(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成されたソース電極およびドレイン電極と、前記ソース電極およびドレイン電極上に形成されたシリコン膜と、前記シリコン膜上に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、を含むトランジスタの製造方法であって、
前記ソース電極を形成する工程が、前記基板上にシラン化合物とドーパント源とを含有する液体材料を塗布し、塗布膜を形成することを含み、前記液体材料が、前記シラン化合物と、前記ドーパント源と、溶媒とを混ぜた溶液に紫外線を照射して、分子レベルで前記シラン化合物と前記ドーパント源とを結合させて形成されるものである、トランジスタの製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記ソース電極を形成する工程が、前記塗布膜の溶媒を除去し、アモルファスドープシリコン膜を形成することを含む、トランジスタの製造方法。
【請求項３】
請求項２において、
前記ソース電極を形成する工程が、前記アモルファスドープシリコン膜にレーザーアニールを行い、多結晶ドープシリコン膜を形成することを含む、トランジスタの製造方法。
【請求項４】
基板上にシリコン膜を形成する工程と、
前記シリコン膜上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極をフォトレジストで覆う工程と、
前記フォトレジストをマスクに前記ゲート絶縁膜の一部を除去し、前記シリコン膜の一部を露出させる工程と、
前記シリコン膜の前記一部上にシラン化合物とドーパント源とを含有する液体材料を塗布し、塗布膜を形成する工程と、
前記塗布膜を加熱し、前記シリコン膜の前記一部に前記ドーパント源を拡散させ、少なくともソース領域を形成する工程と、を含み、前記液体材料が、前記シラン化合物と、前記ドーパント源と、溶媒とを混ぜた溶液に紫外線を照射して、分子レベルで前記シラン化合物と前記ドーパント源とを結合させて形成されるものである、トランジスタの製造方法。
【請求項５】
基板上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にシリコン膜を形成する工程と、
前記シリコン膜の一部の上にチャネル保護膜を形成する工程と、
前記シリコン膜上にシラン化合物とドーパント源とを含有する液体材料を塗布し、塗布膜を形成する工程と、
前記塗布膜を加熱し、前記一部を除く前記シリコン膜に前記ドーパント源を拡散させ、ソース領域およびドレイン領域を形成する工程と、を含み、前記液体材料が、前記シラン化合物と、前記ドーパント源と、溶媒とを混ぜた溶液に紫外線を照射して、分子レベルで前記シラン化合物と前記ドーパント源とを結合させて形成されるものである、トランジスタの製造方法。
【請求項６】
請求項４または５において、
前記ソース領域を形成する工程が、前記塗布膜の溶媒を除去し、アモルファスドープシリコン膜を形成することを含む、トランジスタの製造方法。
【請求項７】
請求項６において、
前記ソース領域を形成する工程が、前記アモルファスドープシリコン膜にレーザーアニールを行い、多結晶ドープシリコン膜を形成することを含む、トランジスタの製造方法。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかにおいて、
前記シラン化合物が分子内に少なくともひとつの環状構造を有する水素化珪素である、トランジスタの製造方法。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかにおいて、
前記ドーパント源が周期表の第３Ｂ族元素を含む物質又は周期表の第５Ｂ族元素を含む物質である、トランジスタの製造方法。
【請求項１０】
請求項９において、
前記ドーパント源が黄燐である、トランジスタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置（例えば、小型ＬＣＤや大型ＬＣＤ等）、自発光型の表示装置（例えば、有機ＥＬ表示器やプラズマディスプレイ等）、及びＬＳＩなどの電子機器に使用されるデバイスの製造方法に関し、より詳しくはデバイスを構成する薄膜を、液体材料を用いて形成することによりデバイスを製造する方法、該製造方法により得られるデバイス及び該デバイスを含む電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
通常、薄膜トランジスタ等のデバイスは半導体膜、絶縁膜、導電膜などの薄膜で構成される。液晶表示装置などではこの外に透明導電膜が使用される。これらの薄膜を機能的に分類すると、絶縁膜にはゲート絶縁膜と層間絶縁膜があり、導電膜にはゲート電極、ソース・ドレイン電極、画素電極及び配線として用いられるものがある。
【０００３】
半導体膜としては主にアモルファスシリコン膜やポリシリコン膜のシリコン膜が用いられている。従来、シリコンを用いた薄膜トランジスタ等のデバイスの作製方法としては、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やスパッタ法等の真空プロセスにより全面にシリコン膜を形成した後、フォトリソグラフィーにより不要部分を除去するといったプロセスで行われるのが一般的である。しかし、ＣＶＤ法では、大掛かりな装置が必要であること、原料の使用効率が悪いこと、原料が気体であるため扱いにくいこと、大量の廃棄物が発生すること、等といった問題がある。また、スパッタ法でも基板表面の凹凸部での膜厚の不均一性、生産性の低さ、真空装置が必要なため装置が大がかりで高価であることなどＣＶＤ法と共通の問題がある。
【０００４】
この方法に対して、近年、液体状の高次シラン又はその溶液を基板に塗布し、加熱又は紫外線（ＵＶ）照射によってシリコン膜を作製（または形成）するといった方法が提案されている。この方法によれば、原料が液体であるため扱いやすく、大型の装置を必要としないため、少ないコストでシリコン膜を形成することができる。また、高次シランの溶液を液滴吐出によりパターニングし、これによってフォトリソグラフィーによる工数及び材料の無駄を省くことができる。
【０００５】
特開平１−２９６６１号公報には、ガス状の原料を冷却した基板上に液体化して吸着させ、化学的に活性な原子状の水素と反応させてシリコン系の薄膜を形成する方法が開示されているが、以下のような問題点がある。即ち、原料の水素化ケイ素を気化と冷却を続けて行うため複雑な装置が必要になるのみでなく、膜厚の制御が困難である。
【０００６】
また、特開平５−１４４７４１号公報及び特開平７−２６７６２１号公報には、液体状の水素化ケイ素を基板に塗布し、加熱やＵＶ照射によってシリコン膜を作成する方法が開示されている。しかし、これらの方法では、低分子量の材料を用いているため、系が不安定であり取り扱いに難点がある。また、これらの方法で用いる溶液は基板への濡れ性が悪いため、基板への塗布がそもそも困難であるのに加えて、低分子量であるため低沸点であり、加熱時にシリコン膜を形成するより早く蒸発してしまい目的の膜を得るのは非常に困難である。つまり、如何に分子量が大きい（濡れ性がよく、沸点が高く、安全な）高次シランを材料として用いるかが成膜上重要なポイントとなる。
【０００７】
その解決法として、特開平１０−３２１５３６号公報には、塗布前の処理として、高次シランの溶液と触媒との混合物を熱分解又は光分解して、溶液の濡れ性を向上させようとする方法が試みられているが、この方法では、ニッケル等の触媒の溶液中への混合を必要とするものであり、シリコン膜の性質を著しく劣化させるという欠点がある。
【０００８】
分子量の大きいシラン化合物を直接合成する方法は合成手順、および精製法が一般的に非常に困難であり、特開平１１−２６０７２９号公報に開示のように、熱重合により、高次シランを直接合成する方法も試みられているが、せいぜいＳｉ９Ｈ２０が低収率で得られる程度であり、この程度の分子の大きさでは、濡れ性等の上記性能の発現にはまだまだ不十分である。
【０００９】
ところで、ｎ型、ｐ型のドーパントを含むシリコン膜の形成方法としては、シリコン膜を作成した後、イオン注入法でドーパントを導入するのが一般的である。これに対して、上述した高次シラン溶液からなるシリコン膜の形成プロセスの過程で、ドーパント源を材料液体に混合することによりドープされたシリコン膜を形成する方法が特開平２０００−３１０６６号公報に記載されている。しかし、この方法でも、加熱過程で高次シラン溶液が蒸発して減少し、それに伴ってドーパント源も蒸発してしまうといった、低分子系の材料を用いる場合の根本的な問題点があるため、ドーパントを効果的に添加することが困難である。
【００１０】
また、薄膜トランジスタ等のデバイスに使用されるゲート絶縁膜や層間絶縁膜用の絶縁膜とゲート電極やソース、ドレインなどの電極用導電膜の形成にも、前述したシリコン膜の形成と同様の熱ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法、スパッタ法が広く用いられている。薄膜トランジスタ等のデバイスに使用される導電膜は、ゲート電極、ソース・ドレイン電極、それらの電極間を接続する配線や電源配線などに使われ、Al、Cu、Cr、Taなどの金属膜や金属シリサイド膜が導電膜として用いられる。前記金属膜やシリサイド膜の形成方法には従来スパッタ法が広く用いられている。液晶表示装置に使われる薄膜トランジスタ等のデバイスには上記導電膜の外に透明導電膜が必要になるが、通常、透明導電膜としてはＩＴＯ膜が使用され、前記金属膜などと同様スパッタ法により形成される。しかし、ＣＶＤ法やスパッタ法の問題は前述した通りである。
【００１１】
そこで、本発明は、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、段差部で断線がなどがなく、低コストで薄膜形成でき、従って低コストでデバイスを製造する方法を提供することを課題とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板上に形成されたソース電極およびドレイン電極と、前記ソース電極およびドレイン電極上に形成されたシリコン膜と、前記シリコン膜上に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、を含むトランジスタの製造方法であって、前記ソース電極を形成する工程が、前記基板上にシラン化合物とドーパント源とを含有する液体材料を塗布し、塗布膜を形成することを含み、前記液体材料が、前記シラン化合物と、前記ドーパント源と、溶媒とを混ぜた溶液に紫外線を照射して、分子レベルで前記シラン化合物と前記ドーパント源とを結合させて形成されるものである、トランジスタの製造方法を提供するものである。
【００１３】
上記トランジスタの製造方法において、前記ソース電極を形成する工程が、前記塗布膜の溶媒を除去し、アモルファスドープシリコン膜を形成することを含んでもよい。
【００１４】
上記トランジスタの製造方法において、前記ソース電極を形成する工程が、前記アモルファスドープシリコン膜にレーザーアニールを行い、多結晶ドープシリコン膜を形成することを含んでもよい。
【００１５】
また、本発明は、基板上にシリコン膜を形成する工程と、前記シリコン膜上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極をフォトレジストで覆う工程と、前記フォトレジストをマスクに前記ゲート絶縁膜の一部を除去し、前記シリコン膜の一部を露出させる工程と、前記シリコン膜の前記一部上にシラン化合物とドーパント源とを含有する液体材料を塗布し、塗布膜を形成する工程と、前記塗布膜を加熱し、前記シリコン膜の前記一部に前記ドーパント源を拡散させ、少なくともソース領域を形成する工程と、を含み、前記液体材料が、前記シラン化合物と、前記ドーパント源と、溶媒とを混ぜた溶液に紫外線を照射して、分子レベルで前記シラン化合物と前記ドーパント源とを結合させて形成されるものである、トランジスタの製造方法を提供するものである。
【００１６】
また、本発明は、基板上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上にシリコン膜を形成する工程と、
前記シリコン膜の一部の上にチャネル保護膜を形成する工程と、前記シリコン膜上にシラン化合物とドーパント源とを含有する液体材料を塗布し、塗布膜を形成する工程と、前記塗布膜を加熱し、前記一部を除く前記シリコン膜に前記ドーパント源を拡散させ、ソース領域およびドレイン領域を形成する工程と、を含み、前記液体材料が、前記シラン化合物と、前記ドーパント源と、溶媒とを混ぜた溶液に紫外線を照射して、分子レベルで前記シラン化合物と前記ドーパント源とを結合させて形成されるものである、トランジスタの製造方法を提供するものである。
【００１７】
上記トランジスタの製造方法において、前記ソース領域を形成する工程が、前記塗布膜の溶媒を除去し、アモルファスドープシリコン膜を形成することを含んでもよい。
【００１８】
上記トランジスタの製造方法において、前記ソース領域を形成する工程が、前記アモルファスドープシリコン膜にレーザーアニールを行い、多結晶ドープシリコン膜を形成することを含んでもよい。
【００２０】
上記トランジスタの製造方法において、前記シラン化合物が分子内に少なくともひとつの環状構造を有する水素化珪素であってもよい。
【００２１】
上記トランジスタの製造方法において、前記ドーパント源が周期表の第３Ｂ族元素を含む物質又は周期表の第５Ｂ族元素を含む物質であってもよい。
【００２２】
上記トランジスタの製造方法において、前記ドーパント源が黄燐であってもよい。
【００２３】
また、本発明は、前記トランジスタの製造方法を用いて製造されるトランジスタを含む、電気光学装置を提供するものである。
【００２４】
また、本発明は、前記電気光学装置を含む、電子機器を提供するものである。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明のデバイスの製造方法は、その一実施形態として、薄膜トランジスタの製造方法を挙げることができる。以下、本発明のデバイスの製造方法を、薄膜トランジスタの製造方法を例に挙げて説明するが、本発明はこれに限られず、他の種々のデバイスの製造方法に適用可能なものである。
尚、本発明において、「液滴吐出法」とは、液滴を所望の領域に吐出することにより、被吐出物を含む所望パターンを形成する方法であり、インクジェット法と呼ぶこともある。但し、この場合、吐出する液滴は、印刷物に用いられる所謂インクではなく、デバイスを構成する材料物質を含む液状体であり、この材料物質は、例えばデバイスを構成する導電物質又は絶縁物質として機能し得る物質を含むものである。さらに、「液滴吐出」とは、吐出時に噴霧されるものに限らず、液状体の１滴１滴が連続するように吐出される場合も含む。
【００４８】
本実施形態の薄膜トランジスタの製造方法によって得ようとする薄膜トランジスタは、シリコン膜、絶縁膜、導電膜、更に液晶表示装置装置等に用いる場合には透明導電膜を、それぞれ薄膜として有する構成のものである。本実施形態に係る薄膜トランジスタの構成は、一般的に使用されるものと同様である。
【００４９】
本発明の製造方法を説明するにあたり、先ず従来の方法を説明する。
図１に従来の一般的なＣＶＤ法による成膜の標準的な工程を示す。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。ＣＶＤ法で用いられるプロセスガスには毒性や可燃性を有するガスが多いため、ＣＶＤ装置には安全管理上それらのガスの漏洩検知器や排気ガスを無害化するための除害装置も必要になる。また、前記パージ工程においては、毒性や可燃性を有するガスを十分パージする必要があり、成膜工程を完了するのに時間がかかる。
【００５０】
スパッタ法においても図１に示すＣＶＤ法とほぼ同様な処理工程を経て成膜される。ＣＶＤ法と異なる点は、使用するガスが主にＡｒなどの不活性ガスで毒性や可燃性を有するガスを使うことが少ないことと、スパタリング用のプラズマ電源に高周波ではなくＤＣ電源が用いられることが多いことである。これらの相違は薄膜を形成する工程全体や装置構成の全体的比較でみると僅かな相違であり、装置が大がかりであり、生産性が低いことなどスパッタ法もＣＶＤ法と同様な課題を有している。
【００５１】
これに対し、本発明では、前記薄膜を液体材料により形成する。その主たる方法は、液体材料の基板上への塗布膜形成と、該塗布膜を所望の機能膜にするための熱処理工程からなる。塗布膜の形成には、スピンコート法、ロールコート法、カーテンコート法、ディップコート法、スプレー法、液滴吐出法などがあり、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。塗布膜を機能膜に変成するための熱処理工程及び／または光照射工程で使用される装置には、オーブン、ベーク炉、アニール炉などの熱処理装置やハロゲンランプやＵＶランプなどを光源とする光照射装置があるが、これらの装置も構造は簡単である。
【００５２】
図２は、本発明における液体材料から薄膜を形成する方法の一態様を示す図である。塗布膜形成と薄膜形成において、使用する液体材料によっては雰囲気制御が必要になるが、基本的には大気圧下で行われる。図２に示す従来のＣＶＤ法やスパッタ法による成膜工程と比較すると、本発明による薄膜形成の方法が如何に工程が短いかが理解できるはずである。また、例えばスピンコート法による塗布膜の形成装置は図３に示すように、回転可能なステージ３０１と基板３０２上に液体材料３０３を滴下する機構があればよい。加熱装置は基板がセットされるステージやホルダと加熱機構から構成される。従って、本発明で使用される装置が従来のＣＶＤ装置やスパッタ装置に比べて、小型で安価な装置であることが分かるはずである。
【００５３】
このように本発明によれば、従来の成膜方法が本質的に内在している前記課題を解決するものであり、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、段差部の被覆性がよく、低コストで薄膜形成でき、低コストで薄膜トランジスタを製造することが可能になる。
【００５４】
本実施形態における薄膜トランジスタの製造方法は、上述したように薄膜トランジスタを構成するシリコン膜、絶縁膜、導電膜の各薄膜の全部または一部の薄膜を液体材料を用いて形成する。基本的な形成工程は、液体材料を基板に塗布して塗布膜を形成する工程と、次に熱処理により該塗布膜を薄膜とする工程からなるが、液体材料中に基板を浸漬することにより、基板表面に所望の薄膜を形成する工程からなる方法も含まれる。
【００５５】
本実施形態の薄膜トランジスタの製造方法において、シリコン膜の形成に使用する塗布用の液体材料は、光重合性を有するシラン化合物の溶液に、紫外線（以下、「ＵＶ」ともいう。）を照射することにより光重合してなる、光重合体としての高次シランを含有する組成物である。かかる高次シランは、このように光重合性を有するという特定のシラン化合物の溶液にＵＶを照射して該シラン化合物が光重合することにより形成されたもので、その分子量が従来のシリコン膜作成方法で用いられている高次シラン（例えば、Ｓｉ６Ｈ１４であれば分子量は１８２）に比しても比較にならない程大きなもの（１８００程度までの分子量のものが確認されている）である。このような巨大な分子量を持つ高次シランはその沸点が分解点よりも高く、蒸発してなくなる前に膜を形成することができる為、従来のシリコン膜法よりも効果的にシリコン膜形成を行うことができる。
なお、実際にこのような高次シランを加熱すると、沸点に達する以前に分解してしまうため、分解点より高い沸点は実験的に決めることはできない。しかし、ここでは蒸気圧の温度依存性や、理論計算によって求めた理論値としての常圧での沸点を意味している。
【００５６】
また、本発明に係る前記高次シラン組成物を用いれば、この高次シランの沸点が分解点より高いという性質から、従来の様に蒸発してしまう前に急いで高温で加熱するといった必要がない。つまり、昇温速度を穏やかにしたり、減圧しながら比較的低温で加熱するといったプロセスが可能となる。このことは、シリコン膜を形成する場合のシリコン同士の結合スピードを制御できるだけでなく、シリコン膜を形成するほど高温ではないが溶媒の沸点よりは高い温度を維持するといった方法によって、シリコン膜中からシリコンの特性劣化の原因となる溶媒を従来の方法よりも効率良く減らすことが可能となることを意味する。
【００５７】
本実施形態の薄膜トランジスタの製造方法においては、上記の高次シラン組成物からなる液体材料（高次シラン溶液）を塗布材料として使用するものであるため、該組成物を塗布したあと、熱、光、レーザー処理等によってシリコン薄膜を形成することによって、薄膜トランジスタを容易且つ安価に製造することが可能となる。
【００５８】
高次シラン組成物が含有する高次シランは、前述したように、その沸点がその分解点よりも高いことが好ましい。このような沸点が分解点よりも高い高次シランは、原料のシラン化合物として後述の好ましいシラン化合物を選定したり、照射するＵＶとして後述の好ましい波長のＵＶ、および照射時間、照射方法、照射エネルギー、および用いる溶媒およびUV照射後の精製方法を選定すること等により容易に得ることができる。
【００５９】
本発明において、高次シランの分子量分布は、ＵＶの照射時間や照射量、照射方法によってコントロールすることができる。また、高次シランは、シラン化合物へのＵＶ照射後に、一般的な重合体の精製法であるＧＰＣなどを用いて分離精製することで、任意の分子量の高次シラン化合物を取り出すことができる。また、分子量の異なる高次シラン化合物の間での溶解度の差を利用して精製を行うことも出来る。また、分子量の異なる高次シラン化合物の間での、常圧または減圧下での沸点の差を利用して分留による精製を行うことも出来る。このようにして、高次シラン組成物内の高次シラン化合物の分子量のコントロールを行うことで、より特性バラツキの抑えられた良質のシリコン膜を得ることが出来るようになる。
【００６０】
高次シランはその分子量が大きくなればなるほど沸点が高くなり、また溶媒に対する溶解度も減少していく。このため、ＵＶの照射条件によっては光重合後の高次シランが溶媒に溶解しきれずに析出することがあるので、この場合はマイクロフィルターなどを用いてろ過するといった方法を用いて不溶成分を除去し、高次シラン組成物を精製することができる。
【００６１】
シラン化合物の溶液に照射する紫外線（ＵＶ）は、該溶液に用いる溶媒を分解しない波長のものが好ましく、具体的には、その波長が２５０ｎｍ以上、特に３００ｎｍ以上であることが好ましい。本発明において、「溶媒を分解しない波長」とは、紫外線の照射によって溶媒分子中の化学結合が切断されない程度の波長を意味する。上記の波長域のＵＶを用いることにより、溶媒に起因する炭素原子などの不純物原子が熱および／又は光処理後のシリコン膜に混入する事を防ぐことができ、より特性の良いシリコン膜を得ることができるようになる。
【００６２】
ＵＶの照射時間は、所望の分子量分布の高次シランが得られる点で、０．１秒〜１２０分、特に１〜３０分であることが好ましい。
また、ＵＶの照射方法としては、所望の分子量分布の高次シランが得られる点で、シラン化合物を溶媒で希釈してから照射したり、シラン化合物の溶液を撹拌しながら容液全体に均一にＵＶの照射を行うことが好ましい。
【００６３】
また、前記液体材料としての高次シラン組成物は、その粘度および表面張力を、高次シランの分子量分布に関する上記調整方法とともに溶媒の調整によって、容易にコントロールすることができる。これは、液体によってシリコン膜を形成する場合において、最大のメリットである、液滴吐出を用いたパターニングを行う過程においては非常に有利な点である。
【００６４】
前記液体材料としての高次シラン組成物を調製するためのシラン化合物としては、ＵＶの照射により重合し得るという光重合性を有する限り特に制限されず、例えば、一般式ＳｉｎＸｍ（ここで、ｎは３以上の、またｍは４以上のそれぞれ独立な整数を示し、Ｘは水素原子及び／又はハロゲン原子等の置換基を示す。）で表されるシラン化合物等が挙げられる。
【００６５】
このようなシラン化合物としては、一般式ＳｉｎＸ２ｎ（式中、ｎは３以上の整数を示し、Ｘは水素原子及び／又はハロゲン原子を示す。）で表される環状のシラン化合物や、一般式ＳｉｎＸ２ｎ-2（式中、ｎは４以上の整数を示し、Ｘは水素原子及び／又はハロゲン原子を示す。）で表される環状構造を２個以上有するシラン化合物の他、分子内に少なくとも一つの環状構造を有する水素化珪素及びそのハロゲン置換体等、本発明に係る紫外線照射による光重合プロセスを適用し得る、光重合性を有するシラン化合物の 全てが挙げられる。
【００６６】
そのようなシラン化合物としては、具体的には、１個の環状構造を有するものとして、シクロトリシラン、シクロテトラシラン、シクロペンタシラン、シクロヘキサシラン、シクロヘプタシラン等が挙げられ、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。
【００６７】
これらの内、分子内の最低一箇所に環状構造を有するシラン化合物は光に対する反応性が極度に高く、光重合が効率よく行えるという点から、これを原料として用いることが好ましい。その中でもシクロテトラシラン、シクロペンタシラン、シクロヘキサシラン、シクロヘプタシラン等のＳｉｎＸ２ｎ（式中、ｎは３以上の整数を示し、Ｘは水素原子及び／又はフッ素原子、塩素原子、臭素原子、沃素原子等のハロゲン原子を示す。）で表されるシラン化合物は、以上の理由に加えて合成、精製が容易であるという観点から特に好ましい。
【００６８】
尚、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、本発明に係る紫外線照射による光重合プロセスを阻害しない限りにおいては、必要に応じて、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、ホウ素原子及び／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構わない。
【００６９】
本発明で使用する高次シラン溶液の溶媒としては、前記シラン化合物を光重合することにより形成された高次シランを溶解し該化合物と反応しないものであれば特に限定されない。かかる溶媒は、高次シラン組成物の原料である前記シラン化合物の溶液を形成するための溶媒としてＵＶ照射前の段階から使用され、通常、室温での蒸気圧が０．００１〜２００ｍｍＨｇのものが用いられる。蒸気圧が２００ｍｍＨｇより高いときには、コーティングで塗膜を形成する場合に溶媒が先に蒸発してしまい良好な塗膜を形成することが困難となる。一方、蒸気圧が０．００１ｍｍＨｇより低いときには、同様にコーティングで塗膜を形成する場合に乾燥が遅くなり高次シランのコーティング膜中に溶媒が残留し易くなり、後工程の熱および／または光処理後にも良質のシリコン膜が得られ難い。
また、上記溶媒としては、その常圧での沸点が室温以上であり、高次シラン化合物の分解点である２５０℃〜３００℃よりも低いものを用いることが好ましい。高次シラン化合物の分解点よりも低い溶媒を用いることによって、塗布後に高次シラン化合物を分解せずに加熱によって溶媒だけを選択的に除去できるため、シリコン膜に溶媒が残留することを防ぐことができ、より良質の膜を得ることができる。
【００７０】
シラン化合物の溶液に使用する溶媒（ＵＶ照射後は高次シラン溶液に含有される溶媒）の具体例としては、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、トルエン、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媒、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などの極性溶媒を挙げることができる。これらのうち、高次シラン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。特に炭化水素系溶媒は、高次シランの溶解性を向上させ、後述する熱処理や光処理時の高次シランの残留を抑制する観点好適である。
【００７１】
また、前記紫外線を照射する前に、前記シラン化合物の溶液には、周期表の第３Ｂ族元素を含む物質又は周期表の第５Ｂ族元素を含む物質（ドーパント源）を添加することができる。シリコン膜を形成する場合において、前記シラン化合物の溶液にかかるドーパント源を混入した後にＵＶを照射するというプロセスは、従来の方法では見られない新規なプロセスである。かかるプロセスによれば、ＵＶの照射によって、分子レベルでドーパントと高次シランの結合を引き起こすことができ、その溶液を基板に塗布し、熱処理及び／又は光処理により性能の良いｎ型、ｐ型にドープされたシリコン膜を形成することができる。勿論、かかるプロセスで形成したドープシリコン膜は、加熱等のステップにより、更なる特性向上を図ることができる。特に、この物質を含むシラン化合物の溶液から形成した高次シラン溶液を基板に塗布した後、後述の熱処理及び／又は光処理によって、かかる物質（ドーパント）を活性化することができる。
【００７２】
この周期表の第３Ｂ族元素を含む物質及び周期表の第５Ｂ族元素を含む物質（ドーパント源）としては、リン、ホウ素、砒素等の元素を含む物質で、具体的には、特開２０００−３１０６６号公報に挙げられているような物質が例示できる。
【００７３】
本発明の製造方法に用いる前記高次シラン組成物は、前述の通り特定の手法により得られる高次シランを溶質として含有した溶液であり、溶媒としては上記例示のものからなり、溶質の濃度は通常１〜８０重量％程度であり、所望のシリコン膜厚に応じて調製することができる。８０重量％を超えると、析出しやすく均一な塗布膜を得るのが困難となる。
【００７４】
かくして調製した高次シラン溶液の粘度は通常１〜１００ｍＰａ・ｓの範囲のものであり塗布装置や目的の塗布膜厚に応じて適宜選択することができる。粘度が１ｍＰａ・ｓより小さい場合はコーティングが困難であり、１００ｍＰａ・ｓを超えると均一な塗布膜を得ることが困難になる。
【００７５】
上記の高次シラン溶液には、目的の機能を損なわない範囲で必要に応じてフッ素系、シリコーン系、ノニオン系などの表面張力調節材を微量添加することができる。このノニオン系表面張力調節材は、溶液の塗布対象物への濡れ性を良好化し、塗布した膜のレベルリング性を改良し、塗膜のぶつぶつの発生、ゆず肌の発生などを防止しに役立つものである。
【００７６】
また、高次シラン溶液には、更に、周期表の第３Ｂ族元素を含む物質又は周期表の第５Ｂ族元素を含む物質をドーパント源として添加することができる。このような物質を適宜選定して添加することにより、ドーパントを導入した所望のｎ型、ｐ型のシリコン膜を形成することができる。このような物質を添加した高次シラン溶液を用いてシリコン膜を形成するプロセスにおいては、高次シランの沸点が高いため蒸発しにくくその結果、ドーパント源の蒸発も抑えることができ、このため従来の方法よりも効率良く膜中へドーパントを導入することができる。尚、前述したように、前記シラン化合物の溶液にかかる物質をＵＶ照射前に添加して高次シランを形成する場合には、この段階（ＵＶ照射後）において添加する必要がない。この周期表の第３Ｂ族元素を含む物質及び周期表の第５Ｂ族元素を含む物質としては、前述したＵＶ照射前に前記シラン化合物に添加するこれらの物質として例示したものと同様である。また、この高次シラン溶液を基板に塗布した後、後述の熱処理及び／又は光処理によって、かかる物質（ドーパント）を活性化することができる。
【００７７】
本発明におけるシリコン膜の形成は、一般に行われているＣＶＤ法のようにガスを供給するのではなく、前述した高次シランを含む溶液を基板に塗布した後、溶媒を乾燥させ高次シランの膜を形成し、該高次シランの膜を熱分解および／または光分解してシリコン膜に変換するものである。
【００７８】
高次シランを含有する溶液の塗布の方法としては、スピンコート法、ロールコート法、カーテンコート法、ディップコート法、スプレー法、液滴吐出法等の方法を用いることができる。塗布は一般には室温以上の温度で行われる。室温以下の温度では高次シランの溶解性が低下し一部析出する場合がある。本発明におけるシラン化合物、高次シラン、高次シラン組成物は水、酸素と反応して変性してしまうので、前記高次シラン組成物を用いて、シリコン膜作成する工程においては水や酸素が存在しない窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガス中で行なうことが好ましい。さらに必要に応じて水素などの還元性ガスを混入したものが好ましい。また、溶媒や添加物も水や酸素を取り除いたものを用いることが望ましい。
【００７９】
スピンコート法を用いる場合のスピナーの回転数は形成する薄膜の厚み、塗布溶液組成により決まるが一般には１００〜５０００ｒｐｍ、好ましくは３００〜３０００ｒｐｍが用いられる。塗布した後は溶媒を除去するために加熱処理を行う。加熱する温度は使用する溶媒の種類、沸点（蒸気圧）により異なるが通常１００℃〜２００℃である。雰囲気は上記塗布工程と同じ窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガス中で行なうことが好ましい。この時系全体を減圧することで、溶媒の除去をより低温で行うこともできる。これにより、基板の熱による劣化を減少させることができる。
【００８０】
本発明では、上記高次シランを熱及び／又は光処理によってシリコン膜に変換する。本発明において得られるシリコン膜はアモルファス状あるいは多結晶状であるが、熱処理の場合には一般に到達温度が約５５０℃以下の温度ではアモルファス状、それ以上の温度では多結晶状のシリコン膜が得られる。アモルファス状のシリコン膜を得たい場合は、好ましくは３００℃〜５５０℃、より好ましくは３５０℃〜５００℃で熱処理がなされる。到達温度が３００℃未満の場合は、高次シランの熱分解が十分に進行せず、十分な厚さのシリコン膜を形成できない場合がある。上記熱処理を行う場合の雰囲気は窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガス、もしくは水素などの還元性ガスを混入したものが好ましい。多結晶状のシリコン膜を得たい場合は、上記で得られたアモルファス状シリコン膜にレーザーを照射して多結晶シリコン膜に変換することができる。上記レーザーを照射する場合の雰囲気は窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガス、もしくはこれらの不活性ガスに水素などの還元性ガスを混入したもの等酸素を含まない雰囲気とすることが好ましい。
【００８１】
一方、光処理については、高次シラン溶液の塗膜に対し、その溶媒除去する前及び／又は溶媒除去後に、不活性ガス雰囲気中で行うことができる。溶媒に可溶な高次シランは当該光処理による反応により溶媒不溶性の強靭な塗膜に変化するだけではなく、光処理後、又はそれと同時に熱処理を行うことにより光学的電気特性に優れたシリコン膜に変換される。
【００８２】
本発明において、高次シランをシリコン膜に変換する際の光処理に使用する光源としては、低圧あるいは高圧の水銀ランプ、重水素ランプあるいはアルゴン、クリプトン、キセノン等の希ガスの放電光の他、ＹＡＧレーザー、アルゴンレーザー、炭酸ガスレーザー、ＸｅＦ、ＸｅＣｌ、ＸｅＢｒ、ＫｒＦ、ＫｒＣｌ、ＡｒＦ、ＡｒＣｌなどのエキシマレーザーなどを光源として使用することができる。これらの光源は一般には、１０〜５０００Ｗの出力のものが用いられるが、通常１００〜１０００Ｗで十分である。これらの光源の波長は高次シランが多少でも吸収するものであれば特に限定されないが通常１７０ｎｍ〜６００ｎｍであり、特に吸収効率の点から１７０ｎｍ〜３８０ｎｍが特に好ましい。この場合、溶媒を除去するまえに３００ｎｍ以下の波長の光を照射すると、前述のようにそのエネルギーで溶媒分子内の原子間結合が切断され、溶媒に用いられている原子、例えば炭化水素系溶媒の炭素がシリコン膜に含まれる結果になるので、上記ＵＶの照射は溶媒の除去を行った後に行うことが好ましい。また多結晶シリコン膜への変換効率の点でレーザー光の使用が特に好ましい。これらの光処理時の温度は通常室温〜５００℃であり、得られるシリコン膜の半導体特性に応じて適宜選ぶことができる。
【００８３】
使用する基板については特に限定されないが、通常の石英、ホウ珪酸ガラス、ソーダガラスの他、金、銀、銅、ニッケル、チタン、アルミニウム、タングステンなどの金属基板プラスチック基板などを使用することができる。
【００８４】
本発明では、絶縁膜の形成をできるだけ液体材料を用いる方法で行う。絶縁膜の形成に使用される液体材料としては、ポリペルヒドロシラザンやＳＯＧがある。ポリペルヒドロシラザンはSi-N-Si結合を有し、ＳＯＧはSi-O-Si結合を有し、両者とも有機溶剤に可溶なポリマーであり、常温で液体の有機溶媒溶液として用いられ、スピンコート法、ロールコート法、カーテンコート法、ディップコート法、スプレー法、液滴吐出法等の方法で基板上に塗布膜を形成することができる。塗布膜の形成方法は絶縁膜の厚さや膜厚の均一性、基板のサイズや形状などによって選択できる。また、塗布膜を形成した後の熱処理温度は、一般的には高い程良い膜質の絶縁膜が得られるが、使用する基板の耐熱性や半導体装置のプロセス条件を考慮して適当な温度で行われる。熱処理温度が３００乃至５００℃程度の比較的低温の場合は、ポリペルヒドロシラザンを用いた方がＳＯＧより膜質のよい絶縁膜を形成することができる。また、液体材料中に基板を浸漬することにより基板表面に絶縁膜を形成する方法もある。例えば、特開平５−２５９１５４に開示されているようにケイ弗化水素酸の水溶液中に基板を浸漬し、該水溶液にホウ酸を添加することにより、基板上にＳｉＯ２膜を形成することもできる。前記熱処理温度は薄膜半導体装置の製造において、ゲート絶縁膜のようにその膜質が薄膜トランジスタの性能を著しく左右する場合には、従来の真空装置を用いた成膜方法や熱酸化により形成することもできる。
【００８５】
本発明では、導電膜の形成をできるだけ液体材料を用いる方法で行う。液体材料を用いた導電膜の形成には、液体材料をスピンコート法などにより基板上に塗布膜を形成する工程と、該塗布膜を熱処理して導電膜とする工程からなる方法と、液体材料中に基板を浸漬して基板表面に導電膜を形成する方法がある。前記塗布膜を用いる方法で使用される液体材料には、金属微粒子を有機溶液中に分散した分散液や金属を含む有機酸を溶剤に溶かした溶液が利用できる。分散液では金属の微粒子を用いたものが知られており、ＡｕやＡｇなどの金属膜を形成できる。金属を含む有機酸溶液にはＩｎとＳｎを含むものがあり、ＩＴＯ膜を形成することができる。また、浸漬法による成膜では所謂メッキ法が利用でき、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｕなどの金属膜を形成することができる。導電膜の形成において、下層の配線や電極あるいは薄膜トランジスタのソース・ドレイン領域との接触抵抗を確保するために、従来の形成方法であるスパッタ法を用いたり、スパッタ法と前記液体材料を用いる方法と組み合わせて導電膜を形成することもできる。
【００８６】
本発明によれば、前述したデバイスの製造方法によって製造されてなるデバイスを提供することができる。また、本発明によれば、前記デバイスを備えてなる電子機器を提供することができる。本発明の電子機器としては、小型ＬＣＤや大型ＬＣＤ等の液晶表示装置、有機ＥＬ（エレクトロルミネセンス）表示装置やプラズマディスプレイ等の自発光型の表示装置、及びＬＳＩなどの電子機器が挙げられる。
【００８７】
前述したデバイスの製造方法により得られた本発明のデバイスの一実施形態としての薄膜トランジスタは、液晶表示装置のスイッチング素子として、或いは有機ＥＬ表示装置の駆動素子として利用することができる。このような応用において、透明電極が必要な場合は、インジウムとスズの有機酸化合物を液体材料として利用することが出来る。
【００８８】
図７は、アクティブマトリクス方式で駆動する電気光学装置１００の画素領域（表示パネル）１１１の回路構成図であり、各画素１１２は、電界発光効果により発光可能な発光層、それを駆動するための２つの薄膜トランジスタと保持容量から構成される。本発明により２つの薄膜トランジスタと薄膜トランジスタと構造的に類似している保持容量を形成することができる。走査線ドライバ１１５からは、選択信号線Ｖgpが各画素に供給されている。データ線ドライバ１１６からは、信号線Ｉdata及び電源線Ｖddが各画素に供給されている。選択信号線Ｖgpと信号線Ｉdataを制御することにより、各画素に対する電流プログラムが行われ、発光部による発光が制御される。
【００８９】
本発明のデバイスは、電気光学装置を備える各種の電子機器に適用可能である。図８（ａ）乃至同図（ｆ）に電気光学装置を適用可能な電子機器の例を挙げる。
【００９０】
図８（ａ）は携帯電話への適用例であり、携帯電話２３０は、アンテナ部２３１、音声出力部２３２、音声入力部２３３、操作部２３４、及び本発明の電気光学装置１００を備えている。このように本発明の電気光学装置１００を携帯電話２３０の表示部として利用可能である。
【００９１】
同図（ｂ）はビデオカメラへの適用例であり、ビデオカメラ２４０は、受像部２４１、操作部２４２、音声入力部２４３、及び本発明の電気光学装置１００を備えている。このように本発明の電気光学装置は、ファインダーや表示部として利用可能である。
【００９２】
同図（ｃ）は携帯型パーソナルコンピュータへの適用例であり、コンピュータ２５０は、カメラ部２５１、操作部２５２、及び本発明の電気光学装置１００を備えている。このように本発明の電気光学装置は、表示部として利用可能である。
【００９３】
同図（ｄ）はヘッドマウントディスプレイへの適用例であり、ヘッドマウントディスプレイ２６０は、バンド２６１、光学系収納部２６２及び本発明の電気光学装置１００を備えている。このように本発明の電気光学装置は画像表示源として利用可能である。
【００９４】
同図（ｅ）はリア型プロジェクターへの適用例であり、プロジェクター２７０は、筐体２７１に、光源２７２、合成光学系２７３、ミラー２７４、ミラー２７５、スクリーン２７６、及び本発明の電気光学装置１００を備えている。このように本発明の電気光学装置は画像表示源として利用可能である。
【００９５】
同図（ｆ）はフロント型プロジェクターへの適用例であり、プロジェクター２８０は、筐体２８２に光学系２８１及び本発明の電気光学装置１００を備え、画像をスクリーン２８３に表示可能になっている。このように本発明の電気光学装置は画像表示源として利用可能である。
【００９６】
上記例に限らず本発明の電気光学装置１００は、アクティブマトリクス型の表示装置を適用可能なあらゆる電子機器に適用可能である。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などにも活用することができる。
【００９７】
【実施例】
以下に、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００９８】
（実施例１）
本発明の第１の実施例を図４に示す。図４は本発明によるコプレナ型薄膜トランジスタの製造方法を示す図である。図４（ａ）において下地として絶縁膜４１２をあらかじめ形成してあるガラス基板４０１上に、液体材料として、１５重量％のシクロペンタシランを含むベンゼン溶液５０ｍｌに波長３０８ｎｍ、２０ｍＷ／ｃｍ２のＵＶを２０分照射した後の液体材料（高次シラン溶液）を、１μｍのフィルターを用いてろ過して精製した溶液を用いて、回転数５００ｒｐｍで塗布膜を形成した。次に１００℃で２０分の熱処理を行い塗布膜の溶剤を除去した後、更に４００℃で３０分の熱処理を行い、前記塗布膜を金属状のシリコン膜とした。次にエネルギー密度３００ｍＪ／ｃｍ２でレーザアニールを行い、多結晶シリコン膜を形成した。次にフォトエッチングによりソース、ドレイン及びチャネル領域となる島領域４０２を形成した。
【００９９】
前記ソース、ドレイン及びチャネル領域となる島領域はノンドープシリコン膜で形成したが、薄膜トランジスタのＶｔｈ制御のためにリンまたはボロンをドープしたドープシリコン膜としてもよい。このためには、上記シクロペンタシランのベンゼン溶液にリン又はホウ素を含有する物質、例えばデカボランや黄燐などを添加物として加え、この溶液にＵＶを照射した後の液体材料を塗布し塗布膜とする。また、塗布膜の熱処理及びレーザアニールは前述とほぼ同様な条件で行う。ドープシリコン膜のリン又はボロン濃度は、添加物の量やＵＶの照射条件等を制御することで任意に制御できる。
【０１００】
前記ドープシリコン膜のリン又はボロンの濃度制御の方法として、前記高次シランによる塗布膜を熱処理してなるシリコン膜とリン又はホウ素を含有する材料を添加した塗布膜を熱処理してなるドープシリコン膜の積層膜を用いることも出来る。前記積層膜を形成した後レーザアニールすることにより、ドープシリコン膜中のドーパントがノンドープシリコン膜に拡散する。ドーパントの濃度制御は前記塗布膜の膜厚とレーザアニールの条件により制御することが出来る。
【０１０１】
次に、図４（ｂ）に示すように、ゲート絶縁膜４０３を、液体材料を用いて形成した。先ずキシレンを溶剤とする５％濃度のポリペルヒドロシラザンを回転数１０００ｒｐｍで基板に塗布し、膜厚約１０００Åの塗布膜を形成した。次に前記塗布膜を８０℃３０分のベークを行い溶剤を除去し、次に３５０℃で６０分の熱処理を行いＳｉＯ２膜に変成しゲート絶縁膜４０３を形成した。前記３５０℃の熱処理は酸素含有の雰囲気で行ったが、酸素と水蒸気を含む雰囲気中で行うと、ゲート絶縁膜の電気持性やＭＯＳ界面特性が向上し薄膜トランジスタとしての信頼性も向上する。
【０１０２】
次に、液体材料によりゲート電極４０４を形成する。ゲート電極４０４には液体材料を用いて形成されるドープシリコン膜や金属微粒子の分散液を用いて形成される金属膜、或いはメッキ法で形成される金属膜などが利用できるが、本実施例ではＡｇ微粒子を含む分散液を用い、液滴吐出法によりゲート電極を形成した。分散液として粒径１０ｎｍ以下のＡｇ微粒子をトルエン中の分散させた「パーフェクトシルバー」(真空冶金社製の商品名)を利用した。「パーフェクトシルバー」には液滴吐出法に望ましい粘度や表面張力を持つように調整剤を混合して実際の分散液とした。調整した分散液を液滴吐出法により、ゲート電極パターンの形状に吐出して塗布膜を形成し、次に１００℃から３００℃で熱処理し幅３０μｍのゲート電極４０４を形成した。
【０１０３】
次に、図４（ｃ）に示すように、ゲート電極をフォトレジスト４１３で覆った後、該フォトレジスト４１３をマスクにゲート絶縁膜を除去し、ソース・ドレイン領域となるシリコン膜４０５及び４０６を露出させる。
【０１０４】
次に、図４（ｄ）及び図４（ｅ）に示すように、シリコン原子とボロン又はリン含有の液体材料を用いて液滴吐出法（インクジェット；Ｉ／Ｊ）によりドープシリコン膜４０７を形成する。該ドープシリコン膜４０７は前記露出されたソース・ドレイン領域４０５及び４０６を覆うように形成される。本実施例では、前記液体材料として、シクロヘキサシランが２０重量％含まれたベンゼン溶液５０ｍｌに黄燐を１５０ｍｇ混入した溶液に、波長４３６ｎｍ、１５ｍＷ／ｃｍ２のＵＶを１５分照射した後の液体材料（高次シラン溶液）を、液滴吐出法によりソース、ドレイン領域に吐出してドープシリコンの塗布膜４１４を形成する。
【０１０５】
次に、ドープシリコンの塗布膜４１４を１００℃の熱処理により溶媒を除去したのち、フォトレジストを除去し、次に３５０℃の熱処理によりドープアモルファスシリコン膜とし、次にＸｅＣｌによるレーザアニールを行った。前記レーザアニールによりシリコン膜は多結晶化すると同時に、ドープシリコン膜４０７からからリンが下層のシリコン膜に拡散しソース・ドレイン領域４０５及び４０６がｎ型の多結晶シリコンとして形成される。
【０１０６】
次に、図４（ｆ）に示すように、ポリペルヒドロシラザンを用いて層間絶縁膜４１０を形成した。先ず濃度２０％の溶液を回転数１０００ｒｐｍで基板上に塗布して塗布膜を形成する。次に８０℃のベークを行い溶剤であるキシレンを除去し、次に３５０℃の熱処理を行い膜厚約５０００ÅのＳｉＯ２膜を形成した。前記３５０℃の熱処理は酸素含有の雰囲気で行ったが、酸素と水蒸気を含む雰囲気中で行うと、絶縁膜としての電気特性や信頼性をより向上させることが出来る。
【０１０７】
次に、前記層間絶縁膜にコンタクトホールを開口した後、図４（ｇ）に示すように液体材料を用いてソース・ドレイン用の電極４１１を形成した。該電極の形成に使用される液体材料としては、金属微粒子を有機溶剤に分散させた分散液やインジウムとスズを含有する有機化合物を有機溶媒に溶かした溶液を用いることが出来る。また、無電解メッキにより形成されるニッケル膜などの薄膜を利用することもできる。液晶表示装置などに使用される透明電極を有する薄膜トランジスタを形成する場合には、該透明導電膜をインジウムとスズを含有する有機化合物を液体材料として用いることが出来る。本実施例では粒径数十Åの金微粒子を有機溶剤に分散させた分散液を用いた。該分散液を液滴吐出法により電極パターンとなるように塗布膜を形成し、次に２００℃の熱処理を行い導電膜とし、図４（ｇ）に示すように電極４１１を形成した。
【０１０８】
（実施例２）
本発明の第２の実施例を図５に示す。図５は本発明によるスタガ型薄膜トランジスタの製造工程を示す図である。図５（ａ）において、５０１はガラス基板、５０２及び５０３はソース・ドレイン領域となるドーパントをドープしたドープシリコン膜である。ドープシリコン膜の形成は、次のように行う。即ち、シクロペンタシランが３０重量％含まれたトルエンの溶液１００ｍｌに波長４３６ｎｍ、１５ｍＷ／ｃｍ２のＵＶを１５分照射した後、デカボラン０．５ｇを加え、これを０．５μｍのフィルターを用いてろ過した液体材料（高次シラン溶液）を塗布して塗布膜を形成し、次に１５０℃で３０分熱処理を行い塗布膜の溶剤を除去し更に３５０℃３０分の熱処理を行いアモルファス状態のドープシリコン膜とする。次にエネルギー密度約３００ｍＪ／ｃｍ２でレーザアニールを行いドープシリコン膜を多結晶化する。次にフォトエッチングによりパターニングしてソース・ドレイン領域５０２及び５０３を形成する。
【０１０９】
次に、図５（ｂ）に示すようにチャネル領域となるシリコン膜５０４を形成する。先ず、液体材料として、シクロペンタシラン１０ｇとシクロヘキサシラン５ｇの混合物をベンゼン４０ｍｌに溶解させた溶液に波長３０８ｎｍ、１０ｍＷ／ｃｍ２のＵＶを１０分照射し液体材料（高次シラン溶液）を作成した。この溶液の粘度は１２ｍＰａ・ｓであった。粘度を調節する為、前記溶液にヘキサン５０ｍｌを加えた後、０．２μｍのフィルターを用いてろ過を行った。こうして得られた高次シラン組成物の粘度は３ｍＰａ・ｓであった。この高次シラン組成物を用いて、回転数５００ｒｐｍで塗布膜を形成する。次に１００℃から３５０℃まで湿度を徐々に上げる熱処理を行い塗布膜の溶剤を除去すると同時にアモルファス状態のシリコン膜とした後、エネルギー密度２５０ｍＪ／ｃｍ２でレーザアニールを行い、該シリコン膜を多結晶化した。次に図５（ｂ）に示すようにフォトエッチングによりソース・ドレインと接続するようにチャネル領域となる島領域５０４を形成した。
【０１１０】
前記チャネル領域はノンドープシリコン膜で形成したが、薄膜トランジスタのＶｔｈ制御のためにリンまたはボロンをドープしたドープシリコン膜としてもよい。このためには、上記シクロペンタシランとシクロヘキサシランの混合物にリン又はホウ素を含有する物質を加え、ＵＶを照射した後の液体材料を基板に塗布し、熱処理を行うことでドープシリコン膜が得られる。熱処理及びレーザアニールは前述とほぼ同様な条件で行う。ドープシリコン膜のリン又はボロン濃度の制御は、前記リン又はホウ素を含有する物質の混合量やＵＶ照射条件等によって調整できる。
【０１１１】
前記ドープシリコン膜のリン又はボロンの濃度制御の方法として、前記高次シランによる塗布膜を熱処理してなるシリコン膜とリン又はホウ素を含有する材料を添加した塗布膜を熱処理してなるドープシリコン膜との積層膜を用いることが出来る。前記積層膜を形成した後レーザアニールすることにより、ドープシリコン膜中のドーパントがノンドープシリコン膜に拡散する。ドーパントの濃度制御はリン又はホウ素の混合割合だけでなく、前記積層膜それぞれの膜厚とレーザアニールの条件により制御することが出来る。
【０１１２】
次に、図５（ｃ）に示すように液体材料によりゲート絶縁膜５０５を形成する。先ず、５％濃度のポリペルヒドロシラザンを回転数１０００ｒｐｍで基板に塗布し、膜厚約１０００Åの塗布膜を形成する。次に前記塗布膜を３５０℃で３０分の熱処理を行いＳｉＯ２膜に変成しゲート絶縁膜５０５を形成した。
【０１１３】
次に、図５（ｄ）に示すようにＡｇ微粒子を含む分散液を用い、液滴吐出法によりゲート電極を形成した。ゲート電極には液体材料を用いて形成されるドープシリコン膜や金属微粒子の分散液を用いて形成される金属膜、或いはメッキ法で形成される金属膜などが利用できるが、本実施例では金属微粒子の分散液を用いた。分散液として粒径１０ｎｍ以下のＡｇ微粒子をトルエン中の分散させた「パーフェクトシルバー」(真空冶金社製の商品名)を利用した。「パーフェクトシルバー」には液滴吐出法に望ましい粘度や表面張力を持つように調整剤を混合して実際の分散液とした。調整した分散液を液滴吐出法により、ゲート電極パターンの形状に吐出して塗布膜を形成し、次に１００℃から３００℃で熱処理しゲート電極を形成した。
【０１１４】
次に、図５（ｅ）に示すように液体材料を用いて層間絶縁膜５０７を形成する。液体材料としてポリペルヒドロシラザンを用いた。先ず濃度２０％の溶液を回転数１０００ｒｐｍで基板上に塗布して塗布膜を形成する。次に８０℃のベークを行い溶剤であるキシレンを除去し、次に３５０℃の熱処理を行い膜厚約５０００ÅのＳｉＯ２膜を形成した。前記３５０℃の熱処理は酸素含有の雰囲気で行ったが、酸素と水蒸気を含む雰囲気中で行うと、絶縁膜としての電気特性や信頼性をより向上させることが出来る。
【０１１５】
次に、図５（ｆ）に示すように前記層間絶縁膜５０７にコンタクトホールを開口した後、液体材料を用いて電極５０８を形成した。電極の形成に使用される液体材料としては、金属微粒子を有機溶剤に分散させた分散液やインジウムとスズを含有する有機化合物を有機溶媒に溶かした溶液を用いることが出来る。また、無電解メッキにより形成されるニッケル膜などの薄膜を利用することもできる。液晶表示装置などに使用される透明電極を有する薄膜トランジスタを形成する場合には、該透明導電膜をインジウムとスズを含有する有機化合物を液体材料として用いることが出来る。
【０１１６】
本実施例ではＩＴＯ膜により電極を形成した。先ず、インジウムとスズを含有する有機化合物をキシレンを溶媒とした濃度８％の溶液を用い、回転数１５００ｒｐｍで基板上に塗布膜を形成する。次に８０℃の熱処理により溶媒を除去し、次に３００℃の熱処理を行い膜厚約２０００ÅのＩＴＯ膜を形成した。次にフォトエッチングにより図５（ｆ）に示すように電極５０８を形成した。尚、前記熱処理において、３００℃で３０分乃至６０分程度の熱処理を行った後、引き続き水素含有の還元雰囲気で基板を２００℃、望ましくは１５０℃程度まで冷却した後大気中に取り出すとＩＴＯ膜の抵抗をより低減することが出来る。また、前記電極は透明電極であり液晶表示装置などで必要となる画素電極としても利用できる。
【０１１７】
（実施例３）
本発明の第３の実施例を図６に示す。図６は本発明による逆スタガ型薄膜トランジスタの製造工程を示す図である。先ず、図６（ａ）に示すようにガラス基板６０１上にゲート電極６０２を形成する。本実施例では無電解メッキ法によりゲート電極を形成した。メッキ液にはナトリウムフリーのニッケルメッキ液を用いて、膜厚約４０００Åのニッケル膜を基板上に形成した。ニッケル膜の成長はメッキ液に基板を浸漬してニッケルを析出させることにより行われるが、その前処理工程として基板の表面洗浄やアクチベータ処理がある。これらの前工程処理では通常ナトリウムが含有された溶液を用いるが、本発明ではこれらの前工程処理でもナトリウムフリーの溶液を用いて行った。ニッケル膜のパターニングは通常のフォトエッチング法により行った。ニッケルのエッチング液は硝酸と氷酢酸の混酸で行った。
【０１１８】
次に、図６（ｂ）に示すように液体材料を用いてゲート絶縁膜６０３を形成した。先ず、５％濃度のポリペルヒドロシラザンを回転数１０００ｒｐｍで基板に塗布し、膜厚約１０００Åの塗布膜を形成する。次に前記塗布膜中の溶剤を除去する熱処理を８０℃で行い、次に３５０℃で３０分の熱処理を行いＳｉＯ２膜に変成しゲート絶縁膜６０３とした。
【０１１９】
次に、図６（ｃ）に示すように液体材料を用いてチャネル層となるシリコン膜６０４を形成する。先ず、液体材料として、シクロペンタシランとシクロヘキサシランそれぞれ５ｇをベンゼン１００ｍｌに溶解させた溶液に波長４３６ｎｍ、１０ｍＷ／ｃｍ２のＵＶを２０分照射した液体材料（高次シラン溶液）を用いて、回転数５００ｒｐｍで塗布膜を形成する。次に１５０℃の熱処理により溶媒を除去し、次に３００℃３０分の熱処理を行い金属状のシリコン膜とした後、エネルギー密度２５０ｍＪ／ｃｍ２でレーザアニールを行い多結晶シリコン膜を形成した。
【０１２０】
前記熱処理工程及びレーザアニール後にアモルファスシリコン膜を得る場合は、前記熱処理温度を４５０℃以上にしてレーザアニール工程を行わないか、レーザエネルギーの低い条件でレーザアニールを行う。但し、アモルファスシリコン膜のアモルファス化の程度や多結晶状態の割合、あるいはシリコンが有機化合物として膜中に残存する割合などは、前記熱処理温度とその時間や光重合に用いるＵＶの波長及び前記エネルギー密度と前記塗布膜の膜厚に依存するため、所望のアモルファスシリコン膜を得るためにはそれらの条件を最適化する必要がある。
【０１２１】
次に、図６（ｄ）に示すように、液体材料を用いてチャネル保護膜となる絶縁膜６０５とソース・ドレイン領域となるドープシリコン膜６０６および６０７を形成する。チャネル保護膜は例えば前記ゲート電極と同様にポリペルヒドロシラザンを用いて形成することが出来る。ソース・ドレイン領域となるドープシリコン膜の形成は、先ずシクロペンタシランが１２重量％含まれたキシレン溶液５０ｍｌに波長４３６ｎｍのＵＶを１０分照射した後の液体材料（高次シラン溶液）を塗布して塗布膜を形成し、次に８０℃乃至１５０℃の熱処理で塗布膜の溶剤を除去し更に３５０℃３０分の熱処理を行いアモルファス状態のドープシリコン膜とする。次にエネルギー密度約３００ｍＪ／ｃｍ２でレーザアニールを行いドープシリコン膜を多結晶化する。前記レーザアニール時にドープシリコン膜より下層のノンドープシリコン膜にドーパントが拡散する。次にフォトエッチングによりパターニングしてソース・ドレイン領域６０６及び６０７を形成する。
【０１２２】
次に、図６（ｅ）に示すように液体材料により電極６０８を形成する。本実施例では該電極をＩＴＯ膜で形成した。先ず、インジウムとスズを含有する有機化合物をキシレンを溶媒とした濃度８％の溶液を用い、回転数１５００ｒｐｍで基板上に塗布膜を形成する。次に８０℃の熱処理により溶媒を除去し、次に３００℃の熱処理を行い膜厚約２０００ÅのＩＴＯ膜を形成した。次にフォトエッチングにより図６（ｅ）に示すように電極６０８を形成した。尚、前記熱処理において、３００℃で３０分乃至６０分程度の熱処理を行った後、引き続き水素含有の還元雰囲気で基板を２００℃、望ましくは１５０℃程度まで冷却した後大気中に取り出すとＩＴＯ膜の抵抗をより低減することが出来る。また、前記電極は透明電極であり液晶表示装置などで必要となる画素電極としても利用できる。
【０１２３】
【発明の効果】
本発明におけるデバイスの製造方法は、薄膜トランジスタ等のデバイスを構成するシリコン膜、絶縁膜、導電膜の各薄膜の全部または一部の薄膜を液体材料を用いて形成する。その主たる方法は、前記高次シラン組成物からなる液体材料を基板に塗布して塗布膜を形成し、該塗布膜を熱処理することにより所望の薄膜を形成するものである。
従って、従来のＣＶＤ法やスパッタ法による成膜方法が本質的に内在している様々な課題を解決するものであり、小型で安面な装置により、生産性が高く、欠陥が少なく、歩留まりが高く、段差部の被覆性がよく、低コストで薄膜形成ができ、従って低コストでデバイスを製造することができる。
また、本発明のデバイスの製造方法では、ドープ量が制御されたシリコン膜を液体材料を用いて形成する。従って、シリコン膜へのドープ及び該ドープ量の制御に高価な装置を用いるイオン打込み法を使用する必要がないため、低コストでデバイスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、従来のＣＶＤ法による薄膜形成の工程を示す図である。
【図２】図２は、液体材料を用いた薄膜形成工程を示す図である。
【図３】図３は、液体材料を用いた塗布膜の形成を示す図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施例にかかるコプレナ型薄膜トランジスタの製造工程を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明の第２の実施例にかかるスタガ型薄膜トランジスタの製造工程を示す断面図である。
【図６】図６は、本発明の第３の実施例にかかる逆スタガ型薄膜トランジスタの製造工程を示す断面図である。
【図７】図７は、本発明に係るデバイスを使用した有機ＥＬ表示装置の例を説明する説明図である。
【図８】図８は、本発明に係るデバイスを使用した電気光学装置を含む電子装置の例を説明する説明図である。
【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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