JP3302240B2 - 薄膜トランジスタ及びその製造方法 - Google Patents
薄膜トランジスタ及びその製造方法Info
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Description
及びその製造方法に関し、特に、液晶表示装置(以下、
LCDともいう。)において絵素選択用のスイッチング
素子や液晶駆動用のドライバー素子として用いられる薄
膜トランジスタの構造及びその形成プロセスに関するも
のである。
状に配置されたアクティブマトリクス基板では、TFT
のソース,ドレイン領域につながる導体層、つまりソー
ス,ドレイン電極やソース,ドレイン配線(以下、これ
らをまとめてソース,ドレイン電極配線という。)とし
て、Al薄膜が用いられる。また、この基板上には各T
FTに対応させて、ITOからなる画素電極が設けられ
ている。
イン電極配線用のAl膜のパターニングを行う場合、パ
ターン形成するためのレジストの現像処理時に、現像液
の作用によってAl膜とITO膜との間に電池反応が生
じ、この部分で、Al膜の腐食が発生する。
ターニングしてなるソース,ドレイン電極配線上に絶縁
膜を成膜し、この絶縁膜にコンタクトホールを開けて、
上層の画素電極と導通をとるという方法がとれるが、こ
の場合、ITO膜の成膜時に、絶縁膜のコンタクトホー
ル内に剥き出しになっているAl膜が、成膜装置内の酸
素雰囲気中で酸化し、ITO膜とソース,ドレイン電極
配線との間でオーミックコンタクトがとれなくなるとい
う問題がある。
ース,ドレイン電極配線を、Al膜とMo膜の2層構造
とすることにより、腐食を防ぐことができ、しかもIT
O膜とソース,ドレイン電極配線とのオーミックコンタ
クトを可能とすることができる。
を、Al膜上にMo膜を成膜したMo/Alの2層構造
とすることにより、後工程での熱処理によるAlの突起
物、ヒロックやホイスカ等の発生を抑え、マイグレーシ
ョンを防ぎ、配線の信頼性を向上させることができる。
レイン配線電極を、Al膜とMo膜の2層構造とした場
合、これらの層は2層連続して成膜することができ、ま
た、リン酸、硝酸、酢酸、及び水からなる混合液によ
り、2層同時にエッチングできるため、工程数を増やす
ことなく腐食等の問題を解決することができる。
ートが異なるために、Mo膜もしくはAl膜のパターン
がエッチングによりシフトする、つまりMo膜及びAl
膜の一方のパターン幅が他方のパターン幅より小さくな
るという問題が起こる。
ッチングによって、ソース,ドレイン電極配線を構成す
る2層膜のうち下層の膜21が上層の膜22に比べてエ
ッチングされすぎた場合、このソース,ドレイン電極配
線を覆うよう絶縁膜や保護膜等の膜23を形成すると、
ソース,ドレイン電極配線の上部に空洞24やそれから
発達したクラック25等が発生する。そして後処理工程
においてこのような空洞やクラック内にしみこんだ酸等
によってソース,ドレイン電極配線が腐食して断線する
といういう問題が発生する。
ソース,ドレイン電極配線を構成する2層膜のうちの上
層の膜22が下層の膜21に比べてエッチングされす
ぎ、その配線パターンが下層のものより細くなると、ソ
ース,ドレイン電極配線上に形成したコンタクトホール
でのITO膜のカバレッジが悪くなるためコンタクト抵
抗が高くなり、ITO膜とソース,ドレイン電極配線と
の間での導通がとれ難くなる。
ドレイン電極配線上に形成したコンタクトホール23a
内で、ソース,ドレイン電極配線を構成する2層膜のう
ちの下層の膜21が剥き出しになっていると、ITO膜
26のマスクアライメント時のパターンずれなどがあっ
た場合、ITO膜26のエッチング液や、後処理工程で
使われる酸等によって、ソース,ドレイン電極配線に腐
食部分27が発生するという問題がある。
れているMo/Alの2層構造におけるAl膜の信頼
性,つまり構造上の強度などの点からも、下層のAl膜
のエッチングシフトが大きい場合には、このソース,ド
レイン電極配線を覆う膜のカバレッジが劣化しやすいと
いう問題が発生する。また、上記Mo/Alの2層構造
における上層のMo膜のエッチングシフトが大きい場合
には、Al膜の熱処理における耐ヒロック性等の劣化を
招くという問題がある。
エッチを低減するために、積層膜の膜厚比を制御する手
法が特開平6−104241号公報に開示されている
が、本件発明者らの実験によると、Mo/Alの2層構
造では、Mo膜の方がその膜厚の比によらずAl膜に比
べて配線幅が細くなることが確認された。
めになされたもので、ソース,ドレイン電極配線として
用いられるMo膜とAl膜との2層構造の導体層を、A
l膜に対するMo膜のシフトを抑えつつ、エッチングす
ることができる薄膜トランジスタ及びその製造方法を得
ることを目的とする。
ンジスタは、絶縁性下地領域上に形成されたソース,ド
レイン領域と、該ソース,ドレイン領域につながる導体
層とを備え、該導体層を、Al系金属膜と、窒素を含有
する比抵抗が65〜195μΩcmのMo膜とからなる
積層構造としたものである。そのことにより、上記目的
が達成される。
法は、絶縁性下地領域上に形成されたソース,ドレイン
領域とつながる、Al系金属膜とMo膜との2層構造の
導体層を形成する工程を含み、該Mo膜を、窒素又はア
ンモニアを含んだ雰囲気中で成膜するようにしたもので
ある。そのことにより、上記目的が達成される。
おいては、前記Mo膜を、ArガスとN2 ガスとの混合
ガス雰囲気中にてスパッタ法により成膜することが好ま
しい。
おいては、前記Mo膜を、N2 もしくはアンモニアを含
むガスを用いてCVD法により成膜することが好まし
い。
法は、絶縁性下地領域上に形成されたソース,ドレイン
領域とつながる、Al系金属膜と窒素を含有するMo膜
との2層構造の導体層を形成する工程を含み、該窒素を
含有するMo膜を、Moの成膜処理により形成された膜
を、窒素もしくはアンモニア雰囲気中でアニールして、
該膜中に窒素を導入して形成するものである。そのこと
により、上記目的が達成される。
法は、絶縁性下地領域上に形成されたソース,ドレイン
領域とつながる、Al系金属膜と窒素を含有するMo膜
との2層構造の導体層を形成する工程を含み、該窒素を
含有するMo膜を、Moの成膜処理により得られた膜
に、イオン注入法により窒素を導入することにより形成
するものである。そのことにより、上記目的が達成され
る。
の発明においては、ソース,ドレイン領域につながる導
体層を、Al系金属膜と、窒素を含有するMo膜とから
なる積層構造としたので、Mo膜のエッチレートがAl
系金属膜のエッチレートに近いものとなり、これにより
Al膜に対するMo膜のシフトを抑えつつ、上記2層構
造の導体層をエッチングすることができる。
説明する。
て形成されたAl系金属膜の上層または下層として、M
o膜を、Arガスと、Arガス流量の10%〜70%に
相当する流量のN2 ガスとの混合ガス中においてスパッ
タ法により成膜するものである。
て形成したAl系金属膜の上層または下層として、Mo
膜を窒素またはアンモニアを含んだ雰囲気中でCVD法
により成膜するものである。
としてMoを成膜した後、成膜したMoに対して、イオ
ン注入処理、もしくは窒素またはアンモニア雰囲気中で
の処理温度450〜600℃によるアニール処理を施し
て、窒素を導入するものである。
95μΩcmであるような、窒素を含有するMo膜が形
成され、ウエットエッチングの際にAl膜に対するMo
膜のシフト量を小さく抑えることが可能となる。
成膜時のN2 /Ar流量比を上げると、Mo膜のエッチ
レートは下がり、Al膜のエッチレートに近づくことと
なり、これによりMo膜のAl膜に対するエッチングシ
フト量が抑えられる。
量比によって、その下層のAl合金膜に対する、上層の
Mo膜の片側エッチングシフト量が変化することを図8
のグラフを参照して説明する。
/Ar流量比であり、縦軸はウエットエッチング後にお
けるAl薄膜の幅とその上層のMo薄膜の幅の差を2で
割った値、すなわちMo薄膜の片側シフト量(μm)で
ある。ここで、Al合金膜の厚さは500nm,Mo薄
膜の厚さは150nmである。図8に示すように、Mo
スパッタ時のN2 /Ar流量比を上げると、Mo膜のシ
フト量は少なくなる。ところで、特開平6−10424
1号公報には、Mo/Alの2層構造における、Mo膜
のAl膜に対するシフト量を、これらの膜厚比により制
御する手法が開示されているが、本発明のように、Mo
膜とAl膜のエッチングレートを制御する,つまり両者
のエッチングレートを近い値にする方が、該両者の膜厚
比を制御するよりプロセスマージン(プロセスにおける
自由度)が広くなる。
2 /Ar流量比、縦軸をMo膜の比抵抗(μΩcm)と
して、これらの関係をグラフで示しており、このグラフ
から、Moスパッタ時のN2 /Ar流量比を上げると、
Mo膜の比抵抗は上昇するが、配線をAl膜とMo膜と
の2層積層構造とすることにより、Alが低抵抗金属で
あることから、配線全体の抵抗は下がる。
N2のガス流量が10sccmである雰囲気中で成膜し
たMo膜の比抵抗は154μΩcmになり、比抵抗は大
きく上昇するが、配線をこのように成長したMo膜とA
l膜との2層構造にすると、Mo膜の層厚が150n
m、Al膜の層厚が1500nmである場合、通常のM
o膜とAl膜とからなる2層配線の抵抗に比べて十数パ
ーセントしか大きくならない。
線を、窒素を導入したMo膜とAl膜との積層構造とす
ることにより、Mo膜とAl膜とを2層同時にウエット
エッチングする際のMo膜のAl膜に対するエッチング
シフト量を小さく抑えることができるため、配線抵抗の
増大を抑えつつ、ソース,ドレイン電極配線の信頼性を
向上させることができる。
用いて説明するが、この発明は以下の実施形態に限定さ
れるものではない。なお、以下の実施形態の説明に用い
る各図は、液晶表示パネルの一画素部分の要部を構成す
るスイッチング素子としての薄膜トランジスタを主とし
て概略的に示す断面図である。
1による薄膜トランジスタの構造を示す図であり、図2
(a)〜(c)、図3(a)〜(c)、図4(a),
(b)は、本発明の実施形態1による薄膜トランジスタ
の製造方法を説明するための図であり、それぞれ主要工
程での薄膜トランジスタの断面構造を示している。
トランジスタで、そのガラス基板1上には、SiO2 膜
2を介して半導体層3が形成されている。この半導体層
3の中央部分には、ゲート絶縁膜4を介してゲート電極
5が配置されており、該半導体層3のゲート電極5の両
側部分は、ソース,ドレイン領域となっている。また、
上記半導体層3及びゲート電極5は層間絶縁膜6により
覆われており、該層間絶縁膜6の、ソース,ドレイン領
域に対応する部分には、コンタクトホール7が形成され
ている。また、この層間絶縁膜6上には、ソース,ドレ
イン電極配線10が形成されており、これは、上記コン
タクトホール7を介してソース,ドレイン領域と電気的
につながっている。
0は、下層のAl合金膜8とその上に形成された窒素を
含むMo膜9の2層構造となっている。そして、このソ
ース,ドレイン電極配線10及び上記層間絶縁膜6の表
面は、表面保護膜11により被覆されており、該表面保
護膜11上には画素電極13が形成されている。この画
素電極13は、上記表面保護膜11に形成されたコンタ
クトホール12を介して上記ソース,ドレイン電極配線
10に電気的につながっている。
に、基板からの不純物の拡散を防ぐため、SiO2膜2
を100nmの厚さに堆積し、さらにその上にシリコン
層を厚さ50nm堆積し、これを加工して半導体層3を
形成する。
膜4を堆積し、該半導体膜3の所定領域上に該ゲート絶
縁膜4を介して、耐熱性に優れた低抵抗金属を厚さ35
0nmに成膜し、該低抵抗金属膜をパターニングしてゲ
ート電極5を形成する(図2(b)参照)。
ドレインを形成するため、n+イオンの注入を、雰囲気
としてPH3 とH2 の混合ガスを用いて、加速電圧を8
0keV、ドーズ量を5E14/cm2とした条件で行
う(図2(c)参照)。
い、室温でかつ大気雰囲気中で350mj/cm2のエ
ネルギーでのレーザ照射により上記半導体膜3の活性化
を行った後、該全面に絶縁膜6を堆積し、ソース,ドレ
イン領域に対応するコンタクト孔7、及びゲート電極に
対するコンタクト孔(図示せず)を開口する(図3
(a))。
ドレイン電極配線として、Al合金膜8を、Arガス5
0sccm、ガス圧3.0×10-3Torrの雰囲気中
で膜厚500nmの厚さに成長し、その上にMo膜9を
Arガス20sccm,N2ガス10sccm,ガス圧
3.0×10-3Torrの雰囲気中で、層厚150nm
の厚さに成長する。ここでは、上記Al膜とMo膜の2
層をスパッタ法で連続して成膜する。なお、上記N2ガ
ス流量は、上記の値に限るものではないが、Arガス流
量の10%〜70%に相当するものであることが好まし
い。その後、これらのAl薄膜とMo薄膜とをウエット
エッチングを用いてパターニングする。
び水の混合液中に被エッチング層を浸漬することによっ
て行う。Mo膜とAl膜は、ともに上記エッチング液で
エッチング可能であるため、これらの膜は、同一エッチ
ング槽内で二層同時に、即ち一工程でエッチング可能で
ある。
タしたMo膜は、Al膜よりエッチングレートが速いた
め、Al膜を厚くするほどMo膜のエッチング量が増大
することとなり、Al膜に対するMo膜のエッチングシ
フト量が大きくなる。
2層構造を構成するMo膜を、窒素を含んだ雰囲気中で
成膜したものとしているので、上記Al膜に対するMo
膜のエッチングシフト量を小さく抑えることが可能とな
る。
の他の方法としては、成膜したMoからなる膜に、窒素
をそのガス流量10sccm,加速電圧80keV,R
Fパワー180W、ドーズ量1.8E15/cm2の条
件でイオン注入する方法、成膜したMoからなる膜を、
窒素雰囲気中でアニールする方法がある。これらの方法
は、上記のように2層構造のソース,ドレイン電極配線
を有する薄膜トランジスタの製造プロセスに用いること
ができる。
に、エッチングシフト量を抑えたMo/Alの2層構造
のソース,ドレイン電極配線10を形成することができ
る。
覆うように基板表面全体に保護膜11を成膜し、画素電
極との導通をとるために、該保護膜11にコンタクトホ
ール12を開口する(図4(a)参照)。
ングして画素電極13を形成して、薄膜トランジスタ1
00を完成する(図4(b))。
による薄膜トランジスタ及びその製造方法について説明
する。
様の処理(図2(a)〜2(c)参照)を経て、図3
(a)に示すように層間絶縁膜6にコンタクトホール7
を開けた後、ソース,ドレイン電極配線として、Al合
金膜8を厚さ500nmに成膜し、その上にMo膜を、
MoF6ガス70sccm,N2ガス500sccm、ガ
ス圧30Torr、処理温度430℃の条件にて、15
0nmの厚さにCVD法により成膜する。これにより、
窒素を含有するMo膜9を形成する(図3(b)参
照)。なお、ここでは、上記N2ガスに代えて、アンモ
ニアガスを用いることもできる。
をウエットエッチングによってパターニングして、図3
(c)に示すように、エッチングシフトを抑えたMo/
Alの2層構造のソース,ドレイン電極配線10を形成
する。
処理(図4(a),図4(b))を行って薄膜トランジ
スタ(図1参照)を完成する。
による薄膜トランジスタ及びその製造方法について説明
する。
様の処理(図2(a)〜図2(c)参照)を経て、層間
絶縁膜6にコンタクトホール7を開けた後(図3
(a))、ソース,ドレイン電極配線として、Al合金
膜8をArガス50sccm、ガス圧0.4Paの雰囲
気中で、厚さ500nmに成長し、その上にMo膜をA
rガス50sccm、ガス圧0.4Paの雰囲気中で厚
さ150nmに成長する。ここでは、これらの2層をス
パッタ法などで連続して成膜する。
ス1000sccm、ガス圧10Torr、処理温度5
00℃の条件で、2分間ランプアニール処理を行う。こ
れによりMo膜中に窒素を導入する。なお、ここで、上
記N2ガスに代えてアンモニアガスを用いることもでき
る。また上記処理温度は500℃に限るものではない
が、450℃〜600℃の範囲であることが好ましい。
l膜との積層構造を形成した後(図3(b))、これら
2層膜をウエットエッチングによってパターニングし
て、図3(c)に示すように、エッチングシフトを抑え
たMo/Alの2層構造のソース,ドレイン電極配線1
0を形成する。
(図4(a),図4(b))を行って薄膜トランジスタ
(図1参照)を完成する。
による薄膜トランジスタ及びその製造方法について説明
する。
〜図2(c))を経て層間絶縁膜6にコンタクトホール
7を開けた後(図5(a))、ソース,ドレイン電極配
線として、Al膜又はAl合金膜8をArガス50sc
cm、ガス圧0.4Paの雰囲気中で厚さ500nmに
形成し、その上にMo膜14をArガス50sccm、
ガス圧0.4Paの雰囲気中で厚さ150nmに形成す
る。ここで、これらの2層はスパッタ法などで連続して
成膜する(図5(b))。
膜14に、N2ガスの流量10sccm,加速電圧80
keV,RFパワー180W、ドーズ量1.8E15/
cm2 の条件で、窒素のイオン注入処理を施す(図5
(c)参照)。これにより上記純Mo膜14中に窒素を
導入して、窒素を含むMo膜9を形成する。
Al膜またはAl合金膜8の積層構造を形成した後(図
3(b)参照)、これら2層膜をウエットエッチングに
よってパターニングして、図3(c)に示すように、エ
ッチングシフトを抑えたMo/Alの2層構造のソー
ス,ドレイン電極配線10を形成する。
処理(図4(a),図4(b)参照)を行って薄膜トラ
ンジスタ(図1参照)を完成する。
抗について具体的な値は示していないが、該各実施形態
では、Mo膜の比抵抗を、65〜195μΩcmの範囲
の値に設定しており、このような比抵抗の、窒素を含有
するMo膜では、ウエットエッチングの際にAl膜に対
するMo膜のシフト量を小さく抑えることが可能とな
る。
o膜を形成した2層構造のソース,ドレイン電極配線を
示したが、場合によっては、ソース,ドレイン電極配線
を、Mo膜上にAl膜を形成した2層構造としてもよ
く、この場合も、Mo膜を、窒素を含有するものとする
ことにより、ウエットエッチングの際にAl膜に対する
Mo膜のシフト量を小さく抑えることができる。
スプレイを構成する、マトリクス状にTFTが配列され
た基板におけるソース,ドレイン電極配線を、Al系金
属膜と、Mo膜からなる2層構造としたので、該ソー
ス,ドレイン電極配線の信頼性を向上することができ、
これにより製品の歩留向上を図ることができる。
で成膜したものとしているので、Al膜とMo膜の2層
構造の配線を、同時にウエットエッチングしてパターン
形成する際に、Mo膜のエッチングシフトを小さく抑え
て、ソース,ドレイン電極配線の高精度の微細なパター
ニングを行うことが可能となる効果がある。
タの構造を説明するための断面図である。
製造方法を説明するための断面図である。
製造方法を説明するための断面図である。
製造方法を説明するための断面図である。
製造方法を説明するための断面図である。
である。
のエッチレート(nm/min)との関係をグラフで示
す図である。
のシフト量(μm)との関係をグラフで示す図である。
の比抵抗(μΩcm)との関係をグラフで示す図であ
る。
Claims (6)
- 【請求項1】 絶縁性下地領域上に形成されたソース,
ドレイン領域と、 該ソース,ドレイン領域につながる 導体層とを備え、 該導体層を、Al系金属膜と、窒素を含有する比抵抗が
65〜195μΩcmのMo膜とからなる積層構造とし
た薄膜トランジスタ。 - 【請求項2】 絶縁性下地領域上に形成されたソース,
ドレイン領域とつながる、Al系金属膜とMo膜との2
層構造の導体層を形成する工程を含み、 該Mo膜を、窒素又はアンモニアを含んだ雰囲気中で成
膜する薄膜トランジスタの製造方法。 - 【請求項3】 請求項2記載の薄膜トランジスタの製造
方法において、 前記Mo膜を、ArガスとN2 ガスとの混合ガス雰囲気
中にてスパッタ法により成膜する薄膜トランジスタの製
造方法。 - 【請求項4】 請求項2記載の薄膜トランジスタの製造
方法において、 前記Mo膜を、N2 もしくはアンモニアを含むガスを用
いてCVD法により成膜する薄膜トランジスタの製造方
法。 - 【請求項5】 絶縁性下地領域上に形成されたソース,
ドレイン領域とつながる、Al系金属膜と窒素を含有す
るMo膜との2層構造の導体層を形成する工程を含み、 該窒素を含有するMo膜を、Moの成膜処理により形成
された膜を、窒素もしくはアンモニア雰囲気中でアニー
ルして、該膜中に窒素を導入して形成する薄膜トランジ
スタの製造方法。 - 【請求項6】 絶縁性下地領域上に形成されたソース,
ドレイン領域とつながる、Al系金属膜と窒素を含有す
るMo膜との2層構造の導体層を形成する工程を含み、 該窒素を含有するMo膜を、Moの成膜処理により得ら
れた膜に、イオン注入法により窒素を導入することによ
り形成する薄膜トランジスタの製造方法。
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