JPH05271993A - 絶縁膜の製造方法 - Google Patents

絶縁膜の製造方法

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JPH05271993A
JPH05271993A JP7410292A JP7410292A JPH05271993A JP H05271993 A JPH05271993 A JP H05271993A JP 7410292 A JP7410292 A JP 7410292A JP 7410292 A JP7410292 A JP 7410292A JP H05271993 A JPH05271993 A JP H05271993A
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JP
Japan
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insulating film
water
electrode
film
glycol
Prior art date
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Pending
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JP7410292A
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English (en)
Inventor
Hiroyuki Ueda
博之 上田
Norio Nakatani
紀夫 中谷
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 陽極酸化膜厚が均一であり高絶縁破壊電圧の
絶縁膜を得ることにより、表示装置の薄膜トランジスタ
等の品質の向上が図れるものである。 【構成】 金属を電解液中で陽極酸化して、前記金属の
表面に絶縁膜を形成する絶縁膜の製造方法において、前
記電解液が、アジピン酸アンモニウム、水及びグリコー
ルから成る電解液であって、水の含有量が30重量%以
下である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体デバイス等に用
いられる絶縁膜の製造方法に関し、特に陽極酸化法を用
いた絶縁膜の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、金属または半導体を適当な電解液
中で陽分極を行うと、その金属または半導体の表面に緻
密な酸化膜が形成される陽極酸化法が知られている。
【0003】この陽極酸化法は、以下に述べる特徴を有
する絶縁膜形成方法として用いられている。
【0004】その特徴は、高温にすることなく室温に
近い温度で絶縁膜が形成できる、異物による影響が低
いため欠陥の少ない絶縁膜が得られる、低コスト化、
大面積化が容易であることなどが上げられる。
【0005】これらの特徴を利用して、大面積で無欠陥
の絶縁膜が要求されるアクティブマトリクス液晶表示装
置の薄膜トランジスタ(以下、TFTと記す)のゲート
絶縁膜にも応用されている。
【0006】特に、アルミニウムは低抵抗の配線材料で
あり陽極酸化が可能なことから、アルミニウムをゲート
電極にし、その陽極酸化膜(酸化アルミニウム)をゲー
ト絶縁膜に応用することが知られている。
【0007】図3に一般的な陽極酸化の方法を表した模
式図を示し、その陽極酸化法について説明する。
【0008】同図に示す如く、電解槽2に入った電解液
1に陽極及び陰極を浸す。陽極には酸化膜を形成しよう
とするアルミニウム電極3を取り付け、陰極には白金等
の電極を取り付ける。
【0009】そうして、陽極と陰極との間に電圧Vを印
加すると、陽極酸化は下記に示す反応式(1)で進行
し、陽極のアルミニウム表面に酸化膜が形成されるので
ある。
【0010】 2Al+3H2O → Al23+6H++6e- (1) 以上のような陽極酸化法を利用して形成されたTFT等
の報告がなされている。
【0011】例えば、電子通信学会技術報告ED81−
45(1981)には、InP MISFETのゲート
絶縁膜として陽極酸化アルミニウム膜を用いた報告がさ
れている。
【0012】また、同じ電子通信学会技術報告のED8
3−68(1983)には、a−Si MOSFETの
ゲート絶縁膜として陽極酸化アルミニウム膜を用いた報
告がされている。
【0013】更に、特開平2−85826号公報には、
a−Si TFTのゲート絶縁膜に陽極酸化アルミニウ
ム膜を用いた技術開示がなされている。
【0014】これらの各報告等の中では、酸化アルミニ
ウム膜は、3%酒石酸水溶液及びグリコールを混合した
電解液を用いて、陽極酸化して形成されているが、前述
の電子通信学会技術報告ED81−45(1981)で
は、水酸化アンモニウムにてpHを7.0±0.5に調
整した3%酒石酸水溶液とグリコールの混合比が1対9
の電解液を用いて陽極酸化しており、この電解液で作製
した陽極酸化アルミニウム膜は均質で、絶縁破壊強度2
乃至3×106V/cmであるという報告がされてい
る。
【0015】しかしながら、従来の酒石酸、水及びグリ
コールから成る電解液で形成した絶縁膜の膜質よりも、
さらに高品質の陽極酸化膜を得ることが望まれている。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の欠点に
鑑みてなされたものであり、酸化膜の膜厚が均一で絶縁
破壊電圧が高い絶縁膜を提供するものである。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明の絶縁膜の製造方
法は、電解液中で金属を陽極酸化することにより形成さ
れる絶縁膜の製造方法において、前記電解液が、アジピ
ン酸アンモニウム、水及びグリコールから成るものであ
る。
【0018】また、アジピン酸アンモニウム、水及びグ
リコールから成る電解液であって、水の含有量が30重
量%以下であることを特徴とするものである。
【0019】さらに、本発明の薄膜トランジスタは、絶
縁性基板上に形成されたアルミニウム又はアルミニウム
を主体とする合金で構成されたゲート電極、該ゲートラ
イン及び該ゲート電極の表面を陽極酸化することにより
形成した酸化アルミニウム膜、該酸化アルミニウム膜上
に積層した単層または複数層の絶縁膜より成るゲート絶
縁膜、半導体膜、ソース電極並びにドレイン電極を順次
堆積して成る薄膜トランジスタにおいて、アジピン酸ア
ンモニウム、水及びグリコールから成り、該水の含有量
が30重量%以下である電解液中で、前記ゲート電極が
陽極酸化されるものである。
【0020】さらにまた、絶縁性基板上に形成された少
なくとも一部分がアルミニウム又はアルミニウムを主体
とする合金で構成された補助容量電極、該補助容量電極
の表面を陽極酸化することにより形成した酸化アルミニ
ウム膜、該酸化アルミニウム膜上に積層した単層または
複数層の絶縁膜より成る補助容量絶縁膜、表示電極を順
次堆積して成る薄膜トランジスタにおいて、アジピン酸
アンモニウム、水及びグリコールから成り、該水の含有
量が30重量%以下である電解液中で、前記補助容量電
極が陽極酸化されるものである。
【0021】
【作用】本発明によれば、膜厚が均一で高絶縁破壊電圧
の絶縁膜が得られることから、層間の短絡が防止でき
る。
【0022】
【実施例】本願出願人は、陽極酸化による酸化膜(絶縁
膜)の形成条件に関してグリコールを主成分とする非水
系の電解液で実験を行い、その結果、アジピン酸アンモ
ニウム、水及びグリコールの混合電解液、特にそのうち
の水の含有量が30重量%以下である電解液で形成した
絶縁膜が優れていることを確認した。
【0023】その実験方法及び結果について以下に説明
する。
【0024】陽極酸化膜は、前述の図3に示した方法で
形成した。
【0025】現在のところ、一般に、アルミニウムの陽
極酸化膜の成長メカニズムについては定性的にしか分か
っていない。
【0026】本願出願人は、詳細な実験の結果、アジピ
ン酸アンモニウム、水及びグリコールから成る電解液中
の水の含有量が少ないほうがよいことを確認した。
【0027】本実施例で用いた電解液は、例えば水の含
有量が30重量%の電解液の場合には、3gのアジピン
酸アンモニウムに水を97gとグリコール226gを混
合したものである。また、そのアジピン酸アンモニウム
の濃度は、本発明においては3%の場合について示す
が、これに限るものではない。
【0028】図1に本発明のアジピン酸アンモニウム、
水及びグリコールから成る電解液中の水の含有量とその
電解液を用いて形成した絶縁膜の絶縁破壊電圧比(酒石
酸、水及びグリコールから成る電解液中の水の含有量が
0重量%の場合の絶縁破壊電圧を1とする)との関係を
示す。なお、比較のために、酒石酸、水及びグリコール
から成る電解液を用いた場合も同図に示している。
【0029】横軸にはアジピン酸アンモニウム、水及び
グリコールから成る電解液中の水の含有量を表し、縦軸
には水の含有量に応じた絶縁破壊電圧比を表している。
【0030】また、一方の実線は、3%アジピン酸アン
モニウム水溶液とグリコールとから成る電解液を用いて
絶縁膜を形成した場合の水の含有量と絶縁破壊電圧比と
の関係を示し、他方の点線は、3%酒石酸水溶液とグリ
コールから成る電解液の場合の同関係を示している。
【0031】同図から明白なように、従来法の酒石酸電
解液では水濃度に関係なく、一定の膜質の陽極酸化膜が
得られているが、本発明のアジピン酸電解液では水濃度
が30重量%以下の条件で従来法より優れた陽極酸化膜
が得られている。
【0032】それを本願出願人は、優れた陽極酸化膜を
得るためには、水の含有量を30重量%以下にするとよ
いことを実験により見出したのである。
【0033】同図に示す如く、水の含有量が大きい、例
えば水の含有量が70重量%である3%アジピン酸アン
モニウム水溶液とグリコールとから成る電解液の場合、
絶縁破壊電圧は非常に低い。一方の従来の3%酒石酸と
グリコールとから成る電解液中の水の含有量が70重量
%の場合と比較しても、絶縁破壊電圧はほぼ半分であり
やはり低い。
【0034】また、従来の3%酒石酸水溶液とグリコー
ルとの電解液の場合と比較すると1.7倍もの絶縁破壊
電圧が得られた。前述の「従来の技術」の項における絶
縁破壊電圧値の例と比較すると、約2倍の絶縁破壊電圧
が得られた。
【0035】ところが、3%アジピン酸アンモニウム水
溶液とグリコールとから成る電解液において水の含有量
が低い場合、即ち水の含有量が30重量%以下、特に5
重量%の場合においては、前述の水の含有量が70重量
%の場合に比べると、3.4倍もの絶縁破壊電圧が得ら
れた。
【0036】このように水濃度を小さくすると膜質が良
くなる理由として、陽極酸化膜近傍の局部的なpHの低
下が抑制されるのではないかと類推される。
【0037】即ち、高絶縁破壊電圧が得られたのは、電
解液中の水の含有量が増加すると、陽極酸化膜表面付近
のpHが低下するからではないかと類推される。
【0038】前述の反応式(1)に示す如く、陽極酸化
の進行過程において、電解液中の陽極酸化膜表面では
「6H」(プロトン)が生じるため、pHが低下する。
そうすると、形成された陽極酸化膜が次の反応式(2)
の如く溶解するものと考えられる。
【0039】 Al23+6H+ → 2Al3++3H2O (2) この溶解により、陽極酸化膜の劣化を招くことになるの
である。
【0040】そのため、電解液中の水の含有量を低くす
ることによって、pH低下を抑制できるものと考えられ
る。
【0041】酒石酸よりアジピン酸が優れている理由と
して、以下のことが考えられる。
【0042】1つは、アジピン酸が、従来の酒石酸に比
べて陽極酸化膜表面付近のpH低下の影響を緩和するの
ではないかと考えられる。
【0043】もう1つは、アルミニウム電極に+(プラ
ス)バイアスを印加して陽極酸化するため、電解液中の
アニオンがどうしてもアルミニウム電極に静電的に引き
つけられ、陽極酸化膜中にアニオンが進入し膜質の劣化
を招く。本発明によれば、酒石酸アニオンに比べ、アジ
ピン酸アニオンは陽極酸化膜に進入しにくいため、結果
として陽極酸化膜の膜質が向上するのではないかと考え
られる。
【0044】以上の説明からわかるように、3%アジピ
ン酸アンモニウム水溶液とグリコールとから成る電解液
において、水の含有量を30重量%以下にすることによ
り、従来の絶縁膜よりも非常に絶縁破壊電圧の高い絶縁
膜が得られるのである。
【0045】ところで、陽極酸化法はウェットプロセス
で絶縁膜を形成する方法であるので、アルミニウム表面
に異物が付着していても異物の下にも液が回り込んで、
陽極酸化膜が成長する。このため陽極酸化法は異物の影
響を受けにくく、よってピンホールの少ない絶縁膜が形
成できる。
【0046】アジピン酸アンモニウムを使用すれば、従
来法で使用している水酸化アンモニウムのようなpH調
整剤が一切不要であるという長所もある。
【0047】上記の如きの長所により、本発明は、金属
の表面に形成する絶縁膜を備えたトランジスタなどの製
造に非常に有効な手段である。
【0048】図2に本発明をアモルファスシリコン薄膜
トランジスタの絶縁膜に応用した例を示す。
【0049】同図に示す如く、絶縁性基板4上に形成さ
れたアルミニウム又はアルミニウムを主体とする合金で
構成されたゲート電極5、このゲート電極の表面を陽極
酸化することにより形成した酸化アルミニウム膜6、こ
の酸化アルミニウム膜6上に積層したゲート絶縁膜7、
半導体膜8、ソース電極9並びにドレイン電極10、及
び表示電極11を順次堆積した薄膜トランジスタであ
る。ゲート絶縁膜7は単層でも複数層でもよい。
【0050】上述の如く、アモルファスシリコン薄膜ト
ランジスタを備えた表示装置に用いた場合、高絶縁破壊
電圧であることから層間短絡を低減することができるも
のである。
【0051】
【発明の効果】本発明によれば、膜厚が均一であり高絶
縁破壊電圧の絶縁膜を得られることから、層間の短絡が
防止することができるため、表示装置の薄膜トランジス
タの品質の向上が図れるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す特性図である。
【図2】本発明の実施例のアモルファスシリコン薄膜ト
ランジスタの断面図である。
【図3】陽極酸化の方法を示した模式図である。
【符号の説明】
1 電解液 2 電解槽 3 アルミニウム電極 4 絶縁性基板 5 ゲート電極 6 酸化アルミニウム膜 7 ゲート絶縁膜 8 半導体膜 9 ソース電極 10 ドレイン電極 11 表示電極

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電解液中で金属を陽極酸化することによ
    り形成される絶縁膜の製造方法において、前記電解液
    が、アジピン酸アンモニウム、水及びグリコールから成
    ることを特徴とする絶縁膜の製造方法。
  2. 【請求項2】 アジピン酸アンモニウム、水及びグリコ
    ールから成る電解液であって、水の含有量が30重量%
    以下であることを特徴とする請求項1の絶縁膜の製造方
    法。
  3. 【請求項3】 絶縁性基板上に形成されたアルミニウム
    又はアルミニウムを主体とする合金で構成されたゲート
    電極、該ゲートライン及び該ゲート電極の表面を陽極酸
    化することにより形成した酸化アルミニウム膜、該酸化
    アルミニウム膜上に積層した単層または複数層の絶縁膜
    より成るゲート絶縁膜、半導体膜、ソース電極並びにド
    レイン電極を順次堆積して成る薄膜トランジスタにおい
    て、アジピン酸アンモニウム、水及びグリコールから成
    り、該水の含有量が30重量%以下である電解液中で、
    前記ゲート電極が陽極酸化されることを特徴とする薄膜
    トランジスタ。
  4. 【請求項4】 絶縁性基板上に形成された少なくとも一
    部分がアルミニウム又はアルミニウムを主体とする合金
    で構成された補助容量電極、該補助容量電極の表面を陽
    極酸化することにより形成した酸化アルミニウム膜、該
    酸化アルミニウム膜上に積層した単層または複数層の絶
    縁膜より成る補助容量絶縁膜、表示電極を順次堆積して
    成る薄膜トランジスタにおいて、アジピン酸アンモニウ
    ム、水及びグリコールから成り、該水の含有量が30重
    量%以下である電解液中で、前記補助容量電極が陽極酸
    化されることを特徴とする薄膜トランジスタ。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110272288A1 (en) * 2010-05-05 2011-11-10 Lin Chuen-Chang Method for fabricating carbon nanotube aluminum foil electrode
JP2013019009A (ja) * 2011-07-08 2013-01-31 Shinryo Corp 陽極酸化用電解液の管理方法
JP2020181985A (ja) * 2020-06-25 2020-11-05 株式会社ジャパンディスプレイ 表示装置
US11521990B2 (en) 2016-05-19 2022-12-06 Japan Display Inc. Display device

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