(57)【要約】【課題】簡易な方法で、トランジスタのソース・ドレイン電極間のチャネル長を短く、均一に形成する。【解決手段】表面に下地絶縁膜１０２を形成したガラス基板１０１上にソース・ドレイン電極１０３を形成し、ソース・ドレイン間に不純物含有液体シリコン材料を塗布して塗布膜１０４を形成し、塗布膜１０４にレーザー光を照射して一部を除去し、第１の塗布膜１０６と第２の塗布膜１０７とに分離し、第１の塗布膜１０６と第２の塗布膜１０７とを焼成してＮ型シリコン膜にする。さらに、第１のＮ型シリコン膜１０８と第２のＮ型シリコン膜１０９の間に半導体膜１１０を形成し、半導体膜１１０上にゲート絶縁膜１１１、ゲート電極１１３を順次形成する。【選択図】図１
2007103626.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に第１の金属膜と第２の金属膜とを形成する工程と、
前記第１の金属膜と前記第２の金属膜との間に不純物含有液体材料を塗布して塗布膜を形成する工程と、
前記塗布膜にエネルギー線を照射して一部を除去し、第１の塗布膜と第２の塗布膜とに分離する工程と、
前記第１の塗布膜と前記第２の塗布膜との間に半導体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２】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記半導体膜上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上にゲート電極を形成する工程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３】
請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造方法において、
前記基板は基材上に下地絶縁膜が形成されたものであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記基板は基材上にゲート電極とゲート絶縁膜とが順に形成されたものであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記基板表面と前記不純物含有液体材料との接触角が前記第１の金属膜と前記不純物含有液体材料との接触角よりも大きいことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記塗布膜にエネルギー線を照射して一部を除去した後、前記半導体膜を形成する工程に先立ち、
前記第１の塗布膜と前記第２の塗布膜とに熱処理または光処理を行い、前記第１の塗布膜と前記第２の塗布膜とをＮ型またはＰ型半導体膜にする工程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７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、前記エネルギー線はレーザー光線である事を特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかに記載の半導体装置の製造方法を用いる電気光学装置の製造方法。
【請求項９】
請求項１から請求項７のいずれかに記載の半導体装置の製造方法を用いる電子機器の製造方法。
【請求項１０】
基板上に形成された第１の金属膜と第２の金属膜と、
少なくとも前記第１の金属膜と前記第２の金属膜との間に形成された、第１の導電膜および第２の導電膜と、
少なくとも前記第１の導電膜と前記第２の導電膜との間に形成された半導体膜とを有することを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の半導体装置を備えた電気光学装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の電気光学装置を備えた電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法、電気光学装置の製造方法、電子機器の製造方法、半導体装置、電気光学装置、および電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
トランジスタにおいては、ソース・ドレイン電極と、チャネル領域を形成する半導体膜との間の接触抵抗を低減するために、Ｎ型半導体膜やＰ型半導体膜をソース・ドレイン電極と半導体膜の間に設けている。
【０００３】
Ｎ型半導体膜を形成する一般的な方法は、基板の下地保護膜上に金属材料を塗布した後、パターニングを行ってソース・ドレイン電極を形成する。その後、基板全面にホスフィンプラズマ処理を施して表面にリンを拡散させた層を形成する。さらに、その上に半導体膜、絶縁膜等を形成する。
このような、ホスフィンプラズマ処理を用いてＮ型半導体膜を形成する技術は、例えば特許文献１に開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２９４４６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上述したような従来の方法では、フォトエッチングを用いて金属電極を形成するため、チャネル長の短縮に限界があり、また、均一な幅のチャネルを形成することが難しかった。
【０００６】
また、基板全体にホスフィンプラズマ処理を施すため、下地保護膜上に拡散したリンが半導体膜のバックチャネル領域に拡散し、界面順位を形成してトランジスタの特性を劣化させることがあった。
【０００７】
そこで本発明の目的は、簡易な方法で、電極間のチャネル長を短く、均一に形成することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため本発明にかかる半導体装置の製造方法は、基板上に第１の金属膜と第２の金属膜とを形成する工程と、上記第１の金属膜と上記第２の金属膜との間に不純物含有液体材料を塗布して塗布膜を形成する工程と、上記塗布膜にエネルギー線を照射して一部を除去し、第１の塗布膜と第２の塗布膜とに分離する工程と、上記第１の塗布膜と上記第２の塗布膜との間に半導体膜を形成する工程とを有する。
【０００９】
上記エネルギー線としては、上記塗布膜がそのエネルギーを吸収し、それにより塗布膜を除去できる物であればよく、これらのエネルギー線としては例えば赤外線または可視光線または紫外線またはエックス線またはガンマ線または電子線またはイオンビームまたはレーザー光線を利用することが可能である。
これらのエネルギー線はそのエネルギー線幅を非常に微細に絞る事が可能であり、また非常に制御良くコントロールする事が可能である為、この方法を用いて第１および第２の金属膜の間に塗布膜を形成することにより、簡易な方法で、金属電極間のチャネル長を短く、均一に形成することができる。
また、ホスフィンプラズマ処理を行わないため、半導体膜のバックチャネル領域にリンが拡散して半導体装置の特性を劣化させるのを防ぐことができる。
【００１０】
上記不純物含有液体材料は、例えばＮ型もしくはＰ型の半導体膜を形成できる不純物含有液体シリコン材料であり、溶媒にシラン化合物を溶解し、不純物としてリンやホウ素等を混合したものを用いることができる。
【００１１】
また、本発明にかかる半導体装置の製造方法は、上記半導体膜上に絶縁膜を形成する工程と、上記絶縁膜上にゲート電極を形成する工程を有し、上記基板は基材上に下地絶縁膜が形成されたものとすることにより、トップゲート型のトランジスタの製造に適用することができる。
【００１２】
また、本発明にかかる半導体装置の製造方法は、上記基板を、基材上にゲート電極とゲート絶縁膜とが順に形成されたものとすることにより、ボトムゲート型のトランジスタの製造に適用することができる。
【００１３】
また、本発明にかかる半導体装置の製造方法は、上記基板表面と上記不純物含有液体材料との接触角が上記第１の金属膜と上記不純物含有液体材料との接触角よりも大きいことを特徴とする。
このため、上記不純物含有液体材料が上記基板表面ではじかれて上記金属膜に接触しなくなるのを防ぎ、塗布膜の形状を良好に形成することができる。
【００１４】
また、上記塗布膜にレーザー光を照射して一部を除去した後、上記半導体膜を形成するのに先立ち、上記第１の塗布膜と上記第２の塗布膜とに熱処理または光処理を行い、上記第１の塗布膜と上記第２の塗布膜とをＮ型またはＰ型半導体膜にするのが望ましい。このようにＮ型またはＰ型の半導体膜とする事によって、ソース・ドレイン電極とチャネル部との接触抵抗を低減することが可能になり、より特性の良好な薄膜トランジスタを形成することができる。
【００１５】
本発明にかかる半導体装置の製造方法は、電気光学装置や電子機器の製造方法に適用することができる。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、上記半導体装置を駆動回路等に適用した装置などをいう。また、電子機器とは、本発明に係る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、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。
【００１６】
本発明にかかる半導体装置は、基板上に形成された第１の金属膜と第２の金属膜と、少なくとも上記第１の金属膜と上記第２の金属膜との間に形成された、第１の導電膜および第２の導電膜と、少なくとも上記第１の導電膜と上記第２の導電膜との間に形成された半導体膜と、上記半導体膜上に形成された絶縁膜とを有する。
これにより、ソース・ドレイン領域間のチャネル長が短く均一な半導体装置を得ることができる。
第１および第２の導電膜は、例えばＮ型またはＰ型の半導体膜である。
【００１７】
本発明にかかる半導体装置は、電気光学装置や電子機器に適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１および図４は、本発明によるトランジスタ（半導体装置）１００の製造工程を示す図である。
まず、図１（Ａ）に示すように、ガラス基板（基材）１０１上に下地絶縁膜１０２を形成する。
下地絶縁膜１０２は、例えばＴＥＯＳ−ＣＶＤ法を用いて、２００ｎｍの厚さのシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）を成膜する。
【００１９】
次に、下地絶縁膜１０２上に金属膜を形成する。金属膜は、例えばスパッタ法を用いて２００ｎｍの厚さでＡｌ（アルミニウム）を堆積することにより形成する。
次に、図１（Ｂ）に示すように、形成した金属膜をフォトエッチングによってパターニングし、ソース・ドレイン電極１０３（第１の金属膜、第２の金属膜）を形成する。
図２（Ａ）は、ソース・ドレイン電極１０３を上から見た図である。ここでは、ソース・ドレイン電極１０３は、幅３０μｍ、チャネル長（ソース・ドレイン間の距離）５０μｍ、チャネル幅２００μｍに形成する。
【００２０】
次に、図１（Ｃ）に示すように、インクジェット装置等を用いて、ソース・ドレイン両電極をまたぐようにしてＮ型シリコン膜を形成するための液体シリコン材料などの不純物含有液体材料を配置し、塗布膜１０４を形成する。
液体シリコン材料としては、例えばシクロペンタシラン１０ｍｌに対して波長２５４ｎｍの紫外光を１０分間照射してポリマー化させた化合物と、ドーパントとしての黄燐１００ｍｇをトルエン１００ｍｌに溶解させた高次シラン溶液を用いることができる。
【００２１】
なお、溶媒の種類や希釈濃度、ドーパントとして用いる化合物は上記のものには限られず、最終的に所望のシリコン膜が得られるように適宜調整することができる。
すなわち、液体シリコン材料は、Ｎ型もしくはＰ型の半導体膜を形成できる液体材料であればよく、溶媒にシラン化合物を溶解したものに、不純物を混合したものを用いることができる。
【００２２】
シラン化合物としては、他にもシクロヘキサシラン、シクロヘプタシラン等の１個の環状構造を有するもの、また、２個の環状構造を有するものとして、１、１’−ビシクロブタシラン、１、１’−ビシクロペンタシラン、１、１’−ビシクロヘキサシラン、１、１’−ビシクロヘプタシラン、１、１’−シクロブタシリルシクロペンタシラン、１、１’−シクロブタシリルシクロヘキサシラン、１、１’−シクロブタシリルシクロヘプタシラン、１、１’−シクロペンタシリルシクロヘキサシラン、１、１’−シクロペンタシリルシクロヘプタシラン、１、１’−シクロヘキサシリルシクロヘプタシラン、スピロ［２、２］ペンタシラン、スピロ［３、３］ヘプタタシラン、スピロ［４、４］ノナシラン、スピロ［４、５］デカシラン、スピロ［４、６］ウンデカシラン、スピロ［５、５］ウンデカシラン、スピロ［５、６］ウンデカシラン、スピロ［６、６］トリデカシラン等が挙げられ、その他にこれらの骨格の水素原子を部分的にＳｉＨ3基やハロゲン原子に置換したケイ素化合物を挙げることができる。これらは２種以上を混合して使用することもできる。
【００２３】
さらに、シラン化合物としては、前述の環状構造を有するシラン化合物が好ましいが、ｎ−ペンタシラン、ｎ−ヘキサシラン、ｎ−ヘプタシラン等のシラン化合物や、ホウ素原子および／又はリン原子等により変性された変性シラン化合物等を併用してもよい。
【００２４】
また、シラン化合物を溶解する溶媒としては、ｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタン、ｎ−オクタン、ｎ−デカン、ジシクロペンタン、ベンゼン、キシレン、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、スクワランなどの炭化水素系溶媒の他、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−ジオキサンなどのエーテル系溶、さらに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、クロロホルムなどの極性溶媒を挙げることができる。これらのうち、シラン化合物の溶解性と該溶液の安定性の点で炭化水素系溶媒、エーテル系溶媒が好ましく、さらに好ましい溶媒としては炭化水素系溶媒を挙げることができる。これらの溶媒は、単独でも、或いは２種以上の混合物としても使用できる。
【００２５】
また、ドーパントとして用いる化合物としては、ホウ素［Ｂ］、アルミニウム［Ａｌ］、ガリウム［Ｇａ］、インジウム［Ｉｎ］、タリウム［Ｔｌ］などの周期律表第３族原子を含有する物質、または、リン［Ｐ］、砒素［Ａｓ］、アンチモン［Ｓｂ］、ビスマス［Ｂｉ］などの周期律表第５族原子を含有する物質を挙げることができる。
【００２６】
なお、液体シリコン材料の塗布の方法は、インクジェット法の他にも、ディスペンス法など所定の領域に所定の量の液体材料を塗布できる方法を用いることができる。
【００２７】
ここで、塗布される液体シリコン材料は表面張力が非常に高いため、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2）等で形成された下地絶縁膜１０２上では液体シリコン材料ははじかれやすい。このため、液体シリコン材料が下地絶縁膜１０２上で図３（Ａ）に示すような状態になりやすく、塗布膜１０４の膜厚と形状のコントロールが難しい。
しかし、トランジスタ１００では、濡れ性の非常に高い金属（液体シリコン材料との接触角が、下地絶縁膜１０２と液体シリコン材料との接触角よりも大きい）で形成されたソース・ドレイン電極１０３の間に塗布膜１０４を形成するため、塗布膜１０４は図３（Ｂ）に示すような状態に形成され、良好な形状の塗布膜１０４を得ることができる。
【００２８】
次に、図１（Ｃ）に示す状態の基板を、例えば１０Ｔｏｒｒ、１００℃の条件下で１時間加熱し、塗布膜１０４を形成する溶液中の溶媒を除去する。
塗布膜１０４中の溶媒を除去したら、エネルギー２００ｍＪ／ｃｍ2、幅２０μｍのＸｅＣｌのエキシマレーザーを１０ｃｍ／ｓでスキャンすることにより塗布膜１０４の一部を除去し、図１（Ｄ）に示すように、チャネル領域１０５を形成する。図１（Ｄ）を上面から見た図を図２（Ｂ）に示す。レーザー照射により、０．１μｍ程度の非常に幅の狭いチャネル領域１０５を形成することができる。
【００２９】
次に、図１（Ｄ）に示す状態の基板を、例えば５００℃で２時間加熱する。これにより、レーザー照射による一部の除去によって分割された第１の塗布膜１０６、第２の塗布膜１０７が焼成され第１のＮ型シリコン膜１０８、第２のＮ型シリコン膜１０９（第１の導電膜、第２の導電膜）となる。
【００３０】
なお、レーザー照射によるチャネル領域１０５の形成は、焼成によりＮ型シリコン膜となった後で行うよりも、上記のように焼成前の前駆体の状態で行う方が、照射に必要なエネルギーが少なくて済む。
【００３１】
次に、図１（Ｅ）に示すように、チャネル領域１０５に半導体膜１１０を形成する。具体的には、例えばシクロペンタシラン１０ｍｌに対して波長２５４ｎｍの紫外光を１０分照射してポリマー化させた化合物をトルエンに溶かした溶液を、インクジェット法を用いてチャネル領域１０５に塗布し、４５０℃で２時間焼成する。次に、エネルギー３００ｍＪ／ｃｍ2のＸｅＣｌのエキシマレーザーを照射して結晶化アニールを行い、チャネル領域１０５のアモルファスシリコンがポリシリコン膜となるように再結晶化させる。同時に、第１のＮ型シリコン膜１０８、第２のＮ型シリコン膜１０９の活性化アニールを行うことができる。
【００３２】
次に、３０秒の希フッ酸処理により半導体膜１１０の表面酸化膜を除去した後、ＴＥＯＳ−ＣＶＤ法によって、厚さ１２０ｎｍのゲート絶縁膜１１１を成膜する（図４（Ａ））。さらに、フォトエッチングによってコンタクトホールを形成し（図４（Ｂ））、ソース・ドレイン電極１１２、ゲート電極１１３を形成する（図４（Ｃ））。
【００３３】
以上のように、ドーパントを含む液体シリコン材料を用いて形成した塗布膜１０４の一部をレーザー照射によって除去することにより、チャネル長の非常に短いトランジスタを得ることができる。
【００３４】
なお、ここではトップゲート型のトランジスタの製造を例に説明したが、本発明による方法はボトムゲート型のトランジスタの製造にももちろん適用できる。ボトムゲート型の場合には、ガラス基板上にゲート電極とゲート絶縁膜を形成してから、図１（Ａ）〜（Ｅ）に示す工程を実施する。
【００３５】
電気光学装置
図５は、本発明による電気光学装置の例である有機ＥＬ装置１０の回路図である。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制御回路を構成するＴＦＴ１１〜１４など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１５、１６は、上記構成を有する複数のＴＦＴ（図示略）を備えて構成されている。駆動回路１５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１６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。
【００３６】
電子機器
図６は、本発明による電子機器の例を示した図である。
図６（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）１０、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１０における画素回路及び駆動回路を構成する半導体装置の製造に適用される。
【００３７】
図６（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）１０、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１０における画素回路及び駆動回路を構成する半導体装置の製造に適用される。
【００３８】
図６（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３５０は、電気光学装置（表示パネル）１０、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１０を構成する半導体装置の製造に適用される。
【００３９】
図６（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）１０、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１０を構成する半導体装置の製造に適用される。
【００４０】
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。また、上述した実施形態では、回路素子の一例としてＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を例示したが、他の回路素子に適用しても良いのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明によるトランジスタ（半導体装置）の製造工程を示す断面図である。
【図２】本発明によるトランジスタ（半導体装置）の製造工程を示す平面図である。
【図３】基板に塗布した液体シリコン材料の状態を示す断面図である。
【図４】本発明によるトランジスタ（半導体装置）の製造工程を示す図である。
【図５】本発明による電気光学装置の例である有機ＥＬ装置の回路図である。
【図６】本発明による電子機器の例を示した図である。
【符号の説明】
【００４２】
１００  トランジスタ、１０１  ガラス基板、１０２  下地絶縁膜、１０３  ソース・ドレイン電極、１０４  塗布膜、１０５  チャネル領域、１０６  第１の塗布膜、１０７  第２の塗布膜、１０８  第１のＮ型シリコン膜、１０９  第２のＮ型シリコン膜、１１０  半導体膜、１１１  ゲート絶縁膜、１１２  ソース・ドレイン電極、１１３  ゲート電極
【図１】
2007103626.tif 000003
【図２】
2007103626.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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