(57)【要約】【課題】真空プロセスの工程数を減らし、薄膜トランジスタの製造コストを低減させる。。【解決手段】非晶質シリコン薄膜１３の上に絶縁保護膜１４を形成したのち、ｎ型不純物を含む非結晶シリコン膜１５を形成する。ウェットエッチングにより非結晶シリコン膜１５の絶縁保護膜１４上に開口１５Ｃを形成し、非結晶シリコン膜１５をソース領域１５Ａ側と、ドレイン領域１５Ｂ側に分離する。続いて、シリコン（Ｓｉ）を触媒とした無電解めっきプロセスにより、非結晶シリコン膜１５上に金属層、例えばクロム（Ｃｒ）膜を形成する。真空プロセスを用いることなく、常圧でソース電極１６，ドレイン電極１７および配線を形成することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上にゲート電極を形成し、前記ゲート電極の上にゲート絶縁膜および第１の非結晶シリコン膜をこの順で形成した後、前記第１の非結晶シリコン膜上のチャネル領域に対応する領域に絶縁保護膜を形成する工程と、
前記絶縁保護膜および前記第１の非結晶シリコン膜の上に不純物を含む第２の非結晶シリコン膜を形成する工程と、
前記第２の非結晶シリコン膜のうち前記絶縁保護膜の上の少なくとも一部を選択的に除去することにより、前記第２の非結晶シリコン膜をソース領域およびドレイン領域に分離する工程と、
めっき法により、前記分離した第２の非結晶シリコン膜の表面を覆うようにソース電極およびドレイン電極となる金属層を形成する工程と
を含むことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２】
前記金属層を無電解めっき法により形成する
ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３】
前記絶縁保護膜を、窒化シリコン，酸化シリコン，酸化タンタルにより形成する
ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項４】
基板上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極上にゲート絶縁膜を間にして形成されると共に、チャネル，ソースおよびドレインの各領域を有する第１の非結晶シリコン膜と、
前記第１の非結晶シリコン膜の上の前記チャネル領域に対向する領域に形成された絶縁保護膜と、
前記第１の非結晶シリコン膜上から前記絶縁保護膜上にかけて形成されると共に、前記絶縁保護膜上において分離され、前記ソースおよびドレインの各領域の一部を構成する一対の第２の非結晶シリコン膜と、
それぞれ前記第２の非晶質シリコン膜の表面を覆うめっき層を含むと共に、ソース電極およびドレイン電極を構成する一対の金属層と
を備えたことを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項５】
前記金属層は、前記第２の多結晶シリコン膜を覆うめっき層の上に低抵抗化層が積層された多層膜により構成されている
ことを特徴とする請求項４に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項６】
前記絶縁保護膜は、窒化シリコン，酸化シリコン，酸化タンタルにより形成されている
ことを特徴とする請求項４に記載の薄膜トランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非晶質シリコン膜を用いたボトムゲート型の薄膜トランジスタおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の薄膜トランジスタは図５に示した構造を有し、例えば液晶表示装置や有機ＥＬ（Electroluminescence)表示装置などに幅広く用いられている。従来、この薄膜トランジスタは以下の工程により製造されている。
【０００３】
すなわち、蒸着法によりガラス基板１００の全面に形成したクロム（Ｃｒ）膜をウェットエッチングにより所定の形状にパターニングし、ゲート電極１０１を形成する（図６（Ａ））。次いで、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition;化学的気相成長）により、ガラス基板１００およびゲート電極１０１の上にゲート絶縁膜１０２を形成し、続いて非晶質シリコン薄膜１０３を形成する（図６（Ｂ），（Ｃ））。
【０００４】
次に、非結晶シリコン膜１０３の上に、スパッタ法により窒化シリコン膜（ＳｉＮＸ）膜を形成し、この窒化シリコン膜をウェットエッチングにより、非結晶シリコン膜１０３のチャネル領域に対応する領域のみ残存するようにパターニングし、絶縁保護膜１０４を形成する（図６（Ｄ），図７（Ａ））。その後、ＣＶＤ法により、例えば燐（Ｐ）や砒素（Ａｓ）のｎ型不純物を含む非晶質シリコン薄膜１０５を形成する（図７（Ｂ））。
【０００５】
続いて、蒸着法により非結晶シリコン膜１０５の上にクロム（Ｃｒ）膜１０６を形成した後、このクロム膜１０６の絶縁保護膜１０４の上にある部分をウェットエッチングにより除去し、非結晶シリコン膜１０５を絶縁保護膜１０４上で分離する（図７（Ｃ），図８（Ａ））。続いて、非結晶シリコン膜１０５の絶縁保護膜１０４の上にある部分をドライエッチングにより除去し、非結晶シリコン膜１０５を絶縁保護膜１０４の上で図において左右に分離し、ソース領域１０５Ａおよびドレイン領域１０５Ｂを形成する（図８（Ｂ））。ここで、上記工程により絶縁保護膜１０４の上で分離されたクロム膜は、それぞれ、ソース領域１０５Ａに対応してソース電極１０６Ａ、ドレイン領域１０５Ｂに対応してドレイン電極１０６Ｂとなる。続いて、加熱された水素ガスと不活性ガスからなる混合ガス（０．１ＭＰａ,３５０℃）中に曝し、絶縁保護膜１０４を通過する水素ラジカル，原子状水素によってチャネル領域１０３Ａを水素化することによってダングリングボンドなどを不活性化させる。以上のプロセスにより図５に示した従来の薄膜トランジスタを得ることができる。
【０００６】
なお、この種のボトムゲート型薄膜トランジスタの構造については、例えば非特許文献１に開示されている。
【０００７】
【非特許文献１】鈴木八十二著，「よくわかる液晶ディスプレイのできるまで」，日刊工業新聞社，２００５年１１月，ｐ．７７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述のような従来の方法では次のような問題があった。まず、トランジスタを構成する要素として必要になるものは、半導体層、ゲート絶縁膜、ゲート電極、ソースおよびドレインの電極であるが、これらの要素は、個別のパターンとしてフォトリソグラフィ工程、成膜工程およびエッチング工程により形成され、トランジスタの完成までには、上述のように、構成要素の数に相当する工程が存在する。この製造工程数はコストを決定する大きな要因となっていた。特に、スパッタリングやＣＶＤといった真空成膜工程およびドライエッチング工程等の真空プロセスは、他のプロセスと比べて投資コストが大きく、薄膜トランジスタの製造コストを引き上げる要因となっており、真空プロセスの工程を数多く含むことでデバイスの製造コストが増大になるという問題があった。
【０００９】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、真空プロセスの工程数を減らし製造コストを低減することのできる薄膜トランジスタおよびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、基板の上にゲート電極を形成し、ゲート電極の上にゲート絶縁膜および第１の非結晶シリコン膜をこの順で形成した後、第１の非結晶シリコン膜上のチャネル領域に対応する領域に絶縁保護膜を形成する工程と、絶縁保護膜および第１の非結晶シリコン膜の上に不純物を含む第２の非結晶シリコン膜を形成する工程と、第２の非結晶シリコン膜のうち絶縁保護膜の上の少なくとも一部を選択的に除去することにより、第２の非結晶シリコン膜をソース領域およびドレイン領域に分離する工程と、めっき法により、分離した第２の非結晶シリコン膜の表面を覆うようにソース電極およびドレイン電極となる金属層を形成する工程とを含むものである。なお、ソース電極およびドレイン電極には、それぞれ対応する配線も含まれる。
【００１１】
本発明の薄膜トランジスタの製造方法では、ソース，ドレインの各電極および配線となる金属層がめっき法により形成され、その分、真空プロセスの工程数が低減される。
【００１２】
本発明の薄膜トランジスタは、基板上に形成されたゲート電極と、ゲート電極上にゲート絶縁膜を間にして形成されると共に、チャネル，ソースおよびドレインの各領域を有する第１の非結晶シリコン膜と、第１の非結晶シリコン膜の上のチャネル領域に対向する領域に形成された絶縁保護膜と、第１の非結晶シリコン膜上から絶縁保護膜上にかけて形成されると共に、絶縁保護膜上において分離され、前記ソースおよびドレインの各領域の一部を構成する一対の第２の非結晶シリコン膜と、それぞれ第２の非晶質シリコン膜の表面を覆うめっき層を含むと共に、ソース電極およびドレイン電極を構成する一対の金属層とを備えた構造を有している。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の薄膜トランジスタおよびその製造方法によれば、ソース，ドレインの各電極および配線となる金属層をめっき法により形成するようにしたので、真空プロセスを用いることなく、常圧プロセスにより電極を形成することができる。従って、真空プロセスの工程数を減らすことができ、薄膜トランジスタの低コスト化を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施の形態に係る薄膜トランジスタの断面構造を表すものである。この薄膜トランジスタは、基板、例えばガラス基板１０の上にクロム（Ｃｒ）からなるゲート電極１１を有している。このゲート電極１１を含むガラス基板１０の上には例えば窒化シリコン（ＳｉＮX ) からなるゲート絶縁膜１２が形成され、更にこのゲート絶縁膜１２の上に非結晶シリコン膜１３（第１の非結晶シリコン膜）が形成されている。非結晶シリコン膜１３中のゲート電極１１に対応する領域がチャネル領域１３Ａとなる。非結晶シリコン膜１３上には、この非結晶シリコン膜１３のチャネル領域１３Ａに対向する位置に、例えば窒化シリコンからなる絶縁保護膜１４が選択的に形成されている。
【００１６】
この絶縁保護膜１４は、後述のめっき層を構成する金属のチャネル領域１３Ａへの析出を防止し、素子と電極および配線を分離する機能を有すると共に、非結晶シリコン膜１５をエッチングする際のエッチングストッパとしての機能を有するものである。なお、絶縁保護膜１４を構成する材料としては、上記窒化シリコンの他、酸化シリコン（ＳｉＯ），酸化タンタル（ＴａＯ）でもよく、更には感光性樹脂膜（レジスト）などでもよい。
【００１７】
非結晶シリコン膜１３および絶縁保護膜１４の上には、不純物例えばｎ型不純物（燐（Ｐ）や砒素（Ａｓ））を含む非結晶シリコン膜１５（第２の非結晶シリコン膜）が形成されている。非結晶シリコン膜１５の絶縁保護膜１４上には、ソース・ドレイン領域分離用の開口１５Ｃが設けられている。すなわち、非結晶シリコン膜１５は絶縁保護膜１４上において図において左右に分離されており、それぞれ直下の非結晶シリコン膜１３に拡散した領域を含めてソース領域１５Ａおよびドレイン領域１５Ｂとなっている。ソース領域１５Ａの上にはソース電極１６、ドレイン領域１５Ｂ上にはドレイン電極１７がそれぞれ形成されている。本実施の形態においては、これらソース電極１６およびドレイン電極１７は、後述のようにシリコン（Ｓｉ）を触媒とした無電解めっきによる金属層により形成されたもので、それぞれ非結晶シリコン膜１５の絶縁保護膜１４上の部分の端面までも覆っている。なお、本実施の形態では、ソース電極１６およびドレイン電極１７にはそれぞれ各電極に接続される一定範囲の配線までも含まれており、これら配線も含めてめっき金属により形成されている。
【００１８】
次に、図２（Ａ）〜（Ｄ）および図３（Ａ）〜（Ｃ）を参照して上記薄膜トランジスタの製造方法について説明する。
【００１９】
まず、図２（Ａ）に示したように、例えば蒸着法によりガラス基板１０の全面に、例えば膜厚２００ｎｍのクロム（Ｃｒ）膜を形成し、続いて、ウェットエッチングにより、このクロム（Ｃｒ）膜を所定の形状にパターニングして、ゲート電極１１を形成する。
【００２０】
次に、図２（Ｂ）に示したように、例えばＣＶＤ法により、ガラス基板１０およびゲート電極１１の上に例えば膜厚３００ｎｍの窒化シリコン（ＳｉＮX ) からなるゲート絶縁膜１２を形成する。続いて、ＣＶＤ法によりゲート絶縁膜１２の上に例えば膜厚３００ｎｍの非晶質シリコン薄膜１３を形成する。次に、例えばＣＶＤ法により、この非晶質シリコン薄膜１３の上に例えば膜厚５０ｎｍの窒化シリコン（ＳｉＮX ) 膜を形成する。続いて、ウェットエッチングにより窒化シリコン膜をパターニングし、図２（Ｃ）に示したように、非晶質シリコン薄膜１３中のチャネル領域１３Ａに対向する位置に絶縁保護膜１４を形成する。
【００２１】
次いで、図２（Ｄ）に示したように、例えばＣＶＤ法により、絶縁保護膜１４および非晶質シリコン薄膜１３の上に例えば膜厚５０ｎｍのｎ型不純物を含む非結晶シリコン膜１５を形成する。そののち、図３（Ａ）に示したように、ウェットエッチングにより非結晶シリコン膜１５の絶縁保護膜１４上に開口１５Ｃを形成し、非結晶シリコン膜１５をソース領域１５Ａおよびドレイン領域１５Ｂに分離する。このとき絶縁保護膜１４がエッチングストッパとして機能する。
【００２２】
続いて、図３（Ｂ）に示したように、シリコン（Ｓｉ）を触媒とした無電解めっきプロセスにより、非結晶シリコン膜１５上に例えば膜厚２００ｎｍの Ｎｉ／Ｐ（ニッケルと燐との混在金属）膜を形成し、続いて、例えばアルゴンなどの不活性ガス中で３５０℃の温度で熱アニールを施す。これによりＮｉ／Ｐ膜中の結合欠陥が低減されたり、微結晶の粒径が増すなどして電気伝導度が高まる。よって、ソース電極１６，ドレイン電極１７および配線となる金属層が形成される。
【００２３】
無電解めっき液としては、シリコンがめっき液に溶解しやすく、金属が析出しやすいものであり、かつ成膜後の金属層がシリコン内に拡散しにくいものが好適である。例えば、硫酸Ｎｉ、フォスフィン酸ナトリウム、エチレンジアミン四酢酸などを混合して作られるめっき液（例：（株）ワールドメタル社製のリンデンＢＳＭ−１）であり、ニッケル（Ｎｉ）を含むものが好適である。めっき条件は、リンデンＢＳＭ−１であれば、常温でｐＨ：７に調整してから、８５℃に加熱攪拌しためっき液中に、６０秒基板を浸漬、揺動すればよい。
【００２４】
なお、めっき層の膜厚は処理時間を管理することによって調整することができ、所望の配線抵抗の大きさによって膜厚を決定すればよい。
【００２５】
本実施の形態では、この無電解めっきプロセスにより、常圧で、選択的に金属層の成膜を行うことができる。すなわち、真空プロセスを用いることなく金属層（ソース電極１６，ドレイン電極１７および配線）の成膜が可能となる。
【００２６】
次いで、図３（Ｃ）に示したように、加熱された水素ガスと不活性ガスからなる混合ガス（０．１ＭＰａ,３５０℃）中で水素Ｈに曝しプラズマ水素化を行うことにより、非結晶シリコン膜１３内のチャネル領域１３Ａを水素化してダングリングボンドなどを不活性化させる。これにより図１に示した薄膜トランジスタを得ることができる。
【００２７】
このように本実施の形態では、図３（Ｂ）の工程で説明したように、ソース電極１６，ドレイン電極１７および配線となる金属層を形成する際に、ｎ型不純物を含む第２の非結晶シリコン膜１５を形成し、シリコン（Ｓｉ）を触媒とする無電解めっきプロセスを用いるようにしたので、従来のようなスパッタやドライエッチングといった、真空プロセスを用いることなく金属層を成膜することができる。
【００２８】
図４（Ａ）は従来の製造プロセス、同図（Ｂ）は本実施の形態における製造プロセスをそれぞれ表したものである。すなわち、総工程数は同じあるものの、真空プロセスは従来が７工程であったものが、本実施の形態では５工程であり、投資コストが大きく、デバイスのコストを引き上げる要因となっている真空プロセスの工程数を減らすことができる。よって、本実施の形態では薄膜トランジスタの低コスト化を実現することが可能となる。
【００２９】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定するものではなく種々変形可能である。例えば、上記実施の形態においては、シリコンを触媒として成膜されためっき金属層を例えばニッケル（Ｎｉ）等からなる単一層としたが、めっき金属層の上に１または２以上の導電層を形成して多層構造としてもよい。例えば、めっきによりニッケル（Ｎｉ）を成膜した後に、銅（Ｃｕ）層を積層することによって、電極および配線の抵抗値をより下げることができるようになる。また、ニッケル（Ｎｉ）からなるめっき層上にコバルト（Ｃｏ）層を積層することによって、腐食性を高めるようにすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施の形態に係る薄膜トランジスタの構造を表す断面図である。
【図２】上記薄膜トランジスタの製造方法を工程毎に表す断面図である。
【図３】図２に続く工程を表す断面図である。
【図４】薄膜トランジスタの製造工程図である。
【図５】従来の薄膜トランジスタの構造を表す断面図である。
【図６】従来の薄膜トランジスタの製造方法を工程毎に表す断面図である。
【図７】図６に続く工程を表す断面図である。
【図８】図７に続く工程を表す断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０…ガラス基板、１１…ゲート電極、１２…ゲート絶縁膜、１３…非結晶シリコン膜（第１の非結晶シリコン膜）、１３Ａ…チャネル領域、１４…絶縁保護膜、１５…非結晶シリコン膜（第２の非結晶シリコン膜）、１５Ａ…ソース領域、１５Ｂ…ドレイン領域、１６…ソース電極、１７…ドレイン電極。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図４】
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