JPH0341986B2 - - Google Patents

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JPH0341986B2
JPH0341986B2 JP56199894A JP19989481A JPH0341986B2 JP H0341986 B2 JPH0341986 B2 JP H0341986B2 JP 56199894 A JP56199894 A JP 56199894A JP 19989481 A JP19989481 A JP 19989481A JP H0341986 B2 JPH0341986 B2 JP H0341986B2
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    • HELECTRICITY
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    • Y10S148/118Oxide films

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  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はゲート絶縁膜として酸化膜とくに陽
極酸化膜を使用した薄膜トランジスタの製造方法
に関する。
薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor:
以下「TFT」と略称する)は、近年、ELや液晶
等を用いる表示装置のスイツチ素子としてその応
用が検討されている。しかし、本来の半導体デバ
イスに比べて特性が劣り、信頼性も低いため、未
だ実用には至つていない。
一般に、TFTは第1図に示すような構造であ
る。1は絶縁基板、2はベースコート、3はゲー
ト電極、4はゲート絶縁膜、5,6は電極でソー
ス、ドレインに対応する。7はチヤネルを形成す
る半導体層である。
絶縁基板1にはセラミツクやガラスが用いられ
る。ベースコート2は、下地をなめらかな表面に
すること及び絶縁基板1から素子部へ汚染物質又
は不純物イオンが拡散するのを阻止するために設
けられ、SiO2,Si3N4やTa2O5などが使われる。
ゲート電極3は金属たとえばAu,Cr,Al,Ta
などで蒸着によつて形成される。ゲート絶縁膜4
としては、たとえばSiO,SiO2,Al2O3,Ta2O5
等が真空蒸着,CVDあるいは陽極酸化法等によ
つて形成される。電極5,6はたとえばNi,Cr,
Auなどの金属の蒸着等で形成される。半導体7
は、たとえばa−Si,p−Si,CdS,CdSe,Te
等の一つを成分とし、真空蒸着、イオンプレーテ
イング、スパツタリング、グロー放電等の種々の
方法で形成される。
動作は電界効果トランジスタと同じで、ソース
電極5とドレイン電極6間で半導体7中に流れる
電流をゲート電極3に印加する電圧で制御する。
このようなTFTは、その特徴として、ガラス
基板上に真空蒸着、スパツタリング、CVD等の
確立された技術により比較的容易に形ちづくるこ
とができ、前述の表示装置に適用した場合に表示
面の大型化の可能性がある。反面、特性の安定性
の点で未解決の問題があり、特に、ゲート絶縁膜
4に起因するところが大きい。
ゲート絶縁膜4としては、絶縁性が良好なこと
から、前記した物質のうちAl2O3やTa2O5などの
陽極酸化膜がよく用いられる。特に、Ta2O5
Al2O3や他の誘電体に比べ、比誘電率も大きく
TFTの絶縁体としても比較的優れた特性をもつ。
しかし、そのように優れた特性をもつTa2O5
あつてもなお問題が残る。すなわち、Ta2O5酸化
膜の表面ないし表面近くの層内は、陽極酸化時に
おける電解液中の酸素イオンの影響により、酸素
イオンが過剰な領域になつている。それで、この
過剰イオンにより、表面ないし表面近くの層はP
型半導体的性質をもつようになつている。
絶縁膜の中心部では、TaとOとが化学量論的
に均質に組成しており、絶縁性は何ら問題でな
い。そこで、絶縁膜全体としてみるとき、この中
心部での化学量論的な組成部分をできるだけ表面
部特に半導体を形成する表面部まで拡大し、非抵
抗を高くし、もれ電流を極力少なくすることが特
定の安定化に必須である。
また、陽極酸化の欠点であるが、表面層での酸
素イオンや電解液のアニオンが絶縁膜4上に形成
する半導体7の性質に悪影響を与える。
これらの対策として、例えばドライエツチング
により、絶縁膜表面層を取り除く方法も考えられ
よう。しかし、この方法はかえつて酸化膜表面へ
の異物の再付着や表面の荒れをきたし、その上に
半導体層を形成した場合の界面としては適切でな
い。
それゆえに、この発明の目的は、トラツプの少
ない安定したゲートを絶縁膜を形成しうる薄膜ト
ランジスタの製造方法を新規に提供することにあ
る。
この発明を要約すれば、絶縁基板にゲート電極
となるべき第1の金属の層を形成し、該第1の金
属層の上へ第2の金属の層を形成し、該第2の金
属層と前記第1の金属層とを陽極酸化法を用いて
同時に酸化して、前記第2の金属の酸化物を全体
である第2の化成膜と前記第1の金属の酸化物で
ある第1の化成膜とを形成し、次に、前記第2の
化成膜のみを選択エツチングにより取り除き、前
記第1の化成膜をゲート絶縁膜となす工程を含む
ことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法で
ある。なお、第2の化成膜のみを選択エツチング
するとは、第1の化成膜はエツチング液によつて
影響されないこと、言いかえれば第1の金属と第
2の金属を、前者の酸化物が耐エツチング性を有
し後者の酸化物がエツチング性を有するように予
め2つの金属を選択する意味を内包している。
以下、この発明の実施例を図面にしたがつて説
明する。
第2図は一実施例の方法の要部を順次模式的に
示したものである。(),(),(),(),
()は順次の工程に対応する。まず、工程()
において、ガラス基板1を準備する。このガラス
基板1上に薄いベースコート層を設けた後、工程
()に移り、ベースコート層上に第1層目のバ
ルブメタル3′を蒸着またはスパツタリングによ
つて形成する。バルブメタル3′は、ここではTa
を用いている。次の工程()では、第1層目の
バルブメタル3′の上に第2層目としてのバルブ
メタル8を蒸着またはスパツタリングによつて形
成する。バルブメタル8は、ここではNbを用い
ている。この第2層目のバルブメタル8の膜圧
は、200〜500Å程度である。次に、この2層のバ
ルブメタル3,8を同時に陽極酸化法で処理する
(工程())。
陽極酸化の詳細は次のとおりである。最初に、
電圧が以下に述べる設定電圧に達した後、0.1
〜1mA/cm2の電流で約10〜20分間、好ましくは
約15分間、定電流化成を行い、次いで、設定電圧
を一定に保つたまま、電圧印加を約2〜3時間継
続して定電圧電解エージングを行う。設定電圧
は次のようにして決める。順を追つて示せば、ま
ず、電解時の電圧は膜厚dに比例するから、 d1=k1・V1 ……(1) d2=k2・V2 ……(2) ここで、d1はTa2O5の膜厚,d2はNb2O5の膜厚
であり、kiは比例定数であり、k1はTa2O5のも
の,k2はNb2O5のものである。そして、kiは1V
当りの膜厚に相当するから膜の種類(i)により
個別に決めることができる。ちなみに、k1=17
(Å/V),k2=22(Å/V)である。
2層を陽極酸化するときの前記電圧Vは、 V=V1+V2 ……(3) であるから、(1),(2)式より、次式(4)となる。
V=(1/k1)・d1+(1/k2)・d2 ……(4) つまり、膜厚d1,d2を決めれば設定電圧値Vが
一義的に求められる。本実施例では、d1=1300
(Å),d2=500(Å)としたので、 V=(1/17)×1300+(1/22)×500 ≒100(ボルト) に設定し、化成を行なつた。
第2図における工程()は、工程()にお
いて形成した酸化層9の全体を取り除く工程であ
る。酸化層9はNb2O5であるので、アルカリ溶液
たとえばNaOH水溶液をエツチヤントとしてエ
ツチングを行つた。Nb2O5はアルカリに可溶であ
るから解けて除かれる一方、その下部のTa2O5
アルカリに難溶であるため、エツチングはTa2O5
層4′の表面のところで阻止される。その結果、
基板1上には、ゲート電極としてのTa膜3と、
これの酸化膜であるTa2O5膜4′だけが残る。こ
のあと、流水洗浄、水蒸気洗浄や熱処理等を行な
い、以降は周知の方法により、電極金属、および
半導体を作りつけ、トランジスタ素子を形成し
た。
このように、第2図の工程()から()に
よつて絶縁膜を形成すると、従来法ならば絶縁膜
の表面近くの層に存在する過剰の酸素イオンや表
面の異物が、この方法によると、Nb2O5層9にほ
とんど集中し、このNb2O5層9の全体をエツチン
グにより取り除いてしまう(上層のNb2O5膜9を
リムーバ(remover)として用いた)ので、結果
として得られるTa2O5のゲート絶縁膜4′は、そ
の表面層がTaとOとが化学量論的に均質な組成
をもつ領域となつた。また、エツチングを科学的
に行なつたので、ゲート絶縁膜4′の表面はなめ
らかであり、以後の工程における不安定さは除去
されている。
なお、上記実施例では、工程()における第
2層目の金属にNb(ニオブ)を用いたが、他の金
属たとえばTi(チタン),Bi(ビスマス),V(バナ
ジウム)などでもよい。BiやVなどでは、その
酸化物を酸でエツチングすることができる。
以上の説明から明らかなように、この発明によ
れば、絶縁基板に2種の金属層を積層し、この両
層を同時に陽極酸化した後、上層の金属酸化物の
みをエツチングにより取り除き下層の金属酸化物
膜をゲート絶縁膜とする工程を含むようにしたの
で、ゲート絶縁膜表面部とくに半導体を形成する
表面部は化学量論的に均一な組成をもつようにな
り、トラツブの少ない安定したゲート絶縁膜が得
られ、薄膜トランジスタの特性を著しく向上せし
める効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は典型的な薄膜トランジスタの断面図、
第2図は本発明の要部をなすゲート絶縁膜の形成
方法を工程順に示した断面模式図である。 1……絶縁基板、3……ゲート電極、4……ゲ
ート絶縁膜、5,6……電極、7……半導体層、
3′……第1の金属層としてのTa層、8……第2
の金属層としてのNb層、9……第2の化成層と
してのNb2O5層、4′……第1の化成層としての
Ta2O5層。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 絶縁基板にゲート電極とゲート絶縁膜と一対
    の電極と半導体とを順次に形成してなる薄膜トラ
    ンジスタの製造方法において、 前記絶縁基板にゲート電極となるべき第1の金
    属の層を形成し、該第1の金属層の上へ第2の金
    属の層を形成し、該第2の金属層と前記第1の金
    属層とを陽極酸化法を用いて同時に酸化して前記
    第2の金属の酸化物の全体である第2の化成膜
    と、前記第1の金属の酸化物である第1の化成膜
    とを形成し、次に、前記第2の化成膜のみを選択
    エツチングにより取り除き、前記第1の化成膜を
    前記ゲート絶縁膜となす工程を含むことを特徴と
    する薄膜トランジスタの製造方法。
JP56199894A 1981-12-10 1981-12-10 薄膜トランジスタの製造方法 Granted JPS58100461A (ja)

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