專利名稱：薄膜晶體管基片及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及有源矩陣驅動型液晶顯示裝置，和用于有機發(fā)光元件等的自發(fā)光型顯示元件的薄膜晶體管基片，特別是涉及用低溫多晶硅技術的薄膜晶體管基片及其制造方法。
又，在液晶顯示裝置中，要求構成柵極的導電膜有低電阻性，以便即便用同一個膜作為用于掃描信號的配線，也能夠降低傳輸給配線的信號延遲。在用多晶硅膜作為半導體膜的薄膜晶體管的液晶顯示裝置中，因為是在高溫下激活摻雜劑，所以也要求柵極有耐熱性。在日本平成11年公開的11-163366號專利公報中，已經揭示了用電阻低耐熱性優(yōu)越的鉬(Mo)和鉬與鎢(W)的合金(以下簡稱為Mo-W合金)作柵極，通過包含抗蝕劑灰化的工序，形成有自對準地形成的LDD的薄膜晶體管的例子。
關于由Mo-W合金構成的薄膜晶體管的柵極加工，能夠用干刻蝕法或濕刻蝕法，但是刻蝕速率較大的濕刻蝕法從生產的觀點來看是有利的。然而，例如在日本平成10年公開的10-247733號專利公報中已經揭示了在Mo合金的濕刻蝕中，與刻蝕時攪拌溶液等條件有關在膜表面上形成鈍化膜，使刻蝕速率變化的情形。因此，在用濕刻蝕法對Mo-W合金膜進行側面腐蝕，在柵極從抗蝕劑后退的部位上自對準地形成LDD的制造工序中，存在反映刻蝕速率變化的側面腐蝕長度使LDD長度變得不均勻，從而使薄膜晶體管的特性變得不均勻，成品率下降的問題。
本發(fā)明提供薄膜晶體管基片，該薄膜晶體管基片的特征是它是形成具有在透明絕緣性基片上形成由結晶硅構成的半導體膜，通過柵絕緣膜在半導體膜上形成由金屬膜構成的柵極，以及夾著柵極由摻雜半導體膜形成的源極和漏極，并且在柵極一端具有用與源極和漏極相同類型的摻雜劑以比源極和漏極低的濃度進行摻雜的LDD區(qū)域的共面型薄膜晶體管的薄膜晶體管基片，上述柵極由用Mo作為主成分，包含重量5％以上不到25％的W的單層金屬膜構成。
本發(fā)明還提供包括用含有重量60％以上70％以下的磷酸的刻蝕劑液對柵極進行加工的工序，形成上述中記載的薄膜晶體管基片的制造方法。
圖2是表示根據(jù)本發(fā)明的薄膜晶體管基片制造工序的第1實施例的截面圖。
圖3是表示Mo-W合金膜的側面腐蝕長度與刻蝕溶液組成關系的一個例子的圖。
圖4是表示Mo-W合金的側面腐蝕長度與膜組成關系的一個例子的圖。
圖5是表示根據(jù)本發(fā)明的薄膜晶體管基片的第2實施例的圖。
圖6是表示根據(jù)本發(fā)明的薄膜晶體管基片的第2實施例的截面圖。
圖7是表示根據(jù)本發(fā)明的薄膜晶體管基片制造工序的第3實施例的圖。
圖8是表示根據(jù)本發(fā)明的薄膜晶體管基片制造工序的第3實施例的截面圖。
圖9是表示根據(jù)本發(fā)明的薄膜晶體管基片制造工序的第3實施例的截面圖。


圖10是表示根據(jù)本發(fā)明的薄膜晶體管基片制造工序的第3實施例的截面圖。
圖11是表示根據(jù)本發(fā)明的薄膜晶體管基片制造工序的第3實施例的截面圖。
圖12是表示根據(jù)本發(fā)明的薄膜晶體管基片制造工序的第3實施例的截面圖。
圖13是表示根據(jù)本發(fā)明的薄膜晶體管基片制造工序的第3實施例的截面圖。
所以，作為本發(fā)明用于解決問題的方法，它的第1特征是用含W濃度為重量5％到25％的Mo-W合金制作柵極。
又，它的第2特征是用含W濃度為重量17％到22％的Mo-W合金制作柵極。
又，它的第3特征是包括用含磷酸濃度為重量60％以上70％以下的刻蝕溶液對由含W濃度為重量5％到25％的Mo-W合金構成的導電膜進行刻蝕加工形成柵極的工序。
我們用下面記載的實施例說明本發(fā)明的上述特征和其它的特征，但是本發(fā)明不限定于這些實施例是不言而喻的。
用光刻法將多晶硅膜加工成島狀后，通過用TEOS(四乙氧基硅烷)的等離子CVD法，淀積成為柵絕緣膜5的SiO2膜。進一步，通過用Mo-W合金構成靶的濺射法將由Mo-W合金構成的導電膜6淀積到150nm的厚度。用W濃度為重量20％的Mo-W合金。涂敷正型抗蝕劑，用光刻法制作布線圖案，形成圖1所示的抗蝕劑7。用含磷酸濃度為重量65％的刻蝕溶液，對由Mo-W合金構成的導電膜6進行濕刻蝕，使由導電膜6構成的柵極形成從抗蝕劑7后退的形狀。通過控制刻蝕時間使側面腐蝕長度8形成1μm的厚度。將抗蝕劑7用作掩模，通過柵絕緣膜以每平方厘米1×1015的劑量將磷離子注入多晶硅膜4。除去抗蝕劑后，如圖2所示，以每平方厘米1×1013的劑量低濃度地注入磷離子時，在圖1中的柵極從抗蝕劑后退的區(qū)域中，在柵極12上自對準地形成摻雜低濃度磷的LDD區(qū)域11。通過600℃以下的熱退火或RTA(快速熱退火)，激活注入的磷離子，得到在柵極上自對準地形成LDD的N型薄膜晶體管。在圖1中，9是漏極，10是源極。
此外，圖1，圖2表示形成N型薄膜晶體管的實施例，但是代替磷用硼作為注入離子，也能夠制成自對準地形成LDD的P型薄膜晶體管。通過形成LDD無論是P型薄膜晶體管還是N型薄膜晶體管都一樣能提高可靠性并降低截止電流。因為P型薄膜晶體管對于電流驅動的耐久性比N型薄膜晶體管高，所以適合于由用有機膜的發(fā)光元件制成的顯示裝置等的電流驅動型顯示裝置。
又，在本發(fā)明的薄膜晶體管基片的制造工序中，因為也可以對用于柵極的由Mo和W組成的Mo-W合金進行干刻蝕加工，所以關于LDD的形成，除了利用濕刻進行側面腐蝕的方法外，也能夠通過抗蝕劑圖案的灰化利用縮小，只用干刻蝕形成的方法等眾所周知的方法。
圖3表示W濃度為重量20％(約12％的原子)的Mo-W合金膜的側面腐蝕長度與刻蝕溶液的磷酸濃度關系的一個例子。作為刻蝕溶液在磷酸中添加硝酸，醋酸和水，通過改變磷酸和水的比例對磷酸濃度進行調整。無論哪種情形都固定刻蝕時間進行刻蝕處理。側面腐蝕長度與磷酸濃度有關，其最大值隨著磷酸量的增加而減小。又，側面腐蝕長度在處理后的基片面內一般地有某種分布。分布的寬度，例如刻蝕溶液的磷酸濃度為重量55％時側面腐蝕長度從最小0.5μm到最大2.5μm以上，磷酸濃度為重量65％時側面腐蝕長度從最小0.8μm到最大0.9μm，磷酸濃度為重量75％時側面腐蝕長度從0μm到0.5μm。如圖3所示，用磷酸濃度為重量60％以下或重量70％以上的刻蝕溶液，側面腐蝕長度的分布增大。用磷酸濃度為重量60％以下的刻蝕溶液，可以推測出由于磷酸量的減少在Mo合金表面上容易形成鈍化膜，形成刻蝕速度小的區(qū)域，側面腐蝕長度的散亂變大。另一方面，磷酸濃度為重量70％以上的刻蝕溶液，可以推測出由于粘度變大，難以向基片上均勻地供給刻蝕溶液，所以刻蝕時間在基片上變得不均勻，側面腐蝕長度的分布變大。所以，為了進行側面腐蝕長度在面內分布小的刻蝕，希望磷酸濃度為重量60％以上70％以下。通過刻蝕溶液的磷酸濃度在重量60％到70％范圍內進行加工，側面腐蝕長度拉長，薄膜晶體管的LDD長度變得均勻了，提高了薄膜晶體管特性的均勻性。在圖3的例子中，用磷酸濃度為重量65％的刻蝕溶液，在基片內能夠得到±10％以下的側面腐蝕長度的精度。此外，在圖3中，表示了W濃度為重量20％的膜的結果，但是即便在改變W濃度的情形中，側面腐蝕長度的絕對值是不同的，用磷酸濃度為重量60％到70％范圍內的刻蝕溶液進行加工時，側面腐蝕長度變得均勻了，用磷酸濃度為重量60％以下70％以上的刻蝕溶液時，同樣傾向于增大側面腐蝕長度的分布。
除了刻蝕溶液的磷酸濃度外，也可以通過刻蝕時間來調整側面腐蝕長度。但是，增加刻蝕時間使生產性下降。又，在用于生產的刻蝕裝置中，一般可以在裝置上設定刻蝕時間的下限，不能用下限以下的刻蝕時間。從而，希望能夠用適當長的時間進行刻蝕處理。在生產上適當?shù)目涛g時間中，可以形成的側面腐蝕長度與Mo-W合金膜的組成關系的一個例子如圖4所示。Mo-W合金膜的厚度為150nm時，用磷酸濃度為重量60％到70％的刻蝕溶液，能夠得到均勻的側面腐蝕長度。W濃度為重量5％以下的Mo-W合金膜，刻蝕過大，在裝置上設定的可能的刻蝕時間范圍內不能形成2μm以下的側面腐蝕長度。另一方面，隨著W濃度的增加，刻蝕速率減小，也減少了可以形成的側面腐蝕長度的范圍。W濃度為重量17％時可以形成0.6～2μm范圍的側面腐蝕長度，W濃度為重量22％時可以形成0.3～1.3μm范圍的側面腐蝕長度。又，因為W濃度為重量30％以上的Mo-W合金膜的刻蝕速度很小，所以在生產上適當?shù)目涛g時間的上限中可以形成的側面腐蝕長度在0.3μm以下。
當薄膜晶體管的LDD的長度在2μm以上時，由于LDD的附加電阻，晶體管的截止電流降低到沒有LDD時的一半以下。又，LDD的長度比0.3μm小時，在柵極端的電場平緩不充分，薄膜晶體管的耐壓減小，并且截止電流增大。所以，我們希望LDD的長度在0.3μm到2μm的范圍內。用W濃度為重量5％以上不到30％的Mo-W合金膜作柵極，通過用含磷酸濃度為重量60％到70％的刻蝕溶液進行加工，得到對于LDD有適當長度的側面腐蝕長度。但是，在實際的制造工序中，存在刻蝕溶液組成變化等的條件變化。在W濃度為重量25％以上的Mo-W合金膜中，連續(xù)進行刻蝕處理時，刻蝕速率下降，即便在生產上可能的最大刻蝕時間中進行處理，也已經判明存在側面腐蝕長度在0.3μm以下的擔心。所以，我們希望制作柵極的Mo-W合金膜的W濃度比重量25％小。用W濃度為重量5％以上不到25％的Mo-W合金膜制作柵極時，能夠穩(wěn)定地得到對于LDD長度適當?shù)?.3μm到2μm的側面腐蝕長度，能夠制造出生產性好的能均勻地形成特性良好的薄膜晶體管的薄膜晶體管基片。
又，用磷酸濃度為重量60％到70％的刻蝕溶液，在生產上適當?shù)臅r間內對W濃度為重量17％到22％的Mo-W合金進行刻蝕處理時，側面腐蝕長度不小于0.3μm，又不大于是2μm。從而，因為對于側面腐蝕長度的刻蝕條件的允許范圍變大，設定刻蝕條件的自由度增大，所以能夠提高側面腐蝕長度的控制性，能夠以更高的生產率，更穩(wěn)定地進行能均勻地形成特性良好的薄膜晶體管的薄膜晶體管基片的制造。所以，W濃度為重量17％到22％的Mo-W合金更適合于作為有自對準LDD的薄膜晶體管的柵極。
在柵極上，形成由通過用TEOS的等離子體CVD法形成的SiO2構成的層間絕緣膜13，在層間絕緣膜上開出接觸孔14。薄膜晶體管通過接觸孔與由Ti/Al-Si合金/Ti層積膜構成的漏極配線15連接。進一步，通過由SiN構成的無機抗蝕劑(SiN)16和由聚酰亞胺系或丙烯系的透明樹脂構成的有機抗蝕劑18，形成由ITO(銦-錫氧化物)構成的透明電極21，通過通孔17和19與源極配線20連接。透明電極與用于保持加在液晶(圖中未畫出)上的電壓的保持電容32電連接，保持電容32是通過柵極絕緣膜在由柵極和同層的導電膜構成的共通電極配線和多晶硅膜之間形成的。此外，在圖6中，參照號碼1，9，10和11與圖1和圖2中的相同。
在本實施例的薄膜晶體管基片制造工序中，用Al的濕刻蝕對由包含Al合金的層積膜構成的漏極配線15進行加工時，由于通過層間絕緣膜的缺陷沾染了Al的刻蝕溶液，存在柵極和與柵極同層的配線由于刻蝕而發(fā)生斷線的擔心。通過用鹵素系氣體的干刻蝕對包含Al合金的層積膜進行加工，能夠抑制下層的柵極配線的斷線。又，除了用ITO，也可以用IZO(銦-鋅氧化物)制作透明電極，能夠通過包含用有機酸的濕刻蝕加工的光刻法對用無論哪種氧化物靶的濺射法淀積的透明電極進行加工。又，代替Mo-W合金，也可以用Mo-Cr合金，Mo-Zr合金或在Mo中同時添加Cr，Zr，W兩種以上的合金，用含磷酸濃度為重量60％到70％的刻蝕溶液，能夠抑制在Mo合金膜表面形成鈍化膜并能夠實現(xiàn)均勻的刻蝕。由于通過調整加入Mo中的各元素的添加量可以得到適合的側面腐蝕長度，所以能夠以高的生產率制成可形成均勻LDD的薄膜晶體管基片。
在圖9到圖13中，表示了圖8的薄膜晶體管基片的制造方法的一個例子。在透明絕緣基片1上順次地形成基底膜2，基底膜3，多晶硅膜4和柵絕緣膜5，進一步，用濺射法淀積由含W濃度為重量24％的Mo-W合金構成的導電膜6。下面如圖9所示，使包含N型薄膜晶體管的源極和漏極的區(qū)域開口，形成抗蝕劑圖案41后，用磷酸濃度為重量60％的刻蝕溶液，對由Mo-W合金構成的導電膜6進行濕刻蝕，加工成從抗蝕劑圖案41后退0.3μm的形狀。其次，將抗蝕劑圖案41用作掩模，以每平方厘米1×1015的劑量將磷離子注入多晶硅膜，對N型薄膜晶體管的源極和漏極進行摻雜。如圖10所示，在除去抗蝕劑圖案后，以每平方厘米3×1012的劑量低濃度地注入磷離子，形成LDD11。其次如圖11所示，覆蓋N型薄膜晶體管的區(qū)域，形成使P型薄膜晶體管的源極和漏極區(qū)域開口的抗蝕劑圖案42。如圖12所示，通過用添加了氧的NF3，SF6，CF4等的鹵素氣體的干刻蝕，一面對抗蝕劑進行側面腐蝕一面對P型薄膜晶體管的柵極進行加工，使在源極和漏極上的Mo-W膜開口。進一步，以每平方厘米3×1015的劑量注入硼離子，對P型薄膜晶體管的漏極43和源極44進行摻雜。在除去抗蝕劑后，進行熱退火或RTA，激活注入的摻雜劑，如圖13所示，在同一基片上形成N型和P型薄膜晶體管。進一步，與第2實施例相同，形成由層間絕緣膜和Al合金層積膜構成的配線46，形成圖8的薄膜晶體管基片。此外，在圖9中，參照號碼9，10和12如圖6中的說明。
在本實施例的P型薄膜晶體管柵極的加工中用濕刻蝕，柵極形成從抗蝕劑后退的形狀，不在柵極后退區(qū)域的被抗蝕劑覆蓋的區(qū)域的多晶硅中注入硼，成為高電阻區(qū)域，使P型薄膜晶體管的特性下降。因為也可以對用于本發(fā)明的薄膜晶體管柵極的由Mo和W組成的Mo-W合金膜進行干刻蝕加工，所以如圖12所示，通過對P型薄膜晶體管柵極進行干刻蝕，一面對抗蝕劑進行側面腐蝕一面進行加工，能夠防止在柵極端形成沒有注入硼的區(qū)域，能夠制成特性良好的P型薄膜晶體管。如果根據(jù)本實施例，能夠以很好的生產性制成能在同一塊基片上形成均勻性可靠性優(yōu)越的N型和P型薄膜晶體管的CMOS型的薄膜晶體管基片，能夠低成本地提供在基片上有電力消耗小的CMOS型驅動電路的液晶顯示裝置。
如以上說明所述，如果根據(jù)本發(fā)明，能夠提供生產性優(yōu)越有均勻性特性的薄膜晶體管基片。又，能夠低成本地制造適用于內藏驅動電路的液晶顯示裝置和自發(fā)光型的顯示裝置的薄膜晶體管基片。
權利要求
1.薄膜晶體管基片，其特征是它是形成具有在透明絕緣性基片上形成由結晶硅構成的半導體膜，通過柵絕緣膜在半導體膜上形成由金屬膜構成的柵極，以及夾著柵極由摻雜半導體膜形成的源極和漏極，并且在柵極一端具有用與源極和漏極相同類型的摻雜劑以比源極和漏極低的濃度進行摻雜的LDD區(qū)域的共面型薄膜晶體管的薄膜晶體管基片，上述柵極由用Mo作為主成分，包含重量5％以上不到25％的W的單層金屬膜構成。
2.薄膜晶體管基片，它的特征是它是形成具有在透明絕緣性基片上形成由結晶硅構成的半導體膜，通過柵絕緣膜在半導體膜上形成由金屬膜構成的柵極，以及夾著柵極由摻雜半導體膜形成的源極和漏極，并且在柵極一端具有用與源極和漏極相同類型的摻雜劑以比源極和漏極低的濃度進行摻雜的LDD區(qū)域的共面型薄膜晶體管的薄膜晶體管基片，上述柵極由用Mo作為主成分，包含重量17％以上22％以下的W的單層金屬膜構成。
3.薄膜晶體管基片的制造方法，該方法包括用含有重量60％以上70％以下的磷酸的刻蝕劑液對柵極進行加工的工序，形成權利要求1或2所述的薄膜晶體管基片。
全文摘要
在有自對準LDD的多晶硅薄膜晶體管基片上,用W濃度為重量5%以上不到25%,更希望用W濃度為重量17%到22%的Mo－W合金制作柵極,用包括磷酸濃度為重量60%到70%的刻蝕溶液的濕刻蝕工序的方法制作的薄膜晶體管基片有均勻的特性并有優(yōu)越的生產性。
文檔編號H01L21/28GK1374705SQ01125878
公開日2002年10月16日 申請日期2001年8月30日 優(yōu)先權日2001年3月9日
發(fā)明者佐藤健史, 高橋卓也, 加藤智也, 金子壽輝, 池田一 申請人:株式會社日立制作所