JPH10294470A

JPH10294470A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH10294470A
Application number: JP10211398A
Authority: JP
Inventors: Toshimitsu Konuma; 利光小沼; Akira Sugawara; 彰菅原; Yukiko Uehara; 由起子上原
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1998-03-30
Filing date: 1998-03-30
Publication date: 1998-11-04

Abstract

(57)【要約】【課題】ゲイト電極の表面に有する陽極酸化物中の陽
極酸化物中の不純物を除去し、かかるゲイト電極を有す
る絶縁ゲイト型電界効果トランジスタのｏｆｆ電流を低
減する。【解決手段】金属または珪素でなるゲイト電極を有す
る絶縁ゲイト型電界効果トランジスタであって、前記ゲ
イト電極は、該ゲイト電極の表面に前記金属または珪素
の陽極酸化物を有し、前記陽極酸化物は、表面側の層
と、内部側の層とを有し、前記表面側の層は、前記内部
側の層より炭素原子の含有量が少なく、且つ前記内部側
の層は、前記表面側の層より前記金属または珪素と前記
金属または珪素の陽極酸化物との混合物の含有量が少な
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、陽極酸化方法、特に半
導体装置における電極、配線の陽極酸化方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体装置の電極、配線等を構成
する金属間を絶縁する方法として、金属表面に陽極酸化
工程によって高抵抗を有する陽極酸化物を形成し、各構
成物間のリークやショートとの発生を防止する方法が多
く取られていた。陽極酸化物は、使用する電解液により
性質が異なり、特に、中性電解液を陽極酸化液として用
いた場合、バリア型と呼ばれる極めて緻密な組成を有
し、ピンホールの発生も少ないため、電極、配線間の絶
縁物として広く利用されていた。

【０００３】従来の陽極酸化の方法はまず、基板上に形
成されたアルミニウム、タンタル、チタン、シリコン等
よりなる金属配線に対し、直流電源の陽極を接続し、白
金等よりなる陰極電極を直流電極の陰極に接続し、金属
配線および陰極電極を陽極酸化液中に浸し、両者間に直
流電圧を印加して、陽極酸化が行なわれていた。

【０００４】このとき、陽極・陰極間に流れる電流、電
圧を次のように変化させるのが一般的であった。図１に
示すように、従来は、まず任意の期間電流値が一定とな
るようした（定電流状態）。すると、金属配線上に陽極
酸化膜が形成されはじめ、膜厚が厚くなるにしたがっ
て、金属配線の抵抗値が高くなるため、電圧値が次第に
増加する。次に、任意の電圧値に到達したところで、今
度は電圧を一定となるように制御方法を切り換えると
（定電圧状態）、電流量が下がりはじめ、数〜数十分間
その電圧を維持し、その後陽極酸化工程を終了させてい
た。

【０００５】すなわち、陽極酸化工程においては、形成
される陽極酸化膜は高い抵抗を有する膜であるため、定
電流状態にしておくと、その時の電圧値は形成されてい
る陽極酸化膜の膜厚に比例するため、電圧値をみて膜厚
を制御できる。ところが、定電流状態では膜厚は制御で
きるが、形成された酸化膜は膜厚、膜質の均質化が十分
でなく、電極間にも相当の電流が流れる。

【０００６】そこで、今度は電圧を一定にして酸化を進
めていくことで、酸化膜の膜厚、膜質が十分に均質化さ
れ、次第に電流値が低下していき、最終的には定電流状
態の終了時の電流値に比較して１０分の１程度になる。
このように良好な絶縁性を有する陽極酸化膜を得るため
に、定電流状態から定電圧状態に移行する構成を、従来
はとっていた。

【０００７】

【従来技術の問題点】ところが、このような方法により
形成した陽極酸化膜を有する金属配線を、絶縁ゲイト型
の薄膜トランジスタのゲート電極として用いた場合、幾
つかの問題が発生した。（１）ゲート部の寄生電界従来の方法により形成された薄膜トランジスタは、ゲー
ト電極に電界が印加されなくとも、トランジスタ内部に
電界が発生してしまう場合が多く見られ、この電界が寄
生電界となって、ｏｆｆ電流低下を妨げていた。これ
は、ＢＴ処理（Ｂｉａｓ電圧／Ｔｈｅｒｍａｌ）による
特性シフトの原因ともなっていた。

【０００８】この現象を解明するため本発明者らは、上
記現象はゲート部の陽極酸化物中の不純物により発生し
ているとの観点から、陽極酸化された金属配線の不純物
の濃度の分析を行った。その結果、内部の金属と、金属
表面上に形成された酸化膜との境目の領域に、金属と酸
化物との混合状態を呈する部分があることがわかった。

【０００９】その一例として、図２に従来の方法により
作製された陽極酸化されたアルミニウム配線の組成をオ
ージェ電子分光法（ＡＥＳ）により測定した結果を示
す。また、図３には図２のグラフの縦軸を拡大したもの
を示す。図２及び図３において、縦軸は物質の存在強
度、横軸は深さ方向へのスパッタの時間軸を示す。この
陽極酸化アルミニウム膜は、定電流状態において電圧上
昇速度を１Ｖ／ｍｉｎとし、１００Ｖに到達した時点
で、定電圧状態に切替え、１００Ｖを３０分保持して形
成したものである。陽極酸化液には３〜１０％の酒石酸
をエチレングリコールに溶かしたものをＮＨ₃水で中和
したもの（ＰＨ≒７）を用いた。

【００１０】図３よりわかる通り、酸化アルミニウム
（Ａｌ₂Ｏ₃）とアルミニウム（Ａｌ）は、特定の深さ
で明確に分かれているのではなく、外側層の酸化アルミ
ニウムが殆どの領域、内側層の酸化アルミニウムとアル
ミニウムの混合領域、酸化されてないアルミニウムが殆
どの領域と、３つの領域が存在する。

【００１１】図３よりわかるもう一つの点は、酸化アル
ミニウムの領域においては、アルミニウムの領域と比較
すると、ごく微量ではあるが炭素（Ｃ）の存在が確認さ
れた。すなわち、陽極酸化された酸化アルミニウムにお
いては、陽極酸化液から取り込まれたと思われる炭素が
含有されている。

【００１２】この、酸化アルミニウム中のアルミニウム
および炭素が、酸化アルミニウムにおける不純物として
作用し、これらが正または負の寄生電荷となってゲート
部に寄生電界を発生させていた。

【００１３】（２）陽極酸化時間他方、バリア型の陽極酸化物を形成するには、長い場合
には１２０分以上と極めて長い時間を掛ける必要があ
り、より短時間で陽極酸化膜を形成する方法が望まれて
いた。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、陽極酸化物
中の不純物を除去し、膜質の改善を図ることを目的とす
る。また、陽極酸化物が形成された薄膜トランジスタの
寄生電界によるｏｆｆ電流増加を防止することを目的と
する。さらに、陽極酸化工程の高速化を図ることを目的
とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、本発明は、金属を陽極酸化して形成された陽極酸化
物であって、該陽極酸化物は、表面側の層と、内部側の
層とを有し、前記表面側の層は、前記内部側の層より炭
素原子の含有量が少なく、且つ前記内部側の層は、前記
表面側の層より前記金属と前記金属の陽極酸化物との混
合物の含有量が少ないことを特徴とする陽極酸化物であ
る。

【００１６】また、本発明は、前記金属薄膜と前記陰極
電極との間の電圧が、特定の電圧値に到達するまでの間
に、前記金属薄膜と前記陰極電極との間に流れる電流値
を段階的に増加させる工程と、前記電圧が前記特定の電
圧値に到達した後に、前記電圧値を維持する工程とを有
することを特徴とする陽極酸化方法である。

【００１７】また、本発明は、基板上の金属薄膜が、陽
極酸化液を介して陰極電極と電気的に接続され、前記金
属薄膜を陽極として、前記金属薄膜と前記陰極電極との
間に直流電流を流す際陽極酸化膜を設けた場合、従来の
ものと比較して、ｏｆｆ電流を小さくすることができ
る。前記金属薄膜と前記陰極電極との間の電圧が、特定
の電圧値に到達するまでの間に、前記金属薄膜と前記陰
極電極との間に流れる電流値を連続的に増加させる工程
と、前記電圧が前記特定の電圧値に到達した後に、前記
電圧値を維持する工程とを有することを特徴とする陽極
酸化方法である。

【００１８】また、本発明は、基板上の金属薄膜が、陽
極酸化液を介して陰極電極と電気的に接続され、前記金
属薄膜を陽極として、前記金属薄膜と前記陰極電極との
間に直流電流を流す際に、前記金属薄膜と前記陰極電極
との間の電圧が、特定の電圧値に到達するまでの間に、
前記金属薄膜と前記陰極電極との間に流れる電流値を一
定に維持する工程と、前記電圧が前記特定の電圧値に到
達した後に、前記電圧値を一定速度で増加する工程とを
有することを特徴とする陽極酸化方法である

【００１９】

【作用】

（１）酸化物中のＡｌ不純物本出願人は、陽極酸化工程において、従来の如く、定電
流状態から定電圧状態に移行するのではなく、電流値
を増加する状態から、定電圧状態に移行する、定電流
状態から、電圧値を増加する状態に移行する、というも
のである。

【００２０】ここで、について電流の増加する状態と
して、図４（Ａ）に示すように初期に電流密度０．０１
〜０．１ｍＡ／ｃｍ²の範囲とし、後半では電流密度を
０．２〜５ｍＡ／ｃｍ²の範囲とする２段階切替え方式
と、図４（Ｂ）に示すように、電流の量を連続的に増加
させる方法と、大きく分けて２通りある。

【００２１】上記いずれの方法でも本出願人の研究によ
れば、電流量により陽極酸化膜の膜質を変化させる得る
ことがわかった。

【００２２】図５に、電流密度が１分間に５ｍＡ／ｃｍ
²ずつ増加するように制御し、１分後に電極間の電圧が
１００Ｖに到達した時点で、定電圧モードに切替え、１
００Ｖを３０分保持して形成したアルミニウム陽極酸化
膜の組成をオージェ電子分光法（ＡＥＳ）により測定し
た結果を示す。また、図６には図５のグラフの縦軸を拡
大したものを示す。

【００２３】図６において、縦軸は物質の存在強度、横
軸は深さ方向へのスパッタの時間軸を示す。陽極酸化液
には３〜１０％の酒石酸をエチレングリコールに溶かし
たものをＮＨ₃水で中和したもの（ＰＨ≒７）を用い
た。

【００２４】図６の陽極酸化アルミニウムは、図３に示
した従来の方法により形成された陽極酸化されたアルミ
ニウムに比較して、陽極酸化アルミニウムとアルミニウ
ムが混在している内側層の領域が大幅に少ないことがわ
かる。一方、陽極酸化アルミニウム中の炭素の量は、図
１のものと比較して増加している。

【００２５】また、電圧上昇速度を変えたときのＡＥＳ
によるアルミニウムの深さ分析の結果を図７に示す。図
から分かるように、電圧上昇速度が大きいほど陽極酸化
アルミニウムとアルミニウムが混在している領域の割合
が小さくなることが分かる。

【００２６】さらに、電圧上昇速度を変えたときの炭素
の深さ分析の結果を図８に示す。図から分かるように電
圧上昇速度が大きいほど炭素含有領域の占める割合が大
きくなることが分かる。

【００２７】このようにして、電流量を変化させること
で、陽極酸化膜の膜質が大きく変化することがわかっ
た。そこで、これらの性質を上手く組み合わせること
で、より特性の良い陽極酸化膜を得ることができるとい
う知見に基づき、本発明がなされた。

【００２８】また、電流量は、従来は電流密度０．０１
〜０．１ｍＡ／ｃｍ²、電圧上昇速度は０．２〜３Ｖ／
ｍｉｎ程度で行なっていたのに対し、前述のように膜質
を大きく変化させる場合、電流密度は０．２〜５ｍＡ／
ｃｍ²、電圧上昇速度は５〜１００Ｖ／ｍｉｎ程度がよ
い。

【００２９】（２）陽極酸化速度このように、電流量が極めて多くなるため、この２つの
方法を組み合わせることで、従来の陽極酸化法と比較し
て極めて高速に陽極酸化を行なうことができる。以下実
施例において、本発明の陽極酸化方法について詳述す
る。

【００３０】

【実施例】

〔実施例１〕本実施例においては、基板上に形成された
アルミニウム薄膜に対し、陽極酸化を行った例を示す。
１００ｃｍ×１００ｃｍの大きさのガラス基板上に６０
００Å厚にスパッタ法で形成されたアルミニウム薄膜を
設けた。他にタンタル、チタン、シリコン等を用いるこ
とができる。

【００３１】このガラス基板上のアルミニウム薄膜に対
し、直流電源の陽極を電気的に接続し、他方直流電源の
陰極側は白金よりなる陰極電極を設け、前記ガラス基板
及び陰極電極を陽極酸化液中に配置した。陽極酸化液
は、３％酒石酸をエチレングリコールに溶かし、ＮＨ₃
で中和したものを用いた。また、陽極酸化液の温度は１
０℃であった。

【００３２】次に、直流電源より、アルミニウム薄膜と
陰極電極との間に電流を流して陽極酸化を行なった。

【００３３】内側層の金属アルミニウム及び炭素の含有
量は電極間の電圧上昇速度に依存する。特に、金属アル
ミニウムが検出される内側層の厚さは、酸化アルミニウ
ム層中の４０％以下となることが望ましい。この為に
は、Ｖ_rateは５〜１２０Ｖ／ｍｉｎ、特に１０〜８０Ｖ
／ｍｉｎとすることが望ましい。さらに、Ｖ_rateを複合
変化にすると、１０％以下にすることが可能となる。

【００３４】本実施例においては、到達電圧を１２０Ｖ
とし、この電圧に到達するまでの間に、次のように電流
値を変化させた。まず、電流密度を０．０５ｍＡ／ｃｍ
²として、この値を１０分間保持した。この時の電圧上
昇速度は１Ｖ／ｍｉｎであり、１０分後には１０Ｖに達
した。この後、電流密度を０．５ｍＡ／ｃｍ²と増加さ
せて、陽極酸化を行なった。この時の電圧昇速度は１０
Ｖ／ｍｉｎであり、１１分後には到達電圧である１２０
Ｖに達した。この後、電圧１２０Ｖを維持しながら、１
５分間定電圧状態とした。このようにして、アルミニウ
ム薄膜に対し、陽極酸化を行なうことができた。

【００３５】形成された陽極酸化膜は、膜厚１６００
Å、耐圧１００〜１０５Ｖを有していた。また、陽極酸
化膜の外層（表面側）においては炭素の含有率が１％以
下であった。またオージェ電子分光法で観察すると、陽
極酸化アルミニウムとアルミニウムとの混合状態を示す
領域がやや見られた。

【００３６】さらにその内側に存在する内側層において
は、酸化アルミニウムとアルミニウムとの混合状態を示
す領域はほとんど見られず、酸化アルミニウムと明確に
区別できるアルミニウムが内側に存在した。

【００３７】また、炭素は外層にてブロッキングされた
ため、表面よりやや存在強度は強いものの、外層を設け
ずに電圧上昇速度を単に大きくした場合すなわち図３に
示す陽極酸化アルミニウムに比較して弱かった。

【００３８】加えて、陽極酸化に要する時間は、従来で
あれば同じ膜厚を得るためには、１２０分必要であった
ところが、本発明により３６分と大幅に短縮された。す
なわち、本発明により陽極酸化工程を高速化できた。

【００３９】本発明により、陽極酸化されたアルミニウ
ム内の不純物成分の低減を図ることができた。加えて、
陽極酸化に要する時間は、従来であれば同じ膜厚を得る
ためには、１２０分必要であったところが、本発明によ
り３６分と大幅に短縮された。すなわち、本発明により
陽極酸化工程を高速化できた。

【００４０】また、陽極酸化工程の高速化により、ステ
ップカバレージを改善することが出来た。

【００４１】なお、高速に陽極酸化を行うと、通常の方
法で行った場合に比べ上記に示したように、酸化物表面
における炭素濃度が高くなる場合がある。酸化物表面中
の炭素は化成溶液中の酒石酸イオンに起因するところが
大きく陽極酸化工程で炭素を取り込んでいると考えられ
る。そこで、炭素の取込みを低減させるためには、化成
液の温度を高くして、分子運動を活発化し、酸化膜へ炭
素が捕獲される確率を低下させることで、炭素取込みを
低減させればよい。但し、極端に高温にすると、今度は
酸化アルミニウム等の化成液中への溶出が生じやすく、
この為、アルミニウム表面の荒れが発生する。従って、
アルミニウム／酸化アルミニウム界面での反射率が低下
する。このような場合、陽極酸化工程の後にレーザープ
ロセスが存在する場合、アルミニウムがレーザー光を吸
収しやすくなり、ピンホールが発生することが多かっ
た。このため、陽極酸化液の温度は適切な温度に制御さ
れることが望まれる。

【００４２】本実施例の作製方法により、ｏｆｆ電流の
低い良好な特性のＴＦＴを作製することができた。

【００４３】また、本実施例の薄膜トランジスタを液晶
材料の駆動素子として液晶パネルに使用することで、良
好な表示特性を実現することができた。

【００４４】〔実施例２〕本発明によって、異種のＴ
ＦＴを有する集積回路を作成する例を図９及び図１０に
示す。図１０の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、図９の
（Ａ）、（Ｃ）、（Ｅ）と、それぞれほぼ対応した、平
面図を示す。また、図９は、図１０中の一点鎖点線で示
された部分の断面である。まず、基板（コーニング７０
５９、３００ｍｍ×３００ｍｍもしくは１００ｍｍ×１
００ｍｍ）１０１上に、厚さ１０００〜３０００Åの酸
化珪素膜１０２をスパッタ法によって堆積した。これ
は、プラズマＣＶＤ法によって形成してもよい。

【００４５】その後、プラズマＣＶＤ法やＬＰＣＶＤ法
によってアモルファス状のシリコン膜を３００〜１５０
０Å、好ましくは５００〜１０００Å堆積し、これをパ
ターニングして、島状シリコン領域１０３及び１０４を
形成した。そして、厚さ２００〜１５００Å、好ましく
は５００〜１０００Åの酸化珪素をスパッタ法もしくは
プラズマＣＶＤ法によって形成した。この酸化珪素膜は
ゲイト絶縁膜としても機能するので、その作製には十分
な注意が必要である。例えば、プラズマＣＶＤ法を用い
る場合には、ＴＥＯＳを原料とし、酸素とともに基板温
度１５０〜４００℃、好ましくは２００〜２５０℃で、
ＲＦ放電させて、原料ガスを分解・堆積した。ＴＥＯＳ
と酸素の圧力比は１：１〜１：３、また、圧力は０．０
５〜０．５ｔｏｒｒ、ＲＦパワーは１００〜２５０Ｗと
した。あるいはＴＥＯＳを原料としてオゾンガスととも
に減圧ＣＶＤ法もしくは常圧ＣＶＤ法によって、基板温
度を１５０〜４００℃、好ましくは２００〜２５０℃と
して形成してもよい。

【００４６】そして、ＫｒＦエキシマーレーザー（波長
２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を照射して、シリ
コン領域１０３のみを結晶化させた。レーザーのエネル
ギー密度は２００〜４００ｍＪ／ｃｍ²、好ましくは２
５０〜３００ｍＪ／ｃｍ²とし、また、レーザー照射の
際には基板を３００〜５００℃に加熱した。レーザーと
してはＸｅＣｌエキシマーレーザー（波長３０８ｎ
ｍ）、その他を用いてもよい。シリコン領域１０４はア
モルファスのままであった。

【００４７】その後、厚さ２０００Å〜５μｍ、例え
ば、６０００Åのアルミニウム膜を電子ビーム蒸着法に
よって形成して、これをパターニングし、ゲイト電極１
０６、１０７、１０９および配線１０８を形成した。ア
ルミニウムにはスカンジウム（Ｓｃ）を０．０５〜０．
３重量％ドーピングしておくと、加熱によるヒロックの
発生が抑制された。この状態を図９（Ａ）及び図１０
（Ａ）に示す。図１０（Ａ）から明らかなように、ゲイ
ト電極１０９と配線１０８は電気的に接続されており、
また、ゲイト電極１０６、１０７とゲイト電極１０９、
配線１０８とは、電気的に独立している。以下、前者を
Ａ系列、後者をＢ系列と称する。次に基板を、１〜３％
の酒石酸のエチレングリコール溶液をＮＨ₃で中和しｐ
Ｈ≒７としたものに浸し、白金を陰極、このアルミニウ
ムのゲイト電極を陽極として、陽極酸化をおこなった。
この時の陽極酸化液の温度は１０℃であった。

【００４８】陽極酸化の際には、陽極の電源端子は独立
して制御できるものを２種類用意し、Ａ系列とＢ系列と
は異なる端子に接続した。陽極酸化は、最初、Ａ系列お
よびＢ系列の両方に、電流を印加し続け、第１の電圧、
Ｖ₁まで電圧を上げ、その状態で１時間保持した。その
後、Ａ系列は電圧Ｖ₁を保ったまま、Ｂ系列には電流を
印加し続け、第２の電圧Ｖ₂まで電圧を上昇した。この
ように２段階の陽極酸化をおこなったために、Ａ系列と
Ｂ系列とではゲイト電極の側面、および上面に形成され
る陽極酸化物の厚さが異なり、後者の方が厚くなる。Ｖ
₁としては、５０〜１５０Ｖが好ましく、ここでは、１
００Ｖとした。Ｖ₂としては、１００〜２５０Ｖが好ま
しく、ここでは、２００Ｖとした。本実施例では定電流
状態では、電圧の上昇速度は２０〜５０Ｖ／ｍｉｎが適
当であった。当然ではあるが、Ｖ₁＜Ｖ₂である。この
結果、Ａ系列であるゲイト電極１０６、１０７には厚さ
約１２００Åの陽極酸化物１１０、１１１が、また、ゲ
イト電極１０９と配線１０８には厚さ２４００Åの陽極
酸化物１１２、１１３がそれぞれ形成された。（図９
（Ｂ））

【００４９】その後、イオンドーピング法（プラズマド
ーピング法ともいう）によって、各ＴＦＴの島状シリコ
ン膜中に、公知のＣＭＯＳ技術、自己整合不純物注入技
術を用いて、不純物イオン（燐、ホウ素）を注入した。
ドーピングガスとしてはフォスフィン（ＰＨ₃）及びジ
ボラン（Ｂ₂Ｈ₆）を用いた。ドーズ量は、２〜８×１
０¹⁵ｃｍ^-2とした。この結果、Ｎ型不純物（燐）領域１
１４、１１６及びＰ型不純物（ホウ素）領域１１５が形
成された。それは、図面でＮＴＦＴ１２６、１２８、Ｐ
ＴＦＴ１２７を形成するためである。

【００５０】さらに、ＫｒＦエキシマーレーザー（波長
２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を照射して、上記
不純物領域の導入によって結晶性の劣化した部分の結晶
性を改善させた。レーザーのエネルギー密度は１５０〜
４００ｍＪ／ｃｍ²、好ましくは２００〜２５０ｍＪ／
ｃｍ²であった。こうして、Ｎ型不純物領域１１４、１
１６およびＰ型の不純物領域１１５が活性化された。こ
れらの領域のシート抵抗は２００〜８００Ω／□であっ
た。本工程はＲＴＡ（ラピッド・サーマル・アニール）
によっておこなってもよい。（図９（Ｃ）、図１０
（Ｂ））

【００５１】以上の工程によって、それぞれのＴＦＴの
オフセット領域（高抵抗領域）の幅が決定された。すな
わち、図９の左側の２つのＴＦＴでは、陽極酸化物１１
０、１１１の厚さが約１２００Åなので、オフセット幅
ｘ₁、ｘ₃はイオンドーピングの際の回りこみを考慮し
て約１０００Åであり、右側のＴＦＴでは、陽極酸化物
１１３の厚さが約２４００Åなので、オフセット幅ｘ₂
は約２０００Åであった。（図９（Ｄ）参照）高周波動作用のＴＦＴ１２６，１２７のオフセット幅ｘ
₁、ｘ₃は、低オフ電流の要求されるＮＴＦＴ１２８の
オフセット幅ｘ₂よりも小さいことが必要である。しか
し、また、ＮＴＦＴはドレインの逆バイアスでのホット
キャリヤによる劣化が多発しやすいため、ＰＴＦＴより
もオフセット幅を大とすることが好ましい。すなわち、
ｘ₃＞ｘ₁である。また、オフ電流が少なく、かつ、高
いドレイン電流が印加されるＮＴＦＴ１２８は大きなオ
フセット幅を有するためｘ₂＞ｘ₃である。

【００５２】その後、ゲイト電極および配線（図１０
（Ｃ）の１３０）を分断して、回路に必要な長さにし
た。そして、全面に層間絶縁物１１７として、ＴＥＯＳ
を原料として、これと酸素とのプラズマＣＶＤ法、もし
くはオゾンとの減圧ＣＶＤ法あるいは常圧ＣＶＤ法によ
って酸化珪素膜を厚さ３０００〜１００００Å、例え
ば、６０００Å形成した。この際にフッ素を六フッ化二
炭素（Ｃ₂Ｆ₆）を用いて反応させて酸化珪素中に添加
するとステップカバレージが改善できる。基板温度は１
５０〜４００℃、好ましくは２００℃〜３００℃とし
た。さらに、スパッタ法によってＩＴＯ被膜を堆積し、
これをパターニングして画素電極１１８とした。そし
て、前記層間絶縁物１１７および配線１０８の陽極酸化
物１１２をエッチングして、コンタクトホール１１９を
形成した。（図１０（Ｄ））

【００５３】その後、層間絶縁物とゲイト絶縁膜１０５
をエッチングし、ＴＦＴのソース／ドレインにコンタク
トホールを形成した。図１には示されていないが、この
コンタクトホール形成の際に、同時に、陽極酸化物１１
０、１１１をもエッチングして、ゲイト電極１０６、１
０７へもコンタクトホールが形成されている。（図１０
（Ｃ）参照）そして、窒化チタンとアルミニウムの多層膜の配線１２
０〜１２５を形成した。配線１２４は画素電極１１８に
接続させた。また、ゲイト電極１０６、１０７には先に
形成されたコンタクトホールを介して、配線１２５が接
続した。最後に、水素中で２００〜３００℃で０．１〜
２時間アニールして、シリコンの水素化を完了した。こ
のようにして、集積回路が完成した。（図９（Ｅ）、図
１０（Ｃ））

【００５４】本実施例では、厚い陽極酸化物１１３をエ
ッチングしてコンタクトホールを形成する工程と、その
他のコンタクトホールを形成する工程を別々におこなっ
た。もちろん、同時におこなってもよいのであるが、本
実施例において、量産性を犠牲にして、あえてこのよう
にしたのは、前者の厚さが、後者よりも陽極酸化物の厚
さの差、１２００Åだけ厚く、かつ、本実施例で得られ
たバリヤ型陽極酸化物のエッチングレートが、酸化珪素
等に比較して極めて小さいからであり、この両者を同時
にエッチングすると、エッチングされやすい酸化珪素膜
で覆われたソース、ドレインへのコンタクトホールが大
幅にエッチングされ、ソース、ドレインにまで孔があい
てしまうからである。

【００５５】このようにして、異種のＴＦＴが同一基板
上に形成された。すなわち、図９及び図１０の左側の２
つのＴＦＴ１２６、１２７は活性層が結晶性シリコンで
高抵抗領域（オフセット領域）の幅の小さいＴＦＴで高
速動作に適しており、右側のＴＦＴ１２９は活性層がア
モルファスシリコンで高抵抗領域（オフセット領域）の
幅の大きなＴＦＴで低リーク電流を特徴としている。Ｔ
ＦＴ１２８の活性層はＴＦＴ１２７、１２８よりも結晶
化の程度の低い結晶生シリコンでも同じ効果が得られ
る。同じプロセスを用いてモノリシック型アクティブマ
トリクスを作製する場合には、前者をドライバー回路
に、後者をアクティブマトリクス回路に用いればよいこ
とはいうまでもない。

【００５６】ホットキャリヤによる劣化はＮＴＦＴによ
く見られるが、チャネル幅の大きなドライバーＴＦＴ
（このオフセット幅をｘ₄とする）では、あまり観察さ
れない。また、高周波動作を要求されるデコーダー回
路、特にシフトレジスタ、ＣＰＵ、メモリー、その他の
補正回路のＮＴＦＴ（そのオフセット幅をｘ₃とする）
は、チャネル幅が小さく、かつ、チャネル超も小さくす
る必要があるため、アクティブマトリクス回路中のＴＦ
Ｔ１２８（そのオフセット幅をｘ₂とする）よりもドレ
イン電圧が低いために劣化が少ない。このため、ｘ₄＜
ｘ₃＜ｘ₂であることが求められる。そして、ＰＴＦＴ
のオフセット幅ｘ₁はドライバーＴＦＴでもその外の補
助回路でも劣化がほとんどないため、ｘ₁≦ｘ₄である
ことが許される。

【００５７】本実施例の作製方法により、ｏｆｆ電流の
低い良好な特性のＴＦＴを作製することができた。

【００５８】また、本実施例の薄膜トランジスタを液晶
材料の駆動素子として液晶パネルに使用することで、良
好な表示特性を実現することができた。

【００５９】〔実施例３〕本実施例では、逆スタガ型の
絶縁ゲイト型の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）に対し、本
発明を実施した例を示す。図１１に、本実施例で作製す
るガラス基板上の絶縁ゲイト型薄膜トランジスタの作製
工程を示す。まず、基板（コーニング７０５９、３００
ｍｍ×４００ｍｍもしくは１００ｍｍ×１００ｍｍ）７
０１上に下地膜７０２として厚さ１０００〜３０００
Å、例えば２０００Åの窒化珪素膜をスパッタ法により
形成した。窒化珪素膜の代わりに酸化珪素膜を同程度の
厚さに設けてもよい。この場合、酸化珪素膜の形成方法
としては、酸素雰囲気中でのスパッタ法を使用する。し
かしより量産性を高めるためには、ＴＥＯＳをプラズマ
ＣＶＤ法で分解・堆積した膜を用いてもよい。

【００６０】次に、厚さ１０００Å〜２μｍ、例えば、
２８００Åのアルミニウム膜（１ｗｔ％のＳｉ、もしく
は０．１〜０．３％ｗｔのＳｃを含む）を電子ビーム蒸
着法もしくはスパッタ法で形成した。形成したアルミニ
ウム膜に対し、リン酸、硝酸、酢酸の混合溶液を用いた
ウェットプロセスによるフォトエッチングにより、断面
をテーパー状にしてパターニングし、ゲイト電極部７０
３を形成した。（図１１（Ａ））

【００６１】次にこのゲイト電極部７０３に対し、陽極
酸化を施した。本実施例では３％の酒石酸を溶かしたエ
チレングリコール液をアンモニアで中和したＰＨ≒７の
陽極酸化液を用いた。陽極酸化の際には電流量を電流密
度で０．０５〜５ｍＡ／ｃｍ²の範囲で１秒間に０．０
１６５ｍＡ／ｃｍ²の割合で連続的に増加させ、それに
伴い電圧上昇速度を１Ｖ／ｍｉｎから１００Ｖ／ｍｉｎ
に変化し、１分後に１００Ｖに到達した時点でその電圧
を３０分保持した。形成された陽極酸化アルミニウム７
０５の厚さは約１４００Åであった。

【００６２】以上の工程により、アルミニウムよりなる
ゲイト電極７０４と、陽極酸化アルミニウムよりなるゲ
イト絶縁膜７０５を形成することができた。（図９
（Ｂ））

【００６３】この後、大気中２００〜３００℃例えば２
００℃で数〜数十分加熱すると、陽極酸化アルミニウム
のリーク電流が一桁以上減少し、好ましかった。

【００６４】次にシランとアンモニアを１：３〜１：８
ここでは１：５の割合で用いてプラズマＣＶＤ法によ
り、２層目のゲイト絶縁膜７０６として窒化珪素膜を１
０００〜３０００Å、例えば２０００Å形成した。窒化
珪素膜の代わりに酸化珪素膜を同程度の厚さに設けても
よい。酸化珪素膜の形成方法としては、酸素雰囲気中で
のスパッタ法またプラズマＣＶＤ法を使用する。プラズ
マＣＶＤ法を用いる場合には、ＴＥＯＳを原料とし、酸
素とともに基板温度１５０〜４００℃、好ましくは２０
０〜２５０℃で、ＲＦ放電さけて、原料ガスを分解・堆
積した。ＴＥＯＳと酸素の圧力比は、１：１〜１：１０
また、圧力は０．０５〜０．５ｔｏｒｒ、ＲＦパワーは
１００〜２５０Ｗとした。あるいはＴＥＯＳを原料とし
てオゾンガスとともに、減圧ＣＶＤ法もしくは常圧ＣＶ
Ｄ法によって、基板温度を１５０〜４００℃、好ましく
は２００〜２５０℃として形成してもよい。このゲイト
絶縁膜７０６は設けなくてもよいが、設けた場合、電極
間短絡の減少、および薄膜トランジスタの相互コンダク
タンスの改善等を図ることができる。

【００６５】ゲイト絶縁膜７０６上に、チャネル形成領
域を構成するＩ型のアモルファスシリコン膜７０７を２
００〜２０００Å、例えば１０００Å形成した。さらに
その上に、５００〜３０００Å、ここでは１０００Åの
窒化珪素膜を形成した。形成した窒化珪素膜に対して純
水にて１／１０〜１／５０に希釈したフッ酸にてエッチ
ングを行ない、保護膜７０８を形成した。さらにその上
に、リンを含んだｎ⁺アモルファスシリコン膜７０９を
プラズマＣＶＤ法により２００〜１０００Å、ここでは
３００Å厚に形成した。（図１１（Ｃ））

【００６６】次に、Ｉ型のアモルファスシリコン膜７０
７とｎ⁺アモルファスシリコン膜７０９に対しドライエ
ッチングを行ない、パターニングした。その上に、アル
ミニウム膜を電子ビーム蒸着法またはスパッタ法にて１
０００〜２μｍここでは３０００Å厚に形成した。そし
て、このアルミニウム膜およびその下のｎ⁺アモルファ
スシリコン膜をドライエッチングによりエッチング、パ
ターニングし、ソース電極７１０、ドレイン電極７１１
を形成し、かつその下の、ｎ⁺アモルファスシリコン膜
をソース領域とドレイン領域に分割し、薄膜トランジス
タが完成した。（図１１（Ｄ））

【００６７】本実施例の作製方法により、ｏｆｆ電流の
低い良好な特性のＴＦＴを作製することができた。

【００６８】また、本実施例の薄膜トランジスタを液晶
材料の駆動素子として液晶パネルに使用することで、良
好な表示特性を実現することができた。

【００６９】

【発明の効果】本発明により、陽極酸化されたアルミニ
ウム内の不純物成分の低減を図ることができた。

【００７０】このため、特に絶縁ゲイト型薄膜トランジ
スタのゲート電極の陽極酸化膜に対し、本発明方法を用
いた場合、寄生容量の発生が低減でき、ｏｆｆ電流の低
減、特性シフトを除去することが出来た。

【００７１】また、本発明方法を、タンタル陽極酸化に
よるＭＩＭ（金属−絶縁体−金属）ダイオードに用いた
場合、ダイナミックレンジが向上し、周波数特性も向上
させることができた。

【００７２】さらに、従来極めて長時間を要していた陽
極酸化時間が、本発明により短時間化を図ることがで
き、これにより量産性が向上した。

【００７３】本明細書においては、主にアルミニウム
（Ａｌ）と陽極酸化して得られた酸化アルミニウム（Ａ
ｌ₂Ｏ₃）について示したが、本発明はこれに限定され
るものではなく、例えば、タンタル（Ｔａ）と酸化タン
タル（Ｔａ₂Ｏ₅）、チタン（Ｔｉ）と酸化チタン（Ｔ
ｉＯ₂）、珪素（Ｓｉ）と酸化珪素（ＳｉＯ₂）、また
はこれらの多層膜に対しても有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の陽極酸化法における電流・電圧の関係
を示す。

【図２】従来の方法により陽極酸化されたアルミニウ
ム配線の組成をオージェ電子分光法（ＡＥＳ）により測
定した結果を示す。

【図３】従来の方法により陽極酸化されたアルミニウ
ム配線の組成をオージェ電子分光法（ＡＥＳ）により測
定した結果（拡大図）を示す。

【図４】本発明の陽極酸化法における電流・電圧の関
係を示す。

【図５】電流量を増加して陽極酸化されたアルミニウ
ム配線の組成をオージェ電子分光法（ＡＥＳ）により測
定した結果を示す。

【図６】電流量を増加して陽極酸化されたアルミニウ
ム配線の組成をオージェ電子分光法（ＡＥＳ）により測
定した結果（拡大図）を示す。

【図７】電圧上昇速度を変えたときのＡＥＳによるＡ
ｌの深さ分析。

【図８】電圧上昇速度を変えたときのＡＥＳによる炭
素の深さ分析。

【図９】実施例２におけるＴＦＴ回路の作製方法を示
す（断面図）。

【図１０】実施例２におけるＴＦＴ回路の作製方法を
示す（上面図）。

【図１１】実施例３におけるＴＦＴ回路の作製方法を
示す。

【符号の説明】

１０１基板１０２下地絶縁膜１０３、１０４島状半導体領域（シリコン）１０５ゲイト絶縁膜（酸化珪素）１０６〜１０９ゲイト電極・配線（アルミニウム）１１０〜１１３陽極酸化物（酸化アルミニウム）１１４、１１６Ｎ型不純物領域１１５Ｐ型不純物領域１１７層間絶縁膜（酸化珪素）１１８画素電極（ＩＴＯ）１１９コンタクトホール１２０〜１２５金属配線（窒化チタン／アルミニウ
ム）１２６〜１２８薄膜トランジスタ７０１基板７０２下地膜７０３ゲイト電極部７０４ゲイト電極（アルミニウム）７０５ゲイト絶縁膜（陽極酸化物）７０６２層目ゲイト絶縁膜７０７Ｉ型アモルファスシリコン膜７０８保護膜７０９ｎ⁺アモルファスシリコン膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属でなるゲイト電極を有する絶縁ゲイ
ト型電界効果トランジスタであって、前記ゲイト電極は、該ゲイト電極の表面に前記金属の陽
極酸化物を有し、前記陽極酸化物は、表面側の層と、内部側の層とを有
し、前記表面側の層は、前記内部側の層より炭素原子の含有
量が少なく、且つ前記内部側の層は、前記表面側の層より前記金属と
前記金属の陽極酸化物との混合物の含有量が少ないこと
を特徴とする半導体装置。
【請求項２】請求項１において、前記金属は、アルミ
ニウム、タンタル、チタンであることを特徴とする半導
体装置。
【請求項３】珪素でなるゲイト電極を有する絶縁ゲイ
ト型電界効果トランジスタであって、前記ゲイト電極は、該ゲイト電極の表面に前記珪素の陽
極酸化物を有し、前記陽極酸化物は、表面側の層と、内部側の層とを有
し、前記表面側の層は、前記内部側の層より炭素原子の含有
量が少なく、且つ前記内部側の層は、前記表面側の層より前記珪素と
前記珪素の陽極酸化物との混合物の含有量が少ないこと
を特徴とする半導体装置。