JPH11111988A

JPH11111988A - 薄膜半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH11111988A
Application number: JP26670497A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Morimoto; 佳宏森本; Koji Suzuki; 浩司鈴木
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1997-09-30
Filing date: 1997-09-30
Publication date: 1999-04-23

Abstract

(57)【要約】【課題】電極配線として用いる高融点金属膜の表面を
前洗浄してからこれに接続される電極を形成することに
より、コンタクト抵抗の増大を防止した薄膜半導体装置
の製造方法を得る。【解決手段】透明基板２１上にゲート電極２３、ゲー
ト配線２３’、窒化シリコン膜２４、酸化シリコン膜２
５、およびシリコン膜２６を形成する。シリコン膜２６
を被う酸化シリコン膜２９と窒化シリコン膜３０を形成
する。これらを貫通するようにして、シリコン膜２６表
面を露出する第１のコンタクト孔３１とゲート配線２
３’表面を露出する第２のコンタクト孔３２を形成す
る。第１の前洗浄として塩素系のプラズマエッチングに
よりゲート配線２３’表面を洗浄し、続いて第２の前洗
浄として沸酸系エッチャントによるウェットエッチング
でシリコン膜２６の表面を洗浄する。そしてアルミニウ
ム材料のスパッタリングとパターニングによりアルミニ
ウム電極３３、３４を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置など
の画素駆動素子として用いられる、薄膜トランジスタ
（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）の製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図６は、液晶表示パネルの表示用スイッ
チング素子として用いられるボトムゲート型薄膜トラン
ジスタの構造を示す断面図である。絶縁性の透明基板１
の表面に、高融点金属からなるゲート電極２と、同じく
高融点金属から成り素子間接続用に用いられるゲート配
線２’が配置される。このゲート電極２とゲート配線
２’は、両端部が透明基板１側で広くなるテーパー形状
を成す。ゲート電極２が配置された透明基板１上には、
窒化シリコン膜３を介して酸化シリコン膜４が積層され
る。窒化シリコン膜３は、透明基板１に含まれる不純物
が後述する活性層に浸入するのを阻止し、酸化シリコン
膜４は、ゲート絶縁膜として働く。酸化シリコン膜４上
には、ゲート電極２を横断して多結晶シリコン膜５が積
層される。この多結晶シリコン膜５が、薄膜トランジス
タの活性層となる。

【０００３】多結晶シリコン膜５上には、酸化シリコン
等の絶縁材料からなるストッパ絶縁膜６が配置される。
このストッパ絶縁膜６に被われた多結晶シリコン膜５が
チャネル領域５ｃとなり、その他の多結晶シリコン膜５
がソース領域５ｓ及びドレイン領域５ｄとなる。ストッ
パ６絶縁膜が形成された多結晶シリコン膜５上には、酸
化シリコン膜７及び窒化シリコン膜８が積層される。こ
の酸化シリコン膜７及び窒化シリコン膜８は、ソース領
域５ｓ及びドレイン領域５ｄを含む多結晶シリコン膜５
を保護する。

【０００４】ソース領域５ｓ及びドレイン領域５ｄ上の
酸化シリコン膜７及び窒化シリコン膜８の所定箇所に
は、第１のコンタクト孔９が形成される。ゲート配線
２’上の酸化シリコン膜４、７、窒化シリコン膜３、８
には第２のコンタクト孔９’が形成される。第１のコン
タクト孔９を通してソース領域５ｓ及びドレイン領域５
ｄに接続されるアルミニウム電極１０が、窒化シリコン
膜８上に配置される。同じく第２のコンタクト孔９’を
通してゲート配線２’に接続されるアルミニウム電極１
０’が窒化シリコン膜８上に配置される。これらのアル
ミニウム電極１０、１０’は、例えばアルミニウムのス
パッタリングとパターニングによって形成される。

【０００５】アルミニウム電極１０、１０’が配置され
た窒化シリコン膜８上には、可視光に対して透明なアク
リル樹脂から成る平坦化膜１１が積層される。この平坦
化膜１１は、ゲート電極２やストッパ絶縁膜６による凹
凸を埋めて表面を平坦化する。ソース領域５ｓ側のアル
ミニウム配線１０上の平坦化膜１１には、コンタクトホ
ール１２が形成される。そして、このコンタクトホール
１２を通してアルミニウム配線１０に接続されるＩＴＯ
（Indium-Tin-Oxide）膜から成る透明電極１３が、平坦
化膜１１上に広がるように配置される。この透明電極１
３が、液晶表示パネルの表示電極を構成する。

【０００６】以上の薄膜トランジスタにおいては、ドレ
イン側のアルミニウム電極１０に供給される映像情報
が、ゲート電極２に印加される走査制御信号に応答して
透明電極１３に印加される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の薄膜トランジス
タにおいては、アルミニウム電極１０、１０’を形成す
る際、電極１０とソース・ドレイン領域５ｓ、５ｄとの
コンタクト抵抗の増大を避けるため、スパッタリングの
直前に半導体膜５表面を沸酸系のエッチャントで洗浄処
理する工程を行っていた。しかしながら、ゲート配線
２’に関しては何ら格別の処理を行うことなくアルミニ
ウム電極１０’を形成していた。その結果、製造ばらつ
きによってゲート配線２’とアルミニウム電極１０’と
のコンタクト抵抗が極端に大きくなるロットが出現し、
これが装置の製造歩留まりを低下させるという欠点を有
していた。

【０００８】この原因は、ゲート配線２’の高融点金属
表面に、沸酸系のエッチャントでは除去できない酸化物
（酸化クロム等）が被着しているためと推定している。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明はかかる従来の課
題に鑑みなされたもので、高融点金属から成るゲート配
線の表面を塩素系のプラズマエッチングによって前洗浄
を行うことを第１の骨子とするものである。この製造方
法によれば、ゲート配線の表面を清浄化できるので、コ
ンタクト抵抗の増大を防止することができる。更に、本
発明は高融点金属表面を洗浄する第１の前洗浄を先に行
い、半導体膜のポリシリコン表面を洗浄する第２の前洗
浄を後に行うことを第２の骨子とするものである。この
製造方法によれば、第１の前洗浄でポリシリコン表面に
形成させるシリコン酸化物を第２の前洗浄で除去できる
のである。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に本発明の一実施の形態を図
面を参照しながら詳細に説明する。図１乃至図３は、本
発明によるボトムゲート型薄膜トランジスタの製造方法
を示す工程別の断面図である。（ａ）第１工程絶縁性の透明基板２１の表面（第１主面）上に、クロム
やモリブデン等の高融点金属をスパッタリングして膜厚
が１０００乃至２０００Åの高融点金属膜２２を形成す
る。この高融点金属膜２２を所定のパターン形状にパタ
ーニングしてゲート電極２３とゲート配線２３’を形成
する。ゲート配線２３’は、同一の絶縁基板２１上に形
成される多数の回路素子間を接続するために、絶縁基板
２１上を延在させたものである。このパターニング処理
では、ウェットエッチャントによるテーパーエッチング
により、ゲート電極２３が、両端部を透明基板２１側で
広くするテーパー形状（台形状）に形成される。（図１
（Ａ）参照）。（ｂ）第２工程透明基板２１上にゲート電極２３を被って膜厚が５００
〜１５００Åの窒化シリコン及び膜厚が１０００〜２０
００Åの酸化シリコンをプラズマＣＶＤ法により順次積
層し、窒化シリコン膜２４及び酸化シリコン膜２５を形
成する。続いて酸化シリコン膜２５上に、同じくプラズ
マＣＶＤ法により膜厚が３００〜８００Åのシリコンを
積層し、非晶質のシリコン膜２６を形成する。全体に４
００乃至５００度の加熱処理を与えてシリコン膜２６中
に含まれる余分な水素イオンを除去する。そして、エキ
シマレーザー４０をシリコン膜２６に照射し、非晶質状
態のシリコンが融解するまで加熱する。これにより、シ
リコンが結晶化し、多結晶状態となる。この多結晶状態
のシリコン膜２６が、薄膜トランジスタの活性層となる
（図１（Ｂ）参照）。（ｃ）第３工程シリコン膜２６上に膜厚が１０００〜２０００Åの酸化
シリコンを積層し、酸化シリコン膜２７を形成する。そ
して、この酸化シリコン膜２７をゲート電極２３に応じ
てパターニングし、ゲート電極２３に重なるストッパ絶
縁膜２８を形成する。このストッパ絶縁膜２８の形成に
おいては、酸化シリコン膜２７を被うホトレジスト膜を
形成し、そのレジスト膜を透明基板２１の裏面側（第２
主面側）からゲート電極２３をマスクとして露光するこ
とにより、酸化シリコン膜２７の上部にレジストマスク
をマスクずれなく形成し、そして沸酸系のウェットエッ
チャントにより酸化シリコン膜２７をパターニングする
ことにより行われる。裏面露光で行えば、ゲート配線２
３’の上部にもストッパ絶縁膜２８’が形成される。
（図１（Ｃ）参照）。（ｄ）第４工程ストッパ絶縁膜２８が形成されたシリコン膜２６に対
し、ストッパ絶縁膜２８を形成したレジストマスクを除
去あるいは残した状態で、形成すべきトランジスタのタ
イプに対応するＰ型あるいはＮ型のイオンを注入する。
即ち、Ｐチャネル型のトランジスタを形成する場合に
は、ボロン（Ｂ）等のＰ型イオンを注入し、Ｎチャネル
型のトランジスタを形成する場合には、リン（Ｐ）等の
Ｎ型イオンを注入する。この注入においては、ストッパ
絶縁膜２８で被われた領域を除いてシリコン膜２６にＰ
型あるいはＮ型の導電性を示す領域が形成される。これ
らの領域が、ゲート電極２３の両側でソース領域２６ｓ
及びドレイン領域２６ｄとなる。また、ストッパ絶縁膜
２８で被われた領域がチャンネル領域２６ｃとなる（図
１（Ｄ）参照）。（ｅ）第５工程所定の導電型の不純物イオンが注入されたシリコン膜２
６にエキシマレーザー４１を照射し、シリコンが融解し
ない程度に加熱する。これにより、シリコン膜２６内の
不純物イオンが活性化される。そして、ホトエッチング
により先ず素子間接続用のゲート配線２３’上のストッ
パ絶縁膜２８’だけを選択的に除去する。更に、ホトエ
ッチングによりゲート電極２３の両側に所定の幅を残し
てシリコン膜２６を島状にパターニングし、各トランジ
スタを分離独立させる（図２（Ａ）参照）。（ｆ）第６工程酸化シリコン膜２５上にシリコン膜２６を被ってプラズ
マＣＶＤ法により酸化シリコン及び窒化シリコンを再度
積層し、酸化シリコン膜２９及び窒化シリコン膜３０を
順次形成し、次いで４００〜６００度の熱処理によって
酸化シリコン膜２９及び窒化シリコン膜３０のアニール
処理を行う。この熱処理は、同時に窒化シリコン膜３０
中に含まれる水素イオンを酸化シリコン膜２９を通して
シリコン膜２６中に拡散することを兼ねている。拡散し
た水素イオンはシリコン膜２６中のダングリングボンド
を中和する。

【００１１】そして、ソース領域２６ｓ及びドレイン領
域２６ｄとなるシリコン膜２６上に第１のコンタクト孔
３１を、ゲート配線２３’上に、酸化シリコン膜２５、
２９及び窒化シリコン膜２４、３０を貫通する第２のコ
ンタクト孔３２を形成する。これらのコンタクト孔３
１、３２の形成は、窒化シリコン膜３０を被うホトレジ
スト膜を形成し、露光、現像によりレジストマスクを形
成し、該レジストマスクにより各絶縁膜を順次ウェット
エッチングにより除去することによって行われる。第１
と第２のコンタクト孔３１、３２を形成する際の膜厚の
差が大きければ各々個別に開口し、膜厚の差が小さけれ
ば同一工程により１回の処理で開口する。

【００１２】第１と第２のコンタクト孔３１、３２を形
成した後、本発明の特徴とするように、第１の前洗浄と
して塩素系のプラズマエッチングによりゲート配線２
３’表面に形成された酸化物を除去する。この第１の前
洗浄では、エッチングガスとしてＣｌ２＋Ｏ２、又はＨ
Ｃｌ＋Ｏ２を供給し、数秒〜数１０秒間の処理を行う。
第１の前洗浄の後、第２の前洗浄として沸酸系のウェッ
トエッチングによりシリコン膜２６の表面に形成された
酸化物を除去する。この第２の前処理では、沸酸：純水
＝１：５程度の沸酸緩衝液を用い、エッチング時間を数
秒〜数十秒とする。

【００１３】上記の第１の前洗浄では、酸素ガスを供給
するので、第１のコンタクト孔３１内部のシリコン膜２
６表面にシリコン酸化物を形成する。しかし、次の第２
の前洗浄を沸酸系のエッチャントで行うので、シリコン
膜２６表面の自然酸化膜と共に容易に除去できる。（図
２（Ｂ）参照）。（ｇ）第７工程第１と第２のコンタクト孔３１、３２部分に、シリコン
膜２６のドレイン領域２６ｄに接続されるアルミニウム
等の金属からなる電極３３とゲート電極２３’に接続さ
れる電極３４を形成する。このアルミニウム電極３３、
３４の形成は、再度酸化物が生じることがないように上
記第１と第２の前処理を行った後ある一定時間内に実施
され、例えば、窒化シリコン膜３０上にスパッタリング
した膜厚０．６〜１．０μのアルミニウムをパターニン
グすることで形成される。ここで、ドレイン領域２６ｄ
に接続される電極３３は、トランジスタの配列方向に沿
って連続してドレイン配線を形成する。ソース領域２６
ｓ上のコンタクトホール３４は前記アルミニウムを除去
する（図２（Ｃ）参照）。

【００１４】また、アルミニウム電極３３とシリコン膜
２６とのコンタクト抵抗を減じるためにアルミとシリコ
ンとの界面にチタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）等の
高融点金属を設ける場合は、窒化シリコン膜３０上に膜
厚５００〜１０００オングストロームの高融点金属と膜
厚０．６〜１．０μのアルミニウムを連続スパッタリン
グし、これらを順次ウェットエッチングすることによっ
てアルミニウム電極３３、３４を形成する。ソース領域
２６ｓ側の第１のコンタクト孔３２には前記高融点金属
すら残っておらず、第２のコンタクト孔３２ではアルミ
ニウム電極３４が前記高融点金属を介してゲート配線２
３’に接続される。（ｈ）第８工程アルミニウム電極３３、３４が形成された窒化シリコン
膜３０上にアクリル樹脂溶液を塗布し、焼成して膜厚
１．０〜１．５μの平坦化膜３５を形成する。この平坦
化膜３５は、ストッパ絶縁膜２６やアルミニウム電極３
３、３４による凹凸を埋めて表面を平坦化する。そし
て、ソース領域２６ｓ上に平坦化膜３５を貫通する第３
のコンタクト孔３６を形成し、この第３のコンタクト孔
３６部分に、ソース領域２６ｓに接続されるＩＴＯ等か
らなる透明電極３７を形成する。この透明電極３７の形
成は、例えば、平坦化膜３５上にスパッタリングした膜
厚７００〜１０００オングストロームのＩＴＯ膜をパタ
ーニングすることで形成される（図３参照）。

【００１５】本実施の形態によれば、以下の作用効果を
得ることができる。（１）第２のコンタクト孔３２内部のゲート配線２３’
表面に形成された酸化物を第１の前洗浄によって除去し
たので、アルミニウム電極３４とゲート配線２３’との
コンタクト抵抗が増大する不具合を防止し、もって装置
の製造歩留まりを向上できる。

【００１６】（２）第１の前洗浄を先に行い、次いで第
２の前洗浄を行う順番とすることにより、第１の前洗浄
によって飛散した酸化物が第１のコンタクト孔３１内に
再付着してアルミニウム電極３３とドレイン領域２６ｄ
とのコンタクト抵抗が増大する不具合を防止できる。
尚、本発明は、以上に説明したボトムゲート型薄膜トラ
ンジスタについてだけでなく、多結晶シリコン膜２６に
対してゲート電極２３が上部に位置するトップゲート型
の薄膜トランジスタについても同様に実施することがで
きる。以下に本発明の他の実施の形態として、トップゲ
ート型薄膜トランジスタに応用した例を図４、図５を用
いて簡潔に説明する。（ａ）第１工程絶縁性の透明基板２１上に、プラズマＣＶＤ法により窒
化シリコン膜２４及び酸化シリコン膜２５を順次積層
し、形成する。さらに、同じくプラズマＣＶＤ法により
シリコンを積層し、非晶質のシリコン膜２６を形成す
る。そして、エキシマレーザー４０によりシリコン膜２
６を加熱し、シリコン膜２６を多結晶状態とする（図４
（Ａ）参照）。（ｂ）第２工程トランジスタの形成位置に対応し、多結晶化されたシリ
コン膜２６を所定の形状にパターニングする。プラズマ
ＣＶＤ法によりシリコン膜２６を被うようにゲート絶縁
膜となる酸化シリコン膜２５ａを積層する。そして、ク
ロムやモリブデン等の高融点金属をスパッタリングして
高融点金属膜２２を形成し、この高融点金属膜２２を所
定の形状にパターニングして、ゲート電極２３とゲート
配線２３’を形成する（図４（Ｂ）参照）。（ｃ）第３工程ゲート電極２３をマスクとし、形成すべきトランジスタ
のタイプに対応するＰ型あるいはＮ型のイオンをシリコ
ン膜２６へ注入して、ソース領域２６ｓ及びドレイン領
域２６ｄを形成する。そして、シリコン膜２６にエキシ
マレーザー４１を照射してシリコン膜２６内の不純物イ
オンを活性化させる（図４（Ｃ）参照）。（ｄ）第４工程酸化シリコン膜２５ａ上にゲート電極２３、ゲート配線
２３’を被ってプラズマＣＶＤ法により酸化シリコン膜
２９及び窒化シリコン膜３０を順次形成する。そして、
基板全体を窒素雰囲気中で加熱処理することにより、窒
化シリコン膜３０に含まれる水素イオンを酸化シリコン
膜２９、２５ａを通してシリコン膜２６へ導入する。こ
れにより、シリコン膜２６中のダングリングボンドが水
素イオンによって補われる。

【００１７】そして、ソース領域２６ｓ及びドレイン領
域２６ｄとなるシリコン膜２６上に、酸化シリコン膜２
５ａ、２９及び窒化シリコン膜３０を貫通する第１のコ
ンタクト孔３１を形成し、ゲート配線２３’上には酸化
シリコン膜２９及び窒化シリコン膜３０を貫通する第２
のコンタクト孔３２を形成する。その後、ゲート配線２
３’表面を清浄化するための第１の前洗浄を塩素系プラ
ズマエッチングよって行い、次いでシリコン膜２６表面
を清浄化する第２の前洗浄を沸酸系エッチャントによっ
て行う（図４（Ｄ）参照）。（ｅ）第５工程アルミニウム材料のスパッタリングとパターニングによ
り、ドレイン領域２６ｄ側の第１のコンタクト孔３１部
分に、シリコン膜２６に接続されるアルミニウム電極３
３を形成し、第２のコンタクト孔３２部分にはゲート配
線２３’に接続されるアルミニウム電極３４を形成する
（図５（Ａ）参照）。（ｆ）第６工程アルミニウム電極３３、３４が形成された窒化シリコン
膜３０上にアクリル樹脂溶液を塗布し、焼成して平坦化
膜３５を形成する。そして、ソース領域２６ｓ上の平坦
化膜３５に第３のコンタクト孔３６を形成し、この第３
のコンタクト孔３６部分に、ソース領域２６ｓに接続さ
れるＩＴＯ等からなる透明電極３７を形成して、トップ
ゲート型ＴＦＴ装置を得る。

【００１８】

【発明の効果】以上に説明したとおり、本発明によれ
ば、第２のコンタクト孔３２内部のゲート配線２３’表
面に形成された酸化物を第１の前洗浄によって洗浄した
ので、アルミニウム電極３４とゲート配線２３’とのコ
ンタクト抵抗が増大する不具合を防止し、もって装置の
製造歩留まりを向上できる利点を有する。

【００１９】また、第１の前洗浄を先に行い、次いで第
２の前洗浄を行う順番とすることにより、第１の前洗浄
によってシリコン膜２６表面に形成されるシリコン酸化
物を、同じくシリコン膜２６表面に形成されている自然
酸化膜と共に容易に除去できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を説明するための断面図である。

【図２】本発明を説明するための断面図である。

【図３】本発明を説明するための断面図である。

【図４】本発明の他の実施の形態を説明するための断面
図である。

【図５】本発明の他の実施の形態を説明するための断面
図である。

【図６】従来例を説明するための断面図である。

【符号の説明】

２１・・・・・透明基板２３・・・・・ゲート電極２３’・・・・ゲート配線２６・・・・・シリコン膜２６ｓ・・・・ソース領域２６ｄ・・・・ドレイン領域２８・・・・・ストッパ絶縁膜３１・・・・・第１のコンタクト孔３２・・・・・第２のコンタクト孔３３、３４・・電極３７・・・・・透明電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁基板の上に、ゲート絶縁膜を挟んで
半導体膜とゲート電極とを配置し、前記半導体膜にソー
ス・ドレイン領域及びチャネル領域を形成した薄膜トラ
ンジスタを具備する薄膜半導体装置の製造方法であっ
て、高融点金属から成るゲート電極及び前記高融点金属から
成る配線を形成する工程と、前記半導体膜の上に絶縁膜を形成する工程と、前記半導体層の上部に第１のコンタクト孔を、前記配線
の上部に第２のコンタクト孔を形成する工程と、前記第２のコンタクト孔の内部に露出した前記高融点金
属の表面を、塩素系のプラズマ処理によって前洗浄を行
う工程と、、前記第１と第２のコンタクト孔を通して前記半導体層と
前記配線に各々接続する電極を形成する工程と、を具備
することを特徴とする、薄膜半導体装置の製造方法。
【請求項２】絶縁基板の上に、ゲート絶縁膜を挟んで
半導体膜とゲート電極とを配置し、前記半導体膜にソー
ス・ドレイン領域及びチャネル領域を形成した薄膜トラ
ンジスタを具備する薄膜半導体装置の製造方法であっ
て、高融点金属から成るゲート電極及び前記高融点金属から
成る配線を形成する工程と、前記半導体膜の上に絶縁膜を形成する工程と、前記半導体層の上部に第１のコンタクト孔を、前記配線
の上部に第２のコンタクト孔を形成する工程と、前記第１と第２のコンタクト孔の内部を、前記配線の高
融点金属表面を清浄化する第１の前洗浄を行い、次いで
前記半導体層の表面を洗浄する第２の前洗浄を行う工程
と、前記第１と第２のコンタクト孔を通して前記半導体層と
前記配線に各々接続する、電極を形成する工程と、を具
備することを特徴とする、薄膜半導体装置の製造方法。
【請求項３】前記第１の前洗浄が塩素系のプラズマエ
ッチングであることを特徴とする請求項２記載の薄膜半
導体装置の製造方法。
【請求項４】前記第２の前洗浄が沸酸系のウェットエ
ッチングであることを特徴とする請求項２記載の薄膜半
導体装置の製造方法。
【請求項５】前記第１と第２のコンタクト孔を同時に
形成することを特徴とする請求項２記載の薄膜半導体装
置の製造方法。
【請求項６】前記第１と第２のコンタクト孔を各々個
別に形成することを特徴とする請求項２記載の薄膜半導
体装置の製造方法。