JP2717234B2

JP2717234B2 - 絶縁ゲイト型電界効果半導体装置およびその作製方法

Info

Publication number: JP2717234B2
Application number: JP13556991A
Authority: JP
Inventors: 舜平山崎; 晃間瀬; 敏次浜谷
Original assignee: 株式会社半導体エネルギー研究所
Priority date: 1991-05-11
Filing date: 1991-05-11
Publication date: 1998-02-18
Anticipated expiration: 2013-02-18
Also published as: JPH0653509A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】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、絶縁基板上等シリコン基板以外に薄膜を積
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、１１はゲイト電極であります。

【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１１とゲイト絶縁膜６とをパターニングする。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１１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。

【０００９】

【発明が解決しようとする問題点】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Ｔ
ＦＴの構造が望まれていた。

【００１０】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ＴＦ
Ｔを作製できることを特徴とするものであります。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のＴＦＴのゲイト
電極の周囲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
の周囲に設けられた前記酸化膜の上方にまでわたって延
在していることを特徴とする絶縁ゲイト型電界効果型半
導体装置であります。

【００１２】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の少なくとも周囲
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は陽極酸化膜１０上方にま
で延在しており、この部分でパターニングされて、個々
の電極に分離されている。

【００１３】この図１のような構造のＴＦＴを作製する
工程を図３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に基
づいて、本発明のＴＦＴの製造工程の一例を説明する。

【００１４】先ず、同図（Ａ）のように、硝子基板、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。この珪素半導体層としては、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ＣＶ
Ｄ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。

【００１５】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。この後、第１のマスクを使用して、こ
のゲイト電極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の周囲を陽極酸
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周囲に図３（Ｂ）
のように形成する。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】陽極酸化の条件は最初、定電流モードで電
流密度３ｍＡ／ｃｍ²で２０分電流を流した後、定電圧
モードで５分処理し、厚さ１５００Åの酸化アルミニウ
ムをゲイト電極の周囲に形成した。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１０¹⁵Ωで、絶縁耐圧は
３×１０⁶Ｖ／ｃｍの特性を持つ酸化アルミニウム膜で
あった。

【００１９】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１００００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。

【００２０】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
る凸状部の側壁位置に酸化珪素１３を残す。つぎにこの
残った酸化珪素１３と凸状部のゲイト電極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
３（Ｅ）に示す。またこの時の上面の様子を図４（Ａ）
に示す。図４におけるＡ−Ａ' の断面が図３に示されて
いる。

【００２１】次にこの状態から、酸化珪素膜１３とゲイ
ト絶縁膜とをゲイト電極８およびその陽極酸化膜１０と
をマスクとして酸化珪素のみ選択エッチング除去し、図
３（Ｆ）および図４（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。

【００２２】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３（Ｆ）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。

【００２３】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およびゲイト電極の陽極酸化膜１０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３（Ｇ）および図４（Ｄ）に示すようなＴＦＴを
完成する。このように本発明によると、たった２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。

【００２４】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、第３のマスクを使用して、特定の
陽極酸化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。

【００２５】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３（Ｆ）に示すように、半導体層２のパターニング後
におこなったが、図３（Ｂ）の状態でゲイトの陽極酸化
膜１０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。

【００２６】また、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５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
により作製する子とが可能となる。この様子を図５
（Ａ）にその上面図、図５（Ｂ）に上面図のＢ−Ｂ’断
面を示す。

【００２７】

【実施例】『実施例１』本実施例では図６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
６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。この回路構成に対応す
る実際の電極等の配置構成を図８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。

【００２８】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７を使用して説明する。図７
（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１０００〜３００
０Å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。

【００２９】この上にシリコン膜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５３
０℃でジシラン(Si₂H₆) またはトリシラン(Si₃H₈) をＣ
ＶＤ装置に供給して成膜した。反応炉内圧力は３０〜３
００Ｐａ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１×10¹⁵〜１×10¹⁸cm^-3の濃度として成膜中に
添加してもよい。

【００３０】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。

【００３１】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(SiH₄)ま
たはジシラン(Si₂H₆) 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。

【００３２】これらの方法によって形成された被膜は、
酸素が５×10²¹cm^-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４×10¹⁹〜４×10 ²¹
cm^-3の範囲とした。水素は４×10²⁰cm^-3であり、珪素４
×10²²cm^-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７×10¹⁹cm^-3以下、好ましくは１×10¹⁹
cm^-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５×10²⁰〜５×10
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る有効であ
る。

【００３３】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。即ち、成膜時はアモルファス構造を
有し、また水素は単に混入しているのみである。

【００３４】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）＝１
０〜２００cm²／ＶＳｅｃ、電子移動度（μe ）＝１５
〜３００cm²／ＶＳｅｃが得られる。

【００３５】図７(A) において、珪素膜を第１のフォト
マスク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。

【００３６】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。

【００３７】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３０
００Å〜１．５μｍ例えば１μｍの厚さに形成した。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。

【００３８】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。

【００３９】これを第２のフォトマスクにてパタ−ニ
ングして図７(B) を得た。ＰＴＦＴ用のゲイト電極５
５、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。

【００４０】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ＡＧ
Ｗ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７（Ｃ）のようにゲイト電極の周囲に陽極
酸化膜５８、５９を形成した。

【００４１】陽極酸化の条件は最初、定電流モードで電
流密度４ｍＡ／ｃｍ²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周囲に形成した。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。

【００４２】次に図７（Ｄ）のように半導体上の窒化膜
５４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×
１０¹⁵cm^-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１０¹⁹cm^-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。

【００４３】次に図７（Ｅ）のようにフォトレジスト６
１を第３のフォトマスクを用いて形成し、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１〜５×１０¹⁵cm^-2のド−ズ量でイオン注
入法により添加し、ドープ濃度が１０²⁰cm^-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、ゲイト電極周囲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
ト電極の反歩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。

【００４４】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勝利を行った。Ｐ
ＴＦＴ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を書略するこも可能となる。

【００４５】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７（Ｆ）に示す。

【００４６】次に此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、凸状部の周囲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７（Ｇ）に
示す。

【００４７】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およびその周囲の陽極酸化膜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７（Ｈ）に示す。

【００４８】このＴＦＴはゲイト電極の周辺が陽極酸化
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。

【００５０】かくすると、セルフア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。

【００５１】本実施例では熱アニ−ルは図７（Ａ）、
（Ｅ）で２回行った。しかし図７（Ａ）のアニ−ルは求
める特性により省略し、双方を図７（Ｅ）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。

【００５２】次に図７（Ｉ）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〜１
５０℃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ＰＴＦＴ
３０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（cm²/Vs）、Ｖthは−
５．９（Ｖ）で、ＮＴＦＴで移動度は４０（cm²/Vs）、
Ｖthは５．０（Ｖ）であった。

【００５３】この液晶電気光学装置の電極等の配置の様
子を図８に示している。図８のＣ−Ｃ’線断面が図７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ＮＴＦ
Ｔ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ＰＴ
ＦＴ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５
５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。

【００５４】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ＰＴＦ
Ｔ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ＮＴＦＴ
４１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。

【００５５】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、このゲイト配線のした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。

【００５６】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。

【００５７】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／ｃｍ²とし
た。

【００５８】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、１
０００ｍＪのエネルギーを与え、樹脂を硬化させ、１２
μｍ厚の調光層を形成した。

【００５９】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。

【００６０】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。

【００６１】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。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。

【００６２】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。

【００６３】「実施例２」本実施例では図９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７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７とはその配置
が異なる、実際の配置は図１０に示すような位置にＴＦ
Ｔは配置接続されている。

【００６４】図９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。

【００６５】実施例１と同様の工程で図７（Ｇ）工程ま
で進行する。次にこれらの上面に窒化珪素膜１００を厚
さ５００〜２０００Åに形成する。次にこの窒化珪素膜
１００を基板に垂直方向に異方性エッチング処理し、ゲ
イトの陽極酸化膜１０１の側壁部分にこの窒化珪素膜を
残す。この際、側壁に均一に残す必要はなく、ゲイト電
極１０７と半導体の接近するゲイト絶縁膜部分に少なく
とも残っていればよい、この窒化珪素膜１００により、
この後の工程で、ソース、ドレインの電極１０２を形成
した際にゲイト絶縁膜１０３の端付近でこの金属配線１
０２とソース、ドレイン領域１０４、１０５がショート
することを防止する役目を持つ。

【００６６】次にこの上面に層間絶縁膜と酸化珪素膜１
０６を１０００Å〜２μｍここでは６０００Å形成す
る。この上面にフォトレジストを形成後、基板から光を
露光しゲイト電極をマスクとしてゲイト電極１０７上に
マスクを形成し、エッチング処理してゲイト電極上に層
間絶縁膜１０６を形成する。

【００６７】この後に、図７（Ｈ）、（Ｉ）の工程を進
め、図１０（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。相間絶縁膜１０６を形成する。図１０（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。

【００６８】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、配線付近の容量がより少なく、
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。

【００６９】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。

【００７０】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。

【００７１】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。

【００７２】本発明は、ゲー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、該ゲート
電極および電極周囲の酸化膜によって、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。

【００７３】また本発明ではゲート電極にアルミニウム
を用いた場合、素子形成工程中のアニール時にゲート酸
化膜中の水素を、アルミニウムの持つ触媒効果によっ
て、Ｈ₂→Ｈにして、より減少させることが出来、界面
準位密度（Ｑ_SS）をシリコンゲー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。

【００７４】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一を定
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。

【００７５】また、ゲイト電極首位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。

【図２】従来のＴＦＴの素子構造。

【図３】本発明のＴＦＴの製造工程の概略断面図。

【図４】本発明のＴＦＴの製造工程の概略断面図。

【図５】本発明のＴＦＴの製造工程の上面図。

【図６】本発明のＴＦＴの製造工程の上面図。

【図７】本発明のＴＦＴの他の例。

【図８】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。

【図９】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。

【図１０】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。

【図１１】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回路の概略図。

【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１３・・・残存領域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

フロントページの続き (72)発明者浜谷敏次神奈川県厚木市長谷398番地株式会社半導体エネルギー研究所内 (56)参考文献特開昭59−21067（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−23479（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−73660（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−73658（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−241976（ＪＰ，Ａ) 特開平３−24735（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁表面を有する基板上に形成されたソ
ース領域、ドレイン領域及びこれらの領域にはさまれた
チャネル形成領域を含む半導体層と、前記チャネル領域上にゲイト絶縁膜を介して形成され上
面と側面とが陽極酸化膜で覆われた金属又は金属珪化物
からなるゲイト電極とを有していることを特徴とする絶
縁ゲイト型電界効果半導体装置。
【請求項２】絶縁表面を有する基板上に形成されたソ
ース領域、ドレイン領域及びこれらの領域にはさまれた
チャネル形成領域を含む半導体層と、前記チャネル領域上にゲイト絶縁膜を介して形成され上
面と側面とが陽極酸化膜で覆われた金属又は金属珪化物
からなるゲイト電極とを有しており、前記陽極酸化膜側面と前記ゲイト絶縁膜端面とがほぼ同
一側面となっていることを特徴とする絶縁ゲイト型電界
効果半導体装置。
【請求項３】絶縁表面を有する基板上に形成されたソ
ース領域、ドレイン領域及びこれらの領域にはさまれた
チャネル形成領域を含む半導体層と、前記チャネル領域上にゲイト絶縁膜を介して形成され上
面と側面とが陽極酸化膜で覆われた金属又は金属珪化物
からなるゲイト電極と、前記ゲイト電極から延在し、上面と側面とが陽極酸化膜
で覆われた金属又は金属珪化物からなる第１の信号線
と、前記ソース領域またはドレイン領域に電気的に接続され
た第２の信号線とを有し、前記第１の信号線の上方で前記第２の信号線が交差して
いることを特徴とする絶縁ゲイト型電界効果半導体装
置。
【請求項４】請求項１乃至３において、前記金属又は
金属珪化物はアルミニウム、モリブデン、タングステ
ン、チタン、タンタルおよびこれらのシリサイドから選
ばれた材料よりなることを特徴とする絶縁ゲイト型電界
効果半導体装置。
【請求項５】請求項１乃至３において、前記陽極酸化
膜は前記金属又は金属珪化物を陽極酸化して形成したこ
とを特徴とする絶縁ゲイト型電界効果半導体装置。
【請求項６】請求項１乃至３において、前記半導体層
が多結晶シリコンであることを特徴とする絶縁ゲイト型
電界効果半導体装置。
【請求項７】請求項１乃至３において、前記絶縁表面
を有する基板がガラス基板であることを特徴とする絶縁
ゲイト型電界効果半導体装置。
【請求項８】請求項１乃至７に記載の絶縁ゲイト型電
界効果半導体装置を用いた液晶電気光学装置。
【請求項９】（ａ）絶縁表面を有する基板上に半導体
層を形成する工程と、（ｂ）前記半導体層上にゲイト絶縁膜を形成する工程
と、（ｃ）前記ゲイト絶縁膜上に金属又は金属珪化物からな
るゲイト電極を形成する工程と、（ｄ）前記ゲイト電極の上面及び側面を陽極酸化し前記
ゲイト電極の上面及び側面に陽極酸化膜を形成する工程
と、（ｅ）前記ゲイト電極及び前記陽極酸化膜をマスクとし
て前記半導体層の一部に不純物イオンを導入し、一対の
不純物領域を形成する工程とを有する、ことを特徴とする絶縁ゲイト型電界効果半導体装置の作
製方法。
【請求項１０】請求項９において、前記工程（ｃ）と
前記工程（ｄ）との間に、前記ゲイト電極及び前記陽極
酸化膜とをマスクとして前記ゲイト絶縁膜の一部を除去
する工程を有することを特徴とする絶縁ゲイト型電界効
果半導体装置の作製方法。
【請求項１１】請求項９乃至１０において、前記金属
又は金属珪化物からなるゲイト電極を３０００Å〜１．
５μｍの厚さで形成することを特徴とする絶縁ゲイト型
電界効果半導体装置の作製方法。