(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型不純物を含有する半導体層上に形成されたポジ型レジストに対して露光を行なうためのトランジスタ製造用マスクであって、
前記トランジスタは、真性層と、前記真性層を面方向に挟み、かつｎ型不純物を含む第１導電型層と、前記第１導電型層を面方向に挟み、かつ前記第１導電型層よりも高濃度のｎ型不純物を含む第２導電型層とを有しており、
前記第２導電型層に対応する領域に形成された遮光領域と、前記第１導電型層に対応する領域に形成された透過領域と、前記真性層に対応する領域に形成され、光透過率が前記遮光領域よりも高くかつ前記透過領域よりも低いグレートーン領域とを有するマスク。
【請求項２】
ｎ型不純物を含有する半導体層上に形成されたネガ型レジストに対して露光を行なうためのトランジスタ製造用マスクであって、
前記トランジスタは、真性層と、前記真性層を面方向に挟み、かつｎ型不純物を含む第１導電型層と、前記第１導電型層を面方向に挟み、かつ前記第１導電型層よりも高濃度のｎ型不純物を含む第２導電型層とを有しており、
前記第１導電型層に対応する領域に形成された遮光領域と、前記第２導電型層に対応する領域に形成された透過領域と、前記真性層に対応する領域に形成され、光透過率が前記遮光領域よりも高くかつ前記透過領域よりも低いグレートーン領域とを有するマスク。
【請求項３】
真性な半導体層上に形成されたネガ型レジストに対して露光を行なうためのトランジスタ製造用マスクであって、
前記トランジスタは、真性層と、前記真性層を面方向に挟み、かつｎ型不純物を含む第１導電型層と、前記第１導電型層を面方向に挟み、かつ前記第１導電型層よりも高濃度のｎ型不純物を含む第２導電型層とを有しており、
前記第２導電型層に対応する領域に形成された遮光領域と、前記真性層に対応する領域に形成された透過領域と、前記第１導電型層に対応する領域に形成され、光透過率が前記遮光領域よりも高くかつ前記透過領域よりも低いグレートーン領域とを有するマスク。
【請求項４】
請求項１または２に記載のマスクを用いてトランジスタを製造する方法であって、
前記半導体層上に前記レジストを形成する工程と、
前記マスクを介して前記レジストに露光を行なった後に現像することにより、前記透過領域に対応する部分が除去されたパターンを有する前記レジストを形成する工程と、
前記透過領域に対応する前記半導体層に対してｎ型不純物を注入する工程と、
前記ｎ型不純物を注入した後に、前記グレートーン領域に対応する前記レジストを除去する工程と、
前記グレートーン領域に対応する前記半導体層に対して、ｐ型不純物を注入する工程とを含む方法。
【請求項５】
請求項３に記載のマスクを用いてトランジスタを製造する方法であって、
前記半導体層上に前記レジストを形成する工程と、
前記マスクを介して前記レジストに露光を行なった後に現像することにより、前記透過領域に対応する部分が除去されたパターンを有する前記レジストを形成する工程と、
前記透過領域に対応する前記半導体層に対してｎ型不純物を注入する工程と、
前記ｎ型不純物を注入した後に、前記グレートーン領域に対応する前記レジストを除去する工程と、
前記グレートーン領域に対応する前記半導体層に対して、ｎ型不純物をより低濃度に注入する工程とを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体層上に形成されたレジストに対して露光を行なうためのトランジスタ製造用マスクに関する。また本発明は、本発明のトランジスタ製造用マスクを用いてレジストをパターニングした後に不純物の注入を行なうことによって、トランジスタを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄型で低消費電力である液晶表示装置のうち液晶駆動素子にＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を用いたものは、コントラストが高く応答速度が高いなど高性能であるので、携帯電話の表示部やテレビなどに使用されている。上記ＴＦＴのチャネル領域の半導体にＣＧＳ（（連続粒界結晶シリコン) 膜を用いたものがある。ＣＧＳ膜は、シリコン結晶が規則的に並べられたもので、結晶境界面の配置が規則的で、原子レベルで連続的な構造を持つ。これにより、ＣＧＳ膜は電子移動速度が非晶質シリコン膜や低温ポリシリコン膜に比べて高く、単結晶シリコン膜に匹敵する。したがって、ＣＧＳ膜は液晶駆動素子としてだけでなく、ドライバＩＣ（集積回路）としての利用も可能であるので、ＣＧＳ膜を有する基板上に液晶駆動素子とドライバＩＣを形成することができる。すなわち、狭額縁化や製造コストの削減が可能となる。
【０００３】
特許文献１には、ＣＧＳ膜の製造方法が開示されている。具体的には、非晶質シリコン膜にニッケル等の金属触媒を添加した後、加熱処理を行なうことが開示されている。しかし、この方法により得られたＣＧＳ膜は金属触媒を含んでいる。金属触媒を含むＣＧＳ膜を用いてＴＦＴを作製すると、ＴＦＴのチャネル領域を形成するシリコン結晶中において金属触媒が不純物として作用して順位を形成するので、ＴＦＴの閾値の経時変化やＯＦＦ電流の増大などといった重大な悪影響が発生するおそれがある。
【０００４】
上記金属触媒を取り除く方法が特許文献２に開示されている。具体的には、ＣＧＳ膜の一部にリンを高濃度にドーピングした後、加熱処理を行うことによって、リンをドーピングした領域に金属触媒をゲッタリングして、ＴＦＴのチャネル領域から金属触媒を取り除いている。
【特許文献１】特開平6-244103号公報
【特許文献２】特開平10-223533 号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
リンをドーピングしたシリコン膜にＴＦＴを形成した場合、ＴＦＴの閾値がマイナスにシフトするので、ＴＦＴのチャネル領域にボロンを注入して、チャネル領域を真性（イントリンシック）にする必要がある。また、典型的には、ゲート電極に重なるチャネル領域に、微量の不純物を含む層（例えばｎ型トランジスタではｎ−  層）を形成して、トランジスタの信頼性を確保する構造が採用されている。しかし、このような構造を有するＴＦＴを製造するには、二枚のマスクを用いて二回のパターニングを行なう必要がある。
【０００６】
本発明は、トランジスタを製造する工程において、マスク枚数の低減化および製造工程の短縮化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のトランジスタ製造用マスクは、遮光領域と、透過領域と、光透過率が前記遮光領域よりも高くかつ前記透過領域よりも低いグレートーン領域とを有する。本発明のトランジスタ製造用マスクを用いて、半導体層上に形成されたレジストに対して露光を行なうことにより、段差がある階段状のレジストパターンを形成することができる。このレジストパターンを介してｎ型不純物を半導体層に注入した後に、膜厚が小さい方のレジストを除去する。これにより、レジストの開口パターンを変えることができる。さらに、ｐ型不純物を半導体層に注入して、トランジスタを製造する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ｎ型不純物の注入工程およびｐ型不純物の注入工程に用いるレジストパターンを一枚のマスクにより形成することができる。すなわち、トランジスタを製造する工程において、マスク枚数の低減化および製造工程の短縮化が図られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。以下の実施形態ではｎ型ＴＦＴを製造する場合について説明するが、本発明はこれに限定されない。注入する不純物の導電型を変更することにより、ｐ型ＴＦＴを製造することができる。
【００１０】
（実施形態１）
図１は本実施形態に用いられるマスクを模式的に示す平面図であり、図２は本実施形態によるＴＦＴ製造工程を模式的に示す断面図である。なお、図１では、簡略化のために、１つのＴＦＴを形成するためのパターンを示しているが、典型的なマスクは複数のＴＦＴを形成するための複数のパターンを有する。
【００１１】
まず、図２（ｄ）を参照しながら、本実施形態により製造されるＴＦＴについて説明する。図２（ｄ）に示すＴＦＴは絶縁性基板１０上に形成されている。ＴＦＴは、真性層２０ａと、真性層２０ａを面方向に挟み、かつ真性層２０ａよりも高濃度の不純物を含む第１導電型層２０ｂと、第１導電型層２０ｂを面方向に挟み、かつ第１導電型層２０ｂよりも高濃度の不純物を含む第２導電型層２０ｓ，２０ｄとを有する。真性層２０ａおよび第１導電型層２０ｂはゲート絶縁膜６０を介してゲート電極７０が重なっている。なお、一方の第２導電型層２０ｓがソース電極となり、他方の第２導電型層２０ｄがドレイン電極となる。
【００１２】
図１に示すマスク１は、図２（ｄ）に示すＴＦＴに対応する３つの領域を有する。具体的には、第２導電型層２０ｓ，２０ｄに対応する領域に形成された遮光領域１１と、第１導電型層２０ｂに対応する領域に形成された透過領域１２と、真性層２０ａに対応する領域に形成されたグレートーン領域１３とを有する。グレートーン領域１３は、光透過率が遮光領域１１よりも高くかつ透過領域１２よりも低い領域である。
【００１３】
マスク１は、透明基板と、透明基板上に形成された２種類の膜１４，１５を有する。一方の膜１４は遮光領域１１に形成された遮光膜１４であり、他方の膜１５はグレートーン領域１３に形成されたグレートーン膜１５である。
【００１４】
遮光膜１４およびグレートーン膜１５は、クロム膜、酸化クロム膜、酸化ケイ化モリブデン膜、ポリシリコン膜、シリコン窒化膜、タングステン膜やアルミニウム膜を用いて形成することができる。グレートーン膜１５は遮光膜１４よりも透過率が高くなるように形成されている。グレートーン膜１５の透過率の調整は、膜材料の種類や膜厚を変更することにより行なうことができる。あるいは、グレートーン膜１５に開口部を形成し、開口部の密度や径を調整することによっても透過率を調整することができる。なお、開口部の大きさはステッパ光学系の分解能の限界よりも小さいことが好ましい。グレートーン膜の具体的なパターンは、例えば特開平8-250446号公報に開示されている。
【００１５】
次に、図２を参照しながら、マスク１を用いて本実施形態のＴＦＴを製造する工程について説明する。まず、絶縁性基板１０上にＣＧＳ膜２０を形成する。ＣＧＳ膜２０は微量のｎ型不純物を含有する。言い換えれば、ＣＧＳ膜２０は余分な電子を有する。ＣＧＳ膜２０上にポジ型レジスト３０を形成する。マスク１を介してポジ型レジスト３０に露光を行なった後に現像して、図２（ｂ）に示すパターンを有するレジスト３１を形成する。マスク１の透過領域１２に対応するレジスト３０は除去されて、ＣＧＳ膜２０が露出する。一方、マスク１の遮光領域１１およびグレートーン領域１３に対応するレジスト３０は現像後も残存する。但し、グレートーン領域１３に対応する現像後のレジスト３１は、遮光領域１１に対応する現像後のレジスト３１の約半分の膜厚となる。
【００１６】
図２（ｂ）に示すように、露出したＣＧＳ膜２０にｎ型不純物としてのリンイオン４０を注入する。リンイオン４０の注入濃度は、例えば５×１０１３原子／ｃｍ３  程度である。これにより、ｎ型不純物が低濃度にドープされた第１導電型層２０ｂが形成される。
【００１７】
図２（ｃ）に示すように、レジスト３１のアッシングを行なう。アッシングは、例えばプラズマエッチングにより行なうことができる。具体的には、絶縁性基板１０を真空中に保持し、真空中に酸素ガスを導入し、高周波によって酸素ガスをプラズマ化して、その酸素プラズマでレジスト３１をエッチングする。これにより、マスク１の遮光領域１１に対応するレジスト３１が約半分の膜厚となり、マスク１のグレートーン領域１３に対応するレジスト３１が除去される。露出したＣＧＳ膜２０に対して、ボロンイオン５０を注入する。ボロンイオン５０の注入濃度は、例えば１×１０１３原子／ｃｍ３  程度である。ボロンはシリコンに対してｐ型不純物であるので、微量のｎ型不純物を含有するＣＧＳ膜２０が真性層２０ａとなる。一方、ボロンイオン５０の注入濃度はリンイオン４０の注入濃度よりも低いので、層２０ｂはｎ型不純物が低濃度にドープされた第１導電型層となる。
【００１８】
図２（ｄ）に示すように、レジスト３２を除去した後、フォトリソグラフィ法などによりゲート絶縁膜６０およびゲート電極７０を形成する。ゲート電極７０をマスクとして、高濃度（５×１０１５原子／ｃｍ３  程度）のリンイオンを注入する。これにより、第２導電型層としてのソース電極２０ｓおよびドレイン電極２０ｄが形成される。
【００１９】
本実施形態によれば、一枚のマスク１を用いてＴＦＴを製造できるので、製造コストを削減できる。また、レジストのパターニング工程を１回にすることができるので、製造工程が短縮化される。
【００２０】
以上、図２を参照しながら、トップゲート型ＴＦＴの製造工程を説明したが、マスク１を用いてボトムゲート型ＴＦＴを製造することもできる。図３はボトムゲート型ＴＦＴの製造工程を模式的に示す断面図である。なお、図３ではＴＦＴのみが図２と異なり、その他の構成は図２と同じであるので、図２に示す構成要素と実質的に同じ機能を有する構成要素を同じ参照符号で示し、その説明を省略する。
【００２１】
図３に示すＴＦＴはボトムゲート型であるので、ゲート電極７０をマスクとして高濃度のリンイオンを注入することができない。そのため、真性層２０ａおよび第１導電型層２０ｂを覆うレジストを別途形成して、高濃度のリンイオンを注入する必要がある。しかし、一枚のマスクを用いて形成されたレジストパターンによって真性層２０ａおよび第１導電型層２０ｂが形成されるので、マスク枚数の低減化および製造工程の短縮化はボトムゲート型ＴＦＴの製造工程においても達成される。
【００２２】
本実施形態では、ポジ型レジスト３０を用いた場合について説明したが、ポジ型レジスト３０に代えてネガ型レジストを用いても良い。この場合、使用するマスクは図１に示すものと異なる。図４はネガ型レジスト用のマスクを模式的に示す平面図である。図４に示すマスク２は、図１に示すマスク１の遮光領域１１と透過領域１２とが入れ替わったパターンを有する。具体的には、マスク２は、遮光膜１４がＴＦＴの第１導電型層２０ｂに対応する領域に形成され、透過領域１２が第２導電型層２０ｓ，２０ｄに対応する領域に形成されている。図４に示すマスク２を用いてネガ型レジストに露光を行い、現像することにより、図２（ｂ）に示すパターンのレジスト３１を形成することができる。
【００２３】
（実施形態２）
実施形態１では、不純物を含有するＣＧＳ膜２０を用いてＴＦＴを製造する場合について説明したが、本実施形態では、真性（イントリンシック）な半導体膜を用いてＴＦＴを製造する場合について説明する。
【００２４】
図５は本実施形態に用いられるマスクを模式的に示す平面図であり、図６は本実施形態によるＴＦＴ製造工程を模式的に示す断面図である。なお、本実施形態により製造されるＴＦＴは、図２（ｄ）に示す実施形態１のものと同様であるので、本実施形態により製造されるＴＦＴについての説明を省略する。
【００２５】
図５に示すマスク３は、真性層２１ａに対応する領域に形成された遮光領域１１と、第２導電型層２１ｓ，２１ｄに対応する領域に形成された透過領域１２と、第１導電型層２１ｂに対応する領域に形成されたグレートーン領域１３とを有する。実施形態１と同様に、遮光領域１１には遮光膜１４が形成され、グレートーン領域１３にはグレートーン膜１５が形成されている。
【００２６】
図６を参照しながら、マスク３を用いて本実施形態のＴＦＴを製造する工程について説明する。まず、絶縁性基板１０上に真性な半導体膜（例えば、非晶質シリコン膜や低温ポリシリコン膜）２１を形成する。半導体膜２１上にポジ型レジスト３０を形成する。マスク３を介してポジ型レジスト３０に露光を行なった後に現像して、図６（ｂ）に示すパターンを有するレジスト３１を形成する。マスク３の透過領域１２に対応するレジスト３０は除去されて、半導体膜２１が露出する。一方、マスク３の遮光領域１１およびグレートーン領域１３に対応するレジスト３０は現像後も残存する。但し、グレートーン領域１３に対応する現像後のレジスト３１は、遮光領域１１に対応する現像後のレジスト３１の約半分の膜厚となる。
【００２７】
図６（ｂ）に示すように、露出した半導体膜２１にｎ型不純物としてのリンイオン４０を高濃度に注入する。リンイオン４０の注入濃度は、例えば５×１０１５原子／ｃｍ３  程度である。これにより、ｎ型不純物が高濃度にドープされた第２導電型層として、ソース電極２１ｓおよびドレイン電極２１ｄが形成される。
【００２８】
図６（ｃ）に示すように、レジスト３１のアッシングを行なう。アッシングは、例えば実施形態１と同様にプラズマエッチングにより行なうことができる。これにより、マスク３の遮光領域１１に対応するレジスト３１が約半分の膜厚となり、マスク３のグレートーン領域１３に対応するレジスト３１が除去される。露出した半導体膜２１にｎ型不純物としてのリンイオン４１を低濃度に注入する。リンイオン４１の注入濃度は、例えば５×１０１３原子／ｃｍ３  程度である。これにより、ｎ型不純物が低濃度にドープされた第１導電型層２１ｂが形成される。
【００２９】
真性層２１ａ上のレジスト３２を除去した後、フォトリソグラフィ法などによりゲート絶縁膜６０およびゲート電極７０を形成することによって、本実施形態のＴＦＴが製造される。
【００３０】
本実施形態によれば、実施形態１と同様に、製造コストを削減できるとともに、製造工程が短縮化される。図６では、トップゲート型ＴＦＴの製造工程について説明したが、ボトムゲート型ＴＦＴについても同様に製造することができる。本実施形態では、第１導電型層２１ｂを形成する前にソース電極２１ｓおよびドレイン電極２１ｄが形成されるので、ボトムゲート型ＴＦＴの製造工程において、真性層２１ａおよび第１導電型層２１ｂを覆うレジストを形成する必要がない。したがって、レジストを形成するためのマスクや工程が不要になる。
【００３１】
本実施形態では、ポジ型レジスト３０を用いた場合について説明したが、ポジ型レジスト３０に代えてネガ型レジストを用いても良い。この場合、使用するマスクは図５に示すものと異なる。図７はネガ型レジスト用のマスクを模式的に示す平面図である。図７に示すマスク４は、図５に示すマスク３の遮光領域１１と透過領域１２とが入れ替わったパターンを有する。具体的には、マスク４は、遮光領域１４がＴＦＴの第２導電型層２１ｓ，２１ｄに対応する領域に形成され、透過領域１２が真性層２１ａに対応する領域に形成されている。図７に示すマスク４を用いてネガ型レジストに露光を行い、現像することにより、図６（ｂ）に示すパターンのレジスト３１を形成することができる。
【００３２】
以上、実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せに、さらにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明により製造されるトランジスタは、例えば液晶表示装置のなどの表示装置における駆動素子として、あるいは駆動素子を制御するドライバＩＣとして利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】実施形態１に用いられるマスク１を模式的に示す平面図である。
【図２】実施形態１によるＴＦＴ製造工程を模式的に示す断面図である。
【図３】ボトムゲート型ＴＦＴの製造工程を模式的に示す断面図である。
【図４】ネガ型レジスト用のマスク２を模式的に示す平面図である。
【図５】実施形態２に用いられるマスク３を模式的に示す平面図である。
【図６】実施形態２によるＴＦＴ製造工程を模式的に示す断面図である。
【図７】ネガ型レジスト用のマスク４を模式的に示す平面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１，２，３，４    マスク
１０              絶縁性基板
１１              遮光領域
１２              透過領域
１３              グレートーン領域
１４              遮光膜
１５              グレートーン膜
２０              ＣＧＳ膜
２０ａ            真性層
２０ｂ            第１導電型層
２０ｄ            第２導電型層（ドレイン電極）
２０ｓ            第２導電型層（ソース電極）
２１              半導体膜
２１ａ            真性層
２１ｂ            第１導電型層
２１ｄ            第２導電型層（ドレイン電極）
２１ｓ            第２導電型層（ソース電極）
３０，３１，３２  ポジ型レジスト
４０，４１        リンイオン
５０              ボロンイオン
６０              ゲート絶縁膜
７０              ゲート電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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