量が増加してアンダーカットが発生し、このため、窒化シリコンのエッチングプロファイルを悪くなる。しかしながら、CF4＋O2だけでエッチングしてもエッチング時間を縮小することにより、エッチングプロファイルを改善できる。このとき、CF4とO2との比率は、１０：４以下とすることが好ましい。
一方、これをより改善するための方法として２段階または３段階のエッチングを行なうことができる。
図１６（ａ）・（ｂ）及び図１７（ａ）・（ｂ）は、２段階のエッチング工程を行なった場合であり、図１８（ａ）から図１８（ｃ）まで、図１９（ａ）から図１９（ｃ）まで、図２０（ａ）から図２０（ｃ）、図２１（ａ）〜図２１（ｃ）までは、３段階のエッチング工程を行なった場合である。
図１６（ａ）・（ｂ）、図１８（ａ）から図１８（ｃ）までおよび図２０（ａ）から図２０（ｃ）までは、ゲートパッド２２０を覆う保護膜７００およびゲート絶縁層３００をエッチングして接触孔７１０、７３０、７４０を形成する工程を示す断面図であり、図１７（ａ）・（ｂ）、図１９（ａ）から図１９（ｃ）まで及び図２１（ａ）から図２１（ｃ）までは、データパターン６２０、６３０、６４０を覆う保護膜７００をエッチングして接触孔７２０を形成する工程を示す断面図である。
まず、開口部を有するホトレジスト９００を保護膜７００の上部に形成する。次いで、ホトレジスト９００と保護膜７００およびゲート絶縁層３００の窒化シリコン膜のエッチング選択比がほぼ１：１．５であるエッチング用ガスを用いてデータパターン６２０、６３０、６４０のモリブデン−タングステン合金膜が露出されるまでエッチングする（図１６（ａ）・図１７（ａ）参照）。かかるエッチング用ガスは前述したSF6＋HCl(＋He)またはSF6＋Cl2(＋He)が好ましい。このとき、データパターン６２０、６３０、６４０のモリブデン−タングステン合金膜もSF6＋HClまたはSF6＋Cl2に対し２０００オングストローム/min程度のエッチング比を有するので一部がエッチングされ得る。このようにすると、接触孔７１０、７２０、７３０、７４０のフレームの傾斜角は３０〜８０°程度になる。
図１６（ａ）・（ｂ）及び図１７（ａ）・（ｂ）は、２段階のエッチング工程を行なった場合であり、図１８（ａ）から図１８（ｃ）まで、図１９（ａ）から図１９（ｃ）まで、図２０（ａ）から図２０（ｃ）、図２１（ａ）〜図２１（ｃ）までは、３段階のエッチング工程を行なった場合である。
図１６（ａ）・（ｂ）、図１８（ａ）から図１８（ｃ）までおよび図２０（ａ）から図２０（ｃ）までは、ゲートパッド２２０を覆う保護膜７００およびゲート絶縁層３００をエッチングして接触孔７１０、７３０、７４０を形成する工程を示す断面図であり、図１７（ａ）・（ｂ）、図１９（ａ）から図１９（ｃ）まで及び図２１（ａ）から図２１（ｃ）までは、データパターン６２０、６３０、６４０を覆う保護膜７００をエッチングして接触孔７２０を形成する工程を示す断面図である。
まず、開口部を有するホトレジスト９００を保護膜７００の上部に形成する。次いで、ホトレジスト９００と保護膜７００およびゲート絶縁層３００の窒化シリコン膜のエッチング選択比がほぼ１：１．５であるエッチング用ガスを用いてデータパターン６２０、６３０、６４０のモリブデン−タングステン合金膜が露出されるまでエッチングする（図１６（ａ）・図１７（ａ）参照）。かかるエッチング用ガスは前述したSF6＋HCl(＋He)またはSF6＋Cl2(＋He)が好ましい。このとき、データパターン６２０、６３０、６４０のモリブデン−タングステン合金膜もSF6＋HClまたはSF6＋Cl2に対し２０００オングストローム/min程度のエッチング比を有するので一部がエッチングされ得る。このようにすると、接触孔７１０、７２０、７３０、７４０のフレームの傾斜角は３０〜８０°程度になる。
次に、図１６（ｂ）および図１７（ｂ）からみるように、残っているゲートパッド２２０上部のゲート絶縁膜３００を窒化シリコンとモリブデン−タングステン合金のエッチング選択比がほぼ１５：１以上である気体条件を適用して乾式エッチングする。このとき、窒化シリコン膜７００、３００の側面部も一部エッチングされる。ホトレジストは多少エッチングしてもかかる気体の例としては前述したCF4＋O2を挙げられる。
次に、３段階で接触孔を形成する方法について説明する。３段階で形成する方法においては、途中に高分子膜を全面に形成する過程をたどるが、ここでは次のような二つの方法が可能である。
まず、図１８（ａ）から図１８（ｃ）および図１９（ａ）から図１９（ｃ）を参照して３段階で接触孔を形成する方法について説明する。
第１段階においては図１８（ａ）および図１９（ａ）からみてもわかるように、SF6＋HCl(＋He)またはSF6＋Cl2(＋He)のガスを用いてホトレジスト９００と窒化シリコン膜７００、３００を順にエッチングする。このとき、エッチング工程はデータパターン６２０、６３０、６４０のモリブデン−タングステン合金膜が完全に露出されるまで行なう。このとき、モリブデン−タングステン合金膜の一部がエッチングされ得るが、これはゲートパッド２２０の上部に残留するゲート絶縁層３００の厚さを最小化して第３段階においてゲート絶縁層３００のエッチングのために適用する時間を最小化するためである。
次に、第２段階においては図１８（ｂ）および図１９（ｂ）からみるように、四フッ化炭素(CF4)と水素(H2)または塩化水素(HCl)を混合するガスをプラズマ状態で反応させて露出されたホトレジスト９００および窒化シリコン膜７００、３００の表面上部に高分子(polymer)膜１０００を形成する。かかる高分子膜１０００は乾式エッチングを行なう場合、保護膜７００およびゲート絶縁層３００の側面部がエッチングされるのを減少させる役割をする。
第３段階においては、図１８（ｃ）および図１９（ｃ）からみるように、モリブデン膜またはモリブデン−タングステン合金膜６２０、６３０、６４０と窒化シリコン膜３００、７００とのエッチング選択比が１：１５以上の高い条件を有する乾式エッチング用ガス条件を適用してゲートパッド２２０上部の残っている窒化シリコン膜３００をエッチングして接触孔を完成する。このとき、用いる気体としてはホトレジスト９００がよくエッチングしなくてもCF4＋O2が適切で、窒化シリコン膜７００、３００の側面部もエッチングされる。しかしながら、この気体のモリブデン−タングステン合金膜のエッチング比は３００オングストローム／min程度であるので、ゲートパッド２２０が露出されるまでエッチングしてもデータパターン６２０、６３０、６４０のモリブデン−タングステン合金膜はほとんどエッチングされない。また、高分子膜１０００が形成されているため、ゲートパッド２２０上部のゲート絶縁層３００の平面部に比べゲート絶縁層３００および保護膜７００の側面部のエッチング速度がさらに小さくなるので、接触孔７１０、７２０、７３０、７４０の側面部は緩やかな傾斜角を有するプロファイルが形成される。
ここで、保護膜７００とゲート絶縁層３００のエッチング比がCF4＋O2条件において異なるように現われるが、これは同一の窒化シリコンであっても形成する過程において膜の特性を異にして形成するためである。
まず、図１８（ａ）から図１８（ｃ）および図１９（ａ）から図１９（ｃ）を参照して３段階で接触孔を形成する方法について説明する。
第１段階においては図１８（ａ）および図１９（ａ）からみてもわかるように、SF6＋HCl(＋He)またはSF6＋Cl2(＋He)のガスを用いてホトレジスト９００と窒化シリコン膜７００、３００を順にエッチングする。このとき、エッチング工程はデータパターン６２０、６３０、６４０のモリブデン−タングステン合金膜が完全に露出されるまで行なう。このとき、モリブデン−タングステン合金膜の一部がエッチングされ得るが、これはゲートパッド２２０の上部に残留するゲート絶縁層３００の厚さを最小化して第３段階においてゲート絶縁層３００のエッチングのために適用する時間を最小化するためである。
次に、第２段階においては図１８（ｂ）および図１９（ｂ）からみるように、四フッ化炭素(CF4)と水素(H2)または塩化水素(HCl)を混合するガスをプラズマ状態で反応させて露出されたホトレジスト９００および窒化シリコン膜７００、３００の表面上部に高分子(polymer)膜１０００を形成する。かかる高分子膜１０００は乾式エッチングを行なう場合、保護膜７００およびゲート絶縁層３００の側面部がエッチングされるのを減少させる役割をする。
第３段階においては、図１８（ｃ）および図１９（ｃ）からみるように、モリブデン膜またはモリブデン−タングステン合金膜６２０、６３０、６４０と窒化シリコン膜３００、７００とのエッチング選択比が１：１５以上の高い条件を有する乾式エッチング用ガス条件を適用してゲートパッド２２０上部の残っている窒化シリコン膜３００をエッチングして接触孔を完成する。このとき、用いる気体としてはホトレジスト９００がよくエッチングしなくてもCF4＋O2が適切で、窒化シリコン膜７００、３００の側面部もエッチングされる。しかしながら、この気体のモリブデン−タングステン合金膜のエッチング比は３００オングストローム／min程度であるので、ゲートパッド２２０が露出されるまでエッチングしてもデータパターン６２０、６３０、６４０のモリブデン−タングステン合金膜はほとんどエッチングされない。また、高分子膜１０００が形成されているため、ゲートパッド２２０上部のゲート絶縁層３００の平面部に比べゲート絶縁層３００および保護膜７００の側面部のエッチング速度がさらに小さくなるので、接触孔７１０、７２０、７３０、７４０の側面部は緩やかな傾斜角を有するプロファイルが形成される。
ここで、保護膜７００とゲート絶縁層３００のエッチング比がCF4＋O2条件において異なるように現われるが、これは同一の窒化シリコンであっても形成する過程において膜の特性を異にして形成するためである。
第２方法としては、モリブデン膜またはモリブデン−タングステン合金膜と窒化シリコン膜とのエッチング選択比が１：１５以上に高い条件を有するプラズマ乾式エッチングを行なう途中に高分子膜を形成する段階をさらに含んで３回の工程を行なうのである。
まず、図２０（ａ）および図２１（ａ）からみるように、CF4＋O2ガスを用いてデータパターン６２０、６３０、６４０のモリブデン−タングステン合金膜が露出されるまでエッチングして接触孔７１０、７３０、７４０を形成する。
次いで、第２段階においては前述した方法と同様に、四フッ化炭素(CF4)と水素(H2)または塩化水素(HCl)を混合するガスをプラズマ状態で反応させて露出されたホトレジスト９００および窒化シリコン膜７００、３００表面の上部に高分子膜１０００を形成する（図２０（ｂ）および図２１（ｂ）参照）。かかる高分子膜１０００は同様に、窒化シリコン膜７００、３００が側面にエッチングされるのを遅延させる役割をする。また、ホトレジスト９００はイオンが側面部に向くのを妨害するため、側面部のエッチングが遅延される効果を高める。
第３段階においては、第１段階と同一に行い接触孔を完成する（図２０（ｃ）および図２１（ｃ）参照）。
かかる第２方法においては乾式エッチング用ガスを一つの条件に適用するため、第１方法より工程適用が簡単である。
まず、図２０（ａ）および図２１（ａ）からみるように、CF4＋O2ガスを用いてデータパターン６２０、６３０、６４０のモリブデン−タングステン合金膜が露出されるまでエッチングして接触孔７１０、７３０、７４０を形成する。
次いで、第２段階においては前述した方法と同様に、四フッ化炭素(CF4)と水素(H2)または塩化水素(HCl)を混合するガスをプラズマ状態で反応させて露出されたホトレジスト９００および窒化シリコン膜７００、３００表面の上部に高分子膜１０００を形成する（図２０（ｂ）および図２１（ｂ）参照）。かかる高分子膜１０００は同様に、窒化シリコン膜７００、３００が側面にエッチングされるのを遅延させる役割をする。また、ホトレジスト９００はイオンが側面部に向くのを妨害するため、側面部のエッチングが遅延される効果を高める。
第３段階においては、第１段階と同一に行い接触孔を完成する（図２０（ｃ）および図２１（ｃ）参照）。
かかる第２方法においては乾式エッチング用ガスを一つの条件に適用するため、第１方法より工程適用が簡単である。
また、第１方法においては、SF6＋HCl(＋He)またはSF6＋Cl2(＋He)のガスを用いて第１段階のエッチング工程においてホトレジスト９００と窒化シリコン膜７００、３００を同様の程度にエッチングするため、保護膜７００の側面部に形成された高分子膜１０００が乾式エッチング気体の衝突で直接露出される。しかしながら、第２方法の第１段階のエッチング工程においては、CF4＋O2ガスはホトレジスト９００に対し１０００オングストローム／min以下のエッチング比を有するので、図２１（ｃ）に示すように、保護膜７００はホトレジスト９００の下部においてアンダーカットが発生する。これに従い、図１７Ｃに示すように、第３段階工程においてCF4＋O2ガスを用いて窒化シリコン膜７００、３００をエッチングするとき、ホトレジスト９００は保護膜７００の側面部に形成された高分子膜１０００がエッチングガスに直接露出されるのを防止する。このため、第２方法においては、ホトレジスト９００は保護膜７００の側面部がエッチングされるのを防止する効果を高めることができる。
前述したプラズマエッチング方法において、モリブデン−タングステン合金膜がエッチングされるのを最大限防止するため、CF4に対するO2の比率は４／１０以下とすることが好ましい。
また、CF4に対するO2の比率が４／１０以下である場合には１段階で接触孔７１０、７２０、７３０、７４０を同時に形成することができる。
かかる方法は表示装置の製造方法において金属膜上の絶縁膜の厚さが異なるため、厚さが薄い側の接触孔の下方の金属膜がエッチングされるのを防止し、接触孔の側面を緩やかな傾斜角でエッチングするための工程においてはすべて可能である。
例えば、第１金属膜、第１絶縁膜、第２金属膜および第２絶縁膜が連続形成されている構造において、第２絶縁膜下部の第２金属膜を露出させる第１接触孔と第２および第１絶縁膜下部の第１金属膜を露出させる第２接触孔を同時に形成するとき適用できる。
つまり、ホトレジストと絶縁膜に対し１ないし１．５倍のエッチング比を有するエッチング条件で絶縁膜の側面部が傾斜されるようにエッチングし、絶縁膜と金属膜とのエッチング選択比が１５：１以上であるエッチング条件で接触孔を完成する。このとき、高分子膜を形成する工程を追加して絶縁膜が側面にエッチングされるのを防止する。
このとき、データパッド６３０を二重膜で形成しアルミニウム膜またはアルミニウム合金膜を上部膜で形成する場合、以後に形成されるＩＴＯとの接触を防止するため、アルミニウム膜またはアルミニウム合金膜を除去することにする。
また、CF4に対するO2の比率が４／１０以下である場合には１段階で接触孔７１０、７２０、７３０、７４０を同時に形成することができる。
かかる方法は表示装置の製造方法において金属膜上の絶縁膜の厚さが異なるため、厚さが薄い側の接触孔の下方の金属膜がエッチングされるのを防止し、接触孔の側面を緩やかな傾斜角でエッチングするための工程においてはすべて可能である。
例えば、第１金属膜、第１絶縁膜、第２金属膜および第２絶縁膜が連続形成されている構造において、第２絶縁膜下部の第２金属膜を露出させる第１接触孔と第２および第１絶縁膜下部の第１金属膜を露出させる第２接触孔を同時に形成するとき適用できる。
つまり、ホトレジストと絶縁膜に対し１ないし１．５倍のエッチング比を有するエッチング条件で絶縁膜の側面部が傾斜されるようにエッチングし、絶縁膜と金属膜とのエッチング選択比が１５：１以上であるエッチング条件で接触孔を完成する。このとき、高分子膜を形成する工程を追加して絶縁膜が側面にエッチングされるのを防止する。
このとき、データパッド６３０を二重膜で形成しアルミニウム膜またはアルミニウム合金膜を上部膜で形成する場合、以後に形成されるＩＴＯとの接触を防止するため、アルミニウム膜またはアルミニウム合金膜を除去することにする。
最後に、図１１に示すように、０．０３〜０．２μｍの厚さでＩＴＯを積層し第５マスクを用いて乾式エッチングし、接触孔７１０、７３０を通じてそれぞれドレイン電極６２０およびデータパッド６３０と接続される画素電極８００およびデータパッド用ＩＴＯ電極８２０、そして接触孔７２０を通じてゲートパッド２２０と接続されるゲートパッド用ＩＴＯ電極８１０からなるＩＴＯパターンを形成する。
ここで、図１０でのように、ゲート補助パッド部６４０と接触孔７４０を追加する場合、ゲートパッド用ＩＴＯ電極８１０をゲート補助パッド部６４０まで延長されるように形成する。
もし、ゲートパッド２２０の上層をアルミニウム膜またはアルミニウム合金膜を用いるとゲートパッド用ＩＴＯ電極８１０が直接接触して酸化反応が起こるため、ゲートパッドが不良になりやすいが、これはゲートパッド２２０の上層としてモリブデン合金膜を用いるとよい。
ここで、図１０でのように、ゲート補助パッド部６４０と接触孔７４０を追加する場合、ゲートパッド用ＩＴＯ電極８１０をゲート補助パッド部６４０まで延長されるように形成する。
もし、ゲートパッド２２０の上層をアルミニウム膜またはアルミニウム合金膜を用いるとゲートパッド用ＩＴＯ電極８１０が直接接触して酸化反応が起こるため、ゲートパッドが不良になりやすいが、これはゲートパッド２２０の上層としてモリブデン合金膜を用いるとよい。
次に、図２２および図２３を参照して本発明の第２の実施の形態に従う薄膜トランジスタ基板の構造について説明する。
図２３は、図２２においてXIX−XIX’線の断面図であり、図９から図１１と同一符号は同様の機能を示す。
基板１００上にゲート線２００およびその分枝であるゲート電極２１０、そしてゲート線２００の端部に形成されているゲートパッド２２０からなるゲートパターンが形成されている。ゲートパターンはモリブデン−タングステン合金の単一膜からなり、ゲートパッド２２０は外部からの走査信号をゲート線２００に伝達する。
図２３は、図２２においてXIX−XIX’線の断面図であり、図９から図１１と同一符号は同様の機能を示す。
基板１００上にゲート線２００およびその分枝であるゲート電極２１０、そしてゲート線２００の端部に形成されているゲートパッド２２０からなるゲートパターンが形成されている。ゲートパターンはモリブデン−タングステン合金の単一膜からなり、ゲートパッド２２０は外部からの走査信号をゲート線２００に伝達する。
ゲートパターン２００、２１０、２２０上にはゲート絶縁層３００が形成されており、このゲート絶縁層３００はゲートパッド２２０上部を露出させる接触孔７２０を有している。ゲート絶縁層３００上には水素化非晶質シリコン層４００が形成されている。水素化非晶質シリコン層４００はゲート電極２１０に該当する位置に形成されて薄膜トランジスタの活性層に機能しており、延長されて縦に長く形成されている。
非晶質シリコン層４００上にはｎ形不純物が高濃度でドーピングされた水素化非晶質シリコン層５１０、５２０が形成されている。その上にはモリブデン−タングステン合金膜からなるデータパターン６１０、６２０が形成されており、ドーピングされた非晶質シリコン層５１０、５２０とデータパターン６１０、６２０は同一形状に形成されている。これら二つの層はそれぞれゲート電極２１０に対し二つの部分（５１０、６１０：５２０、６２０）に分けられており、非晶質シリコン層４００の形状に沿い形成されている。
データパターン６１０、６２０上にはＩＴＯなどの透明な導電物質からなる透明な導電層８３０、８４０が形成されており、この中で、一部８３０はデータパターンおよびドーピングされた非晶質シリコン層５１０のパターンに従い形成されており、他の一部８４０はデータパターン６２０を覆い画素の中央部分に延長されて画素電極になる。
最後に、ＩＴＯパターン８３０、８４０およびＩＴＯパターンで覆われないゲート絶縁層３００上には保護膜７００が形成されており、この保護膜７００にはゲートパッド２２０および透明な導電層８３０の端部を露出させる接触孔７２０、７３０がそれぞれ形成されている。
以下、添付図面を参照して図２２および図２３に示す薄膜トランジスタ基板の製造方法について詳細に説明する。
図２４（ａ）から図２４（ｃ）は、図２２および図２３に示す薄膜トランジスタ基板の製造方法をその工程順序に従い示す断面図であり、４枚のマスクを用いた製造方法である。
図２４（ａ）に示すように、透明な絶縁基板１００上に０．１〜２．０μｍの厚さでモリブデン−タングステン合金膜を積層し第１マスクを用いて写真工程を行いゲート線２００、ゲート電極２１０およびゲートパッド２２０を含むゲートパターンを形成する。
ここで、モリブデン−タングステン合金膜は原子百分率０．０１％以上２０％未満のタングステン(Ｗ)と残りのモリブデン(Ｍｏ)からなり、タングステン含有率は原子百分率９〜１１％であることが好ましい。また、アルミニウムエッチング液、例えばCH3COOH／HNO3／H3PO4／H2Oなどを用い、HNO3の含量は好ましくは８〜１４％の範囲である。
また、ゲートパターンはモリブデン−タングステン合金膜にアルミニウム膜またはアルミニウム合金を追加して二重膜で形成することができ、これらのうち、一つの物質を蒸着して単一膜で形成することができる。
ここで、アルミニウム合金膜を用いる場合、アルミニウム合金膜はアルミニウムと５％以下の希土類金属または転移金属からなる。
図２４（ａ）から図２４（ｃ）は、図２２および図２３に示す薄膜トランジスタ基板の製造方法をその工程順序に従い示す断面図であり、４枚のマスクを用いた製造方法である。
図２４（ａ）に示すように、透明な絶縁基板１００上に０．１〜２．０μｍの厚さでモリブデン−タングステン合金膜を積層し第１マスクを用いて写真工程を行いゲート線２００、ゲート電極２１０およびゲートパッド２２０を含むゲートパターンを形成する。
ここで、モリブデン−タングステン合金膜は原子百分率０．０１％以上２０％未満のタングステン(Ｗ)と残りのモリブデン(Ｍｏ)からなり、タングステン含有率は原子百分率９〜１１％であることが好ましい。また、アルミニウムエッチング液、例えばCH3COOH／HNO3／H3PO4／H2Oなどを用い、HNO3の含量は好ましくは８〜１４％の範囲である。
また、ゲートパターンはモリブデン−タングステン合金膜にアルミニウム膜またはアルミニウム合金を追加して二重膜で形成することができ、これらのうち、一つの物質を蒸着して単一膜で形成することができる。
ここで、アルミニウム合金膜を用いる場合、アルミニウム合金膜はアルミニウムと５％以下の希土類金属または転移金属からなる。
次に、窒化シリコンからなる０．２〜１．０μｍの厚さでゲート絶縁層３００、０．１〜０．３μｍの厚さで水素化非晶質シリコン層４００、０．０１５〜０．１５μｍの厚さでＮ形高濃度不純物でドーピングされた水素化非晶質シリコン層５００および厚さ０．３〜２．０μｍでモリブデンまたはモリブデン−タングステン合金６００を順に積層し、第２マスクを用いて図２４（ｂ）に示すように、モリブデン−タングステン合金膜６００、ドーピングされた非晶質シリコン層５００および非晶質シリコン層４００を順にパターニングする。
モリブデンまたはモリブデン−タングステン合金膜６００の代わりに、クロム、モリブデンまたはモリブデン合金のうち、一つの単一膜またはこれらを組み合わせた二重膜で形成することができる。また、抵抗を低めるためにアルミニウム膜またはアルミニウム合金膜を追加することができる。
ここで、モリブデン−タングステン合金膜６００の代わりに、下部膜はクロム膜、上部膜はモリブデン−タングステン合金膜で形成する場合、同一のエッチング条件で上部膜と下部膜とを順にエッチングしてテーパ形状に加工することができる。
このとき、前述したエッチング条件が湿式エッチングであると、エッチング液はクロムをエッチングするに用いられるエッチング液であって、例えば、HNO3／(NH4)2Ce(NO3)6／H2Oを挙げられ、このとき、HNO3の濃度は４〜１０％、(NH4)2Ce(NO3)6の濃度は１０〜１５％であることが好ましい。
モリブデンまたはモリブデン−タングステン合金膜６００の代わりに、クロム、モリブデンまたはモリブデン合金のうち、一つの単一膜またはこれらを組み合わせた二重膜で形成することができる。また、抵抗を低めるためにアルミニウム膜またはアルミニウム合金膜を追加することができる。
ここで、モリブデン−タングステン合金膜６００の代わりに、下部膜はクロム膜、上部膜はモリブデン−タングステン合金膜で形成する場合、同一のエッチング条件で上部膜と下部膜とを順にエッチングしてテーパ形状に加工することができる。
このとき、前述したエッチング条件が湿式エッチングであると、エッチング液はクロムをエッチングするに用いられるエッチング液であって、例えば、HNO3／(NH4)2Ce(NO3)6／H2Oを挙げられ、このとき、HNO3の濃度は４〜１０％、(NH4)2Ce(NO3)6の濃度は１０〜１５％であることが好ましい。
次に、図２４（ｃ）に示すように、透明な導電物質であるＩＴＯを０．０３〜０．２μｍの厚さで積層した後、第３マスクを用いて透明な導電層８３０、８４０を写真工程でパターニングする。その後、透明な導電層８３０、８４０をマスクにして露出されたモリブデン−タングステン合金膜６００およびドーピングされた非晶質シリコン層５００をそれぞれ湿式および乾式エッチングしてデータパターン６１０、６２０およびコンタクト層としてドーピングされた非晶質シリコン層５１０、５２０を形成する。
このとき、データパターン６１０、６２０が透明な導電層８３０、８４０により覆われているため、エッチングするための気体としては必ずハロゲン化水素とCF4、CHF3、CHClF2、CH3FおよびC2F6を用いなくてもよい。
このとき、データパターン６１０、６２０が透明な導電層８３０、８４０により覆われているため、エッチングするための気体としては必ずハロゲン化水素とCF4、CHF3、CHClF2、CH3FおよびC2F6を用いなくてもよい。
図２３に示すように、保護膜７００を０．１〜１．０μｍの厚さで積層した後、第４マスクを用いてゲート絶縁層３００と共にホトエッチングし、ゲートパッド２２０およびデータパターン６１０の端部に対応する透明な導電層８３０上部を露出させる接触孔７２０、７３０を形成する。
以下、実験例１ないし実験例７について詳細に説明する。
実験例１
実験例１はモリブデン膜またはモリブデン−タングステン合金膜の蒸着特性に関するものである。
実験例１においては原子百分率１０at％のタングステンを含むモリブデン−タングステン合金を基板１００の上部に蒸着した。このとき、蒸着温度は１５０℃程度である。
図２５はモリブデン−タングステン合金の蒸着圧力と応力との関係を示すグラフである。
図２５に示すように、モリブデン−タングステン合金膜の応力は蒸着圧力２〜７mtorrの変化に従い圧縮力−３．０＊１０9程度から引張力６．０＊１０9まで変化する。従って、モリブデン−タングステン合金膜の蒸着の際基板が歪まないようにモリブデン−タングステン合金膜の応力を調節できるので、モリブデン−タングステン合金膜の金属配線は大画面および高精細の液晶表示装置に使用の際にさらに有利である。
このように、モリブデン−タングステン合金膜を液晶表示装置の配線に用いると、小さい基板に適用でき、３７０＊４７０mm2以上の大きさを有する基板にも適用できる。また、配線の厚さは０．３〜２．０μｍ程度の範囲で、配線の幅は３．０〜１０．０μｍ程度の範囲で形成することが好ましい。
実験例１
実験例１はモリブデン膜またはモリブデン−タングステン合金膜の蒸着特性に関するものである。
実験例１においては原子百分率１０at％のタングステンを含むモリブデン−タングステン合金を基板１００の上部に蒸着した。このとき、蒸着温度は１５０℃程度である。
図２５はモリブデン−タングステン合金の蒸着圧力と応力との関係を示すグラフである。
図２５に示すように、モリブデン−タングステン合金膜の応力は蒸着圧力２〜７mtorrの変化に従い圧縮力−３．０＊１０9程度から引張力６．０＊１０9まで変化する。従って、モリブデン−タングステン合金膜の蒸着の際基板が歪まないようにモリブデン−タングステン合金膜の応力を調節できるので、モリブデン−タングステン合金膜の金属配線は大画面および高精細の液晶表示装置に使用の際にさらに有利である。
このように、モリブデン−タングステン合金膜を液晶表示装置の配線に用いると、小さい基板に適用でき、３７０＊４７０mm2以上の大きさを有する基板にも適用できる。また、配線の厚さは０．３〜２．０μｍ程度の範囲で、配線の幅は３．０〜１０．０μｍ程度の範囲で形成することが好ましい。
実験例２ないし実験例４はクロムとモリブデンまたはモリブデン−タングステン合金膜を含む構造のエッチング比およびエッチングプロファイルに関するものである。
実験例２
実験例２においてはモリブデン膜またはモリブデン−タングステン合金膜のエッチング比を測定した。
図２６はタングステン(Ｗ)の含有量に従うクロムエッチング液HNO3／(NH4)2Ce(NO3)6／H2Oに対するモリブデン−タングステン合金のエッチング比の特性を示すものである。
同図からわかるように、タングステン含有量が０％であるとエッチング比は２５０オングストローム/sec程度に非常に大きく現れるが、タングステン含有量が１０％であるとエッチング比は１００オングストローム/sec程度に現れる。また、タングステン含有量が１５〜２５％である場合には８０〜４０オングストローム/sec程度に低下することがわかる。
一方、クロムはHNO3(４〜１０％)：(NH4)2Ce(NO3)6(１０〜１５％)：H2Oからなるクロムエッチング液に対し４０〜６０オングストローム/sec程度のエッチング比を有するので、これより大きいエッチング比を有するモリブデン−タングステン合金膜をクロム膜の上部に形成すると緩やかな傾斜角を有する二重膜配線を得られる。
実験例２
実験例２においてはモリブデン膜またはモリブデン−タングステン合金膜のエッチング比を測定した。
図２６はタングステン(Ｗ)の含有量に従うクロムエッチング液HNO3／(NH4)2Ce(NO3)6／H2Oに対するモリブデン−タングステン合金のエッチング比の特性を示すものである。
同図からわかるように、タングステン含有量が０％であるとエッチング比は２５０オングストローム/sec程度に非常に大きく現れるが、タングステン含有量が１０％であるとエッチング比は１００オングストローム/sec程度に現れる。また、タングステン含有量が１５〜２５％である場合には８０〜４０オングストローム/sec程度に低下することがわかる。
一方、クロムはHNO3(４〜１０％)：(NH4)2Ce(NO3)6(１０〜１５％)：H2Oからなるクロムエッチング液に対し４０〜６０オングストローム/sec程度のエッチング比を有するので、これより大きいエッチング比を有するモリブデン−タングステン合金膜をクロム膜の上部に形成すると緩やかな傾斜角を有する二重膜配線を得られる。
実験例３
図２７は、下部のクロム膜と上部のモリブデン−タングステン合金膜とからなる二重膜の断面図であり、基板１０００の上部にクロム膜２０００を２０００オングストローム、モリブデン−タングステン合金膜３０００を８００オングストローム程度の厚さで順に蒸着した後、クロムをエッチングするに用いられるエッチング液であるHNO3／(NH4)2Ce(NO3)6／H2Oでエッチングした。このとき、タングステン含有率は２０％である。
図２７に示すように、２０°程度の傾斜角を有するエッチングプロファイルが形成されている。
図２７は、下部のクロム膜と上部のモリブデン−タングステン合金膜とからなる二重膜の断面図であり、基板１０００の上部にクロム膜２０００を２０００オングストローム、モリブデン−タングステン合金膜３０００を８００オングストローム程度の厚さで順に蒸着した後、クロムをエッチングするに用いられるエッチング液であるHNO3／(NH4)2Ce(NO3)6／H2Oでエッチングした。このとき、タングステン含有率は２０％である。
図２７に示すように、２０°程度の傾斜角を有するエッチングプロファイルが形成されている。
実験例４
実験例４においては基板１０００の上部にクロム膜２０００を１５００オングストローム、モリブデン−タングステン合金膜３０００を５００オングストローム程度の厚さで順に蒸着した後、エッチングした。その以外の条件は実験例１と同一である。
図２８は本発明の実験例４に従うクロム膜とモリブデン−タングステン合金膜のエッチングプロファイルを示す断面図である。
実験例４においては図２８に示すように、１２〜１５°程度の傾斜角を有するエッチングプロファイルが形成されている。
かかる実験例からみるとき、データパターンまたはゲートパターンをモリブデン−タングステン合金膜とクロム膜との二重膜を適用する場合、１回の工程を通じて緩やかな傾斜角を有するテーパ加工が可能でかつ低抵抗であるため、大画面の表示装置において有利である。
実験例４においては基板１０００の上部にクロム膜２０００を１５００オングストローム、モリブデン−タングステン合金膜３０００を５００オングストローム程度の厚さで順に蒸着した後、エッチングした。その以外の条件は実験例１と同一である。
図２８は本発明の実験例４に従うクロム膜とモリブデン−タングステン合金膜のエッチングプロファイルを示す断面図である。
実験例４においては図２８に示すように、１２〜１５°程度の傾斜角を有するエッチングプロファイルが形成されている。
かかる実験例からみるとき、データパターンまたはゲートパターンをモリブデン−タングステン合金膜とクロム膜との二重膜を適用する場合、１回の工程を通じて緩やかな傾斜角を有するテーパ加工が可能でかつ低抵抗であるため、大画面の表示装置において有利である。
次に、データパターン６１０、６２０をマスクにしてドーピングされた非晶質シリコン層５００をエッチングする工程について実験例５ないし７において詳細に説明する。
図１５を参照して説明すると、基板１００に蒸着されているゲート電極２１０のうち、下部に形成されているアルミニウム合金膜２２１の厚さは２５００オングストローム程度であり、その上に形成されているモリブデン−タングステン合金膜２２２の厚さは５００オングストローム程度である。また、ゲート絶縁膜３００は４５００オングストローム、非晶質シリコン層４００は２０００オングストローム、ドーピングされた非晶質シリコン層５００は５００オングストローム、データパターン６１０、６２０は４０００オングストロームおよび保護膜７００は３０００オングストローム程度の厚さを有する。ここで、データパターン６１０、６２０はタングステンを含むモリブデン合金またはモリブデンで形成する。
実験例５
実験例５においてはプラズマ乾式エッチング方法を通じてドーピングされた非晶質シリコン層５００をエッチングし、乾式エッチング用気体としてはHCl＋SF6またはCl2＋SF6を用いた。
図２９は本発明の第１の実施の形態に従う薄膜トランジスタの製造方法のうち、実験例５において乾式エッチング用気体に対するＭｏＷのエッチング比を示す表である。同図に示すように、乾式エッチング用気体としてHCl＋SF6を用いる場合、２００〜６１０オングストローム／min程度のエッチング比でデータパターン６１０、６２０のモリブデン合金が多量にエッチングされ、Cl2＋SF6を用いる場合には１５０〜３２０オングストローム／min程度のエッチング比が現われた。
図１５を参照して説明すると、基板１００に蒸着されているゲート電極２１０のうち、下部に形成されているアルミニウム合金膜２２１の厚さは２５００オングストローム程度であり、その上に形成されているモリブデン−タングステン合金膜２２２の厚さは５００オングストローム程度である。また、ゲート絶縁膜３００は４５００オングストローム、非晶質シリコン層４００は２０００オングストローム、ドーピングされた非晶質シリコン層５００は５００オングストローム、データパターン６１０、６２０は４０００オングストロームおよび保護膜７００は３０００オングストローム程度の厚さを有する。ここで、データパターン６１０、６２０はタングステンを含むモリブデン合金またはモリブデンで形成する。
実験例５
実験例５においてはプラズマ乾式エッチング方法を通じてドーピングされた非晶質シリコン層５００をエッチングし、乾式エッチング用気体としてはHCl＋SF6またはCl2＋SF6を用いた。
図２９は本発明の第１の実施の形態に従う薄膜トランジスタの製造方法のうち、実験例５において乾式エッチング用気体に対するＭｏＷのエッチング比を示す表である。同図に示すように、乾式エッチング用気体としてHCl＋SF6を用いる場合、２００〜６１０オングストローム／min程度のエッチング比でデータパターン６１０、６２０のモリブデン合金が多量にエッチングされ、Cl2＋SF6を用いる場合には１５０〜３２０オングストローム／min程度のエッチング比が現われた。
実験例６
図３０は本発明の実験例６に従う薄膜トランジスタの製造方法を示す断面図である。
同図に示すように、ホトレジスト９００をマスクにして湿式エッチング方法を通じてモリブデン合金からなる金属層をパターニングしてデータパターン６１０、６２０を形成した。次いで、データパターン６１０、６２０がエッチングされるのを防止するため、ホトレジスト９００を除去しない状態において、これをマスクにしてドーピングされた非晶質シリコン層５００をエッチングし、乾式エッチング用気体としてはHCl＋SF6を用いた。
従って、ソース／ドレイン電極６１０、６２０はエッチングされなかった。一方、乾式エッチングで硬化しているホトレジスト９００を除去するため、アシング(ashing)工程をさらに行い、非晶質シリコン層４００表面をよくするために水素プラズマ工程を選択的に行なった。
図３１は、本発明の実験例６に従う薄膜トランジスタの特性を示すグラフであって、アシング工程のみを行なう場合と、アシング工程および水素プラズマ工程を行なった場合とについてそれぞれ薄膜トランジスタの特性を測定した結果である。Ｙ軸はソース−ドレイン間の電流(Ａ)をログで示すものであり、Ｘ軸はゲート電圧(Ｖｇ)である。
アシング工程のみを行なった場合と、アシング工程および水素プラズマ工程いずれもを行なった場合とを比較すると、アシング工程で用いられる酸素気体により非晶質シリコン層４００の表面が酸化されるため、薄膜トランジスタの特性が劣化された。また、水素プラズマ工程をさらに行なうことにより、非晶質シリコン層４００表面の酸化を除去でき、オフ電流が低くなることがわかる。
図３０は本発明の実験例６に従う薄膜トランジスタの製造方法を示す断面図である。
同図に示すように、ホトレジスト９００をマスクにして湿式エッチング方法を通じてモリブデン合金からなる金属層をパターニングしてデータパターン６１０、６２０を形成した。次いで、データパターン６１０、６２０がエッチングされるのを防止するため、ホトレジスト９００を除去しない状態において、これをマスクにしてドーピングされた非晶質シリコン層５００をエッチングし、乾式エッチング用気体としてはHCl＋SF6を用いた。
従って、ソース／ドレイン電極６１０、６２０はエッチングされなかった。一方、乾式エッチングで硬化しているホトレジスト９００を除去するため、アシング(ashing)工程をさらに行い、非晶質シリコン層４００表面をよくするために水素プラズマ工程を選択的に行なった。
図３１は、本発明の実験例６に従う薄膜トランジスタの特性を示すグラフであって、アシング工程のみを行なう場合と、アシング工程および水素プラズマ工程を行なった場合とについてそれぞれ薄膜トランジスタの特性を測定した結果である。Ｙ軸はソース−ドレイン間の電流(Ａ)をログで示すものであり、Ｘ軸はゲート電圧(Ｖｇ)である。
アシング工程のみを行なった場合と、アシング工程および水素プラズマ工程いずれもを行なった場合とを比較すると、アシング工程で用いられる酸素気体により非晶質シリコン層４００の表面が酸化されるため、薄膜トランジスタの特性が劣化された。また、水素プラズマ工程をさらに行なうことにより、非晶質シリコン層４００表面の酸化を除去でき、オフ電流が低くなることがわかる。
実験例７
実験例７においては乾式エッチング用気体HCl＋CF4を用いてドーピングされた非結晶シリコン層５００を乾式エッチングし、データパターン６１０、６２０上部にホトレジストを形成しない状態で行なった。また、アシング工程および水素プラズマ工程は行なわなかった。
図３２は乾式エッチング用気体に対するＭｏＷのエッチング比を示す表である。図３２に示すように、乾式エッチング用気体としてHCl＋CF4を用いる場合、１５〜８０オングストローム／min程度のエッチングでデータパターン６１０、６２０のモリブデン合金がエッチングされた。
かかる結果を実験例５と比較すると、HCl＋SF6またはCl2＋SF6を用いる場合より非常に少ない量がエッチングされることがわかる。
図３３は本発明の実験例７に従う薄膜トランジスタの特性を示すグラフである。図面において、Ｙ軸の左側はソース−ドレイン間の電流(Ａ)であり、右側は素子の特性傾きであり、Ｘ軸はゲート電圧(Ｖｇ)である。
図３３に示すように、アシング工程および水素プラズマ工程を省略してもソース−ドレイン間のオン／オフ電流特性は良好に測定された。
また、ドーピングされた非晶質シリコン層をその上のモリブデンまたはモリブデン−タングステン合金をマスクにしてエッチングするすべての半導体装置の製造方法においてハロゲン化水素気体とCF4、CHF3、CHClF2、CH3FおよびC2F6のうち、少なくとも一つの気体を用いられる。
実験例７においては乾式エッチング用気体HCl＋CF4を用いてドーピングされた非結晶シリコン層５００を乾式エッチングし、データパターン６１０、６２０上部にホトレジストを形成しない状態で行なった。また、アシング工程および水素プラズマ工程は行なわなかった。
図３２は乾式エッチング用気体に対するＭｏＷのエッチング比を示す表である。図３２に示すように、乾式エッチング用気体としてHCl＋CF4を用いる場合、１５〜８０オングストローム／min程度のエッチングでデータパターン６１０、６２０のモリブデン合金がエッチングされた。
かかる結果を実験例５と比較すると、HCl＋SF6またはCl2＋SF6を用いる場合より非常に少ない量がエッチングされることがわかる。
図３３は本発明の実験例７に従う薄膜トランジスタの特性を示すグラフである。図面において、Ｙ軸の左側はソース−ドレイン間の電流(Ａ)であり、右側は素子の特性傾きであり、Ｘ軸はゲート電圧(Ｖｇ)である。
図３３に示すように、アシング工程および水素プラズマ工程を省略してもソース−ドレイン間のオン／オフ電流特性は良好に測定された。
また、ドーピングされた非晶質シリコン層をその上のモリブデンまたはモリブデン−タングステン合金をマスクにしてエッチングするすべての半導体装置の製造方法においてハロゲン化水素気体とCF4、CHF3、CHClF2、CH3FおよびC2F6のうち、少なくとも一つの気体を用いられる。
１ 基板
２ モリブデン−タングステン合金膜
３ アルミニウム合金膜
１００ 基板
２００ ゲート線
２１０ ゲート電極
２２０ ゲートパッド
３００ ゲート絶縁層
４００、５００、５１０、５２０ 非晶質シリコン層
６００ モリブデン−タングステン合金
６４０ ゲート補助パッド
７００ 保護膜
７４０ 接触孔
８１０ ＩＴＯ電極
８３０ 透明な導電層
２ モリブデン−タングステン合金膜
３ アルミニウム合金膜
１００ 基板
２００ ゲート線
２１０ ゲート電極
２２０ ゲートパッド
３００ ゲート絶縁層
４００、５００、５１０、５２０ 非晶質シリコン層
６００ モリブデン−タングステン合金
６４０ ゲート補助パッド
７００ 保護膜
７４０ 接触孔
８１０ ＩＴＯ電極
８３０ 透明な導電層
Claims (20)
- 基板上に原子百分率０．０１％〜２０％未満のタングステンと、残りのモリブデンおよび必須不純物からなるモリブデン合金膜を積層する段階と、
エッチング液を用いて前記モリブデン合金膜をパターニングしてゲート線、ゲートパッドおよびゲート電極を含むゲートパターンを形成する段階と、前記基板上にゲート絶縁膜を積層する段階と、
前記ゲート絶縁膜上部にドーピングしない非晶質シリコン層およびドーピングされた非晶質シリコン層を形成する段階と、
データ線、ソース／ドレイン電極およびデータ線と連結されているデータパッドを含むデータパターンを形成する段階と、
前記データパターンをマスクにして前記ドーピングされた非晶質シリコン層をエッチングする段階と、
保護膜を積層する段階と、
前記保護膜を前記ゲート絶縁膜と共にパターニングして前記ドレイン電極、データパッドおよびゲートパッドの一部が露出されるようにする段階と、
透明な導電膜を積層する段階と、
前記透明な導電膜をエッチングして前記ゲートパッドと接続されるゲート導電膜および前記ドレイン電極と接続される画素電極を形成する段階とを含み、
前記エッチング液はＣＨ ３ ＣＯＯＨ／ＨＮＯ ３ ／Ｈ ３ ＰＯ ４ ／Ｈ ２ ０であり、前記ＨＮＯ ３ は８〜１４％の範囲で含有される表示装置用薄膜トランジスタ基板の製造方法。 - 前記モリブデン合金膜の下部にアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる導電膜を積層する段階をさらに含み、前記モリブデン合金膜をパターニングするとき前記エッチング液を用いて前記導電膜と共にパターニングする請求項１に記載の表示装置用薄膜トランジスタ基板の製造方法。
- アルミニウム合金膜はアルミニウと原子百分率５％以下の希土類金属または遷移金属からなる請求項２に記載の表示装置用薄膜トランジスタ基板の製造方法。
- 前記データパターンはクロム、モリブデンまたはタングステンとモリブデンおよび必須不純物からなるモリブデン合金膜の単一膜またはこれらを組合わせた多重膜で形成される請求項１に記載の表示装置用薄膜トランジスタ基板の製造方法。
- 前記データパターンを前記クロムからなる下部膜と原子百分率０．０１％〜２５％未満のタングステンと、残りのモリブデンおよび必須不純物からなるモリブデン−タングステン合金からなる上部膜からなる二重導電膜で形成する場合、前記二重導電膜をエッチングするエッチング液はＨＮＯ３：（ＮＨ４）２Ｃｅ（ＮＯ３）６：Ｈ２Ｏである請求項４に記載の表示装置用薄膜トランジスタ基板の製造方法。
- 前記ＨＮＯ３濃度は４〜１０％であり、前記（ＮＨ４）２Ｃｅ（ＮＯ３）６濃度は１０〜１５％である請求項５に記載の表示装置用薄膜トランジスタ基板の製造方法。
- 前記データパターンがモリブデンまたはモリブデン−タングステン合金を含み、前記データパターンをマスクにして前記ドーピングされた非晶質シリコン層をハロゲン化水素とＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＨＣｌＦ２、ＣＨ３およびＣ２Ｆ６のうち、少なくとも一つを用いて乾式エッチングする請求項４に記載の表示装置用薄膜トランジスタ基板の製造方法。
- 前記データパターンはモリブデンまたはモリブデン−タングステン合金で形成し、前記ドレイン電極、データパッドおよび前記ゲートパッドの一部が露出されるようにする段階は、
前記保護膜上部にホトレジスト膜を塗布し、前記ゲートパッド、データパッドおよびドレイン電極に対応する位置に開口部を有する前記ホトレジストパターンを形成する段階と、
前記ホトレジストと前記ゲート絶縁層および前記保護膜のエッチング選択比が１：１ないし１：１．５であるエッチング条件において前記データパッドおよびドレイン電極を露出させる段階と、
前記データパターンと前記ゲート絶縁層および前記保護膜とのエッチング選択比が１：１５以上であるエッチング条件において前記ゲートパッドを露出させる段階とを含む請求項４に記載の表示装置用薄膜トランジスタ基板の製造方法。 - 前記データパッドおよびドレイン電極を露出させる段階はＳＦ６＋ＨＣｌまたはＳＦ６＋Ｃｌ２ガスを用い、前記ゲートパッドを露出させる段階はＣＦ４／Ｏ２ガスを用いる請求項８に記載の表示装置用薄膜トランジスタ基板の製造方法。
- 前記データパターンはモリブデンまたはモリブデン−タングステン合金で形成し、前記ドレイン電極、データパッドおよび前記ゲートパッドの一部が露出されるようにする段階は、
前記保護膜上部にホトレジスト膜を塗布し、前記ゲートパッド、データパッドおよびドレイン電極に対応する位置に開口部を有する前記ホトレジストパターンを形成する段階と、
前記データパッドおよびドレイン電極を露出させる段階と、
四フッ化炭素（ＣＦ４）と水素（Ｈ２）または塩化水素（ＨＣｌ）を混合したガスをプラズマ状態で用いて前記基板上部に高分子膜を形成する段階と、
前記データパターンと前記ゲート絶縁層および前記保護膜とのエッチング選択比が１：１５以上であるエッチング条件において前記ゲートパッドを露出させる段階とを含む請求項４に記載の表示装置用薄膜トランジスタ基板の製造方法。 - 前記ゲートパッドを露出させる段階はＣＦ４／Ｏ２ガスを用い、前記データパッドおよびドレイン電極を露出させる段階はＳＦ６＋ＨＣｌ、ＳＦ６＋Ｃｌ２または前記ＣＦ４／Ｏ２ガスを用いる請求項１０に記載の表示装置用薄膜トランジスタ基板の製造方法。
- 前記データパターンはモリブデンまたはモリブデン−タングステン合金で形成し、前記ドレイン電極、データパッドおよび前記ゲートパッドの一部が露出されるようにする段階は、前記保護膜上部にホトレジスト膜を塗布し、前記ゲートパッド、データパッドおよびドレイン電極に対応する位置に開口部を有する前記ホトレジストパターンを形成する段階と、前記ホトレジストパターンをマスクにして前記データパッド、ドレイン電極およびゲートパッドをＣＦ４＋Ｏ２ガスを用いて露出させるエッチング段階とを含む請求項４に記載の表示装置用薄膜トランジスタ基板の製造方法。
- 前記エッチング段階においてＣＦ４に対するＯ２ガスの比率を１０：４以下とする請求項１２に記載の表示装置用薄膜トランジスタ基板の製造方法。
- 基板上に原子百分率０．０１％〜２０％未満のタングステンと、残りのモリブデンおよび必須不純物からなるモリブデン合金膜を積層する段階と、
エッチング液を用いて前記モリブデン合金膜を第１マスクにパターニングしてゲート線、ゲート線に連結されたゲートパッドおよびゲート線に連結されたゲート電極からなるゲートパターンを形成する段階と、
前記基板上にゲート絶縁膜、ドーピングされない非晶質シリコン層、ドーピングされた非晶質シリコン層および金属膜を順に積層する段階と、
第２マスクを用いて前記金属膜およびドーピングされた非晶質シリコン層およびドーピングされない非晶質シリコン層の一部を連続的にエッチングする段階と、
前記基板上部に透明導電膜を蒸着し第３マスクを用いて前記金属膜の上部に開口部を有する画素電極を形成する段階と、
前記画素電極をマスクにして前記金属膜およびドーピングされた非晶質シリコン層をエッチングしてコンタクト層、データ線およびソース／ドレイン電極を含むデータパターンを形成する段階と、
前記基板上部に保護膜を積層する段階と、
第４マスクを用いて前記ゲートパッド上部に前記ゲート絶縁膜と前記保護膜をホトエッチングする段階とを含み、
前記エッチング液はＣＨ ３ ＣＯＯＨ／ＨＮＯ ３ ／Ｈ ３ ＰＯ ４ ／Ｈ ２ ０であり、前記ＨＮＯ ３ は８〜１４％の範囲で含有される表示装置用薄膜トランジスタ基板の製造方法。 - 前記モリブデン合金膜の下部にアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる導電膜を積層する段階をさらに含み、前記モリブデン合金膜をパターニングするとき、前記エッチング液を用いて前記導電膜と共にパターニングする請求項１４に記載の表示装置用薄膜トランジスタ基板の製造方法。
- アルミニウム合金膜はアルミニウと原子百分率５％以下の希土類金属または遷移金属からなる請求項１５に記載の表示装置用薄膜トランジスタ基板の製造方法。
- 前記データパターンはクロム、モリブデンまたはタングステンとモリブデンおよび必須不純物からなるモリブデン合金膜の単一膜またはこれらを組合わせた多重膜で形成する請求項１４に記載の表示装置用薄膜トランジスタ基板の製造方法。
- 前記データパターンを前記クロムからなる下部膜と原子百分率０．０１％〜２５％未満のタングステンと、残りのモリブデンおよび必須不純物からなるモリブデン−タングステン合金の上部膜からなる二重導電膜で形成する場合、前記二重導電膜をエッチングするエッチング液はＨＮＯ３：（ＮＨ４）２Ｃｅ（ＮＯ３）６：Ｈ２Ｏである請求項１７に記載の表示装置用薄膜トランジスタ基板の製造方法。
- 前記ＨＮＯ３の濃度は４〜１０％であり、前記（ＮＨ４）２Ｃｅ（ＮＯ３）６の濃度は１０〜１５％である請求項１８に記載の表示装置用薄膜トランジスタ基板の製造方法。
- 前記データパターンはモリブデンまたはモリブデン−タングステン合金を含み、前記データパターンをマスクに露出された前記ドーピングされた非晶質シリコン層をハロゲン化水素とＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＨＣｌＦ２、ＣＨ３およびＣ２Ｆ６のうち、少なくとも一つを用いて乾式エッチングする請求項１７に記載の表示装置用薄膜トランジスタ基板の製造方法。
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