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JP2009021278A - Manufacturing method of thin film transistor - Google Patents

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JP2009021278A
JP2009021278A JP2007180725A JP2007180725A JP2009021278A JP 2009021278 A JP2009021278 A JP 2009021278A JP 2007180725 A JP2007180725 A JP 2007180725A JP 2007180725 A JP2007180725 A JP 2007180725A JP 2009021278 A JP2009021278 A JP 2009021278A
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layer
metal
resist
seed layer
forming
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Application number
JP2007180725A
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Japanese (ja)
Inventor
Yuki Matsuura
由紀 松浦
Masateru Kado
昌輝 門
Muneharu Akiyoshi
宗治 秋吉
Noriko Kado
訓子 門
Masayoshi Fuchi
正芳 淵
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Japan Display Central Inc
Original Assignee
Toshiba Matsushita Display Technology Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To form a thin film transistor which has small variation in gate electrode width and high driving capability when a gate electrode structure is formed by using electroless plating. <P>SOLUTION: A manufacturing method includes the steps of: injecting impurities into a semiconductor layer 4 to high density using a patterned metal diffusion preventive layer 21 and metal seed layer 22 as a mask; forming an opening portion 33 in resist 32 to expose a portion of a top surface of the metal seed layer 22; forming a metal (Cu) plating layer 23 by electroless plating on the metal seed layer 22 exposed to the bottom surface of the opening portion 33 of the resist 32; patterning the metal diffusion preventive layer 21 and metal seed layer 22 using the metal plating layer 23 as a mask after removing the resist 32; and forming a gate electrode 6 constituted of three layers which are the metal diffusion preventive layer 21, metal seed layer 22, and metal plating layer 23; and injecting impurities into the semiconductor layer 4 to low density using the gate electrode as a mask. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、無電解めっきによりゲート電極を形成する薄膜トランジスタの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a thin film transistor in which a gate electrode is formed by electroless plating.

近年、液晶表示装置、特にモバイル製品用途の液晶表示装置において額縁部の縮小が求められている。液晶表示装置の額縁部の縮小には額縁部に形成する周辺回路の配線微細化が有効であることから、従来のプロセス技術ではウェットエッチングからドライエッチングに移行し、エッチング変換差を小さくすることで微細化を実現している。しかしながら、配線微細化が進むにつれて配線抵抗が増大することから、配線材料として一般的なAlよりも低抵抗な配線材料の使用が望まれる。また、配線幅は微細になる一方で配線膜厚の増大が進むことから、膜厚が厚くなる分ドライエッチングでもエッチング変換差は次第に大きくなり狭額縁化に歯止めが掛かっていた。そこで、変換差の生じないめっき法及び低抵抗材料であるCuの配線及びゲート電極への採用が提案されている。   In recent years, there has been a demand for a reduction in the frame portion of a liquid crystal display device, particularly a liquid crystal display device for mobile products. In order to reduce the frame portion of the liquid crystal display device, it is effective to make finer wiring of peripheral circuits formed in the frame portion. Therefore, the conventional process technology shifts from wet etching to dry etching and reduces the etching conversion difference. Miniaturization is realized. However, since the wiring resistance increases as the wiring becomes finer, it is desired to use a wiring material having a resistance lower than that of general Al as a wiring material. In addition, since the wiring film thickness increases while the wiring width becomes finer, the etching conversion difference gradually increases even in dry etching as the film thickness increases, and the narrowing of the frame is stopped. Therefore, it has been proposed to employ a plating method that does not cause a conversion difference and Cu wiring and a gate electrode, which are low-resistance materials.

ところで、Cuのエッチングによる微細加工は困難であるため、LSI、ULSIに代表される半導体の分野においては、いわゆるダマシン法によりCuを加工している。ダマシン法においては、先ず、単結晶シリコン基板上の絶縁層に配線溝を形成し、スパッタ法等により配線溝を埋め込むようにして溝内部及び絶縁層上に全面にわたってCu層を形成する。その後、CMP(Chemical Mechanical Polishing)等の研磨法により、Cu層を埋め込まれた溝部分の上部端面まで除去することにより、絶縁層に埋め込まれたCu配線を形成する。   By the way, since fine processing by etching of Cu is difficult, in the field of semiconductors represented by LSI and ULSI, Cu is processed by a so-called damascene method. In the damascene method, first, a wiring groove is formed in an insulating layer on a single crystal silicon substrate, and a Cu layer is formed over the entire surface in the groove and on the insulating layer so as to bury the wiring groove by sputtering or the like. Thereafter, the Cu wiring embedded in the insulating layer is formed by removing the Cu layer up to the upper end surface of the groove portion embedded by a polishing method such as CMP (Chemical Mechanical Polishing).

しかしながら、液晶表示装置等の表示装置用TFTの基板として用いられるガラス基板においては単結晶シリコン基板とは異なり厚みムラやうねり等が存在しているため、CMP法等の研磨には適さない。また、近年、液晶パネル用ガラス基板の大型化が著しいが、これに伴い基板表面のうねりも大きくなる傾向にある。したがって、表示装置の分野においてCu加工にCMPを利用したダマシン法を適用することは難しい。   However, unlike a single crystal silicon substrate, a glass substrate used as a substrate for a TFT for a display device such as a liquid crystal display device has thickness unevenness and waviness, and thus is not suitable for polishing such as a CMP method. In recent years, the size of glass substrates for liquid crystal panels has been remarkably increased, but along with this, the waviness of the substrate surface tends to increase. Therefore, it is difficult to apply a damascene method using CMP for Cu processing in the field of display devices.

そこで、ダマシン法によらない配線加工技術が提案されている(例えば特許文献1等参照)。以下、ダマシン法を用いることなくゲート電極を形成し、LDD(lightly doped drain)構造のTFTを製造する方法について、図7を参照しながら説明する。   Therefore, a wiring processing technique not based on the damascene method has been proposed (see, for example, Patent Document 1). Hereinafter, a method of manufacturing a TFT having an LDD (lightly doped drain) structure by forming a gate electrode without using the damascene method will be described with reference to FIG.

先ず、図7(a)に示すように、ガラス基板等の絶縁基板101上に多結晶シリコンからなる半導体層102、半導体層102を覆うゲート絶縁層103を形成し、ゲート絶縁層103上にCu拡散防止層104及びCuシード層105を選択的に形成する。次に、無電解めっきを行うことにより、Cuシード層105からCuを析出させ、Cu拡散防止層104の端部より張り出している構造のCuめっき層106を形成する。ゲート電極107は、Cu拡散防止層104、Cuシード層105及びCuめっき層106の3層からなる(図7(b))。次に、ゲート電極107をマスクとして、イオンドーピング法により不純物を半導体層104に注入する。半導体層104のCuめっき層106の端部より外側に位置する部分には不純物が高濃度に注入されてソース領域108及びドレイン領域109が形成される。一方、半導体層104のCuめっき層106の端部がCu拡散防止層104の端部より張り出している箇所の真下に位置する部分においては不純物が低濃度で注入され、チャネル領域110とソース領域108及びドレイン領域109との間にLDD領域111が形成される(図7(c))。   First, as shown in FIG. 7A, a semiconductor layer 102 made of polycrystalline silicon and a gate insulating layer 103 that covers the semiconductor layer 102 are formed on an insulating substrate 101 such as a glass substrate, and Cu is formed on the gate insulating layer 103. A diffusion prevention layer 104 and a Cu seed layer 105 are selectively formed. Next, by performing electroless plating, Cu is deposited from the Cu seed layer 105 to form a Cu plating layer 106 having a structure protruding from the end of the Cu diffusion preventing layer 104. The gate electrode 107 includes three layers, a Cu diffusion preventing layer 104, a Cu seed layer 105, and a Cu plating layer 106 (FIG. 7B). Next, impurities are implanted into the semiconductor layer 104 by ion doping using the gate electrode 107 as a mask. Impurities are implanted at a high concentration in a portion of the semiconductor layer 104 located outside the end portion of the Cu plating layer 106 to form a source region 108 and a drain region 109. On the other hand, impurities are implanted at a low concentration in the portion of the semiconductor layer 104 where the end portion of the Cu plating layer 106 is located immediately below the end portion of the Cu diffusion preventing layer 104, and the channel region 110 and the source region 108 are implanted. The LDD region 111 is formed between the drain region 109 and the drain region 109 (FIG. 7C).

また、めっきを利用する方法として、下記に示す方法も可能である。すなわち、先ず、絶縁基板101上に多結晶シリコンからなる半導体層102、半導体層102を覆うゲート絶縁層103、ゲート絶縁層103を覆うCu拡散防止層104を形成し、Cu拡散防止層104上にCuシード層105を選択的に形成する。次に、Cuシード層105をマスクとして、イオンドーピング法により不純物を半導体層102に低濃度で注入する(図8(a))。次に、Cuシード層105の端部の外側にCu拡散防止層104が露出するようにCu拡散防止層104をパターニングし、ゲート電極107に対応する形状の開口部113を有するレジスト112を形成した後、無電解めっきを行う。これにより、レジスト112の開口部113内部を埋め込むようにCuが析出し、レジスト112の開口部113の底面に露出したCuシード層105上にCuめっき層106が形成される(図8(b))。レジスト112を除去した後、イオンドーピング法により不純物を半導体層102に高濃度に注入する。この結果、Cuめっき層106の外側にソース領域108及びドレイン領域109が形成され、ソース領域108及びドレイン領域109とチャネル領域110との間にLDD領域111が形成される(図8(c))。
特開2004−134771号公報
Moreover, the method shown below is also possible as a method of utilizing plating. That is, first, a semiconductor layer 102 made of polycrystalline silicon, a gate insulating layer 103 covering the semiconductor layer 102, and a Cu diffusion preventing layer 104 covering the gate insulating layer 103 are formed on the insulating substrate 101, and on the Cu diffusion preventing layer 104. A Cu seed layer 105 is selectively formed. Next, using the Cu seed layer 105 as a mask, impurities are implanted at a low concentration into the semiconductor layer 102 by ion doping (FIG. 8A). Next, the Cu diffusion prevention layer 104 was patterned so that the Cu diffusion prevention layer 104 was exposed outside the end portion of the Cu seed layer 105, and a resist 112 having an opening 113 having a shape corresponding to the gate electrode 107 was formed. Thereafter, electroless plating is performed. As a result, Cu is deposited so as to fill the opening 113 of the resist 112, and a Cu plating layer 106 is formed on the Cu seed layer 105 exposed on the bottom surface of the opening 113 of the resist 112 (FIG. 8B). ). After the resist 112 is removed, impurities are implanted into the semiconductor layer 102 at a high concentration by ion doping. As a result, a source region 108 and a drain region 109 are formed outside the Cu plating layer 106, and an LDD region 111 is formed between the source region 108, the drain region 109, and the channel region 110 (FIG. 8C). .
JP 2004-134771 A

しかしながら、図7を参照して説明したような、パターニングされたCuシード層105からCuめっき層106を等方的に成長させる方法では、薬液濃度分布等の変動によってCuめっき層106の幅(ゲート電極107の幅)が変動しやすく、その結果、TFT特性のばらつきが大きくなるという問題がある。また、図8を参照して説明した方法によると、レジスト112の開口部113の内側にCuめっき層106を形成することから、図7で説明した方法に比較してCuめっき層106の幅(ゲート電極107の幅)の変動は抑えられる。しかしながら、ゲート電極107の端部の直下にLDD領域111が位置するため、交流信号が入力されるとこの重なり部分が容量成分となり、駆動能力を低下させる。   However, in the method of isotropically growing the Cu plating layer 106 from the patterned Cu seed layer 105 as described with reference to FIG. 7, the width (gate) of the Cu plating layer 106 due to fluctuations in the chemical concentration distribution or the like. The width of the electrode 107 is likely to fluctuate, and as a result, there is a problem that variation in TFT characteristics becomes large. Further, according to the method described with reference to FIG. 8, the Cu plating layer 106 is formed inside the opening 113 of the resist 112, so that the width of the Cu plating layer 106 ( Variation in the width of the gate electrode 107 is suppressed. However, since the LDD region 111 is located immediately below the end portion of the gate electrode 107, when an AC signal is input, this overlapping portion becomes a capacitive component, and the driving capability is reduced.

本発明はこのような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、無電解めっきを利用してゲート電極構造を形成する場合において、ゲート電極幅の変動が小さく、且つ、駆動能力の高い薄膜トランジスタを形成することが可能な薄膜トランジスタの製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been proposed in view of such a conventional situation, and in the case of forming a gate electrode structure using electroless plating, a thin film transistor having a small variation in the gate electrode width and a high driving capability. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a thin film transistor capable of forming a thin film transistor.

前述の目的を達成するために、本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法は、半導体層を覆うゲート絶縁層上に金属拡散防止層を形成する工程と、前記金属拡散防止層上に金属シード層を形成する工程と、前記金属拡散防止層及び前記金属シード層をパターニングする工程と、パターニングされた前記金属拡散防止層及び前記金属シード層をマスクとして、前記半導体層に不純物を高濃度に注入する工程と、前記ゲート絶縁層、前記金属拡散防止層及び前記金属シード層を覆ってレジストを成膜した後、前記レジストを露光することにより、前記金属シード層の上面の一部が露出するような開口部を前記レジストに形成する工程と、前記レジストの開口部の底面に露出した前記金属シード層上に無電解めっきにより金属めっき層を形成する工程と、前記レジストを除去した後、前記金属めっき層をマスクとして前記金属シード層をウェットエッチングにより除去し、次に前記金属拡散防止層をドライエッチングにより除去して、前記金属拡散防止層、前記金属シード層及び前記金属めっき層の3層からなるゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極をマスクとして、前記半導体層に不純物を低濃度に注入する工程とを有することを特徴とする。   In order to achieve the above object, a method of manufacturing a thin film transistor according to the present invention includes a step of forming a metal diffusion prevention layer on a gate insulating layer covering a semiconductor layer, and a formation of a metal seed layer on the metal diffusion prevention layer. A step of patterning the metal diffusion prevention layer and the metal seed layer; a step of implanting impurities into the semiconductor layer at a high concentration using the patterned metal diffusion prevention layer and the metal seed layer as a mask; An opening that exposes a portion of the upper surface of the metal seed layer by exposing the resist after depositing a resist over the gate insulating layer, the metal diffusion prevention layer, and the metal seed layer; And forming a metal plating layer by electroless plating on the metal seed layer exposed on the bottom surface of the opening of the resist. And after removing the resist, the metal seed layer is removed by wet etching using the metal plating layer as a mask, the metal diffusion prevention layer is then removed by dry etching, and the metal diffusion prevention layer, the metal The method includes a step of forming a gate electrode including three layers of a seed layer and the metal plating layer, and a step of injecting impurities into the semiconductor layer at a low concentration using the gate electrode as a mask.

以上のような製造方法によれば、レジストの開口部の内側に金属めっき層を形成するので、金属めっき層の端部の横方向への成長が開口部の側壁により制限される。その結果、ゲート電極幅の変動が抑えられ、特性のばらつきの小さい薄膜トランジスタが得られる。また、以上の製造方法によれば、ゲート電極と重ならない位置にLDD領域が形成されるため、LDD構造に起因する駆動能力の低下がない。さらに、レジストの開口部の開口幅と金属シード層の幅との差を利用してLDD領域を形成するため、LDD領域の長さを任意に制御できる。   According to the manufacturing method as described above, since the metal plating layer is formed inside the opening of the resist, the lateral growth of the end of the metal plating layer is limited by the side wall of the opening. As a result, it is possible to obtain a thin film transistor in which fluctuations in the width of the gate electrode are suppressed and characteristics are less varied. Further, according to the above manufacturing method, since the LDD region is formed at a position that does not overlap with the gate electrode, there is no reduction in driving capability due to the LDD structure. Furthermore, since the LDD region is formed using the difference between the opening width of the resist opening and the width of the metal seed layer, the length of the LDD region can be arbitrarily controlled.

本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法は、半導体層を覆うゲート絶縁層上に金属拡散防止層を形成する工程と、前記金属拡散防止層上に金属シード層を形成する工程と、前記金属シード層上にレジストを成膜した後、前記レジストを露光することにより、前記金属シード層の上面の一部が露出するような開口部を前記レジストに形成する工程と、前記レジストの開口部の底面に露出した前記金属シード層上に無電解めっきにより金属めっき層を形成する工程と、前記レジストを除去した後、前記金属めっき層をマスクとして前記半導体層に不純物を高濃度に注入する工程と、ウェットエッチングにより、前記金属めっき層をマスクとして前記金属シード層を除去するとともに、前記金属めっき層の表面の一部を除去する工程と、ウェットエッチングされた前記金属めっき層及び前記金属シード層をマスクとして、前記金属拡散防止層をドライエッチングにより除去し、前記金属拡散防止層、前記金属シード層及び前記金属めっき層の3層からなるゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極をマスクとして、前記半導体層に不純物を低濃度に注入する工程とを有することを特徴とする。   The method of manufacturing a thin film transistor according to the present invention includes a step of forming a metal diffusion prevention layer on a gate insulating layer covering a semiconductor layer, a step of forming a metal seed layer on the metal diffusion prevention layer, and the metal seed layer After forming a resist on the resist, exposing the resist to form an opening in the resist such that a part of the upper surface of the metal seed layer is exposed, and exposing to the bottom of the opening of the resist Forming a metal plating layer on the metal seed layer by electroless plating, removing the resist, and then implanting impurities into the semiconductor layer using the metal plating layer as a mask, and wet etching Removing the metal seed layer using the metal plating layer as a mask and removing a portion of the surface of the metal plating layer; Using the etched metal plating layer and the metal seed layer as a mask, the metal diffusion prevention layer is removed by dry etching, and the gate electrode is formed of the metal diffusion prevention layer, the metal seed layer, and the metal plating layer. And a step of injecting impurities into the semiconductor layer at a low concentration using the gate electrode as a mask.

以上のような製造方法によれば、レジストの開口部の内側に金属めっき層を形成するので、金属めっき層の端部の横方向への成長が開口部の側壁により制限される。その結果、ゲート電極幅の変動が抑えられ、特性のばらつきの小さい薄膜トランジスタが得られる。また、以上の製造方法によれば、ゲート電極と重ならない位置にLDD領域が形成されるため、LDD構造に起因する駆動能力の低下がない。さらに、1回のフォトリソグラフィ工程でLDD構造を自己整合的に形成することができる。   According to the manufacturing method as described above, since the metal plating layer is formed inside the opening of the resist, the lateral growth of the end of the metal plating layer is limited by the sidewall of the opening. As a result, it is possible to obtain a thin film transistor in which fluctuations in the width of the gate electrode are suppressed and characteristics are less varied. Further, according to the above manufacturing method, since the LDD region is formed at a position that does not overlap with the gate electrode, there is no reduction in driving capability due to the LDD structure. Furthermore, the LDD structure can be formed in a self-aligned manner in one photolithography process.

本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法は、半導体層を覆うゲート絶縁層上に金属拡散防止層を形成する工程と、前記金属拡散防止層上に金属シード層を形成する工程と、前記金属拡散防止層及び前記金属シード層をパターニングする工程と、前記ゲート絶縁層、前記金属拡散防止層及び前記金属シード層を覆ってレジストを成膜した後、前記レジストをハーフトーンマスクを用いて露光することにより、前記金属シード層の上面の一部が露出し、且つ、開口幅が表面側より底面側で狭くされた開口部を前記レジストに形成する工程と、前記レジストの開口部の底面に露出した前記金属シード層上に無電解めっきにより金属めっき層を形成し、前記金属拡散防止層、前記金属シード層及び前記金属めっき層の3層からなるゲート電極を形成する工程と、前記レジストを除去した後、前記ゲート電極をマスクとして、前記半導体層に不純物を注入する工程とを有することを特徴とする。   A method of manufacturing a thin film transistor according to the present invention includes a step of forming a metal diffusion prevention layer on a gate insulating layer covering a semiconductor layer, a step of forming a metal seed layer on the metal diffusion prevention layer, and the metal diffusion prevention layer And patterning the metal seed layer, and forming a resist over the gate insulating layer, the metal diffusion prevention layer and the metal seed layer, and then exposing the resist using a halftone mask, Forming a part of the top surface of the metal seed layer exposed and having an opening width narrower on the bottom side than the surface side in the resist; and the metal exposed on the bottom surface of the resist opening. A metal plating layer is formed on the seed layer by electroless plating, and a gate electrode including the metal diffusion prevention layer, the metal seed layer, and the metal plating layer is formed. And that step, after removing the resist, the gate electrode as a mask, characterized by a step of implanting an impurity into the semiconductor layer.

以上のような製造方法によれば、レジストの開口部の内側に金属めっき層を形成するので、金属めっき層の端部の横方向への成長が開口部の側壁により制限される。その結果、ゲート電極幅の変動が抑えられ、特性のばらつきの小さい薄膜トランジスタが得られる。また、ゲート電極の電界の影響の弱い位置にLDD領域が形成されるため、LDD構造に起因する駆動能力の低下は小さいものとなる。さらに、ハーフトーンマスクを用いて形成した、上面側の端部が金属シード層の端部よりも外側に張り出した形状を有する金属めっき層をマスクとして不純物を注入すると、半導体層の金属めっき層の張り出した部分の直下に位置する部分における不純物濃度は低くなり、LDD領域が形成される。すなわち、LDD構造が1回の不純物注入処理で形成される。   According to the manufacturing method as described above, since the metal plating layer is formed inside the opening of the resist, the lateral growth of the end of the metal plating layer is limited by the side wall of the opening. As a result, it is possible to obtain a thin film transistor in which fluctuations in the width of the gate electrode are suppressed and characteristics are less varied. In addition, since the LDD region is formed at a position where the influence of the electric field of the gate electrode is weak, a decrease in driving capability due to the LDD structure is small. Further, when impurities are implanted using a metal plating layer formed by using a halftone mask and having an end on the upper surface side protruding outward from the end of the metal seed layer, the metal plating layer of the semiconductor layer The impurity concentration in the portion located immediately below the overhanging portion becomes low, and an LDD region is formed. That is, the LDD structure is formed by one impurity implantation process.

本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法によれば、金属拡散防止層、金属シード層及び金属めっき層の3層からなるゲート電極の幅を制御良く形成することができ、薄膜トランジスタの特性のばらつきを抑えることができる。また、ゲート電極と重ならない或いはゲート電極の電界の影響の弱い位置にLDD領域を形成するので、電流駆動能力の高い薄膜トランジスタを製造することができる。   According to the thin film transistor manufacturing method of the present invention, the width of the gate electrode composed of the metal diffusion prevention layer, the metal seed layer, and the metal plating layer can be formed with good control, and variations in characteristics of the thin film transistor can be suppressed. Can do. In addition, since the LDD region is formed at a position that does not overlap with the gate electrode or is weakly affected by the electric field of the gate electrode, a thin film transistor with high current driving capability can be manufactured.

以下、本発明を適用した薄膜トランジスタの製造方法について、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, a method of manufacturing a thin film transistor to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings.

<第1の実施形態>
図1に、第1の実施形態の製造方法により形成される薄膜トランジスタ(TFT)を有する薄膜トランジスタ基板1を示す。この薄膜トランジスタ基板1は、例えば液晶表示装置等の表示装置に用いられるものであり、絶縁基板2の一主面上に複数のTFT3が形成されている。
<First Embodiment>
FIG. 1 shows a thin film transistor substrate 1 having a thin film transistor (TFT) formed by the manufacturing method of the first embodiment. The thin film transistor substrate 1 is used for a display device such as a liquid crystal display device, and a plurality of TFTs 3 are formed on one main surface of the insulating substrate 2.

TFT3は、多結晶シリコンからなる島状の半導体層4と、半導体層4を覆うゲート絶縁層5とを備える。ゲート絶縁層5上の半導体層4と重なる位置には、ゲート電極6が形成される。半導体層4のゲート電極6の両側は、n+領域である高濃度不純物領域としてのソース領域7及びドレイン領域8とされる。半導体層4のゲート電極6の直下に位置するチャネル領域9と、ソース領域7及びドレイン領域8との間には、n−領域である低濃度不純物領域としてのLDD領域10が形成される。ゲート絶縁層5及びゲート電極6上には層間絶縁層11が重ねられ、層間絶縁層11に設けられたコンタクトホール12を介して半導体層4のソース領域7とソース電極13とが電気的に接続される。また、層間絶縁層11に設けられたコンタクトホール12を介して、半導体層4のドレイン領域8と電気的に接続されるドレイン電極14が形成される。   The TFT 3 includes an island-shaped semiconductor layer 4 made of polycrystalline silicon and a gate insulating layer 5 that covers the semiconductor layer 4. A gate electrode 6 is formed at a position overlapping the semiconductor layer 4 on the gate insulating layer 5. Both sides of the gate electrode 6 of the semiconductor layer 4 are a source region 7 and a drain region 8 as high concentration impurity regions which are n + regions. Between the channel region 9 located immediately below the gate electrode 6 of the semiconductor layer 4, the source region 7 and the drain region 8, an LDD region 10 as a low concentration impurity region which is an n− region is formed. An interlayer insulating layer 11 is overlaid on the gate insulating layer 5 and the gate electrode 6, and the source region 7 of the semiconductor layer 4 and the source electrode 13 are electrically connected through a contact hole 12 provided in the interlayer insulating layer 11. Is done. Further, a drain electrode 14 that is electrically connected to the drain region 8 of the semiconductor layer 4 is formed through a contact hole 12 provided in the interlayer insulating layer 11.

ゲート電極6は、Cu拡散防止層21と、Cu拡散防止層21上に設けられたCuシード層22と、Cuシード層22上に設けられたCuめっき層23とからなる3層構造を有している。   The gate electrode 6 has a three-layer structure including a Cu diffusion prevention layer 21, a Cu seed layer 22 provided on the Cu diffusion prevention layer 21, and a Cu plating layer 23 provided on the Cu seed layer 22. ing.

以下、前述の構造の薄膜トランジスタの製造方法の一例について、図2を参照しながら説明する。   Hereinafter, an example of a method for manufacturing the thin film transistor having the above-described structure will be described with reference to FIG.

先ず、透明なガラス基板等の絶縁基板2上に、多結晶シリコンからなる島状の半導体層4を形成する。半導体層4は、例えばプラズマCVD法により成膜された非晶質シリコン(a−Si)をアニールした後、レーザ照射等によって多結晶化することにより形成されるものである。次に、半導体層4を覆うように、ゲート絶縁層5としてのSiO層をPE−CVD法により成膜する。ゲート絶縁層5上に、Cu拡散防止層21としてTaN層をスパッタ法により成膜する。Cu拡散防止層21としては、TaN層の他、Ta層、TiN層、TaSiN層、WSiN層等が使用可能である。Cu拡散防止層21上に、例えば無電解めっきによりCuシード層22を成膜する。本実施形態では、Cu拡散防止層21の膜厚を50nm程度、Cuシード層22の膜厚を50nm程度に形成する。Cuシード層22の成膜後、Cu拡散防止層21及びCuシード層22のパターニング用のレジスト31をフォトリソグラフィにより形成する(図2(a))。 First, an island-shaped semiconductor layer 4 made of polycrystalline silicon is formed on an insulating substrate 2 such as a transparent glass substrate. The semiconductor layer 4 is formed by annealing amorphous silicon (a-Si) formed by, for example, a plasma CVD method and then polycrystallizing it by laser irradiation or the like. Next, a SiO 2 layer as the gate insulating layer 5 is formed by PE-CVD so as to cover the semiconductor layer 4. A TaN layer is formed as a Cu diffusion preventing layer 21 on the gate insulating layer 5 by sputtering. As the Cu diffusion preventing layer 21, a Ta layer, a TiN layer, a TaSiN layer, a WSiN layer, or the like can be used in addition to the TaN layer. A Cu seed layer 22 is formed on the Cu diffusion preventing layer 21 by, for example, electroless plating. In the present embodiment, the Cu diffusion prevention layer 21 is formed with a thickness of about 50 nm, and the Cu seed layer 22 is formed with a thickness of about 50 nm. After the formation of the Cu seed layer 22, a resist 31 for patterning the Cu diffusion preventing layer 21 and the Cu seed layer 22 is formed by photolithography (FIG. 2A).

次に、レジスト31をマスクとしてCu拡散防止層21及びCuシード層22をパターニングする。具体的には、先ず、レジスト31をマスクとしたウェットエッチングによりCuシード層22を除去し、次に、レジスト31及びCuシード層22をマスクとしたドライエッチングによりCu拡散防止層21を除去する。パターニングされたCu拡散防止層21及びCuシード層22をマスクとして、不純物を半導体層4に高濃度に注入する。本実施形態では、PHをドーピングガスに用いてイオンドーピング法によりリンを半導体層4に注入する(ドーズ量1.5E15/cm、加速電圧50KeV)。半導体層4の不純物が注入された領域は、高濃度不純物領域としてのソース領域7及びドレイン領域8となる(図2(b))。 Next, the Cu diffusion prevention layer 21 and the Cu seed layer 22 are patterned using the resist 31 as a mask. Specifically, the Cu seed layer 22 is first removed by wet etching using the resist 31 as a mask, and then the Cu diffusion preventing layer 21 is removed by dry etching using the resist 31 and the Cu seed layer 22 as a mask. Impurities are implanted into the semiconductor layer 4 at a high concentration using the patterned Cu diffusion prevention layer 21 and the Cu seed layer 22 as a mask. In this embodiment, phosphorus is implanted into the semiconductor layer 4 by ion doping using PH 3 as a doping gas (dose amount 1.5E15 / cm 2 , acceleration voltage 50 KeV). The region into which the impurity of the semiconductor layer 4 is implanted becomes a source region 7 and a drain region 8 as a high concentration impurity region (FIG. 2B).

ソース領域7及びドレイン領域8の形成後、Cu拡散防止層21及びCuシード層22のパターニング用のレジスト31を除去し、次に、Cuめっき層23を形成するためのレジスト32として、ネガ型レジストをゲート絶縁層5、Cu拡散防止層21及びCuシード層22を覆って全面に成膜する。成膜されたレジスト32に対しCu拡散防止層21及びCuシード層22をマスクとして絶縁基板2のレジスト32の形成面とは反対側の面から露光し、未露光部分のレジスト32を除去する。前記露光はオーバー露光とする。この裏面露光の結果、底面にCuシード層22の上面が露出するような開口部33が自己整合的に形成される。その後、無電解めっきによりCuシード層22上にCuを析出させる。この結果、レジスト32の開口部33を埋め込むように、Cuシード層22上にCuめっき層23が形成される(図2(c))。   After the source region 7 and the drain region 8 are formed, the resist 31 for patterning the Cu diffusion preventing layer 21 and the Cu seed layer 22 is removed, and then a negative resist is used as the resist 32 for forming the Cu plating layer 23. Is deposited over the entire surface covering the gate insulating layer 5, the Cu diffusion preventing layer 21, and the Cu seed layer 22. The formed resist 32 is exposed from the surface opposite to the resist 32 forming surface of the insulating substrate 2 using the Cu diffusion preventing layer 21 and the Cu seed layer 22 as a mask, and the resist 32 in the unexposed portion is removed. The exposure is overexposure. As a result of this back exposure, an opening 33 is formed in a self-aligning manner so that the top surface of the Cu seed layer 22 is exposed on the bottom surface. Thereafter, Cu is deposited on the Cu seed layer 22 by electroless plating. As a result, a Cu plating layer 23 is formed on the Cu seed layer 22 so as to fill the opening 33 of the resist 32 (FIG. 2C).

前述のようにレジスト32としてネガ型レジストを用い、裏面露光によって自己整合的に開口部33を形成する場合、オーバー露光を行うことによって生じるCuシード層22の表面側への露光光の回り込みを利用して、レジスト32の開口部33の端部をCuシード層22の端部より内側へ入り込ませる。Cuシード層22の端部からのレジスト32の開口部33までの距離A、すなわちLDD領域10の長さは、オーバー露光の設定により制御できる。なお、レジスト32の開口部33は、ネガ型レジストと裏面露光とを組み合わせることにより自己整合的に形成する場合に限らず、レジスト32としてポジ型レジストを用いるとともに、開口部33に対応する領域に開口を有するマスクを用いて露光を行い、露光部分のレジスト32を除去することにより形成することも可能である。ただし、ネガ型レジストと裏面露光とを組み合わせて自己整合的に開口部33を形成する場合、露光光の回り込みを利用してLDD領域10の長さが決定されるので、マスク位置合わせによりLDD領域の長さを調節する場合に比較して、LDD領域10の長さをより短くすることができる。   As described above, when a negative resist is used as the resist 32 and the opening 33 is formed in a self-aligning manner by backside exposure, the exposure light wraps around the surface side of the Cu seed layer 22 caused by overexposure is used. Then, the end portion of the opening portion 33 of the resist 32 is made to enter inside from the end portion of the Cu seed layer 22. The distance A from the end of the Cu seed layer 22 to the opening 33 of the resist 32, that is, the length of the LDD region 10 can be controlled by overexposure setting. Note that the opening 33 of the resist 32 is not limited to the case where the negative resist and the backside exposure are combined to form the opening 33 in a self-aligned manner, and a positive resist is used as the resist 32 and a region corresponding to the opening 33 is formed. It is also possible to perform the exposure using a mask having an opening and remove the resist 32 in the exposed portion. However, when the opening 33 is formed in a self-aligning manner by combining negative resist and backside exposure, the length of the LDD region 10 is determined by using the wraparound of exposure light, so that the LDD region is determined by mask alignment. The length of the LDD region 10 can be further shortened compared to the case where the length of the LDD region 10 is adjusted.

レジスト32の開口部33をCuめっき層23で埋め込んだ後、レジスト32を除去する(図2(d))。次に、Cuめっき層23をマスクとして、Cu拡散防止層21及びCuシード層22をパターニングする。これにより、Cu拡散防止層21、Cuシード層22、及びCuめっき層23の3層からなるゲート電極6が得られる。具体的には、先ず、Cuめっき層23をマスクとしたウェットエッチングによりCuシード層22を除去し、さらに、Cuめっき層23及びCuシード層22をマスクとしたドライエッチングによってCu拡散防止層21を除去する。   After the opening 33 of the resist 32 is filled with the Cu plating layer 23, the resist 32 is removed (FIG. 2D). Next, the Cu diffusion prevention layer 21 and the Cu seed layer 22 are patterned using the Cu plating layer 23 as a mask. Thereby, the gate electrode 6 composed of three layers of the Cu diffusion preventing layer 21, the Cu seed layer 22, and the Cu plating layer 23 is obtained. Specifically, first, the Cu seed layer 22 is removed by wet etching using the Cu plating layer 23 as a mask, and the Cu diffusion preventing layer 21 is further formed by dry etching using the Cu plating layer 23 and the Cu seed layer 22 as a mask. Remove.

Cu拡散防止層21及びCuシード層22のパターニング後、ゲート電極6をマスクとして、不純物を半導体層4に低濃度に注入する。本実施形態では、PHをドーピングガスに用いてイオンドーピング法によりリンを半導体層4に注入する(ドーズ量3E13/cm、加速電圧50KeV)。ゲート電極6の直下の不純物が注入されない領域であるチャネル領域9とソース領域7及びドレイン領域8との間に、低濃度不純物領域としてのLDD領域10が形成される(図2(e))。 After patterning the Cu diffusion preventing layer 21 and the Cu seed layer 22, impurities are implanted into the semiconductor layer 4 at a low concentration using the gate electrode 6 as a mask. In the present embodiment, phosphorus is implanted into the semiconductor layer 4 by ion doping using PH 3 as a doping gas (dose amount 3E13 / cm 2 , acceleration voltage 50 KeV). An LDD region 10 as a low-concentration impurity region is formed between the channel region 9 which is a region where the impurity just under the gate electrode 6 is not implanted, and the source region 7 and the drain region 8 (FIG. 2E).

その後、通常の方法によって層間絶縁層11、コンタクトホール12、ソース電極13及びドレイン電極14を形成することにより、図1に示す構造のTFT3が形成される。   Thereafter, the interlayer insulating layer 11, the contact hole 12, the source electrode 13 and the drain electrode 14 are formed by a normal method, thereby forming the TFT 3 having the structure shown in FIG.

以上説明した第1の実施形態の製造方法によれば、レジスト32の開口部33の内側を埋め込むようにCuめっき層23を形成することによってCuめっき層23の横方向の成長が開口部33の側壁によって制限されるので、Cuめっき層23を含むゲート電極6の幅の制御性が向上し、TFT3の特性のばらつきを抑えることができる。また、ゲート電極6と重ならない位置にLDD領域10が形成されるため、駆動能力の低下を抑えることもできる。さらに、レジスト32の開口部33の寸法とCuシード層22の寸法との差を利用することにより、LDD領域10の長さを高精度に制御できる。   According to the manufacturing method of the first embodiment described above, the Cu plating layer 23 is formed so as to embed the inside of the opening 33 of the resist 32, so that the lateral growth of the Cu plating layer 23 is performed in the opening 33. Since it is limited by the side wall, the controllability of the width of the gate electrode 6 including the Cu plating layer 23 is improved, and variations in characteristics of the TFT 3 can be suppressed. In addition, since the LDD region 10 is formed at a position that does not overlap with the gate electrode 6, it is possible to suppress a decrease in driving capability. Furthermore, the length of the LDD region 10 can be controlled with high accuracy by utilizing the difference between the size of the opening 33 of the resist 32 and the size of the Cu seed layer 22.

<第2の実施形態>
以下、第2の実施形態について図3及び図4を参照しながら説明する。これ以降、第1の実施形態において説明した部材と同じ機能を有する部材には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
<Second Embodiment>
Hereinafter, a second embodiment will be described with reference to FIGS. 3 and 4. Hereinafter, members having the same functions as those described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図3に、第2の実施形態の製造方法により形成される薄膜トランジスタ(TFT)3を有する薄膜トランジスタ基板1を示す。このTFT3は、多結晶シリコンからなる島状の半導体層4と、半導体層4を覆うゲート絶縁層5とを備える。ゲート絶縁層5上の半導体層4と重なる位置には、ゲート電極6が形成される。半導体層4のゲート電極6の両側は、n+領域である高濃度不純物領域としてのソース領域7及びドレイン領域8とされる。半導体層4のゲート電極6の直下に位置するチャネル領域9と、ソース領域7及びドレイン領域8との間には、n−領域である低濃度不純物領域としてのLDD領域10が形成される。ゲート絶縁層5及びゲート電極6上には層間絶縁層11が重ねられ、層間絶縁層11に設けられたコンタクトホール12を介して半導体層4のソース領域7とソース電極13とが電気的に接続される。また、層間絶縁層11に設けられたコンタクトホール12を介して、半導体層4のドレイン領域8と電気的に接続されるドレイン電極14が形成される。   FIG. 3 shows a thin film transistor substrate 1 having a thin film transistor (TFT) 3 formed by the manufacturing method of the second embodiment. The TFT 3 includes an island-shaped semiconductor layer 4 made of polycrystalline silicon and a gate insulating layer 5 that covers the semiconductor layer 4. A gate electrode 6 is formed at a position overlapping the semiconductor layer 4 on the gate insulating layer 5. Both sides of the gate electrode 6 of the semiconductor layer 4 are a source region 7 and a drain region 8 as high concentration impurity regions which are n + regions. Between the channel region 9 located immediately below the gate electrode 6 of the semiconductor layer 4, the source region 7 and the drain region 8, an LDD region 10 as a low concentration impurity region which is an n− region is formed. An interlayer insulating layer 11 is overlaid on the gate insulating layer 5 and the gate electrode 6, and the source region 7 of the semiconductor layer 4 and the source electrode 13 are electrically connected through a contact hole 12 provided in the interlayer insulating layer 11. Is done. Further, a drain electrode 14 that is electrically connected to the drain region 8 of the semiconductor layer 4 is formed through a contact hole 12 provided in the interlayer insulating layer 11.

ゲート電極6は、Cu拡散防止層21と、Cu拡散防止層21上に設けられたCuシード層22と、Cuシード層22上に設けられたCuめっき層23とからなる3層構造を有している。   The gate electrode 6 has a three-layer structure including a Cu diffusion prevention layer 21, a Cu seed layer 22 provided on the Cu diffusion prevention layer 21, and a Cu plating layer 23 provided on the Cu seed layer 22. ing.

また、本実施形態において、ゲート電極6を構成するCu拡散防止層21及びCuシード層22の膜厚は薄く形成されている。例えばCu拡散防止層21の膜厚は20nm、Cuシード層22の膜厚は15nmとされる。   In the present embodiment, the Cu diffusion prevention layer 21 and the Cu seed layer 22 constituting the gate electrode 6 are formed thin. For example, the film thickness of the Cu diffusion prevention layer 21 is 20 nm, and the film thickness of the Cu seed layer 22 is 15 nm.

以下、前述の構造の薄膜トランジスタの製造方法の一例について、図4を参照しながら説明する。   Hereinafter, an example of a method for manufacturing the thin film transistor having the above-described structure will be described with reference to FIG.

先ず、透明なガラス基板等の絶縁基板2上に、半導体層4、ゲート絶縁層5としてのSiO層、Cu拡散防止層21及びCuシード層22を成膜する。ここまでの方法は第1の実施形態とほぼ同様であるが、本実施形態では次の不純物注入工程を考慮して、Cu拡散防止層21及びCuシード層22の膜厚を薄く形成する(例えば20nm/15nm)。Cu拡散防止層21の膜厚は10nm〜25nm、Cuシード層22の膜厚は5nm〜20nmに設定することが好ましい。Cuシード層22の成膜後、Cuシード層22の全面にレジスト32を成膜し、マスクを用いて露光し、レジスト32に開口部33を形成する。その後、無電解めっきによりCuシード層22上にCuを析出させる。この結果、レジスト32の開口部33を埋め込むように、Cuシード層22上にCuめっき層23が形成される(図4(a))。 First, a semiconductor layer 4, a SiO 2 layer as a gate insulating layer 5, a Cu diffusion preventing layer 21, and a Cu seed layer 22 are formed on an insulating substrate 2 such as a transparent glass substrate. The method so far is almost the same as that of the first embodiment, but in this embodiment, the Cu diffusion prevention layer 21 and the Cu seed layer 22 are formed thin in consideration of the next impurity implantation step (for example, 20 nm / 15 nm). The film thickness of the Cu diffusion preventing layer 21 is preferably set to 10 nm to 25 nm, and the film thickness of the Cu seed layer 22 is preferably set to 5 nm to 20 nm. After the formation of the Cu seed layer 22, a resist 32 is formed on the entire surface of the Cu seed layer 22 and exposed using a mask to form an opening 33 in the resist 32. Thereafter, Cu is deposited on the Cu seed layer 22 by electroless plating. As a result, a Cu plating layer 23 is formed on the Cu seed layer 22 so as to fill the opening 33 of the resist 32 (FIG. 4A).

次に、Cuめっき層23形成用のレジスト32を除去し、Cuめっき層23をマスクとして、不純物を半導体層4に高濃度に注入する(図4(b))。このとき、ゲート絶縁層5の他、Cu拡散防止層21及びCuシード層22を介しての半導体層4への不純物注入を達成するため、イオン注入の加速電圧を高い条件に設定する。本実施形態では、PHをドーピングガスに用いてイオンドーピング法によりリンを半導体層4に注入する際、加速電圧を80keV〜150keVに設定する。 Next, the resist 32 for forming the Cu plating layer 23 is removed, and impurities are implanted into the semiconductor layer 4 at a high concentration using the Cu plating layer 23 as a mask (FIG. 4B). At this time, in order to achieve impurity implantation into the semiconductor layer 4 through the Cu diffusion preventing layer 21 and the Cu seed layer 22 in addition to the gate insulating layer 5, the acceleration voltage for ion implantation is set to a high condition. In this embodiment, when phosphorus is injected into the semiconductor layer 4 by ion doping using PH 3 as a doping gas, the acceleration voltage is set to 80 keV to 150 keV.

不純物注入後、ウェットエッチングを行う。ウェットエッチングにより、Cuシード層22のCuめっき層23に覆われない部分が除去される。ここで、Cuシード層22及びCuめっき層23は同じ金属材料であるCuからなるため、前記ウェットエッチングによってCuめっき層23のエッチングも同時に進行し、図2(c)に示すようにCuめっき層23の一部が除去される。Cuめっき層23の端部におけるエッチング量Bを制御することにより、LDD領域10の長さを制御できる。   After the impurity implantation, wet etching is performed. By wet etching, a portion of the Cu seed layer 22 that is not covered with the Cu plating layer 23 is removed. Here, since the Cu seed layer 22 and the Cu plating layer 23 are made of Cu, which is the same metal material, the etching of the Cu plating layer 23 also proceeds simultaneously by the wet etching, as shown in FIG. 2C. A part of 23 is removed. By controlling the etching amount B at the end of the Cu plating layer 23, the length of the LDD region 10 can be controlled.

ウェットエッチング後、Cuシード層22及びCuめっき層23をマスクとしてCu拡散防止層21をドライエッチングにより除去する。これにより、Cu拡散防止層21、Cuシード層22、及びCuめっき層23の3層からなるゲート電極6が得られる。次に、ゲート電極6をマスクとして、不純物を半導体層4に低濃度に注入する。本実施形態では、PHをドーピングガスに用いてイオンドーピング法によりリンを半導体層4に注入する(ドーズ量3E13/cm、加速電圧50KeV)。ゲート電極6の直下の不純物が注入されない領域であるチャネル領域9とソース領域7及びドレイン領域8との間に、低濃度不純物領域としてのLDD領域10が形成される(図4(d))。 After the wet etching, the Cu diffusion prevention layer 21 is removed by dry etching using the Cu seed layer 22 and the Cu plating layer 23 as a mask. Thereby, the gate electrode 6 composed of three layers of the Cu diffusion preventing layer 21, the Cu seed layer 22, and the Cu plating layer 23 is obtained. Next, impurities are implanted into the semiconductor layer 4 at a low concentration using the gate electrode 6 as a mask. In the present embodiment, phosphorus is implanted into the semiconductor layer 4 by ion doping using PH 3 as a doping gas (dose amount 3E13 / cm 2 , acceleration voltage 50 KeV). An LDD region 10 as a low-concentration impurity region is formed between the channel region 9 which is a region where the impurity just under the gate electrode 6 is not implanted, and the source region 7 and the drain region 8 (FIG. 4D).

その後、通常の方法によって層間絶縁層11、コンタクトホール12、ソース電極13及びドレイン電極14を形成することにより、図3に示す構造のTFT3が形成される。   Thereafter, the interlayer insulating layer 11, the contact hole 12, the source electrode 13 and the drain electrode 14 are formed by a normal method, thereby forming the TFT 3 having the structure shown in FIG.

以上説明した第2の実施形態の製造方法によれば、レジスト32の開口部33の内側を埋め込むようにCuめっき層23を形成することによってCuめっき層23の横方向の成長が開口部33の側壁によって制限されるので、Cuめっき層23を含むゲート電極6の幅の制御性が向上し、TFT3の特性のばらつきを抑えることができる。また、ゲート電極6と重ならない位置にLDD領域10が形成されるため、駆動能力の低下を抑えることもできる。さらに、LDD領域10の長さをCuめっき層23のウェットエッチング条件によって任意に制御することができる。   According to the manufacturing method of the second embodiment described above, the Cu plating layer 23 is formed so as to embed the inside of the opening 33 of the resist 32, whereby the lateral growth of the Cu plating layer 23 is caused by the opening 33. Since it is limited by the side wall, the controllability of the width of the gate electrode 6 including the Cu plating layer 23 is improved, and variations in characteristics of the TFT 3 can be suppressed. In addition, since the LDD region 10 is formed at a position that does not overlap with the gate electrode 6, it is possible to suppress a decrease in driving capability. Furthermore, the length of the LDD region 10 can be arbitrarily controlled by the wet etching conditions of the Cu plating layer 23.

<第3の実施形態>
以下、第3の実施形態について図5及び図6を参照しながら説明する。
図5に、第3の実施形態の製造方法により形成される薄膜トランジスタ(TFT)3を有する薄膜トランジスタ基板1を示す。このTFT3は、多結晶シリコンからなる島状の半導体層4と、半導体層4を覆うゲート絶縁層5とを備える。ゲート絶縁層5上の半導体層4と重なる位置には、ゲート電極6が形成される。半導体層4のゲート電極6の両側は、n+領域である高濃度不純物領域としてのソース領域7及びドレイン領域8とされる。半導体層4のゲート電極6の直下に位置するチャネル領域9と、ソース領域7及びドレイン領域8との間には、n−領域である低濃度不純物領域としてのLDD領域10が形成される。ゲート絶縁層5及びゲート電極6上には層間絶縁層11が重ねられ、層間絶縁層11に設けられたコンタクトホール12を介して半導体層4のソース領域7とソース電極13とが電気的に接続される。また、層間絶縁層11に設けられたコンタクトホール12を介して、半導体層4のドレイン領域8と電気的に接続されるドレイン電極14が形成される。
<Third Embodiment>
Hereinafter, a third embodiment will be described with reference to FIGS. 5 and 6.
FIG. 5 shows a thin film transistor substrate 1 having a thin film transistor (TFT) 3 formed by the manufacturing method of the third embodiment. The TFT 3 includes an island-shaped semiconductor layer 4 made of polycrystalline silicon and a gate insulating layer 5 that covers the semiconductor layer 4. A gate electrode 6 is formed at a position overlapping the semiconductor layer 4 on the gate insulating layer 5. Both sides of the gate electrode 6 of the semiconductor layer 4 are a source region 7 and a drain region 8 as high concentration impurity regions which are n + regions. Between the channel region 9 located immediately below the gate electrode 6 of the semiconductor layer 4, the source region 7 and the drain region 8, an LDD region 10 as a low concentration impurity region which is an n− region is formed. An interlayer insulating layer 11 is overlaid on the gate insulating layer 5 and the gate electrode 6, and the source region 7 of the semiconductor layer 4 and the source electrode 13 are electrically connected through a contact hole 12 provided in the interlayer insulating layer 11. Is done. Further, a drain electrode 14 that is electrically connected to the drain region 8 of the semiconductor layer 4 is formed through a contact hole 12 provided in the interlayer insulating layer 11.

ゲート電極6は、Cu拡散防止層21と、Cu拡散防止層21上に設けられたCuシード層22と、Cuシード層22上に設けられたCuめっき層23とからなる3層構造を有している。本実施形態において、ゲート電極6を構成するCuめっき層23の幅は厚み方向で異なっており、上面側の幅が絶縁基板2側の幅より広くされる。すなわち、Cuめっき層23は、その上面側の端部が絶縁基板2側の端部よりも外側に張り出したようなオーバーハング形状を呈している。   The gate electrode 6 has a three-layer structure including a Cu diffusion prevention layer 21, a Cu seed layer 22 provided on the Cu diffusion prevention layer 21, and a Cu plating layer 23 provided on the Cu seed layer 22. ing. In this embodiment, the width of the Cu plating layer 23 constituting the gate electrode 6 differs in the thickness direction, and the width on the upper surface side is made wider than the width on the insulating substrate 2 side. That is, the Cu plating layer 23 has an overhang shape in which the end on the upper surface side protrudes outward from the end on the insulating substrate 2 side.

以下、前述の構造の薄膜トランジスタの製造方法の一例について、図6を参照しながら説明する。   Hereinafter, an example of a method for manufacturing the thin film transistor having the above-described structure will be described with reference to FIGS.

先ず、透明なガラス基板等の絶縁基板2上に、半導体層4、ゲート絶縁層5としてのSiO層、Cu拡散防止層21及びCuシード層22を成膜する。Cuシード層22の成膜後、Cu拡散防止層21及びCuシード層22のパターニング用のレジスト31をフォトリソグラフィにより形成する(図6(a))。 First, a semiconductor layer 4, a SiO 2 layer as a gate insulating layer 5, a Cu diffusion preventing layer 21, and a Cu seed layer 22 are formed on an insulating substrate 2 such as a transparent glass substrate. After the formation of the Cu seed layer 22, a resist 31 for patterning the Cu diffusion preventing layer 21 and the Cu seed layer 22 is formed by photolithography (FIG. 6A).

次に、レジスト31をマスクとしてCu拡散防止層21及びCuシード層22をパターニングする。具体的には、先ず、レジスト31をマスクとしたウェットエッチングによりCuシード層22を除去し、次に、レジスト31及びCuシード層22をマスクとしたドライエッチングによりCu拡散防止層21を除去する(図6(b))。この工程まで第1の実施形態と同様である。   Next, the Cu diffusion prevention layer 21 and the Cu seed layer 22 are patterned using the resist 31 as a mask. Specifically, the Cu seed layer 22 is first removed by wet etching using the resist 31 as a mask, and then the Cu diffusion prevention layer 21 is removed by dry etching using the resist 31 and the Cu seed layer 22 as a mask ( FIG. 6 (b)). This process is the same as in the first embodiment.

Cu拡散防止層21及びCuシード層22のパターニング後、Cu拡散防止層21及びCuシード層22のパターニング用のレジスト31を除去し、次に、Cuめっき層23を形成するためのレジスト32として、ポジ型レジストをゲート絶縁層5、Cu拡散防止層21及びCuシード層22を覆って全面に成膜する。成膜されたレジスト32に対し、ハーフトーンマスク34を用いて露光を行い、未露光部分のレジスト32と低露光部分のレジスト32の一部とを除去する。この結果、Cuシード層22の上面の一部が露出するように開口部33が形成される。得られる開口部33の開口幅は、深さ方向で異なっており、具体的には底面側で狭く且つ開口端側で広くされている。すなわち、レジスト32の膜厚は、低露光部分とされたゲート電極6の端部に重なる部分がその外側の未露光部分に比較して薄くされる。   After patterning the Cu diffusion preventing layer 21 and the Cu seed layer 22, the resist 31 for patterning the Cu diffusion preventing layer 21 and the Cu seed layer 22 is removed, and then as a resist 32 for forming the Cu plating layer 23, A positive resist is formed over the entire surface covering the gate insulating layer 5, the Cu diffusion preventing layer 21 and the Cu seed layer 22. The formed resist 32 is exposed using a halftone mask 34 to remove the unexposed portion of the resist 32 and the low-exposed portion of the resist 32. As a result, the opening 33 is formed so that a part of the upper surface of the Cu seed layer 22 is exposed. The opening width of the obtained opening 33 is different in the depth direction, specifically, it is narrow on the bottom side and wide on the opening end side. In other words, the film thickness of the resist 32 is made thinner at the portion that overlaps the end portion of the gate electrode 6 that is the low-exposed portion than at the outer unexposed portion.

レジスト32に開口部33を形成した後、無電解めっきによりCuシード層22上にCuを析出させる。この結果、Cuシード層22上にオーバーハング形状を呈するCuめっき層23が形成される(図6(c))。   After the opening 33 is formed in the resist 32, Cu is deposited on the Cu seed layer 22 by electroless plating. As a result, a Cu plating layer 23 having an overhang shape is formed on the Cu seed layer 22 (FIG. 6C).

レジスト32の開口部33をCuめっき層23で埋め込んだ後、Cuめっき層23形成用のレジスト32を除去する。これにより、Cu拡散防止層21、Cuシード層22及びCuめっき層23の3層からなるゲート電極6が得られる(図6(d))。   After the opening 33 of the resist 32 is filled with the Cu plating layer 23, the resist 32 for forming the Cu plating layer 23 is removed. Thereby, the gate electrode 6 composed of three layers of the Cu diffusion preventing layer 21, the Cu seed layer 22, and the Cu plating layer 23 is obtained (FIG. 6D).

次に、ゲート電極6をマスクとして、不純物を半導体層4に高濃度に注入する(ドーズ量1.5E15/cm、加速電圧50KeV)。このとき、Cuめっき層23がオーバーハング形状を呈するため、半導体層4のCuめっき層23が張り出している箇所の真下に位置する部分においては、その外側に比較して不純物が低濃度で注入される。その結果、高濃度不純物領域としてのソース領域7及びドレイン領域8と、低濃度不純物領域としてのLDD領域10とが同時に形成される(図6(e))。 Next, using the gate electrode 6 as a mask, impurities are implanted into the semiconductor layer 4 at a high concentration (dose amount 1.5E15 / cm 2 , acceleration voltage 50 KeV). At this time, since the Cu plating layer 23 has an overhang shape, impurities are implanted at a lower concentration in the portion of the semiconductor layer 4 that is located directly below the portion where the Cu plating layer 23 projects. The As a result, the source region 7 and the drain region 8 as the high concentration impurity region and the LDD region 10 as the low concentration impurity region are simultaneously formed (FIG. 6E).

その後、通常の方法によって層間絶縁層11、コンタクトホール12、ソース電極13及びドレイン電極14を形成することにより、図5に示す構造のTFT3が形成される。   Thereafter, the interlayer insulating layer 11, the contact hole 12, the source electrode 13 and the drain electrode 14 are formed by a normal method, thereby forming the TFT 3 having the structure shown in FIG.

以上説明した第3の実施形態の製造方法によれば、レジスト32の開口部33の内側を埋め込むようにCuめっき層23を形成することによってCuめっき層23の横方向の成長が開口部33の側壁により制限されるので、Cuめっき層23を含むゲート電極6の幅の制御性が向上し、TFT3の特性のばらつきを抑えることができる。また、ゲート電極6の電界の影響の弱い位置にLDD領域10が形成されるため、駆動能力の低下を抑えることもできる。さらに、本実施形態によれば、1回の不純物注入処理でLDD構造を形成することができる。   According to the manufacturing method of the third embodiment described above, the Cu plating layer 23 is formed so as to embed the inside of the opening 33 of the resist 32, so that the lateral growth of the Cu plating layer 23 is caused by the opening 33. Since it is limited by the side wall, the controllability of the width of the gate electrode 6 including the Cu plating layer 23 is improved, and variations in characteristics of the TFT 3 can be suppressed. Further, since the LDD region 10 is formed at a position where the influence of the electric field of the gate electrode 6 is weak, it is possible to suppress a decrease in driving capability. Furthermore, according to this embodiment, an LDD structure can be formed by a single impurity implantation process.

なお、前述の第1の実施形態〜第3の実施形態においては、金属シード層及び金属めっき層の材料としてCuを用いる場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されることなく、例えばCu合金等の他の金属を用いることも可能である。   In the first to third embodiments, the case where Cu is used as the material of the metal seed layer and the metal plating layer has been described as an example. However, the present invention is limited to this. For example, other metals such as a Cu alloy may be used.

第1の実施形態を適用して製造されるTFTの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of TFT manufactured by applying 1st Embodiment. (a)〜(e)は、第1の実施形態の製造方法の一例を説明するための断面図である。(A)-(e) is sectional drawing for demonstrating an example of the manufacturing method of 1st Embodiment. 第2の実施形態を適用して製造されるTFTの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of TFT manufactured by applying 2nd Embodiment. (a)〜(d)は、第2の実施形態の製造方法の一例を説明するための断面図である。(A)-(d) is sectional drawing for demonstrating an example of the manufacturing method of 2nd Embodiment. 第3の実施形態を適用して製造されるTFTの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of TFT manufactured by applying 3rd Embodiment. (a)〜(e)は、第3の実施形態の製造方法の一例を説明するための断面図である。(A)-(e) is sectional drawing for demonstrating an example of the manufacturing method of 3rd Embodiment. (a)〜(c)は、従来の製造方法の一例を説明するための断面図である。(A)-(c) is sectional drawing for demonstrating an example of the conventional manufacturing method. (a)〜(c)は、従来の製造方法の他の例を説明するための断面図である。(A)-(c) is sectional drawing for demonstrating the other example of the conventional manufacturing method.

符号の説明Explanation of symbols

1 TFT基板、2 絶縁基板、3 TFT、4 半導体層、5 ゲート絶縁層、6 ゲート電極、7 ソース領域、8 ドレイン領域、9 チャネル領域、10 LDD領域、11 層間絶縁層、12 コンタクトホール、13 ソース電極、14 ドレイン電極
21 Cu拡散防止層、22 Cuシード層、23 Cuめっき層、31 Cu拡散防止層及びCuシード層パターニング用レジスト、32 Cuめっき層形成用レジスト、33 開口部、34 ハーフトーンマスク
1 TFT substrate, 2 insulating substrate, 3 TFT, 4 semiconductor layer, 5 gate insulating layer, 6 gate electrode, 7 source region, 8 drain region, 9 channel region, 10 LDD region, 11 interlayer insulating layer, 12 contact hole, 13 Source electrode, 14 Drain electrode 21 Cu diffusion prevention layer, 22 Cu seed layer, 23 Cu plating layer, 31 Cu diffusion prevention layer and Cu seed layer patterning resist, 32 Cu plating layer formation resist, 33 opening, 34 halftone mask

Claims (4)

半導体層を覆うゲート絶縁層上に金属拡散防止層を形成する工程と、
前記金属拡散防止層上に金属シード層を形成する工程と、
前記金属拡散防止層及び前記金属シード層をパターニングする工程と、
パターニングされた前記金属拡散防止層及び前記金属シード層をマスクとして、前記半導体層に不純物を高濃度に注入する工程と、
前記ゲート絶縁層、前記金属拡散防止層及び前記金属シード層を覆ってレジストを成膜した後、前記レジストを露光することにより、前記金属シード層の上面の一部が露出するような開口部を前記レジストに形成する工程と、
前記レジストの開口部の底面に露出した前記金属シード層上に無電解めっきにより金属めっき層を形成する工程と、
前記レジストを除去した後、前記金属めっき層をマスクとして前記金属拡散防止層及び前記金属シード層をパターニングし、前記金属拡散防止層、前記金属シード層及び前記金属めっき層の3層からなるゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極をマスクとして、前記半導体層に不純物を低濃度に注入する工程とを有することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
Forming a metal diffusion prevention layer on the gate insulating layer covering the semiconductor layer;
Forming a metal seed layer on the metal diffusion barrier layer;
Patterning the metal diffusion prevention layer and the metal seed layer;
Using the patterned metal diffusion prevention layer and the metal seed layer as a mask, implanting impurities into the semiconductor layer at a high concentration;
After forming a resist film covering the gate insulating layer, the metal diffusion prevention layer, and the metal seed layer, the resist is exposed to form an opening that exposes a part of the upper surface of the metal seed layer. Forming the resist;
Forming a metal plating layer by electroless plating on the metal seed layer exposed at the bottom of the opening of the resist;
After removing the resist, the metal diffusion prevention layer and the metal seed layer are patterned using the metal plating layer as a mask, and a gate electrode comprising three layers of the metal diffusion prevention layer, the metal seed layer, and the metal plating layer Forming a step;
And a step of implanting impurities into the semiconductor layer at a low concentration using the gate electrode as a mask.
前記金属シード層の上面の一部が露出するような開口部を前記レジストに形成する工程において、前記レジストとしてネガ型のレジストを用いるとともに、前記金属拡散防止層及び前記金属シード層をマスクとして裏面側から露光を行うことを特徴とする請求項1記載の薄膜トランジスタの製造方法。   In the step of forming an opening in the resist such that a part of the upper surface of the metal seed layer is exposed, a negative resist is used as the resist, and the back surface is formed using the metal diffusion prevention layer and the metal seed layer as a mask. 2. The method of manufacturing a thin film transistor according to claim 1, wherein exposure is performed from the side. 半導体層を覆うゲート絶縁層上に金属拡散防止層を形成する工程と、
前記金属拡散防止層上に金属シード層を形成する工程と、
前記金属シード層上にレジストを成膜した後、前記レジストを露光することにより、前記金属シード層の上面の一部が露出するような開口部を前記レジストに形成する工程と、
前記レジストの開口部の底面に露出した前記金属シード層上に無電解めっきにより金属めっき層を形成する工程と、
前記レジストを除去した後、前記金属めっき層をマスクとして前記半導体層に不純物を高濃度に注入する工程と、
ウェットエッチングにより、前記金属シード層の前記金属めっき層に覆われない部分を除去するとともに、前記金属めっき層の一部を除去する工程と、
ウェットエッチングされた前記金属めっき層及び前記金属シード層をマスクとして、前記金属拡散防止層をドライエッチングにより除去し、前記金属拡散防止層、前記金属シード層及び前記金属めっき層の3層からなるゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極をマスクとして、前記半導体層に不純物を低濃度に注入する工程とを有することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
Forming a metal diffusion prevention layer on the gate insulating layer covering the semiconductor layer;
Forming a metal seed layer on the metal diffusion barrier layer;
Forming a resist opening on the resist so that a part of the upper surface of the metal seed layer is exposed by exposing the resist after depositing a resist on the metal seed layer;
Forming a metal plating layer by electroless plating on the metal seed layer exposed at the bottom of the opening of the resist;
After removing the resist, a step of implanting impurities in the semiconductor layer at a high concentration using the metal plating layer as a mask;
Removing a portion of the metal seed layer not covered with the metal plating layer by wet etching, and removing a part of the metal plating layer;
Using the metal plating layer and the metal seed layer that have been wet etched as a mask, the metal diffusion prevention layer is removed by dry etching, and the gate comprises three layers, the metal diffusion prevention layer, the metal seed layer, and the metal plating layer. Forming an electrode;
And a step of implanting impurities into the semiconductor layer at a low concentration using the gate electrode as a mask.
半導体層を覆うゲート絶縁層上に金属拡散防止層を形成する工程と、
前記金属拡散防止層上に金属シード層を形成する工程と、
前記金属拡散防止層及び前記金属シード層をパターニングする工程と、
前記ゲート絶縁層、前記金属拡散防止層及び前記金属シード層を覆ってレジストを成膜した後、前記レジストをハーフトーンマスクを用いて露光することにより、前記金属シード層の上面の一部が露出し、且つ、開口端側より底面側の開口幅が狭い開口部を前記レジストに形成する工程と、
前記レジストの開口部の底面に露出した前記金属シード層上に無電解めっきにより金属めっき層を形成し、前記金属拡散防止層、前記金属シード層及び前記金属めっき層の3層からなるゲート電極を形成する工程と、
前記レジストを除去した後、前記ゲート電極をマスクとして、前記半導体層に不純物を注入する工程とを有することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
Forming a metal diffusion prevention layer on the gate insulating layer covering the semiconductor layer;
Forming a metal seed layer on the metal diffusion barrier layer;
Patterning the metal diffusion prevention layer and the metal seed layer;
A resist is formed to cover the gate insulating layer, the metal diffusion prevention layer, and the metal seed layer, and then the resist is exposed using a halftone mask to expose a part of the upper surface of the metal seed layer. And forming an opening in the resist in which the opening width on the bottom side is narrower than the opening end side;
A metal plating layer is formed by electroless plating on the metal seed layer exposed on the bottom surface of the opening of the resist, and a gate electrode including three layers of the metal diffusion prevention layer, the metal seed layer, and the metal plating layer is formed. Forming, and
And a step of injecting impurities into the semiconductor layer using the gate electrode as a mask after removing the resist.
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