(57)【要約】【課題】Ｓｉ−Ｈ結合を確保することが可能なシリコン膜の形成方法を提供する。【解決手段】加熱により脱離可能な水素を含む基体を用意（Ｓ１０１）すると共に、シリコン化合物を含む溶液を調製（Ｓ１０２）したのち、この基体の上にシリコン化合物を含む溶液を用いて塗布膜を形成（Ｓ１０３）し、この塗布膜を加熱（Ｓ１０４）することにより、シリコン膜を形成する。この場合、加熱された基体から脱離する水素によって、シリコン膜中でＳｉ−Ｈ結合が形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱により脱離可能な水素を含む基体の上に、シリコン化合物を含む塗布膜を形成する工程と、
前記塗布膜を加熱する工程と
を含むシリコン膜の形成方法。
【請求項２】
前記塗布膜が、非晶質シリコン膜となる請求項１記載のシリコン膜の形成方法。
【請求項３】
前記塗布膜が、多結晶シリコン膜となる請求項１記載のシリコン膜の形成方法。
【請求項４】
前記塗布膜が、非晶質シリコンおよび多結晶シリコンを含むシリコン膜となる請求項１記載のシリコン膜の形成方法。
【請求項５】
前記シリコン化合物が、化１で表される鎖状シラン化合物および化２で表される環状シラン化合物のうちの少なくとも１種を含む請求項１記載のシリコン膜の形成方法。
（化１）
Ｓｉn Ｒ１2n+2
（Ｒ１はケイ素原子に共有結合を介して結合する原子または原子団である。ｎは３以上の整数である。）
（化２）
Ｓｉm Ｒ２2m
（Ｒ２はケイ素原子に共有結合を介して結合する原子または原子団である。ｍは４以上の整数である。）
【請求項６】
前記シリコン化合物に光照射したのち、塗布膜を形成する請求項１記載のシリコン膜の形成方法。
【請求項７】
前記塗布膜を形成しながら光照射する請求項１記載のシリコン膜の形成方法。
【請求項８】
前記塗布膜を形成しながら、更に光照射する請求項６記載のシリコン膜の形成方法。
【請求項９】
前記光照射の際に、２００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の光を照射する請求項６記載のシリコン膜の形成方法。
【請求項１０】
前記光照射の際に、２００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の光を照射する請求項７記載のシリコン膜の形成方法。
【請求項１１】
前記光照射の際に、２００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の光を照射する請求項８記載のシリコン膜の形成方法。
【請求項１２】
前記塗布膜を３００℃以上１０００℃以下で加熱する請求項１記載のシリコン膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塗布法によるシリコン膜の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、非晶質シリコン膜や多結晶シリコン膜の形成方法としては、水素化シランガスを用いた熱ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、蒸着法あるいはスパッタ法などが利用されている。一般的に、非晶質シリコン膜の形成にはプラズマＣＶＤ法（例えば、非特許文献１参照。）が広く用いられ、多結晶シリコン膜の形成には熱ＣＶＤ法（例えば、非特許文献２参照。）が広く用いられている。
【非特許文献１】Ｓｐｅａｒ  Ｗ．Ｅ．，Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｃｏｍ．,１９７５年，第１７巻，ｐ．１１９３
【非特許文献２】Ｋｅｒｎ  Ｗ．，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．,１９７７年，第１４（５）巻，ｐ．１０８２
【０００３】
プラズマＣＶＤ法により非晶質シリコン膜を形成する場合には、原料ガスである水素化シランガスとしてシラン（ＳｉＨ4 ）や、ジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）をグロー放電により分解することにより基板上に成長させて非晶質シリコン膜を形成する。この場合には、基板として結晶シリコン、ガラスあるいは耐熱プラスチックなどを用いて約４００℃以下で形成される。このプラズマＣＶＤ法では、大面積のものを比較的低コストで作製できる。なお、多結晶シリコン膜は、形成された非晶質シリコン膜に対し、パルス発振のエキシマレーザを約２５ｎｓの間隔で照射することにより、その非晶質シリコン膜を加熱・溶解させたのち、冷却して再結晶化させることによって形成される。
【０００４】
その他にも、高次水素化シランを用いたＣＶＤ法により、非晶質シリコン膜を形成する方法が提案されている。具体的には、高次水素化シランガスを大気圧以上の圧力下で熱分解する方法（例えば、特許文献１参照。）、環状水素化シランガスを熱分解する方法（例えば、特許文献２参照。）、分岐状水素化シランを用いる方法（例えば、特許文献３参照。）、トリシラン以上の高次水素化シランガスを４８０℃以下で熱ＣＶＤする方法（例えば、特許文献４参照。）などである。
【特許文献１】特公平０４−０６２０７３公報
【特許文献２】特公平０５−０００４６９公報
【特許文献３】特開昭６０−０２６６６５号公報
【特許文献４】特公平０５−０５６８５２号公報
【０００５】
ところが、これらのＣＶＤ法には、デバイスの歩留まり低下などの問題がある。詳細には、膜の原料をガス状で用いるため、表面に凹凸のある基体上では良好なステップカバレージを有する膜が得られにくいことや、膜形成速度が遅いことによるスループットが低いことなどである。その他に、気相中で粒子が発生することによる装置の汚染や、プラズマＣＶＤ法においては高周波発生装置や高真空装置などの複雑で高価な装置が必要であることなどの問題もある。しかも、形成された非晶質シリコン膜を多結晶シリコン膜とするためには、より高温での加熱処理、あるいはエキシマレーザなどによるレーザ結晶化プロセスが不可欠である。
【０００６】
その一方で、液体状の水素化シランを用いて酸化シリコン膜などのシリコン膜を形成する方法が提案されている。例えば、原料としてガス状の水素化シランを冷却した基体上に液状化して吸着させ、化学的に活性な原子状の水素と反応させることによりシリコン系の薄膜を堆積させる方法がある（例えば、特許文献５参照。）。ところが、この方法では、原料の気化と冷却とを続けて行うため、複雑で高価な装置が必要であり、また膜厚の制御も困難であった。さらに、塗布膜への成膜エネルギーが原子状の水素からのみ与えられるため、膜形成速度が遅く、しかも電子材料としての特性を持つシリコン膜を得るためには加熱処理が必要であることからスループットが低いという問題もある。なお、この方法は、ＬＳＩ（Large Scale Integration ：大規模集積回路）が有する層間絶縁膜や平坦化膜等の酸化シリコン膜を形成する際には適用されているが、非晶質あるいは多結晶などのシリコン膜の形成には適用されていない。
【特許文献５】特開平０１−２９６６１１号公報
【０００７】
その他に液体状の水素化シランを用いてシリコン膜を形成する方法としては、液体状の水素化シランを基体上に塗布したのちに昇温し、昇温過程を含む熱履歴を経させることにより、塗布膜内で水素化シランを分解反応させる方法、いわゆる塗布法が挙げられる（例えば、特許文献６参照。）。この塗布法では、塗布膜を形成したのち、例えば、４００℃程度の加熱処理により非晶質シリコン膜が形成される。
【特許文献６】特開平０７−２６７６２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、塗布法により非晶質シリコン膜を形成した場合には、加熱処理により、非晶質シリコンが有するＳｉ−Ｈ結合が切断され水素が脱離しやすい傾向にある。例えば、ＴＦＴ（Thin Film Transistor；薄膜トランジスタ）などのデバイス用として非晶質シリコン膜を利用する場合には、膜中においてシリコンと結合した水素が８〜１５原子数％（ａｔ％）程度必要とされるが、塗布法では、Ｓｉ−Ｈ結合の切断による水素の脱離は２００℃付近から始まることから、４００℃程度で加熱処理すると必要な水素が失われる。このため、塗布法により形成されたシリコン膜をデバイスなどに用いた場合には、十分な特性を得ることが困難であった。
【０００９】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、Ｓｉ−Ｈ結合を確保することが可能なシリコン膜の形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のシリコン膜の形成方法は、加熱により脱離可能な水素を含む基体の上にシリコン化合物を含む塗布膜を形成する工程と、塗布膜を加熱する工程とを含むものである。
【００１１】
本発明のシリコン膜の形成方法では、加熱により脱離可能な水素を含む基体の上にシリコン化合物を含む塗布膜を形成することにより、塗布膜を加熱する工程の際に、水素が基体から脱離し、その水素がシリコン膜中でＳｉ−Ｈ結合を形成する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のシリコン膜の形成方法によれば、加熱により脱離可能な水素を含む基体の上にシリコン化合物を含む塗布膜を形成するので、塗布膜を加熱する工程の際に、基体から脱離した水素により、シリコン膜中のＳｉ−Ｈ結合を確保することができる。よって、このシリコン膜の形成方法を用いて、例えば、薄膜トランジスタなどのデバイスを形成した場合に、良好な特性を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
本発明の一実施の形態に係るシリコン膜の形成方法は、例えば、ＬＳＩ、薄膜トランジスタ、光電変換素子あるいは感光体などを製造する際に適用可能な方法である。図１は、本実施の形態に係るシリコン膜の形成方法の流れを表している。
【００１５】
まず、例えば、加熱により脱離可能な水素を含む基体を用意する（ステップＳ１０１）。この基体を用いることにより、後述する塗布膜を加熱する工程において、基体から脱離した水素が形成されるシリコン膜中でケイ素原子と結合し、シリコン膜中のＳｉ−Ｈ結合が確保される。よって、良好なシリコン膜が得られる。この基体としては、加熱により脱離する水素を含むものであれば、任意のものを用いることができる。このような基体としては、例えば、水素化窒化シリコン膜、水素化酸化シリコン膜あるいは水素化酸窒化シリコン膜が挙げられる。
【００１６】
この基体を形成する際には、例えば、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜あるいは酸窒化シリコン膜を基板上に成膜したのち、成膜された窒化シリコン膜等を水素化プラズマ処理し水素を注入する。水素化プラズマ処理の条件としては、例えば、出力を０．０５Ｗ／ｃｍ3 以上１．０Ｗ／ｃｍ3 以下、圧力を２０Ｐａ以上５００Ｐａ以下、処理時間を１０秒以上６００秒以下とすることが好ましい。十分量の水素を基体中に注入できるからである。
【００１７】
基体中における脱離可能な水素の含有量（水素原子数）は、１×１０20ｃｍ-3以上であることが好ましい。中でも、１×１０20ｃｍ-3以上１×１０23ｃｍ-3以下であることが好ましい。より高い効果が得られるからである。
【００１８】
また、一方で、例えば、シリコン化合物を含む溶液を調製する（ステップＳ１０２）。この「シリコン化合物を含む溶液」とは、シリコン化合物を含む液状のものという意味であり、シリコン化合物が液状であれば、それもシリコン化合物を含む溶液であり、高分子のシリコン化合物を液体である低分子のシリコン化合物に溶解したものや、シリコン化合物を溶媒に溶解したものもシリコン化合物を含む溶液とする。このため、シリコン化合物を含む溶液は、シリコン化合物のいずれか１種あるいは２種以上に、必要に応じて溶媒や添加剤などを混合して調整される。
【００１９】
このシリコン化合物は、シリコン膜を形成可能であれば、任意である。このようなシリコン化合物としては、例えば、シラン系化合物が好ましい。このシラン系化合物としては、例えば、直鎖状あるいは分岐状の鎖状シラン化合物や、単環シラン化合物や、単環シラン化合物が２つ以上のケイ素原子を共有する状態で連結されたはしご状の環状化合物、あるいは単環シラン化合物が３次元的に連結されたかご状の環状化合物などの環状シラン化合物が挙げられる。中でも、シリコン化合物は、化１で表される鎖状シラン化合物および化２で表される環状シラン化合物のうちの少なくとも１種を含むものが好ましい。良好なシリコン膜が形成されるからである。なお、化１中のＲ１は互いに同一でもよいし、異なってもよく、化２中のＲ２についても同様である。
【００２０】
（化１）
Ｓｉn Ｒ１2n+2
（Ｒ１はケイ素原子に共有結合を介して結合する原子または原子団である。ｎは３以上の整数である。）
【００２１】
（化２）
Ｓｉm Ｒ２2m
（Ｒ２はケイ素原子に共有結合を介して結合する原子または原子団である。ｍは４以上の整数である。）
【００２２】
化１中のｎが３以上であるのは、ｎが１あるいは２であると常温で気体になるからである。また化２中のｍが４以上であるのは、ｎが３以上であるのと同様である。
【００２３】
Ｒ１は、任意であり、例えば、水素、炭素、酸素、窒素、硫黄、リン、ホウ素およびハロゲンからなる群より選択される１種または２種以上の原子を含んで構成されている。具体的には、Ｒ１としては、例えば、ハロゲン基、ヒドロキシル基、アルキル基、アルケニル基、アルコキシル基、アリール基、複素環基、シアノ基、ニトロ基、アミノ基あるいはチオール基や、カルボニル基を有する基、エステル基を有する基あるいはアミド基を有する基や、それらの誘導体が挙げられる。これらのことは、Ｒ２についても同様である。
【００２４】
化１に示した鎖状シラン化合物としては、Ｒ１が水素基である化合物（Ｓｉn Ｈ2n+2）が好ましい。容易に入手可能であると共に良好なシリコン膜が形成されるからである。Ｓｉn Ｈ2n+2としては、例えば、トリシラン（Ｓｉ3 Ｈ8 ）、ノーマルテトラシラン（Ｓｉ4 Ｈ10）、イソテトラシラン（Ｓｉ4 Ｈ10）、ノーマルペンタシラン（Ｓｉ5 Ｈ12）、イソペンタシラン（Ｓｉ5 Ｈ12）、ネオペンタシラン（Ｓｉ5 Ｈ12）、ノーマルヘキサシラン（Ｓｉ6 Ｈ14）、ノーマルへプタシラン（Ｓｉ7 Ｈ16）、ノーマルオクタシラン（Ｓｉ8 Ｈ18）あるいはノーマルノナシラン（Ｓｉ9 Ｈ20）またはこれらの異性体が挙げられる。これらは単独で用いられてもよいし、複数種を混合して用いられてもよい。なお、上記したシラン化合物の他に、モノシランやジシランが混在していてもよい。
【００２５】
化２に示した環状シラン化合物としては、Ｒ２が水素基である化合物（Ｓｉm Ｈ2m）が好ましい。容易に入手可能であると共に良好な非晶質シリコン膜あるいは多結晶シリコン膜が形成されるからである。Ｓｉm Ｈ2mとしては、例えば、化３で表されるシクロペンタシラン（Ｓｉ5 Ｈ10）が挙げられ、その他に、シクロテトラシラン（Ｓｉ4 Ｈ8 ）、シクロヘキサシラン（Ｓｉ6 Ｈ12）あるいはシクロヘプタシラン（Ｓｉ7 Ｈ14）が挙げられる。これらは単独で用いられてもよいし、複数種を混合して用いられてもよい。もちろん、Ｓｉn Ｈ2n+2と混合して用いられてもよい。中でも化３に示したシクロペンタシランが好ましい。より良好なシリコン膜が形成されるからである。
【００２６】
【化３】
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【００２７】
上記したシリコン化合物は、合成したものをそのまま用いてもよいし、単離されたものを用いてもよい。ここで、シリコン化合物の合成方法の一例として、化３に示したシクロペンタシランの合成方法について説明する。シクロペンタシランを合成する際には、まず、例えば、テトラヒドロフランに溶解させたフェニルジクロロシランを金属リチウムで環化させてデカフェニルシクロペンタシランを合成する。次にデカフェニルシクロペンタシランを塩化アルミニウム存在下で塩化水素により処理したのち、リチウム水素化アルミニウムで処理し、続いて減圧蒸留で精製する。これによりシクロペンタシランが合成される。
【００２８】
また、シリコン化合物を含む溶液は、上記したシリコン化合物に光照射することにより合成される光重合体を含んでいることが好ましい。シリコン膜の形成速度が向上すると共に良好なシリコン膜が形成されるからである。この光重合体としては、例えば、不活性ガス雰囲気下でシリコン化合物に光照射することにより重合される。この際、照射する光の波長は、光重合可能であれば任意であるが、紫外線領域が好ましく、中でも２００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の範囲であることが好ましい。特に、２００ｎｍ以上３２０未満の光と３２０以上４５０ｎｍ以下の光とを併せて照射することが好ましい。これにより、シリコン化合物が有するＳｉ−Ｓｉ結合およびケイ素原子と他の原子との結合の一部あるいは全部を開裂させ、再度、Ｓｉ−Ｓｉ結合を効率よく構築する。光照射する際の光源としては、例えば、低圧あるいは高圧の水銀ランプや、重水素ランプや、アルゴン、クリプトンあるいはキセノンなどの希ガスの放電光が挙げられ、その他に、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガリウム）レーザや、アルゴンレーザや、炭酸ガスレーザや、ＸｅＦ、ＸｅＣｌ、ＸｅＢｒ、ＫｒＦ、ＫｒＣｌ、ＡｒＦあるいはＡｒＣｌなどのエキシマレーザが挙げられる。
【００２９】
溶媒は、上記したシリコン化合物を溶解あるいは相溶するものであれば、任意に設定可能である。この溶媒としては、例えば、ｎ−ヘプタン、ｎ−オクタン、デカン、トルエン、キシレン、シメン、デュレン、インデン、ジペンテン、テトラヒドロナフタレン、デカヒドロナフタレンあるいはシクロヘキシルベンゼンなどの炭化水素系溶媒や、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メチルエチルエーテル、１，２−ジメトキシエタン、ビス（２−メトキシエチル）エーテルあるいはｐ−ジオキサンなどのエーテル系溶媒や、プロピレンカーボネート、γ−ブチルラクトン、ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルホルムアルデヒド、ジメチルスルホキシドあるいはシクロヘキサノンなどの非プロトン性極性溶媒が挙げられる。これらを単独で用いてもよいし、複数種を混合して用いてもよい。なお、シリコン化合物として、上記のシリコン化合物の光重合体を用いる場合には、低分子量のシリコン化合物を溶媒としてもよい。
【００３０】
また、添加剤としては、ラジカル発生剤のいずれか１種あるいは２種以上を含んでいてもよい。ラジカル発生剤としては、例えば、ビイミダゾール系化合物、ベンゾイン系化合物、トリアジン系化合物、アセトフェノン系化合物、ベンゾフェノン系化合物、α−ジケトン系化合物、多核キノン系化合物、キサントン系化合物あるいはアゾ系化合物が挙げられる。
【００３１】
なお、この溶液中には、その他にｐ型半導体を形成する際に用いるｐ型不純物やｎ型半導体を形成する際に用いるｎ型不純物を含んでいてもよい。
【００３２】
次に、ステップＳ１０１において用意した基体の上に、調製したシリコン化合物を含む溶液を塗布することにより、シリコン化合物を含む塗布膜を形成する（ステップＳ１０３）。塗布膜を形成する方法としては、例えば、スピンコート法、ディップコート法、スプレー法あるいは浸漬法が挙げられる。
【００３３】
また、このステップＳ１０３においては、塗布膜を形成しながら光照射してもよい。これにより、Ｓｉ−Ｓｉ結合のネットワークが３次元的に構築され、より良好なシリコン膜が形成される。また、後述する塗布膜を加熱する工程において、加熱時間が短縮される。なお、光照射する際の好ましい波長範囲は、シリコン化合物に光照射して光重合させる場合と同様である。
【００３４】
続いて、塗布膜を加熱する（ステップＳ１０４）。これにより、塗布膜中に含まれるシリコン化合物が熱分解され、ケイ素原子とケイ素原子との結合の一部あるいは全部、およびケイ素原子とケイ素以外の原子との結合の一部あるいは全部が開裂し、Ｓｉ−Ｓｉ結合が再構築される。この際、基体も塗布膜と併せて加熱されるため、基体中の水素も脱離し、脱離した水素が塗布膜中のケイ素原子と結合する。
【００３５】
加熱する温度は、３００℃以上１０００℃以下の範囲内であればよい。３００℃未満であると、形成されたシリコン膜が半導体として特性を示さないおそれがあり、１０００℃超であると基体が溶解するおそれがある。また、この加熱する温度によって、形成されるシリコン膜の組成が異なるものとなる。塗布膜を、例えば、３００℃以上４５０℃以下の範囲で加熱すれば非晶質シリコン膜になりやすく、４５０℃以上６００℃以下の範囲で加熱すれば非晶質シリコンおよび多結晶シリコンを含む膜になりやすく、６００℃以上８５０℃以下の範囲で加熱すれば多結晶シリコン膜になりやすい。
【００３６】
これにより、非晶質シリコン膜あるいは多結晶シリコン膜、または非晶質シリコンおよび多結晶シリコンを含む膜が形成される。
【００３７】
本実施の形態におけるシリコン膜の形成方法では、加熱により脱離可能な水素を含む基体の上にシリコン化合物を含む塗布膜を形成することにより、塗布膜を加熱する工程の際に、水素が基体から脱離し、その水素が形成されるシリコン膜中のケイ素原子と結合しＳｉ−Ｈ結合を形成する。
【００３８】
このシリコン膜の形成方法によれば、加熱により脱離可能な水素を含む基体の上に、シリコン化合物を含む塗布膜を形成するので、基体中に脱離可能な水素を含まない場合と比較して、形成されたシリコン膜中のＳｉ−Ｈ結合を確保することができる。よって、良好なシリコン膜を形成することができる。また、このシリコン膜の形成方法を用いて薄膜トランジスタなどのデバイスを形成することにより、薄膜トランジスタであれば電力供給能力などの特性の向上に寄与することができる。この場合には、良好な非晶質シリコン膜あるいは多結晶シリコン膜、または非晶質シリコンおよび多結晶シリコンが混合した膜を形成することができる。また、複雑で高価な装置を必要としないため、設備費を低減することもできる。
【００３９】
また、シリコン化合物として化１に示した鎖状シラン化合物および化２に示した環状シラン化合物のうちの少なくとも１種を用いてもよい。
【００４０】
特に、シリコン化合物に光照射したのち塗布膜を形成する、塗布膜を形成しながら光照射する、あるいは光照射したシリコン化合物を用いて塗布膜を形成しながら更に光照射すれば、良好なシリコン膜が形成されると共に加熱時間を短縮することができる。
【００４１】
また、塗布膜を加熱する際の温度を３００℃以上１０００℃以下としてもよい。
【００４２】
次に、本実施の形態に係るシリコン膜の形成方法の一適用例として、例えば、デバイスとして薄膜トランジスタの製造方法に適用する場合について図２，３を参照して説明する。
【００４３】
図２（Ａ）〜（Ｅ）および図３（Ａ）〜（Ｃ）は、薄膜トランジスタの製造方法を工程順に表すものである。最初に、図２（Ａ）に示したように、スパッタ法あるいは蒸着法などにより、例えば、ガラス基板１０の全面にアルミニウム（Ａｌ）などの金属膜１１を形成する。続いて、図２（Ｂ）に示したようにフォトリゾグラフィーおよびエッチングにより所定の形状に微細加工し、ゲート電極１１Ａを形成する。次に、図２（Ｃ）に示したようにスパッタ法や蒸着法により窒化シリコン（ＳｉＮx ）、酸化シリコン（ＳｉＯx ）あるいは酸窒化シリコンなどからなるゲート絶縁膜１２をゲート電極１１Ａを覆うように形成する。
【００４４】
続いて、例えば、水素化プラズマ処理などにより、所定量の水素をゲート絶縁膜１２に注入する。これにより、上記したシリコン膜の形成方法における加熱により脱離可能な水素を含む基体を用意する。
【００４５】
次に、図２（Ｄ）に示したようにスピンコート法などの塗布法により、ゲート絶縁膜１２の上に非晶質シリコン膜１３を形成する。この場合、例えば、シリコン化合物であるシクロペンタシランに光照射したのち、光照射していないシクロペンタシランと有機溶媒と混合し、シリコン化合物を含む溶液を調整する。続いて、シリコン化合物を含む溶液を用いてゲート絶縁膜１２の上に塗布膜を形成する。この塗布膜を所定の温度で加熱することにより非晶質シリコン膜１３を形成する。
【００４６】
次に、図２（Ｅ）に示したように、例えばプラズマＣＶＤ法により、後述するソースコンタクト層およびゲートコンタクト層を形成するためのｎ＋シリコン膜１４を非晶質シリコン膜１３上に一様に形成する。
【００４７】
次に、図３（Ａ）に示したように非晶質シリコン膜１３およびｎ＋シリコン膜１４をフォトリゾグラフィーおよびエッチングにより、所定の形状に微細加工する。
【００４８】
次に、図３（Ｂ）に示したようにスパッタ法あるいは蒸着法などにより、ｎ＋シリコン膜１４を覆うようにアルミニウムなどの金属膜１５を形成する。続いて、図３（Ｃ）に示したように、例えばエッチングにより、チャネル領域となる非晶質シリコン膜１３の上を覆う、ｎ＋シリコン膜１４および金属膜１５の一部を取り除くと共に、ソースコンタクト層１４Ａおよびドレインコンタクト層１４Ｂとなるｎ＋シリコン膜１４とそれを覆う金属膜１５を残存させる。これにより、ソースコンタクト層１４Ａおよびドレインコンタクト層１４Ｂ、ならびにソース電極１５Ａおよびドレイン電極１５Ｂが形成され、薄膜トランジスタが完成する。
【００４９】
この薄膜トランジスタの製造方法によれば、加熱により脱離可能な水素を含ませたゲート絶縁膜１２の上にシリコン化合物を含む塗布膜を形成するので、ゲート絶縁膜１２中に脱離可能な水素を含まない場合と比較して、形成された非晶質シリコン膜１３中のＳｉ−Ｈ結合を確保することができる。これにより、形成された薄膜トランジスタでは、サブスレショルド係数（Ｓ係数）が低下し、電力供給能力を向上させることができる。
【００５０】
この薄膜トランジスタの製造方法に関する他の作用および効果は、上記したシリコン膜の形成方法について説明した場合と同様である。
【実施例】
【００５１】
本発明の実施例について詳細に説明する。
【００５２】
（実施例１）
上記したシリコン膜の形成方法にしたがってシリコン膜を作製した。
【００５３】
最初に、加熱により脱離可能な水素を含む基体を石英基板上に形成した。まず、ＣＶＤ法により窒化シリコン膜を石英基板上に形成した。続いて、この窒化シリコン膜を水素化プラズマ処理することにより水素を注入し、水素化窒化シリコン膜とした。この際、水素化プラズマ処理の条件としては、出力を０．５Ｗ／ｃｍ3 、圧力を２００Ｐａ、処理時間を２０秒とした。また、形成された水素化窒化シリコン膜中における水素の含有量をＩＲスペクトルにより測定したところ、２×１０22ｃｍ-3であった。
【００５４】
次に、シリコン化合物を含む溶液を調整した。この際、まず、シリコン化合物であるシクロペンタシラン１ｇを撹拌しながら、光照射した。続いて、光照射したシクロペンタシランと光照射していないシクロペンタシランとを混合したのち、その混合物を有機溶媒であるトルエンに溶解し、シリコン化合物の含有量が２０重量％となるように調製した。
【００５５】
次に、水素化窒化シリコン膜の上に、シリコン化合物２０重量％溶液を滴下し、スピンコート法（２０００ｒｐｍ、１０秒）により塗布膜を形成した。最後に、３５０℃で加熱することにより、シリコン膜を形成した。
【００５６】
（比較例１−１）
石英基板上に直接、シリコン膜を形成したことを除き、実施例１と同様の手順を経た。この際、石英基板をＵＶ／Ｏ3 処理したのち、シクロペンタシラン２０重量％の溶液を滴下し、シリコン膜を形成した。
【００５７】
（比較例１−２）
水素化プラズマ処理せずにシリコン膜を形成したことを除き、実施例１と同様の手順を経た。
【００５８】
これらの実施例１および比較例１−１，１−２のシリコン膜について、ラマンスペクトルにより形成されたシリコン膜の膜質（種類）を求め、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により形成されたシリコン膜の厚さを測定し、ＩＲスペクトルによりＳｉ−Ｈ結合に起因するピーク強度を測定したところ、表１に示した結果が得られた。なお、表１では、Ｓｉ−Ｈ結合に起因するピーク強度を、比較例１−１を基準とし、強度比（Ｓｉ−Ｈピーク強度比）で示した。
【００５９】
【表１】
2009259958.tif 000004
【００６０】
表１に示したように、実施例１および比較例１−１，１−２では、非晶質シリコン膜がほぼ同じ厚さで形成されたことがわかった。また、実施例１では、比較例１−１よりも、Ｓｉ−Ｈ結合に起因するピークの強度が１．５倍高くなった。一方、比較例１−２では、Ｓｉ−Ｈ結合に起因するピーク強度が比較例１−１と同等となった。この結果は、水素化窒化シリコン膜上に塗布膜を形成したことにより、塗布膜を加熱処理した際に、水素化窒化シリコン膜から脱離した水素が非晶質シリコン膜中でＳｉ−Ｈ結合を形成したことを表している。
【００６１】
このことから、上記したシリコン膜の形成方法では、加熱により脱離可能な水素を含む基体の上にシリコン化合物を含む溶液を用いて塗布膜を形成することにより、非晶質シリコン膜中のＳｉ−Ｈ結合が確保されることが確認された。
【００６２】
（実施例２）
図２および図３に示した工程にしたがって薄膜トランジスタを作製した。
【００６３】
最初に、スパッタ法により石英よりなるガラス基板１０の全面にアルミニウムからなる金属膜１１を形成した。続いて、フォトリゾグラフィーおよびエッチングにより、微細加工し、ゲート電極１１Ａを形成した。次に、ＣＶＤ法により窒化シリコンからなるゲート絶縁膜１２を形成した。
【００６４】
次に、ゲート絶縁膜１２に水素化プラズマ処理により、水素を注入した。この際、水素化プラズマ処理の条件としては、出力を０．５Ｗ／ｃｍ3 、圧力を２００Ｐａ、処理時間を２０秒とした。また、形成された水素が注入されたゲート絶縁膜１２中における水素の含有量をＩＲスペクトルにより測定したところ、２×１０22ｃｍ-3であった。
【００６５】
次に、シクロペンタシラン１ｇを撹拌しながら、光照射したのち、光照射したシクロペンタシランと光照射していないシクロペンタシランとを混合した。その混合物を２０重量％となるようにトルエンに溶解することにより、シリコン化合物を含む溶液を調製した。次に、水素化されたゲート絶縁膜１２上に、シリコン化合物２０重量％の溶液を滴下し、スピンコート法（２０００ｒｐｍ）により塗布膜を形成した。続いて、３５０℃で加熱することにより、厚さ２００ｎｍの非晶質シリコン膜１３を形成した。
【００６６】
次に、プラズマＣＶＤ法により、ｎ＋シリコン膜１４を非晶質シリコン膜１３上に一様に形成したのち、非晶質シリコン膜１３およびｎ＋シリコン膜１４をフォトリゾグラフィーおよびエッチングにより微細加工した。
【００６７】
次に、スパッタ法によりｎ＋シリコン膜１４を覆うようにアルミニウムからなる金属膜１５を形成したのち、エッチングにより、チャネル領域となる非晶質シリコン膜１３の上を覆うｎ＋シリコン膜１４および金属膜１５の一部を取り除くと共に、ソースコンタクト層１４Ａおよびドレインコンタクト層１４Ｂとなるｎ＋シリコン膜１４とそれを覆う金属膜１５を残存させ、ソースコンタクト層１４Ａおよびドレインコンタクト層１４Ｂ、ならびにソース電極１５Ａおよびドレイン電極１５Ｂを形成した。これにより、図３（Ｃ）に示した薄膜トランジスタを作製した。
【００６８】
（比較例２）
ゲート絶縁膜１２を形成したのち、水素化プラズマ処理を行わなかったことを除き、実施例２と同様の手順を経た。
【００６９】
これらの実施例２および比較例２の薄膜トランジスタについて、サブスレショルド係数を調べたところ、表２に示した結果が得られた。
【００７０】
サブスレジョルト係数を調べる際には、ゲート電圧−ドレイン電流特性の関係からそれらの傾きを算出し、その傾きの逆数からサブスレショルド係数を求めた。
【００７１】
【表２】
2009259958.tif 000005
【００７２】
表２に示したように、ゲート絶縁膜１２を水素化プラズマ処理したのち非晶質シリコン膜１３を形成した実施例２では、水素化プラズマ処理をせずに非晶質シリコン膜１３を形成した比較例２よりも、サブスレショルド係数が低くなった。この結果は、水素化されたゲート絶縁膜１２上に塗布膜を形成するため、加熱工程の際に脱離する水素が非晶質シリコン膜１３中でＳｉ−Ｈ結合を形成し、確保されたことを表している。
【００７３】
このことから、上記したシリコン膜の形成方法を用いて製造された薄膜トランジスタでは、非晶質シリコン膜１３中のＳｉ−Ｈ結合が確保されることにより、サブスレショルド係数が低下し、電力供給能力が向上することが確認された。
【００７４】
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明のシリコン膜の形成方法を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例において説明した態様に限定されず、それらのシリコン膜の形成方法の構成は自由に変更可能である。例えば、本発明のシリコン膜の形成方法の使用用途は、必ずしも薄膜トランジスタに限らず、薄膜トランジスタ以外の他のデバイスであってもよい。他の用途としては、例えば、ＬＳＩや光電変換素子などが挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の一実施の形態に係るシリコン膜の形成方法を表す流れ図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係るシリコン膜の形成方法を適用した薄膜トランジスタの製造方法を工程ごとに表す断面図である。
【図３】図２に続く工程を表す断面図である。
【符号の説明】
【００７６】
１０…ガラス基板、１１，１５…金属膜、１１Ａ…ゲート電極、１２…ゲート絶縁膜、１３…非晶質シリコン膜、１４…ｎ＋シリコン膜、１４Ａ…ソースコンタクト層、１４Ｂ…ドレインコンタクト層、１５Ａ…ソース電極、１５Ｂ…ドレイン電極。
【図１】
2009259958.tif 000006
【図２】
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【図３】
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