JPH0488641A

JPH0488641A - 薄膜トランジスタの製造方法

Info

Publication number: JPH0488641A
Application number: JP20356190A
Authority: JP
Inventors: Shiyuuichi Uchikoga; 修一内古閑
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-07-31
Filing date: 1990-07-31
Publication date: 1992-03-23

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】（産業上の利用分野）本発明は、裏面露光を用いてゲート電極に自己整合的に
活性層、チャネル保護膜を形成する薄膜トランジスタの
製造方法に関する。

（従来の技術）近年、薄膜トランジスタ（Ｔ　Ｐ　Ｔ）をスイッチング
素子として構成されたアクティブマトリ・ソクス型液晶
表示装置が注目されている。これは、アモルファスシリ
コン−ＴＰＴのように安価なガラス基板を用いることで
大画面、高精細、高画質なパネルデイスプレィを低コス
トで実現する可能性があるからである。

第７図には従来の逆スタガー型ＴＰＴの断面図が示され
ている。このようなＴＰＴの製造は通常次のようにして
行われる。

すなわち、ガラス板のような絶縁基板１上にＭｏやＣ「
等の金属薄膜を堆積し、この金属膜をフォトマスクを用
いたフォトリソグラフィによりパターニングし、ゲート
電極２を形成する。次に、このゲート電極２が形成され
た絶縁基板１上に第１のゲート絶縁膜３．第２のゲート
絶縁膜４．活性層５．チャネル保護膜６をプラズマＣＶ
Ｄ法を用いて順次成膜する。次に、光を絶縁基板１表面
上より入射させてチャネル保護膜６をフォトマスクを用
いたりソグラフィにより所定のパターンに形成する。そ
して、コンタクト層７を堆積した後に、フォトマスクを
用いたフォトリソグラフィにより活性層５を島状に形成
する。次に、ゲート電極２のコンタクトをとるために、
フォトマスクを用いたフォトリングラフィによりコンタ
クトホールを設ける。最後にスパッタリング法等を用い
て電極金属を活性層５上に堆積し、パターニングし、こ
の電極金属をフォトマスクを用いたりソグラフィにより
パターニングし、ソース電極８．ドレイン電極９を形成
する。

このようなＴＰＴの製造方法では、通常、マスク合わせ
は、露光装置を用いて手動により行うか、あるいはステ
ッパー露光装置に見られるような自動マスク合わせ機能
を用いて行っていた。マスク合わせは、縦、横、回転方
向について合わせる必要がある。上述の製造方法では少
くとも５枚のフォトマスクを用いるので、露光装置を用
いて手動でマスク合わせを行う場合には、露光装置を操
作する人によりパターニングのできぐわいが左右されて
しまう。一方、露光装置の自動マスク合わせ機能を用い
てマスク合わせを行う場合には、その精度が装置の機械
精度により限定されていた。

その結果、フォトマスクを用いて順次パターンを形成し
ていく最中に、パターン同士の位置関係がずれ、所望の
形状のＴＰＴが製造されず、設計通りの特性が得られな
くなるという問題があった。

特に、チャネル保護１１６とゲート電極２との位置関係
のずれは深刻であった。なぜならば、チャネル保護膜６
は、活性層５を保護するのみならず、ＴＰＴのチャネル
長とチャネル幅とを決定し、ＴＰＴ特性に大きく関与す
るからである。また、ＴＰＴ特性を大きく左右するパタ
ーン同士の位置関係には、ゲート電極２に対するチャネ
ル保護膜６の位置関係の他に、ソース電極８．ドレイン
電極９とゲート電極２との位置関係がある。すなわち、
第７図に示すようにソース電極８．ドレイン電極９とゲ
ート電極２との重なり具合を表す領域ΔＬ１．ΔＬ２が
正確に形成されているかどうかである。ΔＬ１．ΔＬ２
領域は、活性層５とコンタクト層７とのコンタクトの安
定性に係り、このコンタクトの安定性はＴＰＴ特性に影
響する。なぜなら、ゲート電極２に電圧が印加されると
、ゲート電極２に生じた電界がおよぶ範囲内に位置する
活性層５内でキャリアの蓄電層が形成され、ＴＰＴがＯ
Ｎ状態となるので、活性層５とコンタクト層７との実質
的なコンタクト領域は、ΔＬ’　Ｉ　＋ΔＬ２領域の広
さに依有するからである。したがって、設計通りにΔＬ
１．ΔＬ２領域が形成されないと、ＯＮ電流１キャリア
移動度にばらつきが生じたり、十分なＯＮ電流、キャリ
ア移動度が得られなくなり、オフセットＴＰＴ等の不良
なＴＰＴが製造される。

したがって上述したような製造方法では−様な形状、特
性を持つＴＰＴを得るのが困難であった。

その結果、このようにして製造されたＴＰＴを大型の表
示装置、例えば、液晶表示装置装置に用いると、一部の
画素には特性の悪いＴＰＴが当たり、画質の劣化を招く
ことになる。これは製品の生産性２歩留まりを下げる原
因となる。

そこで、フォトマスクの使用枚数を減らし、マスク合わ
せのずれに起因する素子の特性劣化を少なくした製造方
法が考え出された。

第８図にはそのようにして製造されたＴＰＴの断面図が
示されている。

先ず、透光性絶縁基板１ａ上に不透光性金属薄膜を堆積
し、この不透光性金属膜をフォトマスクを用いたフォト
リソグラフィによりパターニングし、ゲート電極２ａを
形成する。次に、このゲート電極２ａが形成された透光
性絶縁基板ｌａ上に第１のゲート絶縁膜３ａ、第２のゲ
ート絶縁膜４ａ、活性層５ａ、チャネル保護膜６ａをプ
ラズマＣＶＤ法を用いて順次成膜する。次に、ゲート電
極２　Ｂ−をマスクに用いて、チャネル保護膜６ａを透
光性絶縁基板１ａ側から露光（裏面露光）し、エツチン
グを施し、チャネル保護膜６ａを所定のパターンに形成
する。そして再度、裏面露光、エツチングを行い活性層
５ａを所定のパターンに形成する。この後、コンタクト
層７ａ、　　ソース電極８ａ、　　ドレイン電極９ａを
形成してＴＰＴが完成する。

このような製造方法では、チャネル保護膜６ａはゲート
電極２ａに自己整合的に形成されるので、マスク合わせ
のずれに起因するＴＰＴ特性の低下を小さくできる。ま
た、フォトマスクの使用回数が減るので製造工程が簡単
になる。しかし、裏面露光を用いるこの製造方法で、チ
ャネル保護膜６ａをチャネル長方向に対し活性層５ａよ
り短く形成するには、チャネル保護膜６ａ形成のための
露光時間を活性層５ａのそれより長くして露光量に差を
つけなければならなかった。例えば、活性層５ａを形成
するのに必要な露光時間を１とするとチャネル保護膜６
ａのそれは２〜３となる。その結果、チャネル保護膜６
ａに塗布されたフォトレジストは光の反射等によりエツ
チングする必要がない箇所も露光される。したがって、
エツチングの最中にフォトレジストのパターン幅の狭小
化及びフォトレジストの薄膜化が起こり、チャネル保護
膜６ａとフォトレジストとの密着性が低下し、パターン
ニングの精度が落ちる。そのため、チャネル長方向に１
μｍ程度にΔＬ１．ΔＬ２領域を形成すると、ΔＬ　ｌ
　＋　ΔＬ２領域にずれが生じ、ＴＰＴ特性が劣化する
という問題があった。そして、このようなＴＰＴを用い
て製造された大型の液晶表示装置では、ＴＰＴ特性の低
下の影響が、表示上に斑、減点、輝点が発生するという
形で表れる。

（発明が解決しようとする課題）上述の如く、表面露光により少くとも５枚のフォトマス
クを用い、最低４回パターンの位置合わせを行う従来の
ＴＰＴの製造法方法では、精度良く全てのフォトマスク
合わせができず、ＴＰＴが不良になるいう問題があった
。

また、裏面露光を用いてゲート電極に自己整合的に活性
層、チャネル保護膜を形成し、フォトマスクの枚数を減
らし、パターンの位置合わせずれを小さくした従来のＴ
ＰＴの製造方法では、チャネル保護膜の形成に多量の露
光量が必要となるのでフォトレジストの薄膜化が起こり
、チャネル保護膜とフォトレジストとの密着性が悪くな
り、パターニングの精度が落ち、ＴＰＴが不良になると
いう問題があった。

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目
的とするところは、ＴＰＴ特性を改善し、生産性の向上
を図ったＴＰＴの製造方法を提供することを目的とする
。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）上記目的を達成するために、本発明のｍｌのＴＰＴ装置
の製造方法は、透光性絶縁基板上に不透光性ゲート電極
を形成する工程と、前記不透光性ゲート電極及び前記透
光性絶縁基板上に第１の絶縁膜を形成する工程と、前記
第１の絶縁膜上に透光性半導層と第２の絶縁膜とを順次
堆積する工程と、前記透光性絶縁基板側から光を入射し
て前記不透光性ゲート電極をマスクとして前記透光性半
導層と前記第２の絶縁膜とをパターニングしてそれぞれ
活性層とチャネル保護膜とを形成する工程と、前記活性
層の両端部にコンタクト層を介してコンタクトするソー
ス及びドレイン電極とを形成する工程とを有する薄膜ト
ランジスタの製造方法において、前記不透光性ゲート電
極をチャネル幅方向にゲート電極幅が変化するように形
成し、前記不透光性ゲート電極をマスクにして自己整合
的に前記チャネル保護膜をチャネル長方向に前記活性層
より幅狭く形成することを特徴とする。

本発明の第２のＴＰＴ装置の製造方法は、透光性絶縁基
板上に不透光性ゲート電極を形成する工程と、前記不透
光性ゲート電極及び前記透光性絶縁基板上に第１の絶縁
膜を形成する工程と、前記第１の絶縁膜上に透光性半導
層と第２の絶縁膜とを順次堆積する工程と、前記透光性
絶縁基板側から光を入射して前記不透光性ゲート電極を
マスクとして前記前記第２の絶縁膜をパターニングして
チャネル保護膜を形成する工程と、前記チャネル保護膜
及び前記透光性半導体上に不透光性半導体層を堆積する
工程と、前記透光性半導体層と不透光性半導体層とをパ
ターニングしてそれぞれ活性層とコンタクト層とを形成
する工程と、前記活性層の両端部に前記コンタクト層を
介してコンタクトするソース及びドレイン電極とを形成
する工程とを有する薄膜トランジスタの製造方法におい
て、前記不透光性ゲート電極をチャネル幅方向にゲート
電極幅が変化するように形成し、前記不透光性ゲート電
極をマスクにして自己整合的に前記チャネル保護膜をチ
ャネル長方向に前記活性層より幅狭く形成することを特
徴とする。

（作用）本発明のＴＰＴの製造方法によれば、裏面露光を用いて
ゲート電極に自己整合的にチャネル保護膜、活性層を形
成するのでフォトマスクの使用を少なくできる。また、
チャネル幅方向に沿ってゲート電極幅が変化しているゲ
ート電極を用いているので、ゲート電極幅が広い部分の
上では、透光性絶縁基板側から照射された光の回折によ
る光量か多いため、フォトレジストが他の部分に比べ多
く露光される。その結果、チャネル保護膜と活性層とを
形成するときの露光時間に大きな差をつける必要がない
ので、フォトレジストを必要以上に露光することがなく
なる。したがって、エツチングの最中にフォトレジスト
の薄膜化を招くことがなくなり、チャネル保護膜とフォ
トレジストとの密着性が向上し、パターンニングの精度
が上がる。

（実施例）以下、図面を参照しながら実施例を説明する。

第１図（ａ）〜（ｆ）は本発明の一実施例に係る製造方
法における各工程のＴＰＴの断面図を示し、第３図は同
ＴＰＴの平面図を示している。なお、第１図は第３図の
ＴＰＴのＣ−Ｃ線に沿った断面図である。

最初に例えば厚さ１．０ｍｍ程度のガラス基板からなる
透光性絶縁基板１１上にＭ　ｏ　Ｔ　ａ合金等の金属膜
をスパッタ法を用いて堆積する。この合金膜上にフォト
レジストを塗布し、フォトマスクを用いた紫外線露光の
フォトリソグラフィにより、ゲート電極１２を形成する
（第１図（ａ））。第２図にはこのとき形成されるゲー
トパターンが示されている。ゲート電極幅は、チャネル
幅方向（ゲート電極１２の伸長方向）にｗ１進むごとに
り、Ｒ＋と変化している。すなわちゲート電極幅は矩形
状に周期的に変化している。Ｌ、ｊ！ｔ１２はチャネル
長を決めるパラメータであり、Ｗ、はチャネル幅を決め
るパラメータである。

ｒ−，１＋の繰り返しの数は、ＴＰＴ特性上必要なチャ
ネル幅に応じて増減する。また、ｊ２２．ｗ。

は４μｍ以下であることが望ましい。このパターンは他
のパターンの基準となるものである。

次に、プラズマＣＶＤ法により、第１のゲート絶縁膜１
３、第２のゲート絶縁膜１４をシリコン酸化膜、シリコ
ン窒化膜等の絶縁材を用いて順次形成する。ついで、同
方法により、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）膜１５
、シリコン窒化膜１６を順次堆積する。そして、第１図
（ｂ）に示すように、シリコン窒化膜１６上にフォトレ
ジスト１７を塗布し、ゲート電極１２をマスクとし、紫
外線１８を用いた裏面露光を行う。この後、シリコン窒
化膜１６をエツチングしてチャネル保護膜１９を形成す
る７（第１図（Ｃ））。　　　　１キ１次に、ａ−５ｉ
膜１５上にフォトレジスト１７を塗布し、再度裏面露光
を行う。このときの露光量はチャネル保護膜１９を形成
したときのそれよりも少なくする。この後、ａ−Ｓｉ膜
１５．第２のゲート絶縁膜１４にエツチングを施し、ゲ
ート電極１２に自己整合的に活性層２０を形成する（第
１図（ｄ））。ここで露光量とは露光時間とは異なりフ
ォトレジストが光化学反応を起こすのに必要なエネルギ
量を意味しているので露光量の多さが露光時間の長さに
必ずしも対応しない。

次に、例えばＣＶＤ法を用いて、リンをドープしたアモ
ルファスシリコン（ｎ”ａ−Ｓｉ）膜２１を形成し、ゲ
ートパターン上の寄生ＴＰＴをなくすために、ｎ″ａ−
Ｓｉ膜２１をフロン系ガスを用いたケミカルドライエツ
チング法（ＣＤＥ）等を用いて第３図に示すように島状
にパターニングする。この際、チャネル領域以外（領域
Ｄ）のチャネル保護膜も同時にエツチングして第３図に
示すような島状のチャネル保護膜１９を形成する。

このパターニングは、ＴＰＴのコンタクト抵抗を低くす
るために、ｎ”ａ−８ｉ膜２１が絶縁膜１３．１４に接
合するように行い、活性層２０とｎ”　ａ　−Ｓ　ｉｉ
！２１とのコンタクト面を広くする（第１図（ｅ））。

この製造工程で用いるフォトマスクの他のパターンとの
合わせ精度は厳密でなくてよい。なぜならば、ＴＰＴ特
性を決定する活性層領域及び活性層２０とコンタクト領
域は既に形成されている為である。

最後に第１図（ｆ）に示すように、クロムとアルミニウ
ムとの積層膜等の電極材料を堆積し、エツチングしてコ
ンタクト層２２．ソース電極２３ドレイン電極２４を形
成し、ゲート電極１２のコンタクトホール（不図示）を
開けてＴＰＴが形成する。

このような工程で製造されたＴＰＴは、ゲート電極１２
に自己整合的にチャネル保護膜１９．活性層２０を形成
するのでフォトマスクの使用枚数を減らすことができる
のは勿論のこと、チャネル保護膜１９を形成するときに
透光性絶縁基板１１側から照射した紫外線１８は、第３
図の領域Ａ上部ニ位置するフォトレジスト１７を露光す
るのみならず、回折によりゲート電極１２の領域Ｂ上部
に位置するフォトレジスト１７も露光する。その結果、
紫外線１８の照射時間の長短の代わりに紫外線のエネル
ギの大小で、チャネル保護膜１９と活性層２０とを形成
するときの露光量に差をつけることができる。したがっ
て、フォトレジスト１７のパターン幅の狭小化、薄膜化
等を招かないで、精度よく活性層２０よりチャネル長方
向に長さが短いチャネル保護膜１９が形成できる。その
結果、ソース２３．ドレイン２４とゲート電極１２との
位置合わせの精度が上り、領域ΔＬ１゜ΔＬ２のずれが
小さくなり、さらに９２分だけ領域ΔＬ１．ΔＬ２が広
くなるでＴＰＴ特性が改善される。

第４図には本発明に係るＴＰＴの製造方法の他の実施例
が示されている。なお、第１図と同一部分には同一符号
を付しである。

この実施例か先に説明したものと異なる点は、第１図（
ｃ）以降の工程にある。すなわち、ａ−８ｉ膜１５を裏
面露光せずに、第４図（ａ）に示すようにＣＶＤ法等を
用いてｎ”ａ−Ｓｉ膜２１ａを堆積し、次にＣＤＥ法等
を用いてこのｎ”ａ−８ｉ膜２１ａ、ａ−Ｓｉ膜１５．
絶縁膜１４を島状にパターニングしく第４図（ｂ））、
最後に第４図（Ｃ）に示すようにコンタクト層２２ａ、
ソース電極２３．ドレイン電極２４を形成する。この場
合、コンタクト層２２ａが絶縁膜１３．１４に接合しな
いが、そのことによるコンタクト抵抗の上昇はわずかで
ある。

このような製造工程を採用すると、ＴＰＴ特性が改善さ
れるのは勿論、フォトレジスト堂布、露光、現像の３つ
の工程を省いて活性層２０を形成できるのでＴＦＴの生
産性が向上する。

第５図には本発明のＴＰＴの製造方法を適用したＴＰＴ
駆動方式の大型液晶表示装置の要部断面図が示されてい
る。なお、第１図と同一部分には同一符号を付しである
。

この液晶表示装置の製造するには、先ず、第１図（ａ）
〜（ｅ）に示された工程と同様の方法で、透光性絶縁基
板１１上にゲート電極１２．ゲート絶縁膜１３，１４．
チャネル保護膜１９．活性層２０、ｎ”　ａ−８ｉ膜２
１を形成する。次に、ゲート絶縁膜１３上にＩ　Ｔ　Ｏ
（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　０ｘｉｄｅ）等の透光性導電
膜３１を堆積し、この透光性導電膜３１を表示電極状に
加工する。次に、第１図（ｆ）と同様の方法でコンタク
ト層２２．ソース電極２３．ドレイン電極２４を形成し
てＴＦＴアレイ基板が完成する。この後、液晶材料３２
をＴＦＴアレイ基板上に配置し、この液晶材料３２をＴ
ＦＴアレイ基板と透光性導電膜３１ａが設けられた透光
性絶縁基板３３とで挾持する。

この実施例では、フォトマスクの使用回数が減り、ステ
ッパー等の複雑な露光装置の使用回数が減り、機械精度
に依有することが少なる。また、パターンの位置合わせ
が容易になり、合わせずれに起因する画質の劣化を防げ
る。したかって、大型液晶表示装置の信頼性、生産性が
向上する。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。実施例ではゲートパターンとしてゲート幅方向にゲ
ート電極幅が矩形状に変化しているものを用いたが、第
６図（ａ）、（ｂ）に示されるようにゲート幅方向にゲ
ート電極幅が三角波状に変化しているゲートパターンを
用いてもよい。

この場合、ゲートパターンの製造が容易になり、露光精
度が高くなるという利点がある。なお、ＩＩ　３１　ｗ
３は４μｍ程度であることが望ましい。

その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形し
て実施できる。

［発明の効果］本発明の薄膜トランジスタの製造方法によれば、フォト
マスクの使用回数が減り製造工程が簡単になり、しかも
チャネル保護膜を精度よく形成でき、ＴＰＴ特性が不良
になるということもなくなり、再現性、量産性の高い薄
膜トランジスタを得ることができる。また、本発明の薄
膜トランジスタの製造方法を液晶表示装置の製造に適用
することで、信頼性、量産性の高い大型液晶表示装置の
製造が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る薄膜トランジスタの製
造工程断面図、第２図は同ＴＰＴのゲートパターンを示
す図、第３図は同ＴＰＴの平面図、第４図は本発明の他
の実施例に係る薄膜トランジスタの製造工程断面図、第
５図は本発明の薄膜トランジスタ製造方法を用いて製造
された液晶表示装置の要部断面図、第６図は本発明のさ
らに別の実施例に係る薄膜トランジスタのゲートパター
ン、第７図、第８図は従来の薄膜トランジスタの断面図
ある。１１・・・透光性絶縁基板、１２．１２ａ・・・ゲート
電極、１３・・・第１の絶縁膜、１４・・・第２の絶縁
膜、１５・・・ａ−３ｉ膜、１６・・・シリコン窒化膜
、１７・・・フォトレジスト、１８・・・紫外線、１９
・・・チャネル保護膜、２０・・・活性層、２１．２１
ａ・・・ｎ”ａ−５ｔ膜、２２．２２ａ−’：Ｊ＞タク
ト層、２３・・・ソース電極、２４・・・ドレイン電極
、３１３１ａ・・・透光性導電膜、３２・・・液晶材料
、３３・・透光性絶縁基板。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦２１ａ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）透光性絶縁基板上に不透光性ゲート電極を形成す
る工程と、前記不透光性ゲート電極及び前記透光性絶縁
基板上に第１の絶縁膜を形成する工程と、前記第１の絶
縁膜上に透光性半導層と第２の絶縁膜とを順次堆積する
工程と、前記透光性絶縁基板側から光を入射して前記不
透光性ゲート電極をマスクとして前記透光性半導層と前
記第２の絶縁膜とをパターニングしてそれぞれ活性層と
チャネル保護膜とを形成する工程と、前記活性層の両端
部にコンタクト層を介してコンタクトするソース及びド
レイン電極とを形成する工程とを有する薄膜トランジス
タの製造方法において、前記不透光性ゲート電極をチャ
ネル幅方向にゲート電極幅が変化するように形成し、前
記不透光性ゲート電極をマスクにして自己整合的に前記
チャネル保護膜をチャネル長方向に前記活性層より幅狭
く形成することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方
法。
（２）透光性絶縁基板上に不透光性ゲート電極を形成す
る工程と、前記不透光性ゲート電極及び前記透光性絶縁
基板上に第１の絶縁膜を形成する工程と、前記第１の絶
縁膜上に透光性半導層と第２の絶縁膜とを順次堆積する
工程と、前記透光性絶縁基板側から光を入射して前記不
透光性ゲート電極をマスクとして前記前記第２の絶縁膜
をパターニングしてチャネル保護膜を形成する工程と、
前記チャネル保護膜及び前記透光性半導層上に不透光性
半導体層を堆積する工程と、前記透光性半導体層と不透
光性半導体層とをパターニングしてそれぞれ活性層とコ
ンタクト層とを形成する工程と、前記活性層の両端部に
前記コンタクト層を介してコンタクトするソース及びド
レイン電極とを形成する工程とを有する薄膜トランジス
タの製造方法において、前記不透光性ゲート電極をチャ
ネル幅方向にゲート電極幅が変化するように形成し、前
記不透光性ゲート電極をマスクにして自己整合的に前記
チャネル保護膜をチャネル長方向に前記活性層より幅狭
く形成することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方
法。