JP3429440B2

JP3429440B2 - 半導体装置およびその製造方法

Info

Publication number: JP3429440B2
Application number: JP29211097A
Authority: JP
Inventors: 尚史斉藤
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1997-10-24
Filing date: 1997-10-24
Publication date: 2003-07-22
Anticipated expiration: 2017-10-24
Also published as: JPH11125831A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はアクティブマトリク
ス型液晶表示装置などに用いられる薄膜トランジスタな
どの半導体装置に関するものであり、特に絶縁膜を介し
て上下間の電極の接続を良好に行うための電極構造を有
する半導体装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＩＣやＬＳＩなどに代表される半
導体装置や、これらの半導体装置を組み込んだ電子機器
あるいは家庭電化製品などが開発され、市場で大量に販
売されている。現在ではテレビ受像機は勿論のこと、Ｖ
ＴＲやパーソナルコンピュータなども広く一般に普及し
ており、さほど珍しいものではなくなっている。中で
も、薄型で軽量かつ低消費電力であるという利点を有す
るディスプレイとして液晶表示装置が注目を集めてい
る。特に各画素毎に薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと
称する。）などのスイッチング素子を設け、これにより
各画素を制御するようにしたアクティブマトリクス型の
液晶表示装置が解像度に優れ、鮮明な画像が得られるな
どの理由から注目されている。以下、ＴＦＴあるいはア
クティブマトリクス型液晶表示装置を半導体素子や半導
体装置を組み込んだ電子機器の代表例として説明する。

【０００３】従来のアクティブ素子としては非晶質シリ
コン薄膜を用いたＴＦＴが知られており、このＴＦＴを
搭載したアクティブマトリクス型液晶表示装置が数多く
商品化されている。現在、この非晶質シリコン薄膜を用
いたＴＦＴに代わるアクティブ素子として、画素電極を
駆動させるための画素用ＴＦＴとその画素駆動用ＴＦＴ
を駆動させるための駆動回路とを一つの基板上に一体形
成することができる可能性の有る多結晶シリコン薄膜を
用いたＴＦＴを形成する技術に大きな期待が寄せられて
いる。

【０００４】多結晶シリコン薄膜は、従来のＴＦＴに用
いられている非晶質シリコン薄膜に比べて高移動度を有
しており、高性能なＴＦＴを形成することが可能となっ
ている。画素駆動用ＴＦＴを駆動させるための駆動回路
を一つの安価なガラス基板上に一体形成することが実現
されると、従来に比べて製造コストが大幅に低減される
ことになる。

【０００５】このような多結晶シリコンＴＦＴの活性層
となる多結晶シリコン薄膜をガラス基板上に作成する技
術としては、ガラス基板上に非晶質シリコン薄膜を堆積
した後に６００℃程度の温度で数時間〜数十時間熱処理
して結晶化させる固相成長法や、エキシマレーザーなど
のパルスレーザー光を照射し、その部分の非晶質シリコ
ン薄膜を瞬時に熔融させて再結晶化させるレーザー結晶
化法などの方法が提案されている。

【０００６】このアクティブマトリクス型液晶表示装置
には、画素電極にＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘ
ｉｄｅ）などの透明導電性薄膜を用いた透過型液晶表示
装置と、画素電極に金属などの反射電極を用いた反射型
液晶表示装置とがある。本来、液晶表示装置は自発光型
のディスプレイではないため、透過型液晶表示装置の場
合には、液晶表示装置の背後に照明装置、所謂バックラ
イトを配置して、そこから入射される光によって表示を
行っている。また、反射型液晶表示装置の場合には、外
部からの入射光を反射電極によって反射させることによ
って表示を行っている。

【０００７】反射型液晶表示装置の場合は、バックライ
トを使用しないため消費電力が極めて小さいが、使用環
境あるいは使用条件、即ち周囲の明るさなどによって表
示の明るさやコントラストが左右されてしまうという問
題を有している。

【０００８】一方、透過型液晶表示装置の場合は、上述
のようにバックライトを用いて表示を行うため消費電力
は大きくなるものの、周囲の明るさなどにさほど影響さ
れることなく、明るくて高いコントラストを有する表示
を行うことができるという利点を有している。

【０００９】ところで、上述のようなＩＴＯなどの透明
導電性薄膜あるいは金属などからなる画素電極は、ＴＦ
Ｔのドレイン電極に接続され、隣接するゲート配線やソ
ース配線と短絡しないように、これらと一定の間隔を有
するように形成されている。近年では画素電極の有効面
積を拡大するために、図１３に示すようなＴＦＴ上を含
む基板５１上全面に、ポリイミド樹脂やアクリル樹脂か
らなる層間絶縁膜５８を形成し、該層間絶縁膜５８に開
口したコンタクトホール６３を介してＴＦＴのドレイン
電極６１と層間絶縁膜５８上に形成された画素電極６４
とを接続する保護膜上画素電極構造（以下、ピクセル・
オン・パッシ構造と呼ぶ）が提案されている。

【００１０】この方法によると、画素電極６４はポリイ
ミド樹脂やアクリル樹脂からなる層間絶縁膜５８によっ
て、ゲート配線やソース配線と絶縁されることになるた
め、画素電極６４の端部をゲート配線やソース配線の上
方に重ねて配置することが可能となり、このことによ
り、画素電極６４の有効面積、即ち開口率を拡大するこ
とができるようになっている。更に、ポリイミド樹脂や
アクリル樹脂からなる層間絶縁膜５８は、ＴＦＴやゲー
ト配線、ソース配線に起因する段差を容易に平坦化する
ことができるため、液晶層７０の配向乱れを極めて少な
くするという効果も有している。

【００１１】しかしながら上述の方法では、ＴＦＴやゲ
ート配線、ソース配線に起因する段差を平坦化するため
に、ポリイミド樹脂やアクリル樹脂からなる層間絶縁膜
５８を１μｍ以上、例えば２μｍ〜４μｍの厚みに堆積
させる必要がある。そのため、画素電極６４とＴＦＴの
ドレイン電極６１とを接続するために開口するコンタク
トホール６３による段差が大きなものとなり、画素電極
６４とＴＦＴのドレイン電極６１との接続が良好に行わ
れない場合もしばしば発生してしまう。

【００１２】また、樹脂による層間絶縁膜５８を堆積す
ることによって、ＴＦＴやゲート配線、ソース配線に起
因する段差は低減されるものの、コンタクトホール６３
に起因する段差が画素電極６４の表面にも反映され、画
素電極６４の一部の領域に大きな段差が生じてしまい、
そこで液晶層７０の配向の乱れが発生して表示品位の低
下を引き起こすという問題も発生してしまう。

【００１３】そこで従来は、図１４に示すように、例え
ば特開平４−２２０６２５号公報に示されているよう
に、コンタクトホール６３部分に樹脂からなる層間絶縁
膜５８の表面とほぼ同じ高さとなる金属などの導電体７
１を設ける方法が提案されている。この製造方法は、Ｔ
ＦＴのドレイン電極６１上に金属などからなる導電体７
１を形成し、ＴＦＴなどの段差を平坦化する層間絶縁膜
５８を堆積させた後、導電体７１の表面が露出するよう
に層間絶縁膜５８をエッチングして、画素電極６４を接
続するというものである。

【００１４】また、特公平１−３５３５１号公報、特開
平１−６８７２７号公報あるいは特開平４−３０５６２
７号公報に示されるように、ＴＦＴのドレイン電極６１
と画素電極６４との間、即ちコンタクトホール６３部分
にメッキなどの導電体７１を電気化学的方法によって形
成し、そこに画素電極６４を接続するというような製造
方法も提案されている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】上述したような基板表
面の形状は、液晶層の配向に乱れを生じさせる大きな要
因となっている。これは、基板表面に凹凸が存在すると
その部分で液晶層の配向に乱れが生じるためである。最
近では上述した図１３のように、ピクセル・オン・パッ
シ構造によって、ＴＦＴ、ゲート配線やソース配線によ
る段差が緩和され、平坦化膜が形成された時点では基板
表面には殆ど凹凸が存在していない。

【００１６】しかし、その後に画素電極を形成するた
め、画素電極の膜厚分の段差および画素電極とＴＦＴの
ドレイン電極とを接続するためのコンタクトホールによ
る窪みが形成されている。画素電極の膜厚分の段差はせ
いぜい数千Å程度であるが、コンタクトホールによる窪
みは数μｍであり、画素電極の膜厚分の段差とは比較に
ならない程大きなものとなっている。

【００１７】また、ＴＦＴのドレイン電極と画素電極と
の接続を良好なものとするためには、コンタクトホール
をテーパー形状に加工して傾斜を持たせるようにすれば
よいが、ＴＦＴの微細化に伴いコンタクトホールの寸法
も微細化していることから、極端なテーパー形状加工が
行えない状況にある。つまり、極端なテーパー形状に加
工してしまうとコンタクトホールの寸法が大きくなって
しまうからである。コンタクトホールの寸法を大きくし
てしまうと、上述したようにコンタクトホールに起因す
る段差が画素電極の表面に反映され、画素電極の一部の
領域に大きな段差が生じ、その段差で液晶層の配向の乱
れが発生して、表示品位の低下を引き起こす大きな要因
になる。

【００１８】特に、画素電極のサイズが微細な場合にこ
の影響は顕著となる。例えば、画素電極のサイズが２５
μｍ角でありコンタクトホールの寸法が５μｍ角であっ
たとすると画素電極の面積に占めるコンタクトホールの
割合は４％となる。しかしながら、コンタクトホールの
開口工程ではエッチングによる寸法シフトが発生しやす
く、仮に完成時にコンタクトホールの寸法が１０μｍ角
になってしまったとするとコンタクトホールの占める割
合は１６％にまで達してしまうことになる。このような
状況下では、ＴＦＴのドレイン電極と画素電極との良好
な接続を維持しつつコンタクトホールの段差に起因する
不都合を解消することは容易なことではない。

【００１９】上述したような従来の方法は、このような
問題点を解決するための方法として提案されたものであ
り、特開平４−２２０６２５号公報に示されている従来
の方法では、ＴＦＴのドレイン電極上に金属などからな
る導電体を形成し、ＴＦＴなどの段差を平坦化する膜を
堆積させた後、導電体の表面を露出させるようにして、
その部分に画素電極を接続するというような構成が開示
されている。そのため画素電極の表面は平坦な状態とな
り、コンタクトホールの段差に起因する液晶層の配向の
乱れや画素電極とＴＦＴのドレイン電極との接続不良を
低減することができると考えられる。

【００２０】しかしながらこの方法では、コンタクトホ
ール部分にポリイミド樹脂やアクリル樹脂からなる層間
絶縁膜の膜厚と同程度の膜厚、即ち２μｍ〜４μｍの膜
厚を有する柱状の金属などからなる導電体を形成する必
要がある。このような導電体を形成するためには、通常
スパッタリング法あるいはプラズマＣＶＤ法によって導
電体を成膜すると考えられるが、その際、膜厚が厚いた
めに成膜に長時間を要したり、成膜途中や成膜後に膜剥
がれが生じたりすることが考えられる。また、仮に正常
に成膜が完了したとしても、これをエッチングして柱状
にパターニングするにはさらに長時間のエッチングを要
することとなり、このような方法は容易なことではな
い。

【００２１】一方、特公平１−３５３５１号公報、特開
平１−６８７２７号公報あるいは特開平４−３０５６２
７号公報などに示されている従来の方法には、ＴＦＴの
ドレイン電極と画素電極との間、即ちコンタクトホール
の部分に、メッキなどの電気化学的方法によって導電体
を形成し、そこに画素電極を接続するというような構成
が開示されている。これらによるとドレイン電極と画素
電極とを繋ぐ導電体は、コンタクトホールの部分に自己
整合的に形成されるため、導電体を形成するためのフォ
トリソ工程が不要となり、更には導電体に接続される画
素電極の表面、特にコンタクトホールによる段差を解消
することが可能となっている。

【００２２】しかしながらこの方法では、メッキなどの
電気化学的方法によって形成された導電体とドレイン電
極との密着性が必ずしも良好なものになるとは限らな
い。ドレイン電極を構成する金属材料によっては、その
表面に酸化膜などが形成され易すいものがある。一般
に、ＴＦＴの電極や配線材料として広く利用されている
ＡｌやＴｉなどがこれに該当する。金属材料の表面に酸
化膜などが形成されると十分な膜厚のメッキ層が得られ
ないばかりでなく、密着性も良好なものにはならない。
このような金属材料に対しては、事前に各種の表面処理
を施すなどの複雑な工程が必要であり、かなりのノウハ
ウが要求される。

【００２３】また、コンタクトホールのような孔にメッ
キ層を充填する場合には、コンタクトホールが開口され
た絶縁膜の表面とメッキ層の表面とが必ずしも一致しな
い状況が生じることも考えられる。即ち、図１５（ａ）
（ｂ）に示されるように、メッキ層７１の表面が絶縁膜
５８の表面の位置に達しない場合や、逆に絶縁膜５８の
表面よりも突出する場合などが考えられる。図１５
（ａ）（ｂ）は、その様子を拡大して示したものであ
る。上述したピクセル・オン・パッシ構造のように、２
μｍ程度の膜厚を有する樹脂絶縁膜５８に開口されたコ
ンタクトホール６３にメッキ層７１を充填しようとした
場合、非常に時間をかけてメッキ層７１を形成する場合
は別にして、製造工程のスループットを考慮して仮に１
分程度の時間でメッキ層７１を形成する場合を想定する
と、メッキ工程の時間が僅か１０秒変動しただけで３０
００Å以上の膜厚の増減が生じてしまい、樹脂絶縁膜５
８の膜厚が変動することも考慮すると最悪の場合０．５
μｍ程度、あるいはそれ以上の凹部あるいは凸部を発生
させてしまうことになる。図１５（ａ）（ｂ）中におい
て円で囲まれた領域は、上述したような理由により段差
が発生した部分を示している。結果として当初の２μｍ
程度の段差は幾分緩和されてはいるものの、後に形成さ
れる画素電極６４などの膜厚（１０００Å〜数千Å）を
考えると依然として段差部分での断線発生の懸念は完全
には解消されていないままである。

【００２４】本発明は上述したような従来の問題点に鑑
みなされたものであり、薄膜トランジスタなどの半導体
素子を配置した半導体装置において、下部電極に電気的
に接続するように形成された上部電極上を含む絶縁膜に
開口されたコンタクトホール領域に導電性物質を充填す
ることにより、該コンタクトホールに起因する段差によ
り発生する電極の断線を抑制し、電極間の安定した接続
を得ることを目的としている。

【００２５】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の半導体装置は、下部電極と、該下部電極上に形成され
た絶縁膜と、該絶縁膜上に形成されるとともに、該絶縁
膜に開口されたコンタクトホールを介して該下部電極と
接続される上部電極とを有する半導体装置において、前
記下部電極に接続される上部電極上を含む前記コンタク
トホール領域には、導電性物質が充填されていることを
特徴としており、そのことにより、上記目的が達成され
る。

【００２６】また、本発明の請求項２に記載の半導体装
置は、前記下部電極に接続される上部電極上を含む前記
コンタクトホール領域には、導電性物質と該導電性物質
上に形成された平坦表面を形成する物質とが充填されて
いることを特徴としており、そのことにより、上記目的
が達成される。

【００２７】このとき、前記導電性物質は金属薄膜であ
ってもよい。

【００２８】また、このとき、前記導電性物質は導電性
を有する樹脂膜であってもよい。

【００２９】さらに、このとき、前記平坦表面を形成す
る物質は導電性あるいは絶縁性を有する樹脂膜であって
もよい。

【００３０】本発明の請求項６に記載の半導体装置の製
造方法は、下部電極と、該下部電極上に形成された絶縁
膜と、該絶縁膜上に形成されるとともに、該絶縁膜に開
口されたコンタクトホールを介して該下部電極と接続さ
れる上部電極とを有する半導体装置の製造方法におい
て、前記下部電極上に形成された絶縁膜に、前記コンタ
クトホールを開口する工程と、前記コンタクトホールを
含む絶縁膜上に前記上部電極を形成し、該コンタクトホ
ールを介して該上部電極と前記下部電極とを接続する工
程と、前記上部電極上を含む前記コンタクトホール領域
に、導電性物質を充填する工程と、を有することを特徴
としており、そのことにより、上記目的が達成される。

【００３１】また、本発明の請求項７に記載の半導体装
置の製造方法は、下部電極と、該下部電極上に形成され
た絶縁膜と、該絶縁膜上に形成されるとともに、該絶縁
膜に開口されたコンタクトホールを介して該下部電極と
接続される上部電極とを有する半導体装置の製造方法に
おいて、前記下部電極上に形成された絶縁膜に、前記コ
ンタクトホールを開口する工程と、前記コンタクトホー
ルを含む絶縁膜上に前記上部電極を形成し、該コンタク
トホールを介して該上部電極と前記下部電極とを接続す
る工程と、前記上部電極上を含む前記コンタクトホール
領域に、前記絶縁膜上に形成された上部電極の表面より
も突出しない程度に導電性物質を形成する工程と、前記
コンタクトホール領域に形成された導電性物質上に、前
記絶縁膜上に形成された上部電極の表面と概略一致する
程度まで薄膜層を形成する工程と、を有することを特徴
としており、そのことにより、上記目的が達成される。

【００３２】このとき、前記導電性物質の形成工程は、
メッキ法によって行われるようにしてもよい。

【００３３】また、このとき、前記導電性物質の形成工
程は、導電性を有する樹脂を塗布することによって行わ
れるようにしてもよい。

【００３４】このように、本発明では下部電極に接続さ
れる上部電極上を含む前記コンタクトホール領域に導電
性物質が充填されていることにより、特に断線が発生し
易すい箇所であるコンタクトホールの底面に近い部分に
も導電性物質が充填されていることとなり、上部電極の
断線が防止され、上部電極と下部電極との接続が確実な
ものとなる。

【００３５】また、下部電極に接続される上部電極上を
含むコンタクトホール領域に、導電性物質と該導電性物
質上に形成された平坦表面を形成する物質とが充填され
ていることにより、特に断線が発生し易すい箇所である
コンタクトホールの底面に近い部分に導電性物質が充填
されていることとなり、上部電極の断線が防止され、上
部電極と下部電極との接続が確実なものとなる。さら
に、導電性物質上に平坦表面を形成する物質が充填され
ているため、同時にコンタクトホールの表面平坦性を向
上させることができる。

【００３６】また、導電性物質として金属薄膜を用いる
ことにより、上部電極と下部電極との接続をより一層確
実に行うことが可能となる。

【００３７】また、導電性物質として導電性を有する樹
脂膜を用いることにより、上部電極とコンタクトホール
表面との平坦性をより一層向上させることが可能とな
る。

【００３８】また、平坦表面を形成する物質として導電
性あるいは絶縁性を有する樹脂膜を用いることにより、
特に断線が発生し易すいコンタクトホールの底面に近い
部分に導電性物質を充填して良好な導通を確保するとと
もに、上部電極の表面の平坦性をより一層向上させるこ
とが可能となり、平坦表面を形成する物質を導電性にし
た場合には、その部分に電極を接続したり、反対に絶縁
性にした場合には、その部分に他の配線を配設すること
が容易に行えるようになる。

【００３９】また、導電性物質の形成工程をメッキ法で
行うことにより、抵抗の低い金属材料をコンタクトホー
ル領域に容易に充填することが可能となる。

【００４０】また、導電性物質の形成工程を導電性を有
する樹脂を塗布することで行うことにより、上部電極の
表面の平坦性をより一層向上させることが可能となる。

【００４１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて説明する。図１は本発明のＴＦＴを示
した断面図であり、図２はその平面図である。なお、図
１は図２中のＡ−Ａ′線の部分における断面を示してい
る。

【００４２】本発明におけるアクティブ素子としてのＴ
ＦＴは、図１に示すように、概ね次のような構成となっ
ている。ガラスなどの絶縁性基板１上にＳｉＯ₂膜など
からなるベースコート膜２が堆積され、その上にシリコ
ン薄膜からなるＴＦＴの活性層３が所定の形状に形成さ
れており、該活性層３上にはＳｉＯ₂膜などの絶縁膜が
堆積されてゲート絶縁膜４が形成されている。この活性
層３上には該ゲート絶縁膜４を挟んでＡｌなどの金属材
料からなるゲート電極５が所定の形状に形成されてい
る。

【００４３】ここで、この活性層３には不純物イオンが
注入されたソース領域およびドレイン領域６とゲート電
極５の下方の領域に不純物イオンが注入されていないチ
ャネル領域７とが形成され、その後、全面に絶縁膜を堆
積して層間絶縁膜８が形成される。このソース領域およ
びドレイン領域６の上方の層間絶縁膜８およびゲート絶
縁膜４にはコンタクトホール９が開口されており、Ａｌ
などの金属材料からなるソース電極１０およびドレイン
電極１１が形成されてソース領域およびドレイン領域６
にそれぞれ接続されている。

【００４４】この後、全面にポリイミド樹脂やアクリル
樹脂などを塗布して平坦化膜１２を形成する。そして、
この平坦化膜１２にコンタクトホール１３を開口し、ド
レイン電極１１に電気的に接続されるようにＡｌなどの
金属あるいはＩＴＯなどの透明導電性薄膜を堆積させ、
所定の形状にパターニングして上部電極１４を形成す
る。

【００４５】次に、上述したコンタクトホール１３部分
にメッキ法あるいは導電性樹脂膜によって導電層１５を
形成する。

【００４６】本発明によると、ＴＦＴのドレイン電極１
１にコンタクトホール１３を介して上部電極１４を電気
的に接続し、その後、導電層１５によってコンタクトホ
ールに起因する凹状の窪み部分を充填するような構成と
しているため、最上層の表面が平坦なものとなってい
る。従って、本発明におけるＴＦＴを液晶表示装置に適
用した場合には、上部電極１４である画素電極の表面に
液晶分子の配向を乱すような凹凸を生じさせることがな
くなる。

【００４７】また、本発明では、仮にＴＦＴのドレイン
電極１１と上部電極１４とがコンタクトホール１３内の
何れかの部分において断線していたとしても、コンタク
トホール１３内に導電層１５を形成しているため、断線
箇所を接続することが可能となる。

【００４８】さらに、本発明においては、導電層１５を
形成する際に、導電性樹脂膜を用いる場合には塗布装置
を、メッキ法を用いる場合にはメッキ工程用設備を設置
する以外に特殊な装置や複雑な前処理を必要とすること
がなく、導電層１５の形成工程以外は、従来のアクティ
ブマトリクス型液晶表示装置やＴＦＴを製造するために
用いられている成膜方法やエッチング方法により簡便に
製造することが可能である。

【００４９】（実施の形態１）以下に、図面を用いて本
発明の実施の形態１における製造方法の詳細について説
明する。図３〜図４は、本実施の形態１におけるＴＦＴ
の製造工程を示した断面図である。

【００５０】図３（ａ）に示すように、ガラス基板など
の絶縁性基板１上にＴＦＴを周知の方法によって作成す
る。作成方法は概ね以下の通りである。

【００５１】まず、ガラス基板１上にＳｉＯ₂膜などか
らなるベースコート膜２をスパッタリング法やプラズマ
ＣＶＤ法によって堆積させる。次に、多結晶シリコン薄
膜や非晶質シリコン薄膜などを例えば３０ｎｍ〜５０ｎ
ｍ程度の膜厚に堆積し、堆積された膜が非晶質シリコン
薄膜の場合は上方からレーザー光が照射して多結晶化す
る。多結晶化されたシリコン薄膜は所定の形状にパター
ニングされＴＦＴの活性層３となる。

【００５２】次いで、活性層３上にＳｉＯ₂膜などの絶
縁膜が堆積されゲート絶縁膜４が形成され、該活性層３
上にはゲート絶縁膜４を介してＡｌなどの金属材料から
なるゲート電極５が所定の形状に形成される。

【００５３】次いで、活性層３にはゲート電極５をマス
クとして不純物イオンが注入され、その後注入した不純
物イオンを活性化するための加熱処理が施されてソース
領域およびドレイン領域６が形成される。このときゲー
ト電極５の下方の領域には不純物イオンが注入されてい
ないチャネル領域７が形成される。

【００５４】その後、全面にＳｉＯ₂やＳｉＮ_x膜などが
堆積されて層間絶縁膜８が形成される。最後にソース領
域およびドレイン領域６の上方に位置する層間絶縁膜８
およびゲート絶縁膜４にコンタクトホール９を開口した
後、Ａｌなどの金属材料からなるソース電極１０および
ドレイン電極１１を形成し、該ソース電極１０およびド
レイン電極１１がソース領域およびドレイン領域６に接
続される。本実施の形態１におけるＴＦＴは、このよう
にして製造される。

【００５５】本実施の形態１では、多結晶シリコン薄膜
を活性層３に用いたコプラナ型ＴＦＴについて説明した
が、非晶質シリコン薄膜を活性層３に用いた逆スタガ型
ＴＦＴであってもよい。また、この後、ドレイン電極１
１上に該ドレイン電極１１と異なる材質の金属膜あるい
は透明導電性薄膜を堆積させて、所定形状にパターニン
グしキャップ電極を形成してもよい。なお、このときの
金属膜としては、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｗなどを用
いることが可能で、また、透明導電性薄膜としては、Ｉ
ＴＯ、ＳｎＯ₂などを用いることが可能である。

【００５６】次に、図３（ｂ）に示すように、全面にポ
リイミド樹脂やアクリル樹脂などを塗布して平坦化膜１
２を形成する。本実施の形態１では、樹脂にオプトマー
ＳＳ（日本合成ゴム社製）を用い、２μｍ〜４μｍ、例
えば最大で２μｍの厚みになるように基板１上に塗布形
成した。

【００５７】次に、ドレイン電極１１の上方に位置する
平坦化膜１２にコンタクトホール１３を開口した。この
コンタクトホール１３の開口には、酸素ガスによるドラ
イエッチングを用いることができる。本実施の形態１で
は、酸素ガス流量４００ｓｃｃｍ、高周波電力６００
Ｗ、ガス圧力２０ｍＴｏｒｒの条件でエッチングを行っ
てコンタクトホール１３を形成した。また、このコンタ
クトホール１３の内壁は、概ね８０°〜６０°の角度に
傾斜させて形成した。また、このコンタクトホール１３
を開口する際には、アライメント精度を考慮してドレイ
ン電極１１側のコンタクトホール１３の口径を比較的小
さくし、確実にドレイン電極１１上に開口するように
し、また、平坦化膜１２の表面側の口径もドレイン電極
１１の外形寸法を越えない範囲にすることが望ましい。
これは、電極間の接続を確実なものとし、このＴＦＴを
液晶表示装置などに用いた際に不必要に開口率を低下さ
せないためにも重要である。なお、このとき平坦化膜１
２に用いられる樹脂は感光性を有するものであってもよ
い。

【００５８】次に、図４（ａ）に示すように、ドレイン
電極１１に電気的に接続されるようにＩＴＯなどの透明
導電性薄膜やＡｌなどの金属膜を１０００Å〜数千Å、
例えば２０００Å程度堆積させ、フォトレジストによる
マスクを用いてパターニングして所定の形状の上部電極
１４を形成する。このときＩＴＯなどの透明導電性薄膜
やＡｌなどの金属膜を堆積させる方法としては、スパッ
タリング法などの周知の方法を用いることができる。

【００５９】次に、図４（ｂ）に示すように、フォトレ
ジストによるマスクを形成し、コンタクトホール１３の
部分にメッキ法によって金属膜を充填し導電層１５を形
成する。なお、フォトレジストは導電層１５形成後に除
去する。

【００６０】上述したメッキ法に関して以下に説明す
る。一般にメッキ法といえば電解メッキ法を指すことが
多く、この方法は、メッキしたい金属イオンを含む水溶
液中に直流電流を流し、陰極面に金属膜を得るというも
のである。このメッキ工程の様子を図１２に示す。この
工程で用意される設備としては、メッキ液１８と該メッ
キ液１８を入れるメッキ槽１９、それに直流電源２０で
ある。陽極２１にはメッキする金属と同じ材質の電極を
用いるのが一般的であり、Ｎｉをメッキする場合にはニ
ッケル電極、Ａｇをメッキする場合は銀電極を用いる。
また、メッキ液によっては若干加熱を必要とする場合も
ある。その場合には、付属設備としてメッキ槽の加熱設
備を用意する。メッキされる金属としては、Ｃｕ、Ａ
ｇ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｐｔなどを用いることが
できる。本発明においては、特にメッキする金属を限定
する必要はないが、後述するように下地材料との相性も
考慮して決定するほうが好ましく、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇな
どが特に有望である。例えば、Ｎｉは比較的容易にメッ
キが可能であり、工業用に広く用いられているし、Ｃ
ｕ、Ａｇなどは電気抵抗が十分に低いため電極などに用
いるには好適であると考えられるからである。水溶液と
しては、例えばＮｉやＡｇの場合、硫酸ニッケル、塩化
ニッケル、シアン化銀などが用いられる。本実施の形態
１ではＡｇを用いてメッキを行った。Ａｇを選択した理
由としては、上述したように電気抵抗が低い材料であ
り、電気抵抗が低い貴金属材料の中では価格が格段に安
いからである。

【００６１】本実施の形態１におけるコンタクトホール
１３部分のメッキは、例えば、メッキ液としてシルブレ
ックスII（日本エレクトロプレイティング・エンジニヤ
ース社製）を用い、電流密度１Ａ／ｄｍ²、メッキ液温
度２５℃で約２分間程度メッキを行い、約２μｍ程度の
導電層１５を形成した。導電層１５の膜厚は電流密度と
時間とを制御することにより決定することができる。電
流密度やメッキ液温度については、メッキ液の種類によ
って異なるため適宜決定すればよく、本実施の形態１で
は、電流密度１〜５Ａ／ｄｍ²、メッキ液温度２０〜３
０℃の範囲で条件を設定した。本実施の形態１における
このような条件は、コンタクトホール１３のようにメッ
キする部分の面積が小さい場合には低電流密度で行う方
が良好な結果が得られ易すいことを考慮して決定したも
のである。

【００６２】次に、メッキ工程の前後の工程に関して説
明する。メッキ工程の前には、メッキされる対象物の表
面を水洗する以外に必要に応じて塩酸などで表面の処理
を行う。メッキ工程の後には、７０℃前後の温純水で洗
浄して乾燥させる。なお、本実施の形態１では単一金属
のメッキの例を示したが、合金のメッキであっても差し
支えない。

【００６３】本実施の形態１では、ドレイン電極１１に
コンタクトホール１３を介して電気的に接続される上部
電極１４が形成された後に導電層１５を形成するように
しているため、仮に導電層１５の表面が上部電極１４の
表面よりも突出あるいは後退して段差が生じた場合であ
っても、上部電極１４に対して断線などの悪影響を生じ
させることは全く無い。

【００６４】また、図５に示すように、平坦化膜１２は
数μｍの膜厚を有しているため、該平坦化膜１２に開口
されたたコンタクトホール１３も数μｍの段差を有して
いることになる。コンタクトホール１３部分には、１０
００Å〜数千Å程度の膜厚の上部電極１４が堆積、形成
されることになるが、上述のようにコンタクトホール１
３は数μｍの段差を有しおり、その角度も急峻であるた
め、コンタクトホール１３内壁面に均一な厚みで膜を堆
積することが困難であり、図中の円で囲まれた領域で
は、しばしば十分な膜厚を確保することができずに実質
的に断線していまうような場合もあった。しかしなが
ら、本実施の形態１においては、コンタクトホール１３
部分にメッキを施すことにより、コンタクトホール１３
の底面部分に析出した導電層１５が、図中の矢印で示し
たように次第に成長して行きコンタクトホール１３内に
充満することにより、上部電極１４の断線部分を接続す
ることが可能となっているのである。

【００６５】なお、図示していないが、この後全面に配
向膜を形成し、配向処理を施した後、カラーフィルター
や対向電極などを形成した対向側基板を貼り合わせて、
基板間に液晶を注入すれば液晶表示装置を完成させるこ
とができる。

【００６６】（実施の形態２）次に、図面を用いて本発
明の他の実施の形態における製造方法の詳細について説
明する。図６〜図８は、本実施の形態２におけるＴＦＴ
の製造工程を示した断面図である。

【００６７】図６（ａ）に示すように、ＴＦＴを作成
後、樹脂による平坦化膜１２を形成する。なお、本実施
の形態２におけるＴＦＴの製造工程などは実施の形態１
と同様であるため説明を省略する。

【００６８】図６（ｂ）に示すように、樹脂による平坦
化膜１２にコンタクトホール１３を開口した。このコン
タクトホール１３の開口には、酸素ガスによるドライエ
ッチングを用いることができる。本実施の形態２では、
先ず酸素ガス流量４００ｓｃｃｍ、高周波電力６００
Ｗ、ガス圧力２０ｍＴｏｒｒの条件でエッチングを行っ
てコンタクトホール１３を形成した。なお、これらの工
程は実施の形態１と同様である。

【００６９】次に、図７（ａ）に示すように、ドレイン
電極１１に電気的に接続されるようにＩＴＯなどの透明
導電性薄膜やＡｌなどの金属膜を１０００Å〜数千Å、
例えば２０００Å程度堆積させ、フォトレジストによる
マスクを用いてパターニングして所定の形状の上部電極
１４を形成する。このときＩＴＯなどの透明導電性薄膜
やＡｌなどの金属膜を堆積させる方法としては、スパッ
タリング法などの周知の方法を用いることができる。

【００７０】次に、図７（ｂ）に示すように、コンタク
トホール１３の部分にメッキ法によって金属膜を充填し
導電層１５を形成する。本実施の形態２では、導電層１
５はコンタクトホール１３内に完全に充填するのではな
く、底面から１／３〜２／３程度の厚みに形成する。こ
の際の重要な点としては、上部電極１４の表面から導電
層１５が突出しないようにすることであり、底面からど
の程度の厚みに形成するかは適宜決定すればよい。本実
施の形態２ではＡｇを用いてメッキすることにし、例え
ば、メッキ液としてシルブレックスII（日本エレクトロ
プレイティング・エンジニヤース社製）を用いた。ま
た、導電層１５の膜厚は電流密度と処理時間を制御する
ことで決定することができるが、本実施の形態２では、
処理時間で制御することにした。具体的には電流密度１
Ａ／ｄｍ²、メッキ液温度２５℃で約１分間程度メッキ
を行い、約１μｍ程度の導電層１５を形成した。

【００７１】以下の説明については実施の形態１に記載
したものと同様であるが、繰り返し説明する。電流密度
やメッキ液温度については、メッキ液の種類によって異
なるため適宜決定すればよく、本実施の形態２では、電
流密度１〜５Ａ／ｄｍ²、メッキ液温度２０〜３０℃の
範囲で条件を設定した。本実施の形態２におけるこのよ
うな条件は、コンタクトホール１３のようにメッキする
部分の面積が小さい場合には低電流密度で行う方が良好
な結果が得られ易すいことを考慮して決定したもので
る。

【００７２】次に、メッキ工程の前後の工程に関して説
明する。メッキ工程の前には、メッキされる対象物の表
面を水洗する以外に必要に応じて塩酸などで表面の処理
を行う。メッキ工程の後には、７０℃前後の温純水で洗
浄して乾燥させる。なお、本実施の形態２では単一金属
のメッキの例を示したが、合金のメッキであっても差し
支えない。

【００７３】次に、図８（ａ）に示すように、基板全面
に樹脂薄膜層１６を堆積させる。この樹脂薄膜層１６は
導電層１５が１／２程度まで充填されたコンタクトホー
ル１３の残りの部分に充填するためのものである。ここ
では約１μｍ程度の膜厚となるように塗布形成した。用
いられる材料としては平坦化膜１２と同一材料であるオ
プトマーＳＳ（日本合成ゴム社製）を用いた。あるい
は、カラーモザイクＣＫ（富士ハント社製）などの有色
や黒色の樹脂材料を用いても差し支えない。また、樹脂
薄膜層１６に用いられる樹脂材料は導電性材料でもよ
く、感光性を有するものであってもよい。

【００７４】次に、図８（ｂ）に示すように、樹脂薄膜
層１６の全面をエッチングして上部電極１４の表面を露
出させる。この工程ではフォトレジストなどのマスクを
用いることなく全面をエッチングする。これをエッチバ
ック工程と称している。エッチングには酸素ガスによる
ドライエッチングを用いることができる。本実施の形態
２では酸素ガス流量４００ｓｃｃｍ、高周波電力６００
Ｗ、ガス圧力２０ｍＴｏｒｒの条件でエッチングを行っ
た。

【００７５】なお、本実施の形態２では、コンタクトホ
ール１３に導電層１５を底面から１／２程度の位置まで
充填し、残りの部分に樹脂薄膜層１６を充填するように
した。従って、導電層１５が上部電極１４の表面から突
出するようなことはなく、コンタクトホール１３の残り
の部分に樹脂薄膜層１６を充填しているため、上部電極
１４の表面は平坦なものになっている。また、樹脂薄膜
層が絶縁性の場合には、この部分に他の配線を配設する
ことが可能であり、その際も表面が平坦であるため断線
などの心配はない。また、このような構造のＴＦＴを液
晶表示装置に用いると、電極間を含めた電極の表面が全
て平坦となるため、液晶分子の配向に対して悪影響を及
ぼすようなこともない。

【００７６】（実施の形態３）次に、図面を用いて本発
明の他の実施の形態における製造方法の詳細について説
明する。図９〜図１１は、本実施の形態３におけるＴＦ
Ｔの製造工程を示した断面図である。

【００７７】図９（ａ）に示すように、ＴＦＴを作成
後、樹脂による平坦化膜１２を形成する。なお、本実施
の形態２におけるＴＦＴの製造工程などは実施の形態１
と同様であるため説明を省略する。

【００７８】図９（ｂ）に示すように、樹脂による平坦
化膜１２にコンタクトホール１３を開口した。このコン
タクトホール１３の開口には、酸素ガスによるドライエ
ッチングを用いることができる。本実施の形態２では、
先ず酸素ガス流量４００ｓｃｃｍ、高周波電力６００
Ｗ、ガス圧力２０ｍＴｏｒｒの条件でエッチングを行っ
てコンタクトホール１３を形成した。なお、これらの工
程は実施の形態１と同様である。

【００７９】次に、図１０（ａ）に示すように、ドレイ
ン電極１１に電気的に接続されるようにＩＴＯなどの透
明導電性薄膜やＡｌなどの金属膜を１０００Å〜数千
Å、例えば２０００Å程度堆積させ、フォトレジストに
よるマスクを用いてパターニングして所定の形状の上部
電極１４を形成する。このときＩＴＯなどの透明導電性
薄膜やＡｌなどの金属膜を堆積させる方法としては、ス
パッタリング法などの周知の方法を用いることができ
る。

【００８０】次に、図１０（ｂ）に示すように、全面に
導電性樹脂膜１７を塗布形成することによってコンタク
トホール１３部分に充填させ、次の工程において不要な
導電性樹脂膜１７を除去する。除去する方法としてエッ
チバック工程を用いる場合には、導電性樹脂膜１７の表
面にコンタクトホール１３による凹状の窪みが生じない
程度に塗布するのがよい。これはエッチバック工程で
は、全面を均一にエッチングしていくからである。一
方、導電性樹脂膜１７が感光性を有している場合には、
コンタクトホール１３に導電性樹脂膜１７が充填されて
いる程度に塗布すればよい。

【００８１】なお、導電性樹脂膜１７は、従来の絶縁性
樹脂膜に金属粒子やカーボンを添加することによって容
易に得ることができる。また、テトラシアノキノジメタ
ン（ＴＣＮＱ）とテトラチアフルバレン（ＴＴＦ）を絶
縁性樹脂膜に混入させることによって得ることができ
る。本実施の形態３において用いた導電性樹脂膜１７
は、特にこれらに限定される必要はなく、適宜決定すれ
ばよいが、なるべく電気抵抗の低い材料を選択するほう
が好ましい。

【００８２】次に、図１１に示すように、コンタクトホ
ール１３部分以外に堆積されている不要な導電性樹脂膜
１７を除去し、コンタクトホール１３部分に導電層１５
を形成する。導電性樹脂膜１７の除去に関しては、上述
した実施の形態２で説明したエッチバック工程あるいは
導電性樹脂膜１７が感光性を有している場合はマスクを
用いて露光、現像することによって不要部分を除去する
ことができる。なお、樹脂膜の除去方法についてはこれ
らに限定されるものではなく、用いられた樹脂膜に適し
た除去方法を適宜採用すればよい。

【００８３】本実施の形態３では、導電層１５として導
電性樹脂膜を用いているため、導電層１５の表面の位置
を上部電極１４の表面の位置とほぼ一致させることが比
較的容易となっている。

【００８４】以上のように、実施の形態１、実施の形態
２および実施の形態３において作成したＴＦＴは、液晶
表示装置の画素電極を駆動するためのスイッチング素子
として用いることが可能で、電極や配線を断線させるこ
とがなく、あるいは例え断線したとしても該断線箇所を
接続することができるという作用効果を有するものであ
る。従って、この構造はコンタクトホールを介して上下
間で接点を有する電極や配線の接続を安定させるのに非
常に有効であり、これはＴＦＴに限らず、上下間の電極
の接続構造を有する半導体素子あるいは半導体装置に対
しても広く応用することができるものである。

【００８５】

【発明の効果】上述したように、本発明の電極接続構造
では、コンタクトホールを介して上下間で接点を有する
電極や配線の接続を確実に行うことが可能となる。

【００８６】また、このような電極間の接続構造を有す
る半導体素子あるいは半導体装置を液晶表示装置に応用
した場合には、上部電極に相当する画素電極の断線を防
止することができ、半導体素子であるＴＦＴのドレイン
電極と画素電極との接続をより確実なものとすることが
可能になるとともに、コンタクトホールの段差に起因す
る液晶分子の配向乱れが発生することがなくなり、良好
な表示品位を得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明のＴＦＴを示した断面図であ
る。

【図２】図２は、本発明のＴＦＴを示した平面図であ
る。

【図３】図３（ａ）（ｂ）は、本実施の形態１における
ＴＦＴの製造工程を示した断面図である。

【図４】図４（ａ）（ｂ）は、図３（ａ）（ｂ）に続く
本実施の形態１におけるＴＦＴの製造工程を示した断面
図である。

【図５】図５は、本実施の形態における電極接続部の細
部を示した断面図である。

【図６】図６（ａ）（ｂ）は、本実施の形態２における
ＴＦＴの製造工程を示した断面図である。

【図７】図７（ａ）（ｂ）は、図６（ａ）（ｂ）に続く
本実施の形態２におけるＴＦＴの製造工程を示した断面
図である。

【図８】図８（ａ）（ｂ）は、図７（ａ）（ｂ）に続く
本実施の形態２におけるＴＦＴの製造工程を示した断面
図である。

【図９】図９（ａ）（ｂ）は、本実施の形態３における
ＴＦＴの製造工程を示した断面図である。

【図１０】図１０（ａ）（ｂ）は、図９（ａ）（ｂ）に
続く本実施の形態３におけるＴＦＴの製造工程を示した
断面図である。

【図１１】図１１は、図１０（ａ）（ｂ）に続く本実施
の形態３におけるＴＦＴの製造工程を示した断面図であ
る。

【図１２】図１２は、本実施の形態１におけるメッキ工
程を示した図面である。

【図１３】図１３は、保護膜上画素電極構造（ピクセル
・オン・パッシ構造）の半導体素子を示した断面図であ
る。

【図１４】図１４は、従来技術における半導体素子を示
した断面図である。

【図１５】図１５（ａ）（ｂ）は、従来の問題点を示し
たコンタクトホールの断面図である。

【符号の説明】

１絶縁性基板２ベースコート膜３活性層４ゲート絶縁膜５ゲート電極６ソース領域およびドレイン領域７チャネル領域８層間絶縁膜９コンタクトホール１０ソース電極１１ドレイン電極（下部電極）１２平坦化膜１３コンタクトホール１４画素電極（上部電極）１５導電層１６樹脂薄膜層１７導電性樹脂膜１８メッキ液１９メッキ槽２０直流電源２１陽極５１絶縁性基板５８層間絶縁膜６０ソース電極６１ドレイン電極（下部電極）６３コンタクトホール６４画素電極（上部電極）７０液晶層７１導電体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/13 - 1/141 G09F 9/30

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】下部電極と、表面が平坦になるように該
下部電極上に形成された絶縁膜と、該絶縁膜上に形成さ
れるとともに、コンタクトホール内に形成されて該下部
電極と接続される上部電極とを有する半導体装置におい
て、前記コンタクトホール内に形成された上部電極が凹
状に窪んでおり、該コンタクトホール内の該上部電極に
接するように該凹状部分に導電性物質が充填されるとと
もに、該上部電極の表面に対してその表面が平坦になる
ように該凹状部分に平坦化物質が充填されていることを
特徴とする半導体装置。
【請求項２】前記平坦化物質は、前記導電性物質と同
じ物質であるか、または、異なる物質であることを特徴
とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】前記導電性物質は金属薄膜であることを
特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】前記導電性物質は導電性を有する樹脂膜
であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導
体装置。
【請求項５】前記平坦化物質は導電性あるいは絶縁性
を有する樹脂膜であることを特徴とする請求項１に記載
の半導体装置。
【請求項６】下部電極と、表面が平坦になるように該
下部電極上に形成された絶縁膜と、該絶縁膜上に形成さ
れるとともに、コンタクトホール内に形成されて該下部
電極と接続される上部電極とを有する半導体装置の製造
方法において、前記下部電極上に形成された絶縁膜に、
前記コンタクトホールを開口する工程と、該絶縁膜上お
よび該コンタクトホール内に前記上部電極を形成して、
上部電極と前記下部電極とを接続するとともに、該上部
電極を凹状に形成する工程と、該コンタクトホール内の
該上部電極に接するように導電性物質を該凹状部分内に
充填するとともに、前記上部電極に対してその表面が平
坦になるように平坦化物質を該凹状部分内に充填する工
程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方
法。
【請求項７】下部電極と、該下部電極上に形成された
絶縁膜と、該絶縁膜上に形成されるとともに、該絶縁膜
に開口されたコンタクトホールを介して該下部電極と接
続される上部電極とを有する半導体装置の製造方法にお
いて、前記下部電極上に形成された絶縁膜に、前記コン
タクトホールを開口する工程と、前記コンタクトホール
を含む絶縁膜上に前記上部電極を形成し、該コンタクト
ホールを介して該上部電極と前記下部電極とを接続する
工程と、前記上部電極上を含む前記コンタクトホール領
域に、前記絶縁膜上に形成された上部電極の表面よりも
突出しない程度に導電性物質を形成する工程と、前記コ
ンタクトホール領域に形成された導電性物質上に、前記
絶縁膜上に形成された上部電極の表面と概略一致する程
度まで薄膜層を形成する工程と、を有することを特徴と
する半導体装置の製造方法。
【請求項８】前記導電性物質の形成工程は、メッキ法
によって行われることを特徴とする請求項６または７に
記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】前記導電性物質の形成工程は、導電性を
有する樹脂を塗布することによって行われることを特徴
とする請求項６または７に記載の半導体装置の製造方
法。