JP2002270845A - 薄膜トランジスタ基板および製造方法 - Google Patents
薄膜トランジスタ基板および製造方法Info
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Abstract
膜を、生産性に優れるウェットエッチ法により加工する
と、サイドエッチによる後退量が変動するため、薄膜ト
ランジスタの特性が不均一になる。 【解決手段】自己整合LDDを有する多結晶Si薄膜ト
ランジスタ基板において、ゲートにW濃度が5wt%か
ら30wt%、より望ましくは17wt%から22wt
%のMo−W合金を用い、りん酸濃度60wt%から7
0wt%のエッチング液を用いたウェットエッチングに
よる工程を含み形成する。
Description
ス駆動型の液晶表示装置や、有機発光素子など自発光型
の表示素子に用いられる薄膜トランジスタ基板、特に低
温多結晶Si技術を用いた薄膜トランジスタ基板および
その製造方法に関する。
度以下の比較的低温で形成可能な多結晶Si膜を用いた
薄膜トランジスタを用い、基板上に画素スイッチのみな
らず回路も形成して部品点数を削減し、低コスト化する
ことが行われている。多結晶Si膜を用いた薄膜トラン
ジスタでは信頼性を向上させるため、特にN型薄膜トラ
ンジスタにおいて、ソース及びドレインとゲートとの間
に、低濃度のドーピング領域であるLDD(Ligthly−Do
ped−Drain)を設けることが行われている。LDDをゲ
ートに対し位置ずれなく形成する方法として、特開平5
−152325号公報には、ゲートを構成する導電膜をサイド
エッチ加工し、ゲートをレジストから後退した形状に形
成し、後退した領域の下部の半導体膜に、ゲートに対し
て自己整合的にLDDを形成する方法が開示されてい
る。
る導電膜は、同じ膜を走査信号用の配線としても用いる
ため、配線遅延を低減できるよう低抵抗性が要求され
る。多結晶Siを半導体膜として用いた薄膜トランジス
タを用いた液晶表示装置では、ドーパントの活性化時に
高温にさらされるため、ゲートには耐熱性も要求され
る。特開平11−163366号公報には、低抵抗で耐
熱性に優れるモリブデン(Mo)、及びモリブデンとタ
ングステン(W)の合金(以下Mo−W合金と略す)を
ゲートとし、レジストアッシングを含む工程により、自
己整合的に形成されたLDDを有する薄膜トランジスタ
を形成する例が開示されている。
薄膜トランジスタのゲート加工には、ドライエッチ法ま
たはウェットエッチ法を用いることができるが、よりエ
ッチングレートを大きくとれるウェットエッチ法が生産
性の面から有利である。しかし、Mo合金のウェットエ
ッチでは、エッチング時の液の攪拌等の条件により膜表
面に不働態膜が形成され、エッチングレートが変動する
ことが例えば特開平10−247733号公報に開示さ
れている。このため、ウェットエッチ法によりMo−W
膜をサイドエッチして後退領域を形成し、レジストから
後退した部位に自己整合的にLDDを形成する製造工程
では、エッチングレートの変動を反映して後退量、ひい
てはLDD長が不均一となり、従って薄膜トランジスタ
特性が不均一となり、歩留まりが低下する課題があっ
た。
性の得られる薄膜トランジスタ基板及びその製造方法を
提供することにある。
エッチング方法を検討した結果、W濃度が5wt%から
30wt%、より好ましくは17wt%から22wt%
の範囲のMo−W合金膜を、りん酸濃度が60wt%以
上から70wt%以下のエッチング液でエッチングする
ことにより、Mo−W合金のサイドエッチによる後退量
の変動を抑制できることを見出した。
段として、Wを5wt%から30wt%含むMo−W合
金をゲートに用いることを第一の特徴とする。
Mo−W合金をゲートに用いることを第2の特徴とす
る。
o−W合金からなる導電膜を、りん酸濃度が60wt%
以上70wt%以下含むエッチング液を用いてゲートに
加工する工程を含み形成することを第3の特徴とする。
以下の記載により説明される。
トランジスタ基板の製造方法の実施例を図1および図2
に示す。透明絶縁基板であるガラス基板1上に、ガラス
基板からの不純物をブロックするためのSiNからなる
下地膜2およびSiO2 からなる下地膜3を介し、多結
晶Si膜4を形成する。多結晶Si膜は、プラズマCV
DによりアモルファスSi膜を形成し、400℃以下の
アニールによる脱水素処理を行った後、パルスエキシマ
レーザアニールにより結晶化して形成した。
て島状に加工した後、TEOS(tetra orthosilicate)
を用いたプラズマCVD法により、ゲート絶縁膜5とな
るSiO2 膜を堆積する。さらに、Mo−W合金からな
る導電膜6を、Mo−W合金からなるターゲットを用い
たスパッタ法により150nm堆積する。Mo−W合金
は、W濃度が20wt%のものを用いた。ポジレジスト
を塗布し、ホトリソグラフィーを用いてパターニング
し、図1に示すレジスト7を形成する。りん酸を65w
t%含むエッチング液を用い、Mo−Wからなる導電膜
6をウェットエッチングし、導電膜6からなるゲートを
レジスト7より後退した形状に形成する。後退量8は、
エッチング時間により制御し1μmとした。レジスト7
をマスクとして、りんイオンを平方センチあたり1×1
0の15乗のドーズ量にてゲート絶縁膜を通し多結晶S
i膜4に注入する。レジストを除去後、図2に示すよう
に、りんイオンを平方センチ当たり1×10の13乗の
ドーズ量にて低濃度に注入すると、図1においてゲート
がレジストから後退した領域に、低濃度にりんドープさ
れたLDD領域11が、ゲート12に自己整合的に形成
される。600℃以下の熱アニールまたはRTA(Rapi
d Thermal Anneal)により、注入したりんを活性化し、
ゲートに自己整合的にLDDが形成されたN型の薄膜ト
ランジスタを得る。
スタを形成する実施例を示したが、注入イオンとしてり
んの代わりにボロンを用い、自己整合的にLDDが形成
された、P型の薄膜トランジスタを形成することもでき
る。LDDを形成することによりP型の薄膜トランジス
タにおいてもN型の薄膜トランジスタと同様に、信頼性
が向上し、またオフ電流も低減される。P型の薄膜トラ
ンジスタは電流駆動に対する耐性がN型の薄膜トランジ
スタより高いため、有機膜を用いた発光素子による表示
装置など、電流駆動型の表示装置に適している。
造工程においては、ゲートに用いた組成のMo−W合金
をドライエッチ加工することも可能であるので、LDD
の形成にはウェットエッチによる後退を利用する方法の
ほか、レジストのアッシングによる後退を利用し、ドラ
イエッチのみを用いて形成する方法など、公知の方法を
用いることもできる。
%)のMo−W合金膜の、サイドエッチによるレジスト
からの後退量の、エッチング液のりん酸濃度に対する依
存性の例を示す。エッチング液にはりん酸に硝酸,酢酸
および水を添加したものを用い、りん酸と水の割合を変
えることでりん酸濃度を調整した。いずれもエッチング
時間を一定としてエッチング処理を行った。後退量はり
ん酸濃度に依存し、その最大値はりん酸量の増加により
減少した。また、後退量は処理した基板面内で、一般に
分布を有していた。分布の幅は、例えばエッチング液の
りん酸濃度が55wt%での後退量は最小0.5μmか
ら最大2.5μm以上、りん酸濃度が65wt%では後
退量は最小0.8μmから最大0.9μm、りん酸濃度が
75wt%では後退量は0μmから0.5μm であっ
た。図3に示すように、りん酸濃度が60wt%以下ま
たは70wt%以上のエッチング液では、後退量の分布
が増大した。りん酸濃度が60wt%以下のエッチング
液では、りん酸量の減少によりMo合金表面に不働態が
形成されやすくなり、エッチング速度が小さい領域が形
成され、後退量のばらつきが大きくなったものと推測さ
れる。一方、りん酸濃度が70wt%以上のエッチング
液は粘度が大きく、基板上へエッチング液を均一に供給
することが困難であり、従ってエッチング時間が基板上
不均一となり後退量の分布が大きくなったと推測され
る。従って、後退量の面内分布の少ないエッチングを行
うには、りん酸濃度を60wt%以上70wt%以下と
することが望ましい。エッチング液のりん酸濃度を60
wt%から70wt%の範囲として加工することで、後
退量、ひいては薄膜トランジスタのLDDの長さが均一
となり、薄膜トランジスタの特性の均一性が向上する。
図3の例では、りん酸濃度65wt%のエッチング液を
用い、基板内で±10%以下の後退量精度が得られた。
なお、図3ではW濃度20wt%の膜についての結果を
示したが、W濃度を変えた場合でも、後退量の絶対値は
異なるものの、りん酸濃度が60wt%から70wt%
の範囲のエッチング液を用いて加工した場合の後退量が
均一となり、りん酸濃度が60wt%以下または70w
t%以上のエッチング液を用いると後退量の分布が増大
する傾向は同様であった。
のほか、エッチング時間によっても可能である。しか
し、エッチング時間を増加すると生産性が低下する。ま
た、生産に用いるエッチング装置では、一般にエッチン
グ時間には装置上設定可能な下限があり、下限以下のエ
ッチング時間は用いることができない。従って、適当な
長さの時間でエッチング処理できることが望ましい。生
産上適当なエッチング時間で形成可能な後退量の、Mo
−W合金膜の組成に対する依存性の例を図4に示す。M
o−W合金の膜厚は150nmとし、均一な後退が得ら
れる、りん酸濃度60wt%から70wt%のエッチン
グ液を用いた。W濃度が5wt%以下のMo−W膜はエ
ッチレートが大きすぎ、装置上設定可能なエッチング時
間の範囲では2μm以下の後退量は形成できなかった。
一方、W濃度の増加によりエッチレートは減少し、形成
可能な後退量の範囲も減少した。W濃度が17wt%で
は0.6〜2μm 、W濃度が22wt%では0.3〜1.
3μmの範囲の後退が形成可能であった。また、W濃度
が30wt%以上のMo−W合金膜はエッチレートが小
さいため、生産上適当なエッチング時間の上限で形成可
能な後退量は0.3μm 以下であった。
緩和効果が不十分となり、トランジスタの耐圧が低下
し、長いとLDDが抵抗として付加されるため、薄膜ト
ランジスタの電流駆動能力が低下する。LDD長として
は0.3μmから2.0μmの範囲とするのがよい。しか
し、W濃度が5wt%以下のMo−W合金膜をゲートと
した場合、形成されるLDDの長さは2μm以上とな
り、LDDの抵抗が大きく薄膜トランジスタの電流駆動
能力が低下する。一方、W濃度が30wt%以上のMo
−W合金膜をゲートに用いた場合には、LDD長が0.
3μm 以下と短いため、ゲート端での電界緩和が不十
分となり、薄膜トランジスタの耐圧が不十分となる。5
wt%以上から30wt%以下のW濃度のMo−W合金
をゲートとすることにより、りん酸濃度60wt%から
70wt%のエッチング液を用い、LDDとして適当な0.
3μm から2.0μm の範囲の後退量を均一に形成で
き、良好な特性の薄膜トランジスタが均一に形成された
薄膜トランジスタ基板を生産性よく製造できる。
のMo−W合金は、りん酸濃度60wt%から70wt
%のエッチング液を用い、生産上適当なエッチング時間
でエッチング処理をした場合、後退量が0.3μm より
小さくなることはなく、また2μmより大きくなること
もない。従って、後退量に対するエッチング条件のマー
ジンが大きく、エッチング条件の設定自由度が大きいた
め、後退量の制御性を向上でき、良好な特性の薄膜トラ
ンジスタが均一に形成された薄膜トランジスタ基板の製
造を、より安定して行うことができる。従って、W濃度
が17wt%から22wt%のMo−W合金は、自己整
合LDDを有する薄膜トランジスタのゲートとしてより
適している。
ランジスタ基板を用いた液晶表示装置の画素の例を図5
に、図6にそのA−A′線での断面を示す。薄膜トラン
ジスタのゲート12,走査信号線30及び共通電圧信号
線31が、Wを5wt%(約3原子%)含むMo−W合
金により形成されている。薄膜トランジスタのゲート1
2および走査信号線30,共通電圧信号線31は、りん
酸を70wt%含むエッチング液によりエッチング加工
され、ゲート12の端部には自己整合的に長さ2μmの
LDD11が形成されている。
CVD法により形成された、SiO2からなる層間絶縁膜
13が形成され、層間絶縁膜にはコンタクトホール14
が開口されている。薄膜トランジスタはコンタクトホー
ルを介してTi/Al−Si合金/Ti積層膜からなる
ドレイン配線15に接続されている。さらに、SiNか
らなる無機保護膜16、およびポリイミド系またはアク
リル系の透明樹脂からなる有機保護膜18を介し、IT
O(Indium−Tin−Oxides)からなる透明電極21が形成
され、スルーホール17および19を介してソース配線
20に接続されている。透明電極は、印加された電圧を
保持する機能を有し、ゲートと同層な導電膜からなる共
通電極配線と、多結晶Si膜との間にゲート絶縁膜を介
して形成された保持容量32に電気的に接続されてい
る。
l合金を含む積層膜からなるドレイン配線15の加工に
Alのウェットエッチを用いると、層間絶縁膜の欠陥を
介したAlのエッチング液の染み込みにより、ゲートお
よびゲートと同層の配線がエッチングされて断線不良を
発生させるおそれがある。Al合金を含む積層膜を、塩
素系ガスを用いたドライエッチで加工することにより、
下層のゲート配線の断線不良を抑制できる。また、透明
電極には、ITOの他、IZO(Indium−Zinc−Oxide
s)を用いることもでき、いずれも酸化物ターゲットを
用いたスパッタ法により堆積し、有機酸を用いたウェッ
トエッチ加工を含むホトリソグラフィーにて加工するこ
とができる。また、りん酸濃度を60wt%から70w
t%含むエッチング液を用いることで、Mo−W合金の
代わりに、Mo−Cr合金,Mo−Zr合金を用いて
も、Mo合金膜表面への不働態膜の形成を抑制して均一
なエッチングを行うことができ、Moへの各元素の添加
量を、適切なエッチレートが得られるよう調整すること
により、均一なLDDが形成された薄膜トランジスタ基
板を歩留まりよく形成できる。
の実施例を図7に、そのB−B′線における断面を図8
に示す。透明絶縁基板であるガラス基板1上に、N型と
P型の薄膜トランジスタが形成され、Mo/Al−Si
/Mo積層膜からなるドレイン配線15により接続され
ている。薄膜トランジスタのゲート12および45は、
W濃度30wt%(約18原子%)のMo−W合金によ
り形成されている。また、N型の薄膜トランジスタのゲ
ート12の端部には、ゲートに対し自己整合的にLDD
が形成されている。
タ基板の製造方法の例を示す。透明絶縁基板1上に下地
膜2,多結晶Si膜4,ゲート絶縁膜5を順次形成し、
さらにWを30wt%含むMo−W合金からなる導電膜
6をスパッタ法により堆積する。次に図9に示すよう
に、N型薄膜トランジスタのソースおよびドレインを含
む領域が開口されたレジストパタン41を形成した後、
Mo−W合金からなる導電膜6を、りん酸濃度60wt
%のエッチング液を用いてウェットエッチングし、レジ
ストパタン41から0.3μm 後退した形状に加工す
る。次にレジストパタン41をマスクとし、りんイオン
を平方センチあたり1×10の15乗のドーズ量で多結
晶Si膜に注入し、N型薄膜トランジスタのソースおよ
びドレインをドープする。図10に示すように、レジス
トパタンを除去後、りんイオンを平方センチ当たり3×
10の12乗のドーズ量で低濃度に注入し、LDD11
を形成する。次に図11に示すように、N型薄膜トラン
ジスタの領域を覆い、P型薄膜トランジスタのソースお
よびドレイン領域を開口したレジストパタン42を形成
する。図12に示すように、酸素を添加したフッ素系ガ
スを用いたドライエッチにより、レジストを後退させつ
つP型薄膜トランジスタのゲートを加工し、ソースドレ
イン上のMo−W膜を開口する。さらにボロンを平方セ
ンチあたり3×10の15乗のドーズ量でイオン注入
し、P型薄膜トランジスタのドレイン43及びソース4
4をドープする。レジストを除去後、熱アニールまたは
RTAを行い、注入したドーパントを活性化し、図13
に示すように同一基板上にN型とP型の薄膜トランジス
タを形成する。さらに、第2の実施例と同様に、層間絶
縁膜及びAl合金積層膜からなる配線を形成し、図8の
薄膜トランジスタ基板を形成する。
ト加工においてウェットエッチングを用いると、ゲート
がレジストから後退した形状に形成され、ゲートの後退
した領域の、レジストに被覆された領域の多結晶Siに
はボロンが注入されず、高抵抗領域となり、P型薄膜ト
ランジスタの特性が低下する。本発明の薄膜トランジス
タのゲートに用いられる組成のMo−W膜はドライエッ
チ加工も可能であるため、P型薄膜トランジスタのゲー
トをドライエッチによりレジストを後退させつつ加工す
ることで、ゲート端にボロンが注入されない領域が形成
されるのを防止でき、良好な特性のP型の薄膜トランジ
スタを形成できる。本実施例によれば、均一性,信頼性
に優れたN型とP型の薄膜トランジスタが同一基板上に
形成されたCMOS型の薄膜トランジスタ基板を生産性
よく形成でき、低消費電力であるCMOS型の駆動回路
を基板上に有する液晶表示装置を低コストで提供でき
る。
特性の得られる薄膜トランジスタ基板が提供できる。ま
た、駆動回路を内蔵した液晶表示装置や自発光型の表示
装置に適した薄膜トランジスタ基板を低コストで製造で
きる。
の第一の実施例を示す図。
の第一の実施例を示す図。
グ液組成依存性の例を示す図。
存性の例を示す図。
施例を示す図。
施例を示す図。
の第3の実施例を示す図。
の第3の実施例を示す図。
の第3の実施例を示す図。
程の第3の実施例を示す図。
程の第3の実施例を示す図。
程の第3の実施例を示す図。
程の第3の実施例を示す図。
膜、5…ゲート絶縁膜、6…導電膜、7,41,42…
レジスト、8…後退量、9,43…ドレイン、10,4
4…ソース、11…LDD、12,45…ゲート、13
…層間絶縁膜、14…コンタクトホール、15…ドレイ
ン配線、16…無機保護膜、17,19…スルーホー
ル、18…有機保護膜、20…ソース配線、21…透明
電極、30…走査信号線、31…共通電圧信号線、32
…保持容量。
Claims (3)
- 【請求項1】透明絶縁性基板上に結晶性シリコンからな
る半導体膜が形成され、半導体膜上にゲート絶縁膜を介
して金属膜からなるゲートが形成され、ゲートを挟み半
導体膜をドープしたソース及びドレインを有し、ゲート
端にソースおよびドレインと同じ型のドーパントがソー
スおよびドレインよりも低濃度にドープされたLDD領
域を有するコプラナー型の薄膜トランジスタが形成され
た薄膜トランジスタ基板であって、 前記ゲートがMoを主成分とし、Wを5wt%以上30
wt%以下含む、単層の金属膜からなることを特徴とす
る薄膜トランジスタ基板。 - 【請求項2】透明絶縁性基板上に結晶性シリコンからな
る半導体膜が形成され、半導体膜上にゲート絶縁膜を介
して金属膜からなるゲートが形成され、ゲートを挟み半
導体膜をドープしたソース及びドレインを有し、ゲート
端にソースおよびドレインと同じ型のドーパントがソー
スおよびドレインよりも低濃度にドープされたLDD領
域を有するコプラナー型の薄膜トランジスタが形成され
た薄膜トランジスタ基板であって、 前記ゲートがMoを主成分とし、Wを17wt%以上2
2wt%以下含む単層の金属膜からなることを特徴とす
る薄膜トランジスタ。 - 【請求項3】りん酸を60wt%以上70wt%以下含
むエッチング液を用いてゲートを加工する工程を含み形
成する、請求項1または2に記載の薄膜トランジスタ基
板の製造方法。
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