JP2002170959A - 薄膜トランジスタの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 別工程によりマスク枚数を増やすことなく、
ゲート配線やゲート電極の欠陥を少なくでき、歩留まり
を向上できる薄膜トランジスタの製造方法を提供する。 【解決手段】 無孔質陽極酸化膜７を形成後、再度、陽
極酸化を行い、陽極酸化膜中に形成された穴８を修正す
る。このことにより、多孔質陽極酸化膜６をウェットエ
ッチで除去するときに、エッチャントの染み込みを抑制
し、ゲート電極４を保護できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、絶縁材料または
シリコンウエハ等の基板上に形成される薄膜トランジス
タの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶ディスプレイの大面積化が求
められているが、大面積化すると画像表示部となる画素
マトリクス回路の面積も大きくなり、これに伴ってマト
リクス状に配列されたソース配線およびゲート配線等が
長くなるため、配線抵抗が増大する。また、さらなる微
細化の要求により配線を細くする必要があり、配線抵抗
の増大がより顕在化する。また、ソース配線およびゲー
ト配線には画素毎に薄膜トランジスタが接続され、画素
数が増大することにより寄生容量の増大も問題となる。
一般的に、液晶ディスプレイは、ゲート配線とゲート電
極が一体的に形成されており、パネルの大面積化に伴っ
てゲート信号の遅延が顕在化してくる。そのため、ゲー
ト配線として比抵抗の低いアルミニウムを主成分とする
材料が用いられている。このようにアルミニウムを主成
分とする材料でゲート配線,ゲート電極を形成すること
で、ゲート遅延時間を低くすることができ、高速動作さ
せることができる。

【０００３】上記ゲート配線,ゲート電極にアルミニウ
ムを用いる薄膜トランジスタの製造方法は、特開平８−
３０２３４３号公報や特開平１１−２６１０７６号公
報、特開平１１−２８４１９６号公報に記載されてい
る。これらの薄膜トランジスタの製造方法では、ゲート
配線,電極にアルミニウムやアルミニウムを主成分とす
る材料を用い、電解溶液中でゲート電極に電流を印加す
る陽極酸化法によって、ゲート電極の側面に多孔質陽極
酸化膜を形成した後に、さらに陽極酸化法にて無孔質陽
極酸化膜を形成している。

【０００４】図３,図４は従来の薄膜トランジスタの製
造方法の作製工程を示す図である。まず、図３(a)に示
すように、ガラスまたは石英等からなる基板３１上に非
結晶シリコン膜を堆積し、これを熱処理して多結晶シリ
コン膜を形成して、その多結晶シリコン膜をパターニン
グすることにより半導体層３２を形成する。続いて、こ
の半導体層３２を含む基板３１上に酸化シリコン膜を堆
積し、ゲート絶縁膜３３を形成した後、所定の形状にパ
ターニングされたゲート電極３４を形成する。次に、図
３(b)に示すように、ゲート電極３４上にマスク膜３５
を設けた状態で、ゲート電極３４に電解液中で電流を印
加することによって、ゲート電極３４の側面に多孔質陽
極酸化膜３６を形成する。次に、図３(c)に示すように、
マスク膜３５を除去して、再び電解溶液中において、ゲ
ート電極３４に電流を印加することにより、ゲート電極
３４の側面,上面に無孔質陽極酸化膜３７を形成する。次
に、図４(a)に示すように、ゲート電極３４,多孔質陽極
酸化膜３６および無孔質陽極酸化膜３７をマスクとし
て、半導体層３２に高濃度に不純物のドーピングを行
う。次に、図４(b)に示すように、多孔質陽極酸化膜３６
を除去する。その後、不純物を活性化するために、レー
ザ照射を行うことによりにより高濃度不純物領域(ソー
ス領域３９Ａおよびドレイン領域３９Ｂ)となり、多孔
質陽極酸化膜３６によってマスクされた部分は、オフセ
ット領域４０となる。最後に、図４(c)に示すように、プ
ラズマＣＶＤ法により酸化シリコン膜を堆積して層間絶
縁膜４１を形成した後、ソース領域３９Ａおよびドレイ
ン領域３９Ｂ上のゲート絶縁膜３３および層間絶縁膜４
１にコンタクトホールを形成して、ソース電極４３およ
びドレイン電極４４を形成する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記薄膜ト
ランジスタの製造方法では、陽極酸化法にて多孔質陽極
酸化膜３６の内側に無孔質陽極酸化膜３７を形成すると
き、無孔質陽極酸化化成液中の気泡やダストにより無孔
質陽極酸化膜３７に穴３８が形成されてしまう場合があ
る。上記多孔質陽極酸化膜３６は、後工程で燐酸,酢酸
および硝酸等からなるエッチャントによりウェットエッ
チングを行って除去するが、穴３８がある場合、そこか
らエッチャントが染み込み、ゲート電極３４の一部(図
４(b)の４２)がエッチングされてしまうという問題があ
る(ゲート配線においても同様)。

【０００６】このような穴３８がチャネル上のゲート電
極３４で発生した場合、極端にチャネル長の短くなった
薄膜トランジスタが形成されてしまう。また、エッチャ
ントの染み込みが多かった場合、ゲート電極３４やゲー
ト配線がエッチングされて断線する場合もある。

【０００７】そこで、この発明の目的は、マスク枚数を
増やすことなく、ゲート配線やゲート電極の欠陥を少な
くでき、歩留まりを向上できる薄膜トランジスタの製造
方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の薄膜トランジスタの製造方法は、絶縁表
面を有する基板上にソース領域,ドレイン領域,チャネル
領域,ゲート絶縁膜およびゲート電極を有する薄膜トラ
ンジスタの製造方法であって、上記ゲート電極の側面に
多孔質陽極酸化膜を形成する工程と、上記多孔質陽極酸
化膜と上記ゲート電極との間および上記ゲート電極の上
面に無孔質陽極酸化膜を形成する工程と、上記無孔質陽
極酸化膜を形成した後に上記多孔質陽極酸化膜を除去す
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、上記多孔質陽極酸化膜を除去する前に、上記無孔質
陽極酸化膜に形成された穴を埋めるためにその穴に無孔
質陽極酸化膜を形成する工程を有することを特徴として
いる。

【０００９】上記構成の薄膜トランジスタの製造方法に
よれば、無孔質陽極酸化工程が増えるのみで、別工程に
よりマスク枚数を増やすことなく、ゲート電極,ゲート
配線に欠陥の少ない薄膜トランジスタを容易に作製する
ことができる。

【００１０】また、一実施形態の薄膜トランジスタの製
造方法は、上記無孔質陽極酸化膜に形成された穴に無孔
質陽極酸化膜を形成する工程の前に洗浄処理を行うこと
を特徴としている。

【００１１】上記実施形態の薄膜トランジスタの製造方
法によれば、上記無孔質陽極酸化膜に形成された穴に無
孔質陽極酸化膜を形成する工程の前に洗浄を行うことに
よって、無孔質陽極酸化膜の穴を形成してしまうマスク
としての無孔質陽極酸化液中の微小な気泡やダストを除
去または移動させるので、上記無孔質陽極酸化膜に形成
された穴を無孔質陽極酸化膜により確実に埋めることが
できる。

【００１２】また、一実施形態の薄膜トランジスタの製
造方法は、上記ゲート電極の側面に上記多孔質陽極酸化
膜を形成する工程において、電解溶液中で上記ゲート電
極に対して電圧を印加することにより上記多孔質陽極酸
化膜を形成することを特徴としている。

【００１３】上記実施形態の薄膜トランジスタの製造方
法によれば、電解溶液中で上記ゲート電極に対して電圧
を印加することにより、簡単な工程で多孔質陽極酸化膜
を容易に形成できる。

【００１４】また、一実施形態の薄膜トランジスタの製
造方法は、上記多孔質陽極酸化膜と上記ゲート電極との
間および上記ゲート電極の上面に上記無孔質陽極酸化膜
を形成する工程および上記無孔質陽極酸化膜に形成され
た穴に無孔質陽極酸化膜を形成する工程において、電解
溶液中で上記ゲート電極に対して電圧を印加することに
より上記無孔質陽極酸化膜を形成することを特徴として
いる。

【００１５】上記実施形態の薄膜トランジスタの製造方
法によれば、電解溶液中で上記ゲート電極に対して電圧
を印加することにより、簡単な工程で無孔質陽極酸化膜
を容易に形成できる。

【００１６】また、一実施形態の薄膜トランジスタの製
造方法は、上記多孔質陽極酸化膜を除去する工程におい
て、上記多孔質陽極酸化膜をウェットエッチングにより
除去することを特徴としている。

【００１７】上記実施形態の薄膜トランジスタの製造方
法によれば、例えば燐酸,酢酸および硝酸の混酸の溶液
により上記多孔質陽極酸化膜を選択的にウェットエッチ
ングすることが容易にできる。

【００１８】また、一実施形態の薄膜トランジスタの製
造方法は、上記無孔質陽極酸化膜に形成された穴に無孔
質陽極酸化膜を形成する工程における陽極酸化時間は、
前の無孔質陽極酸化膜を形成する工程における陽極酸化
時間よりも短くすることを特徴としている。

【００１９】上記実施形態の薄膜トランジスタの製造方
法によれば、上記無孔質陽極酸化膜の穴を埋める工程
で、ゲート電極に電圧を印加する時間を、無孔質陽極酸
化膜を形成するときの時間よりも短くすることによっ
て、ゲート絶縁膜に対する印加電圧の影響を少なくし
て、ゲート絶縁膜の絶縁破壊等の欠陥を抑制できる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の薄膜トランジス
タの製造方法を図示の実施の形態により詳細に説明す
る。

【００２１】図１,図２はこの発明の実施の一形態の薄
膜トランジスタの製造方法の作製工程を示す図である。

【００２２】まず、図１(a)に示すように、プラズマＣ
ＶＤ(化学気相成長)法,ＬＰＣＶＤ(低圧化学気相成長)
法またはスパッタリング法によって、ガラスまたは石英
等からなる基板１上に非結晶シリコン膜を１０ｎｍ〜５
００ｎｍ(好ましくは２０ｎｍ〜１００ｎｍ)程度堆積
し、これを５５０℃〜６００℃の温度で２４時間熱処理
して多結晶シリコン膜を形成する。なお、非結晶シリコ
ン薄膜を堆積する前に、酸化シリコン膜等からなる下地
膜を形成してもよい。また、この多結晶シリコン膜の形
成工程は、堆積した非結晶シリコン薄膜に対してエキシ
マレ−ザ等を照射することによって行ってもよい。この
ようにして形成された多結晶シリコン膜を所定の形状、
例えば島状パターニングすることにより薄膜トランジス
タの半導体層２を形成している。続いて、この半導体層
２を含む基板１上にプラズマＣＶＤ法によって、厚さ７
０ｎｍ〜１５０ｎｍの酸化シリコン膜を堆積し、ゲート
絶縁膜３を形成している。次に、上記ゲート絶縁膜３上
にアルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする金属
をスパッタリング法により堆積し、所定の形状にパター
ニングしてゲート電極４を形成する。

【００２３】次に、図１(b)に示すように、ゲート電極
４上にマスク膜５を設けた状態で、ゲート電極４に電解
液中で電流を印加することによって、ゲート電極４の側
面に多孔質陽極酸化膜６を形成する。この陽極酸化工程
は、１％〜２０％のクエン酸またはシュウ酸,燐酸,クロ
ム酸,硫酸等の酸性水溶液を用いて行い、１Ｖ〜３０Ｖ
程度の低電圧で、０．１μｍ〜５μｍの厚い陽極酸化膜
６を形成する。なお、この陽極酸化膜膜６の厚さは、陽
極酸化時間で制御する。この実施形態では、シュウ酸溶
液中で電圧を４Ｖとし、２０分〜８０分間陽極酸化する
ことで、０．３μｍ〜１μｍの厚さの多孔質陽極酸化膜
６を形成している。また、マスク膜５としては、ゲート
電極４をパターニングしたときのフォトレジストをその
まま用いることができる。なお、マスク膜５の形成前
に、陽極酸化法によって印加電圧５Ｖ〜４０Ｖの低電圧
で厚さ５ｎｍ〜５０ｎｍの酸化アルミニウムを表面に形
成しておくと、マスク膜５との密着性が向上し、後の陽
極酸化工程においても、多孔質陽極酸化膜６を側面にの
み形成する上で有効である。

【００２４】次に、図１(c)に示すように、マスク膜５
を除去して、再び電解溶液中において、ゲート電極４に
電流を印加する。この実施形態では、１％〜１０％の酒
石酸,硼酸および硝酸が含まれたエチレングリコール溶
液中でゲート電極４に５０Ｖ〜２００Ｖの電圧を２０分
〜１２０分印加している。この工程によりゲート電極４
の側面,上面に無孔質陽極酸化膜７を形成する。この工程
では、多孔質陽極酸化の後の工程であるにもかかわら
ず、多孔質陽極酸化膜６の外側でなく、ゲート電極４と
多孔質陽極酸化膜６の間に無孔質陽極酸化膜７が形成さ
れる。形成された無孔質陽極酸化膜７の厚さは、印加電
圧に比例する。この実施形態では、８０Ｖの印加電圧に
よって、１００ｎｍ程度の無孔質陽極酸化膜７を形成し
ている。その後、水で洗浄して乾燥させる。そして、再
度、無孔質陽極酸化膜７を陽極酸化する。しかし、無孔
質陽極酸化液中に微小な気泡やダストが存在している
と、無孔質陽極酸化においてマスクとなって穴８を形成
してしまう。そこで、再度、洗浄した後、無孔質陽極酸
化膜７を形成したときと同じ電解液を用い、ゲート電極
４に５０Ｖ〜２００Ｖ(この実施形態では８０Ｖ)の電圧
を１０分〜６０分印加して、無孔質陽極酸化膜７の穴８
を修復する。

【００２５】これによって、図１(d)に示すように、マ
スク枚数を増やすことなく、無孔質陽極酸化工程を繰り
返すことによって、無孔質陽極酸化膜７に形成されてい
た穴８を修正する。

【００２６】次に、図２(a)に示すように、ゲート電極
４,多孔質陽極酸化膜６および無孔質陽極酸化膜７をマ
スクとして、不純物を半導体層２に高濃度にドーピング
を行う。具体的には、ｎ型薄膜トランジスタであれば燐
(Ｐ)、ｐ型薄膜トランジスタであればボロン(Ｂ)等の不
純物イオンを電界加速して半導体層２中にドーピングす
る。

【００２７】次に、図２(b)に示すように、多孔質陽極
酸化膜６を除去する。エッチャントとしては、燐酸系の
溶液(例えば燐酸,酢酸および硝酸の混酸)が好ましい。
この多孔質陽極酸化膜６は、燐酸系のエッチャントによ
って選択的にエッチングされる。上述した燐酸系のエッ
チャントにおける多孔質陽極酸化膜６のエッチングレー
トは、無孔質陽極酸化膜７のエッチングレートの１０倍
以上であるため、無孔質陽極酸化膜７は、燐酸系のエッ
チャントでは実質的にエッチングされない。

【００２８】上記薄膜トランジスタの製造方法により、
無孔質陽極酸化膜７に形成された穴８が修復されるの
で、多孔質陽極酸化膜６のエッチングを行っても、内側
のゲート電極４を保護することが可能である。その後、
不純物を活性化するために、レーザ照射を行うことによ
り高濃度不純物領域(ソース領域９Ａおよびドレイン領
域９Ｂ)となり、多孔質陽極酸化膜６によってマスクさ
れた部分は、オフセット領域１０となる。

【００２９】最後に、図２(c)に示すように、プラズマ
ＣＶＤ法により、例えば６００ｎｍの膜厚で酸化シリコ
ン膜を堆積して層間絶縁膜１１を形成する。さらに、ソ
ース領域９Ａおよびドレイン領域９Ｂ上のゲート絶縁膜
３および層間絶縁膜１１にコンタクトホールを形成し、
続いてスパッタリング法により、例えば６００ｎｍの膜
厚のアルミニウムを堆積した後、所定の形状にパターニ
ングして、ソース電極１３およびドレイン電極１４を形
成する。そして、２００℃〜５００℃でシンタリングを
行う。

【００３０】このように図１(a)〜(d),図２(a)〜(c)の
工程によって薄膜トランジスタを製造する。なお、図示
していないが、このようにして製造された薄膜トランジ
スタを液晶表示装置等の画像表示装置に用いる場合は、
この後、ドレイン電極１４に所定の形状を有するＩＴＯ
等からなる透明電極または金属膜を接続して、画素電極
を形成する。上記薄膜トランジスタは、液晶表示装置等
の画像表示装置に限らず、他の装置に適用してもよい。

【００３１】上記薄膜トランジスタの製造方法では、マ
スク枚数を増やすことなく、無孔質陽極酸化膜７の穴８
を容易に修正することができる。このことにより、多孔
質陽極酸化膜を除去するときに、ゲート電極を保護で
き、薄膜トランジスタの歩留まりを向上することができ
る。

【００３２】また、上記無孔質陽極酸化膜７に形成され
た穴８を埋める無孔質陽極酸化工程の前に洗浄処理を行
うことによって、穴８の原因となった無孔質陽極酸化液
中の微小な気泡やダストを除去または移動させるので、
上記無孔質陽極酸化膜７の穴８を無孔質陽極酸化膜によ
り確実に埋めることができる。

【００３３】また、電解溶液中でゲート電極４に対して
電圧を印加することにより、簡単な工程で多孔質陽極酸
化膜および無孔質陽極酸化膜を容易に形成することがで
きる。

【００３４】また、燐酸系の溶液(例えば燐酸,酢酸およ
び硝酸の混酸)を用いることによって、上記多孔質陽極
酸化膜７を選択的にウェットエッチングすることが容易
にできる。

【００３５】また、上記無孔質陽極酸化膜７の穴８を修
正する工程におけるゲート電極４に電圧を印加する時間
を、無孔質陽極酸化膜７を形成するときの時間よりも短
くすることによって、ゲート絶縁膜３の絶縁破壊等の欠
陥を抑制することができる。

【００３６】上記実施形態では、オフセット構造の薄膜
トランジスタの製造方法について説明しているが、多孔
質陽極酸化膜の除去後に低濃度のドーピングを行うこと
により、ＬＤＤ(ライトリ・ドープト・ドレイン)構造の
薄膜トランジスタを容易に作製することができる。具体
的には、ｎ型薄膜トランジスタであれば燐(Ｐ)、ｐ型薄
膜トランジスタであればボロン(Ｂ)等の不純物イオンを
電界加速して、ゲート電極および無孔質陽極酸化膜をマ
スクとして、半導体層２中に低濃度のドーピングをする
ことで製造することができる。

【００３７】

【発明の効果】以上より明らかなように、この発明の薄
膜トランジスタの製造方法によれば、絶縁ゲート型薄膜
トランジスタにおいて、ゲート電極としてアルミニウム
またはアルミニウムを主成分とする材料を用いても、別
工程によりマスク枚数を増やすことなく、無孔質陽極酸
化膜工程と同様の工程を増やすことによって、歩留まり
の高い絶縁ゲート型薄膜トランジスタを容易に作製する
ことができ、そのような薄膜トランジスタで構成される
半導体回路で機能する電気光学装置や電気光学装置を搭
載した電子機器の歩留まりを向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１はこの発明の実施の一形態の薄膜トラン
ジスタの製造方法の作製工程を示す図である。

【図２】 図２は図１に続く薄膜トランジスタの作製工
程を示す図である。

【図３】 図３は従来の薄膜トランジスタの製造方法の
作製工程を示す図である。

【図４】 図４は図３に続く薄膜トランジスタの作製工
程を示す図である。

【符号の説明】

１…基板、 ２…半導体層、 ３…ゲート絶縁膜、 ４…ゲート電極、 ５…マスク膜、 ６…多孔質陽極酸化膜、 ７…無孔質陽極酸化膜、 ８…穴、 ９Ａ…ソース領域、 ９Ｂ…ドレイン領域、 １０…オフセット領域、 １１…層間絶縁膜、 １３…ソース電極、 １４…ドレイン電極。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F058 BB04 BB07 BC02 BF70 BH11 BJ10 5F110 AA26 BB01 CC02 DD02 DD03 EE03 EE06 EE34 EE44 EE48 EE50 FF02 FF30 GG02 GG13 GG24 GG25 GG43 GG45 GG47 HJ01 HJ12 HJ23 HL03 HL27 HM14 NN23 NN35 PP03 PP10 QQ05

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁表面を有する基板上にソース領域,
   ドレイン領域,チャネル領域,ゲート絶縁膜およびゲート
   電極を有する薄膜トランジスタの製造方法であって、上
   記ゲート電極の側面に多孔質陽極酸化膜を形成する工程
   と、上記多孔質陽極酸化膜と上記ゲート電極との間およ
   び上記ゲート電極の上面に無孔質陽極酸化膜を形成する
   工程と、上記無孔質陽極酸化膜を形成した後に上記多孔
   質陽極酸化膜を除去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、 上記多孔質陽極酸化膜を除去する前に、上記無孔質陽極
   酸化膜に形成された穴を埋めるためにその穴に無孔質陽
   極酸化膜を形成する工程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。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の薄膜トランジスタの製
   造方法において、 上記無孔質陽極酸化膜に形成された穴に無孔質陽極酸化
   膜を形成する工程の前に洗浄処理を行うことを特徴とす
   る薄膜トランジスタの製造方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の薄膜トランジ
   スタの製造方法において、 上記ゲート電極の側面に上記多孔質陽極酸化膜を形成す
   る工程において、電解溶液中で上記ゲート電極に対して
   電圧を印加することにより上記多孔質陽極酸化膜を形成
   することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれか１つに記載の
   薄膜トランジスタの製造方法において、 上記多孔質陽極酸化膜と上記ゲート電極との間および上
   記ゲート電極の上面に上記無孔質陽極酸化膜を形成する
   工程および上記無孔質陽極酸化膜に形成された穴に無孔
   質陽極酸化膜を形成する工程において、電解溶液中で上
   記ゲート電極に対して電圧を印加することにより上記無
   孔質陽極酸化膜を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。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれか１つに記載の
   薄膜トランジスタの製造方法において、 上記多孔質陽極酸化膜を除去する工程において、上記多
   孔質陽極酸化膜をウェットエッチングにより除去するこ
   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】 請求項１乃至５のいずれか１つに記載の
   薄膜トランジスタの製造方法において、 上記無孔質陽極酸化膜に形成された穴に無孔質陽極酸化
   膜を形成する工程における陽極酸化時間は、前の無孔質
   陽極酸化膜を形成する工程における陽極酸化時間よりも
   短くすることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方
   法。