半导体装置、半导体装置的制造方法、以及显示装置的制作方法

专利名称：半导体装置、半导体装置的制造方法、以及显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体装置，特别是涉及薄膜晶体管(TFT)，另外还涉及其制造方法。
背景技术：
通常，液晶显示装置、有机EL装置、无机EL装置等显示装置，通过在具有平坦的一个主面的基板上依次将布线图案、电极图案等导电图案成膜并图案化而形成。此外，将电极膜、构成显示装置的元件所需的各种膜等依次成膜并形成图案，由此制作了显示装置。近年来，对于此种显示装置，强烈要求大型化。为了形成大型的显示装置，需要在基板上高精度地形成更多的显示元件，将这些元件与布线图案电连接。此时，在基板上，除了布线图案之外，以多层化的状态形成有绝缘膜、TFT(薄膜晶体管)元件、发光元件等。其结果，一般在基板上以阶梯状形成高低差，布线图案越过这些高低差而进行布线。进而，在将显示装置大型化时，布线图案自身延长，所以需要降低该布线图案的电阻。作为消除布线图案的高低差且进行低电阻化的手法，在专利文献1以及专利文献2中公开有为了形成液晶显示器之类的平面显示器用布线，在透明的基板表面以与布线图案相接的方式形成布线、和高度与布线相等的透明的绝缘材料。现有技术文献专利文献专利文献1 :W02004/110117专利文献2 日本特开2007-4313
发明内容
发明要解决的问题在专利文献1中，公开有在由树脂图案形成的槽中埋设布线并进行厚膜布线化由此可以提高显示装置的特性，作为布线形成方法，公开有喷墨法丝网印刷法等手法。但是， 在公开的方法中，认为与基板的密接性存在问题。进而，如专利文献1中的记载所示，在由导电性墨液、丝网印刷等形成布线时，布线的表面粗糙，在布线上形成的绝缘层等的平坦性变差。即，在将由导电性墨液、丝网印刷形成的布线用作栅电极的情况下，由于布线表面的粗糙，通过沟道的载流子的传播率恶化，观测到所谓成为高速运行的障碍的现象。进而，在通过导电性墨液、丝网印刷等中将布线微细化时，认为难以得到所希望的形状。例如，即便利用这些方法想要形成宽20 μ m、长50 μ m的栅电极，电极材料也不会遍及整个面，认为所希望的图案的形成在实用上是不可能的。在专利文献2中，为了解决这些问题，提出了至少含有如下工序的制造方法以提高密接性的方式对绝缘基板进行表面修饰的工序、在该绝缘基板上形成树脂膜的工序、 通过使该树脂膜形成图案而形成收纳电极或布线的凹部的工序、对该凹部赋予催化剂的工序、对该树脂膜进行加热固化的工序、和利用镀敷法在该凹部形成导电性材料的工序。栅电极等的导电金属层例如Cu层通过非电解镀敷法形成，利用选择性CVD法在其上形成W层作为Cu扩散抑制层，或利用非电解镀敷法形成M层作为栅电极。根据该方法，栅电极与基板的密接性得以改善，进而即便是宽20 μ m、长50 μ m的栅电极，也可以与尺寸大小无关地形成所希望的图案。但是，可知即便是该方法而栅电极的表面也粗糙，在栅电极上形成的栅极绝缘层的平坦性也差。无论如何都难以使栅极绝缘层极薄，招致TFT的电流驱动能力的下降。另外，也观测到在镀层和周围的树脂膜之间产生间隙的现象。其原因在于，在镀敷处理时的高温下树脂发生膨胀，形成镀层后发生收缩。如果有这样的间隙，则在栅极绝缘膜局部发生电场集中而产生绝缘击穿，可见到所谓的栅电极和沟道区域短路的缺点。本发明正是为了解决上述课题的至少之一。具体而言，本发明是为了得到栅极绝缘膜的平坦性优异的薄膜晶体管(TFT)及其制造方法。本发明还是为了得到解决了栅电极表面的粗糙度以及与周围的绝缘层之间的间隙的问题的半导体装置及其制造方法。本发明是为了得到具有极薄且电特性良好的栅极绝缘层的绝缘栅型晶体管及其制造方法。用于解决课题的手段以下列举本发明的方式。根据本发明的第一方式，可以得到具有如下特征的半导体装置包括在基板上设置的含有Al或者Al合金的栅电极、设置成覆盖该栅电极的至少上面且含有对该栅电极的 Al或者Al合金进行了阳极氧化的阳极氧化膜的栅极绝缘膜、按照厚度实质上等于上述栅电极的厚度及其上面的栅极绝缘膜的厚度的总厚度且包围上述栅电极的方式设置于上述基板上的绝缘体层。根据本发明的第二方式，可以得到具有如下特征的半导体装置在第一方式中，上述栅电极含有Al合金，该Al合金至少含有Mg、Zr以及Ce中的&以及Ce。根据本发明的第三方式，可以得到具有如下特征的半导体装置在具有含有Al合金的栅电极、和含有对该栅电极的Al合金进行了阳极氧化的阳极氧化膜的栅极绝缘膜的半导体装置中，上述Al合金至少含有Mg、Zr以及Ce中的&以及Ce。在这里，在本发明的第二以及第三方式中使用的Al合金构件，以质量％计，Mg浓度为5.0%以下，Ce浓度为15%以下，&浓度为0. 15%以下，余量由Al以及不可避免的杂质构成，上述不可避免的杂质的元素是分别为0. 01%以下的Al-Mg-&-Ce合金。上述不可避免的杂质的元素主要为Si、Fe、Cu，除此之外，Mn、Cr、Zn等是从合金熔炼时的原料基体金属、废料、工具等不可避免地混入的。为了得到这样的纯度的合金，例如优选使用如下的原料，所述原料是使用利用偏析法或者三层电解法等得到的Al纯度99. 98质量％以上的高纯度Al所构成的基体金属进行熔炼而得到的物质。在本发明的第二以及第三方式中使用的Al合金构件，优选以质量％计，Mg浓度为超过0. 01%且为5. 0%以下，Ce浓度为超过0. 01%且为5. 0%以下，&浓度为超过0. 01% 且为0. 15%以下，余量由Al以及不可避免的杂质构成，上述不可避免的杂质的元素分别为 0.01%以下。在该优选的例子中，上述不可避免的杂质的元素例如是Si、Fe、以及Cu等。这些杂质通常在通用的Al合金中混入0.几％左右，如此会有损害由阳极氧化处理生成的被膜的均勻性等不良影响，所以需要为0. 01 %以下。铝合金的阳极氧化被膜、特别是后面所述的通过基于非水溶液的阳极氧化而形成的氧化铝被膜，热稳定性高，致密且不形成空隙、气体滞留等，对药剂、卤素气体、特别是对氯气的耐腐蚀性极优异，因此，绝缘强度大漏电流小等电特性优异。另外，可以形成ο. ιμπι左右的极薄被膜，所以晶体管的电流驱动能力大幅
度提高。根据本发明的第四方式，可以得到具有如下特征的半导体装置在第一乃至第三方式中，上述阳极氧化膜是通过使用了非水溶液的阳极氧化而形成的无孔质阳极氧化膜。 关于使用了非水溶液的阳极氧化的方法，如后详述。根据本发明的第五方式，可以得到具有如下特征的半导体装置在第一、第二或者第四方式中，上述基板是实质上透明的绝缘体基板，上述绝缘体层是实质上透明的树脂层。根据本发明的第六方式，可以得到具有如下特征的半导体装置在第五方式中，上述树脂层含有从丙烯酸系树脂、硅酮系树脂、氟系树脂、聚酰亚胺系树脂、聚烯烃系树脂、月旨环式烯烃系树脂、以及环氧系树脂中选择的一种以上树脂。根据本发明的第七方式，可以得到具有如下特征的半导体装置在第五方式中，上述树脂层由碱可溶性脂环式烯烃系树脂组合物形成。根据本发明的第八方式，可以得到具有如下特征的半导体装置在第五方式中，上述基板含有碱性玻璃、和其上形成的碱扩散防止膜而构成。根据本发明的第九方式，可以得到具有如下特征的半导体装置在第八方式中，上述碱扩散防止膜是实质上透明的绝缘体涂布膜。根据本发明的第十方式，可以得到具有如下特征的半导体装置在第九方式中，上述绝缘体涂布膜是使含有金属有机化合物以及金属无机化合物的至少一方和溶剂的液体状的涂布膜干燥、烧成而得到的膜。根据本发明的第十一方式，可以得到具有如下特征的半导体装置在第一 第十方式的任一方式中，上述栅电极具有Al层和至少含有Mg、Zr以及Ce中的&以及Ce的Al 合金层这2层构造，上述栅极绝缘层含有对该Al合金进行了阳极氧化的膜。根据本发明的第十二方式，可以得到具有如下特征的半导体装置的制造方法具有使用Al或者Al合金在实质上透明的基板上形成规定图案的栅电极膜的工序、利用使用了非水溶液的阳极氧化法对上述栅电极的表面进行阳极氧化的工序、和按照厚度实质上等于上述栅电极的厚度及其上面的阳极氧化膜的厚度的总厚度且包围上述栅电极的方式将透明绝缘体层设置于上述基板上的工序。通过使用了非水溶液的阳极氧化法进行阳极氧化的工序，优选含有在介电常数小于水且含有溶解水的有机溶剂的化成液中进行阳极氧化而形成无孔性非晶质膜铝氧化物钝态膜的工序。水的介电常数为约80，但物质的结合能与介电常数的二次方成反比例，由此在高的介电常数例如83的HF溶液中，水即便在0°C也离解。因此，为了防止水的分解，防止生长的铝氧化膜被蚀刻，在含有介电常数小于水且溶解水的蒸气压低的有机溶剂的化成液中进行阳极氧化即可。其结果，可以形成无孔性非晶质膜铝氧化物钝态膜。作为这样的有机溶剂的例子，乙二醇的介电常数为39，二甘醇的介电常数为33， 三甘醇为24、四甘醇为20。由此，只要使用这些有机溶剂，就可以有效地降低介电常数，不引起水的电解并施加高电压。例如，只要使用乙二醇，就不会引起水的电解，并能将阳极氧化电压加至最大200V，形成厚度为0. 3μπι的无孔性非晶质膜的铝氧化物钝态膜。只要使用二甘醇，就不会引起水的电解，并能将阳极氧化电压加至最大300V，可以形成厚度为 0. 4 μ m的无孔性非晶质膜的铝氧化物钝态膜。在上述化成液中添加使该化成液具有导电性的电解质，但其结果，化成液会变成酸性，铝构件被腐蚀。由此，使用在提高化成液的导电性的pH为4 10、优选5. 5 8. 5、更优选6 8且能够防止铝的腐蚀之类的电解质，例如使用己二酸盐。其含量为0. 1 10重量％、优选1 %左右即可。在典型例中，使用有机溶剂79 %、水20 %、电解质1 %的化成液。在这里，化成液的pH为4以上，优选为5以上，更优选为6以上。另外，通常为10 以下，优选为9以下，更优选为8以下。通过阳极氧化生成的金属氧化物膜难以溶于化成液， PH优选接近中性。在本发明中使用的化成液，为了缓冲化成中各种物质的浓度变动并将pH保持在规定范围，优选在PH4 10的范围示出缓冲作用。为此，优选含有示出缓冲作用的酸、盐等化合物。对这样的化合物的种类没有特别限定，但从在化成液中的溶解性高且溶解稳定性也好的观点出发，优选从硼酸、磷酸以及有机羧酸以及它们的盐中选择的至少一种。更优选在阳极氧化膜中几乎没有硼、磷元素残留的有机羧酸或其盐。由阳极氧化处理生成的氧化物膜，摄入极微量的溶质成分，但通过使用有机羧酸或其盐作为溶质，完全没有硼、磷元素从氧化物膜溶出的可能性，期待所形成的薄膜的品质以及使用了其的器件等的性能稳定化、提高。出于溶液稳定性、安全性、良好的缓冲作用等理由，特别优选酒石酸、柠檬酸、己二酸。可以使用其中1种，还可以组合2种以上使用。关于这些化合物的浓度，相对于化成液全体通常为0. 01质量％以上，优选0. 1质量％以上，更优选1质量％以上。为了提高电导率并充分进行氧化物膜的形成，希望其量多。不过，化合物的浓度通常为30质量％以下，优选15质量％以下，更优选10质量％以下。 为了较高保持氧化物膜的性能，另外抑制成本，优选为其以下。本发明中使用的化成液优选含有非水溶剂。使用含有非水溶剂的化成液时，与水溶液系的化成液相比，恒定电流化成所需的时间短，所以具有能以高生产量进行处理的优
点ο作为在阳极氧化物膜的形成中使用的化成液的非水溶剂，特别优选的如先前所述为乙二醇、丙二醇、或二甘醇，它们可以单独使用或组合使用。另外，如果含有非水溶剂，还可以含有水。相对于化成液全体，非水溶剂通常含有10质量％以上，优选30质量％以上，进一步优选50质量％以上，特别优选55质量％以上。不过，非水溶剂通常含有95质量％以下， 优选90质量％以下，特别优选85质量％以下。在化成液除了非水溶剂之外还含有水的情况下，其含量相对于化成液全体通常为 1质量％以上，优选5质量％以上，进一步优选10质量％以上，特别优选15质量％以上，通常为85质量％以下，优选50质量％以下，特别优选40质量％以下。关于水相对于非水溶剂的比例，优选1质量％以上，优选5质量％以上，进一步优选7质量％以上，特别优选10质量％以上，通常为90质量％以下，优选60质量％以下，进一步优选50质量％以下，特别优选40质量％以下。
本发明的各方式中的通过使用了非水溶液的阳极氧化法进行阳极氧化的工序，优选包含以恒定电流化成至预先规定的化成电压Vf、在达到化成电压Vf之后在其电压Vf下保持一定时间进行阳极氧化的工序。此时，为了高效形成氧化膜，电流密度通常为O.OOlmA/cm2以上，优选为0.01mA/ cm2以上。不过，为了得到表面平坦性良好的氧化膜，电流密度通常为lOOmA/cm2以下，优选为10mA/cm2以下。另外，化成电压Vf通常为3V以上，优选IOV以上，更优选20V以上。得到的氧化膜厚与化成电压Vf有关，为了对氧化物膜赋予一定的厚度，优选施加上述电压以上。不过， 通常为1000V以下，优选为700V以下，更优选为500V以下。由于得到的氧化物膜具有高绝缘性，不会发生绝缘击穿，为了形成质量好的氧化膜，优选在上述的电压以下进行。根据本发明的第十三方式，可以得到具有如下特征的半导体装置的制造方法在第十二方式中，将上述透明绝缘体层设置于上述基板上的工序，包括按照从上述透明基板上延伸到上述栅电极上的方式形成构成上述透明绝缘体膜的材料的工序、和使用含氧的等离子体除去构成上述透明绝缘体膜的材料的表面的工序。根据本发明的第十四方式，可以得到具有如下特征的半导体装置的制造方法在第十三方式中，使用上述等离子体进行除去的工序，含有露出栅电极上的阳极氧化膜的工序和利用上述等离子体对露出的阳极氧化膜进行改质的工序。根据本发明的第十五方式，可以得到具有如下特征的半导体装置的制造方法在第十二 十四方式的任一方式中，上述栅电极膜具有Al层和至少含有Mg、Zr以及Ce中的 Zr以及Ce的Al合金层这2层构造，上述栅极绝缘层含有对该Al合金进行了阳极氧化的膜。根据本发明的第十六方式，可以得到使用第一 十一方式中任一方式记载的半导体装置而制造的显示装置。根据本发明的第十七方式，可以得到具有如下特征的显示装置具有在基板上设置的含有Al或者Al合金的布线、设置成覆盖该布线的至少上面且含有对构成该布线的Al 或者Al合金进行了阳极氧化的阳极氧化膜的绝缘膜、和按照厚度实质上等于上述布线的厚度及其上面的绝缘膜的厚度的总厚度且包围上述布线的方式设置于上述基板上的绝缘体层。发明的效果根据本发明，在形成图案的Al或者Al合金的栅电极上设置基于非水溶液的阳极氧化膜作为栅极绝缘膜，用绝缘膜掩埋其周围并进行平坦化，在设置于绝缘物的槽中，可以解决在形成槽之后形成了栅电极时的诸问题，可以实现基于平坦且薄的栅极绝缘膜所致的高的载流子迁移率。另外，栅电极使用Al-Zr-Ce合金或Al_Mg-&-Ce合金，使用以基于非水溶液的阳极氧化来氧化其表面所得到的阳极氧化膜作为栅极绝缘膜，由此可以提供具有薄且电特性优异的栅极绝缘膜所致的非常高的载流子迁移率的绝缘栅晶体管。


图1是表示本发明的实施例1涉及的薄膜晶体管的构造的截面图。图2(a) (g)按工序顺序对本发明的实施例1涉及的薄膜晶体管的制造方法的一例进行说明的截面图。图3(a) (h)是按工序顺序对本发明的实施例1涉及的薄膜晶体管的制造方法的其它例进行说明的截面图。图4是对本发明的实施例1涉及的薄膜晶体管的制造方法中图2或者图3的工序之后的工序进行说明的截面图。图5是表示本发明的实施例2涉及的薄膜晶体管的构造的截面图。
具体实施例方式使用附图对本发明的实施例1进行说明。实施例1图1是表示本发明的薄膜晶体管(TFT)的构造的一例的截面图，具有在玻璃基板 (绝缘基板)10上形成的Na扩散防止膜11、在Na扩散防止膜11上以规定图案形成的Al 或者Al合金的栅电极/布线层12(图中示出栅电极的部分)、在栅电极12的表面通过使用了非水溶液的阳极氧化形成的致密阳极氧化膜13、在该栅电极/布线层12的周围形成为与该栅电极12及其上面阳极氧化膜13大致相同高度且与上面阳极氧化膜13处于大致相同的平面的透明树脂层14、在该栅电极1上隔着该栅极绝缘膜13形成的半导体层15、和与该半导体层15的电极连接区域16连接的源电极17和漏电极18。接着，使用附图对如上所述的本实施例的薄膜晶体管的形成方法进行说明。图 2(a) (g)是按照工序顺序示出本薄膜晶体管的制造方法的一例的示意图。首先，参照图 2(a)时，准备廉价的钠玻璃或者碱性玻璃的基板10作为基板。作为该玻璃基板10，可以使能形成30英寸以上的大型画面之类的大型基板。将该玻璃基板10用0. 5体积％的氢氟酸水溶液处理10秒，用纯水进行水洗，将表面的污染剥落除去。接着，如图2(b)所示，使用狭缝涂布机在钠玻璃基板10的表面涂布将((CH3) Si03/2)x (SiO2) h (其中，0 < χ < 1. 0)组合物溶于有机溶剂得到的溶液。然后，在减压下加热，将溶剂完全除去。具体而言，在1 5Torr(133 665Pa)的减压下在400°C进行加热。如此形成的厚度0. 2 μ m的透明碱扩散防止层11的绝缘特性，示出所谓lMV/cm时为电流密度1 X lO.A/cn^JMV/cm时为电流密度 lX10_9A/cm2、5MV/cm时为电流密度lX10_8A/cm2的优异的值。此外，该涂布型碱扩散防止膜11的钠扩散防止性能，在膜厚为150 300nm的范围时，从含有钠的玻璃基板10向该膜 11的钠扩散在烧成后和退火后几乎没有差别，可以确认到钠的扩散能完全防止。接着，参照图2(c)时，通过溅射在基板的碱扩散防止膜11上形成Al合金层12’且厚度为2 3μπι。接着，如图2(d)所示在其上涂布光致抗蚀层20’，如图2(e)所示，通过公知的曝光/显影使抗蚀层以规定的图案20残留，通过将其作为掩模的干式蚀刻使Al合金层12’形成为规定的栅电极/布线图案12。接着，除去抗蚀层20，如图2(f)所示，对Al 合金12的表面实施先前所述的基于非水溶液的阳极氧化，形成阳极氧化膜13。在这里，在本实施例中的Al合金层12’的成膜中，用于溅射靶的Al合金是 Al-Mg-Zr-Ce合金，其以质量％计，Mg浓度为5.0%以下，Ce浓度为15%以下，&浓度为 0. 15%以下，余量由Al以及不可避免的杂质构成，上述不可避免的杂质元素分别为0. 01 % 以下。在该实施例中，上述不可避免的杂质元素主要是Si、Fe、Cu，此外，Mn、Cr、Zn等不可避免地从合金熔炼时的原料基体金属、废料、工具等中混入。为了得到这样纯度的合金，例如优选使用利用偏析法或者三层电解法等而得到的由Al纯度99.98质量％以上的高纯度 Al形成的基体金属进行熔炼而得到的材料。进而，由本实施例形成的Al合金层12’，优选以质量％计，Mg浓度超过0.01%且为5.0%以下，Ce浓度超过0.01%且为5.0%以下，Zr浓度超过0.01%且为0.15%以下， 余量由Al以及不可避免的杂质构成，上述不可避免的杂质元素分别为0.01%以下。在该优选的例子中，上述不可避免的杂质元素例如是Si、Fe、以及Cu等。这些杂质通常在通用的Al合金混入0.几％左右，因此会产生损害通过阳极氧化处理生成的被膜的均勻性等不良影响，所以需要使其为0.01%以下。在优选例涉及的Al合金中，通过添加5.0%以下的Mg，机械强度提高。通过添加 0.15%左右以下的Zr，即便进行350°C左右的热处理也可以抑制粒生长而保持机械强度。 通过将Ce添加至15. 0%左右，维氏硬度提高。需要说明的是，在Ce添加量超过5. 0%时， 构件中进入“窝巢”(空隙)，所以Ce添加量优选为5. 0%以下，但“窝巢”(空隙)也可以通过HIP(Hot Isostatic Pressing 热静水压压缩成形)处理加以除去。在本实施例中，在添加了 Ce的Al合金层12的表面，通过使用了非水溶液 (non-aqueous solution)的阳极氧化形成0. 1 μ m 0. 6 μ m左右的非晶质的Al2O3膜作为阳极氧化被膜13。使用的非水溶液含有乙二醇或二甘醇作为溶剂，含有纯水以及己二酸作为溶质。作为栅极绝缘膜，优选尽可能地薄，所以使阳极氧化被膜13的厚度为0. 1 μ m。对于添加了 Ce的Al合金(4.5%Mg-1%Ce-O.1%Zr)、未添加Ce的Al合金 (4.5% Mg-O.1% Zr)、其他未添加Ce的Al合金(5% Mg-O.1% Zr),以及其他添加了 Ce的 Al合金(4.5%Mg-5% Ce-O.1% Zr)，以电流密度ImA/cm2进行恒定电流阳极氧化直至达到电压200V，接着保持在其电压200V进行恒定电压阳极氧化，结果是在添加了 Ce的Al合金 (4.5% Mg-I % Ce-O.1% Zr)的情况下，与未添加 Ce 的 Al 合金(4.5% Mg-O.1% Zr)相比， 在经过时间超过约600秒时，电流密度减少，阳极氧化特性(相对于时间的阳极氧化电流的变化)提高。另外，在添加了 Ce的Al合金(4.5% Mg-1% Ce-O.1% Zr)的情况下，即便与其他未添加Ce的Al合金(5% Mg-O.1% Zr)相比，在经过时间超过约750秒时，阳极氧化电流也减少，阳极氧化特性也提高。另外，在添加了 Ce的Al合金(4.5 % Mg-1% Ce-O.1% Zr)的表面设置了上述阳极氧化被膜的情况下，与在其他的添加了 Ce的Al合金(4.5% Mg-5% Ce-O.1 % Zr)的表面设置了上述阳极氧化被膜的情况相比，阳极氧化电流少即可。认为这是因为，就经阳极氧化的表面而言，添加了 Ce的Al合金(4.5% Mg-1 % Ce-O.1% Zr)与其他的添加了 Ce的Al 合金(4.5% Mg-5% Ce-O.1% Zr)相比更平坦(“窝巢”(空隙)少)。将上述阳极氧化被膜暴露于氯气(Cl2气)中，观测对氯气的耐性，结果在添加了 Ce的Al合金(4.5% Mg-1 % Ce-0.1% Zr)以及其他的添加了 Ce的Al合金(4.5% Mg-5% Ce-0.1% Zr)的表面设置的上述阳极氧化被膜，与在未添加Ce的Al合金(4.5% Mg-0.1% Zr)以及其他的未添加Ce的Al合金(5% Mg-O.1 % Zr)的表面设置的上述阳极氧化被膜相比，对氯气的耐腐蚀性绝对地大。即，关于在未添加Ce的Al合金(4.5% Mg-0.1% Zr) 的表面设置的阳极氧化被膜，基于腐蚀的减量率为0. 87%，与此相对，在添加了 Ce的Al合金(4.5% Mg-1 % Ce-O.1% Zr)的阳极氧化被膜中为0.02%以下，在其他的添加了 Ce的Al合金(4. 5% Mg-5% Ce-0. 1% Zr)的表面设置的阳极氧化被膜，其基于腐蚀的减量率为 0.01%。随着Ce浓度的增加，确认到耐蚀性提高。如此耐蚀性优异显示出膜的致密性和质量良好性，因此该阳极氧化膜具有绝缘击穿电压大、漏电流微少等优异的电特性。接着，如图2 (g)所示，用狭缝涂布机在栅电极/布线层12的周围涂布从丙烯酸系树脂、硅酮系树脂、氟系树脂、聚酰亚胺系树脂、聚烯烃系树脂、脂环式烯烃系树脂、以及环氧系树脂中选择的一种以上树脂溶解于溶剂而得到的溶液并加以干燥，直至高度达到与该栅电极12及其上面阳极氧化膜13大致相同的高度左右，设置与上面阳极氧化膜13大致在相同平面的透明树脂层14。需要说明的是，作为树脂，优选使用碱可溶性脂环式烯烃系树脂组合物。接着，参照图3(a) (h)，对本发明涉及的薄膜晶体管的制造方法的其他实施例进行说明。需要说明的是，图3(a) (f)的工序是与图2(a) (f)的工序分别相同的工序，所以省略说明。参照图3(g)时，在这里，使透明绝缘膜14’成膜并超过栅电极/布线12 及其上面的栅极绝缘膜13的高度。接着，将形成至透明绝缘膜14’的基板10设置于微波激发式等离子体处理装置，向装置内导入氪气以及氧气，进而向装置内导入微波，使其发生等离子体，如图3(h)所示，通过回蚀(etch back)将透明绝缘膜14’的表面除去，使栅极绝缘膜13露出表面。此时，露出的栅极绝缘膜13表面暴露于通过上述等离子体发生的氧自由基，进行氧化，膜质被改善。接着，参照图4时，紧接着图2(g)的工序或者图3(h)的工序之后，利用金属表面微波激发等离子体处理装置(MSEP)，隔着栅极绝缘膜13以覆盖栅电极12的方式通过 PECVD法连续地堆叠非晶硅膜15以及η+型非晶硅膜16，利用光刻法以及公知的RIE法将栅电极12上及其周边部以外的非晶硅膜15、16部分除去。接下来，如图1所示，利用公知的溅射法等，为了形成源电极以及漏电极，以Ti、 Al,Ti的顺序进行成膜，利用光刻法形成图案，由此形成了源电极17以及漏电极18。接着， 以所形成的源电极17以及漏电极18为掩模，利用公知的手法对η+型非晶硅膜16进行蚀亥IJ，由此进行源极区域和漏极区域的分离。接着，利用公知的PECVD法形成作为保护膜的硅氮化膜(未图示)，完成了本实施例的薄膜晶体管。接着，参照图5，对本发明的实施例2的构造和制造方法进行说明。本发明的实施例2涉及的薄膜晶体管(TFT) 200，具有在钠玻璃的基板100上形成的Na扩散防止膜110、 在Na扩散防止膜110上形成规定的图案的下层121由Al构成且上层122由Al-Mg-Ce-Zr 合金构成的栅电极兼栅极驱动布线层120 (图示出栅电极的一部分)、在栅电极120的表面利用使用了非水溶液的阳极氧化而形成的致密的阳极氧化膜130。进而，图示的TFT 200具有在栅电极/布线层120的周围形成为与该栅电极120及其上面阳极氧化膜130大致相同的高度且与上面阳极氧化膜130在大致相同平面的透明树脂层140、和在该栅电极120上隔着该栅极绝缘膜130形成的本征非晶硅(i-aSi)层150。该i_aSi层150设置有源极以及漏极的电极连接区域。其中，在源电极连接区域设置有高浓度η型的非晶硅(n+-aSi)层160，按照与该非晶硅(n+_aSi)层160表面接触的方式，具有含有由&形成的下层171和Al形成的上层 172的源电极170。另一方面，在漏电极连接区域设置有高浓度η型的非晶硅(n+-aSi)层 160，按照与该非晶硅(n+-aSi)层160表面接触的方式，具有含有由&形成的下层181和由Al形成的上层182的漏电极180。源电极170、漏电极180、以及i_aSi层150的露出部分由SiCN保护膜190加以覆盖，SiCN保护膜190覆盖装置的上面。接着，使用图5对如上所述的本实施例的薄膜晶体管的形成方法进行说明。首先， 作为基板，准备廉价的钠玻璃基板100。将该玻璃基板100用0. 5体积％的氢氟酸水溶液处理10秒，用纯水进行水洗，将表面的污染剥落除去。接着，使用狭缝涂布机在钠玻璃基板 100的表面涂布将((CH3)SiOv2) x (SiO2)1-X (其中，0 < X彡1. 0)组合物溶解于有机溶剂得到的溶液。此外，在减压下加热而将溶剂完全除去。具体而言，在5T0rr(665Pa)的减压下在 400°C进行加热。如此形成厚度0.2μπι 0.3μπι的透明碱扩散防止层110。接着，在基板的碱扩散防止膜110上通过溅射形成厚度1. 5 2. 0 μ m的Al层121，在其上通过溅射形成厚度0. 5 1.5μπι的Al合金层(以质量％计含有Mg 4. 5%,Ce l%,Zr 0. 1%，剩余为 Al) 122，在其上涂布光致抗蚀剂(未图示)，利用公知的曝光/显影而使抗蚀层以规定的图案(栅电极以及栅极驱动布线的图案)残留，将其作为掩模进行干式蚀刻，使Al层121以及Al合金层122成为规定的栅电极/布线图案120。接着，将抗蚀层除去，对栅电极/布线层120的表面实施基于非水溶液的阳极氧化，形成阳极氧化膜130。需要说明的是，本实施例中的Al层121以及Al合金层122与先前叙述的一样，可以以质量％计含有Si、Fe、Cu、Mn、Cr、Zn等不可避免的杂质元素分别为0.01%以下。另外， Al合金层122与先前叙述的一样，以质量％计，Mg浓度为5.0%以下，Ce浓度为15%以下， Zr浓度为0. 15%以下，优选以质量％计，Mg浓度超过0. 01%且为5. 0%以下，Ce浓度超过 0. 01%且为5. 0%以下，&浓度超过0. 01%且为0. 15%以下，余量由Al以及不可避免的杂质构成。在本实施例中，在Al层121以及Al合金层122的表面，通过使用了非水溶液 (non-aqueous solution)的阳极氧化设置厚度0. 05 μ m 0. 1 μ m的Al2O3膜作为阳极氧化被膜130。这作为栅极绝缘膜，以EOT计，相当于0.025μπι 0.05μπι。使用的非水溶液， 作为溶剂含有乙二醇79%，作为溶质含有纯水20%以及己二酸1. 0% (体积比)、或含有二甘醇79. 5%、纯水20%以及己二酸0. 5%。在使用前者的情况下，室温下进行，在使用后者的情况下在50°C进行，首先以电流密度0. ImA/cm2 0. 2mA/cm2的恒定电流模式进行阳极氧化，接着以电压60V 30V的恒定电压模式进行阳极氧化。此外，在氮气以及氧气气氛下， 在300°C进行1小时左右的阳极氧化膜的热处理。接着，使用狭缝涂布机在栅电极/布线层120的周围使碱可溶性脂环式烯烃系树脂组合物溶于溶剂得到的溶液，超过该栅电极120上面的阳极氧化膜130的高度进行成膜， 并形成透明有机绝缘膜。接着，在微波激发式等离子体处理装置中，向装置内导入氪气以及氧气，进而向装置内导入微波，使其发生等离子，对透明有机绝缘膜的整个表面进行蚀刻， 使栅极绝缘膜130露出表面。此时，露出的栅极绝缘膜130表面暴露于通过上述等离子体发生的氧自由基中，进行氧化，膜质被改善。如此形成高度与栅极绝缘膜130表面相同的透明有机绝缘膜140。如前述那样，在成为平面的栅极绝缘膜130表面以及透明有机绝缘膜140表面上， 通过微波激发等离子体处理装置并利用PECVD法形成本征的非晶硅膜且厚度为0. 02 0. Iym,进而在其上连续地堆积0. 05 0. 1 μ m的η+型非晶硅膜。进而在其上连续地堆叠 0. 1 0. 2μπι的&，在其上连续地堆叠0. 5μπι的Al。此外，利用光刻法以及公知的RIE法，使Al/Zr/n+型非晶硅膜/本征非晶硅膜以规定图案(栅电极120上及其周边部)残留，将其以外的全部除去。如此形成具有规定图案(栅电极120上及其周边部)的固有的非晶硅膜150。接下来，对于Al/Zr/n+型非晶硅膜，按照将源极/漏极分离的方式蚀刻除去其以外的部分，形成源极区域以及漏极区域的η+型非晶硅膜160、Α1源电极170、Α1漏电极 180。接着，利用PECVD法形成作为保护膜的SiCN膜190。需要说明的是，对源极/漏电极170、180的布线接触通过在SiCN保护膜190设置通孔而进行。由实施例2得到的TFT 200，在栅电极120的上层设置有含有Ce的Al合金层122。 如此含有Ce的Al层122与仅有Al层121的情况相比，能够形成致密且质量良好的阳极氧化膜。为此，还具有所谓在含有Ce的Al层122上形成的阳极氧化膜130也能够致密且质量良好(即便较薄，其绝缘性能也良好，高耐压)地形成的优点。进而，在实施例1以及2中，作为形成阳极氧化被膜的添加了 Ce的Al合金层，对含有Mg、Ce、Zr、以及Al的合金层进行说明。特别是对含有4. 5% Mg-I % Ce-O. &的 Al合金层进行了说明。但是，考虑到也有对栅电极/布线要求其电导率高于上述添加了 Ce 的Al合金层的情况或要求电导率低于上述添加了 Ce的Al合金层的情况。顺带说一下，含有4. 5% -Mg-I % Ce-O. 1% Zr的CeAl合金层具有18. 71 X IO6 ( Ω-1 .m1)的电导率，且具有 5·24Χ10_8(Ω -m)的电阻率。另一方面，不含Mg等的Al层具有38. 32 XlO6 ( Ω ―1 · m O的电导率以及2. 60Χ10_8(Ω · m)的电阻率。根据本发明人等的实验，作为Al合金层，如果使用未含有Mg的&-A1合金层， 明确可以得到具有与Al层接近的电导率以及电阻率的添加了 Ce的Al合金层。S卩，含有 0. 的Ir的Al合金层显示出35. ΤΘΧΙΟ^Ω-1 · m1)的电导率以及2. 79 X IO"8 ( Ω · m) 的电阻率，进而，明确含有Ce-O. 1 % Ze的Al合金层具有34. 86 X IO6 ( Ω-1 · m O的电导率以及2.86Χ10_8(Ω · m)的电阻率，另外，含有2 % Ce_0. 1 % Ze的Al合金层显示出 33. 61 XlO6 ( Ω ―1 ^m1)的电导率以及 2. 97 X 10_8 ( Ω · m)的电阻率。如此通过使用不含Mg以及Ce而仅含&的Al合金层，可以得到具有极接近Al层的电导率以及电阻率的Al合金层，但如前述那样，阳极氧化膜经腐蚀性气体腐蚀的减量率增大。但是，在不含Mg的添加了的Al合金层中，也确认到形成致密且质量良好的阳极氧化被膜，其腐蚀所致的减量率小。因此，添加了的Al合金层不仅可以减小栅电极/布线的电阻，而且通过阳极氧化可以形成平坦且质量良好的栅极绝缘膜。另外，在上述的例子中，对代替实施例1示出的单层的添加了 Ce的Al合金层而使用添加了的Al合金层的情况进行了说明，但代替图5示出的Al合金层122，可以使用上述的添加了 Ce-Zr的Al合金层。上述示出本发明的例示实施例及其制造工序，但本发明并不限于此，例如，可以根据需要在上面的阳极氧化绝缘膜13、130表面以CVD形成氮化硅膜等制成复合栅极绝缘膜。 另外，栅电极/布线也在实施例中使用添加了 Ce的Al合金，但也可以使用其他的Al合金或者纯Al，也可以是其内部或者下部使用其他材料的电极。要点是栅电极或布线的至少上面由Al或者Al合金构成，通过非水溶液的阳极氧化将其表面氧化，将其用于栅极绝缘膜的至少一部分即可。
产业上的利用可能性本发明用于液晶显示装置、有机EL装置、无机EL装置等显示装置，能将这些显示装置大型化，且还可以用于显示装置以外的布线。符号的说明10、100:透明基板11、110 :Na扩散防止层12、120 栅电极/布线层13、130:阳极氧化膜14、140:透明树脂膜15:半导体层16:电极接触层17 源极布线层18 漏极布线层
权利要求
1.一种半导体装置，其特征在于，包括 在基板上设置的含有Al或者Al合金的栅电极、设置成覆盖该栅电极的至少上面且含有对该栅电极的Al或者Al合金进行了阳极氧化的阳极氧化膜的栅极绝缘膜、和按照厚度实质上等于所述栅电极的厚度及其上面的栅极绝缘膜的厚度的总厚度且包围所述栅电极的方式设置于所述基板上的绝缘体层。
2.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述栅电极含有Al合金，该Al合金至少含有Mg、Zr以及Ce中的&以及Ce。
3.一种半导体装置，其特征在于，其具有含有Al合金的栅电极、和含有对该栅电极的Al合金进行了阳极氧化的阳极氧化膜的栅极绝缘膜，所述Al合金至少含有Mg、Zr以及Ce中的&以及Ce。
4.如权利要求1 3中任意一项所述的半导体装置，其特征在于，所述阳极氧化膜是由使用了非水溶液的阳极氧化形成的无孔质阳极氧化膜。
5.如权利要求1、2或者4中任意一项所述的半导体装置，其特征在于，所述基板是实质上透明的绝缘体基板，所述绝缘体层是实质上透明的树脂层。
6.如权利要求5所述的半导体装置，其特征在于，所述树脂层含有从丙烯酸系树脂、硅酮系树脂、氟系树脂、聚酰亚胺系树脂、聚烯烃系树脂、脂环式烯烃系树脂、以及环氧系树脂中选择的一种以上树脂。
7.如权利要求5所述的半导体装置，其特征在于， 所述树脂层由碱可溶性脂环式烯烃系树脂组合物形成。
8.如权利要求5所述的半导体装置，其特征在于， 所述基板包含碱性玻璃和在其上形成的碱扩散防止膜。
9.如权利要求8所述的半导体装置，其特征在于， 所述碱扩散防止膜是实质上透明的绝缘体涂布膜。
10.如权利要求9所述的半导体装置，其特征在于，所述绝缘体涂布膜是将含有金属有机化合物以及金属无机化合物的至少一方和溶剂的液体状涂布膜干燥、烧成而得到的膜。
11.如权利要求1 10中任意一项所述的半导体装置，其特征在于，所述栅电极具有Al层和至少含有Mg、Zr以及Ce中的&以及Ce的Al合金层这2层构造，所述栅极绝缘层具有对该Al合金进行了阳极氧化的膜。
12.—种半导体装置的制造方法，其特征在于，具有使用Al或者Al合金在实质上透明的基板上形成规定图案的栅电极膜的工序、 利用使用了非水溶液的阳极氧化法对所述栅电极的表面进行阳极氧化的工序、和按照厚度实质上等于所述栅电极的厚度及其上面的阳极氧化膜的厚度的总厚度且包围所述栅电极的方式将透明绝缘体层设置于所述基板上的工序。
13.如权利要求12所述的半导体装置的制造方法，其特征在于， 将所述透明绝缘体层设置于所述基板上的工序包括按照由所述透明基板上延伸到所述栅电极上的方式形成构成所述透明绝缘体膜的材料的工序、和使用含氧的等离子体除去构成所述透明绝缘体膜的材料的表面的工序。
14.如权利要求13所述的半导体装置的制造方法，其特征在于， 使用所述等离子体加以除去的工序含有露出栅电极上的阳极氧化膜的工序、和通过所述等离子体对露出的阳极氧化膜进行改性的工序。
15.如权利要求12 14中任意一项所述的半导体装置的制造方法，其特征在于， 所述栅电极膜具有Al层和至少含有Mg、Zr以及Ce中的&以及Ce的Al合金层这2层构造，所述栅极绝缘层具有对该Al合金进行了阳极氧化的膜。
16.一种显示装置，其特征在于，其使用权利要求1 11中任意一项所述的半导体装置制造而成。
17.一种显示装置，其特征在于，包括 在基板上设置的含有Al或者Al合金的布线、设置成覆盖该布线的至少上面且含有对构成该布线的Al或者Al合金进行了阳极氧化的阳极氧化膜的绝缘膜、和按照厚度实质上等于所述布线的厚度及其上面的绝缘膜的厚度的总厚度且包围所述布线的方式设置于所述基板上的绝缘体层。
全文摘要
一种半导体装置，其特征在于，包括在基板上设置的含有Al或者Al合金的栅电极、设置成覆盖该栅电极的至少上面且含有对该栅电极的Al或者Al合金进行了阳极氧化的阳极氧化膜的栅极绝缘膜、和厚度实质上等于上述栅电极的厚度及其上面的栅极绝缘膜的厚度的总厚度且以包围上述栅电极的方式设置于上述基板上的绝缘体层。
文档编号H01L29/786GK102473644SQ20108003208
公开日2012年5月23日 申请日期2010年7月26日 优先权日2009年7月31日
发明者大见忠弘 申请人:国立大学法人东北大学