JPH0945929A

JPH0945929A - 薄膜半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH0945929A
Application number: JP21271595A
Authority: JP
Inventors: Midori Kuki; みどり九鬼; Nobuaki Suzuki; 信明鈴木
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-07-28
Filing date: 1995-07-28
Publication date: 1997-02-14

Abstract

(57)【要約】【課題】陽極酸化被膜で覆われた下層配線に対するコ
ンタクトを微細化可能にし且つ接触不良を抑制する。【解決手段】薄膜半導体装置を製造する為、先ず絶縁
基板００に金属膜を成膜し所定の形状にパタニングして
ゲート電極１０Ｇを含む下層配線１０に加工する。この
下層配線１０の表面を全面的に陽極酸化して陽極酸化被
膜２０を形成する。予め規定された下層配線１０のコン
タクト領域ＣＯＮから陽極酸化被膜２０をドライエッチ
ングで選択的に除去する。ゲート電極１０Ｇを含む下層
配線１０の上に絶縁膜を形成する。この絶縁膜を介して
少なくともゲート電極１０Ｇの上に半導体薄膜を形成し
且つ不純物を選択的に注入してボトムゲート型の薄膜ト
ランジスタを集積的に設ける。この後、陽極酸化被膜２
０が選択的に除去されたコンタクト領域ＣＯＮを介して
下層配線１０に電気接続する上層配線をパタニング形成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はボトムゲート型の薄
膜トランジスタを集積形成した薄膜半導体装置の製造方
法に関する。より詳しくは、陽極酸化被膜で覆われたゲ
ート配線に対するコンタクトの形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】アクティブマトリクス型の液晶表示パネ
ルの駆動基板等に用いられる薄膜半導体装置は、絶縁基
板上にボトムゲート型の薄膜トランジスタを集積形成す
る構造が知られている。ボトムゲート型の薄膜トランジ
スタは、絶縁基板の上にゲート電極を含むゲート配線を
パタニング形成した後、その上をゲート絶縁膜で被覆
し、さらに薄膜トランジスタの活性層となる半導体薄膜
を成膜する。図５を参照してゲート配線の形成方法を簡
潔に説明する。（Ａ）に示す様に、ガラス等からなる絶
縁基板００の上にタンタル等の金属膜を成膜し、所定の
形状にパタニングしてゲート電極１０Ｇを含むゲート配
線１０に加工する。薄膜半導体装置が多層配線構造の場
合、このゲート配線は下層配線となる。下層配線は所定
のコンタクト領域ＣＯＮを介して上層配線（信号配線）
に接続される場合がある。この時には、予めコンタクト
領域ＣＯＮにフォトレジスト等のマスクＭをパタニング
しておく。次に（Ｂ）に示す様に、ゲート配線１０の陽
極処理を行ないその表面に陽極酸化被膜２０を成膜す
る。この陽極処理は極めて簡単に欠陥の少ない緻密な絶
縁膜が得られる為、現在のボトムゲート型薄膜トランジ
スタのプロセスにおいて広く一般的に用いられている。
ゲート電極１０Ｇを陽極酸化被膜２０で被覆するとゲー
ト耐圧が改善し且つトランジスタ特性も向上する。陽極
酸化被膜は下地として極めて平坦な面を有している為、
その上に形成されるゲート絶縁膜と半導体薄膜の界面に
おける状態が良好になり、トランジスタ特性が改善でき
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この陽極酸化被膜２０
は極めて緻密な組成を有する為通常のウエットエッチン
グでは除去する事ができなかった。そこで、ゲート配線
と信号配線との間のコンタクト領域ＣＯＮ等には予め陽
極酸化を施さない為マスクＭを形成していた。しかしな
がら、配線パタンが微細になるとフォトレジスト等から
なるマスクＭの下に陽極処理に使う電解液が滲み込む
為、コンタクト領域ＣＯＮも薄く酸化被膜で覆われてし
まい、コンタクト不良の原因となっていた。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上述した従来の技術の課
題を解決する為以下の手段を講じた。即ち、本発明に従
って、薄膜半導体装置は以下の工程により製造される。
先ず、絶縁基板に金属膜を成膜し所定の形状にパタニン
グしてゲート電極を含む下層配線に加工する第１工程を
行なう。次に、該下層配線の表面を全面的に陽極酸化し
て陽極酸化被膜を形成する第２工程を行なう。続いて、
予め規定された下層配線のコンタクト領域から該陽極酸
化被膜を選択的に除去する第３工程を行なう。さらに、
ゲート電極を含む該下層配線の上に絶縁膜を形成する第
４工程を行なう。この後、該絶縁膜を介して少なくとも
ゲート電極の上部に半導体薄膜を形成し且つ不純物を選
択的に注入してボトムゲート型の薄膜トランジスタを集
積的に設ける第５工程を行なう。最後に、該陽極酸化被
膜が選択的に除去された該コンタクト領域を介して該下
層配線に電気接続する上層配線をパタニング形成する第
６工程を行なう。好ましくは、前記第３工程はドライエ
ッチングにより該陽極酸化被膜を選択的に除去する。よ
り具体的には、前記第３工程は少なくともＳＦ₆及びＯ
₂を含有する混合ガスを用いた反応性イオンエッチング
により酸化タンタルからなる陽極酸化被膜を選択的に除
去する。

【０００５】以上の様に、本発明ではボトムゲート型の
薄膜トランジスタを集積形成した薄膜半導体装置の製造
方法において、ゲート電極の全面陽極酸化を行ない、そ
の後ドライエッチングにてコンタクト領域から陽極酸化
被膜のみを選択的に除去する。これにより、ゲート配線
等の下層配線と信号配線等の上層配線との間の電気的な
コンタクトを良好にすると共に、配線パタンの微細化が
可能になる。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の最良
な実施形態を詳細に説明する。図１及び図２は本発明に
かかる薄膜半導体装置製造方法の基本的な工程を表わし
ている。先ず工程（Ａ）で、ガラス等からなる絶縁基板
００に金属膜を成膜し、所定の形状にパタニングしてゲ
ート電極１０Ｇを含む下層配線（ゲート配線）１０に加
工する。金属膜としては、例えばタンタル単体やタンタ
ルとモリブデンの合金を用いる事ができる。

【０００７】次に工程（Ｂ）に進み、下層配線１０の表
面を全面的に陽極酸化して、陽極酸化被膜２０を形成す
る。具体的には、所定の電解液に絶縁基板００を浸漬
し、下層配線１０を陽極として通電する事で金属膜の表
面に緻密な不働態被膜が形成される。本例では、この不
働態被膜（陽極酸化被膜２０）は酸化タンタルからな
る。

【０００８】工程（Ｃ）に進み、絶縁基板００の表面に
フォトレジストを塗布する。この後露光現像処理により
所定のコンタクト領域ＣＯＮからフォトレジストを選択
的に除去しマスクＭを形成する。

【０００９】工程（Ｄ）に進み、このマスクＭを介して
ドライエッチングを行ない、コンタクト領域ＣＯＮから
陽極酸化被膜２０を選択的に除去する。この結果、コン
タクト領域ＣＯＮには下層配線１０を構成する金属膜の
表面が露出する事になる。一般に、酸化タンタルは強弗
酸を薬液としたウエットエッチングで除去する事が可能
である。しかしながら薄膜半導体装置の基材として用い
られる絶縁基板００がガラス等で構成されている場合、
同様に強弗酸でエッチングされる為、現在のプロセスに
は適していない。そこで、本発明ではドライエッチング
を用いて酸化タンタルを除去する事により、薄膜トラン
ジスタ作成プロセスに適合した方法を提供している。例
えば、ドライエッチングには反応性イオンエッチング
（ＲＩＥ）モードを用いる事ができる。エッチングガス
としてはＳＦ₆とＯ₂とＨｅの混合ガスを用いる。混合
比はＳＦ₆／Ｏ₂／Ｈｅ＝１５０／ｘ／１５０であり、
特に０＜ｘ＜１００が望ましい。この混合ガスに高周波
電圧を印加してプラズマを発生させる。この高周波電圧
のパワーは例えば１．２kWとし、基板温度は４０℃に設
定した。又、この反応中の圧力は１０．０Pa以上に設定
する。好ましくは、１５〜２５Paの範囲で行なう事が望
ましい。この条件における酸化タンタルのエッチングレ
ートは約１６７nm/minである。一方、この条件における
下層配線１０のエッチングレートは材料としてタンタル
を用いた場合約１３６nm/minである。従って、本ＲＩＥ
の下地選択性は十分にあり、コンタクト領域ＣＯＮに位
置する下層配線１０の表面を過剰にエッチングする惧れ
はない。

【００１０】次に図２の工程（Ｅ）に進み、ゲート電極
１０Ｇを含む下層配線１０の上にゲート絶縁膜３０を形
成する。例えば、プラズマＣＶＤ法によりＳｉＯ₂を堆
積してゲート絶縁膜３０とする。さらに、同じくプラズ
マＣＶＤ法を用いて非晶質シリコン等からなる半導体薄
膜４０を連続成膜する。この後エキシマレーザ光を照射
し非晶質シリコンを一旦溶融化した後冷却過程で多結晶
シリコンに転換する。このレーザアニールに代え通常の
熱アニールを用いて非晶質シリコンを多結晶シリコンに
転換しても良い。

【００１１】工程（Ｆ）に進み、半導体薄膜４０の上に
ＳｉＯ₂膜を形成する。このＳｉＯ₂膜をパタニングし
てチャネルストッパ５０に加工する。図示する様に、チ
ャネルストッパ５０は略ゲート電極１０Ｇに整合したパ
タンを有している。例えば、ゲート電極１０Ｇをマスク
としたセルフアライメントにより裏面露光を行なう事
で、ゲート電極１０Ｇと略同一のパタンを規定できる。
このパタンに従ってＳｉＯ₂膜を選択的にエッチングす
れば、所望のチャネルストッパ５０が得られる。次にこ
のチャネルストッパ５０をマスクとしたセルフアライメ
ントで不純物を注入し、半導体薄膜４０中にソース領域
Ｓ及びドレイン領域Ｄを形成する。この不純物注入には
イオンインプランテーション法やイオンドーピング法を
用いる事ができる。この後再びレーザアニールや熱アニ
ールで不純物を活性化する。そして、半導体薄膜４０を
アイランド状にパタニングすると、ボトムゲート型薄膜
トランジスタＴＦＴの基本構造が得られる。かかる構成
を有するボトムゲート型の薄膜トランジスタＴＦＴをシ
リコン酸化物又はシリコン窒化物等からなるパシベーシ
ョン膜６０で被覆する。このパシベーション膜６０を選
択的にエッチングしてコンタクト領域ＣＯＮに連通する
コンタクトホールを開口する。同時に、ＴＦＴのソース
領域Ｓ及びドレイン領域Ｄに対しても必要なコンタクト
ホールを開口する。

【００１２】工程（Ｇ）に進み、アルミニウム等の金属
膜を成膜した後これを所定の形状にパタニングし上層配
線（信号配線）７０に加工する。この結果、上層配線７
０は陽極酸化被膜２０が選択的に除去されたコンタクト
領域ＣＯＮを介して下層配線１０に電気接続する。同時
に、信号配線７０はＴＦＴのソース領域Ｓ及びドレイン
領域Ｄにも電気接続する。この方法によれば、下層配線
１０及び上層配線７０が微細なパタンを有する場合で
も、安定したコンタクトが得られる。以上の様にしてボ
トムゲート型の薄膜トランジスタＴＦＴ及び多層配線が
集積形成された薄膜半導体装置が完成する。

【００１３】この後本薄膜半導体装置をアクティブマト
リクス型の液晶表示パネルの駆動基板に用いる場合に
は、工程（Ｈ）に進みＴＦＴや多層配線をアクリル樹脂
等からなる平坦化膜８０で被覆する。その上に、図示し
ないがＩＴＯ等の透明導電膜からなる画素電極をパタニ
ング形成する。なお、図ではＴＦＴを１個のみ示してい
るが、実際にはＴＦＴは多数個集積形成される。一部の
ＴＦＴは画素電極と接続し、これをスイッチング駆動す
る。残りのＴＦＴは周辺駆動回路を構成する。

【００１４】図３は、本発明にかかる薄膜半導体装置を
駆動基板として組み立てたアクティブマトリクス型液晶
表示パネルの一例を示す模式的な斜視図である。図示す
る様に、本パネルは一対の透明な絶縁基板１０１，１０
２と、両者の間に保持された液晶１０３とを備えたフラ
ット構造を有する。下側の絶縁基板１０１には画面部１
０４と周辺部とが集積形成されている。周辺部は垂直駆
動回路１０５と水平駆動回路１０６とを含んでいる。
又、絶縁基板１０１の周辺部上端には外部接続用の端子
部１０７が形成されている。端子部１０７は配線１０８
を介して垂直駆動回路１０５及び水平駆動回路１０６に
接続している。画面部１０４は行列状に交差したゲート
配線１０９及び信号配線１１０を含んでいる。各交差部
には画素電極１１１とこれをスイッチング駆動する薄膜
トランジスタ１１２が形成されている。ゲート配線１０
９は垂直駆動回路１０５に接続し、信号配線１１０は水
平駆動回路１０６に接続している。薄膜トランジスタ１
１２のドレイン領域は対応する画素電極１１１に接続
し、ソース領域は対応する信号配線１１０に接続し、ゲ
ート電極は対応するゲート配線１０９に連続している。
なお、垂直駆動回路１０５及び水平駆動回路１０６も薄
膜トランジスタから構成されており、ゲート配線及び信
号配線を含んでいる。

【００１５】

【実施例】図４は下層配線１０と上層配線７０の具体的
な接続構造の一実施例を表わしている。なお、この接続
構造は図３に示した周辺駆動回路１０５，１０６に含ま
れている。下層配線１０と上層配線７０は互いに層間絶
縁膜やパシベーション膜で絶縁されている為、交差して
も特に問題はない。しかしながら、配線パタンのレイア
ウト上、下層配線同士が交差する場合がある。この時に
は上層配線７０をブリッジとして用いる事で、交差する
下層配線１０同士の短絡を防いでいる。図示の例では、
垂直方向に延びる一方の下層配線１０に２箇所のコンタ
クト領域ＣＯＮを設け、この間を上層配線７０でブリッ
ジ接続している。このブリッジ接続の下を水平方向に延
びる他方の下層配線１０がパタニングされている。この
時、本発明によればコンタクト領域ＣＯＮから予め陽極
酸化被膜が選択的に除去されている為、極めて良好な電
気接続が下層配線１０と上層配線７０との間で得られ
る。

【００１６】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、予
め規定された下層配線のコンタクト領域から陽極酸化被
膜を選択的に除去した後、このコンタクト領域を介して
上層配線を下層配線に電気接続している。下層配線を全
面陽極酸化した後コンタクト領域から陽極酸化被膜を選
択的にエッチングする為、微細加工が可能になった。特
に、ドライエッチングを用いる事で絶縁基板等を損なう
事なく陽極酸化被膜の選択的な除去が可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる薄膜半導体装置製造方法を示す
工程図である。

【図２】同じく本発明にかかる薄膜半導体装置製造方法
を示す工程図である。

【図３】本発明に従って製造された薄膜半導体装置を用
いて組み立てられたアクティブマトリクス型表示パネル
を示す斜視図である。

【図４】本発明の一実施例を示す配線パタン図である。

【図５】従来の半導体装置製造方法の一例を示す工程図
である。

【符号の説明】

００絶縁基板１０下層配線１０Ｇゲート電極２０陽極酸化被膜３０ゲート絶縁膜４０半導体薄膜６０パシベーション膜７０上層配線ＭマスクＣＯＮコンタクト領域ＴＦＴ薄膜トランジスタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁基板に金属膜を成膜し所定の形状に
パタニングしてゲート電極を含む下層配線に加工する第
１工程と、該下層配線の表面を全面的に陽極酸化して陽極酸化被膜
を形成する第２工程と、予め規定された下層配線のコンタクト領域から該陽極酸
化被膜を選択的に除去する第３工程と、ゲート電極を含む該下層配線の上に絶縁膜を形成する第
４工程と、該絶縁膜を介して少なくともゲート電極の上部に半導体
薄膜を形成し且つ不純物を選択的に注入してボトムゲー
ト型の薄膜トランジスタを集積的に設ける第５工程と、該陽極酸化被膜が選択的に除去された該コンタクト領域
を介して該下層配線に電気接続する上層配線をパタニン
グ形成する第６工程とを行なう薄膜半導体装置の製造方
法。
【請求項２】前記第３工程は、ドライエッチングによ
り該陽極酸化被膜を選択的に除去する請求項１記載の薄
膜半導体装置の製造方法。
【請求項３】前記第３工程は、少なくともＳＦ₆及び
Ｏ₂を含有する混合ガスを用いた反応性イオンエッチン
グにより酸化タンタルからなる陽極酸化被膜を選択的に
除去する請求項１記載の薄膜半導体装置の製造方法。