(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された金属層及び前記金属層の陽極酸化膜を有する非線形抵抗素子を具備する液晶表示装置の製造方法において、
前記金属層における不純物を含む表面層を電解研磨処理により除去する工程と、
前記電解研磨処理後に前記金属層を陽極酸化する工程と、
を有することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項２】
ゲート電極及び前記ゲート電極の陽極酸化膜を有する薄膜トランジスタを具備する液晶表示装置の製造方法において、
前記ゲート電極における不純物を含む表面層を電解研摩処理により除去する工程と、
前記電解研磨処理後に前記ゲート電極を陽極酸化する工程と、
を有することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２のいずれかにおいて、
前記金属層または前記ゲート電極はタンタルを含み、前記電解研磨処理にはフッ酸又は塩酸を含む溶液を用いることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項４】
金属膜及び前記金属膜の陽極酸化膜を含む容量素子を具備する半導体装置の製造方法において、
金属膜における不純物を含む表面層を電解研磨処理により除去する工程と、
前記電解研磨処理後に前記金属膜を陽極酸化する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
金属層が陽極酸化されてなる配線膜の製造方法において、
前記金属層における不純物を含む表面層を電解研磨処理により除去する工程と、
前記電解研磨処理後に前記金属層を陽極酸化する工程と、を含むことを特徴とする配線膜の製造方法。
【請求項６】
請求項５において、
前記金属層はタンタルを含み、前記電解研磨処理にはフッ酸又は塩酸を含む溶液を用いることを特徴とする配線膜の製造方法。
【請求項７】
請求項５において、
前記金属層は、アルミニウム、亜鉛、ジルコニウム、及びハフニウムからなる群より選択される元素を含み、
燐酸、過塩素酸、および硝酸からなる群より選択される溶液を含む電解液を用いて前記電解研磨処理を行うことを特徴とする配線膜の製造方法。
【請求項８】
請求項５において、
前記金属層における不純物を含む表面層を電解研磨処理により除去する工程と、
前記金属層を陽極酸化する工程と、
の間に純水洗浄を行うことを特徴とする配線膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は配線膜の製造方法、特に陽極酸化法に関し、陽極酸化膜を用いた非線形抵抗素子を有する液晶表示装置及び陽極酸化膜を用いた薄膜トランジスタを有する液晶表示装置、並びに陽極酸化膜を用いた半導体装置等の電子素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属表面上に酸化膜を作製する方法の１つとしての陽極酸化法は、基板内に均一な膜がスループットよく堆積されることから幅広く用いられている。例えば、電解コンデンサのキャパシタの作製やアルミニウム膜のメッキなどには古くから使われている技術である。最近では、半導体の容量、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のゲート絶縁膜の一部や、ＭＩＭ型非線形素子等をはじめとする非線形抵抗素子の絶縁膜などのマイクロデバイス分野にも利用されてきている。薄膜トランジスタや非線形抵抗素子を液晶駆動用の能動素子としたアクティブマトリクス方式の液晶表示パネルは、小さくて軽くしかも消費電力が少なくきれいなカラー表示ができるディスプレイとしてさまざまなところで使用されている。
【０００３】
アクティブマトリクス方式の液晶表示装置は、画素領域ごとに非線形素子を設けてマトリクスアレイを形成した一方側の基板と、カラーフィルタが形成された他方側の基板との間に液晶を充填しておき、各画素領域ごとの液晶の配向状態を制御して、所定の情報を表示するものである。スイッチング素子として薄膜トランジスタなどの３端子素子または非線形抵抗素子などの２端子素子を用いるが、液晶表示素子に対する画面の大型化および低コスト化などの要求に対応するには、２端子の非線形抵抗素子を用いた方式が製造工程が短いために有利である。しかも、非線形抵抗素子を用いた場合には、マトリクスアレイを形成した一方側の基板に走査線を設け、他方側の基板には信号線を設けることができるので、３端子素子の不良の大きな原因となっている走査線と信号線のクロスオーバー短絡が発生しないというメリットもある。
【０００４】
このような非線形抵抗素子を用いたアクティブマトリクス方式の液晶表示パネルにおいては、液晶表示パネルの等価回路である図３に示すように、各画素領域３で各走査線３１と各信号線３２との間に非線形抵抗素子１（図中、バリスタの符号で示す。）と液晶表示素子２（図中、コンデンサの符号で示す。）が直列接続された構成として表され、走査線３１および信号線３２に印加された信号に基づいて、液晶表示素子２を表示状態および非表示状態あるいはその中間状態に切り換えて表示動作を制御する。
【０００５】
図４（ａ）に示すように、非線形抵抗素子１において、非線形抵抗素子の第一の金属膜と第二の金属膜への印加電圧ＶＮＬと前記の２つの金属膜の間を流れる電流ＩＮＬとは非線形性の関係を有している。非線形抵抗素子１のしきい値電圧をＶｔｈ、液晶表示素子２のしきい値電圧をＶｂ、表示状態となる電位を（Ｖｂ＋△Ｖ）とすると、図４（ｂ）に示すように選択期間では、所定の画素領域３における走査線３１と信号線３２との間の電位差Ｖ（単位画素への印加電圧）を（Ｖｂ＋Ｖｔｈ）とすることによって、液晶表示素子２を非表示状態とする事ができ、走査線３１と信号線３２との間の電位差Ｖを（Ｖｂ＋Ｖｔｈ＋△Ｖ）とすることによって、液晶表示素子２を表示状態とする事ができる。一方、非選択期間では単位画素に印加する電位Ｖを、液晶表示素子２に残留した電位に対して概ね近接する様に設定しその差が非線形抵抗素子のしきい値電圧Ｖｔｈ以下であれば、非選択期間内で非線形抵抗素子１は常に遮断状態となり、選択期間に定められた状態をそのまま維持する事になる。
【０００６】
以上は、非線形抵抗素子の容量が十分小さく、電圧−電流特性の非線形性が十分高い理想的な非線形抵抗素子１を得る事ができ、非線形抵抗素子に信号を与える配線の抵抗が十分に低くできた場合の最も基本的な動作例である。
【０００７】
特開昭５２−１４９０９０に述べられているような一般的な構造を非線形抵抗素子の平面図である図２（ａ）と、ＡＡ´の断面図である図２（ｂ）を用いて述べる。非線形抵抗素子１は、透明基板１１の表面側に形成され、走査線３１を介して走査回路側に導電接続するＴａ原子を主成分とした第一の金属膜１２と、その表面側の金属酸化膜１３と、その表面側に形成されて画素電極１５に導電接続するＣｒからなる第二の金属膜１４とから構成されている。金属酸化膜１３は、Ｔａ膜の表面に膜厚が均一で、しかもピンホールがない状態で形成されるように、第一の金属膜１２に対する陽極酸化によって形成される。
【０００８】
このような非線形抵抗素子の製造方法として以下に示す３つの提案がある。第一は、非線形抵抗素子を構成する３層を連続スパッタで形成するという特開昭６０−３０１８８，第二は、非線形抵抗素子の第二の金属膜を堆積する前に、図２において絶縁膜１３をドライエッチングするという特開昭６３−４８５２８，第三は、非線形抵抗素子の第一の金属膜を陽極酸化して絶縁膜を堆積する前に、第一の金属膜の表面を化学的にエッチングするという特開平３−４６６３３である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の非線形抵抗素子１を用いた液晶表示パネルにおいては、基板内やウエハー間での非線形抵抗素子の電圧−電流特性のばらつきが大きいために、パネル内でコントラストが異なり表示ムラができるという問題点があった。特開昭５８−１９２０８７や特開昭５９−８６０９２に示されているようにパネル駆動の方法を工夫すればムラを解消することも可能であるが、回路が複雑になりパネルコストが高くなったり、重量が重くなったりして液晶パネルのメリットが薄れてしまう。
【００１０】
基板内および基板間の非線形抵抗素子の電圧−電流特性のばらつきを防止する方法として、従来から以下に示す３つの提案がなされている。
【００１１】
第一の方法（特開昭６０−３０１８８）では、従来プロセスで画素電極を形成しようとすると、図７（ａ）に示すように第一の金属膜７１と画素電極７４が短絡してしまいアクティブマトリクスアレイを構成できなくなる。そこで、素子の側面に絶縁体７２よりも２桁以上抵抗の高い膜を低温で形成する必要があるが、製造工程が長くなり非線形抵抗素子製造のコストメリットが損なわれるばかりか、第二の金属膜７３と画素電極７４の接触抵抗が不安定になって、結局素子特性にばらつきを生じさせることになる。
【００１２】
第二の方法（特開昭６３−４８５２８）では、該特許（公開公報ｐ１６７の右下３〜１５行目）に記されているようにドライエッチング工程と第二の金属膜の堆積を連続工程で行うと、出願人の実験によると多少のばらつき改善はなされたが、それでも１０Ｖ印加で０．５桁程度の電流値ばらつきが観察された。また、素子サイズを小さくすると電流密度が減少するという問題点は改善されなかった。
【００１３】
第三の方法（特開平３−４６６３３）は、出願人が実施した検討では化学エッチングによって電圧−電流特性のばらつきを低減させるには不十分であった。
【００１４】
本発明は、上記事情をふまえてなされたもので、簡単な工程で欠陥がなく品質のばらつきの少ない良質な配線膜の製造方法を提供することを目的とする。
【００１５】
また、本発明は、製造工程を複雑にすることなく品質がよく製造歩留まりの高い非線形抵抗素子を有する液晶表示装置製造方法を提供することを目的とする。
【００１６】
また、本発明は、製造工程を複雑にすることなく品質がよく製造歩留まりの高い薄膜トランジスタを有する液晶表示装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１７】
また、本発明は、製造工程を複雑にすることなく品質がよく製造歩留まりの高い半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の液晶表示装置の製造方法において、金属層及び前記金属層の陽極酸化膜を有する非線形抵抗素子を具備する液晶表示装置の製造方法において、前記金属層における不純物を含む表面層を電解研磨処理により除去する工程と、前記電解研磨処理後に前記金属層を陽極酸化する工程と、を有することを特徴とする。
【００２０】
かかる液晶表示装置の製造方法によれば、陽極酸化膜中の不純物が少なくなるため、非線形抵抗素子における電圧−電流特性のばらつきをなくし、かつ素子サイズの違いによる電流密度の相違も解消することができ、コントラストが良くしかも面内の表示状態が均一な液晶表示装置を、簡単な工程で歩留まり良く製造することができる。また、本発明の液晶表示装置としては、例えば、第１の絶縁基板と第２の絶縁基板とが液晶層を介して対向し、この第１の絶縁基板上には、第１の信号電極とこの非線形抵抗素子と画素電極とが配置され、この第２の絶縁基板上には第２の信号電極が配置されてなるものを用いることができる。
【００２１】
また、前記基板上に酸化タンタル膜を形成し、前記酸化タンタル膜上に前記金属層を形成する工程を有するようにしてもよい。
【００２２】
かかる製造方法によれば、 ＴａＯX膜が堆積されていると、Ｔａ膜と基板の密着性がよくなり、多少基板がエッチングされてもＴａ膜は剥がれることはない。さらに、基板に含まれている不純物元素がＴａ膜表面に拡散することも防止できるので、電気特性のばらつきのない陽極酸化膜を形成することができる。
【００２９】
また、前記金属層は、アルミニウム、亜鉛、ジルコニウム、及びハフニウムからなる群より選択される元素を含んでいてもよい。
【００３０】
かかる製造方法によれば、金属層を陽極酸化可能である。
【００３３】
また、前記金属層は、チタン又はニオブを含んでいてもよい。
【００３４】
かかる製造方法によれば、金属層を陽極酸化可能である。
【００３５】
また、この形態をとる液晶表示装置の製造方法においては、フッ酸を含む溶液を用いて前記電解研磨処理を行うことが好ましい。
【００３６】
かかる液晶表示装置の製造方法によれば、金属層に電解研磨処理を行うことができ、金属層の表面を鏡面に仕上げることができる。
【００３７】
本発明の配線膜の製造方法は、金属層が陽極酸化されてなる配線膜の製造方法において、前記金属層における不純物を含む表面層を電解研磨処理により除去する工程と、前記電解研磨処理後に前記金属層を陽極酸化する工程と、を含むことを特徴とする。
【００３８】
かかる配線膜の製造方法によれば、金属層表面に陽極酸化膜を形成するにあたって予め前記金属層表面を電解研磨処理することにより、陽極酸化膜中の不純物が少なくなるため、欠陥が少なく品質ばらつきのない高品質の配線膜を提供できる。
【００３９】
また、本発明の液晶表示装置の製造方法において、ゲート電極及び前記ゲート電極の陽極酸化膜を有する薄膜トランジスタを具備する液晶表示装置の製造方法において、前記ゲート電極における不純物を含む表面層を電解研摩処理により除去する工程と、前記電解研磨処理後に前記ゲート電極を陽極酸化する工程と、を有することを特徴とする。
【００４０】
かかる液晶表示装置の製造方法によれば、ゲート絶縁膜の純度を高くできるので、絶縁性が向上し、従って薄膜トランジスタ自体のスイッチング特性も向上して、ばらつきが低減され、線欠陥が減少し、更に表示も高画質になり、画素ムラも低減する。すなわち歩留まり向上と液晶表示装置の高画質化を同時に達成できる。また、本発明の液晶表示装置としては、例えば、第１の絶縁基板上に信号線及び走査線がマトリクス状に配置され、この信号線とこの走査線との交点近傍にこの薄膜トランジスタが形成され、この信号線及びこの走査線はこの薄膜トランジスタを介して画素電極に接続されてなり、且つ、この第１の絶縁基板は液晶層を介して第２の絶縁基板と対向配置されてなるものを用いることができる。
【００４１】
また、本発明の半導体装置の製造方法において、金属膜及び前記金属膜の陽極酸化膜を含む容量素子を具備する半導体装置の製造方法において、金属膜における不純物を含む表面層を電解研磨により除去する工程と、前記電解研磨処理後に前記金属膜を陽極酸化する工程と、を有することを特徴とする。
【００４２】
かかる半導体装置の製造方法によれば、絶縁性のばらつきを低下させることができ、従って設計マージンにも余裕ができるので微細化を進めることが可能になる。従って、１ウエハーあたりの取り個数が増し、歩留まりを向上させることができる。
また、前記金属層、前記金属膜または前記ゲート電極は、タンタルを含んでいてもよい。
かかるの製造方法によれば、Ｔａ原子を含んだ膜にすると陽極酸化の制御がよく加工が簡単になる。非線形抵抗素子の電圧−電流特性をよくすることもできる。
また、かかる形態をとる製造方法においては、フッ酸又は塩酸を含む溶液を用いて前記電解研磨処理を行うことが好ましい。
かかる製造方法によれば、電解研磨処理を行うことができる。このとき、例えば、電解研摩の電解液を塩酸を含んだ溶液にすることで基板へのダメージをなくすことができガラス基板を使用できるようになる。さらに、下地の酸化タンタル膜を用いなくてもよくなり製造工程を簡略化できる。また例えば、電解研磨処理に用いる電解液は、０．２〜１０％のフッ酸及び２０〜４０％の塩酸を含む水溶液であることが望ましい。また例えば、別の好ましい例として、電解研磨処理に用いる電解液は、０．５〜７％のフッ酸及び３２〜３８％の塩酸を含む水溶液であり、且つ電解研磨処理は印加電圧４０〜６０Ｖ，電流密度０．１〜０．２Ａ／ｃｍ2で行われることが望ましい。さらにまた例えば、別の好ましい例として、電解研磨処理に用いる電解液は５〜２０％のフッ酸水溶液であることが望ましい。
また、研磨能力が不足している場合は、基板が侵されない程度の微量のフッ酸を電解液に添加すればよい。尚、フッ酸は金属層の表面を鏡面仕上げする役目もある。
また、本発明の形態をとる製造方法においては、燐酸、過塩素酸、および硝酸からなる群より選択される溶液を含む電解液を用いて前記電解研磨処理を行うことが好ましい。
かかる製造方法によれば、この電解液を用いると不純物を含んだ表面層が電解研摩される。過塩素酸系溶液，硝酸系溶液は、研摩速度が速いために工程のスループットはよくなるとの利点がある。一方、燐酸系溶液は、上述した溶液より多少電解研摩速度が遅くなるが、電解研摩の制御性が良いとの利点がある。また、制御性を優先する場合には、例えば、電解研磨処理に用いる電解液は燐酸を含む水溶液であり、且つ電解研磨処理は印加電圧１０〜８０Ｖ、電流密度０．０１〜０．５Ａ／ｃｍ2で行われることが好ましい。
また、本発明の形態の製造方法において、前記不純物を含む層を電解研磨処理により除去する工程と、
前記陽極酸化する工程と、
の間に純水洗浄を行うことが好ましい。
【００４３】
ここで、上述の作用効果の原理を説明する。
【００４４】
電圧−電流特性のばらつきの原因として、出願人が非線形抵抗素子の製造プロセスを調査した結果、その原因が非線形抵抗素子を構成する金属酸化膜中に含まれる不純物元素の量と関連があることを確認した。
【００４５】
配線膜と兼用した非線形抵抗素子の第一の金属膜には、タンタル（Ｔａ）原子を含んだ膜が利用されている。タンタル（Ｔａ）膜をパターニングする際にはレジストが用いられるが、このときに図５に示すようにＴａ膜の表面はレジスト中に含まれる炭素（Ｃ）や水素（Ｈ）やエッチングガスに含まれるフッ素（Ｆ）と反応した膜厚数ｎｍの層５１が生成される。このときの炭素や水素の量は基板内およびウエハー間でかなりばらつきがある。つまり、炭素や水素，フッ素と反応したＴａ膜を陽極酸化して堆積された絶縁膜中に含まれる不純物量が異なるために、非線形抵抗素子の電圧−電流特性がばらつくことになる。さらに、これらの不純物を含んだ絶縁膜は、異なる非線形特性を持つため素子サイズが違うと該素子を流れる電流密度が変わってしまう。
【００４６】
Ｔａ膜からなる配線膜とその陽極酸化膜は、各々薄膜トランジスタのゲート電極およびゲート絶縁膜に用いられるが、酸化膜中に含まれる炭素や水素の量が多いと絶縁破壊が生じ易くなり、点欠陥や線欠陥を誘発することになる。ＬＳＩのキャパシタなどに用いる場合も同様である。Ｔａ膜だけでなく同じようなことは、他の金属膜にも当てはまる。
【００４７】
配線膜となる金属表面の不純物が陽極酸化膜中に含まれることは、酸化膜形成のメカニズムから説明される。図５（ａ）に示される配線膜に陽極酸化膜が成長している過程を示したものが図５（ｂ）で、配線膜の表面から酸素イオンが供給されて点線で記された陽極酸化膜５３が成長する。この成長過程は、溶液中にある酸素イオンが酸化膜と金属膜の界面まで移動して金属と反応し酸化膜を成長させていく過程のほうが、金属イオンが酸化膜の表面まで移動し酸化膜を堆積する過程よりも支配的になっているので、図５（ｂ）に示すように配線膜表面の不純物を含む層５１はすべて陽極酸化膜中に取り込まれることになる。
【００４８】
基板上で露出部を陽極酸化して用いる配線膜において、陽極酸化膜中に不純物が含まれるのを防止するために、配線膜の表面層にある不純物を配線膜の成分ごと除去するために、陽極酸化前に電解研摩処理を行う。こうすることで、深さ方向に組成が一定である酸化膜が堆積されることになり、その酸化膜を用いたデバイスのばらつきが小さくなる。
【００４９】
酸化膜の安定性から前記配線膜にタンタル原子を含む膜がよく用いられるが、このときの電解液には、塩酸を含む液にすると配線膜にダメージを与えること無く不純物を含んだ表面層を除去できる。
【００５０】
【実施例】
以下、本発明について、実施例に基づき詳細に説明する。
【００５１】
図１は配線膜の製造方法を示す図である。（ａ）は電解研磨の方法を示す図、（ｂ）は陽極酸化膜の製造方法を示す図である。図１（ａ）のように所定の形状にパターニングされた配線膜１２を陽極にして、陰極１０との間に電圧を印加して電解研摩処理する。その後、基板１１を純水で洗浄したのちに水をきって、図１（ｂ）のように陽極酸化可能な電解液に浸して配線膜１２の表面に陽極酸化膜１３を堆積する。前記電解研摩工程で図５のレジストやエッチングガスが含まれた配線膜部分５１が除去されて、電気特性がばらつきのない酸化膜１３が作製される。ここで、電解研摩による配線膜表面のエッチング効果を高めるために、電解研摩後は表面層に大気中の成分元素が付着しないようにできるだけ速く陽極酸化膜を形成することが望ましい。できることなら、電解研摩後直ちに陽極酸化膜を形成するのがより望ましい。
【００５２】
電解研摩の電解液および電解条件について説明する。今回の発明では電解研摩後に陽極酸化をして使用する配線膜を対象にしているので、配線膜の材料としては、陽極酸化可能なアルミニウム（Ａｌ），タンタル（Ｔａ），チタン（Ｔｉ），亜鉛（Ｚｎ），ニオブ（Ｎｂ），ジルコニウム（Ｚｒ），ハフニウム（Ｈｆ）および前記金属を含む化合物が挙げられる。
【００５３】
〔実施例１〕
まず最初に、配線膜がＡｌ，Ｚｎ，Ｚｒ，Ｈｆを主成分にした元素で構成されている場合を述べる。製造方法は図１で示した方法と同様である。電解液は、Ｈ３ＰＯ４とＨ２ＳＯ４とＨ２ＣｒＯ４からなる燐酸系溶液，ＨＣｌＯ４と（ＣＨ３ＣＯ）２Ｏからなる過塩素酸系溶液，ＨＮＯ３とＨ３ＰＯ４とＣＨ３ＣＯＯＨからなる硝酸系溶液及びこれらの水溶液を用いると不純物を含んだ配線膜の表面層が電解研摩される。過塩素酸系溶液，硝酸系溶液は、研摩速度が速いために工程のスループットはよくなるとの利点がある。一方、燐酸系溶液は、上述した溶液より多少電解研摩速度が遅くなるが、電解研摩の制御性が良いとの利点がある。研摩時間は数分なので制御性を優先すると、燐酸系水溶液で印加電圧１０〜８０Ｖ，電流密度０．０１〜０．５Ａ／ｃｍ２の条件で行えば、基板や配線膜にダメージを与えることなしに露出部を研摩できる。この条件のもとで研摩速度を速くするためには、電解液の温度を４０〜５０℃にするのがよくこのときの条件は印加電圧２０〜５０Ｖ，電流密度０．０５〜０．２Ａ／ｃｍ２にすればよい。このとき配線膜表面の平滑性は向上する。
【００５４】
〔実施例２〕
第二に、配線膜がＴａを主成分にした元素で構成されている場合を述べる。配線膜がＴａの場合も、製造方法は図１記載の方法と同様である。Ｔａ膜は大部分の酸やアルカリ水溶液では、エッチング速度よりも酸化膜堆積速度が速くなるので、電解液はフッ酸系水溶液や塩酸系水溶液に限られる。
【００５５】
フッ酸系水溶液を使用する場合は、２０％程度の濃度の水溶液で、印加電圧３０〜６０Ｖ，電流密度０．０１〜０．５Ａ／ｃｍ２で研摩すれば、１〜５ｎｍ／分の割合で研摩され表面も鏡面に仕上がる。表面の平滑性を優先するならばフッ酸の濃度を５％程度にして、２〜３分の上記の研摩条件での処理回数を増加させればよい。基板がガラスなどフッ酸にエッチングされる場合は、エッチング速度が速いと基板が荒れるばかりかこの影響で配線膜が剥がれたり表面がでこぼこになったりするので、フッ酸に対する基板のエッチングされる割合に応じて配線膜に悪影響を与えないように濃度を調整する必要がある。例えば、一般的な板ガラスでは５％以下の濃度が望ましく、コーニング社の７０５９では１〜１０％の濃度が望ましい。このとき研摩速度は低下するので、上記の電解研摩条件でその分時間を長くするか短時間の処理の回数を増加させればよい。
【００５６】
塩酸系水溶液を使用する場合は、５０％程度の濃度の水溶液で、印加電圧４０〜８０Ｖ，電流密度０．０１〜０．５Ａ／ｃｍ２で研摩すれば、０．３〜３ｎｍ／分の割合で研摩される。研摩速度を速くする必要がある場合は、印加電圧７０〜８０Ｖ，電流密度０．２〜０．３Ａ／ｃｍ２にすればよく、表面の平滑性を良くするためには、印加電圧４０〜６０Ｖ，電流密度０．０１〜０．２Ａ／ｃｍ２にすればよい。但し、表面の不純物層に含まれる不純物が重金属などの場合研摩されにくくなる。この場合は、電解液に３％以下の微量のフッ酸を添加すると研摩能力は向上する。
【００５７】
以上のように配線膜がＴａを主成分にした元素の場合は、基板がエッチングされなければフッ酸系水溶液が好ましい。基板がフッ酸に侵される場合は、塩酸系水溶液にすればよく、研摩能力が不足している場合は、基板が侵されない程度の微量のフッ酸を電解液に添加すればよい。このときの電解液はフッ酸０．２〜１０％，塩酸２０〜４０％の水溶液で電解条件は印加電圧２０〜８０Ｖ，電流密度０．０２〜０．３Ａ／ｃｍ２で、好ましくは、フッ酸０．５〜７％，塩酸３２〜３８％の水溶液で印加電圧４０〜６０Ｖ，電流密度０．１〜０．２Ａ／ｃｍ２にすればよい。このときのフッ酸添加量は図５に示されている不純物を含む層５１が除去される程度でできるだけ少ない程よい。言い替えると、フッ酸の濃度を少なくして塩酸を添加すれば、基板にダメージを与えることなく研摩能力を落とさずにすますことができる。
【００５８】
基板がフッ酸に侵される場合でも、配線膜と基板との間にフッ酸に侵されないような酸化タンタル（ＴａＯｘ）膜を堆積しておけば、２０％以下のフッ酸を含んだ塩酸系水溶液を用いることができる。また、フッ酸０．５〜７％，塩酸３２〜３８％の水溶液を用いる場合でもＴａＯＸ膜が堆積されているのが好ましい。ＴａＯＸ膜が堆積されていると、Ｔａ膜と基板の密着性がよくなり、多少基板がエッチングされてもＴａ膜は剥がれることはない。さらに、基板に含まれている不純物元素がＴａ膜表面に拡散することも防止できるので、電気特性のばらつきのない陽極酸化膜を形成することができる。
【００５９】
Ｔａ膜は、化成液の種類によって陽極酸化膜の膜質を変化させることができ、電解研摩処理によってどのような不純物も基板にダメージを与えること無く除去できるので、表面に酸化膜を伴う配線膜としては最もプロセス整合性よくなる。
【００６０】
〔実施例３〕
第三に、配線膜がＴｉとＮｂを主成分にした元素である場合を述べる。電解液はフッ酸系水溶液で、２０％程度の濃度の水溶液で、３０〜６０Ｖ，０．０１〜０．５Ａ／ｃｍ２で研摩すれば、１〜５ｎｍ／分の割合で研摩され表面も鏡面に仕上がる。
【００６１】
次に、陽極酸化膜を伴う配線膜を用いたデバイスへの応用例について説明する。
【００６２】
〔実施例４〕
図２は非線形抵抗素子を示す図である。尚、配線膜と一体に形成される金属層及び導電層の形成方法は図１に示したものと同様である。
【００６３】
まず最初に、表面に陽極酸化膜を伴う配線膜を走査線とし、該陽極酸化膜の一部で非線形抵抗素子を構成し液晶のスイッチング機能を持たせる場合について、マトリックスアレイ状に並んだ画素の平面図である図２（ａ）と素子を横切るＡＡ´の断面図である図２（ｂ）を用いて述べる。この場合、配線膜は第一の金属膜を兼ねた１２で、電圧−電流特性から膜厚１００〜５００ｎｍのＴａを主成分とした材料が用いられ、該第一の金属膜の表面は陽極酸化されて３０〜８０ｎｍのＴａＯＸからなる金属酸化膜１３が堆積され、その一部を横切る形で５０〜２００ｎｍのＣｒからなる第二の金属膜１４が堆積され、第一の金属膜と第二の金属膜の交点が非線形抵抗素子になっている。ここで、第二の金属膜はＩＴＯ膜からなる画素電極１５と兼用してもよい。また、ここでは第１の金属膜を走査線として説明しているが、第１の金属膜は信号線として、信号供給回路に接続することも可能である。なお、この場合には、対向基板側に配置された電極に走査信号が供給される。
【００６４】
陽極酸化膜を堆積する前に、第一の金属膜をパターニング後に何も処理をしないと、同一基板内や基板間で図６のように素子に１０Ｖの電圧を印加したときに１桁程度電流値が異なる。（斜線部の範囲に電圧と電流の関係が入る。）図６は、素子サイズが４μｍ角で絶縁膜の膜厚が６０ｎｍの非線形抵抗素子の電圧−電流特性である。さらに、図３に示すように非線形抵抗素子は液晶と直列につながれているから液晶の保持期間の電荷の流出を防ぐために、液晶表示素子２に対して非線形抵抗素子１の容量をできるだけ小さくすることが望まれるので、非線形抵抗素子の素子サイズはできるだけ小さくしたい。しかし、従来の製造方法では素子サイズを小さくすると電流密度が小さくなってしまう。例えば、素子サイズを４μｍ角から２μｍ角にすると、電流密度は第二の金属膜材料をクロム（Ｃｒ）にした場合１桁程小さくなる。
【００６５】
第一の金属膜をパターニング後に、上述したＴａを主成分とした配線膜の電解研摩条件で処理したのちに、陽極酸化法で金属酸化膜１３を堆積すると、基板内や基板間の電流値や素子サイズによる電流密度の違いは、パターニング寸法のばらつきによる素子サイズの誤差の範囲内に収まった。具体的には、非線形抵抗素子に１０Ｖの電圧を加えたときの電流値のばらつきは０．１桁以下になり、どのような素子サイズでも電流密度は同じになった。このときの配線膜の電解研摩条件は、基板がガラスであるから塩酸系の電解液にするのが好ましい。この場合は、少し研摩能力が小さいので、基板がエッチングされない程度のフッ酸を含んだ塩酸水溶液を用いると、特性ばらつきの小さな非線形抵抗素子が作製される。具体的には、フッ酸０．５〜７％，塩酸３２〜３８％の室温の水溶液で、印加電圧４０〜６０Ｖ，電流密度０．１〜０．２Ａ／ｃｍ２の条件で電解研摩すればよい。
【００６６】
〔実施例５〕
次に、表面層に陽極酸化膜を伴う配線膜を走査線とし該陽極酸化膜の一部で薄膜トランジスタのゲ−ト絶縁膜を構成し、液晶のスイッチング機能を持たせる場合を説明する。図８は請求項２２に係る薄膜トランジスタを示す図である。図８（ａ）はマトリィクスアレイを構成する１画素の上面図で、（ｂ）は線分ＡＡ´の断面図である。８１は基板で、８２は金属膜からなる走査線でその露出部は該金属膜の陽極酸化膜８３で覆われ窒化シリコン膜８４とでゲート絶縁膜を構成する。８５は真性シリコンからなる能動層で、８６がトランジスタの電極になり、８７は信号線で８８は画素電極である。薄膜トランジスタの場合、陽極酸化膜８３からなるゲート絶縁膜の絶縁性が低下すると、走査線と信号線の短絡につながりやすく線欠陥が発生して歩留まりを低下してしまう。また、線欠陥を防止するためにゲート絶縁膜の膜厚を厚くすると、トランジスタのスイッチング特性が悪くなりきれいな表示画像が得られなくなる。さらに、ゲート酸化膜中の不純物はトランジスタの電気特性をばらつかせるので、表示画像にムラを発生させる。つまり、ゲート絶縁膜の純度が悪くなると、製品歩留まりは低下し液晶表示素子の高画質化は難しくなる。従って、陽極酸化膜８３を堆積する前に電解研摩処理をして、陽極酸化膜の絶縁性のばらつきを少なくする必要がある。
【００６７】
〔実施例６〕
最後に、シリコン基板上に堆積した配線膜表面層に形成した酸化膜の一部をキャパシタに用いる場合について説明する。図９は請求項２５に係る半導体装置を示す図であり、図９（ａ）はＤＲＡＭの１素子の等価回路図で、（ｂ）は素子の断面図を表している。９１がワードライン，９２がビットラインで、スイッチングトランジスタが９３でキャパシタとなる領域が９４である。キャパシタの絶縁膜は金属膜９５の陽極酸化膜９６で形成されている。キャパシタ９４に同じ電圧を印加したときに、電流値が１桁も異なると設計のマージンを大きくとる必要があるから微細化が難しく、また歩留まりも低下してしまう。従って、この場合も陽極酸化前に電解研摩処理をすると、絶縁性のばらつきを低下させられる。
【００６８】
【発明の効果】
本発明の配線膜の製造方法は、陽極酸化膜を伴う配線膜において、酸化膜を堆積する前に電解研摩処理をすることで、簡単な工程で、また陽極酸化膜中の不純物が少なくなるために欠陥が少なく品質ばらつきのない高品質の配線膜を提供できる。この結果、非線形抵抗素子，薄膜トランジスタ，半導体上のキャパシタにおいて、ばらつきが解消され歩留まりのよい配線膜を提供できる。
【００６９】
また、本発明の液晶表示装置の製造方法は、非線形抵抗素子を有する液晶表示装置において、電圧−電流特性のばらつきを無くし、かつ素子サイズの違いによる電流密度の相違も解消することができる。このような非線形抵抗素子を用いた液晶表示装置では、コントラストがよくしかも面内で均一に、簡単な工程で歩留まりが高く製造できる。
【００７０】
また、本発明の液晶表示装置の製造方法は、薄膜トランジスタを有する液晶表示装置において、ゲート絶縁膜の純度を高くできるので、絶縁性が向上し、スイッチング特性がよくなりばらつきが低減される。このような薄膜トランジスタを用いた液晶表示装置では、線欠陥が減少し高画質になり画素ムラが低減する。つまり、歩留まり向上と液晶表示装置の高画質化を同時に達成できる。
【００７１】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上のキャパシタにおいて、絶縁性のばらつきを低下させられるので、設計マージンに余裕ができ微細化を進めることが可能になる。従って、１ウエハーあたりの取り個数が増し歩留まりを高くできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）  電解研摩の方法を示す図。
（ｂ）  陽極酸化膜の製造方法を示す図。
【図２】（ａ）  本発明の非線形抵抗素子を用いたマトリィクスアレイの上面図。
（ｂ）  本発面の非線形抵抗素子の断面図。
【図３】アクティブマトリクス方式の液晶表示装置の等価回路図。
【図４】（ａ）  従来の非線形抵抗素子の印加電圧と電流値の関係を示す図。
（ｂ）  液晶表示素子の単位画素への印加電圧と明るさの関係を示す図。
【図５】非線形抵抗素子の第一の金属膜の膜質を示す図。
【図６】非線形抵抗素子の電圧−電流特性のばらつきを表す図。
【図７】従来の非線形抵抗素子の断面図。
【図８】（ａ）  本発明の薄膜トランジスタを用いたマトリィクスアレイの上面図。
（ｂ）  本発面の薄膜トランジスタの断面図。
【図９】（ａ）  ＤＲＡＭ素子の等価回路図。
（ｂ）  ＤＲＡＭ素子の断面図。
【符号の説明】
１                      非線形抵抗素子
２                                            液晶表示素子
３                                  画素領域
１０                            陰極
１１，８１                            透明基板
１１ａ                          ＴａＯＸ膜
１２，７１                      第一の金属膜
１３，７２，８３，９６  金属酸化膜
１４，７３                            第二の金属膜
１５，７４，８８        画素電極
３１，８２                          走査線
３２，８７                          信号線
５１                            不純物を含んだ第一の金属膜
５３                                        陽極酸化膜
７５                            絶縁膜
８４                                        ゲート酸化膜
８５                                      能動層
８６                                        ｎ型半導体層
９１                                      ワードライン
９２                                        ビットライン
９３                                        スイッチングトランジスタ
９４                                        キャパシタ
９５                                      金属膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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