シリコン膜の形成方法、半導体装置、電気光学装置、および電子機器
【課題】 本発明は、液体状の高次シランまたは高次シラン溶液によって作製された前駆体膜を、加熱または光照射によりシリコン膜に変換する際、不活性ガス雰囲気中から酸素を除去することによって、シリコン膜中に酸素が取り込まれることを防ぐ方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明は、液体状の高次シランまたは高次シラン溶液を基板に塗布し、シリコン膜の前駆体膜（１４）を形成する第一工程と、シリコン膜の前駆体膜（１４）を、加熱処理または紫外線照射処理によって、シリコン膜（１４’）に変換する第二工程と、を含み、前記第一および第二工程を不活性ガス雰囲気中で行い、該不活性ガス雰囲気には酸素と反応し高次シランとは反応しない酸素除去用ガスが添加されていることを特徴とする、シリコン膜の形成方法を提供するものである。
【解決手段】 本発明は、液体状の高次シランまたは高次シラン溶液を基板に塗布し、シリコン膜の前駆体膜（１４）を形成する第一工程と、シリコン膜の前駆体膜（１４）を、加熱処理または紫外線照射処理によって、シリコン膜（１４’）に変換する第二工程と、を含み、前記第一および第二工程を不活性ガス雰囲気中で行い、該不活性ガス雰囲気には酸素と反応し高次シランとは反応しない酸素除去用ガスが添加されていることを特徴とする、シリコン膜の形成方法を提供するものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体高次シランまたは高次シラン溶液を基板に塗布してシリコン膜の前駆体膜を形成し、加熱処理または光照射処理を行ってシリコン膜に変換する際に、シリコン膜中に酸素が取り込まれるのを防ぐ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、集積回路や薄膜トランジスタ等に半導体膜として用いられるシリコン薄膜のパターンは、一般に、ＣＶＤ法等の真空プロセスにより基板全面にシリコン膜を形成した後、フォトリソグラフィー法により不要な部分を除去するといったプロセスで行われている。しかしながら、この方法は高価で大掛かりな装置が必要とされる上に、原料の使用効率、廃棄物の発生等に問題があり、改善が検討されている。
【０００３】
一方、例えば特開２００３−３１３２９９号公報（特許文献１）には、液体状の高次シランまたは高次シラン溶液を基板に塗布してシリコン膜の前駆体膜を形成し、この前駆体膜を、不活性ガス雰囲気中での加熱または光照射処理によりシリコン膜に変換する方法が提案されている。この方法によれば、材料が液体で扱いやすく、大型の真空装置も必要としないためコストも下げることができる。また、インクジェット法など微細なパターンに従って液体を吐出できる方法を用いれば、フォトリソグラフィーによるパターニングも不要である。
【特許文献１】特開２００３−３１３２９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、例えば、窒素ガス濃度９９．９９９９％といった、一般的に不活性ガス雰囲気と呼ばれる雰囲気下においても、通常１ｐｐｍ程度の酸素ガスが含まれている。液体高次シランや高次シラン溶液は酸素に対する反応性が非常に高いため、微量でも周囲に酸素があると、基板に塗布する際や、加熱・光照射処理の際、Ｓｉ−Ｏの強固な結合が生成し、シリコン膜中に高濃度で酸素が混入してしまう。
【０００５】
シリコン膜中に酸素が存在すると、半導体としての物性が劣化するとともに、熱処理や光処理によって結晶性を高める際にも結晶性が悪化する原因となり、この方法で得られる半導体膜やそれを用いたデバイスの品質が、従来の真空プロセスで作製したシリコン膜に比べて劣る傾向がある。
【０００６】
そこで、本発明は、液体状の高次シランまたは高次シラン溶液を用いてシリコン膜を作製する際に、シリコン膜中に酸素が取り込まれることを防ぐ方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係るシリコン膜の形成方法は、液体状の高次シランまたは高次シラン溶液を基板に塗布し、シリコン膜の前駆体膜を形成する第一工程と、前記シリコン膜の前駆体膜を、加熱処理または紫外線照射処理によって、シリコン膜に変換する第二工程と、を含み、前記第一および第二工程を不活性ガス雰囲気中で行い、該不活性ガス雰囲気には酸素と反応し高次シランとは反応しない酸素除去用ガスが添加されていることを特徴とする。
【０００８】
酸素と反応し、高次シランとは反応しない酸素除去用ガスを添加することによって、不活性ガス雰囲気中に含まれる微量の酸素原子を、酸素除去用ガスの分子に結合させ、不活性ガス雰囲気から能動的に酸素を除去することができる。この結果、不活性ガス雰囲気中の酸素濃度が低下し、シリコン膜中への酸素原子が取り込みが防止される。
【０００９】
酸素除去用ガスとしては、ＳｉnＨ2n+2で表される水素化ケイ素ガスが好ましい。水素化ケイ素ガスとしては、ｎ＝１のシラン、ｎ＝２のジシラン、ｎ＝３のトリシラン等が挙げられる。例えば、シランガスは、以下の式に従って酸素と反応する。
【００１０】
【化１】
従って、シランガスの場合、不活性ガス中の酸素濃度を１とした場合に、シランガス濃度が０．５であれば、理論的にはすべての酸素をシランと結合させて二酸化ケイ素に変換することが可能である。実際の反応は１００％の確率で起こるわけではないが、不活性ガス中の酸素量を約１〜１０ｐｐｍと多めに見積もったとしても、シランガスを１０ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍ添加すれば酸素に対して過剰量となるものと考えられ、十分に酸素を結合して除去することが可能となる。一方、シランは濃度によっては爆発の危険性があるが、１０ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍの範囲であれば、爆発限界濃度下限値も下回っており、万が一ガスが漏洩した場合にも安全である。
【００１１】
また、本発明に係るシリコン膜の形成方法は、第一及び第二工程を、酸素除去用ガスおよび不活性ガスを所定の流量でフローしながら行うことも好ましい。これにより、ガスや酸素と反応して発生したＳｉＯ2がチャンバー内で滞留するのを防ぐことができる。この結果、装置の汚染を低く抑えることが可能となるので、洗浄コストを低下させ、製品の歩留まりや信頼性を向上させることができる。また、周囲の環境から装置内にリークしてくる酸素を連続的に除去できるので、膜中の酸素除去効果をより高めることが可能となる。
【００１２】
本発明に係るシリコン膜の形成方法は、第一及び第二工程をプロセスチャンバー内で行い、そのプロセスチャンバーの内圧を、外圧より高くしておくことが好ましい。このような構成とすることにより、装置の外部から酸素が流入するのを防ぐことができる。また、プロセスチャンバーの内圧は、外圧＋１０ｋＰａ以下であることが好ましい。この範囲とすれば、万が一混合ガスが漏れた場合にも、ガスが勢いよく噴出しにくく、安全性が保たれる。以上より、プロセスチャンバーの内圧は、外圧＋１０Ｐａ〜外圧＋１０００Ｐａの範囲とすることが好ましい。
【００１３】
尚、酸素除去用ガスは、上記プロセスチャンバー内に直接添加してもよいし、上記プロセスチャンバーに入る前の不活性ガス雰囲気に添加し、予め酸素を酸素除去用ガスに結合させてもよい。例えば、酸素除去用ガスが水素化ケイ素ガスの場合、これに結合した酸素は非常に細かい固体粉末となる。そこで、このような粉末を透過させないパーティクル防止フィルターを通して不活性ガスをプロセスチャンバーに流入させれば、酸素を含まず、固体粉末も含まない不活性ガス雰囲気とすることができる。
【００１４】
また、本発明は、上述した製造方法を適用して製造される半導体装置、この半導体装置を備える電気光学装置または電子機器も包含するものである。
【００１５】
ここで、電気光学装置とは、本発明に係る半導体素子を備えた電気的作用によって発光するあるいは外部からの光の状態を変調する電気光学素子を備えた装置一般をいい、自ら発光するものと外部からの光の通過を制御するもの双方を含む。例えば、電気光学素子として、液晶素子、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子、電界の印加により発生した電子を発光面に当てて発光させる電子放出素子を備えたものをいう。また、このほか本発明において電気光学装置という場合、外部からの光を反射して表示する表示素子を備えたものでもよく、例えば電気泳動粒子の移動により表示を行う電気泳動素子を用いたものも含む。
【００１６】
また、電子機器とは、本発明に係る半導体素子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て構成される。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、リア型またはフロント型のプロジェクター、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】
【００１７】
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。
【００１８】
＜第一の実施形態＞
本実施形態では、本発明に係るシリコン膜の形成方法を用いて、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を製造する方法を例に挙げて説明する。図１は、基板表面にシリコン膜を形成する工程を示す。
【００１９】
（下地絶縁膜の形成）
まず、図１（Ａ）に示すように、ガラス等からなる基板１０の表面に、下地絶縁膜として酸化シリコン膜１２を成膜する。酸化シリコン膜１２は、例えば、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）を用いてＣＶＤ法により形成することができる。
【００２０】
（第一工程）
続いて、図１（Ｂ）に示すように、基板１０をプロセスチャンバー３０内に導入する。
そして、図１（Ｃ）に示すように、チャンバー３０内において、酸化シリコン膜１２上に、高次シランを含むシリコン膜の前駆体膜１４を形成する。
【００２１】
チャンバー３０の内部は、不活性ガスに、酸素除去用ガスを添加した混合気体を充填しておく。不活性ガスとしては、例えば、純度６Ｎ（９９．９９９９％）の窒素ガスや、アルゴンガス等を用いることができる。酸素除去用ガスとしては、ＳｉnＨ2n+2で表される水素化ケイ素ガスを用いることができる。具体的には、ｎ＝１のシラン、ｎ＝２のジシラン、ｎ＝３のトリシラン等が挙げられ、不活性ガスに、これらのうちいずれか一種類を添加してもよく、二種類以上を混合して添加してもよい。
【００２２】
酸素除去用ガスは、不活性ガス雰囲気中に１０ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍ程度添加すればよい。この濃度であれば、不活性ガス雰囲気中の酸素を略全部除去することができる。また、高千穂商事株式会社作成の化学物質等安全データシート（Material Safety Data Sheet, ＭＳＤＳ）によれば、シランの爆発限界濃度下限値は約１．３５ｖｏｌ％、ジシランの爆発限界下限値は約０．５％と記載されている。１０ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍの範囲であれば、これらの爆発限界値の下限値以下であるため、ガスの漏洩が生じた際にも爆発の危険がなく、安全性が高い。
【００２３】
本実施形態では、例えば内圧が外圧＋１０Ｐａ〜外圧＋１０００Ｐａとなる条件で、上記混合ガスをチャンバー３０内に充填し、所定の流量でフローする。流量は、用いる装置の構成やリークレートに従って適宜選択されるが、例えば、１〜１０００ｍｌ／ｍｉｎとすることができる。
【００２４】
このように酸素除去用ガスを添加することによって、不活性ガスに通常１ｐｐｍ程度含まれる酸素を、０．１ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｂ以下、さらに好ましくは１ｐｐｂ以下とする。
【００２５】
高次シランを含むシリコン膜の前駆体膜１４は、液体状の高次シランを基板に塗布することによって形成することができる。高次シランは、シクロヘキサシランに対し、紫外光を照射して重合させることによって得られ、そのまま基板に塗布してもよいし、ヘキサン等の溶媒に溶解させた高次シラン溶液としてから塗布してもよい。紫外光の照射条件、高次シランの濃度、溶媒の種類等は、目的とする膜の膜厚や組成に応じて適宜選択することができる。
【００２６】
こうして得られた液体状の高次シラン、または高次シランを有機溶媒に溶解した高次シラン溶液は、スピンコート法、ディップコート法、スプレーコート法、インクジェット法、ミストデポジション法等、によって基板表面に塗布することができる。
【００２７】
本実施形態では、インクジェット法により、微少量の液体を任意のパターンに塗布する。従来、インクジェット法によって吐出される液滴は、堆積に対して表面積が大きいため、塗布する際酸素による酸化を受けやすいという問題があった。しかしながら、本発明に係る方法によれば、雰囲気中の酸素を十分に除去することができるため、インクジェット法を用いても膜中に酸素が取り込まれるのを防ぐことができる。このような効果は、ノズルから液体を選択的に吐出できるものであればインクジェット法に限られるものではなく、ディスペンサー法などであっても同様である。
【００２８】
塗布した高次シラン溶液を乾燥させることによって、前駆体膜１４を得ることができる。
【００２９】
（第二工程）
次に、図１（Ｄ）に示すように、基板を大気に暴露させることなくチャンバー４０内に移動させ、加熱処理を行う。チャンバー４０内は、チャンバー３０と同様に、酸素除去ガスが添加された不活性ガス雰囲気とする。
【００３０】
加熱処理として、例えば、まず２００度で１時間焼成して溶媒を除去した後、５００度で１時間焼成を行うことにより、アモルファスシリコン膜１４’を生成することができる。より高温で長時間（例えば８００度で４時間）焼成を行うことによって、ポリシリコン膜を得ることもできる。また、アモルファスシリコン膜を形成してから、さらにレーザ照射や熱アニール法、ラピッドサーマルアニール（ＲＴＡ）法等の熱処理または光照射処理を行って、ポリシリコンに変換してもよい。
【００３１】
こうして、シリコン膜１４’を形成することができる。シリコン膜１４’の膜中の酸素濃度は、１×１０21ｃｍ-3以下、好ましくは１×１０19ｃｍ-3以下、さらに好ましくは１×１０17ｃｍ-3以下となる。
【００３２】
ここで、図２に、本発明に係るシリコン膜の形成方法を行うためのプロセスチャンバーを備える装置５０の構成例をブロック図で示す。装置５０は、少なくとも、第一工程用のプロセスチャンバー３０と、第二工程用のプロセスチャンバー４０の２つを備えている。
【００３３】
プロセスチャンバー３０の内部には、基板にシリコン膜前駆体を形成するための装置の一例としてスピンコータ３１が備えられており、ここに容器３２に準備された高次シランを含む液体材料（例えば高次シラン溶液）が滴下される。プロセスチャンバー３０には、配管３７により、マスフローコントローラ３４および３６を介して不活性ガス（例えば窒素ガス）タンク３３と、酸素除去用ガス（例えば水素化ケイ素ガス）タンク３５とが接続されている。マスフローコントローラ３４および３６は、流量センサや流量制御バルブを備え、タンク３３および３５からのガスの流量を精密に制御することができ、これによって、不活性ガスと酸素除去用ガスを任意の割合で正確に混合することができる。酸素除去用ガスが水素化ケイ素ガスである場合、不活性ガス中に含まれる微量の酸素と水素化ケイ素ガスが配管３７中で反応すると、微量の固体粉末が形成される。そのため、配管３７とプロセスチャンバー３０との境界には、例えばパーティクルフィルタを設けておくとよい。
【００３４】
一方、プロセスチャンバー４０には、シリコン膜前駆体をシリコン膜に変換させるための紫外線照射装置４２や、加熱ステージ４１が備えられている。プロセスチャンバー３０でシリコン膜の前駆体を形成された基板は、扉３９および４９を開放させて、大気に接触せずプロセスチャンバー４０に移される。プロセスチャンバー４０には、配管４７によって、マスフローコントローラ４４および４６を介して窒素ガス（不活性ガス）タンク４３と、水素ケイ素ガス（酸素除去用ガス）タンク４５とが接続されている。マスフローコントローラ４４および４６は、流量センサや流量制御バルブを備え、タンク４３および４５からのガスの流量を精密に制御することができ、これによって、窒素ガスと水素化ケイ素ガスを任意の割合で正確に混合することができる。窒素ガス中に含まれる微量の酸素と水素化ケイ素ガスが配管４７中で反応すると、微量の固体粉末が形成されるため、配管４７とプロセスチャンバー４０との境界には、例えばパーティクルフィルタを設けておいてもよい。
なお、プロセスチャンバー３０および４０内の気体は、バルブ３８または４８を介して図中矢印の方向に廃棄することができるように構成されている。
【００３５】
（半導体素子形成工程）
次に、図３（Ａ）に示すように、酸化シリコン膜１２およびシリコン膜１４’の上に酸化シリコン膜１６を形成する。酸化シリコン膜１６は、例えば、電子サイクロトロン共鳴ＰＥＣＶＤ法（ＥＣＲ−ＣＶＤ法）またはＰＥＣＶＤ法によって形成できる。この酸化シリコン膜１６は薄膜トランジスタのゲート絶縁膜として機能するものである。
【００３６】
次に、図３（Ｂ）に示すように、タンタルまたはアルミニウムの金属薄膜をスパッタリング法により形成した後、パターニングすることによって、ゲート電極１８を形成する。次に、このゲート電極１８をマスクとしてドナーまたはアクセプターとなる不純物イオンを打ち込み、ソース／ドレイン領域２０とチャネル形成領域２２をゲート電極１８に対して自己整合的に作製する。
【００３７】
ＮＭＯＳトランジスタを作製する場合、例えば、不純物元素としてリン（Ｐ）を１×１０16ｃｍ-2の濃度でソース／ドレイン領域に打ち込む。その後、ＸｅＣｌエキシマレーザを照射エネルギー密度４００ｍＪ／ｃｍ2程度で照射するか、２５０℃〜４５０℃程度の温度で熱処理することにより不純物元素の活性化を行う。
【００３８】
次に、図３（Ｃ）に示すように、酸化シリコン膜１６およびゲート電極１８の上面に、酸化シリコン膜２４を形成する。例えば、ＰＥＣＶＤ法で約５００ｎｍの酸化シリコン膜２４を形成する。次に、ソース／ドレイン領域２０に至るコンタクトホールを酸化シリコン膜１６、２４に開けて、コンタクトホール内および酸化シリコン膜２４上のコンタクトホールの周縁部にソース／ドレイン電極２６を形成する。ソース／ドレイン電極２６は、例えばスパッタリング法によりアルミニウムを堆積して形成するとよい。また、ゲート電極１８に至るコンタクトホールを酸化シリコン膜２４に開けて、ゲート電極１８用の端子電極を形成する（図示せず）。以上で、本発明に係る半導体装置としての薄膜トランジスタが作製できる。
【００３９】
＜第二の実施形態＞
図４は、第二の実施形態における電気光学装置１００の構成を説明する図である。本実施形態の電気光学装置１００は、基板上に薄膜トランジスタＴ１〜Ｔ４を含む画素駆動回路をマトリクス状に配置してなる回路基板（アクティブマトリクス基板）と、画素駆動回路により駆動されて発光する発光層と、各薄膜トランジスタＴ１〜Ｔ４を含んでなる画素駆動回路に駆動信号を供給するドライバ１０１及び１０２を含んで構成されている。ドライバ１０１は、走査線Ｖsel及び発光制御線Ｖgpを介して各画素領域に駆動信号を供給する。ドライバ１０２は、データ線Ｉdataおよび電源線Ｖddを介して各画素領域に駆動信号を供給する。走査線Ｖselとデータ線Ｉdataとを制御することにより、各画素領域に対する電流プログラムが行われ、発光部ＯＥＬＤによる発光が制御可能になっている。画素駆動回路を構成する各薄膜トランジスタＴ１〜Ｔ４及びドライバ１０１、１０２は、上述した第一〜第四の実施形態の製造方法を適用して形成される。
【００４０】
なお、電気光学装置の一例として有機ＥＬ装置について説明したが、これ以外にも、液晶表示装置など各種の電気光学装置についても同様にして製造することが可能である。
【００４１】
次に、本発明に係る電気光学装置１００を適用して構成される種々の電子機器について説明する。図５は、電気光学装置１００を適用可能な電子機器の例を示す図である。図５（Ａ）は携帯電話への適用例であり、当該携帯電話２３０はアンテナ部２３１、音声出力部２３２、音声入力部２３３、操作部２３４、および本発明の電気光学装置１００を備えている。このように本発明に係る電気光学装置は表示部として利用可能である。図５（Ｂ）は、ビデオカメラへの適用例であり、当該ビデオカメラ２４０は受像部２４１、操作部２４２、音声入力部２４３、および本発明の電気光学装置１００を備えている。このように本発明に係る電気光学装置はファインダや表示部として利用可能である。図５（Ｃ）は携帯型パーソナルコンピュータ（いわゆるＰＤＡ）への適用例であり、当該コンピュータ２５０はカメラ部２５１、操作部２５２、および本発明に係る電気光学装置１００を備えている。このように本発明に係る電気光学装置は表示部として利用可能である。
【００４２】
図５（Ｄ）はヘッドマウントディスプレイへの適用例であり、当該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および本発明に係る電気光学装置１００を備えている。このように本発明に係る電気光学装置は画像表示源として利用可能である。また、本発明に係る電気光学装置１００は、上述した例に限らず有機ＥＬ装置や液晶表示装置などを適用可能なあらゆる電子機器に適用可能である。例えばこれらの他に、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、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。
【００４３】
図６（Ａ）はテレビジョンへの適用例であり、当該テレビジョン３００は本発明に係る電気光学装置１００を備えている。なお、パーソナルコンピュータ等に用いられるモニタ装置に対しても同様に本発明に係る電気光学装置を適用し得る。図６（Ｂ）はロールアップ式テレビジョンへの適用例であり、当該ロールアップ式テレビジョン３１０は本発明に係る電気光学装置１００を備えている。
【００４４】
上記例に限らず本発明に係る半導体装置の製造方法は、あらゆる電子機器の製造に適用可能である。例えば、この他に、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。
【００４５】
上述した各実施形態にかかる製造方法は、電気光学装置の製造以外にも種々のデバイスの製造に適用することが可能である。例えば、ＦｅＲＡＭ（ferroelectric RAM）、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＮＯＲ型ＲＡＭ、ＮＡＮＤ型ＲＡＭ、浮遊ゲート型不揮発メモリ、マグネティックＲＡＭ（ＭＲＡＭ）など各種のメモリの製造が可能である。また、マイクロ波を用いた非接触型の通信システムにおいて、微小な回路チップ（ＩＣチップ）を搭載した安価なタグを製造する場合にも適用が可能である。
【００４６】
なお、本発明は上述した各実施形態の内容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。例えば、上述した実施形態では、半導体膜の一例としてシリコン膜を採り上げて説明したが、半導体膜はこれに限定されるものではない。また、上述した実施形態では、本発明に係る半導体膜を用いて形成される半導体素子の一例として薄膜トランジスタを採り上げて説明したが、半導体素子はこれに限定されるものではなく、ＳＯＩトランジスタなど他のトランジスタや他の素子（例えば、薄膜ダイオード等）を形成してもよい。なお、本発明のトランジスタは、画素トランジスタとして用いる以外に、集積回路のトランジスタとして用いても良い。
【実施例１】
【００４７】
以下に、本発明を用いて薄膜トランジスタを作成した際の実施例を示す。
【００４８】
本実施例では、ＴＦＴ型液晶表示装置の周辺回路やアクティブマトリックス領域に用いられるポリシリコンＴＦＴを、本発明に係るシリコン膜の形成方法を用いて作製したが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００４９】
まず、ホウケイ酸ガラス基板を４枚用意し、表面に、下地絶縁膜としてテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）を原料として、ＣＶＤ法により、２００ｎｍのＳｉＯ2膜を形成した。
【００５０】
次に、シクロヘキサシラン１０ｍｌに対して、波長２５４ｎｍの紫外光を１０分照射して高次シランとし、ヘキサン３０ｍｌに溶解させた高次シラン溶液を調整した。
【００５１】
そして、ＳｉＯ2膜を形成した基板を、不活性ガス雰囲気のチャンバー内に導入した。不活性ガス雰囲気としては、(1)純度６Ｎ（９９．９９９９％）の窒素ガスのみ、(2)窒素ガス＋１０ｐｐｍのモノシランガス、(3)窒素ガス＋１００ｐｐｍのモノシランガス、(4)窒素ガス＋１０００ｐｐｍのモノシランガスの４種類を準備した。上記４枚の基板を、それぞれ上記４種類の条件のチャンバー内に導入し、上述した高次シラン溶液を用いて、回転数２０００ｒｐｍで１０秒間スピンコートを行った。
【００５２】
その後、各基板を熱処理用チャンバーへ移動させ、２００度で１時間焼成して溶媒を除去した後、５００度で１時間焼成を行った。これにより、基板上に、厚さ５０ｎｍのアモルファスシリコン膜が形成された。
【００５３】
得られた４種類の膜中に含まれる酸素量を二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）によって測定した結果を表１に示す。
【００５４】
【表１】
モノシランガスの濃度が高くなるに従って、膜中に取り込まれる酸素の量が激減した。このことから、モノシランガスと酸素を反応させることによって、雰囲気中の酸素が十分に除去され、酸素濃度の低い良質なシリコン膜を形成できることがわかった。また、本発明者らは、ジシランガス、トリシランガスによっても同様の効果を得られることを確認している（データ図示せず）。
【００５５】
こうして得られたアモルファスシリコン膜に、ＸｅＣｌエキシマレーザを用いてレーザアニールを行うことにより、アモルファスシリコン膜の結晶化を行い、ポリシリコン膜とした。レーザエネルギーの強度は２５０ｍＪ／ｃｍ2とした。
【００５６】
次に、フォトエッチングプロセスによって、ポリシリコン膜のパターニングを行った。そして、島状のポリシリコン膜を覆うようにスパッタ法によって厚さ１００ｎｍのＳｉＯ2膜を形成し、これをゲート絶縁膜とした。その後、厚さ２００ｎｍのアルミニウム膜を電子ビーム蒸着法によって形成し、パターニングして島状にゲート電極を形成した。
【００５７】
続いて、イオン注入装置を用いて、各ＴＦＴの島状のシリコン膜中に、ゲート電極をマスクとしてセルフアライン構造になるようにリンのイオン（３１＋Ｐ）注入を行い、３５０度で１時間活性化アニール処理を行って、ソース・ドレイン領域を形成した。
【００５８】
さらに、ＴＥＯＳを用いてＣＶＤ法によりＳｉＯ２の層間絶縁膜を４００ｎｍに成膜し、フォトエッチングによりコンタクトホールを形成して、最後にソース・ドレイン電極を形成してＮ型ポリシリコンＴＦＴを作製した。
【００５９】
このＴＦＴの特性を表２に示す。
【００６０】
【表２】
酸素除去用ガスとしてのモノシランガスの濃度が高いほど、結晶性の良好で移動度の高いポリシリコン膜が得られることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明に係るシリコン膜の形成方法の工程を示す説明図である。
【図２】本発明に係るシリコン膜の形成方法に用いられる装置の概略を示すブロック図である。
【図３】半導体素子の製造工程を示す説明図である。
【図４】電気光学装置の接続状態の一例を示す図である。
【図５】電気光学装置を適用して構成される種々の電子機器の説明図である。
【図６】電気光学装置を適用して構成される種々の電子機器の説明図である。
【符号の説明】
【００６２】
１０…基板、１２…下地絶縁膜、１４…シリコン膜の前駆体膜、１４'…シリコン膜、１６…ゲート絶縁膜、１８…ゲート電極、２０…ソース・ドレイン領域、２２…チャネル形成領域、２４…絶縁膜（酸化シリコン膜）、２６…ソース・ドレイン電極、３０、４０…プロセスチャンバー、５０…装置、１００…電気光学装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体高次シランまたは高次シラン溶液を基板に塗布してシリコン膜の前駆体膜を形成し、加熱処理または光照射処理を行ってシリコン膜に変換する際に、シリコン膜中に酸素が取り込まれるのを防ぐ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、集積回路や薄膜トランジスタ等に半導体膜として用いられるシリコン薄膜のパターンは、一般に、ＣＶＤ法等の真空プロセスにより基板全面にシリコン膜を形成した後、フォトリソグラフィー法により不要な部分を除去するといったプロセスで行われている。しかしながら、この方法は高価で大掛かりな装置が必要とされる上に、原料の使用効率、廃棄物の発生等に問題があり、改善が検討されている。
【０００３】
一方、例えば特開２００３−３１３２９９号公報（特許文献１）には、液体状の高次シランまたは高次シラン溶液を基板に塗布してシリコン膜の前駆体膜を形成し、この前駆体膜を、不活性ガス雰囲気中での加熱または光照射処理によりシリコン膜に変換する方法が提案されている。この方法によれば、材料が液体で扱いやすく、大型の真空装置も必要としないためコストも下げることができる。また、インクジェット法など微細なパターンに従って液体を吐出できる方法を用いれば、フォトリソグラフィーによるパターニングも不要である。
【特許文献１】特開２００３−３１３２９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、例えば、窒素ガス濃度９９．９９９９％といった、一般的に不活性ガス雰囲気と呼ばれる雰囲気下においても、通常１ｐｐｍ程度の酸素ガスが含まれている。液体高次シランや高次シラン溶液は酸素に対する反応性が非常に高いため、微量でも周囲に酸素があると、基板に塗布する際や、加熱・光照射処理の際、Ｓｉ−Ｏの強固な結合が生成し、シリコン膜中に高濃度で酸素が混入してしまう。
【０００５】
シリコン膜中に酸素が存在すると、半導体としての物性が劣化するとともに、熱処理や光処理によって結晶性を高める際にも結晶性が悪化する原因となり、この方法で得られる半導体膜やそれを用いたデバイスの品質が、従来の真空プロセスで作製したシリコン膜に比べて劣る傾向がある。
【０００６】
そこで、本発明は、液体状の高次シランまたは高次シラン溶液を用いてシリコン膜を作製する際に、シリコン膜中に酸素が取り込まれることを防ぐ方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係るシリコン膜の形成方法は、液体状の高次シランまたは高次シラン溶液を基板に塗布し、シリコン膜の前駆体膜を形成する第一工程と、前記シリコン膜の前駆体膜を、加熱処理または紫外線照射処理によって、シリコン膜に変換する第二工程と、を含み、前記第一および第二工程を不活性ガス雰囲気中で行い、該不活性ガス雰囲気には酸素と反応し高次シランとは反応しない酸素除去用ガスが添加されていることを特徴とする。
【０００８】
酸素と反応し、高次シランとは反応しない酸素除去用ガスを添加することによって、不活性ガス雰囲気中に含まれる微量の酸素原子を、酸素除去用ガスの分子に結合させ、不活性ガス雰囲気から能動的に酸素を除去することができる。この結果、不活性ガス雰囲気中の酸素濃度が低下し、シリコン膜中への酸素原子が取り込みが防止される。
【０００９】
酸素除去用ガスとしては、ＳｉnＨ2n+2で表される水素化ケイ素ガスが好ましい。水素化ケイ素ガスとしては、ｎ＝１のシラン、ｎ＝２のジシラン、ｎ＝３のトリシラン等が挙げられる。例えば、シランガスは、以下の式に従って酸素と反応する。
【００１０】
【化１】
従って、シランガスの場合、不活性ガス中の酸素濃度を１とした場合に、シランガス濃度が０．５であれば、理論的にはすべての酸素をシランと結合させて二酸化ケイ素に変換することが可能である。実際の反応は１００％の確率で起こるわけではないが、不活性ガス中の酸素量を約１〜１０ｐｐｍと多めに見積もったとしても、シランガスを１０ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍ添加すれば酸素に対して過剰量となるものと考えられ、十分に酸素を結合して除去することが可能となる。一方、シランは濃度によっては爆発の危険性があるが、１０ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍの範囲であれば、爆発限界濃度下限値も下回っており、万が一ガスが漏洩した場合にも安全である。
【００１１】
また、本発明に係るシリコン膜の形成方法は、第一及び第二工程を、酸素除去用ガスおよび不活性ガスを所定の流量でフローしながら行うことも好ましい。これにより、ガスや酸素と反応して発生したＳｉＯ2がチャンバー内で滞留するのを防ぐことができる。この結果、装置の汚染を低く抑えることが可能となるので、洗浄コストを低下させ、製品の歩留まりや信頼性を向上させることができる。また、周囲の環境から装置内にリークしてくる酸素を連続的に除去できるので、膜中の酸素除去効果をより高めることが可能となる。
【００１２】
本発明に係るシリコン膜の形成方法は、第一及び第二工程をプロセスチャンバー内で行い、そのプロセスチャンバーの内圧を、外圧より高くしておくことが好ましい。このような構成とすることにより、装置の外部から酸素が流入するのを防ぐことができる。また、プロセスチャンバーの内圧は、外圧＋１０ｋＰａ以下であることが好ましい。この範囲とすれば、万が一混合ガスが漏れた場合にも、ガスが勢いよく噴出しにくく、安全性が保たれる。以上より、プロセスチャンバーの内圧は、外圧＋１０Ｐａ〜外圧＋１０００Ｐａの範囲とすることが好ましい。
【００１３】
尚、酸素除去用ガスは、上記プロセスチャンバー内に直接添加してもよいし、上記プロセスチャンバーに入る前の不活性ガス雰囲気に添加し、予め酸素を酸素除去用ガスに結合させてもよい。例えば、酸素除去用ガスが水素化ケイ素ガスの場合、これに結合した酸素は非常に細かい固体粉末となる。そこで、このような粉末を透過させないパーティクル防止フィルターを通して不活性ガスをプロセスチャンバーに流入させれば、酸素を含まず、固体粉末も含まない不活性ガス雰囲気とすることができる。
【００１４】
また、本発明は、上述した製造方法を適用して製造される半導体装置、この半導体装置を備える電気光学装置または電子機器も包含するものである。
【００１５】
ここで、電気光学装置とは、本発明に係る半導体素子を備えた電気的作用によって発光するあるいは外部からの光の状態を変調する電気光学素子を備えた装置一般をいい、自ら発光するものと外部からの光の通過を制御するもの双方を含む。例えば、電気光学素子として、液晶素子、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子、電界の印加により発生した電子を発光面に当てて発光させる電子放出素子を備えたものをいう。また、このほか本発明において電気光学装置という場合、外部からの光を反射して表示する表示素子を備えたものでもよく、例えば電気泳動粒子の移動により表示を行う電気泳動素子を用いたものも含む。
【００１６】
また、電子機器とは、本発明に係る半導体素子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て構成される。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、リア型またはフロント型のプロジェクター、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】
【００１７】
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。
【００１８】
＜第一の実施形態＞
本実施形態では、本発明に係るシリコン膜の形成方法を用いて、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を製造する方法を例に挙げて説明する。図１は、基板表面にシリコン膜を形成する工程を示す。
【００１９】
（下地絶縁膜の形成）
まず、図１（Ａ）に示すように、ガラス等からなる基板１０の表面に、下地絶縁膜として酸化シリコン膜１２を成膜する。酸化シリコン膜１２は、例えば、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）を用いてＣＶＤ法により形成することができる。
【００２０】
（第一工程）
続いて、図１（Ｂ）に示すように、基板１０をプロセスチャンバー３０内に導入する。
そして、図１（Ｃ）に示すように、チャンバー３０内において、酸化シリコン膜１２上に、高次シランを含むシリコン膜の前駆体膜１４を形成する。
【００２１】
チャンバー３０の内部は、不活性ガスに、酸素除去用ガスを添加した混合気体を充填しておく。不活性ガスとしては、例えば、純度６Ｎ（９９．９９９９％）の窒素ガスや、アルゴンガス等を用いることができる。酸素除去用ガスとしては、ＳｉnＨ2n+2で表される水素化ケイ素ガスを用いることができる。具体的には、ｎ＝１のシラン、ｎ＝２のジシラン、ｎ＝３のトリシラン等が挙げられ、不活性ガスに、これらのうちいずれか一種類を添加してもよく、二種類以上を混合して添加してもよい。
【００２２】
酸素除去用ガスは、不活性ガス雰囲気中に１０ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍ程度添加すればよい。この濃度であれば、不活性ガス雰囲気中の酸素を略全部除去することができる。また、高千穂商事株式会社作成の化学物質等安全データシート（Material Safety Data Sheet, ＭＳＤＳ）によれば、シランの爆発限界濃度下限値は約１．３５ｖｏｌ％、ジシランの爆発限界下限値は約０．５％と記載されている。１０ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍの範囲であれば、これらの爆発限界値の下限値以下であるため、ガスの漏洩が生じた際にも爆発の危険がなく、安全性が高い。
【００２３】
本実施形態では、例えば内圧が外圧＋１０Ｐａ〜外圧＋１０００Ｐａとなる条件で、上記混合ガスをチャンバー３０内に充填し、所定の流量でフローする。流量は、用いる装置の構成やリークレートに従って適宜選択されるが、例えば、１〜１０００ｍｌ／ｍｉｎとすることができる。
【００２４】
このように酸素除去用ガスを添加することによって、不活性ガスに通常１ｐｐｍ程度含まれる酸素を、０．１ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｂ以下、さらに好ましくは１ｐｐｂ以下とする。
【００２５】
高次シランを含むシリコン膜の前駆体膜１４は、液体状の高次シランを基板に塗布することによって形成することができる。高次シランは、シクロヘキサシランに対し、紫外光を照射して重合させることによって得られ、そのまま基板に塗布してもよいし、ヘキサン等の溶媒に溶解させた高次シラン溶液としてから塗布してもよい。紫外光の照射条件、高次シランの濃度、溶媒の種類等は、目的とする膜の膜厚や組成に応じて適宜選択することができる。
【００２６】
こうして得られた液体状の高次シラン、または高次シランを有機溶媒に溶解した高次シラン溶液は、スピンコート法、ディップコート法、スプレーコート法、インクジェット法、ミストデポジション法等、によって基板表面に塗布することができる。
【００２７】
本実施形態では、インクジェット法により、微少量の液体を任意のパターンに塗布する。従来、インクジェット法によって吐出される液滴は、堆積に対して表面積が大きいため、塗布する際酸素による酸化を受けやすいという問題があった。しかしながら、本発明に係る方法によれば、雰囲気中の酸素を十分に除去することができるため、インクジェット法を用いても膜中に酸素が取り込まれるのを防ぐことができる。このような効果は、ノズルから液体を選択的に吐出できるものであればインクジェット法に限られるものではなく、ディスペンサー法などであっても同様である。
【００２８】
塗布した高次シラン溶液を乾燥させることによって、前駆体膜１４を得ることができる。
【００２９】
（第二工程）
次に、図１（Ｄ）に示すように、基板を大気に暴露させることなくチャンバー４０内に移動させ、加熱処理を行う。チャンバー４０内は、チャンバー３０と同様に、酸素除去ガスが添加された不活性ガス雰囲気とする。
【００３０】
加熱処理として、例えば、まず２００度で１時間焼成して溶媒を除去した後、５００度で１時間焼成を行うことにより、アモルファスシリコン膜１４’を生成することができる。より高温で長時間（例えば８００度で４時間）焼成を行うことによって、ポリシリコン膜を得ることもできる。また、アモルファスシリコン膜を形成してから、さらにレーザ照射や熱アニール法、ラピッドサーマルアニール（ＲＴＡ）法等の熱処理または光照射処理を行って、ポリシリコンに変換してもよい。
【００３１】
こうして、シリコン膜１４’を形成することができる。シリコン膜１４’の膜中の酸素濃度は、１×１０21ｃｍ-3以下、好ましくは１×１０19ｃｍ-3以下、さらに好ましくは１×１０17ｃｍ-3以下となる。
【００３２】
ここで、図２に、本発明に係るシリコン膜の形成方法を行うためのプロセスチャンバーを備える装置５０の構成例をブロック図で示す。装置５０は、少なくとも、第一工程用のプロセスチャンバー３０と、第二工程用のプロセスチャンバー４０の２つを備えている。
【００３３】
プロセスチャンバー３０の内部には、基板にシリコン膜前駆体を形成するための装置の一例としてスピンコータ３１が備えられており、ここに容器３２に準備された高次シランを含む液体材料（例えば高次シラン溶液）が滴下される。プロセスチャンバー３０には、配管３７により、マスフローコントローラ３４および３６を介して不活性ガス（例えば窒素ガス）タンク３３と、酸素除去用ガス（例えば水素化ケイ素ガス）タンク３５とが接続されている。マスフローコントローラ３４および３６は、流量センサや流量制御バルブを備え、タンク３３および３５からのガスの流量を精密に制御することができ、これによって、不活性ガスと酸素除去用ガスを任意の割合で正確に混合することができる。酸素除去用ガスが水素化ケイ素ガスである場合、不活性ガス中に含まれる微量の酸素と水素化ケイ素ガスが配管３７中で反応すると、微量の固体粉末が形成される。そのため、配管３７とプロセスチャンバー３０との境界には、例えばパーティクルフィルタを設けておくとよい。
【００３４】
一方、プロセスチャンバー４０には、シリコン膜前駆体をシリコン膜に変換させるための紫外線照射装置４２や、加熱ステージ４１が備えられている。プロセスチャンバー３０でシリコン膜の前駆体を形成された基板は、扉３９および４９を開放させて、大気に接触せずプロセスチャンバー４０に移される。プロセスチャンバー４０には、配管４７によって、マスフローコントローラ４４および４６を介して窒素ガス（不活性ガス）タンク４３と、水素ケイ素ガス（酸素除去用ガス）タンク４５とが接続されている。マスフローコントローラ４４および４６は、流量センサや流量制御バルブを備え、タンク４３および４５からのガスの流量を精密に制御することができ、これによって、窒素ガスと水素化ケイ素ガスを任意の割合で正確に混合することができる。窒素ガス中に含まれる微量の酸素と水素化ケイ素ガスが配管４７中で反応すると、微量の固体粉末が形成されるため、配管４７とプロセスチャンバー４０との境界には、例えばパーティクルフィルタを設けておいてもよい。
なお、プロセスチャンバー３０および４０内の気体は、バルブ３８または４８を介して図中矢印の方向に廃棄することができるように構成されている。
【００３５】
（半導体素子形成工程）
次に、図３（Ａ）に示すように、酸化シリコン膜１２およびシリコン膜１４’の上に酸化シリコン膜１６を形成する。酸化シリコン膜１６は、例えば、電子サイクロトロン共鳴ＰＥＣＶＤ法（ＥＣＲ−ＣＶＤ法）またはＰＥＣＶＤ法によって形成できる。この酸化シリコン膜１６は薄膜トランジスタのゲート絶縁膜として機能するものである。
【００３６】
次に、図３（Ｂ）に示すように、タンタルまたはアルミニウムの金属薄膜をスパッタリング法により形成した後、パターニングすることによって、ゲート電極１８を形成する。次に、このゲート電極１８をマスクとしてドナーまたはアクセプターとなる不純物イオンを打ち込み、ソース／ドレイン領域２０とチャネル形成領域２２をゲート電極１８に対して自己整合的に作製する。
【００３７】
ＮＭＯＳトランジスタを作製する場合、例えば、不純物元素としてリン（Ｐ）を１×１０16ｃｍ-2の濃度でソース／ドレイン領域に打ち込む。その後、ＸｅＣｌエキシマレーザを照射エネルギー密度４００ｍＪ／ｃｍ2程度で照射するか、２５０℃〜４５０℃程度の温度で熱処理することにより不純物元素の活性化を行う。
【００３８】
次に、図３（Ｃ）に示すように、酸化シリコン膜１６およびゲート電極１８の上面に、酸化シリコン膜２４を形成する。例えば、ＰＥＣＶＤ法で約５００ｎｍの酸化シリコン膜２４を形成する。次に、ソース／ドレイン領域２０に至るコンタクトホールを酸化シリコン膜１６、２４に開けて、コンタクトホール内および酸化シリコン膜２４上のコンタクトホールの周縁部にソース／ドレイン電極２６を形成する。ソース／ドレイン電極２６は、例えばスパッタリング法によりアルミニウムを堆積して形成するとよい。また、ゲート電極１８に至るコンタクトホールを酸化シリコン膜２４に開けて、ゲート電極１８用の端子電極を形成する（図示せず）。以上で、本発明に係る半導体装置としての薄膜トランジスタが作製できる。
【００３９】
＜第二の実施形態＞
図４は、第二の実施形態における電気光学装置１００の構成を説明する図である。本実施形態の電気光学装置１００は、基板上に薄膜トランジスタＴ１〜Ｔ４を含む画素駆動回路をマトリクス状に配置してなる回路基板（アクティブマトリクス基板）と、画素駆動回路により駆動されて発光する発光層と、各薄膜トランジスタＴ１〜Ｔ４を含んでなる画素駆動回路に駆動信号を供給するドライバ１０１及び１０２を含んで構成されている。ドライバ１０１は、走査線Ｖsel及び発光制御線Ｖgpを介して各画素領域に駆動信号を供給する。ドライバ１０２は、データ線Ｉdataおよび電源線Ｖddを介して各画素領域に駆動信号を供給する。走査線Ｖselとデータ線Ｉdataとを制御することにより、各画素領域に対する電流プログラムが行われ、発光部ＯＥＬＤによる発光が制御可能になっている。画素駆動回路を構成する各薄膜トランジスタＴ１〜Ｔ４及びドライバ１０１、１０２は、上述した第一〜第四の実施形態の製造方法を適用して形成される。
【００４０】
なお、電気光学装置の一例として有機ＥＬ装置について説明したが、これ以外にも、液晶表示装置など各種の電気光学装置についても同様にして製造することが可能である。
【００４１】
次に、本発明に係る電気光学装置１００を適用して構成される種々の電子機器について説明する。図５は、電気光学装置１００を適用可能な電子機器の例を示す図である。図５（Ａ）は携帯電話への適用例であり、当該携帯電話２３０はアンテナ部２３１、音声出力部２３２、音声入力部２３３、操作部２３４、および本発明の電気光学装置１００を備えている。このように本発明に係る電気光学装置は表示部として利用可能である。図５（Ｂ）は、ビデオカメラへの適用例であり、当該ビデオカメラ２４０は受像部２４１、操作部２４２、音声入力部２４３、および本発明の電気光学装置１００を備えている。このように本発明に係る電気光学装置はファインダや表示部として利用可能である。図５（Ｃ）は携帯型パーソナルコンピュータ（いわゆるＰＤＡ）への適用例であり、当該コンピュータ２５０はカメラ部２５１、操作部２５２、および本発明に係る電気光学装置１００を備えている。このように本発明に係る電気光学装置は表示部として利用可能である。
【００４２】
図５（Ｄ）はヘッドマウントディスプレイへの適用例であり、当該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および本発明に係る電気光学装置１００を備えている。このように本発明に係る電気光学装置は画像表示源として利用可能である。また、本発明に係る電気光学装置１００は、上述した例に限らず有機ＥＬ装置や液晶表示装置などを適用可能なあらゆる電子機器に適用可能である。例えばこれらの他に、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、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。
【００４３】
図６（Ａ）はテレビジョンへの適用例であり、当該テレビジョン３００は本発明に係る電気光学装置１００を備えている。なお、パーソナルコンピュータ等に用いられるモニタ装置に対しても同様に本発明に係る電気光学装置を適用し得る。図６（Ｂ）はロールアップ式テレビジョンへの適用例であり、当該ロールアップ式テレビジョン３１０は本発明に係る電気光学装置１００を備えている。
【００４４】
上記例に限らず本発明に係る半導体装置の製造方法は、あらゆる電子機器の製造に適用可能である。例えば、この他に、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。
【００４５】
上述した各実施形態にかかる製造方法は、電気光学装置の製造以外にも種々のデバイスの製造に適用することが可能である。例えば、ＦｅＲＡＭ（ferroelectric RAM）、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＮＯＲ型ＲＡＭ、ＮＡＮＤ型ＲＡＭ、浮遊ゲート型不揮発メモリ、マグネティックＲＡＭ（ＭＲＡＭ）など各種のメモリの製造が可能である。また、マイクロ波を用いた非接触型の通信システムにおいて、微小な回路チップ（ＩＣチップ）を搭載した安価なタグを製造する場合にも適用が可能である。
【００４６】
なお、本発明は上述した各実施形態の内容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。例えば、上述した実施形態では、半導体膜の一例としてシリコン膜を採り上げて説明したが、半導体膜はこれに限定されるものではない。また、上述した実施形態では、本発明に係る半導体膜を用いて形成される半導体素子の一例として薄膜トランジスタを採り上げて説明したが、半導体素子はこれに限定されるものではなく、ＳＯＩトランジスタなど他のトランジスタや他の素子（例えば、薄膜ダイオード等）を形成してもよい。なお、本発明のトランジスタは、画素トランジスタとして用いる以外に、集積回路のトランジスタとして用いても良い。
【実施例１】
【００４７】
以下に、本発明を用いて薄膜トランジスタを作成した際の実施例を示す。
【００４８】
本実施例では、ＴＦＴ型液晶表示装置の周辺回路やアクティブマトリックス領域に用いられるポリシリコンＴＦＴを、本発明に係るシリコン膜の形成方法を用いて作製したが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００４９】
まず、ホウケイ酸ガラス基板を４枚用意し、表面に、下地絶縁膜としてテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）を原料として、ＣＶＤ法により、２００ｎｍのＳｉＯ2膜を形成した。
【００５０】
次に、シクロヘキサシラン１０ｍｌに対して、波長２５４ｎｍの紫外光を１０分照射して高次シランとし、ヘキサン３０ｍｌに溶解させた高次シラン溶液を調整した。
【００５１】
そして、ＳｉＯ2膜を形成した基板を、不活性ガス雰囲気のチャンバー内に導入した。不活性ガス雰囲気としては、(1)純度６Ｎ（９９．９９９９％）の窒素ガスのみ、(2)窒素ガス＋１０ｐｐｍのモノシランガス、(3)窒素ガス＋１００ｐｐｍのモノシランガス、(4)窒素ガス＋１０００ｐｐｍのモノシランガスの４種類を準備した。上記４枚の基板を、それぞれ上記４種類の条件のチャンバー内に導入し、上述した高次シラン溶液を用いて、回転数２０００ｒｐｍで１０秒間スピンコートを行った。
【００５２】
その後、各基板を熱処理用チャンバーへ移動させ、２００度で１時間焼成して溶媒を除去した後、５００度で１時間焼成を行った。これにより、基板上に、厚さ５０ｎｍのアモルファスシリコン膜が形成された。
【００５３】
得られた４種類の膜中に含まれる酸素量を二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）によって測定した結果を表１に示す。
【００５４】
【表１】
モノシランガスの濃度が高くなるに従って、膜中に取り込まれる酸素の量が激減した。このことから、モノシランガスと酸素を反応させることによって、雰囲気中の酸素が十分に除去され、酸素濃度の低い良質なシリコン膜を形成できることがわかった。また、本発明者らは、ジシランガス、トリシランガスによっても同様の効果を得られることを確認している（データ図示せず）。
【００５５】
こうして得られたアモルファスシリコン膜に、ＸｅＣｌエキシマレーザを用いてレーザアニールを行うことにより、アモルファスシリコン膜の結晶化を行い、ポリシリコン膜とした。レーザエネルギーの強度は２５０ｍＪ／ｃｍ2とした。
【００５６】
次に、フォトエッチングプロセスによって、ポリシリコン膜のパターニングを行った。そして、島状のポリシリコン膜を覆うようにスパッタ法によって厚さ１００ｎｍのＳｉＯ2膜を形成し、これをゲート絶縁膜とした。その後、厚さ２００ｎｍのアルミニウム膜を電子ビーム蒸着法によって形成し、パターニングして島状にゲート電極を形成した。
【００５７】
続いて、イオン注入装置を用いて、各ＴＦＴの島状のシリコン膜中に、ゲート電極をマスクとしてセルフアライン構造になるようにリンのイオン（３１＋Ｐ）注入を行い、３５０度で１時間活性化アニール処理を行って、ソース・ドレイン領域を形成した。
【００５８】
さらに、ＴＥＯＳを用いてＣＶＤ法によりＳｉＯ２の層間絶縁膜を４００ｎｍに成膜し、フォトエッチングによりコンタクトホールを形成して、最後にソース・ドレイン電極を形成してＮ型ポリシリコンＴＦＴを作製した。
【００５９】
このＴＦＴの特性を表２に示す。
【００６０】
【表２】
酸素除去用ガスとしてのモノシランガスの濃度が高いほど、結晶性の良好で移動度の高いポリシリコン膜が得られることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明に係るシリコン膜の形成方法の工程を示す説明図である。
【図２】本発明に係るシリコン膜の形成方法に用いられる装置の概略を示すブロック図である。
【図３】半導体素子の製造工程を示す説明図である。
【図４】電気光学装置の接続状態の一例を示す図である。
【図５】電気光学装置を適用して構成される種々の電子機器の説明図である。
【図６】電気光学装置を適用して構成される種々の電子機器の説明図である。
【符号の説明】
【００６２】
１０…基板、１２…下地絶縁膜、１４…シリコン膜の前駆体膜、１４'…シリコン膜、１６…ゲート絶縁膜、１８…ゲート電極、２０…ソース・ドレイン領域、２２…チャネル形成領域、２４…絶縁膜（酸化シリコン膜）、２６…ソース・ドレイン電極、３０、４０…プロセスチャンバー、５０…装置、１００…電気光学装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体状の高次シランまたは高次シラン溶液を基板に塗布し、シリコン膜の前駆体膜を形成する第一工程と、
前記シリコン膜の前駆体膜を、加熱処理または紫外線照射処理によって、シリコン膜に変換する第二工程と、を含み、
前記第一および第二工程を不活性ガス雰囲気中で行い、該不活性ガス雰囲気には酸素と反応し高次シランとは反応しない酸素除去用ガスが添加されていることを特徴とする、シリコン膜の形成方法。
【請求項２】
前記酸素除去用ガスが、ＳｉnＨ2n+2で表される水素化ケイ素ガスであることを特徴とする請求項１に記載のシリコン膜の形成方法。
【請求項３】
前記酸素除去用ガスが、前記不活性ガス雰囲気中に１０ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍ添加されることを特徴とする請求項１または２に記載のシリコン膜の形成方法。
【請求項４】
前記第一及び第二工程を、前記酸素除去用ガスを添加した前記不活性ガスを所定の流量でフローしながら行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のシリコン膜の形成方法。
【請求項５】
前記第一及び第二工程がプロセスチャンバー内で行われ、該プロセスチャンバーの内圧が外圧より高くなっていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のシリコン膜の形成方法。
【請求項６】
前記内圧が、前記外圧＋１０Ｐａ〜外圧＋１０００Ｐａであることを特徴とする請求項５に記載のシリコン膜の形成方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載のシリコン膜の形成方法で形成された半導体膜を含む半導体装置。
【請求項８】
請求項７に記載の半導体装置を備える電気光学装置。
【請求項９】
請求項７に記載の半導体装置を備える電子機器。
【請求項１】
液体状の高次シランまたは高次シラン溶液を基板に塗布し、シリコン膜の前駆体膜を形成する第一工程と、
前記シリコン膜の前駆体膜を、加熱処理または紫外線照射処理によって、シリコン膜に変換する第二工程と、を含み、
前記第一および第二工程を不活性ガス雰囲気中で行い、該不活性ガス雰囲気には酸素と反応し高次シランとは反応しない酸素除去用ガスが添加されていることを特徴とする、シリコン膜の形成方法。
【請求項２】
前記酸素除去用ガスが、ＳｉnＨ2n+2で表される水素化ケイ素ガスであることを特徴とする請求項１に記載のシリコン膜の形成方法。
【請求項３】
前記酸素除去用ガスが、前記不活性ガス雰囲気中に１０ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍ添加されることを特徴とする請求項１または２に記載のシリコン膜の形成方法。
【請求項４】
前記第一及び第二工程を、前記酸素除去用ガスを添加した前記不活性ガスを所定の流量でフローしながら行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のシリコン膜の形成方法。
【請求項５】
前記第一及び第二工程がプロセスチャンバー内で行われ、該プロセスチャンバーの内圧が外圧より高くなっていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のシリコン膜の形成方法。
【請求項６】
前記内圧が、前記外圧＋１０Ｐａ〜外圧＋１０００Ｐａであることを特徴とする請求項５に記載のシリコン膜の形成方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載のシリコン膜の形成方法で形成された半導体膜を含む半導体装置。
【請求項８】
請求項７に記載の半導体装置を備える電気光学装置。
【請求項９】
請求項７に記載の半導体装置を備える電子機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−２６９６９１（Ｐ２００６−２６９６９１Ａ）
【公開日】平成１８年１０月５日（２００６．１０．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−８４９３６（Ｐ２００５−８４９３６）
【出願日】平成１７年３月２３日（２００５．３．２３）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１５年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「基盤技術研究促進事業（民間基盤技術研究支援制度）／液体を原料としたシリコントランジスタ製造技術の開発」、産業再生法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月５日（２００６．１０．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月２３日（２００５．３．２３）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１５年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「基盤技術研究促進事業（民間基盤技術研究支援制度）／液体を原料としたシリコントランジスタ製造技術の開発」、産業再生法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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