JP2005093611A - Method of manufacturing thin film transistor and device, and thin film transistor and device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等のアクディブマトリックス駆動型ディスプレイ等のデバイスに用いられる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の作製技術、及び該ＴＦＴを用いたデバイスの作製技術に関する。 The present invention relates to a manufacturing technique of a thin film transistor (TFT) used in a device such as an active matrix drive display such as a liquid crystal display and an organic EL display, and a manufacturing technique of a device using the TFT.
従来、シリコンを用いた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の作製方法として、一般的にはＣＶＤ等の方法でシリコン膜を作成し、フォトレジストを用いてパターニングするのが一般的である。この方法は、大型、高価な装置が必要であることや、大量の廃棄物が出る等の問題を抱えている。
これに対して、近年、高次シラン化合物の液体材料（液体シリコン材料）を基板に塗布し、熱処理や光処理等をすることによって薄膜トランジスタ等に用いるシリコン膜を作成する方法や、インクジェット等によりその液体材料を直接パターニングすることによって、フォトレジストによるパターニング工程を省く方法等が提案されてきた（ＷＯ００／５９０４０号公報：特許文献１及びＷＯ００／５９０４１号公報：特許文献２）。
Conventionally, as a method for manufacturing a thin film transistor (TFT) using silicon, generally, a silicon film is generally formed by a method such as CVD, and is patterned using a photoresist. This method has problems such as requiring a large and expensive device and generating a large amount of waste.
In contrast, in recent years, a liquid material (liquid silicon material) of a higher order silane compound is applied to a substrate, and a silicon film used for a thin film transistor or the like is formed by heat treatment or light treatment, or by an inkjet or the like. A method has been proposed in which a patterning process using a photoresist is omitted by directly patterning a liquid material (WO00 / 59040: Patent Document 1 and WO00 / 59041: Patent Document 2).
従来の液体シリコン材料を用いた薄膜トランジスタの作製方法の例としては、図１に示す方法が挙げられる。即ち、インクジェット（ＩＪ）法により、ドーパントとシラン化合物を含有した液体材料を複数基板上に塗布した後、熱処理および/または光処理による活性化によって、ドープシリコン膜によるソース−ドレイン領域を形成する（図１（ａ））。次いで、基板上における隣接するドープシリコン膜の間に、ノンドープシリコン膜を形成する為の液体材料を同様にインクジェット法により塗布し、その後熱処理して、ノンドープシリコン膜から成るチャネル領域を形成する（図１（ｂ））。その後、薄膜トランジスタを作製するための通常の方法により、ゲート絶縁膜、ゲート電極、層間絶縁膜及びソース−ドレイン電極を形成することにより、薄膜トランジスタを作製する（図１（ｃ））。 An example of a conventional method for manufacturing a thin film transistor using a liquid silicon material is the method shown in FIG. That is, after a liquid material containing a dopant and a silane compound is applied on a plurality of substrates by an inkjet (IJ) method, a source-drain region is formed by a doped silicon film by activation by heat treatment and / or light treatment ( FIG. 1 (a)). Next, a liquid material for forming a non-doped silicon film is similarly applied by an inkjet method between adjacent doped silicon films on the substrate, and then heat-treated to form a channel region made of the non-doped silicon film (FIG. 1 (b)). Thereafter, a thin film transistor is manufactured by forming a gate insulating film, a gate electrode, an interlayer insulating film, and a source-drain electrode by a normal method for manufacturing the thin film transistor (FIG. 1C).
しかしながら、これら従来の薄膜トランジスタの製造方法では、複数回材料塗布を行う必要があり、プロセスが複雑で時間がかかるといった問題がある。また、得られる薄膜トランジスタは、ソース−ドレイン領域とチャネル領域との界面の接触状態にバラつきが生じ、伝導特性が低下するといった問題もある。更に、かかる従来の薄膜トランジスタを用いたアクディブマトリックス駆動型ディスプレイ等のデバイスは、性能が低下するといった問題もある。
従って、本発明の目的は、大掛かりな設備を必要とせず、低コストで、簡略化されたプロセスを備える薄膜トランジスタの製造方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a thin film transistor which does not require large-scale equipment, and which includes a simplified process at a low cost.
また、本発明の他の目的は、伝導特性に優れた薄膜トランジスタを提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a thin film transistor having excellent conduction characteristics.
また、本発明の更に他の目的は、かかる薄膜トランジスタの製造方法を備えた、簡易なプロセスを有するデバイスの製造方法、及びかかる薄膜トランジスタを用いた高性能なデバイスを提供することにある。 Still another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a device having a simple process, and a high-performance device using such a thin film transistor.
本発明者は、鋭意研究した結果、基板に特定の液体材料を塗布してシリコンの膜を形成し、これに特定の処理を施すことにより、チャネル層、ソース−ドレイン領域を形成する薄膜トランジスタの製造方法が、前記目的を達成し得ることの知見を得た。 As a result of diligent research, the present inventor has produced a silicon film by applying a specific liquid material to a substrate, and manufacturing a thin film transistor that forms a channel layer and a source-drain region by performing a specific treatment on the silicon film. We have found that the method can achieve the above objective.
本発明は、前記知見に基づきなされたもので、
「１」チャネル領域、ソース領域及びドレイン領域を少なくとも備える薄膜トランジスタの製造方法において、
基板の上方に、ドーパントおよび、シラン化合物又は高次シランを含む液体材料を供与してシリコン膜を形成する工程と、
前記シリコン膜の一部を光処理することにより、ドーパントが活性化されたドープ膜からなるソース領域及びドレイン領域を形成する光処理工程と、を備えることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法を提供するものである。
The present invention has been made based on the above findings,
In a method of manufacturing a thin film transistor including at least a “1” channel region, a source region, and a drain region,
Forming a silicon film by providing a dopant and a liquid material containing a silane compound or higher order silane above the substrate;
And a light treatment step of forming a source region and a drain region made of a doped film in which a dopant is activated by subjecting a part of the silicon film to a light treatment, and a method of manufacturing a thin film transistor, comprising: Is.
また、本発明は、「２」前記基板に前記液体材料を供与してシリコン膜を形成する前記工程は、前記ドーパントが活性化しない条件で行う事を特徴とする「１」記載の薄膜トランジスタの製造方法：「３」前記光処理工程において、前記ソース領域及び前記ドレイン領域が、前記チャネル領域を介し離間して形成されるように、前記シリコン膜の一部を光処理する「１」又は「２」に記載の薄膜トランジスタの製造方法。：「４」前記液体材料は、前記ドーパントが添加されたシラン化合物を含む液体材料である、または、前記シラン化合物を含む溶液に前記ドーパントが添加された液体材料である「１」〜「３」の何れかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。：「５」前記液体材料は、前記ドーパントが添加された高次シランを含む液体材料である、または、前記高次シランを含む溶液に前記ドーパントが添加された液体材料である「１」〜「３」の何れかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。：「６」前記高次シランは、光重合性を有するシラン化合物に、紫外線を照射することにより光重合して形成された高次シランである、又は光重合性を有するシラン化合物を含む溶液に、紫外線を照射することにより、光重合して形成された高次シランである「１」〜「３」の何れかに記載又は「５」に記載の薄膜トランジスタの製造方法。：「７」前記ドーパントは、周期律表の第３Ｂ族の元素を含む物質又は第５Ｂ族の元素を含む物質である「１」〜「６」の何れかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。：「８」 前記液体材料の前記基板に対する供与を、液滴吐出法により行う「１」〜「７」の何れかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。：「９」前記光処理は、光エネルギー非透過性の部材をマスクとして介在させて行う「１」〜「８」の何れかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。：「１０」前記光処理は、ゲート電極又はゲート絶縁膜を介在させて行う「１」〜「８」に何れかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。：「１１」前記光処理は、光エネルギーを付与することである「１」〜「１０」の何れかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。：「１２」前記光処理は、光エネルギーをパターン状に照射することである「１」〜「８」の何れかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。：「１３」前記光エネルギーは、レーザーである「１２」に記載の薄膜トランジスタの製造方法。：「１４」「１」〜「１３」の何れかに記載の製造方法により作製されたことを特徴とする薄膜トランジスタ。：「１５」更に、ゲート絶縁膜、ゲート電極、層間絶縁膜、ソース電極およびドレイン電極を備える「１４」記載の薄膜トランジスタ。：「１６」「１」〜「１３」の何れかに記載の薄膜トランジスタの製造方法を少なくとも工程に備えることを特徴とするデバイスの製造方法。：「１７」「１６」記載のデバイスの製造方法により作製されたことを特徴とするデバイス。；をそれぞれ提供する。 Further, the present invention provides the thin film transistor according to “1”, wherein the step of forming the silicon film by supplying the liquid material to the substrate is performed under a condition that the dopant is not activated. Method: “3” In the optical processing step, “1” or “2”, in which a part of the silicon film is optically processed so that the source region and the drain region are separated from each other through the channel region. The manufacturing method of the thin-film transistor as described in any one of. : “4” The liquid material is a liquid material containing a silane compound to which the dopant is added, or a liquid material in which the dopant is added to a solution containing the silane compound. The manufacturing method of the thin-film transistor in any one of. : “5” The liquid material is a liquid material containing a higher order silane to which the dopant is added, or a liquid material in which the dopant is added to a solution containing the higher order silane. The method for producing a thin film transistor according to any one of 3). : "6" The higher order silane is a higher order silane formed by photopolymerization by irradiating ultraviolet light to a photopolymerizable silane compound, or in a solution containing a photopolymerizable silane compound. The method for producing a thin film transistor according to any one of “1” to “3” or “5”, which is a high-order silane formed by photopolymerization by irradiating ultraviolet rays. : "7" The method for manufacturing a thin film transistor according to any one of "1" to "6", wherein the dopant is a substance containing a Group 3B element or a Group 5B element in the periodic table. : “8” The method for producing a thin film transistor according to any one of “1” to “7”, wherein the liquid material is supplied to the substrate by a droplet discharge method. "9" The method for manufacturing a thin film transistor according to any one of "1" to "8", wherein the light treatment is performed with a light energy impermeable member interposed as a mask. "10" The method for manufacturing a thin film transistor according to any one of "1" to "8", wherein the optical treatment is performed with a gate electrode or a gate insulating film interposed. : "11" The method for producing a thin film transistor according to any one of "1" to "10", wherein the light treatment is to apply light energy. "12" The method for manufacturing a thin film transistor according to any one of "1" to "8", wherein the light treatment is to irradiate light energy in a pattern. [13] The method for producing a thin film transistor according to [12], wherein the light energy is a laser. : A thin film transistor produced by the production method according to any one of “14”, “1” to “13”. [15] The thin film transistor according to [14], further including a gate insulating film, a gate electrode, an interlayer insulating film, a source electrode and a drain electrode. A method for manufacturing a device, comprising at least a process for manufacturing the thin film transistor according to any one of “16”, “1” to “13”. : A device manufactured by the device manufacturing method described in “17” or “16”. Respectively.
〔薄膜トランジスタの製造方法〕
以下、本発明の薄膜トランジスタの製造方法について、その好ましい実施形態に基づき、図面を参照しつつ説明する。尚、図２（ａ）〜（ｄ）は、本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法の一実施形態における概略工程図である。
[Method for Manufacturing Thin Film Transistor]
Hereinafter, a method for producing a thin film transistor of the present invention will be described based on preferred embodiments with reference to the drawings. 2A to 2D are schematic process diagrams in one embodiment of a method for manufacturing a thin film transistor according to the present invention.
本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法は、既述の通り、基板の上方に、ドーパントおよび、シラン化合物又は高次シランを含む液体材料を供与してシリコン膜を形成する工程（以下、この工程を「シリコン膜形成工程」ということもある）と、前記シリコン膜の一部を光処理し、ドーパントを活性化させる事により、光処理によってドーパントが活性化されたドープ膜からなるソース領域及びドレイン領域を形成する光処理工程と、を備えることを特徴とする。 As described above, the method of manufacturing a thin film transistor according to the present invention includes a step of forming a silicon film by supplying a liquid material containing a dopant and a silane compound or higher silane above a substrate (hereinafter referred to as “ A silicon film forming step), and a part of the silicon film is photoprocessed to activate the dopant, thereby forming a source region and a drain region made of a doped film in which the dopant is activated by the photoprocessing. And an optical processing step to be formed.
本発明は、かかる構成を具備することにより、従来のようにソース領域、ドレイン領域、チャネル領域を別々に作製した後に接合する必要がなく、大掛かりな設備を必要とせず、低コストで簡略化されたプロセスにより、薄膜トランジスタを製造することが可能となる。 By providing such a configuration, the present invention does not need to be joined after the source region, the drain region, and the channel region are separately manufactured as in the prior art, and does not require large-scale equipment and is simplified at low cost. Through this process, a thin film transistor can be manufactured.
〔シリコン膜形成工程〕
本発明の製造方法におけるシリコン膜形成工程では、図２（ａ）に示すように、基板の上方に、ドーパントおよび、シラン化合物又は高次シランを含む液体材料（以下、この液体材料を「液体シリコン材料」ということもある）を供与してシリコン膜を形成する。
この液体シリコン材料としてはシラン化合物またはその溶液にドーパントを添加したものを用いる事ができる。
ここで、「ドーパント」とは、液体シリコン材料中に含まれ、後述の光処理による活性化によってｎ型またはｐ型のドープシリコン膜を形成し得るリン、ホウ素又は砒素等の周期表第３Ｂ族元素又は周期表の第５Ｂ族元素を含む化合物、具体的にはホウ素、黄燐、デカボランや特開２０００−３１０６６号公報に挙げられているような物質が例示される。
[Silicon film forming process]
In the silicon film forming step in the manufacturing method of the present invention, as shown in FIG. 2A, a liquid material containing a dopant and a silane compound or higher silane (hereinafter, this liquid material is referred to as “liquid silicon” above the substrate. A silicon film is formed by providing a material.
As this liquid silicon material, a silane compound or a solution obtained by adding a dopant to a solution thereof can be used.
Here, the “dopant” is included in the liquid silicon material, and can form an n-type or p-type doped silicon film by activation by light processing to be described later. Group 3B of the periodic table such as phosphorus, boron or arsenic Examples thereof include compounds containing elements or Group 5B elements of the periodic table, such as boron, yellow phosphorus, decaborane, and substances described in JP-A No. 2000-31066.
上記シラン化合物としては、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。
また、この液体シリコン材料としては、上記シラン化合物に紫外線を照射することにより光重合してなる高次シランを含有する組成物であるか、又は上記シラン化合物の溶液に、紫外線を照射することにより光重合してなる高次シランを含有する組成物を用いる事もできる。
Examples of the silane compound include a general formula Si n X m (wherein n is 3 or more, m is an independent integer of 4 or more, and X is a substituent such as a hydrogen atom and / or a halogen atom). The silane compound etc. which are represented by this is mentioned.
Moreover, as this liquid silicon material, it is a composition containing a higher order silane obtained by photopolymerization by irradiating the silane compound with ultraviolet rays, or by irradiating the solution of the silane compound with ultraviolet rays. A composition containing a higher order silane obtained by photopolymerization can also be used.
かかる高次シランは、光重合性を有するシラン化合物又はその溶液にＵＶが照射され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製方法で用いられているシラン化合物（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ため、従来のシリコン膜作製法よりも効果的にシリコン膜の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。 Such higher order silanes are formed by photopolymerization of a photopolymerizable silane compound or its solution by irradiating UV to the silane compound, and its molecular weight is used in conventional silicon film preparation methods. Compared to the silane compound (for example, Si 6 H 14 , the molecular weight is 182), it is too large to be compared (having a molecular weight of up to about 1800 has been confirmed). Higher-order silanes with such a huge molecular weight have a boiling point higher than the decomposition point, and can form a film before it evaporates. Formation can be performed. In addition, when such higher order silane is actually heated, it decomposes before reaching the boiling point, so a boiling point higher than the decomposition point cannot be determined experimentally. However, here, it means the temperature dependence of the vapor pressure and the boiling point at normal pressure as a theoretical value obtained by theoretical calculation.
また、このような高次シランを含有した液体シリコン材料を用いれば、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、従来のよう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、シリコン層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。 In addition, if a liquid silicon material containing such higher order silane is used, the boiling point of this higher order silane is higher than the decomposition point, so that it is rapidly heated at a high temperature before evaporating as in the prior art. There is no need. That is, it is possible to perform a process in which the heating rate is moderated or heating is performed at a relatively low temperature while reducing the pressure. This is because not only the bonding speed of silicon when forming a silicon layer can be controlled, but also a method of maintaining a temperature higher than the boiling point of the solvent, although not so high as to form a silicon film. This means that the solvent that causes the deterioration of the characteristics of silicon can be reduced more efficiently than the conventional method.
光重合して形成する高次シランとしては、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、前駆体である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。 As described above, the higher order silane formed by photopolymerization preferably has a boiling point higher than its decomposition point. Higher order silanes having a boiling point higher than the decomposition point are selected from the following preferable silane compounds as silane compounds as precursors, or UV having a preferable wavelength described below as irradiation UV, irradiation time, irradiation method, It can be easily obtained by selecting irradiation energy, a solvent to be used, and a purification method after UV irradiation.
また、この高次シランについては、その分子量分布を、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。さらに、この高次シランは、シラン化合物又はその溶液への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できる。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できる。このようにして、液状体材料中の高次シランの分子量のコントロールを行うことで、より特性バラツキが抑えられた良質のシリコン膜を得ることができるようになる。 Further, the molecular weight distribution of this higher order silane can be controlled by the UV irradiation time, irradiation amount, and irradiation method. Further, this higher order silane is separated and purified using GPC, which is a general polymer purification method, after UV irradiation of the silane compound or its solution, thereby taking out a higher order silane compound having an arbitrary molecular weight. be able to. Further, purification can be performed by utilizing the difference in solubility between higher order silane compounds having different molecular weights. Further, purification by fractional distillation can be performed by utilizing the difference in boiling points between higher-order silane compounds having different molecular weights under normal pressure or reduced pressure. In this way, by controlling the molecular weight of the higher order silane in the liquid material, it is possible to obtain a high-quality silicon film in which the characteristic variation is further suppressed.
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、その場合にはマイクロフィルターなどを用いたろ過などによって不溶成分を除去し、高次シランを精製することができる。 Higher order silanes have higher boiling points and lower solubility in solvents as the molecular weight increases. For this reason, depending on the UV irradiation conditions, higher-order silane after photopolymerization may not be completely dissolved in the solvent and may be precipitated. In that case, insoluble components are removed by filtration using a microfilter, etc. Secondary silanes can be purified.
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分であるのが好ましい。 The UV irradiation time is preferably from 0.1 seconds to 120 minutes, particularly preferably from 1 to 30 minutes, in order to obtain a high-order silane having a desired molecular weight distribution.
また、このような高次シランの前駆体であるシラン化合物を含有する前記液状体材料については、その粘度および表面張力を、形成する高次シランの分子量分布に関する前記調整方法とともに溶媒を調整することにより、容易にコントロールすることができる。これは、液状体からシリコン膜を形成する場合、その最大のメリットとしてインクジェット法を用いたパターニング法が採用できる点が挙げられるが、この液滴吐出法によるパターニングにおいて、前述したように粘度および表面張力が溶媒によって容易にコントロール可能であることが、非常に有利な点として作用する。 For the liquid material containing a silane compound that is a precursor of such higher order silane, the viscosity and surface tension of the liquid material are adjusted together with the adjustment method relating to the molecular weight distribution of the higher order silane to be formed. Therefore, it can be easily controlled. This is because when a silicon film is formed from a liquid material, the greatest merit is that a patterning method using an ink jet method can be adopted. The fact that the tension can be easily controlled by the solvent serves as a very advantageous point.
前記高次シランの前駆体となる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、前述した一般式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。 The silane compound serving as a precursor of the higher order silane is not particularly limited as long as it has a photopolymerizability such that it can be polymerized by UV irradiation. For example, the above-described general formula Si n X m (where n is 3 And m represents an independent integer of 4 or more, and X represents a substituent such as a hydrogen atom and / or a halogen atom).
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、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。 As such a silane compound, a cyclic silane compound represented by the general formula Si n X 2n (wherein n represents an integer of 3 or more and X represents a hydrogen atom and / or a halogen atom), In addition to a silane compound having two or more cyclic structures represented by the general formula Si n X 2n-2 (wherein n represents an integer of 4 or more and X represents a hydrogen atom and / or a halogen atom), Examples thereof include all photopolymerizable silane compounds to which a photopolymerization process by ultraviolet irradiation can be applied, such as silicon hydride having at least one cyclic structure in the molecule and a halogen-substituted product thereof.
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。 Specifically, examples having one cyclic structure include cyclotrisilane, cyclotetrasilane, cyclopentasilane, cyclohexasilane, cycloheptasilane, and the like, and those having two cyclic structures include 1 1, 1'-bicyclobutasilane, 1, 1'-bicyclopentasilane, 1, 1'-bicyclohexasilane, 1, 1'-bicycloheptasilane, 1, 1'-cyclobutasilylcyclopentasilane, 1, 1 '-Cyclobutasilylcyclohexasilane, 1,1'-cyclobutasilylcycloheptasilane, 1,1'-cyclopentasilylcyclohexasilane, 1,1'-cyclopentasilylcycloheptasilane, 1,1'- Cyclohexasilylcycloheptasilane, spiro [2.2] pentasilane, spiro [3.3] heptatasilane, spiro [4.4] no Examples include silane, spiro [4.5] decasilane, spiro [4.6] undecasilane, spiro [5.5] undecasilane, spiro [5.6] undecasilane, spiro [6.6] tridecasilane, and the like. Examples thereof include silicon compounds in which the hydrogen atoms of the skeleton are partially substituted with SiH 3 groups or halogen atoms. These may be used in combination of two or more.
これら化合物のうち、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のが好ましい。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、精製が容易である利点を有するため特に好ましい。 Among these compounds, a silane compound having a cyclic structure in at least one position in the molecule is preferably used as a raw material from the viewpoint that it has extremely high reactivity with light and photopolymerization can be performed efficiently. Among them, Si n X 2n such as cyclotetrasilane, cyclopentasilane, cyclohexasilane, cycloheptasilane (wherein, n represents an integer of 3 or more, X is a hydrogen atom and / or a fluorine atom, a chlorine atom, A silane compound represented by a halogen atom such as a bromine atom or an iodine atom is particularly preferable because it has an advantage of being easily synthesized and purified in addition to the above reasons.
本発明における液体材料に用いられる溶媒としては、前記シラン化合物、又は該シラン化合物が光重合されたことにより形成された高次シランを溶解し、かつ該シラン化合物又は該高次シランと反応しないものであれば特に限定されない。この溶媒は、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より高いものでは、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になるからである。一方、蒸気圧が０．００１ｍｍＨｇより低いものでは、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、シラン化合物又は高次シランのコーティング膜中に溶媒が残留し易くなって、後工程の熱処理及び／又は光照射処理後にも良質のシリコン層が得られ難くなるからである。
The solvent used for the liquid material in the present invention is a solvent that dissolves the silane compound or higher silane formed by photopolymerization of the silane compound and does not react with the silane compound or higher silane. If it is, it will not specifically limit. As this solvent, one having a vapor pressure of 0.001 to 200 mmHg at room temperature is usually used.
If the vapor pressure is higher than 200 mmHg, the solvent evaporates first when forming a coating film by coating, and it becomes difficult to form a good coating film. On the other hand, in the case where the vapor pressure is lower than 0.001 mmHg, when the coating film is similarly formed by coating, the drying becomes slow, and the solvent is likely to remain in the coating film of the silane compound or higher silane, and the post-process This is because it is difficult to obtain a high-quality silicon layer even after the heat treatment and / or the light irradiation treatment.
また、前記溶媒としては、その常圧での沸点が室温以上であり、シラン化合物のうち分子量の大きいもの又は高次シランの分解点である２５０℃〜３００℃よりも低いものを用いることが好ましい。高次シランの分解点よりも低い溶媒を用いることにより、塗布後、加熱によって高次シランを分解することなく溶媒のみを選択的に除去することができるため、シリコン層に溶媒が残留するのを防止することができ、より良質の膜を得ることができるからである。 Further, as the solvent, it is preferable to use a solvent having a boiling point at normal pressure of room temperature or higher and a silane compound having a large molecular weight or lower than 250 ° C. to 300 ° C. which is a decomposition point of higher order silane. . By using a solvent lower than the decomposition point of the higher order silane, it is possible to selectively remove only the solvent without decomposing the higher order silane by heating after coating, so that the solvent remains in the silicon layer. This is because it can be prevented and a film of higher quality can be obtained.
液体材料に使用される溶媒、すなわちシラン化合物溶液中の溶媒、又は高次シランを形成する場合のＵＶ照射前では前駆体としてのシラン化合物溶液中の溶媒、若しくはＵＶ照射後は高次シラン溶液中の溶媒となるものの具体例としては、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が挙げられる。 The solvent used for the liquid material, that is, the solvent in the silane compound solution, or the solvent in the silane compound solution as a precursor before UV irradiation when forming a higher order silane, or in the higher order silane solution after UV irradiation Specific examples of the solvent are n-hexane, n-heptane, n-octane, n-decane, dicyclopentane, benzene, toluene, xylene, durene, indene, tetrahydronaphthalene, decahydronaphthalene, squalane and the like. In addition to hydrocarbon solvents, dipropyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol diethyl ether, ethylene glycol methyl ethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol methyl ethyl ether Ether solvents such as tetrahydrofuran, tetrahydropyran, 1,2-dimethoxyethane, bis (2-methoxyethyl) ether, p-dioxane, propylene carbonate, γ-butyrolactone, N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylformamide, acetonitrile And polar solvents such as dimethyl sulfoxide.
本発明の製造方法に用いられる液体シリコン材料は、前述の通り特定の手法により得られるシラン化合物または高次シランを溶質として含有した溶液であり、溶媒としては前記例示のものからなる。溶質濃度としては、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、シラン化合物のうち分子量の大きいもの又は高次シランが析出しやすくなり、均一な塗布膜を得るのが困難になる。 The liquid silicon material used in the production method of the present invention is a solution containing a silane compound or higher silane obtained as a solute as a solute as described above, and the solvent includes those exemplified above. The solute concentration is usually about 1 to 80% by weight and can be prepared according to the desired silicon film thickness. When it exceeds 80% by weight, a silane compound having a high molecular weight or higher order silane is likely to precipitate, and it becomes difficult to obtain a uniform coating film.
また、このシリコン膜を形成する為の液体材料は、その粘度が通常１〜１００ｍＰａ・ｓの範囲に調製可能となるが、塗布装置や目的の塗布膜厚に応じて、その粘度を適宜選択することができる。粘度が１ｍＰａ・ｓより小さくなるとコーティングが困難になり、１００ｍＰａ・ｓを超えると均一な塗布膜を得ることが困難になる。 Moreover, the liquid material for forming this silicon film can be adjusted to a viscosity in the range of usually 1 to 100 mPa · s, but the viscosity is appropriately selected according to the coating apparatus and the desired coating film thickness. be able to. When the viscosity is less than 1 mPa · s, coating becomes difficult, and when it exceeds 100 mPa · s, it is difficult to obtain a uniform coating film.
なお、前記液体シリコン材料には、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、ゆず肌の発生などの防止に役立つものである。 Note that a small amount of a surface tension adjusting material such as a fluorine-based material, a silicone-based material, or a nonionic-based material can be added to the liquid silicon material as necessary as long as the target function is not impaired. This nonionic surface tension modifier improves the wettability of the solution to the application target, improves the leveling of the applied film, and helps prevent the occurrence of coating crushing and the occurrence of distorted skin. It is.
使用する基板としては通常の石英、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や、プラスチック基板など、製造するトランジスタの用途に応じて適宜選択される。なお、ここでいう基板（基体）とは、ガラス等の基板上に絶縁膜等の各種構成要素を形成したものも含めたものである。 As the substrate to be used, it is appropriate according to the application of the transistor to be manufactured, such as metal substrate such as gold, silver, copper, nickel, titanium, aluminum, tungsten, and plastic substrate in addition to normal quartz, borosilicate glass, soda glass. Selected. Note that the substrate (base) here includes a substrate in which various components such as an insulating film are formed on a substrate such as glass.
液体シリコン材料の塗布方法としては、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が、特に液滴吐出法を採用するのが、フォトリソグラフィー工程や材料の無駄を省いて低コスト化を図ることができ、好ましい。 As a method for applying the liquid silicon material, a spin coating method, a roll coating method, a curtain coating method, a dip coating method, a spray method, a droplet discharging method, or the like can be used. In particular, a droplet discharging method is employed. This is preferable because it is possible to reduce costs by eliminating waste of photolithography process and materials.
この液体シリコン材料は基板への塗布後、熱処理および/または光処理によってシラン化合物または高次シラン組成物が熱分解を起し、アモルファスシリコン膜またはポリシリコン膜を形成する。この時点では膜中のドーパントはシリコンと化学的な結合を結んでいない為にシリコン膜はノンドープ膜のまま、つまり真性半導体的な伝導特性である。
この時の熱処理温度は液体シリコン材料が熱分解を起こし、シリコン膜を成膜できるが、ドーパントが活性化しない温度で行う必要があるため、300〜600℃の間で行う事が好ましい。300℃未満では液体シリコン材料が熱分解を起こさない場合もあり、600℃を超えるとドーパントが活性化されるおそれがある為である。
After the liquid silicon material is applied to the substrate, the silane compound or higher silane composition is thermally decomposed by heat treatment and / or light treatment to form an amorphous silicon film or a polysilicon film. At this point, since the dopant in the film is not chemically bonded to silicon, the silicon film remains an undoped film, that is, has intrinsic semiconductor-like conduction characteristics.
The heat treatment temperature at this time is preferably between 300 and 600 ° C. because the liquid silicon material is thermally decomposed and a silicon film can be formed, but it is necessary to carry out at a temperature at which the dopant is not activated. If the temperature is lower than 300 ° C, the liquid silicon material may not be thermally decomposed. If the temperature exceeds 600 ° C, the dopant may be activated.
〔光処理工程〕
次に、本発明の製造方法における光処理工程では、図２（ｃ）に示すように、前述したシリコン膜形成工程で形成されたシリコン膜の一部を光処理によりドーパントが活性化されたソース領域及びドレイン領域と、光処理が行われなかったチャネル領域を介して離間して形成されるようにパターン状に光処理することにより、ドープ膜からなるソース領域及びドレイン領域と、ノンドープ膜からなるチャネル領域とを一体的に形成する。
[Light treatment process]
Next, in the optical processing step in the manufacturing method of the present invention, as shown in FIG. 2 (c), a part of the silicon film formed in the above-described silicon film forming step is activated with a dopant activated by optical processing. The source and drain regions made of a doped film and the non-doped film are processed by patterning so that the region and the drain region are spaced apart from each other through a channel region that has not been subjected to the optical treatment. The channel region is integrally formed.
この光処理の方法としては、ソース−ドレイン領域を形成しようとする部分だけにレーザー等の光が当たる（光エネルギーが付与される）ように、マスクを通して行うことが好ましい。マスクとしては、光エネルギー非透過性の部材である限り、特に制限されず種々のものを使用することができる。
また、この光処理方法としては、光エネルギーを所望のパターン状に照射されるように走査を行う事もできる。この時、照射する光のエネルギー密度や走査速度を制御する事によりドーパントを活性化率を任意に調整する事ができる。
This light treatment method is preferably performed through a mask so that only a portion where the source-drain region is to be formed is irradiated with light such as a laser (light energy is applied). The mask is not particularly limited as long as it is a member that does not transmit light energy, and various masks can be used.
Further, as this light processing method, scanning can be performed so that light energy is irradiated in a desired pattern. At this time, the activation rate of the dopant can be arbitrarily adjusted by controlling the energy density and scanning speed of the irradiated light.
光処理を行うための光エネルギー源としては、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等が挙げられる。
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シリコン膜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である。
As a light energy source for performing the light treatment, low pressure or high pressure mercury lamp, deuterium lamp or discharge light of rare gas such as argon, krypton, xenon, YAG laser, argon laser, carbon dioxide laser, XeF, Examples thereof include excimer lasers such as XeCl, XeBr, KrF, KrCl, ArF, and ArCl.
These light sources generally have an output of 10 to 5000 W, but 100 to 1000 W is usually sufficient. The wavelength of these light sources is not particularly limited as long as the silicon film absorbs even a little, but is usually 170 nm to 600 nm.
このような光処理により、シリコン膜中のドーパントがシリコンと結合を起こすため、光照射された部分のみがドープシリコン膜として導電化することになり、ソース−ドレイン領域として形成することができる。一方、光処理されない部分はであるノンドープシリコン膜のままである為に、薄膜トランジスタにおいてチャネル領域として機能する事ができる。
このようにして、光処理により、これら領域を一体的に形成することができる。
By such light treatment, the dopant in the silicon film causes bonding with silicon, so that only the irradiated portion becomes conductive as a doped silicon film and can be formed as a source-drain region. On the other hand, since the non-doped silicon film is not subjected to photoprocessing, it can function as a channel region in the thin film transistor.
In this way, these regions can be integrally formed by light treatment.
〔その他の工程〕
また、薄膜トランジスタにおけるチャネル領域及びソース−ドレイン領域以外のゲート絶縁膜、ゲート電極、層間絶縁膜及びソース−ドレイン電極部分の形成方法としては、特に制限されず、従来の真空プロセスやフォトリソグラフィーを用いたプロセスを用いても良いし、全て液体材料からなる液体プロセスによる成膜等の方法を用いてもよい。
[Other processes]
In addition, a method for forming a gate insulating film, a gate electrode, an interlayer insulating film, and a source-drain electrode portion other than the channel region and the source-drain region in the thin film transistor is not particularly limited, and a conventional vacuum process or photolithography is used. A process may be used, or a method such as film formation by a liquid process that is entirely made of a liquid material may be used.
本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法によれば、チャネル領域とソース−ドレイン領域との２ヶ所を別々に成膜する従来の場合（図１）に比べて、ドーパントを含む１種類の液体シリコン材料を基板に一度供与するだけでよいためプロセスが簡易である。 According to the thin film transistor manufacturing method of the present invention, compared with the conventional case (FIG. 1) in which the channel region and the source-drain region are separately formed, one type of liquid silicon material containing a dopant is used. The process is simple because it only needs to be applied once to the substrate.
また、液体シリコン材料をインクジェット法によりパターニングする場合には、その精度はせいぜい１０μｍ程度であるが、これに比べて光やレーザーでのパターニング処理はサブミクロンの精度で行う事が出来る為に、極めて精度よくチャネル領域の形成を行うことができる。 Further, when patterning liquid silicon material by the ink jet method, the accuracy is at most about 10 μm, but since patterning processing with light or laser can be performed with submicron accuracy compared to this, it is extremely difficult. The channel region can be formed with high accuracy.
また、チャネル領域とソース−ドレイン領域とを同時に形成するので、界面特性の極めて良好な薄膜トランジスタを得ることができる。 In addition, since the channel region and the source-drain region are formed at the same time, a thin film transistor with extremely good interface characteristics can be obtained.
また、図３に示すように、ゲート絶縁膜、ゲート電極をシリコン膜の上に形成した後に、本発明に係る光処理によるソース-ドレイン領域とチャネル領域の形成を行う事もできる。このようにすれば、ゲート電極自体がマスクとなる為、自己整合的にソース−ドレイン領域を形成することができる。この場合、マスク合わせの必要がないため、より低コスト、低工程数、高精度の、薄膜トランジスタの作製をすることができる。 Further, as shown in FIG. 3, after the gate insulating film and the gate electrode are formed on the silicon film, the source-drain region and the channel region can be formed by optical treatment according to the present invention. In this way, since the gate electrode itself becomes a mask, the source-drain region can be formed in a self-aligning manner. In this case, since there is no need for mask alignment, a thin film transistor can be manufactured with lower cost, lower number of steps, and higher accuracy.
図２及び図３は、トップゲート型の薄膜トランジスタを製造する場合を例としているが、図４に示すように、ボトムゲート型の薄膜トランジスタを製造する場合でも、同様にして本発明を適用することができる。 2 and 3 exemplify the case of manufacturing a top gate type thin film transistor, but as shown in FIG. 4, the present invention can be similarly applied to the case of manufacturing a bottom gate type thin film transistor. it can.
この場合は、前述したような基板表面からの光処理だけでなく、図５に示すように、ボトムゲート型薄膜トランジスタにおいて、予めゲート電極、ゲート絶縁膜を形成しておき、そこへ液体シリコン材料によってシリコン膜を形成したのちに、基板裏面からレーザー照射等の光処理を行うことで、トップゲート型の場合と同様に、ゲート電極自体が光照射に対するマスクとなり自己整合的にソース−ドレイン領域を形成することができる。 In this case, not only optical processing from the substrate surface as described above, but also a gate electrode and a gate insulating film are formed in advance in a bottom gate thin film transistor as shown in FIG. After forming the silicon film, light treatment such as laser irradiation is performed from the back side of the substrate, so that the gate electrode itself becomes a mask for light irradiation and forms source-drain regions in a self-aligned manner, as in the case of the top gate type. can do.
〔薄膜トランジスタ〕
本発明の薄膜トランジスタは、前述した薄膜トランジスタの製造方法により作製されたものであり、チャネル領域、ソース−ドレイン領域、ゲート絶縁膜、ゲート電極、層間絶縁膜及びソース−ドレイン電極を備え、界面特性、伝導特性に優れたものである。
[Thin film transistor]
The thin film transistor of the present invention is manufactured by the above-described thin film transistor manufacturing method, and includes a channel region, a source-drain region, a gate insulating film, a gate electrode, an interlayer insulating film, and a source-drain electrode, and has interface characteristics and conductivity. It has excellent characteristics.
〔デバイスの製造方法〕
本発明に係るデバイスの製造方法は、前述した薄膜トランジスタの製造方法を少なくとも工程に備えるものであり、簡易なプロセスを有する方法である。このため、前述の薄膜トランジスタを備えた優れたデバイスを、容易に得ることができる。
[Device manufacturing method]
The device manufacturing method according to the present invention includes the above-described thin film transistor manufacturing method at least in steps, and has a simple process. For this reason, the outstanding device provided with the above-mentioned thin-film transistor can be obtained easily.
〔デバイス〕
本発明のデバイスは、前述したデバイスの製造方法により作製されたものであり、高性能なものである。
〔device〕
The device of the present invention is manufactured by the above-described device manufacturing method and has high performance.
本発明のデバイスは、前述した方法により得られるものであるため、薄膜トランジスタのソース領域、チャネル領域及びドレイン領域のそれぞれの接合面にバラつきがなく、このため該薄膜トランジスタを用いたデバイスとして優れた性能を有するものである。 Since the device of the present invention is obtained by the above-described method, there is no variation in each junction surface of the source region, the channel region, and the drain region of the thin film transistor, and thus excellent performance as a device using the thin film transistor. It is what you have.
本発明のデバイスは、薄膜トランジスタを用いたデバイス全般に適用可能であり、例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等のアクディブマトリックス駆動型ディスプレイ等として応用できる。 The device of the present invention can be applied to all devices using thin film transistors, and can be applied as, for example, an active matrix drive type display such as a liquid crystal display and an organic EL display.
本発明によれば、大掛かりな設備を必要とせず、低コストで、簡略化されたプロセスを備える薄膜トランジスタの製造方法を提供することができる。また、本発明によれば、伝導特性に優れた薄膜トランジスタを提供することができる。更に、本発明によれば、簡易なプロセスを有するデバイスの製造方法及び高性能なデバイスを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a method of manufacturing a thin film transistor including a simplified process at a low cost without requiring a large-scale facility. Moreover, according to the present invention, a thin film transistor having excellent conduction characteristics can be provided. Furthermore, according to the present invention, a device manufacturing method having a simple process and a high-performance device can be provided.
本発明は、前述した各実施形態を好適に提供するものであるが、これらの実施形態に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。 The present invention suitably provides each of the embodiments described above, but is not limited to these embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
以下に、本発明の実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明するが、本発明は、斯かる実施例により何等制限されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples of the present invention. However, the present invention is not limited to the examples.
以下の実験はすべて酸素濃度が10ppm以下の窒素雰囲気下で作業を行った。
テトラシラン２ｇとシクロヘキサシラン１０ｇをトルエン２０ｍｌに溶解させた。この溶液を攪拌しながら波長２５４ｎｍ、強度４０ｍＷ／ｃｍ２のＵＶを５分間照射し高次シラン組成物を調製した。ここにデカボランを５００ｍｇ溶解させその後、０．５μｍのフィルターで濾過を行い、ドーパントを含有した高次シラン組成物を得た。
All the following experiments were performed under a nitrogen atmosphere with an oxygen concentration of 10 ppm or less.
2 g of tetrasilane and 10 g of cyclohexasilane were dissolved in 20 ml of toluene. While this solution was stirred, UV having a wavelength of 254 nm and an intensity of 40 mW / cm 2 was irradiated for 5 minutes to prepare a higher order silane composition. 500 mg of decaborane was dissolved therein, and then filtered through a 0.5 μm filter to obtain a higher order silane composition containing a dopant.
基板としてオゾン洗浄器により表面を親液化したガラス基板を用い、またドーパントを含む液体シリコン材料としてデカボランを含む上記高次シラン組成物を用い、該親液化ガラス基板上に、該高次シラン組成物をインクジェット法によりパターン塗布した。その後、これを４００℃で１時間焼成することにより、円形状の直径２００μｍ、厚さ１５００Åのデカボランを含有したアモルファスシリコン膜形成した。このシリコン膜の伝導特性は真性半導体であり、ノンドープ膜であった。 A glass substrate whose surface has been lyophilic with an ozone cleaner is used as the substrate, and the above higher order silane composition containing decaborane is used as the liquid silicon material containing the dopant, and the higher order silane composition is formed on the lyophilic glass substrate. A pattern was applied by an inkjet method. Then, this was baked at 400 ° C. for 1 hour to form an amorphous silicon film containing decaborane having a circular diameter of 200 μm and a thickness of 1500 mm. The conduction characteristic of this silicon film was an intrinsic semiconductor and a non-doped film.
次に、シリコン膜の中央１０μｍ＊２００μｍの領域の上部をマスクで覆い、その上から該シリコン膜表面に、波長３０８ｎｍ、エネルギー密度３５０ｍＪ／ｃｍ２のパルスレーザーの照射を行ってデカボラン中のホウ素を活性化させることにより、導電性のソース−ドレイン領域（ドープシリコン膜）を形成した。これにより、マスクでパルスレーザーが照射されなかった１０μｍ＊２００μｍの真性半導体のチャネル領域とそれによって離間されたｐ型半導体のソース−ドレイン領域が一体に形成された。 Next, the upper part of the center 10 μm * 200 μm region of the silicon film is covered with a mask, and the silicon film surface is irradiated with a pulse laser having a wavelength of 308 nm and an energy density of 350 mJ / cm 2 to form boron in decaborane. A conductive source-drain region (doped silicon film) was formed by activation. As a result, a 10 μm * 200 μm intrinsic semiconductor channel region that was not irradiated with a pulse laser with a mask and a p-type semiconductor source-drain region separated therefrom were integrally formed.
その後、従来一般的に用いられている成膜プロセスとリソグラフィ法を用いて、ゲート絶縁膜、ゲート電極、層間絶縁膜、ソース−ドレイン電極の形成を行い、薄膜トランジスタを作製した。 Thereafter, a gate insulating film, a gate electrode, an interlayer insulating film, and a source-drain electrode were formed by using a film forming process and a lithography method generally used in the past, and a thin film transistor was manufactured.
このようにして完成した薄膜トランジスタの伝導特性を測定した結果、ＯＮ−ＯＦＦ比が１０８、移動度が０．２ｃｍ２／Ｖｓであり、高性能で実用的な薄膜トランジスタが極めて簡単なプロセスにより作製できた。 As a result of measuring the conduction characteristics of the thin film transistor thus completed, an ON-OFF ratio of 10 8 , a mobility of 0.2 cm 2 / Vs, and a high performance and practical thin film transistor can be manufactured by an extremely simple process. It was.
石英基板の表面全面に、ヘプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロデシルトリエトキシシランの単分子膜を形成させて、該基板表面の撥液処理を行った。 A monomolecular film of heptadecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrodecyltriethoxysilane was formed on the entire surface of the quartz substrate, and liquid repellent treatment was performed on the surface of the substrate.
次に、この撥液化基板表面の一部領域（幅５μｍ、長さ１ｍｍの領域）に電子線を照射して、上記単分子膜を除去し、親液性の領域を形成した。 Next, the monomolecular film was removed by irradiating a partial region (a region having a width of 5 μm and a length of 1 mm) on the surface of the lyophobic substrate to form a lyophilic region.
次に、金超微粒子をテルピネオール中に３６重量％含まれたもの（真空冶金社製商品「パーフェクトゴールド」）をインクジェット法によって親液領域上にパターン塗布し、幅５μｍ、長さ１ｍｍのゲート電極を形成した。更に、このゲート電極が形成された基板表面全体の上に、ポリシラザンのキシレン溶液をインクジェット法により塗布し、３００℃で３０分焼成を行い、厚さ１５００Åのゲート絶縁膜を形成した。このとき、図５（ａ）に示す状態となっていた。 Next, a terpineol containing 36% by weight of gold ultrafine particles (vacuum metallurgy product “Perfect Gold”) was applied onto the lyophilic region by patterning using an inkjet method, and a gate electrode having a width of 5 μm and a length of 1 mm. Formed. Further, a polysilazane xylene solution was applied on the entire surface of the substrate on which the gate electrode was formed by an ink jet method and baked at 300 ° C. for 30 minutes to form a gate insulating film having a thickness of 1500 mm. At this time, the state shown in FIG.
このゲート絶縁膜を介して基板上のゲート電極の上位部に、実施例１において調製したものと同じ液体シリコン材料であるドーパントを含有した高次シラン組成物をインクジェット法によりパターン塗布し、波長２５４ｎｍのＵＶを照射しながら、真空中で３００℃、２時間焼成を行い、幅１００μｍ、長さ１ｍｍのシリコン膜を形成した。このとき、図５（ｂ）に示す状態となっていた。 A high-order silane composition containing a dopant which is the same liquid silicon material as that prepared in Example 1 was applied to the upper part of the gate electrode on the substrate through this gate insulating film by an ink-jet method, and a wavelength of 254 nm was applied. The film was baked at 300 ° C. for 2 hours in a vacuum while irradiating UV of 2 to form a silicon film having a width of 100 μm and a length of 1 mm. At this time, the state shown in FIG.
次いで、基板の裏面側から該裏面全体に向けて波長３０８ｎｍ、エネルギー密度３２０ｍＪ／ｃｍ２のパルスレーザーを照射した。 Next, a pulse laser having a wavelength of 308 nm and an energy density of 320 mJ / cm 2 was irradiated from the back side of the substrate toward the entire back side.
ゲート電極上の幅５μｍ、長さ１ｍｍの領域は光が照射されなかったために、ノンドープ膜のままとなっており、それ以外の光が照射されたシリコン膜は光エネルギーによってドーパントが活性化された為、ドープ膜へと変化していた。こうして、マスクを用いる事無しに、チャネル領域とソース−ドレイン領域を極めて高精度に簡単なプロセスで作成する事ができた。
このとき、図５（ｃ）に示す状態となっていた。
Since the region of 5 μm width and 1 mm length on the gate electrode was not irradiated with light, it remained as a non-doped film, and the dopant was activated by light energy in the silicon film irradiated with other light. Therefore, it changed into a dope film. In this way, the channel region and the source-drain region could be formed with extremely high accuracy by a simple process without using a mask.
At this time, the state shown in FIG.
その後、半導体プロセスで通常行われているプロセスを用いて、層間絶縁膜、透明電極、ソース電極等の形成工程を経る事によって、本発明の薄膜トランジスタを用いたアクティブマトリックス型液晶ディスプレイパネルを作製することができた。 Thereafter, an active matrix type liquid crystal display panel using the thin film transistor of the present invention is manufactured by performing a process of forming an interlayer insulating film, a transparent electrode, a source electrode, etc. using a process normally performed in a semiconductor process. I was able to.
本発明は、大掛かりな設備を必要とせず、低コストで、簡略化されたプロセスを備える薄膜トランジスタの製造方法、伝導特性に優れた薄膜トランジスタ、簡易なプロセスを有するデバイスの製造方法、及び高性能なデバイスとして、産業上の利用可能性を有する。 The present invention does not require large-scale equipment, and is a low-cost, thin-film transistor manufacturing method having a simplified process, a thin-film transistor excellent in conduction characteristics, a device manufacturing method having a simple process, and a high-performance device As an industrial applicability.
Claims (17)
基板の上方に、ドーパントおよび、シラン化合物又は高次シランを含む液体材料を供与してシリコン膜を形成する工程と、
前記シリコン膜の一部を光処理することにより、ドーパントが活性化されたドープ膜からなるソース領域及びドレイン領域を形成する光処理工程と、を備えることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。 In a method of manufacturing a thin film transistor including at least a channel region, a source region, and a drain region,
Forming a silicon film by providing a dopant and a liquid material containing a silane compound or higher order silane above the substrate;
And a light treatment step of forming a source region and a drain region made of a doped film in which a dopant is activated by subjecting a part of the silicon film to a light treatment.
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