JPS60180171A - 絶縁ゲイト型電界効果半導体装置およびトリミング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は絶縁ゲイＩ−型半導体装置（以下ＩＧＦという
）のゲイト電極を形成後トリミングが可能な構造を有し
、かつそのゲイト電極をスズまたはインジュームを主成
分とする酸化物または窒化物の（２） 導電膜により設けることを目的としている。

本発明は、トリミング可能なＩＧＦとして、透光性絶縁
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
縁体よりなる６層に積層された積層体の側部における第
１の絶縁体上に形成する第３の半導体によりチャネル形
成領域を構成せしめ、この形成領域上に窒化珪素または
炭化珪素のゲイト絶縁膜とこの股上にスズまたはインジ
ュームを主成分とする酸化物または窒化物の導電膜のゲ
イト電極とを有するＩＧＦを用いたものである。

この本発明のＩＧＦを応用して各絵素に連結した固体表
示装置を設けることができる。

本発明はかかるマトリックス構造の複合半導体装置を基
板上に設け、固体表示装置である液晶表示型、エレクト
ロ・クロミック表示型等のディスプレイ装置に応用する
ことを目的としている。

この液晶表示またはエレクトロ・クロミック表示素子は
その等価回路としてキャパシタ（以下Ｃという）にて示
すことができる。このためＩＧＦと（３） Ｃとを例えば２×２のマトリックス構成せしめたものを
第１図に示す。

第１図において、マトリックスの各番地は一対を構成す
る２個のＩＧＦ　（１０）、（１０’）と、表示部とし
てのＣ（７０）によりＨ［ｌｉｌの絵素を構成させてい
る。

これらを列（Ｙ方向のリード＞（５１）、＜５２）とし
てビット線に連結し、他方、ゲイト枝として連結された
行（Ｘ方向のり一部Ｘ５３）、（５４）（ワード線）を
設けたものである。

すると、（列えば（５１）、〈５會）を１１」とし、（
５２入（５４）を「０」とすると、ｙｃｐ　（１０）、
＜１０’）はともにオンとなり、他の番地のＩＧＦはオ
フとなる。そして任意のビット線とワード線を１つづつ
または１つの一行または列として選択してオンすること
により、電気的等価素子Ｃ（７０）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。

本発明は、固体表示装置におけるアクティブ絵素が例え
ば６４０　Ｘ５２５である時、そのすべての絵素のＩＧ
Ｆを正常に動作させることはその製品歩留りを考慮する
とまったく不可能である。このため（４） 本発明では、一対のＩＧＦのうち一方のＩＧＩ’のゲイ
トに破損（ショート）が生じている場合、この破損して
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、または電気
的パルスを加えてショートした部分の電極の一方は気化
して除去してしまうことにより良品とするいわゆる冗長
用素子を各絵素に設けたものである。本発明はかかる目
的のため、このＩＧＦのゲイト電極はＬＴ用に昇華性を
有するスズまたはインジュームを主成分とする酸化物ま
たは窒化物の導電膜を用い、加えて熱伝導度も金属中き
わめて小さい導電膜よりなることを特長としている。

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。

この図面は表示絵素駆動用に２つのＩＧＦを用いこれら
を１つの積層体にそって作製する製造例を示すが、同一
基板に複数ケ作る場合もまったく同様である。

図面において、絶縁基板（１）例えば石英ガラ（５） スまたはホウ珪酸ガラス基板又は有機フィルム上に第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
。これに選択エッチを第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３１という）を１００
〜３０００人、第１の絶縁体（４〉く以下単にＳ２とい
う＞＜０．３〜３μ）４第１の半導体と同一導電型を有
する第３の半導体（５）（以下単にＳ３という）〈０．
１〜０．５μ〉を積層（スタック即ち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）を有せしめた。

この上面に、ＩＴＯ（酸化インジューム・スズ）。

ＭｏＳ＋、　＊　Ｔｌ５ＩＬ　＋　ＷＳｔＬ＋　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（５００〜３０
００人）を用い、さらにその上面にアルミニュームを０
．５〜２μ例えば１μ積層して（６） 用いた。さらにその上層に眉間絶縁物として有効な第２
の絶縁体（７）〈以下単に５５）を０．５〜５μ例えば
２μｍの厚さに積層した。この絶縁体はＰＩＱ等の有機
樹脂とした。

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）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った。

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３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。

ここではプラスマ気相エッチ例えば肝気体またはＣＦ、
＋　ｏＬの混合気体を用い、０．１〜０．５ｔｏｒｒ、
３０Ｗとしてエッチ速度５００人／分とした。

この後、これら積層体ＳＬ　（１３）、５２　（１４）
、Ｓ３　（１５）。

導体（１６）、絶縁体（１７）を覆ってチャネル形成領
域を構成する真性またはＰ−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（７） の半導体（２４）は、基板上にシランのグロー放電法（
ＰＣＶＤ法）、光ＣＶＤ法、ＬＴ　ＣＶＤ法（ＩＩＯＭ
ＯＣＶＤ法ともいう）を利用して室温〜５００°Ｃの温
度例えばｐｃＶＤ法における２００℃、０．１ｔｏｒｒ
、３０Ｗ、１３．５６　Ｍｌｌｚ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（アモルファ
ス）または半非晶質（セミアモルファス）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
てはアモルファスまたはセミアモルファス半導体を中心
として示す。

さらに、その」二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（窒化珪素膜（２５）を光
ＣＶＤ法にてシラン（ジシランでも可）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〜
２０００人とした。

この絶縁膜は１３．５６ＭＩ（ｚ〜２．４５Ｇｔｌｚ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℃浸して固相−気相反応
の窒化珪素を形成してもよい。

また、ＰＣＶＤ法または光ＣＶＤ法によりＤＭＳ　（Ｉ
ｆ、５ｉ（８） （ＣＩ、　）、）、ＭＭＳ　（１１，Ｓｉ　（ＣＴｏ　
）　）を用いて炭化珪素（２５）を形成させてもよい。

かくして第２図（Ｂ）に示すごときＳ２　（１４）の側
周辺では、チャネル形成領域（９）、＜９’）とその上
のゲイト絶縁物（２５）としての絶縁物を形成させた。

第３の半導体（２４）はＳｌ、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、この後この積層体上を覆って第
３の導電膜（１８）を３０〜１５００人の厚さ例えば５
００人に形成した。

このゲイト電極を構成する導電膜（２６）はスズまたは
インジュームを主成分とする酸化物または窒化物の導電
膜とし、耐熱性を有しかつ昇華性の導電膜とした。

このスズまたはインジュームを主成分とする酸化物また
は窒化物の導電膜として例えば昇華性を有する酸化スズ
、ＩＴＯ（酸化インジューム・スズ）を電子ビーム蒸着
で作製した。一般に導体としてアルミニュームが用いら
れる。このアルミニュームは融点６５Ｂ、８°Ｃ，、熱
伝導率０．４８７ｃａ１．ｃｍ−１，５ｅｃ−’（９） ｄｅｇ　”　、比抵抗２．７５　Ｘ　１０−’　Ｏｃｍ
である。しかし熱伝導率が高く、酸化性を有するため、
レーザパルス光が照射された時、その熱エネルギーは横
方向に伝播されてしまい、高熱の部分が気化できない。

またゲイト絶縁物および大気と酸化反応し、導電性の酸
化アルミニュームが残存してしまう。他方、スズまたは
インジュームを主成分とする酸化物または窒化物の導電
膜は昇華性であるため溶融状態を呈さず、加熱により直
接気化してしまうとともに既に酸化または窒化をしてい
るため、電極材料それ自体がゲイト絶縁物と反応したり
、また絶縁物中に質量の大きいインジュ−ムまたはスズ
の金属が拡散してチャネル形成領域の半導体またはソー
ス、ドレインの電極とショートする原因を作らない等の
きわめて特殊な材料であることが判明した。

さらにゲイト電極と連結するリードを作るためこのスズ
またはインジュ−ムを主成分とする酸化物または窒化物
の導電膜の上面にアルミニュームを０．５〜３μ例えば
１．５μの厚さに真空蒸着法に（１０） より積層し、そのシート抵抗を０．１Ω／口以下とした
。

この後、この上面にレジストを形成し、第３のマスク■
を用いて第４図に図示されているワード線（Ｘ方向）（
５１）（リード線Ｘ５３）用のアルミニュームのエツチ
ングをした。さらに第４のマスク■を用いてゲイト電極
（１９）、（１９’）をエツチング法により形成した。

かくして第３図（Ｃ）を得た。もちろんリード線（５３
）とゲイト電極とを併用するならばこの■のマスクは■
と同様に処理される。

かくしてソースまたはドレインを５１　（１３）、チャ
ネル形成領域（９）、＜９’＞を有するＳ４　（２４）
、ドレインまたはソースを５３　（１５）により形成せ
しめ、チャネル形成領域側面上にはゲイト絶縁物（１８
）、＜　１．８　’　）その外側面上にゲイト電極（１
９）、＜１９’）を設けた対を構成する積層型のＩＧＦ
　（１０）、＜１０’）を作ることができた。

この２つのＩＧＦの動作特性の調査をぜんとする場合、
例えばその一方のゲイト電極とソースまた（１１） はドレインとがショートしていたとする。またはゲイト
電極（１９）、＜１９’）と絵素を構成する導電性電極
（３６）と素子の電極（１２）がキャパシタの一方の電
極であるため、駆動動作の一定の時間蓄積された電荷を
保持し続けなければならず、しかも、もしショー］・が
起きているとこの電荷保持が不可能である。

かかる故障のＩＧＦは、ＩＧＦの駆動杵のＸ方向のリー
ドおよびＹ方向のリード間に電流が１０ｎＡ以上（各Ｉ
ＧＦはチャネル長１μ、チャネル中２ｍｍとする）流れ
る。この２つのＩＧＦのうちの一方の不良セルの検出に
は基板側より透光性を有するスズまたはインジュームを
主成分とする酸化物または窒化物の導電膜を通してチャ
ネル形成領域に光照射（５００ｎｍ以下の波長が好まし
い）を行い、この光照射により発生するキャリアの光電
流の大小により検出することができた。即ち良品ならば
大きく光電流の影響を受けるが、不良品ならばほとんど
変化がないことより判定が可能であった。さらにこれは
不良のＩＧＦに対し、上方よりエキシマレ−（１２） ザ（波長２５０〜５００ｎｍ　）にＱスイッチを加え（
平均出力０．８〜ＩＬパルスは１〜数回行う）、Ｘ方向
のリードより扱われているゲイト電極をトリミングし電
気的に分離した。

レーザ光はＹＡＧ　レーザ（波長１．０６μ）でもよい
。

しかしゲイト電極のみ選択的に除去するため、光学的Ｅ
ｇが３ｅＶ以上あるより短波長のレーザ光（波長２５０
〜５００ｎｍ　）がゲイト電極の除去に著しい効果を有
していた。加えてかかる短波長光はパルスデュレイショ
ンが５〜３０ｎ秒とＹＡＧレーザの６０〜９０ｎ秒に比
べて短く、そのため熱の横方向への伝導度も少なく、昇
華トリミングをより助長させることができた。

もちろん本発明においては、Ｘ方向のリードはアルミニ
ュームを主配線とするシート抵抗も０．１Ω／口以下で
あり、厚さは０．５μ以上を有する。

しかし他方このリードより枝分かれしたＩＧＦのゲイト
電極はスズまたはインジュームを主成分とする酸化物ま
たは窒化物の導電膜（シート抵抗５〜５００Ω／口）に
より形成し、薄い厚さく例えば３０（１３） 〜１０００人）例えば５００人の昇華性導体を用いてい
ることが大きな特長である。

即ちかかる昇華性を有する金属をゲイト電極とし、かつ
その厚さが薄い場合、パルス電圧をＸ方向のリードとＹ
方向のリード間に良品のゲイト絶縁物が破損しない程度
であって高い電圧（例えばパルス中１μ、電圧３０ｖ）
で加えた。すると、このショートした不良のＩＧＦのゲ
イト部分のみが発熱し、その上の電極材料を部分的に昇
華させて除去することが可能となった。

もちろんそのトリミング工程として不良箇所のＩＧＦを
調べるため、最初、電気パルスを加え、ゲイト電極に損
傷を与え、その後、このゲイト電極を目視またはコンピ
ュータ・エイデツド・ディテクタ（マイクロ・コンピュ
ータに連結されたＣＣＤカメラにより検出する装置）に
より検出してその不良ＩＧＦをレーザ光によりゲイト電
極をリードよりトリミングして不動作とする方法も有効
であることはいうまでもない。

さらに本発明において、トリミングしてしまっ（１４） た後アセトン、フレオン溶液等により超音波洗浄をし、
レーザ照射による飛散物を除去することは有効である。

第３図は第２図に示したＩＧＰ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（Ａ）は第１図の（１，１）、＜１．２　）、（
２，１）。

（２，２）の番地に対応して特に（Ｌ２　＞の番地のＩ
ＧＦの平面図である。さらに第４図（Ｂ）は第３図（Ａ
）のＢ−Ｂ′の縦断面図である。また第３図（Ａ）のＡ
−Ａ　’の縦断面図には第２図（Ｃ）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
３図では下側に設けられている）＜３６）は、絵素で構
成する液晶（キャパシタ）（７０）に連結せしめている
。他方は液晶（７０）の接地電極（３２）として設けら
れる。

第３図において、積層体（６０）に対し、これにそって
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（５３
）に連結している。積層体（６０）の内部に設（１５） けられている第２の導電ＩＪ！１（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
マトリックス構成を有し、ＩＴｒ／絵素構造を有せしめ
ることができた。

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Ｖｐｂ　−８Ｖ、Ｖ的−８ｖにおいてカットオフ周波
数１０ＭＨｚ以上（１９，５ＭＨｚ　ＸＮチャネルＩＧ
Ｆ　＞を有せしめることができた。Ｖ、−Ｏ，Ｓ〜３ｖ
にすることが５４　（２５）への添加不純物の濃度制御
で可能となった。

かくのごとく一対を構成するＩＧＦの一方のゲイト電極
がショートしていた場合、この上方よりレーザを例えば
ＱスイッチがかけられたｖＡＧ　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パネル全体
の歩留りをこれまでの３％しかない状態より（不良絵素
が５ケ以下を良品とする）４０％を越えるほどの歩留り
にまで向上させることができた。本発明の実施において
、レーザ光（ここでは波長１．０６μのＹＡＧレーザを
使用）は（１６） 直径１０〜３０μを有せしめた。この為、本発明の一対
のＩＧＦのゲイト電極間は互いに３０μ離れているため
対をなす他のＩＧＦに何等の支障もなく、一方のショー
トした側の絵素を除去することができた。

さらに製造に必要なマスクも４回で十分であり、マスク
精度を必要としない等の多くの特長をチャネル長が０．
２〜１μときわめて短くすることができることに加えて
有せしめることができた。

さらにこれらのトリミング処理をしてしまった後、この
ＩＧＦのオーバコート用ポリイミド樹脂＜ｚｆ＞　ｃ：
より、絵素。部分、）□、液晶（７ｏ）が充１０μ）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）してブラソクマトリクソスとして併用せしめ
た。このブランクマトリックス化により、この絵素のコ
ントラストを向上させてることができた。さらに（３１
）の領域に表示体である例えばＧＨ（ゲスト・ホスト）
型等の液晶を充填し、この絵素をＩＧＦ　（１０）、＜
１０’）のオン、オ（１７） フにより制御を行なわしめた。

本発明において、液晶（３１）用の配向処理がされた２
つの電極（３０＞、＜３２）間を１〜１０μ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、黄のフィルタをうめこむことにより
このディスプレイをカラー表示することが可能である。

そして赤緑黄の３つの要素を交互に配列せしめればよい
。

本発明において第２の積層体として半導体を用いこの側
周辺をチャ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を有するが、かかる場合この半導
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
う欠点を有する。

また本発明において、ゲイト絶縁膜上のスズまたはイン
ジュームを主成分とする酸化物または窒化物の導電膜上
に昇華性を有するクロムを主成分（１８） とする金属を導電性酸化物または導電性窒化物よりも薄
い厚さで保護用に形成せしめ、その後の取扱に対し耐機
械的機能の向上をはかることは有効である。

本発明において、スズまたはインジュームを主成分とす
る酸化物導電膜は酸化スズ（ＳｎＯまたはＳｎＯ＞、　
ＩＴＯの電子ビーム蒸着法により蒸着せしめ、また窒化
物導電膜は金属スズまたはインジュームを蒸廃せしめこ
の金属スズまたはインジュ−ムが飛翔中にプラズマ化し
たアンモニニアにより窒化をするいわゆるイオンブレー
ティング法により窒化スズ、窒化インジュームまたは窒
化インジュ−ム・スズを作製した。また出発材料として
ＳｎＯを用い、アンモニアのプラズマ雰囲気とすること
により酸化窒化物のスズまたはインジューム化合物を作
ることができた。

【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ディト型半導体装
置とキャパシタとを絵素としたマトリックス構造の等価
回路を示す。 （１９） 第２図（’Ａ　）、＜　Ｂ　）、＜　ｃ　）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（Ａ＞、＜Ｂ）は本発明の積層型絶縁ゲイト型半
導体装置とキャパシタまた表示部とを一体化した平面デ
ィスプレイを示す固体表示装置の縦断面図である。 特許出願人 （２０） 某１■ 詰２（２）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板上または基板上の導電性電極上に設けられた半
   導体と、該半導体上のゲイト絶縁物上のゲイト電極材料
   としてスズまたはインジュームを主成分とする酸化物ま
   たは窒化物の導電膜が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、特許請求の範囲第１項において、絶縁ゲイト型半導
   体装置は第１の電極上の第１の半導体、第１の絶縁体、
   第２の半導体、第２の導電膜および眉間絶縁物を概略同
   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の半導体によりチャネル形
   成領域を構成して設け、前記半導体上にゲイト絶縁膜と
   スズまたはインジ（１） ュームを主成分とする酸化物または窒化物の導電膜のゲ
   イト電極とを前記積層体の側面に配設して設けたことを
   特徴とする絶縁ゲイト型電界効果半導体装置。 ３、スズまたはインジュームを主成分とする酸化物また
   は窒化物の導電膜のゲイト電極がリードに連結して設け
   られた絶縁ゲイト型電界効果半導体装置における不良の
   半導体装置に対しレーザ光を照射して不良部分のゲイト
   電極を前記ゲイト電極に連結したリードから電気的に分
   離すること、または前記ゲイト電極内の不良領域の一部
   を選択的に除去することにより前記半導体装置を良品に
   変成せしめたことを特徴とする絶縁ゲイト型電界効果半
   導体装置トリミング方法。