(57)【要約】    【課題】  製造コストを抑えつつ半導体膜などを薄膜化することができる薄膜半導体装置の製造技術を提供する。    【解決手段】  基板１０に対して液滴吐出法により半導体材料を塗布した後、半導体材料の固形分濃度が液滴全体で略同時に飽和濃度に達するように乾燥条件を定めて乾燥させることにより、略円形状の半導体膜１１を形成する（図３（ａ）参照）。その後、半導体膜１１の全面を覆うゲート絶縁膜１２を形成し（図３（ｂ）参照）、さらに、ゲート絶縁膜１２の上に略矩形状のゲート電極１３を形成する（図３(ｃ)参照）。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体膜を形成するための液体材料を液滴にして基板上に配置し、該液体材料の固形分濃度が前記液滴全体で略同時に飽和濃度に達するように乾燥させて島状の半導体膜を形成する工程と、
前記半導体膜のうち、少なくともチャネル領域となる部分を覆うゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と
を含むことを特徴とする薄膜半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の薄膜半導体装置の製造方法において、前記ゲート絶縁膜を形成する工程では、当該ゲート絶縁膜を形成するための液体材料を液滴にして前記半導体膜上に配置し、該液体材料の固形分濃度が前記液滴全体で略同時に飽和濃度に達するように乾燥させることにより、前記半導体膜のうち、少なくともチャネル領域となる部分を覆うゲート絶縁膜を形成することを特徴とする薄膜半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の薄膜半導体装置の製造方法において、前記ゲート絶縁膜は、前記半導体膜よりも大きな径を有し、かつ、前記半導体膜全体を覆う絶縁膜であることを特徴とする薄膜半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３に記載の薄膜半導体装置の製造方法において、前記半導体膜の径は、４〜１０μｍに設定されることを特徴とする薄膜半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）は、導電膜、絶縁膜、及び半導体膜等の薄膜で構成され、かかる薄膜の形成にはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法やスパッタ法が利用されるのが一般的である。
ところで、ＴＦＴの電気的特性を向上するためには半導体膜を薄く形成する必要がある。かかる半導体膜の薄膜化を実現するために、従来はＣＶＤ法などを利用していた（例えば、下記特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１５３９７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＣＶＤ法を用いて薄膜を形成する装置は非常に高価であり、スループットも低いといった問題がある。さらに、ＣＶＤ法を用いて薄膜を形成するためには、レジスト材を用いてマスクパターン等を形成する必要があり、製造コストが高くなるといった問題もある。
【０００５】
本発明は、以上説明した事情を鑑みてなされたものであり、製造コストを抑えつつ半導体膜などを薄膜化することができる薄膜半導体装置の製造技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係る薄膜半導体装置の製造方法は、半導体膜を形成するための液体材料を液滴にして基板上に配置し、該液体材料の固形分濃度が前記液滴全体で略同時に飽和濃度に達するように乾燥させて島状の半導体膜を形成する工程と、前記半導体膜のうち、少なくともチャネル領域となる部分を覆うゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程とを含むことを特徴とする。
【０００７】
かかる構成によれば、薄膜半導体装置を構成する半導体膜を液体材料から形成するため、ＣＶＤ法を用いて薄膜を形成する場合等と比較して製造コストを抑えることができるとともに、スループットを高くすることができる。
【０００８】
ここで、前記ゲート絶縁膜を形成する工程では、当該ゲート絶縁膜を形成するための液体材料を液滴にして前記半導体膜上に配置し、該液体材料の固形分濃度が前記液滴全体で略同時に飽和濃度に達するように乾燥させることにより、前記半導体膜のうち、少なくともチャネル領域となる部分を覆うゲート絶縁膜を形成するようにしても良い。このように、半導体膜とともにゲート絶縁膜も液体材料から形成することでゲート絶縁膜の膜厚をほぼ一定にすることができる。
【０００９】
また、前記ゲート絶縁膜は、前記半導体膜よりも大きな径を有し、かつ、前記半導体膜全体を覆う態様が好ましく、さらに、前記半導体膜の径は、４〜１０μｍに設定する態様が好ましい。
【００１０】
また、本発明に係る薄膜半導体装置は、第１導電領域と、第２導電領域と、チャネル領域とを有する略円形状の半導体膜と、少なくとも前記チャネル領域を覆うゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成された略矩形状のゲート電極とを具備することを特徴とする。
【００１１】
上記構成にあっては、前記ゲート絶縁膜は、前記半導体膜よりも大きな径を有し、かつ、前記半導体膜全体を覆う絶縁膜である態様が好ましく、前記半導体膜の径は、４〜１０μｍに設定されている態様が好ましい。
【００１２】
かかる特徴を有する薄膜半導体装置を電気光学装置や電子デバイスに適用しても良い。ここで、電気光学装置とは、例えば、液晶素子、電気泳動粒子が分散した分散媒体を有する電気泳動素子、ＥＬ素子等を備えた装置であって、上記薄膜半導体装置を駆動回路等に適用した装置をいう。また、電子デバイスとは、本発明に係る薄膜半導体装置を備えた一定の機能を奏する機器一般をいい、例えば電気光学装置やメモリを備えて構成される。その構成に特に限定は無いが、例えばＩＣカード、携帯電話、ビデオカメラ、パーソナルコンピュータ、ヘッドマウントディスプレイ、リア型またはフロント型のプロジェクター、さらに表示機能付きファックス装置、デジタルカメラのファインダ、携帯型ＴＶ、ＤＳＰ装置、ＰＤＡ、電子手帳、電光掲示板、宣伝広告用ディスプレイ等が含まれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る実施形態を説明する前に、まず、本発明の基本原理について説明する。
【００１４】
＜基本原理＞
図１は、本発明に関わる液滴の特徴的な乾燥過程を模式的に示した図である。
図１に示す膜形成方法においては、液体材料を液滴Ｌにして基板上に塗布（配置）し、所定の乾燥条件（後述）で乾燥させることにより、乾燥膜（薄膜）を形成する。ここで、図２は液滴の一般的な乾燥過程を模式的に示した図である。一般に基板上に配置された液滴Ｌは縁部（図２の点線部分参照）において乾燥の進行が速い。このため、乾燥の初期段階においては液滴の縁部で液体が急速に蒸発し、固形分濃度が上昇する傾向にある。このとき、液滴の縁部における固形分濃度が飽和濃度に達すると、その縁部において固形分が局所的に析出する。すると、この析出した固形分によって液滴の縁部がピン止めされたような状態が生ずる（以下、「ピニング」）。この結果、それ以降の乾燥に伴う液滴の収縮（外形の収縮）が抑制された乾燥膜Ｍ２が形成される（図２参照）。
【００１５】
これに対し、本発明では、液体材料の固形分濃度が液滴の全体で略同時に飽和濃度に達するように液滴に対する乾燥条件（基板の加熱条件など）を定め、乾燥時にピニングが生じないように液滴を収縮させる（以下、「ディピニング」）。
具体的には、上記乾燥条件を定めることにより、図１に示すように液滴内で中央部から縁部に向かう流れと縁部から中央部に向かう流れとを含む対流を持続的に形成し、縁部における局所的な固形分濃度の上昇を抑制することで液滴内の固形分濃度の均一化を図る。その後、液滴全体の固形分濃度が略同時に飽和濃度に達すると、液滴全体において概ね一斉に析出が開始し、略円形状の乾燥膜Ｍ１が形成される（図１参照）。以下、ディピニング現象を利用した実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１６】
Ａ．第１実施形態
図３〜図５は、第１実施形態に係るＴＦＴ（薄膜半導体装置）の製造プロセスを示す図であり、図４（ａ）〜図４（ｃ）は、それぞれ図３（ａ）〜図３（ｃ）のＡ−Ａ’線視断面図である。
【００１７】
Ａ−１．半導体膜の形成
まず、ガラス基板などの基板１０に対してシクロペンタシランを含む液体シリコン等の液体材料（以下、半導体材料）を液滴吐出法（インクジェット法）にて塗布した後、半導体材料の固形分濃度が液滴全体で略同時に飽和濃度に達するように（言い換えれば、ディピニング現象が生ずるように）乾燥条件を定めて乾燥させることにより、島状（ここでは略円形状）の半導体膜１１を形成する（図３（ａ）、図４（ａ）参照）。より詳細には、半導体膜１１の膜厚が４０〜１００ｎｍ程度、かつ、半導体膜１１の径Ｒ１が４〜１０μｍ程度に収まるように乾燥条件等を定める。一般に、ＴＦＴの電気的特性は半導体膜１１の膜厚が薄いほど良くなるが、一定以上薄くなると、結晶性が低下したりソース・ドレイン領域の抵抗が高くなるといった問題を生じる。このような問題を未然に防止するために、本実施形態では、半導体膜１１の膜厚が４０〜１００ｎｍ程度、かつ、半導体膜１１の径Ｒ１が４〜１０μｍ程度に収まるように乾燥条件等を定めている。なお、具体的な乾燥条件については、半導体材料の材質や固形分濃度、液滴の乾燥速度等に基づいて決定すれば良い。また、半導体膜１１を形成する前に、基板１０にＴＥＯＳ（テトラエトキシラン）や酸素ガスなどを原料とする厚さ約２００〜５００ｎｍのシリコン酸化膜からなる下地絶縁膜を形成しても良い。
【００１８】
Ａ−２．ゲート絶縁膜の形成
次に、上記の如く形成された半導体膜１１の全面を覆うようなゲート絶縁膜１２を形成する（図３（ｂ）、図４（ｂ）参照）。具体的には、ペルヒドロポリシラザンを有機溶媒（例えば１０％キシレン溶液）で溶解した液体材料を液滴吐出法（インクジェット法）にて半導体膜１１の全面を覆うように塗布（配置）した後、上記と同様、ディピニング現象が生ずるように乾燥条件を定めて乾燥させることにより、島状（ここでは略円形状）のゲート絶縁膜１２を形成する。より具体的には、略円形状の半導体膜１１の径Ｒ１よりも大きな径Ｒ２を有し、かつ、半導体膜１１の全面を覆うようなゲート絶縁膜１２を形成する（図３（ｂ）、図４（ｂ）参照）。なお、乾燥条件を適宜設定する代わりに（あるいは加えて）、液体材料の材質や塗布量等を適宜設定しても良い。
【００１９】
Ａ−３．ゲート電極の形成
次に、半導体膜１１を覆うゲート絶縁膜１２の上に略矩形状のゲート電極１３を形成する（図３(ｃ)、図４（ｃ）参照）。具体的には、ゲートタンタル、クロム、アルミニウム等の金属薄膜をスパッタリング法により形成した後、所望する形状（本実施形態では略矩形状）にパターニングすることによって上記ゲート電極１３を形成する。なお、ゲート電極１３の形成に際しては、スパッタリング法の代わりに液滴吐出方法やＣＶＤ法などを用いても良い。
【００２０】
Ａ−４．ソース・ドレイン領域の形成
その後、ゲート電極１３をマスクとして不純物イオン（リンイオンなど）Ｉの打ち込みを行うことにより、不純物イオンを半導体膜１１に導入する（図５（ｄ）参照）。これにより、不純物の濃度が高いソース領域（第１導電領域）１１ｓ、ドレイン領域（第２導電領域）１１ｄが自己整合的に形成されるとともに、ソース領域１１ｓとドレイン領域１１ｄの間にはチャネル領域１１ｃが形成される。
【００２１】
Ａ−５．層間絶縁膜の形成
そして、ゲート電極１３が形成された基板１０の上にシリコン酸化窒化膜やシリコン酸化膜等のシリコンを含む層間絶縁膜１４を形成した後（図５（ｅ）参照）、フォトリソグラフィ等によってパターニングして所定のソース電極位置、ドレイン電極位置にコンタクトホールを形成する。なお、層間絶縁膜１４はスピンコート法などを用いて形成すれば良い。
【００２２】
Ａ−６．電極の形成
続いて、層間絶縁膜１４の上にアルミニウム膜、クロム膜、タンタル膜などの導電膜（例えば、厚さ２００ｎｍ〜８００ｎｍ）を形成した後、ソース電極及びドレイン電極の形成位置にパターニング用マスク（図示略）等を形成してパターニングを行うことにより、ソース電極１５ｓ、ドレイン電極１５ｄを形成する（図５（ｆ）参照）。以上説明した一連の工程が実行されることにより、良好な電気的特性を有するＴＦＴが形成される。
【００２３】
以上説明したように、本実施形態によれば、ＴＦＴを構成する半導体膜を液体材料から形成するため、ＣＶＤ法を用いて薄膜を形成する場合等と比較して製造コストを抑えることができるとともに、スループットを高くすることができる。
また、半導体膜とゲート絶縁膜を共に液体材料から形成することでゲート絶縁膜の膜厚をほぼ一定にすることができる。
【００２４】
なお、上述した実施例では、略円形状の半導体膜１１の径Ｒ１よりも大きな径Ｒ２を有し、かつ、半導体膜１１の全面を覆うようなゲート絶縁膜１２を形成したが（図３、図４参照）、図６に示すように、半導体膜１１のチャネル領域（半導体膜１１におけるゲート電極１３と対向する領域）を覆うようなゲート絶縁膜１２’を形成しても良い。
【００２５】
また、上述した実施例では、略円形状の半導体膜１１を形成する場合について例示したが、例えば上記半導体材料を液滴吐出法にて移動させながら連続塗布することによって略楕円形状の半導体膜１１を形成したり、略直線状の半導体膜１１を形成するようにしても良い。要は、ディピニング現象を利用して半導体膜１１を形成すれば良く、半導体膜１１の形状をどのように設定するかは任意である。もちろん、これは半導体膜１１に限る趣旨ではなく、略楕円形状のゲート絶縁膜１２を形成したり、略直線状のゲート絶縁膜１２を形成しても良い。
【００２６】
Ｂ．第２実施形態
上述した実施形態では、液滴吐出法（インクジェット法）を用いて半導体膜１１等を形成したが、液体材料を用いた他の方法（例えば、スピンレス法やディップコーティング法、スピンコート法）によって形成しても良い。或いは、液体材料を用いた成膜方法とＣＶＤ法やスパッタ法などの組み合わせでもよい。図７は、スピンレス法を用いた半導体膜１１の形成方法を説明するための図である。
【００２７】
ノズルヘッド５００は、半導体材料を吐出するものであり、図示せぬ保持部材によって固着支持されている。このノズルヘッド５００の突出部５１０は、基板６１０の表面と隙間Ｇを保って互いに平行になるように配置されている。この突出部５１０には、基板６１０のＹ方向の長さ（幅）よりもわずかに小さな長さに設定された吐出口（図示略）が設けられ、図示せぬコントローラからの指示に従ってＸ方向に搬送される基板６１０の表面に半導体材料を吐出（塗布）し、これにより半導体膜を形成する。なお、図７ではノズルヘッド５００の吐出口が下に向いている場合を例示したが、上記半導体材料の物性や流動特性に応じて吐出口を上に向け、この状態で基板６１０の表面に半導体材料を吐出するようにしても良い。
【００２８】
以上、スピンレス法を用いて半導体膜を形成する方法について説明したが、ディップコーティング法や液滴吐出法によって半導体膜を形成しても良い。ディップコーティング法を含めて、半導体材料を用いて半導体膜を形成する際には、前処理として半導体膜を形成すべき領域を親液性とする処理を施すのが望ましい。このような処理として例えば酸素プラズマやＵＶ照射などの処理がある。かかる前処理を施した基板を半導体材料に浸漬し、これを引き上げて乾燥等することで基板上に半導体材料を塗布するようにしても良い。なお、半導体膜の形成に際しては同一種類の塗布法を用いても良いが、異なる種類の塗布法を適宜組み合わせて用いても良い。たとえば、半導体材料を基板に複数回塗布する際には、少なくとも１回は液滴吐出法によって塗布したり、少なくとも最初の１回はスピンレス法によって塗布したり、少なくとも最初の１回はスピンコート法によって塗布するようにしても良い。
【００２９】
Ｃ．第３実施形態
図８は、第３実施形態に係る電気光学装置の一種である有機ＥＬ表示装置１００の接続図を示す。
各画素領域に形成された画素回路は、電界発光効果により発光可能な発光層ＯＥＬＤ、それを駆動するための電流を記憶する保持容量、本発明に係るＴＦＴ１１１〜１１４を備えて構成される。一方、駆動回路領域に形成された各駆動回路１０１、１０２は、本発明に係るＴＦＴを複数備えて構成されている。駆動回路１０１からは、走査線Ｖｓｅｌ及び発光制御線Ｖｇｐが対応する各画素回路に供給され、駆動回路１０２からは、データ線Ｉｄａｔａおよび電源線Ｖｄｄが対応する各画素回路に供給されている。走査線Ｖｓｅｌとデータ線Ｉｄａｔａとを制御することにより、対応する各発光部ＯＥＬＤによる発光が制御可能になっている。なお、上記駆動回路は、発光要素に電界発光素子を使用する場合の回路の一例であり、他の回路構成も可能である。
【００３０】
Ｄ．第４実施形態
図９は、第４実施形態に係る電子デバイスを例示した図である。
図９（ａ）は、本発明の製造方法によって製造される携帯電話であり、当該携帯電話３３０は、電気光学装置（表示パネル）１００、アンテナ部３３１、音声出力部３３２、音声入力部３３３及び操作部３３４を備えている。本発明は、例えば表示パネル１００における画素回路及び駆動回路が配されている基板の製造に適用される。図９（ｂ）は、本発明の製造方法によって製造されるビデオカメラであり、当該ビデオカメラ３４０は、電気光学装置（表示パネル）１００、受像部３４１、操作部３４２及び音声入力部３４３を備えている。本発明は、例えば表示パネル１００における画素回路及び駆動回路が配されている基板の製造に適用される。
【００３１】
図９（ｃ）は、本発明の製造方法によって製造される携帯型パーソナルコンピュータの例であり、当該コンピュータ２５０は、電気光学装置（表示パネル）１００、カメラ部３５１及び操作部３５２を備えている。本発明は、例えば表示パネル１００における画素回路及び駆動回路が配されている基板の製造に適用される。
【００３２】
図９（ｄ）は、本発明の製造方法によって製造されるヘッドマウントディスプレイの例であり、当該ヘッドマウントディスプレイ３６０は、電気光学装置（表示パネル）１００、バンド部３６１及び光学系収納部３６２を備えている。本発明は、例えば表示パネル１００における画素回路及び駆動回路が配されている基板の製造に適用される。図９（ｅ）は、本発明の製造方法によって製造されるリア型プロジェクターの例であり、当該プロジェクター３７０は、電気光学装置（光変調器）１００、光源３７２、合成光学系３７３、ミラー３７４、３７５を筐体３７１内に備えている。本発明は、例えば光変調器１００における画素回路及び駆動回路が配されている基板の製造に適用される。図９（ｆ）は本発明の製造方法によって製造されるフロント型プロジェクターの例であり、当該プロジェクター３８０は、電気光学装置（画像表示源）１００及び光学系３８１を筐体３８２内に備え、画像をスクリーン３８３に表示可能になっている。本発明は、例えば画像表示源１００における画素回路及び駆動回路が配されている基板の製造に適用される。
【００３３】
上記例に限らず本発明は、あらゆる電子デバイスの製造等に適用可能である。例えば、表示機能付きファックス装置、デジタルカメラのファインダ、携帯型ＴＶ、ＤＳＰ装置、ＰＤＡ、電子手帳、電光掲示盤、宣伝公告用ディスプレイ、ＩＣカードなどにも適用することができる。なお、本発明は上述した各実施形態に限定されることなく、本発明の要旨の範囲内で種々に変形、変更実施が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に関わる液滴の特徴的な乾燥過程を模式的に示した図である。
【図２】一般的な液滴の乾燥過程を模式的に示した図である。
【図３】第１実施形態に係るＴＦＴの製造プロセスを示す図である。
【図４】同実施形態に係るＴＦＴの製造プロセスを示す図である。
【図５】同実施形態に係るＴＦＴの製造プロセスを示す図である。
【図６】同実施形態に係る他のゲート絶縁膜の形状を例示した図である。
【図７】第２実施形態に係るスピンレス法を用いた半導体膜の形成方法を説明するための図である。
【図８】第３実施形態に係る電気光学装置の構成を例示した図である。
【図９】第４実施形態に係る各電子デバイスの構成を例示した図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０・・・基板、１１・・・半導体膜、１２，１２’・・・ゲート絶縁膜、１３・・・ゲート電極、１４・・・層間絶縁膜、１１ｓ・・・ソース領域、１１ｄ・・・ドレイン領域、１１ｃ・・・チャネル領域、１５ｓ・・・ソース電極、１５ｄ・・・ドレイン電極。
【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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