JPH11126907A - 薄膜トランジスタおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アクティブマトリクス型液晶表示装置などに
おける画素電極を駆動するのに用いられる薄膜トランジ
スタにおいて、上下の電極間を接続するコンタクトホー
ルに起因する段差により発生する電極の断線を抑制し、
電極間の安定した接続を得る。 【解決手段】 アクティブマトリクス型液晶表示装置な
どにおける画素電極を駆動するのに用いられる薄膜トラ
ンジスタにおいて、スイッチング素子の画素電極と接続
されるドレイン電極上にドレイン電極とは材質が異な
り、かつ酸化され難くい金属膜あるいは酸化物半導体薄
膜によるキャップ電極を積層形成する。そして、樹脂絶
縁膜によって段差を平坦化するとともに、この樹脂絶縁
膜に底部と上部とで口径が異なるコンタクトホールを開
口して、その部分にメッキ法によって金属を充填する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はアクティブマトリク
ス型液晶表示装置などにおける画素電極を駆動するのに
用いられる薄膜トランジスタに関するものであり、特に
絶縁膜を介してスイッチング素子と画素電極との接続を
良好に行うための電極構造を有する薄膜トランジスタに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＩＣやＬＳＩなどに代表される半
導体装置や、これらの半導体装置を組み込んだ電子機器
あるいは家庭電化製品などが開発され、市場で大量に販
売されている。現在ではテレビ受像機は勿論のこと、Ｖ
ＴＲやパーソナルコンピュータなども広く一般に普及し
ており、さほど珍しいものではなくなっている。中で
も、薄型で軽量かつ低消費電力であるという利点を有す
るディスプレイとして液晶表示装置が注目を集めてい
る。特に各画素毎に薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴと称
する。）などのスイッチング素子を設け、これにより各
画素を制御するようにしたアクティブマトリクス型の液
晶表示装置が解像度に優れ、鮮明な画像が得られるなど
の理由から注目されている。

【０００３】従来のアクティブ素子としては非晶質シリ
コン薄膜を用いたＴＦＴが知られており、このＴＦＴを
搭載したアクティブマトリクス型液晶表示装置が数多く
商品化されている。現在、この非晶質シリコン薄膜を用
いたＴＦＴに代わるアクティブ素子として、画素電極を
駆動させるための画素用ＴＦＴとその画素駆動用ＴＦＴ
を駆動させるための駆動回路とを一つの基板上に一体形
成することができる可能性の有る多結晶シリコン薄膜を
用いたＴＦＴを形成する技術に大きな期待が寄せられて
いる。

【０００４】多結晶シリコン薄膜は、従来のＴＦＴに用
いられている非晶質シリコン薄膜に比べて高移動度を有
しており、高性能なＴＦＴを形成することが可能となっ
ている。画素駆動用ＴＦＴを駆動させるための駆動回路
を一つの安価なガラス基板上に一体形成することが実現
されると、従来に比べて製造コストが大幅に低減される
ことになる。

【０００５】このような多結晶シリコンＴＦＴの活性層
となる多結晶シリコン薄膜をガラス基板上に作成する技
術としては、ガラス基板上に非晶質シリコン薄膜を堆積
した後に６００℃程度の温度で数時間〜数十時間熱処理
して結晶化させる固相成長法や、エキシマレーザーなど
のパルスレーザー光を照射し、その部分の非晶質シリコ
ン薄膜を瞬時に熔融させて再結晶化させるレーザー結晶
化法などの方法が提案されている。

【０００６】このアクティブマトリクス型液晶表示装置
には、画素電極にＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘ
ｉｄｅ）などの透明導電性薄膜を用いた透過型液晶表示
装置と、画素電極に金属などの反射電極を用いた反射型
液晶表示装置とがある。本来、液晶表示装置は自発光型
のディスプレイではないため、透過型液晶表示装置の場
合には、液晶表示装置の背後に照明装置、所謂バックラ
イトを配置して、そこから入射される光によって表示を
行っている。また、反射型液晶表示装置の場合には、外
部からの入射光を反射電極によって反射させることによ
って表示を行っている。

【０００７】反射型液晶表示装置の場合は、バックライ
トを使用しないため消費電力が極めて小さいが、使用環
境あるいは使用条件、即ち周囲の明るさなどによって表
示の明るさやコントラストが左右されてしまうという問
題を有している。

【０００８】一方、透過型液晶表示装置の場合は、上述
のようにバックライトを用いて表示を行うため消費電力
は大きくなるものの、周囲の明るさなどにさほど影響さ
れることなく、明るくて高いコントラストを有する表示
を行うことができるという利点を有している。

【０００９】ところで、上述のようなＩＴＯなどの透明
導電性薄膜あるいは金属などからなる画素電極は、ＴＦ
Ｔのドレイン電極に接続され、隣接するゲート配線やソ
ース配線と短絡しないように、これらと一定の間隔を有
するように形成されている。近年では画素電極の有効面
積を拡大するために、図１２に示すようなＴＦＴ上を含
む基板５１上全面に、ポリイミド樹脂やアクリル樹脂か
らなる層間絶縁膜５８を形成し、該層間絶縁膜５８に開
口したコンタクトホール６３を介してＴＦＴのドレイン
電極６１と層間絶縁膜５８上に形成された画素電極６４
とを接続する保護膜上画素電極構造（以下、ピクセル・
オン・パッシ構造と呼ぶ）が提案されている。

【００１０】この方法によると、画素電極６４はポリイ
ミド樹脂やアクリル樹脂からなる層間絶縁膜５８によっ
て、ゲート配線やソース配線と絶縁されることになるた
め、画素電極６４の端部をゲート配線やソース配線の上
方に重ねて配置することが可能となり、このことによ
り、画素電極６４の有効面積、即ち開口率を拡大するこ
とができるようになっている。更に、ポリイミド樹脂や
アクリル樹脂からなる層間絶縁膜５８は、ＴＦＴやゲー
ト配線、ソース配線に起因する段差を容易に平坦化する
ことができるため、液晶層７０の配向乱れを極めて少な
くするという効果も有している。

【００１１】しかしながら上述の方法では、ＴＦＴやゲ
ート配線、ソース配線に起因する段差を平坦化するため
に、ポリイミド樹脂やアクリル樹脂からなる層間絶縁膜
５８を１μｍ以上、例えば２μｍ〜４μｍの厚みに堆積
させる必要がある。そのため、画素電極６４とＴＦＴの
ドレイン電極６１とを接続するために開口するコンタク
トホール６３による段差が大きなものとなり、画素電極
６４とＴＦＴのドレイン電極６１との接続が良好に行わ
れない場合もしばしば発生してしまう。

【００１２】また、樹脂による層間絶縁膜５８を堆積す
ることによって、ＴＦＴやゲート配線、ソース配線に起
因する段差は低減されるものの、コンタクトホール６３
に起因する段差が画素電極６４の表面にも反映され、画
素電極６４の一部の領域に大きな段差が生じてしまい、
そこで液晶層７０の配向の乱れが発生して表示品位の低
下を引き起こすという問題も発生してしまう。

【００１３】そこで従来は、図１３に示すように、例え
ば特開平４−２２０６２５号公報に示されているよう
に、コンタクトホール６３部分に樹脂からなる層間絶縁
膜５８の表面とほぼ同じ高さとなる金属などの導電体７
１を設ける方法が提案されている。この製造方法は、Ｔ
ＦＴのドレイン電極６１上に金属などからなる導電体７
１を形成し、ＴＦＴなどの段差を平坦化する層間絶縁膜
５８を堆積させた後、導電体７１の表面が露出するよう
に層間絶縁膜５８をエッチングして、画素電極６４を接
続するというものである。

【００１４】また、特公平１−３５３５１号公報、特開
平１−６８７２７号公報あるいは特開平４−３０５６２
７号公報に示されるように、ＴＦＴのドレイン電極６１
と画素電極６４との間、即ちコンタクトホール６３部分
にメッキなどの導電体７１を電気化学的方法によって形
成し、そこに画素電極６４を接続するというような製造
方法も提案されている。

【００１５】さらに、特開平９−１４６１１８号公報に
示されるように、ソース領域上のゲート絶縁膜に開口さ
れるコンタクトホールの径よりも層間絶縁膜に開口され
るコンタクトホールの径を大きく形成して、結果として
コンタクトホールを階段状に形成して画素電極との接続
面積を増やす方法も提案されている。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】上述したような基板表
面の形状は、液晶層の配向に乱れを生じさせる大きな要
因となっている。これは、基板表面に凹凸が存在すると
その部分で液晶層の配向に乱れが生じるためである。最
近では上述した図１２のように、ピクセル・オン・パッ
シ構造によって、ＴＦＴ、ゲート配線やソース配線によ
る段差が緩和され、平坦化膜が形成された時点では基板
表面には殆ど凹凸が存在していない。

【００１７】しかし、その後に画素電極を形成するた
め、画素電極の膜厚分の段差および画素電極とＴＦＴの
ドレイン電極とを接続するためのコンタクトホールによ
る窪みが形成されている。画素電極の膜厚分の段差はせ
いぜい数千Å程度であるが、コンタクトホールによる窪
みは数μｍであり、画素電極の膜厚分の段差とは比較に
ならない程大きなものとなっている。

【００１８】また、ＴＦＴのドレイン電極と画素電極と
の接続を良好なものとするためには、コンタクトホール
をテーパー形状に加工して傾斜を持たせるようにすれば
よいが、ＴＦＴの微細化に伴いコンタクトホールの寸法
も微細化していることから、極端なテーパー形状加工が
行えない状況にある。つまり、極端なテーパー形状に加
工してしまうとコンタクトホールの寸法が大きくなって
しまうからである。コンタクトホールの寸法を大きくし
てしまうと、上述したようにコンタクトホールに起因す
る段差が画素電極の表面に反映され、画素電極の一部の
領域に大きな段差が生じ、その段差で液晶層の配向の乱
れが発生して、表示品位の低下を引き起こす大きな要因
になる。

【００１９】特に、画素電極のサイズが微細な場合にこ
の影響は顕著となる。例えば、画素電極のサイズが２５
μｍ角でありコンタクトホールの寸法が５μｍ角であっ
たとすると画素電極の面積に占めるコンタクトホールの
割合は４％となる。しかしながら、コンタクトホールの
開口工程ではエッチングによる寸法シフトが発生しやす
く、仮に完成時にコンタクトホールの寸法が１０μｍ角
になってしまったとするとコンタクトホールの占める割
合は１６％にまで達してしまうことになる。このような
状況下では、ＴＦＴのドレイン電極と画素電極との良好
な接続を維持しつつコンタクトホールの段差に起因する
不都合を解消することは容易なことではない。

【００２０】上述したような従来の方法は、このような
問題点を解決するための方法として提案されたものであ
り、特開平４−２２０６２５号公報に示されている従来
の方法では、ＴＦＴのドレイン電極上に金属などからな
る導電体を形成し、ＴＦＴなどの段差を平坦化する膜を
堆積させた後、導電体の表面を露出させるようにして、
その部分に画素電極を接続するというような構成が開示
されている。そのため画素電極の表面は平坦な状態とな
り、コンタクトホールの段差に起因する液晶層の配向の
乱れや画素電極とＴＦＴのドレイン電極との接続不良を
低減することができると考えられる。

【００２１】しかしながらこの方法では、コンタクトホ
ール部分にポリイミド樹脂やアクリル樹脂からなる層間
絶縁膜の膜厚と同程度の膜厚、即ち２μｍ〜４μｍの膜
厚を有する柱状の金属などからなる導電体を形成する必
要がある。このような導電体を形成するためには、通常
スパッタリング法あるいはプラズマＣＶＤ法によって導
電体を成膜すると考えられるが、その際、膜厚が厚いた
めに成膜に長時間を要したり、成膜途中や成膜後に膜剥
がれが生じたりすることが考えられる。また、仮に正常
に成膜が完了したとしても、これをエッチングして柱状
にパターニングするにはさらに長時間のエッチングを要
することとなり、このような方法は容易なことではな
い。

【００２２】一方、特公平１−３５３５１号公報、特開
平１−６８７２７号公報あるいは特開平４−３０５６２
７号公報などに示されている従来の方法には、ＴＦＴの
ドレイン電極と画素電極との間、即ちコンタクトホール
の部分に、メッキなどの電気化学的方法によって導電体
を形成し、そこに画素電極を接続するというような構成
が開示されている。これらによるとドレイン電極と画素
電極とを繋ぐ導電体は、コンタクトホールの部分に自己
整合的に形成されるため、導電体を形成するためのフォ
トリソ工程が不要となり、更には導電体に接続される画
素電極の表面、特にコンタクトホールによる段差を解消
することが可能となっている。

【００２３】しかしながらこの方法では、メッキなどの
電気化学的方法によって形成された導電体とドレイン電
極との密着性が必ずしも良好なものになるとは限らな
い。ドレイン電極を構成する金属材料によっては、その
表面に酸化膜などが形成され易すいものがある。一般
に、ＴＦＴの電極や配線材料として広く利用されている
ＡｌやＴｉなどがこれに該当する。金属材料の表面に酸
化膜などが形成されると十分な膜厚のメッキ層が得られ
ないばかりでなく、密着性も良好なものにはならない。
このような金属材料に対しては、事前に各種の表面処理
を施すなどの複雑な工程が必要であり、かなりのノウハ
ウが要求される。

【００２４】また、特開平９−１４６１１８号公報に示
されている従来の方法には、ソース領域上のゲート絶縁
膜に開口されるコンタクトホールの径よりも層間絶縁膜
に開口されるコンタクトホールの径を大きく形成して、
結果としてコンタクトホールを階段状に形成して画素電
極を接続するような構成が開示されている。これによる
と、ドレイン電極と画素電極との接触面積が増えるため
良好な接続が得られると考えられる。

【００２５】しかしながらこの方法では、ドレイン電極
と画素電極との接触面積が増えるものの、依然としてコ
ンタクトホールによる段差は存在しており、その段差に
よる液晶層の配向乱れに関しては解消されていないまま
である。

【００２６】本発明は上述したような従来の問題点に鑑
みなされたものであり、アクティブマトリクス型液晶表
示装置などにおける画素電極を駆動するのに用いられる
薄膜トランジスタにおいて、上下の電極間を接続するコ
ンタクトホールに起因する段差により発生する電極の断
線を抑制し、電極間の安定した接続を得ることを目的と
している。

【００２７】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の薄膜トランジスタは、絶縁性基板上に積層形成された
半導体薄膜、ゲート絶縁膜、ゲート電極、ソース電極、
ドレイン電極と、これらによって生じる段差を被覆して
平坦な表面を形成する樹脂絶縁膜とを有する薄膜トラン
ジスタにおいて、前記ドレイン電極の表面には、該ドレ
イン電極とは材質が異なり、かつ表面が酸化され難くい
金属薄膜あるいは導電性の酸化物半導体薄膜からなるキ
ャップ電極が形成され、前記樹脂絶縁膜には、前記キャ
ップ電極にまで達し、かつ底部よりも上部の口径が大き
いコンタクトホールが開口されており、前記コンタクト
ホールには金属膜が充填されているとともに、該コンタ
クトホールの底部において前記キャップ電極と電気的に
接続され、該コンタクトホールの上部において前記樹脂
絶縁膜上に形成された上部電極と電気的に接続されて、
前記ドレイン電極と該上部電極とを電気的に接続してい
ることを特徴としており、そのことにより、上記目的が
達成される。

【００２８】このとき、前記キャップ電極は、Ｎｉ、Ｃ
ｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｗのうちの何れかを主成分とする金属
薄膜であるか、または、ＩＴＯ、ＳｎＯ₂からなる薄膜
であることが好ましい。

【００２９】また、このとき、前記底部よりも上部の口
径が大きなコンタクトホールは、底部から上部に向けて
連続的に口径が大きくなっているとともに、該コンタク
トホールにおける底部および上部の口径は、ともに前記
ドレイン電極の外形寸法を越えない範囲内に形成されて
いることが好ましい。

【００３０】さらに、このとき、前記底部よりも上部の
口径が大きなコンタクトホールは、底部から上部に向け
て段階的に口径が大きくなっているとともに、該コンタ
クトホールにおける底部および上部の口径は、ともに前
記ドレイン電極の外形寸法を越えない範囲内に形成され
ていることが好ましい。

【００３１】また、本発明の請求項５に記載の薄膜トラ
ンジスタの製造方法は、絶縁性基板上に半導体薄膜、ゲ
ート絶縁膜、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極と
が順次積層形成された薄膜トランジスタの製造方法にお
いて、前記ドレイン電極の表面に、該ドレイン電極とは
材質が異なり、かつ表面が酸化され難くい金属薄膜ある
いは導電性の酸化物半導体薄膜からなるキャップ電極を
形成する工程と、前記絶縁性基板上に、前記積層形成に
よって生じる段差を被覆して平坦な表面を形成する樹脂
絶縁膜を堆積する工程と、前記樹脂絶縁膜に、前記キャ
ップ電極にまで達し、かつ底部よりも上部の口径が大き
なコンタクトホールを開口する工程と、前記コンタクト
ホールにメッキ法によって金属膜を充填することによ
り、該コンタクトホールの底部において前記キャップ電
極と電気的に接続し、該コンタクトホールの上部におい
て前記樹脂絶縁膜上に形成された上部電極と電気的に接
続して、前記ドレイン電極と該上部電極とを電気的に接
続する工程と、を有することを特徴としており、そのこ
とにより、上記目的が達成される。

【００３２】このとき、前記樹脂絶縁膜に前記コンタク
トホールを開口する工程は、エッチングにより行われる
とともに、該エッチング工程の途中段階においてエッチ
ングレートを当初のエッチングレートよりも大きくする
ことが好ましい。

【００３３】また、このとき、前記樹脂絶縁膜に前記コ
ンタクトホールを開口する工程は、酸素プラズマによる
ドライエッチングにより行われるとともに、該エッチン
グ工程の途中段階においてフッ素系ガスを添加すること
が好ましい。

【００３４】また、本発明の請求項８に記載の薄膜トラ
ンジスタの製造方法は、絶縁性基板上に半導体薄膜、ゲ
ート絶縁膜、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極と
が順次積層形成された薄膜トランジスタの製造方法にお
いて、前記ドレイン電極の表面に、該ドレイン電極とは
材質が異なり、かつ表面が酸化され難くい金属薄膜ある
いは導電性の酸化物半導体薄膜からなるキャップ電極を
形成する工程と、前記絶縁性基板上に、前記積層形成に
よって生じる段差を被覆して平坦な表面を形成する第１
の樹脂絶縁膜を堆積する工程と、前記第１の樹脂絶縁膜
上に、第２の樹脂絶縁膜を堆積する工程と、前記第２の
樹脂絶縁膜に、所定形状のコンタクトホールを開口する
工程と、前記第１の樹脂絶縁膜に、前記キャップ電極に
まで達し、かつ前記第２の樹脂絶縁膜に開口されたコン
タクトホールよりも口径の小さいコンタクトホールを形
成する工程と、前記第１、第２の樹脂絶縁膜に開口され
たコンタクトホールにメッキ法によって金属膜を充填す
ることにより、該第１の樹脂絶縁膜に開口されたコンタ
クトホールの底部において前記キャップ電極と電気的に
接続し、該第２の樹脂絶縁膜に開口されたコンタクトホ
ールの上部において前記第２の樹脂絶縁膜上に形成され
た上部電極と電気的に接続して、前記ドレイン電極と該
上部電極とを電気的に接続する工程と、を有することを
特徴としており、そのことにより、上記目的が達成され
る。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて説明する。図１は本発明のＴＦＴを示
した断面図であり、図２はその平面図である。なお、図
１は図２中のＡ−Ａ′線の部分における断面を示してい
る。

【００３６】本発明におけるアクティブ素子としてのＴ
ＦＴは、図１に示すように、概ね次のような構成となっ
ている。ガラスなどの絶縁性基板１上にＳｉＯ₂膜など
からなるベースコート膜２が堆積され、その上にシリコ
ン薄膜からなるＴＦＴの活性層３が所定の形状に形成さ
れており、該活性層３上にはＳｉＯ₂膜などの絶縁膜が
堆積されてゲート絶縁膜４が形成されている。この活性
層３上には該ゲート絶縁膜４を挟んでＡｌなどの金属材
料からなるゲート電極５が所定の形状に形成されてい
る。

【００３７】ここで、この活性層３には不純物イオンが
注入されたソース領域およびドレイン領域６とゲート電
極５の下方の領域に不純物イオンが注入されていないチ
ャネル領域７とが形成され、その後、全面に絶縁膜を堆
積して層間絶縁膜８が形成される。このソース領域およ
びドレイン領域６の上方の層間絶縁膜８およびゲート絶
縁膜４にはコンタクトホール９が開口されており、Ａｌ
などの金属材料からなるソース電極１０およびドレイン
電極１１が形成されてソース領域およびドレイン領域６
にそれぞれ接続されている。

【００３８】そして、このドレイン電極１１上には、Ｎ
ｉ、Ｃｒなどに代表される酸化され難くい金属膜あるい
はＩＴＯなどの透明導電膜を堆積させて、キャップ電極
１２を形成した。

【００３９】この後、全面にポリイミド樹脂やアクリル
樹脂などを塗布して平坦化膜１３を形成し、この平坦化
膜１３にコンタクトホール１４を開口して、前記キャッ
プ電極１２上にメッキ法によってメッキ層１５を形成す
る。そして、このメッキ層１５上に電気的に接続される
ようにＡｌなどの金属あるいはＩＴＯなどの透明導電性
薄膜を堆積させ、所定の形状にパターニングして画素電
極１６を形成する。

【００４０】本発明によると、メッキ層１５によってコ
ンタクトホール１４に起因する凹状の窪み部分を充填
し、そのメッキ層１５に画素電極１６を電気的に接続す
るような構成としているため、最上層の表面が平坦なも
のとなり、画素電極１６の表面に液晶分子の配向を乱す
ような凹凸を生じさせることがなくなる。

【００４１】また、本発明においては、メッキ層１５を
形成する際に、ドレイン電極１１上にキャップ電極１２
を形成しているため、安定してメッキ層１５を形成する
ことができる。従って、新たにメッキ工程用設備を設置
する以外に特殊な装置や複雑な前処理を必要とすること
がなく、メッキ層１５の形成工程以外は、従来のアクテ
ィブマトリクス型液晶表示装置やＴＦＴを製造するため
に用いられている成膜方法やエッチング方法により簡便
に製造することが可能である。

【００４２】（実施形態１）以下に、図面を用いて本発
明の実施の形態１における製造方法の詳細について説明
する。図３〜図４は、本実施の形態１におけるＴＦＴの
製造工程を示した断面図である。

【００４３】図３（ａ）に示すように、ガラス基板など
の絶縁性基板１上にＴＦＴを周知の方法によって作成す
る。作成方法は概ね以下の通りである。

【００４４】まず、ガラス基板１上にＳｉＯ₂膜などか
らなるベースコート膜２をスパッタリング法やプラズマ
ＣＶＤ法によって堆積させる。次に、多結晶シリコン薄
膜や非晶質シリコン薄膜などを例えば３０ｎｍ〜５０ｎ
ｍ程度の膜厚に堆積し、堆積された膜が非晶質シリコン
薄膜の場合は上方からレーザー光が照射して多結晶化す
る。多結晶化されたシリコン薄膜は所定の形状にパター
ニングされＴＦＴの活性層３となる。

【００４５】次いで、活性層３上にＳｉＯ₂膜などの絶
縁膜が堆積されゲート絶縁膜４が形成され、該活性層３
上にはゲート絶縁膜４を介してＡｌなどの金属材料から
なるゲート電極５が所定の形状に形成される。

【００４６】次いで、活性層３にはゲート電極５をマス
クとして不純物イオンが注入され、その後注入した不純
物イオンを活性化するための加熱処理が施されてソース
領域およびドレイン領域６が形成される。このときゲー
ト電極５の下方の領域には不純物イオンが注入されてい
ないチャネル領域７が形成される。

【００４７】その後、全面にＳｉＯ₂やＳｉＮ_x膜などが
堆積されて層間絶縁膜８が形成される。最後にソース領
域およびドレイン領域６の上方に位置する層間絶縁膜８
およびゲート絶縁膜４にコンタクトホール９が開口した
後、Ａｌなどの金属材料からなるソース電極１０および
ドレイン電極１１を形成し、該ソース電極１０およびド
レイン電極１１がソース領域およびドレイン領域６に接
続される。本実施の形態１におけるＴＦＴは、このよう
にして製造される。

【００４８】本実施の形態１では、多結晶シリコン薄膜
を活性層３に用いたコプラナ型ＴＦＴについて説明した
が、非晶質シリコン薄膜を活性層３に用いた逆スタガ型
ＴＦＴであってもよい。

【００４９】そして、この後、ドレイン電極１１上に該
ドレイン電極１１と異なる材質の金属膜あるいは透明導
電性薄膜を堆積させて、所定形状にパターニングし、キ
ャップ電極１２を形成した。このときの金属膜として
は、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｗなどを用いることが可
能であり、また、透明導電性薄膜としては、ＩＴＯ、Ｓ
ｎＯ₂などを用いることが可能である。

【００５０】次に、図３（ｂ）に示すように、全面にポ
リイミド樹脂やアクリル樹脂などを塗布して平坦化膜１
３を形成する。本実施の形態１では、樹脂にオプトマー
ＳＳ（日本合成ゴム社製）を用い、２μｍ〜４μｍ、例
えば最大で２μｍの厚みになるように基板１上に塗布形
成した。

【００５１】次に、キャップ電極１２の上方に位置する
平坦化膜１３にコンタクトホール１４を開口した。この
コンタクトホール１４の開口には、酸素ガスによるドラ
イエッチングを用いることができる。本実施の形態１で
は、酸素ガス流量４００ｓｃｃｍ、高周波電力６００
Ｗ、ガス圧力２０ｍＴｏｒｒの条件でエッチングを行っ
てコンタクトホール１４を形成した。また、このコンタ
クトホール１４の内壁は、概ね８０°〜６０°の角度に
傾斜させて形成した。また、このコンタクトホール１３
を開口する際には、アライメント精度を考慮してドレイ
ン電極１１側のコンタクトホール１３の口径を比較的小
さくし、確実にドレイン電極１１上に開口するように
し、また、平坦化膜１２の表面側の口径もドレイン電極
１１の外形寸法を越えない範囲にすることが望ましい。
これは、電極間の接続を確実なものとし、このＴＦＴを
液晶表示装置などに用いた際に不必要に開口率を低下さ
せないためにも重要である。なお、このとき平坦化膜１
３に用いられる樹脂は感光性を有するものであってもよ
い。

【００５２】次に、図４（ａ）に示すように、コンタク
トホール１４の部分にメッキ法によって金属膜を充填し
メッキ層１５を形成する。一般にメッキ法と言えば電解
メッキ法を指すことが多く、この方法は、メッキしたい
金属イオンを含む水溶液中に直流電流を流し、陰極面に
金属膜を得るというものである。このメッキ工程の様子
を図１１に示す。この工程で用意される設備としては、
メッキ液１９と該メッキ液１９を入れるメッキ槽２０、
それに直流電源２１である。陽極２２にはメッキする金
属と同じ材質の電極を用いるのが一般的であり、Ｎｉを
メッキする場合にはニッケル電極、Ａｇをメッキする場
合には銀電極を用いる。また、メッキされる金属として
は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｐｔなどを
用いることができる。本発明においては、特にメッキす
る金属を限定する必要はないが、後述するように下地材
料との相性も考慮して決定するほうが好ましく、Ｎｉ、
Ｃｕ、Ａｇなどが特に有望である。例えば、Ｎｉは比較
的容易にメッキが可能であり、工業用に広く用いられて
いるし、Ｃｕ、Ａｇなどは電気抵抗が十分に低いため電
極などに用いるには好適であると考えられるからであ
る。水溶液としては、例えばＮｉやＡｇの場合、硫酸ニ
ッケル、塩化ニッケル、シアン化銀などが用いられる。

【００５３】本実施の形態１ではＡｇを用いてメッキを
行った。メッキ液としては、例えばシルブレックスII
（日本エレクトロプレイティング・エンジニヤース社
製）を用い、電流密度１Ａ／ｄｍ²、メッキ液温度２５
℃で約２分間程度メッキを行い、約２μｍ程度のメッキ
層１５を形成した。メッキ層１５の膜厚は電流密度と時
間とを制御することにより決定することができる。電流
密度やメッキ液温度については、メッキ液の種類によっ
て異なるため適宜決定すればよく、本実施の形態１で
は、電流密度１〜５Ａ／ｄｍ²、メッキ液温度２０〜３
０℃の範囲で条件を設定した。本実施の形態１における
このような条件は、コンタクトホール１３のようにメッ
キする部分の面積が小さい場合には低電流密度で行う方
が良好な結果が得られ易すいことを考慮して決定したも
のでる。

【００５４】次に、メッキ工程の前後の工程に関して説
明する。メッキ工程の前には、メッキされる対象物の表
面を水洗する以外に必要に応じて塩酸などで表面の処理
を行う。メッキ工程の後には、７０℃前後の温純水で洗
浄して乾燥させる。なお、本実施の形態１では単一金属
のメッキの例を示したが、合金のメッキであっても差し
支えない。

【００５５】次に、図４（ｂ）に示すように、メッキ層
１５に電気的に接するようにＩＴＯなどの透明導電性薄
膜やＡｌなどの金属膜を堆積させ、フォトレジストによ
るマスクを用いてパターニングして所定の形状の画素電
極１６を形成する。

【００５６】本実施の形態１ではドレイン電極１１の上
に、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｗなどの金属膜、あるい
はＩＴＯやＳｎＯ₂などの透明導電性薄膜からなるキャ
ップ電極１２が形成されている。このキャップ電極１２
を構成するＩＴＯやＳｎＯ₂などは元来酸化物薄膜であ
り、それ自身が導電性を有する酸化物半導体である。従
って、金属材料のように表面に絶縁性の酸化膜が形成さ
れるというような表面状態の変化が少なく、常に良好な
導通を確保することができる。また、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃ
ｕ、Ｆｅ、Ｗなどの金属膜は、表面が酸化され難くく、
かつその上にメッキ層１５を形成した際に特に密着性が
良好となるという特徴を有している。特にＮｉ上にＮｉ
メッキ、Ｃｒ上にＣｒメッキなどのような同一金属同志
の密着性は良好であり、Ｃｕ上にＡｇメッキあるいはＡ
ｕメッキする場合にも同様に良好な密着性を得ることが
できる。そのため、本実施の形態１では良質のメッキ層
１５を容易に形成することができた。

【００５７】なお、上述したように、キャップ電極１２
はメッキ層１５との導通や密着性の確保のために形成す
るものであるため、膜厚は１０００Å程度あるいはそれ
以下でよく、スパッタリング法などで容易に成膜するこ
とが可能である。

【００５８】また、コンタクトホール１４の内壁は、概
ね８０°〜６０°の角度で形成されているため、コンタ
クトホール１４の底部と上部とではコンタクトホール１
４の径に違いが生じている。例えば、コンタクトホール
１４の底部が４μｍ角であり、平坦化膜１３の膜厚が２
μｍであり、内壁が８０°〜６０°の角度であった場合
には、コンタクトホール１４の上部の面積は底部に比べ
て約５０〜８０％程度大きくなる。即ち、画素電極１６
と接続する部分の面積が増大することになり、従来に比
べて画素電極１６との良好な接続を確保することが可能
となるのである。このとき、使用するメッキ液によって
は若干の加熱を必要とする場合もあるが、その場合に
は、付属設備としてメッキ槽の加熱設備を用意すればよ
い。

【００５９】なお、図示していないが、この後全面に配
向膜を形成し、配向処理を施した後、カラーフィルター
や対向電極などを形成した対向側基板を貼り合わせて、
基板間に液晶を注入すれば液晶表示装置を完成させるこ
とができる。

【００６０】（実施形態２）次に、図面を用いて本発明
の他の実施の形態における製造方法の詳細について説明
する。図５〜図７は、本実施の形態２におけるＴＦＴの
製造工程を示した断面図である。

【００６１】図５（ａ）に示すように、ＴＦＴを作成
後、樹脂による平坦化膜１３を形成する。なお、本実施
の形態２におけるＴＦＴの製造工程などは実施の形態１
と同様であるため説明を省略する。

【００６２】図５（ｂ）に示すように、樹脂による平坦
化膜１３にコンタクトホール１４を開口した。このコン
タクトホール１３の開口には、酸素ガスによるドライエ
ッチングを用いることができる。本実施の形態２では、
先ず酸素ガス流量４００ｓｃｃｍ、高周波電力６００
Ｗ、ガス圧力２０ｍＴｏｒｒの条件でエッチングを行っ
てコンタクトホール１３を形成した。

【００６３】次に、図６（ａ）に示すように、コンタク
トホール１４のエッチングの途中の段階で、フッ素系ガ
ス、例えばＣＦ₄、ＳＦ₆、ＣＨＦ₃などをエッチングガ
ス総流量の１〜５０％の割合で添加して引き続きエッチ
ングを行い、コンタクトホール１４を形成した。本実施
の形態２では、フッ素系ガスを添加することにより、エ
ッチングレートが向上して、コンタクトホール１４の上
部では横方向にもある程度エッチングが進行し、底部に
比べて緩やかな傾斜が形成された。

【００６４】本実施の形態２では、コンタクトホール１
４の壁面の角度が、底部で約８０°程度、上部で約６０
°〜４５°程度となった。なお、フッ素系ガスを添加す
るエッチングの途中の段階とは、平坦化膜１３の膜厚方
向に一定量エッチングが進行した時点のことであり、そ
の量はエッチングレートから換算して適宜決定すればよ
いが、本実施の形態２では概ね平坦化膜１３の膜厚方向
に１／３程度エッチングが進行した時点とした。また、
添加するフッ素系ガスの割合も適宜決定すればよいが、
添加するフッ素系ガスの種類や割合によってはエッチン
グレートが変化し、それに伴ってコンタクトホール１４
の壁面の角度も影響を受けることになる。ただし、添加
の割合が５０％を越えると逆にエッチングレートが低下
するため好ましくない。

【００６５】次に、図６（ｂ）に示すように、コンタク
トホール１４の部分にメッキ法によって金属膜を充填し
メッキ層１５を形成する。なお、メッキ法に関する詳細
については、上述した実施の形態１と同様であるため、
ここでは説明を省略する。

【００６６】次に、図７に示すように、メッキ層１５に
電気的に接するようにＩＴＯなどの透明導電性薄膜やＡ
ｌなどの金属膜を堆積させ、フォトレジストによるマス
クを用いてパターニングして所定の形状の画素電極１６
を形成する。本実施の形態２では、コンタクトホール１
４の上部に底部よりも緩やかな傾斜が形成されているた
め、メッキ層１５と画素電極１６との接続面積が大幅に
拡大することになる。上述した実施の形態１あるいは本
実施の形態２のように、底部よりも上部の径の方が大き
なコンタクトホール内に金属膜を充填させるためには、
メッキ法は非常に有効である。

【００６７】（実施形態３）次に、図面を用いて本発明
の他の実施の形態における製造方法の詳細について説明
する。図８〜図１０は、本実施の形態３におけるＴＦＴ
の製造工程を示した断面図である。

【００６８】図８（ａ）に示すように、ＴＦＴを作成
後、樹脂による平坦化膜１３を形成する。なお、本実施
の形態３におけるＴＦＴの製造工程などは実施の形態１
と同様であるため説明を省略する。

【００６９】図８（ｂ）に示すように、平坦化膜１３上
にポリイミド樹脂やアクリル樹脂などを塗布して第２の
平坦化膜１７を形成する。このとき、第２の平坦化膜１
７は平坦化膜１３ほど厚く形成する必要はない。本実施
の形態３では、樹脂にオプトマーＳＳ（日本合成ゴム社
製）を用い、数千Å〜１μｍ、例えば最大で５０００Å
程度の厚みになるように基板上に塗布形成した。なお、
平坦化膜１３は約２μｍの厚みになるように基板上に塗
布形成した。

【００７０】次に、図９（ａ）に示すように、樹脂によ
る第２の平坦化膜１７にコンタクトホールを開口した。
このコンタクトホールは、次工程で平坦化膜１３に開口
されるコンタクトホール１４よりも大きな径で開口され
る。コンタクトホールの開口には、酸素ガスによるドラ
イエッチングを用いることができる。本実施の形態３で
は、先ず酸素ガス流量４００ｓｃｃｍ、高周波電力６０
０Ｗ、ガス圧力２０ｍＴｏｒｒの条件でエッチングを行
ってコンタクトホール１８を形成した。なお、この際の
コンタクトホール１８の寸法は、このＴＦＴが透過型液
晶表示装置に用いられる場合には、画素の開口率を損な
わない範囲に決定する必要がある。本実施の形態３で
は、コンタクトホール１４よりも１〜２μｍ大きくして
５〜６μｍ角の寸法により開口するようにした。

【００７１】次に、図９（ｂ）に示すように、樹脂によ
る平坦化膜１３にコンタクトホール１４を開口した。こ
のコンタクトホール１４の開口には、酸素ガスによるド
ライエッチングを用いることができる。本実施の形態３
では、先ず酸素ガス流量４００ｓｃｃｍ、高周波電力６
００Ｗ、ガス圧力２０ｍＴｏｒｒの条件でエッチングを
行ってコンタクトホール１８を形成した。

【００７２】次に、図１０（ａ）に示すように、コンタ
クトホール１４およびコンタクトホール１８の部分にメ
ッキ法によって金属膜を充填しメッキ層１５を形成す
る。なお、メッキ法に関する詳細については、上述した
実施の形態１と同様であるため、ここでは説明を省略す
る。

【００７３】次に、図１０（ｂ）に示すように、メッキ
層１５に電気的に接するようにＩＴＯなどの透明導電性
薄膜やＡｌなどの金属膜を堆積させ、フォトレジストに
よるマスクを用いてパターニングして所定の形状の画素
電極１６を形成する。本実施の形態３では樹脂による２
層の平坦化膜１３、１７に径の異なるコンタクトホール
１４、１８を開口して、その部分にメッキ法によって金
属膜を充填するようにしている。従って、コンタクトホ
ール１４、１８の開口のためにエッチング工程が一回増
えるものの、メッキ層１５と画素電極１６との接続面積
を大幅に拡大することが可能となっている。

【００７４】また、本実施の形態３のように、コンタク
トホールの上部の径の方が底部よりも大きく、かつ概略
Ｔ字状のコンタクトホール内に金属膜を充填させるため
には、メッキ法は非常に有効である。

【００７５】

【発明の効果】上述したように、本発明の薄膜トランジ
スタでは、コンタクトホールを介して上下間で接点を有
する電極の接続を確実に行うことが可能となる。

【００７６】本発明の薄膜トランジスタにおいては、コ
ンタクトホール部分に金属膜を充填していることによ
り、コンタクトホールによって生じる凹状の段差が緩和
されるとともに、画素電極の断線を防止することがで
き、薄膜トランジスタのドレイン電極と画素電極との接
続をより確実なものにすることができる。また、コンタ
クトホールに起因する液晶分子の配向乱れの発生を防止
することができるため、良好な表示品位を得ることが可
能となっている。

【００７７】また、本発明の薄膜トランジスタにおいて
は、底部の径よりも上部の径の方が大きい形状のコンタ
クトホールを形成し、そのコンタクトホール部分にメッ
キ法により金属膜を充填していることにより、画素電極
とドレイン電極との接続面積を大幅に拡大することがで
きる。また、この金属膜はメッキ法により形成している
ため非常に容易に形成することが可能となっている。

【００７８】さらに、本発明の薄膜トランジスタにおい
ては、薄膜トランジスタを製造する際に特殊な方法や特
別な装置を用いる必要がなく、従来ＴＦＴを製造するた
めに用いられている方法や製造装置を用い、工程数もそ
れほど増やすことなく効率良く製造することが可能とな
っている。また、このようにして製造された薄膜トラン
ジスタを用いることにより、良好な表示特性を有するア
クティブマトリクス型液晶表示装置を効率良く製造する
ことが可能となっている。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の薄膜トランジスタを示した断
面図である。

【図２】図２は、本発明の薄膜トランジスタを示した平
面図である。

【図３】図３（ａ）（ｂ）は、本実施の形態１における
薄膜トランジスタの製造工程を示した断面図である。

【図４】図４（ａ）（ｂ）は、図３（ａ）（ｂ）に続く
本実施の形態１における薄膜トランジスタの製造工程を
示した断面図である。

【図５】図５（ａ）（ｂ）は、本実施の形態２における
薄膜トランジスタの製造工程を示した断面図である。

【図６】図６（ａ）（ｂ）は、図５（ａ）（ｂ）に続く
本実施の形態２における薄膜トランジスタの製造工程を
示した断面図である。

【図７】図７は、図６（ａ）（ｂ）に続く本実施の形態
２における薄膜トランジスタの製造工程を示した断面図
である。

【図８】図８（ａ）（ｂ）は、本実施の形態３における
薄膜トランジスタの製造工程を示した断面図である。

【図９】図９（ａ）（ｂ）は、図８（ａ）（ｂ）に続く
本実施の形態３における薄膜トランジスタの製造工程を
示した断面図である。

【図１０】図１０（ａ）（ｂ）は、図９（ａ）（ｂ）に
続く本実施の形態３における薄膜トランジスタの製造工
程を示した断面図である。

【図１１】図１１は、本実施の形態におけるメッキ工程
を示した図面である。

【図１２】図１２は、ピクセル・オン・パッシ構造の薄
膜トランジスタを示した断面図である。

【図１３】図１３は、従来技術における薄膜トランジス
タを示した断面図である。

【符号の説明】

１ 絶縁性基板 ２ ベースコート膜 ３ 活性層 ４ ゲート絶縁膜 ５ ゲート電極 ６ ソース領域およびドレイン領域 ７ チャネル領域 ８ 層間絶縁膜 ９ コンタクトホール １０ ソース電極 １１ ドレイン電極 １２ キャップ電極 １３ 平坦化膜 １４ コンタクトホール １５ メッキ層 １６ 画素電極 １７ 第２の平坦化膜 １９ メッキ液 ２０ メッキ槽 ２１ 直流電源 ２２ 陽極 ５１ 絶縁性基板 ５８ 層間絶縁膜 ６０ ソース電極 ６１ ドレイン電極 ６３ コンタクトホール ６４ 画素電極 ７０ 液晶層 ７１ 導電体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 29/78 ６２７Ａ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁性基板上に積層形成された半導体薄
   膜、ゲート絶縁膜、ゲート電極、ソース電極、ドレイン
   電極と、これらによって生じる段差を被覆して平坦な表
   面を形成する樹脂絶縁膜とを有する薄膜トランジスタに
   おいて、 前記ドレイン電極の表面には、該ドレイン電極とは材質
   が異なり、かつ表面が酸化され難くい金属薄膜あるいは
   導電性の酸化物半導体薄膜からなるキャップ電極が形成
   され、 前記樹脂絶縁膜には、前記キャップ電極にまで達し、か
   つ底部よりも上部の口径が大きいコンタクトホールが開
   口されており、 前記コンタクトホールには金属膜が充填されているとと
   もに、該コンタクトホールの底部において前記キャップ
   電極と電気的に接続され、該コンタクトホールの上部に
   おいて前記樹脂絶縁膜上に形成された上部電極と電気的
   に接続されて、前記ドレイン電極と該上部電極とを電気
   的に接続していることを特徴とする薄膜トランジスタ。
2. 【請求項２】 前記キャップ電極は、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃ
   ｕ、Ｆｅ、Ｗのうちの何れかを主成分とする金属薄膜で
   あるか、または、ＩＴＯ、ＳｎＯ₂からなる薄膜である
   ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
3. 【請求項３】 前記底部よりも上部の口径が大きなコン
   タクトホールは、底部から上部に向けて連続的に口径が
   大きくなっているとともに、該コンタクトホールにおけ
   る底部および上部の口径は、ともに前記ドレイン電極の
   外形寸法を越えない範囲内に形成されていることを特徴
   とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
4. 【請求項４】 前記底部よりも上部の口径が大きなコン
   タクトホールは、底部から上部に向けて段階的に口径が
   大きくなっているとともに、該コンタクトホールにおけ
   る底部および上部の口径は、ともに前記ドレイン電極の
   外形寸法を越えない範囲内に形成されていることを特徴
   とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
5. 【請求項５】 絶縁性基板上に半導体薄膜、ゲート絶縁
   膜、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極とが順次積
   層形成された薄膜トランジスタの製造方法において、 前記ドレイン電極の表面に、該ドレイン電極とは材質が
   異なり、かつ表面が酸化され難くい金属薄膜あるいは導
   電性の酸化物半導体薄膜からなるキャップ電極を形成す
   る工程と、 前記絶縁性基板上に、前記積層形成によって生じる段差
   を被覆して平坦な表面を形成する樹脂絶縁膜を堆積する
   工程と、 前記樹脂絶縁膜に、前記キャップ電極にまで達し、かつ
   底部よりも上部の口径が大きなコンタクトホールを開口
   する工程と、 前記コンタクトホールにメッキ法によって金属膜を充填
   することにより、該コンタクトホールの底部において前
   記キャップ電極と電気的に接続し、該コンタクトホール
   の上部において前記樹脂絶縁膜上に形成された上部電極
   と電気的に接続して、前記ドレイン電極と該上部電極と
   を電気的に接続する工程と、を有することを特徴とする
   薄膜トランジスタの製造方法。
6. 【請求項６】 前記樹脂絶縁膜に前記コンタクトホール
   を開口する工程は、エッチングにより行われるととも
   に、該エッチング工程の途中段階においてエッチングレ
   ートを当初のエッチングレートよりも大きくすることを
   特徴とする請求項５に記載の薄膜トランジスタの製造方
   法。
7. 【請求項７】 前記樹脂絶縁膜に前記コンタクトホール
   を開口する工程は、酸素プラズマによるドライエッチン
   グにより行われるとともに、該エッチング工程の途中段
   階においてフッ素系ガスを添加することを特徴とする請
   求項６に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
8. 【請求項８】 絶縁性基板上に半導体薄膜、ゲート絶縁
   膜、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極とが順次積
   層形成された薄膜トランジスタの製造方法において、 前記ドレイン電極の表面に、該ドレイン電極とは材質が
   異なり、かつ表面が酸化され難くい金属薄膜あるいは導
   電性の酸化物半導体薄膜からなるキャップ電極を形成す
   る工程と、 前記絶縁性基板上に、前記積層形成によって生じる段差
   を被覆して平坦な表面を形成する第１の樹脂絶縁膜を堆
   積する工程と、 前記第１の樹脂絶縁膜上に、第２の樹脂絶縁膜を堆積す
   る工程と、 前記第２の樹脂絶縁膜に、所定形状のコンタクトホール
   を開口する工程と、 前記第１の樹脂絶縁膜に、前記キャップ電極にまで達
   し、かつ前記第２の樹脂絶縁膜に開口されたコンタクト
   ホールよりも口径の小さいコンタクトホールを形成する
   工程と、 前記第１、第２の樹脂絶縁膜に開口されたコンタクトホ
   ールにメッキ法によって金属膜を充填することにより、
   該第１の樹脂絶縁膜に開口されたコンタクトホールの底
   部において前記キャップ電極と電気的に接続し、該第２
   の樹脂絶縁膜に開口されたコンタクトホールの上部にお
   いて前記第２の樹脂絶縁膜上に形成された上部電極と電
   気的に接続して、前記ドレイン電極と該上部電極とを電
   気的に接続する工程と、を有することを特徴とする薄膜
   トランジスタの製造方法。