薄膜電晶體裝置及其製造方法以及顯示裝置的製作方法
2023-06-09 23:44:16 2
專利名稱：薄膜電晶體裝置及其製造方法以及顯示裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於有源矩陣方式的電光顯示裝置、特別是液晶顯示裝置或者有機電致發光型顯示裝置的薄膜電晶體(TFTThin FilmTransistor)裝置及其製造方法。
背景技術：
近年來，使用了TFT的液晶顯示裝置或者EL顯示裝置等薄型顯示裝置的開發正在推進。並且，使用多晶矽作為活性區域材料的TFT與現有的非晶矽的TFT相比可形成高精細的面板、可一體形成驅動電路區域和像素區域、不需要驅動電路晶片或安裝成本並實現低成本等優點值得注意。
作為TFT的結構，有交錯型和共面型，但是，在多晶矽TFT中，從在工藝的最初可進行高溫矽結晶的步驟這點來看，共面型為主流。以下，與製造步驟交叉地對共面型多晶矽TFT的一般結構進行說明。一般的方法是在作為基底形成於玻璃襯底上的絕緣膜上，形成膜厚50～100nm的多晶矽膜，並進行構圖，由此，形成TFT的溝道部。此時，著眼於多晶矽膜位於下層，溝道部以外的導電膜也可利用多晶矽膜。例如，活性區域單獨或者在其延伸部分上，對多晶矽膜進行構圖，作為保持電容部的下部電極進行使用。
對多晶矽膜進行構圖之後，形成由氧化矽膜等構成的柵極絕緣膜以覆蓋多晶矽膜，並且，在其上層形成柵電極或者保持電容的上部電極之後，形成層間絕緣膜後，通過到達所述多晶矽膜的設置在柵極絕緣膜和層間絕緣膜上的深度500～600nm的接觸孔，形成由金屬膜構成的信號布線，以與多晶矽膜連接。然後，進一步在上部形成絕緣膜，通過設置在上部絕緣膜上的接觸孔形成與所述信號布線連接的像素電極，完成包含有源矩陣的像素電極的TFT裝置。
如上所述，在製造下層配置了多晶矽膜的結構的TFT裝置時，需要注意幾點首先，第一，在使用多晶矽膜作為保持電容的下部電極的情況下，為了起到下部電極的作用，要求充分降低多晶矽膜的電阻係數，因此，需要增加對多晶矽膜的雜質的摻雜量。但是，若增加摻雜量，對柵極絕緣膜的損傷也增大，所以，需要抑制損傷並且增大對多晶矽膜的摻雜量。作為這樣的方法，例如公知如下方法(參照專利文獻1)對作為保持電容部的下部電極的多晶矽膜摻雜雜質時，擋住保持電容部以外的部分。
第二，在由層間絕緣膜和柵極絕緣膜構成的絕緣膜上開設達到下層的多晶矽膜的接觸孔時，要求不穿透形成為接觸孔底部的多晶矽的刻蝕工藝。若發生穿透，則在接觸孔的底部沒有留下多晶矽膜，故可電連接處只是在接觸孔內壁面露出的多晶矽膜的剖面，導致連接電阻增大。絕緣膜的膜厚與層間絕緣膜和柵極絕緣膜總計60nm左右，另一方面，因為下層的多晶矽膜的膜厚只有50nm左右，所以，在提高工藝的均勻性或者控制性上，在所有的接觸孔中，不穿透多晶矽膜而完全對絕緣膜進行刻蝕是非常困難的。因此，在上述工藝中，需要針對絕緣膜的多晶矽膜的較高的刻蝕選擇比。如果進行只重視刻蝕選擇比的刻蝕，則不會穿透多晶矽膜而可良好地開設接觸孔，但是，一般地由於關係到刻蝕速度的降低，所以，對非常厚的絕緣膜進行開口需要很長時間，產生生產率大幅下降的問題。作為解決上述折中方案的方法，公知如下技術以兩步進行刻蝕，由此，兼顧選擇性和批量生產性(參照專利文獻2)。
此外，公知如下方法(參照專利文獻3)在多晶矽膜的下層形成矽膜、矽化物膜或者金屬膜，由此，擴寬刻蝕工藝的裕度，不會引起多晶矽膜的穿透、刻蝕的不足。
專利文獻1特開200-296550號公報(圖5)專利文獻2特開2001-264813號公報(圖1)專利文獻3特開平10-170952號公報(圖8)在使用多晶矽膜作為保持電容的下部電極的情況下，需要以高濃度進行摻雜，但是，因此需要很長的處理時間，所以，該摻雜步驟是批量生產性較低的工藝。此外，不能避免摻雜引起的作為保持電容部的電容的絕緣膜的損傷，引起保持電容惡化。並且，只要以多晶矽膜形成下部電極，則僅憑摻雜濃度，低電阻化存在極限，所以，下部電極自身具有電容成分，存在不能得到所希望的特性的問題。除了關於保持電容的問題之外，將多晶矽膜引到保持電容的下部電極，由此，存在與保持電容串聯的電阻成分增大的問題。
此外，在接觸孔的開口中，將刻蝕分為兩步在批量生產性這點上是不合適的。並且，在多晶矽膜的基底上另外形成矽膜的方法中，從選擇性這點看效果也較差，未必能夠完全對應於包含了層間絕緣膜的膜厚或者刻蝕速度的面內分布的分散。並且，在不能良好地形成接觸孔的開口的情況下，信號布線與多晶矽膜的摻雜區域的導通不充分，此外，多晶矽膜的摻雜區域與像素電極部的信號傳送也不好，故引起顯示上的缺陷。
發明內容
本發明的目的在於提供一種涉及作為TFT最下層的導電膜的較薄的多晶矽膜的、解決所述問題的TFT結構和方法。即，目的在於提供一種為了將摻雜引起的對絕緣膜的損傷抑制到最小限度而在批量生產性上優良並且容易使保持電容部的下部電極低電阻化、有助於提高特性的結構和方法。此外，本發明的另一目的在於提供一種TFT的信號布線與作為最下層導電膜的較薄多晶矽膜的摻雜區域之間實現良好電導通的結構和製造方法，並且，提供一種降低對顯示有很大影響的多晶矽膜的摻雜區域和像素電極的總的連接電阻的結構和製造方法。
本發明的TFT裝置的特徵在於至少覆蓋形成溝道部分的多晶矽膜的摻雜區域，並且，形成具有與接觸孔的正下方重疊的部分的金屬膜。此外，其特徵在於通過接觸孔在所述金屬膜上直接連接上層的電極。並且，其特徵在於通過將所述金屬膜向多晶矽膜外延伸，從而形成保持電容的下部電極。
在本發明的TFT裝置中，覆蓋作為TFT最下層導電膜的較薄的多晶矽膜的摻雜區域，形成具有與接觸孔的正下方重疊的部分的金屬膜，所以，能夠降低通過接觸孔與上層的電極的連接電阻，起到能夠得到良好顯示特性的效果。此外，能夠以作為低電阻的金屬膜形成保持電容的下部電極，所以，起到可抑制摻雜引起的絕緣膜的損傷、確保批量生產性、並形成穩定的電容、提高顯示特性的效果。
圖1是本發明實施方式1的薄膜電晶體(TFT)裝置的剖面結構。
圖2是用於說明本發明實施方式1的薄膜電晶體(TFT)裝置的製造方法的步驟剖面結構。
圖3是本發明實施方式2的薄膜電晶體(TFT)裝置的剖面結構。
圖4是本發明實施方式3的薄膜電晶體(TFT)裝置的剖面結構。
圖5是進行與本發明實施方式3的薄膜電晶體(TFT)裝置進行比較的剖面結構圖。
具體實施例方式
以下使用附圖對本發明的TFT裝置及其製造方法進行說明。
實施例1圖1是應用了本發明的液晶面板用襯底的實施方式1的剖面圖。
在圖1中，形成於玻璃襯底1上的保護絕緣膜2上的多晶矽膜3具有源極區域3a、漏極區域3c、溝道區域3b，以覆蓋源極區域3a、漏極區域3c的方式具有金屬膜4。以覆蓋保護絕緣膜2、多晶矽膜3或者金屬膜4的方式形成柵極絕緣膜5，在其上部的相當於溝道區域3b上方的位置形成柵電極6，並且，被由SiO2等構成的層間絕緣膜7覆蓋。信號布線9位於層間絕緣膜7上，通過設置在層間絕緣膜7與柵極絕緣膜5上的接觸孔8與源極區域3a以及漏極區域3c上的金屬膜4連接。
在圖1所示的TFT裝置中，因為接觸孔8的底部存在金屬膜4，所以，在開接觸孔8的刻蝕時，不會穿透多晶矽膜3，信號布線9通過金屬膜4以低電阻與源極區域3a以及漏極區域3c連接，所以，有助於提高顯示特性。
以下，基於圖2對圖1所示的本發明的TFT的製造方法進行說明。在圖2a中，通過CVD等在石英襯底或者玻璃襯底等襯底1的表面形成由氧化矽膜或者矽氮化膜等絕緣性膜構成的保護絕緣膜2，形成厚度50～200nm的多晶矽膜。通過刻蝕對該多晶矽膜進行構圖，形成島狀的多晶矽膜3，作為半導體層。
在以後的步驟中，在多晶矽膜3上構造TFT的溝道區域3b、源極區域3a以及漏極區域3c，但是，關於這些將在後面進行說明。在圖2b中，通過濺射法等形成金屬膜4，進行構圖。此時，在圖形中殘留金屬膜4的區域是與後述的相當於接觸孔8下方的位置重疊的區域，是後述的源極區域3a、漏極區域3c的上部。該金屬膜4的膜厚較厚時，後述的對正下方的多晶矽膜3的雜質摻雜很困難，所以，優選膜厚為100nm以下。通常，為了提高TFT閾值或者遷移率性能，在以後的步驟中350～450℃的熱處理是有用的，但是，為了容易地進行該熱處理，該金屬膜優選使用Ti、Ta、W、Mo等高熔點金屬或者TiN、TaN、HfN、WN、MoN、ZrN、VN、NbN、TiB2、ZrB2、HfB2、VB2、NbB2、TaB2等的導電性金屬化合物。
在圖2c中，通過CVD法等以覆蓋保護絕緣膜2、多晶矽膜3、金屬膜4的方式形成70～150nm厚的柵極絕緣膜5。然後，通過濺射法等在柵極絕緣膜5上形成100～500nm厚的對應於柵電極的金屬膜之後，通過刻蝕進行構圖，形成柵電極6以與溝道區域3b重疊。然後，自匹配地在TFT的有源層上形成成為源極區域3a以及漏極區域3c的區域。此時，在柵電極6的下方引入雜質，該部分殘留並作為溝道區域6b。
特別是，為了防止TFT的漏電流，漏極區域的柵電極6的端部和金屬膜4端部的距離L優選預先設定為確保L≥1μm的距離。然後，在柵電極6、柵極絕緣膜5上通過CVD法等形成300～700nm厚的氧化矽膜這樣的層間絕緣膜7。
在圖2d中，相對源極區域3a、漏極區域3c以及用作布線時的金屬膜4，在層間絕緣膜7與柵極絕緣膜5上通過幹法刻蝕法形成接觸孔8。此時，作為各向異性幹法刻蝕，例如考慮使用CF4或者SF6作為刻蝕氣體的反應性離子刻蝕或化學幹法刻蝕、等離子體刻蝕等。可以改變混合比來改變刻蝕速度。通常的化學幹法刻蝕或者等離子體刻蝕的多晶矽膜與氧化矽膜刻蝕速度比為10倍以上，多晶矽膜的刻蝕速度快。在這些刻蝕中，在多晶矽膜表面刻蝕不停止，容易穿透多晶矽膜。在反應離子蝕刻中，可顛倒該刻蝕速度比，但刻蝕速度變慢，此外，因為殘渣附著在刻蝕面上，故存在需要後續處理的情況。在本發明中，因為在源極區域3a、漏極區域3c的上層形成金屬膜4，故接觸孔8的孔底存在金屬膜4，由此，一般地使金屬材料膜和氧化矽膜的刻蝕速度比小於1，這是比較容易的，因此，不會因為刻蝕而導致多晶矽膜的穿透，起到可得到良好連接的效果。
然後，通過濺射法等在整個面上形成鋁等的低電阻導電膜之後，進行構圖，由此，信號布線9通過接觸孔8與源極區域3a以及漏極區域3c連接。
在本發明的實施方式1中，在TFT的源極、漏極區域的多晶矽膜上形成金屬膜，由此，可防止接觸孔開口時的刻蝕的穿透，得到上層電極與多晶矽膜的良好連接。
實施例2在本發明的實施例1中，通過在較薄的多晶矽膜的上層形成金屬膜，由此，可防止使用較薄多晶矽膜引起的作為課題之一的接觸孔開口時導致多晶矽膜被穿透，由此，可抑制漏極區域與信號布線的連接電阻的增大。本發明的實施例2中，以兼有其他效果為目的。
圖3示出本發明實施例2的TFT裝置的剖面圖。並且，在圖3中，與圖1所示的本實施方式1的結構相同處付以同一符號。圖1中未記載的地方如下存在以與柵電極6相同的層形成的保持電容的上部電極這一點、和使用金屬膜4作為與保持電容的上部電極10對置的下部電極這一點。
以下，對實施方式2的TFT裝置的製造方法進行說明，但是，省略與實施方式1相同的製造方法。首先，在圖2(b)中，在對金屬膜4進行構圖時，在本實施方式2中，延伸到相當於保持電容的下部電極的區域。然後，在與實施方式1同樣形成的柵極絕緣膜5上進行構圖，以便與形成金屬膜的區域重疊，由此，形成柵電極6和保持電容的上部電極10。象通常那樣，只以多晶矽膜3形成保持電容的下部電極的情況下，在形成保持電容的上部電極10之前，為了降低下部電極的電阻係數，需要摻雜高摻雜量的雜質，但是，在本實施方式2中，使金屬膜4延伸，故不需要這樣的步驟。然後，與實施方式1相同，形成層間絕緣膜7、接觸孔8、信號布線9，完成如圖3所示的TFT裝置。
並且，作為保持電容的上部電極10與下部電極之間的電介質膜，如實施方式2所示，可使用柵極絕緣膜5。此時，起到不增加工序數的效果，但是，並不限於此，可單獨形成。此外，作為電介質膜，在使用了矽氮化膜等的介電常數較高的絕緣膜時，起到增大保持電容的電容值的效果。
此處，在本發明的實施方式2中，以金屬膜形成保持電容的下部電極，所以，如現有的僅多晶矽膜的情形那樣，不需要下部電極所需的用於低電阻化的高摻雜量的雜質摻雜步驟，可大幅度縮短工序。並且，與使用多晶矽膜的情況相比，可實現低電阻化，起到減少與保持電容串聯的電阻的效果。
實施方式3在本發明的實施方式1中，通過在較薄多晶矽膜的上層形成金屬膜，由此，可防止使用較薄的多晶矽膜引起的、作為課題之一的接觸孔開口時多晶矽膜被穿透，由此，可抑制漏極區域與信號布線的連接電阻的增大。在本發明的實施方式3中，其目的在於，進一步提高該效果、抑制漏極區域與像素電極的總連接電阻的增大。
以下使用圖4對本發明實施方式3的TFT裝置進行說明。並且，圖4中與圖1所示的本實施方式1的結構相同處付以相同符號。從圖1追加的內容是具有以覆蓋圖1所示的TFT的方式形成的上部絕緣膜11與在該上層形成的像素電極13這一點、和形成了在上部絕緣膜11、層間絕緣膜7、柵極絕緣膜5上開口後的上部接觸孔12這一點。
以下，對實施方式3的TFT裝置的製造方法進行說明，但是，省略與實施方式1相同的製造方法。首先，根據圖2(c)所示的結構，與實施方式1相同，形成到達源極區域3a、漏極區域3c上的各個金屬膜4的接觸孔8，以與金屬膜4連接的方式形成信號布線9，並且，以覆蓋信號布線9與層間絕緣膜7的方式形成上部絕緣膜11。(未圖示)。關於上部絕緣膜11的形成，可以通過CVD等方法形成氧化矽膜或者矽氮化膜，可以塗敷樹脂膜，也可以形成這些膜的層疊。然後，從漏極區域3c上延伸的金屬膜4上，形成在上部絕緣膜11、層間絕緣膜7、柵極絕緣膜5上開口的上部接觸孔21後，以與在開口底部露出的金屬膜4連接的方式在上部絕緣膜11上形成像素電極13，由此，形成圖4所示的TFT結構。例如通過濺射法對ITO等透明導電材料或者Al等金屬材料進行成膜後進行構圖，形成像素電極13。
此處，開設上部接觸孔12時的絕緣膜的厚度與實施方式1的接觸孔8時相比，厚度進一步變厚，但是，因為金屬膜4進行了延伸，故刻蝕不會引起穿透，可除去絕緣膜，像素電極13與漏極區域3c通過金屬膜4良好地連接。並且，在實施方式3中，漏極區域3c與金屬膜4這樣的下層的層疊導電膜與像素電極13通過上部接觸孔12直接連接，故可充分降低連接電阻，提高顯示特性。
與在實施方式1的TFT裝置的上層追加像素電極13而得到的圖5所示的TFT裝置的剖面圖相比較，便可知道該效果。在圖5中，像素電極13通過接觸孔12與信號布線9連接，並且，信號布線9通過接觸孔8與金屬膜4連接。即，根據實施方式3所示的結構，將介於像素電極13和漏極區域3c之間的導電層從兩種減少到一種，所以，可降低總的連接電阻，並可提高顯示特性。
本發明實施方式1～3的TFT裝置具有如下特徵包含源極區域3a或者漏極區域3c的多晶矽3通過金屬膜4實現了與信號布線9或像素電極13的低電阻連接，故優選使用於顯示裝置。即，在顯示裝置的顯示區域內信號布線與掃描線交叉，可使用於具有在該交叉部附近配置了本發明的TFT裝置而構成的有源矩陣襯底的顯示裝置。
具體地說，將形成了本發明的TFT裝置的陣列襯底與濾色片襯底貼合，在其內部封入液晶材料，由此，可形成液晶顯示裝置。此外，通過在陣列襯底上的像素電極13上層疊自發光材料與對置電極，由此，可形成電致發光顯示裝置。此外，不只是顯示區域，也可在位於顯示區域外圍的驅動電路中應用本發明的TFT裝置，此時，可與顯示區域內的TFT裝置同時形成。
並且，本發明的實施方式1～3也可適當組合應用、變形。例如，金屬膜4的形成區域和接觸孔8的開口區域可以完全不一致，即使偏移，一方也可以包含另一方。
此外，多晶矽膜3可以延伸到保持電容的下部電極之下。此時，因為金屬膜4不需要覆蓋多晶矽膜3的臺階差，故起到不會斷線的效果。
此外，在本發明的實施方式2中，在源極區域3a上和漏極區域3c上形成多晶矽膜3上的金屬膜4，並且，進一步延伸以形成為保持電容的下部電極，即使僅應用到至少其一，在所應用的部位亦起到記載於本發明實施方式1的效果。
並且，本實施方式1到3中，對以氧化矽膜或者矽氮化膜等形成保護絕緣膜2的TFT裝置進行了說明，但是，保護絕緣膜2可以是由氧化矽膜和矽氮化膜構成的層疊膜，也可以沒有保護絕緣膜2自身，在任何情況下，都不損害本發明的效果。
權利要求
1.一種形成在襯底上的薄膜電晶體裝置，其特徵在於具有覆蓋以島狀形成的半導體層的源極區域以及漏極區域的至少一部分的金屬膜，具有覆蓋所述島狀的半導體層與所述金屬膜的柵極絕緣膜、覆蓋所述柵極絕緣膜的層間絕緣膜、位於所述層間絕緣膜上的信號布線，在所述柵極絕緣膜與所述層間絕緣膜上形成到達所述金屬膜的接觸孔，所述信號布線通過所述接觸孔與所述金屬膜連接。
2.如權利要求1的薄膜電晶體裝置，其特徵在於包括具有所述島狀半導體層、所述金屬膜、所述柵極絕緣膜、以及形成在所述柵極絕緣膜上的柵電極的薄膜電晶體；以及具有下部電極、絕緣電容膜、以及上部電極的保持電容，所述金屬膜延伸，形成所述保持電容的所述下部電極。
3.如權利要求2記載的薄膜電晶體，其特徵在於所述半導體層延伸到所述下部電極的下層。
4.如權利要求2記載的薄膜電晶體裝置，其特徵在於所述保持電容的所述上部電極由與所述柵電極相同的材質形成。
5.如權利要求2記載的薄膜電晶體裝置，其特徵在於所述保持電容的所述絕緣電容膜由與所述柵極絕緣膜相同的材質形成。
6.如權利要求1的薄膜電晶體裝置，其特徵在於包括具有所述島狀半導體層、所述金屬膜、所述柵極絕緣膜、以及形成在所述柵極絕緣膜上的柵電極的薄膜電晶體；具有下部電極、絕緣電容膜、以及上部電極的保持電容；覆蓋所述薄膜電晶體以及所述保持電容的上部絕緣膜；形成在所述上部絕緣膜上的像素電極，所述像素電極通過貫穿所述上部絕緣膜以及其下的絕緣膜的接觸孔與所述金屬膜電連接。
7.如權利要求1～6中任意一項記載的薄膜電晶體裝置，其特徵在於所述金屬膜是高熔點金屬或者導電性金屬化合物。
8.如權利要求1～6中任意一項記載的薄膜電晶體裝置，其特徵在於所述金屬膜包含Ti、Ta、W、Mo、TaN、TiN、HfN、WN、MoN、ZrN、VN、NbN、TiB2、ZrB2、HfB2、VB2、NbB2、TaB2中的一種以上。
9.一種薄膜電晶體裝置的製造方法，具有如下步驟在襯底上形成島狀半導體層的步驟；形成與所述島狀的半導體層連接、覆蓋源極區域以及漏極區域的至少一部分的金屬膜的步驟；形成覆蓋所述島狀的半導體層與所述金屬膜的柵極絕緣膜的步驟。
10.如權利要求9記載的薄膜電晶體裝置的製造方法，其特徵在於所述金屬膜是高熔點金屬或者導電性金屬化合物。
11.如權利要求9記載的薄膜電晶體裝置的製造方法，其特徵在於所述金屬膜包含Ti、Ta、W、Mo、TiN、TaN、HfN、WN、MoN、ZrN、VN、NbN、TiB2、ZrB2、HfB2、VB2、NbB2、TaB2中的一種以上。
12.一種顯示裝置，其特徵在於具有如權利要求1～6中任意一項記載的薄膜電晶體裝置。
全文摘要
在TFT的層間絕緣膜的下層開設達到由較薄的多晶矽膜構成的源極區域或漏極區域的接觸孔時，若穿透多晶矽膜，則在接觸孔底部不會殘留多晶矽膜，故連接電阻增大。此外，在保持電容的下部電極由多晶矽膜構成時，為了使該膜低電阻化，需要高摻雜量的摻雜工藝，故導致生產率顯著降低。形成覆蓋在襯底(1)上以島狀形成的多晶矽膜(3)的源極區域(3a)以及漏極區域(3b)的至少一部分的金屬膜(4)之後，形成柵極絕緣膜(5)、柵電極(6)、層間絕緣膜(7)，在金屬膜(4)的上部開設接觸孔(8)。並且，在形成金屬膜(4)時，延伸到保持電容的位置，由此，使金屬膜(4)成為保持電容的下部電極。
文檔編號H01L21/768GK1988164SQ20061017016
公開日2007年6月27日 申請日期2006年12月22日 優先權日2005年12月23日
發明者永田一志, 伊藤康悅 申請人:三菱電機株式會社