(57)【要約】【課題】ゲッタリングのための構造として、電極としても用いることができ、かつ遮光を実現する構造としての、半導体素子の支持体及び半導体素子の支持体の駆動方法を提供する。【解決手段】半導体素子の支持体１００上に形成されているＭＯＳトランジスタ３０２や、保持容量３０３等の半導体素子に印加されている最低電位を０Ｖとしたとき、半導体素子の支持体１００の構成要素であるタングステン膜１０３には、−３Ｖの電位を与えて駆動する。タングステン膜１０３に半導体素子の最低電位０Ｖよりも低い電圧が与えられているため、珪酸ガラス基体１０１や酸化珪素膜１０２、１０４に存在している正の電荷を有する可動性のあるナトリウムイオン等のアルカリ金属は、低い電位に保たれているタングステン膜１０３の方へ移動し、タングステン膜１０３に捕らえられることで固定される。【選択図】図７
2006059947.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子の下方に設けられており、当該半導体素子を電気的に分離するための第２絶縁膜と、
前記第２絶縁膜の下に設けられており、前記第２絶縁膜中に存在する正に帯電している可動イオンの再分布を抑えるとともに、少なくとも一部分で前記半導体素子との間で容量性結合を有する導体膜と、
前記導体膜の下方に設けられており、導体または半導体により形成されている基体と、
前記基体部及び前記導体膜間に形成されており、前記基体と前記導体膜とを電気的に分離する第１絶縁膜とを有することを特徴とする半導体素子の支持体。
【請求項２】
半導体素子の下方に設けられており、当該半導体素子を電気的に分離するための絶縁膜と、
前記第２絶縁体の下に設けられており、前記第絶縁膜中に存在する正に帯電している可動イオンの再分布を抑えるとともに、少なくとも一部分で前記半導体素子との間で容量性結合を有する導体膜とを有することを特徴とする半導体素子の支持体。
【請求項３】
前記第１絶縁体はガラスもしくはプラスチックからなることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体素子の支持体。
【請求項４】
前記第２絶縁体はガラスもしくはプラスチックからなることを特徴とする請求項１、２または３に記載の半導体素子の支持体。
【請求項５】
前記導体膜はチタン、タングステン、モリブデン、窒化チタン、窒化タングステン、もしくは窒化モリブデンからなることを特徴とする請求項１〜３に記載の半導体素子の支持体。
【請求項６】
請求項１に記載の半導体素子の支持体の駆動方法であって、少なくとも前記半導体素子に電位が与えられている期間の一部では、前記導体膜に前記半導体素子に与えられている最低電位よりも低い電位が与えられていることを特徴とする半導体素子の支持体の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子の支持体に存在する可動イオンによる前記半導体素子の動作の不安定性を低減可能な、半導体素子の支持体及び当該素子の支持体の駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の支持体にナトリウムイオン等の可動イオンが存在すると、半導体素子駆動中に可動イオンが動くことで、半導体素子の動作が不安定になる場合がある。可動イオンが動くことで生じる半導体素子の動作不安定性を軽減するための方法として、背景技術として以下のような技術が特許文献で提案されている。以下、これらの特許文献を引用して背景技術について説明を行なう。
【０００３】
特許文献１では、基体として可動イオンを含んだ珪酸塩ガラスを用いたとき、この珪酸塩ガラス上に緻密性の高い窒化珪素層を成膜することで基体からの半導体素子中への可動イオンの浸入を防ぎ、さらに窒化珪素層上にリン珪酸ガラス膜を成膜することで、リン珪酸ガラス膜により可動イオンを固定し、可動イオンによる動作不安定性を低減させることで、半導体素子を安定して動作させる支持体を提供する技術が提案されている。
【０００４】
また、特許文献２では、燐ガラス膜を成膜して可動イオンを固定することで可動イオンが動くことで生じる動作不安定性を低減させ、さらに燐および硼素を含まないシリコン酸化膜を燐ガラス膜上に成膜することで、薄膜トランジスタを安定して動作させる支持体を提供する技術が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１５９８０９号公報
【特許文献２】特開平５−８５７７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に示される方法では、半導体素子の支持体として、電気的に絶縁体である窒化珪素膜及び、同じく電気的に絶縁体である燐珪酸ガラス膜を用いて可動イオンによる動作不安定性を低減させる目的で、支持体に電気的な絶縁膜を用いているため、導電膜を必要とする電子回路の構成要素を、半導体素子の支持体を用いては実現できないという問題点があった。例えば、電気の絶縁体である窒化珪素膜や、電気の絶縁体である燐珪酸ガラス膜を用いて電気的なシールド膜を形成することはできないため、電気的なシールドを行なうためには別途配線層を形成する必要があった。また、半導体素子との容量性結合を用いてコンデンサを形成することが困難であった。
【０００７】
また、窒化珪素膜も燐珪酸ガラス膜も光に対して透明であるため、光学デバイスにこの技術を用いた場合、光により誤動作しやすいＭＯＳトランジスタ領域を、これらの膜を用いて遮光することができないという問題点があった。そのため別途遮光領域を形成する必要があり、製造工程数の増加を招いていた。
【０００８】
また、特許文献２でも支持体の材質は電気的な絶縁体であり、かつ光に対して透明な燐ガラス膜や酸化珪素膜を用いているため、特許文献１と同様な問題点を有していた。
【０００９】
そこで本発明は、導電性と遮光性を有する薄膜を半導体素子の支持体に用いることで、可動イオンによる半導体素子の動作不安定化を抑制した、半導体素子の支持体及び半導体素子の支持体の駆動方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の半導体素子の支持体は、半導体素子の下方に設けられており、当該半導体素子を電気的に分離するための第２絶縁膜と、前記第２絶縁膜の下に設けられており、前記第２絶縁膜中に存在する正に帯電している可動イオンの再分布を抑えるとともに、少なくとも一部分で前記半導体素子との間で容量性結合を有する導体膜と、前記導体膜の下方に設けられており、導体または半導体により形成されている基体と、前記基体部及び前記導体膜間に形成されており、前記基体と前記導体膜とを電気的に分離する第１絶縁膜とを有することを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、支持体中に絶縁膜に挟まれる形で導体膜が形成されているため、導体膜の電位を接地電位に設定する必要が無く、導体膜に負電位を印加することで正電荷を持つ可動イオンを導体膜に引き付けることで可動イオンの再分布を抑制することができる。
【００１２】
また、本発明の半導体素子の支持体は、半導体素子の下方に設けられており、当該半導体素子を電気的に分離するための絶縁膜と、前記第２絶縁体の下に設けられており、前記第２絶縁膜中に存在する正に帯電している可動イオンの再分布を抑えるとともに、少なくとも一部分で前記半導体素子との間で容量性結合を行なう導体膜とを有することを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、支持体中に導体膜が形成されているため、電気的なシールド等の用途に導体膜を活用することができる。また、遮光性を有する膜でもあるので半導体素子の、光照射に起因する誤動作を防止することができる。
【００１４】
また、本発明の半導体素子の支持体は、前記第１絶縁体はガラスもしくはプラスチックからなることを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、絶縁体の材質として透明なものを用いることができるため、光透過型のデバイスを容易に作成することが可能となる。
【００１６】
また、本発明の半導体素子の支持体は、前記第２絶縁体はガラスもしくはプラスチックからなることを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、導体膜上に透明な材質を形成することができるため、導体膜を用いて光を反射させる反射型デバイスを容易に作成することが可能となる。
【００１８】
また、前記導体膜はチタン、タングステン、モリブデン、窒化チタン、窒化タングステン、もしくは窒化モリブデンからなることを特徴とする。
【００１９】
この構成によれば、高融点の金属が用いられているため、半導体素子製造プロセスで用いられる場合がある８００℃以上での高温処理を適用することができる。
【００２０】
また、半導体素子の支持体の駆動方法は、少なくとも前記半導体素子に電位が与えられている期間の一部では、前記導体膜に前記半導体素子に与えられている最低電位よりも低い電位が与えられていることを特徴とする。
【００２１】
この駆動方法によれば、ナトリウムイオン等、正電荷を有する可動イオンを、負電位を有する導体膜の方に引き付けて、可動イオンを導体膜上に固定することができる。そのため、半導体素子駆動中に可動イオンが動くことで生じる動作不安定性を低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明に係る半導体素子の支持体の製造方法の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、実施形態の半導体素子の支持体の製造工程を示す工程断面図である。実施形態の半導体素子の支持体は、図１に示すように、タングステン金属膜からなる導体膜１０３を光反射板として用いる反射型液晶デバイスを支持する支持体である。以下、当該反射型液晶デバイスの支持体の製造方法について説明する。
【００２３】
図１は、珪酸ガラス基体上にナトリウム等の可動イオンを固定するための導体膜等を成膜した後の断面図である。半導体素子の支持体１００は、以下のように作られている。
【００２４】
基体としての珪酸ガラス基体１０１上に、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition:化学気相成長)法を用いて、第１絶縁膜としての酸化珪素膜１０２を積層し、次にスパッタ法を用いて導体膜としてのタングステン膜１０３を成膜し、次に第２絶縁膜としての酸化珪素膜１０４をＣＶＤ法により成膜している。ここで、酸化珪素膜１０２の膜厚は、０．４μｍであり、タングステン膜１０３の厚さは２００ｎｍであり、酸化珪素膜１０４の厚さは２００ｎｍである。
【００２５】
図２は、多結晶珪素膜を半導体素子の支持体上に形成した後の工程断面図である。半導体素子の支持体１００上に、多結晶珪素膜２０１を形成する。多結晶珪素膜２０１は、アモルファス珪素膜を成膜した後、アニールを行うことで形成する。
【００２６】
図３は、多結晶珪素膜のエッチングを行った後の工程断面図である。多結晶珪素膜２０１上にレジスト３０１を塗布した後、通常のフォトリソグラフ工程を用いてレジスト３０１をパターニングし、レジスト３０１をマスクとしてＭＯＳトランジスタ３０２や保持容量３０３を形成する領域等を残して多結晶珪素膜２０１をエッチングする。
【００２７】
図４は、レジストをマスクとしてイオン注入を行っている状態の工程断面図である。アッシングによりレジスト３０１を除去した後、保持容量３０３やＭＯＳトランジスタ３０２のソース・ドレイン４０２を形成する。具体的には、通常のフォトリソグラフ工程を用いてパターニングしたレジスト４０１をマスクとして、ＭＯＳトランジスタ３０２のソース・ドレイン領域４０２や、保持容量３０３部分等に燐をイオン注入する。
【００２８】
図５は、ＭＯＳトランジスタ、容量領域を形成した後の工程断面図である。レジスト４０１をアッシングにより除去し、ゲート酸化珪素膜や、保持容量用の絶縁膜となる酸化珪素膜５０１を形成する。そして、酸化珪素膜５０１上にゲート電極、及び容量領域となる多結晶珪素膜５０２を形成する。次に多結晶珪素膜５０２上に通常のフォトリソグラフ工程を用いてパターニングし、レジスト５０３を形成する。なお、多結晶珪素膜５０２は、燐を含んだアモルファス珪素膜を成膜した後、アニールを行うことで形成する。
【００２９】
図６は、アッシングが終了した時点での工程断面図である。レジスト５０３をマスクとして、多結晶珪素膜５０２をエッチングし、エッチング終了後レジスト５０３をアッシングにより除去する。この工程で、ＭＯＳトランジスタ３０２のゲート６０１、保持容量３０３の電極６０２を形成する。
【００３０】
図７は、金属配線層を形成した後の工程断面図である。酸化珪素膜からなる層間絶縁膜７０１をＣＶＤ法で形成し、通常のフォトリソグラフ工程を用いて層間絶縁膜７０１の所望の部分にコンタクトホールを開口し、珪素と銅を添加したアルミニウム膜をスパッタ法で成膜し、続けて通常のフォトリソグラフ工程を用いてレジストマスクを形成し、所望のアルミニウム膜の領域を残してアルミニウム膜を除去してアルミニウム配線７０２を形成した後、アッシングによりレジストマスクを除去する。
【００３１】
次に、半導体素子を形成した支持体１００の駆動方法について図７を用いて説明する。図７において形成されているＭＯＳトランジスタ３０２や、保持容量３０３等の半導体素子に印加されている最低電位を０Ｖとしたとき、半導体素子の支持体１００の構成要素であるタングステン膜１０３には、−３Ｖの電位を与えて駆動する。
【００３２】
タングステン膜１０３に半導体素子の最低電位０Ｖよりも低い電圧が与えられているため、珪酸ガラス基体１０１や酸化珪素膜１０２、１０４に存在している正の電荷を有する可動性のあるナトリウムイオン等のアルカリ金属は、低い電位に保たれているタングステン膜１０３の方へ移動し、タングステン膜１０３に捕らえられることで固定される。
【００３３】
電界により可動イオンを引き込む形で可動イオンを固定する方法を用いているので、燐ガラスを用いて浸入してきた可動イオンを捕らえる方法と違い、可動イオンの固定に用いたタングステン膜１０３の近傍だけでなく、タングステン膜１０３の電気力線が到達している範囲の可動イオンをタングステン膜１０３上に固定することができるため、燐ガラスを用いて可動イオンを固定する場合と比べて、半導体素子の動作をより安定化することができる。
【００３４】
また、タングステン膜１０３は導体である。そのため、タングステン膜１０３上に酸化珪素膜１０４を介して積層されている電極４０３との間で容量領域を形成することが可能となる。電極４０３と酸化珪素膜５０１と電極６０２とで形成される保持容量に加えて、電極４０３と酸化珪素膜１０４とタングステン膜１０３との間でも容量が形成されるため、小さな面積でより大きな保持容量を形成することが可能となる。本実施形態のように、酸化珪素膜１０４が２００ｎｍ、酸化珪素膜５０１が１００ｎｍの場合では、タングステン膜１０３が無い場合と比べて、同じ容量を得るために必要な面積は約７０％で済むこととなり、保持容量に用いる面積を小さく抑えることができる。
【００３５】
また、本実施形態では、ＭＯＳトランジスタ３０２等は、タングステン膜１０３で電気的にシールドされている。そのため、電気的雑音が何らかの要因によって浸入してきてもタングステン膜１０３のシールド効果により、ＭＯＳトランジスタの誤動作を効果的に抑制することが可能となる。
【００３６】
また、タングステン膜１０３は光を遮る素材である。従って、ＭＯＳトランジスタ３０２の下部にタングステン膜１０３がある場合、支持体１００の裏面から浸入してくる光を遮るため、光によるＭＯＳトランジスタ３０２の誤動作、特に光照射による半導体中でのキャリア発生に伴うオフ電流の増加を防ぐことができる。
【００３７】
以下、実施形態の効果を記載する。
【００３８】
（１）遮光性を有する金属膜であるタングステン膜１０３を用いているため、ＭＯＳトランジスタの領域が遮光される。そのため特にオフ状態で問題となる光起因のキャリアによる漏れ電流が抑えられるようになる。
【００３９】
（２）ナトリウムイオン等、可動イオンを多く含む珪酸ガラス基体１０１上に、バッファ層として可動イオンの少ない、ＣＶＤ法による酸化珪素膜１０２を形成するため、より半導体素子の動作を安定化させることができる。
【００４０】
（３）光の反射率が高い金属であるタングステン膜１０３上に透明な絶縁体１０４を形成するため、反射型のデバイスを容易に形成することができる。
【００４１】
（４）可動イオンを引き寄せ固定するために電気の導体であるタングステン膜１０３を用いるため、容量素子機能とシールド機能をゲッタリング機能に追加して付与できる。
【００４２】
（５）タングステン膜１０３に負電位を与えて可動イオンを引き寄せて固定を行っているため、電気力線の届く範囲で可動イオンの固定を行うことができ、浸入してきた可動イオンを固定する燐ガラスを用いた場合と比べ、より広い範囲にある可動イオンを固定することが可能となる。
【００４３】
（変形例１）本実施形態における基体として珪酸ガラス基体１０１を用い、その上にＣＶＤ法による酸化珪素膜１０２を成膜することに代えて金属や半導体を基体として用いても良い。特にＳＯＩ（Silicon On Insulator：絶縁体上のシリコン、通例単結晶）構造の基体を用いることで電気的に良好なデバイス特性を得ることができる。
【００４４】
（変形例２）本実施形態における珪酸ガラス基体１０１上に第１絶縁体としての酸化珪素膜１０２を成膜することに代えて酸化珪素膜１０２を成膜せずに金属膜としてのタングステン膜１０３を形成しても良い。基体が絶縁物である場合、第１絶縁膜は省略可能である。
【００４５】
（変形例３）本実施形態におけるタングステン膜１０３を光の反射膜として残して、反射型液晶デバイスを形成することに代えて例えば透過型液晶デバイスにも応用可能である。具体的には、タングステン膜１０３を成膜した直後に、液晶素子が形成される部分のタングステン膜１０３をエッチングすることで実現される。この際、ＭＯＳトランジスタ３０２、保持容量３０３の存在する部分を残してタングステン膜１０３をエッチングすることで可動イオンの固定や、保持容量３０３の容量向上、光を遮るマスクの効果を得ることができる。
【００４６】
（変形例４）本実施形態における可動イオンを固定させるためにタングステン膜１０３を光反射膜として用いることに代えて光反射膜としてタングステンを用いる応用に限定する主旨ではなく、光反射膜として他の金属、例えば上層に積層されたアルミニウム膜を用いても良い。
【００４７】
（変形例５）本実施形態における基体として珪酸ガラス基体１０１を用ることに代えて例えばプラスチック基体を用いることも可能である。この場合、可動イオンを固定するためにタングステン膜１０３を用いても差し支えないが、より柔らかい金属であるアルミニウム等を用いることも適切である。また、プラスチック基体を用いた場合、８００℃以上の高温処理等は行うことは難しい場合があるため、半導体膜として多結晶珪素膜２０１を用いず、アモルファス珪素を半導体膜に用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】半導体素子の支持体を示す工程断面図。
【図２】多結晶珪素膜を半導体素子の支持体上に形成した後の工程断面図。
【図３】多結晶珪素膜のエッチングを行った後の工程断面図。
【図４】レジストをマスクとしてイオン注入を行っている状態の工程断面図。
【図５】ＭＯＳトランジスタ、容量領域を形成した後の工程断面図。
【図６】アッシングが終了した時点での工程断面図。
【図７】金属配線層を形成した後の工程断面図。
【符号の説明】
【００４９】
１００…半導体素子の支持体、１０１…基体としての珪酸ガラス、１０２…第１絶縁体としての酸化珪素膜、１０３…導体膜としてのタングステン膜、１０４…第２絶縁体としての酸化珪素膜、２０１…多結晶珪素膜、３０１…レジスト、３０２…ＭＯＳトランジスタ、３０３…保持容量、４０１…レジスト、４０２…ソース・ドレイン領域、４０３…電極、５０１…酸化珪素膜、５０２…多結晶珪素膜、５０３…レジスト、６０１…ゲート、６０２…電極、７０１…層間絶縁膜、７０２…アルミニウム配線。
【図１】
2006059947.tif 000003
【図２】
2006059947.tif 000004
【図３】
2006059947.tif 000005
【図４】
2006059947.tif 000006
【図５】
2006059947.tif 000007
【図６】
2006059947.tif 000008
【図７】
2006059947.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成17年6月2日(2005.6.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、
前記基体上に形成された第１絶縁膜と、
前記第１絶縁膜上に形成されており正の可動イオンを固定する導体膜と、
前記導体膜上に形成された第２絶縁膜と、
前記第２絶縁膜上に形成された半導体素子と、
を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記基体は珪酸ガラスもしくは金属もしくは半導体からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１絶縁体はガラスもしくはプラスチックからなることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第２絶縁体はガラスもしくはプラスチックからなることを特徴とする請求項１または２または３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記導体膜はチタン、タングステン、モリブデン、窒化チタン、窒化タングステン、もしくは窒化モリブデンのいずれかからなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項６】
前記導体膜は容量素子の一方の電極を兼ねることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項７】
前記導体膜は前記半導体素子を遮光することを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項８】
前記導体膜の電位が前記半導体素子に印加される電位の最小値よりも低いことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項９】
基体と、
前記基体上に形成された第１絶縁膜と、
前記第１絶縁膜上に形成されており正の可動イオンを固定する導体膜と、
前記導体膜上に形成された第２絶縁膜と、
前記第２絶縁膜上に形成された半導体素子と、
を有する半導体装置の駆動方法において、
前記導体膜に前記半導体素子に印加される電位の最小値よりも低い電位を与えることを特徴とする半導体装置の駆動方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の半導体装置は、基体と、前記基体上に形成された第１絶縁膜と、  前記第１絶縁膜上に形成されており正の可動イオンを固定する導体膜と、前記導体膜上に形成された第２絶縁膜と、前記第２絶縁膜上に形成された半導体素子と、を有することを特徴とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
この構成によれば、絶縁膜に挟まれる形で導体膜が形成されているため、導体膜の電位を接地電位に設定する必要が無く、導体膜に負電位を印加することで正電荷を持つ可動イオンを導体膜に引き付けることで可動イオンの再分布を抑制することができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
また、この構成によれば、導体膜が形成されているため、電気的なシールド等の用途に導体膜を活用することができる。また、遮光性を有する膜でもあるので半導体素子の、光照射に起因する誤動作を防止することができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
また、本発明の半導体装置は、前記第１絶縁体はガラスもしくはプラスチックからなることを特徴とする。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
また、本発明の半導体装置は、前記第２絶縁体はガラスもしくはプラスチックからなることを特徴とする。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
また、前記導体膜はチタン、タングステン、モリブデン、窒化チタン、窒化タングステン、もしくは窒化モリブデンのいずれかからなることを特徴とする。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
また、本発明の半導体装置の駆動方法は、前記導体膜に前記半導体素子に印加される電位の最小値よりも低い電位を与えることを特徴とする。