(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・ドレイン両電極上に不純物含有液体シリコン材料を滴下し、滴下した不純物含有液体シリコン材料をソースドレイン電極１０３上から下地絶縁膜１０２上に溢れさせることによって、ソース・ドレイン両電極を覆う塗布膜１０４，１０５を形成し、塗布膜１０４，１０５を焼成してＮ型シリコン膜１０７，１０８にする。さらに、Ｎ型シリコン膜１０７，１０８の間に半導体膜１０９を形成し、半導体膜１０９上にゲート絶縁膜１１０、ゲート電極１１２を順次形成する。【選択図】図１
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【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の金属膜および前記第２の金属膜上に不純物含有液体材料を塗布し、前記第１の金属膜を覆う第１の塗布膜と、前記第２の金属膜を覆う第２の塗布膜を形成する工程と、
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、
前記第１の金属膜と前記半導体膜とが前記第１の塗布膜によって隔離されてい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、
前記第１および第２の塗布膜を形成する工程では、
前記不純物含有液体材料が液滴吐出装置から前記第１の金属膜および前記第２の金属膜上に吐出され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から請求項３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１および第２の塗布膜を形成する工程では、
前記基板上に溢れさせる前記不純物含有液体材料の量によって、前記第１の塗布膜と前記第２の塗布膜の間の距離を調整す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、
前記不純物含有液体材料の前記基板に対する前進接触角が９０度以下である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７】
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９】
請求項１から請求項８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１０】
請求項１から請求項８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。
【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、および電子機器の製造方法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層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層の間に設けている。
【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、その上に半導体層、絶縁層等を形成する。
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層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、均一に形成し、特性が均一で良好なトランジスタを形成する事にある。
【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の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の金属膜および上記第２の金属膜上に不純物含有液体材料を塗布し、上記第１の金属膜を覆う第１の塗布膜と、上記第２の金属膜を覆う第２の塗布膜とを形成する工程と、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】
上記のような方法で第１および第２の金属膜を覆う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、半導体層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】
また、上記の半導体装置の製造方法は、上記第１の金属膜と上記半導体膜とが上記第１の塗布膜によって隔離されていることが好ましい。これによれば、例えば金属膜であるソース・ドレイン領域と半導体膜との接触抵抗を低減することができる。
【００１１】
また、上記の半導体装置の製造方法は、上記第１および第２の塗布膜を形成する工程では、上記不純物含有液体材料が液滴吐出装置から上記第１の金属膜および上記第２の金属膜上に吐出されることが好ましい。
これによれば、例えば液滴の量を調整することが容易であるため、塗布膜の最終形状を任意に調整することが容易になる。
【００１２】
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。
【００１３】
また、上記第１および第２の塗布膜を形成する工程では、上記基板上に溢れさせる上記不純物含有液体材料を適切に調整する事によって、上記第１の塗布膜と上記第２の塗布膜の間の距離を任意に調整する事が可能である。
【００１４】
また、上記の半導体装置の製造方法は、上記不純物含有液体材料の上記基板に対する前進接触角が９０度以下であることが好ましい。
これにより、例えば塗布膜をコントロールしやすい形状に保つことができる。
【００１５】
また、本発明によ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。
【００１６】
また、本発明によ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。
また、上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がのぞましい。
【００１７】
本発明の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、本発明に係る配線基板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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１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、長さ２００μｍであり、二つの電極は２０μｍの距離を離して形成されている。
【００２０】
次に、図１（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、インクジェット装置に代表される液滴吐出装置を用いて、ソース・ドレインそれぞれの電極上にＮ型シリコン膜を形成するための液体シリコン材料（不純物含有液体材料）を配置し、塗布膜１０４，１０５（第１の塗布膜、第２の塗布膜）を形成する。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
ソース・ドレイン電極１０３上は表面張力が非常に高いため、滴下した液体シリコン材料は滴下位置に多少のずれがあっても自然にソース・ドレイン電極１０３上に配置される（図１（Ｃ））。さらに、ソース・ドレイン電極１０３上に液体シリコン材料を滴下し続けると、液体シリコン材料はソース・ドレイン電極１０３上から溢れて下地絶縁膜１０２上に配置される（図１（Ｄ））。
【００２９】
図１（Ｄ）に示す状態では、塗布膜１０４，１０５と下地絶縁膜１０２とのなす角度θは、常に液体シリコン材料と下地絶縁膜１０２との接触角に等しくなる。よって、滴下する液体シリコン材料の量を増やすとソース・ドレイン電極１０３上から溢れ出す量が多くなり、かつ角度θが接触角に維持されるため、塗布膜１０４，１０５の幅Ｗはだんだん広がっていく。このため、塗布膜１０４，１０５間の距離（チャネル長Ｌ）が短くなっていく。なお、図２（Ｂ）は、図１（Ｄ）を上から見た図である。
【００３０】
表１に、１回の吐出で１０ピコリットルの液滴を吐出するように設定されたインクジェット装置を用いた場合の、吐出する液滴の数と形成されるチャネル長の関係を示す。表１に示すように、吐出液滴数が６発までは液体シリコン材料はすべてソース・ドレイン電極１０３上に配置され、チャネル長はソース・ドレイン電極間の距離に等しい。１０発目以降はソース・ドレイン電極１０３上から溢れて下地絶縁膜１０２上に配置され、液滴数が多くなるほど多くの液体シリコン材料が溢れてチャネル長Ｌが短くなる。ここでは、２μｍまで短くすることができた。なお、必要に応じて溶媒の種類や溶質の濃度、下地基板の表面張力等を最適にコントロールし、塗布液と下地基板の接触角を厳密にコントロールする事によりさらに狭いチャネル長の素子を作成する事も可能である。このように、液体シリコン材料を滴下する量を調整することにより、チャネル長を調節することができる。なお、塗布膜１０４，１０５の形状を精度よくコントロールするためには、液体シリコン材料が成膜途中で乾燥しないようにするため、高沸点（１５０〜２５０度程度）の溶媒を用いることが望ましい。
【表１】
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吐出する液滴の数を増やしていくと、ソース・ドレイン電極１０３上から溢れた液体シリコン材料は、下地絶縁膜１０２上を前進接触角を維持しながら濡れ広がっていく。ソース電極から濡れ広がる液体シリコン材料と、ドレイン電極から濡れ広がる液体シリコン材料とがチャネル領域１０６を覆っていき、チャネル長Ｌを短くする。
【００３１】
ここで、チャネル長をより精度良くコントロールするためには、図４（Ａ）に示すように液体シリコン材料の前進接触角を９０度以下にすることが望ましい。なぜなら、図４（Ｂ）に示すように前進接触角が９０度を超えると液体シリコン材料の形状が球体に近づくため、チャネル領域１０６が存在しているにも関わらず、ソース電極から濡れ広がる液体シリコン材料と、ドレイン電極から濡れ広がる液体シリコン材料とが接触してしまうからである。
すなわち、前進接触角が９０度以下であると、接触する限界まで近づけることができるが、９０度を超えると、先に液滴の上方で接触してしまうので、あまり液滴同士を近づけることができない。
【００３２】
ここで、図５を用いて前進接触角について説明する。図５（Ａ）に示すように、静的接触角は、液滴を水平な基板上で静止させた状態での液面と基板表面とのなす角である。これに対し前進接触角は、図５（Ｂ）に示すように、液滴を表面が平坦な基板に置いた状態で基板を徐々に傾斜させていき、液滴が下方に滑落移動を開始した時点における、傾斜する基板表面のうち傾斜前方側（傾斜下方側）における液面と基板表面とのなす角のことを指す。また、後退接触角とは、前記液滴が前記滑落移動を開始した時点における、傾斜する基板表面のうち傾斜後方側（傾斜上方側）における液面と基板表面とのなす角のことを指す。
前進接触角は、液体材料の表面張力、基板の表面張力によっても決定される為、液体シリコン材料の溶媒、溶質、濃度等の溶液調整や、基板の表面処理を行うことによって、前進接触角のコントロールを行うことも可能である。
【００３３】
次に、図１（Ｄ）に示す状態の基板を、例えば５００℃で１時間加熱することにより、塗布膜１０４、１０５が焼成され、Ｎ型シリコン膜１０７、１０８となる。
【００３４】
次に、図１（Ｅ）に示すように、チャネル領域１０６に半導体膜１０９を形成する。具体的には、例えば、プラズマＣＶＤ装置を用いて５０ｎｍの厚さのアモルファスシリコン膜を成膜し、フォトエッチングによるパターニングを行う。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１０６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、Ｎ型シリコン膜１０７，１０８の活性化アニールを行うことができる。
また、この半導体膜１０９とソース・ドレイン電極１０３との間には塗布膜１０４、１０５が存在するため、半導体膜１０９とソース・ドレイン電極１０３とは互いに隔離され、接触することはない。
【００３５】
次に、３０秒の希フッ酸処理により半導体膜１０９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１１０を成膜する（図３（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３（Ｂ））、ソース・ドレイン電極１１１、ゲート電極１１２を形成する（図３（Ｃ））。
【００３６】
以上のように、ドーパントを含む液体シリコン材料をソース・ドレイン電極１０３上に滴下していくことにより、塗布膜１０４，１０５間の距離（チャネル長）を滴下する液量に応じてコントロールできるので、簡易かつ正確に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。
【００３７】
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。
【００３８】
電気光学装置
図６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。
【００３９】
電子機器
図７は、本発明による電子機器の例を示した図である。
図７（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。
【００４０】
図７（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。
【００４１】
図７（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。
【００４２】
図７（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。
【００４３】
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】
【００４４】
【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】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４】液体シリコン材料の前進接触角と塗布膜の形状の関係を説明する図である。
【図５】前進接触角を説明する図である。
【図６】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７】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】
【００４５】
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、１０４，１０５  塗布膜、１０６  チャネル領域、１０７，１０８  Ｎ型シリコン膜、１０９  半導体膜、１１０  ゲート絶縁膜、１１１  ソース・ドレイン電極、１１２  ゲート電極
【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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