JPH0564471B2

JPH0564471B2 -

Info

Publication number: JPH0564471B2
Application number: JP59041754A
Authority: JP
Inventors: Shunpei Yamazaki; Akira Mase
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1984-03-05
Filing date: 1984-03-05
Publication date: 1993-09-14
Also published as: JPS60186065A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は固体表示装置を構成せしめるため、基
板上に設けた非単結晶半導体を用いた縦チヤネル
型の積層型の絶縁ゲイト型半導体装置（以下IGF
という）およびその作製方法に関する。

本発明は装置の完成後、不良IGFのゲイト電極
をリード（バスライン）より分離（トリミング）
することにより、歩留り向上を図り得る固定表示
装置を用いるものであつて、ゲイト電極に昇華性
を有せしめる材料を用いるため、その導電膜（第
３の導電膜）のシート抵抗が10〜100Ω／□と大
きい。このため、バスラインとしてのリード（第
４の導電膜）はこのゲイト電極用導体に密接して
0.5Ω／□以下のシート抵抗とすることにより、
マトリツクス構成をした装置における遅延動作を
なくしたことを特徴としている。

加えて、この0.5Ω／□以下のシート抵抗のリ
ードによりソースまたはドレインに密接した導体
（第２の導電膜）とコンタクトを構成せしめたこ
とにより、インバータのゲイト電極とその負荷
IGFのソースまたはドレインとの連結をなんらの
余分の製造工程を加えることなく実施せんとした
ものである。

本発明は、絶縁性基板上の第１の導電性電極、
第１の半導体、第１の絶縁体、第２の半導体、第
２の導電性電極および第２の絶縁体（層間絶縁
物）よりなる６層に積層された積層体の２つの側
部における第１の絶縁体上に形成する第３の半導
体によりチヤネル形成領域を達成せしめたIGFと
さらにこれを応用した固体表示装置を設けること
に関する。

本発明はかかるマトリツクス構造の複合半導体
装置を基板上に設け、液晶表示型、エレクトロ・
クロミツク（ECD）表示型、EL（エレクトロルミ
ネツセンス）型等のデイスプレイ装置の制御部お
よびその周辺回路とすることを目的としている。

平面型の固体表示装置を設ける場合、平行な透
光性基板例えばガラス、プラスチツク板上に一対
の電極を設けてこの電極間に液晶を注入した液晶
の固体表示装置が知られている。

この表示素子はその等価回路としてキヤパシタ
（以下Ｃという）にて示すことができる。このた
めIGFとＣとを例えば２×２のマトリツクス構成
せしめたものを第１図に示す。

第１図において、マトリツクスの各番地は一対
を構成する２個のIGF１０，１０′と、表示部と
してのＣ３５により１個の絵素を構成させてい
る。

これらを列（Ｙ方向）５１，５２としてビツト
線に連結し、他方、ゲイトを連結してシート抵抗
が0.5Ω／□（アルミニユームにおいては800Å以
上の膜厚に相当）以下のリードを行（Ｘ方向）５
３，５４（ワード線のバスライン）を設けたもの
である。

さらに５１はデコーダ、ドライバの一部を構成
するインバータ５０の出力に連結させたものであ
る。

すると、例えば５１，５３を「１」とし、５
２，５４を「０」とすると、IGF１０，１０′は
ともにオンとなり、他の番地のIGFはオフとな
る。そして任意のビツト線とワード線を１つづつ
選択してオンすることにより、電気的等価素子Ｃ
３５で示される表示部を選択的にオン状態にする
ことができる。

一般に、固体表示装置におけるアクテイブ絵素
が例えば640×525である時、そのすべての絵素の
IGFを正常に動作させることはその製品歩留り考
慮するとまつたく不可能である。

このため、本発明はIGFを一対として設け、そ
のうち一方のIGFのゲイトリークが生じている場
合、このリークしているIGFをＸ方向のリードか
らレーザトリミング（以下LTという）して分離
し除去してしまう、いわゆる冗長用素子を各絵素
のすべてに設けた。このIGFのゲイト電極はLT
用に昇華性金属、例えばクロムを主成分としてい
る金属を用いているため、そのシート抵抗は10〜
100Ω／□と大きい。このためゲイト電極に特に
新たなコンタクト用マスクを用いることなしに低
シート抵抗のゲイト用リードを設けることはきわ
めて重要である。加えて、このリードをして周辺
回路でソースまたはドレインに密接している第２
の導体と連結せしめることは、マスク数をそのた
めに増加させることなしに成就できるため、有効
である。

かくすることによつて、本発明をその設計仕様
に基づいて組み合わせることにより、ブラウン管
に代わる平面テレビ用の固体表示装置を作ること
ができた。

第２図は本発明を実施するための積層型IGFの
縦断面図およびその製造工程を示したものであ
る。

この図面は第３図に示す表示絵素駆動用に１つ
の積層体によつて設けられた２つのIGFのインバ
ータで駆動する側におけるＡ−A′面での縦断面
図の製造例を示すが、同一基板に複数ヶ作る場合
もまつたく同様である。

図面において、絶縁基板１例えば石英ガラスま
たはホウ珪酸ガラス基板又は有機フイルム上の第
１の導電膜２を下側電極、絵素の一方の電極とし
て設けた。この実施例では弗素が添加された酸化
スズを主成分とする透光性導電膜を0.3μの厚さに
形成している。これに選択エツチを第１のマスク
を用いて施した。さらにこの上面に、Ｐまたは
Ｎ型の導電型を有する第１の非単結晶半導体３
（以下単にS1という）を100〜3000Å、第１の絶
縁体４（以下単にS2という）（0.3〜3μ）、第１の
半導体と同一導電型を有する第２の半導体５（以
下単にS3という）（0.1〜0.5μ）を積層（スタツフ
即ちＳという）して設けた。この積層により
NIN、PIP構造（Ｉは絶縁体または半絶縁体）を
有せしめた。

この上面に、ITO（酸化インジユーム・スズ）、
MoSi₂、TiSi₂、WSi₂、Ｗ、Ti、Mo、Crを主成
分とする耐熱性金属の第２の導電膜６（以下S5
ともいう）、ここでは、半導体に密接してクロム
を主成分とする金属（500〜3000Å）を用い、さ
らにその上面にアルミニユームを0.5〜2μ例えば
1μとして積層して用いた。さらにその上層に層
間絶縁物として有効な第２の絶縁体７（以下単に
S5）を0.5〜5μ例えば1μｍの厚さに積層した。こ
の絶縁体はLP CVD法PCVD法または光CVD等
により作られた酸化珪素膜、窒素珪素膜または
PIQ等の有機樹脂とした。

次にこの積層体６０の不要部分を第２のフオト
マスクを用いて除去した。

この第１、第３の半導体のＮ、Ｐ層をN⁺Nま
たはP⁺PとしてN⁺NINN⁺、P⁺PIPP⁺（Ｉは絶縁
体または半絶縁体）としてＰまたはＮと第１、第
２の電極との接触抵抗を下げることは有効であつ
た。

かくのごとくにして、第１の導体１２、第１の
の半導体１３、第１の絶縁体１４、第２の半導体
１５、第２の導体１６および第２の絶縁体１７よ
りなる積層体６０をマスクを用いて形成して得
た。

ここではプラズマ気相エツチ例えばHF気体ま
たはCF₊₄O₂の混合気体を用い、0.1〜0.5torr、
30Wとしてエツチ速度500Å／分とした。

この後、これら積層体S1、１３、S2、１４、
S3、１５、導体１６、絶縁体１７を覆つてチヤ
ネル形成領域を構成する真性またはP^-またはN^-
型の非単結晶半導体を第３の半導体２４として積
層させた。この第３の半導体２４は、基板上にシ
ランのグロー放電性（PCVD法）、光CVD法、
LTCVD法（HOMOCVD法ともいう）を利用し
て室温〜500℃の温度例えばPCVD法における200
℃、0.1torr、30W、13.56MHzの条件下にて設け
たもので、水素または弗素が添加された非晶質
（アモルフアス）または半非晶質（セミアモルフ
アス）または多結晶構造の非単結晶珪素半導体を
用いている。本発明においてはアモルフアスまた
はセミアモルフアス半導体を中心として示す。

さらに、その上面に同一反応炉にて、第３の半
導体表面を大気に触れさせることなく窒化珪素膜
２５を光CVD法にてジシランとアンモニアとで
水銀励起法の気相反応により作製し、厚さは300
〜2000Åとした。

この絶縁膜は13.56MHz〜2.45GHzの周波数の電
磁エネルギにより活性化した窒素またはアンモニ
ア雰囲気に100〜400℃侵して固相一気相反応の窒
化珪素を形成してもよい。

また、DMS（H₂Si（CH₃）₂）、MMS（H₃Si
（CH₃））を用いたPCVD法または光CVD法によ
り炭化珪素を形成させてもよい。

第３の半導体２４はS1、S3とはダイオード接
合を構成させている。

第２図Ｂにおいて、この後ゲイト絶縁膜２５上
を覆つて、第３の導電膜１８を100〜2000Åの厚
さに形成した。

この導電膜１８はITO（酸化インジユーム・ス
ズ）、酸化スズ、酸化インジユームのごとき透光
性導電膜、Si、MoまたはCrを主成分とする耐熱
性を有しかつ昇華性の導電膜とした。

この昇華性を有する第３の導電膜は、トリミン
グ用にその厚さは100〜2000Å好ましくは300〜
1200Åであり、結果としてシート抵抗が10〜
100Ω／□と大きくなつてしまつた。

この後、第３のマスクを用いて一部をレジスト
で覆つた後、異方性エツチを行つた。すると第２
図Ｃ（左側）に示す如く、ゲイト電極は積層体の
横方向のみが残り、積層体の上方向および第１の
電極１２より延在絵素の一方の電極３６の上方に
存在したゲイト電極用導体を完全に除去したする
ことができた。この異方性エツチはクロム、ITO
にあつてはCC1₄のイオンエツチングにより実施
することができた。さらにこのゲイト電極をマス
クとしてCF₄を用いたイオンエツチングによりゲ
イト絶縁膜と第３の半導体の上面を除去し、積層
体の側面のみにそつてゲイト電極１９およびゲイ
ト絶縁膜下のチヤネル形成領域９を作製すること
ができた。この後、第４のフオトエツチング工程
を実施した。この工程はゲイト電極用の第３の
導電膜１８と層間絶縁物１７下の第２の導体とを
設計仕様に基づき第４の導電膜を用いてコンタク
トさせるためである。さらに、開穴２１を作製し
た。この時同時に第３図に示したごとく、積層体
の側面のすべてにおける異方性エツチングで設け
られたゲイト以外の不要部分をエツチングした。
そして積層体６０の２つの側面をIGF１０，１
０′を独立して設けた。またインバータ用に２つ
のIGF２０，２０′を構成せしめ、さらにこの上
面に第４の導電膜をアルミニユームを主成分とす
る導体により0.5〜3μ例えば1.5μの厚さに真空蒸
着法により積層し、そのシート抵抗を0.5Ω／□
以下好ましくは0.1Ω／□以下とした。

すると第２図Ｄ、第３図５０の部分および第４
図Ａに示すごとく、第２の導電膜５１，１６とゲ
イト電極１９″とを電気的に連結することができ
た。

この後、この上面にレジストを形成し、第５の
マスクを用いて第３図に図示されているワード
線（Ｘ方向）５３用のアルミニユームのエツチン
グをした。この時同時に第２図Ｄに示されるごと
く、第２の導体１６とゲイト電極１９″との連結
４１をコンタクトを２１により成就した。

かくして第２図Ｄを得た。

第２図Ｄより明らかなごとく、積層体６０の両
側面を用いて２つのIGF２０，２０′はチヤネル
を９，９′と２つとを有し、ソースまたはドレイ
ン１３、ドレインまたはソース１５を有し、ゲイ
ト１９，１９″を有する構成をしている。

さらに本発明のIGFにおいて、電子移動度がホ
ールに比べて５〜30倍もあるため、Ｎチヤネル型
とするのが好ましい。さらにこの基板上の他部に
ＰチヤネルIGFをペアを有して構成せしめて相補
型トランジスタとすれば有効である。

第３図は第２図に示したIGFを用いて、第１図
に示した本発明の固体表示装置の部分の平面図を
示したものである。

第３図は第１図の１，１，１，２，２，１，
２，２の番地に対応し、特に１，１の番地のIGF
およびインバータ５０の平面図である。さらに第
４図Ａ，Ｂはそれぞれ第３図のＢ−B′およびＣ
−C′の縦断面図である。また、第３図のＡ−
A′の縦断面図には第２図Ｄが対応している。

このIGFの下側の電極１２より延在した電極
（第４図Ｂでは下側に設けられている）３６は、
絵素で構成する液晶（キヤパシタ）３５に連結せ
しめている。他方の基板１′側には、液晶３５の
接地電極３４が設けられる。

第３図において、積層体６０に対し、これにそ
つて設けられたゲイト電極１９，１９′は積層体
６０と直交して設けられているＸ方向のリード５
３に連結している。積層体６０の内部に設けられ
ている第２の導電膜５１は、Ｙ方向のリード配線
とし構成させた。かくしてＸ方向、Ｙ方向にマト
リツクス構成を有し、1Tr／絵素構造を有せしめ
ることができた。

さらに第２図〜第４図より明らかなごとく、こ
のデイスプレイの製造は、５回のフオトエツチン
グにより得ることができた。従来の横チヤネル型
IGFでの多層配線構造では７回も用いていたが、
本発明構成はこの回数を２回少なくすることがで
きた。また本発明のデイスプレイのIGFに必要な
面積は全体の１％以下である。

表示部は91％、リード部８％であつた。本発明
は20インチの大型デイスプレイを製造するに際
し、現在のマスク製造技術ではマスクの最少線巾
は25μとなつてしまう。しかし本発明はかかる
25μをＸ、Ｙ方向のリードとして用いながら、こ
のIGFのチヤネル長は1μまたはそれ以下にマスク
精度の制限をまつたく受けないという大きな特長
を有する。そしてチヤネル長の短いIGFであるた
め、基板におけるIGFとして必要な面積を少なく
でき、かつフオトリソグラフイの精度が動作周波
数の上限を限定しないという他の特長を有する。

さらにこれらの絵素を高周波で動作させるた
め、IGFの周波数特性がきわめて重要であるが、
本発明のIGFはV_DD＝5V、V_GG＝5Vにおいてカツ
トオフ周波数10MHz以上（17.5MHz）（Ｎチヤネ
ルIGF）を有せしめることができた。V_fh＝0.2〜
2Vにすることが第３の半導体２４へのホウ素の
不純物の濃度制御で可能となつた。

さらに本発明においては、IGFをペアとして構
成せしめ、その一方の不良のIGFのゲイト電極に
対し、この上方よりレーザを例えばＱスイツチが
かけられたYAGレーザ光を照射し、ゲイト電極
を昇華気化させてしまうことによりリード５３よ
り分離し、パネル全体の歩留りをこれまでの10％
しかない状態より（不良絵素が５ヶ以下を良品と
する）50％の歩留りにまで向上させることができ
た。加えてレーザ光（ここでは波長1.06μまたは
0.53μのYAGレーザを使用）は直径10〜30μを有
する。しかし、本発明の一対のIGFのゲイト電極
間は約30μも離れているため対をなす他のIGFに
何等の支障もなく、一方のシヨートした側の絵素
を除去することができた。

本発明の他の実施例を第５図に示す。

第５図Ａは第１図５５の拡大平面図（第３図の
５５）に対応している。また第５図Ｂは第５図Ａ
のＡ−A′の縦断面図である。

図面より明らかなごとく、ゲイト電極１９，１
９′の下方には、IGFのソースまたはドレインの
電極１２が存在する。またこのIGFの電極と絵素
の電極３６とは、第５図に示くごとく、８２によ
り離間している。このため、電流は８１に示すご
とく、IGFをまわりこんで絵素の一方の電極３６
に連結せしめている。その結果、特に異方性エツ
チを用いなくても、ゲイト電極を絵素の一方の電
極の上方に配設することを避けることができた。

第５図Ｂにおいて、電極１２と積層体６０とを
同一工程で同一形状にせしめると、電極と積層体
とのズレが工程中に発生することなく、寄生容量
の増加を防ぐことができる。

第３図、第５図において、IGFのオーバコート
用ポリイミド樹脂により、絵素の部分のみに液晶
３５を充填させている。また絵素の周辺部は、２
つの電極３６，３４（第４図Ｂ参照）間のスペー
サ（厚さ３〜15μ）をも兼ね、加えてこのスペー
サをして絵素周辺部を黒色化（無反射）し、ブラ
ツクマトリクツスとして併用せしめた。このブラ
ツクマトリクツス化により、この絵素のコントラ
ストを向上させることができた。さらに３５の領
域に表示体である例えばGH（ゲスト・ホスト）
型等の液晶が充填され、この絵素をIGF１０，１
０′のオン、オフにより制御を行なわしめた。

本発明において、液晶３５用の配向処理がされ
た２つの電極３６，３４間を３〜15μとし、その
間隙に例えばGH型の液晶を注入し、加えて対抗
基板１′内に赤、緑、青のフイルタをうめこむこ
とによりこのデイスクプレイをカラー表示するこ
とが可能である。そして赤緑青の３つの要素を交
互に配列せしめればよい。

もちろんELにより各絵素それ自体を赤、緑、
青で発光させてもよいことはいうまでもない。

さらに第４図Ａにおいては、インバータを示す
が、ドレイン電極（電源電位）３７、ソース電極
（接地電位）３９間においてIGFの入力３８、さ
らにデイプレツシヨン型としているための負荷
IGF２０′のゲイト電極と出力５１とが４１によ
り連結している。

さらにかかるい積層型のIGFのため、従来のよ
うに最小線巾0.5〜3μという高精度のフオトリソ
グラフイ技術を用いることなく、基板特に絶縁基
板上にインバータ（第４図Ａ参照）、抵抗、キヤ
パシタを作ることが可能になつた。そしてフルカ
ラー表示デイスプレイにまで発展させることが可
能になつた。

本発明において積層体の第１の絶縁体の代わり
に半導体とし、この側周辺をチヤネル形成領域と
して用いることは有効である。しかしかかる構造
においては第３の半導体を形成する工程がないと
いう特長が有するが、他方、この半導体の表面が
エツチング雰囲気にさらされるため、界面準位密
度が前記した第３の半導体を用いる方法に比べて
大きくなり、各IGF間にバラツキが発生してしま
うという欠点を有した。

本発明における非単結晶半導体は珪素、ゲルマ
ニユームまたは炭素珪素（SixC_1-X ０＜ｘ＜
１）を用いた。

本発明におけるゲイト電極を構成する第３の導
電膜はクロムを主成分とする。即ちCr中に銅、
銀等を昇華性を損なわない範囲で添加してもよ
い。また、リン、ホウ素を添加してもよい。加え
てゲスト絶縁物に密接して珪素をその上面に、さ
らにCr、Mo等の昇華性金属膜を多層に設けても
よい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の固体表示装置の絶縁ゲイト型
半導体装置とキヤパシタとを絵素としたマトリツ
クス構造の等価回路を示す。第２図Ａ，Ｂ，Ｃ，
Ｄは本発明の積層型絶縁ゲイト型半導体装置の工
程を示す縦断面図である。第３図は本発明の積層
型絶縁ゲイト型半導体装置とキヤパシタまた表示
部とを一体化した平面デイスプレイを示す固体表
示装置の縦断面図である。第４図は第３図Ｂ−
B′、Ｃ−C′の縦断面図を示す。第５図は本発明の
他の構造を示す。

Claims

【特許請求の範囲】１絶縁基板上の第１の導電膜の電極上に第１の
半導体、第１の絶縁体、第２の半導体、第２の導
電膜および層間絶縁物を概略同一形状に積層した
積層体を有し、前記第１および第２の半導体をし
てドレインおよびソースを構成せしめ、前記積層
体の側部に隣接した第３の半導体によりチヤネル
形成領域を構成して設け、前記第３の半導体上に
ゲイト絶縁膜と第３の導電膜によつて設けられた
ゲイト電極とを前記積層体の側面に配設した絶縁
ゲイド型半導体装置において、前記第３の導電膜
と前記第２の導電膜とが前記層間絶縁物に設けら
れた開穴を介して第４の導電膜により互いに連結
して設けられたことを特徴とする絶縁ゲイト型電
界効果半導体装置。２絶縁基板上の第１の導電膜を選択的に除去し
て第１の電極を形成する工程と、該電極上に第１
の半導体、第１の絶縁体、第２の半導体、第２の
導電膜および層間絶縁物を形成した後、選択的に
除去し、概略同一形状に積層された積層体の側面
に隣接して第３の半導体、ゲイト絶縁物および第
３の導電膜によりゲイト電極を形成する工程と、
前記層間絶縁物、前記第３の半導体、前記ゲイト
絶縁物および前記ゲイト電極を選択的に除去して
コンタクト用開穴を形成する工程と、第４の導電
膜を形成して前記第２の導電膜と前記第３の導電
膜とを互いに連結する工程とを有することを特徴
とする絶縁ゲイト型電界効果半導体装置の作製方
法。