JPH10154819A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPH10154819A
JPH10154819A JP36254497A JP36254497A JPH10154819A JP H10154819 A JPH10154819 A JP H10154819A JP 36254497 A JP36254497 A JP 36254497A JP 36254497 A JP36254497 A JP 36254497A JP H10154819 A JPH10154819 A JP H10154819A
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JP
Japan
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wiring
film
electrode
gate
region
Prior art date
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Pending
Application number
JP36254497A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shunpei Yamazaki
舜平 山崎
Yasuhiko Takemura
保彦 竹村
Akira Mase
晃 間瀬
Hideki Uoji
秀貴 魚地
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Priority to JP10211598A priority patent/JPH10284735A/en
Publication of JPH10154819A publication Critical patent/JPH10154819A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To decrease the number of times of mask matching and to improve the withstand voltage between multilayer wiring using the insulator, which is formed by oxidizing the lower wiring layer, as the whole or a part of an interlayer insulator. SOLUTION: A silicon oxide film 102 is formed on a substrate 101, and after a semiconductor film has been formed thereon, an insulating film, to be used as a semiconductor region 103 and a gate insulating film 104, is formed by etching the above-mentioned semiconductor film. Then, a metal film, which is mainly composed of aluminum, is formed, and a gate electrode 106, a gate wiring 105 and a storage capacity wiring 107 are formed by selectively removing the above-mentioned metal film. After formation of an impurity region 108, an anodic oxidation operation is conducted, and an oxide film 109 is formed on the surface of a gate wiring, a gate electrode and a storage capacity electrode. Then, a metal film is formed, and a drain wiring/electrode 110 and a source electrode 111 are formed by patterning the metal film. Consequently, as the upper wiring can be formed directly, a sheet of mask can be reduced.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、信頼性および量産
性に優れ、歩留りの高い、絶縁基板上に形成された半導
体集積回路およびその作製方法に関する。本発明は、そ
の応用分野として、例えば、液晶ディスプレーや薄膜イ
メージセンサー等の駆動回路あるいは3次元集積回路等
を構成せんとするものである。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a semiconductor integrated circuit formed on an insulating substrate, which is excellent in reliability and mass productivity and has high yield, and a method of manufacturing the same. The present invention is applied to a driving circuit such as a liquid crystal display or a thin film image sensor, a three-dimensional integrated circuit, or the like as an application field thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、ガラスやサファイヤ等の絶縁基板
上に半導体集積回路を形成することが試みられている。
その理由としては、基板と配線間の寄生容量が低下して
動作速度が向上することと、特に石英その等のガラス材
料は、シリコンウェファーのような大きさの制限がな
く、安価であること、素子間の分離が容易で、特にCM
OSのモノリシック集積回路で問題となるようなラッチ
アップ現象がおこらないこと等のためである。また、以
上のような理由とは別に液晶ディスプレーや密着型イメ
ージセンサーにおいては、半導体素子と液晶素子あるい
は光検出素子とを一体化して構成する必要から、透明な
基板上に薄膜トラジスター(TFT)等を形成する必要
がある。
2. Description of the Related Art In recent years, attempts have been made to form a semiconductor integrated circuit on an insulating substrate such as glass or sapphire.
The reason is that the operating speed is improved by reducing the parasitic capacitance between the substrate and the wiring, and that the glass material such as quartz is inexpensive because there is no size limitation like a silicon wafer, Easy separation between devices, especially CM
This is because a latch-up phenomenon that causes a problem in a monolithic integrated circuit of the OS does not occur. Apart from the above reasons, in a liquid crystal display or a contact type image sensor, it is necessary to integrate a semiconductor element and a liquid crystal element or a light detecting element, so that a thin film transistor (TFT) is disposed on a transparent substrate. Etc. must be formed.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】このような理由から絶
縁性基板上に薄膜状の半導体素子が形成されるようにな
った。しかしながら、従来の絶縁基板上の半導体集積回
路は、半導体基板上の半導体集積回路(モノリシック集
積回路)と同じ製造工程を援用した為、作製に要するマ
スク数が極めて多くなった。従来のモノリシック集積回
路では、基板である、シリコン単結晶は極めて信頼性が
高く、熱処理に伴う変形等の問題がほとんどなく、した
がって、マスク合わせの工程においても、そのような理
由のためマスクがずれるということはあまりなかった。
For these reasons, thin-film semiconductor elements have been formed on insulating substrates. However, a conventional semiconductor integrated circuit on an insulating substrate employs the same manufacturing process as that of a semiconductor integrated circuit (monolithic integrated circuit) on a semiconductor substrate, so that the number of masks required for manufacturing has become extremely large. In a conventional monolithic integrated circuit, a silicon single crystal, which is a substrate, has extremely high reliability and has almost no problems such as deformation due to heat treatment. Therefore, even in a mask alignment process, a mask is shifted for such a reason. It was not so much.

【0004】しかしながら、一般に市販されている絶縁
基板は、シリコン基板に比べて信頼性が低く、また、特
にガラス系の材料でできた基板は熱処理によって無秩序
に変形してしまうため、設計したマスクが合わなくなっ
てしまうなど、マスク合わせが極めて困難となることが
あった。
However, generally commercially available insulating substrates have lower reliability than silicon substrates, and in particular, substrates made of a glass-based material are deformed randomly by heat treatment. In some cases, mask alignment becomes extremely difficult, for example, the masks may not be aligned.

【0005】さらに、液晶ディスプレー等の目的のため
に使用する場合には、従来の集積回路に比べて格段に広
い面積に集積回路を形成することが求められ、なおさら
マスク合わせは困難な作業となった。したがって、マス
ク合わせの工程を減らすことが必要とされてきた。本発
明はこのような絶縁基板上のでの集積回路の作製におい
てマスク合わせの工程の少ない作製方法を提唱するもの
である。
Further, when the integrated circuit is used for the purpose of a liquid crystal display or the like, it is required to form the integrated circuit in a much larger area than the conventional integrated circuit. Was. Therefore, it has been necessary to reduce the number of mask alignment steps. The present invention proposes a manufacturing method with a small number of mask alignment steps in manufacturing an integrated circuit on such an insulating substrate.

【0006】本発明では、また、得られる集積回路の信
頼性を高め、歩留りの向上をも目的とする。絶縁基板上
に集積回路を形成する場合には、特に、素子の静電破壊
が問題となる。というのは、絶縁基板である為に静電気
が発生しやすく、なおかつ、静電気を除去することが困
難であるためである。特に、多層配線間の静電破壊は、
例えば、液晶ディスプレーの場合には、1か所の破壊に
よって、縦横各1行が使用不能になってしまい、例えば
半導体メモリーの場合のように、他の部分で補うという
ことができず、その損害は大きい。
Another object of the present invention is to improve the reliability of the obtained integrated circuit and improve the yield. In the case of forming an integrated circuit on an insulating substrate, particularly, electrostatic breakdown of an element becomes a problem. This is because static electricity is easily generated due to the insulating substrate, and it is difficult to remove static electricity. In particular, electrostatic breakdown between multilayer wiring
For example, in the case of a liquid crystal display, one line in each of the vertical and horizontal directions becomes unusable due to the destruction of one place, and it cannot be supplemented with other parts as in the case of a semiconductor memory, for example. Is big.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明では、従来とは全
く異なるプロセスを導入することによって上記の問題点
を解決しようとするのである。すなわち、従来の集積回
路で使用されていた層間絶縁物に関して、本発明では、
下部の配線層を酸化して形成した絶縁物を層間絶縁物の
全部あるいは一部として用い、それによってマスク合わ
せの回数を減らし、あるいは、多層配線間の耐圧を向上
せしめる。
The present invention seeks to solve the above-mentioned problems by introducing a completely different process from the conventional one. That is, regarding the interlayer insulator used in the conventional integrated circuit, in the present invention,
The insulator formed by oxidizing the lower wiring layer is used as all or a part of the interlayer insulator, thereby reducing the number of times of mask alignment or improving the breakdown voltage between the multilayer wirings.

【0008】図1には、本発明の例を示す。まず、絶縁
表面を有する基板101上にパッシベーション膜として
厚さ100〜1000nmの酸化珪素膜102を形成
し、その上に半導体被膜を形成する。この絶縁表面を有
する基板としては、ガラス基板、シリコンウェファー上
に絶縁膜が設けられた基板、シリコン半導体を用いたモ
ノリシック半導体集積回路上に絶縁膜が設けられた基板
等を使用することができる。パッシベーション膜は、基
板からナトリウム等の可動イオンがその上の半導体領域
中に侵入して、半導体特性を劣化させることを抑制する
作用を有する。このパッシベーション膜は、単層の膜で
も、また、例えば窒化珪素と酸化珪素、酸化アルミニウ
ム等の多層膜であってもよい。さらに、基板が十分に高
純度なもので、可動イオンが十分少ない場合には、わざ
わざこのようにパッシベーション膜を設ける必要はな
い。半導体被膜としては、例えば、アモルファスあるい
は多結晶、もしくは、微結晶質のシリコンを用いればよ
い。この半導体被膜をエッチングして半導体領域103
を形成する。
FIG. 1 shows an example of the present invention. First, a silicon oxide film 102 having a thickness of 100 to 1000 nm is formed as a passivation film on a substrate 101 having an insulating surface, and a semiconductor film is formed thereon. As a substrate having this insulating surface, a glass substrate, a substrate having an insulating film provided on a silicon wafer, a substrate having an insulating film provided on a monolithic semiconductor integrated circuit using a silicon semiconductor, or the like can be used. The passivation film has a function of suppressing mobile ions such as sodium from the substrate from penetrating into a semiconductor region thereover and deteriorating semiconductor characteristics. This passivation film may be a single-layer film or a multilayer film of, for example, silicon nitride, silicon oxide, aluminum oxide, or the like. Further, when the substrate is of sufficiently high purity and the number of mobile ions is sufficiently small, it is not necessary to provide the passivation film in this way. As the semiconductor film, for example, amorphous, polycrystalline, or microcrystalline silicon may be used. The semiconductor film is etched to form a semiconductor region 103.
To form

【0009】さらに、その上に絶縁被膜を形成する。こ
の絶縁被膜はゲイト絶縁膜として使用されるので、下の
半導体領域との界面の特性が優れたものを使用し、か
つ、キャリヤトラップ中心、界面準位となるような欠陥
の少ないものを使用することが望まれる。例えば、EC
R−CVD法によって形成した酸化珪素膜等がよい。ま
た、複数の絶縁被膜を多層に重ねた構造としてもよい。
この絶縁被膜の厚さは、ゲイト絶縁膜として使用するこ
とを考慮して決定される。典型的には、50〜500n
mである。このようにして、図1(A)で示される構造
が得られる。
Further, an insulating film is formed thereon. Since this insulating film is used as a gate insulating film, use a film having excellent characteristics at the interface with the underlying semiconductor region and a film having few defects such as a carrier trap center and an interface state. It is desired. For example, EC
A silicon oxide film or the like formed by the R-CVD method is preferable. Further, a structure in which a plurality of insulating films are stacked in multiple layers may be employed.
The thickness of the insulating film is determined in consideration of use as a gate insulating film. Typically, 50-500n
m. Thus, the structure shown in FIG. 1A is obtained.

【0010】その後、金属、例えばアルミニウムを主成
分とする金属被膜が形成される。すなわち、ほとんど不
純物を含有しないアルミニウムや、純粋なアルミニウム
では強度が不十分で、例えば、エレクトロマイグレーシ
ョンのような機械的な力に弱い場合には、アルミニウム
にシリコンを1〜10%添加した合金等を用いて被膜を
形成する。アルミニウムのかわりにチタンやタンタルま
たは、珪化チタン、珪化タンタル、アルミニウム化合
物、チタン化合物、タンタル化合物であってもよい。こ
れらの金属は陽極酸化法(陽極化成法)によってその材
料の酸化物膜を形成することができ、また、この酸化物
膜は耐圧性に優れている。しかしながら、この金属の選
択で注意しなければならないことは、酸化アルミニウム
に比べると、酸化チタンや酸化タンタルは格段に比誘電
率が大きいということである。したがって、層間絶縁物
としてこれらの誘電率の高い材料を使用すれば、誘電損
失が大きくなることがある。また、タンタルやチタンは
アルミニウムに比して抵抗率が高いことも材料の選択に
おいては検討しなければならない。したがって、例え
ば、同じ第1の配線ではあっても、高速応答性を要求さ
れ、上部配線との静電損失が小さいことの要求されるゲ
イト配線ではアルミニウムを用い、さほどの高速応答性
は要求されず、むしろキャパシタとして機能することの
要求される蓄積容量配線にはタンタルやチタンを用いる
というように使いわけることも望ましい。もちろん、そ
の場合にはマスクの枚数は1枚余分に必要である。さ
て、このようにして形成された金属膜を選択的に除去し
て、例えば、ゲイト電極106や、それから延びる配線
(ゲイト配線)105、あるいは、蓄積容量電極として
機能し、ゲイト配線とは別に使用される配線(蓄積容量
配線)107を形成する。ゲイト電極はリンドープシリ
コンまたは金属の単層、リンドープシリコン膜と金属膜
の多層であってもよい。多層の場合はリンドープシリコ
ン膜の厚さは例えば20乃至500Åである。
Thereafter, a metal film mainly composed of a metal, for example, aluminum is formed. That is, aluminum containing almost no impurities or pure aluminum has insufficient strength. For example, when the aluminum is weak to mechanical force such as electromigration, an alloy obtained by adding 1 to 10% of silicon to aluminum is used. To form a coating. Instead of aluminum, titanium or tantalum, or titanium silicide, tantalum silicide, an aluminum compound, a titanium compound, or a tantalum compound may be used. These metals can form an oxide film of the material by an anodization method (anodization method), and this oxide film has excellent pressure resistance. However, care must be taken in selecting this metal that titanium oxide and tantalum oxide have a much higher dielectric constant than aluminum oxide. Therefore, if these materials having a high dielectric constant are used as the interlayer insulator, the dielectric loss may increase. In addition, it must be considered in selecting a material that tantalum and titanium have a higher resistivity than aluminum. Therefore, for example, even if the first wiring is the same, high-speed response is required, and aluminum is used for the gate wiring which is required to have a small electrostatic loss with the upper wiring, so that high-speed response is required. Instead, it is also desirable to use tantalum or titanium separately for the storage capacitor wiring required to function as a capacitor. Of course, in this case, the number of extra masks is required. The metal film thus formed is selectively removed to function as, for example, a gate electrode 106, a wiring (gate wiring) 105 extending therefrom, or a storage capacitor electrode, and used separately from the gate wiring. The wiring (storage capacitor wiring) 107 to be formed is formed. The gate electrode may be a single layer of phosphorus-doped silicon or metal, or a multilayer of phosphorus-doped silicon film and metal film. In the case of a multilayer, the thickness of the phosphorus-doped silicon film is, for example, 20 to 500 °.

【0011】次に、公知の不純物拡散法、例えば、イオ
ン注入法やプラズマドーピング法、によって、半導体領
域に不純物を導入し、不純物領域108を形成する。こ
のとき、ゲイト電極106が不純物注入の際のマスクと
して機能するため、自己整合的(セルフアライン的)に
不純物領域が形成される。このようにして、図1(B)
が得られる。
Next, an impurity is introduced into the semiconductor region by a known impurity diffusion method, for example, an ion implantation method or a plasma doping method, to form an impurity region 108. At this time, since the gate electrode 106 functions as a mask at the time of impurity implantation, an impurity region is formed in a self-aligned (self-aligned) manner. In this way, FIG.
Is obtained.

【0012】不純物領域形成後、適切な電解溶液中に基
板ごと浸漬して、ゲイト配線、蓄積容量配線を電源に接
続し、直流もしくは交流の電流を通じて陽極酸化をおこ
ない、ゲイト配線、ゲイト電極、蓄積容量電極等の表面
に酸化膜109を形成する。上記配線等の材料としてア
ルミニウムを用いた場合には酸化アルミニウムの、チタ
ンを用いた場合には酸化チタンの、タンタルを用いた場
合には酸化タンタルの被膜が形成される。これらの酸化
物膜は、純粋に金属と酸素からなるのではなく、内部に
電解質を構成する元素が含まれたり、水和物となったり
し、よって、その物理的性質は変化する。例えば、電解
質に有機酸を用いた場合には、酸化物膜中に炭素が含ま
れ、硫酸を用いた場合には硫黄が含まれる。電解質にア
ルカリ金属イオンを含む材料を用いることは避けるべき
である。アルカリ金属イオン(ナトリウムやカリウム)
は、半導体領域中に侵入すると半導体の導電特性に著し
い損害を与えるからである。
After the formation of the impurity region, the substrate is immersed in an appropriate electrolytic solution, and the gate wiring and the storage capacitor wiring are connected to a power supply, and anodic oxidation is performed through a DC or AC current. An oxide film 109 is formed on the surface of the capacitor electrode or the like. When aluminum is used as the material of the wiring or the like, a film of aluminum oxide is formed. When titanium is used, a film of titanium oxide is formed. When tantalum is used, a film of tantalum oxide is formed. These oxide films do not consist purely of metal and oxygen, but instead contain elements constituting the electrolyte or become hydrates, so that their physical properties change. For example, when an organic acid is used for the electrolyte, carbon is contained in the oxide film, and when sulfuric acid is used, sulfur is contained. The use of materials containing alkali metal ions for the electrolyte should be avoided. Alkali metal ions (sodium and potassium)
The reason is that when the semiconductor enters the semiconductor region, the conductive characteristics of the semiconductor are significantly damaged.

【0013】酸化膜の厚さは、必要とされる耐圧によっ
て決定されるほか、この酸化工程によってゲイト電極が
後退するので、不純物領域とゲイト電極の重なり方をも
考慮して決定される。典型的には、酸化物膜の厚さは1
0〜1000nmである。
The thickness of the oxide film is determined according to the required breakdown voltage, and since the gate electrode recedes by this oxidation step, the thickness is determined in consideration of how the impurity region overlaps the gate electrode. Typically, the thickness of the oxide film is 1
0 to 1000 nm.

【0014】また、例えば、ゲイト配線だけを電源に接
続し、蓄積容量配線はつながなかった場合には、ゲイト
配線にのみ酸化物膜が形成され、蓄積容量配線には、自
然酸化膜以外には実質的に酸化物膜が形成されない。あ
るいは、それぞれに通電する時間、電流、電圧等を変化
させてもよい。このようにして、形成される酸化物膜の
厚さを変化させることが可能である。例えば、層間絶縁
物として使用する場合には配線間の容量を減らす為に膜
厚は大きい方が望ましいが、一方、蓄積容量等のキャパ
シタの絶縁物として使用する場合には薄い方が望まし
い。このような目的に違いがある場合には上記のような
手法を用いることが有効である。
For example, when only the gate wiring is connected to the power supply and the storage capacitor wiring is not connected, an oxide film is formed only on the gate wiring, and the storage capacitor wiring is formed of a material other than the natural oxide film. Substantially no oxide film is formed. Alternatively, the time, the current, the voltage, etc., for supplying current to each may be changed. Thus, the thickness of the oxide film to be formed can be changed. For example, when used as an interlayer insulator, it is desirable that the film thickness be large in order to reduce the capacitance between wirings, while on the other hand, when it is used as an insulator of a capacitor such as a storage capacitor, it is desirable that the film thickness be thin. When there is a difference in such purpose, it is effective to use the above-described method.

【0015】このようにして、上記配線等が酸化物膜で
被覆されたら、基板を溶液から取り出し、よく乾燥させ
る。また、必要によっては熱水あるいは高温蒸気にさら
すことによって酸化物膜の改質をおこなってもい。すな
わち、陽極酸化法において、特に厚い酸化物膜を得るこ
とを目的とする条件においては、得られる膜は多孔質の
膜である。このような膜は厚いけれども耐圧に問題があ
る場合があり、また、後の工程において、孔を介して電
流が短絡することがある。そのような場合には酸化物膜
を高温の水と反応させて、水和物とし、体積を膨張させ
ることによって粗をふさぐとよい。このようにして緻密
な絶縁性のよい膜が得られる。いずれにせよ、被膜上に
電解質が残存しないように十分に洗浄し、乾燥させるこ
とが必要である。このようにして、図1(C)が得られ
る。
After the wiring and the like are covered with the oxide film in this way, the substrate is taken out of the solution and dried well. If necessary, the oxide film may be modified by exposure to hot water or high-temperature steam. That is, in the anodic oxidation method, under the conditions for obtaining a particularly thick oxide film, the obtained film is a porous film. Although such a film is thick, there is a case where there is a problem in withstand voltage, and in a later step, a current may be short-circuited through a hole. In such a case, the oxide film may be reacted with high-temperature water to form a hydrate, and the volume may be expanded to close the roughness. Thus, a dense film having good insulating properties can be obtained. In any case, it is necessary to sufficiently wash and dry the electrolyte so that no electrolyte remains on the coating. Thus, FIG. 1C is obtained.

【0016】その後、金属被膜を形成し、これをパター
ニングして、例えば、ドレイン配線・電極110やソー
ス電極11を形成する。特に、マトリクス回路等の多層
配線では、このようにして形成された配線は、最初に形
成された配線と交差することが必要とされることがあ
る。従来は、最初の配線形成後に、絶縁材料で層間絶縁
物を形成して、その後に上部の配線を形成するのである
が、本発明では、層間絶縁物を形成しないで、じかに上
部配線を形成することが可能である。すなわち、既に下
部配線が酸化物膜で被覆されているからである。したが
って、従来の方法に比べて、この段階で、マスクを1枚
減らすことが可能となる。このようにして、図1(D)
を得る。
After that, a metal film is formed and is patterned to form, for example, a drain wiring / electrode 110 and a source electrode 11. In particular, in a multilayer wiring such as a matrix circuit, the wiring formed in this manner may need to intersect with the wiring formed first. Conventionally, after the first wiring is formed, an interlayer insulating material is formed with an insulating material, and then the upper wiring is formed. In the present invention, the upper wiring is formed directly without forming the interlayer insulating material. It is possible. That is, the lower wiring is already covered with the oxide film. Therefore, at this stage, the number of masks can be reduced by one as compared with the conventional method. Thus, FIG. 1 (D)
Get.

【0017】本発明では、図1(D)を得るのに要する
マスクは、半導体領域形成用、第1の金属配線形成用
と、この第2の金属配線形成用の3枚である。しかしな
がら、従来の方法では、半導体領域形成用、第1の金属
配線形成用、トランジスタのソース電極形成用(層間絶
縁物に孔を開ける)、第2の金属配線形成用の4枚が必
要であった。
In the present invention, three masks required for obtaining FIG. 1D are used for forming a semiconductor region, forming a first metal wiring, and forming a second metal wiring. However, the conventional method requires four wafers for forming a semiconductor region, forming a first metal wiring, forming a source electrode of a transistor (drilling a hole in an interlayer insulator), and forming a second metal wiring. Was.

【0018】その後は、例えば、図1(E)に示すよう
に、酸化インジウム錫や酸化錫等の透明導電性材料の被
膜を、例えば、スパッタリング法によって形成し、これ
をパターニングして液晶ディスプレーの画素電極を形成
すれば、液晶ディスプレーの画素が形成される。以上の
工程に要されるマスクの枚数は4枚である。図2には、
このようにして作製した、液晶ディスプレーの画素を上
面から見た様子を示す。図中の鎖線a−b−c−dは、
図1(E)のa−b−c−dに対応し、図1にはそれぞ
れの点での断面の概略が示されている。
Thereafter, as shown in FIG. 1E, for example, a film of a transparent conductive material such as indium tin oxide or tin oxide is formed by, for example, a sputtering method, and is patterned to form a liquid crystal display. If a pixel electrode is formed, a pixel of a liquid crystal display is formed. The number of masks required for the above steps is four. In FIG.
A state in which the pixels of the liquid crystal display thus manufactured are viewed from above is shown. The chain line abcd in the figure is
Corresponding to abcd in FIG. 1E, FIG. 1 schematically shows a cross section at each point.

【0019】図1(E)から明らかなように、薄膜トラ
ンジスタ(TFT)の不純物領域108の端とゲイト電
極の端は一致していない。図では、ゲイト電極と不純物
領域は重ならないように描かれている。ゲイト電極と不
純物領域の開き(これをオフセットという)Lは、例え
ば、0.2〜0.5μmとなるように設計される。この
ようなことができるのも本発明の特徴である。すなわ
ち、図1の例では、セルフアライン的に不純物を注入し
て、不純物領域を形成した後、ゲイト電極の表面を酸化
するので、ゲイト電極の表面はこの酸化工程によって後
退する。したがって、オフセット状態となる。このよう
なオフセット状態とすることによって、TFTのドレイ
ン電流のON/OFF比を大きくすることや、逆極性の
ゲイト電圧が印加された場合に、しばしば見られたリー
ク電流の増加を抑制する効果を得ることができる。
As apparent from FIG. 1E, the end of the impurity region 108 of the thin film transistor (TFT) does not coincide with the end of the gate electrode. In the figure, the gate electrode and the impurity region are drawn so as not to overlap. The opening L between the gate electrode and the impurity region (this is referred to as offset) is designed to be, for example, 0.2 to 0.5 μm. This feature is also a feature of the present invention. That is, in the example of FIG. 1, after the impurity is implanted in a self-aligned manner to form the impurity region, the surface of the gate electrode is oxidized, and the surface of the gate electrode recedes by this oxidation step. Therefore, an offset state is set. By setting such an offset state, the ON / OFF ratio of the drain current of the TFT is increased, and the effect of suppressing the increase of the leak current often observed when a gate voltage of the opposite polarity is applied is reduced. Obtainable.

【0020】図1では、ゲイト電極と不純物領域の関係
はオフセットとなる例を示したが、本発明によれば、こ
のオフセットの大きさLを任意の値とすることも、ま
た、ゲイト電極と不純物領域の重なったオーバラップ状
態とすることも自在にできる。すなわち、例えば、不純
物注入方法として、イオン注入法を用いれば、イオンの
エネルギーの大きさによって、注入されたイオンの2次
散乱の程度を調節することができる。イオンの2次散乱
は不純物イオンがゲイト電極の下にもぐりこむ原因とな
るものである。すなわち、2次散乱が大きければ、ゲイ
ト電極と不純物領域の重なりが大きく、オーバラップ状
態となる。また、イオンのエネルギーを小さくして2次
散乱を抑えれば、重なりは抑制される。
FIG. 1 shows an example in which the relationship between the gate electrode and the impurity region is an offset. However, according to the present invention, the magnitude L of the offset can be set to an arbitrary value. The overlapped state in which the impurity regions overlap can also be freely set. That is, for example, if the ion implantation method is used as the impurity implantation method, the degree of secondary scattering of the implanted ions can be adjusted depending on the energy of the ions. Secondary scattering of ions causes impurity ions to go under the gate electrode. That is, if the secondary scattering is large, the overlap between the gate electrode and the impurity region is large, resulting in an overlap state. Also, if the secondary energy is suppressed by reducing the energy of the ions, the overlap is suppressed.

【0021】一方、本発明ではその後、ゲイト電極を酸
化することによって、ゲイト電極が後退する。この後退
の程度は酸化の程度によって決定される。したがって、
イオン注入エネルギーと酸化の条件を制御することによ
って、任意の大きさで、オフセット状態やオーバーラッ
プ状態を実現できるのである。
On the other hand, in the present invention, the gate electrode recedes thereafter by oxidizing the gate electrode. The degree of this regression is determined by the degree of oxidation. Therefore,
By controlling the ion implantation energy and the oxidation conditions, the offset state and the overlap state can be realized with an arbitrary size.

【0022】図においては、蓄積容量電極・配線107
が示されている。この電極・配線はその酸化膜を介して
透明な画素電極112と対向し、また、液晶を隔てて形
成される対向電極と同電位に保たれることによって、液
晶画素の容量と平行な容量を構成することとなる。これ
は、例えば、薄膜トランジスタ(TFT)のゲイトとソ
ース間の寄生容量が大きい場合に、ゲイト信号のON/
OFFによって、液晶画素の電位が変動することを軽減
する目的で設けられる。図1の例では、チタン、アルミ
ニウム、タンタル等の酸化物が誘電体となり、これらの
材料の比誘電率は、代表的な絶縁・誘電材料である、酸
化珪素の2倍以上であるので蓄積容量の面積を減らすこ
とが可能である。すなわち、液晶画素のうち光を透過す
る部分の面積を大きくすること(開口率を上げること)
が可能となる。付け加えるならば、このような蓄積容量
は、液晶ディスプレーでは必ずしも必要でない。
In the figure, the storage capacitor electrode / wiring 107
It is shown. This electrode / wiring faces the transparent pixel electrode 112 via the oxide film, and is kept at the same potential as the counter electrode formed with the liquid crystal interposed therebetween, thereby providing a capacitance parallel to the capacitance of the liquid crystal pixel. Configuration. This is because, for example, when the parasitic capacitance between the gate and the source of a thin film transistor (TFT) is large, the ON /
It is provided for the purpose of reducing the fluctuation of the potential of the liquid crystal pixel due to OFF. In the example of FIG. 1, oxides such as titanium, aluminum, and tantalum serve as dielectrics, and the relative dielectric constant of these materials is more than twice that of silicon oxide, which is a typical insulating / dielectric material. Can be reduced. That is, to increase the area of the liquid crystal pixel which transmits light (increase the aperture ratio).
Becomes possible. In addition, such storage capacitors are not necessary in liquid crystal displays.

【0023】図3には、本発明の別の例を示す。図1の
例では、層間絶縁物は、下部配線の酸化膜だけであった
が、その場合には、厚さの点で問題があり、また、この
ような酸化物は誘電率が大きいので、配線間容量の増加
の原因となる。そこで、図3では層間絶縁物を2層と
し、その厚さを増すとともに、平均的な誘電率の低下を
計って、配線間容量の低減をおこなった例を示す。
FIG. 3 shows another example of the present invention. In the example of FIG. 1, the interlayer insulator is only the oxide film of the lower wiring. In this case, however, there is a problem in terms of thickness, and since such an oxide has a large dielectric constant, This causes an increase in the capacitance between wirings. Therefore, FIG. 3 shows an example in which the interlayer insulator is made of two layers, the thickness thereof is increased, and the average dielectric constant is reduced to reduce the capacitance between wirings.

【0024】図1の場合と同様に、絶縁基板301上
に、パッシベーション膜302を形成し、半導体領域3
03を形成したのちゲイト酸化膜304を形成し、さら
に、ゲイト配線305とゲイト電極306、蓄積容量配
線307を形成したのち、イオン注入法によって不純物
をセルフアライン的に注入し、不純物領域308を形成
する。このイオン注入の前には、図1の場合と異なっ
て、ゲイト酸化膜を全て残しておくとよい。こうして図
3(A)を得る。
As in the case of FIG. 1, a passivation film 302 is formed on an insulating substrate 301 and a semiconductor region 3 is formed.
03, a gate oxide film 304 is formed, a gate wiring 305, a gate electrode 306, and a storage capacitor wiring 307 are formed. Then, an impurity is self-alignedly implanted by an ion implantation method to form an impurity region 308. I do. Before the ion implantation, unlike the case of FIG. 1, it is preferable to leave all the gate oxide films. Thus, FIG. 3A is obtained.

【0025】その後、図3(B)に示すように図1の場
合と同様にゲイト配線305とゲイト電極306、蓄積
容量配線307の表面を必要なだけ酸化する。そして、
層間絶縁物313を形成し、これに、ソース、ドレイン
電極用の穴314および315を形成する。さらに、ド
レイン配線310、ソース電極311を形成して、図3
(C)を得る。
After that, as shown in FIG. 3B, the surfaces of the gate wiring 305, the gate electrode 306, and the storage capacitor wiring 307 are oxidized as necessary as in the case of FIG. And
An interlayer insulator 313 is formed, and holes 314 and 315 for source and drain electrodes are formed therein. Further, a drain wiring 310 and a source electrode 311 are formed, and FIG.
(C) is obtained.

【0026】最後に図3(D)に示すように透明導電電
極(画素電極)312を形成して、液晶ディスプレーの
画素が形成される。この例では、全工程に使用されるマ
スクの枚数は、半導体領域の形成、ゲイト配線等の形
成、層間絶縁膜の穴明け、ドレイン配線等の形成、画素
電極の形成の5枚であり、これは従来の場合と同じであ
る。
Finally, as shown in FIG. 3D, a transparent conductive electrode (pixel electrode) 312 is formed to form a pixel of the liquid crystal display. In this example, the number of masks used in all the steps is five, including formation of a semiconductor region, formation of a gate wiring, formation of an interlayer insulating film, formation of a drain wiring, and formation of a pixel electrode. Is the same as the conventional case.

【0027】しかしながら、本発明では、例えば、ゲイ
ト配線とドレイン配線の交差部が、ゲイト配線の酸化物
層と層間絶縁物の層というように2層構造となってお
り、特に、陽極化成によって形成された酸化物はちみつ
で耐圧性に富んでいるため、層間の絶縁分離には好適で
ある。従来は、層間絶縁物層が1層だけであったので、
その耐圧性には問題があり、特に、配線交差部では段差
が存在するため、層間絶縁物が、この段差を覆いきれ
ず、クラック等の欠陥が存在して、上部配線との短絡等
を招くことが多かった。しかしながら、本発明では、こ
のような段差による欠陥は全く考慮する必要がなく、歩
留りの大いなる向上に寄与している。
However, in the present invention, for example, the intersection of the gate wiring and the drain wiring has a two-layer structure such as an oxide layer of the gate wiring and a layer of an interlayer insulator. Since the oxide thus obtained is a honey and has a high pressure resistance, it is suitable for insulating separation between layers. Conventionally, there was only one interlayer insulating layer,
There is a problem with its pressure resistance, especially since there is a step at the wiring intersection, the interlayer insulator cannot cover this step, and there is a defect such as a crack, which causes a short circuit with the upper wiring. There were many things. However, in the present invention, there is no need to consider such a defect due to a step at all, and this contributes to a great improvement in yield.

【0028】以上の例は、1つの導電型の薄膜トランジ
スタのみを用いた例について述べたものであったが、当
然のことながら、2つ以上のトランジスタを組み合わせ
た相補型の装置、いわゆるCMOSについても用いるこ
とができる。図4には、CMOSを用いた液晶ディスプ
レーの画素の例を示した。CMOSの場合には、1つの
導電型のトランジスタの場合に、さらにもう1枚、ない
し2枚のフォトリソグラフィー工程が必要である。図4
には、1つの画素を形成するのに、5枚のマスクを要す
る工程を示してある。
Although the above example has described an example using only one conductive type thin film transistor, it is needless to say that a complementary device combining two or more transistors, that is, a so-called CMOS is also used. Can be used. FIG. 4 shows an example of a pixel of a liquid crystal display using CMOS. In the case of CMOS, one or two more photolithography steps are required for one conductivity type transistor. FIG.
5 shows a process that requires five masks to form one pixel.

【0029】まず、今までの例と同様に、絶縁基板40
1上にパッシベーション膜402を形成し、さらに選択
的に半導体領域403aおよび403bを形成する。そ
の後、ゲイト絶縁膜を形成し、その上にアルミニウム等
の材料で金属配線409およびゲイト電極406aおよ
び406bを形成する。
First, as in the previous examples, the insulating substrate 40
1, a passivation film 402 is formed, and further, semiconductor regions 403a and 403b are selectively formed. Thereafter, a gate insulating film is formed, and a metal wiring 409 and gate electrodes 406a and 406b are formed thereon using a material such as aluminum.

【0030】そして、前記配線、電極の表面を適当な厚
さだけ、陽極酸化法によって酸化する。例えば、配線・
電極材料としてアルミニウムを用いた場合には、表面は
酸化アルミニウムの被膜409によって被覆される。つ
いで、ゲイト絶縁膜が酸化珪素であれば、例えば、基板
を、1/10HF(フッ化水素)溶液で軽くエッチング
してやれば、ゲイト絶縁膜が選択的にエッチングされ
る。このとき、酸化アルミニウムに覆われたゲイト配線
やゲイト電極の下部の酸化珪素はエッチングされない。
その後、公知の方法によって、半導体領域中に不純物を
導入する。このときの不純物の導電型は、例えば、n型
とする。
Then, the surfaces of the wirings and electrodes are oxidized to an appropriate thickness by an anodic oxidation method. For example, wiring
When aluminum is used as the electrode material, the surface is covered with a coating 409 of aluminum oxide. Next, if the gate insulating film is silicon oxide, for example, if the substrate is lightly etched with a 1/10 HF (hydrogen fluoride) solution, the gate insulating film is selectively etched. At this time, the silicon oxide under the gate wiring and the gate electrode covered with the aluminum oxide is not etched.
After that, an impurity is introduced into the semiconductor region by a known method. At this time, the conductivity type of the impurity is, for example, n-type.

【0031】あるいは、ゲイト配線・電極の表面を酸化
した後、ゲイト絶縁膜が残存している状態で不純物導入
をおこない、しかるのちにゲイト絶縁膜を、酸化アルミ
ニウムをマスクとしてエッチングしても同様な構造が得
られる。このようにして、図4(A)が得られる。
Alternatively, after oxidizing the surface of the gate wiring / electrode, impurities are introduced while the gate insulating film remains, and thereafter the gate insulating film is etched using aluminum oxide as a mask. The structure is obtained. Thus, FIG. 4A is obtained.

【0032】例えば、図1あるいは図3の例では、不純
物導入は、配線と電極の表面の酸化に先立っておこなわ
れ、さらに、図1の例では、ゲイト絶縁膜の除去も表面
酸化の前におこなわれたために、図1(C)に典型的に
示されるように、配線・電極の表面に酸化アルミニウム
がキノコの傘のように残ってしまった。例えば、酸化ア
ルミニウムの厚さが500nmならば、約250nmも
の出っ張りが出来ることとなり、そのため後の配線形成
においては、この傘の下に空穴・空隙が生じ、断線の原
因となることがあった。しかしながら、図4の例では、
そのような空穴・空隙が生じることは少ないので、断線
等の問題はない。
For example, in the example of FIG. 1 or FIG. 3, the impurity is introduced prior to the oxidation of the surface of the wiring and the electrode, and in the example of FIG. 1, the removal of the gate insulating film is performed before the surface oxidation. As a result, as typically shown in FIG. 1C, aluminum oxide remained on the surface of the wiring / electrode like a mushroom umbrella. For example, if the thickness of the aluminum oxide is 500 nm, a protrusion of about 250 nm can be formed, so that in subsequent wiring formation, voids and voids are formed under the umbrella, which may cause disconnection. . However, in the example of FIG.
Since such voids and voids are rarely generated, there is no problem such as disconnection.

【0033】ついで、左側の半導体領域403aを、フ
ォトマスクのような材料407で覆い、その状態でp型
の不純物を導入する。以上の工程によって、n型の不純
物領域408aとp型の不純物領域408bが得られ
る。このようにして、図4(B)が得られる。
Next, the left semiconductor region 403a is covered with a material 407 such as a photomask, and p-type impurities are introduced in that state. Through the above steps, an n-type impurity region 408a and a p-type impurity region 408b are obtained. Thus, FIG. 4B is obtained.

【0034】以上の工程のかわりに、いずれの半導体領
域にも不純物を添加しない状態で、最初に半導体領域4
03bをフォトレジスト等で被覆して、半導体領域40
3aのみにn型の不純物を導入し、ついで、半導体領域
403aを覆って、半導体領域403bのみにp型の不
純物を導入するという工程を採用してもよい。しかしな
がら、このような方法を採用すると、図4の方法に加え
て、さらに1枚のマスクが必要となる。
Instead of the above steps, first, without adding impurities to any of the semiconductor regions,
03b is coated with a photoresist or the like to form a semiconductor region 40
A step of introducing an n-type impurity only into 3a and then introducing a p-type impurity into only the semiconductor region 403b while covering the semiconductor region 403a may be adopted. However, adopting such a method requires one more mask in addition to the method of FIG.

【0035】以後は、図1の例と同じで、金属配線・電
極410aおよび410b、411を形成して、図4
(C)のような構造を得、さらに、画素電極412を形
成して、図4(D)のような構造を得る。
Thereafter, in the same manner as in the example of FIG. 1, metal wiring / electrodes 410a and 410b, 411 are formed, and
A structure as shown in FIG. 4C is obtained, and further, a pixel electrode 412 is formed to obtain a structure as shown in FIG.

【0036】図5には、以上の工程によって得られた液
晶ディスプレー装置の1つの画素を上面から見た図を示
す。この例では、ゲイト配線405(あるいは、その隣
のゲイト配線405’)の一部を画素電極412の下に
もぐり込ませることによって、この間に容量を形成せし
め、図2の蓄積容量と同じ機能を持たせることとした。
図5中の鎖線において付されたa、bおよびcは図4
(D)中のa、bおよびcに対応し、図4は、鎖線にそ
った断面を表す。
FIG. 5 shows a top view of one pixel of the liquid crystal display device obtained by the above steps. In this example, a part of the gate wiring 405 (or the adjacent gate wiring 405 ') is inserted under the pixel electrode 412, thereby forming a capacitor therebetween, thereby performing the same function as the storage capacitor of FIG. I decided to have it.
A, b and c given by the chain lines in FIG.
FIG. 4 corresponds to a, b, and c in (D), and FIG. 4 shows a cross section along the chain line.

【0037】以上は、CMOS構造をインバータ構造と
して用いた例であったが、その他に本発明人らの出願し
た、特願平3−145642、同3−145643、同
3−145566、同3−157502、同3−157
503、同3−157504、同3−157505、同
3−157506、同3−157507等に記述される
バッファー構造やトランスファーゲイト構造、あるいは
それらの変形構造に用いることも可能である。
The above is an example in which a CMOS structure is used as an inverter structure. In addition, Japanese Patent Application Nos. 3-145842, 3-145463, 3-145566, 3-145 filed by the present inventors filed the present invention. 157502, 3-157
503, 3-157504, 3-157505, 3-157506, 3-157507, and the like, or a modified structure thereof.

【0038】この構造を得る為のマスクの枚数は、半導
体領域形成用、ゲイト電極・配線形成用、p型不純物領
域形成用、(第2の)金属配線形成用、画素電極形成用
の5枚である。従来は、半導体領域形成用、ゲイト電極
・配線形成用、p型不純物領域形成用、層間絶縁物の電
極用穴形成用、(第2の)金属配線形成用、画素電極形
成用の計6枚が必要であった。
The number of masks for obtaining this structure is five for forming a semiconductor region, forming a gate electrode and wiring, forming a p-type impurity region, forming a (second) metal wiring, and forming a pixel electrode. It is. Conventionally, there are a total of six sheets for forming a semiconductor region, forming a gate electrode and wiring, forming a p-type impurity region, forming an electrode hole for an interlayer insulator, forming a (second) metal wiring, and forming a pixel electrode. Was needed.

【0039】図6には、やはりCMOS構造を得るため
の本発明を用いた別な作製方法を示した。これは、図3
および先の図5に示した作製方法より容易に理解される
であろう。この例では、第1の配線605と第2の配線
610aとの交差部の厚さが、金属配線の陽極酸化膜6
09だけでは不十分であり、配線間の容量が大きくなり
すぎると考えられる場合に、陽極酸化膜に加えて別に層
間絶縁物613を形成するものである。その場合には、
半導体領域(603a、603b)形成、ゲイト配線・
電極(605、606a、606b)形成、レジスト
(607)形成、層間絶縁物の電極用穴(614a、6
14b、615)形成、第2の金属配線・電極(610
a、610b、611)形成、画素電極(612)形成
の6枚が必要である。これは、従来の作製方法で必要と
される最小枚数と同じであるが、本発明を利用すること
によって得られる効果は、図3の作製方法で得られたも
のとCMOSであることを除けば、実質的に同等であ
り、高歩留りが達成できた。
FIG. 6 shows another manufacturing method using the present invention for obtaining a CMOS structure. This is shown in FIG.
It will be more easily understood from the manufacturing method shown in FIG. In this example, the thickness of the intersection between the first wiring 605 and the second wiring 610a is equal to the thickness of the anodic oxide film 6 of the metal wiring.
09 alone is not sufficient, and when it is considered that the capacitance between wirings becomes too large, an interlayer insulator 613 is formed separately in addition to the anodic oxide film. In that case,
Formation of semiconductor regions (603a, 603b), gate wiring
Formation of electrodes (605, 606a, 606b), formation of resist (607), hole for electrodes (614a, 6
14b, 615), forming a second metal wiring / electrode (610)
a, 610b, 611) and the formation of the pixel electrode (612) are required. This is the same as the minimum number required by the conventional manufacturing method, but the effects obtained by using the present invention are the same as those obtained by the manufacturing method of FIG. And substantially the same, and a high yield could be achieved.

【0040】図7には、本発明を使用した別な例を示
す。図1(および図4)あるいは図3(および図6)の
例では、下部配線と上部配線の間の層間絶縁物の厚さ
と、蓄積容量配線と画素電極の間の絶縁物の厚さは、実
質的に同じであったが、前者は厚い方が好まれるのに対
し、後者は薄い方が好まれる。この矛盾を解決する方法
が図7に示された方法である。
FIG. 7 shows another example using the present invention. In the example of FIG. 1 (and FIG. 4) or FIG. 3 (and FIG. 6), the thickness of the interlayer insulator between the lower wiring and the upper wiring, and the thickness of the insulator between the storage capacitor wiring and the pixel electrode are: Although substantially the same, the former prefers a thicker one, while the latter prefers a thinner one. A method for solving this inconsistency is the method shown in FIG.

【0041】図1の場合と同様に、絶縁基板701上に
パッシベーション膜702を形成し、半導体領域703
を形成したのちゲイト酸化膜704を形成し、さらに、
ゲイト配線705とゲイト電極706、蓄積容量配線7
07を形成したのち、これらの配線・電極の表面を陽極
酸化し、さらに、陽極酸化膜709をマスクとして、ゲ
イト絶縁膜を除去する。そしてイオン注入法によって不
純物をゲイトをマスクとしてセルフアライン的に注入
し、不純物領域708を形成する。ゲイト絶縁膜は除去
しないで残しておいてもよい。こうして図7(A)を得
る。
As in the case of FIG. 1, a passivation film 702 is formed on an insulating substrate 701 and a semiconductor region 703 is formed.
Is formed, a gate oxide film 704 is formed, and
Gate wiring 705, gate electrode 706, storage capacitor wiring 7
After forming the layer 07, the surfaces of these wirings and electrodes are anodized, and the gate insulating film is removed using the anodic oxide film 709 as a mask. Then, impurities are implanted by ion implantation in a self-aligned manner using the gate as a mask to form an impurity region 708. The gate insulating film may be left without being removed. Thus, FIG. 7A is obtained.

【0042】その後、図7(B)に示すように画素電極
712を形成する。さらに、図7(C)に示すように層
間絶縁物713を形成し、これに、ソース、ドレイン電
極用の穴714を形成する。さらに、ドレイン配線71
0を形成して、図7(D)を得る。
Thereafter, a pixel electrode 712 is formed as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 7C, an interlayer insulator 713 is formed, and holes 714 for source and drain electrodes are formed therein. Further, the drain wiring 71
0 is formed to obtain FIG.

【0043】このような構造を有する液晶ディスプレー
の画素では、配線の交差部の層間絶縁物は厚く、蓄積容
量の誘電層は薄い。以上の工程に要されるマスクは、半
導体領域の形成、ゲイト配線・電極形成、画素電極形
成、層間絶縁物の電極用穴形成、上部金属配線形成の5
枚である。
In the pixel of the liquid crystal display having such a structure, the interlayer insulator at the intersection of the wiring is thick and the dielectric layer of the storage capacitor is thin. The masks required for the above steps include the formation of a semiconductor region, the formation of gate wiring and electrodes, the formation of pixel electrodes, the formation of electrode holes for interlayer insulators, and the formation of upper metal wiring.
It is a sheet.

【0044】しかしながら、このような構造では、画素
電極よりも上部金属配線(ドレイン配線として機能す
る)の方が上に位置し、その結果、対向の電極を設けた
際に、ドレイン配線の部分の電界が大きく、画素電極の
部分の電界は小さいという現象が生じる。そして、通常
の動作では、ドレイン配線は、絶えず信号が印加されう
る状態にあり、したがって、ドレイン配線の部分の面積
は小さくとも、そこに印加される電圧が大きいことのた
めに、映像に関係なく常に明るい、あるいは暗い状態を
呈し、映像に重大な問題を与えることとなる。また、こ
のドレイン配線の信号は他の画素の情報を含んでいるの
で、結果的にクロストークと同様な現象がおこってしま
う。したがって、図7のような構造を採用するにあたっ
ては、この点に充分留意し、例えば、TFTパネルは手
前側に配置する(ドレイン配線は常に影になって見えな
いので、ドレイン配線に加えられた信号の効果は視覚に
は現れない)というような工夫が必要である。
However, in such a structure, the upper metal wiring (functioning as a drain wiring) is located above the pixel electrode, and as a result, when the opposing electrode is provided, the portion of the drain wiring A phenomenon occurs in which the electric field is large and the electric field in the pixel electrode portion is small. In normal operation, the drain wiring is in a state where signals can be constantly applied. Therefore, even if the area of the drain wiring is small, the voltage applied thereto is large, so that regardless of the image, It always presents a bright or dark state, giving serious problems to the image. Further, since the signal on the drain wiring includes information of another pixel, a phenomenon similar to crosstalk occurs as a result. Therefore, when adopting the structure as shown in FIG. 7, pay sufficient attention to this point. For example, the TFT panel is arranged on the near side (the drain wiring is always invisible because it is not seen in the shadow, so it is added to the drain wiring). (The effect of the signal does not appear visually.)

【0045】図1や図3の例では、画素電極の下部に蓄
積容量配線等が存在するため、画素電極は平坦ではなか
った。このため、同一画素電極内で電界の大きさに差が
生じ、さらに、配線の幅の微妙な違いによって、個々の
画素の明るさに違いが生じることがあった。このため、
ばらつきの少ない画素を得るためには画素電極が平坦
で、各画素の高さは同じ方が望ましい。図8はこのよう
な問題を解決せんとする本発明の1つの例である。
In the examples shown in FIGS. 1 and 3, the pixel electrode was not flat because the storage capacitor wiring and the like exist below the pixel electrode. For this reason, the magnitude of the electric field varies in the same pixel electrode, and the brightness of each pixel sometimes varies due to a slight difference in the width of the wiring. For this reason,
In order to obtain a pixel with little variation, it is desirable that the pixel electrode is flat and the height of each pixel is the same. FIG. 8 is an example of the present invention that solves such a problem.

【0046】図1や図7の場合と同様に、絶縁基板80
1上にパッシベーション膜802を形成し、半導体領域
803を形成したのちゲイト酸化膜804を形成し、さ
らに、ゲイト配線805とゲイト電極806、蓄積容量
配線807を形成したのち、これらの配線・電極の表面
を陽極酸化し、さらに、陽極酸化膜809をマスクとし
て、ゲイト絶縁膜を除去する。そしてイオン注入法によ
って不純物をゲイトをマスクとしてセルフアライン的に
注入し、不純物領域808を形成する。ゲイト絶縁膜は
除去しないで残しておいてもよい。こうして図8(A)
を得る。
As in the case of FIGS. 1 and 7, the insulating substrate 80
1, a passivation film 802 is formed, a semiconductor region 803 is formed, a gate oxide film 804 is formed, and further, a gate wiring 805, a gate electrode 806, and a storage capacitor wiring 807 are formed. The surface is anodized, and the gate insulating film is removed using the anodized film 809 as a mask. Then, impurities are implanted in a self-aligned manner by ion implantation using the gate as a mask to form an impurity region 808. The gate insulating film may be left without being removed. Thus, FIG.
Get.

【0047】その後、図8(B)に示すようにドレイン
配線810を形成する。さらに、図8(C)に示すよう
に、例えば、ポリイミド等の有機材料で平坦な皮膜81
3を形成し、最後にソース電極用の穴815を形成し
て、画素電極812を形成し、図3(D)を得る。
Thereafter, as shown in FIG. 8B, a drain wiring 810 is formed. Further, as shown in FIG. 8C, for example, a flat film 81 made of an organic material such as polyimide is used.
3 and finally a source electrode hole 815 is formed to form a pixel electrode 812, and FIG. 3D is obtained.

【0048】以上の工程に要されるマスクは、半導体領
域の形成、ゲイト配線・電極形成、上部金属配線形成、
層間絶縁物の電極用穴形成、画素電極形成の5枚であ
る。以上のように、本発明を使用することによって、極
めて多様な目的に応じた半導体装置を作製することがで
きる。
The masks required for the above steps include formation of a semiconductor region, formation of a gate wiring / electrode, formation of an upper metal wiring,
There are five sheets, one for forming an electrode hole of an interlayer insulator and the other for forming a pixel electrode. As described above, by using the present invention, a semiconductor device which meets extremely various purposes can be manufactured.

【0049】本発明では、金属配線を酸化する方法とし
て、陽極酸化法を使用する場合がある。この陽極酸化法
では、電解液中で、陽極と陰極の間に50〜200V、
あるいはそれ以上の高電圧が印加される場合があり、陽
極化成中の金属配線・電極の周囲は、10MV/cm以
上もの大きな電位勾配が生じていることもある。そこ
で、ゲイト絶縁膜をこのような高い電圧から保護するこ
とが課題となる。そのためには、半導体領域をゲイト配
線・電極と同電位にすることが望まれる。
In the present invention, an anodic oxidation method may be used as a method for oxidizing a metal wiring. In this anodic oxidation method, 50 to 200 V is applied between the anode and the cathode in the electrolytic solution.
Alternatively, a higher voltage may be applied, and a large potential gradient of 10 MV / cm or more may be generated around the metal wiring / electrode during anodization. Therefore, it is necessary to protect the gate insulating film from such a high voltage. For this purpose, it is desired that the semiconductor region has the same potential as the gate wiring / electrode.

【0050】図9には、その方法を例示する。まず、絶
縁基板901上にストライプ状の半導体領域903を形
成する。そして、半導体領域の上にゲイト絶縁膜を形成
したのちに、各半導体領域の端部のゲイト絶縁膜に孔9
16を設け、その後、ゲイト配線・電極905を形成す
る。すなわち、半導体領域903とゲイト配線・電極9
05とは、孔916を介して同電位に保たれる。その
後、陽極酸化をおこなえば、半導体領域とゲイト配線・
電極間には実質的には電界は生じないので、ゲイト絶縁
膜に過大な電圧がかかって破壊してしまうことは少なく
なる。この状態は、図9(A)に示される。
FIG. 9 illustrates the method. First, a stripe-shaped semiconductor region 903 is formed over an insulating substrate 901. Then, after forming a gate insulating film on the semiconductor region, holes 9 are formed in the gate insulating film at the end of each semiconductor region.
Then, a gate wiring / electrode 905 is formed. That is, the semiconductor region 903 and the gate wiring / electrode 9
05 is maintained at the same potential through the hole 916. After that, if anodic oxidation is performed, the semiconductor region and the gate wiring
Since an electric field is not substantially generated between the electrodes, it is less likely that an excessive voltage is applied to the gate insulating film and the gate insulating film is broken. This state is shown in FIG.

【0051】陽極酸化終了後、不純物を導入し、さら
に、ストライプ状の半導体領域を適当な長さに分割す
る。そして、ゲイト配線状の陽極酸化膜に孔917を設
け、ついで、ドレイン配線・電極910を形成する。こ
の状態でゲイト配線905とドレイン配線916は同電
位に保たれる。その結果、ゲイト配線とドレイン配線の
交差部で、作業中に生じた静電気によって生じる絶縁破
壊を防止することができる。もっとも、この工程自体
は、陽極化成中の高電圧とは何ら関係はない。その後、
画素電極912を形成し、しかるのちに周辺の金属配線
を除去すればよい。
After completion of the anodic oxidation, impurities are introduced, and the stripe-shaped semiconductor region is divided into appropriate lengths. Then, a hole 917 is provided in the gate wiring-shaped anodic oxide film, and then a drain wiring / electrode 910 is formed. In this state, the gate wiring 905 and the drain wiring 916 are kept at the same potential. As a result, at the intersection of the gate wiring and the drain wiring, dielectric breakdown caused by static electricity generated during the operation can be prevented. However, this step has nothing to do with the high voltage during anodization. afterwards,
The pixel electrode 912 may be formed, and then the peripheral metal wiring may be removed.

【0052】以上の工程では、基板周辺で、配線間接続
の孔を形成する為に、リソグラフィー工程が必要となる
が、これらの精度は、画素部のものに比較すれば問題に
ならないほど低いものであり、これらの工程が加わるこ
とによる歩留りの低下はほとんどない。さらに、例え
ば、レーザーによって、表面の酸化膜のみを蒸発させて
しまうことも可能であり、そのような方法を採用すれ
ば、工程は大幅に簡略化される。
In the above steps, a lithography step is required in order to form a hole for connection between wirings in the periphery of the substrate. However, these precisions are so low that they do not pose a problem as compared with those of the pixel portion. Thus, there is almost no decrease in yield due to the addition of these steps. Further, for example, it is also possible to evaporate only the oxide film on the surface by using a laser, and if such a method is adopted, the process is greatly simplified.

【0053】図9の方法で使用されるマスクは、(1)
ストライプ状の半導体領域の形成、(2)ゲイト絶縁膜
への孔開け、(3)ゲイト配線・電極の形成、(4)ス
トライプ状の半導体領域の切断、(5)陽極化成膜への
孔明け、(6)ドレイン配線・電極の形成、(7)画素
電極の形成、というように、同じ構造を得る図1の方法
に比べて、多くのマスクが必要であるが、先に述べたよ
うに、このうち、(2)と(5)の工程で必要とされる
マスクは精度が要求されないので、実質的には図1に比
べて、1枚多い、5枚のマスクが必要である。
The mask used in the method of FIG. 9 is (1)
Formation of a stripe-shaped semiconductor region, (2) formation of a hole in a gate insulating film, (3) formation of a gate wiring and an electrode, (4) cutting of a stripe-shaped semiconductor region, and (5) formation of an anodized film. As compared with the method of FIG. 1 for obtaining the same structure, such as (6) formation of a drain wiring / electrode and (7) formation of a pixel electrode, a larger number of masks are required. Of these, the masks required in the steps (2) and (5) do not need to have high accuracy, so that, in comparison with FIG.

【0054】[0054]

【実施例】本発明を用いた実施例を図10を用いて説明
する。この実施例は、ANガラス基板上に形成したCM
OS型TFTに、本発明を適用したものである。まず、
図10(A)に示すように、ANガラス基板151上
に、減圧CVD法によって、窒化珪素膜152aを厚さ
100nm形成する。減圧CVDは、原料ガスとしてジ
クロルシラン(SiH2 Cl2 )とアンモニアを用い、
圧力10〜1000Paで、500〜800℃、好まし
くは550〜750℃で反応させればよい。もちろん、
シラン(SiH4 )やトリクロルシラン(SiHC
3 )を用いてもよい。また、減圧CVD法でなくと
も、プラズマCVD法、光CVD法、プラズマエンハン
スト型CVD法等のCVD技術を使用してもよい。
An embodiment using the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, a CM formed on an AN glass substrate is used.
The present invention is applied to an OS type TFT. First,
As shown in FIG. 10A, a 100-nm-thick silicon nitride film 152a is formed over an AN glass substrate 151 by a low-pressure CVD method. Low pressure CVD uses dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) and ammonia as raw material gases,
The reaction may be performed at a pressure of 10 to 1000 Pa and at a temperature of 500 to 800C, preferably 550 to 750C. of course,
Silane (SiH 4 ) and trichlorosilane (SiHC
l 3 ) may be used. Instead of the low pressure CVD method, a CVD technique such as a plasma CVD method, a photo CVD method, or a plasma enhanced CVD method may be used.

【0055】このようにして形成された窒化珪素膜は、
ガラス基板中に含まれる可動イオン(ナトリウムイオン
等)が、半導体中に侵入するのを阻止する機能を有す
る。したがって、基板に可動イオンが十分少なければ窒
化珪素膜を設ける必要はない。また、この窒化珪素被膜
は、酸化アルミニウム被膜であってもよい。酸化アルミ
ニウム被膜の形成には、先に述べた減圧CVD法におい
て、トリメチルアルミニウム(Al(CH3 3 )と酸
素あるいは一酸化二窒素(N2 O)等の酸化性のある気
体を用いればよい。他のCVD方法を採用する場合で
も、同様な材料を用いればよい。また、スパッタリング
法によっても形成できる。
The silicon nitride film thus formed is
It has a function of preventing mobile ions (such as sodium ions) contained in a glass substrate from entering a semiconductor. Therefore, it is not necessary to provide a silicon nitride film if mobile ions are sufficiently small on the substrate. Further, the silicon nitride film may be an aluminum oxide film. In forming the aluminum oxide film, trimethylaluminum (Al (CH 3 ) 3 ) and an oxidizing gas such as oxygen or dinitrogen monoxide (N 2 O) may be used in the aforementioned low pressure CVD method. . A similar material may be used even when another CVD method is adopted. Further, it can also be formed by a sputtering method.

【0056】図では、ガラス基板上の素子形成面にのみ
窒化珪素膜が設けられている様子が示されているが、で
きれば、ガラス基板全体を窒化珪素膜で包み込んでしま
うように被膜形成をおこなうことがのぞましい。という
のは、後の陽極酸化の工程では、基板は溶液中に浸され
るので、ガラスの露出している部分があると、その部分
からアルカリイオンが溶液中に溶け出し、半導体領域に
付着、侵入することが考えられるからである。
The figure shows a state in which the silicon nitride film is provided only on the element formation surface on the glass substrate. If possible, a film is formed so that the entire glass substrate is covered with the silicon nitride film. It is hopeful. Because, in the later anodic oxidation step, the substrate is immersed in the solution, so if there is an exposed portion of the glass, alkali ions will dissolve into the solution from that portion and adhere to the semiconductor region, This is because it is possible to invade.

【0057】ついで、酸化珪素膜152bを、厚さ70
nmだけ形成する。この形成には、ECRプラズマCV
D法あるいは、スパッタリング方が適していた。この酸
化珪素膜の上には半導体領域が形成されるのであるが、
もし、酸化珪素膜と半導体領域との界面において、多く
の界面準位、トラップ中心等が生じると、半導体領域の
導電性を制御できず、トランジスタの特性を悪化させて
しまう。したがって、この酸化珪素膜の形成には十分な
注意が必要である。特に、窒化珪素は、酸化珪素のかわ
りには用いることはできない。すなわち、窒化珪素膜は
多くの場合、それ自体がキャリヤーを内部にトラップし
てしまう性質を有するからである。
Then, the silicon oxide film 152b is
Only nm is formed. This formation includes ECR plasma CV
Method D or sputtering was suitable. A semiconductor region is formed on the silicon oxide film.
If many interface states, trap centers, and the like occur at the interface between the silicon oxide film and the semiconductor region, the conductivity of the semiconductor region cannot be controlled, and the characteristics of the transistor deteriorate. Therefore, sufficient care must be taken in forming this silicon oxide film. In particular, silicon nitride cannot be used instead of silicon oxide. That is, in many cases, the silicon nitride film itself has a property of trapping carriers inside.

【0058】本発明人らの研究によるとECRプラズマ
CVD法あるいはスパッタリング法によって形成された
酸化珪素膜は、その界面準位の密度は十分小さいため、
本目的には好適である。特にスパッタリングによって形
成する場合には、ターゲットとして酸化珪素バルクを用
い、雰囲気は酸素とアルゴンの混合雰囲気で、酸素濃度
は50〜100%とすると非常に特性のよい被膜が形成
できた。また、ECRプラズマCVDによって形成する
場合には、シラン(SiH4 )と酸素を用いればよい。
このようにして形成した酸化珪素膜と、その後に形成さ
れた半導体被膜(珪素膜)との間の界面準位の密度は〜
1011cm-2であり、極めて優れたものであった。さら
に、スパッタリング法あるいはECRプラズマCVD法
によって被膜を形成する際に、雰囲気中に1〜5%の塩
化水素あるいは弗化水素等を混入しておく、あるいは、
塩素や弗素を含有するシラン(例えば、ジクロールシラ
ンや四弗化珪素SiF4 )を1〜10%混入しておく
と、酸化珪素被膜中に塩素や弗素が取り込まれ、これら
は珪素と強く結合し、珪素−酸素結合の不対結合子を終
端させ、より界面準位を低下させることができる。例え
ば、5〜9×1010cm-2とすることができる。
According to the study of the present inventors, a silicon oxide film formed by ECR plasma CVD or sputtering has a sufficiently low interface state density.
It is suitable for this purpose. In particular, when forming by sputtering, a silicon oxide bulk was used as a target, the atmosphere was a mixed atmosphere of oxygen and argon, and the oxygen concentration was 50 to 100%. In the case of forming by ECR plasma CVD, silane (SiH 4 ) and oxygen may be used.
The density of the interface states between the silicon oxide film thus formed and the semiconductor film (silicon film) formed thereafter is:
It was 10 11 cm -2 , which was extremely excellent. Further, when forming a film by a sputtering method or an ECR plasma CVD method, 1 to 5% of hydrogen chloride or hydrogen fluoride is mixed in the atmosphere, or
When silane containing chlorine or fluorine (for example, dichlorsilane or silicon tetrafluoride SiF 4 ) is mixed in an amount of 1 to 10%, chlorine or fluorine is taken into the silicon oxide film, and these are strongly bonded to silicon. However, the unpaired bond of the silicon-oxygen bond is terminated, so that the interface state can be further reduced. For example, it can be 5 to 9 × 10 10 cm −2 .

【0059】ついで、珪素被膜を減圧CVD法によっ
て、厚さ30nmだけ形成する。珪素源には6N以上の
シラン(SiH4 、Si2 6 、Si3 8 )を用い、
不純物ドープはおこなわなかった。しかしながら、特に
CMOSとして用いる場合に、NMOSとPMOSのし
きい値電圧がほぼ同等であることが要求される場合に
は、硼素を1015〜1016cm-3だけ含有するように、
原料ガス中に、ジボラン(B2 6 )を微量混合させて
もよい。あるいは、これと同等な処置は、成膜後、珪素
膜に不純物イオン(例えば、BF2 + )を注入すること
によってもおこなえる。
Next, a silicon film is formed to a thickness of 30 nm by a low pressure CVD method. 6N or more silane (SiH 4 , Si 2 H 6 , Si 3 H 8 ) is used as a silicon source,
No impurity doping was performed. However, especially when used as a CMOS, when it is required that the threshold voltages of the NMOS and the PMOS are substantially equal, the boron should be contained in an amount of 10 15 to 10 16 cm −3 .
A small amount of diborane (B 2 H 6 ) may be mixed in the source gas. Alternatively, an equivalent treatment can be performed by implanting impurity ions (for example, BF 2 + ) into the silicon film after film formation.

【0060】以上の3層の成膜は、基板を大気に触れる
ことがないように連続的に成膜がおこなえる成膜装置、
いわゆるマルチチャンバー方式の成膜装置によっておこ
なった。特に、薄膜トランジスタにおいては、半導体の
界面の特性が重要であるので、界面を汚染から防ぐこと
のできる連続成膜方式は必要不可欠である。
The above three layers are formed by a film forming apparatus capable of forming a film continuously without exposing the substrate to the atmosphere;
This was performed by a so-called multi-chamber type film forming apparatus. In particular, in a thin film transistor, the characteristics of the interface of the semiconductor are important, and therefore, a continuous film formation method capable of preventing the interface from being contaminated is indispensable.

【0061】その後、珪素被膜を公知のフォトリソグラ
フィー法でパターニングし、Pチャネル型TFT領域1
53aとNチャネル型TFT領域153bとを形成し
た。そして、水素雰囲気で、600℃で24〜72時間
アニールし、結晶化させた。さらに、先に示した、スパ
ッタ法あるいはECRプラズマCVD法によってゲイト
絶縁膜となる酸化珪素膜154を形成した。この酸化珪
素被膜についても、先に述べた酸化珪素被膜152bと
同様に半導体領域との界面特性が重要であるので、その
作製には細心の注意が払われなければならない。この酸
化珪素膜は、厚さ100nmだけ形成された。
Thereafter, the silicon film is patterned by a known photolithography method to form a p-channel TFT region 1.
53a and an N-channel TFT region 153b were formed. Then, annealing was performed at 600 ° C. for 24 to 72 hours in a hydrogen atmosphere to crystallize. Further, a silicon oxide film 154 to be a gate insulating film was formed by the sputtering method or the ECR plasma CVD method described above. As with the silicon oxide film 152b, the interface characteristics with the semiconductor region are important as in the case of the silicon oxide film 152b. This silicon oxide film was formed with a thickness of 100 nm.

【0062】その後、電子ビーム蒸着法によって、アル
ミニウム被膜が、厚さ0.8〜1.0μmだけ形成され
た。アルミニウム被膜の形成には、その他にもスパッタ
法や有機金属CVD法を用いることができる。そして、
公知のフォトリソグラフィー法によって、これらのアル
ミニウム被膜はパターニングされ、ゲイト電極156a
および156b、さらにゲイト配線155が形成され
た。こうして、図10(A)を得た。ゲイト電極の幅は
10μmとした。
Thereafter, an aluminum film was formed to a thickness of 0.8 to 1.0 μm by electron beam evaporation. In addition, a sputtering method or an organic metal CVD method can be used for forming the aluminum film. And
These aluminum films are patterned by a known photolithography method to form a gate electrode 156a.
And 156b, and further, a gate wiring 155 was formed. Thus, FIG. 10A is obtained. The width of the gate electrode was 10 μm.

【0063】ついで、このゲイト電極・配線は陽極酸化
法によって、その表面を酸化し、厚さ0.3〜0.5μ
mの酸化アルミニウム被膜が形成された。陽極酸化は以
下のような手順によっておこなわれた。ここで、注意し
なければならないことは、以下の記述で用いられる数値
は、一例に過ぎず、作製する素子の大きさ等によって、
最適な値が決定されるということである。すなわち、以
下の記述で用いられる数値は絶対的なものではない。ま
ず、充分にアルカリイオン濃度の小さい、酒石酸のエチ
レングリコール溶液を作製した。酒石酸の濃度として
は、0.1〜10%、例えば、3%とし、これに、1〜
20%、例えば10%のアンモニア水を加え、pHが7
±0.5となるように調整した。
Then, the surface of the gate electrode / wiring is oxidized by anodic oxidation to obtain a thickness of 0.3 to 0.5 μm.
m of aluminum oxide film was formed. Anodization was performed according to the following procedure. Here, it should be noted that the numerical values used in the following description are merely examples, and may vary depending on the size of the element to be manufactured.
That is, the optimal value is determined. That is, the numerical values used in the following description are not absolute. First, an ethylene glycol solution of tartaric acid having a sufficiently low alkali ion concentration was prepared. The concentration of tartaric acid is 0.1 to 10%, for example, 3%.
20%, for example, 10% ammonia water is added, and the pH is 7
It was adjusted to be ± 0.5.

【0064】この溶液中に、陰極として白金電極を設
け、基板ごと溶液に浸した。そして、基板上のゲイト配
線・電極を直流電源装置の正極に接続した。そして、最
初は電流を2mAで一定となるように通じた。陽極と陰
極(白金電極)との間の電圧は、溶液の濃度とともに、
ゲイト電極・配線上に形成される酸化膜の厚さによって
時間とともに変化し、一般に酸化膜の厚さが大きくなる
にしたがって、高い電圧を要するようになる。このよう
に電流を流し続け、電圧が150Vとなったところで、
電圧を一定に保持し、電流が0.1mAになるまで電流
を流し続けた。定電流状態は約50分、定電圧状態は約
2時間続いた。このようにして、ゲイト電極・配線の表
面に厚さ0.3〜0.5μmの酸化アルミニウム膜15
9を形成することができた。このようにして形成された
酸化アルミニウム膜は、それだけでも十分に緻密であっ
たが、より絶縁性を増すために、熱水中で10分間保持
した。この工程によって、6〜12MV/cmの高耐圧
被膜が形成できた。この状態を図10(B)に示す。
In this solution, a platinum electrode was provided as a cathode, and the substrate was immersed in the solution. Then, the gate wiring / electrode on the substrate was connected to the positive electrode of the DC power supply. At first, the current was passed so as to be constant at 2 mA. The voltage between the anode and cathode (platinum electrode), along with the concentration of the solution,
It changes with time depending on the thickness of the oxide film formed on the gate electrode / wiring. Generally, as the thickness of the oxide film increases, a higher voltage is required. When the current continues to flow and the voltage reaches 150 V,
The voltage was kept constant and the current continued to flow until the current reached 0.1 mA. The constant current state lasted about 50 minutes, and the constant voltage state lasted about 2 hours. Thus, the aluminum oxide film 15 having a thickness of 0.3 to 0.5 μm is formed on the surface of the gate electrode / wiring.
9 could be formed. The aluminum oxide film thus formed was sufficiently dense by itself, but was kept in hot water for 10 minutes in order to further increase the insulating property. By this step, a high withstand voltage film of 6 to 12 MV / cm was formed. This state is shown in FIG.

【0065】その後、弗酸溶液、例えば1/10弗酸に
基板を浸し、酸化珪素膜154をエッチングし、半導体
領域の表面を露出させる。このとき、酸化アルミニウム
は弗酸に不溶なので、ゲイト電極・配線の下の酸化珪素
膜は除去されず、そのまま残存する。しかしながら、長
時間にわたって弗酸中に置いておくとゲイト電極・配線
の下の酸化珪素膜も溶解してしまうので、注意しなけれ
ばならない。
Thereafter, the substrate is immersed in a hydrofluoric acid solution, for example, 1/10 hydrofluoric acid, and the silicon oxide film 154 is etched to expose the surface of the semiconductor region. At this time, since the aluminum oxide is insoluble in hydrofluoric acid, the silicon oxide film under the gate electrode and wiring is not removed but remains as it is. However, care must be taken since the silicon oxide film under the gate electrode and wiring will be dissolved if left in hydrofluoric acid for a long time.

【0066】その後、公知のイオン注入法によって、ま
ず、硼素イオンあるいは硼素化合物イオン(例えばBF
2 + )を1018cm-3だけ注入する。その際には、半導
体領域のゲイト電極下の部分には、注入されたイオンの
2次散乱を除いてはイオンが入り込まないので、すなわ
ち自己整合(セルフアライン)的に不純物領域を形成す
ることができる。こうして、P型の不純物領域158a
を形成する。
Thereafter, by a known ion implantation method, first, boron ions or boron compound ions (for example, BF
2 +) is injected only 10 18 cm -3. At that time, no ions enter the portion of the semiconductor region below the gate electrode except for secondary scattering of the implanted ions, that is, the impurity region may be formed in a self-aligned (self-aligned) manner. it can. Thus, P-type impurity region 158a
To form

【0067】ついで、図10(C)に示すように、フォ
トレジスト157で、半導体領域153aを覆い、半導
体領域153bのみが露出された状態で、リンイオンを
注入する。このときのリン濃度は1020cm-3とする。
すると、半導体領域153bには既に硼素が存在してい
るが、リンの方が濃度が大きいのでN型を示し、N型不
純物領域158bを得る。以上のようにして、半導体領
域に不純物元素を導入することができたが、このような
不純物が導入された領域は、イオン注入の際の衝撃によ
って結晶が破壊され、アモルファス、あるいは微結晶状
態、あるいはそれらの混合された状態となっている。こ
の状態を記述するのに適切な用語がないので、ここでは
非結晶質状態と記述する。
Then, as shown in FIG. 10C, phosphorus ions are implanted in a state where the semiconductor region 153a is covered with the photoresist 157 and only the semiconductor region 153b is exposed. At this time, the phosphorus concentration is 10 20 cm −3 .
Then, although boron already exists in the semiconductor region 153b, the concentration of phosphorus is higher than that of phosphorus, so that the semiconductor region 153b shows N-type and the N-type impurity region 158b is obtained. As described above, the impurity element can be introduced into the semiconductor region. However, in the region into which such an impurity is introduced, the crystal is destroyed by the impact at the time of ion implantation, and an amorphous or microcrystalline state is obtained. Or, they are in a mixed state. Since there is no appropriate term to describe this state, it is described here as an amorphous state.

【0068】次いで、フォトレジストを取り除き、上方
からエキシマーレーザーあるいはアルゴンイオンレーザ
ーのようなレーザー光を照射して、レーザーアニールを
おこなった。レーザーアニールは例えば、KrFエキシ
マーレーザー(波長248nm、パルス幅10nse
c)の場合であれば、エネルギー密度150〜250m
J/cm2 、例えば、210mJ/cm2 のビームを1
0ショット加えると、ほぼ確実に結晶化がおこなえる。
ショット数がこれ以下であると、レーザー出力の制御で
きないゆらぎ・ばらつきによって結晶化の程度が均一で
なくなる。また、このレーザーアニールでは、ゲイト電
極の下には光線が入らないため、ゲイト電極の下は結晶
化できない。しかしながら、半導体領域が厚いと光線の
回折によって、レーザー光が回り込み結晶化が進行す
る。レーザー光の回り込む程度は、半導体領域の厚さが
レーザーの波長よりも大きな場合にはレーザーの波長程
度、半導体領域の厚さがレーザーの波長よりも小さな場
合には、半導体領域の厚さ程度である。本実施例のよう
に半導体領域の厚さが30nmと、レーザー光の波長
(248nm)に比べて著しく小さい場合には、その回
り込みの程度は、ゲイト電極の幅(10μm)に比して
十分小さい。したがって、イオン注入によって、非結晶
状態となりながら、このレーザーアニールによっても結
晶性の回復できない部分が存在する。その部分の意義に
ついては後に記述する。
Next, the photoresist was removed, and laser annealing such as an excimer laser or an argon ion laser was applied from above to perform laser annealing. Laser annealing is performed, for example, using a KrF excimer laser (wavelength 248 nm, pulse width 10 ns).
In the case of c), the energy density is 150 to 250 m.
J / cm 2 , for example, 210 mJ / cm 2
When 0 shots are added, crystallization can be performed almost certainly.
If the number of shots is less than this, the degree of crystallization is not uniform due to uncontrollable fluctuations and variations in laser output. Further, in this laser annealing, light does not enter below the gate electrode, so that it cannot be crystallized below the gate electrode. However, when the semiconductor region is thick, the laser beam is wrapped by the diffraction of the light beam and crystallization proceeds. The extent to which the laser light wraps around is approximately the wavelength of the laser when the thickness of the semiconductor region is larger than the wavelength of the laser, and is approximately the thickness of the semiconductor region when the thickness of the semiconductor region is smaller than the wavelength of the laser. is there. When the thickness of the semiconductor region is 30 nm, which is significantly smaller than the wavelength of the laser light (248 nm) as in this embodiment, the degree of the wraparound is sufficiently smaller than the width of the gate electrode (10 μm). . Therefore, there are portions where the crystallinity cannot be recovered even by this laser annealing, while being brought into an amorphous state by ion implantation. The significance of that part will be described later.

【0069】以上のようにして、CMOS型TFTの構
造が大方得られた。後は、このTFTに金属配線を形成
すればよいが、従来のTFTとは違って、ソース、ドレ
インの電極穴を形成する手間が省けるので極めて簡単で
ある。すなわち、半導体領域は既に露出してあるので、
その上にアルミニウム等の金属膜を形成するだけでオー
ミックな接合が得られる。したがって、例えば、全体に
アルミニウム、あるいは図10に示すようにアルミニウ
ムとクロム163の多層膜を形成したのちに、公知のフ
ォトリソグラフィー法によって不要な部分をエッチング
して、第2の配線160aおよび160b、161等を
形成すればよい。
As described above, the structure of the CMOS type TFT was largely obtained. After that, a metal wiring may be formed on this TFT, but unlike a conventional TFT, it is very simple because the trouble of forming electrode holes for source and drain can be omitted. That is, since the semiconductor region is already exposed,
An ohmic junction can be obtained only by forming a metal film such as aluminum thereon. Therefore, for example, after forming a multilayer film of aluminum or aluminum and chrome 163 as shown in FIG. 10, unnecessary portions are etched by a known photolithography method to form second wirings 160a and 160b, 161 or the like may be formed.

【0070】あるいは、さほど精度を要求されない素子
であれば、メタルマスクを用いて、これらの配線を真空
蒸着法等によって直に形成すればよい。その後、図10
(D)に示すように液晶ディスプレーの画素電極の被膜
162を選択的に形成して、液晶画素が形成された。
Alternatively, if the element does not require much accuracy, these wirings may be formed directly by a vacuum evaporation method using a metal mask. Then, FIG.
As shown in (D), the film 162 of the pixel electrode of the liquid crystal display was selectively formed to form a liquid crystal pixel.

【0071】以上の工程で使用されたマスクの枚数は、
半導体領域153形成用、ゲイト電極・配線形成
用、フォトレジスト157形成用、第2の配線形成
用、画素電極形成用の5枚である。また、本実施例の
TFTに注目すれば、通常の不純物領域164があるほ
かに、ゲイト電極と不純物領域の幾何学的なずれによる
オフセット領域があり、その間には非結晶質であって不
純物のドープされた領域165が形成されている。この
ような、非結晶質の部分を設けることの有用性について
は、本発明人らの発明で株式会社半導体エネルギー研究
所の平成3年8月26日出願の『絶縁ゲイト型半導体装
置およびその作製方法』に詳細に記述されているのでこ
こでは省略する。
The number of masks used in the above steps is
There are five sheets for forming the semiconductor region 153, forming the gate electrode and wiring, forming the photoresist 157, forming the second wiring, and forming the pixel electrode. Focusing on the TFT of this embodiment, in addition to the normal impurity region 164, there is an offset region due to a geometrical deviation between the gate electrode and the impurity region. A doped region 165 has been formed. The usefulness of providing such an amorphous portion is described in "Insulated Gate Type Semiconductor Device and its Fabrication" filed on Aug. 26, 1991 by the Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. The method is described in detail in “Method” and will not be described here.

【0072】以上の工程によって作製された基板(以降
第1の基板という)上にポリイミド膜を液晶材料の配向
膜として形成した。このポリイミド膜の表面を公知のラ
ビング法により、処理し、他方の第2の基板上に透明電
極を形成した後、第1の基板と同様に配向膜を形成し、
ラビング処理を施した。これらの基板をラビング方向が
平行となるように貼り合わせ液晶のセルを作製した。
A polyimide film was formed as an alignment film of a liquid crystal material on the substrate manufactured by the above steps (hereinafter referred to as a first substrate). The surface of this polyimide film is treated by a known rubbing method, and after forming a transparent electrode on the other second substrate, an alignment film is formed in the same manner as the first substrate,
Rubbing treatment was performed. These substrates were adhered so that the rubbing directions were parallel to each other to produce a liquid crystal cell.

【0073】その後、ネマチック液晶材料をこの液晶セ
ル中に注入し、2枚の変更番をこの液晶セルの両面に偏
光軸がクロスニコルとなるようにし、かつ両方の基板の
ラビング方向とは45度の角度となる方向に貼り付け液
晶電気光学装置を完成した。このNON-TWISTED-NEMATIC
型液晶電気光学装置においてはオフ時には液晶材料の持
つ複屈折性により明(白)が表示され、オン時には液晶
分子のが基板に対して垂直方向に立つため、暗(黒)が
表示される。本発明の半導体装置の応用は上記の液晶電
気光学装置のみならず、その他の形式の液晶電気光学装
置、例えば反強誘電性液晶電気光学装置にも適用でき、
さらには、その他の電気、電子装置にも適用可能であ
る。
Thereafter, a nematic liquid crystal material is injected into the liquid crystal cell, and the two plates are changed so that the polarization axes are crossed on both sides of the liquid crystal cell, and the rubbing direction of both substrates is 45 degrees. To complete the liquid crystal electro-optical device. This NON-TWISTED-NEMATIC
In the liquid crystal electro-optical device, when turned off, light (white) is displayed due to the birefringence of the liquid crystal material, and when turned on, dark (black) is displayed because the liquid crystal molecules stand in a direction perpendicular to the substrate. The application of the semiconductor device of the present invention can be applied not only to the above-described liquid crystal electro-optical device, but also to other types of liquid crystal electro-optical devices, for example, antiferroelectric liquid crystal electro-optical devices,
Further, the present invention can be applied to other electric and electronic devices.

【0074】[0074]

【発明の効果】本発明によって、従来よりも少ない枚数
のマスクによってTFTを作製することができた。ま
た、本発明によって、従来とマスクの枚数は変わらない
けれどもより信頼性の高いTFTを作製することができ
た。特に本発明の目的は、TFTの歩留りの向上にあ
る。特に、TFTのソース、ドレインの電極の形成は、
1μm以下の精度を要求される高度な作業であり、この
工程によって発生する不良パネルは、他の工程で発生す
るものより著しく多かった。
According to the present invention, a TFT can be manufactured with a smaller number of masks than in the prior art. Further, according to the present invention, a TFT having higher reliability can be manufactured although the number of masks is not different from the conventional one. In particular, an object of the present invention is to improve the yield of TFTs. In particular, the formation of the source and drain electrodes of a TFT
This is an advanced operation that requires an accuracy of 1 μm or less, and the number of defective panels generated by this process is significantly larger than those generated by other processes.

【0075】そして、不良数は、パネルに集積されるT
FTの量が増えれば増えるほど、また、パネルの面積が
大きくなればなるほど増加した。すなわち、電極の穴開
けも、電極配線の形成もどちらも極めて高度な技術を要
していたためである。本発明によれば、例えば電極の穴
開けは不要であるので、歩留りは、主として電極配線の
形成だけとなる。例えば、穴開けと電極配線形成の不良
発生率が、いずれも20%であったとすると、この2つ
の工程を行えば、良品は64%でしかないが、本発明を
使用すれば、穴開けの工程は不要であるので、80%が
良品となる。
The number of defects is determined by T
It increased as the amount of FT increased and as the area of the panel increased. That is, both the formation of the holes in the electrodes and the formation of the electrode wiring required extremely advanced techniques. According to the present invention, for example, since it is not necessary to form a hole in an electrode, the yield is mainly only to form an electrode wiring. For example, assuming that the rate of occurrence of defects in forming holes and forming electrode wirings is 20%, if these two steps are performed, only 64% of non-defective products are obtained. Since no process is required, 80% is non-defective.

【0076】一方、特に液晶ディスプレーにおいては、
ゲイト配線と信号線(ソース、ドレイン配線)との短絡
による不良の発生は大きな問題であった。これは、直接
的には取扱上の問題に起因する不良であったが、間接的
には、層間絶縁物の不良であると考えられる。すなわ
ち、層間絶縁物として使用される酸化珪素は、配線の起
伏を完全にカバーすることができず、その厚さに厚いと
ころや薄いところが生じ、特に、下部配線であるゲイト
配線の側面では膜は薄くなった。一方、下部配線の上面
には十分な厚さの膜が形成された。この状態で、上部配
線を形成すると、下部配線の側面において、短絡がおこ
りやすかった。しかしながら、本発明によれば、下部配
線の側面も上面もほぼ同じ厚さの陽極酸化絶縁膜を形成
できるので、そのような問題は解決される。この陽極酸
化絶縁膜を形成したのちに、従来のように層間絶縁膜を
形成すれば、絶縁効果は一層高められる。
On the other hand, especially in a liquid crystal display,
The occurrence of a defect due to a short circuit between the gate wiring and the signal line (source / drain wiring) was a serious problem. This is directly a defect due to a problem in handling, but indirectly is considered to be a defect of the interlayer insulator. That is, the silicon oxide used as the interlayer insulator cannot completely cover the undulations of the wiring, and its thickness may be thick or thin. Particularly, the film is not formed on the side surface of the gate wiring as the lower wiring. It has become thin. On the other hand, a film having a sufficient thickness was formed on the upper surface of the lower wiring. When the upper wiring was formed in this state, a short circuit was likely to occur on the side surface of the lower wiring. However, according to the present invention, such a problem is solved because the anodic oxide insulating film having substantially the same thickness on both the side surface and the upper surface of the lower wiring can be formed. If an interlayer insulating film is formed after the formation of the anodic oxide insulating film, the insulating effect can be further enhanced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明によるTFTの作製工程例を示す。FIG. 1 shows an example of a manufacturing process of a TFT according to the present invention.

【図2】 本発明によって作製した液晶ディスプレーの
画素例を示す。
FIG. 2 shows an example of a pixel of a liquid crystal display manufactured according to the present invention.

【図3】 本発明によるTFTの作製工程例を示す。FIG. 3 shows an example of a manufacturing process of a TFT according to the present invention.

【図4】 本発明によるTFTの作製工程例を示す。FIG. 4 shows an example of a manufacturing process of a TFT according to the present invention.

【図5】 本発明によって作製した液晶ディスプレーの
画素例を示す。
FIG. 5 shows a pixel example of a liquid crystal display manufactured according to the present invention.

【図6】 本発明によるTFTの作製工程例を示す。FIG. 6 shows an example of a manufacturing process of a TFT according to the present invention.

【図7】 本発明によるTFTの作製工程例を示す。FIG. 7 shows an example of a manufacturing process of a TFT according to the present invention.

【図8】 本発明によるTFTの作製工程例を示す。FIG. 8 shows an example of a manufacturing process of a TFT according to the present invention.

【図9】 本発明による液晶ディスプレーパネルの作製
例を示す。
FIG. 9 shows an example of manufacturing a liquid crystal display panel according to the present invention.

【図10】 本実施例によるTFTの作製工程を示す。FIG. 10 shows a manufacturing process of the TFT according to the present embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 絶縁性基板 102 パッシベーション膜 103 半導体領域 104 ゲイト絶縁膜 105 第1の配線(ゲイト配線) 106 ゲイト電極 107 第1の配線(蓄積容量配線) 108 不純物領域 109 陽極酸化絶縁膜 110 第2の配線(ドレイン電極・配線) 111 第2の配線(ソース電極・配線) 112 画素電極・配線 Reference Signs List 101 Insulating substrate 102 Passivation film 103 Semiconductor region 104 Gate insulating film 105 First wiring (gate wiring) 106 Gate electrode 107 First wiring (storage capacitor wiring) 108 Impurity region 109 Anodized insulating film 110 Second wiring ( Drain electrode / wiring) 111 Second wiring (source electrode / wiring) 112 Pixel electrode / wiring

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 魚地 秀貴 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 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Hideki Uojichi 398 Hase, Atsugi-shi, Kanagawa Inside Semiconductor Energy Research Institute Co., Ltd.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上方に形成された画素電極と、前記
画素電極に接続された薄膜トランジスタとを有する半導
体装置において、 前記薄膜トランジスタは、 少なくともソース領域、ドレイン領域およびチャネル形
成領域を有する島状半導体層と、 前記半導体層上に形成されたゲイト絶縁膜と、 前記チャネル形成領域上に前記ゲイト絶縁膜を介して形
成されたゲイト電極と、 前記ゲイト電極の少なくとも側面に形成された陽極酸化
膜とを有し、 前記ソース領域または前記ドレイン電極に画素電極が電
気的に接続され、 前記画素電極と容量を形成する蓄積容量電極が前記基板
上方に形成され、 前記チャネル形成領域と前記ドレイン領域との境界およ
び前記チャネル形成領域と前記ソース領域との境界は、
前記陽極酸化膜の下に位置することを特徴とする半導体
装置。
1. A semiconductor device having a pixel electrode formed above a substrate and a thin film transistor connected to the pixel electrode, wherein the thin film transistor is an island-shaped semiconductor layer having at least a source region, a drain region, and a channel formation region. A gate insulating film formed on the semiconductor layer, a gate electrode formed on the channel formation region via the gate insulating film, and an anodic oxide film formed on at least a side surface of the gate electrode. A pixel electrode is electrically connected to the source region or the drain electrode; a storage capacitor electrode forming a capacitor with the pixel electrode is formed above the substrate; a boundary between the channel formation region and the drain region And a boundary between the channel forming region and the source region,
A semiconductor device located under the anodic oxide film.
【請求項2】 基板上方に形成された画素電極と、前記
画素電極に接続された薄膜トランジスタとを有する半導
体装置において、 前記薄膜トランジスタは、 少なくともソース領域、ドレイン領域およびチャネル形
成領域を有する島状半導体層と、 前記半導体層の近隣に形成されたゲイト絶縁膜と、 前記チャネル形成領域の近隣に前記ゲイト絶縁膜を介し
て形成されたゲイト電極と、 前記ゲイト電極の少なくとも側面に形成された陽極酸化
膜とを有し、 前記ソース領域または前記ドレイン電極に画素電極が電
気的に接続され、 前記画素電極と容量を形成する蓄積容量電極が前記基板
上方に形成され、 前記チャネル形成領域と前記ドレイン領域との境界およ
び前記チャネル形成領域と前記ソース領域との境界は、
前記陽極酸化膜の外端によりセルフアラインで形成され
ることを特徴とする半導体装置。
2. A semiconductor device having a pixel electrode formed above a substrate and a thin film transistor connected to the pixel electrode, wherein the thin film transistor is an island-shaped semiconductor layer having at least a source region, a drain region and a channel formation region. A gate insulating film formed near the semiconductor layer; a gate electrode formed near the channel forming region via the gate insulating film; and an anodic oxide film formed on at least a side surface of the gate electrode. A pixel electrode is electrically connected to the source region or the drain electrode, a storage capacitor electrode forming a capacitor with the pixel electrode is formed above the substrate, and the channel formation region and the drain region Boundary and the boundary between the channel forming region and the source region,
A semiconductor device formed in a self-aligned manner by an outer end of the anodic oxide film.
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