JPH04340230A - 逆スタガ型薄膜トランジスタ及びその製造方法 - 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、絶縁性基板上に段差の
小さい薄膜トランジスタを高歩留まりで製造する技術に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年ガラス基板上に薄膜能動デバイスを
つくりこむ技術は、大面積透過型液晶ディスプレイや密
着型イメージセンサ等を初めとする各所に応用がめざさ
れ、研究が活発化している。そのなかでも多結晶シリコ
ン薄膜トランジスタは周辺駆動回路も一体化した全薄膜
化デバイスを作成できる最も有望なデバイスとして注目
を集めている。このような薄膜トランジスタの構造とし
ては、大きくはプレーナ構造とスタガ構造に分かれる。 逆スタガ構造はアモルファスシリコン薄膜トランジスタ
に一般的に採用されている構造でありプレーナ構造に比
べ簡単なプロセスで製造可能という利点がある。従来の
逆スタガ構造のトランジスタの構造および製造方法を図
５（ａ）〜図５（ｃ）を参照して説明する。まず図５（
ａ）に示すように、ガラス基板１０１上に、多結晶シリ
コンなどのゲート電極膜を成膜し、ゲート電極２０３構
造にパターン化する。ここでゲート電極膜としては、配
線抵抗を下げるためには、金属シリサイドや高融点金属
膜との多層膜を用いる事もできる。この上部にゲート絶
縁膜４０１を成膜し、ノンドープ多結晶シリコン膜５０
１を成膜しアイランド状に成形する。さらにドープトシ
リコン膜６０１，アルミニウムなどの電極メタルを成膜
し電極パターン成形してソース電極７０１，ドレイン電
極７０２を形成しデバイスを完成させる。このトランジ
スタの構造はチャネルエッチ型として知られている。 この構造ではドープト多結晶シリコンとノンドープ多結
晶シリコンとの選択エッチが困難であるため、これを回
避する方法として、図６に示す様に活性層シリコン層（
５０１）のチャネル部上部に絶縁膜８０１を設け、エッ
チングストップ層としてソース・ドレイン電極をパター
ン化する方法も考えられている。この構造は端子エッチ
型と呼ばれ作製工程は増加するがより安定してトランジ
スタを作製できる。いずれの構造においてもイオン注入
等のドーピングプロセスを必要とせず、しかもソース・
ドレイン用の低抵抗多結晶シリコンと電極メタルとで２
層配線が可能となるなど利点が多い。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような薄膜トラン
ジスタを用いて、例えば液晶ディスプレイ等の機能デバ
イスを作製する場合、薄膜トランジスタによる基板の段
差は重要な問題である。段差による上部配線層の断線が
起こりやすくなるだけでなく、液晶ディスプレイ等では
液晶の配向性に影響してくる。すなわち基板の凹凸（段
差）が大きい場合その基板上に形成する液晶の配向が困
難であると言う欠点を有していた。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本願第１の発明の逆スタ
ガ型薄膜トランジスタは、絶縁性基板の表面部に設けら
れた凹みを埋めるゲート電極と、前記ゲート電極上に設
けられたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に設けら
れた半導体膜と、前記半導体膜の前記ゲート電極直上部
を挟んで設けられたソース電極およびドレイン電極とを
有するというものである。

【０００５】本願第２の発明の逆スタガ型薄膜トランジ
スタの製造方法は、絶縁性基板上に高融点金属膜を形成
し、前記高融点金属膜上に高融点金属シリサイド膜を形
成し、前記シリサイド膜を所定形状にパターン化する工
程と、前記シリサイド膜をマスクとして前記高融点金属
膜を酸化させ、透明絶縁膜に変化させてゲート電極を形
成する工程と、ゲート絶縁膜を形成する工程と、ノンド
ープ多結晶シリコン膜を前記ゲート電極上部にアイラン
ド状に形成する工程と、前記アイランド状のノンドープ
多結晶シリコン膜に接続するソース電極及びドレイン電
極を形成する工程とを有するというものである。

【０００６】本願第３の発明の逆スタガ型薄膜トランジ
スタの製造方法は、絶縁性基板上に所定形状のレジスト
膜を形成し前記レジスト膜をマスクとして前記絶縁性基
板をエッチングして凹みを形成する工程と、スパッタ法
により高融点金属膜および高融点金属シリサイド膜を成
膜し、前記レジスト膜及びその上に堆積された高融点金
属膜および高融点金属シリサイド膜をリフトオフ法によ
り除去する工程と、ゲート絶縁膜を堆積する工程と、ノ
ンドープ多結晶シリコン膜をアイランド状に形成する工
程と、前記アイランド状のノンドープ多結晶シリコン膜
に接続するソース電極及びドレイン電極を形成する工程
とを有するというものである。

【０００７】

【作用】デバイス最上層部の段差には第１層の膜厚が大
きく影響してくる。一般に層間絶縁膜の膜厚は少なくと
もその下層段差膜厚以上の膜厚が必要とされている。そ
してこの層間絶縁膜にコンタクトホールを形成し、コン
タクトを得るためには上層配線層の膜厚はこの層間絶縁
膜の倍程度の膜厚を採用するのが通常である。このよう
に上層の膜厚は下層膜厚より大きくなって行くため、第
１層の膜厚が大きければ、最上層の段差は相乗的に大き
くなってしまう。この為、第１層の膜厚をできるだけ薄
くする事はデバイスの平坦化に有効である。薄膜トラン
ジスタの場合、活性層の膜厚は５０ｎｍ以下と非常に薄
くできる為、最下層のゲート電極による段差を少なくす
れば全体の段差は格段に改善できる。しかしながらただ
単にゲート電極の膜厚を薄くすると配線抵抗が大きくな
るという問題を有している。この第１層を平坦化する方
法として次の方法を提供するものである。

【０００８】第１の方法は配線材料となる金属膜を全面
に形成し、配線となる部分のみ金属として残し、他の部
分を選択的に酸化し光透過性の絶縁物に変換させる方法
である。タンタル，モリブデン等高融点金属は酸素雰囲
気中６００℃程度で酸化され光透過性の絶縁物に変化す
る。これを用いてデバイスの平坦化プロセスが行える。 まず金属膜を形成しこの上部に金属シリサイド膜等を形
成しこの金属シリサイド膜をソース・ドレイン電極にパ
ターン化し、この金属シリサイド膜をマスクとして酸素
雰囲気において金属膜を酸化させる。このときタンタル
，モリブデン等の金属の酸化物は光透過性に優れしかも
絶縁物となる。この結果金属シリサイド膜の下部のみに
金属膜が残り他の部位は透明な絶縁性基板と一体となる
。しかも金属膜はこの絶縁性基板に埋め込まれた形にな
るため、平坦化も同時に実現される。この結果デバイス
の平坦度は従来に比べ格段に向上する。

【０００９】第２の方法はあらかじめ絶縁性基板をエッ
チングして凹みをつくり、このエッチングされた部分に
自己整合的に配線層を形成する方法である。レジストパ
ターンを形成し、基板をエッチングした後、スパッタ法
により金属膜，金属シリサイド膜を成膜し、リフトオフ
法によりレジスト及びその上部の膜を除去する。自己整
合的に配線層を基板に形成した溝に形成できる。このと
き、予め基板をエッチングする深さを配線層膜厚と同じ
にする事により平坦化が可能である。

【００１０】

【実施例】図１を参照すると本願第１の発明の逆スタガ
型薄膜トランジスタの一実施例は、透明な絶縁性基板（
ガラス基板１０１）と一体化した酸化タンタル膜２０２
の凹みを、ゲート電極（タンタル膜２０１とタンタルシ
リサイド膜３０１の２層膜からできている）が埋めた構
造を有している。

【００１１】ゲート電極を酸化タンタル膜２０２を有す
る絶縁性基板に埋め込んだ結果、その上部に形成するゲ
ート絶縁膜４０１を１００ｎｍ以下の厚さに、活性層の
ノンドープ多結晶シリコン膜５０１を５０ｎｍ以下の厚
さにでき、最上部の配線電極層（ソース電極７０１，ド
ープトポリシリコン膜６０１）は少なくとも１５０ｎｍ
以下の厚さにできるため、最上層での段差は最大で２０
０ｎｍ以下と非常に平坦性に優れたマトリックス基板が
実現可能となる。図２はこの一実施例（チャネルエッチ
型）の変形である端子エッチ型と呼ばれている構造の薄
膜トランジスタを示す断面図である。両者の構造の差異
は従来例で簡単に説明したためここでは割愛する。両者
のタイプにおいて本発明の構造は有効である。

【００１２】図３（ａ）より図３（ｄ）を参照して本願
第２の発明の一実施例について説明する。

【００１３】まず図３（ａ）に示すようにゲート電極を
形成するため厚さ１００ｎｍのタンタル膜２０１を形成
し、タンタルシリサイド膜３０１を厚さ３０ｎｍ積層し
、タンタルシリサイド膜を所定形状にパターン化する。 次にこの基板を酸素雰囲気中に６００℃，３０分置くと
、タンタルシリサイドでおおわれたところ以外のタンタ
ル膜２０１は酸化され、図３（ｂ）に示すように光透過
性の絶縁膜（酸化タンタル膜２０２）に変化する。 酸化タンタル膜２０２の厚さは、タンタル膜２０１の厚
さより大きくなる。従って、タンタル膜２０１の厚さと
、タンタルシリサイド膜３０１の厚さを適当に定めるこ
とにより、酸化タンタル膜２０２の表面より、タンタル
シリサイド膜の表面がやや下方にくるようにすることが
できる。

【００１４】次に酸化シリサイド膜などのゲート絶縁膜
４０１をＣＶＤ法により形成する。このとき、タンタル
シリサイド膜３０１は、下層のタンタル膜２０１の酸化
を防ぐためのバリア層として作用する。次に図３（ｃ）
に示すように活性層であるノンドープ多結晶シリコン膜
５０１を成膜しアイランド化する。次に、ソース・ドレ
イン領域となるドープト多結晶シリコン膜６０１，アル
ミニウムなどの金属膜を形成し電極パターン（ソース電
極７０１，ドレイン電極７０２）を形成する。このよう
にして簡単な工程で段差の小さいトランジスタが作成で
き、良好な特性を得ることができた。ここで第１層の金
属材料としてはタンタルのほかにモリブデンなどの酸化
により透明な絶縁物となる高融点金属膜を使用すること
ができる。

【００１５】また図４（ａ）から図４（ｄ）は本願第３
の発明の一実施例を説明するための工程順断面図である
。

【００１６】まず図４（ａ）に示すように、所定形成の
（ソース・ドレイン電極パターン）ネガパターンレジス
ト膜９０１を形成する。ドライエッチングにより絶縁性
基板１０１をエッチングし、深さｎｍの凹み１００１を
形成する。次に、図４（ｂ）に示すようにゲート電極を
形成するタンタル膜２０１を厚さ１００ｎｍ，タンタル
シリサイド膜３０１を厚さ３０ｎｍすべてスパッタ法に
より成膜する。このとき基板温度は常に１００℃以下に
保ち成膜を行なう。次にリフトオフ法により、図４（ｃ
）に示すように、レジスト膜９０１及びその上部に堆積
した２層薄膜を除去した。レジスト膜厚（２μｍ）に比
べ堆積した膜厚（０．１３μｍ）が小さいためと、剥離
液でレジスト除去した後ブラッシングをかける事によっ
て全面に良好にリフトオフが行える。この結果自己整合
的に凹み形状に配線パターンを合わせる事ができるため
配線層（２０１，３０１）は絶縁性基板中に埋め込まれ
た構造となった。次に、ゲート絶縁膜４０１を形成し、
活性層であるノンドープ多結晶シリコン膜５０１を成膜
しアイランド化する。次に、図４（ｄ）に示すように、
ソース・ドレイン領域となるドープ多結晶シリコン６０
１，金属膜を形成し電極パターン（７０１，７０２）を
形成する。この方法により段差の小さい薄膜トランジス
タが作成でき、良好な特性を得ることができる。

【００１７】以上、図１に示すようなチャンネルエッチ
型のトランジスタに付いて説明したが、図２に示すよう
な端子エッチ型トランジスタにおいても同様な方法によ
り段差の少ないトランジスタが得られる。

【００１８】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明による薄膜
トランジスタの構造、及び製造方法により凹凸（段差）
の少ない逆スタガ型薄膜トランジスタが簡単な工程で再
現性よく作成できるので、高性能の機能デバイスを歩留
りよく製造できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願第１の発明の一実施例を示す断面図である
。

【図２】本願第１の発明の一実施例の変形を示す断面図
である。

【図３】本願第２の発明の一実施例を説明するため（ａ
）〜（ｄ）に分図して工程順に示す断面図である。

【図４】本願第３の発明の一実施例を説明するため（ａ
）〜（ｄ）に分図して示す工程順断面図である。

【図５】従来のチャンネルエッチ型の薄膜トランジスタ
をその製造工程に沿って説明するため（ａ）〜（ｃ）に
分図して示す工程順断面図である。

【図６】従来の端子エッチ型の薄膜トランジスタをその
製造工程に沿って説明するため（ａ）〜（ｃ）に分図し
て示す工程順断面図である。

【符号の説明】

１０１　　　　ガラス基板 ２０１　　　　タンタル膜 ２０２　　　　酸化タンタル膜 ２０３　　　　ゲート電極 ３０１　　　　タンタルシリサイド膜 ４０１　　　　ゲート絶縁膜 ５０１　　　　ノンドープ多結晶シリコン膜６０１　　
　　ドープトシリコン膜 ７０１　　　　ソース電極 ７０２　　　　ドレイン電極 ８０１　　　　絶縁膜 ９０１　　　　レジスト膜 １００１　　　　凹み

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　絶縁性基板の表面部に設けられた凹み
   を埋めるゲート電極と、前記ゲート電極上に設けられた
   ゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に設けられた半導
   体膜と、前記半導体膜の前記ゲート電極直上部を挟んで
   設けられたソース電極およびドレイン電極とを有するこ
   とを特徴とする逆スタガ型薄膜トランジスタ。
2. 【請求項２】　　絶縁性基板上に高融点金属膜を形成し
   、前記高融点金属膜上に高融点金属シリサイド膜を形成
   し、前記シリサイド膜を所定形状にパターン化する工程
   と、前記シリサイド膜をマスクとして前記高融点金属膜
   を酸化させ、透明絶縁膜に変化させてゲート電極を形成
   する工程と、ゲート絶縁膜を形成する工程と、ノンドー
   プ多結晶シリコン膜を前記ゲート電極上部にアイランド
   状に形成する工程と、前記アイランド状のノンドープ多
   結晶シリコン膜に接続するソース電極及びドレイン電極
   を形成する工程とを有することを特徴とする逆スタガ型
   薄膜トランジスタの製造方法。
3. 【請求項３】　　絶縁性基板上に所定形状のレジスト膜
   を形成し前記レジスト膜をマスクとして前記絶縁性基板
   をエッチングして凹みを形成する工程と、スパッタ法に
   より高融点金属膜および高融点金属シリサイド膜を成膜
   し、前記レジスト膜及びその上に堆積された高融点金属
   膜および高融点金属シリサイド膜をリフトオフ法により
   除去する工程と、ゲート絶縁膜を堆積する工程と、ノン
   ドープ多結晶シリコン膜をアイランド状に形成する工程
   と、前記アイランド状のノンドープ多結晶シリコン膜に
   接続するソース電極及びドレイン電極を形成する工程と
   を有することを特徴とする逆スタガ型薄膜トランジスタ
   の製造方法。