JPH09162406A - 半導体装置およびその作製方法 - Google Patents

半導体装置およびその作製方法

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JPH09162406A
JPH09162406A JP34662695A JP34662695A JPH09162406A JP H09162406 A JPH09162406 A JP H09162406A JP 34662695 A JP34662695 A JP 34662695A JP 34662695 A JP34662695 A JP 34662695A JP H09162406 A JPH09162406 A JP H09162406A
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wiring
semiconductor device
gate electrode
insulating film
forming
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JP34662695A
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Kouyuu Chiyou
宏勇 張
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 絶縁ゲート型電界効果半導体装置の製造工
程を簡略化する 【構成】 通常陽極酸化工程の直後に行われるゲート
線103と電流供給線102の分断をデータ線101の
形成と同時に行う。即ち、分断のみを目的とした工程が
削減され、大幅に製造工程が簡略化される。また、デー
タ線101は基板上の全ての配線が短絡した後に形成さ
れるため、ゲート絶縁膜の静電破壊を引き起こすことが
ない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本明細書で開示する発明は、
結晶性を有する薄膜半導体を用いた半導体装置の作製方
法に関する。特に、プレーナー型薄膜トランジスタの作
製方法に関する。
【0002】
【従来の技術】最近、安価なガラス基板上に薄膜トラン
ジスタ(TFT)を作製する技術が急速に発達してきて
いる。その理由は、アクティブマトリクス型液晶表示装
置の需要が高まったことにある。
【0003】アクティブマトリクス型液晶表示装置は、
マトリクス状に配置された数百万個もの各画素のそれぞ
れにTFTを配置し、各画素電極に出入りする電荷をT
FTのスイッチング機能により制御するものである。
【0004】また、アクティブマトリクス型液晶表示装
置の特徴としては、マトリクス状に配置されたTFTを
画素部の周囲に設けられた周辺駆動回路によって駆動す
る集積化回路となっている点である。
【0005】しかし、アクティブマトリクス型液晶表示
装置としての機能を発揮するには数百万個ものTFTが
正常に動作することが必要条件となる。このことが、ア
クティブマトリクス型液晶表示装置の製造工程における
歩留りを大きく低下させる要因となっている。
【0006】また最近は、高性能な表示装置が求められ
る流れの中で、TFTの構造も複雑なものとなり、製造
工程が大幅に多くなってきている。製造工程が長くなれ
ば、その分だけ歩留り低下の可能性が高くなるのは自明
の理である。
【0007】従って、アクティブマトリクス型液晶表示
装置を普及させるためにも、歩留りの向上、具体的には
製造工程の簡略化が急務として進められている。
【0008】製造工程を簡略化する上でまず求められる
のは、パターニング回数の削減である。パターニング工
程は、大別してレジスト塗布工程、露光工程、現像工
程、エッチング工程、レジスト剥離工程からなる。
【0009】例えば、アモルファスシリコンTFTやポ
リシリコンTFTに幅広く採用されている陽極酸化技術
においては、2回のパターニング工程が必要となる。
【0010】この陽極酸化技術の概要は、 (1)ゲート電極とそれに延在する電流供給用配線を形
成する。 (2)ゲート電極を陽極として電解溶液中にて陽極酸化
する。 (3)ゲート電極とそれに延在する電流供給用配線とを
分断する。 という構成からなる。
【0011】この中で(1)の工程で1回目のパターニ
ングが必要となる。しかし、これはゲート電極を形成す
るためには必要不可欠である。また、(3)の工程で2
回目のパターニングが必要となる。こちらは、配線の一
部を分断する目的のみであるから、TFTの構造に関係
のない余計な工程であると言える。このような余計な工
程はいたずらに製造工程を複雑なものとし、歩留りを低
下させる原因となる。
【0012】また上記の分断工程の際、従来は分断領域
をパターニングによって選択的に形成した後、被分断配
線のエッチングを行っていた。しかし、パターニングに
は精度的に5μm程度のマージンを必要とするため、5
μm以下の隙間を分断することは非常に困難であった。
【0013】さらに、製造工程上の重大な問題として、
静電破壊によるゲート絶縁膜の破壊がある。これは、ア
ルミニウムのような金属材料からなるゲート電極は比抵
抗が低いことに起因している。即ち、分断後に独立とな
ったゲート電極とガラス基板との電位差により、ゲート
絶縁膜が破壊されるという問題も生じる。
【0014】この問題を解決する手段として、全ての配
線を短絡せしめて同電位とするショートリング構造が採
用されている。しかし、陽極酸化の直後に上記分断工程
を行ってしまうと、ゲート線を構成する第1の配線と、
データ線を構成する第2の配線とが短絡するまではショ
ートリング構造とならない。
【0015】そのため、第2の配線を形成する前に行わ
れるプラズマ関連の工程(イオンドーピング、プラズマ
CVD法による成膜等)の際、TFT素子が外部からの
静電気や基板自身の電位差によって破壊される恐れがあ
る。
【0016】
【本発明が解決しようとする課題】本発明は上記のよう
な問題を解決すべく、TFTの製造工程を簡略化するこ
とを課題とする。
【0017】具体的には、陽極酸化工程において、従来
2回行われていたパターニング工程を1回で済ませる技
術の提供を課題とする。即ち、分断のみを目的とした工
程を削除することを課題とする。
【0018】また、TFT素子が静電気や基板との電位
差によって破壊することを防止するための静電対策技術
の提供を課題とする。
【0019】
【解決するための手段】本明細書で開示する発明の一つ
は、絶縁ゲート型電界効果半導体装置の作製にあたっ
て、陽極酸化可能な材料からなるゲート電極を形成する
とともに前記ゲート電極から延在する第1の配線を形成
する工程と、前記第1の配線を電流の供給線として利用
しつつ前記ゲート電極を陽極酸化する工程と、前記ゲー
ト電極および第1の配線を覆って絶縁膜を形成する工程
と、薄膜トランジスタの活性層の少なくとも一部と前記
第1の配線の一部に達する開孔穴を前記絶縁膜に形成す
る工程と、前記活性層の少なくとも一部および前記第1
の配線の一部と電気的に接続する第2の配線を形成する
工程と、を有し、前記第2の配線を形成すると同時に前
記第1の配線の一部を除去することを特徴とする。
【0020】即ち、陽極酸化工程の後に続く、イオンド
ーピング工程、活性化工程、第1層間絶縁膜形成工程の
後に、第2の配線形成工程と同時に第1の配線を分断す
ることを特徴とする。
【0021】図1に複数個のTFTを組み合わせた回路
構成の一例を示す。Nチャネル型TFTとPチャネル型
TFTとを任意に組み合わせることで、NAND回路や
NOR回路を構成する事ができる。
【0022】図1に示す様に、第2の配線(実線で示
す)であるデータ線101をパターニングすると同時
に、分断部A、分断部Bにおいて電流供給線102およ
びゲート線103を構成する第1の配線(点線で示す)
を分断することができる。
【0023】第2の配線は成膜時に第1の配線と短絡す
るため、この時点で基板上の全ての配線は同電位とな
る。そして、実線で示されるデータ線101を形成する
際に、分断部Aにおいてゲート線103が分断される。
この分断はNAND回路又はNOR回路の構成において
入力1と入力2の信号を分けるためにも必要である。
【0024】また、同時に分断部Bにおいてはゲート線
103と電流供給線102とが自己整合的に分断され
る。こうして、それぞれのゲート線が独立して形成さ
れ、第2の配線と接続される。
【0025】この場合、第2の配線を形成するエッチン
グと第1の配線を分断するエッチングは同一手段で行わ
れる。そのために、第1の配線と第2の配線は同じ材料
から構成されてなければならない。
【0026】
【実施例】
〔実施例1〕本実施例は薄膜トランジスタ(TFT)を
利用したアクティブマトリクス型液晶表示装置の作製に
あたって本明細書で開示する発明を応用した例である。
【0027】前記表示装置は実際に液晶を配向させて画
像表示を行うための画素TFTと、その画素TFTを駆
動するための駆動回路TFTから構成される。
【0028】画素TFTは全てのゲート線と電流供給線
とを実際にパネルとして必要とする領域外で短絡させて
おき、パネル化の際にガラスごと分断してしまうため特
に分断工程を必要としない。第2の配線も同様にまとめ
て引き出しておいてガラスごと分断する。
【0029】即ち、本発明が特に効果を発揮するのは、
周辺駆動回路部において駆動回路を構成するために必要
な微細な分断工程を行う場合である。以上の理由によ
り、本実施例では駆動回路TFTとその付近の分断部を
例にとって説明する。図2に駆動回路TFTの作製工程
を示す。
【0030】まず、酸化珪素膜などの絶縁膜を表面に有
したガラス基板201を用意する。その上に、図示しな
い500Åの厚さの非晶質珪素膜をプラズマCVD法や
減圧熱CVD法により形成し、適当な結晶化方法により
結晶化する。この結晶化は加熱によっても、レーザー光
の照射によっても良い。
【0031】次に、前記非晶質珪素膜を結晶化して得ら
れた結晶性珪素膜をパターニングして、活性層を構成す
る島状の半導体層202を形成する。
【0032】その上に、後にゲイト絶縁膜として機能す
る酸化珪素膜203を1200Åの厚さに形成する。こ
の酸化珪素膜203の形成方法は、プラズマCVD法や
減圧熱CVD法によれば良い。
【0033】次に、図示しないアルミニウムまたはアル
ミニウムを主成分とする材料からなる膜を3000Åの
厚さに形成する。本実施例では、アルミニウムに0.18重
量%のスカンジウムを添加したものを用いる。
【0034】このスカンジウムは加熱やレーザー照射に
よってアルミニウムにヒロックやウィスカーが発生する
のを抑制する効果を与える。ヒロックやウィスカーと
は、アルミニウムの異常成長による針状または刺状の突
起物である。
【0035】DCスパッタ装置にて図示しないアルミニ
ウムまたはアルミニウムを主成分とする材料からなる膜
を3000Åの厚さに形成する。
【0036】まず、成膜前に同じ装置内のベークチャン
バーで基板を300 ℃10min の真空ベーク処理を施す。こ
れによって、基板上に付着したガスが離脱し、より高品
質のアルミニウム膜を得ることができる。真空ベークが
終了したら真空保持したまま成膜チャンバーへ搬送して
アルミニウム膜を形成する。
【0037】成膜時の印加電力は2000W、ガス圧力は0.
2 〜0.3 Pa、処理温度は室温とする。アルミニウムの
膜質と膜内応力を改善するためには、ガス圧力と印加電
力の最適化が重要である。
【0038】次に、電解溶液中で前記アルミニウムを主
成分とする膜を陽極として、陽極酸化を行う。電解溶液
としては、3%の酒石酸のエチレングリコール溶液をア
ンモニア水で中和して、PH=6.92に調整したもの
を使用する。また、白金を陰極として化成電流5mA、
到達電圧10Vとして処理する。
【0039】こうして形成される緻密な陽極酸化膜20
4は、ゲート電極を形成する際にフォトレジストとの密
着性を高める効果がある。また、電圧印加時間を制御す
ることで陽極酸化膜204の厚さを制御できる。こうし
て、緻密な陽極酸化膜204を形成したら、アルミニウ
ムを主成分とする膜をパターニングして、図示しないゲ
イト電極を形成する。
【0040】次に、2度目の陽極酸化を行い、多孔質の
陽極酸化膜205を形成する。電解溶液は3%のシュウ
酸水溶液とし、白金を陰極として化成電流2〜3mA、
到達電圧8Vとして処理する。この時陽極酸化は基板に
対して平行な方向に進行する。また、電圧印加時間を制
御することで多孔質の陽極酸化膜205の長さを制御で
きる。本実施例では、電圧印加時間を35min とし、0.
7 〜0.8 μmの多孔質の陽極酸化膜205を形成する。
【0041】さらに、専用の剥離液でフォトレジストを
除去した後、3度目の陽極酸化を行い、図2(A)の状
態を得る。
【0042】この時、電解溶液は3%の酒石酸のエチレ
ングリコール溶液をアンモニア水で中和して、PH=
6.92に調整したものを使用する。そして、白金を陰
極として化成電流5〜6mA、到達電圧60Vとして処
理する。
【0043】この際形成される陽極酸化膜206は、非
常に緻密、かつ、強固である。そのため、ド−ピング工
程などの後工程で生じるダメージからゲイト電極207
を保護する効果を持つ。
【0044】なお、上記一連の陽極酸化工程は、図1に
示される電流供給線102を利用して行われ、全てのゲ
ート電極は電流供給線102とゲート線103を介して
短絡している。
【0045】次いで、イオンドーピング法により、島状
の半導体層202に不純物を注入する。例えば、Nチャ
ネル型TFTを作製するならば、不純物としてP(リ
ン)を用いれば良い。
【0046】まず、図2(A)の状態で1度目のイオン
ドーピングを行う。なお、P(リン)の注入は加速電圧
60〜90kV、ドーズ量0.2 〜5 ×1015原子/cm
2 で行う。本実施例では、加速電圧80kV、ドーズ量
1×1015原子/cm2 とする。
【0047】すると、ゲイト電極207、多孔質の陽極
酸化膜205がマスクとなり、後にソース/ドレインと
なる領域208、209が自己整合的に形成される。
【0048】次に、図2(B)に示す様に、多孔質の陽
極酸化膜205を除去して、2度目のドーピングを行
う。なお、2度目のP(リン)の注入は加速電圧60〜
90kV、ドーズ量0.1 〜5 ×1014原子/cm2 で行
う。本実施例では、加速電圧80kV、ドーズ量1×1
14原子/cm2 とする。
【0049】すると、ゲイト電極207がマスクとな
り、ソース領域208、ドレイン領域209と比較して
不純物濃度の低い、低濃度不純物領域210、211が
自己整合的に形成される。
【0050】同時に、ゲイト電極207の直下は不純物
が全く注入されないため、TFTのチャネルとして機能
する領域212が自己整合的に形成される。
【0051】このようにして形成される低濃度不純物領
域(またはLDD領域)211は、チャネル領域212
とドレイン領域209との間に高電界が形成されるのを
抑制する効果を持つ。
【0052】次に、図2(C)に示す様に、第1の層間
絶縁膜213をプラズマCVD法により形成する。この
第1の層間絶縁膜213は酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸
化窒化珪素膜(SiOx y )から選ばれた膜を用いる
ことができる。本実施例では、4000Åの膜厚の窒化珪素
膜を用いた。
【0053】また、第1の層間絶縁膜213の膜厚はゲ
イト電極207の膜厚の1〜3倍となるようにする。こ
れは、第1の層間絶縁膜213のカバレッジを良くする
ことで第1の層間絶縁膜213を介するリーク電流を防
止するためである。
【0054】次に、第1の層間絶縁膜213、陽極酸化
膜206をエッチングしてコンタクトホールを形成す
る。コンタクトホールの形成はウェットエッチングまた
はドライエッチングのいずれの手段によっても良い。本
実施例では、テーパーエッチングを得やすいO2 とCF
4 との混合ガスを用いたドライエッチング法を採用す
る。こうして、図2(C)の状態が得られる。
【0055】この時、分断部Aにおいても同様のエッチ
ング処理が行われ、図3(A)の状態となっている。こ
こで301で示されるのはゲート線103から延在する
第1の配線である。さらに、分断部Bにおいても同様の
エッチング処理が行われ、図4(A)の状態となってい
る。ここで401で示されるのはゲート線103から延
在する第1の配線である。
【0056】次に、図2において、後に第2の配線を形
成する図示しないアルミニウム膜を成膜する。このアル
ミニウム膜はゲート電極207と同じ組成からなる膜を
用いる。
【0057】この時、分断部Aにおいては第1の配線3
01と接して、後に第2の配線を形成するアルミニウム
膜302が成膜される。(図3(B)) 分断部Bにおいても同様に第1の配線401と接して、
後に第2の配線を形成するアルミニウム膜402が成膜
される。(図4(B))
【0058】即ち、この時点で後に第2の配線を形成す
るアルミニウム膜は、分断部Aと分断部Bとにおいて第
1の配線と接触しているため、基板上の全ての配線は同
電位となっている。
【0059】次に、図2(D)で示される様に、図示し
ないアルミニウム膜をパターニングしてTFTと電気的
に接続する配線電極214、215、216を形成す
る。この際、上述の様に基板上の全ての配線は同電位と
なっているので、ドライエッチング時のプラズマによる
静電破壊は生じない。
【0060】この時、分断部Aにおいては第2の配線3
02と第1の配線301が同時にエッチング除去され、
図3(C)の状態となっている。この時点で、入力1が
入るゲート線と入力2が入るゲート線とが電気的に分断
される。
【0061】また、分断部Bにおいてはデータ線101
を形成するためのレジストマスク403をマスクとし
て、第2の配線402と第1の配線401が同時にエッ
チング除去される。即ち、データ線101が形成される
際に、自己整合的に第1の配線401は分断され、図4
(C)の状態となっている。この時点で、電流供給線1
02と各ゲート線とが電気的に分断される。
【0062】第2の配線の形成および第1の配線の分断
が終了したら、レジストマスク403を除去して、図2
(D)に示す第2の層間絶縁膜217を形成する。本実
施例では、3000Åの窒化珪素膜を用いたが、酸化珪素膜
等を用いても良いし、積層構造を採っても構わない。
【0063】この第2の層間絶縁膜217は、画素部に
おいて画素TFTのソース電極と透明電極とが短絡しな
いように絶縁する目的を持つと同時に、分断部Aや分断
部Bにおいて分断面を覆って保護する効果も併せ持って
いる。こうして、図2(D)に示す構造の駆動回路TF
Tが作製される。
【0064】分断部Aは図3(D)に示す構造となる。
第1の配線301の分断面は第2の層間絶縁膜215に
覆われている。ここで、図3(D)の破線に沿って切り
取った断面を図5(A)に示す。このように、分断部A
で見られる分断面には第1の配線301のみが見られ
る。
【0065】また、分断部Bは図4(D)に示す構造と
なる。第1の配線401および第2の配線(データ線)
101からなる積層膜の分断面は第2の層間絶縁膜21
5に覆われている。ここで、図4(D)の破線に沿って
切り取った断面を図5(B)に示す。このように、分断
部Bで見られる分断面には第1の配線401および第2
の配線(データ線)101が積層された構造が見られ
る。
【0066】
【発明の効果】以上の様に、本発明では陽極酸化後すぐ
に電流供給線102の分断を行うのではなく、第2の配
線と第1の配線が電気的に接続された状態で、第2の配
線を形成すると同時に分断を行うことを特徴とする。
【0067】即ち、別途に分断工程を設ける必要がなく
なるため、大幅に工程を簡略化することが可能となっ
た。また、第2の配線を成膜する際に基板上の全ての配
線が同電位となるため、第2の配線をパターニングする
際のプラズマによる静電破壊を防ぐことができる。
【0068】また、本発明を利用すれば自己整合的な分
断が可能となるため、分断箇所を余計なマージンを採ら
ずに効率よく設計することができる。この事は、集積回
路の微細化を踏まえた回路設計の上で重要なメリットを
持つことになる。
【0069】さらに、分断面に露出したアルミニウムは
第2の層間絶縁膜215に覆われて保護されるため、外
部からの汚染や水分の影響を受けない構造を得ることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 周辺駆動回路の一部を示す上面図
【図2】 TFTの作製工程を示す図
【図3】 分断部Aにおける分断工程を示す図
【図4】 分断部Bにおける分断工程を示す図
【図5】 分断部における分断面を示す図
【符号の説明】
101 データ線 102 電流供給線 103 ゲート線 201 ガラス基板 202 島状の半導体層 203 ゲート絶縁膜 204 緻密な陽極酸化膜 205 多孔質の陽極酸化膜 206 強固な陽極酸化膜 207 ゲート電極 208 ソース領域 209 ドレイン領域 210 低濃度不純物領域 211 低濃度不純物領域 212 チャネル形成領域 213 第1の層間絶縁膜 214 配線電極 215 配線電極 216 配線電極 217 第2の層間絶縁膜 301 ゲート線から延在する第1の配線 302 第2の配線 401 ゲート線から延在する第1の配線 402 第2の配線 403 レジストマスク

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】絶縁ゲート型電界効果半導体装置の作製に
    あたって、 陽極酸化可能な材料からなるゲート電極を形成するとと
    もに前記ゲート電極から延在する第1の配線を形成する
    工程と、 前記第1の配線を電流の供給線として利用しつつ前記ゲ
    ート電極を陽極酸化する工程と、 前記ゲート電極および第1の配線を覆って第1の絶縁膜
    を形成する工程と、 薄膜トランジスタの活性層の少なくとも一部と前記第1
    の配線の一部に達する開孔を前記絶縁膜に形成する工程
    と、 前記開孔を介して前記活性層の少なくとも一部および前
    記第1の配線の一部と電気的に接続する第2の配線を形
    成する工程と、 を有し、 前記第2の配線を形成すると同時に前記第1の配線の一
    部を除去することを特徴とする半導体装置の作製方法。
  2. 【請求項2】請求項1において、第1の配線の一部を除
    去する工程は前記第1の配線と前記第2の配線とが電気
    的に接続された後に行われることを特徴とする半導体装
    置の作製方法。
  3. 【請求項3】請求項1において、前記第1の配線の一部
    を除去した際の分断口は、前記第1の配線のみの断面お
    よび前記第1の配線と前記第2の配線との積層構造から
    なる断面の2種類を有し、 前記2種類の断面の高さが異なることを特徴とする半導
    体装置の作製方法。
  4. 【請求項4】請求項1において、前記第1の配線の一部
    を除去した際の分断口は、前記第1の配線のみの断面お
    よび前記第1の配線と前記第2の配線との積層構造から
    なる断面の2種類を有し、 前記2種類の断面を覆って少なくとも一層以上の絶縁膜
    を形成する工程を有することを特徴とする半導体装置の
    作製方法。
  5. 【請求項5】請求項1において、第1の配線と第2の配
    線は同じ材料からなり、 前記第1の配線と第2の配線は同一手段によってエッチ
    ングされることを特徴とする半導体装置の作製方法。
  6. 【請求項6】請求項1において、前記第2の配線を形成
    すると同時に前記第2の配線および第2の配線上にある
    フォトレジストをマスクとして自己整合的に前記第1の
    配線を除去する工程を有することを特徴とする半導体装
    置の作製方法。
  7. 【請求項7】絶縁ゲート型電界効果半導体装置であっ
    て、 陽極酸化可能な材料からなるゲート電極と前記ゲート電
    極から延在する第1の配線とを有し、 前記ゲート電極表面に前記第1の配線を電流の供給線と
    して利用しつつ陽極酸化により形成した陽極酸化膜を有
    し、 前記ゲート電極および第1の配線を覆って形成された絶
    縁膜を有し、 前記絶縁膜には薄膜トランジスタの活性層の少なくとも
    一部と前記第1の配線の一部に達する開孔穴を有し、 前記活性層の少なくとも一部および前記第1の配線の一
    部と電気的に接続する第2の配線を有し、 前記第2の配線の形成と同時に前記第1の配線の一部が
    除去されることを特徴とする半導体装置。
  8. 【請求項8】請求項7において、第1の配線の一部を除
    去する工程は前記第1の配線と前記第2の配線とが電気
    的に接続された後に行われることを特徴とする半導体装
    置。
  9. 【請求項9】請求項7において、前記第1の配線の一部
    を除去した際の分断口は、前記第1の配線のみの断面お
    よび前記第1の配線と前記第2の配線との積層構造から
    なる断面の2種類を有し、 前記2種類の断面の高さが異なることを特徴とする半導
    体装置。
  10. 【請求項10】請求項7において、前記第1の配線の一
    部を除去した際の分断口は、前記第1の配線のみの断面
    および前記第1の配線と前記第2の配線との積層構造か
    らなる断面の2種類を有し、 前記2種類の断面を覆って少なくとも一層以上の絶縁膜
    が形成されることを特徴とする半導体装置。
  11. 【請求項11】請求項7において、第1の配線と第2の
    配線は同じ材料からなり、 前記第1の配線と第2の配線は同一手段によってエッチ
    ングされることを特徴とする半導体装置。
  12. 【請求項12】請求項7において、前記第1の配線は前
    記第2の配線を形成すると同時に前記第2の配線および
    第2の配線上にあるフォトレジストをマスクとして自己
    整合的に除去されることを特徴とする半導体装置。
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