JPH04266032A - 薄膜トランジスタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、薄膜トランジスタの構
造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の薄膜トランジスタは、例えばＳＩ
Ｄ　　Ｄｉｇｅｓｔ（１９９０）５０８〜５１１（Ｔ．
Ｃｈｕａｎｇら）にあるように、基本的には図１のよう
な構造をしている。図１ａは従来の薄膜トランジスタの
構造を示す平面図であり、図１ｂは図１ａ中のＡＢ間の
縦断面図である。どちらも二酸化珪素からなるゲート絶
縁膜１０１と層間絶縁膜１０２には、フッ酸を含むエッ
チング液を用いた一度のエッチングで貫通したコンタク
ト孔１０３が開けられる。しかし、ゲート絶縁膜と層間
絶縁膜では求められる膜質が異なり、従ってエッチング
レートも異なるためコンタクト孔の寸法の制御が難しい
。

【０００３】この事を従来の工程を追って説明する。ま
ず、ガラス等の絶縁基板上にシリコン薄膜１０４を形成
し、これを被覆するように二酸化珪素のゲート絶縁膜１
０１を形成する。その後、ゲート電極１０５を形成して
、これをマスクとしてシリコン薄膜１０４にイオン打ち
込みを行いソース領域１０６、ドレイン領域１０７を形
成する。さらに二酸化珪素の層間絶縁膜１０２を全面に
形成した後、フッ酸を含むエッチング液を用いて一度の
エッチングで、ソース領域１０６とドレイン領域１０７
の上にゲート絶縁膜１０１と層間絶縁膜１０２を貫通す
るようにコンタクト孔１０３を開け、最後にソース電極
１０８とドレイン電極１０９を形成する

【０００４】。

【発明が解決しようとする課題】ただし、上記の工程の
中で、ともに二酸化珪素からなるゲート絶縁膜１０１と
層間絶縁膜１０２であるが、その役割に対応して求めら
れる膜質が異なる。即ち、薄膜トランジスタの性能に大
きく影響するゲート絶縁膜１０１は、緻密で電荷トラッ
プ密度の小さい事が求められ、たとえばシリコン薄膜１
０４表面の熱酸化、あるいはＥＣＲプラズマＣＶＤ等で
形成される。また、ゲート絶縁膜１０１のような膜質は
要求されず、比較的厚い層間絶縁膜１０２は、成膜速度
の速い気相成長法等で形成される。このように成膜方法
が異なれば、エッチングレートも異なり、例えば、シリ
コンの熱酸化による二酸化珪素に比べ、気相成長法によ
る二酸化珪素のエッチングレートは１０から２０倍も大
きい。

【０００５】上述の従来の製造工程のように、コンタク
ト孔１０３をただ一度のエッチングで形成する場合、上
層の層間絶縁膜１０２がまずエッチングされてから下層
のゲート絶縁膜１０１のエッチングが始まることになる
。そして、下層のゲート絶縁膜１０１のエッチングが進
む間は、上層の層間絶縁膜１０２は端の部分がエッチン
グされて後退していく。ところが、前記のようにゲート
絶縁膜１０１のエッチングレートより層間絶縁膜１０２
のエッチングレートが大きいため、層間絶縁膜１０２の
端の後退が速く、従ってコンタクト孔１０３の径が大き
くなってしまうという問題があり、薄膜トランジスタの
微細化を困難にしている。

【０００６】そこで本発明は、ともに二酸化珪素からな
るゲート絶縁膜と層間絶縁膜に別々にエッチングを施す
ことでコンタクト孔を小さくし、以上の問題を解決した
薄膜トランジスタを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の薄膜トランジス
タは、絶縁基板あるいは絶縁膜上の、ソース領域及びド
レイン領域と該ソース領域と該ドレイン領域を結ぶチャ
ネル領域からなるシリコン薄膜、該シリコン薄膜を被覆
するゲート絶縁膜、該ゲート絶縁膜を介して少なくとも
一部分が該チャネル領域と対向するように設けたゲート
電極、該ゲート電極と該ゲート絶縁膜を被覆する層間絶
縁膜、該層間絶縁膜上に設けたソース電極とドレイン電
極からなり、該ソース領域と該ドレイン領域の上の該ゲ
ート絶縁膜に開けた第一のコンタクト孔と、該第一のコ
ンタクト孔を通して該ソース電極が該ソース領域に接す
るように、該ドレイン電極が該ドレイン領域に接するよ
うに該層間絶縁膜に開けた第二のコンタクト孔を有する
ことを特徴とする。

【０００８】

【実施例】本発明の薄膜トランジスタは、基本的には図
２で示される構造をしている。図２ａは本発明の薄膜ト
ランジスタの構造を示す平面図であり、図２ｂはＡＢの
縦断面図である。２０１はシリコン薄膜であり、これは
ソース領域２０２、ドレイン領域２０３、チャネル領域
２０４からなる。２０５はゲート絶縁膜であり、これに
は第一のコンタクト孔２０６が開いている。２０７はゲ
ート電極、２０８は層間絶縁膜であり、層間絶縁膜２０
８に第二のコンタクト孔２０９が開いている。２１０は
ソース電極、２１１はドレイン電極である。

【０００９】以下、図３により工程を追いながら説明す
る。

【００１０】まず、ガラス基板あるいは絶縁膜上に減圧
気相成長法により多結晶シリコン薄膜３０１を形成する
。多結晶シリコン薄膜３０１は減圧気相成長法による形
成のほかに、減圧気相成長法と例えばレーザーアニール
法や固相成長法を組み合わせたり、プラズマＣＶＤ法あ
るいはスパッタ蒸着法などで形成したアモルファスシリ
コン薄膜をレーザーアニールや固相成長法により多結晶
化させることにより形成することもある。また、多結晶
シリコン薄膜に代えてアモルファスシリコン薄膜を用い
ることも考えられる。そして、多結晶シリコン薄膜３０
１を被覆するように二酸化珪素のゲート絶縁膜３０２を
ＥＣＲプラズマＣＶＤで約１５００Åの膜厚で形成し、
その上にゲート電極３０３を形成する（図３ａ）。 ゲート絶縁膜の形成には、このほかシリコン薄膜３０１
表面の熱酸化などの方法もある。その後、ゲート電極３
０３をマスクとしてシリコン薄膜に不純物としてホウ素
イオンあるいは燐イオンの打ち込み３０４を行うことで
、ソース領域３０５、ドレイン領域３０６を自己整合的
に形成して（図３ｂ）から、フォトリソグラフィ技術と
ウエットエッチング（以下フォトエッチと略す）により
ゲート絶縁膜３０２に第一のコンタクト孔３０７を開け
る（図３ｃ）。次に、二酸化珪素の層間絶縁膜３０８を
気相成長法で全面に約５０００Åの膜厚で形成し、これ
をフォトエッチして第二のコンタクト孔３０９を開ける
。そして、最後にソース電極３１０とドレイン電極３１
１を形成する。（図３ｄ）。

【００１１】上述の工程を経て出来上がった本発明の薄
膜トランジスタでは、従来の薄膜トランジスタに比べて
コンタクト孔が小さくでき、微細化が可能になる。この
ことを図４と図５により具体的に説明する。

【００１２】図４は、上記（従来の技術）のように、共
に二酸化珪素ではあるが、互いに膜質の異なるゲート絶
縁膜と層間絶縁膜の２層に、１回のフォトエッチでコン
タクト孔を開ける従来の薄膜トランジスタの場合のコン
タクト孔の広がり方を示す図である。図４ａはフォトエ
ッチ途中のフォトレジスト層も含めたコンタクト孔の上
図面、図４ｂは図４ａ中のＡＢ間の縦断面図である。４
０１はフォトリソグラフィ技術でフォトレジスト層４０
２に開けた孔であり、エッチングによってこの下にコン
タクト孔が開けられる。破線４０３はフッ酸を含むエッ
チング液でエッチング（いわゆるウエットエッチング）
してコンタクト孔を開ける途中、ちょうど上層の層間絶
縁膜４０４のみエッチングが終わり、次に下層のゲート
絶縁膜４０５のエッチングが始まる瞬間のコンタクト孔
の外縁である。破線４０６はこの瞬間のゲート絶縁膜４
０５と層間絶縁膜４０４の端の断面形状である。ウエッ
トエッチングではエッチングが等方的に進行するため、
層間絶縁膜４０４のみエッチングが終わった瞬間には、
層間絶縁膜４０４は膜面方向にも膜厚と同じだけエッチ
ングされて破線４０６のような形状になっている。即ち
、層間絶縁膜４０４の膜厚が０．５μｍであれば、フォ
トレジスト層の孔４０１とこの瞬間のコンタクト孔の外
縁４０３の差（いわゆるアンダーカット量）は０．５μ
ｍである。この瞬間にはまだゲート絶縁膜４０５はエッ
チングされていない。

【００１３】次に、ゲート絶縁膜４０５のエッチングが
始まるが、ゲート絶縁膜４０５がエッチングされている
間には層間絶縁膜４０４の端もエッチングされて後退し
てゆくことになる。上述したように、ゲート絶縁膜４０
５と層間絶縁膜４０４の形成方法が違うため、共に二酸
化珪素ではあってもエッチングレートは大きく異なり、
ゲート絶縁膜４０５をシリコン薄膜の熱酸化で形成し、
層間絶縁膜４０４を気相成長法で形成した場合には、層
間絶縁膜４０４のエッチングレートがゲート絶縁膜４０
５より２０倍程度大きい。つまり、１５００Åの厚さの
ゲート絶縁膜４０５がエッチングされる間に、層間絶縁
膜４０４の端は３００００Å（３μｍ）後退してしまう
。そのようにして形成されたコンタクト孔の外縁が４０
７であり、フォトレジスト層の孔４０１より非常に大き
くなってしまう。フォトレジスト層の孔４０１が４μｍ
角の正方形であるとして、形成されたコンタクト孔の外
縁４０６は約１１μｍ角となり、面積で７倍以上に広が
ってしまうことになる。また、この時の層間絶縁膜４０
４とゲート絶縁膜４０５の端の断面形状が４０７であり
、ゲート絶縁膜４０５の端のテーパー部分の占める面積
が非常に大きい。

【００１４】このように、層間絶縁膜とゲート絶縁膜に
１度のフォトエッチでコンタクト孔を形成すると、コン
タクト孔が大きくなり、薄膜トランジスタの微細化を妨
げる。

【００１５】図５は層間絶縁膜とゲート絶縁膜に別々に
フォトエッチを施してコンタクト孔を形成した本発明の
場合を説明する図で、図５ａはコンタクト孔形成後のコ
ンタクト孔の大きさを示す上面図、図５ｂは図５ａ中の
ＡＢ間の縦断面図である。５０１はゲート絶縁膜５０２
の形成後、フォトエッチで開けた第一のコンタクト孔で
ある。５０３は層間絶縁膜５０４の形成後に開けた第二
のコンタクト孔である。

【００１６】第二のコンタクト孔５０３が第一のコンタ
クト孔５０１より小さくなっているのは、第二のコンタ
クト孔の形成時にゲート絶縁膜５０２が露出しないため
であり、この時の第二のコンタクト孔５０３と第一のコ
ンタクト孔５０１の大きさの差は、フォトマスクのアラ
イメント精度±０．５μｍ程度と、第二のコンタクト孔
５０３を形成する際の層間絶縁膜５０４のアンダーカッ
ト量０．５μｍ、第一のコンタクト孔５０１を形成する
際のゲート絶縁膜５０２のアンダーカット量０．１５μ
ｍを含めてせいぜい１．２μｍ程度である。第二のコン
タクト孔５０３を４μｍ角の正方形とすれば、第一のコ
ンタクト孔５０１、即ちコンタクト孔の最外縁は約６．
４μｍ角となり、これは、ゲート絶縁膜と層間絶縁膜に
一度のフォトエッチでコンタクト孔を形成した図４の場
合のコンタクト孔の面積の約３分の１にすぎず、本発明
の薄膜トランジスタではコンタクト孔を小さくできるこ
とがわかる。

【００１７】本実施例では、薄膜トランジスタのゲート
絶縁膜と層間絶縁膜が共に二酸化珪素である場合につい
て述べたが、例えばゲート絶縁膜と層間絶縁膜がどちら
も二酸化珪素以外の同一の物質からなり、しかも互いの
形成条件などが違うため、エッチングレートが異なる場
合については、本発明が有効であることはいうまでもな
い。

【００１８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば薄膜
トランジスタの微細化が可能となる。そして、本発明に
よる薄膜トランジスタの微細化には様々な効用がある。

【００１９】例えば、薄膜トランジスタは、アクティブ
マトリクス方式の液晶表示装置の画素駆動用素子として
用いられる。アクティブマトリクス方式の液晶表示装置
では、高精細化すると配線数と画像駆動素子数が増える
ため、開口率が小さくなってしまうという問題がある。 本発明により、画素ごとに設けられる薄膜トランジスタ
を小さくすれば、その分画素を広げることができ、高精
細で開口率が大きい液晶表示装置を作ることができる。

【００２０】また、本発明の薄膜トランジスタは、密着
型イメージセンサー、プリンタヘッドなど薄膜トランジ
スタを用いる多くの装置の高密度化に有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１ａは従来の薄膜トランジスタの基本的な構
造を示す平面図であり、図１ｂはそのＡＢ縦断面図。

【図２】図２ａは本発明の薄膜トランジスタの基本的な
構造を示す平面図であり、図２ｂはそのＡＢ縦断面図。

【図３】本発明の薄膜トランジスタの構造工程ごとの縦
断面図。

【図４】従来の技術による、薄膜トランジスタのコンタ
クト孔の広がりを説明する図。

【図５】本発明の薄膜トランジスタの、コンタクト孔の
大きさを説明する図。

【符号の説明】

１０１、２０５、３０２、４０５、５０２　　ゲート絶
縁膜 １０２、２０８、３０８、４０４、５０４　　層間絶縁
膜１０３　　コンタクト孔 １０４、２０１、３０１　　シリコン薄膜１０５、２０
７、３０３　　ゲート電極１０６、２０２、３０５　　
ソース領域１０７、２０３、３０６　　ドレイン領域１
０８、２１０、３１０　　ソース電極１０９、２１１、
３１１　　ドレイン電極２０４　　チャネル領域 ２０６、３０７、５０１　　第一のコンタクト孔２０９
、３０９、５０３　　第二のコンタクト孔３０４　　イ
オン打ち込み（イオンシャワー）４０１　　フォトレジ
スト層の孔 ４０２　　フォトレジスト ４０３　　層間絶縁膜４０４のみエッチングされた瞬間
のコンタクト孔の外縁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁基板あるいは絶縁膜上の、ソース領域
   及びドレイン領域と該ソース領域と該ドレイン領域を結
   ぶチャネル領域からなるシリコン薄膜、該シリコン薄膜
   を被覆するゲート絶縁膜、該ゲート絶縁膜を介して少な
   くとも一部分が該チャネル領域と対向するように設けた
   ゲート電極、該ゲート電極と該ゲート絶縁膜を被覆する
   層間絶縁膜、該層間絶縁膜上に設けたソース電極とドレ
   イン電極からなり、該ソース領域と該ドレイン領域の上
   の該ゲート絶縁膜に開けた第一のコンタクト孔と、該第
   一のコンタクト孔を通して該ソース電極が該ソース領域
   に接するように、該ドレイン電極が該ドレイン領域に接
   するように該層間絶縁膜に開けた第二のコンタクト孔を
   有することを特徴とする薄膜トランジスタ。