JPH04326723A - 半導体装置の製造方法及びその製造装置 - 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、液
晶ディスプレイー等の透明電極層を有する半導体装置の
製造方法に関し、特にフォトリソグラフィー等で使用さ
れるフォトレジスト現像液中に浸漬する際に生じる透明
電極層の変質、変色を防止する半導体装置の製造方法、
及びこの半導体装置の製造方法を使用するための製造装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、薄膜トランジスタ、液晶ディスプ
レイー等の透明電極層を有する半導体装置が提案されて
いる。この透明電極層は、（１）　光の透過性が良いこ
と、（２）　電気伝導性が良好なこと、等の性質が要求
され、一般に、ＩＴＯ（Ｉｎ２　Ｏ３　＋ＳｎＯ２　）
，Ｉｎ２　Ｏ３　，ＳｎＯ２　などの酸化物半導体で形
成されている。これらの半導体装置は、ＣＶＤ法やスッ
パタリング法による薄膜の堆積工程、ウェットエッチン
グ又はドライエッチング等の薄膜の加工工程、フォトリ
ソグラフィーなどの印刷工程、等を繰り返すことにより
製造される。

【０００３】以下、半導体装置として、薄膜トランジス
タ（Ｔｈｉｎ　　ＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下
単に「ＴＦＴ」と略す）を例にとって、その製造方法に
ついて説明する。

【０００４】まず、ガラス基板上にＩＴＯ層をスッパタ
リング法により蒸着し、ウェットエッチングによりパタ
ーンを形成する。その後ＳｉＯ２　層をＣＶＤ法により
形成する。次に、Ｃｒ層をスパッタリング法により形成
し、パターン加工しゲート電極とする。その後、ＳｉＮ
ｘ　／ａ−Ｓｉ／ＳｉＮｘ　層をＣＶＤ法により形成し
、パターン形成後、ｎ＋　ａ−Ｓｉ層を堆積する。そし
て、ドライエッチングによりＩＴＯとのコンタクト用の
穴をあけ、Ｔｉ／Ａｌ層を順次スパッタリング法により
堆積し、フォトリソグラフィーによりＴｉ／Ａｌ層のパ
ターンを形成し、ソース、ドレインとする。最後に、パ
ッシベーション膜を形成し、半導体装置の製造が終了す
る。

【０００５】他の液晶ディスプレイー等の半導体装置に
おいても、電極層としては、半導体とオーミックコンタ
クトを得るなどの目的で、アルミニウムなどの金属が用
いられており、透明電極としてはＩＴＯ等の酸化物半導
体が用いられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、アルミ
ニウムなどの金属とＩＴＯなどの酸化物半導体の電気化
学的性質を考えると、一般に、電解液中で金属は酸化物
に比べ電気化学的に低い電位を示す傾向にある。そのた
め、金属と酸化物半導体を有する半導体装置が、フォト
リソグラフィー工程での現像液や、エッチング工程での
エッチング液の中に浸漬された場合には、現像液やエッ
チング液は、イオン導電性を示すため、電解液としての
働きをし、金属と酸化物半導体を両極とする一種の電池
を構成することになる。前述したＴＦＴの例によれば、
アルミニウムは電気化学的な酸化反応によりイオン化し
て液中に溶解するとともに、ＩＴＯは電気化学的な還元
反応を受け、変色等の変質、変色が生じ、透明電極とし
ての機能を失うという課題があった。

【０００７】特に、このような課題は、フォトリソグラ
フィー工程での現像液に浸漬する際に、より顕著に発生
する。

【０００８】本発明は、これらの課題を解決し、フォト
レジスト現像液中に浸漬する際に生じる透明電極層の変
質、変色を防止する半導体装置の製造方法及びその製造
装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
、本発明の半導体装置の製造方法は、少なくとも酸化物
半導体層と金属層を有する半導体装置を、イオン導電性
液体の中に浸漬する工程において、前記金属層が前記イ
オン導電性液体の中で示す平衡電位より高い電位を、前
記酸化物半導体層又は前記金属層に印加してアノード分
極することを特徴とする。

【００１０】前記構成においては、金属層がアルミニウ
ムからなるのが好ましい。また、前記構成において、酸
化物半導体層が酸化インジウム、酸化錫又はこれらを成
分とする組成物からなるのが好ましい。また、前記構成
においては、半導体装置が酸化物半導体層に順次積層し
てなる複数の金属層を有し、最後の金属層がアルミニウ
ムからなるのが好ましい。また、前記構成においては、
イオン導電性液体がフォトレジスト現像液であるのが好
ましい。

【００１１】また、本発明の半導体装置の製造装置は、
少なくとも酸化物半導体層と金属層を有する半導体装置
と、電極を、イオン導電性液体の中に浸漬する手段、前
記金属層が前記イオン導電性液体の中で示す平衡電位よ
り高い電位を、前記酸化物半導体層又は前記金属層と前
記電極の間に印加する手段、を備えたものである。

【００１２】

【作用】前記した本発明の構成によれば、少なくとも酸
化物半導体層と金属層を有する半導体装置を、イオン導
電性液体の中に浸漬する工程において、前記金属層が前
記イオン導電性液体の中で示す平衡電位より高い電位を
、前記酸化物半導体層又は前記金属層に印加してアノー
ド分極することにより、半導体装置中の酸化物半導体の
電気化学的還元反応は抑制される。

【００１３】特に、本発明者らが種々の酸化物半導体を
用いて調査したところ、その還元電流についてＡｌ，Ｔ
ｉ等の金属の平衡電位までは、電荷移動反応が律速とな
った還元電流が観測された。一方、金属層においては電
気化学的な酸化反応が進行し、金属のイオン化による液
中への溶解が促進されるが、酸化電流はしだいに溶解し
た金属イオンの拡散の限界電流値に近づくため、分極が
ある程度大きなものとなると酸化反応の速度は一定値に
収束する。従って、酸化物半導体層と金属層を有する半
導体装置を、イオン導電性液体の中に浸漬してアノード
分極すると、次第に、酸化物半導体の電気化学的な還元
は急速に減少していくのに対して、金属層の溶解もそれ
ほど増加しなくなる。

【００１４】以上のことから、少なくとも酸化物半導体
層と金属層を有する半導体装置を、イオン導電性液体の
中に浸漬する工程において、前記金属層が前記イオン導
電性液体の中で示す平衡電位より高い電位を、前記酸化
物半導体層又は前記金属層に印加してアノード分極する
ことにより、酸化物半導体層の変質がない半導体装置の
製造方法を得ることができる。

【００１５】また、半導体装置に用いられる金属層とし
ては、Ａｌ，Ｔｉが代表的なものであるが、Ａｌの場合
には特に電気化学的な酸化反応が起こり易く、それにと
もなう酸化物半導体層の変質も起き易い。従って、特に
Ａｌ層を有する半導体装置に本発明の製造方法を適用す
ると、電気化学的還元反応の抑制作用がより顕著になる
。なお、この金属層が、Ａｌを主体にして形成され他の
成分を含んでいてもこれらの作用は有効である。

【００１６】また、半導体装置に用いられる透明電極層
は、一般に、光学窓としての無色性、透明性が要求され
るため、その製造工程における変質、変色を避けなけれ
ばならない。この透明電極層は、酸化インンジウム、酸
化錫又はＩＴＯなどの酸化物半導体で形成されるため、
本発明の製造方法を適用すると、電気化学的還元反応の
抑制作用がより顕著になる。

【００１７】また、酸化物半導体の変質はＴＦＴのＩＣ
の実装部等で生ずる傾向にあるが、例えば、ＩＴＯ／Ｔ
ｉ／Ａｌの積層構成の場合、Ｔｉ／Ａｌ層にピンホール
が発生すると、そのピンホール中に現像液が流れ込み、
ＩＴＯ／Ａｌ構成の一種の電池が形成される。一方、Ｉ
ＴＯとＡｌ層の間も電気的に接続された状態となってい
ることから、あたかも電池短絡などのような大電流が流
れ、現像液が流れ込んだピンホール周辺がより強い電気
化学的還元反応を受ける。従って、複数の金属層を有す
る半導体装置において、最後の金属層がＡｌからなる場
合に、特に電気化学的な酸化反応が起こり易く、それに
ともなう酸化物半導体層の変質も起き易いため、本発明
の製造方法を適用すると、電気化学的還元反応の抑制作
用がより顕著になる。

【００１８】また、イオン導電性液体のｐＨ値が大きく
なるほど、金属の平衡電位と酸化物半導体の平衡電位と
の差は大きくなり、酸化物半導体がより還元され易くな
る。特に、フォトリソグラフィー工程で用いられるレジ
スト現像液などのイオン導電性液体がアルカリ性の場合
、本発明の製造方法を適用すると、電気化学的還元反応
の抑制作用がより顕著になる。

【００１９】また、少なくとも酸化物半導体層と金属層
を有する半導体装置と、別のカソード電極をイオン導電
性液体の中に浸漬させる手段と、前記金属層が前記イオ
ン導電性液体の中で示す平衡電位より高い電位を、前記
酸化物半導体層又は前記金属層と前記電極の間に印加す
る手段を備える半導体装置の製造装置を用いれば、簡単
で容易にアノード分極することができる。また、印加電
位を可変にすることで、使用する酸化物半導体、金属、
イオン導電性液体の種々の組み合わせに迅速に対応する
ことが可能になる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明のいくつかの実施例を用いて詳
細に説明する。 （実施例１）本実施例では、ガラス基板／ＩＴＯ層／Ｔ
ｉ層／Ａｌ層からなる半導体装置を、イオン導電性液体
であるフォトリソグラフィーの現像液に浸漬した際に発
生したＩＴＯの変質について調べた結果を説明する。

【００２１】図１は、ガラス基板／ＩＴＯ層／Ｔｉ層／
Ａｌ層からなる半導体装置の断面図である。ガラス基板
１上にＩＴＯ層２をスパッタリング法により１００ｎｍ
形成の後、Ｔｉ層３の厚みを２００ｎｍ、Ａｌ層４の厚
みを８００ｎｍに、スパッタリング法を用いて形成して
、半導体装置のサンプル６を製造した。

【００２２】図２は、本発明に係る、半導体装置をアノ
ード分極するための製造装置の断面図と電気接続図であ
る。このサンプル６を所定の時間、現像液９に浸漬する
と共にアノード分極した。図中５はポテンシオスタット
で、このサンプル６を動作極とし、参照極７にはアルミ
ニウムの線、対極８には白金の箔を用いた。また、フォ
トリソグラフィーの現像液９としてはＳＨＩＰＬＥＹ製
のマイクロポジット・デベロッパーを用いた。分極は、
アルミニウム参照極７に対して印加電位を＋１Ｖに設定
し、浸漬時間は４５秒とした。そして、サンプル６のＩ
ＴＯ層２の変質の評価は、ＩＴＯ面からの目視により行
った。その結果、得られたサンプルにはＩＴＯ層２の変
質は認められなかった。

【００２３】同様に、比較のため、同一のサンプルを用
いて、印加電位を０Ｖに設定し、浸漬時間を４５秒とし
た。このサンプルのＩＴＯ層２の変質の評価を、同様に
、ＩＴＯ面からの目視により行ったところ、１ｃｍ２　
あたり平均で２カ所にＩＴＯ層２の変質が認められた。

【００２４】次に、同じ条件下で浸漬時間を９０秒とし
たところ、印加電位＋１Ｖのアノード分極下で浸漬した
ものについては、ＩＴＯ層２の変質がみられなかったの
に対し、分極しなかったものに対しては１ｃｍ２　あた
り平均で９カ所にＩＴＯ層２の変質が認められた。以上
、本発明を適用することにより、ＩＴＯ層を変質させる
こと無く、フォトリソグラフィーの現像工程を行うこと
ができた。

【００２５】（実施例２）次に、ガラス基板／ＩＴＯ層
／Ｔｉ層／Ａｌ層からなる半導体装置を、イオン導電性
液体である基板洗浄用の発煙硝酸に浸漬した際に発生し
たＩＴＯの変質について調べた結果を説明する。その他
の条件は実施例１と同じである。

【００２６】その結果、浸漬時間９０秒でアノード分極
下で浸漬したものについてはＩＴＯ層２の変質がみられ
なかったのに対し、分極しなかったものに対しては１ｃ
ｍ２　あたり平均で１カ所にＩＴＯ層２の変質が認めら
れた。以上、本発明を適用することにより、ＩＴＯ層を
変質させること無く、発煙硝酸を用いた基板洗浄工程を
行うことができた。

【００２７】（実施例３）本実施例では、ガラス基板／
ＳｎＯ２　層／Ｃｒ層／Ａｇ層からなる半導体装置を、
イオン導電性液体であるフォトリソグラフィーの現像液
に浸漬した際に発生したＳｎＯ２　の変質について調べ
た結果を説明する。なお、アノード分極のための印加電
位を＋０．５Ｖに設定した。その他の条件は実施例１と
同じである。

【００２８】その結果、浸漬時間９０秒でアノード分極
下で浸漬したものについては、ＳｎＯ２　層の変質がみ
られなかったのに対し、アノード分極しなかったものは
、１ｃｍ２　あたり平均で７カ所にＳｎＯ２　層の変質
が認められた。以上、本発明を適用することにより、Ｓ
ｎＯ２　層を変質させること無く、フォトリソグラフィ
ーの現像工程を行うことができた。

【００２９】なお、表１に、実施例１から３までの評価
結果を示す。

【表１】

【００３０】（実施例４）本実施例では、半導体装置と
して液晶ディスプレィー用基板を製造する工程の中のフ
ォトリソグラフィー工程において本発明を適用した例を
説明する。

【００３１】図３は、液晶ディスプレィー用基板の製造
途中の断面図である。まず、ガラス基板１０上にＩＴＯ
層１１をスパッタリング法により蒸着し、ウェットエッ
チングによりパターンを形成し、次に、ＳｉＯ２　層１
２をＣＶＤ法により形成した。その後、Ｃｒ層１３をス
パッタリング法により形成し、パターン加工しゲート電
極とした。次に、ＴａＯｘ　層１４を形成した後、Ｓｉ
Ｎｘ　／ａ−Ｓｉ／ＳｉＮｘ　層１５をＣＶＤ法により
形成し、パターン加工した後、ｎ＋　ａ−Ｓｉ層１６を
堆積した。 そして、ドライエッチングによりＩＴＯとのコンタクト
用の穴１７をあけ、Ｔｉ層１８、Ａｌ層１９を順次スパ
ッタリング法により堆積した。その後、フォトリソグラ
フィー用のレジスト２０を表面に塗布し、露光した。

【００３２】図４は、本発明の半導体装置の製造装置で
あるフォトレジスト現像装置の断面図である。図中２１
は半導体装置であり、固定冶具２２に吸引固定されてい
る。現像液を保持するための冶具２３には、半導体装置
をアノード分極するための一対の電極２４、２５が固定
されており、外部電源２６に接続する。この外部電源２
６により一対の電極２４、２５の間に電位を印加するこ
とができる。なお、この一対の電極２４、２５は、ガラ
ス状カーボンにより構成した。

【００３３】この装置に半導体装置２１を固定し、現像
液２７を注入すると共に、外部電源２６により半導体装
置２１が正電位となるように＋１Ｖの電位を印加して、
所定時間、現像処理を行った。現像の終了と共に、現像
液２７を排出し、水で半導体装置２１を洗浄した。

【００３４】次に、エッチングによりＴｉ／Ａｌ層のパ
ターンを形成し、ソース、ドレインとし、レジストを剥
離した後、最後にパッシベーション膜を形成し、液晶基
板を製造した。比較のために、上記と同様の方法で、電
位を印加しない条件の下での液晶基板も製造した。

【００３５】その結果、このようにして得た液晶基板に
駆動用のＩＣを実装して、特性を評価したところ、本発
明により電位を印加しつつ現像を行ったものは正常に動
作したのに対し、電位を印加しなかったものには色むら
などの動作不良がみられた。その不良解析を行ったとこ
ろ、ＩＣを実装する部分にＩＴＯの変色がみられた。以
上、本発明を適用することにより、ＩＴＯ層を変質させ
ること無く、フォトリソグラフィーの現像工程を行うこ
とができた。

【００３６】（実施例５）本実施例では、半導体装置と
してアモルファスシリコン太陽電池を製造する工程の中
のフォトリソグラフィー工程において本発明を適用した
例を説明する。

【００３７】図５は、アモルファスシリコン太陽電池の
製造途中の断面図である。まず、ガラス基板２８上にＩ
ＴＯ層２９をスパッタリング法により蒸着し、ウェット
エッチングによりパターンを形成し、次に、Ｐ−ａＳｉ
／Ｉ−ａＳｉ／Ｎ−ａＳｉ層３０をＣＶＤ法により形成
した。ドライエッチングによりパターン形成し、Ａｌ層
３１を電極としてスパッタリング法により形成した。そ
して、フォトリソグラフィー用のレジスト３２を表面に
塗布し感光した。なお、フォトレジストの現像工程は実
施例３と同じ条件で行った。また、比較のために、電位
を印加しなかったものについても同様に製造した。

【００３８】その結果、このようにして得たアモルファ
スシリコン太陽電池を目視により検査したところ、アノ
ード分極しつつ現像を行ったものには異常がみられなか
ったのに対し、アノード分極しなかったものにはＩＴＯ
パターンの周辺部に変色がみられた。以上、本発明を適
用することにより、ＩＴＯ層を変質させること無く、フ
ォトリソグラフィーの現像工程を行うことができた。

【００３９】なお、本発明の実施例においては、酸化物
半導体としてＩＴＯ，ＳｎＯ２　を用いたものについて
説明を行ったが、酸化インジウム（Ｉｎ２　Ｏ３　）等
の他の酸化物半導体についても同様の効果が得られる。 また、本発明は、ＩＴＯ，ＳｎＯ２　以外の酸化物半導
体にも適用され得るものである。

【００４０】また、本発明の実施例においては、半導体
装置として液晶基板、アモルファスシリコン太陽電池に
ついて説明を行ったが、フォトダイオードやエレクトロ
ルミネッセンス素子等の他の半導体装置についても同様
の効果が得られる。また、本発明は、液晶基板、アモル
ファスシリコン太陽電池以外の半導体装置にも適用され
得るものである。

【００４１】なお、本発明の実施例においては、半導体
装置の製造装置として電位印加のための一対の電極を有
する２極構成のものを用いたが、電位測定の基準となる
参照極を有する３極構成、又はそれ以上の電極構成のも
のを用いても同様の効果が得られる。

【００４２】

【発明の効果】以上、詳説したように、本発明の半導体
装置の製造方法を用いれば、少なくとも酸化物半導体層
と金属層を有する半導体装置を、フォトレジスト現像液
などのイオン導電性液体の中に浸漬する際に、生じる透
明電極層の変質、変色を容易に防止することができ、半
導体装置の製造歩留まりを上げることができる。従って
、半導体装置の製造コストを低くすることができるとい
う効果がある。

【００４３】また、本発明の半導体装置の製造装置を用
いれば、簡単な構成で、アノード分極することができ、
製造装置のコストを低くすることができるという効果が
ある。特に、アノード分極のための印加電位を可変にす
ることが容易になり、各種の製造工程において、種々の
酸化物半導体や金属を有する半導体装置、種々のイオン
導電性液体、など様々な製造パラメータに迅速に対応で
きるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用されるガラス基板／ＩＴＯ層／Ｔ
ｉ層／Ａｌ層からなる半導体装置の断面図である。

【図２】本発明に係る、半導体装置をアノード分極する
ための製造装置の断面図と電気接続図である。

【図３】本発明が適用される液晶ディスプレィー用基板
の製造途中の断面図である。

【図４】本発明の半導体装置の製造装置であるフォトレ
ジスト現像装置の断面図である。

【図５】本発明が適用されるアモルファスシリコン太陽
電池の製造途中の断面図である。

【符号の説明】

１　　ガラス基板 ２　　ＩＴＯ層 ３　　Ｔｉ層 ４　　Ａｌ層 ５　　ポテンシオスタット ６　　動作極（測定サンプル） ７　　参照極（アルミニウムの線） ８　　対極（白金箔） ９　　フォトリソグラフィーの現像液 １０　　ガラス基板上 １１　　ＩＴＯ層 １２　　ＳｉＯ２　層 １３　　Ｃｒ層 １４　　ＴａＯｘ　（酸化タンタル）層１５　　ＳｉＮ
ｘ　／ａ−Ｓｉ／ＳｉＮｘ　層１６　　ｎ＋　ａ−Ｓｉ
層 １７　　ＩＴＯとのコンタクト用の穴 １８　　Ｔｉ層 １９　　Ａｌ層 ２０　　フォトリソグラフィー用のレジスト２１　　半
導体装置 ２２　　固定冶具 ２３　　現像液保持のための冶具 ２４　　電極 ２５　　電極 ２６　　外部電源 ２７　　現像液 ２８　　ガラス基板 ２９　　ＩＴＯ層 ３０　　Ｐ−ａＳｉ／Ｉ−ａＳｉ／Ｎ−ａＳｉ層３１　
　Ａｌ層

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　少なくとも酸化物半導体層と金属層を
   有する半導体装置を、イオン導電性液体の中に浸漬する
   工程において、前記金属層が前記イオン導電性液体の中
   で示す平衡電位より高い電位を、前記酸化物半導体層又
   は前記金属層に印加してアノード分極することを特徴と
   する半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】　　金属層が、アルミニウムからなる請求
   項１記載の半導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】　　酸化物半導体層が、酸化インジウム、
   酸化錫又はこれらを成分とする組成物からなる請求項１
   記載の半導体装置の製造方法。
4. 【請求項４】　　半導体装置が、酸化物半導体層に順次
   積層してなる複数の金属層を有し、最後の金属層がアル
   ミニウムからなる請求項１又は３に記載の半導体装置の
   製造方法。
5. 【請求項５】　　イオン導電性液体が、フォトレジスト
   現像液である請求項１，２，３又は４に記載の半導体装
   置の製造方法。
6. 【請求項６】　　少なくとも酸化物半導体層と金属層を
   有する半導体装置と、電極を、イオン導電性液体の中に
   浸漬する手段、前記金属層が前記イオン導電性液体の中
   で示す平衡電位より高い電位を、前記酸化物半導体層又
   は前記金属層と前記電極の間に印加する手段、を備えた
   半導体装置の製造装置。