(57)【要約】  【課題】  有害な不純物気体を用いる必要がなく、大掛かりな装置を用いる必要がなく、使用する装置内や配管内の汚染等の問題も少なく、ドーパントの使用量も少なくて済み、人体や環境への負荷が少なく、しかもプラスチック基板等の低融点基板や大面積基板を使用する場合に適合したドーピング方法およびそれを用いた半導体装置の製造方法を提供する。  【解決手段】  ドーパント不純物イオンを含む溶液１６をシリコン膜１３の表面に付着させて溶液層１７を形成した後、この溶液層１７を乾燥させることにより不純物含有層からなる化合物層１８を形成する。次に、エネルギービーム１９を照射して熱処理を行うことにより、化合物層１８を不純物拡散源としてシリコン膜１３に不純物原子を拡散させてソース領域２０およびドレイン領域２１を形成する。この後、化合物層１８を除去する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドーパント不純物イオンを含む溶液を基体の表面の少なくとも一部に付着させる工程と、
上記溶液を乾燥させることにより不純物含有層からなる化合物層を形成する工程と、
熱処理を行うことにより、上記化合物層を不純物拡散源として上記基体に不純物原子を拡散させる工程と、
上記基体に上記不純物原子を拡散させた後、上記化合物層を除去する工程とを有する
ことを特徴とするドーピング方法。
【請求項２】
上記溶液を塗布、散布または印刷により付着させることを特徴とする請求項１記載のドーピング方法。
【請求項３】
上記基体が半導体基体であることを特徴とする請求項１記載のドーピング方法。
【請求項４】
上記ドーパント不純物イオンがＶ族元素またはＩＩＩ族元素のイオンであり、上記基体がＩＶ族元素の材料からなることを特徴とする請求項１記載のドーピング方法。
【請求項５】
上記ドーパント不純物イオンがリンイオンであり、上記化合物層がリン化合物からなることを特徴とする請求項１記載のドーピング方法。
【請求項６】
上記ドーパント不純物イオンがホウ素イオンであり、上記化合物層がホウ素化合物からなることを特徴とする請求項１記載のドーピング方法。
【請求項７】
上記熱処理をエネルギービームを用いて行うことを特徴とする請求項１記載のドーピング方法。
【請求項８】
上記エネルギービームがレーザービーム、電子ビーム、赤外線ランプによる赤外線または紫外線ランプによる紫外線であることを特徴とする請求項７記載のドーピング方法。
【請求項９】
上記基体が非晶質基板上に半導体膜を形成したものであることを特徴とする請求項１記載のドーピング方法。
【請求項１０】
上記半導体膜が、ポリシラン系化合物の堆積物、ポリシラン系化合物の縮重合体の堆積物、非晶質シリコン、微結晶シリコン、多結晶シリコンまたは単結晶シリコンからなることを特徴とする請求項９記載のドーピング方法。
【請求項１１】
上記非晶質基板がガラスからなることを特徴とする請求項９記載のドーピング方法。
【請求項１２】
上記非晶質基板が有機高分子材料からなることを特徴とする請求項９記載のドーピング方法。
【請求項１３】
上記エネルギービームがレーザービームであり、このレーザービームを上記基体の表面に選択的に照射することにより上記熱処理を行うことを特徴とする請求項７記載のドーピング方法。
【請求項１４】
少なくとも一つの上記工程をロール・ツー・ロールプロセスで行うことを特徴とする請求項１記載のドーピング方法。
【請求項１５】
全ての上記工程をロール・ツー・ロールプロセスで行うことを特徴とする請求項１記載のドーピング方法。
【請求項１６】
ドーパント不純物イオンを含む溶液を半導体基体の表面の少なくとも一部に付着させる工程と、
上記溶液を乾燥させることにより不純物含有層からなる化合物層を形成する工程と、
熱処理を行うことにより、上記化合物層を不純物拡散源として上記半導体基体に不純物原子を拡散させる工程と、
上記半導体基体に上記不純物原子を拡散させた後、上記化合物層を除去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１７】
上記半導体装置が薄膜半導体素子であることを特徴とする請求項１６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
上記半導体基体上にゲート絶縁膜およびゲート電極を形成する工程を有することを特徴とする請求項１６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
上記ゲート絶縁膜がシラノール系化合物またはその縮重合体からなることを特徴とする請求項１８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
上記ゲート電極が塗布型の金属材料からなる膜またはめっき膜からなることを特徴とする請求項１８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２１】
基板上に非晶質シリコン膜を形成する工程と、
上記非晶質シリコン膜にエネルギービームを照射することにより上記非晶質シリコン膜を改質して結晶性シリコン膜を形成する工程と、
上記結晶性シリコン膜上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
上記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
ドーパント不純物イオンを含む溶液を上記ゲート電極の両側の部分における上記結晶性シリコン膜上に付着させる工程と、
上記溶液を乾燥させることにより不純物含有層からなる化合物層を形成する工程と、
熱処理を行うことにより、上記化合物層を不純物拡散源とし、かつ、上記ゲート電極をマスクとして上記結晶性シリコン膜に不純物原子を拡散させてソース領域およびドレイン領域を形成する工程と、
上記結晶性シリコン膜に上記不純物原子を拡散させた後、上記化合物層を除去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２２】
ドーパント不純物イオンを含む溶液を半導体基体の表面の少なくとも一部に付着させる工程と、
上記溶液を乾燥させることにより不純物含有層からなる化合物層を形成する工程と、
熱処理を行うことにより、上記化合物層を不純物拡散源として上記半導体基体に不純物原子を拡散させる工程と、
上記半導体基体に上記不純物原子を拡散させた後、上記化合物層を除去する工程とを有する
ことを特徴とする電子応用装置の製造方法。
【請求項２３】
基板上に非晶質シリコン膜を形成する工程と、
上記非晶質シリコン膜にエネルギービームを照射することにより上記非晶質シリコン膜を改質して結晶性シリコン膜を形成する工程と、
上記結晶性シリコン膜上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
上記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
ドーパント不純物イオンを含む溶液を上記ゲート電極の両側の部分における上記結晶性シリコン膜上に付着させる工程と、
上記溶液を乾燥させることにより不純物含有層からなる化合物層を形成する工程と、
熱処理を行うことにより、上記化合物層を不純物拡散源とし、かつ、上記ゲート電極をマスクとして上記結晶性シリコン膜に不純物原子を拡散させてソース領域およびドレイン領域を形成する工程と、
上記結晶性シリコン膜に上記不純物原子を拡散させた後、上記化合物層を除去する工程とを有する
ことを特徴とする電子応用装置の製造方法。
【請求項２４】
非晶質基板上に形成したポリシラン化合物を熱処理することによりシリコン膜を形成する工程と、
オゾン酸化プロセスまたはリモートプラズマ酸化プロセスにより上記シリコン膜の表面に酸化膜を形成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２５】
非晶質基板上に形成したポリシラン化合物を熱処理することによりシリコン膜を形成する工程と、
上記シリコン膜の表面に、塗布型酸化膜の形成に用いられる溶液を付着させる工程と、
上記シリコン膜の表面に上記溶液を付着させた後、熱処理を行うことにより酸化膜を形成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２６】
非晶質基板上に形成したポリシラン化合物を熱処理することによりシリコン膜を形成する工程と、
オゾン酸化プロセスまたはリモートプラズマ酸化プロセスにより上記シリコン膜の表面に第１の酸化膜を形成する工程と、
上記第１の酸化膜の表面に、塗布型酸化膜の形成に用いられる溶液を付着させる工程と、
上記第１の酸化膜の表面に上記溶液を付着させた後、熱処理を行うことにより第２の酸化膜を形成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２７】
非晶質基板上に形成したポリシラン化合物を熱処理することによりシリコン膜を形成する工程と、
上記シリコン膜の表面に、塗布型酸化膜の形成に用いられる溶液を付着させる工程と、
上記シリコン膜の表面に上記溶液を付着させた後、熱処理を行うことにより酸化膜を形成する工程と、
オゾン酸化プロセスまたはリモートプラズマ酸化プロセスによって上記酸化膜を緻密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２８】
非晶質基板上に形成したポリシラン化合物を熱処理することによりシリコン膜を形成する工程と、
上記シリコン膜の表面に常圧ＣＶＤプロセスにより酸化膜を形成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２９】
非晶質基板上に形成したポリシラン化合物を熱処理することによりシリコン膜を形成する工程と、
オゾン酸化プロセスまたはリモートプラズマ酸化プロセスにより上記シリコン膜の表面に酸化膜を形成する工程と、
上記酸化膜上に金属膜を所定形状に鍍金する工程と、
上記金属膜をマスクとして上記酸化膜を除去する工程と、
上記金属膜をマスクとしてドーパント不純物イオンを含む溶液を上記シリコン膜上に付着させる工程と、
上記溶液を乾燥させることにより不純物含有層からなる化合物層を形成する工程と、
エネルギービームを用いて熱処理を行うことにより、上記化合物層を不純物拡散源とし、かつ、上記金属膜をマスクとして上記シリコン膜に不純物原子を拡散させる工程とを有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３０】
非晶質基板上に形成したポリシラン化合物を熱処理することによりシリコン膜を形成する工程と、
上記シリコン膜の表面に、塗布型酸化膜の形成に用いられる溶液を付着させる工程と、
上記シリコン膜の表面に上記溶液を付着させた後、熱処理を行うことにより酸化膜を形成する工程と、
上記酸化膜上に金属膜を所定形状に鍍金する工程と、
上記金属膜をマスクとして上記酸化膜を除去する工程と、
上記金属膜をマスクとしてドーパント不純物イオンを含む溶液を上記シリコン膜上に付着させる工程と、
上記溶液を乾燥させることにより不純物含有層からなる化合物層を形成する工程と、
エネルギービームを用いて熱処理を行うことにより、上記化合物層を不純物拡散源とし、かつ、上記金属膜をマスクとして上記シリコン膜に不純物原子を拡散させる工程とを有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３１】
非晶質基板上に形成したポリシラン化合物を熱処理することによりシリコン膜を形成する工程と、
オゾン酸化プロセスまたはリモートプラズマ酸化プロセスにより上記シリコン膜の表面に第１の酸化膜を形成する工程と、
上記第１の酸化膜の表面に、塗布型酸化膜の形成に用いられる溶液を付着させる工程と、
上記第１の酸化膜の表面に上記溶液を付着させた後、熱処理を行うことにより第２の酸化膜を形成する工程と、
上記第２の酸化膜上に金属膜を所定形状に鍍金する工程と、
上記金属膜をマスクとして上記第１の酸化膜および上記第２の酸化膜を除去する工程と、
上記金属膜をマスクとしてドーパント不純物イオンを含む溶液を上記シリコン膜上に付着させる工程と、
上記溶液を乾燥させることにより不純物含有層からなる化合物層を形成する工程と、
エネルギービームを用いて熱処理を行うことにより、上記化合物層を不純物拡散源とし、かつ、上記金属膜をマスクとして上記シリコン膜に不純物原子を拡散させる工程とを有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３２】
非晶質基板上に形成したポリシラン化合物を熱処理することによりシリコン膜を形成する工程と、
上記シリコン膜の表面に、塗布型酸化膜の形成に用いられる溶液を付着させる工程と、
上記シリコン膜の表面に上記溶液を付着させた後、熱処理を行うことにより酸化膜を形成する工程と、
オゾン酸化プロセスまたはリモートプラズマ酸化プロセスによって上記酸化膜を緻密化する工程と、
上記酸化膜を緻密化した後、上記酸化膜上に金属膜を所定形状に鍍金する工程と、
上記金属膜をマスクとして上記酸化膜を除去する工程と、
上記金属膜をマスクとしてドーパント不純物イオンを含む溶液を上記シリコン膜上に付着させる工程と、
上記溶液を乾燥させることにより不純物含有層からなる化合物層を形成する工程と、
エネルギービームを用いて熱処理を行うことにより、上記化合物層を不純物拡散源とし、かつ、上記金属膜をマスクとして上記シリコン膜に不純物原子を拡散させる工程とを有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３３】
非晶質基板上に形成したポリシラン化合物を熱処理することによりシリコン膜を形成する工程と、
オゾン酸化プロセスまたはリモートプラズマ酸化プロセスにより上記シリコン膜の表面に酸化膜を形成する工程と、
上記酸化膜上に金属微粒子を含む溶液を付着させる工程と、
上記溶液を乾燥させて金属微粒子層を形成する工程と、
上記金属微粒子層上に金属膜を所定形状に鍍金する工程と、
上記金属膜をマスクとして上記酸化膜を除去する工程と、
上記金属膜をマスクとしてドーパント不純物イオンを含む溶液を上記シリコン膜上に付着させる工程と、
上記溶液を乾燥させることにより不純物含有層からなる化合物層を形成する工程と、
エネルギービームを用いて熱処理を行うことにより、上記化合物層を不純物拡散源とし、かつ、上記金属膜をマスクとして上記シリコン膜に不純物原子を拡散させる工程とを有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３４】
非晶質基板上に形成したポリシラン化合物を熱処理することによりシリコン膜を形成する工程と、
上記シリコン膜の表面に、塗布型酸化膜の形成に用いられる溶液を付着させる工程と、
上記シリコン膜の表面に上記溶液を付着させた後、熱処理を行うことにより酸化膜を形成する工程と、
上記酸化膜上に金属微粒子を含む溶液を付着させる工程と、
上記溶液を乾燥させて金属微粒子層を形成する工程と、
上記金属微粒子層上に金属膜を所定形状に鍍金する工程と、
上記金属膜をマスクとして上記酸化膜を除去する工程と、
上記金属膜をマスクとしてドーパント不純物イオンを含む溶液を上記シリコン膜上に付着させる工程と、
上記溶液を乾燥させることにより不純物含有層からなる化合物層を形成する工程と、
エネルギービームを用いて熱処理を行うことにより、上記化合物層を不純物拡散源とし、かつ、上記金属膜をマスクとして上記シリコン膜に不純物原子を拡散させる工程とを有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３５】
非晶質基板上に形成したポリシラン化合物を熱処理することによりシリコン膜を形成する工程と、
オゾン酸化プロセスまたはリモートプラズマ酸化プロセスにより上記シリコン膜の表面に第１の酸化膜を形成する工程と、
上記第１の酸化膜の表面に、塗布型酸化膜の形成に用いられる溶液を塗布、噴霧または印刷により付着させる工程と、
上記第１の酸化膜の表面に上記溶液を付着させた後、熱処理を行うことにより第２の酸化膜を形成する工程と、
上記第２の酸化膜上に金属微粒子を含む溶液を付着させる工程と、
上記溶液を乾燥させて金属微粒子層を形成する工程と、
上記金属微粒子層上に金属膜を所定形状に鍍金する工程と、
上記金属膜をマスクとして上記第１の酸化膜および上記第２の酸化膜を除去する工程と、
上記金属膜をマスクとしてドーパント不純物イオンを含む溶液を上記シリコン膜上に付着させる工程と、
上記溶液を乾燥させることにより不純物含有層からなる化合物層を形成する工程と、
エネルギービームを用いて熱処理を行うことにより、上記化合物層を不純物拡散源とし、かつ、上記金属膜をマスクとして上記シリコン膜に不純物原子を拡散させる工程とを有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３６】
非晶質基板上に形成したポリシラン化合物を熱処理することによりシリコン膜を形成する工程と、
上記シリコン膜の表面に、塗布型酸化膜の形成に用いられる溶液を塗布、噴霧または印刷により付着させる工程と、
上記シリコン膜の表面に上記溶液を付着させた後、熱処理を行うことにより酸化膜を形成する工程と、
オゾン酸化プロセスまたはリモートプラズマ酸化プロセスによって上記酸化膜を緻密化する工程と、
上記酸化膜を緻密化した後、上記酸化膜上に金属微粒子を含む溶液を付着させる工程と、
上記溶液を乾燥させて金属微粒子層を形成する工程と、
上記金属微粒子層上に金属膜を所定形状に鍍金する工程と、
上記金属膜をマスクとして上記酸化膜を除去する工程と、
上記金属膜をマスクとしてドーパント不純物イオンを含む溶液を上記シリコン膜上に付着させる工程と、
上記溶液を乾燥させることにより不純物含有層からなる化合物層を形成する工程と、
エネルギービームを用いて熱処理を行うことにより、上記化合物層を不純物拡散源とし、かつ、上記金属膜をマスクとして上記シリコン膜に不純物原子を拡散させる工程とを有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３７】
上記エネルギービームを用いた熱処理を、半導体レーザーまたはＹＡＧレーザーを用いたレーザービームの選択的な照射により行うことを特徴とする請求項２９〜３６のいずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３８】
上記オゾン酸化プロセスまたはリモートプラズマ酸化プロセスを、１０-2Ｔｏｒｒ以上の雰囲気または部分排気のみを行った常圧下で行うことを特徴とする請求項２４、２６、２７、２９、３１、３２、３３、３５または３６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３９】
全ての上記工程を、１０-2Ｔｏｒｒ以上の雰囲気または部分排気のみを行った常圧下で行うことを特徴とする請求項２４〜３６のいずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４０】
少なくとも一つの上記工程をロール・ツー・ロールプロセスで行うことを特徴とする請求項２４〜３６のいずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４１】
全ての上記工程をロール・ツー・ロールプロセスで行うことを特徴とする請求項２４〜３６のいずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４２】
上記シリコン膜または上記酸化膜、上記第１の酸化膜もしくは上記第２の酸化膜を常圧プラズマを用いてエッチングする工程を有することを特徴とする請求項２４〜３６のいずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ドーピング方法、半導体装置の製造方法および電子応用装置の製造方法に関し、例えば、薄膜半導体素子の製造に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
高度情報化時代の進展に伴い、入出力装置の重要性が急激に増しており、装置の高機能化が求められている。さらに、近年携帯端末機の普及は目覚ましく、それに伴い、従来のガラス基板に対して、軽量性、可とう性、非破壊性等に優れているプラスチック基板上への薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）作製技術が望まれている。このような状況の中で、ＴＦＴを用いたアクティブマトリクス型液晶表示装置（ＡＭ−ＬＣＤ）や、密着型イメージセンサ（ＣＩＳ）等の研究開発が活発に行われている。
【０００３】
シリコンからなる半導体膜をチャンネルに用いたＴＦＴを、キャリア走行層（活性層）の構成材料から分類すると、非晶質シリコン（アモルファスシリコン：ａ−Ｓｉ）からなる半導体膜を用いたものと、結晶相を有する多結晶質シリコン（非単結晶の結晶質シリコン）からなる半導体膜を用いたものとに分類することができる。多結晶質シリコンとしては主として多結晶シリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）または微結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）が知られている。
【０００４】
多結晶シリコン、微結晶シリコン等の多結晶質シリコンからなる半導体は、アモルファスシリコンからなる半導体と比較してキャリアの移動度が１０倍から１００倍程度大きいという特徴があり、スイッチング素子の構成材料として非常に優れた特性を有している。また、多結晶質シリコンを活性層に用いたＴＦＴは高速動作が可能なことから、近年では各種論理回路（例えば、ドミノ論理回路、ＣＭＯＳトランスミッションゲート回路）やこれらを用いたマルチプレクサ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＣＤ、ＲＡＭ、さらには液晶表示装置、エレクトロルミネセンス表示装置等の駆動回路等を構成するスイッチング素子としても注目されている。また、近年、このような多結晶質シリコンをチャンネル半導体膜として用いたＴＦＴをスイッチング素子および周辺駆動回路を構成する素子として採用したアクティブマトリクス型液晶表示装置が注目されている。それは、安価な非結晶質のガラス基板を用いて低温成膜可能な多結晶質シリコン半導体膜を用いてＴＦＴアレイを構成することにより、反射型で、大面積、高精細、高画質かつ安価なパネルディスプレイ（例えば、フラット型テレビジョン）を実現できる可能性があるからである。
【０００５】
ところで、多結晶シリコンＴＦＴは製造工程上、プロセス最高温度が１０００℃程度に達することから、この多結晶シリコンＴＦＴ製造用の絶縁基板としては耐熱性に優れた石英ガラス等が用いられている。すなわち、製造プロセス上、比較的低融点のガラス基板を使用することは困難とされている。しかしながら、液晶表示装置の低コスト化のためには低融点ガラス基板材料の使用が不可欠である。そこで近年、プロセス最高温度が６００℃以下になる所謂低温プロセスの開発が進められ、実際にデバイスの作製が行われている。さらに、最近では、より低温で大面積化が容易であるプラスチック基板を用いることも検討されている。プラスチック基板の変形温度は、耐熱性のある材料によって形成された場合でも、せいぜい２００℃である。したがって、基板がプラスチックにより形成されている場合には、全てのプロセスを２００℃以下という従来に比較して超低温の条件で行わざるを得ない。
【０００６】
液晶表示装置の大型化に伴い、低温プロセスによる多結晶シリコンＴＦＴでは、大面積の半導体膜にスループット良く不純物を注入できるイオンドーピング法やプラズマドーピング法が用いられている。イオンドーピング法は、不純物気体をイオン化した後、質量分離を行うことなく電界加速して大面積の半導体膜に一括して不純物イオンを照射するものであり、プラズマドーピング法は、不純物気体と成膜ガスとを同時にイオン化し、基板表面に不純物イオンとともに成膜を行う方法である。これに対し、イオンインプランテーション（イオン注入）法は不純物イオンの質量分離を行った後、イオンビームにして半導体膜に照射するものである。このイオンインプランテーション法では、打ち込むイオンのエネルギーにより基板の温度が上がるため、低融点のプラスチック基板には向かないほか、ビームによるスキャンを用いることや装置の大きさを考えると大面積プロセスには向いていない。上述のようにイオンドーピング法やプラズマドーピング法は大面積化に有利であるが、一方で、これらのプロセスでは半導体膜中に水素を多量に含んでしまうため、プラスチック基板を用いる場合のようにさらに低温でのプロセスが必要な場合には水素抜きに必要な温度（４００〜４６０℃）に加熱することができず、その後のエキシマーレーザーによる結晶化（ＥＬＡ：Eximer Laser Anneal)時に内部の水素が噴出して半導体膜を破壊してしまうという問題が起こってしまう。また、原理上、自己整合型のプロセスには向かない等の問題もある。
【０００７】
最近、２００℃以下の超低温プロセスでドーピング可能な方法としてＬＩＭＰＩＤ（Laser-Induced Melting of Predeposited Impurity Doping)法が注目されている。これは不純物気体をイオン化し、半導体膜表面に不純物イオンを吸着させた後、エキシマーレーザーにより膜中に不純物を溶かし込む方法で、膜中に水素を取り込まないだけでなく、自己整合化プロセスにも最適であり、低温プロセスへの最適性と併せて注目されている（特許文献１−４）。
【特許文献１】特開昭６１−１３８１３１号公報
【特許文献２】特開昭６２−２５３１号公報
【特許文献３】特開昭６２−２６４６１９号公報
【特許文献４】特開平９−２９３８７８号公報
【０００８】
一方、近年、従来のブラウン管を用いたＣＲＴタイプのテレビに代わって、薄くて軽い大型平面テレビへの市場のニーズは急速に拡大している。低価格の大型液晶平面型ディスプレイの作製のために、製造ラインのスループットを上げる努力が行われている。すなわち、一枚の基板、所謂マザーガラスから数枚のディスプレイパネルを一度に作製してしまう方法がそれに当たる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述のように、エキシマーレーザーを用いたＬＩＭＰＩＤ法は自己整合化プロセスにも最適であり、低温プロセスへの最適性と併せて注目されている。
しかしながら、ＬＩＭＰＩＤ法では、不純物気体にフォスフィン（ＰＨ3 ）やジボラン（Ｂ2 Ｈ6 ）といった有毒な不純物気体を用いる必要がある。このため、基板を真空排気されたチャンバーの中に設置してプラズマにより不純物気体の分解を行ったり、クロスコンタミネーション防止のために不純物種ごとにチャンバーを代えたりする必要がある。また、チャンバー内や配管内の汚染等も問題となる。さらに、吸着処理中に必要以上の不純物気体を流すために人体や環境への負荷が大きくなる。
【００１０】
一方、平面型ディスプレイの大型化に伴い、マザーガラスと呼ばれるガラス基板のサイズはメートルサイズとなり、従来の真空プロセスでディスプレイを作製するためには、真空チャンバーの大型化、搬送ロボットの大型化、それに伴う生産ライン、クリーンルームの大型化は極限にまで達しており、設備投資にかけなければならない費用は膨大となっている。
【００１１】
したがって、この発明が解決しようとする課題は、有害な不純物気体を用いる必要がなく、大掛かりな装置を用いる必要がなく、使用する装置内や配管内の汚染等の問題も少なく、ドーパントの使用量も少なくて済み、人体や環境への負荷が少なく、しかもプラスチック基板等の低融点基板や大面積基板を使用する場合に適合したドーピング方法ならびにこのドーピング方法を用いた半導体装置の製造方法および電子応用装置の製造方法を提供することにある。
【００１２】
この発明が解決しようとする他の課題は、真空レスのプロセスの使用により設備投資を抑えて低コストで半導体装置を製造することができる半導体装置の製造方法およびこれを用いた電子応用装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、この発明の第１の発明は、
ドーパント不純物イオンを含む溶液を基体の表面の少なくとも一部に付着させる工程と、
上記溶液を乾燥させることにより不純物含有層からなる化合物層を形成する工程と、
熱処理を行うことにより、上記化合物層を不純物拡散源として上記基体に不純物原子を拡散させる工程と、
上記基体に上記不純物原子を拡散させた後、上記化合物層を除去する工程とを有する
ことを特徴とするドーピング方法である。
【００１４】
ドーパント不純物イオンを含む溶液は、典型的には、塗布、散布（あるいは噴霧）、印刷等により基体の表面に付着させる。この溶液中のドーパント不純物イオンの濃度は、基体の表面に吸着させるドーパント不純物イオンの量に応じて選ばれ、目的の濃度のものを容易に調製可能である。印刷方法はコンタクトプリント法に限らず、インプリント法、スクリーン印刷、グラビア印刷、オフセット印刷等様々な方法を用いることが可能である。基体は典型的には半導体基体であるが、酸化物等に代表される絶縁体材料ないし誘電体材料（強誘電体材料を含む）、超伝導体材料、非線形光学材料等からなる各種の基体であってもよい。具体例を挙げると、基体が非線形光学材料であるＬｉＮｂＯ3 からなり、これにＴｉを拡散させる場合である。基体が半導体基体である場合の典型的な例は、ドーパント不純物イオンがＶ族元素またはＩＩＩ族元素のイオンで基体がＩＶ族元素（シリコン、ゲルマニウム等）の材料からなる場合であり、Ｖ族元素のイオンは具体的には例えばリン（Ｐ）イオンでそのときの化合物層はリン化合物からなり、ＩＩＩ族元素のイオンは具体的には例えばホウ素（Ｂ）イオンでそのときの化合物層はホウ素化合物からなる。
【００１５】
不純物原子を拡散させるための熱処理は、典型的にはエネルギービームを用いて行う。このエネルギービームは、基体の表面の不純物原子を拡散させようとする領域に選択的に照射してもよいし、この領域を含むより大きな領域あるいは基体の表面の全面に照射しても良い。このエネルギービームとしては、エキシマーレーザー、ＹＡＧレーザー、ファイバーレーザー、ルビーレーザー、Ａｒレーザー等の各種のレーザーによるパルスまたは連続発振レーザービーム、電子ビーム、赤外線ランプやカーボンヒーター等による赤外線、紫外線ランプによる紫外線等を用いることができる。
【００１６】
基体はそれ自体が膜であっても良いが、典型的には、結晶性または非晶質の基板上に膜を形成したものである。基体が半導体基体である場合、この半導体基体は、例えば非晶質基板上に半導体膜を形成したものである。この半導体膜は、例えば、ポリシラン系化合物の堆積物、ポリシラン系化合物の縮重合体の堆積物、非晶質シリコン、微結晶シリコン、多結晶シリコン、単結晶シリコン等からなるものであるが、ＧａＡｓ、ＧａＮ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、ＺｎＳｅ等のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体等の各種の化合物半導体からなる膜であっても良い。上記の非晶質基板としては、ガラスや有機高分子材料（プラスチック）からなるもののように、低耐熱性（低融点）であるが安価で大面積のものが容易に得られるものが好適に用いられる。
【００１７】
基体あるいは半導体基体が可とう性を有するもの（例えば、プラスチック基板上に半導体膜を形成したもの）である場合、上記のドーピング方法を構成する工程のうち、少なくとも一つの工程あるいは全部の工程を所謂ロール・ツー・ロール（Roll to Roll）プロセスで行うようにしても良い。このロール・ツー・ロールプロセスでは、例えば、第１のローラに、例えば透明プラスチックフィルムなどのテープ状の基板を巻き付けておき、この基板に対して所定のプロセスを施した後、この基板を巻き取り用の第２のローラで巻き取っていく。このようにすることにより、短時間で効率的に工程を実行することが可能である。
【００１８】
この発明の第２の発明は、
ドーパント不純物イオンを含む溶液を半導体基体の表面の少なくとも一部に付着させる工程と、
上記溶液を乾燥させることにより不純物含有層からなる化合物層を形成する工程と、
熱処理を行うことにより、上記化合物層を不純物拡散源として上記半導体基体に不純物原子を拡散させる工程と、
上記半導体基体に上記不純物原子を拡散させた後、上記化合物層を除去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である。
【００１９】
半導体装置は各種のものであって良いが、典型的には、例えば薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等の薄膜半導体素子である。薄膜トランジスタの場合には、半導体基体上にゲート絶縁膜およびゲート電極を形成する工程を有する。このゲート絶縁膜は各種の成膜技術等により形成することができ、その材料としても各種のものを用いることができるが、塗布型の絶縁体材料であるシラノール系化合物またはその縮重合体を用いることにより、簡便に形成することができる。同様に、ゲート電極は各種の成膜技術等により形成することができ、その材料としても各種のものを用いることができるが、微粒子を溶媒に溶かした後に塗布し、これを焼結させて金属膜を形成する塗布型の金属材料からなる膜やめっき膜等を用いることにより、簡便に形成することができる。
この第２の発明においては、その性質に反しない限り、第１の発明に関連して述べたことが成立する。
【００２０】
この発明の第３の発明は、
基板上に非晶質シリコン膜を形成する工程と、
上記非晶質シリコン膜にエネルギービームを照射することにより上記非晶質シリコン膜を改質して結晶性シリコン膜を形成する工程と、
上記結晶性シリコン膜上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
上記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
ドーパント不純物イオンを含む溶液を上記ゲート電極の両側の部分における上記結晶性シリコン膜上に付着させる工程と、
上記溶液を乾燥させることにより不純物含有層からなる化合物層を形成する工程と、
熱処理を行うことにより、上記化合物層を不純物拡散源とし、かつ、上記ゲート電極をマスクとして上記結晶性シリコン膜に不純物原子を拡散させてソース領域およびドレイン領域を形成する工程と、
上記結晶性シリコン膜に上記不純物原子を拡散させた後、上記化合物層を除去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である。
この第３の発明においては、その性質に反しない限り、第１および第２の発明に関連して述べたことが成立する。
【００２１】
この発明の第４の発明は、
ドーパント不純物イオンを含む溶液を半導体基体の表面の少なくとも一部に付着させる工程と、
上記溶液を乾燥させることにより不純物含有層からなる化合物層を形成する工程と、
熱処理を行うことにより、上記化合物層を不純物拡散源として上記半導体基体に不純物原子を拡散させる工程と、
上記半導体基体に上記不純物原子を拡散させた後、上記化合物層を除去する工程とを有する
ことを特徴とする電子応用装置の製造方法である。
【００２２】
この発明の第５の発明は、
基板上に非晶質シリコン膜を形成する工程と、
上記非晶質シリコン膜にエネルギービームを照射することにより上記非晶質シリコン膜を改質して結晶性シリコン膜を形成する工程と、
上記結晶性シリコン膜上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
上記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
ドーパント不純物イオンを含む溶液を上記ゲート電極の両側の部分における上記結晶性シリコン膜上に付着させる工程と、
上記溶液を乾燥させることにより不純物含有層からなる化合物層を形成する工程と、
熱処理を行うことにより、上記化合物層を不純物拡散源とし、かつ、上記ゲート電極をマスクとして上記結晶性シリコン膜に不純物原子を拡散させてソース領域およびドレイン領域を形成する工程と、
上記結晶性シリコン膜に上記不純物原子を拡散させた後、上記化合物層を除去する工程とを有する
ことを特徴とする電子応用装置の製造方法である。
【００２３】
第４および第５の発明において、電子応用装置には、各種のものが含まれ、例えば液晶表示装置その他の画像表示装置等が含まれる。半導体基体は、例えば、ディスプレイのバックパネルである。
この第４および第５の発明においては、その性質に反しない限り、第１および第２の発明に関連して述べたことが成立する。
【００２４】
この発明の第６の発明は、
非晶質基板上に形成したポリシラン化合物を熱処理することによりシリコン膜を形成する工程と、
オゾン酸化プロセスまたはリモートプラズマ酸化プロセスにより上記シリコン膜の表面に酸化膜を形成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である。
【００２５】
この発明の第７の発明は、
非晶質基板上に形成したポリシラン化合物を熱処理することによりシリコン膜を形成する工程と、
上記シリコン膜の表面に、塗布型酸化膜の形成に用いられる溶液を付着させる工程と、
上記シリコン膜の表面に上記溶液を付着させた後、熱処理を行うことにより酸化膜を形成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である。
【００２６】
この発明の第８の発明は、
非晶質基板上に形成したポリシラン化合物を熱処理することによりシリコン膜を形成する工程と、
オゾン酸化プロセスまたはリモートプラズマ酸化プロセスにより上記シリコン膜の表面に第１の酸化膜を形成する工程と、
上記第１の酸化膜の表面に、塗布型酸化膜の形成に用いられる溶液を付着させる工程と、
上記第１の酸化膜の表面に上記溶液を付着させた後、熱処理を行うことにより第２の酸化膜を形成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である。
【００２７】
この発明の第９の発明は、
非晶質基板上に形成したポリシラン化合物を熱処理することによりシリコン膜を形成する工程と、
上記シリコン膜の表面に、塗布型酸化膜の形成に用いられる溶液を付着させる工程と、
上記シリコン膜の表面に上記溶液を付着させた後、熱処理を行うことにより酸化膜を形成する工程と、
オゾン酸化プロセスまたはリモートプラズマ酸化プロセスによって上記酸化膜を緻密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である。
【００２８】
この発明の第１０の発明は、
非晶質基板上に形成したポリシラン化合物を熱処理することによりシリコン膜を形成する工程と、
上記シリコン膜の表面に常圧ＣＶＤプロセスにより酸化膜を形成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である。
【００２９】
この発明の第１１の発明は、
非晶質基板上に形成したポリシラン化合物を熱処理することによりシリコン膜を形成する工程と、
オゾン酸化プロセスまたはリモートプラズマ酸化プロセスにより上記シリコン膜の表面に酸化膜を形成する工程と、
上記酸化膜上に金属膜を所定形状に鍍金する工程と、
上記金属膜をマスクとして上記酸化膜を除去する工程と、
上記金属膜をマスクとしてドーパント不純物イオンを含む溶液を上記シリコン膜上に付着させる工程と、
上記溶液を乾燥させることにより不純物含有層からなる化合物層を形成する工程と、
エネルギービームを用いて熱処理を行うことにより、上記化合物層を不純物拡散源とし、かつ、上記金属膜をマスクとして上記シリコン膜に不純物原子を拡散させる工程とを有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【００３０】
この発明の第１２の発明は、
非晶質基板上に形成したポリシラン化合物を熱処理することによりシリコン膜を形成する工程と、
上記シリコン膜の表面に、塗布型酸化膜の形成に用いられる溶液を付着させる工程と、
上記シリコン膜の表面に上記溶液を付着させた後、熱処理を行うことにより酸化膜を形成する工程と、
上記酸化膜上に金属膜を所定形状に鍍金する工程と、
上記金属膜をマスクとして上記酸化膜を除去する工程と、
上記金属膜をマスクとしてドーパント不純物イオンを含む溶液を上記シリコン膜上に付着させる工程と、
上記溶液を乾燥させることにより不純物含有層からなる化合物層を形成する工程と、
エネルギービームを用いて熱処理を行うことにより、上記化合物層を不純物拡散源とし、かつ、上記金属膜をマスクとして上記シリコン膜に不純物原子を拡散させる工程とを有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【００３１】
この発明の第１３の発明は、
非晶質基板上に形成したポリシラン化合物を熱処理することによりシリコン膜を形成する工程と、
オゾン酸化プロセスまたはリモートプラズマ酸化プロセスにより上記シリコン膜の表面に第１の酸化膜を形成する工程と、
上記第１の酸化膜の表面に、塗布型酸化膜の形成に用いられる溶液を付着させる工程と、
上記第１の酸化膜の表面に上記溶液を付着させた後、熱処理を行うことにより第２の酸化膜を形成する工程と、
上記第２の酸化膜上に金属膜を所定形状に鍍金する工程と、
上記金属膜をマスクとして上記第１の酸化膜および上記第２の酸化膜を除去する工程と、
上記金属膜をマスクとしてドーパント不純物イオンを含む溶液を上記シリコン膜上に付着させる工程と、
上記溶液を乾燥させることにより不純物含有層からなる化合物層を形成する工程と、
エネルギービームを用いて熱処理を行うことにより、上記化合物層を不純物拡散源とし、かつ、上記金属膜をマスクとして上記シリコン膜に不純物原子を拡散させる工程とを有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【００３２】
この発明の第１４の発明は、
非晶質基板上に形成したポリシラン化合物を熱処理することによりシリコン膜を形成する工程と、
上記シリコン膜の表面に、塗布型酸化膜の形成に用いられる溶液を付着させる工程と、
上記シリコン膜の表面に上記溶液を付着させた後、熱処理を行うことにより酸化膜を形成する工程と、
オゾン酸化プロセスまたはリモートプラズマ酸化プロセスによって上記酸化膜を緻密化する工程と、
上記酸化膜を緻密化した後、上記酸化膜上に金属膜を所定形状に鍍金する工程と、
上記金属膜をマスクとして上記酸化膜を除去する工程と、
上記金属膜をマスクとしてドーパント不純物イオンを含む溶液を上記シリコン膜上に付着させる工程と、
上記溶液を乾燥させることにより不純物含有層からなる化合物層を形成する工程と、
エネルギービームを用いて熱処理を行うことにより、上記化合物層を不純物拡散源とし、かつ、上記金属膜をマスクとして上記シリコン膜に不純物原子を拡散させる工程とを有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【００３３】
この発明の第１５の発明は、
非晶質基板上に形成したポリシラン化合物を熱処理することによりシリコン膜を形成する工程と、
オゾン酸化プロセスまたはリモートプラズマ酸化プロセスにより上記シリコン膜の表面に酸化膜を形成する工程と、
上記酸化膜上に金属微粒子を含む溶液を付着させる工程と、
上記溶液を乾燥させて金属微粒子層を形成する工程と、
上記金属微粒子層上に金属膜を所定形状に鍍金する工程と、
上記金属膜をマスクとして上記酸化膜を除去する工程と、
上記金属膜をマスクとしてドーパント不純物イオンを含む溶液を上記シリコン膜上に付着させる工程と、
上記溶液を乾燥させることにより不純物含有層からなる化合物層を形成する工程と、
エネルギービームを用いて熱処理を行うことにより、上記化合物層を不純物拡散源とし、かつ、上記金属膜をマスクとして上記シリコン膜に不純物原子を拡散させる工程とを有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【００３４】
この発明の第１６の発明は、
非晶質基板上に形成したポリシラン化合物を熱処理することによりシリコン膜を形成する工程と、
上記シリコン膜の表面に、塗布型酸化膜の形成に用いられる溶液を付着させる工程と、
上記シリコン膜の表面に上記溶液を付着させた後、熱処理を行うことにより酸化膜を形成する工程と、
上記酸化膜上に金属微粒子を含む溶液を付着させる工程と、
上記溶液を乾燥させて金属微粒子層を形成する工程と、
上記金属微粒子層上に金属膜を所定形状に鍍金する工程と、
上記金属膜をマスクとして上記酸化膜を除去する工程と、
上記金属膜をマスクとしてドーパント不純物イオンを含む溶液を上記シリコン膜上に付着させる工程と、
上記溶液を乾燥させることにより不純物含有層からなる化合物層を形成する工程と、
エネルギービームを用いて熱処理を行うことにより、上記化合物層を不純物拡散源とし、かつ、上記金属膜をマスクとして上記シリコン膜に不純物原子を拡散させる工程とを有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【００３５】
この発明の第１７の発明は、
非晶質基板上に形成したポリシラン化合物を熱処理することによりシリコン膜を形成する工程と、
オゾン酸化プロセスまたはリモートプラズマ酸化プロセスにより上記シリコン膜の表面に第１の酸化膜を形成する工程と、
上記第１の酸化膜の表面に、塗布型酸化膜の形成に用いられる溶液を塗布、噴霧または印刷により付着させる工程と、
上記第１の酸化膜の表面に上記溶液を付着させた後、熱処理を行うことにより第２の酸化膜を形成する工程と、
上記第２の酸化膜上に金属微粒子を含む溶液を付着させる工程と、
上記溶液を乾燥させて金属微粒子層を形成する工程と、
上記金属微粒子層上に金属膜を所定形状に鍍金する工程と、
上記金属膜をマスクとして上記第１の酸化膜および上記第２の酸化膜を除去する工程と、
上記金属膜をマスクとしてドーパント不純物イオンを含む溶液を上記シリコン膜上に付着させる工程と、
上記溶液を乾燥させることにより不純物含有層からなる化合物層を形成する工程と、
エネルギービームを用いて熱処理を行うことにより、上記化合物層を不純物拡散源とし、かつ、上記金属膜をマスクとして上記シリコン膜に不純物原子を拡散させる工程とを有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【００３６】
この発明の第１８の発明は、
非晶質基板上に形成したポリシラン化合物を熱処理することによりシリコン膜を形成する工程と、
上記シリコン膜の表面に、塗布型酸化膜の形成に用いられる溶液を塗布、噴霧または印刷により付着させる工程と、
上記シリコン膜の表面に上記溶液を付着させた後、熱処理を行うことにより酸化膜を形成する工程と、
オゾン酸化プロセスまたはリモートプラズマ酸化プロセスによって上記酸化膜を緻密化する工程と、
上記酸化膜を緻密化した後、上記酸化膜上に金属微粒子を含む溶液を付着させる工程と、
上記溶液を乾燥させて金属微粒子層を形成する工程と、
上記金属微粒子層上に金属膜を所定形状に鍍金する工程と、
上記金属膜をマスクとして上記酸化膜を除去する工程と、
上記金属膜をマスクとしてドーパント不純物イオンを含む溶液を上記シリコン膜上に付着させる工程と、
上記溶液を乾燥させることにより不純物含有層からなる化合物層を形成する工程と、
エネルギービームを用いて熱処理を行うことにより、上記化合物層を不純物拡散源とし、かつ、上記金属膜をマスクとして上記シリコン膜に不純物原子を拡散させる工程とを有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【００３７】
第６〜第１８の発明において、エネルギービームを用いた熱処理は、例えば、半導体レーザーまたはＹＡＧレーザーを用いたレーザービームの選択的な照射により行う。また、オゾン酸化プロセスまたはリモートプラズマ酸化プロセスは、好適には、１０-2Ｔｏｒｒ以上の雰囲気または部分排気のみを行った常圧下で行う（簡便な排気システムで可能な低真空状態を含む）。さらに、好適には、全ての工程を、１０-2Ｔｏｒｒ以上の雰囲気または部分排気のみを行った常圧下で行う。また、好適には、少なくとも一つの工程をロール・ツー・ロールプロセスで行い、最も好適には、全ての工程をロール・ツー・ロールプロセスで行う。
また、シリコン膜または酸化膜、第１の酸化膜もしくは上記第２の酸化膜をパターニングするためには、ウエットエッチングを用いてもよいが、常圧プラズマを用いることにより良好にエッチングすることができる。
この第６〜第１８の発明においては、その性質に反しない限り、第１〜第５の発明に関連して述べたことが成立する。
また、この第６〜第１８の発明は、第４および第５の発明と同様に、電子応用装置の製造に適用することができるものである。
さらに、この第６〜第１８の発明は、第１〜第５の発明の工程と適宜組み合わせることが可能である。
【００３８】
上述のように構成されたこの発明においては、従来のＬＩＭＰＩＤ法を用いる場合のように大きな真空排気設備やプラズマ発生装置を必要とせず、必要な量の溶液を基板上に塗布、散布、印刷等する簡易な装置と、この溶液を乾燥させるホットプレートのような簡易な装置とがあれば、エネルギービーム照射等による熱処理前のドーパント不純物イオンの基体の表面への吸着が可能となり、不純物物質の使用量や、設備投資の額を大幅に削減することが可能となる。また、ドーパント不純物イオンの濃度を溶液濃度や塗布量で容易に制御することができるため、基体あるいは半導体基体、例えば半導体膜に拡散されて活性化される不純物原子量を容易に制御することが可能である。さらに、熱処理にエネルギービーム照射を用いることにより、プラスチック基板やガラス基板のような低融点の基板を用いることができる。
【００３９】
また、低温でしかも真空レス、すなわち真空装置を用いないでシリコン膜、ゲート絶縁膜、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極等を全て形成することができるため、プラスチック基板等の可とう性基板を用いたロール・ツー・ロールプロセス等で半導体装置を製造することができる。このため、設備投資を抑えて、半導体装置を製造することができる。
【発明の効果】
【００４０】
この発明によれば、不純物原子をドーピングする場合に、有害な不純物気体を用いる必要がなく、大掛かりな装置を必要とせず、使用する装置内や配管内の汚染等の問題も少なく、必要な箇所だけに溶液を付着させることによりドーパントの使用量も少なくて済み、人体や環境への負荷が少なく、しかもプラスチック基板等の低融点基板や大面積基板を使用する場合に適合している。そして、このドーピング方法を用いることにより、薄膜半導体素子等の半導体装置や、液晶表示装置等の電子応用装置を低コストで製造することができる。
また、真空レスのプロセスの使用により、設備投資を抑えて低コストで半導体装置を製造することができる。このため、大型液晶平面型ディスプレイ等の電子応用装置を低コストで製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１Ａ〜Ｅはこの発明の第１の実施形態によるシリコンＴＦＴの製造方法を示す。実際には同一基板上に多数のシリコンＴＦＴが同時に形成されるが、以下においてはその一つのシリコンＴＦＴの部分のみ図示する。
この第１の実施形態においては、図１Ａに示すように、まず、例えばガラスまたはプラスチックからなる基板１１上にＳｉＯ2 膜、ＳｉＮ膜等のバッファ層１２を形成した後、このバッファ層１２上に、例えばアモルファスシリコンまたは微結晶シリコンからなる島状の所定形状のシリコン膜１３、所定形状のゲート絶縁膜１４および所定形状のゲート電極１５を形成する。
【００４２】
バッファ層１２およびシリコン膜１３の成膜には、化学気相成長（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition)法、スパッタリング法、蒸着法等の公知の真空成膜技術のほか、公知の各種の印刷手法等を用いることができる。シリコン膜１３の成膜には、ポリシラン系化合物等の公知の塗布型材料を塗布し、公知のアニールプロセスを施す方法を用いることもできる。このシリコン膜１３は、アモルファスシリコンまたは微結晶シリコンそのままの状態でも良いが、望ましくはトランジスタの特性向上を図るためにレーザービーム、電子ビーム等のエネルギービームを照射して結晶化する。このとき公知のように、使用するエネルギービームの種類、エネルギー密度、照射時間等の照射条件によってシリコン膜１３は微結晶シリコンから単結晶シリコンまで結晶化の程度が変わる。島状のシリコン膜１３を得るためには、通常のリソグラフィー技術によるパターニングを用いても良いし、印刷手法等により最初から島状の形状に成膜するようにしても良い。
【００４３】
ゲート絶縁膜１４としては、ＣＶＤ法、スパッタリング法、蒸着法等の公知の真空成膜技術もしくは、スピン・オン・グラス（ＳＯＧ：Spin on Glass)法、有機金属分解（ＭＯＤ：Metal Organic Decomposition)法、金属膜の陽極酸化法、ゾルゲル法、印刷手法等により成膜されるＳｉＯ2 膜、無機系ＳＯＧ膜、有機系ＳＯＧ膜等の層間絶縁膜等として通常使用される絶縁膜あるいは誘電体膜を用いることができる。所定形状のゲート絶縁膜１４を得るためには、通常のリソグラフィー技術によるパターニングを用いても良いし、印刷手法等により最初からその所定の形状に成膜するようにしても良い。
【００４４】
ゲート電極１５としては、ＣＶＤ法、スパッタリング法、蒸着法等の公知の真空成膜技術もしくは、金属微粒子を塗布して焼結する方法、めっき法、印刷手法等により成膜されるアルミニウム膜、アルミニウム合金膜等の金属または合金膜、不純物がドープされた多結晶シリコン膜、ポリサイド膜等を用いることができる。所定形状のゲート電極１５を得るためには、通常のリソグラフィー技術によるパターニングを用いても良いし、印刷手法等により最初からその所定の形状に成膜するようにしても良い。
【００４５】
次に、図１Ｂに示すように、所定のドーパント不純物イオンを含む溶液、例えば、ホウ酸（Ｈ3 ＢＯ3 ）を含む水溶液あるいはリン酸（Ｈ3 ＰＯ3 ）、二リン酸（ピロリン酸）（Ｈ2 Ｐ2 Ｏ7 2-）、三リン酸（トリポリリン酸）（Ｈ3 Ｐ3 Ｏ102-）の水溶液等の溶液を所定の濃度で作製し、この溶液１６を、ゲート電極１５まで形成した上記の基板１１の表面のうち、少なくともゲート電極１５の両側の部分のシリコン膜１３の表面に塗布、散布、印刷等の手法により付着させて溶液層１７を形成する。図１Ｂにおいては、ゲート電極１５の表面およびバッファ層１２の表面にも溶液層１７が形成されている場合が示されている。
【００４６】
次に、乾燥またはアニールを行うことにより溶液層１７から溶媒を蒸発させて、図１Ｃに示すように、ドーパント不純物含有層からなる化合物層１８を形成する。ここで、溶液層１７から溶媒を完全に蒸発させることは必ずしも必要ではなく、後述のエネルギービームの照射時に支障を生じない限り、溶媒が多少残留しても構わない。
【００４７】
次に、図１Ｄに示すように、基板１１の表面にエネルギービーム１９を照射して化合物層１８およびその直下のシリコン膜１３を加熱することにより、この化合物層１８からドーパント不純物をシリコン膜１３中に拡散させる。このとき、ゲート電極１５がマスクとなることにより、シリコン膜１３のうちのゲート電極１５の直下の部分を除く領域の表面部にそのドーパント不純物が拡散し、そのドーパント不純物がｎ型不純物であるかｐ型不純物であるかに応じてｎ型またはｐ型のソース領域２０およびドレイン領域２１がゲート電極１５に対して自己整合的に形成される。この後、好適には、基板１１の表面を純水等により洗浄して、シリコン膜１３中に取り込まれなかった過剰のドーパント不純物を含む化合物層１８を除去する。
【００４８】
次に、図１Ｅに示すように、基板１１の全面に層間絶縁膜２２を形成する。この層間絶縁膜２２としては、ゲート絶縁膜１４と同様に、ＣＶＤ法、スパッタリング法、蒸着法等の公知の真空成膜技術もしくは、ＳＯＧ法、ＭＯＤ法、ゾルゲル法、印刷手法等により成膜されるＳｉＯ2 膜、無機系ＳＯＧ膜、有機系ＳＯＧ膜等の層間絶縁膜等として通常使用される絶縁膜あるいは誘電体膜を用いることができる。次に、この層間絶縁膜２２の所定部分をエッチング除去してソース領域２０およびドレイン領域２１上にそれぞれコンタクトホール２３、２４を形成する。次に、それぞれコンタクトホール２３、２４を通じてソース電極２５およびドレイン電極２６を形成する。
以上のようにして、目的とするシリコンＴＦＴが製造される。
【００４９】
以上のように、この第１の実施形態によれば、シリコン膜１３の表面にドーパント不純物イオンを含む溶液層１７を形成し、この溶液層１７を乾燥またはアニールすることによりドーパント不純物含有層からなる化合物層１８を形成した後、エネルギービーム１９を照射することにより化合物層１８からドーパント不純物原子をシリコン膜１３中に拡散させてソース領域２０およびドレイン領域２１を形成することができる。この方法では、大きな真空排気設備やプラズマ発生装置が不要で、基板１１上に必要な量の溶液１６を塗布、散布、印刷等する簡易な装置と、溶液層１７を乾燥させるホットプレートのような簡易な装置とがあれば、エネルギービーム１９の照射による熱処理前のドーパント不純物イオンの基板１１、特にシリコン膜１３の表面への吸着が可能となり、ドーパント不純物物質の使用量や設備投資の額を大幅に削減することが可能となる。また、溶液１６中のドーパント不純物イオンの濃度や塗布、散布、印刷等の量を高い精度でしかも容易に制御することができるため、シリコン膜１３中に拡散させる不純物原子量を高い精度でしかも容易に制御することが可能である。さらに、この方法では、有害な不純物気体を用いないで済むばかりでなく、溶液１６自体の使用量も必要最小限にすることができるため、人体や環境への負荷が少ない。また、不純物原子を拡散させるための熱処理にエネルギービーム１９の照射を用いていることにより、基板１１の表面の化合物層１８およびシリコン膜１３を局部的にしかも高温に加熱することができるため、低融点のガラスまたはプラスチックからなる基板１１を溶融させることなく、シリコン膜１３をドーパント不純物の拡散に必要な温度に加熱することができ、拡散を支障なく行うことができる。また、プラスチックまたはガラスからなる基板１１は大面積のものを安価に入手することができるため、大型液晶表示装置等の電子応用装置を低コストで製造するのに好適である。
【実施例１】
【００５０】
実施例１によるシリコンＴＦＴの製造方法を図２Ａ〜Ｅおよび図３Ａ〜Ｄに示す。
図２Ａに示すように、まず、基板１１上にバッファ層１２を形成した後、このバッファ層１２上にアモルファスシリコンまたは微結晶シリコンからなる所定形状のシリコン膜１３を形成する。
【００５１】
次に、図２Ｂに示すように、レーザービーム等のエネルギービーム２７をシリコン膜１３に照射することにより結晶化を行う。
次に、図２Ｃに示すように、全面にゲート絶縁膜１４を成膜した後、このゲート絶縁膜１４をエッチングにより最終的な形状より少し広めの形状にパターニングする。
次に、図２Ｄに示すように、ゲート絶縁膜１４上にゲート電極材料（図示せず）を形成した後、このゲート電極材料をエッチングにより所定形状にパターニングしてゲート電極１５を形成する。このゲート電極１５の形成の際に下地のゲート絶縁膜１４も同様な形状にパターニングされる。
【００５２】
次に、図２Ｅに示すように、ドーピング不純物イオンを含む溶液１６を、ゲート電極１５まで形成された基板１１の表面に塗布し、シリコン膜１３の表面等に溶液層１７を形成する。
次に、図３Ａに示すように、基板１１をホットプレートに載せて加熱する等することにより溶液層１７を乾燥させてドーパント不純物含有層からなる化合物層１８を形成する。
【００５３】
次に、図３Ｂに示すように、基板１１に対してレーザービーム等のエネルギービーム１９を照射して化合物層１８から不純物原子をシリコン膜１３に拡散させることによりソース領域２０およびドレイン領域２１をゲート電極１５に対して自己整合的に形成する。この後、残りの化合物層１８を純水洗浄により除去する。
【００５４】
次に、図３Ｃに示すように、基板１１の全面に層間絶縁膜２２を成膜した後、この層間絶縁膜２２の所定部分をエッチング除去してコンタクトホール２３、２４を形成する。次に、全面にＡｌ、Ａｌ合金等の電極材料を成膜した後、この電極材料をエッチングにより所定形状にパターニングしてソース電極２５およびドレイン電極２６を形成する。
【００５５】
次に、図３Ｄに示すように、全面に層間絶縁膜２８を成膜し、さらにこの層間絶縁膜２８の表面を平坦化した後、この層間絶縁膜２８の所定部分をエッチング除去することによりドレイン電極２６上にビアホール２９を形成する。次に、このビアホール２９の内部にタングステン（Ｗ）等の金属を埋め込むことによりコンタクトプラグ３０を形成する。
【実施例２】
【００５６】
実施例２では、実施例１と同様にして、図４Ａに示すように、所定形状のシリコン膜１３の形成まで行う。
次に、実施例１と同様にして、図４Ｂに示すように、シリコン膜１３上に最終的な形状より少し広めの形状のゲート絶縁膜１４を形成する。
【００５７】
次に、実施例１と同様にして、図４Ｃに示すように、ゲート絶縁膜１４上にゲート電極１５を形成する。
次に、実施例１と同様にして、図４Ｄに示すように、シリコン膜１３の表面等にドーピング不純物イオンを含む溶液層１７を形成する。
この後、実施例１と同様にして、溶液層１７の乾燥による化合物層１８の形成からコンタクトプラグ３０の形成までの工程を進める。
【実施例３】
【００５８】
図５は、上記の実施形態によるシリコンＴＦＴの製造方法をアクティブマトリクス型液晶表示装置の画素スイッチングトランジスタの製造に適用した場合の構造例を示す断面図である。
図５に示すように、この例では、例えば透明ガラスまたは透明プラスチックからなる基板１１上にバッファ層１２を形成し、その上に実施例１または２の方法により画素スイッチングトランジスタとしてのシリコンＴＦＴ３１を二次元アレイ状に形成する。
【００５９】
次に、層間絶縁膜２８上にインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）等の透明電極３２を形成する。この透明電極３２はシリコンＴＦＴ３１のドレイン電極２６と接続されている。
次に、透明基板３３上に透明電極３４を形成し、その上にカラーフィルタ３５を形成したものと、透明電極３２まで形成した上記の基板１１とを対向させ、その間に液晶３６を封入する。符号３７はスペーサを示す。
基板１１の裏面にはバックライト部３８を形成する。
【００６０】
図６Ａ〜Ｅはこの発明の第２の実施形態によるシリコンＴＦＴの製造方法を示す。実際には同一基板上に多数のシリコンＴＦＴが同時に形成されるが、以下においてはその一つのシリコンＴＦＴの部分のみ図示する。
この第２の実施形態においては、図６Ａに示すように、まず、基板１１上にバッファ層１２を形成する。
【００６１】
基板１１としては、非晶質基板であるガラス基板、石英基板、サファイア基板、プラスチック基板等を用いるか、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属基板を用いる。基板１１の厚さは１ｍｍ以下であることが望ましく、この場合はロール・ツー・ロールプロセスが可能となり、量産化に適している。基板１１として金属基板を用いるときには、バッファ層１２として、ケイ素酸化物、ケイ素窒化物、ケイ素炭化物等の膜のほか、Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｈｆ等の酸化膜を用いても構わない。これらの膜の形成には、ＣＶＤ、スパッタ、蒸着等公知の真空成膜技術もしくは、無機系ＳＯＧ、有機系ＳＯＧ等の層間絶縁膜等として通常使用される絶縁層の形成技術を用いることができる。さらに、金属膜の陽極酸化で形成される誘電体膜やゾルゲル法やＭＯＤ法等の公知の技術で形成されたものでもよい。また、基板１１としてプラスチック基板を用いる場合、このプラスチック基板を構成する有機材料としては、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ポリエチレンナフタレートあるいはポリカーボネート等のポリエステル類、ポリプロピレン等のポリオレフィン類、ポリフェニリンスルフィド等のポリフェニリンスルフィド類、ポリアミド類、芳香族ポリアミド類、ポリエーテルケトン類またはポリイミド類、アクリル系樹脂、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）等の高分子材料が好ましく、特に、ポリエチレンテレフタレート，アセテート、ポリフェニリンスルフィド、ポリカーボネート、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）、ポリスチレン、ナイロン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、アクリル系樹脂、ＰＭＭＡ等の汎用的なプラスチック基板は好適に用いることができる。
【００６２】
プラスチック基板の厚さは薄い方が好ましく、例えば２００μｍ程度とする。これは、ＴＦＴに柔軟性を付与するとともに、ＴＦＴを小型化するためである。このプラスチック基板の表面には有機高分子層のコーティングを行っておくことが好ましい。この有機高分子層は、例えば、厚さが１０μｍ程度であり、基板１１よりも熱膨張係数が小さな有機材料により構成されている。この有機高分子層としては、プラスチック基板に対して所謂ハードコーティング材料といわれるような、比較的高温の２００℃まである程度の硬度を維持し、高い緻密性と大きい硬度とを有するものを用いることが好ましい。このようなコーティング材料としては、光学的もしくは熱的なプロセスにより変形して生じる３次元縮重合によって結合している、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、あるいはこれらを含む高分子材料等が挙げられる。
【００６３】
アクリル樹脂を含むコーティング材料としては、アクリル樹脂系の高分子材料もしくはアクリル系樹脂と他の樹脂を含むような複合高分子系プラスチック材料が挙げられる。このようなコーティング材料として、例えば、各種の多官能性アクリレート化合物、例えばエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、ビスフェノール−Ａジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、ジペンタエリストール等や、或いは２，２−ビス（４´−ヒドロキシフェニル）ヘキサフルオロプロパンまたはそのアルキレングリコールエーテルとイソシアナートアルキル（メタ）アクリレートとを反応させることによって製造する二官能性アクリレート化合物等が好適に使われる。このとき共重合させられるコモノマーの種類は用途分野により異なり、共重合可能なモノマーはすべて使用できる。
【００６４】
これらのコーティング材料は通常、約１００〜１０００の分子量を有し、単一の不飽和または二、三もしくはそれ以上の多不飽和部位を有するモノマーからなる。コーティング材料の組成は、９９〜１００重量％が反応性成分および固体材料からなっているとよく、９９．９〜１００重量％が反応性成分および固体材料からなっているとさらによく、約１００重量％が反応性成分および固体材料からなっていると最もよい。固体材料としてはポリマー性物質やコロイダルシリカのような非揮発性の固体材料がある。適切なポリマー材料としてはセルロースアセテートブチレートがある。また、これらのコーティング材料としては、紫外線に露出されると１００％が固形分に変換できるものが好ましい。これらの材料には、光照射による、コーティング材料の硬化を可能にするために必要な量の光開始剤を含有させてある。なお、レゾルシノールモノベンゾエートのような潜在性紫外線遮断材を一定量含有していてもよい。
【００６５】
一方、エポキシ樹脂を含むコーティング材料としては、有機ケイ素化合物およびその加水分解物のエポキシシランと総称される物質ならびに、その加水分解物からなるものが挙げられる。このようなコーティング材料として、例えば、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリアセトキシシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリエトキシシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシエトキシシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリアセトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルジメトキシメチルシラン、γ−グリシドキシプロピルジエトキシメチルシラン、γ−グリシドキシプロピルジメトキシエトキシメチルシラン、γ−グリシドキシプロピルジアセトキシメチルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルジメトキシメチルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルジエトキシメチルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルジメトキシエトキシメチルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルジアセトキシメチルシラン、γ−グリシドキシプロピルジメトキシエチルシラン、γ−グリシドキシプロピルジエトキシエチルシラン、γ−グリシドキシプロピルジメトキシエトキシエチルシラン、γ−グリシドキシプロピルジアセトキシエチルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルジメトキシエチルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルジエトキシエチルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルジメトキシエトキシエチルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルジアセトキシエチルシラン、γ−グリシドキシプロピルジメトキシイソプロピルシラン、γ−グリシドキシプロピルジエトキシイソプロピルシラン、γ−グリシドキシプロピルジメトキシエトキシイソプロピルシラン、γ−グリシドキシプロピルジアセトキシイソプロピルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルジエトキシイソプロピルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルジエトキシイソプロピルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルジメトキシエトキシイソプロピルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルジアセトキシイソプロピルシラン、γ−グリシドキシプロピルメトキシジメチルシラン、γ−グリシドキシプロピルエトキシジメチルシラン、γ−グリシドキシプロピルメトキシエトキシジメチルシラン、γ−グリシドキシプロピルアセトキシジメチルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルメトキシジメチルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルエトキシジメチルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルメトキシエトキシジメチルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルアセトキシジメチルシラン、γ−グリシドキシプロピルメトキシジエチルシラン、γ−グリシドキシプロピルエトキシジエチルシラン、γ−グリシドキシ���ロピルメトキシエトキシジエチルシラン、γ−グリシドキシプロピルアセトキシジエチルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルメトキシジエチルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルエトキシジエチルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルメトキシエトキシジエチルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルアセトキシジエチルシラン、γ−グリシドキシプロピルメトキシジイソプロピルシラン、γ−グリシドキシプロピルエトキシジイソプロピルシラン、γ−グリシドキシプロピルメトキシエトキシジイソプロピルシラン、γ−グリシドキシプロピルアセトキシジイソプロピルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルメトキシジイソプロピルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルエトキシジイソプロピルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルメトキシエトキシジイソプロピルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルアセトキシジイソプロピルシラン、γ−グリシドキシプロピルメトキシエトキシメチルシラン、γ−グリシドキシプロピルアセトキシメトキシメチルシラン、γ−グリシドキシプロピルアセトキシエトキシメチルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルメトキシエトキシメチルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルメトキシアセトキシメチルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルエトキシアセトキシメチルシラン、γ−グリシドキシプロピルメトキシエトキシエチルシラン、γ−グリシドキシプロピルアセトキシメトキシエチルシラン、γ−グリシドキシプロピルアセトキシエトキシエチルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルメトキシエトキシエチルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルメトキシアセトキシエチルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルエトキシアセトキシエチルシラン、γ−グリシドキシプロピルメトキシエトキシイソプロピルシラン、γ−グリシドキシプロピルアセトキシメトキシイソプロピルシラン、γ−グリシドキシプロピルアセトキシエトキシイソプロピルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルメトキシエトキシイソプロピルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルメトキシアセトキシイソプロピルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルエトキシアセトキシイソプロピルシラン、グリシドキシメチルトリメトキシシラン、グリシドキシメチルトリエトキシシラン、α−グリシドキシエチルトリメトキシシラン、α−グリシドキシメチルトリメトキシシラン、β−グリシドキシエチルトリメトキシシラン、β−グリシドキシメチルトリメトキシシラン、α−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、α−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、β−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、β−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリプロポキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリブトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリフェノキシシラン、α−グリシドキシブチルトリメトキシシラン、α−グリシドキシブチルトリエトキシシラン、β−���リシドキシブチルトリメトキシシラン、β−グリシドキシブチルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシブチルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシブチルトリエトキシシラン、（３、４−エポキシシクロヘキシル）メチルトリメトキシシラン、（３、４−エポキシシクロヘキシル）メチルトリエトキシシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリプロポキシシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリプトキシシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリフェノキシシラン、γ−（３、４−エポキシシクロヘキシル）プロピルトリメトキシシラン、γ−（３、４−エポキシシクロヘキシル）プロピルトリエトキシシラン、δ−（３、４−エポキシシクロヘキシル）ブチルトリメトキシシラン、δ−（３、４−エポキシシクロヘキシル）ブチルトリエトキシシラン、グリシドキシメチルメチルジメトキシシラン、グリシドキシメチルメチルジエトキシシラン、α−グリシドキシエチルメチルジメトキシシラン、α−グリシドキシエチルメチルジエトキシシラン、β−グリシドキシエチルメチルジメトキシシラン、β−グリシドキシエチルメチルジエトキシシラン、α−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、α−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、β−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、β−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジプロポキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジブトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジフェノキシシラン、γ−グリシドキシプロピルエチルジメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルエチルジエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルエチルジプロポキシシラン、γ−グリシドキシプロピルビニルジメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルビニルジエトキシシラン等が挙げられる。
【００６６】
これらのコーティング材料は、１種で使用してもよいが、目的に応じて２種以上を混合して使用してもよい。これらコーティング材料は、他のシラン化合物と混合して使用することも可能である。例えば、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ビニルトリメトキシエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、アメノメチルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、フエニルトリメトキシシラン、フエニルトリエトキシシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、３、３、３−トリフルオロプロピルトリメトキシシラン等の各種トリアルコキシシラン、トリアシロキシシランあるいはトリアルコキシアルコキシシラン化合物、ジメチルジメトキシシラン、ジフエニルジメトキシシラン、メチルフエニルジメトキシシラン、メチルビニルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン等のジアルコキシシラン化合物、メチルシリケート、エチルシリケート、イソプロピルシリケート、ｎ−プロピルシリケート、ｎ−ブチルシリケート、ｔ−ブチルシリケート、ｓｅｃ−ブチルシリケート等の４官能のシラン化合物等が挙げられる。
【００６７】
以上、所謂ハードコーティング材料といわれるような、３次元的な縮重合による結合により高い緻密性と高い硬度を持つようなアクリル系樹脂の高分子材料、またはアクリル系樹脂と他の樹脂を含むような複合高分子系プラスチック材料や、有機ケイ素化合物およびその加水分解物のエポキシ系樹脂ならびに、その加水分解物からなるハードコーティング材料は無数に存在し、前述の材料群が一例に過ぎないことはいうまでもない。
【００６８】
上記の有機高分子層の形成方法としては、上述したアクリル樹脂、エポキシ樹脂、あるいはこれらを含む高分子材料に、必要に応じてフィラー、水あるいは有機溶媒を混合し、これをペイントシェーカー、サンドミル、パールミル、ボールミル、アトライター、ロールミル、高速インペラー分散機、ジェットミル、高速衝撃ミル、超音波分散機等によって分散し、コーティング材料とする。このときにハードコート材とプラスチック基板との密着性が悪い場合は、接着層を介して形成されていることが望ましい。接着層はプラスチックフィルム製造時に同時に表面に形成することもあるし、後から塗布することもある。
【００６９】
次に、このコーティング材料を、スピンコーティング法、エアドクターコーティング法、ブレードコーティング法、ナイフコーティング法、リバースコーティング法、トランスファロールコーティング、グラビアロールコーティング、キスコーティング、キャストコーティング法、スプレーコーティング法、スロットオリフィスコーティング法、カレンダーコーティング法、電着コーティング法、ディップコーティング法、ダイコーティング法等のコーティング法や、フレキソ印刷法等の凸版印刷法、ダイレクトグラビア印刷法やオフセットグラビア印刷法等の凹版印刷法、オフセット印刷法等の平板印刷法、スクリーン印刷法等の孔版印刷法等の印刷手法を用いて、片面または両面上に単層もしくは多層に分けて塗付する。なお、コーティング材料が溶媒を含んでいる場合は、塗付後に熱乾燥を行う。
【００７０】
次に、必要に応じて、ポリシラザン系化合物を含む溶液またはシロキサン系化合物を含む溶液で、ＣＨ3 基の含有量を０〜５０重量％、好ましくは０〜３０重量％の材料を、スピンコーティング法、エアドクターコーティング法、ブレードコーティング法、ナイフコーティング法、リバースコーティング法、トランスファロールコーティング、グラビアロールコーティング、キスコーティング、キャストコーティング法、スプレーコーティング法、スロットオリフィスコーティング法、カレンダーコーティング法、電着コーティング法、ディップコーティング法、ダイコーティング法等のコーティング法や、フレキソ印刷法等の凸版印刷法、ダイレクトグラビア印刷法やオフセットグラビア印刷法等の凹版印刷法、オフセット印刷法等の平板印刷法、スクリーン印刷法等の孔版印刷法等の印刷手法を用いて塗付させ、乾燥、熱処理又は紫外線照射等を行うことにより、無機系（一部有機成分を含む）のバッファ層１２を形成する。熱処理は必要に応じて、水蒸気雰囲気中で行うこともある。無機系（一部有機成分を含む）のバッファ層１２は、ハードコート材と合わせて強固な熱的バッファ層を形成し、基板表面側からの比較的高温での熱処理に対して熱的に強いフィルムとなりプロセス上非常に有利である。
【００７１】
次に、バッファ層１２上に、例えばアモルファスシリコンまたは微結晶シリコンからなる島状の所定形状のシリコン膜１３を形成する。このシリコン膜１３は、アモルファスシリコンまたは微結晶シリコンそのままの状態でも良いが、望ましくはトランジスタの特性向上を図るためにレーザービーム、電子ビーム等のエネルギービームを照射して結晶化する。このとき公知のように、使用するエネルギービームの種類、エネルギー密度、照射時間等の照射条件によってシリコン膜１３は微結晶シリコンから単結晶シリコンまで結晶化の程度が変わる。
【００７２】
このシリコン膜１３の形成は、ポリシラン化合物を溶媒に混ぜた溶液をバッファ層１２上に塗布し、乾燥を行い、さらにアニールを行うことにより形成する。塗布は、スピンコーティング法、エアドクターコーティング法、ブレードコーティング法、ナイフコーティング法、リバースコーティング法、トランスファロールコーティング、グラビアロールコーティング、キスコーティング、キャストコーティング法、スプレーコーティング法、スロットオリフィスコーティング法、カレンダーコーティング法、電着コーティング法、ディップコーティング法、ダイコーティング法等のコーティング法や、フレキソ印刷法等の凸版印刷法、ダイレクトグラビア印刷法やオフセットグラビア印刷法等の凹版印刷法、オフセット印刷法等の平板印刷法、スクリーン印刷法等の孔版印刷法等の印刷手法を用いて、単層もしくは多層に分けて行う。このときに、エッチングによるパターニングの工程を避ける目的で、チャンネルの形状に合わせてパターニングした形状に印刷することがより望ましい。溶媒としては、例えば、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、テトラヒドロフランテトラヒドロピラン、１, ２−ジメトキシエタン、ビス（２−メトキシエチル）エーテル、ｐ−ジオキサン、テトラヒドロフラン等のエーテル系溶媒や、ｎ−ペンタン、ｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタン、ｎ−オクタン、デカン、ドデカン、シクロヘキサン、シクロオクタン、スチレン、ジシクロペンタン、ベンゼン、トルエン、キシレン、クメン、デュレン、インデン、テトラヒドロナフタレン、デカヒドロナフタレン、スクワラン等の炭化水素系溶媒、およびプロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド、塩化メチレン、クロロホルム等の極性溶媒がある。これらの溶媒は、１種で使用してもよいが、目的に応じて２種以上を混合して使用してもよい。上記の溶媒を使用する場合、その混合比率は、所望のシリコン膜１３の厚さに応じて適宜調製する。基板上に塗布された溶液は乾燥、ベークの工程によりシリコン膜１３となる。また、必要に応じて、シリコン系ナノ微粒子を分散させた溶液を用いることで、形成するシリコン膜１３の結晶化率を変えることも可能である。
【００７３】
シリコン膜１３の形成方法の実施例を挙げると次のとおりである。ただし、ここでは基板１１としてガラス基板を用い、その上に直接シリコン膜１３を形成する場合を考える。まず、溶媒とポリシラン化合物により溶液の調製を行う。次に、調製した溶液４０ｇを窒素雰囲気下で均一分散させる。このように調整したシラン組成物をアルゴン雰囲気下、ガラス基板上に３０００ｒｐｍでスピンコートし、２００℃で２分間プリベークした後、４００℃で１０分間焼成したものと、３５０℃で２０分間焼成したものと、３００℃で１時間焼成したものと、２５０℃で１時間焼成したものとを作製した。その結果、ガラス基板上に非晶質性のシリコン膜が約１００ｎｍの膜厚で形成された。このシリコン膜に対するＦＴ−ＩＲの評価では、４００℃で１０分間焼成したものと、３５０℃で２０分間焼成したものと、３００℃で１時間焼成したものとに関しては、Ｓｉ−Ｈの結合ピークが見られたが、Ｓｉ−Ｈ2 や、Ｓｉ−Ｈ3 または−（Ｓｉ−Ｈ2 ）n −のピークは全く見られず、良好なアモルファスシリコンの膜であることが確認された。２５０℃で１時間焼成したものでは、僅かにＳｉ−Ｈ2 のショルダーピークが見られたが非常に僅かなピークであり、これも比較的良好なシリコン膜が形成されていると考えられる。
【００７４】
次に、図６Ｂに示すように、得られたシリコン膜１３の表面に薄い酸化膜３９を形成する。この酸化膜３９の形成は、続いて行う塗布型絶縁膜の膜質次第では省略することもできるし、逆にここで形成した酸化膜３９の厚さ次第では、塗布型絶縁膜の形成を省略することも可能である。すなわち、この酸化膜３９は、ゲート絶縁膜の一部または全体として用いることができる。具体的な酸化膜３９の形成方法について説明する。この酸化膜３９の形成は、常圧ＣＶＤプロセス（簡便な排気システムで可能な低真空状態は含む）による表面酸化プロセス、またはオゾン酸化プロセスで行う。常圧プラズマソースは、電極間に基板を挟み込み、プラズマを照射するダイレクト方式と、ドライヤのようにプラズマを基板に吹き付けるリモート方式が知られているが、基板へのプラズマダメージが少ない常圧リモートプラズマがより望ましい。基板はダイレクトプラズマの場合は固定またはスキャンで、リモートプラズマの場合はスキャンにより処理される。常圧プラズマより、プラズマ中の活性種である電子、イオン、ラジカルを暴露させる処理により膜の改質が行われることになる。基板温度は室温から４５０℃以下の温度とする。使用するガスとしては、酸素やＮＯx 系のガスを使用可能である。酸素を使用する場合は完全な常圧も可能であるが、酸化力の強いガスを使用する場合は、環境や体への影響を考慮して、プロセス室全体をチャンバーのようにして覆って、簡単な排気設備で局所排気的に排気を行うことが望ましいが、この場合も背圧で１０ｋＰａより低いような真空雰囲気は必要とはしない。
【００７５】
酸化膜３９の形成方法の実施例を挙げると次のとおりである。アモルファスのシリコン膜１３が上を向くようにして基板１１を常圧ＣＶＤチャンバーに導入した。基板の温度は２５０℃に設定した。プラズマの発生は、平行平板電極に酸素ガスを５０〜３００ｓｃｃｍで導入し、１３．５６ＭＨｚのＲＦ電源でプラズマ発生ＲＦパワー６００Ｗ、バイアスＲＦパワー２０〜２５Ｗを印加することにより行った。スキャン速度は１〜２４０ｍｍ／ｍｉｎまで変化させた。条件を制御することにより、シリコン膜１３の表面に１０〜４０ｎｍ程度の厚さの酸化膜３９を形成することができたことが、２次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）と走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）とによる評価で確認された。
【００７６】
酸化膜３９をオゾン酸化プロセスにより形成する場合には、オゾンガスで発生した高密度のオゾン雰囲気中に基板１１を導入し、オゾンガスを照射することによりシリコン膜１３の表面の改質を行う。基板温度は室温から４５０℃以下の温度とする。より具体的な実施例として一例を示すと、アモルファスのシリコン膜１３が上を向くようにして基板１１を装置に導入し、基板温度を２５０℃に設定した。シリコン膜１３の表面を２０〜１２０秒間暴露させると、表面に上記と同様に１０〜４０ｎｍ程度の厚さの酸化膜３９を形成することができた。さらに望ましくは、上記の表面改質プロセスでシリコン膜１３の表面を酸化膜に改質後、これを犠牲酸化層として除去し、改めて上述の様々な手法で酸化膜３９を形成することが可能である。
【００７７】
次に、図６Ｃに示すように、酸化膜３９上に塗布型の酸化膜４０を形成する。これらの酸化膜３９、４０の全体がゲート絶縁膜１４となる。この酸化膜４０の材料は、シロキサン系化合物またはポリシラザン系化合物を主成分としたもので、化合物中のＣＨ3 基の量が０〜５０重量％のもの、望ましくは０〜３０重量％のものがよい。溶媒としては、例えば、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、テトラヒドロフランテトラヒドロピラン、１, ２−ジメトキシエタン、ビス（２−メトキシエチル）エーテル、ｐ−ジオキサン、テトラヒドロフラン等のエーテル系溶媒や、ｎ−ペンタン、ｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタン、ｎ−オクタン、デカン、ドデカン、シクロヘキサン、シクロオクタン、スチレン、ジシクロペンタン、ベンゼン、トルエン、キシレン、クメン、デュレン、インデン、テトラヒドロナフタレン、デカヒドロナフタレン、スクワラン等の炭化水素系溶媒、およびプロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド、塩化メチレン、クロロホルム等の極性溶媒がある。これらの溶媒は、１種で使用してもよいが、目的に応じて２種以上を混合して使用してもよい。上記の溶媒を使用する場合、その混合比率は、所望の酸化膜４０の厚さに応じて適宜調製する。塗布は、スピンコーティング法、エアドクターコーティング法、ブレードコーティング法、ナイフコーティング法、リバースコーティング法、トランスファロールコーティング、グラビアロールコーティング、キスコーティング、キャストコーティング法、スプレーコーティング法、スロットオリフィスコーティング法、カレンダーコーティング法、電着コーティング法、ディップコーティング法、ダイコーティング法等のコーティング法や、フレキソ印刷法等の凸版印刷法、ダイレクトグラビア印刷法やオフセットグラビア印刷法等の凹版印刷法、オフセット印刷法等の平板印刷法、スクリーン印刷法等の孔版印刷法等の印刷手法を用いて、単層もしくは多層に分けて行う。このときに、エッチングによるパターニングの工程を避ける目的で、チャンネルの形状に合わせてパターニングした形状に印刷することがより望ましい。基板上に塗布された溶液は乾燥、ベークの工程によりシリコン酸化物系絶縁膜となる。
【００７８】
酸化膜４０の形成方法の実施例を挙げると次のとおりである。ただし、ここではガラス基板上に直接形成する場合について説明する。まず、ポリシラザン系化合物をキシレン溶媒に溶かして、ガラス基板上にスピンコーティングを行った。スピンコートは１２００ｒｐｍで行い、次にプリベイクを１１０℃で１分行った後、１５０℃、２５０℃、３５０℃で３０分ホットプレートでアニールした。その結果、ガラス基板上にシリコン酸化膜が約２００ｎｍの膜厚で形成された。３５０℃で３０分アニールしたシリコン酸化膜は４〜５ＭＶ／ｃｍの良好な絶縁耐圧が得られた。さらに、別の実施例としては、ポリシラザン系化合物をキシレン溶媒に溶かして、スピンコーティングを行った。スピンコートは３５００ｒｐｍで行い、次にプリベイクを１１０℃で１分間ホットプレート上で行った。その後全面露光を３秒行い、加湿し（２５℃８０％ＲＨで４分）、ポストベイクとして１５０℃で３分加熱後、３５０℃で３０分のアニールをホットプレート上で行った。３５０℃で３０分アニールしたシリコン酸化膜は５ＭＶ／ｃｍ以上の良好な絶縁耐圧が得られた。
【００７９】
続いて、必要に応じて、得られた酸化膜４０の改質を行う。特に低温でアニールした酸化膜４０に関しては、膜中に未反応の欠陥中心が存在し、電気的特性の劣化を招くため、この方法が有効となる。処理は上述の常圧ＣＶＤプロセスまたはオゾン酸化プロセスで行う。この場合も、基板へのプラズマダメージが少ない常圧リモートプラズマがより望ましい。基板温度は室温から４５０℃の温度で行う。使用するガスは酸素、ＮＯX 系のガスが使用可能である。酸素を使用する場合は完全な常圧も可能であるが、酸化力の強いガスを使用する場合は、環境や体への影響を考慮して、プロセス室全体をチャンバーのようにして覆って、簡単な排気設備で局所排気的に排気を行うことが望ましいが、この場合も背圧で１０ｋＰａより低いような真空雰囲気は必要とはしない。この場合も上述のプロセスと同様である。より具体的な実施例として一例を示すと、塗布型の酸化膜４０が上を向くようにして基板１１を常圧ＣＶＤチャンバーに導入する。基板の温度は２５０℃に設定した。プラズマの発生は平行平板電極に酸素ガスを５０ｓｃｃｍ〜３００ｓｃｃｍで導入し、１３．５６ＭＨｚのＲＦ電源でプラズマ発生パワー６００Ｗ、バイアスＲＦパワー２０〜２５Ｗを印加することにより行った。スキャン速度は１〜２１０ｍｍ／ｍｉｎまで変化させ、必要に応じて数回繰り返した。この結果、２００〜３５０℃で成膜した酸化膜４０の耐圧が平均で約１ＭＶ／ｃｍ向上した。また、ゲートキャパシタとして形成した時のヒステリシス特性を抑えることができた。
【００８０】
印刷でシリコン膜１３や酸化膜３９、４０がアイランド化（島状化）されていない場合には、以下の手法でパターニングを行う。ただし、ここでは、バッファ層１２がＳｉＯ2 膜であり、その上にアモルファスのシリコン膜１３が形成され、このシリコン膜１３上にＳｉＯ2 膜からなる酸化膜３９、４０が形成されている場合を考える。
まず、酸化膜４０上にレジストを印刷する。レジストの塗布は、スピンコーティング法、エアドクターコーティング法、ブレードコーティング法、ナイフコーティング法、リバースコーティング法、トランスファロールコーティング、グラビアロールコーティング、キスコーティング、キャストコーティング法、スプレーコーティング法、スロットオリフィスコーティング法、カレンダーコーティング法、電着コーティング法、ディップコーティング法、ダイコーティング法等のコーティング法や、フレキソ印刷法等の凸版印刷法、ダイレクトグラビア印刷法やオフセットグラビア印刷法等の凹版印刷法、オフセット印刷法等の平板印刷法、スクリーン印刷法等の孔版印刷法等の印刷手法を用いて、単層もしくは多層に分けて行う。このときに、マスクを用いて露光しても良いが、工程を減らす目的で、チャンネルの形状に合わせたパターン形状に印刷することが望ましい。この結果、露光・現像後に所望のアイランド形状にレジスト膜が形成される。
【００８１】
次に、このレジスト膜を用いて、最初にＳｉＯ2 膜からなる酸化膜４０、３９を常圧プラズマを用いてエッチングする。このために、酸化膜４０が上側を向くようにして基板１１を常圧ＣＶＤチャンバーに導入する。基板１１の温度は８０℃に設定した。プラズマの発生は平行平板電極にＣＨＦ3 とＯ2 との混合ガスを導入し、ＲＦパワー３５Ｗでエッチングを行った。このとき、酸化膜４０、３９を構成するＳｉＯ2 膜は３４ｎｍ／ｓ、シリコン膜１３は３．３ｎｍ／ｓのエッチング速度でエッチングされた。この結果、シリコン膜１３に対してエッチング選択比約１０で酸化膜４０、３９のエッチングが可能であった。
【００８２】
続いて、シリコン膜１３を常圧プラズマを用いてエッチングする。基板１１の温度は８０℃に設定した。プラズマの発生は平行平板電極にＳＦ6 ガスを５０ｓｃｃｍ導入し、ＲＦパワー３５Ｗとしてエッチングを行った。このとき、シリコン膜１３は５０ｎｍ／ｓ、シリコン膜１３の下地のバッファ層１２を構成するＳｉＯ2 膜は８ｎｍ／ｓでエッチングされた。この結果、下地のバッファ層１２を構成するＳｉＯ2 膜に対してエッチング選択比約６．３でシリコン膜１３のエッチングが可能であった。同様に、ＳＦ6 ガスを４０ｓｃｃｍ導入し、ＲＦパワーを２Ｗとしてエッチングを行ったが、このとき、シリコン膜１３は１８ｎｍ／ｓ、下地のバッファ層１２を構成するＳｉＯ2 膜は０．７ｎｍ／ｓでエッチングされた。この結果、下地のバッファ層１２を構成するＳｉＯ2 膜に対してエッチング選択比約２５．７でシリコン膜１３のエッチングが可能であった。いずれの場合も、環境や体への影響を考慮して、プロセス室全体をチャンバーのようにして覆って、簡単な排気設備で局所排気的に排気を行い、除害装置を用いて排気することが望ましい。
【００８３】
次に、図６Ｄに示すように、ゲート電極１５を形成する。このゲート電極１５の形成は、めっき用のプリカーサー（前駆物質）を印刷するか、金属ナノ微粒子を溶媒に分散して塗布し、これを焼結させても構わない。印刷の手法は、スピンコーティング法、エアドクターコーティング法、ブレードコーティング法、ナイフコーティング法、リバースコーティング法、トランスファロールコーティング、グラビアロールコーティング、キスコーティング、キャストコーティング法、スプレーコーティング法、スロットオリフィスコーティング法、カレンダーコーティング法、電着コーティング法、ディップコーティング法、ダイコーティング法等のコーティング法や、フレキソ印刷法等の凸版印刷法、ダイレクトグラビア印刷法やオフセットグラビア印刷法等の凹版印刷法、オフセット印刷法等の平板印刷法、スクリーン印刷法等の孔版印刷法等の印刷手法を用いて塗付して行うことができる。このとき、ゲート電極１５の形状で印刷しておくことが望ましいが、難しい場合は、レジスト材料を上記印刷手法で印刷し、エッチングマスクとして電極のパターニングを行う。めっき法を使用する場合は、プリカーサー印刷後、鍍金浴で鍍金を行い、洗浄、乾燥、ポストベークを行う。一方、金属ナノ微粒子を溶媒に分散して塗布し焼結させる場合の具体的な実施例の一例を挙げる。Ａｇのナノ微粒子（平均粒径１０ｎｍφ）を溶媒に分散させ、スピンコーティング法でガラス基板上に塗布を行った。すなわち、ガラス基板上に１０００〜５０００ｒｐｍでスピンコートし、大気中で２００℃で６０分間ホットプレートでアニールした。その結果、３５００ｒｐｍでガラス基板上に金属光沢を持った銀の膜が約３００ｎｍの厚さで形成された。ＥＤＸの分析からはＡｇのピークが観測され、不純物の炭素は非常に僅かなピークが観測される程度であった。Ａｇの粒径は６０ｎｍ程度まで粒成長をしていることがＳＥＭによる観察から観測された。レジストをスクリーン印刷で印刷し、エッチングを行い、パターニングが可能であることを確認した。さらにパターニングしたゲート電極１５にＡｕメッキを施した。言うまでもなく、鍍金はしなくても構わないし、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ等他の金属を用いても構わない
【００８４】
次に、ゲート電極１５をマスクとして酸化膜３９、４０をエッチングする。このエッチングは、フッ酸とフッ化アンモニウムとの混酸水溶液を用いて行った。ガラス基板の場合は、裏面にレジストをスピンコートしてから基板ごと溶液中に浸漬してエッチングを行うことが可能であった。
【００８５】
次に、図７Ａに示すように、所定のドーパント不純物イオンを含む溶液、例えば、ホウ酸（Ｈ3 ＢＯ3 ）またはホウ砂（四ホウ酸ナトリウム）を含む水溶液あるいはリン酸（Ｈ3 ＰＯ3 ）、二リン酸（ピロリン酸）（Ｈ2 Ｐ2 Ｏ7 2-）、三リン酸（トリポリリン酸）（Ｈ3 Ｐ3 Ｏ102-）の水溶液等の溶液を所定の濃度で作製し、この溶液１６を、ゲート電極１５まで形成した上記の基板１１の表面のうち、少なくともゲート電極１５の両側の部分のシリコン膜１３の表面に塗布、散布、印刷等の手法により付着させて溶液層１７を形成する。図７Ａにおいては、ゲート電極１５の表面およびバッファ層１２の表面にも溶液層１７が形成されている場合が示されている。溶液１６の塗布方法としては、スピンコーティング法、エアドクターコーティング法、ブレードコーティング法、ナイフコーティング法、リバースコーティング法、トランスファロールコーティング、グラビアロールコーティング、キスコーティング、キャストコーティング法、スプレーコーティング法、スロットオリフィスコーティング法、カレンダーコーティング法、電着コーティング法、ディップコーティング法、ダイコーティング法等のコーティング法や、フレキソ印刷法等の凸版印刷法、ダイレクトグラビア印刷法やオフセットグラビア印刷法等の凹版印刷法、オフセット印刷法等の平板印刷法、スクリーン印刷法等の孔版印刷法等の印刷手法を用いることができる。
【００８６】
次に、乾燥またはアニールを行うことにより溶液層１７から溶媒を蒸発させて、図１Ｃに示すと同様に、ドーパント不純物含有層からなる化合物層１８を形成する。ここで、溶液層１７から溶媒を完全に蒸発させることは必ずしも必要ではなく、後述のエネルギービームの照射時に支障を生じない限り、溶媒が多少残留しても構わない。
【００８７】
次に、図７Ｂに示すように、基板１１の表面にエネルギービーム１９を照射して化合物層１８およびその直下のシリコン膜１３を加熱することにより、この化合物層１８からドーパント不純物をシリコン膜１３中に拡散させる。このとき、ゲート電極１５がマスクとなることにより、シリコン膜１３のうちのゲート電極１５の直下の部分を除く領域の表面部にそのドーパント不純物が拡散し、そのドーパント不純物がｎ型不純物であるかｐ型不純物であるかに応じてｎ型またはｐ型のソース領域２０およびドレイン領域２１がゲート電極１５に対して自己整合的に形成される。この後、好適には、基板１１の表面を純水等により洗浄して、シリコン膜１３中に取り込まれなかった過剰のドーパント不純物を含む化合物層１８を除去する。
【００８８】
エネルギービーム１９としては、好適にはレーザービームが用いられる。具体的には、ＧａＮ系半導体レーザーによる波長４０５ｎｍのレーザービーム、ＸｅＣｌエキシマーレーザーによる波長３０８ｎｍのレーザービーム、ＫｒＦエキシマーレーザーによる波長２４８ｎｍのレーザービーム、ＡｒＦエキシマーレーザーによる波長１９３ｎｍのレーザービーム等が用いられる。図８に示すように、これらの波長のレーザービームは、いずれもシリコン膜１３に対して十分に大きな吸収係数を有する。図８において、αは吸収係数、λは波長である。
【００８９】
ソース領域２０およびドレイン領域２１の形成方法の実施例を挙げると次のとおりである。上述の手法により、シリコン膜１３上にゲート絶縁膜１４およびゲート電極１５をパターニングした後、その上から０．２Ｍホウ酸水溶液をスピンコートした。このスピンコートは２０００ｒｐｍで行い、その後アルゴン雰囲気中で２００℃、２０分間ホットプレートで乾燥させる。続いて、レーザービームを照射した。レーザービームとしては、２００ｍｍ×４００ｍｍの矩形状に成形したＸｅＣｌエキシマーレーザーによる波長３０８ｎｍのものを用い、ビームの短軸方向をスキャンさせながら、アルゴン雰囲気中で同じエリアに１パルス２５ｎｓの２６０ｍＪ／ｃｍ2 のレーザービームが５０ショット照射される条件で照射を行った。このとき、膜のアブレーションを避ける目的で、レーザービーム短軸側の断面プロファイルはかなりエッジ部分を鈍らせた形に光学的に加工した。レーザービーム照射の結果、厚さ１００ｎｍのシリコン膜１３のシート抵抗で３００Ω／□が得られた。これにより、ソース領域２０およびドレイン領域２１に８×１０19／ｃｍ3 程度のドーピングがされていると期待される。また、この後でシリコン膜１３を純水で洗浄し、ゲート電極１５上等に存在する過剰な不純物を洗い流した。この手法により、ゲート電極１５の両側の部分の領域のシリコン膜１３だけが活性化され、ゲート電極１５に対して自己整合的にソース領域２０およびドレイン領域２１が形成される。
【００９０】
ソース領域２０およびドレイン領域２１の形成方法の別の実施例を挙げると次のとおりである。上述の手法により、シリコン膜１３上にゲート絶縁膜１４およびゲート電極１５をパターニングした後、その上から０．１Ｍホウ酸水溶液をスピンコートした。このスピンコートは２０００ｒｐｍで行い、その後アルゴン雰囲気中で２００℃、２０分間ホットプレートで乾燥させる。続いて２００ｍＷの、青紫色ＧａＮ系半導体レーザーによる波長４０５ｎｍのレーザービームを照射した。レーザービームは長軸１０μｍ、短軸１５μｍの楕円形状に成形し、アラインメントを行って、ゲート電極１５の両側の部分のエリアが同時にまたは、片側ずつ照射されるようにした。アルゴン雰囲気中で１００ｋＨｚ〜１００ＭＨｚで実験を行った。レーザービーム照射の結果、厚さ１００ｎｍのシリコン膜１３のシート抵抗で１×１０4 Ω／□が得られた。これにより、ソース領域２０およびドレイン領域２１に４×１０17／ｃｍ3 程度のドーピングが可能であることがわかった。
【００９１】
ソース領域２０およびドレイン領域２１の形成方法のさらに別の実施例を挙げると次のとおりである。上述の手法により、シリコン膜１３上にゲート絶縁膜１４およびゲート電極１５をパターニングした後、その上から０．０５Ｍホウ酸水溶液をスピンコートした。このスピンコートは２０００ｒｐｍで行い、その後アルゴン雰囲気中で２００℃、２０分間ホットプレートで乾燥させる。続いて、レーザービームを照射した。レーザービームとしては、２ｍｍ×２ｍｍの矩形状に成形したＹＡＧＩレーザーによる波長３５５ｎｍのものを用い、アラインメントを行って、ゲート電極１５の両側の部分のエリアが同時にまたは、片側ずつ照射されるようにした。照射時間は１５〜１５０ｎｓで実験を行った。レーザービーム照射の結果、厚さ１００ｎｍのシリコン膜１３のシート抵抗で１ｋΩ／□が得られた。これにより、ソース領域２０およびドレイン領域２１に４×１０18／ｃｍ3 程度のドーピングがされていると期待される。また、この後でシリコン膜１３を純水で洗浄し、ゲート電極１５上等に存在する過剰な不純物を洗い流した。この手法により、ゲート電極１５の両側の部分の領域のシリコン膜１３だけが活性化され、ゲート電極１５に対して自己整合的にソース領域２０およびドレイン領域２１が形成される。
【００９２】
ソース領域２０およびドレイン領域２１の形成方法のもう一つの実施例を挙げると次のとおりである。上述の手法により、シリコン膜１３上にゲート絶縁膜１４およびゲート電極１５をパターニングした後、その上から０．１５Ｍリン酸水溶液をスピンコートした。このスピンコートは１５００ｒｐｍで行い、その後アルゴン雰囲気中で２００℃、２０分間ホットプレートで乾燥させる。続いて、２００ｍＷの、青紫色ＧａＮ系半導体レーザーによる波長４０５ｎｍのレーザービームを照射した。レーザービームは長軸１０μｍ、短軸１５μｍの楕円形状に成形し、アラインメントを行って、ゲート電極１５の両側の部分のエリアが同時にまたは、片側ずつ照射されるようにした。アルゴン雰囲気中で１００ｋＨｚ〜１００ＭＨｚで実験を行った。レーザービーム照射の結果、厚さ１００ｎｍのシリコン膜１３のシート抵抗で２ｋΩ／□が得られた。これにより、ソース領域２０およびドレイン領域２１に４×１０18／ｃｍ3 程度のドーピングが可能であることがわかった。
【００９３】
次に、図７Ｃに示すように、ソース領域２０およびドレイン領域２１上にそれぞれソース電極２５およびドレイン電極２６を形成する。これらのソース電極２５およびドレイン電極２６の形成には、ゲート電極１５の形成方法と全く同じ手法を用いることができる。具体的には、例えば、めっき用のプリカーサーを印刷するか、金属ナノ微粒子を溶媒に分散して塗布し、これを焼結させることで形成可能である。印刷の手法としては、スピンコーティング法、エアドクターコーティング法、ブレードコーティング法、ナイフコーティング法、リバースコーティング法、トランスファロールコーティング、グラビアロールコーティング、キスコーティング、キャストコーティング法、スプレーコーティング法、スロットオリフィスコーティング法、カレンダーコーティング法、電着コーティング法、ディップコーティング法、ダイコーティング法等のコーティング法や、フレキソ印刷法等の凸版印刷法、ダイレクトグラビア印刷法やオフセットグラビア印刷法等の凹版印刷法、オフセット印刷法等の平板印刷法、スクリーン印刷法等の孔版印刷法等の印刷手法を用いることができる。このとき、ソース電極２５およびドレイン電極２６の形状で印刷しておくことが望ましいが、難しい場合は、レジスト材料を上記印刷手法で印刷し、これをエッチングマスクとして電極のパターニングを行う。めっき法を使用する場合は、プリカーサー印刷後、鍍金浴で鍍金を行い、洗浄、乾燥、ポストベークを行う。鍍金を行ってソース電極２５およびドレイン電極２６を形成する具体的な実施例は、ゲート電極１５と同じなので省略する。
【００９４】
次に、図７Ｄに示すように、全面にパッシベーション用の層間絶縁膜２８を成膜し、さらにこの層間絶縁膜２８の表面を平坦化した後、この層間絶縁膜２８の所定部分をエッチング除去することによりドレイン電極２６上にビアホール２９を形成する。この層間絶縁膜２８としてはシリコン酸化膜等の酸化膜を用いることができ、この酸化膜としては、例えば酸化膜４０と同様に、塗布型酸化膜を用いることができる。この塗布型酸化膜の厚さは溶媒濃度を調整して必要に応じて変更する。このとき、塗布型酸化膜は印刷でビアホール２９の形状を作製しておくと便利である。次に、ビアホール２９の内部にＷ等の金属を埋め込むことによりコンタクトプラグ３０を形成する。この後、層間絶縁膜２８上にコンタクトプラグ３０にコンタクトするようにＩＴＯ等の透明電極３２を形成する。この透明電極３２はコンタクトプラグ３０を介してドレイン電極２６と接続されている。
【００９５】
透明電極３２としては、例えば、ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ（3-4-ethylendioxythiophenone/doped with polystylene sulfic acid）を用いることができる。溶媒としては、例えば、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、テトラヒドロフランテトラヒドロピラン、１, ２−ジメトキシエタン、ビス（２−メトキシエチル）エーテル、ｐ−ジオキサン、テトラヒドロフラン等のエーテル系溶媒や、ｎ−ペンタン、ｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタン、ｎ−オクタン、デカン、ドデカン、シクロヘキサン、シクロオクタン、スチレン、ジシクロペンタン、ベンゼン、トルエン、キシレン、クメン、デュレン、インデン、テトラヒドロナフタレン、デカヒドロナフタレン、スクワラン等の炭化水素系溶媒、およびプロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド、塩化メチレン、クロロホルム等の極性溶媒がある。これらの溶媒は、１種で使用してもよいが、目的に応じて２種以上を混合して使用してもよい。上記の溶媒を使用する場合、その混合比率は、所望の透明電極３２の厚さに応じて適宜調製する。また必要に応じて、金属ナノ微粒子を分散させたものを用いる。金属微粒子の材料としてはＡｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｒｕ等の貴金属が望ましいが、他のＡｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｃｒ等の金属でも構わない。金属微粒子の粒径は１００ｎｍ以下、望ましくは２０ｎｍ以下が良い。より具体的な実施例を説明する。すなわち、ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳの原液にＡｇナノ粒子を分散させ、スピンコートを１０００ｒｐｍで行った。その後、窒素雰囲気で１５０℃、１時間アニールした。これによって、厚さ２５０ｎｍのＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ膜が得られた。このＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ膜のシート抵抗は１５Ω／□で光線透過率は８０％であった。
なお、表示システムによっては、透明電極３２の代わりに金属電極を用いることができる。この金属電極は、ゲート電極１５と同様な方法により形成することができる。
以上のようにして、目的とするシリコンＴＦＴが製造される。
【００９６】
この第２の実施形態によれば、塗布プロセスやプラズマ酸化プロセス等の低温でしかも真空レスのプロセスのみを用いてシリコンＴＦＴを容易に製造することができる。このため、シリコンＴＦＴの製造のための設備投資を大幅に抑えることができ、低コストでシリコンＴＦＴを製造することができる。そして、基板１１としてプラスチック基板等の可とう性の基板を用いることにより、ロール・ツー・ロールプロセスでディスプレイパネルを製造することができる。これによって、例えば、大型液晶平面型ディスプレイの製造が可能となる。
【実施例４】
【００９７】
実施例４では、シリコンＴＦＴを有するディスプレイパネルをロール・ツー・ロールプロセスで製造する場合について説明する。この製造方法を図９〜図１６に示す。
図９に示すように、まず、ローラ４１に巻かれたテープ状の基板１１をローラ４２〜５１を介して送り出し、容器５２に入れられたバッファ層材料の溶液５３を通して基板１１上に溶液５３を付着させ、これを熱処理装置５４に通してアニールすることによりバッファ層１２を形成する。
【００９８】
次に、図１０に示すように、ローラ５１からローラ５５〜６０を介して基板１１を送り出し、容器５６内で印刷により基板１１上にポリシラン化合物を塗布形成し、これを熱処理装置６２に通してアニールすることによりシリコン膜１３を形成する。
【００９９】
次に、図１１に示すように、ローラ６０からローラ６３〜６９を介して基板１１を送り出し、容器７１内でプラズマ照射装置７２を用いて常圧プラズマ処理によりシリコン膜１３の表面に酸化膜３９を形成し、容器７３内で印刷により酸化膜３９上に塗布型酸化膜形成用の溶液を塗布形成し、これを熱処理装置７４に通してアニールすることにより酸化膜４０を形成する。
【０１００】
次に、図１２に示すように、ローラ７０からローラ７５〜９０を介して基板１１を送り出し、容器９１内で印刷により酸化膜４０上にゲート電極形成用の材料の溶液を塗布形成し、これを容器９２内の鍍金浴９３に通してめっきを行い、さらに容器９５内の洗浄液９６に通して洗浄を行い、これを熱処理装置９６に通してアニールすることによりゲート電極１５を形成する。
【０１０１】
次に、図１３に示すように、ローラ９０からローラ９７〜１０８を介して基板１１を送り出し、容器１０９内でエッチング液１１０に通して酸化膜３９、４０のエッチングを行い、さらに容器１１１内の洗浄液１１２に通して洗浄を行い、これを乾燥装置１１３に通して乾燥を行う。
【０１０２】
次に、図１４に示すように、ローラ１０８からローラ１１４〜１３１を介して基板１１を送り出し、容器１３２内でドーパント不純物イオンを含む溶液１３３に通して溶液を付着させ、これを乾燥装置１３４に通して乾燥を行い、容器１３５内でコンピュータ１３６により制御してレーザー１３７によりレーザービームを照射して不純物をゲート電極１５をマスクとしてシリコン膜１３中に拡散させてソース領域２０およびドレイン領域２１を形成し、さらに容器１３８内の洗浄液１３９に通して洗浄を行う。
【０１０３】
次に、図１５に示すように、ローラ１３１からローラ１４０〜１５５を介して基板１１を送り出し、容器１５６内で印刷によりソース領域２０およびドレイン領域２１上にソース電極およびドレイン電極形成用の材料の溶液を塗布形成し、これを容器１５７内の鍍金浴１５８に通してめっきを行い、さらに容器１５９内の洗浄液１６０に通して洗浄を行い、これを熱処理装置１６１に通してアニールすることによりソース電極２５およびドレイン電極２６を形成する。
【０１０４】
次に、図１６に示すように、ローラ１５５からローラ１６２〜１７４を介して基板１１を送り出し、容器１７５内で塗布型酸化膜形成用の溶液を塗布形成し、これを熱処理装置１７６に通してアニールすることにより層間絶縁膜２８を形成し、容器１７７内で印刷により層間絶縁膜２８上に透明電極形成用の材料の溶液を塗布形成し、これを熱処理装置１７８に通してアニールすることにより透明電極３２を形成する。
【０１０５】
以上、この発明の実施形態および実施例について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態および実施例に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
例えば、上述の実施形態および実施例において挙げた構造、形状、材料、原料、プロセス等はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれらと異なる構造、形状、材料、原料、プロセス等を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】この発明の第１の実施形態によるシリコンＴＦＴの製造方法を説明するための断面図である。
【図２】この発明の第１の実施形態の実施例１によるシリコンＴＦＴの製造方法を説明するための断面図である。
【図３】この発明の第１の実施形態の実施例１によるシリコンＴＦＴの製造方法を説明するための断面図である。
【図４】この発明の第１の実施形態の実施例２によるシリコンＴＦＴの製造方法を説明するための断面図である。
【図５】この発明の第１の実施形態の実施例３によるアクティブマトリクス型液晶表示装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図６】この発明の第２の実施形態によるシリコンＴＦＴの製造方法を説明するための断面図である。
【図７】この発明の第２の実施形態によるシリコンＴＦＴの製造方法を説明するための断面図である。
【図８】レーザービームの波長による吸収係数の変化を示す略線図である。
【図９】この発明の第２の実施形態の実施例によるディスプレイパネルの製造方法を説明するための略線図である。
【図１０】この発明の第２の実施形態の実施例によるディスプレイパネルの製造方法を説明するための略線図である。
【図１１】この発明の第２の実施形態の実施例によるディスプレイパネルの製造方法を説明するための略線図である。
【図１２】この発明の第２の実施形態の実施例によるディスプレイパネルの製造方法を説明するための略線図である。
【図１３】この発明の第２の実施形態の実施例によるディスプレイパネルの製造方法を説明するための略線図である。
【図１４】この発明の第２の実施形態の実施例によるディスプレイパネルの製造方法を説明するための略線図である。
【図１５】この発明の第２の実施形態の実施例によるディスプレイパネルの製造方法を説明するための略線図である。
【図１６】この発明の第２の実施形態の実施例によるディスプレイパネルの製造方法を説明するための略線図である。
【符号の説明】
【０１０７】
１１…基板、１３…シリコン膜、１４…ゲート絶縁膜、１５…ゲート電極、１６…溶液、１７…溶液層、１８…化合物層、１９、２７…エネルギービーム、２０…ソース領域、２１…ドレイン領域、３１…シリコンＴＦＴ、３６…液晶、３９、４０…酸化膜、４１〜５１、５５〜６０、６３〜７０、７５〜９０、９７〜１０８、１１４〜１３１、１４０〜１５５、１６２〜１７４…ローラ
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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