JP2006186389A - 半導体装置およびその作製方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】新規な構成を有する薄膜トランジスタを提供する。またコンタクトホールの形成を、容易かつ確実に実施する方法を提供する。
【解決手段】断面がテーパー形状であるアルミニウムゲイト電極と、前記ゲイト電極上のゲイト絶縁膜と、前記ゲイト絶縁膜上のチャネル形成領域を構成するＩ型のアモルファスシリコン膜と、前記Ｉ型のアモルファスシリコン膜上の保護膜と、前記Ｉ型のアモルファスシリコン膜及び保護膜上のｎ型のアモルファスシリコン膜からなるソース領域及びドレイン領域と、前記ソース領域に電気的に接続されたアルミニウムソース電極と、前記ドレイン領域に電気的に接続されたアルミニウムドレイン電極と、前記ゲイト絶縁膜上の画素電極と、前記ゲイト電極に電気的に接続されたアルミニウムゲイト配線と、を有し、前記ドレイン領域と前記画素電極とはアルミニウムを介して電気的に接続されていることを特徴とする。
【選択図】図６
【解決手段】断面がテーパー形状であるアルミニウムゲイト電極と、前記ゲイト電極上のゲイト絶縁膜と、前記ゲイト絶縁膜上のチャネル形成領域を構成するＩ型のアモルファスシリコン膜と、前記Ｉ型のアモルファスシリコン膜上の保護膜と、前記Ｉ型のアモルファスシリコン膜及び保護膜上のｎ型のアモルファスシリコン膜からなるソース領域及びドレイン領域と、前記ソース領域に電気的に接続されたアルミニウムソース電極と、前記ドレイン領域に電気的に接続されたアルミニウムドレイン電極と、前記ゲイト絶縁膜上の画素電極と、前記ゲイト電極に電気的に接続されたアルミニウムゲイト配線と、を有し、前記ドレイン領域と前記画素電極とはアルミニウムを介して電気的に接続されていることを特徴とする。
【選択図】図６
Description
本発明は、表面にバリア型の陽極酸化膜を有する金属配線電極と、その上に酸化珪素等の層間絶縁膜を有する積層体に対し、陽極酸化膜と層間絶縁膜をエッチングして開孔を形成する方法に関する。
本発明は、陽極酸化を施した電極を有する薄膜トランジスタのコンタクトホールの作製方法に関する。
近年、薄膜トランジスタは、液晶ディスプレイやイメージセンサーの動作素子として重要な役割を果たしている。特に、電子移動度の高い結晶系薄膜トランジスタはこれまでシリコン半導体のＬＳＩが行ってきたドライバー回路をガラス、セラミックなどの絶縁性基板上に直接形成することが出来る。配線回路の自由度も上がり、幅１〜５ｍｍ以下でシフトレジスター等のドライバー回路を形成出来る。その結果パネル周辺部のデッドスペースをほとんどなくせると言った特徴を有している。
従来より、タンタルやアルミニウムが半導体回路等において微細な配線電極として使われている。特にアルミニウムは比較的安価な材料であり，体積抵抗が低いため大面積基板でも低抵抗かつ微細パターンを形成できる。しかし、これらの金属材料は、加熱プロセスでは安定でなく、金属が粒状に異常成長するヒロックや髭状に成長するホィスカー等が生じ、これらの材料を加熱プロセスを有する半導体回路等の微細な電極構成に使用することは難しかった。
加熱プロセスにおいて金属を安定化させるために、原子半径が比較的大きな、チタン、スカンジウム、シリコン、パラジウム、タンタル、イットリウム等がドーパント金属として０．１〜５％程度添加し、配線金属の安定化を計ることがおこなわれていた。しかしながら、少しでも高温プロセスを目指したい結晶系シリコンの分野では３５０℃迄の耐熱性が要求される。それを満足するためにはドーパント金属の効果だけでは難しかった。
その他の対策として、これらの金属表面を酸化し、安定な絶縁膜で被覆すると、金属の加熱プロセスに対する耐久性が向上することが知られている。酸化物は金属化合物に比べて融点が高く安定であるために、金属の異常成長を防ぐことができた。また、この安定な絶縁膜で被覆された金属を多層配線に用いると、その表面の絶縁性が充分に取れるため、配線間のショート防止に有効であった。
金属表面の酸化方法としては陽極酸化法が、簡便で有力な手法である。化成溶液（陽極酸化を行なうための電解液）としては３〜１０％の酒石酸アンモニウムやほう酸アンモニウム水溶液またはそれらをエチレングリコール中に３〜３０％程添加した溶液が利用される。化成溶液の中に基板を入れ、基板上の金属配線を電源の陽極（プラス）側に接続する。陰極（マイナス）側には白金やステンレス等の安定した材料が用いられる。この状態で陽極・陰極間に定電流が流すと、供給された電荷によりアルミニウム等の配線材料が酸化する。形成される酸化物は絶縁性が高いため、酸化が進むと配線材料の電気抵抗が次第に高くなり、電極間の電圧は徐々に増加し、電圧は１００〜２００Ｖに達する。その時の陽極酸化膜の膜厚は約１４００〜２８００Åとなり、配線金属は緻密な安定した酸化膜で被覆される。このようにして形成された緻密な安定した陽極酸化膜をバリア型陽極酸化膜という。
一方、近年は図１に示されるような構造の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が提案されている。図１に薄膜トランジスタの構造を示す。すなわち、電極とくにゲイト電極に、表面にバリア型の陽極酸化膜が形成されたアルミニウム、タンタル等の金属電極を用いた薄膜トランジスタである。
図１の薄膜トランジスタ（プレーナー型）の構成を説明する。
半導体からなる活性層（ソース部４０３、チャネル部４０４、ドレイン部４０５）を設け、その上にゲイト絶縁膜４０６を設け、その上に、緻密なバリア型の陽極酸化膜４０８を有したゲイト電極４０７が形成されている。図１に示す薄膜トランジスタにはバリア型陽極酸化膜４０８だけでなく、その側面部にポーラス型（多孔質型）の陽極酸化膜４０９が形成されている。
半導体からなる活性層（ソース部４０３、チャネル部４０４、ドレイン部４０５）を設け、その上にゲイト絶縁膜４０６を設け、その上に、緻密なバリア型の陽極酸化膜４０８を有したゲイト電極４０７が形成されている。図１に示す薄膜トランジスタにはバリア型陽極酸化膜４０８だけでなく、その側面部にポーラス型（多孔質型）の陽極酸化膜４０９が形成されている。
４０８や４０９のような薄膜トランジスタのゲイト電極における陽極酸化膜は配線の熱安定性を増加させるだけでなく、ゲイト側面の酸化物の厚さを利用してオフセット領域４１３、４１４を形成する事ができる。その上に層間絶縁膜４１０が形成されている。層間絶縁膜４１０には酸化珪素または窒化珪素の膜が利用される。
このような、表面に陽極酸化膜を有する金属を電極に用いた構成の薄膜トランジスタにおいて問題となるのは、ソース部活性層（ソース領域）４０３と接続電極４１１、ドレイン部活性層（ドレイン領域）４０５と接続電極４１２、及びゲイト電極４０７と接続電極４１５を、それぞれ接続するためのコンタクトホールの形成である。
このとき、ソース部、ドレイン部では層間絶縁膜４１０とゲイト絶縁膜４０６（ゲイト絶縁膜がソース部、ドレイン部に無い構成のときは層間絶縁膜４１０のみ）に対してエッチングをし、また、ゲイト電極部では層間絶縁膜４１０と陽極酸化膜４０８に対してエッチングを行なって、接続用のコンタクトホールが設けることになる。
このような場合、従来の工程では、水で１／１０〜１／１００に希釈したフッ化水素酸（ＨＦ）がエッチャントとして用いられていた。このエッチャントは酸化珪素または窒化珪素からなる層間絶縁膜やゲイト絶縁膜のエッチングに用いられる。さらに、アルミニウムよりなるゲイト電極の場合、その陽極酸化膜（バリア型陽極酸化アルミニウム）に対してもエッチングが行なわれる。
フッ化水素酸をエッチャントとして用いた場合、フッ化水素酸は層間絶縁膜やゲイト絶縁膜を構成する酸化珪素に対するエッチング速度が、陽極酸化アルミニウムに対するエッチング速度と余り差が無く、エッチング選択比が低い。そのため、ソース部およびドレイン部に対するコンタクトホールの形成と、ゲイト部のコンタクトホールの形成を、レジストにより共に開孔を設けて同工程でエッチングを行なおうとすると、ソース／ドレイン部とゲイト部のどちらかにおいて、オーバエッチングやエッチング不足といった事態が発生しやすかった。
したがって、従来は２段階のエッチングが行なわれていた。図８に従来のエッチング工程を示す。まず図８（Ａ）に示すように、ゲイト部をレジスト３０３で覆いソース部３０１及びドレイン部３０２のみをレジストで開孔して層間絶縁膜４１０及びゲイト絶縁膜４０６までのエッチングを行いシリコン活性層４０５を露出させる。次に図８（Ｂ）に示すように、ゲイト部３０４のみをレジストで開孔し、層間絶縁膜４１０と陽極酸化アルミニウム４０８のエッチングを行なうといった２段階エッチングが行なわれていた。
この方法では、開孔部のエッチングを行なうのに２枚のマスク工程が必要とされた。さらにフッ化水素酸の陽極酸化アルミニウムのエッチング速度は、陽極酸化アルミニウム４０８がエッチング除去された後の、アルミニウム４０７のエッチング速度に比して遅いため、十分な選択比がとれない。すなわち、陽極酸化アルミニウムのエッチングが終了した時点でエッチング速度が加速されてしまうため、アルミニウム４０７をオーバエッチングしてしまう結果を招きやすい。
アルミニウムのエッチャントとして通常用いられている燐酸、酢酸、硝酸を含んだアルミ混酸でもほぼ同様で陽極酸化アルミニウム／アルミニウムに対して選択比を取るのは難しかった。
本発明は、酸化珪素膜または窒化珪素膜下の、表面に陽極酸化アルミニウム膜を有しているアルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする電極に対して、酸化珪素膜または窒化珪素膜と酸化アルミニウム膜をエッチング除去して行なわれるコンタクトホールの形成を、容易かつ確実に実施できる方法を提供する。
また本発明は、酸化珪素膜または窒化珪素膜下であって、陽極酸化アルミニウム膜を表面に有するアルミニウム電極へのコンタクトホールの形成と、酸化珪素膜下または酸化珪素膜と窒化珪素膜下の半導体へのコンタクトホールの形成を、一度のレジスト形成工程（マスク行程）にて行なえる方法を提供する。
上記課題を解決するために、本明細書で開示する発明の一つは、
表面に陽極酸化アルミニウムを有するアルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする金属と、
該アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする金属を覆っている酸化珪素膜とを有する積層体に対し、
酢酸とフッ化アンモニウム（ＮＨ4 Ｆ）とフッ化水素酸（ＨＦ）とを含んだ酢酸入り緩衝フッ酸溶液（ＡＢＨＦ）でエッチングする工程と、
該工程の後、無水クロム酸と燐酸を含んだクロム燐酸溶液でエッチングする工程とにより、
前記酸化珪素膜と前記陽極酸化アルミニウムとをエッチングし、前記アルミニウムの少なくとも一部を露呈することを特徴とするコンタクトホールの作製方法である。
表面に陽極酸化アルミニウムを有するアルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする金属と、
該アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする金属を覆っている酸化珪素膜とを有する積層体に対し、
酢酸とフッ化アンモニウム（ＮＨ4 Ｆ）とフッ化水素酸（ＨＦ）とを含んだ酢酸入り緩衝フッ酸溶液（ＡＢＨＦ）でエッチングする工程と、
該工程の後、無水クロム酸と燐酸を含んだクロム燐酸溶液でエッチングする工程とにより、
前記酸化珪素膜と前記陽極酸化アルミニウムとをエッチングし、前記アルミニウムの少なくとも一部を露呈することを特徴とするコンタクトホールの作製方法である。
他の発明の一つは、
陽極酸化アルミニウムで被覆されたアルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする金属よりなるゲイト電極を有するゲイト部と、
半導体よりなるソース部またはドレイン部と、
前記ゲイト部、ソース部、ドレイン部を覆って設けられた酸化珪素膜とを少なくとも有する薄膜トランジスタにおいて、
前記酸化珪素膜に対し、前記ソース部、ドレイン部およびゲイト部の上部に開孔領域を有してレジストを形成する工程と、
前記開孔領域内を、フッ化アンモニウム（ＮＨ4 Ｆ）とフッ化水素酸（ＨＦ）とを含んだ酢酸入り緩衝フッ酸溶液（ＡＢＨＦ）に浸す工程と
該工程の後、前記開孔領域内を、無水クロム酸と燐酸を含んだクロム燐酸溶液に浸す工程とにより、
前記開孔領域内の酸化珪素膜および陽極酸化アルミニウム膜を除去すること
を特徴とするコンタクトホールの作製方法である。
陽極酸化アルミニウムで被覆されたアルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする金属よりなるゲイト電極を有するゲイト部と、
半導体よりなるソース部またはドレイン部と、
前記ゲイト部、ソース部、ドレイン部を覆って設けられた酸化珪素膜とを少なくとも有する薄膜トランジスタにおいて、
前記酸化珪素膜に対し、前記ソース部、ドレイン部およびゲイト部の上部に開孔領域を有してレジストを形成する工程と、
前記開孔領域内を、フッ化アンモニウム（ＮＨ4 Ｆ）とフッ化水素酸（ＨＦ）とを含んだ酢酸入り緩衝フッ酸溶液（ＡＢＨＦ）に浸す工程と
該工程の後、前記開孔領域内を、無水クロム酸と燐酸を含んだクロム燐酸溶液に浸す工程とにより、
前記開孔領域内の酸化珪素膜および陽極酸化アルミニウム膜を除去すること
を特徴とするコンタクトホールの作製方法である。
また、他の発明の一つは、
陽極酸化アルミニウムで被覆されたアルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする金属よりなるゲイト電極を有するゲイト部と、
半導体よりなるソース部またはドレイン部と、
前記ゲイト部、ソース部、ドレイン部を覆って設けられた酸化珪素膜とを少なくとも有する薄膜トランジスタにおいて、
前記酸化珪素膜に対し、フッ化アンモニウム（ＮＨ4 Ｆ）とフッ化水素酸（ＨＦ）とを含んだ酢酸入り緩衝フッ酸溶液（ＡＢＨＦ）により、開孔を形成する工程と、
無水クロム酸と燐酸を含んだクロム燐酸溶液により、前記開孔より小さい口径を有する開孔を、前記陽極酸化アルミニムウム膜に設けること、
を特徴とするコンタクトホールの作製方法である。
陽極酸化アルミニウムで被覆されたアルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする金属よりなるゲイト電極を有するゲイト部と、
半導体よりなるソース部またはドレイン部と、
前記ゲイト部、ソース部、ドレイン部を覆って設けられた酸化珪素膜とを少なくとも有する薄膜トランジスタにおいて、
前記酸化珪素膜に対し、フッ化アンモニウム（ＮＨ4 Ｆ）とフッ化水素酸（ＨＦ）とを含んだ酢酸入り緩衝フッ酸溶液（ＡＢＨＦ）により、開孔を形成する工程と、
無水クロム酸と燐酸を含んだクロム燐酸溶液により、前記開孔より小さい口径を有する開孔を、前記陽極酸化アルミニムウム膜に設けること、
を特徴とするコンタクトホールの作製方法である。
また他の発明は、上記した構成において、酸化珪素膜は、酸化珪素膜と窒化珪素膜との積層膜であることを特徴とするコンタクトホールの作製方法である。
また、他の発明の一つは、
表面に陽極酸化アルミニウムを有するアルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする金属と、
該アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする金属を覆っている酸化珪素膜または窒化珪素膜または酸化珪素膜と窒化珪素膜との積層膜と、
を有する積層体に対し、
ドライエッチングする工程と、
該工程の後、無水クロム酸と燐酸を含んだクロム燐酸溶液でエッチングする工程とにより、
前記酸化珪素膜または窒化珪素膜または酸化珪素膜と窒化珪素膜との積層膜と前記陽極酸化アルミニウムとをエッチングして、前記アルミニウムの少なくとも一部を露呈させ、
該工程の後、前記積層体上に、前記露呈したアルミニウムと電気的に接続するアルミニウム配線を設けること
を特徴とするコンタクトホールの作製方法である。
表面に陽極酸化アルミニウムを有するアルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする金属と、
該アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする金属を覆っている酸化珪素膜または窒化珪素膜または酸化珪素膜と窒化珪素膜との積層膜と、
を有する積層体に対し、
ドライエッチングする工程と、
該工程の後、無水クロム酸と燐酸を含んだクロム燐酸溶液でエッチングする工程とにより、
前記酸化珪素膜または窒化珪素膜または酸化珪素膜と窒化珪素膜との積層膜と前記陽極酸化アルミニウムとをエッチングして、前記アルミニウムの少なくとも一部を露呈させ、
該工程の後、前記積層体上に、前記露呈したアルミニウムと電気的に接続するアルミニウム配線を設けること
を特徴とするコンタクトホールの作製方法である。
また、他の発明の一つは、
表面に陽極酸化アルミニウムを有するアルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする金属と、
該アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする金属を覆っている酸化珪素膜または窒化珪素膜または酸化珪素膜と窒化珪素膜との積層膜と、
を有する積層体に対し、
ドライエッチングする工程と、
該工程の後、イオンミリングすることにより、
前記酸化珪素膜または窒化珪素膜または酸化珪素膜と窒化珪素膜との積層膜と前記陽極酸化アルミニウムとをエッチングして、前記アルミニウムの少なくとも一部を露呈させ、
該工程の後、前記積層体上に、前記露呈したアルミニウムと電気的に接続するアルミニウム配線を設けること
を特徴とするコンタクトホールの作製方法である。
表面に陽極酸化アルミニウムを有するアルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする金属と、
該アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする金属を覆っている酸化珪素膜または窒化珪素膜または酸化珪素膜と窒化珪素膜との積層膜と、
を有する積層体に対し、
ドライエッチングする工程と、
該工程の後、イオンミリングすることにより、
前記酸化珪素膜または窒化珪素膜または酸化珪素膜と窒化珪素膜との積層膜と前記陽極酸化アルミニウムとをエッチングして、前記アルミニウムの少なくとも一部を露呈させ、
該工程の後、前記積層体上に、前記露呈したアルミニウムと電気的に接続するアルミニウム配線を設けること
を特徴とするコンタクトホールの作製方法である。
また、他の発明の一つは、
表面に陽極酸化アルミニウムを有するアルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする金属と、
該アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする金属を覆っている酸化珪素膜または窒化珪素膜または酸化珪素膜と窒化珪素膜との積層膜と、
を有する積層体に対し、
酢酸とフッ化アンモニウム（ＮＨ4 Ｆ）とフッ化水素酸（ＨＦ）とを含んだ酢酸入り緩衝フッ酸溶液（ＡＢＨＦ）でエッチングする工程と、
該工程の後、イオンミリングすることにより、
前記酸化珪素膜または窒化珪素膜または酸化珪素膜と窒化珪素膜との積層膜と前記陽極酸化アルミニウムとをエッチングして、前記アルミニウムの少なくとも一部を露呈させ、
該工程の後、前記積層体上に、前記露呈したアルミニウムと電気的に接続するアルミニウム配線を設けること
を特徴とするコンタクトホールの作製方法である。
表面に陽極酸化アルミニウムを有するアルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする金属と、
該アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする金属を覆っている酸化珪素膜または窒化珪素膜または酸化珪素膜と窒化珪素膜との積層膜と、
を有する積層体に対し、
酢酸とフッ化アンモニウム（ＮＨ4 Ｆ）とフッ化水素酸（ＨＦ）とを含んだ酢酸入り緩衝フッ酸溶液（ＡＢＨＦ）でエッチングする工程と、
該工程の後、イオンミリングすることにより、
前記酸化珪素膜または窒化珪素膜または酸化珪素膜と窒化珪素膜との積層膜と前記陽極酸化アルミニウムとをエッチングして、前記アルミニウムの少なくとも一部を露呈させ、
該工程の後、前記積層体上に、前記露呈したアルミニウムと電気的に接続するアルミニウム配線を設けること
を特徴とするコンタクトホールの作製方法である。
また、他の発明の一つは、
表面に陽極酸化アルミニウムを有するアルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする金属と、
該アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする金属を覆っている窒化珪素膜または酸化珪素膜と窒化珪素膜との積層膜とを有する積層体に対し、
酢酸とフッ化アンモニウム（ＮＨ4 Ｆ）とフッ化水素酸（ＨＦ）とを含んだ酢酸入り緩衝フッ酸溶液（ＡＢＨＦ）でエッチングする工程と、
該工程の後、無水クロム酸と燐酸を含んだクロム燐酸溶液でエッチングする工程とにより、
前記窒化珪素膜と前記陽極酸化アルミニウムとをエッチングし、前記アルミニウムの少なくとも一部を露呈することを特徴とするコンタクトホールの作製方法。
表面に陽極酸化アルミニウムを有するアルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする金属と、
該アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする金属を覆っている窒化珪素膜または酸化珪素膜と窒化珪素膜との積層膜とを有する積層体に対し、
酢酸とフッ化アンモニウム（ＮＨ4 Ｆ）とフッ化水素酸（ＨＦ）とを含んだ酢酸入り緩衝フッ酸溶液（ＡＢＨＦ）でエッチングする工程と、
該工程の後、無水クロム酸と燐酸を含んだクロム燐酸溶液でエッチングする工程とにより、
前記窒化珪素膜と前記陽極酸化アルミニウムとをエッチングし、前記アルミニウムの少なくとも一部を露呈することを特徴とするコンタクトホールの作製方法。
また、他の発明の一つは、
陽極酸化アルミニウムで被覆されたアルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする金属よりなるゲイト電極と、
前記ゲイト電極を覆って設けられたゲイト絶縁膜とを少なくとも有する薄膜トランジスタにおいて、
前記ゲイト絶縁膜に対し、フッ化アンモニウム（ＮＨ4 Ｆ）とフッ化水素酸（ＨＦ）とを含んだ酢酸入り緩衝フッ酸溶液（ＡＢＨＦ）により、開孔を形成する工程と、
無水クロム酸と燐酸を含んだクロム燐酸溶液により、前記開孔より小さい口径を有する開孔を、前記陽極酸化アルミニウム膜に設けること
を特徴とするコンタクトホールの作製方法。
陽極酸化アルミニウムで被覆されたアルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする金属よりなるゲイト電極と、
前記ゲイト電極を覆って設けられたゲイト絶縁膜とを少なくとも有する薄膜トランジスタにおいて、
前記ゲイト絶縁膜に対し、フッ化アンモニウム（ＮＨ4 Ｆ）とフッ化水素酸（ＨＦ）とを含んだ酢酸入り緩衝フッ酸溶液（ＡＢＨＦ）により、開孔を形成する工程と、
無水クロム酸と燐酸を含んだクロム燐酸溶液により、前記開孔より小さい口径を有する開孔を、前記陽極酸化アルミニウム膜に設けること
を特徴とするコンタクトホールの作製方法。
また、他の発明は、上記構成において、ゲイト絶縁膜は、酸化珪素膜であることを特徴とするコンタクトホールの作製方法である。
また、他の発明は、上記構成において、ゲイト絶縁膜は、窒化珪素膜であること特徴とするコンタクトホールの作製方法である。
また、他の発明は、上記構成において、ゲイト絶縁膜は、酸化珪素膜と窒化珪素膜との積層膜であることを特徴とするコンタクトホールの作製方法である。
また、上記構成において、酢酸入り緩衝フッ酸溶液（ＡＢＨＦ）は、酢酸（９８％）と４０％フッ化アンモニウム（ＮＨ4 Ｆ）と５０％フッ化水素酸（ＨＦ）を ０：１：１〜１００：１００：１好ましくは０：１０：１〜６０：６０：１（体積比）で混合したものである事を特徴とするものである。
また、他の発明は、断面がテーパー形状であるアルミニウムゲイト電極と、前記ゲイト電極上のゲイト絶縁膜と、前記ゲイト絶縁膜上のチャネル形成領域を構成するＩ型のアモルファスシリコン膜と、前記Ｉ型のアモルファスシリコン膜上の保護膜と、前記Ｉ型のアモルファスシリコン膜及び保護膜上のｎ型のアモルファスシリコン膜からなるソース領域及びドレイン領域と、前記ソース領域に電気的に接続されたアルミニウムソース電極と、前記ドレイン領域に電気的に接続されたアルミニウムドレイン電極と、前記ゲイト絶縁膜上の画素電極と、前記ゲイト電極に電気的に接続されたアルミニウムゲイト配線と、を有し、前記ドレイン領域と前記画素電極とはアルミニウムを介して電気的に接続されている半導体装置である。
また、上記構成において、前記ゲイト絶縁膜は前記ゲイト電極の陽極酸化膜と窒化珪素膜の積層膜である。
また、他の発明は、アルミニウム膜を形成し、前記アルミニウム膜をエッチングして断面がテーパー形状であるアルミニウムゲイト電極を形成し、前記ゲイト電極上にゲイト絶縁膜を形成し、前記ゲイト絶縁膜上にＩ型のアモルファスシリコン膜を形成し、前記Ｉ型のアモルファスシリコン膜上に保護膜を形成し、前記Ｉ型のアモルファスシリコン膜及び保護膜上にｎ型のアモルファスシリコン膜を形成し、前記Ｉ型のアモルファスシリコン膜をエッチングするとともに前記ｎ型のアモルファスシリコン膜をエッチングしてソース領域及びドレイン領域を形成し、前記ゲイト絶縁膜上に画素電極を形成し、前記ゲイト絶縁膜に対してエッチングをして前記ゲイト電極へのコンタクトホールを形成し、アルミニウム膜を形成し、前記アルミニウム膜をエッチングして、前記ソース領域と電気的に接続するソース電極、前記ドレイン領域及び前記画素電極と電気的に接続するドレイン電極、前記ゲイト電極と電気的に接続するゲイト配線電極を形成することを特徴とする。
また、上記構成において、前記ゲイト絶縁膜は、前記アルミニウムを陽極酸化した陽極酸化膜及び前記陽極酸化膜上に形成した窒化珪素膜の積層膜からなり、前記ゲイト絶縁膜に対してエッチングをして前記ゲイト電極へのコンタクトホールを形成するに際し、前記窒化珪素膜を酢酸、フッ化アンモニウム及びフッ化水素酸を含んだ溶液によってエッチングする、又は前記窒化珪素膜をＣＨＦ３を用いてドライエッチングし、前記陽極酸化膜をリン酸及び無水クロム酸を含んだ溶液でエッチングして前記ゲイト電極へのコンタクトホールを形成することを特徴とする。
本発明により、酸化珪素膜または窒化珪素膜下の、陽極酸化アルミニウム膜を表面に有するアルミニウムに対する、酸化珪素膜、窒化珪素膜および陽極酸化アルミニウム膜をエッチング除去して形成されるコンタクトホールを、極めて容易に制御性良く形成することが可能となった。
また、本発明により、薄膜トランジスタにおいては、ソース部とドレイン部では層間絶縁膜とゲイト絶縁膜のエッチングを、ゲイト部では層間絶縁膜と陽極酸化アルミニウムのエッチングを、１回のレジスト形成工程で行なってコンタクトホールを形成することができた。また、オーバーエッチ等の心配も極めて少なくなり、容易にコンタクトホールを形成することができるようになった。
本発明方法は、液晶電気光学装置や、イメージセンサ、集積回路等、微細な配線を有する回路に対して幅広く応用できる。
（作用）
本出願人は、フッ化アンモニウム（ＮＨ4 Ｆ）とフッ化水素酸（ＨＦ）とを含んだ酢酸入り緩衝フッ酸溶液（以下ＡＢＨＦと略す）が、酸化珪素膜や窒化珪素膜をエッチングし、かつ陽極酸化アルミニウムに対しては、ある程度エッチングが進行した段階で、エッチングが停止する性質を有していることを見出した。
本出願人は、フッ化アンモニウム（ＮＨ4 Ｆ）とフッ化水素酸（ＨＦ）とを含んだ酢酸入り緩衝フッ酸溶液（以下ＡＢＨＦと略す）が、酸化珪素膜や窒化珪素膜をエッチングし、かつ陽極酸化アルミニウムに対しては、ある程度エッチングが進行した段階で、エッチングが停止する性質を有していることを見出した。
すなわち、ＡＢＨＦによってソース部、ドレイン部、ゲイト部上の酸化珪素膜または窒化珪素膜よりなる層間絶縁膜は、それぞれ同じようにエッチングされる。次にソース部及びドレイン部にゲイト絶縁膜（酸化珪素膜または窒化珪素膜）があれば、ゲイト絶縁膜がＡＢＨＦでエッチング除去され、シリコン活性層が露出した段階でＡＢＨＦのエッチングを終了し、水洗してエッチャントによる反応を停止する。一方ゲイト部では、このエッチング工程の間に酸化珪素膜または窒化珪素膜下の陽極酸化アルミニウムが露出しており、この陽極酸化アルミニウムはＡＢＨＦの作用によりエッチングされる。ただしこのとき、陽極酸化アルミニウムは当初３００〜６００Å程度まではエッチングが進行するがそれ以上の進行は停止する。
図２に、ＡＢＨＦによる陽極酸化アルミニウム膜のエッチング特性の一例を示す。図２においては、ＡＢＨＦでは３５０Å程度エッチングした後は、それ以上エッチングが進まないことが分かる。
その時の陽極酸化アルミニウムのエッチングされた表面には四角形の結晶が密集した状態が観察できる。このような四角形が観察される時には、必ずといってよいほどエッチングは陽極酸化アルミニウムの途中で停止している。この現象は、陽極酸化アルミニウムがエッチャントと反応し不溶性の新たな化合物が形成されるのか、電解質のカチオンがアルミナ膜に進入する表層の部分が同エッチャントで除去され易く、その奥のカチオンの到達しない純アルミナの部分が同エッチャントに対して安定であるのか、その当たりの原因については余り明らかになっていない。
何れにしろ、ＡＢＨＦによっては陽極酸化アルミニウムは途中までしかエッチングされず、したがって陽極酸化アルミニウムより内部にあるアルミニウムまでエッチングが行なわれることはない。
なお、ＡＢＨＦでエッチング後に水洗浄し、乾燥させ、再度ＡＢＨＦエッチャントに浸漬させるとエッチングは再度進行し、新たに数１００Åのエッチング深さが進行する。これを数回繰り返すとエッチングは徐々に進行してアルミニウムまで達しさらに進行していく。このようなエッチング／水洗を繰り返しの作業を行なわない限り、エッチングがアルミニウムまで達することはない。
このように、ＡＢＨＦを用いて酸化珪素膜または窒化珪素膜をエッチングすることによって、陽極酸化アルミニウムに対するエッチングを自己制御的に停止させることができるため、ゲイト部のオーバエッチングやエッチング不足など問題が無くなり、エッチングを実施する者は、ソース部、ドレイン部のゲイト絶縁膜が除去出来たかどうかに対して注意を払うだけで済み、極めて容易に実施できる。
また、陽極酸化アルミニウムのエッチングに関しては、日本工業規格ＪＩＳ
Ｈ ８６８０「アルミニウム及びアルミニウム合金の陽極酸化被膜厚さ試験方法」の被膜質量法の中で、またはＪＩＳ Ｈ ９５００「アルミニウム及びアルミニウム合金の陽極酸化処理作業標準」の酸化膜除去方法の中で詳細が述べられている。１リットル溶液中に燐酸（８５０ｇ／ｌ）３５ｍｌと無水クロム酸２０ｇを添加した溶液の中で６０〜９５℃に加熱した状態でエッチングを行なうと記されている。この溶液を、表面が陽極酸化されたアルミニウムに用いると、表面の陽極酸化アルミニウムの皮膜のみがエッチングされ、素地のアルミニウムの部分はエッチングされない。すなわち、陽極酸化アルミニウム／アルミニウム界面でのエッチング選択比を高くとれる。
Ｈ ８６８０「アルミニウム及びアルミニウム合金の陽極酸化被膜厚さ試験方法」の被膜質量法の中で、またはＪＩＳ Ｈ ９５００「アルミニウム及びアルミニウム合金の陽極酸化処理作業標準」の酸化膜除去方法の中で詳細が述べられている。１リットル溶液中に燐酸（８５０ｇ／ｌ）３５ｍｌと無水クロム酸２０ｇを添加した溶液の中で６０〜９５℃に加熱した状態でエッチングを行なうと記されている。この溶液を、表面が陽極酸化されたアルミニウムに用いると、表面の陽極酸化アルミニウムの皮膜のみがエッチングされ、素地のアルミニウムの部分はエッチングされない。すなわち、陽極酸化アルミニウム／アルミニウム界面でのエッチング選択比を高くとれる。
例えば、ＡＢＨＦのエッチングで四角形の結晶が見えたままエッチング停止していた陽極酸化アルミニウム表面は、クロム燐酸溶液で完全に除去され、アルミニウム界面（陽極酸化アルミニウムとアルミニウムとの界面）に達した時点でエッチングは止まる。
また、クロム燐酸をエッチャントとして陽極酸化アルミニウムをエッチングしている最中には、同エッチャントに酸化珪素または窒化珪素のゲイト絶縁膜及びシリコン活性層も接しているが、これらは同エッチャントに対してエッチング速度は小さく、材料的にはほとんど変化はない。
したがって、酸化珪素膜または窒化珪素膜下の、陽極酸化アルミニウム膜を表面に有するアルミニウムに接触するコンタクトホールは、ＡＢＨＦで酸化珪素をエッチングし、次にクロム燐酸溶液で陽極酸化アルミニウムのエッチングを行なうという本発明方法により、極めて容易に制御性良く形成することが可能となる。
図３に、クロム燐酸溶液による陽極酸化アルミニウム膜のエッチング特性の一例を示す。所定の時間エッチングしその時に進行する深さを段差計で測定している。アルミニウムを被覆しているの膜厚１５００Åの陽極酸化アルミニウムは時間経過に対して直線的に除去され、アルミニウム界面でエッチング深さの進行は良好に停止している。確認の為にクロムリン酸溶液エッチング後にオージェ分光分析法で深さ分析を行なった。表層約５０Åの範囲には酸素が検出されていて、それより深層には酸化されていない金属アルミニウムのみしか認められない。陽極酸化をしていないアルミニウム表面の自然酸化物の厚さは約５０Åであり、前記エッチング表面の厚さとほぼ一致する。従ってクロム燐酸で陽極酸化アルミニウムのみがエッチングされ、アルミニウム表面が露出した後、大気雰囲気のなかでさらに表面酸化した物と考えられる。
また、エッチング中のレジストの密着性を確保する意味では、ＪＩＳ規格の濃度より２倍程度希釈した方が安定した工程とすることができる。この場合において、膜厚２０００Å程度までの陽極酸化アルミニウムにおけるエッチング時間内でのレジスト剥離は無かった。また、陽極酸化アルミニウムのエッチングも、アルミニウム界面にて問題なく停止する。
このようにして、本発明により、薄膜トランジスタにおいては、ソース部とドレイン部では層間絶縁膜とゲイト絶縁膜のエッチングを、ゲイト部では層間絶縁膜と陽極酸化アルミニウムのエッチングを、１回のレジスト形成工程で行なってコンタクトホールを形成することができる。また、オーバーエッチ等の心配も極めて少なくなり、容易にコンタクトホールを形成することができる。そして上部に接続する電極を成膜することにより、コンタクトホールを介して上部電極とアルミニウムのゲイト電極やソース部、ドレイン部との接続ができる。
本実施例は、表面に陽極酸化膜を有する第１の配線上に、層間絶縁膜を介して第２の配線を設け、陽極酸化膜と層間絶縁膜に対してコンタクトホールを設けて第１および第２の配線を接続した例を示す。本実施例の構成は、液晶ディスプレイやイメージセンサ等の半導体回路における微細配線に用いることができる。
本実施例では配線材料として、アルミニウムを主成分とした例を示す。アルミニウム以外の材料としては、タンタル、チタン、さらにはこれらの混合材料やこれらの材料を主成分とする材料を利用することができる。
図４に本実施例によって作製した微細配線の接続状態を示す。図４は基板１０１上に、図においては紙面に対し垂直な方向に延びているアルミニウムの第１の電極１０２、陽極酸化アルミニウム膜１０３、酸化珪素よりなる層間絶縁膜１０４、図においては第１の電極と直交方向に設けられている第２の電極１０５を有する。第１の電極１０２と第２の電極１０５は、層間絶縁膜１０５と陽極酸化膜１０３がエッチングされて露呈した第１の電極の上面１０６にて電気的に接続されている。以下にその作製工程を示す。
まず、適当な基板１０１（一般には絶縁膜や絶縁材料である）上に配線を形成する材料となるアルミニウムの膜をここでは６０００Åの厚さにスパッタ法で形成した。このアルミニウムの厚さは、必要とする厚さに形成すればよく、特に限定されるものではない。また、アルミニウム中にはＳｃ（スカンジウム）を０．２ｗｔ％添加したものを用いる。これは、後の陽極酸化工程において、アルミニウムのヒロックが起こらないようにするためである。また、高温でのアルミの異常成長防止用にはＳｃ以外の添加物（例えばＹ）を用いてもよい。
アルミニウムは通常のフォトリソ工程でパターニングした。エッチングにはドライエッチングやウエットエッチングが行なわれる。ドライエッチングではエッチング断面が直角に近くなる。またウエットエッチングでは断面の基板との成す角度が９０°より小さくほぼ４０〜６０°となる。配線電極の場合に、エッチング断面が９０°に近いとその上に形成する層間絶縁膜や２層目配線のステップカバレッジが悪くなり、断線や上下配線間でショートを起こす確率が高くなるといった問題が発生する。従って本実施例ではウエットエッチングを採用した。燐酸と酢酸と硝酸を混合した溶液を３５〜４５℃に加熱したものを用いた。これによりアルミニウム膜を６０μｍ幅のストライプ状の配線に加工し、第１の配線を形成した。
次に陽極酸化に関する説明を行なう。３％の酒石酸をエチレングルコールに溶解し、そこに１／１０アンモニア水を添加し、溶液のｐｈを６．８〜７．０に調整した。溶液を、恒温槽に入れ、液温を０〜２０℃、望ましくは１０±１℃にする。その溶液のなかに加工する基板と陰極となる金属電極材料を３０〜５０ｍｍ隔てて、アルミニウムを内側対向させた。陰極材料としては溶液に対して安定な材料ならば良い。本実施例では、白金板を用いた。電源より陽極側に加工基板を、陰極側に白金板を接続した。
陽極側に接続されたアルミニウムはプラスの電荷の供給を受けて酸化し、絶縁膜が形成される電源を定電流モードにしておくと陽極と陰極間の電位差は暫時増加する。到達電圧が１２０Ｖになった時点で電源モードを定電圧に切替え更に３０分の化成を行なった。このモードの場合には電流は急激に低下し膜抵抗が引き続き上昇していくことがわかる。この工程により形成した陽極酸化アルミニウム１０３の厚さは１５００Åであった。ここで形成される陽極酸化アルミニウム膜は緻密な組成を有し、素地のアルミニウムの外側に、素地のアルミニウムとほぼ同じ膜厚の陽極酸化アルミニウム膜が等方的に形成された。当然、アルミニウム配線の断面パターンがテーパー（台形）形状をしている為、アルミナ形成後においても同様にテーパー（台形）形状になっている。１５０〜３５０℃で焼成した後の膜に電圧を印加し永久破壊が生じる時の耐電圧は１００〜１１０Ｖであり極めて良好な絶縁膜でアルミニウムが被覆されているのがわかる。このようにして陽極酸化アルミニウムを表面に有するアルミニウム配線として第１の配線を形成した。
次の層間絶縁膜の形成について説明する。層間絶縁膜には酸化珪素や窒化珪素を用いるのが通常である。本実施例では化学的気相反応法（ＣＶＤ法）による酸化珪素を用いた。対向するプラズマ電極間に加工基板を平行に配置し、高真空下に排気し、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）及び酸素ガスを供給し、プラズマ電極間に１３．５６ＭＨｚ、５０Ｖの高周波を印加し電極間にプラズマ放電した。加工基板上全面に良好な絶縁性を有する酸化珪素膜が形成された。
層間絶縁膜としては、酸化珪素膜より緻密な膜質を有し、絶縁の確実性が得られる窒化珪素膜を用いてもよいが、窒化珪素膜のみを層間絶縁膜として用いると、窒化珪素膜が有する強い応力により、特にガラス基板を用いた場合など、層間絶縁膜下の配線や素子に歪みが生じ、不良発生を招きやすい。
そこで、層間絶縁膜として、窒化珪素膜を５００〜１５００Å程度と、５０００〜６０００Åの酸化珪素膜とを積層した２層構造とし、絶縁性が高くかつ応力の影響を抑えたものとしてもよい。
そこで、層間絶縁膜として、窒化珪素膜を５００〜１５００Å程度と、５０００〜６０００Åの酸化珪素膜とを積層した２層構造とし、絶縁性が高くかつ応力の影響を抑えたものとしてもよい。
次にコンタクトホールを形成するために、酸化珪素膜とその下の陽極酸化アルミニウム膜に対しエッチングを施した。
エッチングは、酸化珪素膜上にコンタクトホールのパターンにレジストを形成し、まず酸化珪素のエッチングをＡＢＨＦで行い、次に陽極酸化アルミニウムに対しクロム燐酸溶液でエッチングを行なった。ＡＢＨＦは、酢酸と４０％フッ化アンモニウム（ＮＨ4 Ｆ）と５０％フッ化水素酸（ＨＦ）を５０：５０：１（体積比）で混合したものを用いた。
エッチングは、酸化珪素膜上にコンタクトホールのパターンにレジストを形成し、まず酸化珪素のエッチングをＡＢＨＦで行い、次に陽極酸化アルミニウムに対しクロム燐酸溶液でエッチングを行なった。ＡＢＨＦは、酢酸と４０％フッ化アンモニウム（ＮＨ4 Ｆ）と５０％フッ化水素酸（ＨＦ）を５０：５０：１（体積比）で混合したものを用いた。
ＡＢＨＦによって層間絶縁膜である酸化珪素膜または窒化珪素膜がエッチングされ、その下の陽極酸化アルミニウムが露出する。この陽極酸化アルミニウム膜はＡＢＨＦによりエッチングされるが、初めの３００〜６００Åはエッチング進行するがそれ以上は進行せずエッチングは停止する。
その時に陽極酸化アルミニウム膜のエッチング表面には四角形の結晶が密集した状態が観察できる。このような四角形が観察される時には必ずといってよいほどエッチングは陽極酸化アルミニウムの途中で停止している。この現象は、陽極酸化アルミニウムがエッチャントと反応し不溶性の新たな化合物が形成されるのか、電解質のカチオンがアルミナ膜に進入する表層の部分が同エッチャントで除去され易く、その奥のカチオンの到達しない純アルミナの部分が同エッチャントに対して安定であるのか、その当たりの原因については余り明らかになっていない。何れにしろＡＢＨＦで陽極酸化アルミニウムは途中までしかエッチングされずその下の素地であるアルミニウムまでエッチングが達する事はない。
次にクロム燐酸溶液でエッチングを行なった。クロム燐酸溶液は、２リットル溶液中に燐酸（８５０ｇ／ｌ）３５ｍｌと無水クロム酸２０ｇを添加した溶液の中で６５℃に加熱したものである。ＡＢＨＦのエッチングで、四方形の結晶が表面に見えたままエッチング停止していた陽極酸化アルミニウムは、クロム燐酸溶液で完全に除去され、アルミニウム界面に達した時点でエッチングは止まった。時間を長く溶液に浸漬してもエッチング深さが進行してオーバーエッチになることはなかった。このようにしてコンタクトホールが形成された。
次に、第２の配線として金属電極を形成した。第１の配線と同様にスカンジウム入りのアルミニウム膜をスパッタ法で形成した。厚さは８０００Åであった。これを通常のフォトリソ工程で６０μｍ幅に加工し、図４の接続状態を得た。
第１の配線と第２の配線とのあいだで抵抗測定をした。ヒューレットパカード製４１４０ｂを用いて０．１〜２Ｖの間を０．１Ｖ間隔で電圧を印加し、その時の電流を測定した。電圧に対して電流は直線的に変化し、両電極間は形成されたコンタクトホールにてオーム接触していた。したがって電極間に電気的弊害となる絶縁物等と存在しなかったことがわかる。ＡＢＨＦ及びクロム燐酸溶液を用いて、陽極酸化アルミニウムと層間絶縁膜のエッチング除去が良好に行なわれたことを示す。また第１の配線の断面パターンがテーパー形状になっているため第２の配線の断線等もなかった。
本実施例は、陽極酸化を施したアルミニウムゲイト電極及びその上に層間絶縁膜を形成した薄膜トランジスタにおいて、層間絶縁膜を介したコンタクトホールの形成方法に関する実施例である。図５に本実施例で作製する薄膜トランジスタの作製工程を示す。
本実施例で示す薄膜トランジスタは、図５（Ｅ）に示すように、低濃度の不純物領域５１１と５１２、さらには高濃度の不純物領域５１０と５１３とを有した構造を有し、さらにゲイト電極周囲の陽極酸化物層５０８の厚さで決定されるオフセットゲイト領域を有している。また画素電極が接続された、液晶電気光学装置の画素用スイッチング素子としての構成を有している。
本実施例で示す薄膜トランジスタは、図５（Ｅ）に示すように、低濃度の不純物領域５１１と５１２、さらには高濃度の不純物領域５１０と５１３とを有した構造を有し、さらにゲイト電極周囲の陽極酸化物層５０８の厚さで決定されるオフセットゲイト領域を有している。また画素電極が接続された、液晶電気光学装置の画素用スイッチング素子としての構成を有している。
まず、基板（コーニング７０５９、３００ｍｍ×４００ｍｍもしくは１００ｍｍ×１００ｍｍ）５０１上に下地酸化膜５０２として厚さ１０００〜３０００Åの酸化珪素膜を形成した。この酸化膜の形成方法としては、酸素雰囲気中でのスパッタ法を使用した。しかし、より量産性を高めるには、ＴＥＯＳをプラズマＣＶＤ法で分解・堆積した膜を用いてもよい。
その後、プラズマＣＶＤ法やＬＰＣＶＤ法によって非晶質珪素膜を３００〜５０００Å、好ましくは５００〜１０００Å堆積し、これを、５５０〜６００℃の還元雰囲気に２４時間放置して、結晶化せしめた。この工程は、レーザー照射によっておこなってもよい。そして、このようにして結晶化させた珪素膜をパターニングして島状領域５０３を形成した。さらに、この上にスパッタ法によって厚さ７００〜１５００Åの酸化珪素膜５０４を形成した。
その後、厚さ１０００Å〜３μｍ（ここでは６０００Å）のアルミニウム（１ｗｔ％のＳｉ、もしくは０．１〜０．３ｗｔ％のＳｃ（スカンジウム）を含む）膜を電子ビーム蒸着法もしくはスパッタ法によって形成した。
そして、フォトレジスト５０６の形成前に、陽極酸化法によって厚さ１００〜１０００Å（ここでは２００Å）の酸化アルミニウム膜（陽極酸化物層）５００を形成する。この工程は、３％の酒石酸を含むエチレングルコール溶液中において１０〜３０Ｖの電圧を印加することによって行われる。この酸化アルミニウム膜は、緻密でこの上に形成されるフォトレジスト５０６との密着性が良く、また、フォトレジストからの電流のリークを抑制することになるので、後の陽極酸化工程において、多孔質陽極酸化物を側面のみに形成するうえで極めて有効である。
そして、フォトレジスト５０６（例えば、東京応化製、ＯＦＰＲ８００／３０ｃｐ）をスピンコート法によって形成した。その後、フォトレジストとアルミニウム膜をパターニングして、ゲイト電極５０５、マスク膜５０６とした。（図５（Ａ））
さらにこれに電解液中で電流を通じて陽極酸化し、厚さ１０００〜５０００Å、例えば、厚さ５０００Åの多孔質型（ポーラス型）陽極酸化アルミニウム５０７を形成した。陽極酸化は、３〜２０％のクエン酸もしくはショウ酸、燐酸、クロム酸、硫酸等の酸性水溶液を用いておこない、１０〜３０Ｖの一定電流をゲイト電極に印加すればよい。本実施例ではシュウ酸溶液（３０℃）中で電圧を１０Ｖとし、２０〜４０分、陽極酸化した。陽極酸化物の厚さは陽極酸化時間によって制御した。（図５（Ｂ））
上記の工程は、緻密な陽極酸化アルミニウム膜５００が形成されているために、図５に示すように横方向のみに進行し、またその厚さも必要とするだけ得ることができる。
次に、マスクを除去し、再び電解溶液中において、ゲイト電極に電流を印加した。今回は、３〜１０％の酒石液、硼酸、硝酸が含まれたエチレングルコール溶液を用いた。溶液の温度は１０℃前後の室温より低い方が良好な酸化膜が得られた。このため、ゲイト電極の上面および側面にバリヤ型の陽極酸化アルミニウム膜５０８が形成された。陽極酸化アルミニウム膜５０８の厚さは印加電圧に比例し、印加電圧が２００Ｖで２５００Åの陽極酸化物が形成された。陽極酸化アルミニウム膜５０８の厚さは必要とされるオフセット、オーバーラップの大きさによって決定したが、３０００Å以上の厚さの陽極酸化アルミニウムを得るには２５０Ｖ以上の高電圧が必要であり、薄膜トランジスタの特性に悪影響を及ぼすので３０００Å以下の厚さとすることが好ましい。本実施例では８０〜１５０Ｖまで上昇させ、必要とする陽極酸化アルミニウム膜５０８の厚さによって電圧を選択した。（図５（Ｃ））
その後、ドライエッチング法によって酸化珪素膜５０４をエッチングした。このエッチングにおいては、等方性エッチングのプラズマモードでも、あるいは異方性エッチングの反応性イオンエッチングモードでもよい。ただし、珪素と酸化珪素の選択比を十分に大きくすることによって、活性層を深くエッチングしないようにすることが重要である。例えば、エッチングガスとしてＣＦ4 を使用すれば多孔質陽極酸化アルミニウムはエッチングされず、酸化珪素膜５０４のみがエッチングされる。また、多孔質陽極酸化アルミニウム５０７の下の酸化珪素膜５０４’はエッチングされずに残した。（図５（Ｄ））
その後、燐酸、酢酸、硝酸の混酸を用いて多孔質陽極酸化アルミニウム５０７をエッチングした。このエッチングでは多孔質陽極酸化アルミニウム５０７のみがエッチングされ、エッチングレートは約６００Å／分であった。その下のゲイト絶縁膜５０４’はそのまま残存した。そして、イオンドーピング法によって、薄膜トランジスタの活性層５０３に、ゲイト電極部（すなわちゲイト電極とその周囲の陽極酸化膜）およびゲイト絶縁膜をマスクとして自己整合的に不純物を注入し、低抵抗不純物領域（ソース／ドレイン領域）５１０、５１３、高抵抗不純物領域５１１、５１２を形成した。
ドーピングガスとしてはここではフォスフィン（ＰＨ3 ）を用いたためＮ型の不純物領域となった。ドーピングガスとしてジボラン（Ｂ2 Ｈ6 ）を用いてＰ型の不純物領域を形成してもよい。
ドーズ量は５×１０14〜５×１０15ｃｍ-2、加速エネルギーは１０〜３０ｋｅＶとした。その後、ＫｒＦエキシマーレーザー（波長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を照射して、活性層中に導入された不純物イオンの活性化を行なった。
ドーピングガスとしてはここではフォスフィン（ＰＨ3 ）を用いたためＮ型の不純物領域となった。ドーピングガスとしてジボラン（Ｂ2 Ｈ6 ）を用いてＰ型の不純物領域を形成してもよい。
ドーズ量は５×１０14〜５×１０15ｃｍ-2、加速エネルギーは１０〜３０ｋｅＶとした。その後、ＫｒＦエキシマーレーザー（波長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を照射して、活性層中に導入された不純物イオンの活性化を行なった。
ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析法）の結果によると、領域５１０、５１３の不純物濃度は１×１０20〜２×１０21ｃｍ-3、領域５１１、５１２では１×１０17〜２×１０18ｃｍ-3であった。ドーズ量換算では、前者は５×１０14〜５×１０15ｃｍ-2、後者は２×１０13〜５×１０14ｃｍ-2であった。この違いはゲイト絶縁膜５０４’の有無によってもたらされたのであって、一般的には、低抵抗不純物領域の不純物濃度は、高抵抗不純物領域のものより０．５〜３桁大きくなる。（図５（Ｅ））
次に、全面に層間絶縁物５１４として、ＣＶＤ法によって酸化珪素膜を厚さ８０００Å形成した。そして、薄膜トランジスタのソース部、ドレイン部、ゲイト部のコンタクトホールを形成する。マスクパターンはそれぞれの部分が同時に開孔しているパターンを用いてレジストを形成した。
層間絶縁膜としては、酸化珪素膜より緻密な膜質を有し、絶縁の確実性が得られる窒化珪素膜を用いてもよいが、窒化珪素膜のみを層間絶縁膜として用いると、窒化珪素膜が有する強い応力により、特にガラス基板を用いた場合など、層間絶縁膜下の配線や素子に歪みが生じ、不良発生を招きやすい。
そこで、層間絶縁膜として、窒化珪素膜を５００〜１５００Å程度と、該膜上に５０００〜６０００Åの酸化珪素膜を設ける２層構造のものを設けて、絶縁性が高くかつ応力の影響を抑えたものとしてもよい。
そこで、層間絶縁膜として、窒化珪素膜を５００〜１５００Å程度と、該膜上に５０００〜６０００Åの酸化珪素膜を設ける２層構造のものを設けて、絶縁性が高くかつ応力の影響を抑えたものとしてもよい。
エッチングはまず酸化珪素膜である層間絶縁膜５１４に対し、ＡＢＨＦをエッチャントとして行い、次に陽極酸化アルミニウム膜５０８に対し、クロム燐酸溶液でエッチングを行なった。ＡＢＨＦは、酢酸と４０％フッ化アンモニウム（ＮＨ4 Ｆ）と５０％フッ化水素酸（ＨＦ）を５０：５０：１（体積比）で混合したものを用いた。
ＡＢＨＦによって層間絶縁膜５１４をエッチングした時のエッチング速度は３４００Å／分であった。こうして層間絶縁膜を介してソース領域５１５、ドレイン領域５１６に至るコンタクトホールが形成された。
本実施例の薄膜トランジスタにおいては、ゲイト絶縁膜５０４’がソース領域５１０、ドレイン領域５１３上に延在していないが、該領域上にゲイト絶縁膜が延在している場合、層間絶縁膜５１４のエッチング終了と同時にソース領域５１０とドレイン領域５１３上では（延在した）ゲイト絶縁膜のエッチングが始まる。本実施例のゲイト絶縁膜に対し、前述のＡＢＨＦによってエッチングした場合そのエッチング速度は、１７００Å／分であった。一方、ゲイト部では層間絶縁膜エッチング終了の時点で陽極酸化アルミニウム膜５０８の上部が露出しておりＡＢＨＦにより３００〜６００Å程度エッチング進行したが、それ以上進行しなかった。
次にクロム燐酸溶液でエッチングを行なった。クロム燐酸溶液は、２リットル溶液中に燐酸（８５０ｇ／ｌ）３５ｍｌと無水クロム酸２０ｇを添加した溶液の中で６５℃に加熱したものである。ＡＢＨＦのエッチングで四角形の結晶が見えたままエッチング停止していた陽極酸化アルミニウム膜５０８表面は、クロム燐酸溶液で完全に除去され、アルミニウム界面に達した時点でエッチングは止まる。このようにして陽極酸化アルミニウム膜５０８にコンタクトホールが形成された。陽極酸化アルミニウム膜に対するエッチング速度は約１００Å／分であった。エッチング深さは、長時間溶液に浸漬しても進行せず、オーバーエッチになることはなかった。
次に、画素電極５１８をＩＴＯ（酸化インジューム・スズ）で形成した。
さらに、アルミニウム配線として電極５１５、５１６、５１７を、層間絶縁膜および陽極酸化アルミニウム膜に形成されたコンタクトホールを介してゲイト電極、ソース領域、ドレイン領域にそれぞれ接続するように形成した。さらに２００〜４００℃で水素アニールをおこなった。
以上によって、薄膜トランジスタが完成した。（図５（Ｆ））
さらに、アルミニウム配線として電極５１５、５１６、５１７を、層間絶縁膜および陽極酸化アルミニウム膜に形成されたコンタクトホールを介してゲイト電極、ソース領域、ドレイン領域にそれぞれ接続するように形成した。さらに２００〜４００℃で水素アニールをおこなった。
以上によって、薄膜トランジスタが完成した。（図５（Ｆ））
本実施例では、層間絶縁膜に設けたコンタクトホールと、陽極酸化アルミニウム膜に設けたコンタクトホールを、同一のマスク工程により、同一の大きさに設けたが、図７（Ａ）に示すように、異なるマスクを用いて、陽極酸化アルミニウム膜に設けるコンタクトホールの口径を、層間絶縁膜に設けるものより小さくなるようにし、層間絶縁膜のコンタクトホール開孔内に陽極酸化アルミニウム膜の小さいコンタクトホールを設ける構成としてもよい。
このようにすることで、コンタクトホールが擬似的なテーパー形状を有し、その結果コンタクトホール内に設けられるアルミニウム配線電極５１７の断線等を防ぐことができ、ゲート電極との良好なコンタクトが得られる。
このようにすることで、コンタクトホールが擬似的なテーパー形状を有し、その結果コンタクトホール内に設けられるアルミニウム配線電極５１７の断線等を防ぐことができ、ゲート電極との良好なコンタクトが得られる。
本実施例は、逆スタガ型の薄膜トランジスタにおいて、ゲイト絶縁膜を介したコンタクトホールの形成方法に関する実施例である。
図６に本実施例で作製する薄膜トランジスタの作製工程を示す。本実施例の薄膜トランジスタは、画素電極が接続された、液晶電気光学装置の画素用スイッチング素子としての構成を有している。該素子をマトリクス構成をして各画素に絶縁ゲイト型薄膜トランジスタを設けたアクティブマトリス回路を形成できる。
図６に本実施例で作製する薄膜トランジスタの作製工程を示す。本実施例の薄膜トランジスタは、画素電極が接続された、液晶電気光学装置の画素用スイッチング素子としての構成を有している。該素子をマトリクス構成をして各画素に絶縁ゲイト型薄膜トランジスタを設けたアクティブマトリス回路を形成できる。
本実施例では配線材料として、アルミニウムを主成分とした例を示す。アルミニウム以外の材料としては、タンタル、チタン、さらにはこれらの混合材料やこれらの材料を主成分とする材料を利用することができる。
図６に、本実施例で作製したガラス基板上の絶縁ゲイト型薄膜トランジスタの作製工程を示す。図においては１つの薄膜トランジスタのみが示されているが、基板上には接続される画素電極と対になりマトリクス状に形成されている。
まず、基板（コーニング７０５９、２００ｍｍ×２００ｍｍ）７０１上に下地膜７０２として厚さ１０００〜３０００Å、例えば２０００Åの窒化珪素膜をスパッタ法により形成した。窒化珪素膜の代わりに酸化珪素膜を同程度の厚さに設けてもよい。この場合、酸化珪素膜の形成方法としては、酸素雰囲気中でのスパッタ法を使用する。しかしより量産性を高めるためには、ＴＥＯＳをプラズマＣＶＤ法で分解・堆積した膜を用いてもよい。
まず、基板（コーニング７０５９、２００ｍｍ×２００ｍｍ）７０１上に下地膜７０２として厚さ１０００〜３０００Å、例えば２０００Åの窒化珪素膜をスパッタ法により形成した。窒化珪素膜の代わりに酸化珪素膜を同程度の厚さに設けてもよい。この場合、酸化珪素膜の形成方法としては、酸素雰囲気中でのスパッタ法を使用する。しかしより量産性を高めるためには、ＴＥＯＳをプラズマＣＶＤ法で分解・堆積した膜を用いてもよい。
次に、厚さ１０００Å〜２μｍ、例えば、６０００Åのアルミニウム膜（１ｗｔ％のＳｉ、もしくは０．１〜０．３％ｗｔのＳｃを含む）を電子ビーム蒸着法もしくはスパッタ法で形成した。
形成したアルミニウム膜に対し、リン酸、硝酸、酢酸の混合溶液を用いたウェットプロセスによるフォトエッチングにより、断面をテーパー状にしてパターニングし、ゲイト電極部７０３を形成した。（図６（Ａ））
形成したアルミニウム膜に対し、リン酸、硝酸、酢酸の混合溶液を用いたウェットプロセスによるフォトエッチングにより、断面をテーパー状にしてパターニングし、ゲイト電極部７０３を形成した。（図６（Ａ））
次に、このゲイト電極部７０３に対し陽極酸化を施した。
３％の酒石酸をエチレングルコールに溶解し、そこに１／１０アンモニア水を添加し、溶液のｐｈを６．８〜７．０に調整した。溶液を、恒温槽に入れ、液温を０〜２０℃、望ましくは１０±１℃にする。その溶液のなかに加工する基板と陰極となる金属電極材料を３０〜５０ｍｍ隔てて、アルミニウムを内側対向させた。陰極材料としては溶液に対して安定な材料ならば良い。本実施例では、白金板を用いた。電源より陽極側に加工基板を、陰極側に白金板を接続した。
３％の酒石酸をエチレングルコールに溶解し、そこに１／１０アンモニア水を添加し、溶液のｐｈを６．８〜７．０に調整した。溶液を、恒温槽に入れ、液温を０〜２０℃、望ましくは１０±１℃にする。その溶液のなかに加工する基板と陰極となる金属電極材料を３０〜５０ｍｍ隔てて、アルミニウムを内側対向させた。陰極材料としては溶液に対して安定な材料ならば良い。本実施例では、白金板を用いた。電源より陽極側に加工基板を、陰極側に白金板を接続した。
陽極側に接続されたアルミニウムはプラスの電荷の供給を受けて酸化し、絶縁膜が形成される電源を定電流モードにしておくと陽極と陰極間の電位差は暫時増加する。到達電圧が１２０Ｖになった時点で電源モードを定電圧に切替え更に３０分の化成を行なった。このモードの場合には電流は急激に低下し膜抵抗が引き続き上昇していくことがわかる。この工程により形成した陽極酸化アルミニウム１０３の厚さは１５００Åであった。ここで形成される陽極酸化アルミニウム膜は緻密な組成を有し、素地のアルミニウムの外側に、陽極酸化アルミニウム膜７０５が等方的に形成された。
アルミニウム配線の断面パターンがテーパー（台形）形状をしている為、陽極酸化アルミニウム膜７０５形成後においても同様にテーパー（台形）形状になっている。１５０〜３５０℃で焼成した後の膜に電圧を印加し永久破壊が生じる時の耐電圧は１００〜１１０Ｖであり極めて良好な絶縁膜でアルミニウムが被覆されているのがわかる。
この後、大気中２００〜３００℃例えば２００℃で数〜数十分加熱すると、陽極酸化アルミニウムのリーク電流が一桁以上減少し、好ましかった。
このようにして、ゲイト電極部７０３は、ゲイト電極７０４の上面および側面にバリヤ型の陽極酸化アルミニウムよりなるゲイト絶縁膜７０５が形成された。（図６（Ｂ））
この後、大気中２００〜３００℃例えば２００℃で数〜数十分加熱すると、陽極酸化アルミニウムのリーク電流が一桁以上減少し、好ましかった。
このようにして、ゲイト電極部７０３は、ゲイト電極７０４の上面および側面にバリヤ型の陽極酸化アルミニウムよりなるゲイト絶縁膜７０５が形成された。（図６（Ｂ））
次にシランとアンモニアを１：３〜１：８ここでは１：５の割合で用いてプラズマＣＶＤ法により、２層目のゲイト絶縁膜７０６として窒化珪素膜を１０００〜３０００Å、例えば２０００Å形成した。
窒化珪素膜の代わりに酸化珪素膜を同程度の厚さに設けてもよい。
酸化珪素膜の場合、その形成方法としては、酸素雰囲気中でのスパッタ法またプラズマＣＶＤ法を使用する。プラズマＣＶＤ法を用いる場合には、ＴＥＯＳを原料とし、酸素とともに基板温度１５０〜４００℃、好ましくは２００〜２５０℃で、ＲＦ放電させて、原料ガスを分解・堆積した。ＴＥＯＳと酸素の圧力比は、１：１〜１：１０また、また、圧力は０．０５〜０．５ｔｏｒｒ、ＲＦパワーは１００〜２５０Ｗとした。あるいはＴＥＯＳを原料としてオゾンガスとともに、減圧ＣＶＤ法もしくは常圧ＣＶＤ法によって、基板温度を１５０〜４００℃、好ましくは２００〜２５０℃として形成してもよい。
このゲイト絶縁膜７０６は設けなくてもよいが、設けることにより、電極間短絡の減少、および薄膜トランジスタの相互コンダクタンスの改善等を図ることができる。
窒化珪素膜の代わりに酸化珪素膜を同程度の厚さに設けてもよい。
酸化珪素膜の場合、その形成方法としては、酸素雰囲気中でのスパッタ法またプラズマＣＶＤ法を使用する。プラズマＣＶＤ法を用いる場合には、ＴＥＯＳを原料とし、酸素とともに基板温度１５０〜４００℃、好ましくは２００〜２５０℃で、ＲＦ放電させて、原料ガスを分解・堆積した。ＴＥＯＳと酸素の圧力比は、１：１〜１：１０また、また、圧力は０．０５〜０．５ｔｏｒｒ、ＲＦパワーは１００〜２５０Ｗとした。あるいはＴＥＯＳを原料としてオゾンガスとともに、減圧ＣＶＤ法もしくは常圧ＣＶＤ法によって、基板温度を１５０〜４００℃、好ましくは２００〜２５０℃として形成してもよい。
このゲイト絶縁膜７０６は設けなくてもよいが、設けることにより、電極間短絡の減少、および薄膜トランジスタの相互コンダクタンスの改善等を図ることができる。
また、ゲイト絶縁膜７０６として、酸化珪素膜を４００〜３０００Åと、該膜上に窒化珪素膜を３００〜２０００Å積層した２層構造とし、絶縁性が高くかつ応力の影響を抑えたものとしてもよい。
ゲイト絶縁膜７０６上に、チャネル形成領域を構成するＩ型のアモルファスシリコン膜７０７を２００〜２０００Å、例えば１０００Å形成した。
さらにその上に、５００〜３０００Å、ここでは１０００Åの窒化珪素膜を形成した。形成した窒化珪素膜に対して純水にて１／１０〜１／５０に希釈したフッ酸にてエッチングを行ない、保護膜７０８を形成した。
さらにその上に、リンを含んだｎ+ アモルファスシリコン膜７０９をプラズマＣＶＤ法により２００〜１０００Å、ここでは３００Å厚に形成した。このアモルファスシリコン膜７０９は、ホウ素を含んだｐ+ アモルファスシリコン膜にしてもよい。（図６（Ｃ））
さらにその上に、５００〜３０００Å、ここでは１０００Åの窒化珪素膜を形成した。形成した窒化珪素膜に対して純水にて１／１０〜１／５０に希釈したフッ酸にてエッチングを行ない、保護膜７０８を形成した。
さらにその上に、リンを含んだｎ+ アモルファスシリコン膜７０９をプラズマＣＶＤ法により２００〜１０００Å、ここでは３００Å厚に形成した。このアモルファスシリコン膜７０９は、ホウ素を含んだｐ+ アモルファスシリコン膜にしてもよい。（図６（Ｃ））
次に、Ｉ型のアモルファスシリコン膜７０７とｎ+ アモルファスシリコン膜７０９に対しドライエッチングを行ない、パターニングした。
一方、画素電極７１０となるＩＴＯ（酸化インジウム・スズ）薄膜も形成し、パターニングした。
一方、画素電極７１０となるＩＴＯ（酸化インジウム・スズ）薄膜も形成し、パターニングした。
次にコンタクトホールを形成するために、窒化珪素膜よりなるゲイト絶縁膜７０６とその下の陽極酸化アルミニウム膜よりなるゲイト絶縁膜７０５に対しエッチングを施した。
エッチングは、まずゲイト絶縁７０６に対し、コンタクトホールのパターンにレジストを形成し、ＡＢＨＦによるウェットエッチングにより行った。
ＡＢＨＦは、酢酸と４０％フッ化アンモニウム（ＮＨ4 Ｆ）と５０％フッ化水素酸（ＨＦ）を５０：５０：１（体積比）で混合したものを用いた。
エッチング終了の時点で陽極酸化アルミニウム膜７０５の上部が露出しておりＡＢＨＦにより３００〜６００Å程度エッチング進行したが、それ以上進行しなかった。
エッチングは、まずゲイト絶縁７０６に対し、コンタクトホールのパターンにレジストを形成し、ＡＢＨＦによるウェットエッチングにより行った。
ＡＢＨＦは、酢酸と４０％フッ化アンモニウム（ＮＨ4 Ｆ）と５０％フッ化水素酸（ＨＦ）を５０：５０：１（体積比）で混合したものを用いた。
エッチング終了の時点で陽極酸化アルミニウム膜７０５の上部が露出しておりＡＢＨＦにより３００〜６００Å程度エッチング進行したが、それ以上進行しなかった。
次に陽極酸化アルミニウム膜よりなるゲイト絶縁膜７０５に対しクロム燐酸溶液でエッチングを行なった。クロム燐酸溶液は、２リットル溶液中に燐酸（８５０ｇ／ｌ）３５ｍｌと無水クロム酸２０ｇを添加した溶液の中で６５℃に加熱したものである。陽極酸化アルミニウムは、クロム燐酸溶液で完全に除去され、アルミニウム界面に達した時点でエッチングは止まった。時間を長く溶液に浸漬してもエッチング深さが進行してオーバーエッチになることはなかった。このようにしてコンタクトホールが形成された。
次に、アルミニウム膜を電子ビーム蒸着法またはスパッタ法にて１０００〜２μｍここでは３０００Å厚に形成した。そして、このアルミニウム膜をドライエッチングによりパターニングし、ソース電極７１１、ドレイン電極７１２、ゲイト配線電極７１３を形成した。ゲイト配線電極７１３はゲイト電極７０４と良好なコンタクトを形成できた。
またｎ+ アモルファスシリコン膜をドライエッチングによりエッチング、パターニングし、ソース領域とドレイン領域に分割した。
このようにして薄膜トランジスタが完成した。（図６（Ｄ）、図６（Ｄ’）（図６（Ｄ）の点線における断面図））
またｎ+ アモルファスシリコン膜をドライエッチングによりエッチング、パターニングし、ソース領域とドレイン領域に分割した。
このようにして薄膜トランジスタが完成した。（図６（Ｄ）、図６（Ｄ’）（図６（Ｄ）の点線における断面図））
本実施例では、ゲイト絶縁膜に設けたコンタクトホールと、陽極酸化アルミニウム膜に設けたコンタクトホールを、同一のマスク工程により、同一の大きさに設けたが、図７（Ｂ）に示すように、異なるマスクを用いて、陽極酸化アルミニウム膜に設けるコンタクトホールの口径を、ゲイト絶縁膜に設けるものより小さくなるようにし、ゲイト絶縁膜のコンタクトホール開孔内に陽極酸化アルミニウム膜の小さいコンタクトホールを設ける構成としてもよい。
このようにすることで、コンタクトホールが擬似的にテーパー形状となり、その結果コンタクトホール内に設けられるアルミニウム配線電極７１３の断線等を防ぐことができ、ゲート電極との良好なコンタクトが得られる。
このようにすることで、コンタクトホールが擬似的にテーパー形状となり、その結果コンタクトホール内に設けられるアルミニウム配線電極７１３の断線等を防ぐことができ、ゲート電極との良好なコンタクトが得られる。
本実施例は、実施例２と同じく、陽極酸化を施したアルミニウムゲイト電極及びその上に層間絶縁膜を形成した薄膜トランジスタにおいて、層間絶縁膜を介したコンタクトホールの形成方法に関する実施例である。
本実施例においては、層間絶縁膜をドライエッチングした例を示す。
図５に本実施例で作製する薄膜トランジスタの作製工程を示す。本実施例で示す薄膜トランジスタは、図５（Ｅ）に示すように、低濃度の不純物領域５１１と５１２、さらには高濃度の不純物領域５１０と５１３とを有した構造を有し、さらにゲイト電極周囲の陽極酸化物層５０８の厚さで決定されるオフセットゲイト領域を有している。また画素電極が接続された、液晶電気光学装置の画素用スイッチング素子としての構成を有している。
本実施例においては、層間絶縁膜をドライエッチングした例を示す。
図５に本実施例で作製する薄膜トランジスタの作製工程を示す。本実施例で示す薄膜トランジスタは、図５（Ｅ）に示すように、低濃度の不純物領域５１１と５１２、さらには高濃度の不純物領域５１０と５１３とを有した構造を有し、さらにゲイト電極周囲の陽極酸化物層５０８の厚さで決定されるオフセットゲイト領域を有している。また画素電極が接続された、液晶電気光学装置の画素用スイッチング素子としての構成を有している。
まず、基板（コーニング７０５９、３００ｍｍ×４００ｍｍもしくは１００ｍｍ×１００ｍｍ）５０１上に下地酸化膜５０２として厚さ１０００〜３０００Åの酸化珪素膜を形成した。この酸化膜の形成方法としては、酸素雰囲気中でのスパッタ法を使用した。しかし、より量産性を高めるには、ＴＥＯＳをプラズマＣＶＤ法で分解・堆積した膜を用いてもよい。
その後、プラズマＣＶＤ法やＬＰＣＶＤ法によって非晶質珪素膜を３００〜５０００Å、好ましくは５００〜１０００Å堆積し、これを、５５０〜６００℃の還元雰囲気に２４時間放置して、結晶化せしめた。この工程は、レーザー照射によっておこなってもよい。そして、このようにして結晶化させた珪素膜をパターニングして島状領域５０３を形成した。さらに、この上にスパッタ法によって厚さ７００〜１５００Åの酸化珪素膜５０４を形成した。
その後、厚さ１０００Å〜３μｍ（ここでは６０００Å）のアルミニウム（１ｗｔ％のＳｉ、もしくは０．１〜０．３ｗｔ％のＳｃ（スカンジウム）を含む）膜を電子ビーム蒸着法もしくはスパッタ法によって形成した。
そして、フォトレジスト５０６の形成前に、陽極酸化法によって厚さ１００〜１０００Å（ここでは２００Å）の酸化アルミニウム膜（陽極酸化物層）５００を形成する。この工程は、３％の酒石酸を含むエチレングルコール溶液中において１０〜３０Ｖの電圧を印加することによって行われる。この酸化アルミニウム膜は、緻密でこの上に形成されるフォトレジスト５０６との密着性が良く、また、フォトレジストからの電流のリークを抑制することになるので、後の陽極酸化工程において、多孔質陽極酸化物を側面のみに形成するうえで極めて有効である。
そして、フォトレジスト５０６（例えば、東京応化製、ＯＦＰＲ８００／３０ｃｐ）をスピンコート法によって形成した。その後、フォトレジストとアルミニウム膜をパターニングして、ゲイト電極５０５、マスク膜５０６とした。（図５（Ａ））
さらにこれに電解液中で電流を通じて陽極酸化し、厚さ１０００〜５０００Å、例えば、厚さ５０００Åの多孔質型（ポーラス型）陽極酸化アルミニウム５０７を形成した。陽極酸化は、３〜２０％のクエン酸もしくはショウ酸、燐酸、クロム酸、硫酸等の酸性水溶液を用いておこない、１０〜３０Ｖの一定電流をゲイト電極に印加すればよい。本実施例ではシュウ酸溶液（３０℃）中で電圧を１０Ｖとし、２０〜４０分、陽極酸化した。陽極酸化物の厚さは陽極酸化時間によって制御した。（図５（Ｂ））
上記の工程は、緻密な陽極酸化アルミニウム膜５００が形成されているために、図５に示すように横方向のみに進行し、またその厚さも必要とするだけ得ることができる。
次に、マスクを除去し、再び電解溶液中において、ゲイト電極に電流を印加した。今回は、３〜１０％の酒石液、硼酸、硝酸が含まれたエチレングルコール溶液を用いた。溶液の温度は１０℃前後の室温より低い方が良好な酸化膜が得られた。このため、ゲイト電極の上面および側面にバリヤ型の陽極酸化アルミニウム膜５０８が形成された。陽極酸化アルミニウム膜５０８の厚さは印加電圧に比例し、印加電圧が２００Ｖで２５００Åの陽極酸化物が形成された。陽極酸化アルミニウム膜５０８の厚さは必要とされるオフセット、オーバーラップの大きさによって決定したが、３０００Å以上の厚さの陽極酸化アルミニウムを得るには２５０Ｖ以上の高電圧が必要であり、薄膜トランジスタの特性に悪影響を及ぼすので３０００Å以下の厚さとすることが好ましい。本実施例では８０〜１５０Ｖまで上昇させ、必要とする陽極酸化アルミニウム膜５０８の厚さによって電圧を選択した。（図５（Ｃ））
その後、ドライエッチング法によって酸化珪素膜５０４をエッチングした。このエッチングにおいては、等方性エッチングのプラズマモードでも、あるいは異方性エッチングの反応性イオンエッチングモードでもよい。ただし、珪素と酸化珪素の選択比を十分に大きくすることによって、活性層を深くエッチングしないようにすることが重要である。例えば、エッチングガスとしてＣＦ4 を使用すれば多孔質陽極酸化アルミニウムはエッチングされず、酸化珪素膜５０４のみがエッチングされる。また、多孔質陽極酸化アルミニウム５０７の下の酸化珪素膜５０４’はエッチングされずに残した。（図５（Ｄ））
その後、燐酸、酢酸、硝酸の混酸を用いて多孔質陽極酸化アルミニウム５０７をエッチングした。このエッチングでは多孔質陽極酸化アルミニウム５０７のみがエッチングされ、エッチングレートは約６００Å／分であった。その下のゲイト絶縁膜５０４’はそのまま残存した。そして、イオンドーピング法によって、薄膜トランジスタの活性層５０３に、ゲイト電極部（すなわちゲイト電極とその周囲の陽極酸化膜）およびゲイト絶縁膜をマスクとして自己整合的に不純物を注入し、低抵抗不純物領域（ソース／ドレイン領域）５１０、５１３、高抵抗不純物領域５１１、５１２を形成した。
ドーピングガスとしてはここではフォスフィン（ＰＨ3 ）を用いたためＮ型の不純物領域となった。ドーピングガスとしてジボラン（Ｂ2 Ｈ6 ）を用いてＰ型の不純物領域を形成してもよい。
ドーズ量は５×１０14〜５×１０15ｃｍ-2、加速エネルギーは１０〜３０ｋｅＶとした。その後、ＫｒＦエキシマーレーザー（波長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を照射して、活性層中に導入された不純物イオンの活性化を行なった。
ドーピングガスとしてはここではフォスフィン（ＰＨ3 ）を用いたためＮ型の不純物領域となった。ドーピングガスとしてジボラン（Ｂ2 Ｈ6 ）を用いてＰ型の不純物領域を形成してもよい。
ドーズ量は５×１０14〜５×１０15ｃｍ-2、加速エネルギーは１０〜３０ｋｅＶとした。その後、ＫｒＦエキシマーレーザー（波長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を照射して、活性層中に導入された不純物イオンの活性化を行なった。
ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析法）の結果によると、領域５１０、５１３の不純物濃度は１×１０20〜２×１０21ｃｍ-3、領域５１１、５１２では１×１０17〜２×１０18ｃｍ-3であった。ドーズ量換算では、前者は５×１０14〜５×１０15ｃｍ-2、後者は２×１０13〜５×１０14ｃｍ-2であった。この違いはゲイト絶縁膜５０４’の有無によってもたらされたのであって、一般的には、低抵抗不純物領域の不純物濃度は、高抵抗不純物領域のものより０．５〜３桁大きくなる。（図５（Ｅ））
次に、全面に層間絶縁物５１４として、ＣＶＤ法によって酸化珪素膜を厚さ８０００Å形成した。そして、薄膜トランジスタのソース部、ドレイン部、ゲイト部のコンタクトホールを形成する。レジストパターンはそれぞれの部分が同時に開孔しているパターンを用いた。
層間絶縁膜としては、酸化珪素膜より緻密な膜質を有し、絶縁の確実性が得られる窒化珪素膜を用いてもよいが、窒化珪素膜のみを層間絶縁膜として用いると、窒化珪素膜が有する強い応力により、特にガラス基板を用いた場合など、層間絶縁膜下の配線や素子に歪みが生じ、不良発生を招きやすい。
そこで、層間絶縁膜として、窒化珪素膜を５００〜１５００Å程度と、５０００〜６０００Åの酸化珪素膜を設ける２層構造、特に窒化珪素膜上に酸化珪素膜を有するものを設けて、絶縁性が高くかつ応力の影響を抑えたものとしてもよい。
そこで、層間絶縁膜として、窒化珪素膜を５００〜１５００Å程度と、５０００〜６０００Åの酸化珪素膜を設ける２層構造、特に窒化珪素膜上に酸化珪素膜を有するものを設けて、絶縁性が高くかつ応力の影響を抑えたものとしてもよい。
エッチングはまず酸化珪素膜である層間絶縁膜５１４に対しドライエッチングにより行い、次に陽極酸化アルミニウム膜５０８に対し、クロム燐酸溶液でエッチングを行なった。
ドライエッチングは、ＣＨＦ3 を用いて、出力１０００Ｗにて行った。エッチング速度は３００Å／ｍｉｎであった。
こうして層間絶縁膜を介してソース領域５１５、ドレイン領域５１６に至るコンタクトホールが形成された。
こうして層間絶縁膜を介してソース領域５１５、ドレイン領域５１６に至るコンタクトホールが形成された。
本実施例の薄膜トランジスタにおいては、ゲイト絶縁膜５０４’がソース領域５１０、ドレイン領域５１３上に延在していないが、該領域上にゲイト絶縁膜が延在している場合、層間絶縁膜５１４のエッチング終了と同時にソース領域５１０とドレイン領域５１３上では（延在した）ゲイト絶縁膜のエッチングが始まる。
次にクロム燐酸溶液でエッチングを行なった。クロム燐酸溶液は、２リットル溶液中に燐酸（８５０ｇ／ｌ）３５ｍｌと無水クロム酸２０ｇを添加した溶液の中で６５℃に加熱したものである。
陽極酸化アルミニウム膜５０８表面は、クロム燐酸溶液で完全に除去され、アルミニウム界面に達した時点でエッチングは止まる。このようにして陽極酸化アルミニウム膜５０８にコンタクトホールが形成された。陽極酸化アルミニウム膜に対するエッチング速度は約１００Å／分であった。エッチング深さは、長時間溶液に浸漬しても進行せず、オーバーエッチになることはなかった。
陽極酸化アルミニウム膜５０８表面は、クロム燐酸溶液で完全に除去され、アルミニウム界面に達した時点でエッチングは止まる。このようにして陽極酸化アルミニウム膜５０８にコンタクトホールが形成された。陽極酸化アルミニウム膜に対するエッチング速度は約１００Å／分であった。エッチング深さは、長時間溶液に浸漬しても進行せず、オーバーエッチになることはなかった。
次に、画素電極５１８をＩＴＯ（酸化インジューム・スズ）で形成した。
さらに、アルミニウム配線として電極５１５、５１６、５１７を、層間絶縁膜および陽極酸化アルミニウム膜に形成されたコンタクトホールを介してゲイト電極、ソース領域、ドレイン領域にそれぞれ接続するように形成した。さらに２００〜４００℃で水素アニールをおこなった。以上によって、薄膜トランジスタが完成した。（図５（Ｆ））
さらに、アルミニウム配線として電極５１５、５１６、５１７を、層間絶縁膜および陽極酸化アルミニウム膜に形成されたコンタクトホールを介してゲイト電極、ソース領域、ドレイン領域にそれぞれ接続するように形成した。さらに２００〜４００℃で水素アニールをおこなった。以上によって、薄膜トランジスタが完成した。（図５（Ｆ））
本実施例では、層間絶縁膜に設けたコンタクトホールと、陽極酸化アルミニウム膜に設けたコンタクトホールを、同一のマスク工程により、同一の大きさに設けたが、図７（Ａ）に示すように、異なるマスクを用いて、陽極酸化アルミニウム膜に設けるコンタクトホールの口径を、層間絶縁膜に設けるものより小さくなるようにし、層間絶縁膜のコンタクトホール開孔内に陽極酸化アルミニウム膜の小さいコンタクトホールを設ける構成としてもよい。
このようにすることで、コンタクトホールが擬似的にテーパー形状となり、その結果コンタクトホール内に設けられるアルミニウム配線電極５１７の断線等を防ぐことができ、ゲート電極との良好なコンタクトが得られる。
このようにすることで、コンタクトホールが擬似的にテーパー形状となり、その結果コンタクトホール内に設けられるアルミニウム配線電極５１７の断線等を防ぐことができ、ゲート電極との良好なコンタクトが得られる。
本実施例は、実施例３と同じく、逆スタガ型の薄膜トランジスタにおいて、ゲイト絶縁膜（層間絶縁膜）をしたコンタクトホールの形成方法に関する実施例である。
本実施例においては、ゲイト絶縁膜をドライエッチングした例を示す。
図６に本実施例で作製する薄膜トランジスタの作製工程を示す。本実施例の薄膜トランジスタは、画素電極が接続された、液晶電気光学装置の画素用スイッチング素子としての構成を有している。該素子をマトリクス構成をして各画素に絶縁ゲイト型薄膜トランジスタを設けたアクティブマトリス回路を形成できる。
本実施例においては、ゲイト絶縁膜をドライエッチングした例を示す。
図６に本実施例で作製する薄膜トランジスタの作製工程を示す。本実施例の薄膜トランジスタは、画素電極が接続された、液晶電気光学装置の画素用スイッチング素子としての構成を有している。該素子をマトリクス構成をして各画素に絶縁ゲイト型薄膜トランジスタを設けたアクティブマトリス回路を形成できる。
本実施例では配線材料として、アルミニウムを主成分とした例を示す。アルミニウム以外の材料としては、タンタル、チタン、さらにはこれらの混合材料やこれらの材料を主成分とする材料を利用することができる。
図６に、本実施例で作製したガラス基板上の絶縁ゲイト型薄膜トランジスタの作製工程を示す。図においては１つの薄膜トランジスタのみが示されているが、基板上には接続される画素電極と対になりマトリクス状に形成されている。
まず、基板（コーニング７０５９、２００ｍｍ×２００ｍｍ）７０１上に下地膜７０２として厚さ１０００〜３０００Å、例えば２０００Åの窒化珪素膜をスパッタ法により形成した。窒化珪素膜の代わりに酸化珪素膜を同程度の厚さに設けてもよい。この場合、酸化珪素膜の形成方法としては、酸素雰囲気中でのスパッタ法を使用する。しかしより量産性を高めるためには、ＴＥＯＳをプラズマＣＶＤ法で分解・堆積した膜を用いてもよい。
まず、基板（コーニング７０５９、２００ｍｍ×２００ｍｍ）７０１上に下地膜７０２として厚さ１０００〜３０００Å、例えば２０００Åの窒化珪素膜をスパッタ法により形成した。窒化珪素膜の代わりに酸化珪素膜を同程度の厚さに設けてもよい。この場合、酸化珪素膜の形成方法としては、酸素雰囲気中でのスパッタ法を使用する。しかしより量産性を高めるためには、ＴＥＯＳをプラズマＣＶＤ法で分解・堆積した膜を用いてもよい。
次に、厚さ１０００Å〜２μｍ、例えば、６０００Åのアルミニウム膜（１ｗｔ％のＳｉ、もしくは０．１〜０．３％ｗｔのＳｃを含む）を電子ビーム蒸着法もしくはスパッタ法で形成した。
形成したアルミニウム膜に対し、リン酸、硝酸、酢酸の混合溶液を用いたウェットプロセスによるフォトエッチングにより、断面をテーパー状にしてパターニングし、ゲイト電極部７０３を形成した。（図６（Ａ））
形成したアルミニウム膜に対し、リン酸、硝酸、酢酸の混合溶液を用いたウェットプロセスによるフォトエッチングにより、断面をテーパー状にしてパターニングし、ゲイト電極部７０３を形成した。（図６（Ａ））
次に、このゲイト電極部７０３に対し陽極酸化を施した。
３％の酒石酸をエチレングルコールに溶解し、そこに１／１０アンモニア水を添加し、溶液のｐｈを６．８〜７．０に調整した。溶液を、恒温槽に入れ、液温を０〜２０℃、望ましくは１０±１℃にする。その溶液のなかに加工する基板と陰極となる金属電極材料を３０〜５０ｍｍ隔てて、アルミニウムを内側対向させた。陰極材料としては溶液に対して安定な材料ならば良い。本実施例では、白金板を用いた。電源より陽極側に加工基板を、陰極側に白金板を接続した。
３％の酒石酸をエチレングルコールに溶解し、そこに１／１０アンモニア水を添加し、溶液のｐｈを６．８〜７．０に調整した。溶液を、恒温槽に入れ、液温を０〜２０℃、望ましくは１０±１℃にする。その溶液のなかに加工する基板と陰極となる金属電極材料を３０〜５０ｍｍ隔てて、アルミニウムを内側対向させた。陰極材料としては溶液に対して安定な材料ならば良い。本実施例では、白金板を用いた。電源より陽極側に加工基板を、陰極側に白金板を接続した。
陽極側に接続されたアルミニウムはプラスの電荷の供給を受けて酸化し、絶縁膜が形成される電源を定電流モードにしておくと陽極と陰極間の電位差は暫時増加する。到達電圧が１２０Ｖになった時点で電源モードを定電圧に切替え更に３０分の化成を行なった。このモードの場合には電流は急激に低下し膜抵抗が引き続き上昇していくことがわかる。この工程により形成した陽極酸化アルミニウム１０３の厚さは１５００Åであった。ここで形成される陽極酸化アルミニウム膜は緻密な組成を有し、素地のアルミニウムの外側に、陽極酸化アルミニウム膜７０５が等方的に形成された。
アルミニウム配線の断面パターンがテーパー（台形）形状をしている為、陽極酸化アルミニウム膜７０５形成後においても同様にテーパー（台形）形状になっている。１５０〜３５０℃で焼成した後の膜に電圧を印加し永久破壊が生じる時の耐電圧は１００〜１１０Ｖであり極めて良好な絶縁膜でアルミニウムが被覆されているのがわかる。
この後、大気中２００〜３００℃例えば２００℃で数〜数十分加熱すると、陽極酸化アルミニウムのリーク電流が一桁以上減少し、好ましかった。
このようにして、ゲイト電極部７０３は、ゲイト電極７０４の上面および側面にバリヤ型の陽極酸化アルミニウムよりなるゲイト絶縁膜７０５が形成された。（図６（Ｂ））
この後、大気中２００〜３００℃例えば２００℃で数〜数十分加熱すると、陽極酸化アルミニウムのリーク電流が一桁以上減少し、好ましかった。
このようにして、ゲイト電極部７０３は、ゲイト電極７０４の上面および側面にバリヤ型の陽極酸化アルミニウムよりなるゲイト絶縁膜７０５が形成された。（図６（Ｂ））
次にシランとアンモニアを１：３〜１：８ここでは１：５の割合で用いてプラズマＣＶＤ法により、２層目のゲイト絶縁膜７０６として窒化珪素膜を１０００〜３０００Å、例えば２０００Å形成した。
窒化珪素膜の代わりに酸化珪素膜を同程度の厚さに設けてもよい。
酸化珪素膜の場合、その形成方法としては、酸素雰囲気中でのスパッタ法またプラズマＣＶＤ法を使用する。プラズマＣＶＤ法を用いる場合には、ＴＥＯＳを原料とし、酸素とともに基板温度１５０〜４００℃、好ましくは２００〜２５０℃で、ＲＦ放電させて、原料ガスを分解・堆積した。ＴＥＯＳと酸素の圧力比は、１：１〜１：１０また、また、圧力は０．０５〜０．５ｔｏｒｒ、ＲＦパワーは１００〜２５０Ｗとした。あるいはＴＥＯＳを原料としてオゾンガスとともに、減圧ＣＶＤ法もしくは常圧ＣＶＤ法によって、基板温度を１５０〜４００℃、好ましくは２００〜２５０℃として形成してもよい。
このゲイト絶縁膜７０６は設けなくてもよいが、設けた場合、電極間短絡の減少、および薄膜トランジスタの相互コンダクタンスの改善等を図ることができる。
窒化珪素膜の代わりに酸化珪素膜を同程度の厚さに設けてもよい。
酸化珪素膜の場合、その形成方法としては、酸素雰囲気中でのスパッタ法またプラズマＣＶＤ法を使用する。プラズマＣＶＤ法を用いる場合には、ＴＥＯＳを原料とし、酸素とともに基板温度１５０〜４００℃、好ましくは２００〜２５０℃で、ＲＦ放電させて、原料ガスを分解・堆積した。ＴＥＯＳと酸素の圧力比は、１：１〜１：１０また、また、圧力は０．０５〜０．５ｔｏｒｒ、ＲＦパワーは１００〜２５０Ｗとした。あるいはＴＥＯＳを原料としてオゾンガスとともに、減圧ＣＶＤ法もしくは常圧ＣＶＤ法によって、基板温度を１５０〜４００℃、好ましくは２００〜２５０℃として形成してもよい。
このゲイト絶縁膜７０６は設けなくてもよいが、設けた場合、電極間短絡の減少、および薄膜トランジスタの相互コンダクタンスの改善等を図ることができる。
また、ゲイト絶縁膜７０６として、酸化珪素膜を４００〜３０００Åと、該膜上に窒化珪素膜を３００〜２０００Å積層した２層構造とし、絶縁性が高くかつ応力の影響を抑えたものとしてもよい。
ゲイト絶縁膜７０６上に、チャネル形成領域を構成するＩ型のアモルファスシリコン膜７０７を２００〜２０００Å、例えば１０００Å形成した。
さらにその上に、５００〜３０００Å、ここでは１０００Åの窒化珪素膜を形成した。形成した窒化珪素膜に対して純水にて１／１０〜１／５０に希釈したフッ酸にてエッチングを行ない、保護膜７０８を形成した。
さらにその上に、リンを含んだｎ+ アモルファスシリコン膜７０９をプラズマＣＶＤ法により２００〜１０００Å、ここでは３００Å厚に形成した。このアモルファスシリコン膜７０９は、ホウ素を含んだｐ+ アモルファスシリコン膜にしてもよい。（図６（Ｃ））
さらにその上に、５００〜３０００Å、ここでは１０００Åの窒化珪素膜を形成した。形成した窒化珪素膜に対して純水にて１／１０〜１／５０に希釈したフッ酸にてエッチングを行ない、保護膜７０８を形成した。
さらにその上に、リンを含んだｎ+ アモルファスシリコン膜７０９をプラズマＣＶＤ法により２００〜１０００Å、ここでは３００Å厚に形成した。このアモルファスシリコン膜７０９は、ホウ素を含んだｐ+ アモルファスシリコン膜にしてもよい。（図６（Ｃ））
次に、Ｉ型のアモルファスシリコン膜７０７とｎ+ アモルファスシリコン膜７０９に対しドライエッチングを行ない、パターニングした。
一方、画素電極７１０となるＩＴＯ（酸化インジウム・スズ）薄膜も形成し、パターニングした。
一方、画素電極７１０となるＩＴＯ（酸化インジウム・スズ）薄膜も形成し、パターニングした。
次にコンタクトホールを形成するために、窒化珪素膜よりなるゲイト絶縁膜７０６とその下の陽極酸化アルミニウム膜よりなるゲイト絶縁膜７０５に対しエッチングを施した。
エッチングは、まずゲイト絶縁７０６に対し、コンタクトホールのパターンにレジストを形成し、ドライエッチングにより行った。
ドライエッチングは、ＣＨＦ3 を用いて、出力１０００Ｗにて行った。エッチング速度は２５０Å／ｍｉｎであった。
エッチングは、まずゲイト絶縁７０６に対し、コンタクトホールのパターンにレジストを形成し、ドライエッチングにより行った。
ドライエッチングは、ＣＨＦ3 を用いて、出力１０００Ｗにて行った。エッチング速度は２５０Å／ｍｉｎであった。
次に陽極酸化アルミニウム膜よりなるゲイト絶縁膜７０５に対しクロム燐酸溶液でエッチングを行なった。クロム燐酸溶液は、２リットル溶液中に燐酸（８５０ｇ／ｌ）３５ｍｌと無水クロム酸２０ｇを添加した溶液の中で６５℃に加熱したものである。陽極酸化アルミニウムは、クロム燐酸溶液で完全に除去され、アルミニウム界面に達した時点でエッチングは止まった。時間を長く溶液に浸漬してもエッチング深さが進行してオーバーエッチになることはなかった。このようにしてコンタクトホールが形成された。
次に、アルミニウム膜を電子ビーム蒸着法またはスパッタ法にて１０００〜２μｍここでは３０００Å厚に形成した。そして、このアルミニウム膜をドライエッチングによりパターニングし、ソース電極７１１、ドレイン電極７１２、ゲイト配線電極７１３を形成した。ゲイト配線電極７１３はゲイト電極７０４と良好なコンタクトを形成できた。
またｎ+ アモルファスシリコン膜をドライエッチングによりエッチング、パターニングし、ソース領域とドレイン領域に分割した。
このようにして薄膜トランジスタが完成した。（図６（Ｄ）、図６（Ｄ’）（図６（Ｄ）の点線における断面図））
またｎ+ アモルファスシリコン膜をドライエッチングによりエッチング、パターニングし、ソース領域とドレイン領域に分割した。
このようにして薄膜トランジスタが完成した。（図６（Ｄ）、図６（Ｄ’）（図６（Ｄ）の点線における断面図））
本実施例では、ゲイト絶縁膜に設けたコンタクトホールと、陽極酸化アルミニウム膜に設けたコンタクトホールを、同一のマスク工程により、同一の大きさに設けたが、図７（Ｂ）に示すように、異なるマスクを用いて、陽極酸化アルミニウム膜に設けるコンタクトホールの口径を、ゲイト絶縁膜に設けるものより小さくなるようにし、ゲイト絶縁膜のコンタクトホール開孔内に陽極酸化アルミニウム膜の小さいコンタクトホールを設ける構成としてもよい。
このようにすることで、コンタクトホールが擬似的にテーパー形状となり、その結果コンタクトホール内に設けられるアルミニウム配線電極７１３の断線等を防ぐことができ、ゲート電極との良好なコンタクトが得られる。
このようにすることで、コンタクトホールが擬似的にテーパー形状となり、その結果コンタクトホール内に設けられるアルミニウム配線電極７１３の断線等を防ぐことができ、ゲート電極との良好なコンタクトが得られる。
本実施例は、実施例２、実施例４で示した薄膜トランジスタの作製工程において、陽極酸化アルミニウム膜の開孔の形成を、イオンミリング法により行った例を示す。
まず、基板（コーニング７０５９、３００ｍｍ×４００ｍｍもしくは１００ｍｍ×１００ｍｍ）５０１上に下地酸化膜５０２として厚さ１０００〜３０００Åの酸化珪素膜を形成した。この酸化膜の形成方法としては、酸素雰囲気中でのスパッタ法を使用した。しかし、より量産性を高めるには、ＴＥＯＳをプラズマＣＶＤ法で分解・堆積した膜を用いてもよい。
その後、プラズマＣＶＤ法やＬＰＣＶＤ法によって非晶質珪素膜を３００〜５０００Å、好ましくは５００〜１０００Å堆積し、これを、５５０〜６００℃の還元雰囲気に２４時間放置して、結晶化せしめた。この工程は、レーザー照射によっておこなってもよい。そして、このようにして結晶化させた珪素膜をパターニングして島状領域５０３を形成した。さらに、この上にスパッタ法によって厚さ７００〜１５００Åの酸化珪素膜５０４を形成した。
その後、厚さ１０００Å〜３μｍ（ここでは６０００Å）のアルミニウム（１ｗｔ％のＳｉ、もしくは０．１〜０．３ｗｔ％のＳｃ（スカンジウム）を含む）膜を電子ビーム蒸着法もしくはスパッタ法によって形成した。
そして、フォトレジスト５０６の形成前に、陽極酸化法によって厚さ１００〜１０００Å（ここでは２００Å）の酸化アルミニウム膜（陽極酸化物層）５００を形成する。この工程は、３％の酒石酸を含むエチレングルコール溶液中において１０〜３０Ｖの電圧を印加することによって行われる。この酸化アルミニウム膜は、緻密でこの上に形成されるフォトレジスト５０６との密着性が良く、また、フォトレジストからの電流のリークを抑制することになるので、後の陽極酸化工程において、多孔質陽極酸化物を側面のみに形成するうえで極めて有効である。
そして、フォトレジスト５０６（例えば、東京応化製、ＯＦＰＲ８００／３０ｃｐ）をスピンコート法によって形成した。その後、フォトレジストとアルミニウム膜をパターニングして、ゲイト電極５０５、マスク膜５０６とした。（図５（Ａ））
さらにこれに電解液中で電流を通じて陽極酸化し、厚さ１０００〜５０００Å、例えば、厚さ５０００Åの多孔質型（ポーラス型）陽極酸化アルミニウム５０７を形成した。陽極酸化は、３〜２０％のクエン酸もしくはショウ酸、燐酸、クロム酸、硫酸等の酸性水溶液を用いておこない、１０〜３０Ｖの一定電流をゲイト電極に印加すればよい。本実施例ではシュウ酸溶液（３０℃）中で電圧を１０Ｖとし、２０〜４０分、陽極酸化した。陽極酸化物の厚さは陽極酸化時間によって制御した。（図５（Ｂ））
上記の工程は、緻密な陽極酸化アルミニウム膜５００が形成されているために、図５に示すように横方向のみに進行し、またその厚さも必要とするだけ得ることができる。
次に、マスクを除去し、再び電解溶液中において、ゲイト電極に電流を印加した。今回は、３〜１０％の酒石液、硼酸、硝酸が含まれたエチレングルコール溶液を用いた。溶液の温度は１０℃前後の室温より低い方が良好な酸化膜が得られた。このため、ゲイト電極の上面および側面にバリヤ型の陽極酸化アルミニウム膜５０８が形成された。陽極酸化アルミニウム膜５０８の厚さは印加電圧に比例し、印加電圧が２００Ｖで２５００Åの陽極酸化物が形成された。陽極酸化アルミニウム膜５０８の厚さは必要とされるオフセット、オーバーラップの大きさによって決定したが、３０００Å以上の厚さの陽極酸化アルミニウムを得るには２５０Ｖ以上の高電圧が必要であり、薄膜トランジスタの特性に悪影響を及ぼすので３０００Å以下の厚さとすることが好ましい。本実施例では８０〜１５０Ｖまで上昇させ、必要とする陽極酸化アルミニウム膜５０８の厚さによって電圧を選択した。（図５（Ｃ））
その後、ドライエッチング法によって酸化珪素膜５０４をエッチングした。このエッチングにおいては、等方性エッチングのプラズマモードでも、あるいは異方性エッチングの反応性イオンエッチングモードでもよい。ただし、珪素と酸化珪素の選択比を十分に大きくすることによって、活性層を深くエッチングしないようにすることが重要である。例えば、エッチングガスとしてＣＦ4 を使用すれば多孔質陽極酸化アルミニウムはエッチングされず、酸化珪素膜５０４のみがエッチングされる。また、多孔質陽極酸化アルミニウム５０７の下の酸化珪素膜５０４’はエッチングされずに残した。（図５（Ｄ））
その後、燐酸、酢酸、硝酸の混酸を用いて多孔質陽極酸化アルミニウム５０７をエッチングした。このエッチングでは多孔質陽極酸化アルミニウム５０７のみがエッチングされ、エッチングレートは約６００Å／分であった。その下のゲイト絶縁膜５０４’はそのまま残存した。そして、イオンドーピング法によって、薄膜トランジスタの活性層５０３に、ゲイト電極部（すなわちゲイト電極とその周囲の陽極酸化膜）およびゲイト絶縁膜をマスクとして自己整合的に不純物を注入し、低抵抗不純物領域（ソース／ドレイン領域）５１０、５１３、高抵抗不純物領域５１１、５１２を形成した。
ドーピングガスとしてはここではフォスフィン（ＰＨ3 ）を用いたためＮ型の不純物領域となった。ドーピングガスとしてジボラン（Ｂ2 Ｈ6 ）を用いてＰ型の不純物領域を形成してもよい。
ドーズ量は５×１０14〜５×１０15ｃｍ-2、加速エネルギーは１０〜３０ｋｅＶとした。その後、ＫｒＦエキシマーレーザー（波長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を照射して、活性層中に導入された不純物イオンの活性化を行なった。
ドーピングガスとしてはここではフォスフィン（ＰＨ3 ）を用いたためＮ型の不純物領域となった。ドーピングガスとしてジボラン（Ｂ2 Ｈ6 ）を用いてＰ型の不純物領域を形成してもよい。
ドーズ量は５×１０14〜５×１０15ｃｍ-2、加速エネルギーは１０〜３０ｋｅＶとした。その後、ＫｒＦエキシマーレーザー（波長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を照射して、活性層中に導入された不純物イオンの活性化を行なった。
ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析法）の結果によると、領域５１０、５１３の不純物濃度は１×１０20〜２×１０21ｃｍ-3、領域５１１、５１２では１×１０17〜２×１０18ｃｍ-3であった。ドーズ量換算では、前者は５×１０14〜５×１０15ｃｍ-2、後者は２×１０13〜５×１０14ｃｍ-2であった。この違いはゲイト絶縁膜５０４’の有無によってもたらされたのであって、一般的には、低抵抗不純物領域の不純物濃度は、高抵抗不純物領域のものより０．５〜３桁大きくなる。（図５（Ｅ））
次に、全面に層間絶縁物５１４として、ＣＶＤ法によって酸化珪素膜を厚さ８０００Å形成した。そして、薄膜トランジスタのソース部、ドレイン部、ゲイト部のコンタクトホールを形成する。マスクパターンはそれぞれの部分が同時に開孔しているパターンを用いてレジストを形成した。
層間絶縁膜としては、酸化珪素膜より緻密な膜質を有し、絶縁の確実性が得られる窒化珪素膜を用いてもよいが、窒化珪素膜のみを層間絶縁膜として用いると、窒化珪素膜が有する強い応力により、特にガラス基板を用いた場合など、層間絶縁膜下の配線や素子に歪みが生じ、不良発生を招きやすい。
そこで、層間絶縁膜として、窒化珪素膜を５００〜１５００Å程度と、５０００〜６０００Åの酸化珪素膜を設ける２層構造、特に窒化珪素膜上に酸化珪素膜を有するものを設けて、絶縁性が高くかつ応力の影響を抑えたものとしてもよい。
そこで、層間絶縁膜として、窒化珪素膜を５００〜１５００Å程度と、５０００〜６０００Åの酸化珪素膜を設ける２層構造、特に窒化珪素膜上に酸化珪素膜を有するものを設けて、絶縁性が高くかつ応力の影響を抑えたものとしてもよい。
まず酸化珪素膜である層間絶縁膜５１４に対し、ＡＢＨＦによるウェットエッチング、またはドライエッチングにより行い、次に陽極酸化アルミニウム膜５０８に対し、イオンミリング法で開孔を形成した。
ウェットエッチングの場合、エッチャントであるＡＢＨＦは、酢酸と４０％フッ化アンモニウム（ＮＨ4 Ｆ）と５０％フッ化水素酸（ＨＦ）を５０：５０：１（体積比）で混合したものを用いた。
ＡＢＨＦによって層間絶縁膜５１４をエッチングした時のエッチング速度は３４００Å／分であった。こうして層間絶縁膜を介してソース領域５１５、ドレイン領域５１６に至るコンタクトホールが形成された。
ＡＢＨＦによって層間絶縁膜５１４をエッチングした時のエッチング速度は３４００Å／分であった。こうして層間絶縁膜を介してソース領域５１５、ドレイン領域５１６に至るコンタクトホールが形成された。
本実施例の薄膜トランジスタにおいては、ゲイト絶縁膜５０４’がソース領域５１０、ドレイン領域５１３上に延在していないが、該領域上にゲイト絶縁膜が延在している場合、層間絶縁膜５１４のエッチング終了と同時にソース領域５１０とドレイン領域５１３上では（延在した）ゲイト絶縁膜のエッチングが始まる。本実施例のゲイト絶縁膜に対し、前述のＡＢＨＦによってエッチングした場合そのエッチング速度は、１７００Å／分であった。一方、ゲイト部では層間絶縁膜エッチング終了の時点で陽極酸化アルミニウム膜５０８の上部が露出しておりＡＢＨＦにより３００〜６００Å程度エッチング進行したが、それ以上進行しなかった。
ドライエッチングの場合、ここではＣＨＦ3 を用いて、出力１０００Ｗにて行った。エッチング速度は３００Å／ｍｉｎであった。
次にイオンミリング法により陽極酸化アルミニムウム膜５０８に開孔を形成した。
まずレジストを除去し、新たにゲイト電極部のみ開孔したパターンを有するレジストを設ける。
次に、イオン飛翔方向に対して垂直より３０°傾いた回転ターゲット上に基板を設置し、圧力１．７×１０-4Ｔｏｒｒ、アルゴンガスを１０ｓｃｃｍで流入させ、加速電圧６００ｅＶで、陽極酸化アルミニウム膜５０８に対しイオンミリングを施した。
約１０分で、陽極酸化アルミニウム膜５０８に対し開孔を設け、内部のアルミニウムを露呈させることができた。
レジストを除去し、陽極酸化アルミニウム膜５０８にコンタクトホールが形成された。
まずレジストを除去し、新たにゲイト電極部のみ開孔したパターンを有するレジストを設ける。
次に、イオン飛翔方向に対して垂直より３０°傾いた回転ターゲット上に基板を設置し、圧力１．７×１０-4Ｔｏｒｒ、アルゴンガスを１０ｓｃｃｍで流入させ、加速電圧６００ｅＶで、陽極酸化アルミニウム膜５０８に対しイオンミリングを施した。
約１０分で、陽極酸化アルミニウム膜５０８に対し開孔を設け、内部のアルミニウムを露呈させることができた。
レジストを除去し、陽極酸化アルミニウム膜５０８にコンタクトホールが形成された。
次に、画素電極５１８をＩＴＯ（酸化インジューム・スズ）で形成した。
さらに、アルミニウム配線として電極５１５、５１６、５１７を、層間絶縁膜および陽極酸化アルミニウム膜に形成されたコンタクトホールを介してゲイト電極、ソース領域、ドレイン領域にそれぞれ接続するように形成した。さらに２００〜４００℃で水素アニールをおこなった。以上によって、薄膜トランジスタが完成した。（図５（Ｆ））
さらに、アルミニウム配線として電極５１５、５１６、５１７を、層間絶縁膜および陽極酸化アルミニウム膜に形成されたコンタクトホールを介してゲイト電極、ソース領域、ドレイン領域にそれぞれ接続するように形成した。さらに２００〜４００℃で水素アニールをおこなった。以上によって、薄膜トランジスタが完成した。（図５（Ｆ））
本実施例では、層間絶縁膜に設けたコンタクトホールと、陽極酸化アルミニウム膜に設けたコンタクトホールを、同一のマスク工程により、同一の大きさに設けたが、図７（Ａ）に示すように、異なるマスクを用いて、陽極酸化アルミニウム膜に設けるコンタクトホールの口径を、層間絶縁膜に設けるものより小さくなるようにし、層間絶縁膜のコンタクトホール開孔内に陽極酸化アルミニウム膜の小さいコンタクトホールを設ける構成としてもよい。
このようにすることで、コンタクトホールが擬似的にテーパー形状となり、その結果コンタクトホール内に設けられるアルミニウム配線電極５１７の断線等を防ぐことができ、ゲート電極との良好なコンタクトが得られる。
このようにすることで、コンタクトホールが擬似的にテーパー形状となり、その結果コンタクトホール内に設けられるアルミニウム配線電極５１７の断線等を防ぐことができ、ゲート電極との良好なコンタクトが得られる。
１０１・・・・基板
１０２・・・・第１の電極（アルミニウム）
１０３・・・・陽極酸化アルミニウム
１０４・・・・層間絶縁膜
１０５・・・・第２の電極
１０６・・・・第１の電極の上面
３０１・・・・ソース部開孔
３０２・・・・ドレイン部開孔
３０３・・・・レジスト
３０４・・・・ゲイト部開孔
４０１・・・・基板
４０２・・・・下地膜
４０３・・・・ソース部活性層
４０４・・・・チャネル部活性層
４０５・・・・ドレイン部活性層
４０６・・・・ゲイト絶縁膜
４０７・・・・ゲイト電極（アルミニウム）
４０８・・・・陽極酸化アルミニウム膜（バリア型）
４０９・・・・陽極酸化アルミニウム膜（ポーラス型）
４１０・・・・層間絶縁膜
４１１・・・・ソース部接続電極
４１２・・・・ドレイン部接続電極
４１３、４１４・・・・オフセット領域
４１５・・・・ゲイト部接続電極
５００・・・・酸化アルミニウム膜
５０１・・・・基板
５０２・・・・下地酸化膜
５０３・・・・島状領域
５０４・・・・酸化珪素膜
５０４・・・・ゲイト絶縁膜
５０５・・・・ゲイト電極
５０６・・・・マスク膜
５０７・・・・多孔質型（ポーラス型）陽極酸化アルミニウム膜
５０８・・・・バリア型陽極酸化アルミニウム膜
５１０・・・・低抵抗不純物領域（ソース領域）
５１３・・・・低抵抗不純物領域（ドレイン領域）
５１１、５１２・・・・高抵抗不純物領域
５１４・・・・層間絶縁膜
５１５、５１６、５１７・・・・電極
５１８ 画素電極
７０１ 基板
７０２ 下地膜
７０３ ゲイト電極部
７０４ ゲイト電極
７０５ ゲイト絶縁膜（陽極酸化アルミニウム）
７０６ ゲイト絶縁膜
７０７ Ｉ型アモルファスシリコン膜
７０８ 保護膜
７０９ ｎ+ アモルファスシリコン膜
７１０ 画素電極
７１１ ソース電極
７１２ ドレイン電極
７１３ ゲート配線電極
１０２・・・・第１の電極（アルミニウム）
１０３・・・・陽極酸化アルミニウム
１０４・・・・層間絶縁膜
１０５・・・・第２の電極
１０６・・・・第１の電極の上面
３０１・・・・ソース部開孔
３０２・・・・ドレイン部開孔
３０３・・・・レジスト
３０４・・・・ゲイト部開孔
４０１・・・・基板
４０２・・・・下地膜
４０３・・・・ソース部活性層
４０４・・・・チャネル部活性層
４０５・・・・ドレイン部活性層
４０６・・・・ゲイト絶縁膜
４０７・・・・ゲイト電極（アルミニウム）
４０８・・・・陽極酸化アルミニウム膜（バリア型）
４０９・・・・陽極酸化アルミニウム膜（ポーラス型）
４１０・・・・層間絶縁膜
４１１・・・・ソース部接続電極
４１２・・・・ドレイン部接続電極
４１３、４１４・・・・オフセット領域
４１５・・・・ゲイト部接続電極
５００・・・・酸化アルミニウム膜
５０１・・・・基板
５０２・・・・下地酸化膜
５０３・・・・島状領域
５０４・・・・酸化珪素膜
５０４・・・・ゲイト絶縁膜
５０５・・・・ゲイト電極
５０６・・・・マスク膜
５０７・・・・多孔質型（ポーラス型）陽極酸化アルミニウム膜
５０８・・・・バリア型陽極酸化アルミニウム膜
５１０・・・・低抵抗不純物領域（ソース領域）
５１３・・・・低抵抗不純物領域（ドレイン領域）
５１１、５１２・・・・高抵抗不純物領域
５１４・・・・層間絶縁膜
５１５、５１６、５１７・・・・電極
５１８ 画素電極
７０１ 基板
７０２ 下地膜
７０３ ゲイト電極部
７０４ ゲイト電極
７０５ ゲイト絶縁膜（陽極酸化アルミニウム）
７０６ ゲイト絶縁膜
７０７ Ｉ型アモルファスシリコン膜
７０８ 保護膜
７０９ ｎ+ アモルファスシリコン膜
７１０ 画素電極
７１１ ソース電極
７１２ ドレイン電極
７１３ ゲート配線電極
Claims (4)
- 断面がテーパー形状であるアルミニウムゲイト電極と、
前記ゲイト電極上のゲイト絶縁膜と、
前記ゲイト絶縁膜上のチャネル形成領域を構成するＩ型のアモルファスシリコン膜と、
前記Ｉ型のアモルファスシリコン膜上の保護膜と、
前記Ｉ型のアモルファスシリコン膜及び保護膜上のｎ型のアモルファスシリコン膜からなるソース領域及びドレイン領域と、
前記ソース領域に電気的に接続されたアルミニウムソース電極と、前記ドレイン領域に電気的に接続されたアルミニウムドレイン電極と、
前記ゲイト絶縁膜上の画素電極と、
前記ゲイト電極に電気的に接続されたアルミニウムゲイト配線と、を有し、
前記ドレイン領域と前記画素電極とはアルミニウムを介して電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。 - 請求項１において、前記ゲイト絶縁膜は前記ゲイト電極の陽極酸化膜と窒化珪素膜の積層膜であることを特徴とする半導体装置。
- アルミニウム膜を形成し、
前記アルミニウム膜をエッチングして断面がテーパー形状であるアルミニウムゲイト電極を形成し、
前記ゲイト電極上にゲイト絶縁膜を形成し、
前記ゲイト絶縁膜上にＩ型のアモルファスシリコン膜を形成し、
前記Ｉ型のアモルファスシリコン膜上に保護膜を形成し、
前記Ｉ型のアモルファスシリコン膜及び保護膜上にｎ型のアモルファスシリコン膜を形成し、
前記Ｉ型のアモルファスシリコン膜をエッチングするとともに前記ｎ型のアモルファスシリコン膜をエッチングしてソース領域及びドレイン領域を形成し、
前記ゲイト絶縁膜上に画素電極を形成し、
前記ゲイト絶縁膜に対してエッチングをして前記ゲイト電極へのコンタクトホールを形成し、
アルミニウム膜を形成し、前記アルミニウム膜をエッチングして、前記ソース領域と電気的に接続するソース電極、前記ドレイン領域及び前記画素電極と電気的に接続するドレイン電極、前記ゲイト電極と電気的に接続するゲイト配線電極を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項３において、前記ゲイト絶縁膜は、前記アルミニウムを陽極酸化した陽極酸化膜及び前記陽極酸化膜上に形成した窒化珪素膜の積層膜からなり、
前記ゲイト絶縁膜に対してエッチングをして前記ゲイト電極へのコンタクトホールを形成するに際し、
前記窒化珪素膜を酢酸、フッ化アンモニウム及びフッ化水素酸を含んだ溶液によってエッチングする、又は前記窒化珪素膜をＣＨＦ３を用いてドライエッチングし、
前記陽極酸化膜をリン酸及び無水クロム酸を含んだ溶液でエッチングして前記ゲイト電極へのコンタクトホールを形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
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