JPH08124934A - チタン膜のパタニング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 下地に対し高選択比で且つレジストを侵食し
ないエッチング液を用いてチタン膜をパタニングする。 【構成】 先ず成膜工程を行ない基板１にチタン膜２を
形成する。次にレジスト工程を行ないチタン膜２に重ね
てレジスト膜４を形成する。続いてパタン工程を行ない
レジスト膜４をフォトリソグラフィによりパタニングす
る。最後にエッチング工程を行ない、パタニングされた
レジスト膜４をマスクとし所定のエッチング液を用いて
チタン膜２を選択的にエッチングする。このエッチング
液はアンモニアに対し過剰な過酸化水素を含有するアン
モニア／過酸化水素の混合水溶液からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はウェットエッチングによ
るチタン膜のパタニング方法に関する。具体的には、薄
膜半導体装置の配線として用いられるチタン膜のパタニ
ング方法に関する。あるいは、表示装置の遮光層として
用いられるチタン膜のパタニング方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、薄膜半導体装置やこれを駆動基板
として用いたアクティブマトリクス型の液晶表示装置等
に、金属チタンが膜材料として使用されている。例え
ば、アルミニウム配線を被覆してそのヒロックを防止す
る膜に用いられる。又、表示装置では遮光膜等に用いら
れている。これらの用途では、一旦チタンを基板に全面
成膜した後、所定の形状にパタニングして配線や遮光膜
に加工する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ヒロック防止用にアル
ミ膜と重ねてチタン膜をパタニング加工する場合には、
下地のアルミニウム膜と同時にエッチングする事が多
く、例えば塩素系ガスを用いてドライエッチング加工さ
れる。一方、チタン膜を表示装置の遮光層として用いる
場合、一般にパタン形状が大きくなる。又、構造上静電
気等に対するアンテナとなりやすい。さらに、下地層に
は１μｍに及ぶ比較的大きな段差が存在する。これらの
条件では、従来のドライエッチングを行なうとチタン膜
の剥離が生じたり薄膜トランジスタにダメージを与える
惧れがある。

【０００４】従って、上述した用途等では、ドライエッ
チングに代えウェットエッチングが採用されている。通
常、チタン膜のウェットエッチングには弗硝酸系のエッ
チング液が用いられている。しかしながら、このエッチ
ング液はパタニング性が非常に悪く、精密なチタン膜の
パタンを加工するには適していない。弗硝酸系のエッチ
ング液を用いるとチタン膜のエッチング断面が逆テーパ
状になってしまう。これは、チタン膜と下地膜との密着
性の悪さに起因していると考えられる。又、弗硝酸系の
エッチング液では、下地膜に対するチタン膜の選択比が
あまり大きくとれないという課題がある。薄膜半導体装
置や表示装置では、下地膜としてアルミニウムやシリコ
ン酸化物等が介在する場合が多く、弗硝酸系のエッチン
グ液はこれらに対しても化学的に作用するので、チタン
膜のみを高選択比でエッチングする事が困難である。

【０００５】弗硝酸系のエッチング液に代わるものとし
て、アンモニア／過酸化水素の混合水溶液（アンモニア
過水）が挙げられる。しかしながら、従来のアンモニア
過水はアンモニアと過酸化水素の混合比が１：１程度で
あった。この混合比はアンモニア水と過酸化水素水の容
量比で表わしている。このアンモニア過水はチタン膜に
対して高選択比が得られるものの、フォトレジストマス
クを溶解するという欠点がある。レジストがアンモニア
で溶解する為、これをマスクとしたチタン膜のエッチン
グが困難である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述した従来の技術の課
題に鑑み、本発明はチタン膜に対する選択比が高く且つ
レジストを侵食しないエッチング液を用いたチタン膜の
パタニング方法を提供する事を目的とする。かかる目的
を達成する為に以下の手段を講じた。即ち、本発明にか
かるチタン膜のパタニング方法は以下の工程により行な
われる。先ず、基板にチタン膜を形成する成膜工程を行
なう。次に、該チタン膜に重ねてレジスト膜を形成する
レジスト工程を行なう。続いて、該レジスト膜をフォト
リソグラフィによりパタニングするパタン工程を行な
う。最後に、該パタニングされたレジスト膜をマスクと
しアンモニアに対し過剰な過酸化水素を含有するアンモ
ニア／過酸化水素の混合水溶液を用いて該チタン膜を選
択的にエッチングするエッチング工程を行なう。好まし
くは、前記エッチング工程では、アンモニアに対して５
倍以上の容量比で過酸化水素を含有する混合水溶液を用
いてチタン膜のエッチングを行なう。

【０００７】本発明にかかるチタン膜のパタニング方法
は、薄膜半導体装置の製造方法に応用できる。即ち、本
発明にかかる薄膜半導体装置の製造方法は、基本的に絶
縁基板に薄膜トランジスタを集積形成するトランジスタ
工程と、該薄膜トランジスタを接続する配線を形成する
配線工程とを行なう。特徴事項として、前記配線工程は
アルミニウム膜を成膜した後エッチングで配線の形状に
パタニングする第１エッチング工程を含む。次に、該パ
タニングされたアルミニウム膜を被覆する様にチタン膜
を形成する成膜工程を行なう。続いて、該チタン膜に重
ねてレジスト膜を形成するレジスト工程を行なう。さら
に、該レジスト膜をフォトリソグラフィにより該アルミ
ニウム膜に沿ってパタニングするパタン工程を行なう。
最後に、該パタニングされたレジスト膜をマスクとしア
ンモニアに対し過剰な過酸化水素を含有するアンモニア
／過酸化水素の混合水溶液を用いて該チタン膜を選択的
にエッチングする第２エッチング工程を行なう。かかる
配線工程により、アルミニウム膜とチタン膜の二層構造
を有する配線が形成される。

【０００８】本発明にかかるチタン膜のパタニング方法
は、さらに表示装置の製造方法にも応用できる。即ち、
本発明にかかる表示装置の製造方法は、基本的に一方の
絶縁基板に薄膜トランジスタを集積形成するトランジス
タ工程と、チタン膜からなる遮光層を該薄膜トランジス
タの上部に形成する遮光工程と、該薄膜トランジスタに
接続して画素電極を形成する電極工程と、該一方の絶縁
基板に所定の間隙を介して他方の基板を接合した後該間
隙に電気光学物質を注入する組立工程とを含んでいる。
特徴事項として、前記遮光工程は該一方の基板にチタン
膜を形成する成膜工程と、該チタン膜に重ねてレジスト
膜を形成するレジスト工程と、該薄膜トランジスタの形
状に合わせて該レジスト膜をフォトリソグラフィにより
パタニングするパタン工程と、該パタニングされたレジ
スト膜をマスクとしアンモニアに対し過剰な過酸化水素
を含有するアンモニア／過酸化水素の混合水溶液を用い
て該チタン膜を選択的にエッチングして該遮光層に加工
するエッチング工程とを含んでいる。

【０００９】

【作用】本発明では、アンモニアに対し過剰な過酸化水
素を含有するアンモニア過水を用いてチタン膜を選択的
にエッチングする。例えば、本発明のアンモニア過水は
アンモニアに対して５倍以上の容量比で過酸化水素を含
有している。この様な組成のエッチング液を用いると、
下地膜に対し高選択比でチタン膜をエッチングできると
共に、マスクとして用いるレジストを侵食する惧れがな
い。即ち、本発明にかかるエッチング液は過酸化水素に
比べアンモニアの濃度が相対的に低く設定されている
為、レジスト膜を殆ど溶解しない。一方、チタン膜に対
しては過酸化水素等が効果的に作用する為、高精度でパ
タニング加工ができる。このパタニング方法を用いれ
ば、アルミニウムからなる配線の上に重ねてヒロック防
止用にチタン膜を高精度で被覆可能である。又、表示装
置の製造にも応用でき、下地のシリコン酸化物表面等に
高品質の遮光層をパタニング形成可能である。

【００１０】

【実施例】以下図面を参照して本発明の好適な実施例を
詳細に説明する。図１は本発明にかかるチタン膜のパタ
ニング方法を示す基本的な工程図である。先ず（Ａ）の
成膜工程で基板１にスパッタ等でチタン膜２を形成す
る。場合によっては、基板１とチタン膜２の間に下地膜
３が介在する事がある。例えば、チタン膜２を薄膜半導
体装置の配線に用いる場合、下地膜３として同じく配線
となるアルミニウムが成膜される。この場合、上層のチ
タン膜２は、下層のアルミニウム膜のヒロックを防止す
る為に用いられる。又、アクティブマトリクス型の液晶
表示装置等では、下地膜３として例えばシリコン酸化物
等の層間絶縁膜が形成される場合がある。この場合、チ
タン膜２は例えば遮光層として用いられる。次に（Ｂ）
のレジスト工程で、チタン膜２に重ねてレジスト膜４を
形成する。例えば、紫外線等に対して感光性を有するフ
ォトレジスト膜４をスピンコーティング等で成膜する。
続いて（Ｃ）のパタン工程で、レジスト膜４をフォトリ
ソグラフィにより所定の形状にパタニングする。具体的
には、ステッパ等で紫外線を照射し露光処理を行なった
後、所定の薬品を用いて現像処理を行なえば良い。最後
に（Ｄ）のエッチング工程では、パタニングされたレジ
スト膜４をマスクとし所定のエッチング液を用いてチタ
ン膜２を選択的にウェットエッチングする。本発明の特
徴事項として、該エッチング液はアンモニアに対し過剰
な過酸化水素を含有するアンモニア／過酸化水素の混合
水溶液（アンモニア過水）を用いている。好ましくは、
このアンモニア加水はアンモニアに対して５倍以上の容
量比で過酸化水素を含有している。例えば、濃度３０％
のアンモニア水と同じく濃度３０％の過酸化水素水を
１：５以上の容量比で混合し、さらに全体として所定の
濃度となる様水で稀釈し、エッチング液を調製する。こ
のエッチング液を室温で所定時間作用させると、高選択
比でチタン膜２がエッチング除去され、下地膜３には殆
ど影響を与えない。又、レジスト膜４を侵食しない為高
精度でチタン膜２をパタニング加工できる。本エッチン
グ液は過酸化水素に比べアンモニアの濃度を相対的に低
く設定している為、レジスト膜４を殆ど溶解しない。一
方、比較的大量の過酸化水素を含有している為、室温で
もかなり活性であり、加熱を行なう事なくウェットエッ
チング可能である。なお、従来アンモニアと過酸化水素
の混合比が１：１程度のエッチング液を用いてチタン膜
のウェットエッチングを行なっていた。これでは、レジ
ストがアンモニアにより溶解する為精密なパタニングが
困難であった。特に、エッチング液を活性化する為加熱
を行なった場合には、レジスト膜が甚だしい侵食を受け
る。

【００１１】図２は、本発明にかかるチタン膜のパタニ
ング方法を適用して製造された薄膜半導体装置の一例を
表わしている。なお、この薄膜半導体装置はアクティブ
マトリクス型液晶表示装置の駆動基板に用いられるもの
である。図示する様に、ガラス等からなる透明な絶縁基
板１１の上には薄膜トランジスタ１２が形成されてい
る。この薄膜トランジスタは多結晶シリコン等からなる
半導体薄膜１３を素子領域としており、その上にゲート
絶縁膜を介してゲート電極Ｇが設けられている。ゲート
電極Ｇの両側に位置する半導体薄膜１３の部分には不純
物が高濃度に注入されたソース領域Ｓ及びドレイン領域
Ｄが形成されている。かかる構成を有する薄膜トランジ
スタ１２はＰＳＧ等からなる第１層間絶縁膜１４により
被覆されている。この第１層間絶縁膜１４にはソース領
域Ｓ及びドレイン領域Ｄに連通するコンタクトホールが
開口している。第１層間絶縁膜１４の上には配線１５が
パタニング形成されており、上述したコンタクトホール
を介してソース領域Ｓ及びドレイン領域Ｄに電気接続し
ている。この配線１５は下層のアルミニウム膜１６と上
層のチタン膜１７とからなる積層構造を有している。チ
タン膜１７はアルミニウム膜１６のヒロック防止を目的
としている。なお、アルミニウム膜１６は金属アルミニ
ウムあるいはシリコンを固溶限界内で含有した合金アル
ミニウムが用いられる。この配線１５はＰＳＧ等からな
る第２層間絶縁膜１８により被覆されている。その上に
は所定の形状にパタニングされたチタン膜１９が形成さ
れており、第２層間絶縁膜１８に予め設けられたコンタ
クトホールを介してドレイン領域Ｄ側の配線１５に電気
接続している。このチタン膜１９は下方の薄膜トランジ
スタ１２を遮閉しており、遮光層として機能する。この
チタン膜１９は第３層間絶縁膜２０により被覆されてい
る。この第３層間絶縁膜２０は、例えばアクリル樹脂等
の平坦化膜からなる。第３層間絶縁膜２０の上にはＩＴ
Ｏ等からなる画素電極２１がパタニング形成されてい
る。この画素電極２１は第３層間絶縁膜２０に予め設け
られたコンタクトホールを介してチタン膜１９に電気接
続している。従って、画素電極２１はチタン膜１９、チ
タン膜１７、アルミニウム膜１６を介してドレイン領域
Ｄに電気接続され、薄膜トランジスタ１２によりスイッ
チング駆動される。チタン膜１９は前述した様に薄膜ト
ランジスタ１２の遮光層として機能する他、画素電極２
１と配線１５の間に介在してバリヤ層として機能し電気
接続の信頼性を高めている。チタン膜１９はパタニング
加工性が良好であり、且つ比較的薄い膜厚で十分な遮光
性を備えている。本例ではこの遮光層がシリコン酸化物
を主成分とする第２層間絶縁膜１８を下地として形成さ
れている。

【００１２】次に図３ないし図５を参照して、図２に示
した薄膜半導体装置の製造方法を詳細に説明する。先ず
図３の工程（Ａ）で、透明な絶縁基板１１の上に薄膜ト
ランジスタ１２を集積形成する。前述した様に、この薄
膜トランジスタ１２は多結晶シリコン等からなる半導体
薄膜１３を素子領域として形成されたものであり、ゲー
ト電極Ｇ、ソース領域Ｓ及びドレイン領域Ｄ等を備えて
いる。次に工程（Ｂ）で、薄膜トランジスタ１２を被覆
する様に第１層間絶縁膜１４を形成する。例えば、ＰＳ
Ｇ等をＣＶＤ法により堆積する。続いて工程（Ｃ）で、
第１層間絶縁膜１４にコンタクトホールを開口し、ソー
ス領域Ｓ及びドレイン領域Ｄを部分的に露出する。この
後、スパッタ等によりアルミニウム膜１６を成膜する。
さらに、このアルミニウム膜１６をエッチングで配線の
形状にパタニングする第１エッチング工程を行なう。さ
らに工程（Ｄ）で、パタニングされたアルミニウム膜１
６を被覆する様にチタン膜１７をスパッタ等で形成す
る。この後工程（Ｅ）に進み、チタン膜１７に重ねてレ
ジスト膜を形成する。このレジスト膜をフォトリソグラ
フィによりアルミニウム膜１６に沿ってパタニングす
る。このパタニングされたレジスト膜をマスクとし所定
のエッチング液を用いてチタン膜１７を選択的にエッチ
ングする第２エッチング工程を行なう。これにより、ア
ルミニウム膜１６とチタン膜１７の二層構造を有する配
線１５が形成される。本発明ではエッチング液として、
アンモニアに対し過剰な過酸化水素を含有するアンモニ
ア／過酸化水素の混合水溶液を用いている。

【００１３】図４の工程（Ｆ）に進み、配線１５を第２
層間絶縁膜１８で被覆する。例えばＣＶＤ法等によりＰ
ＳＧ（燐を添加したシリコン酸化物）を堆積する。続い
て工程（Ｇ）で、第２層間絶縁膜１８にコンタクトホー
ルを開口する。さらに、スパッタ法等で第２層間絶縁膜
１８の上にチタン膜１９を成膜する。工程（Ｈ）に進
み、チタン膜１９に重ねてレジスト膜（図示せず）を形
成する。薄膜トランジスタ１２の形状に合わせてこのレ
ジスト膜をフォトリソグラフィによりパタニングする。
このパタニングされたレジスト膜をマスクとし所定のエ
ッチング液を用いてチタン膜１９を選択的にエッチング
する。これにより、薄膜トランジスタ１２を入射光から
遮閉する遮光層が形成される。用いたエッチング液はア
ンモニアに対し過剰な過酸化水素を含有するアンモニア
／過酸化水素の混合水溶液である。

【００１４】次に図５の工程（Ｉ）に進み、チタン膜１
９を第３層間絶縁膜２０で被覆する。例えば、アクリル
樹脂等をスピンコートして表面を平坦化し第３層間絶縁
膜２０とする。この第３層間絶縁膜２０にコンタクトホ
ールを開口する。その上にＩＴＯ等からなる透明導電膜
を成膜し、所定の形状にパタニングして画素電極２１に
加工する。以上により、薄膜半導体装置が完成する。

【００１５】この後、工程（Ｊ）に進み、上述した薄膜
半導体装置を駆動基板としてアクティブマトリクス型の
液晶表示装置を組み立てる。即ち、一方の絶縁基板１１
に対し所定の間隙を介して他方の基板２２を接合する。
両基板１１，２２の間隙に電気光学物質として液晶２３
を注入し、表示装置を組み立てる。なお、他方の基板２
２の内表面には予め透明な対向電極２４が形成されてい
る。

【００１６】以上説明した様に、本発明ではアンモニア
に対し過剰な過酸化水素を含有するアンモニア過水をエ
ッチング液としてチタン膜をウェットエッチングしてい
る。従来の弗硝酸系エッチング液に比べパタニング性が
優れており、エッチング断面が逆テーパ形状にならな
い。又、ＳｉＯ₂ ，ＰＳＧ，Ａｌ等に対して高選択比で
ある。これに対し、弗硝酸系のエッチング液は殆ど実使
用に耐えられないぐらいパタニング性が悪い。逆に、パ
タニング性を重視して組成を変化させると、実使用に耐
えられないぐらいエッチングレートが遅くなってしま
う。本発明にかかるウェットエッチング方式は、従来の
塩素系ガスを用いたドライエッチング方式に比べても種
々のメリットを有する。例えば、アンモニア過水を用い
たウェットエッチング方式は低コストであり、且つドラ
イエッチングの様に薄膜トランジスタ等にダメージを加
える事が少ない。又、下地に凹凸や段差が含まれていて
も、等方的にエッチングできる為精度的に優れている。
又、ＳｉＯ₂ やＡｌに対し、殆ど無限大に近い高選択比
が得られる。但し、ドライエッチングに比べると若干サ
イドエッチングが生じる点と、アルミニウムと同時抜き
できないというデメリットがある。しかしながら、遮光
層等に利用する場合、チタン膜は１００nm前後の極めて
薄い膜である為、サイドエッチは０．２μｍ程度に抑え
られる。又、アルミニウムに対し選択比のある事はメリ
ットでもありデメリットでもある。

【００１７】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、薄
膜トランジスタ等を含む薄膜半導体装置の製造におい
て、配線や遮光層の金属材料としてチタンを用いてい
る。フォトリソグラフィ技術でパタニングしたレジスト
をマスクとして、このチタン膜をウェットエッチングす
る。その際、過酸化水素水がアンモニアの５倍以上の容
量を持つ、アンモニア過水をウェットエッチング液とし
て用いる。これにより、下地の金属アルミニウム、合金
アルミニウム、シリコン酸化物等に対し、チタン膜を高
選択比でウェットエッチングする事が可能になった。
又、高選択比の為、チタン膜をウェットエッチングして
も下地にサイドエッチングが入らない為微細加工が可能
になった。従って、液晶表示装置等を構成する薄膜半導
体装置に薄膜トランジスタを集積形成する場合、容易に
遮光層やアルミニウムのヒロック防止膜を形成する事が
可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるチタン膜パタニング方法を表わ
す基本的な工程図である。

【図２】本発明にかかるチタン膜パタニング方法を応用
して製造された薄膜半導体装置の一例を示す模式的な部
分断面図である。

【図３】図２に示した薄膜半導体装置の製造工程図であ
る。

【図４】同じく製造工程図である。

【図５】同じく製造工程図である。

【符号の説明】

１ 基板 ２ チタン膜 ３ 下地膜 ４ レジスト膜 １１ 基板 １２ 薄膜トランジスタ １３ 半導体薄膜 １４ 第１層間絶縁膜 １５ 配線 １６ アルミニウム膜 １７ チタン膜 １８ 第２層間絶縁膜 １９ チタン膜 ２０ 第３層間絶縁膜 ２１ 画素電極 ２２ 基板 ２３ 液晶 ２４ 対向電極

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板にチタン膜を形成する成膜工程と、
   該チタン膜に重ねてレジスト膜を形成するレジスト工程
   と、該レジスト膜をフォトリソグラフィによりパタニン
   グするパタン工程と、該パタニングされたレジスト膜を
   マスクとしアンモニアに対し過剰な過酸化水素を含有す
   るアンモニア／過酸化水素の混合水溶液を用いて該チタ
   ン膜を選択的にエッチングするエッチング工程とを行な
   うチタン膜のパタニング方法。
2. 【請求項２】 前記エッチング工程は、アンモニアに対
   して５倍以上の容量比で過酸化水素を含有する該混合水
   溶液を用いてエッチングを行なう事を特徴とする請求項
   １記載のチタン膜のパタニング方法。
3. 【請求項３】 絶縁基板に薄膜トランジスタを集積形成
   するトランジスタ工程と、該薄膜トランジスタを接続す
   る配線を形成する配線工程とを行なう薄膜半導体装置の
   製造方法であって、 前記配線工程は、アルミニウム膜を成膜した後エッチン
   グで配線の形状にパタニングする第１エッチング工程
   と、該パタニングされたアルミニウム膜を被覆する様に
   チタン膜を形成する成膜工程と、該チタン膜に重ねてレ
   ジスト膜を形成するレジスト工程と、該レジスト膜をフ
   ォトリソグラフィにより該アルミニウム膜に沿ってパタ
   ニングするパタン工程と、該パタニングされたレジスト
   膜をマスクとしアンモニアに対し過剰な過酸化水素を含
   有するアンモニア／過酸化水素の混合水溶液を用いて該
   チタン膜を選択的にエッチングする第２エッチング工程
   とを含み、アルミニウム膜とチタン膜の二層構造を有す
   る配線を形成する事を特徴とする薄膜半導体装置の製造
   方法。
4. 【請求項４】 一方の絶縁基板に薄膜トランジスタを集
   積形成するトランジスタ工程と、チタン膜からなる遮光
   層を該薄膜トランジスタの上部に形成する遮光工程と、
   該薄膜トランジスタに接続して画素電極を形成する電極
   工程と、該一方の絶縁基板に所定の間隙を介して他方の
   基板を接合した後該間隙に電気光学物質を注入する組立
   工程とを行なう表示装置の製造方法であって、 前記遮光工程は、該一方の基板にチタン膜を形成する成
   膜工程と、該チタン膜に重ねてレジスト膜を形成するレ
   ジスト工程と、該薄膜トランジスタの形状に合わせて該
   レジスト膜をフォトリソグラフィによりパタニングする
   パタン工程と、該パタニングされたレジスト膜をマスク
   としアンモニアに対し過剰な過酸化水素を含有するアン
   モニア／過酸化水素の混合水溶液を用いて該チタン膜を
   選択的にエッチングして該遮光層に加工するエッチング
   工程とを含む事を特徴とする表示装置の製造方法。