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JP2004282101A - Semiconductor integrated circuit - Google Patents

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JP2004282101A
JP2004282101A JP2004197732A JP2004197732A JP2004282101A JP 2004282101 A JP2004282101 A JP 2004282101A JP 2004197732 A JP2004197732 A JP 2004197732A JP 2004197732 A JP2004197732 A JP 2004197732A JP 2004282101 A JP2004282101 A JP 2004282101A
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JP
Japan
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film
silicon
oxide film
wiring
silicon oxide
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2004197732A
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd filed Critical Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority to JP2004197732A priority Critical patent/JP2004282101A/en
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  • Thin Film Transistor (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a structure for preventing contamination on the interface in fabrication of an integrated circuit on an insulating substrate, and to enhance the reliability of the obtained integrated circuit while increasing the production yield. <P>SOLUTION: The semiconductor integrated circuit comprises a silicon nitride film touching the surface of a glass substrate, a silicon oxide film touching the silicon nitride film, and a silicon film touching the silicon oxide film. The silicon nitride film, the silicon oxide film, and the silicon film are formed continuously without touching the glass substrate to the atmosphere, and the silicon film has crystallinity. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

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。
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 for manufacturing the same. The present invention is intended to constitute 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.

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CMO
S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。
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 CMO
This is because the latch-up phenomenon that causes a problem in the S monolithic integrated circuit 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.

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 this reason, 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 a semiconductor integrated circuit (monolithic integrated circuit) on a semiconductor substrate, so that the number of masks required for the production has been 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 the mask alignment process, the mask is shifted for such a reason. It was not so much.

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 are less reliable than silicon substrates, and in particular, substrates made of a glass-based material are deformed randomly by heat treatment, so that the designed mask is not suitable. In some cases, mask alignment becomes extremely difficult.

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. Therefore, it has been required 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.

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 where an integrated circuit is formed on an insulating substrate, particularly, electrostatic breakdown of an element becomes a problem. Because it is easy to generate static electricity because it is an insulating substrate, and
This is because it is difficult to remove static electricity. In particular, in the case of an electrostatic breakdown between multilayer wirings, for example, in the case of a liquid crystal display, one row in each of the vertical and horizontal directions becomes unusable due to a breakdown in one place. It cannot be compensated for in parts, and the damage is great.

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 problems by introducing a completely different process. That is, with respect to 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, and thereby, the number of times of mask alignment is increased. Or increase the withstand voltage between the multilayer wirings.

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 thereover. As a substrate having this insulating surface, a glass substrate, a substrate provided with an insulating film on a silicon wafer, a substrate provided with an insulating film on a monolithic semiconductor integrated circuit using a silicon semiconductor, or the like can be used. The passivation film has a function of preventing mobile ions such as sodium from entering the semiconductor region thereabove from the substrate and deteriorating semiconductor characteristics. The passivation film may be a single-layer film or a multi-layer 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.

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、ECR−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、50〜5
00nm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, a silicon oxide film formed by an ECR-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 this insulating coating is
It is determined in consideration of use as a gate insulating film. Typically, 50-5
00 nm. Thus, the structure shown in FIG. 1A is obtained.

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 coating 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 a 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,
It should be noted that the choice of the metal is 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. Further, it must be considered in selecting a material that tantalum and titanium have a higher resistivity than aluminum. Therefore, for example, even for the same first wiring, high-speed responsiveness is required, and aluminum is used for the gate wiring, which is required to have a small electrostatic loss with the upper wiring, and so high-speed responsiveness is required. Rather, it is also desirable to use tantalum or titanium separately for the storage capacitor wiring required to function as a capacitor.
Needless to say, in this case, an extra number of 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 °.

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, a known impurity diffusion method, for example, an ion implantation method or a plasma doping method,
Thus, an impurity is introduced into the semiconductor region to form an impurity region 108. At this time, since the gate electrode 106 functions as a mask at the time of impurity implantation, impurity regions are formed in a self-aligned (self-aligned) manner. In this way, FIG.
) Is obtained.

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 forming the impurity region, immerse the entire substrate in an appropriate electrolytic solution, connect the gate wiring and storage capacitor wiring to the power supply, and perform anodic oxidation through DC or AC current, and then perform gate wiring, gate electrode, storage capacitor electrode, etc. Oxide film 109 is formed on the surface of the substrate.
A film of aluminum oxide is formed when aluminum is used as the material of the wiring, a film of titanium oxide is formed when titanium is used, and a film of tantalum oxide is formed when tantalum is used. 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. This is because alkali metal ions (sodium or potassium), when penetrating into the semiconductor region, significantly damage the conductive properties of the semiconductor.

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10〜1000nm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 10 to 1000 nm.

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。
Also, 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 substantially formed of a material other than the natural oxide film. No oxide film is formed. Alternatively, the time, current, voltage, etc., for energizing 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 purposes, it is effective to use the above-described method.

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。
When 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 conditions intended to obtain a particularly thick oxide film, the obtained film is a porous film. Although such a film is thick, there may be a problem with the withstand voltage.
In a later step, the current may be short-circuited through the 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.

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, the drain wiring / electrode 110 and the 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 an initial wiring is formed, an interlayer insulating material is formed with an insulating material, and then an upper wiring is formed. In the present invention, an upper wiring is formed directly without forming an interlayer insulating material. It is possible. That is,
This is because the lower wiring is already covered with the oxide film. Therefore, it is possible to reduce the number of masks by one at this stage as compared with the conventional method. Thus, FIG. 1D is obtained.

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, the mask required to obtain FIG.
And three for forming the 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 (a hole is formed in an interlayer insulator), and forming a second metal wiring.

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, for example, as shown in FIG. 1E, a film of a transparent conductive material such as indium tin oxide or tin oxide is formed by, for example, a sputtering method, and this is patterned to form a pixel electrode of a liquid crystal display. If formed, the pixels of the liquid crystal display are formed. The number of masks required for the above steps is four. FIG. 2 shows a state in which the pixels of the liquid crystal display thus manufactured are viewed from above. Dashed lines abcd in the figure correspond to abcd in FIG. 1E, and FIG. 1 schematically shows a cross section at each point.

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1
08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、T
FT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 is clear from FIG. 1E, the impurity region 1 of the thin film transistor (TFT)
08 and the end of the gate electrode do not match. In the figure, the gate electrode and the impurity region are drawn so as not to overlap. An opening L between the gate electrode and the impurity region (this is referred to as an 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, so that the surface of the gate electrode recedes by this oxidation step. Therefore, an offset state is set. With such an offset state, T
It is possible to obtain an effect of increasing the ON / OFF ratio of the drain current of the FT and suppressing an increase in the leak current that is often seen when a gate voltage of an opposite polarity is applied.

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 offset,
According to the present invention, the magnitude L of the offset can be set to an arbitrary value, and the gate electrode and the impurity region can be freely overlapped.
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 overlapping state. Also, if the secondary energy is suppressed by reducing the energy of the ions, the overlap is suppressed.

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.

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 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 provided, for example, for the purpose of reducing the fluctuation of the potential of the liquid crystal pixel due to ON / OFF of the gate signal when the parasitic capacitance between the gate and the source of the thin film transistor (TFT) is large. 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. Area can be reduced. That is, it is possible to increase the area of a portion of the liquid crystal pixel that transmits light (increase the aperture ratio). In addition, such storage capacitors are not necessary in liquid crystal displays.

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 thickness, and since such an oxide has a large dielectric constant, This causes an increase in the capacitance between wirings. Therefore, FIG.
In the following, an example is shown in which the interlayer insulating material is made into two layers, the thickness thereof is increased, and the average dielectric constant is reduced to reduce the capacitance between wirings.

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303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, a semiconductor region 303 is formed, a gate oxide film 304 is formed, a gate wiring 305, a gate electrode 306, and a storage capacitor wiring 307 are formed. Is formed, an impurity is implanted in a self-aligned manner by an ion implantation method to form an impurity region 308. Before this ion implantation, unlike the case of FIG. 1, it is preferable to leave all the gate oxide films. Thus, FIG. 3A is obtained.

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31
5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。
Thereafter, 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. Then, an interlayer insulator 313 is formed, and holes 314 and 31 for source and drain electrodes are formed therein.
5 is formed. Further, a drain wiring 310 and a source electrode 311 are formed to obtain FIG.

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, a transparent conductive electrode (pixel electrode) 312 is formed as shown in FIG.
The pixels of the liquid crystal display are formed. In this example, the number of masks used in all the steps is five, that is, 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.

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
It has a two-layer structure, such as an oxide layer of a gate wiring and a layer of an interlayer insulator. In particular, the oxide formed by anodization is honey and has high pressure resistance, so it is suitable for insulation separation between layers. It is. Conventionally, there was only one interlayer insulating layer,
There is a problem in 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, it is not necessary to consider such a defect due to a step at all, which contributes to a great improvement in yield.

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、CM
OS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 describes 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 can also be used. it can. FIG. 4 shows the CM
The example of the pixel of the liquid crystal display using the OS is shown. In the case of CMOS, one or two more photolithography steps are required for one conductivity type transistor. FIG. 4 shows a process that requires five masks to form one pixel.

まず、今までの例と同様に、絶縁基板401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, a passivation film 402 is formed on an insulating substrate 401, and semiconductor regions 403a and 403b are selectively formed, as in the examples described above. 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.

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 by an anodic oxidation method to an appropriate thickness. For example, when aluminum is used as the wiring / 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.

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, the same structure can be obtained by oxidizing the surface of the gate wiring / electrode and then introducing impurities while the gate insulating film remains, and then etching the gate insulating film using aluminum oxide as a mask. Can be Thus, FIG. 4A is obtained.

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 introduction was performed before 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 was also performed before the surface oxidation. Then, as typically shown in FIG. 1 (C), 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 generated under the umbrella,
It could cause disconnection. However, in the example of FIG. 4, there is little occurrence of such voids and voids, and there is no problem such as disconnection.

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. In this way, FIG.
) Is obtained.

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403bをフォトレジスト等で被覆して、半導体領域403a
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, with no impurities added to any of the semiconductor regions,
First, the semiconductor region 403b is covered with a photoresist or the like to form a semiconductor region 403a.
A step of introducing an n-type impurity only into the semiconductor region 403a and then introducing a p-type impurity only into the semiconductor region 403b may be adopted. However, when such a method is adopted, one more mask is required in addition to the method of FIG.

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。
Subsequent steps are the same as in the example of FIG. 1, and the metal wiring / electrodes 410a and 410b, 411
Is formed to obtain a structure as shown in FIG. 4C, and further, a pixel electrode 412 is formed to obtain a structure as shown in FIG.

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 between them, and has the same function as the storage capacitor of FIG. I decided to have it. A, b, and c given in the chain line in FIG. 5 correspond to a, b, and c in FIG. 4D, and FIG. 4 shows a cross section along the chain line.

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3−157503、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. 3-164542, 3-145643, and 3-3-5 filed by the present inventors.
145566, 3-157502, 3-157503, 3-157504
, 157505, 3-157506, 3-157507, and the like, or a modified structure thereof.

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 a sheet. 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.

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609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、614b、615)形成、第2の金属配線・
電極(610a、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 will be more easily understood from the fabrication method shown in FIG. 3 and the previous FIG. In this example, when the thickness of the intersection between the first wiring 605 and the second wiring 610a is not sufficient with the anodic oxide film 609 of the metal wiring alone, it is considered that the capacitance between the wirings becomes too large. Then, an interlayer insulator 613 is separately formed in addition to the anodic oxide film. In that case, a semiconductor region (603a, 603b) formation, a gate wiring / electrode (605, 606a, 606b) formation, a resist (607) formation,
Formation of electrode holes (614a, 614b, 615) of interlayer insulating material, second metal wiring,
It is necessary to form six electrodes (610a, 610b, 611) and a pixel electrode (612). This is the same as the minimum number required by the conventional manufacturing method, but the effect obtained by utilizing the present invention is that the effect obtained by the manufacturing method of FIG. And substantially the same, and a high yield could be achieved.

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. FIG. 1 (and FIG. 4) or FIG.
In the example of (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 substantially the same. Is preferred to be thicker, while the latter is preferred to be thinner. A method for solving this contradiction is the method shown in FIG.

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707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, a semiconductor region 703 is formed, a gate oxide film 704 is formed, and a gate wiring 705, a gate electrode 706, and a storage capacitor wiring 707 are formed. After formation, the surfaces of these wirings / electrodes are anodized, and further, using the anodized film 709 as a mask,
The gate insulating film is removed. Then, an impurity is 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.

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710を形成して、図7(D)を
得る。
After that, a pixel electrode 712 is formed as shown in FIG. Further, FIG.
As shown in C), an interlayer insulator 713 is formed, and holes 714 for source and drain electrodes are formed therein. Further, a drain wiring 710 is formed to obtain FIG.

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 are five, that is, formation of a semiconductor region, formation of a gate wiring and an electrode, formation of a pixel electrode, formation of an electrode hole for an interlayer insulator, and formation of an upper metal wiring.

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,
A phenomenon occurs in which the electric field in the drain wiring portion is large and the electric field in the pixel electrode portion is small. In a normal operation, the drain wiring is in a state where a signal 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 of 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 and cannot be seen. (The effect of the signal does not appear visually.)

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 of 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, a difference in the magnitude of the electric field occurs in the same pixel electrode, and further, a slight difference in the width of the wiring may cause a difference in the brightness of each pixel. 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 which solves such a problem.

図1や図7の場合と同様に、絶縁基板801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。
1 and 7, a passivation film 802 is formed on an insulating substrate 801, a semiconductor region 803 is formed, a gate oxide film 804 is formed, a gate wiring 805, a gate electrode 806, and a storage capacitor are formed. After forming the wiring 807,
The surfaces of these wirings and electrodes are anodized, and the gate insulating film is removed using the anodic oxide 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. 8A is obtained.

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813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。
After that, a drain wiring 810 is formed as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 8C, for example, a flat film 813 is formed with an organic material such as polyimide, and finally a hole 815 for a source electrode is formed, and a pixel electrode 812 is formed.
FIG. 3D is obtained.

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 gate wiring and electrodes,
There are five sheets: upper metal wiring formation, formation of an electrode hole for an interlayer insulator, and formation of pixel electrodes. As described above, by using the present invention, semiconductor devices for extremely various purposes can be manufactured.

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, a high voltage of 50 to 200 V or more may be applied between the anode and the cathode in the electrolytic solution, and the area around the metal wiring / electrode during the anodization may be 10 MV / cm. Such a large potential gradient may occur. 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.

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916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
905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 semiconductor region 903 in a stripe shape is formed over an insulating substrate 901. Then, after forming a gate insulating film on the semiconductor region, holes 916 are provided in the gate insulating film at the end of each semiconductor region, and then a gate wiring / electrode 905 is formed. That is, the semiconductor region 903 and the gate wiring / electrode 905 are kept at the same potential via the hole 916. Thereafter, if anodization is performed, an electric field is not substantially generated between the semiconductor region and the gate wiring / electrode, so that the gate insulating film is less likely to be broken by an excessive voltage. This state is shown in FIG.

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 the anodization, 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. After that, the pixel electrode 912 is formed, and then the peripheral metal wiring may be removed.

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 around the substrate, but the accuracy of these is so low that it does not pose a problem as compared with that of the pixel portion. The addition of these steps hardly reduces the yield. Furthermore, 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.

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 includes (1) formation of a stripe-shaped semiconductor region,
(2) Drilling holes in the gate insulating film, (3) forming gate wirings and electrodes, (4) cutting semiconductor regions in stripes, (5) drilling holes for anodized film formation, (6) drain wirings As compared with the method of FIG. 1 for obtaining the same structure, such as formation of electrodes and (7) formation of pixel electrodes, a larger number of masks are required.
1) and (5), the masks required in the steps do not need to be precise, so that five masks, one more than in FIG. 1, are required.

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、1μ
m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 using a smaller number of masks than in the related art. Further, according to the present invention, a TFT having higher reliability can be manufactured although the number of masks is not different from that of the related art. In particular, an object of the present invention is to provide a TFT
To improve the yield. In particular, the formation of the source and drain electrodes of the TFT is 1 μm.
This is an advanced operation that requires an accuracy of m or less, and the number of defective panels generated by this process was significantly larger than those generated by other processes.

そして、不良数は、パネルに集積されるTFT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2
0%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 increased as the number of TFTs integrated in the panel increased, and as the area of the panel increased. That is, both the formation of the electrode holes 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 the electrode, the yield is mainly only to form the electrode wiring. For example, the rate of occurrence of defects in drilling and electrode wiring formation is 2
If it is 0%, if these two steps are performed, only 64% of non-defective products are obtained.
If the present invention is used, a hole punching step is not required, and 80% of the products are non-defective.

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, particularly in a liquid crystal display, occurrence of a defect due to a short circuit between a gate wiring and a signal line (source / drain wiring) has been a serious problem. This is directly a defect caused by 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. In particular, the film may not be 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 is 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 can be 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 as in the related art after forming the anodic oxide insulating film, the insulating effect can be further enhanced.

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CMOS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10〜1000P
a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(SiHCl3 )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, the present invention is applied to a CMOS type TFT formed on an AN glass substrate. First, as shown in FIG. 10A, an AN glass substrate 151 is formed by a low pressure CVD method.
A silicon nitride film 152a is formed to a thickness of 100 nm. The low-pressure CVD uses dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) and ammonia as source gases, and has a pressure of 10 to 1000 P.
In a, the reaction may be performed at 500 to 800 ° C, preferably 550 to 750 ° C. Of course, silane (SiH 4 ) or trichlorosilane (SiHCl 3 ) may be used. Further, 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.

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 formed in this manner has a function of preventing mobile ions (such as sodium ions) contained in the glass substrate from entering the semiconductor. Therefore, it is not necessary to provide a silicon nitride film if the 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.

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。
Although the figure shows a state in which the silicon nitride film is provided only on the element formation surface on the glass substrate, it is preferable to form the film so that the entire glass substrate is covered with the silicon nitride film if possible. . Because, in the later anodic oxidation step, the substrate is immersed in the solution, so if there is an exposed part of the glass, alkali ions will dissolve out of the part into the solution and adhere to the semiconductor region, This is because it is possible to invade.

ついで、酸化珪素膜152bを、厚さ70nmだけ形成する。この形成には、
ECRプラズマCVD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。
Next, a silicon oxide film 152b is formed with a thickness of 70 nm. In this formation,
ECR plasma CVD or sputtering was suitable. A semiconductor region is formed on the silicon oxide film. If many interface states, trap centers, and the like are generated at the interface between the silicon oxide film and the semiconductor region, the conductivity of the semiconductor region is reduced. It cannot be controlled, and deteriorates the characteristics of the transistor. Therefore,
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.

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、5〜9×1010
-2とすることができる。
According to the studies by the present inventors, a silicon oxide film formed by ECR plasma CVD or sputtering has a sufficiently low interface state density, and is therefore suitable for this purpose. In particular, when forming by sputtering, a silicon oxide bulk was used as the target, the atmosphere was a mixed atmosphere of oxygen and argon, and the oxygen concentration was 50 to 100%. Also, ECR
When formed by 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 was -10 11 cm -2 , which was extremely excellent. Further, when forming a film by sputtering or ECR plasma CVD, 1 to 5% of hydrogen chloride or hydrogen fluoride is mixed in the atmosphere, or silane containing chlorine or fluorine (for example, If 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, these are strongly bonded to silicon, and unpaired silicon-oxygen bond is formed. Terminators, and the interface state can be further reduced. For example, 5-9 × 10 10 c
m −2 .

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(
2 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 ) was used as a silicon source, and impurity doping was not performed. However, especially when used as CMOS,
When it is required that the threshold voltages of the NMOS and the PMOS are substantially equal to each other, the source gas contains diborane (boron) so as to contain boron in an amount of 10 15 to 10 16 cm −3.
B 2 H 6 ) may be mixed in a trace amount. Alternatively, an equivalent treatment is to use
This can also be performed by implanting impurity ions (for example, BF 2 + ) into the silicon film.

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 were formed by a film forming apparatus capable of forming a film continuously without exposing the substrate to the atmosphere, that is, 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.

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153a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 was patterned by a known photolithography method to form a P-channel TFT region 153a and an N-channel TFT region 153b. 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.

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156
a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, the aluminum film was formed to a thickness of 0.8 to 1 by electron beam evaporation.
Only 0 μm was formed. In addition, a sputtering method or an organic metal CVD method can be used for forming the aluminum film. Then, these aluminum films are patterned by a known photolithography method to form a gate electrode 156.
a and 156b, and further, a gate wiring 155 were formed. Thus, FIG.
A) was obtained. The width of the gate electrode was 10 μm.

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0.3〜0.5μm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 was oxidized by an anodizing method to form an aluminum oxide film having a thickness of 0.3 to 0.5 μm. 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 the optimum value is determined according to the size of the element to be manufactured and the like. 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%, and 1-20%, for example, 10% aqueous ammonia was added thereto to adjust the pH to 7 ± 0.5.

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159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。
A platinum electrode was provided as a cathode in the solution, and the substrate and the substrate were immersed in the solution. And
Gate wiring and electrodes on the substrate were 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 the cathode (platinum electrode) changes with time depending on the concentration of the solution and the thickness of the oxide film formed on the gate electrode and wiring, and generally, as the thickness of the oxide film increases, , A high voltage is required. In this way, the current was kept flowing, and when the voltage became 150 V, the voltage was kept constant, and the current was kept flowing 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, an aluminum oxide film 159 having a thickness of 0.3 to 0.5 μm was formed on the surface of the gate electrode / wiring. 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.

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。
After that, 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 if the silicon oxide film is left in hydrofluoric acid for a long time, because the silicon oxide film under the gate electrode and wiring will also be dissolved.

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BF2 + )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, boron ions or boron compound ions (for example, BF 2 + ) are first implanted by 10 18 cm -3 by a known ion implantation method. 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 manner (self-alignment). it can. Thus, a P-type impurity region 158a is formed.

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1
53a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。
Next, as shown in FIG. 10C, a semiconductor region 1 is formed with a photoresist 157.
Phosphorus ions are implanted in a state where only the semiconductor region 153b is exposed, covering 53a. At this time, the phosphorus concentration is set to 10 20 cm −3 . Then, the semiconductor region 153b
Already has boron, but phosphorus has a higher concentration, so that it shows N-type and an 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 an 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.

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248n
m、パルス幅10nsec)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10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, with a KrF excimer laser (wavelength 248 n).
m, pulse width 10 nsec), the energy density is 150 to 250 m.
When 10 shots of a beam of J / cm 2 , for example, 210 mJ / cm 2 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. Also,
In this laser annealing, since no light beam enters below the gate electrode, crystallization cannot be performed 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 about the wavelength of the laser when the thickness of the semiconductor region is larger than the wavelength of the laser, and is about the thickness of the semiconductor region when the thickness of the semiconductor region is smaller than the wavelength of the laser. is there. As in this embodiment, the thickness of the semiconductor region is 30 nm and the wavelength of the laser light (
248 nm), the degree of the wraparound is sufficiently smaller than the width (10 μm) of the gate electrode. Therefore, there is a portion where the crystallinity cannot be recovered by this laser annealing, while being in an amorphous state by ion implantation. The significance of that part will be described later.

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TF
T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, this TF
It is sufficient to form a metal wiring on T. However, unlike conventional TFTs, it is very simple because the trouble of forming source and drain electrode holes 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 chromium 163 as shown in FIG.
Unnecessary portions may be etched by a known photolithography method to form the second wirings 160a and 160b, 161 and the like.

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, use a metal mask,
These wirings may be formed directly by a vacuum evaporation method or the like. Thereafter, FIG.
), A film 162 of the pixel electrode of the liquid crystal display is selectively formed,
Liquid crystal pixels were formed.

以上の工程で使用されたマスクの枚数は、(1)半導体領域153形成用、(2)ゲイ
ト電極・配線形成用、(3)フォトレジスト157形成用、(4)第2の配線形成用、(5)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 (1) for forming the semiconductor region 153, (2) for forming the gate electrode and wiring, (3) for forming the photoresist 157, (4) for forming the second wiring, (5) Five sheets for forming pixel electrodes. Focusing on the TFT of the present 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 Semiconductor Device and Fabrication Thereof" filed on August 26, 1991 by the Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. The method is described in detail in “Method” and will not be described here.

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 (hereinafter referred to as a first substrate) manufactured by the above steps. The surface of this polyimide film was treated by a known rubbing method, and after forming a transparent electrode on the other second substrate, an orientation film was formed in the same manner as the first substrate, and rubbing treatment was performed. These substrates were bonded together so that the rubbing directions were parallel to each other to produce a liquid crystal cell.

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 change numbers are set so that the polarization axes are crossed on both sides of the liquid crystal cell, and the rubbing direction of both substrates is at an angle of 45 degrees. A liquid crystal electro-optical device was attached in the direction shown below.
In this NON-TWISTED-NEMATIC type 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, the liquid crystal molecules stand in the vertical direction with respect to the substrate, and thus dark (black). ) Is displayed.
The application of the semiconductor device of the present invention can be applied not only to the above-mentioned liquid crystal electro-optical device but also to other types of liquid crystal electro-optical devices, for example, antiferroelectric liquid crystal electro-optical devices. Is also applicable.

本発明によるTFTの作製工程例を示す。An example of a manufacturing process of a TFT according to the present invention will be described. 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。1 shows an example of a pixel of a liquid crystal display manufactured according to the present invention. 本発明によるTFTの作製工程例を示す。An example of a manufacturing process of a TFT according to the present invention will be described. 本発明によるTFTの作製工程例を示す。An example of a manufacturing process of a TFT according to the present invention will be described. 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。1 shows an example of a pixel of a liquid crystal display manufactured according to the present invention. 本発明によるTFTの作製工程例を示す。An example of a manufacturing process of a TFT according to the present invention will be described. 本発明によるTFTの作製工程例を示す。An example of a manufacturing process of a TFT according to the present invention will be described. 本発明によるTFTの作製工程例を示す。An example of a manufacturing process of a TFT according to the present invention will be described. 本発明による液晶ディスプレーパネルの作製例を示す。1 shows an example of manufacturing a liquid crystal display panel according to the present invention. 本実施例によるTFTの作製工程を示す。The manufacturing process of the TFT according to the present embodiment will be described.

符号の説明Explanation of reference numerals

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 and wiring

Claims (8)

ガラス基板表面に接する窒化珪素膜と、
前記窒化珪素膜に接する酸化珪素膜と、
前記酸化珪素膜に接する珪素膜と、
を有し、
前記窒化珪素膜、前記酸化珪素膜及び前記珪素膜は、前記ガラス基板を大気に触れさせることなく連続して成膜された膜であり、
前記珪素膜は結晶性を有することを特徴とする半導体集積回路。
A silicon nitride film in contact with the glass substrate surface,
A silicon oxide film in contact with the silicon nitride film;
A silicon film in contact with the silicon oxide film;
Has,
The silicon nitride film, the silicon oxide film and the silicon film are films formed continuously without exposing the glass substrate to the atmosphere,
A semiconductor integrated circuit, wherein the silicon film has crystallinity.
ガラス基板表面に接する窒化珪素膜と、
前記窒化珪素膜に接する塩素又は弗素を含む酸化珪素膜と、
前記酸化珪素膜に接する珪素膜と、
を有し、
前記窒化珪素膜、前記酸化珪素膜及び前記珪素膜は、前記ガラス基板を大気に触れさせることなく連続して成膜された膜であり、
前記珪素膜は結晶性を有することを特徴とする半導体集積回路。
A silicon nitride film in contact with the glass substrate surface,
A silicon oxide film containing chlorine or fluorine in contact with the silicon nitride film;
A silicon film in contact with the silicon oxide film;
Has,
The silicon nitride film, the silicon oxide film and the silicon film are films formed continuously without exposing the glass substrate to the atmosphere,
A semiconductor integrated circuit, wherein the silicon film has crystallinity.
ガラス基板表面に接して、窒化珪素膜、酸化珪素膜及び結晶性珪素膜の3層が積層され、
前記3層の積層において、前記窒化珪素膜と前記酸化珪素膜の界面、前記酸化珪素膜と前記結晶性珪素膜の界面は大気に触れていないことを特徴とする半導体集積回路。
In contact with the surface of the glass substrate, three layers of a silicon nitride film, a silicon oxide film and a crystalline silicon film are laminated,
In the three-layer stack, a semiconductor integrated circuit is characterized in that an interface between the silicon nitride film and the silicon oxide film and an interface between the silicon oxide film and the crystalline silicon film are not exposed to the air.
ガラス基板表面に接して、窒化珪素膜、塩素又は弗素を含む酸化珪素膜及び結晶性珪素膜の3層が積層され、
前記3層の積層において、前記窒化珪素膜と前記酸化珪素膜の界面及び前記酸化珪素膜と前記結晶性珪素膜の界面は大気に触れていないことを特徴とする半導体集積回路。
In contact with the glass substrate surface, three layers of a silicon nitride film, a silicon oxide film containing chlorine or fluorine, and a crystalline silicon film are stacked,
In the three-layer stack, the interface between the silicon nitride film and the silicon oxide film and the interface between the silicon oxide film and the crystalline silicon film are not exposed to the air.
ガラス基板表面に接する酸化アルミニウム膜と、
前記酸化アルミニウム膜に接する酸化珪素膜と、
前記酸化珪素膜に接する珪素膜と、
を有し、
前記酸化アルミニウム膜、前記酸化珪素膜及び前記珪素膜は、前記ガラス基板を大気に触れさせることなく連続して成膜された膜であり、
前記珪素膜は結晶性を有することを特徴とする半導体集積回路。
An aluminum oxide film in contact with the glass substrate surface,
A silicon oxide film in contact with the aluminum oxide film;
A silicon film in contact with the silicon oxide film;
Has,
The aluminum oxide film, the silicon oxide film and the silicon film are films continuously formed without exposing the glass substrate to the atmosphere,
A semiconductor integrated circuit, wherein the silicon film has crystallinity.
ガラス基板表面に接する酸化アルミニウム膜と、
前記酸化アルミニウム膜に接する塩素又は弗素を含む酸化珪素膜と、
前記酸化珪素膜に接する珪素膜と、
を有し、
前記酸化アルミニウム膜、前記酸化珪素膜及び前記珪素膜は、前記ガラス基板を大気に触れさせることなく連続して成膜された膜であり、
前記珪素膜は結晶性を有することを特徴とする半導体集積回路。
An aluminum oxide film in contact with the glass substrate surface,
A silicon oxide film containing chlorine or fluorine in contact with the aluminum oxide film;
A silicon film in contact with the silicon oxide film;
Has,
The aluminum oxide film, the silicon oxide film and the silicon film are films continuously formed without exposing the glass substrate to the atmosphere,
A semiconductor integrated circuit, wherein the silicon film has crystallinity.
ガラス基板表面に接して、酸化アルミニウム膜、酸化珪素膜及び結晶性珪素膜の3層が積層され、
前記3層の積層において、前記酸化アルミニウム膜と前記酸化珪素膜の界面、前記酸化珪素膜と前記結晶性珪素膜の界面は大気に触れていないことを特徴とする半導体集積回路。
In contact with the glass substrate surface, three layers of an aluminum oxide film, a silicon oxide film, and a crystalline silicon film are laminated,
In the three-layer stack, the interface between the aluminum oxide film and the silicon oxide film and the interface between the silicon oxide film and the crystalline silicon film are not exposed to the air.
ガラス基板表面に接して、酸化アルミニウム膜、塩素又は弗素を含む酸化珪素膜及び結晶性珪素膜の3層が積層され、
前記3層の積層において、前記酸化アルミニウム膜と前記酸化珪素膜の界面及び前記酸化珪素膜と前記結晶性珪素膜の界面は大気に触れていないことを特徴とする半導体集積回路。
In contact with the surface of the glass substrate, three layers of an aluminum oxide film, a silicon oxide film containing chlorine or fluorine, and a crystalline silicon film are stacked,
In the three-layer stack, a semiconductor integrated circuit is characterized in that an interface between the aluminum oxide film and the silicon oxide film and an interface between the silicon oxide film and the crystalline silicon film are not exposed to the air.
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