JP3114963B2 - 絶縁ゲイト型電界効果半導体装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【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Ｔ
ＦＴ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ＴＦ
Ｔ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のように絶縁表面を
有する基板上に半導体層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／ｃｍ² 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１０⁹ Ωｍで、
絶縁耐圧は２×１０⁵ Ｖ／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。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。

【００２３】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。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。

【００２４】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。この結果、陽極酸化膜１０の外端部が
ソース、ドレイン領域の内端部とほぼ一致する。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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】 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。

【００２８】 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。

【００２９】

【実施例】「実施例１」 本実施例では図７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ＰＴＦ
ＴとＮＴＦＴとが設けられている。

【００３０】 この回路構成に対応する実際の電極等の配
置構成を図１１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。

【００３１】 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８〜図１０を使用して説明す
る。図８（Ａ）において、石英ガラス等の高価でない７
００℃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１
００％雰囲気、成膜温度１５℃、出力４００〜８００
Ｗ、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。

【００３２】 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１
００〜２００℃低い４５０〜５５０℃、例えば５３０℃
でジシラン(Si₂H₆) またはトリシラン(Si₃H₈) をＣＶＤ
装置に供給して成膜した。反応炉内圧力は３０〜３００
Ｐａ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（Ｖt
h）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。

【００３３】 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。

【００３４】 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。

【００３５】 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４×10¹⁹〜４×10²¹
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に有効であ
る。

【００３６】 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。

【００３７】 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。

【００３８】 図８(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。

【００３９】 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。

【００４０】 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。

【００４１】 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。

【００４２】 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。

【００４３】 さらに、このゲイト電極材料上に絶縁膜４
９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。

【００４４】 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。

【００４５】 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。

【００４６】 次に図９（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
×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。

【００４７】 次に図９（Ｂ）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。

【００４８】 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。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を省略するこも可能となる。

【００４９】 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６
６を形成する。その様子を図９（Ｃ）に示す。

【００５０】 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１０
（Ａ）に示す。

【００５１】 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１
０（Ｂ）に示す。

【００５２】 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。

【００５３】 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。

【００５４】 本実施例では熱アニ−ルは図８（Ａ）、図
９（Ｂ）で２回行った。しかし図８（Ａ）のアニ−ルは
求める特性により省略し、双方を図９（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。

【００５５】 次に図１０（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。

【００５６】 この液晶電気光学装置の電極等の配置の様
子を図１１に示している。図１１（Ａ）のＣ−Ｃ’線断
面が図８〜図１０の製造工程の断面に対応する。ＰＴＦ
Ｔ３０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。Ｐ
ＴＦＴ３０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。

【００５７】 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。

【００５８】 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。

【００５９】 さらに、図１１（Ａ）のＤ−Ｄ’断面に対
応する断面図を図１１（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。

【００６０】 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／ｃｍ²とした。

【００６１】 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。

【００６２】 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。

【００６３】 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。

【００６４】 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。

【００６５】 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ＴＦ
Ｔ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。

【００６６】 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。

【００６７】 「実施例２」 本実施例では図１２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１
４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８
〜図１０とはその配置が異なる、実際の配置は図１５に
示すような位置にＴＦＴは配置接続されている。

【００６８】 図１２にあるように、共通のゲイト配線９
１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。

【００６９】 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。

【００７０】 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。

【００７１】 図１３（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。

【００７２】 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。

【００７３】 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１μ
ｍの厚さに形成した。

【００７４】 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。

【００７５】 さらに、このゲイト電極材料上に絶縁膜１
０６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
にてパタ−ニングして図１３（Ｂ）のようにゲイト電
極１０７と絶縁膜１０６とを形成した。

【００７６】 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１３（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。

【００７７】 次に図１３（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１〜５×１０¹⁵cm^-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、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。

【００７８】 次に図１４（Ａ）のようにフォトレジスト
１１０を第３のフォトマスクを用いて形成し、ＰＴＦ
Ｔ領域を覆った後、ＮＴＦＴ用のソ−ス、ドレイン領域
に対し、リンを１〜５×１０¹⁵cm^-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。

【００７９】 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。

【００８０】 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１４
（Ｂ）に示す。

【００８１】 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のフォトマスクによりエッチング
し、画素電極１０８を構成させた。

【００８２】 上記のようにして、図１５（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１５（Ｂ）は
図１５（Ａ）のＦ−Ｆ’断面に対応する断面図であり、
図１５（Ｃ）は図１５（Ａ）のＥ−Ｅ’断面に対応する
断面図である。図１５（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。

【００８３】 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。

【００８４】 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。

【００８５】 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。

【００８６】

【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。

【００８７】 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。

【００８８】 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、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。

【００８９】 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。

【００９０】 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
置に応用した際の製造工程の概略断面図を示す。

【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を示す。

【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を示す。

【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。

【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

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 27/092 Ｇ０２Ｆ 1/136 ５００ Ｈ０１Ｌ 27/08 ３２１Ｅ (56)参考文献 特開 平６−196500（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−53509（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−42868（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−197376（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−23479（ＪＰ，Ａ)

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁表面を有する基板上に島状に形成さ
   れたｐチャネル薄膜トランジスタ及びｎチャネル薄膜ト
   ランジスタを有し、 それぞれのトランジスタはソース・ドレイン及びチャネ
   ル領域を含む半導体層と、 前記半導体層上にゲイト絶縁膜を介して形成され、側面
   が陽極酸化膜で被覆され、上面が前記陽極酸化膜とは異
   なる絶縁膜で被覆された金属又は金属珪化物からなるゲ
   イト電極とを含み、前記陽極酸化膜の外端部が前記ソース領域及び前記ドレ
   イン領域の内端部とほぼ一致する ことを特徴とする絶縁
   ゲイト型半導体装置。
2. 【請求項２】 請求項１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。
3. 【請求項３】 絶縁表面を有する基板上に島状に形成さ
   れた第１薄膜トランジスタと第２薄膜トランジスタとを
   有し、 それぞれのトランジスタはソース・ドレイン及びチャネ
   ル領域を含む半導体層と、 前記半導体層上にゲイト絶縁膜を介して形成され、側面
   が陽極酸化膜で被覆され、上面が前記陽極酸化膜とは異
   なる絶縁膜で被覆された金属又は金属珪化物からなるゲ
   イト電極とを含み、 前記第１薄膜トランジスタの前記ソース・ドレイン領域
   にはｐ型及びｎ型の両方の不純物が導入され、前記第２
   薄膜トランジスタの前記ソース・ドレイン領域にはｐ型
   とｎ型の不純物の一方のみが導入され、 前記陽極酸化膜の外端部が前記ソース領域及び前記ドレ
   イン領域の内端部とほぼ一致することを特徴とする絶縁
   ゲイト型半導体装置。
4. 【請求項４】 請求項３において、前記第２薄膜トラン
   ジスタのソース・ドレイン領域に含まれるｐ型とｎ型の
   不純物の濃度は、前記第１薄膜トランジスタのソース・
   ドレイン領域に含まれる他方の不純物濃度よりも小さい
   ことを特徴とする絶縁ゲイト型電界効果半導体装置。
5. 【請求項５】 （ａ）絶縁表面を有する基板上に形成さ
   れた半導体層と、 （ｂ）前記半導体層中に設けられたソース領域、ドレイ
   ン領域及びチャネル形成領域と、 （ｃ）前記半導体層上に形成されたゲイト絶縁膜と、 （ｄ）前記ゲイト絶縁膜上に形成されたブロッキング層
   と、 （ｅ）前記チャネル形成領域上に前記ゲイト絶縁膜と前
   記ブロッキング層とを介して形成され、側面が陽極酸化
   膜で被覆され、上面が前記陽極酸化膜とは異なる絶縁膜
   で被覆された金属又は金属珪化物からなるゲイト電極と
   を有し、 前記陽極酸化膜の外端部が前記ソース領域及び前記ドレ
   イン領域の内端部とほぼ一致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。
6. 【請求項６】 請求項５において、前記ブロッキング層
   が窒化珪素膜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。