JPH11177105A - 半導体装置およびその作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ゲイト電極としてアルミ材料を用いたＴＦＴ
を高い歩留りで実現するための技術を提供する。 【解決手段】 活性層１０３、ゲイト絶縁膜１０４の上
に設けられたゲイト電極をタンタル層１１０とアルミニ
ウム層１０５との積層膜で構成する。この構造ではタン
タル層１１０がストッパーとなり、アルミニウム層１０
５の成分物質がゲイト絶縁膜中へ侵入するのを防ぐこと
ができる。また、タンタル層１１０の端部はタンタルオ
キサイド１１２となり、ＬＤＤ領域を形成する上でゲイ
ト絶縁膜へのイオン注入ダメージを低減する効果を持
つ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本願発明は半導体薄膜を利用
した薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと略記する）のゲ
イト電極構造に関する技術である。

【０００２】

【従来の技術】近年、ガラス基板または石英基板上に形
成されたＴＦＴでもって画素マトリクス回路及び駆動回
路を構成したアクティブマトリクス型液晶表示装置（以
下、ＡＭＬＣＤと略記する）が注目を浴びている。

【０００３】この様なＡＭＬＣＤは 0.5〜２インチ程度
のプロジェクター向けのものから10〜20インチ程度のノ
ートパソコン向けのものまであり、主に小型から中型ま
での表示ディスプレイとして利用されている。

【０００４】ＡＭＬＣＤが中型化すると画像表示部とな
る画素マトリクス回路の面積は大きくなり、マトリクス
状に配列されたソース線及びゲイト線は大きな付加容量
を有する様になる。

【０００５】そのため、配線としてアルミニウムまたは
アルミニウムを主成分とする材料（以下、アルミ材料と
略記する）を用いることが有力視されている。

【０００６】しかしながら、本発明者らが動作不良を起
こしたＴＦＴを不良解析した結果、ゲイト電極／チャネ
ル間においてショート（短絡）が生じている可能性があ
ることが判明した。

【０００７】これはゲイト絶縁膜で絶縁されているにも
拘らず何らかの原因でゲイト電極とチャネルがショート
しまい、ＴＦＴが動作不良を起こしたものと予想され
る。この要因としては以下の三つが考えられる。

【０００８】（１）アルミ原子がゲイト絶縁膜中に拡散
し、ゲイト絶縁膜を介して接するチャネルへ到達してし
まった。 （２）アルミ材料から生ずるヒロック、ウィスカー等の
突起物がゲイト絶縁膜を突き抜けてチャネルへ到達して
しまった。 （３）ゲイト絶縁膜にピンホールが存在し、熱処理の際
にアルミ原子が流動してピンホール内に入り込み、チャ
ネルへ到達してしまった。

【０００９】以上の様な要因が考えられるが、現状では
明確なメカニズムは不明である。しかし、ゲイト電極／
チャネル間でのショートが原因であることはほぼ間違い
なく、上記三つのいずれかが原因となっている可能性が
高い。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本願発明はゲイト電極
としてアルミ材料を用いたＴＦＴを高い歩留りで実現す
るための技術を提供することを課題とする。

【００１１】そのために、ゲイト電極とチャネル（活性
層）とのショートを防ぐための技術を提供することを課
題とする。また、同時にＬＤＤ領域の新規な形成方法を
提供することを課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本明細書で開示する発明
の構成は、同一基板上に形成された複数のＴＦＴで構成
される半導体回路を構成に含む半導体装置であって、前
記ＴＦＴは活性層、ゲイト絶縁膜並びにタンタル層とア
ルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする材料層と
を積層してなるゲイト電極を有し、前記タンタル層は、
前記アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする材
料層の構成元素が前記ゲイト絶縁膜中へ侵入するのを防
ぐブロッキング層として機能しうる膜厚を有することを
特徴とする。

【００１３】本願発明の主旨は、従来アルミ材料のみで
構成されていたゲイト電極をタンタル／アルミ積層膜
（タンタルが下層）とすることでアルミ成分がゲイト絶
縁膜中へと侵入するのを防ぐことにある。即ち、下層に
設けられたタンタル層をアルミ成分のブロッキング層と
して利用するのである。

【００１４】従って、タンタル層の膜厚はアルミ成分の
移動に対して十分に障壁として機能しうる程度に厚くな
ければならない。本発明者らの知見では５nm厚以上のタ
ンタル層が必要である。これ以下ではブロッキング効果
を期待できない。

【００１５】また、上限としては 200nm程度と考えてい
る。これ以上ではゲイト電極のトータル膜厚を抑える
（段差低減のため）ためにアルミ材料を薄くしなければ
ならず、アルミニウムの低抵抗性という特徴を活かすこ
とができない。

【００１６】以上の事からタンタル層の膜厚は５〜200
nm（好ましくは10〜100 nm、さらに好ましくは20〜50 n
m ）の範囲から選択することが好ましいと言える。

【００１７】なお、タンタル膜はアルミニウム膜と同じ
電解溶液で陽極酸化処理を行いやすいという特徴があ
り、さらに陽極酸化層の形成形態（酸化層の形成過程の
進行方向など）もアルミニウム膜のそれに近いことから
本願発明に用いるに好適な材料である。

【００１８】また、他の発明の構成は、同一基板上に形
成された複数のＴＦＴで構成される半導体回路を構成に
含む半導体装置であって、前記ＴＦＴは活性層、ゲイト
絶縁膜並びにタンタル層とアルミニウムまたはアルミニ
ウムを主成分とする材料層とを積層してなるゲイト電極
を有し、前記タンタル層のうち、前記アルミニウムまた
はアルミニウムを主成分とする材料層と重ならない領域
にはタンタルオキサイド層が形成されていることを特徴
とする。

【００１９】また、他の発明の構成は、同一基板上に形
成された複数のＴＦＴで構成される半導体回路を構成に
含む半導体装置であって、前記ＴＦＴは活性層、ゲイト
絶縁膜並びにタンタル層とアルミニウムまたはアルミニ
ウムを主成分とする材料層とを積層してなるゲイト電極
を有し、前記タンタル層の端部は前記アルミニウムまた
はアルミニウムを主成分とする材料層の外側に突出して
おり、当該突出した端部にはタンタルオキサイド層が形
成されていることを特徴とする。

【００２０】また、他の発明の構成は、同一基板上に形
成された複数のＴＦＴで構成される半導体回路を構成に
含む半導体装置であって、前記ＴＦＴは活性層、ゲイト
絶縁膜並びにタンタル層とアルミニウムまたはアルミニ
ウムを主成分とする材料層とを積層してなるゲイト電極
を有し、前記タンタル層の端部は前記アルミニウムまた
はアルミニウムを主成分とする材料層の外側に突出して
おり、前記活性層に含まれるソース又はドレイン接合部
の位置は、当該突出した端部によって画定されているこ
とを特徴とする。

【００２１】本願発明の特徴の一つとして、タンタル層
の一部を陽極酸化して得られたタンタルオキサイド層
を、ＬＤＤ領域を形成する際のマスクとして利用する点
が挙げられる。即ち、活性層に対してタンタルオキサイ
ド層を介したスルードーピングを行い、タンタルオキサ
イド層の下にＬＤＤ領域を形成する。

【００２２】そのため、活性層に設けられたＬＤＤ領域
の上には概略同一の形状でタンタルオキサイド層が形成
されているという構造の特徴がある。

【００２３】また、他の発明の構成は、同一基板上に形
成された複数のＴＦＴで構成される半導体回路を構成に
含む半導体装置の作製方法であって、活性層及びゲイト
絶縁膜を形成する第１の工程と、タンタル層とアルミニ
ウムまたはアルミニウムを主成分とする材料層とを順次
積層形成してなるゲイト電極を形成する第２の工程と、
前記アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする材
料層のみを選択的に陽極酸化して多孔質状アルミナ層を
形成する第３の工程と、再度の陽極酸化により前記アル
ミニウムまたはアルミニウムを主成分とする材料層の表
面に無孔質状アルミナ層を形成すると同時に、前記多孔
質状アルミナ層の下に位置するタンタル層の全部又は一
部をタンタルオキサイド層に変成させる第４の工程と、
を有することを特徴とする。

【００２４】また、他の発明の構成は、同一基板上に形
成された複数のＴＦＴで構成される半導体回路を構成に
含む半導体装置の作製方法であって、活性層及びゲイト
絶縁膜を形成する第１の工程と、タンタル層とアルミニ
ウムまたはアルミニウムを主成分とする材料層とを順次
積層形成してなるゲイト電極を形成する第２の工程と、
前記アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする材
料層のみを選択的に陽極酸化して多孔質状アルミナ層を
形成する第３の工程と、再度の陽極酸化により前記アル
ミニウムまたはアルミニウムを主成分とする材料層の表
面に無孔質状アルミナ層を形成すると同時に、前記多孔
質状アルミナ層の下に位置するタンタル層の全部又は一
部をタンタルオキサイド層に変成させる第４の工程と、
前記無孔質状アルミナ層及び前記多孔質状アルミナ層を
マスクとしてゲイト絶縁膜をエッチングする第５の工程
と、前記ゲイト電極、タンタルオキサイド層及びゲイト
絶縁膜をマスクとしてＮ型またはＰ型を付与する不純物
を添加する第６の工程と、を有することを特徴とする。

【００２５】なお、上記構成において第３の工程はシュ
ウ酸を主成分とする溶液中で行われる。この様な溶液中
ではアルミ材料のみが選択的に陽極酸化され、タンタル
層はそのまま残る。

【００２６】また、第４の工程は酒石酸を主成分とする
溶液中で行われる。この溶液中ではアルミ材料とタンタ
ル層との両方が陽極酸化される。この処理によりアルミ
材料は緻密な無孔質状アルミナ層で覆われ、タンタル層
の一部（溶液と接する部分）がタンタルオキサイド層に
変成する。

【００２７】

【発明の実施の形態】本願発明の実施形態について図１
を用いて説明する。図１（Ａ）は本願発明を利用したチ
ャネル方向（キャリアが移動する方向）に沿った断面図
である。ただし、ゲイト電極を覆う層間絶縁膜やソース
／ドレイン電極等は省略してある。

【００２８】図１（Ａ）において、１０１は基板、１０
２は下地膜（絶縁性珪素膜）である。下地膜を設ける場
合、基板１０１はガラス（結晶化ガラスも含む）、シリ
コンウェハ、セラミックス、石英などを用いることがで
きる。石英を用いる場合には下地膜がなくても構わな
い。

【００２９】また、１０３は活性層であり、半導体薄膜
（代表的には多結晶ポリシリコン膜）を島状にパターン
形成して得られる。本願発明は活性層１０３としてどの
様な半導体薄膜を用いても構わない。

【００３０】例えば、スマートカット法を利用したＳＯ
Ｉ基板（ＵＮＩＢＯＮＤ）またはＳＩＭＯＸ基板を用い
ることができる。その場合、活性層を単結晶シリコンで
形成できるので非常に動作性能の高いＴＦＴが実現でき
る。

【００３１】活性層１０３の上にはゲイト絶縁膜１０４
を介してゲイト電極が配置されている。ゲイト電極はア
ルミ層１０５を主として構成され、アルミ材料の低抵抗
性を活かして信号遅延の小さいＴＦＴが実現される。

【００３２】ここで１０６で示される点線で囲まれた領
域の拡大図を図１（Ｂ）に示す。図１（Ｂ）に示す様
に、活性層１０３はチャネル形成領域１０７、ＬＤＤ
（Lightly Doped Drain ）領域１０８、ドレイン（又は
ソース）領域１０９で構成され、チャネル形成領域１０
７及びＬＤＤ領域１０８上にゲイト絶縁膜１０４が設け
られている。

【００３３】なお、ゲイト絶縁膜は酸化珪素膜、窒化珪
素膜、酸化窒化珪素膜（SiO _x N _yで表される）または
それらの積層膜で構成される。

【００３４】特に、窒化珪素膜はイオンブロッキング効
果が高いのでゲイト絶縁膜の一部として用いることは有
効である。また、酸化窒化珪素膜は酸化珪素膜と窒化珪
素膜の両者の物性を併せ持つためゲイト絶縁膜として適
している。

【００３５】また、積層構造は二層に限らず複数層でも
構わない。例えば、酸化珪素／窒化珪素／酸化珪素の三
層構造からなる積層膜（ＯＮＯ膜と呼ばれる）は信頼性
が高いので本願発明のゲイト絶縁膜として好適である。

【００３６】また、ゲイト電極はタンタル層１１０、ア
ルミ層１０５の順に積層され、陽極酸化処理によってア
ルミ層１０５の一部は無孔質状アルミナ層１１１とな
り、タンタル層１１０の一部はタンタルオキサイド層１
１２となっている。

【００３７】なお、上述の陽極酸化の際、アルミ層１０
５及び無孔質状アルミナ層１１１と重ならないタンタル
層のみが陽極酸化され、図１（Ｂ）に示す様に、アルミ
層１０５の外側に突出した様な形でタンタルオキサイド
層が形成される。

【００３８】また、ソース／ドレイン領域を形成する際
はタンタルオキサイド層１１２をマスクとして利用して
その下の不純物濃度を意図的に低くし、ＬＤＤ領域１０
８を形成することができる。従って、ドレイン（又はソ
ース）領域１０９とＬＤＤ領域１０８との接合部（ソー
ス又はドレイン接合部）の位置は、タンタルオキサイド
の端部（突出した端部）によって自己整合的に画定され
る。

【００３９】以上の構成からなる本願発明の構成につい
て、以下に記載する実施例でもって詳細な説明を行うこ
ととする。

【００４０】

【実施例】〔実施例１〕本願発明を利用したＴＦＴの作
製工程について図２を用いて説明する。なお、本願発明
はゲイト電極の形成からソース／ドレイン領域の形成ま
でに特徴があり、その他の部分は公知の技術を利用でき
る。従って、本願発明は本実施例の作製工程に限定され
るものではない。

【００４１】まず、基板２０１としてガラス基板を用意
し、その上に下地膜２０２として酸化珪素（酸化シリコ
ン）膜を 200nm厚に形成する。そして、その上に公知の
手段により活性層２０３を形成する。活性層２０３の膜
厚は10〜100 nm（好ましくは15〜75nm、さらに好ましく
は20〜45nm）とする。（図２（Ａ））

【００４２】活性層２０３は単結晶シリコン膜、多結晶
シリコン膜（ポリシリコン膜）、非晶質シリコン膜（ア
モルファスシリコン膜）のいずれを用いても良いが、動
作速度を上げるためには単結晶シリコンか多結晶シリコ
ンを用いた方が良い。

【００４３】前述の様に単結晶シリコン膜を用いるなら
ばスマートカット法を利用したＵＮＩＢＯＮＤ基板、酸
素イオン注入法を用いたＳＩＭＯＸ基板等を用いること
が望ましい。この場合、シリコン基板と下地膜とが一体
化して得られるので改めて下地膜を設ける必要はない。

【００４４】また、多結晶シリコン膜を用いるならば直
接成膜か非晶質シリコン膜を結晶化して得ることができ
る。結晶化手段はエキシマレーザー光照射によるレーザ
ーアニール、赤外または紫外光照射によるランプアニー
ル、或いは電熱炉を利用したファーネスアニールを用い
れば良い。さらに、本発明者らによる特開平7-130652号
公報記載の技術を併用しても良い。

【００４５】こうして図２（Ａ）の状態が得られたら酸
化窒化珪素膜からなるゲイト絶縁膜２０４を形成し、さ
らに50nm厚のタンタル層２０５、 350nm厚のアルミニウ
ム層２０６を順次積層形成する。なお、本実施例ではア
ルミニウム層２０６として２wt% のスカンジウムを含有
させたアルミニウム層を利用する。

【００４６】また、タンタル層２０５、アルミニウム層
２０６は気相法（代表的にはスパッタリング法）で形成
すれば良い。( 図２（Ｂ））

【００４７】次に、タンタル層２０５及びアルミニウム
層２０６をドライエッチング法またはウェットエッチン
グ法によりエッチングして後のゲイト電極の原型となる
積層パターン２０７を形成する。

【００４８】ドライエッチング用のエッチングガスとし
てはアルミニウム層のエッチングには塩素系ガス、タン
タル層のエッチングにはフッ素系ガスという様に使い分
ければ連続的に処理することが可能である。なお、タン
タル層が50nm程度と薄い場合には塩素系ガスでアルミニ
ウム層とタンタル層とを一括でエッチングできることが
確認されている。（図２（Ｃ））

【００４９】なお、積層パターン２０７のパターニング
にはレジストマスク（図示せず）を利用しているが、レ
ジストマスクを形成する前にアルミニウム層の表面を薄
い陽極酸化膜で覆っておくと密着性が向上する。

【００５０】次に、レジストマスクを残したまま３％シ
ュウ酸水溶液中で到達電圧８Ｖの陽極酸化処理を行い、
600〜800 nm厚の多孔質状アルミナ層２０８を形成す
る。この溶液中ではタンタル層は陽極酸化されずに残
り、アルミニウム層のみが選択的に陽極酸化される。
（図２（Ｄ））

【００５１】さらに、図示しないレジストマスクを除去
した後、３％の酒石酸を含むエチレングリコール溶液中
で到達電圧80Ｖの陽極酸化処理を行う。この処理ではア
ルミニウム層とタンタル層との両方が陽極酸化される。
（図２（Ｅ））

【００５２】タンタル層２０５の方は多孔質状アルミナ
層２０８に接する部分だけが陽極酸化されてタンタルオ
キサイド層２０９を形成する。これはその部分だけが多
孔質状アルミナ層２０８の内部を浸透してきた電解溶液
に触れるためである。

【００５３】また、アルミニウム層２０６の方はその表
面（多孔質状アルミナ層の内側）に100〜120 nm厚の無
孔質状アルミナ層２１０が形成される。無孔質状アルミ
ナ層２１０の膜厚は到達電圧によって決定される。

【００５４】ここで、図２（Ｅ）に示す状態を示すＳＥ
Ｍ写真を図１０（Ａ）に示す。なお、図１０（Ａ）は図
２（Ｅ）の構造を実験的に再現したサンプルを４万倍に
拡大したＳＥＭ写真であり、多孔質状アルミナ層付近の
様子を示している。

【００５５】また、図１０（Ａ）の模式図を図１０
（Ｂ）に示す。図１０（Ｂ）において、１０は酸化珪素
膜でなる下地、１１はタンタル層、１２はアルミニウム
層、１３はタンタルオキサイド層、１４は無孔質状アル
ミナ層、１５は多孔質状アルミナ層である。

【００５６】図１０（Ｂ）に示す様に、アルミニウム層
１２の表面は無孔質状アルミナ層１４で覆われ、その外
側に多孔質状アルミナ層１５が形成されている。そし
て、タンタル層１１の端部（多孔質状アルミナ層の下）
にはタンタルオキサイド層１３が形成されている。

【００５７】なお、図１０（Ａ）に示す写真で見る限
り、タンタル層は陽極酸化処理によってタンタルオキサ
イド層に変成する際に約２倍程度に体積が膨張して、膜
厚が２〜４倍（代表的には３倍）程度に厚くなる様であ
る。

【００５８】この様な構造が得られたら、次にゲイト電
極及び多孔質状アルミナ層をマスクとしてドライエッチ
ング法によりゲイト絶縁膜２０４のエッチングを行う。
エッチングガスとしてはＣＨＦ₃ ガスを55sccmの流量で
用い、圧力55mTorr 、供給電力 800Ｗの条件で行う。

【００５９】この工程によりゲイト絶縁膜２０４が自己
整合的にエッチングされ、２１１で示される様な島状の
パターンに加工される。この時、ゲイト絶縁膜の端部
（ＧＩ端部）２１２はゲイト電極よりも外側に突出した
様な形で残る。また、後にソース／ドレイン領域となる
活性層が露出した状態となる。

【００６０】このエッチング工程が終了したら、マスク
として利用した多孔質状アルミナ層２０８を45℃に保温
したアルミ混酸（リン酸、酢酸、硝酸、水の混合液）溶
液を用いて除去する。

【００６１】この時、多孔質状アルミナ層２０８とタン
タルオキサイド層２０９の選択比が大きいので、タンタ
ルオキサイド層２０９はエッチングされない。この様子
は図１１に示すＳＥＭ写真からも明らかである。

【００６２】図１１に示すＳＥＭ写真は、図１０（Ａ）
に示す状態から多孔質状アルミナ層１５のみを除去した
状態を示している。この写真からはタンタルオキサイド
層がひさし状に残っていることが確認できる。

【００６３】こうして図３（Ａ）の状態が得られたら、
１回目の不純物イオン注入工程をイオンインプランテー
ション法またはプラズマドーピング法によって行う。ま
ず、１回目は加速電圧を70〜85keV と高くして行う。
（図３（Ｂ））

【００６４】なお、Ｎチャネル型ＴＦＴ（ＮＴＦＴ）を
作製するならＰ（リン）またはＡｓ（砒素）を選び、Ｐ
チャネル型ＴＦＴ（ＰＴＦＴ）を作製するならＢ（ボロ
ン）を選べばよい。本実施例はリンを例にとって説明す
る。

【００６５】この工程は加速電圧が高いためタンタルオ
キサイド層２０９とＧＩ端部２１２を通過して不純物イ
オンが注入される。即ち、ＧＩ端部等で覆われた領域の
下にも不純物が添加される。

【００６６】そして、この工程においてＧＩ端部２１２
の下に打ち込まれた不純物は後にＬＤＤ領域の不純物濃
度を決定することになる。従って、イオン注入時のドー
ズ量はＬＤＤ領域が所望の濃度の不純物を含む様に実施
者が最適値を設定する必要がある。本実施例ではＧＩ端
部２１２の下に 1×10¹⁷〜 1×10¹⁸atoms/cm³ の濃度で
リンが添加される様に調節する。

【００６７】以上に示した様な不純物イオン注入工程を
行うことで、低濃度不純物領域２１３、２１４が形成さ
れる。

【００６８】この時、ＧＩ端部２１２の上にはタンタル
オキサイド層２０９が存在するため、イオン注入時のダ
メージが直接ゲイト絶縁膜に到達しないという利点があ
る。即ち、ゲイト絶縁膜中に余計なトラップ準位が発生
するのを抑制できる。

【００６９】次に、５〜10keV と低い加速電圧で２回目
のイオン注入工程を行う。この工程では加速電圧が低い
ためＧＩ端部２１２が完全にマスクとして機能する（タ
ンタルオキサイド層も存在するため特開平7-135318号公
報記載の技術よりもマスク効果が向上している）。

【００７０】そのため、この工程では２１５、２１６で
示される領域（ソース又はドレイン領域）のみに不純物
イオンが添加される。本実施例では 1×10²⁰〜 1×10²¹
atoms/cm³ の濃度でリンが添加される様に調節する。

【００７１】また同時に、ＧＩ端部２１２の下には１回
目のイオン注入工程で形成された不純物領域がそのまま
残り、ＬＤＤ領域２１７となる。従って、ソース又はド
レイン領域２１５、２１６とＬＤＤ領域２１７との接合
部はＧＩ端部（タンタルオキサイド層の端部）によって
画定する。

【００７２】さらに、１回目と２回目の不純物イオン注
入工程において全く不純物が注入されなかった領域２１
８は、後にキャリアの移動経路となる真性または実質的
に真性なチャネル形成領域となる。

【００７３】なお、真性とは電子と正孔が完全に釣り合
って完全に中性な領域を指し、実質的に真性な領域と
は、しきい値制御が可能な濃度範囲（ 1×10¹⁵〜 1×10
¹⁷atoms/cm³ ）でＮ型またはＰ型を付与する不純物を含
む領域、または意図的に逆導電型不純物を添加すること
により導電型を相殺させた領域を指す。

【００７４】以上の様にして活性層への不純物イオンの
注入が終了したら、レーザーアニール、ランプアニール
またはファーネスアニールによって不純物の活性化を行
う。また、同時にイオン注入時のダメージを回復させ
る。

【００７５】次に、層間絶縁膜２１９を形成する。層間
絶縁膜２１９としては酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒
化珪素膜、有機性樹脂膜またはそれらの積層膜を用いる
ことができる。なお、有機性樹脂膜としてはポリイミ
ド、ポリアミド、ポリイミドアミド、アクリル等が挙げ
られる。

【００７６】層間絶縁膜２１９を形成したら、コンタク
トホールを形成してソース電極２２０、ドレイン電極２
２１を形成する。本実施例ではこれら電極材料としてチ
タン／アルミ／チタンからなる積層導電層を用いる。

【００７７】最後に水素雰囲気中において 350℃２時間
程度の水素化処理を行い、ＴＦＴ全体の水素終端処理を
行う。こうして図３（Ｄ）に示す様な構造のＴＦＴが完
成する。こうして作製されたＴＦＴは、ゲイト電極とゲ
イト絶縁膜との間にタンタル層が存在するため、作製途
中の熱処理によって両者間でショートする様なことを防
ぐことができる。

【００７８】そのため、非常に高い歩留りでＴＦＴを作
製することが可能となり、同一基板上に百万個以上もの
ＴＦＴを作製するＡＭＬＣＤを作製においても高い良品
率を確保することができる。そして、それに伴って液晶
モジュールやそれを搭載した製品（電子機器）の製造コ
ストを低減することが可能である。

【００７９】〔実施例２〕実施例１ではＮＴＦＴを作製
する場合を例にとって説明したが、本願発明をＰＴＦＴ
に対して適用できることは言うまでもない。また、公知
のＣＭＯＳ技術を用いれば、ＮＴＦＴとＰＴＦＴとを相
補的に組み合わせたＣＭＯＳ回路を構成することも容易
である。

【００８０】本実施例では同一基板上にＣＭＯＳ回路で
構成された駆動回路とＮＴＦＴで構成された画素マトリ
クス回路とを形成したアクティブマトリクス基板を作製
した例を図４に示す。

【００８１】図４において、ＮＴＦＴ４０１、ＰＴＦＴ
４０２はＣＭＯＳ回路４０３を構成している。前述の様
に公知のＣＭＯＳ技術を用いれば実施例１とほぼ同様の
工程で容易に実現できる。

【００８２】また、画素マトリクス回路を構成する画素
ＴＦＴ（本実施例ではＮＴＦＴ）４０４は実施例１で説
明した作製工程に多少の工程を足せば実現できる。

【００８３】まず、実施例１の工程に従って図３（Ｄ）
の構造を得る。次に、図４に示す様に第１の平坦化膜４
０を形成する。本実施例では窒化珪素（50nm）／酸化珪
素（25nm）／アクリル（１μｍ）の積層構造を第１の平
坦化膜として利用する。

【００８４】なお、アクリルやポリイミドといった有機
性樹脂膜はスピンコート法で形成する溶液塗布型絶縁膜
なので厚い膜を容易に形成できる上、非常に平坦な面を
得ることが可能である。そのため、１μｍ程度の膜厚を
高いスループットで形成することが可能であり、良好な
平坦面が得られる。

【００８５】次に、第１の平坦化膜４０上に遮光性導電
膜でなるブラックマスク４１を形成する。また、ブラッ
クマスク４１を形成するに先立って、第１の平坦化膜４
０をエッチングして、最下層の窒化珪素膜のみを残した
凹部を形成しておく。

【００８６】この様にしておくことで、凹部を形成した
部分ではドレイン電極とブラックマスクとが窒化珪素膜
のみを介して近接し、そこで補助容量４２を形成する。
窒化珪素は比誘電率が高く、しかも膜厚が薄いので大容
量を確保しやすい。

【００８７】こうしてブラックマスク４１を形成すると
同時に補助容量４２を形成したら、第２の平坦化膜４３
を 1.5μｍ厚のアクリルで形成する。補助容量４２を形
成した部分は大きな段差を生じるが、その様な段差も十
分に平坦化できる。

【００８８】最後に、第１の平坦化膜４０及び第２の平
坦化膜４３にコンタクトホールを形成し、透明導電膜
（代表的にはＩＴＯ）からなる画素電極４４を形成す
る。こうして図４に示す様な画素ＴＦＴ４０４を作製す
ることができる。

【００８９】なお、画素電極として反射性の高い導電
膜、代表的にはアルミニウムまたはアルミニウムを主成
分とする材料を用いれば、反射型ＡＭＬＣＤ用のアクテ
ィブマトリクス基板を作製することもできる。

【００９０】また、図４では画素ＴＦＴのゲイト電極を
ダブルゲイト構造としているが、シングルゲイト構造で
も良いし、トリプルゲイト構造等のマルチゲイト構造と
しても構わない。

【００９１】また、アクティブマトリクス基板の構造は
本実施例の構造に限定されるものではない。本願発明の
特徴はゲイト電極の構成にあるので、それ以外の構成に
ついては実施者が適宜決定すれば良い。

【００９２】〔実施例３〕本実施例では、実施例１と異
なる工程でＬＤＤ領域を形成する場合の例について図５
を用いて説明する。なお、本実施例の構成を実施例２の
構成に利用することは可能である。

【００９３】まず、実施例１と同様の工程に従って図２
（Ｅ）の状態を得る。そして、多孔質状アルミナ層２０
８を選択的に除去して図５（Ａ）の状態を得る。この状
態ではタンタルオキサイド層２０９が露出する。

【００９４】次に、高加速電圧による不純物イオンの注
入工程を行う。この工程は実施例１で説明した様に後の
ＬＤＤ領域を形成するための工程である。従って、低濃
度不純物領域５０１、５０２の不純物濃度は 1×10¹⁷〜
1×10¹⁸atoms/cm³ 程度となる様に調節する。

【００９５】なお、実施例１で説明した図３（Ｂ）に示
す工程と図５（Ｂ）に示す工程とは後のソース／ドレイ
ン領域上におけるゲイト絶縁膜の有無が異なる。本実施
例の場合、活性層には全てゲイト絶縁膜を介したスルー
ドープによって不純物イオンが注入される。

【００９６】スルードープの利点としては工程の短縮化
（ゲイト絶縁膜のエッチング工程を省略できる）と活性
層に直接イオン注入時のダメージを与えない点にある。

【００９７】次に、図５（Ｃ）に示す様に低加速電圧に
よる不純物イオンの注入工程を行う。この工程ではタン
タルオキサイド層２０９の存在する領域がマスクとして
機能するのでその下には前述の低濃度不純物領域が残
る。

【００９８】その結果、ソース領域５０３、ドレイン領
域５０４、ＬＤＤ領域５０５、チャネル形成領域５０６
が形成される。この場合もＬＤＤ領域５０５の上にはタ
ンタルオキサイド層２０９が存在するため、その部分で
はＧＩの受けるイオン注入時のダメージが低減される。

【００９９】その後は、実施例１と同様に不純物の活性
化を行い、層間絶縁膜５０７、ソース電極５０８、ドレ
イン電極５０９を形成して、最後に水素化工程を行うこ
とで図５（Ｄ）に示す様なＴＦＴが完成する。

【０１００】〔実施例４〕本実施例では実施例１におい
て、ＬＤＤ領域の代わりにオフセット領域を設ける場合
の例について図６を用いて説明する。

【０１０１】まず、実施例１の工程に従って図３（Ａ）
の状態を得る。そして、実施例１に示した１回目の不純
物イオン注入工程は行わず、図３（Ｃ）を用いて説明し
た様な低加速電圧によるイオン注入工程を行う。（図６
（Ａ））

【０１０２】この注入工程ではタンタルオキサイド層及
びゲイト絶縁膜がマスクとして機能するので 1×10²⁰〜
1×10²¹atoms/cm³ の濃度の不純物を含むソース領域６
０１、ドレイン領域６０２が形成される。

【０１０３】また、６０３で示される領域は不純物イオ
ンが添加されないので真性または実質的に真性な状態を
保持し、且つ、ゲイト電圧が印加されないので単なる高
抵抗領域として機能する。この様な領域６０３をオフセ
ット領域と呼ぶ。

【０１０４】実施例１〜３で示したＬＤＤ領域がドレイ
ン接合部における電界緩和に効果があるのに対し、オフ
セット領域はむしろオフ電流（ＴＦＴがオフ時に流れる
電流）またはリーク電流の低減に効果がある。

【０１０５】この場合においてもタンタルオキサイド層
２０９がゲイト絶縁膜がイオン注入時に受けるダメージ
の低減という効果を有している。

【０１０６】また、図６（Ｂ）に示す様な構成も可能で
ある。図６（Ｂ）ではゲイト絶縁膜を活性層全面に残し
てスルードープによってソース領域６０４、ドレイン領
域６０５を形成しているが、この場合にもタンタルオキ
サイド層２０９のマスク機能によりオフセット領域６０
６を形成できる。

【０１０７】なお、本実施例を実施例２の構成に適用す
ることは容易である。

【０１０８】〔実施例５〕本実施例では、タンタル層の
成膜時に膜厚を厚くした場合の構成について図７を用い
て説明する。

【０１０９】図７（Ａ）は実施例１の工程に従って多孔
質状アルミナ層の除去までを行った時点を示している。
図７（Ａ）において７０１はタンタル層であり、本実施
例では膜厚を 150〜200 nmと厚めに設定している。

【０１１０】また、７０２はタンタルオキサイド層であ
るが、タンタル層７０１の膜厚が形成されたタンタルオ
キサイド層７０２よりも厚いため、その下に数百nmのタ
ンタル層７０３が残っている。

【０１１１】本実施例の場合、この状態で不純物イオン
の注入工程を行うことになるが、突出したタンタル層７
０３は加速電圧によらずほぼ完全にマスクとして機能す
るためその下方にはオフセット領域が形成される。

【０１１２】この場合、イオン注入時においてゲイト絶
縁膜７０４に達するダメージをほぼ完全に防ぐことがで
きるため、ゲイト絶縁膜７０４に余計なトラップ準位等
を発生させることがない。そのため、より劣化の少ない
信頼性の高いＴＦＴを実現することができる。

【０１１３】なお、図７（Ｂ）に示す様に、ゲイト絶縁
膜７０５を完全に残してスルードープを行う場合におい
ても、同様の効果を得ることができる。

【０１１４】なお、本実施例を実施例２の構成に適用す
ることは容易である。

【０１１５】〔実施例６〕本実施例では実施例１〜５に
示した構成を含むアクティブマトリクス基板（素子形成
側基板）を用いてＡＭＬＣＤを構成した場合の例につい
て説明する。ここで本実施例のＡＭＬＣＤの外観を図８
に示す。

【０１１６】図８（Ａ）において、８０１はアクティブ
マトリクス基板であり、画素マトリクス回路８０２、ソ
ース側駆動回路８０３、ゲイト側駆動回路８０４が形成
されている。駆動回路はＮ型ＴＦＴとＰ型ＴＦＴとを相
補的に組み合わせたＣＭＯＳ回路で構成することが好ま
しい。また、８０５は対向基板である。

【０１１７】図８（Ａ）に示すＡＭＬＣＤはアクティブ
マトリクス基板８０１と対向基板８０５とが端面を揃え
て貼り合わされている。ただし、ある一部だけは対向基
板８０５を取り除き、露出したアクティブマトリクス基
板に対してＦＰＣ（フレキシブル・プリント・サーキッ
ト）８０６を接続してある。このＦＰＣ８０６によって
外部信号を回路内部へと伝達する。

【０１１８】また、ＦＰＣ８０６を取り付ける面を利用
してＩＣチップ８０７、８０８が取り付けられている。
これらのＩＣチップはビデオ信号の処理回路、タイミン
グパルス発生回路、γ補正回路、メモリ回路、演算回路
など、様々な回路をシリコン基板上に形成して構成され
る。図８（Ａ）では２個取り付けられているが、１個で
も良いし、さらに複数個であっても良い。

【０１１９】また、図８（Ｂ）の様な構成もとりうる。
図８（Ｂ）において図８（Ａ）と同一の部分は同じ符号
を付してある。ここでは図８（Ａ）でＩＣチップが行っ
ていた信号処理を、同一基板上にＴＦＴでもって形成さ
れたロジック回路８０９によって行う例を示している。
この場合、ロジック回路８０９も駆動回路８０３、８０
４と同様にＣＭＯＳ回路を基本として構成される。

【０１２０】また、本実施例のＡＭＬＣＤはブラックマ
スクをアクティブマトリクス基板に設ける構成（ＢＭ o
n ＴＦＴ）を採用するが、それに加えて対向側にブラッ
クマスクを設ける構成とすることも可能である。

【０１２１】また、カラーフィルターを用いてカラー表
示を行っても良いし、ＥＣＢ（電界制御複屈折）モー
ド、ＧＨ（ゲストホスト）モードなどで液晶を駆動し、
カラーフィルターを用いない構成としても良い。

【０１２２】また、特開昭8-15686 号公報に記載された
技術の様に、マイクロレンズアレイを用いる構成にして
も良い。

【０１２３】〔実施例７〕本願発明の構成は、ＡＭＬＣ
Ｄ以外にも他の様々な電気光学装置や半導体回路に適用
することができる。

【０１２４】ＡＭＬＣＤ以外の電気光学装置としてはＥ
Ｌ（エレクトロルミネッセンス）表示装置やイメージセ
ンサ等を挙げることができる。

【０１２５】また、半導体回路としては、ＩＣチップで
構成されるマイクロプロセッサの様な演算処理回路、携
帯機器の入出力信号を扱う高周波モジュール（ＭＭＩＣ
など）が挙げられる。

【０１２６】この様に本願発明は絶縁ゲイト型ＴＦＴで
構成される回路によって機能する全ての半導体装置に対
して適用することが可能である。

【０１２７】〔実施例８〕実施例６に示したＡＭＬＣＤ
は、様々な電子機器のディスプレイとして利用される。
なお、本実施例に挙げる電子機器とは、アクティブマト
リクス型液晶表示装置を搭載した製品と定義する。

【０１２８】その様な電子機器としては、ビデオカメ
ラ、スチルカメラ、プロジェクター、プロジェクション
ＴＶ、ヘッドマウントディスプレイ、カーナビゲーショ
ン、パーソナルコンピュータ（ノート型を含む）、携帯
情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話等）などが
挙げられる。それらの一例を図９に示す。

【０１２９】図９（Ａ）は携帯電話であり、本体２００
１、音声出力部２００２、音声入力部２００３、表示装
置２００４、操作スイッチ２００５、アンテナ２００６
で構成される。本願発明は音声出力部２００２、音声入
力部２００３、表示装置２００４等に適用することがで
きる。

【０１３０】図９（Ｂ）はビデオカメラであり、本体２
１０１、表示装置２１０２、音声入力部２１０３、操作
スイッチ２１０４、バッテリー２１０５、受像部２１０
６で構成される。本願発明は表示装置２１０２、音声入
力部２１０３、受像部２１０６に適用することができ
る。

【０１３１】図９（Ｃ）はモバイルコンピュータ（モー
ビルコンピュータ）であり、本体２２０１、カメラ部２
２０２、受像部２２０３、操作スイッチ２２０４、表示
装置２２０５で構成される。本願発明は受像部２２０
３、表示装置２２０５等に適用できる。

【０１３２】図９（Ｄ）はヘッドマウントディスプレイ
であり、本体２３０１、表示装置２３０２、バンド部２
３０３で構成される。本発明は表示装置２３０２に適用
することができる。

【０１３３】図９（Ｅ）はリア型プロジェクターであ
り、本体２４０１、光源２４０２、表示装置２４０３、
偏光ビームスプリッタ２４０４、リフレクター２４０
５、２４０６、スクリーン２４０７で構成される。本発
明は表示装置２４０３に適用することができる。

【０１３４】図９（Ｆ）はフロント型プロジェクターで
あり、本体２５０１、光源２５０２、表示装置２５０
３、光学系２５０４、スクリーン２５０５で構成され
る。本発明は表示装置２５０３に適用することができ
る。

【０１３５】以上の様に、本願発明の適用範囲は極めて
広く、あらゆる分野の電子機器に適用することが可能で
ある。また、他にも電光掲示盤、宣伝公告用ディスプレ
イなどにも活用することができる。

【０１３６】

【発明の効果】本願発明を利用することでゲイト電極と
してアルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする材
料を用いるＴＦＴにおいても、ゲイト電極と活性層との
間で生じるショートなどの不良を防止することができ
る。

【０１３７】また、ゲイト絶縁膜に余計なダメージを与
えることなくＬＤＤ領域やオフセット領域を形成できる
ため、ＴＦＴの長期信頼性も向上する。

【０１３８】従って、高い歩留りで信頼性の高いＴＦＴ
を作製することができ、その様なＴＦＴで構成される半
導体回路で機能する電気光学装置並びにその様な半導体
回路や電気光学装置を搭載した電子機器の歩留り向上が
実現する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ＴＦＴのゲイト電極付近の構成を示す図。

【図２】 ＴＦＴの作製工程を示す図。

【図３】 ＴＦＴの作製工程を示す図。

【図４】 アクティブマトリクス基板の構成を示す
図。

【図５】 ＴＦＴの作製工程を示す図。

【図６】 ＴＦＴの作製工程を示す図。

【図７】 ＴＦＴのゲイト電極付近の構成を示す図。

【図８】 ＡＭＬＣＤの構成を示す図。

【図９】 電子機器の構成を示す図。

【図１０】 ゲイト電極付近の構造を示すＳＥＭ写真。

【図１１】 ゲイト電極付近の構造を示すＳＥＭ写真。

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】同一基板上に形成された複数のＴＦＴで構
   成される半導体回路を構成に含む半導体装置であって、 前記ＴＦＴは活性層、ゲイト絶縁膜並びにタンタル層と
   アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする材料層
   とを積層してなるゲイト電極を有し、 前記タンタル層は、前記アルミニウムまたはアルミニウ
   ムを主成分とする材料層の構成元素が前記ゲイト絶縁膜
   中へ侵入するのを防ぐブロッキング層として機能しうる
   膜厚を有することを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記タンタル層の膜厚
   は５〜200 nmであることを特徴とする半導体装置。
3. 【請求項３】同一基板上に形成された複数のＴＦＴで構
   成される半導体回路を構成に含む半導体装置であって、 前記ＴＦＴは活性層、ゲイト絶縁膜並びにタンタル層と
   アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする材料層
   とを積層してなるゲイト電極を有し、 前記タンタル層のうち、前記アルミニウムまたはアルミ
   ニウムを主成分とする材料層と重ならない領域にはタン
   タルオキサイド層が形成されていることを特徴とする半
   導体装置。
4. 【請求項４】同一基板上に形成された複数のＴＦＴで構
   成される半導体回路を構成に含む半導体装置であって、 前記ＴＦＴは活性層、ゲイト絶縁膜並びにタンタル層と
   アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする材料層
   とを積層してなるゲイト電極を有し、 前記タンタル層の端部は前記アルミニウムまたはアルミ
   ニウムを主成分とする材料層の外側に突出しており、当
   該突出した端部にはタンタルオキサイド層が形成されて
   いることを特徴とする半導体装置。
5. 【請求項５】請求項３または請求項４において、前記タ
   ンタルオキサイド層は前記タンタル層の一部を陽極酸化
   して得られた層であることを特徴とする半導体装置。
6. 【請求項６】請求項３または請求項４において、前記タ
   ンタルオキサイド層は前記タンタル層の膜厚の２〜４倍
   の膜厚を有することを特徴とする半導体装置。
7. 【請求項７】同一基板上に形成された複数のＴＦＴで構
   成される半導体回路を構成に含む半導体装置であって、 前記ＴＦＴは活性層、ゲイト絶縁膜並びにタンタル層と
   アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする材料層
   とを積層してなるゲイト電極を有し、 前記タンタル層の端部は前記アルミニウムまたはアルミ
   ニウムを主成分とする材料層の外側に突出しており、 前記活性層に含まれるソース又はドレイン接合部の位置
   は、当該突出した端部によって画定されていることを特
   徴とする半導体装置。
8. 【請求項８】請求項１乃至請求項７において、前記アル
   ミニウムまたはアルミニウムを主成分とする材料層の表
   面には無孔質状アルミナ層が形成されていることを特徴
   とする半導体装置。
9. 【請求項９】請求項１乃至請求項７において、前記活性
   層にはＬＤＤ領域が設けられ、当該ＬＤＤ領域の上には
   概略同一の形状でタンタルオキサイド層が形成されてい
   ることを特徴とする半導体装置。
10. 【請求項１０】請求項９において、前記タンタルオキサ
    イド層は前記タンタル層の膜厚の２〜４倍の膜厚を有す
    ることを特徴とする半導体装置。
11. 【請求項１１】同一基板上に形成された複数のＴＦＴで
    構成される半導体回路を構成に含む半導体装置の作製方
    法であって、 活性層及びゲイト絶縁膜を形成する第１の工程と、 タンタル層とアルミニウムまたはアルミニウムを主成分
    とする材料層とを順次積層形成してなるゲイト電極を形
    成する第２の工程と、 前記アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする材
    料層のみを選択的に陽極酸化して多孔質状アルミナ層を
    形成する第３の工程と、 再度の陽極酸化により前記アルミニウムまたはアルミニ
    ウムを主成分とする材料層の表面に無孔質状アルミナ層
    を形成すると同時に、前記多孔質状アルミナ層の下に位
    置するタンタル層の全部又は一部をタンタルオキサイド
    層に変成させる第４の工程と、 を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
12. 【請求項１２】同一基板上に形成された複数のＴＦＴで
    構成される半導体回路を構成に含む半導体装置の作製方
    法であって、 活性層及びゲイト絶縁膜を形成する第１の工程と、 タンタル層とアルミニウムまたはアルミニウムを主成分
    とする材料層とを順次積層形成してなるゲイト電極を形
    成する第２の工程と、 前記アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする材
    料層のみを選択的に陽極酸化して多孔質状アルミナ層を
    形成する第３の工程と、 再度の陽極酸化により前記アルミニウムまたはアルミニ
    ウムを主成分とする材料層の表面に無孔質状アルミナ層
    を形成すると同時に、前記多孔質状アルミナ層の下に位
    置するタンタル層の全部又は一部をタンタルオキサイド
    層に変成させる第４の工程と、 前記無孔質状アルミナ層及び前記多孔質状アルミナ層を
    マスクとしてゲイト絶縁膜をエッチングする第５の工程
    と、 前記ゲイト電極、タンタルオキサイド層及びゲイト絶縁
    膜をマスクとしてＮ型またはＰ型を付与する不純物を添
    加する第６の工程と、 を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
13. 【請求項１３】請求項１１または請求項１２において、
    前記第３の工程はシュウ酸を主成分とする溶液中で行わ
    れることを特徴とする半導体装置の作製方法。
14. 【請求項１４】請求項１１または請求項１２において、
    前記第４の工程は酒石酸を主成分とする溶液中で行われ
    ることを特徴とする半導体装置の作製方法。