(57)【要約】【課題】  小型で安価な装置により、生産性が高く、欠陥が少なく、歩留まりが高く、段差部で断線が生じることがなく、低コストで薄膜形成でき、従来に比べて圧倒的に低コストで薄膜トランジスタを製造することを目的としている。更に、当該薄膜トランジスタを具備することによってコストダウンが達成された電子機器を提供する。【解決手段】  不純物濃度が制御されたシリコン膜１４、絶縁膜１２、１６、２０、２６及び導電膜２２、２４の各薄膜を有する薄膜トランジスタの製造方法において、前記絶縁膜１２、１６、２０、２６を形成する工程は、ペルヒドロポリシラザンを含有する液体材料を用いて、下地絶縁膜１２とゲート絶縁膜１６と層間絶縁膜２０とパッシベーション絶縁膜２６とのうち少なくともいずれか一つを形成することを特徴とする。【選択図】  図１
2005093700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不純物濃度が制御されたシリコン膜、絶縁膜、及び導電膜の各薄膜を有する薄膜トランジスタの製造方法において、
前記絶縁膜を形成する工程は、ペルヒドロポリシラザンを含有する液体材料を用いて、下地絶縁膜とゲート絶縁膜と層間絶縁膜とパッシベーション絶縁膜とのうち少なくともいずれか一つを形成することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２】
前記絶縁膜を形成する工程は、液相法を用いることによって前記液体材料を塗布することを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３】
前記液体材料を塗布した後に、第１の熱処理と第２の熱処理を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項４】
前記第１の熱処理は、前記液体材料に含まれる溶剤を除去することを特徴とする請求項３に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項５】
前記第２の熱処理は、前記液体材料内に含まれる前記ペルヒドロポリシラザンを焼成することを特徴とする請求項３に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項６】
前記第２の熱処理は、水分が除去された酸素雰囲気において行うことを特徴とする請求項３から請求項５のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項７】
前記第２の熱処理は、水分が供給された酸素雰囲気において行うことを特徴とする請求項３から請求項５のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項８】
前記第２の熱処理は、３００℃〜５００℃範囲の処理温度で行うことを特徴とする請求項５から請求項７のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項９】
前記液体材料を塗布する工程と、前記第１の熱処理を行う工程と、前記第２の熱処理を行う工程と、を複数繰り返して行うことにより、一つの前記絶縁膜を形成することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１０】
前記液体材料を塗布する工程と、前記第１の熱処理を行う工程と、を複数繰り返して行った後に、前記第２の熱処理を行う工程を行うことにより、一つの前記絶縁膜を形成することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１１】
不純物濃度が制御されたシリコン膜、絶縁膜、及び導電膜の各薄膜を有する薄膜トランジスタにおいて、
請求項１から請求項１０のいずれかに記載の製造方法によって形成されたことを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項１２】
不純物濃度が制御されたシリコン膜、絶縁膜、及び導電膜の各薄膜を有する薄膜トランジスタを具備する電子機器の製造方法において、
請求項１から請求項１０のいずれかに記載の製造方法によって前記薄膜トランジスタを形成することを特徴とする電子機器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜トランジスタの製造方法、薄膜トランジスタ、並びに電子機器の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、薄膜トランジスタは半導体膜、絶縁膜、導電膜等の薄膜で構成される。液晶表示装置等に利用される薄膜トランジスタではこの外に透明導電膜が使用される。
更に、薄膜トランジスタに使用される絶縁膜には、下地絶縁膜、ゲート絶縁膜、層間絶縁膜、パッシベーション絶縁膜がある。これらの絶縁膜を形成するには、従来までは主にＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法が用いられてきた（例えば、特許文献１参照）。また、ＣＶＤ法以外にも、ＳＯＧ（Spin On Glass）で形成される絶縁膜や有機絶縁膜を形成する場合があるが、これは平坦化を目的としてしばしば使用される方法であり、単独で使用されることは殆どなく、ＣＶＤ法で形成される膜と併用して使用されている。
【０００３】
図１３は、従来の一般的なＣＶＤ法による成膜の標準的な工程を示す図である。
ＣＶＤ装置にセットされた基板は、ロードロック室に移動された後真空引きされ、次に加熱チャンバに移動された後加熱され、次にプロセスチャンバに移動されて成膜される。プロセスチャンバには基板温度維持のための加熱機構があり、成膜に必要なプロセスガスの導入が行われ、圧力が安定した後に高周波が印加され導入したガスがプラズマ化され成膜される。成膜後は残留のプロセスガスがパージされ、基板がロードロック室に移動されベントされて大気中に取り出される。
【特許文献１】特開平１０−１７３１９６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、これらのＣＶＤ法による絶縁膜の形成方法においては、プロセス面では次の４つの問題点がある。
（１）気相反応を用いるために気相でシリコンの粒子が発生し、装置の汚染や異物の発生による生産歩留まりが低下する。
（２）原料がガス状であるために表面に凹凸のある基板に対して均一に成膜が進み、従って凹凸状の絶縁膜が形成されてしまい、平坦な絶縁膜が得られにくく、段差が生じることによる配線パターンの断線を招く。
（３）基板加熱工程が必要であることと、膜の形成速度が遅いため生産性が低下する。
（４）プラズマＣＶＤ法等においては複雑で高価な高周波発生装置や真空装置等が必要であり、真空系やプラズマ系に多大のエネルギーを消費するため製品のコスト高に繋がる。
【０００５】
本発明は、上述の課題に鑑み創案されたもので、小型で安価な装置により、生産性が高く、欠陥が少なく、歩留まりが高く、段差部で断線が生じることがなく、低コストで薄膜形成でき、従来に比べて圧倒的に低コストで薄膜トランジスタを製造することを目的としている。更に、当該薄膜トランジスタを具備することによってコストダウンが達成された電子機器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、不純物濃度が制御されたシリコン膜、絶縁膜、及び導電膜の各薄膜を有する薄膜トランジスタの製造方法において、前記絶縁膜を形成する工程は、ペルヒドロポリシラザンを含有する液体材料を用いて、下地絶縁膜とゲート絶縁膜と層間絶縁膜とパッシベーション絶縁膜とのうち少なくともいずれか一つを形成することを特徴としている。
ここで、ペルヒドロポリシラザンとは、−（ＳｉＨ２ＮＨ）−を基本ユニットとする化合物の物質名である。また、当該ペルヒドロポリシラザンは、有機溶剤に可溶な無機ポリマーであるので、有機溶剤と混合させることで液体材料として取り扱うことが可能となるものである。また、ペルヒドロポリシラザンは、不活性雰囲気中で高温焼成されることにより、脱水素反応に伴う熱硬化収縮が生じ、ＳｉＮ（窒化シリコン）のセラミクスへ転化する性質を有している。また、大気中又は水蒸気含有雰囲気で焼成されることにより、水や酸素と反応し、緻密なＳｉＯ2（酸化シリコン）膜へ転化する性質を有している。
【０００７】
従って、このようなペルヒドロポリシラザンを用いることにより、所望の組成を有する絶縁膜を容易に形成することができるので、下地絶縁膜、ゲート絶縁膜、層間絶縁膜、及びパッシベーション絶縁膜のうち少なくともいずれか一つの絶縁膜を所望の組成で形成することができる。例えば、窒素（Ｎ）の含有量が高い膜を形成することで、バリア効果が高い絶縁膜を形成することが可能となり、また、窒素が除去された膜を形成することで、分極の発生が抑制された電気絶縁性が好適に得られた絶縁膜を形成することが可能となる。
また、このようなペルヒドロポリシラザンを用いて形成された絶縁膜と、有機／無機ＳＯＧとを比較すると、有機ＳＯＧは酸素プラズマ処理に対してエッチングされ易く、無機ＳＯＧは数百ｎｍの膜厚でもクラックが発生し易すい等の問題があり、単層で層間絶縁膜等に使用することが難しいという不利点を有している。これに対して、ペルヒドロポリシラザンを用いて形成された絶縁膜はクラック耐性が高く、また耐酸素プラズマ性があり、単層でもある程度厚い絶縁膜として使用可能であるという利点を有している。特に、ゲート絶縁膜や層間絶縁膜はその膜質や形成方法が薄膜トランジスタの電気特性を大きく左右するので、ペルヒドロポリシラザンを用いて形成することが有効である。
また、このようなペルヒドロポリシラザンを用いる方法は、従来のＣＶＤ法を用いる場合と比較して、気相反応を用いることがないので、従来のように気相でシリコンの粒子が発生することにより、装置の汚染や異物の発生による生産歩留まりの低下を招くということがなく、良好に絶縁膜を形成することができる。
【０００８】
また、前記薄膜トランジスタの製造方法においては、前記絶縁膜を形成する工程は、液相法を用いることによって前記液体材料を塗布することが好ましい。
ここで言う「液相法」とは、基板上に液体材料を接触配置させる方法であって、スピンコート法、スリットコート法、ディップコート法、スプレー法、ロールコート法、カーテンコート法、印刷法、液滴吐出法等を意味している。これらの方法に使用される塗布装置の基本構成は基板を保持するステージまたはホルダと該基板上に液体を塗布するための機構であるから、該塗布装置の構成はいたって簡単である。
従って、従来技術のように、複雑で高価な高周波発生装置や真空装置等が不要となり、真空系やプラズマ系に多大のエネルギーを消費することがないので、薄膜トランジスタを低コストで製造することが可能となる。また、真空装置が不要になるので、量産ラインを従来に比較して極めて少ない投資で構築することができ、製造装置のスループットを高くすることができる。
【０００９】
また、液相法を用いて前記絶縁膜となる液体材料を塗布するので、例えば、液体材料が塗布される下地膜が凹凸状の表面を有していても、当該凹凸を埋めるように液体材料が配置されるので、絶縁膜の表面は段差が形成されることなく平坦化される。従って、当該絶縁膜の上層に形成される配線パターンの断線が生じることがないので、薄膜トランジスタの歩留まり向上を達成できる。
また、液相法においては、液体材料の塗布時間が極めて短く、成膜速度が遅いＣＶＤ法と比較して短時間で液体材料を塗布するので、生産性の向上を達成できる。
【００１０】
また、前記薄膜トランジスタの製造方法においては、前記液体材料を塗布した後に、第１の熱処理と第２の熱処理を行うことが好ましい。
ここで言う「熱処理」とは、上記の液体材料からなる塗布膜を加熱することにより、上記絶縁膜に変成するための処理である。このような熱処理で使用される装置には、オーブン、ベーク炉、アニール炉等の熱処理装置が用いられる。更に、塗布膜に対して光照射を行うことで熱処理を施す方法を用いてもよく、この方法ではハロゲンランプやＵＶランプ等を光源とする光照射装置や、レーザアニール装置、ランプアニール装置が用いられる。このような熱処理で用いられる装置は真空系を有しないため構造は簡単である。
従って、安価な装置により熱処理を施すことができる。
【００１１】
また、前記薄膜トランジスタの製造方法においては、前記第１の熱処理は、前記液体材料に含まれる溶剤を除去することが好ましい。
このようにすれば、液体材料に含まれる溶剤が除去されるので、ペルヒドロポリシラザンのみを基板上に残留させることができる。
【００１２】
また、前記薄膜トランジスタの製造方法においては、前記第２の熱処理は、前記液体材料内に含まれる前記ペルヒドロポリシラザンを焼成することが好ましい。
このようにすれば、ペルヒドロポリシラザンが焼成されるので、基板上に絶縁膜を形成することができる。
【００１３】
また、前記薄膜トランジスタの製造方法においては、前記第２の熱処理は、水分が除去された酸素雰囲気において行うことが好ましい。
ここでいう酸素雰囲気とは、所定空間内に酸素が供給された状態のことを意味する。
上述のようにペルヒドロポリシラザンは、不活性雰囲気中における高温焼成により、ＳｉＮ（窒化シリコン）膜へ転化する性質を有しているので、本発明のように水分が除去された酸素雰囲気で第２の熱処理を行うことにより、窒素を含有する酸化シリコン膜からなる絶縁膜が形成される。
このように形成された絶縁膜は、材料の拡散を防止するバリア効果の性質を有しているので、下地絶縁膜やパッシベーション絶縁膜としては最適な絶縁膜となる。
【００１４】
また、前記薄膜トランジスタの製造方法においては、前記第２の熱処理は、水分が供給された酸素雰囲気において行うことが好ましい。
上述のようにペルヒドロポリシラザンは、大気中又は水蒸気含有雰囲気における焼成により、ＳｉＯ2膜へ転化する性質を有しているので、本発明のように水分が供給された酸素雰囲気で第２の熱処理を行うことにより、ペルヒドロポリシラザンに含まれた窒素成分が除去されて、酸化シリコン膜からなる絶縁膜が形成される。
このように形成された絶縁膜は、分極が生じない膜となり、また、シリコン膜との界面特性の制御が可能な緻密な膜となるので、ゲート絶縁膜や層間絶縁膜のような薄膜トランジスタのスイッチング特性や電気的特性に影響を与える絶縁膜として好適に採用することができる。
【００１５】
また、前記薄膜トランジスタの製造方法においては、前記第２の熱処理は、３００℃〜５００℃範囲の処理温度で行うことが好ましい。
ここで、３００℃以下の熱処理では不十分な焼成となり、膜質が劣る絶縁膜となってしまう。また、低温ポリシリコンを有する薄膜トランジスタの製造において、５００℃以上の熱処理では、当該低温ポリシリコンに熱負荷を与えてしまうので、熱処理としては現実的な処理温度ではない。
従って、本発明においては、３００℃〜５００℃範囲の処理温度で第２の熱処理を行うので、絶縁膜の膜質として良好なものとなる。
【００１６】
また、前記薄膜トランジスタの製造方法においては、前記液体材料を塗布する工程と、前記第１の熱処理を行う工程と、前記第２の熱処理を行う工程と、を複数繰り返して行うことにより、一つの前記絶縁膜を形成することが好ましい。
上述の液相法を用いて絶縁膜を形成する工程においては、キシレン等の溶剤中に上記ペルヒドロポリシラザンを所定の濃度で含有させた液体材料が用いられる。このような液体材料中に含まれるペルヒドロポリシラザンの濃度は、焼成後の絶縁膜の膜厚に応じて決定されるのが一般的である。従って、膜厚が薄い絶縁膜を形成する場合には当該濃度が低く設定された液体材料が用いられる。また、膜厚が厚い絶縁膜を形成する場合には、当該濃度が高く設定された液体材料が用いられる。
しかしながら、当該ペルヒドロポリシラザンの濃度が所定値よりも高い場合には、例えばスピンコート法を用いて液体材料を塗布すると、基板に滴下した液体材料が周辺部まで塗れ広がりにくいという特性がある。
また、絶縁膜の膜厚が厚くなるので、第１の熱処理又は第２の熱処理を施すことによって絶縁膜内に熱応力が生じてしまい、クラック等の欠陥を招くという恐れがある。
【００１７】
これに対し、本発明は、前記液体材料を塗布する工程と、前記第１の熱処理を行う工程と、前記第２の熱処理を行う工程と、を複数繰り返して行うことにより、一つの前記絶縁膜を形成することにより、即ち、複数層を積層形成することによって一つの絶縁膜が形成することができる。
従って、ペルヒドロポリシラザンの濃度が高い液体材料を用いることなく、濃度が低い液体材料を用いて絶縁膜の厚膜化を施すことができる。更に、第１の熱処理又は第２の熱処理を施すことによるクラックの発生が生じることがなく、良好な膜質の絶縁膜を形成することができる。
また、ペルヒドロポリシラザンの濃度が低い液体材料をスピンコート法を用いて塗布した場合には、基板に滴下した液体材料が基板全面に好適に塗れ広がるので、平坦化された膜を形成するのが容易になる。
本発明は、特に厚膜化が必要な絶縁膜に対して有効であり、例えば、層間絶縁膜やパッシベーション絶縁膜を形成するには特に有効である。
【００１８】
また、前記薄膜トランジスタの製造方法においては、前記液体材料を塗布する工程と、前記第１の熱処理を行う工程と、を複数繰り返して行った後に、前記第２の熱処理を行う工程を行うことにより、一つの前記絶縁膜を形成することが好ましい。
先に記載した発明、即ち、複数層の絶縁膜を積層形成によって一つの絶縁膜を形成する場合と、本発明との相違点について説明する。
先に記載した発明は、積層形成する度に第２の熱処理を行う方法であるのに対し、本発明は、積層形成した膜の最終工程として、第２の熱処理を行う方法である。
このようにすれば、先に記載した発明と同様の効果を奏すると共に、第２の熱処理を複数回行う必要がないので、工程の簡略化を達成することができる。
【００１９】
また、前記薄膜トランジスタの製造方法においては、不純物濃度が制御されたシリコン膜、絶縁膜、及び導電膜の各薄膜を有する薄膜トランジスタにおいて、先に記載の製造方法によって前記薄膜トランジスタが形成されたことを特徴としている。
このようにすれば、薄膜トランジスタを構成する絶縁膜が上述のペルヒドロポリシラザンを用いて形成されるので、所望の組成を有する絶縁膜を容易に形成することができる。即ち、下地絶縁膜、ゲート絶縁膜、層間絶縁膜、及びパッシベーション絶縁膜のうち少なくともいずれか一つの絶縁膜を所望の組成で形成することができる。
また、液相法を用いて薄膜トランジスタが形成されるので、従来技術のように、複雑で高価な高周波発生装置や真空装置等が不要となり、真空系やプラズマ系に多大のエネルギーを消費することがなく、また、真空装置が不要になるので、量産ラインを従来に比較して極めて少ない投資で構築することができ、製造装置のスループットを高くすること可能となるので、低コストで製造された薄膜トランジスタを提供することができる。
【００２０】
また、本発明の電子機器の製造方法は、不純物濃度が制御されたシリコン膜、絶縁膜、及び導電膜の各薄膜を有する薄膜トランジスタを具備する電子機器の製造方法において、先に記載の製造方法によって前記薄膜トランジスタを形成することを特徴としている。
ここで、電子機器としては、薄膜トランジスタからなるアクティブマトリクス基板やドライバ回路を有する液晶装置や有機ＥＬ装置等のフラットパネルディスプレイ、また、当該フラットパネルディスプレイを表示部として具備する機器、例えば、携帯電話機、移動体情報端末、時計、ワープロ、パソコン等の情報処理装置等を例示することができる。
それ以外にも、上記薄膜トランジスタを有する密着型イメージセンサ、ドライバ内蔵型のサーマルヘッド、有機系ＥＬ素子を発光素子としたドライバ内蔵型の光書き込み素子、３次元ＩＣ等を例示することができる。
このようにすれば、製造コストが低減された電子機器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。
なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００２２】
（薄膜トランジスタ）
本発明の薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと称する）の２つの基本的構造例を、図１及び図２にそれぞれ示す。
図１はコプレナ型の多結晶シリコンを用いたＴＦＴの断面図である。ガラス基板１０上に下地絶縁膜１２が形成され、その上に多結晶シリコンＴＦＴが形成されている。図１において、多結晶シリコン層１４は不純物が高濃度にドーピングされたソース領域１４Ｓ及びドレイン領域１４Ｄと、それらの間のチャネル領域１４Ｃで構成される。
この多結晶シリコン層１４の上にゲート絶縁膜１６、更にその上にゲート電極１８及びゲート線（図示せず）が形成される。層間絶縁膜２０及びその下のゲート絶縁膜１６に形成された開口部を介して、透明導電膜からなる画素電極２２がドレイン領域１４Ｄに接続され、ソース線２４がソース領域１４Ｓに接続される。そして、最上層には保護膜（パッシベーション絶縁膜）２６が形成されている。なお、下地絶縁膜１２はガラス基板１０からの汚染を防ぎ、多結晶シリコン膜１４が形成される表面状態を整えることを目的としているが、省略されることもある。また、保護膜２６は、ＴＦＴの形態に応じて省略されることもある。
【００２３】
図２は、逆スタガ型の非晶質シリコンを用いたＴＦＴの断面図である。ガラス基板３０上に下地絶縁膜３２が形成され、その上に非晶質シリコンＴＦＴが形成される。
図２において、ゲート電極３４及びそれに接続されたゲート線の下に、１層または多層のゲート絶縁膜３６が形成される。ゲート電極３４の上には、非晶質シリコンのチャネル領域３８Ｃが形成され、更に、非晶質シリコン中に不純物が拡散されることでソース・ドレイン領域３８Ｓ、３８Ｄが形成されている。また、画素電極４０は、金属配線層４２を介して、ドレイン領域３８Ｄと電気的に接続され、ソース線４４はソース領域３８Ｓと電気的に接続される。なお、金属配線層４２とソース線４４とは同時に形成されたものである。
更に、チャネル領域３８Ｃの上層には、チャネル保護膜（パッシベーション絶縁膜）４６が形成されている。このチャネル保護層４６は、ソース・ドレイン領域膜３８Ｓ及び３８Ｄをエッチングする際にチャネル領域３８Ｃを保護する膜であり、省略されることもある。
【００２４】
図１及び図２は、基本的なＴＦＴは構造を示すものであり、これらのバリエーションは非常に多岐にわたっている。例えば、図１のコプレナ型のＴＦＴにおいては、開口率を上げるために画素電極２２とソース線２４の間に第２の層間絶縁膜を設けて、画素電極２２とソース線２４の間隔を狭める構造とすることができる。あるいは、ゲート電極１８に接続される図示しないゲート線やソース線２４の配線抵抗の低減や配線の冗長化を目的として、該ゲート線、ソース線を多層膜とすることができる。更には、ＴＦＴ素子の上または下に、遮光層を形成することもできる。図２の逆スタガ型のＴＦＴにおいても、開口率向上、配線抵抗の低減、欠陥低減を目的とした配線や絶縁膜の多層化等を行うことができる。これらの改良構造はいずれも、図１又は図２の基本構造に対して、ＴＦＴを構成する薄膜の積層数が増える場合が殆どである。
下記の実施形態では、図１、図２で示した薄膜積層構造を構成する各種薄膜を真空処理装置の不要な塗布膜にて形成する場合について説明すると共に、特に本発明の特徴点として挙げたように、下地絶縁膜、ゲート絶縁膜、層間絶縁膜、チャネル保護膜等のパッシベーション絶縁膜の各種絶縁膜のうちいずれか一つを、ペルヒドロポリシラザンを含有する液体材料を用いて形成する方法について詳述する。
【００２５】
（絶縁膜の形成するための材料）
本発明では、液相法を用いて塗布された後に熱処理されることで絶縁膜（塗布型絶縁膜）となる材料として、ペルヒドロポリシラザンを用いていることを特徴としている。ペルヒドロポリシラザンとは、−（ＳｉＨ２ＮＨ）−を基本ユニットとする化合物の物質名である。本実施形態では、ペルヒドロポリシラザンとして、クラリアントジャパン株式会社の「ポリシラザン」（登録商標）を用いている。
なお、［ＳｉＨ２ＮＨ］ｎ中のＨがアルキル基（例えばメチル基、エチル基等）で置換されると、有機ポリシラザンとなり、無機ポリシラザンとは区別されることがある。本実施形態では無機ポリシラザンを使用することが好ましい。
【００２６】
また、このポリシラザンは、有機溶剤に可溶な無機ポリマーであるので、有機溶剤と混合させることで液体材料として取り扱うことが可能となるものである。また、ポリシラザンは、不活性雰囲気中で高温焼成されることにより、脱水素反応に伴う熱硬化収縮が生じ、ＳｉＮ（窒化シリコン）のセラミクスへ転化する性質を有している。また、大気中又は水蒸気含有雰囲気で焼成されることにより、水や酸素と反応し、緻密なＳｉＯ２（酸化シリコン）膜へ転化する性質を有している。
【００２７】
このような性質を有しているポリシラザンを用いた絶縁膜の形成方法においては、ポリシラザンをキシレン等の液体に混合した後に、例えばスピンコート法により基板上に塗布する。更に、後に詳細に説明するように、ポリシラザンの塗布膜が形成された基板を熱処理することにより、ＳｉＯ2膜や、窒素を含有するＳｉＯ2膜に転化させるようになっている。
【００２８】
また、このようなポリシラザンを用いて形成された絶縁膜と、有機／無機ＳＯＧとを比較すると、有機ＳＯＧは酸素プラズマ処理に対してエッチングされ易く、無機ＳＯＧは数百ｎｍの膜厚でもクラックが発生し易すい等の問題があり、単層で層間絶縁膜等に使用することが難しいという不利点を有している。これに対して、ポリシラザンを用いて形成された絶縁膜はクラック耐性が高く、また耐酸素プラズマ性があり、単層でもある程度厚い絶縁膜として使用可能であるという利点を有している。特に、ゲート絶縁膜や層間絶縁膜はその膜質や形成方法がＴＦＴの電気特性を大きく左右するので、ポリシラザンを用いて形成することが有効である。
また、このようなポリシラザンを用いる方法は、従来のＣＶＤ法を用いる場合と比較して、気相反応を用いることがないので、従来のように気相でシリコンの粒子が発生することにより、装置の汚染や異物の発生による生産歩留まりの低下を招くということがなく、良好に絶縁膜を形成することができる。
なお、本発明は、薄膜積層構造の少なくとも１層好ましくは複数層を、シロキザン結合を基本構造とするＳＯＧ膜以外の塗布膜にて形成するものであり、この条件を満足する限りにおいて、ＳＯＧ膜を付加的に使用するものであってもよい。
【００２９】
（塗布型絶縁膜形成装置）
図３は、上記のポリシラザンを含有する液体材料を塗布し、その後に熱処理することにより、絶縁膜を形成する塗布型絶縁膜形成装置を示す図である。そして、図４は当該液体材料を塗布するスピンコータの要部を示す図、図５はスピンコータによってガラス基板の全面に引き伸ばされたポリシラザンを示す図である。
図３に示すように塗布型絶縁膜形成装置１００は、ローダ１０１と、スピンコータ１０２と、第１の熱処理部１０３Ａと、第２の熱処理部１０３Ｂと、アンローダ１０４と、塗布液保管部１０５と、制御部１０６と、温度制御部１０７と、排気設備１０８とによって構成されている。
図４に示すようにスピンコータ１０２は、ステージ１３０と、ディスペンサ１３４と、ノズル１３６とを主な構成要素として有している。
【００３０】
（絶縁膜形成方法の第１実施形態）
次に、上記の塗布型絶縁膜形成装置１００による絶縁膜形成方法の第１実施形態について説明する。
まず、ローダ１０１がカセットに収納されている複数枚のガラス基板を一枚づつ取り出し、スピンコータ１０２にガラス基板を搬送する。スピンコータ１０２は、図４に示すようにステージ１３０上に基板１３２を真空吸着し、ディスペンサ１３４のノズル１３６からポリシラザン液体材料１３８が基板１３２上に滴下される。滴下されたポリシラザン液体材料１３８は基板中央部に図４のように広がる。ポリシラザン液体材料１３８は、ポリシラザンとキシレンの混合液であり、この液体材料はキャニスター缶と呼ばれる容器に入れられおり、図３及び図４に示す液体保管部１０５に保管されている。ポリシラザン液体材料１３８は、液体保管部１０５から供給管１４０を介してディスペンサ１３４に供給され、基板上に塗布される。更に、ステージ１３０の回転により、図５に示すように、ポリシラザン液体材料１３８がガラス基板１３２の全面に引き延ばされて塗布される。このとき、大部分のキシレンは蒸発する。ステージ１３０の回転数や回転時間は、図３に示す制御部１０６で制御され、数秒間で１０００ｒｐｍまで回転数が上昇し、１０００ｒｐｍで２０秒程度保持され、更に数秒後に停止する。
【００３１】
このようなスピンコート法を用いる方法においては、ポリシラザン液体材料１３８からなる塗布膜の下方の膜に凹凸が生じていた場合でも、当該凹凸面を埋めて、ポリシラザン液体材料１３８が塗布されるので、従って、ポリシラザン液体材料１３８を用いて形成された絶縁膜の表面は段差が形成されることなく平坦化された膜となる。即ち、当該絶縁膜の上層に形成される配線パターンの断線が生じることがないので、ＴＦＴの歩留まり向上を達成できる。
【００３２】
次に、第１の熱処理部１０３Ａと、第２の熱処理部１０３Ｂとによって順に熱処理を施す。
第１の熱処理部１０３Ａにおいては、基板上に塗布されたポリシラザン液体材料１３８に含まれているキシレン（溶剤）の除去が行われる。これによって、基板上にポリシラザンのみが残留する。更に、基板を第２の熱処理部１０３Ｂに搬送し、ポリシラザンが焼成され、少なくともＳｉＯ２を備えた所望の組成からなる絶縁膜が基板上に形成される。
【００３３】
ここで、第２の熱処理においては、処理雰囲気を調整することによって、所望の膜質の絶縁膜を形成することが可能となっている。
具体的な第２の熱処理方法の１つは、水分等の水蒸気が除去された処理室内に酸素を供給しつつ熱処理を行う方法である。この方法においては、元々のポリシラザンを構成する窒素が絶縁膜内に残留するので、即ち、窒素を含有する酸化シリコン絶縁膜を形成することができる。更に、このような第２の熱処理で形成された絶縁膜は、材料の拡散を防止するバリア効果の性質を有しているので、下地絶縁膜やパッシベーション絶縁膜としては最適な絶縁膜となる。
【００３４】
また、他の第２の熱処理方法は、水分等の水蒸気が供給された処理室内に更に酸素を供給しつつ熱処理を行う方法である。この方法においては、元々のポリシラザンを構成する窒素が除去されて、酸化シリコン膜からなる絶縁膜を形成することができる。更に、このような第２の熱処理で形成された絶縁膜は、分極が生じない膜となり、また、シリコン膜との界面特性の制御が可能な緻密な膜となるので、ゲート絶縁膜や層間絶縁膜のようなＴＦＴのスイッチング特性や電気的特性に影響を与える絶縁膜として好適に採用することができる。
【００３５】
この第２の熱処理部１０３Ｂでは、第１の熱処理部１０３Ａでの上述した熱処理の後に、第１の熱処理部１０３Ａでの熱処理温度より高い温度であって、３００℃〜５００℃の温度で約３０分〜６０分の熱処理を行うのが好ましい。このような温度で第２の熱処理を行うことによって、焼成に必要な十分な温度で処理できると共に、低温ポリシリコンを有するＴＦＴのへの熱ダメージを低減させることができる。
なお、第２の熱処理においては、ランプアニール、レーザアニール等の高温短時間の熱処理を行ってもよい。このようにすれば、緻密化され、膜質及び界面特性が改善される。
【００３６】
上述した第１及び第２の熱処理は、温度制御部１０７で制御される。第１及び第２の熱処理部１０３Ａ、１０３Ｂは、塗布型絶縁膜形成装置の処理能力を高くするため、前記スピンコータ１０２のタクトタイムと熱処理時間が整合するように、第１及び第２の熱処理部１０３Ａ、１０３Ｂの長さや該炉内の基板収容枚数が設定される。
また、スピンコータ１０２においては、ポリシラザン液体材料１３８の塗布に伴って気化するキシレンを除去する必要があり、また、第１の熱処理部１０３Ａで除去するキシレンを外部に排気する必要があり、また、第２の熱処理部１０３Ｂにおけるポリシラザンの焼成に伴って発生する水素やアンモニア等を除去する必要がある。そのため、少なくともスピンコータ１０２と第１の熱処理部１０３Ａと第２の熱処理部１０３Ｂには排気設備１０８が必要である。熱処理され絶縁膜が形成されたガラス基板はアンローダ１０４でカセットに収納される。
【００３７】
図３に示す塗布型絶縁膜形成装置１００は、従来のＣＶＤ装置に比較して、複雑で高価な高周波発生装置や真空装置等が不要となり、真空系やプラズマ系に多大のエネルギーを消費することがない。更に、装置構成が著しく簡単であり、従って装置価格が格段に安くなる。しかも、ＣＶＤ装置に比較してスループットが高く、メンテナンスが簡単であり装置の稼動率が高い等の特徴がある。この特徴によりＴＦＴの製造コストを大幅に低減することができる。
【００３８】
図３に示す塗布型絶縁膜形成装置では、図１に示す下地絶縁膜１２、ゲート絶縁膜１６、層間絶縁膜２０、保護膜２６の全ての絶縁膜を成膜することができる。また、画素電極２２とソース配線２４の間に絶縁膜を追加形成する場合に、その追加の絶縁膜を図３の装置を利用して塗布膜にて形成することで、絶縁膜表面を平坦化する効果もあり、特に有効である。なお、下地絶縁膜１２や保護膜２６は省略されることもある。
また、図２のＴＦＴ構造においては、下地絶縁膜３２、ゲート絶縁膜３６、チャネル保護膜４６の絶縁膜を成膜することができる。
【００３９】
上述したように、このようなポリシラザンをスピンコート法等の液相法によって塗布し、第１及び第２の熱処理を施すことにより、所望の組成を有する絶縁膜を容易に形成することができる。即ち、下地絶縁膜、ゲート絶縁膜、層間絶縁膜、及びパッシベーション絶縁膜のうち少なくともいずれか一つの絶縁膜を所望の組成で形成することができる。例えば、窒素の含有量が高い膜を形成することで、バリア効果が高い絶縁膜を形成することが可能となり、また、窒素が除去された膜を形成することで、分極の発生が抑制された電気絶縁性が好適に得られた絶縁膜を形成することが可能となる。
【００４０】
（絶縁膜形成方法の第２実施形態）
次に、絶縁膜形成方法の第２実施形態について説明する。
本実施形態においては、第１実施形態と異なる部分のについて説明し、同一構成には同一符号を付し、説明を簡略化している。
図６は、本実施形態を説明するための図であって、図１に示したＴＦＴの製造工程における層間絶縁膜２０が形成された状態の図である。図６においては、画素電極２２、ソース線２４、保護膜２６が未形成となっている。
【００４１】
本実施形態においては、第１実施形態におけるポリシラザン液体材料１３８を塗布する工程と、第１の熱処理の工程と、第２の熱処理の工程とを２回繰り返して、層間絶縁膜２０を形成することを特徴点としている。具体的には、図６に示すように、塗布型絶縁膜形成装置１００によって第１の層間絶縁膜２０ａを形成した後に、更に、同様に塗布型絶縁膜形成装置１００によって第２の層間絶縁膜２０ｂを積層形成している。
【００４２】
次に、このように複数の層間絶縁膜を積層形成する利点について説明する。
一般に、ポリシラザン液体材料１３８においては、キシレンの溶剤中にポリシラザンが所定の濃度で含有されている。このポリシラザンの濃度は、焼成後の絶縁膜の膜厚に応じて決定されており、従って、膜厚が薄い絶縁膜を形成する場合には当該濃度が低く設定された液体材料が用いられる。また、膜厚が厚い絶縁膜を形成する場合には、当該濃度が高く設定された液体材料が用いられる。このようにポリシラザンの濃度が所定値よりも高い場合には、例えばスピンコート法を用いて液体材料を塗布すると、基板に滴下した液体材料が周辺部まで塗れ広がりにくいという特性があり、また、絶縁膜の膜厚が厚くなるので、第１の熱処理又は第２の熱処理を施すことによって絶縁膜内に熱応力が生じてしまい、クラック等の欠陥を招くという場合がある。
これに対し、本実施形態においては、先に記載した第１実施形態における絶縁膜の形成方法を用いて、複数層の層間絶縁膜を形成しているので、ポリシラザンの濃度が高い液体材料を用いる必要がなく、濃度が低い液体材料を用いて絶縁膜の厚膜化を施すことができる。更に、第１の熱処理又は第２の熱処理を施すことによるクラックの発生が生じることがなく、良好な膜質の絶縁膜を形成することができる。
また、ポリシラザンの濃度が低い液体材料をスピンコート法を用いて塗布した場合には、基板に滴下した液体材料が基板全面に好適に塗れ広がるので、平坦化された膜を形成するのが容易になる。
このように複数の膜を積層形成する方法では、特に厚膜化が必要な絶縁膜に対して有効であり、例えば、層間絶縁膜やパッシベーション絶縁膜を形成するには特に有効である。
【００４３】
（絶縁膜形成方法の第３実施形態）
次に、絶縁膜形成方法の第３実施形態について説明する。
本実施形態においては、第１実施形態と異なる部分のについて説明し、同一構成には同一符号を付し、説明を簡略化している。
図７〜図９は、絶縁膜形成方法の第３実施形態に用いられる塗布装置を示す図である。本実施形態では塗布する液体として上述のポリシラザンを有する液体材料（ポリシラザン液体材料）が用いられる。
図７において、ステージ３０１上に基板３０２が真空吸着されている。液体材料は液体保管部３０７から供給管３０６を通してディスペンサヘッド３０４に供給される。液体材料は更に、ディスペンサヘッド３０７に設けられた複数のノズル３０５から、基板３０２上に非常に多くのドット３０３として塗布される。
【００４４】
ノズル３０５の詳細断面図を図８に示す。図８はインクジェットプリンタのヘッドと同様な構造であり、ピエゾ素子の振動で液体材料を吐出するようになっている。液体材料は入り口部３１１から供給口３１２を介してキャビティ部３１３に溜まる。振動板３１５に密着しているピエゾ素子３１４の伸縮により該振動板３１５が動き、キャビティ３１３の体積が減少または増加する。液体材料はキャビティ３１３の体積が減少するときノズル口３１６から吐出され、キャビティ３１３の体積が増加するとき、液体材料は供給口３１２からキャビティ３１３に供給される。ノズル口３１６は例えば図９に示すように２次元的に複数個配列されており、図７に示したように、基板３０２またはディスペンサ３０４が相対的に移動することによって、基板全面に液体材料がドット状に塗布される。
【００４５】
図９において、ノズル口３１６の配列ピッチは、横方向ピッチＰ１が数１００μｍ、縦方向ピッチＰ２が数ｍｍである。ノズル口３１６の口径は数１０μｍ〜数１００μｍである。一回の吐出量は数１０ｎｇ〜数１００ｎｇで、吐出される液体材料の液滴の大きさは直径数１０μｍ〜数１００μｍである。ドット状に塗布される液体材料は、ノズル３０５から吐出された直後は数１００μｍの円形である。液体材料を基板全面に塗布する場合は、前記ドット３０３のピッチも数１００μｍとし、回転数が数百〜数千ｒｐｍで数秒間基板を回転すれば、均一な膜厚の塗布膜が得られる。塗布膜の膜厚は基板の回転数や回転時間だけでなく、ノズル口３１６の口径及びドット３０３のピッチによっても制御可能である。
【００４６】
この液体材料塗布方式はインクジェット方式の液体塗布方式であり、基板全面にドット状に塗布されるため、ドット３０３間の液体材料のない部分に液体材料が塗布されるように基板を移動例えば回転させればよいので、液体材料を効率的に使用することができる。
【００４７】
また、インクジェット方式の液体塗布において、ノズル口３１６の口径は更に小さくすることができるので、１０〜２０μｍ幅の線状のパターンに塗布することも可能である。この技術をシリコン膜や導電膜の形成に用いれば、フォトリソグラフィ工程が不要な直接描画が可能となる。ＴＦＴのデザインルールが数１０μｍ程度であれば、この直接描画と塗布方式の薄膜形成技術を組み合わせることにより、ＣＶＤ装置、スパッタ装置、イオン打ち込みやイオンドーピング装置、露光装置、エッチング装置を使用しない液晶表示装置の製造が可能となる。即ち、本発明によるインクジェット方式の液体塗布装置と、レーザアニール装置やランプアニール装置等の熱処理装置のみで液晶表示装置が製造できるのである。
【００４８】
なお、本実施形態においては、ポリシラザンを有する液体材料を用いた場合について説明したが、当該液体材料に限定することなく、薄膜を形成するための液体やフォトエッチング時のマスクに使用されるレジスト等、各種塗布膜の材料液体を用いてもよい。
【００４９】
また、図１及び図２に示すＴＦＴを構成する薄膜のうち、絶縁膜以外の膜の形成方法は、公知のフォトリソグラフィ技術を用いたパターニング方法や、イオンドーピング法等の不純物拡散方法を用いて形成される。
【００５０】
また、上述の実施形態はＴＦＴアクティブマトリクス基板を例に挙げてＴＦＴについて説明したが、同じアクティブマトリクス基板としてＭＩＭ（金属−絶縁−金属）、ＭＩＳ（金属−絶縁−シリコン）等の他の２端子、３端子素子を画素スイッチング素子の製造方法にも同様に適用できる。例えばＭＩＭを用いたアクティブマトリクス基板の薄膜積層構造は半導体層を含まず、導電層と絶縁層のみで構成されるが、この場合にも本発明の製造方法を適用できる。更には、本発明はアクティブマトリクス基板にのみでなく、表示要素としても液晶によらずに例えばＥＬ（エレクトロルミネッセンス）等に用いられるものに適用してもよい。更には、ＴＦＴを含む半導体デバイス、ＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）等、導電層と絶縁層を含み、更には半導体層を含む種々の薄膜積層構造を有する薄膜デバイスに本発明の製造方法が適用可能である。
【００５１】
次に、上述の製造方法によって製造されたＴＦＴを有する電子機器について説明する。
図１０は、携帯電話の一例を示した斜視図である。
図１０において、符号１０００は携帯電話本体を示し、符号１００１は上述のＴＦＴアクティブマトリクス基板からなる液晶表示部を示している。
図１１は、腕時計型電子機器の一例を示した斜視図である。
図１１において、符号１１００は時計本体を示し、符号１１０１は上述のＴＦＴアクティブマトリクス基板からなる液晶表示部を示している。
図１２は、ワープロ、パソコン、移動体情報端末等の携帯型情報処理装置の一例を示した斜視図である。図１２において、符号１２００は情報処理装置、符号１２０１はキーボード等の入力部、符号１２０２は上述のＴＦＴアクティブマトリクス基板からなる液晶表示部、符号１２０３は情報処理装置本体を示している。
【００５２】
図１０〜図１２に示すそれぞれの電子機器は、上述の薄膜トランジスタを有するＴＦＴアクティブマトリクス基板を備えているので、製造コストが低減された電子機器となる。
また、液晶表示装置に限ることなく、アクティブマトリクス基板やドライバ回路を有する有機ＥＬ装置等のフラットパネルディスプレイ、また、当該フラットパネルディスプレイを表示部として具備する機器を例示することができる。
それ以外にも、上記薄膜トランジスタを有する密着型イメージセンサ、ドライバ内蔵型のサーマルヘッド、有機系ＥＬ素子を発光素子としたドライバ内蔵型の光書き込み素子、３次元ＩＣ等を例示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の薄膜トランジスタの基本的構造を説明するための側断面図。
【図２】本発明の薄膜トランジスタの基本的構造を説明するための側断面図。
【図３】本発明の絶縁膜を形成する塗布型絶縁膜形成装置を示す装置構成図。
【図４】図３の塗布型絶縁膜形成装置の要部を示す側断面図。
【図５】図４の塗布型絶縁膜形成装置によって形成された膜を示す側断面図。
【図６】薄膜トランジスタの層間絶縁膜を示す側断面図。
【図７】本発明における他の液体塗布装置の構成図。
【図８】図７に示す液体塗布装置の部分拡大図。
【図９】図７に示す液体塗布装置の部分拡大図。
【図１０】本発明における電子機器を示す図。
【図１１】本発明における電子機器を示す図。
【図１２】本発明における電子機器を示す図。
【図１３】従来技術を説明するための説明図。
【符号の説明】
【００５４】
１２…下地絶縁膜
１４…多結晶シリコン層（シリコン膜）
１６…ゲート絶縁膜
２０…層間絶縁膜
２２…画素電極（導電膜）
２４…ソース線（導電膜）
２６…保護膜（パッシベーション絶縁膜）
３８Ｃ…非晶質シリコンのチャネル領域（シリコン膜）
１３８…ポリシラザン液体材料（ペルヒドロポリシラザン）
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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