JP5546794B2 - 電界効果型トランジスタの製造方法、電界効果型トランジスタ、及び表示装置の製造方法 - Google Patents
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Description
すなわち、
<1> 基板、ゲート電極、ゲート絶縁膜、酸化物半導体を主成分とする活性層、防護層、ソース電極、及びドレイン電極を少なくとも有する、トップコンタクト型の電界効果型トランジスタの製造方法であって、前記活性層上に前記防護層として耐酸性及びアルカリ可溶性を有する防護層を形成する防護層形成工程と、前記防護層形成工程によって形成された前記防護層上に、フォトレジスト膜を形成するレジスト形成工程と、前記レジスト形成工程によって形成された前記フォトレジスト膜をパターン状に露光する露光工程と、アルカリ性現像液を用いて、前記露光工程によって露光された前記フォトレジスト膜を現像してレジストパターンを形成すると共に、前記防護層の内の該レジストパターンから露出している領域を除去する現像工程と、を少なくとも有する電界効果型トランジスタの製造方法。
<2>基板、ゲート電極、ゲート絶縁膜、酸化物半導体を主成分とする活性層、防護層、ソース電極、及びドレイン電極を有する、トップコンタクト型の電界効果型トランジスタの製造方法であって、前記活性層上に前記防護層として比抵抗が100Ω・cm以上100GΩ・cm以下である防護層を形成する防護層形成工程と、
前記防護層形成工程によって形成された前記防護層上に、フォトレジスト膜を形成するレジスト形成工程と、前記レジスト形成工程によって形成された前記フォトレジスト膜をパターン状に露光する露光工程と、アルカリ性現像液を用いて、前記露光工程によって露光された前記フォトレジスト膜を現像してレジストパターンを形成すると共に、前記防護層の内の該レジストパターンから露出した領域を除去する現像工程と、を少なくとも有する電界効果型トランジスタの製造方法。
<4> 前記防護層が、Gaを含む酸化物からなる<1>〜<3>の何れか1つに記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
<5> 前記活性層が、In、Zn、及びGaよりなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を含む酸化物を含んで構成された<1>〜<4>の何れか1つに記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
<9> 電界効果型トランジスタを備えた表示装置の製造方法であって、前記電界効果型トランジスタを、<1>〜<7>の何れか1つに記載の電界効果型トランジスタの製造方法により製造する表示装置の製造方法。
このため、現像工程では、アルカリ性現像液を用い、フォトレジスト膜の現像及び防護層のパターニングの双方が行なわれることとなり、製造工程の簡略化が図れる。また、この防護層は耐酸性を有することから、防護層形成後にエッチング液等として用いられる酸性溶液によって活性層が浸食されることが抑制される。
活性層18Bに用いられる酸化物半導体としては、好ましくはIn、Zn、Ga、Sn又はCdよりなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を含む非晶質酸化物であり、より好ましくは、In、Zn、Gaよりなる群より選ばれる少なくとも1種を含む非晶質酸化物である。
上記の中でも、活性層18Bに用いられる非晶質酸化物半導体としては、結晶状態における組成がInGaO3(ZnO)m(mは6未満の自然数)で表される非晶質酸化物半導体が好適に用いられる。さらに、この結晶状態における組成がInGaO3(ZnO)m(mは6未満の自然数)で表される非晶質酸化物半導体の中でも、特に、InGaZnO4がより好ましい。この組成の非晶質酸化物半導体は、電気伝導度が増加するにつれ、電子移動度が増加する傾向を示す。
ここで、防護層22Bに求められる「耐酸性」とは、少なくとも、後述する電界効果型トランジスタ10の製造工程におけるソース電極20A及びドレイン電極20Bの形成のために用いられる酸性のエッチング液に対して溶けにくいことを示している。
この酸性のエッチング液に対して溶けにくい、とは、好ましくは、23℃の液温の硝酸3wt%、燐酸73wt%、酢酸7wt%、水17wt%の酸性のエッチング液に対する防護層22Bの構成材料の溶解速度が、2nm/s以下であることを示している。
また、防護層22Bに求められる「アルカリ可溶性」とは、少なくとも後述する電界効果型トランジスタ10の製造工程において、活性層18(図2(C)参照、詳細後述)上に防護層22(図2(C)参照、詳細後述)を介して設けられるフォトレジスト膜30(図2(C)参照、詳細後述)の現像のために用いられる、アルカリ性現像液に対して溶解する性質、すなわちアルカリ可溶である事を示している。
このアルカリ性現像液に対するアルカリ可溶性とは、好ましくは、23℃の液温の水酸化テトラメチルアンモニウム2.38wt%の水溶液のアルカリ性現像液に対する防護層22Bの構成材料の溶解速度が、0.5nm/s以上であることを示している。
防護層22Bを、Gaを含む酸化物で構成することによって、上記特性に加えて、従来技術のように活性層を保護する層としてSiO2を用いた場合に比べて、ソース-ドレイン電流のオン/オフ比(オン状態とオフ状態の電流比)の低下が抑制される。これはGaを含む酸化物を用いることにより、防護層成膜時の活性層へのダメージを低減できるためと考えられる。
防護層22Bの層厚が20nm以上であれば、後述するソース電極ドレイン電極形成工程において、該工程で用いられる酸性のエッチング液が活性層18Bに到ることを阻止するエッチングストッパーとして確実に機能する防護層22Bが厚すぎると、防護層22の成膜時間、エッチング時間が長くなってしまうため500nm以下が望ましい。
防護層22Bの比抵抗が上記範囲内であれば、活性層18Bのチャネル層としての機能を阻害することのない程度の、防護層22Bの絶縁性が実現される。
式:ρv=πd2/4t×(V/I)
ここで、上記式中、d(cm)は円柱状電極部の外径を示す。t(cm)は防護層22Bの膜厚を示す。
形成されるソース電極20Aの総厚、及びドレイン電極20Bの総厚は、10nm以上1000nm以下とすることが好ましい。
図2(A)に示すように、まず、半導体層形成工程では、非晶質酸化物半導体からなる活性層18を形成する。具体的には、基板12上に、ゲート電極14、ゲート絶縁膜16、及び活性層18を順に積層する。この半導体層形成工程では、基板12上にゲート電極14を成膜しパターニングした後に、ゲート絶縁膜16、活性層18を順に積層すればよい。
活性層18の成膜方法としては、上記説明した活性層18Bを構成する非晶質酸化物半導体の多結晶焼結体をターゲットとして、気相成膜法を用いるのが好ましい。気相成膜法の中でも、スパッタリング法、パルスレーザー蒸着法(PLD法)が適している。さらに、量産性の観点から、スパッタリング法が好ましい。活性層18は、例えば、RFマグネトロンスパッタリング蒸着法により、真空度及び酸素流量を制御して成膜される。この方法を用いた場合、酸素流量が多いほど形成された活性層18Bの電気伝導度を小さくすることができる。なお、成膜された活性層18は、周知のX線回折法により非晶質膜であることが確認される。また、活性層18の膜厚は触針式表面形状測定により求められる。組成比は、RBS(ラザフォード後方散乱)分析法により求められる。
防護層形成工程では、図2(B)に示すように、上記の半導体層形成工程で形成された活性層18上に、防護層22を形成する。
この防護層22は、後述する現像工程でアルカリ性現像液によって加工(エッチング)されることで、電界効果型トランジスタ10として構成されたときには防護層22Bとして機能する。
防護層22の成膜方法としては、上記説明した防護層22Bを構成する材料の多結晶焼結体をターゲットとして、気相成膜法を用いるのが好ましい。気相成膜法の中でも、スパッタリング法、パルスレーザー蒸着法(PLD法)が適している。さらに、量産性の観点から、スパッタリング法が好ましい。成膜された防護層22が非晶質であるか否かは、周知のX線回折法により確認すればよい。また、防護層22の膜厚は触針式表面形状測定により求められる。
レジスト形成工程では、図2(C)に示すように、上記防護層形成工程で形成された防護層22上に、フォトレジスト膜30を形成する。
このフォトレジスト膜30は、防護層22上にフォトレジストを塗布することによって形成される。このフォトレジストとしては、このレジスト形成工程の次に行なわれる後述する現像工程で用いられるアルカリ性現像液によって現像されるフォトレジストであればよく、露光された部分が現像で除去されるポジ型フォトレジストであっても良いし、露光されなかった部分が現像で除去されるネガ型フォトレジストであっても良い。
本実施の形態では、一例として、ポジ型フォトレジストを用いる形態を説明する。
現像工程では、上記フォトレジスト形成工程によって、防護層22上に形成されたフォトレジスト膜30上にフォトマスクを重ねてパターン露光を行なうことで、パターン状に露光を行った後に、追加加熱して光の照射されなかった部分を硬化させる。
すなわち、この露光工程によって、図2(D)に示すように、フォトレジスト膜30の内の光の照射されなかった領域30Bが硬化し、光の照射された領域30Aが未硬化(アルカリ可溶状態)状態となる。
現像工程では、図3(E)及び図3(F)に示すように、アルカリ性現像液を用いて、上記露光工程を経たフォトレジスト膜30を現像して、上記フォトレジスト膜30の領域30Bに対応するレジストパターン30B’を形成すると共に、フォトレジスト膜30の下層側(基板12側)に接して設けられている防護層22における、該レジストパターン30B’から露出している領域22Aを除去する。すなわち、この現像工程では、アルカリ性現像液を用いることによって、フォトレジスト膜30の現像と共に防護層22のエッチングが同時に、即ち、同じ工程で行なわれる。
そして、このフォトレジスト膜30が現像されることよって、防護層22の内の、レジストパターン30B’に連続して接している領域(防護層22B)以外の領域22Aは、表面に露出した状態となる。
防護層22の、上記アルカリ性現像液に対する溶解速度が、活性層18の該アルカリ性現像液に対する溶解速度の2倍以上であると、現像工程において、該アルカリ性現像液によって防護層22がエッチングされるときに、活性層18がエッチングされてしまうことを抑制することができ(すなわち、プロセスマージンが大きくなり)、加工が容易となる。
剥離工程では、レジストパターン30B’の剥離を行なう。詳細には、まず、上記現像工程によって、フォトレジスト膜30の現像と共に防護層22のエッチングが行なわれることによって、基板12、ゲート電極14、ゲート絶縁膜16、活性層18、防護層22B、及びレジストパターン30B’の順に積層された状態の積層体10A(図3(G))から、レジストパターン30B’を剥離する。このレジストパターン30B’の剥離方法としては、該レジストパターン30B’を防護層22Bから剥離可能な方法であればどのような方法であってもよいが、該レジストパターン30B’を溶解除去する方法や、超音波やアッシング等の方法等が好適に用いられる。
活性層加工工程では、活性層18を所望のパターンに加工する。詳細には、上記剥離工程によって、レジストパターン30B’の剥離された積層体(図示省略)について、図3(H)に示すように、活性層18の上側の面の一部と防護層22Bの上面及び側面を覆うようにレジストパターン32を形成する。このレジストパターン32の形成方法としては、上述のレジストパターン30B’と同じ形成方法を用いればよい。
導電層形成工程では、ソース電極20A及びドレイン電極20Bを形成する。
そして、次の現像工程において、アルカリ性現像液を用いて、上記露光工程を経たフォトレジスト膜30を現像して、レジストパターン30B’を形成すると共に、防護層22における該レジストパターン30B’から露出している領域22Aを除去して防護層22のエッチングを行なう。
このため、活性層18を防護する機能を有する防護層22が、現像工程において、アルカリ性現像液によってフォトレジスト膜30の現像と共に加工されるので、電界効果型トランジスタ10の製造工程の簡略化が実現される。また、活性層18Bが防護層22Bによって保護された状態となることから、後工程において活性層Bのチャネル領域が浸食されることが抑制され、特に、ソース電極20A及びドレイン電極20Bの製造時には、防護層22Bがエッチングストッパーとして機能することとなり、活性層18Bが、ソース電極ドレイン電極形成工程でソース電極20A及びドレイン電極20Bの形成のために用いられる酸性のエッチング液によって浸食されることが抑制される。
−半導体層形成工程−
まず、基板上に、ゲート電極、ゲート絶縁膜、及び活性層の積層された積層体を形成した。
基板としては、無アルカリガラス(イーグル2000、コーニング社)を用いた。
Moのスパッタリング条件:DCマグネトロンスパッタ装置により、DCパワー380W、スパッタリングガス流量Ar=12sccmであった。次にゲート電極のパターニングを行った。
ゲート電極のパターニングには、フォトリソグラフィー法とエッチング法とを用いた。
ゲート絶縁膜:SiO2をRFマグネトロンスパッタ真空蒸着法(条件:ターゲットSiO2、成膜温度54℃、スパッタガスAr/O2=12/2sccm、RFパワー400W、成膜圧力0.4Pa)にて100nm形成し、ゲート絶縁膜を設けた。ゲート絶縁膜SiO2のパターニングには、スパッタ時にシャドウマスクを用いることにより行った。
次に、上記形成した活性層上に、防護層として、Ga2O3を厚み50nmに蒸着した。スパッタリング条件は、下記条件とした。
スパッタリング条件:ターゲットとしてGa2O3を用い、RFマグネトロンスパッタ装置により、RFパワー100W、スパッタリングガス流量Ar=12sccm、O2=5.0sccmであった。
次に、上記防護層上にフォトレジスト膜を形成してパターン状に露光を行なった。
詳細には、フォトレジストとして、AZ5214−E(AZエレクトロニックマテリアルズ株式会社)を用い、これをスピンコーターにより塗布することによってフォトレジスト膜形成した。このフォトレジスト膜を形成後、プリベークを90℃で15分間行い、パターン露光した。
現像工程では、アルカリ性現像液としてAZ300MIFデベロッパー(AZエレクトロニックマテリアルズ株式会社)に100秒間浸漬した。
これによって、防護層上に形成されていたフォトレジスト膜を現像してレジストパターンを形成すると共に、該フォトレジスト膜の下層側に設けられている防護層における、該レジストパターンから露出している領域22Aが除去されて、フォトレジスト膜の現像と防護層のエッチングが同じ工程で同時に行なわれたことが確認された。
次に、レジストパターンを剥離した。剥離液104(東京応化工業株式会社)を用い液温45℃10分間浸漬した。
次に、上記活性層及び防護層上に、レジストとしてAZ5214−E(AZエレクトロニックマテリアルズ株式会社)を用いてレジストパターンを形成した。レジストパターンの形成は、レジストをスピンコーターにより塗布することによって形成した。このレジスト膜を形成後、90℃でベークした。次に、露光、現像を行ってレジストパターンを形成し、活性層の内の、該レジストパターンから露出している領域をエッチングすることによって、活性層の加工を行なった。このエッチング条件としては、エッチング液としてしゅう酸混合液を用いて、液温45℃で行った。
Moのスパッタリング条件:DCマグネトロンスパッタ装置により、DCパワー380W、スパッタリングガス流量Ar=12sccmであった。
比較例1では、上記防護層に変えて、SiO2からなる層(以下、比較層と称する)を形成した。比較層の形成、加工以外の工程は実施例1と同様にした。
これによって、比較電界効果型トランジスタ1を作製した。
上記に示すように、実施例1で作製した電界効果型トランジスタ1では、フォトレジスト膜を現像する現像工程において、フォトレジスト膜の現像と同時に防護層の加工が行なわれ、比較例1に比べて、工程の簡略化が図れることが確認された。
実施例および比較例で得られた電界効果型トランジスタ1及び比較電界効果型トランジスタ1について、半導体パラメーターアナライザー(アジレントテクノロジー社製、4155C)を用いて、一定ドレイン電圧を印加したときのドレイン電流−ゲート電圧特性を測定してオン/オフ比を算出したところ、実施例1で作製した電界効果型トランジスタ1はオン/オフ比=107の良好なトランジスタ特性を示したのに対し、比較例1で作製した比較電界効果型トランジスタ1はオフ電流が非常に大きくオフ動作が得られなかった。比較例1に対して実施例1では防護層成膜時の活性層へのダメージが低減されたために安定したトランジスタ動作が可能になったと考えられる。
12 基板
14 ゲート電極
18 活性層
20A ソース電極
20B ドレイン電極
22B 防護層
30B’レジストパターン
Claims (9)
- 基板、ゲート電極、ゲート絶縁膜、酸化物半導体を主成分とする活性層、防護層、ソース電極、及びドレイン電極を有する、トップコンタクト型の電界効果型トランジスタの製造方法であって、
前記活性層上に前記防護層として耐酸性及びアルカリ可溶性を有する防護層を形成する防護層形成工程と、
前記防護層形成工程によって形成された前記防護層上に、フォトレジスト膜を形成するレジスト形成工程と、
前記レジスト形成工程によって形成された前記フォトレジスト膜をパターン状に露光する露光工程と、
アルカリ性現像液を用いて、前記露光工程によって露光された前記フォトレジスト膜を現像してレジストパターンを形成すると共に、前記防護層の内の該レジストパターンから露出した領域を除去する現像工程と、
を少なくとも有する電界効果型トランジスタの製造方法。 - 基板、ゲート電極、ゲート絶縁膜、酸化物半導体を主成分とする活性層、防護層、ソース電極、及びドレイン電極を有する、トップコンタクト型の電界効果型トランジスタの製造方法であって、
前記活性層上に前記防護層として比抵抗が100Ω・cm以上100GΩ・cm以下である防護層を形成する防護層形成工程と、
前記防護層形成工程によって形成された前記防護層上に、フォトレジスト膜を形成するレジスト形成工程と、
前記レジスト形成工程によって形成された前記フォトレジスト膜をパターン状に露光する露光工程と、
アルカリ性現像液を用いて、前記露光工程によって露光された前記フォトレジスト膜を現像してレジストパターンを形成すると共に、前記防護層の内の該レジストパターンから露出した領域を除去する現像工程と、
を少なくとも有する電界効果型トランジスタの製造方法。 - 前記防護層の前記アルカリ性現像液に対する溶解速度は、前記活性層の該アルカリ性現像液に対する溶解速度の2倍以上である請求項1又は請求項2に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
- 前記防護層が、Gaを含む酸化物からなる請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
- 前記活性層が、In、Zn、及びGaよりなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を含む酸化物を含んで構成された請求項1〜請求項4の何れか1項に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
- 前記防護層の層厚が20nm以上500nm以下である請求項1〜請求項5の何れか1項に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
- 前記ソース電極及び前記ドレイン電極の、該ソース電極及び該ドレイン電極形成のために用いるエッチング液に対する溶解速度は、前記防護層の該エッチング液に対する溶解速度の2倍以上である請求項1〜請求項6の何れか1項に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
- 請求項1〜請求項7の何れか1項に記載の電界効果型トランジスタの製造方法によって製造された電界効果型トランジスタ。
- 電界効果型トランジスタを備えた表示装置の製造方法であって、
前記電界効果型トランジスタを、請求項1〜請求項7の何れか1項に記載の電界効果型トランジスタの製造方法により製造する表示装置の製造方法。
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