JPH07506703A - 持ち上げ方法を用いて構成されたセルフアライン薄膜トランジスタ - Google Patents

持ち上げ方法を用いて構成されたセルフアライン薄膜トランジスタ

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JPH07506703A
JPH07506703A JP6520004A JP52000494A JPH07506703A JP H07506703 A JPH07506703 A JP H07506703A JP 6520004 A JP6520004 A JP 6520004A JP 52000494 A JP52000494 A JP 52000494A JP H07506703 A JPH07506703 A JP H07506703A
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ポッシン,ジョージ・エドワード
クァスニック,ロバート・フォーレスト
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 持ち上げ方法を用いて構成されたセルファライン薄膜トランジスタ 本発明は、薄膜電界効果トランジスタの製造に関し、特に、このようなトランジ スタのソース・ドレイン接点をパターン決めする方法に関する。
発明の背景 ある形式の作像装置及び表示装置では、各々の画素に薄膜電界効果トランジスタ (T P T)が付設されている。TPTはいくつかの理由で小さくなければな らない。1つ目には、それが、本来であれば光の収集又は光の制御に専用される 画素内の空間を消費する。2つ目には、画素自体が小さいので、TPTは小さく なければならない。即ち、8インチX8インチの板の上に100万個を超える画 素が構成されていることがあるからである。3つ目には、(a)合計ゲート静電 容量、(b)ゲート・ソース間の静電容量、及び(C)ゲート・ドレイン間の静 電容量を最小限に抑えるために、TPTは小さくなければならない。
合計ゲート静電容量は、作像装置又は表示装置にある1行のTPTを制御するア ドレス線(即ち、走査線)の合計静電容量を減少させるために小さくすべきであ る。このアドレス線の充電時間は、線の抵抗値と線の静電容量との積によって制 御される。アドレス線の充電時間を決定するときに、合計ゲート静電容量が線の 静電容量に加えられる。
ソース・ドレイン間の静電容量及びソース・ゲート間の静電容量は、ゲートに接 続されている入力アドレス線と、ソース又はドレインに接続されている作像素子 又は表示素子との間の結合静電容量を最小限に抑えるために小さくすべきである 。
従来の技術 静電容量を減少させるためには、TFTのゲート礁ドレイン間の重なり及びゲー ト・ソース間の重なりを小さく抑えてお(べきである。しかしながら、この重な りが正確に所望の大きさになるような小型のTPTを製造するのは困難であるこ とがある。1つの理由は、写真製版方法がソース及びドレインを形成するために 普通に用いられているからである。このような方法では、装置の配置を決めると きに、約2ミクロン又はそれ以上の典型的な位置決めの整合外れを考慮に入れな ければならない。このような大きさの整合外れでは、ゲートがソース及びドレイ ンに重なる領域は、この整合外れを見込んで、本来よりも一層大きくすることが 必要になる。このように寸法を拡大したために、上に述べた静電容量が増加する が、これは望ましいことではない。
この整合外れを減少させる1つの方式が、1991年4月23日にボッンン等に 付与された米国特許番号第5010027号に記載されている。この米国特許は 、薄膜トランジスタを作成するセルファライン方式を述べたものであるが、必要 であればこの米国特許を参照されたい。
発明の目的 本発明の1つの目的は、薄膜トランジスタを製造するときのソース接点及びドレ イン接点の整合を改善することである。
本発明の他の目的は、寸法が縮小した薄膜トランジスタを提供することである。
発明の要約 簡単に言うと、本発明の好ましい実施例によれば、薄膜電界効果トランジスタを 作成する際に、ソースとドレインとの間でチャンネル領域の上方にキャップを位 置決めする。
次に、ソース接点及びドレイン接点を形成するソース・ドレイン材料の被覆が、 ソース領域及びドレイン領域の上方と、キャップの上方とに適用される。−形式 のソース・ドレイン材料は、N十形シリコンのような半導体層の上方の金属層で ある。その後、エッチャントを適用する。このエッチャントはキャップをエツチ ングによって除去し、キャップの上を被覆したソース・ドレイン材料を持ち上げ て除去し、ソース接点及びドレイン接点を所定位置に残す。
図面の簡単な説明 本発明の新規と考えられる特徴は、請求の範囲に具体的に記載しであるが、本発 明自体の構成、作用、並びにその他の目的及び利点は、以下図面について説明す るところから最もよく理解されよう。
第1図は電界効果トランジスタの概略図である。
第2図〜第5図は本発明の一形式を作成するときに用いられる一連の工程を示す 図である。
第6図及び第7図は本発明で用いられる持ち上げ手順を示す概略図である。
第8図〜第14図は本発明の一形式の作成法を更に詳しく示す図である。
第14A図は第14図の一部の拡大図である。
第15図はキャップ、縁及びアイランドを詳しく示す中間構造の図である。
第16図は本発明の他の形式に用いられる中間構造を示す図である。
第17図は本発明の他の形式に用いられる処理工程を示す図である。
第17A図は第17図の一部の拡大図である。
第17B図は更に処理した後の、第17A図と同様な図である。
発明の詳細な説明 第1図は公知の形式のTPTを示しており、ゲート電極Gと、ソースS及びドレ インDの電極又は接点の各々との間の重なりOを示している。ソース及びドレイ ンの金属電極は、典型的にはシリコンから成るトランジスタ半導体基板10に、 薄いN十形シリコン層11を介して取り付けられている。金属のゲート電極は基 板10から絶縁層12によって隔てられている。基板10には、ゲート電極Gの 上方に、主にドレイン電極E及びソース電極Sとそれぞれ重なっていない領域に チャンネル領域が存在している。
静電容量を減少させるためには、この重なりを小さく抑えておくべきである。し かしながら、重なりが正確に所望の大きさになるような小さなTPTの製造は困 難であることがわかっている。これは少なくとも部分的には、ソース接点及びド レイン接点を形成するために普通用いられる写真製版方法によって、約2ミクロ ン又はそれ以上の典型的な位置決めの整合外れがあるからである。この位置決め の整合外れのため、ゲート電極がソース接点及びドレイン接点と重なっている領 域は、整合外れを見込んで、本来よりも一層大きく作成することが必要になり、 その結果、前に述べたように静電容量の望ましくない増加が起こる。
発明の簡略形式 第2図は出発構造を示しており、この構造は、公知の技術を用いて作成すること ができる。基板−支持体20は硝子で構成され得るが、400ナノメータ(nm )範囲内の紫外線に対して十分に透明であれば、この他の材料をその代わりに用 いてもよい。ゲート電極Gがスパッタリング等によって、基板−支持体20の上 に沈積され、ゲート電極G及び基板−支持体20に順に重ねて・、絶縁層21、 シリコン層22、第2の絶縁層23及びキャップ材料24が設けられる。キャッ プ材料は、例えば、化学光に対して透明又は半透明であるくらいに十分薄いモリ ブデン又は酸化インジウム錫で構成することができる。層21.22.23及び 24は、プラズマ強化化学反応気相成長のようないくっかの普通の方法のうちの 任意の方法によって沈積することができるが、キャップ層は、例えばスパッタリ ングによって適用することができる。
第3図に示すように、キャップ材料24からアイランド34を作成する。アイラ ンドは、それを形成するのに前に引用した米国特許番号第5010027号に記 載されているようなセルファライン方式を用いることにより、ソース領域とドレ イン領域との間でゲートに中心合わせされる。
その後、縁33を有しているキャップ32をアイランドに形成する。この縁は、 次の工程で沈積される材料が、縁の外側部分の下方の領域31に蓄積することを 防止する。
次の工程として、第4図に示すように導電性のソース接点41及びドレイン接点 42がそれぞれ形成される。これらの接点は、単独の層として示されているが、 実際には第5図に示すように2つの層51及び52で構成することができる。こ の場合には、これら2つの層は、ソース・ドレイン(SD)金属と、N十形シリ コンとでそれぞれ構成され得る。この工程の間、ソース層41及びドレイン層4 2をそれぞれ形成している材料が、第4図及び第5図に示すように、キャップ3 2の上の望ましくない材料43として蓄積される。しかしながら、縁32が、領 域31にソース及びドレイン材料が蓄積されることを減少させ又はなくする。
次に第4図に示す構造全体をエツチングにかけると、このエツチングによってキ ャップ32の領域31にある露出部分が侵食される。しかしながら、このエツチ ングは、ソース接点41及びドレイン接点42又はアイランド32のような他の 構造を損傷しない。第6図の順序によって示すように、キャップはエツチングに よって除去され、第7図に矢印及び想像線で示すように最終的に持ち上がって除 去さ、れて、ゲート電極とソース接点及びドレイン接点の各々との間の重なりO が残る。写真製版で行われるようなマスク又はパターン決め動作は、キャップの 上に蓄積された望ましくない材料43を除去するために必要ではない。
発明の更に詳しい説明 出発構造が第8図に示されており、前に説明したように従来の方法によって構成 されている。第9図では、半透明又は透明のいずれかであってもよい材料の層6 1が沈積され、その後に続いて、フォトレジストの層62が設けられる。持ち上 げ(リフト・オフ)層61をモリブデン又は酸化インジウム錫(ITO)のよう な薄い金属で構成することができ、この層は、近紫外線、即ち、400ナノメー タ範囲で透過性である。
層62の7中トレジストは第10図に示すように近紫外線65に露出され、ゲー トGが、破線で区切った領域内にあるフォトレジスト層62に陰を投げる。その 後、層62のフォトレジストを現像して、フォトレジスト層62の露出部分を除 去するが、ゲートGの陰になったフォトレジスト層62の部分を除去しない。こ の結果、第11図の構造が得られる。陰の部分はこの段階で、フォトレジスト・ パターンになっている。
第11図の構造にエッチャントを適用すると、エッチャントによって、このとき パターン決めされたフォトレジスト62によって覆われている場所以外の持ち上 げ層61がエツチングにより除去され、この結果、第12図に示す構造になる。
次に、窒化シリコン層23をエツチングによって除去し、第13図に示す構造を 作成する。層23のエツチングは、弗化水素酸又は緩衝弗化水素酸の湿式エッチ によって行うことができる。この代わりに、乾式エッチ、例えば、CHF ガス 及びCO2ガスを用いた反応性イオン・エラチングを用いて、窒化シリコンを選 択的に侵食するが、非晶質シリコンを大部分無傷に残すことができる。(破線で 示すフォトレジスト62は、この工程の前又は後に除去することができる。)こ の結果得られる構造が第14図に示されており、第14A図は、持ち上げ層(又 はキャップ)61が窒化シリコンのアイランド23から張り出す大きさDを詳し く示している。
SD金金属沈積 ここで、N十形非晶質シリコン(N十形微結晶シリコン)層64を沈積すると、 第15図に示す構造になる。シリコン層64は、約10ナノメータ(nm)〜1 100nの厚さてあり、窒化シリコンのアイランド23と境を接している接点領 域を形成している。次に、典型的にはスパッタリング又は蒸着によって、厚さ約 10nm〜200nmのSD金属層65を適用する。
持ち上げ層又はキャップ61の縁が張り出しとして作用するので、領域27は層 64及び65によって目立って覆われない。その代わりに、2つの層はキャップ 61の上に及び非晶質シリコン層22の上に沈積されるが、2つの層の不連続部 によって途切れている。
縁が、これらの最後の2つの層の領域27におけるすべての沈積を完全に抑制す ることは必要ではない。2つの層が領域27でごく薄く沈積されても、キャップ を持ち上げて除去するエツチング工程は依然として旨く行く。
層64及び65の不連続部によって、キャップ61の上にあるこれら2つの層の 部分が、非晶質シリコン層22の上に配置されているSD金金属ら電気的に切り 離されていることが好ましい。この不連続部によって、持ち上げ層61をエッチ ャントにより侵食することができる。
次に、持ち上げ層61をエツチングによって除去し、そ、 れを被覆している2 層被膜(層64及び65)を第6図及び第7図に示すように、持ち上げて除去す る。その結果得られる構造が第16図に示されているが、この構造は、最終的な TPTの前身となるものであり、これを公知の形で処理してTPTを作成するこ とができる。前に引用した米国特許番号第5010027号には、このような他 の処理の一形式が詳しく記載されている。
実施例 酸化インジウム錫を持ち上げ層61として用いることができ、ソース・ドレイン (S D)金属65としてモリブデンを用いることができる。持ち上げ層として の酸化インジウム錫の代わりに考えられるものは、タングステン、タンタル、ア ルミニウム及び酸化亜鉛である。適切な層を選択的にエツチングするエッチャン トは公知である。この代わりに、持ち上げ層としてモリブデンを用いることがで き、SD金金属してクロムを用いることができる。又はクロムを持ち上げ層とし て用い、モリブデンをSD金金属して用いることができる。
モリブデンを持ち上げ層61に用い、そしてクロムをSD金属65に用いる場合 が第17図に示されている。この組み合わせの1つの利点は、クロムをその下方 にあるN+十形リコン層64と反応させて、第17図の丸で囲った区域の拡大図 である第17A図に図式的に示す珪化物層33を形成することができることであ る。未反応のクロムをエツチングによって除去し、このクロムをエツチングによ って除去した後のこの領域の図である第17B図に示すように、珪化物層33を 残すことができる。(公知のエッチャントにより、クロム層65を選択的にエツ チングし、珪化物が残される。)更に、この組み合わせを用いた結果として、モ リブデンの持ち上げ層61のエツチングによる除去が一層簡単になる。これは、 その上にあるクロムの量がクロムのエツチングによって減少しているからである 。
更に代替案として、SD金属65及びN十形9927層64をN十形微結晶シリ コンの単独層に置き換えて、ソース接点及びドレイン接点を形成することができ る。微結晶シリコンを残しながら、持ち上げ層を選択的なエツチングによって除 去することは公知の手順である。N十形微結晶シリコンは、非晶質シリコンより も導電度がずっと高いという利点があり、このため、別個のソース・ドレイン金 属を必要としない。
その他の考察 モリブデンを持ち上げ層の候補材料として挙げたが、その代わりにその他の金属 を用いてもよい。用いられる金属はエツチングの作用を受けるものでなければな らないが、それと同時に、エッチャントは第15図に示すSD金属65を破壌す るものであってはならない。
前に述べたように、代わりの組み合わせは、持ち上げ層に対するクロム及びSD 金金属対するモリブデンである。
塩化水素酸をエッチャントとして用いることができ、これはモリブデンを目立っ て侵食しない。用いることができるこの他のSD金金属、タングステン、タンタ ル、金、ニッケル・クロム合金及びアルミニウムである。
一般的に、持ち上げ層をエツチングするが、SD金金属破壊せず、不活性化誘電 体(即ち、第15図の窒化シリコンのアイランド23)も、非晶質シリコン(第 15図に示す)も破壊しないエッチャントが利用できなければならない。
この方法の2つの重要な特徴は、次の通りである。第1に、ソース接点及びドレ イン接点を形成している材料は、キャップを包み込まず、縁の下側を露出したま まに残している。(キャップの縁がなかったとすると、又は非常に小さいと、包 み込みが起こる。)第2に、キャップの上に層となって蓄積される材料は、適当 なエッチャントを適用することによって、窒化シリコンのアイランドから剥離す る。
第17図、第17A図及び第17B図に図式的な順序で示すように、エッチャン トがキャップを侵食する。
前に述べたように、第9図の持ち上げ層61として作用する半透明な材料は、例 えば400ナノメータ(nm)で透過性であるべきである。持ち上げ層が(例え ば、モリブデンのような)金属である場合、それは許容し得る長さの時間内に、 第9図に示すフォトレジスト62を露出するほど十分に光を透過するくらいに薄 くなければならない。持ち上げ層の厚さの制限は、例としてモリブデンを用いて 、次のように決定することができる。
モリブデンのスパッタリングによって設けられた被膜の測定から、波長400ナ ノメータの光に対して、吸収係数は約1.6x106cm−1であることがわか る。これらの測定値から、25nmのモリブデン被膜は、減衰係数が約330で あると推定される。即ち、光が被膜を通過すると、出口点における光の強度は、 入口点における光の強度の約1/330である。
従来用いられたセルファライン手順との比較をしておくことが適切である。従来 の手順では、フォトレジストは、(金属ではなく)非晶質シリコン層を通過する 光によって露出されている。厚さ約25nmの層では、減衰は約10倍であり、 即ち、出て行く光の強度は入って来る光の強度の約1/10である。
このため、このようなモリブデンの持ち上げ層を用いることにより、必要とする 露出時間は(非晶質シリコンに対する)約30秒から、約1時間に長くなる。こ れは非晶質シリコンの場合よりも長くなるが、理由のないことではない。持ち上 げ層が酸化インジウム錫で構成されている場合には、露出時間は非晶質シリコン の場合と大体同じのままである。
第8図に示す出発構造の各層は、下記の厚さを有していることが好ましい。
最も下方の窒化シリコン層21の厚さは、約50nm〜500nmである。
非晶質シリコン層22の厚さは、約20nm〜1100nである。
上側の窒化シリコン層23の厚さは、約1100n〜11000nである。
当業者であれば、TPTのチャンネルは非晶質シリコンである必要はなく、その 他の半導体材料を用いることができることが理解されよう。
本発明のある好ましい特徴のみを図面に示して説明したが、当業者には種々の改 変及び変更が考えられよう◇従って、請求の範囲は、本発明の要旨の範囲内に含 まれるこのようなすべての改変及び変更を包括するものであることを承知された い。
FIG、 7 FIG、 2 FIG、 4 FIG、 7 FIG、 10

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.ソース接点と、ドレイン接点とを含んでいる電界効果トランジスタを製造す る方法であって、(a)半導体層の上にあるソース領域とドレイン領域との間で 前記半導体層の上にアイランドを形成する工程と、(b)前記アイランドの上に キャップを形成する工程と、 (c)前記ソース領域及びドレイン領域、並びに前記キャップに導電被覆を適用 する工程と、(d)前記ソース接点及びドレイン接点を形成するために前記ソー ス領域とドレイン領域との間で前記導電被覆の電気的な切り離しが確実にできる ように、前記キャップを除去する工程とを備えた電界効果トランジスタを製造す る方法。 2.前記導電被覆は、N+形シリコン層と、該N+形シリコン層の上にある金属 層とを含んでいる請求項1に記載の方法。 3.前記キャップを除去する工程は、前記キャップをエッチングにより除去する 工程を含んでいる請求項2に記載の方法。 4.(a)半導体層と、 (b)該半導体層の一方の側に位置しているゲート電極と、 (c)前記半導体層に接近して前記ゲート電極の両側に位置しており、導電材料 で形成されているソース接点及びドレイン接点と、 (d)(i)前記導電材料の蓄積物を担持していると共に、(ii)前記半導体 層の反対側で前記ソース接点とドレイン接点との間に配置されている導電層とを 備えた電界効果トランジスタの製造に用いられる中間構造。 5.前記ソース接点及びドレイン接点は、前記半導体層の前記一方の側に隣接し て位置しており、前記導電層は、前記半導体層から、前記ソース接点及びドレイ ン接点とは異なる距離の所に位置しており、前記導電層は、該導電層をエッチン グにより除去して、前記蓄積物を除去することができるように形成されている請 求項4に記載の装置。 6.前記ゲート電極は、前記半導体層から絶縁されており、 前記半導体層の上にあるアイランドと、該アイランドの上にあるキャップであっ て、該アイランドの周縁を越えて延在している張り出しを有しているキャップと を更に含んでいる請求項4に記載の装置。 7.(a)その中にチャンネル領域を有している半導体層と、 (b)ソース接点及びドレイン接点を形成する導電材料が前記半導体層及び当該 アイランドの上に沈積されたときに、電気的に不連続なソース接点及びドレイン 接点が形成されるように、前記チャンネル領域の上方で前記半導体層の上方に配 置されているアイランドとを備えた電界効果トランジスタの製造に用いられる中 間構造。 8.(a)金属層にフォトレジストを適用する工程と、(b)前記金属層を通過 する光により前記フォトレジストを露出する工程とを備えたトランジスタを製造 する方法。 9.(a)所定の波長の光に対して透明な基板の上にゲート電極を設ける工程と 、 (b)前記ゲート電極及び前記基板の上方に誘電体層を適用する工程と、 (c)前記誘電体層の上方に半導体層を適用する工程と、 (d)前記半導体層の上方に、前記所定の波長の光に対して透明であるほど十分 に薄い金属層を適用する工程と、(e)前記金属層の上方にフォトレジストを適 用する工程と、 (f)前記ゲート電極の周りのみを通って前記基板を透透し、前記金層層を通過 した前記所定の波長の光に対して前記フォトレジストの一部を露出する工程と、 (g)前記金属層の上に未露出のフォトレジストを残すように、露出したフォト レジストを除去する工程と、(h)前記未露出のフォトレジストにより保護され ていない所で前記金属層を除去する工程と、(i)前記半導体層の部分を露出す ると共に前記ゲート電極の上方に誘電体のアイランドを形成するように、残って いる前記金属層により保護されていない所で前記誘電体層を除去する工程と、 (j)前記アイランドに当接するソース電極及びドレイン電極を形成するように 、前記誘電体のアイランドの上方に及び前記半導体層の露出部分の上に電極層を 適用する工程と、 (k)前記アイランドの上にある前記金属層を前記アイランドの上にある前記電 極層の部分と共に除去する工程とを備えた電界効果トランジスタを製造する方法 。 10.前記誘電体のアイランド及び前記半導体層の露出部分の上方に電極層を適 用する工程は、エッチャントが、前記誘電体のアイランドの上にある前記電極層 の下方にある前記金属層に自由に出入りできるようにしながら、前記アイランド のキャップとなるように実行される請求項9に記載の方法。 11.前記未露出のフォトレジストにより保護されていない所で前記金属層を除 去する工程は、前記金属層をエッチングする工程を含んでおり、 前記残っている金属層により保護されていない所で前記誘電体層を除去する工程 は、前記誘電体層をエッチングする工程を含んでおり、 前記誘電体のアイランドの上にある前記金属層を除去する工程は、前記誘電体の アイランドの上にある前記金属層をエッチングする工程を含んでいる請求項10 に記載の方法。 12.(a)近紫外線スペクトルの光を透過する支持体の上にゲート電極を設け る工程と、 (b)前記ゲート電極の上方に絶縁体層を適用する工程と、 (c)前記絶縁体層の上方に非晶質シリコン層を適用する工程と、 (d)前記非晶質シリコン層の上方に誘電体層を適用する工程と、 (e)前記誘電体層の上方に近紫外線スペクトルの光を透過する持ち上げ層を適 用する工程と、(f)前記持ち上げ層の上方にフォトレジスト層を適用する工程 と、 (g)近紫外線スペクトルの光を前記支持体及び前記持ち上げ層の材料を介して 投射することにより、前記フォトレジストを露出する工程であって、前記ゲート 電極が前記フォトレジストに陰を作成する、前記フォトレジストを露出する工程 と、 (h)前記フォトレジストを現像する工程と、(i)前記ゲート電極が前記フォ トレジストに陰を作成した領域以外の前記フォトレジストを除去する工程と、( j)残っている前記フォトレジストの下方にキャップを残すように、前記残って いるフォトレジストの下方にある前記持ち上げ層以外の持ち上げ層をエッチング により除去する工程と、 (k)前記キャップの下方にアイランドを残すように、前記キャップの下方にあ る前記誘電体層以外の誘電体層をエッチングにより除去する工程と、 (1)前記非晶質シリコン層及び前記キャップの上に、前記キャップの所で不連 続であるN+形シリコン層を適用する工程と、 (m)前記N+形シリコンの上に、前記キャップの縁で不連続であるSD金属層 を適用する工程と、(n)前記キャップの上にある前記N+形シリコン及びSD 金属が持ち上げられるように、前記キャップをエッチングにより除去する工程と を備えた電界効果トランジスタを製造する方法。 13.前記持ち上げ層は、前記キャップの底面が前記アイランドの一部から張り 出して形成されるように、エッチングされる請求項12に記載の方法。 14.前記絶縁体層は、約50ナノメータから500ナノメータまでの厚さに適 用される請求項12に記載の方法。 15.前記非晶質シリコン層は、約20ナノメータから100ナノメータまでの 厚さに適用される請求項12に記載の方法。 16.前記誘電体層は、約100ナノメータから1000ナノメータまでの厚さ に適用される請求項12に記載の方法。 17.前記持ち上げ層は、約25ナノメータから300ナノメータまでの厚さに 適用される請求項12に記載の方法。 18.前記持ち上げ層は、金属を含んでいる請求項17に記載の方法。 19.前記持ち上げ層は、モリブデンを含んでいる請求項17に記載の方法。 20.前記持ち上げ層は、酸化インジウム錫を含んでいる請求項17に記載の方 法。
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