JP2004031967A - 薄膜トランジスタ及びその作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】少ないマスク数で作製することができ、製造歩留まり、生産性の向上を可能とする薄膜トランジスタを提供する。
【解決手段】本発明の薄膜トランジスタは、絶縁表面を有する基板上に形成された、ソース領域、ドレイン領域及びチャネル領域を有する半導体膜と、
前記半導体膜上にゲイト絶縁膜を介して形成されたゲイト電極とを有する薄膜トランジスタであって、
前記ソース領域及び前記ドレイン領域は、前記ゲイト絶縁膜の端部よりも外側にはみ出ており、一部が前記ゲイト絶縁膜の下部に回り込んで形成されていることを特徴とするものである。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜トランジスタに関するものであり、特に液晶電気光学装置や完全密着型イメージセンサ装置等に適用可能なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より知られた絶縁ゲイト型電界効果半導体装置は、様々な分野で幅広く使用されている。この半導体装置はシリコン基板上に形成されたものであり、多数の半導体素子を機能的に集積させて、ＩＣまたはＬＳＩとして利用されている。
【０００３】
一方、同様の絶縁ゲイト型電界効果半導体装置ながら、絶縁基板上等に薄膜を積層して形成された薄膜型の絶縁ゲイト型電界効果半導体装置（以下ＴＦＴという）が液晶電気光学装置の画素のスイッチング素子部分、駆動回路部分あるいは密着型イメージセンサの読み取り回路部分等に積極的に使用されはじめている。
【０００４】
このＴＦＴは前述のように絶縁性基板上に気相法により薄膜を積層して形成するので、その作製雰囲気温度が最高で５００℃程度と低温で形成でき、安価なソーダガラス、ホウケイ酸ガラス等を基板として用いることができる。
【０００５】
このように、安価な基板上に作製でき、その作製する最大寸法は薄膜を気相法にて形成する装置の寸法にのみ限定されるもので、容易に大面積基板上にトランジスタを形成できる利点を持ち、このため、多量の画素を持つマトリクス構造の液晶電気光学装置や一次元または二次元のイメージセンサへの利用を期待され、一部実現されている。
【０００６】
この従来のＴＦＴの代表的な構造を図２に概略的に示す。
【０００７】
図２において、１はガラスよりなる絶縁性基板であり、２は非晶質半導体よりなる薄膜半導体、３はソース、ドレイン領域で、７はソース、ドレイン電極、８はゲイト電極である。
【０００８】
このようなＴＦＴは一般に、まず基板上に半導体被膜を形成し、第１のマスクを使用して、必要部分に島状にこの半導体領域２をパターニングして形成する。次にこのゲイト絶縁膜６を形成し、この上にゲイト電極材料を形成し、第２のマスクを使用して、ゲイト電極８とゲイト絶縁膜６とをパターニングする。
【０００９】
この後、第３のマスクにより形成したフォトレジストのマスクとゲイト電極８とをマスクとしてセルファラインに半導体領域２にソース、ドレイン領域３を形成する。この後、層間絶縁膜４を形成する。この層間絶縁膜に対してソース、ドレイン領域３への電極接続の為にコンタクトホールを第４のマスクを使用して形成する。この後電極材料形成後第５のマスクによりこの電極材料をパターニングして電極７を形成して、ＴＦＴを完成する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このように、一般的なＴＦＴは５枚のマスクを使用し、相補型のＴＦＴの場合は６枚のマスクが必要とされていた。当然、複雑な集積回路とする場合にはこの枚数以上のマスクが必要となる。このように多数のマスクを使用することはＴＦＴ素子を作製するプロセスにおいて、複雑な工程が必要となり、かつマスク合わせの回数も当然増える。これらは、ＴＦＴ素子製造の歩留り、生産性の低下を引き起こしている。さらに、ＴＦＴ素子を使用した電子装置の大型化やＴＦＴ素子自身の小型化、パターンの微細化がこれらをさらに低下させる要因となっていた。その為にＴＦＴ作製プロセスにおいて、複雑な工程を必要としないプロセス、ＴＦＴ作製に必要なマスクの数を減らす新規なＴＦＴの構造が望まれていた。
【００１１】
したがって、本発明は絶縁ゲイト型電界効果半導体装置の新規な構造と簡単な製造プロセスに関するものであり、従来に比較して、少ないマスク数でＴＦＴを作製できることを特徴とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のＴＦＴのゲイト電極の側面付近にはゲイト電極を構成する材料の陽極酸化膜が設けられ、ソース、ドレイン領域に接続する電極は前記ソース、ドレイン領域の上面と側面に接しており、前記ソース、ドレインに接続された電極は前記ゲイト電極の側面付近に設けられた絶縁膜の上方にまでわたって延在している。
【００１３】
すなわち、図１に示す本発明のＴＦＴの概略断面図にあるように、ゲイト電極８の少なくとも側面付近には陽極酸化膜１０が設けられており、この陽極酸化膜の端面よりソース、ドレイン領域３の上面と側面とが少しはみ出ており、このはみ出た部分で電極７がソース、ドレイン領域３と接続されており、接続の面積を大きく取っている。さらに、この電極７はゲイト電極８上の絶縁膜１１の上方にまで延在しており、この部分でパターニングされ、個々の電極に分離されている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
この図１のような構造のＴＦＴを作製する工程を図３、図４に概略的に示す。本明細書に記載の図面においては、説明のために概略を示したにすぎないので、実際の寸法、形状とは若干異なっている。以後、図３、図４に基づいて、本発明のＴＦＴの製造工程の一例を説明する。
【００１５】
先ず、図３（Ａ）のように、ガラス基板、例えば耐熱性を持つ結晶化ガラス１上に半導体層２を形成する。この半導体層としては、アモルファス半導体、多結晶半導体等幅広い種類の半導体を使用することができる。また、形成方法としては採用する半導体の種類によりプラズマＣＶＤ法、スパッタリング法、熱ＣＶＤ法等を選択することができる。ここでは、多結晶シリコン半導体を例として以下の工程を説明して行く。
【００１６】
次にゲイト絶縁膜となる酸化珪素膜６をこの半導体層２上に形成する。さらにこの上にゲイト電極となる電極材料、ここでは電極材料として、アルミニウムを形成する。さらに、この上面に絶縁膜１１として酸化珪素膜をスパッタリング法により形成する。この後、第１のマスク▲１▼を使用して、この絶縁膜１１およびゲイト電極８をパターニングする。この後、陽極酸化用の電解溶液中にて、このゲイト電極８の側面付近を陽極酸化して、無孔質性の酸化アルミニウム１０を少なくとも、チヤネル領域付近のゲイト電極の側面付近に図３（Ｂ）のように形成する。
【００１７】
この陽極酸化に使用する溶液としては、代表的には硫酸、硝酸、燐酸等の強酸溶液や酒石酸、クエン酸にエチレングリコールやプロピレングリコール等を混合した混合酸等が使用できる。また、必要に応じて、この溶液のｐＨを調整するために、塩やアルカリ溶液を混合することも可能である。
【００１８】
まず、３％の酒石酸水溶液１に対して、９の割合でプロピレングリコールを添加したＡＧＷ電解溶液にこの基板を浸し、アルミニウムのゲイト電極を電源の陽極に接続し、対する陰極として白金を使用して直流電力を印加した。
【００１９】
陽極酸化の条件は最初、定電流モードで電流密度２．５ｍＡ／ｃｍ^２で３０分電流を流した後、定電圧モードで５分処理し、厚さ２５００Åの酸化アルミニウムをゲイト電極の側面付近に形成した。この酸化処理と同条件で作製した試料を用いて、この酸化アルミニウムの絶縁性を調べたところ、比抵抗は１０^９Ωｍで、絶縁耐圧は２×１０^５Ｖ／ｃｍの特性を持つ酸化アルミニウム膜であった。
【００２０】
また、この試料の表面を走査型電子顕微鏡にて観察したところ、約８０００倍にまで拡大してその表面の凹凸が観察できたが、微小な穴は観察できず、良好な絶縁被膜であった。
【００２１】
次にこの上面にプラズマＣＶＤ法により酸化珪素膜１２を形成した後、この状態から基板に対してほぼ垂直方向に異方性エッチング処理を行い、図３（Ｄ）のように絶縁膜１１、ゲイト電極８および陽極酸化膜１０で構成される凸状部の側壁位置に酸化珪素１３を残す。
【００２２】
この酸化珪素膜１２は絶縁膜１１よりエッチング速度が速くなるようにその作製時の雰囲気温度を２００℃と通常より低い温度で形成する。また、この膜としては酸化珪素膜だけではく、有機樹脂膜やその他の被膜が使用できる。
【００２３】
つぎにこの残った酸化珪素１３と凸状部の絶縁膜１１、ゲイト電極８および陽極酸化膜１０とをマスクとして、この下の半導体層２をセルファラインでエッチング除去する。この時の様子を図４（Ａ）に示す。
【００２４】
またこの時の上面の様子を図５（Ａ）に示す。さらに図５におけるＡ−Ａ’　に対応する断面が図４に示されている。
【００２５】
次にこの状態から、酸化珪素膜１３とゲイト絶縁膜６とを凸状部をマスクとして酸化珪素のみ選択エッチング除去し、図４（Ｆ）および図５（Ｂ）のように半導体層２の一部をゲイト電極の端部より露呈させる。
【００２６】
次にこの露呈された部分に対して、ソース、ドレイン領域となるように不純物のドーピングを行う。図４（Ｂ）にあるように、ゲイトの陽極酸化膜１０をマスクとして基板の上面より、リンイオンをイオン打ち込み処理する。このようにしてソース、ドレイン領域３を形成する。この後、領域の活性化処理のため、レーザをこの部分に照射し、レーザアニール処理によりソース、ドレイン領域の活性化を行う。この活性化処理としてはこの他に熱アニール処理等を採用することができる。
【００２７】
次にこの上面にソース、ドレインの電極となるアルミニウムを形成し、第２のマスク▲２▼を使用して、所定のパターンにソース、ドレインの電極をエッチングしてソースとドレインの電極を分断する。この状態を図４（Ｃ）に示す。最後にこのソースとドレインの電極７および凸状部をマスクとして、周辺にはみでている半導体層２をエッチング除去し、図４（Ｃ）および図６（Ｂ）に示すようなＴＦＴを完成する。
【００２８】
上記の説明において、説明したＴＦＴの製造工程は一例であり、この説明で示された製造工程のみに制限されるものではない、例えば、ソース、ドレイン領域の不純物のドーピング工程は上記の説明においては図４（Ｂ）に示すように、半導体層２のパターニング後に行ったが、図３（Ｂ）の状態でゲイト上の絶縁膜１１をマスクとしてイオン打ち込み処理を行うことも可能である。
【００２９】
また、図１に示されたＴＦＴの別の作製方法の例として、図７にその製造工程の概略図を示す。この図に示されたＴＦＴの作製工程においては図３、図４の作製工程で採用したような、異方性エッチング技術という特殊な技術は使用せず、一般的なプロセス技術にて構成されている。
【００３０】
絶縁性基板１上に図３の場合と同様にシリコン半導体被膜を全面に形成した後にＴＦＴ素子のソース、ドレイン領域とチャネル形成領域を含むようにこの半導体被膜を島状に１枚目のマスクを使用してパターニングしＴＦＴ素子に対応する部分の半導体膜２を形成する。この時の上面図を図９（Ａ）に示し、このＴＦＴ領域のソース、ドレイン、ゲイト付近の断面図を図７（Ａ）に示す。
【００３１】
次にこの上面をおおって、ゲイト絶縁膜６、ゲイト電極材料のアルミニウム８及びその上に絶縁膜１１を図７（Ｂ）に示すように形成する。
【００３２】
次に２枚目のマスクを使用して、半導体膜２の所定の位置にゲイト部を形成するようにこれらの膜をエッチングして図７（Ｃ）のように凸状部を完成し半導体膜２を凸状部より露出させる。またこの時の上面の様子を図９（Ｂ）に示す。
【００３３】
この状態で図３の（Ｂ）の工程のようにゲイト電極８の側面付近に陽極酸化膜１０を形成して、図７（Ｃ）の状態を得る。次にこの露出している半導体膜２にソース、ドレイン用に不純物イオンをドーピングして、ソース、ドレイン領域３を図８（Ａ）に示すように形成する。
【００３４】
このイオンのドーピングはイオンの打ち込む方向を斜めから行ったり、不純物の拡散処理を行う等の処理を施し、ソースまたはドレインとチャネル領域半導体との境界をゲイト電極８の端付近、すなわち、陽極酸化膜１０の端より中側になるようにする。これにより、陽極酸化膜１０とゲイト絶縁膜６の接する付近にソース、ドレインの電極が重なって設けられても、ショートすることがなく、陽極酸化膜１０だけで十分な絶縁性を確保することができる。
【００３５】
次にこれらの全面をおおって、金属被膜を形成した後、３枚目のマスクを使用して、絶縁膜１１上にまでこの電極を延在させて、ソースドレイン電極７を分断し、図８（Ｂ）の様な構造を得る。次にこのソース、ドレイン電極７からはみ出ている半導体膜を除去するため、ソース、ドレイン電極７をマスクとしてエッチング処理を行い、図１０（Ａ）の状態を得て、本発明のＴＦＴを完成する。
【００３６】
図３に示した製造方法にくらべて、半導体層２を形成後でゲイト電極形成前の工程において、新たにフォトマスクを使用して、ＴＦＴ領域付近のみ半導体層を島状にパターニングすると、図９、図１０に示すように、ゲイト電極のリード配線部分の下には半導体層２が存在せず基板または基板上の絶縁膜が存在するのみであり、この部分において、ゲイト電極配線とコンデンサーを構成しないようにできる。この構成により、より高速に応答可能なＴＦＴを３枚のマスクにより作製することが可能となる。この様子を図１０（Ａ）の上面図のＢ−Ｂ’断面図を図１０（Ｂ）に示す。
【００３７】
このように本発明によると、たった２〜３枚のマスクにより、ＴＦＴを作製することが可能となった。また、このＴＦＴを相補型構成とする時には、さらにマスクを１〜２枚追加することで達成できる。
【００３８】
また、ゲイト電極への外部からの接続は陽極酸化処理の際にゲイト電極の一部を陽極酸化用電解液に接触させないようにして陽極酸化膜を形成するか、最後の不要な半導体層をエッチングした後にソース、ドレインの電極と陽極酸化膜との選択エッチングにて、外部に露出している陽極酸化膜を除去することで、接続することができる。無論、新たに別のマスクを使用して、特定の場所の絶縁膜にコンタクト用の穴をあけて接続することも可能である。
【００３９】
【実施例】
「実施例１」　本実施例では図１１に示すような回路構成を持つアクティブマトリクス型の液晶電気光学装置に対して本発明のＴＦＴを応用した例を示す。図１１から明らかなように本実施例のアクティブ素子は相補型構成となっており、一つの画素電極に対してＰＴＦＴとＮＴＦＴとが設けられている。
【００４０】
この回路構成に対応する実際の電極等の配置構成を図１５に示している。これらは説明を簡単にする為２×２に相当する部分のみ記載している。
【００４１】
まず、本実施例で使用する液晶電気光学装置用の基板の作製方法を図１２〜図１４を使用して説明する。図１２（Ａ）において、石英ガラス等の高価でない７００℃以下、例えば約６００℃の熱処理に耐え得るガラス５０上にマグネトロンＲＦ（高周波）　スパッタ法を用いてブロッキング層５１としての酸化珪素膜を１０００〜３０００Åの厚さに作製する。プロセス条件は酸素１００％雰囲気、成膜温度１５℃、出力４００〜８００Ｗ、圧力０．５Ｐａとした。タ−ゲットに石英または単結晶シリコンを用いた成膜速度は３０〜１００Å／分であった。
【００４２】
この上に、後にソース、ドレイン、チャネル形成領域となるシリコン膜５２をＬＰＣＶＤ（減圧気相）法、スパッタ法またはプラズマＣＶＤ法により形成した。減圧気相法で形成する場合、結晶化温度よりも１００〜２００℃低い４５０〜５５０℃、例えば５３０℃でジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６）　またはトリシラン（Ｓｉ_３Ｈ_８）　をＣＶＤ装置に供給して成膜した。反応炉内圧力は３０〜３００Ｐａとした。成膜速度は５０〜２５０Å／　分であった。ＰＴＦＴとＮＴＦＴとのスレッシュホ−ルド電圧（Ｖｔｈ）に概略同一に制御するため、ホウ素をジボランを用いて１×１０^１５〜１×１０^１８ｃｍ^−３の濃度として成膜中に添加してもよい。
【００４３】
スパッタ法で行う場合、スパッタ前の背圧を１×１０^−５Ｐａ以下とし、単結晶シリコンをタ−ゲットとして、アルゴンに水素を２０〜８０％混入した雰囲気で行った。例えばアルゴン２０％、水素８０％とした。成膜温度は１５０℃、周波数は１３．５６ＭＨｚ、スパッタ出力は４００〜８００Ｗ、圧力は０．５Ｐａであった。
【００４４】
プラズマＣＶＤ法により珪素膜を作製する場合、温度は例えば３００℃とし、モノシラン（ＳｉＨ_４）またはジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６）　を用いた。これらをＰＣＶＤ装置内に導入し、１３．５６ＭＨｚの高周波電力を加えて成膜した。
【００４５】
これらの方法によって形成された被膜は、酸素が５×１０^２１ｃｍ^−３以下であることが好ましい。この酸素濃度が高いと、結晶化させにくく、熱アニ−ル温度を高くまたは熱アニ−ル時間を長くしなければならない。また少なすぎると、バックライトによりオフ状態のリ−ク電流が増加してしまう。そのため４×１０^１９〜４×１０^２１ｃｍ^−３の範囲とした。水素は４×１０^２０ｃｍ^−３であり、珪素４×１０^２２ｃｍ^−３として比較すると１原子％であった。また、ソ−ス、ドレインに対してより結晶化を助長させるため、酸素濃度を７×１０^１９ｃｍ^−３以下、好ましくは１×１０^１９ｃｍ^−３以下とし、ピクセル構成するＴＦＴのチャネル形成領域のみに酸素をイオン注入法により５×１０^２０〜５×１０^２１ｃｍ^−３となるように添加してもよい。その時周辺回路を構成するＴＦＴには光照射がなされないため、この酸素の混入をより少なくし、より大きいキャリア移動度を有せしめることは、高周波動作をさせるために有効である。
【００４６】
上記方法によって、アモルファス状態の珪素膜を５００〜３０００Å、例えば１５００Åの厚さに作製の後、４５０〜７００℃の温度にて１２〜７０時間非酸化物雰囲気にて中温の加熱処理、例えば水素雰囲気下にて６００℃の温度で保持した。珪素膜の下の基板表面にアモルファス構造の酸化珪素膜が形成されているため、この熱処理で特定の核が存在せず、全体が均一に加熱アニ−ルされる。
【００４７】
アニ−ルにより、珪素膜はアモルファス構造から秩序性の高い状態に移り、一部は結晶状態を呈し得られるキャリアの移動度はホ−ル移動度（μｈ）＝１０〜２００ｃｍ^２／ＶＳｅｃ、電子移動度（μｅ　）＝１５〜３００ｃｍ^２／ＶＳｅｃが得られる。
【００４８】
図１２（Ａ）　において、珪素膜を第１のフォトマスク▲１▼にてフォトエッチングを施し、ＰＴＦＴ用の領域３０（チャネル巾２０μｍ）を図面の左側に、ＮＴＦＴ用の領域４０を右側に作製した。
【００４９】
この上に酸化珪素膜をゲイト絶縁膜５３として５００〜２０００Å例えば７００Åの厚さに形成した。これはブロッキング層としての酸化珪素膜５１の作製と同一条件とした。この成膜中に弗素を少量添加し、ナトリウムイオンの固定化をさせてもよい。また、本実施例ではこの上面に形成されるゲイト電極とゲイト絶縁膜との反応を抑える役目を持つブロッキング層としてこの酸化珪素膜上に５０〜２００Å例えば１００Åの窒化珪素膜５４を形成した。
【００５０】
この後、この上側にゲイト電極用の材料として、公知のスパッタリング法にてアルミニウムを３０００Å〜１．５μｍ例えば１μｍの厚さに形成した。
【００５１】
このゲイト電極材料としてはアルミニウムの他にモリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）やこれらの材料にシリコンを混合した合金やシリコンと金属被膜の積層配線等を使用することができる。
【００５２】
本実施例のようにゲイト電極として、金属材料を使用すると特にアルニウム等の低抵抗材料の場合は、基板の大面積、高精細化に伴い発生するゲイト遅延（ゲイト配線を伝播する電圧パルスの遅延と波形の歪み）の増大をおさえることができ、容易に基板の大面積化をすすめることができる。
【００５３】
さらに、このゲイト電極材料上に絶縁膜４９として酸化珪素膜を厚さ３０００Å〜１μｍ、ここでは６０００Åにスパッタ法により形成した後、この絶縁膜４９とゲイト電極材料とを第２のフォトマスク▲２▼にてパタ−ニングして図１２（Ｂ）のようにＰＴＦＴ用のゲイト電極５５、ＮＴＦＴ用のゲイト電極５６を形成した。このゲイト電極はいずれも同じゲイト配線５７に接続されている。
【００５４】
次にこの基板を３％の酒石酸水溶液１に対して、９の割合でプロピレングリコールを添加したＡＧＷ電解溶液に浸し、アルミニウムのゲイト電極を電源の陽極に接続し、対する陰極として白金を使用して直流電力を印加した。このときゲイト電極はゲイト配線ごとに接続されているが、基板の端部付近で全てのゲイト配線をはさみこんで接続するように接続端子を設けて陽極酸化を行ない図１２（Ｃ）のようにゲイト電極の側面付近に陽極酸化膜５８、５９を形成した。
【００５５】
陽極酸化の条件は最初、定電流モードで電流密度４ｍＡ／ｃｍ^２で２０分電流を流した後、定電圧モードで１５分処理し、厚さ２５００Åの酸化アルミニウムをゲイト電極の側面付近に形成した。この陽極酸化膜はできるだけ厚く形成するほうが良く、プロセス条件の許すかぎり厚く形成した。
【００５６】
次に図１３（Ａ）のように半導体上の窒化膜５４と酸化珪素膜５３をエッチング除去した後に、基板全面に対してＰＴＦＴ用の不純物としてホウ素を１〜５×１０^１５ｃｍ^−２のドーズ量でイオン注入法により添加した。このドープ濃度は１０^１９ｃｍ^−３程度としてＰＴＦＴのソース６０、ドレイン６１を形成する。本実施例では、イオンドーピングを表面の絶縁膜を除去した後に行ったが、イオン打ち込みの条件を変えればこの半導体膜上の絶縁膜５３、５４をとおしてもドーピングすることは可能である。
【００５７】
次に図１３（Ｂ）のようにフォトレジスト６１を第３のフォトマスク▲３▼を用いて形成し、ＰＴＦＴ領域を覆った後、ＮＴＦＴ用のソ−ス６２ドレイン６３に対し、リンを１〜５×１０^１５ｃｍ^−２のド−ズ量でイオン注入法により添加し、ドープ濃度が１０^２０ｃｍ^−３程度となるようにした。以上のようなイオンのドーピング工程において、イオンの打ち込む方向を基板に対して斜めにして、ゲイト電極側面付近の陽極酸化膜の下の方向に不純物が回り込むようにしてソース、ドレイン領域の端部をゲイト電極の端部と概略一致するようにした。これにより、陽極酸化膜が後の工程で形成される電極配線に対して、十分な絶縁作用を持つことになり、新たな絶縁膜の形成を行う必要がなくなる。
【００５８】
次に、６００℃にて１０〜５０時間再び加熱アニ−ルを行い不純物領域の活性化処理を行った。ＰＴＦＴのソ−ス６０、ドレイン６１、ＮＴＦＴのソ−ス６２、ドレイン６３を不純物を活性化してＰ^＋、Ｎ^＋として作製した。またゲイト電極５５、５６下にはチャネル形成領域６４、６５が形成されている。本実施例ではこの活性化処理として熱によるアニールを採用したがこの方法以外にレーザ光をソース、ドレイン領域に照射して活性化処理する方法も採用可能である。この場合、瞬間的に活性化処理を行うので、ゲイト電極に使用している金属材料の拡散のことを考慮する必要がなく、本実施例で採用したゲイト絶縁膜上のブロッキングの役目の為の窒化珪素膜５４を省略するこも可能となる。
【００５９】
次に此の上面に絶縁性被膜を前記したスパッタ法により酸化珪素膜として形成した。この被膜の厚みは成るべく厚く、例えば０．５〜２．０μｍ本実施例では１．２μｍの厚さに形成し、その後、この上面より異方性エッチング処理を行い絶縁膜、ゲイト電極および陽極酸化膜で構成される凸状部の側壁付近に残存領域６６を形成する。その様子を図１３（Ｃ）に示す。
【００６０】
次にこの凸状部と残存領域６６とをマスクとして、半導体膜５２の不要部分をエッチング除去して、凸状部の側面付近に存在する残存領域６６を除去し、凸状部の外側に各々のＴＦＴのソース、ドレイン領域となる半導体膜５２を露呈させた。この状態を図１４（Ａ）に示す。
【００６１】
さらに、これら全体にアルミニウムをスパッタ法により形成し、リ−ド６７、６８および、コンタクト部分６９、７０を第４のマスク▲４▼によりパターニングした後、電極６７、６８、６９、７０およびゲイト電極５５、５６上の絶縁膜４９およびその側面付近の陽極酸化膜５８、５９よりはみでている半導体膜をエッチング除去して、完全な素子分離を行いＴＦＴを完成させる。このような製造方法により、相補型構成のＴＦＴを４枚のマスクで作製することができた。この様子を図１４（Ｂ）に示す。
【００６２】
このＴＦＴはゲイト電極の側周辺が陽極酸化膜でくるまれており、ソース、ドレイン領域はゲイト電極部より電極接続部分のみはみだしているがそれ以外の部分はすべてゲイト電極下に存在する。また、ソース、ドレイン電極はソース、ドレイン領域の上面と側面の２ヵ所で接触しており、十分なオーミック接続が保証さる。
【００６３】
かくすると、セルファライン方式でありながらも、７００℃以上にすべての工程で温度を加えることがなくＣ／ＴＦＴを作ることができる。そのため、基板材料として、石英等の高価な基板を用いなくてもよく、本発明の大画素の液晶電気光学装置にきわめて適したプロセスである。
【００６４】
本実施例では熱アニ−ルは図１２（Ａ）、図１３（Ｂ）で２回行った。しかし図１２（Ａ）のアニ−ルは求める特性により省略し、双方を図１３（Ｂ）のアニ−ルにより兼ね製造時間の短縮を図ってもよい。また、本実施例ではゲイト電極としてアルミニウムを使用しているがその下に窒化珪素膜５４を設けているので、アルミニウムが下のゲイト絶縁膜と反応することが無く良好な界面特性を実現することができた。
【００６５】
次に図１４（Ｃ）に示す如く２つのＴＦＴを相補型構成とし、かつその出力端を液晶装置の一方の画素の電極を透明電極としてそれに連結するため、スパッタ法によりＩＴＯ（インジュ−ム・スズ酸化膜）を形成した。それを第５のフォトマスク▲５▼によりエッチングし、画素電極７１を構成させた。このＩＴＯは室温〜１５０℃で成膜し、２００〜４００℃の酸素または大気中のアニ−ルにより成就した。かくの如くにしてＰＴＦＴ３０とＮＴＦＴ４０と透明導電膜の電極７１とを同一ガラス基板５０上に作製した。得られたＴＦＴの電気的な特性はＰＴＦＴで移動度は２０（ｃｍ^２／Ｖｓ）、Ｖｔｈは−５．９（Ｖ）で、ＮＴＦＴで移動度は４０（ｃｍ^２／Ｖｓ）、Ｖｔｈは５．０（Ｖ）であった。
【００６６】
この液晶電気光学装置の電極等の配置の様子を図１５に示している。図１５（Ａ）のＣ−Ｃ’線断面が図１２〜図１４の製造工程の断面に対応する。ＰＴＦＴ３０を第１の信号線７２と第３の信号線５７との交差部に設け、第１の信号線７２と右隣の第３の信号線７６との交差部にも他の画素用のＰＴＦＴが同様に設けられている。一方ＮＴＦＴは第２の信号線７５と第３の信号線５７との交差部に設けられている。また、隣接した他の第１の信号線７４と第３の信号線５７との交差部には、他の画素用のＰＴＦＴが設けられている。このようなＣ／ＴＦＴを用いたマトリクス構成を有せしめた。ＰＴＦＴ３０は、ドレイン６１の電極で第１の信号線７２に連結され、ゲイト５５は信号線５７に連結されている。ソ−ス６０の出力端はコンタクトを介して画素の電極７１に連結している。
【００６７】
他方、ＮＴＦＴ４０はソース６２の電極で第２の信号線７３に連結され、ゲイト５６は信号線５７に、ドレイン６３の出力端はコンタクトを介してＰＴＦＴと同様に画素電極７１に連結している。また、同じ第３の信号線に接続され、かつとなりに設けられた他のＣ／ＴＦＴはＰＴＦＴ３１が第１の信号線７４にＮＴＦＴ４１が第２の信号線７５に接続されている。かくして一対の信号線７２、７３に挟まれた間（内側）　に、透明導電膜よりなる画素電極７１とＣ／ＴＦＴとにより１つのピクセル８０を構成せしめた。かかる構造を左右、上下に繰り返すことにより、２×２のマトリクスをそれを拡大した６４０×４８０、１２８０×９６０といった大画素の液晶電気光学装置とすることができる。なお、ここでＴＦＴの不純物領域をソース、ドレインと呼んだのは説明の為であり、実際に駆動する際にはその呼び名の機能とは異なる場合がある。
【００６８】
本実施例においては、半導体膜５２を第１のフォトマスクを使用して島状にエッチング除去して、各々のＴＦＴの素子分離をおこなっている。これにより、ＴＦＴの領域以外のゲイト配線の下側には半導体膜が存在せず、このゲイト配線の下は基板か基板上の絶縁膜であり、この部分でゲイト入力側の容量を形成することが無いため、高速の応答が可能となる。
【００６９】
さらに、図１５（Ａ）のＤ−Ｄ’断面に対応する断面図を図１５（Ｂ）に示す。このように本発明ではゲイト電極配線５７、７６と配線７２との交差部においてゲイト電極配線上に必ず絶縁膜４９が設けられるので、この部分での配線による容量の発生を防止でき、たった４枚のマスクで多層配線構造を有するＴＦＴの集積回路も作製することが可能となった。
【００７０】
この様に作製したアクティブ素子が設けられた基板を使用して、液晶電気光学装置とする。先ずこの基板上に紫外線硬化特性を有する、エポキシ変成アクリル樹脂中に５０重量％のネマチック液晶を分散させた樹脂を、スクリーン法を用いて形成した。使用したスクリーンのメッシュ密度は１インチ当り１２５メシュとし、エマルジョン厚は１５μｍとした。またスキージー圧は１．５ｋｇ／ｃｍ^２とした。
【００７１】
次に１０分間のレベリングの後２３６ｎｍを中心とした発光波長を有する高圧水銀ランプにて、１０００ｍＪのエネルギーを与え、樹脂を硬化させ、１２μｍ厚の調光層を形成した。
【００７２】
その後、直流スパッタ法を用いて、Ｍｏ（モリブデン）を２５００Å成膜し、第二の電極とした。
【００７３】
その後、黒色のエポキシ樹脂を、スクリーン法を用いて印刷を行い、５０℃で３０分仮焼成の後、１８０℃で３０分本焼成を行い、５０μｍの保護膜を形成した。
【００７４】
基板上のリードにＴＡＢ形状の駆動ＩＣを接続し、ただひとつの基板で構成される反射型の液晶表示装置を完成させた。
【００７５】
本実施例ではアクティブ素子として相補型構成のＴＦＴを各画素に１組づつ設けたが、特にこの構成に限定されることはなく、複数組の相補型構成のＴＦＴを設けてもよく、さらに複数組の相補型構成のＴＦＴを複数に分割された画素電極に設けてもよい。
【００７６】
この様にして、分散型液晶にアクティブ素子を設けた液晶電気光学装置を完成した。本実施例の分散型液晶は基板が１枚しか必要としないため、軽くて薄い液晶電気光学装置を安価で実現することができ、偏向板を使用せず、配向膜も必要とせず、一枚のみの基板で液晶電気光学効果を実現できるので、非常に明るい液晶電気光学装置を実現できた。また、その他の液晶電気光学装置の基板の一方としても本発明を応用することは可能である。
【００７７】
「実施例２」　本実施例では図１６に示すような、一つの画素に対して、相補型構成の変形トランスファーゲイトＴＦＴを設けた液晶電気光学装置に本発明を採用した。本実施例におけるＴＦＴの作製は基本的に実施例１と同様であり、その工程はほぼ図１２〜図１４と同様に進行する。ただし、本実施例では変形トランスファーゲイトのＣ／ＴＦＴを採用しているので、図１２〜図１４とはその配置が異なる、実際の配置は図１９に示すような位置にＴＦＴは配置接続されている。
【００７８】
図１６にあるように、共通のゲイト配線９１にＰＴＦＴ９５とＮＴＦＴ９６とがゲイトを接続しているこれらはソース、ドレイン領域を接続して、他方の信号線９３に接続しており、他方のソース、ドレイン領域も共通に画素電極に接続されている。
【００７９】
まず、ガラス９８上にマグネトロンＲＦ（高周波）　スパッタ法を用いてブロッキング層９９としての酸化珪素膜を１０００〜３０００Åの厚さに作製する。プロセス条件は酸素１００％雰囲気、成膜温度１５℃、出力４００〜８００Ｗ、圧力０．５Ｐａとした。タ−ゲットに石英または単結晶シリコンを用いた成膜速度は３０〜１００Å／分であった。
【００８０】
この上にシリコン膜９７をＬＰＣＶＤ（減圧気相）法、スパッタ法またはプラズマＣＶＤ法により形成した。
【００８１】
図１７（Ａ）において、珪素膜を第１のフォトマスク▲１▼にてフォトエッチングを施し、ＰＴＦＴ用の領域を図面の左側に、ＮＴＦＴ用の領域を右側に作製した。本実施例の場合は実施例１の場合と異なり、この半導体領域はＴＦＴの領域になるように確定させる。一方実施例１の場合は後の工程で再度異方性エッチングによりＴＦＴの領域を確定するので、１回目マスクはラフに位置合わせを行っていた。
【００８２】
この上に酸化珪素膜をゲイト絶縁膜１０３として５００〜２０００Å例えば７００Åの厚さに形成した。これはブロッキング層としての酸化珪素膜９９の作製と同一条件とした。
【００８３】
この後、この上側にゲイト電極１０７用の材料として、公知のスパッタリング法にてアルミニウムとシリコンの合金を３０００Å〜１．５μｍ例えば１μｍの厚さに形成した。
【００８４】
このゲイト電極材料としてはアルミニウムシリサイドの他にモリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）やこれらの材料にシリコンを混合した合金やこれらの材料自身の合金やシリコンと金属被膜の積層配線等を使用することができる。
【００８５】
さらに、このゲイト電極材料上に絶縁膜１０６として酸化珪素膜を厚さ３０００Å〜１μｍ、ここでは６０００Åにスパッタ法により形成した後、この絶縁膜１０６とゲイト電極１０７とを第２のフォトマスク▲２▼にてパタ−ニングして図１７（Ｂ）のようにゲイト電極１０７と絶縁膜１０６とを形成した。
【００８６】
次にこの基板を３％の酒石酸水溶液１に対して、９の割合でプロピレングリコールを添加したＡＧＷ電解溶液に浸し、アルミニウムシリサイドのゲイト電極を電源の陽極に接続し、対する陰極として白金を使用して直流電力を印加した。このときゲイト電極はゲイト配線ごとに接続されているが、基板の端部付近で全てのゲイト配線をはさみこんで接続するように接続端子を設けて陽極酸化を行ない図１７（Ｃ）のようにゲイト電極の側面付近に陽極酸化膜１００を形成した。
【００８７】
次に図１７（Ｄ）のように半導体上の絶縁膜１０３をエッチング除去した後に、基板全面に対してＰＴＦＴ用の不純物としてホウ素を１〜５×１０^１５ｃｍ^−２のドーズ量でイオン注入法により添加した。このドープ濃度は１０^１９ｃｍ^−３程度としてＰＴＦＴのソース、ドレイン領域を形成する。本実施例では、イオンドーピングを表面の絶縁膜を除去した後に行ったが、イオン打ち込みの条件を変えればこの半導体膜上の絶縁膜１０３をとおしてもドーピングすることは可能である。
【００８８】
次に図１８（Ａ）のようにフォトレジスト１１０を第３のフォトマスク▲３▼を用いて形成し、ＰＴＦＴ領域を覆った後、ＮＴＦＴ用のソ−ス、ドレイン領域に対し、リンを１〜５×１０^１５ｃｍ^−２のド−ズ量でイオン注入法により添加し、ドープ濃度が１０^２０ｃｍ^−３程度となるようにした。以上のようなイオンのドーピング工程において、イオンの打ち込む方向を基板に対して斜めにして、ゲイト電極側面付近の陽極酸化膜の下の方向に不純物が回り込むようにしてソース、ドレイン領域１０４、１０５の端部をゲイト電極の端部と概略一致するようにした。これにより、陽極酸化膜１００が後の工程で形成される電極配線に対して、十分な絶縁作用を持つことになり、新たな絶縁膜の形成を行う必要がなくなる。
【００８９】
次に、レーザ光をソース、ドレイン領域に照射して活性化処理した、この場合、瞬間的に活性化処理を行うので、ゲイト電極に使用している金属材料の拡散のことを考慮する必要がなく、信頼性の高いＴＦＴを作製することができた。
【００９０】
さらに、これら全体にアルミニウムをスパッタ法により形成し、電極リード１０２をを第４のマスク▲４▼によりパターニングした後、電極１０２およびゲイト電極１０７上の絶縁膜１０６およびその側面付近の陽極酸化膜１００よりはみでている半導体膜をエッチング除去して、完全な素子分離を行いＴＦＴを完成させる。このような製造方法により、相補型構成のＴＦＴを４枚のマスクで作製することができた。この様子を図１８（Ｂ）に示す。
【００９１】
次に図１８（Ｃ）に示す如く２つのＴＦＴを相補型構成とし、かつその出力端を液晶装置の一方の画素の電極を透明電極としてそれに連結するため、スパッタ法によりＩＴＯ（インジュ−ム・スズ酸化膜）を形成した。それを第５のフォトマスク▲５▼によりエッチングし、画素電極１０８を構成させた。
【００９２】
上記のようにして、図１９（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すような配置と構造を持つ変形トランスファーゲイトのＴＦＴを完成した。図１９（Ｂ）は図１９（Ａ）のＦ−Ｆ’断面に対応する断面図であり、図１９（Ｃ）は図１９（Ａ）のＥ−Ｅ’断面に対応する断面図である。図１９（Ｂ）、（Ｃ）より明らかなように、ゲイト電極１０７上には必ず層間絶縁膜１０６が存在し、同図（Ａ）で示されるようなゲイト配線１０７のリード部分とソース、ドレイン配線１０２のリード部分との交差部分で十分な層間絶縁機能を発揮しこの交差部分での配線容量の発生を抑えることができた。
【００９３】
このように、本実施例においては実施例１と同じ枚数のマスクで、異方性エッチングという高度なプロセス技術を用いることなく、配線付近の容量がより少ない、ゲイト絶縁膜付近でのショートの可能性のより少ない、素子構造のＴＦＴを持つアクティブ素子基板を完成することができた。
【００９４】
この基板を第１の基板として、対向基板に対向電極、配向処理層が形成された第２の基板を使用して、張り合わせ公知の技術により、ＳＴＮ型液晶をこの基板間に注入してアクティブマトリクス型のＳＴＮ液晶電気光学装置を完成した。
【００９５】
以上の例においてはいずれも液晶電気光学装置に応用した例を示したが、この例に限定されることはなく、他の装置や三次元集積回路素子等に適用可能なことは言うまでもない。
【００９６】
【発明の効果】
本発明の構成により、従来に比べ非常に少ない枚数のマスクを使用して、ＴＦＴ素子を製造することが可能となった。この構造の素子を応用して、半導体製品を作製すると、マスクの数の減少にともない、製造工程の簡略化と製造歩留りの向上を図ることができ、より、製造コストの安い半導体応用装置を提供することができた。
【００９７】
本発明は、ゲイト電極材料に金属材料を用いることで、この金属材料の陽極酸化法による酸化膜をその表面に設けて、その上に立体交差を有する３次元的な配線を設けることを特徴としている。また、該ゲイト電極および電極側面付近の酸化膜によって、ソース・ドレインのコンタクト部分のみをゲイト電極より露出して設けて給電点をチャネルに近づけることで、装置の周波数特性の低下、ＯＮ抵抗の増加を防ぐことができた。
【００９８】
また本発明ではゲイト電極材料にアルミニウムを用いた場合、素子形成工程中のアニール時にゲイト酸化膜中の水素を、アルミニウムの持つ触媒効果によって、Ｈ_２→Ｈにして、より減少させることが出来、界面準位密度（Ｑ_ＳＳ）をシリコンゲイトを用いた場合と比較して、減少させることが出来、素子特性を向上させることができた。
【００９９】
また、ＴＦＴのソース、ドレイン領域をセルファラインとし、さらにソース、ドレイン領域へ給電する電極のコンタクト部分もセルファライン的に位置を定めたため、ＴＦＴに要する素子の面積が減り、集積度を向上させることができる。また液晶電気光学装置のアクティブ素子として使用した場合には液晶パネルの開口率を上げることができた。
【０１００】
また、ゲイト電極の側面付近の陽極酸化膜を積極的に利用し、特徴のある構造のＴＦＴを提案し、かつこのＴＦＴ製造の為のマスクは最低で２枚と非常に少ないマスク数で製造することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＴＦＴの素子構造の一例を示す。
【図２】従来のＴＦＴの素子構造を示す。
【図３】本発明のＴＦＴの製造工程の概略断面図を示す。
【図４】本発明のＴＦＴの製造工程の概略断面図を示す。
【図５】本発明のＴＦＴの製造工程の上面図を示す。
【図６】本発明のＴＦＴの製造工程の上面図を示す。
【図７】本発明のＴＦＴの他の製造工程の概略断面図を示す。
【図８】本発明のＴＦＴの他の製造工程の概略断面図を示す。
【図９】本発明のＴＦＴの他の製造工程の上面図を示す。
【図１０】本発明のＴＦＴの他の製造工程の上面図を示す。
【図１１】本発明のＴＦＴを相補型として液晶電気化学装置に応用した際の回路の概略図を示す。
【図１２】本発明のＴＦＴを相補型として液晶電気光学装置に応用した際の製造工程の概略断面図を示す。
【図１３】本発明のＴＦＴを相補型として液晶電気光学装置に応用した際の製造工程の概略断面図を示す。
【図１４】本発明のＴＦＴを相補型として液晶電気光学装置に応用した際の製造工程の概略断面図を示す。
【図１５】本発明のＴＦＴを相補型として液晶電気光学装置に応用した際の基板上の配置の様子を示す概略図。
【図１６】本発明のＴＦＴを相補型として液晶電気光学装置に応用した際の回路の概略図を示す。
【図１７】本発明のＴＦＴを相補型として液晶電気光学装置に応用した際の製造工程の概略断面図を示す。
【図１８】本発明のＴＦＴを相補型として液晶電気光学装置に応用した際の製造工程の概略断面図を示す。
【図１９】本発明のＴＦＴを相補型として液晶電気光学装置に応用した際の基板上の配置の様子を示す概略図。
【符号の説明】
１　　基板
２　　半導体層
３　　ソース、ドレイン領域
６　　ゲイト絶縁膜
７　　ソース、ドレイン電極
８　　ゲイト電極
１０　　陽極酸化膜
１１　　絶縁膜
１３　　残存領域
４９　　絶縁膜
５５　　ゲイト電極
５６　　ゲイト電極
６０　　ソース
６１　　ドレイン
６２　　ソース
６３　　ドレイン
６６　　残存領域
７１　　画素電極
１００　陽極酸化膜

Claims (7)

1. 絶縁表面を有する基板上に形成された、ソース領域、ドレイン領域及びチャネル領域を有する半導体膜と、
   前記半導体膜上にゲイト絶縁膜を介して形成されたゲイト電極とを有する薄膜トランジスタであって、
   前記ソース領域及び前記ドレイン領域は、前記ゲイト絶縁膜の端部よりも外側にはみ出ており、一部が前記ゲイト絶縁膜の下部に回り込んで形成されていることを特徴とする薄膜トランジスタ。
2. 絶縁表面を有する基板上に形成された、ソース領域、ドレイン領域及びチャネル領域を有する半導体膜と、
   前記半導体膜上に形成されたゲイト絶縁膜と、
   前記ゲイト絶縁膜上にブロッキング層を介して形成されたゲイト電極とを有する薄膜トランジスタであって、
   前記ソース領域及び前記ドレイン領域は、前記ゲイト絶縁膜及び前記ブロッキング層の端部よりも外側にはみ出ており、一部が前記ゲイト絶縁膜及び前記ブロッキング層の下部に回り込んで形成されていることを特徴とする薄膜トランジスタ。
3. 請求項２において、前記ブロッキング層は、窒化珪素膜であることを特徴とする薄膜トランジスタ。
4. 絶縁表面を有する基板上に半導体膜を形成し、
   前記半導体膜上に絶縁膜を形成し、
   前記絶縁膜上にゲイト電極を形成し、
   前記半導体膜の上面の一部が露出するように、前記絶縁膜の一部をエッチング除去し、
   イオン注入法により前記基板に対して斜め方向から不純物を前記半導体膜上面の露出した領域に添加することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
5. 絶縁表面を有する基板上に半導体膜を形成し、
   前記半導体膜上に絶縁膜を形成し、
   前記絶縁膜上にブロッキング層を形成し、
   前記ブロッキング層上にゲイト電極を形成し、
   前記半導体膜の上面の一部が露出するように、前記絶縁膜及び前記ブロッキング層の一部をエッチング除去し、
   イオン注入法により前記基板に対して斜め方向から不純物を前記半導体膜上面の露出した領域に添加することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
6. 請求項５において、前記ブロッキング層は、窒化珪素膜であることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
7. 請求項４乃至６において、前記不純物はリンであり、１〜５×１０^１５ｃｍ^−２のドーズ量で前記半導体膜に添加することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。

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