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WO2004086487A1 - 半導体装置およびその作製方法 - Google Patents

半導体装置およびその作製方法 Download PDF

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WO2004086487A1
WO2004086487A1 PCT/JP2004/003715 JP2004003715W WO2004086487A1 WO 2004086487 A1 WO2004086487 A1 WO 2004086487A1 JP 2004003715 W JP2004003715 W JP 2004003715W WO 2004086487 A1 WO2004086487 A1 WO 2004086487A1
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WO
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wiring
semiconductor device
source
gate wiring
source wiring
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2004/003715
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English (en)
French (fr)
Inventor
Osamu Nakamura
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd filed Critical Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority to JP2004564054A priority Critical patent/JP4869601B2/ja
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Ceased legal-status Critical Current

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Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device having a circuit composed of active matrix field effect thin film transistors (hereinafter, a thin film transistor is referred to as a TFT) on a substrate having an insulating surface, and a method for manufacturing the same.
  • a semiconductor device having a circuit composed of active matrix field effect thin film transistors (hereinafter, a thin film transistor is referred to as a TFT) on a substrate having an insulating surface, and a method for manufacturing the same.
  • TFT active matrix field effect thin film transistor
  • the reason why the manufacturing process cannot be further simplified lies in the TFT structure. That is, since the wiring has a multilayer structure so that the wiring crosses three-dimensionally, it is necessary to form a contact hole, which increases the number of steps.
  • an island-shaped semiconductor layer 702 is formed on a glass substrate 701.
  • an amorphous silicon film formed by a CVD method is crystallized by a laser annealing method, a thermal annealing method, an RTA method, etc., and a predetermined region serving as an active layer is covered with a resist mask, and dry etching is performed.
  • An island-shaped semiconductor layer is formed by removing the polycrystalline silicon film that is not covered by the resist using the apparatus.
  • an insulating film and a conductive layer are sequentially formed on the entire surface of the substrate by a plasma CVD method, a sputtering method, etc., a resist mask is provided in a predetermined region, and the insulating film and the conductive film are etched.
  • a gate insulating film 703, a gate electrode 704, and a gate wiring 705 are formed.
  • a predetermined region is doped with an impurity atom imparting N-type and an impurity atom imparting P-type to form source / drain regions of an N-channel TFT and a P-channel TFT. I do.
  • a resist mask is used to separate into predetermined regions.
  • thermal annealing, RTA, laser annealing, etc. are used to electrically activate the doped impurity atoms.
  • This activation treatment may be performed after the formation of the interlayer insulating film.
  • hydrogenation is usually performed with the silicon nitride film and silicon nitride oxide film formed.
  • an interlayer insulating film 706 is formed.
  • a resist mask is provided in a predetermined region, and etching is performed to form contact holes in the interlayer insulating film on the source / drain regions and on the gate wiring.
  • the etching process is performed by a dry etching method or an etching method.
  • a wiring metal is formed by using a sputtering method, a resist mask is provided in a predetermined region, and etching is performed, thereby forming a source wiring 707. After forming the source wiring, each wiring is electrically connected to the source * drain region and the gate wiring via the contact hole.
  • the manufacturing steps for TFT fabrication are numerous, but they are also essential processes that cannot be omitted.
  • a TFT using amorphous Si used in a large-sized liquid crystal display device generally employs an inverted-suga type structure and a forward stagger type structure.
  • a problem similar to a TFT using a polycrystalline silicon film arises in that a TFT must be formed by a complicated manufacturing process using a TFT. Disclosure of the invention
  • an object of the present invention is to find a method of manufacturing a TFT substrate at low cost. Since the problem is that the number of processes is large, we considered a method to greatly reduce the number of processes. In order to reduce the essential steps of TFT fabrication, it is necessary to review the TFT structure itself and reconstruct the TFT fabrication process. Therefore, the present invention proposes a novel TFT structure, proposes a new process for fabricating the new TFT structure, and greatly reduces the TFT substrate fabrication cost by greatly reducing the TFT fabrication process. Aim. Another object of the present invention is to reduce the number of masks used during the TFT fabrication process by reducing one step of photolithography.
  • the reason for the increase in the number of TFT fabrication steps is that a gate line is placed below the interlayer insulating film and a source line is placed above the interlayer insulating film in order to three-dimensionally cross the gate wiring and the source wiring. It is to arrange.
  • a gate line is placed below the interlayer insulating film and a source line is placed above the interlayer insulating film in order to three-dimensionally cross the gate wiring and the source wiring. It is to arrange.
  • the island-shaped interlayer insulating film is formed only in a region where the source line and the gate line intersect.
  • an island-shaped interlayer insulating film is also formed in a region where a storage capacitor is formed between the active layer and the wiring or between the gate line and the source line.
  • the inter-insulating film has a structure that exists only at the intersection of the gate wiring and the source wiring and at the storage capacitor forming part. By using this new TFT structure, it is not necessary to form a contact hole in the source / drain region and a contact hole in the gate wiring.
  • a method for forming an island-shaped interlayer insulating film there is a droplet discharging method.
  • a liquid containing an insulating material may be dropped into a region where the gate wiring and the source wiring intersect or a region where a storage capacitor is formed using a droplet discharge method.
  • a CVD method is used.
  • a metal mask is opposed to a substrate, and an insulating film is formed only in a region where a gate wiring and a source wiring cross or a storage capacitor is formed.
  • a gate wiring, a gate electrode, and a source wiring can be continuously formed.
  • three heads for ejecting droplets shown in Fig. 2 are used, which are provided with solution ejection nozzles in a linear shape.
  • Three droplet ejection heads are arranged to form one droplet ejection device.
  • a gate electrode and a gate wiring are formed at predetermined positions by discharging a metal paste from the head A201 and scanning the head or the substrate.
  • an insulating paste is discharged to a predetermined position, that is, a region where the gate wiring and the source wiring intersect and a region where the storage capacitor is formed.
  • a metal paste is discharged to a predetermined position to form a source wiring, and at the same time, to connect a source / drain region.
  • the discharge timing (scanning speed) of the paste is optimized considering the solidification time of the discharged paste.
  • four heads that eject droplets are arranged, and a gate insulating film is also formed continuously. It is also possible.
  • a plurality of types of nozzles may be arranged in one head instead of arranging a plurality of nozzles. It is also possible to perform processing individually using a plurality of droplet discharge devices. At this time, it is preferable to perform firing for each treatment.
  • the gate wiring and the source wiring are formed on a substrate, and are arranged on the same plane, and in a region where the gate wiring and the source wiring intersect, the gate wiring and the source wiring are insulated. It is characterized by crossing through a membrane.
  • the gate wiring and the source wiring may intersect via an island-shaped insulating layer.
  • an island-shaped insulating layer may be disposed over the gate wiring, and a source wiring may be disposed above the island-shaped insulating layer, or an island-shaped insulating layer may be disposed over the source wiring. May be arranged, and a gate wiring may be arranged above the island-shaped insulating layer. Also, the source region and the source wiring can be connected on the same plane without passing through the contact hole.
  • the semiconductor device of the present invention may have a capacitance using the island-shaped insulator layer as a dielectric.
  • the thin film transistor of the semiconductor device includes a semiconductor film including a channel formation region, and the semiconductor film includes a microcrystalline semiconductor.
  • a microcrystalline semiconductor is a film containing a semiconductor having an intermediate structure between an amorphous structure and a crystalline structure (including a single crystal and a polycrystal).
  • This microcrystalline semiconductor is a semiconductor having a third state which is stable in terms of free energy, is crystalline having a short-range order and lattice distortion, and has a particle size of 0.5 to 20 nm. Can be dispersed and present in a non-single-crystal semiconductor.
  • the microcrystalline semiconductor has a Raman spectrum shifted to a lower frequency side than 520 cm- 1 and is considered to be derived from the Si crystal lattice by X-ray diffraction (1 1 1), ( A diffraction peak of 220) is observed. It also contains at least 1 atomic% of hydrogen or halogen as a neutralizing agent for dangling bonds.
  • a semiconductor is referred to as a microcrystalline semiconductor (SAS) for convenience.
  • SAS microcrystalline semiconductor
  • SAS microcrystalline semiconductor
  • a rare gas element such as helium, argon, krypton, or neon to further promote lattice distortion, a good microcrystalline semiconductor with improved stability can be obtained.
  • an organic material can be used as the semiconductor film.
  • an organic molecular crystal or an organic polymer compound material may be used.
  • Specific organic molecular crystals include polycyclic aromatic compounds, conjugated double bond compounds, carotene, macrocyclic compounds or their complexes, phthalocyanines, electrotransfer complexes, tetrathiofulvalene: TCNQ complexes, free radicals, diphene Nilpiclihydrazyl, dyes or proteins.
  • Specific examples of organic polymer compound materials include polymers such as T-conjugated polymers, CT complexes, polyvinylpyridine, iodine, and phthalocyanine metal complexes.
  • T-conjugated polymers whose skeleton is composed of conjugated double bonds, such as polyacetylene, polyaniline, It is preferable to use polypyrrole, polychenylene, a polythiophene derivative, poly (3-alkylthiophene), a polyparaphenylene derivative, or a polyparaphenylenevinylene derivative.
  • the thin film transistor may be any of an inverted staggered thin film transistor and a forward and backward staggered thin film transistor.
  • a gate wiring is formed, an island-shaped insulating layer is formed selectively over the gate wiring, a source wiring is formed on the same plane as the gate wiring, and the gate wiring and the source are formed. In a region where wirings intersect, a gate wiring and a source wiring are formed to intersect with an insulating layer interposed therebetween. Further, as another manufacturing method, in the above structure, a source wiring is formed first, and a gate wiring is formed over a source wiring through an insulating film in an intersecting region.
  • the wiring, the insulating layer, the resist, or the like can be formed by a droplet discharging method.
  • the droplet discharging method refers to a method in which a predetermined pattern is formed by discharging a solution containing metal particles or a solution containing an insulating material, and includes an ink-jet method and the like in its category.
  • a droplet discharging method is used for forming an insulating film and a resist
  • a photolithography method is used for forming a wiring pattern. It is sufficient to use a photolithography method.
  • the mask used in the power setting may be formed by a droplet discharging method.
  • the formation of the gate wiring and the source wiring is not limited to the droplet discharging method, and any method may be used.
  • a source wiring may be formed by a droplet discharge method after a gate wiring is patterned by photolithography, or a gate wiring may be formed by photolithography after a source wiring is formed by a droplet discharge method. It may be formed by one.
  • a wiring may be formed by using a laser drawing apparatus. Specifically, a photosensitive material is formed by applying by spin coating or discharging droplets, and is developed by irradiating a laser beam to the formed photosensitive material to form a mask pattern. Thereafter, wiring is formed using the mask pattern as a mask.
  • the photosensitive material may be either a negative type or a positive type. In the above method, not only the formation of the wiring but also the pattern of the semiconductor film and the insulating film may be formed by the same method.
  • the configuration of the present invention can be suitably applied in an atmosphere near the atmospheric pressure.
  • the term “under atmospheric pressure” refers to a range of 600 to 16000 Pa, but is not necessarily limited to this value, and includes a low positive pressure state due to gas flow or the like.
  • the above-described structure of the present invention can be used for a method for manufacturing a semiconductor device and a display device.
  • a semiconductor device in this specification refers to any device that functions by utilizing semiconductor characteristics.
  • a liquid crystal display device provided with an image display region and a driving circuit for displaying images on the same substrate.
  • the present invention can be suitably used for an electro-optical device represented by an EL display device and an electronic apparatus equipped with the electro-optical device.
  • the semiconductor device includes the electro-optical device and the electro-optical device.
  • the electronic devices to be mounted are included in the category.
  • the process can be greatly simplified. Further, a series of steps for forming a contact hole and making an electrical connection is not required.
  • the reduction in the number of processes reduces material costs and labor costs in TFT manufacturing, and lowers costs. The number of equipment is reduced, and the number of processes using vacuum is greatly reduced, so that capital investment is also reduced. In addition, the manufacturing time until the completion of TFT is greatly reduced.
  • the size of the device can be easily increased, and the present invention can be suitably applied to the manufacture of a semiconductor device such as a display device using a large substrate. Also, since the number of processes is very small, the yield is improved.
  • FIG. 1 is a diagram showing a TFT structure of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing the configuration of an apparatus provided with a head for discharging a plurality of droplets.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of a droplet discharge device used in carrying out the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a head for discharging droplets used in carrying out the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a head for discharging droplets used in carrying out the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of an electronic device.
  • FIG. 7 is a diagram showing a conventional TFT structure.
  • FIG. 8 is a diagram showing a TFT structure of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram showing a TFT structure of the present invention. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • an island-shaped semiconductor layer 112 serving as an active layer is formed on a substrate 111.
  • the substrate 111 is formed of various materials such as glass, quartz, semiconductor, plastic, plastic film, metal, glass epoxy resin, and ceramics.
  • Substrates made of a flexible synthetic resin such as plastic generally have a lower heat-resistant temperature than substrates made of glass, metal, etc. It can be used as long as it can withstand the processing temperature. Further, the surface of the substrate 111 may be flattened by polishing such as a CMP method.
  • the island-shaped semiconductor layers 112 are formed in the following procedure. First, a base film such as a silicon oxide film or a silicon nitride film is formed on a substrate 111, and a semiconductor layer having an amorphous structure is formed thereon.
  • the semiconductor layer has a thickness of 20 to 150 nm, preferably 30 to 80 nm, using a plasma CVD method or a sputtering method.
  • As the semiconductor layer having an amorphous structure there are an amorphous semiconductor film and a microcrystalline semiconductor film (SAS), and even when a compound semiconductor film having an amorphous structure such as an amorphous silicon germanium film is applied. good.
  • An amorphous semiconductor can be obtained by glow discharge decomposition of a silicide gas.
  • a silicide gas includes S i H 4 S i 2 H 6. This silicide gas may be used after being diluted with hydrogen, hydrogen and helium.
  • a microcrystalline semiconductor can also be obtained by glow discharge decomposition of a silicide gas.
  • a silicide gas As a typical silicide gas, a S i H 4, S i 2 H 6 Besides, S i H 2 C l 2 , S i HC 1 3 S i C 1 4, S i F 4 , etc. Can be used.
  • the formation of a microcrystalline semiconductor can be achieved by diluting this silicide gas with hydrogen or a gas obtained by adding one or more kinds of rare gas elements selected from helium, argon, krypton, and neon to hydrogen. It can be easy. It is preferable to dilute the silicide gas at a dilution ratio of 2 to 1000 times.
  • TFTs using SAS as the first semiconductor film can have a mobility of 1 to L Ocm 2 / Vsec or higher.
  • the reaction generation of the film by glow discharge decomposition can be performed under reduced pressure or atmospheric pressure.
  • the pressure may be approximately in the range of 0.1 lPa to 133Pa.
  • the power for forming a glow discharge may be a high frequency power of 1 MHz to 120 MHz, preferably 13 MHz to 6 OMHz.
  • the pressure is in the range of approximately 0.1 lPa to 133 Pa, and the power supply frequency is 1 MHz to 120 MHz, preferably 13 MHz to 60 MHz.
  • the substrate heating temperature may be 300 ° C. or less, preferably 100 to 250.
  • the impurity element in the film it is desirable that impurities of atmospheric components such as oxygen, nitrogen, and carbon be 1 ⁇ 10 2 Q at oms cm 3 or less, and particularly, the oxygen concentration is 5 ⁇ 10 19 at om s Zcm. 3 or less, preferably lxi 0 19 atoms Z cm 3 or less.
  • the semiconductor layer having an amorphous structure is crystallized by a laser annealing method, a thermal annealing method, a rapid thermal annealing method (RTA method), or the like. Crystallization may be performed by a crystallization method using a metal element Ni in accordance with the technique disclosed in JP-A-7-130652.
  • the crystalline semiconductor layer after crystallization is selectively etched using a resist mask to form an island-like semiconductor layer 112 in a predetermined region.
  • a photolithography process is usually used, but a droplet discharge method may be used. In this case, an island-like semiconductor layer close to an ellipse is formed.
  • the droplet discharge method it is not necessary to use a photosensitive material as a mask pattern material, and the mask pattern material can be easily removed. You only need to select a material that can be removed.
  • steps such as exposure and development can be omitted.
  • the materials used are reduced to the minimum required, which improves the efficiency of material use.
  • B boron
  • B boron
  • an impurity element imparting N-type such as P (phosphorus) may be added, or the threshold of a P-channel TFT may be controlled.
  • a mass injection method, an ion shower doping method, or a plasma doping method is used for mass separation.
  • the impurity element imparting N-type is doped into a predetermined region to form a source / drain region of an N-channel TFT (FIG. 8A).
  • source / drain regions of a P-channel TFT doping is performed with an impurity element imparting P-type conductivity.
  • the doping region is separated by providing a mask 119 over the entire island-shaped semiconductor region or the channel formation region by a photolithography method or a droplet discharging method.
  • the impurity concentration of the source / drain region is set to 1 ⁇ 10 20 to 5 ⁇ 10 21 / cm 3 .
  • the doping mask 119 is removed by an assing method, a dry etching method, a wet etching method, etc., and then the doped impurity element is activated by a laser annealing method, a furnace method, or an RTA method.
  • the sheet resistance of the source / drain region is set to 1 OkQ / port or less. Activation can also be performed after gate lines and wiring are formed. LDD area divided by gate-overlap area by using doping and doping mask processes twice You can also.
  • the heads that discharge multiple types of droplets are arranged and scanned to form the gate insulating film 113, the gate electrode 114, the gate wiring 115, and the insulating layer 116.
  • a continuous formation of the source wiring 117 is performed. This continuous formation is performed using a droplet discharge device having the head configuration shown in FIG. First, an insulating solution is guided to the nozzle in the front row in the substrate scanning direction of the droplet discharge device, and the liquid is discharged according to a predetermined electric signal to form a gate insulating film 113 (see FIG. 8 (B)).
  • This insulating film must be formed so as to cover the entire surface of the channel region, but leave a part of the source / drain region bare.
  • a solution containing metal particles is introduced into the nozzles in the second row, and is discharged to predetermined positions to form gate electrodes 114 and gate wirings 115 (FIG. 8 (C)).
  • the solution containing metal particles it is preferable to use independently dispersed nanoparticles (particle diameter: 2 to 10 nm) that are dispersed without agglomeration in a solvent.
  • an insulating solution is introduced into the nozzles in the third row, and is discharged in a drop shape only in the area where the gate wiring 115 intersects with the source wiring 117 and in the storage capacitor forming part.
  • An edge layer 1 16 is formed (FIG. 8D).
  • a solution containing metal particles (preferably independently dispersed nanoparticles of gold, silver, copper, etc.) is introduced into the nozzles in the fourth row, and is discharged at predetermined positions to form source wirings 1 17 ( Figure 8 (E)).
  • the source region and the source wiring 117 are electrically connected directly without passing through the contact hole.
  • the gate wiring 1 15 and the source wiring 1 17 are electrically connected via the insulating layer 116. They will cross three-dimensionally without being connected.
  • a conductive material having one or more metals or metal compounds such as Ag, Au, Cu, and Pd is used. If a dispersant can suppress aggregation and disperse in a solution, use a conductive material having one or more metals or metal compounds such as Cr, Mo, Ti, Ta, W, and A1. It is also possible.
  • a gate electrode in which a plurality of conductive films is stacked can be formed by performing film formation of a conductive material a plurality of times by a droplet discharge method or various printing methods.
  • the composition discharged from the discharge port is preferably a material in which one of Au, Ag, and Cu is dissolved or dispersed in a solvent, and more preferably.
  • Use low-resistance Ag Cu when Ag and C11 are used, a barrier film may be provided together to prevent impurities.
  • a silicon nitride film or nickel boron (NiB) can be used as the paria film.
  • wiring can also be formed by discharging a solution containing a metal element such as a metal alkoxide mainly used in a sol-gel method or the like in addition to the metal particles.
  • the diameter of the nozzle used for discharging droplets is set to 0.1 to 50 m (preferably 0.6 to 26), and the discharge amount of the composition discharged from the nozzle is 0.001 p1 to 1.
  • Set to 50 p 1 (preferably 0.001 to 40 pl).
  • This discharge amount increases in proportion to the diameter of the nozzle.
  • the distance between the object to be processed and the nozzle orifice is preferably as short as possible in order to drop the ink onto a desired portion, and is preferably set to about 0.1 to 2 mm. Even if the nozzle diameter is not changed, the discharge can be performed by changing the pulse voltage applied to the piezoelectric element. The amount can also be controlled. It is desirable to set these discharge conditions so that the line width is about 10 m or less.
  • a heat treatment is performed at a temperature of 150 ° to 400 ° C. for 10 to 60 minutes, thereby firing the electrodes and the wiring tar. At this time, if a heat treatment is performed in a state where a thin film containing a large amount of nitrogen is formed, hydrogenation can be performed at the same time.
  • the drain wiring is connected to pixel electrodes corresponding to various elements such as a light emitting element or a liquid crystal element, and a protective film is formed on the entire surface to complete the TFT substrate.
  • This protective film may also be formed using a droplet discharge method.
  • Polyimide, acrylic, polyamide, polyimide amide, BCB (benzocyclobutene), etc. with a thickness of 1.0 to 1.5 can be used for the protective film.
  • an active matrix substrate having a driver circuit and a pixel portion can be manufactured over the same substrate.
  • the substrate size is 600 mm ⁇ 720 mm, 68 OmmX 880 mm, 100 OmmX 1200 mm, 110 OmmX 1250 mm, 115 Use a large area substrate such as OmmX 1300 mm, 150 OmmX 1800 mm, 180 OmmX 2000 mm, 2000 mmX 2100 mm, 2200 mmX 2600 mm, or 260 OmmX 3100 mm.
  • Substrates that can be used include ball borosilicate glass and alumino, such as Corning # 7059 glass and # 1737 glass.
  • a glass substrate such as borosilicate glass can be used.
  • various light-transmitting substrates such as quartz, semiconductor, plastic, plastic film, metal, glass epoxy resin, and ceramic can be used.
  • the droplet discharge device shown in FIG. 3 has a droplet discharge means 310 in the device, and discharges a solution to obtain a desired pattern on the substrate 302.
  • the substrate 302 can be applied not only to a glass substrate having a desired size, but also to an object to be processed such as a resin substrate represented by a plastic substrate or a semiconductor wafer represented by silicon. .
  • the substrate 302 is carried into the housing 301 from the carry-in port 304, and the substrate after the droplet discharge processing is carried out from the carry-out port 305.
  • the substrate 302 is mounted on the carrier 303, and the carrier 303 is a rail connecting the entrance and the exit 310a, 310b. Move up.
  • the support portions 300 a and 307 b of the droplet discharge means support the droplet discharge means 310 for discharging the solution, and the droplet discharge means 300 is provided at an arbitrary position in the XY plane. This is the mechanism that moves 6.
  • the support portion 307 a of the droplet discharge means moves in the X direction parallel to the carrier 303, and the support portion 307 of the droplet discharge means fixed to the support portion 307 a of the solution ejection means.
  • the droplet discharging means 303 mounted on 7b moves in the Y direction perpendicular to the X direction.
  • the support of the droplet discharge means 300 a and the droplet discharge means 303 are moved to the initial position when the substrate is loaded or unloaded, so that the droplet discharge processing can be performed efficiently. it can.
  • the droplet discharging process starts when the substrate 302 reaches a predetermined position where the droplet discharging means 303 waits due to the movement of the carrier table 303.
  • the droplet discharge processing includes the relative movement of the support portion 307 a of the droplet discharge device, the droplet discharge device 306 and the substrate 302, and the liquid supported by the support portion of the droplet discharge device. This is achieved by a combination of droplet ejection from the droplet ejection means 306.
  • a desired pattern is formed on the substrate 302. Can be drawn.
  • the droplet discharge processing requires a high degree of accuracy, the movement of the carrier is stopped during the droplet discharge, and the support section 307 a of the droplet discharge means and the droplet discharge means with high controllability are controlled. It is desirable to scan only 30 b.
  • the scanning in the X-Y directions of the droplet discharge means 303 and the support portion 307a of the droplet discharge means is not limited to only one direction, and the liquid can be reciprocated or reciprocated repeatedly. Drop ejection processing may be performed.
  • the solution is supplied to the inside of the housing from a solution supply unit 309 installed outside the housing 301, and then the droplets are discharged through the support portions 307a and 307b of the droplet discharging means.
  • the liquid is supplied to the liquid chamber inside the means 360.
  • This solution supply is controlled by the control means 308 provided outside the housing 301, but may be controlled by the control means incorporated in the support portion 307a of the droplet discharge means inside the housing. good.
  • the movement of the carrier and the support of the droplet discharge means is controlled by the control means 308 provided outside the housing 301 in the same manner.
  • a sensor for aligning with the substrate or the pattern on the substrate, a gas introducing means to the housing, an exhaust means inside the housing, a means for heating the substrate, Means for irradiating the substrate with light, as well as means for measuring various physical values such as temperature and pressure may be provided as necessary.
  • These means can also be controlled collectively by the control means 308 provided outside the housing 301. Further, if the control means 308 is connected to a production management system or the like by a LAN cable, a wireless LAN, an optical fiber, or the like, the process can be uniformly controlled from the outside, leading to an improvement in productivity.
  • FIG. 4 shows a cross section parallel to the Y direction of the droplet discharging means 310 of FIG.
  • the solution supplied from the outside to the inside of the droplet discharge means 303 passes through the liquid chamber flow path 402 and is stored in the preliminary liquid chamber 403, and then the nozzle 409 for discharging the solution.
  • the nozzle portion has a fluid resistance portion 404 provided for loading an appropriate solution into the nozzle, a pressurizing chamber 405 for pressurizing the solution and discharging the solution outside the nozzle, and a droplet discharge port 4. 0 7
  • a so-called thermal droplet discharge method is used in which a heating element generates heat to generate bubbles and push out the solution. Is also good.
  • the piezoelectric element 406 is replaced with a heating element.
  • the solution, the liquid chamber flow path 402, the preliminary liquid chamber 403, the fluid resistance section 404, and the pressurizing chamber 405 are further discharged.
  • the wettability with the outlet 407 is important. Therefore, a carbon film, a resin film, or the like for adjusting wettability with a material may be formed in each flow path.
  • the droplet discharge method includes a so-called sequential method in which a solution is continuously discharged to form a continuous linear pattern, and a so-called on-demand method in which a solution is discharged in a dot form.
  • the demand method has been described, it is also possible to use a droplet discharge means of a sequential method.
  • FIG. 5A schematically show the bottom of the droplet discharging means in FIG.
  • FIG. 5A shows a basic arrangement in which one droplet discharge port 502 is provided at the bottom 501 of the droplet discharge means.
  • FIG. 5A shows a basic arrangement in which one droplet discharge port 502 is provided at the bottom 501 of the droplet discharge means.
  • FIG. 5 (B) shows a so-called class-like arrangement in which the number of the droplet discharge ports 502 of the droplet discharge means bottom 501 is increased to three so as to form a triangle.
  • the droplet discharge ports are arranged vertically. In this arrangement, after the droplet is discharged from the upper droplet discharge port 502, the same solution is discharged from the lower droplet discharge port 502 to the same place with a time difference, so that the liquid is already discharged. Before the solution on the substrate is dried or solidified, the same solution can be further thickened. Also, the upper droplet ejection port If clogging occurs due to a solution or the like, the lower droplet discharge port can be made to function as a spare.
  • the present invention is not limited to this.
  • By arranging the droplet discharging means linearly in the Y direction It is also possible to discharge the solution. In this case, it is not necessary to scan the droplet discharging means in the Y direction, and the solution can be discharged over the entire surface by scanning in the X direction.
  • the droplet discharge means By selectively forming a film by the droplet discharge means, the amount of the film (resist, metal, semiconductor film, organic film, etc.), which was mostly wasted in the past, is reduced, thereby reducing the manufacturing cost. enable.
  • a composition in which fine metal particles are dispersed in an organic solvent is used to form a wiring pattern.
  • Fine metal particles having an average particle diameter of 1 to 50 nm, preferably 3 to 7 nm are used. Typically, they are silver or gold fine particles, the surface of which is coated with a dispersant such as amine, alcohol, or thiol.
  • the organic solvent is a phenolic resin, an epoxy resin, or the like, and a thermosetting or photocurable one is used. The viscosity of the composition may be adjusted by adding a thixotropic agent or a diluting solvent.
  • An appropriate amount of the composition discharged onto the surface to be formed by the droplet discharging means hardens the organic solvent by heat treatment or light irradiation treatment. Due to the volume shrinkage caused by the curing of the organic solvent, the metal fine particles come into contact with each other and promote fusion, fusion or aggregation. That is, metal fine particles having an average particle size of 1 to 50] 111, preferably 3 to 7 nm Fused, fused or aggregated wiring is formed. In this way, by forming a state in which the metal fine particles come into surface contact with each other by fusion, fusion, or aggregation, it is possible to realize a reduction in the resistance of the wiring.
  • a wiring pattern by forming a wiring pattern using such a composition, it is easy to form a wiring pattern having a line width of about 1 to 10 m.
  • an insulating pattern can be similarly formed.
  • a substrate 900 for forming a TFT and a light emitting element is formed.
  • the substrate 900 for example, a glass substrate of barium borosilicate glass, alumino borosilicate glass, or the like, a quartz substrate, a ceramic substrate, or the like can be used.
  • a metal substrate or a semiconductor substrate in which an insulating film is formed over a surface may be used.
  • a substrate made of a synthetic resin having flexibility such as plastic generally has a lower heat resistance than the above substrate, but any substrate that can withstand the processing temperature in the manufacturing process can be used. is there.
  • the surface of the substrate 900 may be flattened by polishing such as a CMP method.
  • a method for increasing the adhesion for example, a method of attaching a metal or a metal compound capable of increasing the adhesion by a catalytic action to the surface of the substrate 900, or an organic-based material having a high adhesion to a formed conductive film or insulating film. Examples include a method of attaching an insulating film, a metal or a metal compound to the substrate 900, and a method of performing a plasma treatment on the surface of the substrate 900 under atmospheric pressure or reduced pressure to perform surface modification.
  • titanium, titanium oxide, and Sc, Ti, V, Cr, ⁇ , Fe, and C which are 3d transition metals, are used as metals having high adhesion to the conductive film or the insulating film. o, Ni, Cu, Zn, and the like.
  • the metal compound for example, an insulating film containing a Si—O—Si bond formed using a polyimide or a siloxane-based material as a starting material (hereinafter, referred to as a siloxane-based insulating film) and the like can be given.
  • the siloxane-based insulating film may have at least one of fluorine, an alkyl group, and an aromatic hydrocarbon in addition to hydrogen for substitution.
  • the sheet resistance is controlled so that the normal operation of the semiconductor element is not hindered.
  • the average thickness of the conductive metal or metal compound is controlled to be, for example, 1 to 10 nm, or the metal or metal compound is partially or entirely oxidized. Insulation may be used.
  • the adhering metal or metal compound may be selectively removed by etching in a region other than the region where the adhesion is desired to be improved.
  • a metal or a metal compound may be selectively deposited only on a specific region using a droplet discharging method, a printing method, a sol-gel method, or the like.
  • the metal or metal compound is
  • the surface of the substrate 900 need not be a completely continuous film, but may be in a state of being dispersed to some extent.
  • depositing the photocatalytic such Z n O or T i 0 2 which can enhance the adhesion by the photocatalytic reaction on the surface of the substrate 900.
  • depositing a compound or compounds of the T i of Zn on the surface of the substrate 900, or is oxidized By using a sol-gel method or the like, Zn ⁇ or Ti 0 2 can be attached to the surface of the substrate 900 as a result.
  • a gate electrode 901 and a wiring 902 are formed by a droplet discharging method or various printing methods on the surface of the substrate 900 which has been subjected to pretreatment for improving adhesion.
  • a conductive material having one or more metals or metal compounds such as Ag, Au, Cu, and Pd is used. If the dispersant can suppress aggregation and disperse in a solution, a conductive material having one or more metals, such as Cr, Mo, Ti, Ta, W, and A1, may be used. It is also possible to use.
  • a gate electrode in which a plurality of conductive films is stacked can be formed by performing film formation of a conductive material by a droplet discharge method or various printing methods a plurality of times.
  • the composition to be discharged from the discharge port is preferably a material obtained by dissolving or dispersing any of Au, Ag, and Cu in a solvent in consideration of the specific resistance value. It is good to use low resistance silver and copper.
  • a barrier film may be provided together to prevent impurities.
  • a silicon nitride film or nickel boron (NiB) can be used.
  • insulating films 903 and 904 are formed so as to cover the gate electrode 901 and the wiring 902 (FIG. 9A).
  • the insulating films 903 and 904 can be formed by selectively discharging an insulating solution.
  • the method for forming the insulating film is not limited to this, and the insulating film may be formed by a plasma CVD method, a sputtering method, or the like. In addition, a single-layer insulating film may be used, or a plurality of insulating films may be stacked.
  • the first semiconductor film 905 can be formed of an amorphous (amorphous) semiconductor or a semi-amorphous semiconductor (SAS). Further, a polycrystalline semiconductor film may be used. In this embodiment mode, a semi-amorphous semiconductor is used as the first semiconductor film 905.
  • a semi-amorphous semiconductor has higher crystallinity than an amorphous semiconductor and thus has high mobility. Unlike a polycrystalline semiconductor, a semi-amorphous semiconductor can be formed without increasing the number of steps for crystallization.
  • a protective film 906 is formed over the first semiconductor film 905 so as to overlap with a portion to be a channel formation region in the first semiconductor film 905.
  • the protective film 906 may be formed by a droplet discharge method, or may be formed by a CVD method, a sputtering method, or the like.
  • an inorganic insulating film of silicon oxide, silicon nitride, silicon nitride oxide, or the like, a siloxane-based insulating film, or the like can be used. Alternatively, these films may be stacked and used as the protective film 906.
  • a silicon nitride film formed by a plasma CVD method and a siloxane-based insulating film formed by a droplet discharge method are stacked and used as a protective film 906.
  • the silicon nitride patterning is performed by masking the siloxane-based insulating film formed by the droplet discharging method. Can be used.
  • a second semiconductor film 907 is formed so as to cover the first semiconductor film 905 (FIG. 9C).
  • An impurity imparting one conductivity type is added to the second semiconductor film 907.
  • an impurity gas such as B 2 H 6 or BF 3 is preferably mixed with a silicide gas as an impurity imparting p-type conductivity.
  • the concentration of the boron is preferably set to 1 ⁇ 10 14 to 6 ⁇ 10 16 atoms / cm 3 .
  • an impurity imparting N-type conductivity for example, phosphorus may be added to the second semiconductor film 907.
  • an impurity gas such as PH 3 may be added to a silicide gas to form the second semiconductor film 907.
  • the second semiconductor film 907 having one conductivity type can be formed using a semi-amorphous semiconductor or an amorphous semiconductor similarly to the first semiconductor film 905.
  • the first semiconductor film 905 and the second semiconductor film 907 are patterned using a resist 908 formed by a droplet discharge method as a mask (FIG. 9D).
  • 909 corresponds to the first semiconductor film after patterning
  • 910 corresponds to the second semiconductor film after patterning.
  • a source wiring 911 and a drain wiring 912 are formed by a droplet discharge method. Then, by using the source wiring 911 and the drain wiring 912 as a mask and further patterning the second semiconductor film 910, the second semiconductor functioning as a source region or a drain region is formed. Membrane 91 3, 9 14 Is formed. Thereafter, the drain wiring is connected to pixel electrodes corresponding to various elements such as a light emitting element or a liquid crystal element, and a protective film is formed on the entire surface to complete the TFT substrate.
  • a scan line driver circuit can be formed over the same substrate as the pixel portion.
  • a pixel portion may be formed using TFT using an amorphous semiconductor, and a driver circuit separately formed may be attached to a substrate on which the pixel portion is formed.
  • D VD digital versatile discs
  • FIG. 6 shows specific examples of these electronic devices.
  • FIG. 6A illustrates a display device, which includes a housing 6001, a support base 6002, a display portion 6003, a part of speakers 6004, a video input terminal 6005, and the like.
  • the present invention can be used for an electric circuit included in the display portion 6003. According to the present invention, the display device shown in FIG. 6A is completed.
  • the display device contains all information such as for personal computers, for receiving 20-80 inch TV broadcasts, and for displaying advertisements.
  • a display device for display is included.
  • FIG. 6B shows a digital still camera, which includes a main body 610 1, a display section 6 102, an image receiving section 6 103, operation keys 61 04, an external connection port 6 105, and a shirt 6106.
  • the present invention can be used for an electric circuit included in the display portion 6102. According to the present invention, a digital still camera shown in FIG. 6B is completed.
  • FIG. 6C illustrates a laptop personal computer, which includes a main body 6201, a housing 6202, a display portion 6203, a keypad 6204, an external connection port 6205, a pointing mouse 6206, and the like.
  • the present invention can be used for an electric circuit included in the display portion 6203. According to the present invention, a notebook personal computer shown in FIG. 6C is completed.
  • FIG. 6D shows a mopile computer, which includes a main body 630 1, a display portion 630 2 switch 6303, operation keys 6304, an infrared port 6305, and the like.
  • the present invention can be used for an electric circuit included in the display portion 6302. According to the present invention, the mobile computer shown in FIG. 6D is completed.
  • FIG. 6 (E) shows a portable image reproducing device (specifically, a DVD reproducing device) provided with a recording medium, and includes a main body 640 1, a housing 6402, a display portion A 6403, a display portion B 6404, a recording medium ( DVD, etc.) Includes a reading unit 6405, operation keys 640 6, a speaker part 6407, and the like.
  • the display portion A 6403 mainly displays image information
  • the display portion B 6404 mainly displays character information.
  • the present invention can be used for electric circuits forming the display portions A, B 6403, and 6404.
  • the image reproducing device provided with the recording medium includes a home game machine and the like. Further, according to the present invention, the DVD reproducing apparatus shown in FIG. 6 (E) is completed.
  • FIG. 6F shows a goggle-type display (head-mounted display), which includes a main body 6501, a display section 6502, and an arm section 6503.
  • the present invention can be used for an electric circuit included in the display portion 6502. Further, according to the present invention, a goggle type display shown in FIG. 6 (F) is completed.
  • Figure 6 (G) shows a video camera, with a main unit 6601, a display unit 6602, a housing 6603, an external connection port 6604, a remote control receiving unit 6605, and an image receiving unit 6.
  • the present invention can be used for an electric circuit included in the display portion 6602. According to the present invention, a video camera shown in FIG. 6 (G) is completed.
  • Figure 6 (H) shows a mobile phone, with a main body 6701, a housing 6702, a display section 6703, an audio input section 6704, an audio output section 6705, and an operation key. Includes 670, external connection port 670, antenna 670, etc.
  • the present invention can be used for an electric circuit included in the display portion 6703.
  • the display portion 6703 displays white characters on a black background, so that power consumption of the mobile phone can be suppressed.
  • the mobile phone shown in FIG. 6 (H) is completed.
  • the applicable range of the present invention is extremely wide, and the present invention can be used for electronic devices in all fields. Further, the electronic device shown here may use the semiconductor device having any configuration shown in the present invention.

Landscapes

  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

島状の層間絶縁膜をソース線とゲート線が交差する領域に選択的に形成する。例えば、インクジェット法を用いて絶縁材料を含む液体をゲート線とソース線が交差する領域若しくは保持容量が形成される領域に滴下することにより、フォトリソグラフィー工程を削減し、ＴＦＴ作製プロセス中において使用するマスク枚数を減らすことが可能となる。

Description

半導体装置およびその作製方法
技術分野
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に絶縁表面を有する基板上に アクティブマトリクス型電界効果薄膜トランジスタ （以下、薄膜トランジス 夕を T F Tと記述）で構成された回路を有する半導体装置、およびその作製 方法に関する。 背景技術
近年、大型の液晶表示装置が注目されるようになり、液晶パネルの低コス ト化が精力的に進められている。 しかし、 T F T基板に関しては、 低コスト 化が遅れていた。 液晶表示装置における画像表示素子の形成には.. 例えば、 成膜工程、 エッチング工程.. ドーピング工程、 洗浄工程、 フォトリソグラフ ィー工程、 アツシング工程、 熱処理工程など多数の製造工程を要する。 この ため多額の製造費、 人権費を要している。
製造工程をこれ以上簡略できない原因は T F T構造にある。すなわち配線 を立体交差させるべく多層構造とするため、コンタク卜ホールを形成する必 要があり、 工程数が増大する。
以下に、 活性層に多結晶シリコン膜を用いた T F Tの作製工程を示す。
1 .活性層の形成
2 .ゲート絶縁膜、 ゲ一ト電極、 ゲート配線の形成 3 .ソース · ドレインドープ
4 .層間絶縁膜の成膜
5 .コンタクトホールの形成
6 .配線形成
配線形成後、 保護膜を成膜して、 再度コンタク卜ホールを形成し、 電気光 学素子に対応した画素電極への接続を行い TFT基板が完成する。図 7を用い、 以下 1〜6の説明を行う。
まずガラス基板 7 0 1上に島状半導体層 7 0 2を形成する。 代表的には CVD 法で成膜した非晶質シリコン膜をレ一ザ一ァニール法ゃ熱ァニール法、 RTA法等で結晶化し、 活性層となる所定の領域をレジストマスクで覆い、 ド ライエッチング装置を用いてレジス卜で稷われていない多結晶シリコン膜 を除去することによって島状の半導体層が形成される。
島状半導体層の形成後 基板全面にプラズマ C V D法 スパッ夕法などに より、 絶縁膜と導電層を順次成膜し、 所定の領域にレジストマスクを設け、 絶縁膜と導電膜をエッチングすることによってゲート絶縁膜 7 0 3、ゲート 電極 7 0 4、 ゲート配線 7 0 5が形成される。
次にイオンドーピング法を用いて、 N型を付与する不純物原子と P型を付 与する不純物原子を所定の領域へドーピングし、 Nチャネル型 TFTと Pチヤ ネル型 TFTのソース · ドレイン領域を形成する。所定の領域への打ち分けに はレジストマスクを使用する。
ソース · ドレイン領域形成後、 ドーピングされた不純物原子を電気的に活 性化させるため、 熱ァニール法、 R T A法、 レーザ一ァニール法などによつ て活性化処理を行う。この活性化処理は層間絶縁膜形成後に行うこともある。 また活性層とゲート絶縁膜界面のダングリングポンド終端化目的で、窒化シ リコン膜、 窒化酸化シリコン膜を成膜した状態で、 通常水素化処理を行う。 次に層間絶縁膜 7 0 6を形成する。
層間絶縁膜 7 0 6の形成後、所定の領域にレジストマスクを設け、エッチ ングを行うことによってソース · ドレイン領域上、ゲート配線上の層間絶縁 膜にコンタクトホールを形成する。前記エッチング処理はドライエッチング 法ゃゥエツ卜エッチング法で行う。
コンタク卜ホール形成後、 スパッ夕法を用いて配線メタルの成膜を行い、 所定の領域にレジストマスクを設け、 エッチングを行うことによって、 ソー ス配線 7 0 7が形成される。 ソース配線形成後には、 コンタクトホールを介 して、 各々の配線とソ一ス * ドレイン領域、 ゲート配線は電気的に接続され る。
このように T F T作製の製造工程は非常に多いが、しかしこれらは決して 省くことのできない必須のプロセスでもある。多結晶シリコン膜を用いた T F T作製工程を例に説明を行ったが、活性層に非晶質 S iを用いた表示装置 の作製工程においても同様の問題が当てはまる。
例えば、大型の液晶表示装置に用いられる非晶質 S iを用いた T F Tでは、 一般的に、 逆ス夕ガ型構造、 順スタガ型構造が採用されているが、 この場合 も同様にフォトリソグラフィーを用いた複雑な作製工程により T F Tを形 成する必要がある点で多結晶シリコン膜を用いた T F Tと同様の問題が生 じる。 発明の開示
(発明が解決しょうとする課題）
上記問題を鑑み、本発明では、 T F T基板を低コス卜で作製する方法を見 いだすことを課題とした。 工程数が多いことが問題の本質であることから、 工程数を大きく減らす方法を考えた。 T F T作製の必須工程を減らすには T F T構造自体を見直し、 T F T作製プロセスを再構築する必要がある。 そのため本発明は、新規 T F T構造を提案し、新規 T F T構造を作製する ための新規プロセスを提案し、 T F T作製工程を大幅に削減することによつ て、 TFT基板作製コストを大幅に下げることを目的とする。 また、 フォトリ ソグラフィ一工程を削減することによって、 T F T作製プロセス中において 使用するマスクの枚数を減らすことを目的とする。
(課題を解決するための手段）
T F T作製工程が増加する原因は、ゲ一ト配線とソース配線を立体的に交 差させるために、層間絶縁膜の下側にゲ一ト線を、層間絶縁膜の上側にソ一 ス線を配置させることにある。 また、例えばソース領域とソース配線を接続 する場合、層間絶縁膜が存在する為、 コンタクトホールを開口する必要に迫 られる。従って、 コンタクトホールの開口を必要としない新しい構造とする ために、島状の層間絶縁膜をソース線とゲ一ト線が交差する領域に限定して 成膜を行う。 また必要に応じて活性層と配線との間、若しくはゲート線とソ —ス線との間の保持容量が形成される領域にも島状の層間絶縁膜を形成す る。 上記構成とすることによって、 従来の T F T構造と大きくことなり、 層 間絶縁膜はゲート配線とソース配線の交差部や保持容量形成部にしか存在 しない構造となる。 この新規 T F T構造を用いることによってソース ' ドレ イン領域へのコンタクトホール形成及び、ゲート配線へのコンタクトホール 形成が不要となる。
島状の層間絶縁膜を形成する方法として、液滴吐出法がある。液滴吐出法 を用いて絶縁材料を含む液体をゲート配線とソース配線が交差する領域若 しくは保持容量が形成される領域に滴下すればよい。その他の方法としては C V D法を用い、基板にメタルマスクを対向させ、ゲー卜配線とソース配線 が交差する領域若しくは保持容量が形成される領域にのみ、絶縁性の膜を成 膜させる。
さらに別の方法として液滴吐出法を使用する場合、ゲ一ト配線、ゲート電 極、 ソース配線の連続形成が可能である。連続形成を行うには溶液吐出ノズ ルが線状に設けられた、 図 2に示す液滴を吐出するへッドを 3個使用する。 この液滴を吐出するへッドを 3個並べて 1台の液滴吐出装置を構成する。へ ッド A 2 0 1からはメタルペーストを吐出し、へッド若しくは基板を走査す ることによって、所定の位置にゲート電極及びゲー卜配線を形成する。へッ ド B 2 0 2では絶縁性のペース卜を所定の位置、すなわちゲート配線とソー ス配線が交差する領域及び、保持容量が形成される領域に吐出する。へッド C 2 0 3ではメタルペーストを所定の位置に吐出させ、ソース配線の形成を 行い、 同時にソース · ドレイン領域等の接続も行う。 吐出したペーストの固 化時間を考えてペーストの吐出タイミング （走査速度） を最適化する。 また液滴を吐出するへッドを 4個並べて、ゲート絶縁膜をも連続して形成 することも可能である。 ヘッドに関しては、 複数個を並べるかわりに、 1つ のへッドに複数種類のノズルを配置してもよい。また複数台の液滴吐出装置 を用いて、 個別に処理を行うことも可能である。その際、 処理ごとに焼成を 行うと好ましい。
上述の方法でゲート電極、ゲート配線、 ソース配線を連続形成する場合に はソース領域とドレイン領域に、 不純物導入を前もって行う必要がある。 次にこれまで説明を行ってきた本発明の構成を述べる。
本発明における半導体装置は、基板上に形成された、ゲート配線とソース 配線が同一平面上に配置されており、ゲート配線とソース配線が交差する領 域においては..ゲート配線とソース配線が絶縁膜を介して交差していること を特徴としている。
また、ゲート配線と前記ソース配線は島状の絶縁層を介して交差していて もよい。
上記構成において ゲート配線を覆って島状の絶縁層が配置され、島状の 絶縁層の上部にソ一ス配線が配置されていてもよいし、ソ一ス配線を覆って 島状の絶縁層が配置され、島状の絶縁層の上部にゲート配線が配置されてい てもよい。 また、 ソ一ス領域とソース配線がコンタクトホ一ルを介さずに、 同一平面で接続することも可能である。
また、.本発明の半導体装置は、 島状の絶縁体層を誘電体とする容量を有し ていてもよい。
また、本発明は上記構成において、半導体装置の薄膜トランジスタはチヤ ネル形成領域を含む半導体膜を有しており、半導体膜は微結晶半導体を用い ることができる。 なお、 微結晶半導体とは、 非晶質と結晶構造 （単結晶、 多 結晶を含む）の中間的な構造の半導体を含む膜である。この微結晶半導体は、 自由エネルギー的に安定な第 3の状態を有する半導体であって、短距離秩序 を持ち格子歪みを有する結晶質なものであり、その粒径を 0 . 5〜2 0 n m として非単結晶半導体中に分散させて存在せしめることが可能である。微結 晶半導体は、 そのラマンスぺクトルが 5 2 0 c m— 1よりも低周波数側にシ フトしており、また X線回折では S i結晶格子に由来するとされる（1 1 1 )、 ( 2 2 0 ) の回折ピークが観測される。 また、 未結合手 (ダングリングボン ド）の中和剤として水素またはハロゲンを少なくとも 1原子％またはそれ以 上含ませている。 ここでは便宜上、 このような半導体を微結晶半導体（S A S ) と呼ぶ。 さらに.. ヘリウム、 アルゴン、 クリプトン、 ネオンなどの希ガ ス元素を含ませて格子歪みさらに助長させることで安定性が増し良好な微 結晶半導体が得られる。
さらに本発明は上記構成において、半導体膜として有機材料を用いること ができる。有機材料としては、有機分子性結晶や有機高分子化合物材料を用 いればよい。具体的な有機分子結晶は、 多環芳香族化合物、 共役二重結合系 化合物、 カロテン、 マクロ環化合物又はその錯体、 フタロシアニン、 電気移 動型錯体、 テトラチオフルバレン： T C N Q錯体、 遊離基、 ジフエ二ルピク リヒドラジル、 色素又はたんぱくが挙げられる。 また、 具体的な有機高分子 化合物材料は、 T共役系高分子、 C T錯体、 ポリビニルピリジン、 よう素又 はフタロシアニン金属錯体などの高分子が挙げられる。特に骨格が共役二重 結合から構成される T共役系高分子である、ポリアセチレン、ポリアニリン、 ポリピロール、 ポリチェ二レン、 ポリチォフェン誘導体、 ポリ（3 アルキル チォフェン）、 ポリパラフエ二レン誘導体又はポリパラフエ二レンビニレン 誘導体を用いると好ましい。
また、 上記構成において薄膜トランジスタは、 逆スタガ型、 順ス夕ガ型の どちらの薄膜トランジスタを用いてもよい。
本発明の半導体装置の作製方法は、ゲート配線を形成し、ゲート配線を覆 つて選択的に島状の絶縁層を形成し、ゲート配線と同一平面上にソース配線 を形成し、ゲート配線とソース配線の交差する領域において、ゲート配線と ソース配線を絶縁層を介して交差させて形成することを特徴としている。 また、他の作製方法として、上記構成において ソース配線を先に形成し、 交差する領域において、ソース配線の上に絶縁膜を介してゲート配線を形成 することもできる。
また、 本発明では、 上記構成において 配線、 絶縁層またはレジスト等を 液滴吐出法を用いて形成することができる。 なお、 液滴吐出法とは、 金属粒 子を含む溶液や絶縁材料を含む溶液を吐出して、所定のパターンを形成する 方法を意味し、 インクジェット法などがその範疇に含まれる。 ただし、 上記 配線、絶縁層またはレジスト等を形成する全ての工程を液滴を吐出して形成 する必要はない。例えば、絶縁膜およびレジス卜の形成には液滴吐出法を用 い、配線パターンの形成にはフォトリソグラフィ一法を用いる、 というよう に、少なくとも工程の一部において液滴吐出法を用いていれば良く、 フォト リソグラフィ一法も併用しても良い。またパ夕一ニング際に用いるマスクは、 液滴吐出法で形成してもよい。 また、 本発明において、 ゲート配線、 ソース配線の形成は液滴吐出法に限 られずどのような方法を用いてもよい。例えば、ゲート配線をフォトリソグ ラフィ一によりパターン形成をした後にソ一ス配線を液滴吐出法を用いて 形成しても良いし、ソース配線を液滴吐出法で形成した後にゲート配線をフ オトリソグラフィ一により形成してもよい。
他にも、 例えば、 レ一ザ一描画装置を用いて配線を形成しても良い。 具体 的には、感光性材料をスピンコ一トによる塗布または液滴を吐出して形成し、 形成した感光性材料にレーザビームを照射することにより現像してマスク パターンを形成する。その後マスクパターンをマスクとして配線を形成する なお、 感光性材料はネガ型、 ポジ型のどちらを用いてもかまわない。 また、. 上記方法は配線の形成だけでなく、半導体膜や絶縁膜のパターンも同様の方 法を用いて形成してもよい。
本発明の構成は大気圧近傍下の雰囲気で好適に適用できる。大気圧近傍の 圧力下とは 6 0 0〜 1 0 6 0 0 0 P aの範囲をいうが、必ずしもこの数値に 限定されず、 ガスフローなどによる低度の陽圧状態を含むものとする。
上記した本発明の構成は、半導体装置及び表示装置の製造方法に用いるこ とができる。
なお、本明細書における半導体装置とは、半導体特性を利用することで機 能する装置全般を示し、特に、 同一基板上に画像表示領域と画像表示を行う ための駆動回路を設けた液晶表示装置および E L表示装置に代表される電 気光学装置並びにこの電気光学装置を搭載する電子機器に好適に利用でき る。 また、 上記半導体装置は、 上記電気光学装置および上記電気光学装置を 搭載する電子機器をその範疇に含む。
層間絶縁膜を持たない T F T構造を採用することによって、工程を大幅に 簡略化することが可能となる。 またコンタクトホールを形成して、電気的な 接続を行う一連の工程が不要となる。さらに、工程数が減少したことによつ て、 T F T製造における材料費、 人件費が減少し、 低コストを実現できる。 装置数も減少し、また真空を用いるプロセスが大幅に減るため設備投資も少 なくて済む。 また T F T完成までの製造時間も大幅に短縮される。
本発明の構成によると、装置の大型化が容易であり、大型基板を用いる表 示装置などの半導体装置の製造に本発明を好適に適用できる。また工程数が 非常に少ない為、 歩留まりが向上する。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の T F T構造を示す図である。
図 2は 複数の液滴を吐出するへッドを備えた装置構成を示す図である。 図 3は、本発明を実施する上で使用する液滴吐出装置の一例を示す図で ある。
図 4は、本発明を実施する上で使用する液滴を吐出するへッドの一例を 示す図である。
図 5は、本発明を実施する上で使用する液滴を吐出するへッドの一例を 示す図である。
図 6は、 電子機器の一例を示す図である。
図 7は、 従来の TFT構造を示す図である。 図 8は、 本発明の T F T構造を示す図である。
図 9は、 本発明の T F T構造を示す図である。 発明を実施するための最良の形態
本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本 発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱するこ となくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に 理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記述内容に限定して 解釈されるものではない。
(実施の形態 1 )
図 1を用いて、本発明によって T F Tを作製する具体的な方法を説明す る。本発明の T F T構造とすることによって、図 7に示した従来方法と比較 し、 工程数は大幅に減少する。
1 .活性層の形成
2 .ソース · ドレインド一プ
3 .ゲート絶縁膜、 ゲート電極及びゲート配線、 ソース配線、 保持容量の 連続形成
まず、基板 1 1 1上に活性層となる島状半導体層 1 1 2の形成を行う。基 板 1 1 1はガラス、 石英、 半導体、 プラスチック、 プラスチックフィルム、 金属、ガラスエポキシ樹脂、セラミックスなどの各種材料によって形成する。 プラスチック等の可撓性を有する合成樹脂からなる基板は、一般的にガラス や金属等の基板と比較して耐熱温度が低い傾向にあるが、作製工程における 処理温度に耐え得るのであれば用いることが可能である。 また、基板 1 1 1 の表面を、 CMP法などの研磨により平坦化しておいても良い。
島状半導体層 1 1 2の形成は以下の手順で行う。まず基板 1 1 1上に酸化 シリコン膜、窒化シリコン膜などの下地膜を成膜し、その上に非晶質構造を 有する半導体層を成膜する。前記半導体層は、 プラズマ CVD法やスパッ夕 法などを用いて、 20〜150 n m、好ましくは 30〜 80 nmの厚さとす る。非晶質構造を有する半導体層としては、非晶質半導体膜ゃ微結晶半導体 膜（SAS) があり、 非晶質シリコンゲルマニウム膜などの非晶質構造を有 する化合物半導体膜を適用しても良い。
非晶質半導体は、珪化物気体をグロ一放電分解することにより得ることが できる。 代表的な珪化物気体としては、 S i H4 S i 2H6が挙げられる。 この珪化物気体を、 水素、 水素とヘリウムで希釈して用いても良い。
また微結晶半導体も珪化物気体をグロ一放電分解することにより得るこ とができる。 代表的な珪化物気体としては、 S i H4であり、 その他にも S i 2H6、 S i H2C l 2、 S i HC 13 S i C 14、 S i F4などを用いる ことができる。 また水素や、 水素にヘリウム、 アルゴン、 クリプトン、 ネオ ンから選ばれた一種または複数種の希ガス元素を加えたガスで、この珪化物 気体を希釈して用いることで、微結晶半導体の形成を容易なものとすること ができる。希釈率は 2倍〜 1000倍の範囲で珪化物気体を希釈することが 好ましい。またさらに、珪化物気体中に、 CH4、 C2H6などの炭化物気体、 GeH4、 G e F4などのゲルマニウム化気体、 F2などを混入させて、 エネ ルギ一パンド幅を 1. 5〜2. 4€ 、 若しくは0. 9〜1. l eVに調節 しても良い。 SASを第 1の半導体膜として用いた TFTは、 1〜； L Ocm2 /Vsecや、 それ以上の移動度を得ることができる。
グロ一放電分解による被膜の反応生成は減圧下または大気圧下で行なう ことができる。減圧下で行なう場合、 圧力は概略 0. l P a〜133 P aの 範囲で行なえば良い。グロ一放電を形成するための電力は 1 MHz〜120 MH z、好ましくは 1 3MH z〜6 OMH zの高周波電力を供給すれば良い。 圧力は概略 0. l P a〜133 P aの範囲、電源周波数は 1 MH z〜 1 20 MHz、 好ましくは 1 3MHz〜60MHzとする。 基板加熱温度は 30 0°C以下でよく、好ましくは 100〜 250でとする。膜中の不純物元素と して、 酸素、 窒素、 炭素などの大気成分の不純物は 1 X 102 Q a t oms cm3以下とすることが望ましく、 特に.，酸素濃度は 5 X 1019 a t om sZcm3以下、 好ましくは l x i 019a t om s Z c m3以下とする。 次にレ一ザ一ァニ一ル法ゃ熱ァニール法、またはラピットサーマルア二一 ル法（RT A法）などを用いて非晶質構造を有する半導体層の結晶化を行う。 特開平 7— 130652号公報で開示された技術に従って、 金属元素 Niを 用いる結晶化法で結晶化を行つてもよい。次にレジストマスクを用いて、結 晶化を行った後の結晶質半導体層を選択的にエッチングし、所定の領域に島 状半導体層 1 12が形成される。
レジストマスクを所定の領域へ形成する際に、通常はフォトリソグラフィ —工程を用いるが、 液滴吐出法を用いてもよい。 この場合、 楕円形に近い島 状半導体層が形成されることになる。液滴吐出法を用いる場合には、マスク パターン材料として、必ずしも感光性材料を用いる必要性はなく、容易に除 去できる材料を選択すればよい。 また、 液滴吐出法を用いることにより、 露 光'現像等の工程を省略することができる。 さらに使用する材料は必要最低 限で済むため、 材料の利用効率も向上する。
次に島状半導体層 1 12の全面に濃度 1 X 1016〜5 X 1017/cm3で B (ボロン） を添加し、 閾値電圧の制御を行う。 Bの添加は島状半導体層 1 12の形成前に行うことも可能である。 また必要に応じて P (リン） などの N型を付与する不純物元素を添加することもあるし、 Pチャネル型 T FTの 閾制御を行うこともある。不純物元素の添加は質量分離を行ぅィォン注入法、 イオンシャワードーピング法、 プラズマドーピング法が利用される。
次に、 N型を付与する不純物元素を所定の領域へド一ピングし、 Nチヤネ ル型 T FTのソース · ドレイン領域を形成する (図 8 (A))。 Pチャネル型 T F Tのソース ·ドレイン領域を形成する場合は、 P型を付与する不純物原 子をドーピングする。フォトリソグラフィ一法若しくは液滴吐出法によって、 島状半導体領域全面やチャネル形成領域にマスク 1 1 9を設けることによ つて、 ドーピング領域の打ちわけを行う。 このドーピング処理によってソ一 ス · ドレイン領域の不純物濃度を 1 X 1020〜5 X 1021/cm3とする。 次いで、 アツシング法、 ドライエッチング法、 ウエットエッチング法など によって、 ド一プマスク 1 1 9を除去した後、 レーザーァニール法やファー ネス法、 RT A法を用いてドーピングした不純物元素の活性化を行い、 ソ一 ス · ドレイン領域のシート抵抗を 1 O kQ /口以下とする。 活性化はゲート 線や配線形成後に行うことも可能である。ドーピング及びドープマスク工程 を 2回用いることによって、 LDD領域ゃゲートォ一バーラップ領域を形成 することもできる。
ソース · ドレイン領域形成後、複数種類の液滴を吐出するへッドを並べて スキャンさせることによってゲート絶縁膜 1 1 3、ゲート電極 1 1 4とゲ一 ト配線 1 1 5、 絶縁層 1 1 6、 ソ一ス配線 1 1 7の連続形成を行う。 この連 続形成は図 2に示したへッド構成を備えた液滴吐出装置を用いて行う。 まず液滴吐出装置の基板走査方向に対して最前列のノズルには絶縁性の 溶液が導かれ、所定の電気信号に応じて 液が吐出され、ゲート絶縁膜 1 1 3が形成される （図 8 ( B ))。 この絶縁膜はチャネル領域に関しては全面を 覆いながらも、 ソ一ス · ドレイン領域に関しては一部分、 裸の部分を残すよ うに形成する必要がある。
続いて 2列目のノズルには金属粒子を含む溶液を導入し、所定の位置に吐 出することによってゲート電極 1 1 4及びゲート配線 1 1 5を形成する（図 8 ( C ))。 金属粒子を含む溶液として、 溶剤中に凝集することなく分散して いる独立分散ナノ粒子 (粒子径 2〜 1 0 n m) を用いるのが好ましい。 次に 3列目のノズルには、絶縁性の溶液を導入し、ゲ一卜配線 1 1 5とソース配 線 1 1 7が交差する領域と保持容量形成部にのみ、ドロップ状に吐出させ絶 縁層 1 1 6を形成する （図 8 (D ) )。
最後に 4列目のノズルに金属粒子を含む溶液 （金、 銀、 銅などの独立分散 ナノ粒子が好ましい） を導入し、 所定の位置に吐出させ、 ソース配線 1 1 7 の形成を行う （図 8 ( E ) )。 このとき、 ソース領域とソース配線 1 1 7はコ ン夕クトホールを介することなく、電気的に直接接続されることになる。 ま たゲート配線 1 1 5とソース配線 1 1 7は絶縁層 1 1 6を介して、電気的に 接続されることなく、 立体的に交差することとなる。
液滴を吐出して配線を形成する際に、 Ag、 Au、 Cu、 P dなどの金属、 金属化合物を 1つまたは複数有する導電材料を用いる。なお、分散剤により 凝集を抑え、 溶液に分散させることができるならば、 C r、 Mo、 T i、 T a、 W、 A 1などの金属、 金属化合物を 1つまたは複数有する導電材料を用 いることも可能である。また液滴吐出法または各種印刷法による導電材料の 成膜を複数回行うことで、複数の導電膜が積層されたゲート電極を形成する ことも可能である。 但し、 吐出口から吐出する組成物は、 比抵抗値を考慮し て、 Au、 Ag、 Cuのいずれかの材料を溶媒に溶解又は分散させたものを 用いることが好適であり、 より好適には、 低抵抗な Ag Cuを用いるとよ い。 但し、 Ag、 C 11を用いる場合には、 不純物対策のため、 合わせてバリ ァ膜を設けるとよい。パリア膜としては、 窒化珪素膜やニッケルボロン （N i B) を用いることができる。 また、 金属粒子の他にも主にゾルゲル法等で 利用される金属アルコキシド等の金属元素を含む溶液を吐出することによ つても配線を形成することができる。
液滴吐出に用いるノズルの径は、 0. 1〜50 m (好適には 0. 6〜2 6 、) に設定し、 ノズルから吐出される組成物の吐出量は 0. 0000 1 p 1〜50 p 1 (好適には 0. 000 1〜40 p l ) に設定する。 この吐 出量は、 ノズルの径の大きさに比例して増加する。 また、 被処理物とノズル 吐出口との距離は、所望の箇所に滴下するために、できる限り近づけておく ことが好ましく、 好適には 0. 1〜 2mm程度に設定する。 なお、 ノズル径 を変えずとも、圧電素子に印可されるパルス電圧を変えることによって吐出 量を制御することもできる。 これらの吐出条件は、線幅が約 10 m以下と なるように設定しておくのが望ましい。
次に、 150υ〜400 の温度で 10〜60分の熱処理を行うことによ つて、電極と配線 タルの焼成を行う。 このとき窒素を多量に含んだ薄膜を 形成した状態で熱処理を行えば、 水素化処理を同時に行える。
その後、ドレイン配線は発光素子又は液晶素子などの各種素子に対応した 画素電極へ接続され、全面に保護膜を形成して T FT基板が完成する。 この 保護膜も液滴吐出法を用いて、 形成してもよい。
保護膜には厚さ 1. 0〜1. 5 のポリイミド、アクリル、ポリアミド、 ポリイミドアミド、 BCB (ベンゾシクロブテン) 等を使用することができ る。 こうして同一基板上に、駆動回路と画素部とを有したアクティブマトリ クス基板が作製することが可能である。
(実施の形態 2)
本発明実施の形態において、透光性を有する基板を用いて半導体装置を製 造する際、 基板サイズとしては、 600mmX 720mm、 68 OmmX 8 80 mm, 100 OmmX 1200 mm、 110 OmmX 1250 mm, 1 15 OmmX 1300 mm、 150 OmmX 1800 mm, 180 OmmX 2000 mm, 2000 mmX 2100 mm、 2200 mmX 2600 mm、 または 260 OmmX 3100 mmのような大面積基板を用いる。
このような大型基板を用いることにより、製造コストを削減することがで きる。用いることのできる基板として、 コ一ニング社の # 7059ガラスや # 1737ガラスなどに代表されるバリゥムホウケィ酸ガラスやアルミノ ホウケィ酸ガラスなどのガラス基板を用いることができる。更に他の基板と して、 石英、 半導体、 プラスチック、 プラスチックフィルム、 金属、 ガラス エポキシ樹脂、 セラミックなどの各種の透光性基板を用いることもできる。
(実施の形態 3 )
前記実施の形態を実施するために用いる液滴吐出装置の一例について図 3乃至図 5を用いて説明する。
図 3に示す液滴吐出装置は、装置内に液滴吐出手段 3 0 6を有し、 これに より溶液を吐出することで、基板 3 0 2に所望のパターンを得るものである。 本液滴吐出装置においては、基板 3 0 2として、所望のサイズのガラス基板 の他、 プラスチック基板に代表される樹脂基板 或いはシリコンに代表され る半導体ウェハ等の被処理物に適用することができる。
図 3において、 基板 3 0 2は搬入口 3 0 4から筐体 3 0 1内部へ搬入し、 液滴吐出処理を終えた基板を搬出口 3 0 5から搬出する。筐体 3 0 1内部に おいて、基板 3 0 2は搬送台 3 0 3に搭載され、搬送台 3 0 3は搬入口と搬 出口とを結ぶレ一ル 3 1 0 a、 3 1 0 b上を移動する。
液滴吐出手段の支持部 3 0 7 aおよび 3 0 7 bは、溶液を吐出する液滴吐 出手段 3 0 6を支持し、 X— Y平面内の任意の箇所に液滴吐出手段 3 0 6を 移動させる機構である。液滴吐出手段の支持部 3 0 7 aは搬送台 3 0 3と平 行な X方向に移動し、溶液噴出手段の支持部 3 0 7 aに固定された液滴吐出 手段の支持部 3 0 7 bに装着された液滴吐出手段 3 0 6は、 X方向に垂直な Y方向に移動する。基板 3 0 2が筐体 3 0 1内部へ搬入されると、 これと同 時に液滴吐出手段の支持部 3 0 7 aおよび液滴吐出手段 3 0 6がそれぞれ X、 Y方向を移動し、 液滴吐出処理を行う初期の所定の位置に設定される。 液滴吐出手段の支持部 3 0 7 aおよび液滴吐出手段 3 0 6の初期位置への 移動は、 基板搬入時、 或いは基板搬出時に行うことで、 効率良く液滴吐出処 理を行うことができる。
液滴吐出処理は、搬送台 3 0 3の移動により基板 3 0 2が、液滴吐出手段 3 0 6の待つ所定の位置に到達すると開始する。液滴吐出処理は、液滴吐出 手段の支持部 3 0 7 a、液滴吐出手段 3 0 6および基板 3 0 2の相対的な移 動と、液滴吐出手段の支持部に支持される液滴吐出手段 3 0 6からの液滴吐 出の組み合わせによって達成される。基板や液滴吐出手段の支持部、液滴吐 出手段の移動速度と、液滴吐出手段 3 0 6からの溶液を吐出する周期を調節 することで、基板 3 0 2上に所望のパターンを描画することができる。特に、 液滴吐出処理は.高度な精度が要求されるため、液滴吐出時は搬送台の移動を 停止させ、制御性の高い液滴吐出手段の支持部 3 0 7 aおよび液滴吐出手段 3 0 6 bのみを走査させることが望ましい。 また、液滴吐出手段 3 0 6およ び液滴吐出手段の支持部 3 0 7 aの X— Y方向におけるそれぞれの走査は 一方向のみに限らず、往復或いは往復の繰り返しを行うことで液滴吐出処理 を行っても良い。
溶液は、筐体 3 0 1外部に設置した溶液供給部 3 0 9から筐体内部へ供給 され、 さちに液滴吐出手段の支持部 3 0 7 a、 3 0 7 bを介して液滴吐出手 段 3 0 6内部の液室に供給される。この溶液供給は筐体 3 0 1外部に設置し た制御手段 3 0 8によって制御されるが、筐体内部における液滴吐出手段の 支持部 3 0 7 aに内蔵する制御手段によって制御しても良い。 また搬送台及び液滴吐出手段の支持部の移動は、同様に筐体 3 0 1外部に 設置した制御手段 3 0 8により制御する。
図 3には記載していないが、さらに基板や基板上のパターンへの位置合わ せのためのセンサや、 筐体へのガス導入手段、 筐体内部の排気手段、 基板を 加熱処理する手段、 基板へ光照射する手段、 加えて温度、 圧力等、 種々の物 性値を測定する手段等を、必要に応じて設置しても良い。またこれら手段も、 筐体 3 0 1外部に設置した制御手段 3 0 8によって一括制御することが可 能である。 さらに制御手段 3 0 8を L A Nケーブル、 無線 L A N、 光フアイ バ等で生産管理システム等に接続すれば、工程を外部から一律管理すること が可能となり、 生産性を向上させることに繋がる。
次に液滴吐出手段 3 0 6内部の構造を説明する。図 4は図 3の液滴吐出手 段 3 0 6の Y方向に平行な断面を見たものである。
外部から液滴吐出手段 3 0 6の内部に供給される溶液は、液室流路 4 0 2 を通過し予備液室 4 0 3に蓄えられた後、溶液を吐出するためのノズル 4 0 9へと移動する。ノズル部は適度の溶液がノズル内へ装填されるために設け られた流体抵抗部 4 0 4と、溶液を加圧しノズル外部へ吐出するための加圧 室 4 0 5、 及び液滴吐出口 4 0 7によって構成されている。
加圧室 4 0 5の側壁には、電圧印加により変形するチタン酸 ·ジルコニゥ ム酸 ·鉛 （P b ( Z r， T i ) 0 3 ) 等のピエゾ圧電効果を有する圧電素子 4 0 6を配置している。 このため、 目的のノズルに配置された圧電素子 4 0 6に電圧を印加することで、加圧室 4 0 5内の溶液を押しだし、外部に溶液 4 0 8を吐出することができる。 本発明では液滴吐出を圧電素子を用いたいわゆるピエゾ方式で行うが、溶 液の材料によっては、発熱体を発熱させ気泡を生じさせ溶液を押し出す、 い わゆるサーマル液滴吐出方式を用いても良い。 この場合、圧電素子 4 0 6を 発熱体に置き換える構造となる。
また液滴吐出のためのノズル部 4 0 9においては、溶液と、液室流路 4 0 2、 予備液室 4 0 3、 流体抵抗部 4 0 4、 加圧室 4 0 5さらに液滴吐出口 4 0 7との濡れ性が重要となる。そのため材質との濡れ性を調整するための炭 素膜、 樹脂膜等をそれぞれの流路に形成しても良い。
上記の手段によって、溶液を処理基板上に吐出することができる。液滴吐 出方式には、 溶液を連続して吐出させ連続した線状のパターンを形成する いわゆるシーケンシャル方式と 溶液をドット状に吐出する、 いわゆるオン デマンド方式があり、本発明における装置構成ではオンデマンド方式を示し たが シーケンシャル方式による液滴吐出手段を用いることも可能である。 図 5の （A) 〜 （C ) は図 4における液滴吐出手段の底部を模式的に表し たものである。 図 5 (A) は、 液滴吐出手段底部 5 0 1に液滴吐出口 5 0 2 を一つ設けた基本的な配置である。 これに対し図 5 ( B ) では、 液滴吐出手 段底部 5 0 1の液滴吐出口 5 0 2を三角形を構成するように三点に増やし た、 いわゆるクラス夕状の配置である。 また図 5 ( C ) では、 液滴吐出口を 上下に並べた配置である。 この配置では、上の液滴吐出口 5 0 2からの液滴 吐出後、時間差をつけて下の液滴吐出口 5 0 2から同様の溶液を同様の箇所 に吐出することにより、既に吐出された基板上の溶液が乾燥や固化する前に、 さらに同一の溶液を厚く積もらせることができる。 また、上の液滴吐出口が 溶液等により目詰まりが生じた場合、予備として下の液滴吐出口を機能させ ることもできる。
なお、本実施の形態では、液滴吐出手段 3 0 6を Y方向に走査する構成を 示したが、 これに限らず、液滴吐出手段を Y方向に線状に配置することによ り、 溶液を吐出することも可能である。 この場合、 液滴吐出手段を Y方向に 走査する必要はなく、 X方向に走查することにより、溶液を全面に吐出する ことができる。
液滴吐出手段で選択的に被膜を形成することにより、従来その殆どを無駄に していた被膜 （レジスト、 金属、 半導体膜、 有機膜など） の使用量を減らす ことにより、 製造コストの低減を可能にする。
(実施の形態 4 )
本実施の形態では、配線パ夕一ンを形成するために、金属微粒子を有機溶 媒中に分散させた組成物を用いている。金属微粒子は平均粒径が 1〜 5 0 n m、 好ましくは 3〜 7 n mのものを用いる。代表的には、 銀又は金の微粒子 であり、 その表面にァミン、 アルコール、 チオールなどの分散剤を被覆した ものである。有機溶媒はフエノ一ル樹脂やエポキシ系樹脂などであり、熱硬 化性又は光硬化性のものを適用している。 この組成物の粘度調整は、チキソ 剤若しくは希釈溶剤を添加すれば良い。
液滴吐出手段によって、被形成面に適量吐出された組成物は、加熱処理に より、又は光照射処理により有機溶媒を硬化させる。有機溶媒の硬化に伴う 体積収縮で金属微粒子間は接触し、 融合、 融着若しくは凝集が促進される。 すなわち、平均粒径が 1〜 5 0 ] 111、好ましくは3〜7 n mの金属微粒子が 融合、 融着若しくは凝集した配線が形成される。 このように、 融合、 融着若 しくは凝集により金属微粒子同士が面接触する状態を形成することにより、 配線の低抵抗化を実現することができる。
本発明は、 このような組成物を用いて配線パターンを形成することで、線 幅が 1〜 1 0 m程度の配線パターンの形成も容易になる。
なお、 金属微粒子の代わりに、 絶縁物質の微粒子を用いれば、 同様に絶縁 性のパターンを形成することができる。
なお、本実施の形態は、上記の実施の形態と自由に組み合わせることがで さる。
(実施の形態 5 )
本実施の形態では、実施の形態 1で示した構造とは異なる逆ス夕ガ型の半 導体装置の作製方法に関して説明する。
まず、 図 9 (A) に示すように T F Tおよび発光素子を形成する基板 9 0 0を形成する。具体的に基板 9 0 0は、例えばバリゥムホウケィ酸ガラスや、 アルミノホウケィ酸ガラスなどのガラス基板、石英基板、セラミック基板等 を用いることができる。 また、 金属基板、 または半導体基板の表面に絶縁膜 を形成したものを用いてもよい。プラスチック等の可撓性を有する合成樹脂 からなる基板は、 一般的に上記基板と比較して耐熱性が低い傾向にあるが、 作製工程における処理温度に耐え得るものであれば用いることが可能であ る。基板 9 0 0の表面を、 C M P法などの研磨により平坦化しておいても良 い。
上述した基板 9 0 0の表面に、液滴吐出法を用いて形成される導電膜また は絶縁膜の密着性を高めるための前処理を施す。密着性を高める方法として 例えば触媒作用により密着性を高めることができる金属または金属化合物 を基板 9 0 0の表面に付着させる方法、形成される導電膜または絶縁膜との 密着性が高い有機系の絶縁膜、金属や金属化合物を基板 9 0 0に付着させる 方法、基板 9 0 0の表面に大気圧下または減圧下においてプラズマ処理を施 し表面改質を行う方法などが挙げられる。また、 上記導電膜または絶縁膜と の密着性が高い金属として、 チタン、 チタン酸化物の他、 3 d遷移金属であ る S c、 T i、 V , C r， Μ η , F e， C o , N i， C u , Z nなどが挙げ られる。 また金属化合物として、 例えばポリイミド、 シロキサン系材料を出 発材料として形成された S i - O - S i結合を含む絶縁膜 (以下、 シロキサ ン系絶縁膜と呼ぶ） 等が挙げられる。 シロキサン系絶縁膜は、 置換塞に水素 の他、 フッ素、 アルキル基、 または芳香族炭化水素のうちすくなくとも 1種 を有していても良い。
なお、基板 9 0 0に付着させる金属または金属化合物が導電性を有する 場合、半導体素子の正常な動作が妨げられないように、そのシート抵抗を制 御する。具体的には、導電性を有する金属または金属化合物の平均の厚さを、 例えば 1〜1 0 n mとなるように制御したり、該金属または金属化合物を酸 化により部分的に、 または全体的に絶縁化したりすれば良い。或いは、 密着 性を高めたい領域以外は、付着した金属または金属化合物をエッチングによ り選択的に除去しても良い。 また金属または金属化合物を、予め基板の全面 に付着させるのではなく、 液滴吐出法、 印刷法、 ゾル—ゲル法などを用いて 特定の領域にのみ選択的に付着させても良い。なお金属または金属化合物は、 基板 900の表面において完全に連続した膜状である必要はなく、ある程度 分散した状態であっても良い。
本実施の形態では、光触媒反応により密着性を高めることができる Z n O または T i 02などの光触媒を基板 900の表面に付着させる。 具体的には、 Z ηθまたは T i 02を溶媒に分散させ、 基板 900の表面に撒布したり、 Znの化合物または T iの化合物を基板 900の表面に付着させた後、酸化 させたり、 ゾル—ゲル法を用いたりすることで、結果的に Z n〇または T i 02を基板 900の表面に付着させることができる。
次に密着性を高めるための前処理が施された基板 900の表面上に、液滴 吐出法または各種印刷法を用いて、ゲート電極 90 1および配線 902を形 成する。 具体的に ゲート電極 901および配線 902には Ag、 A u、 Cu、 P dなどの金属、金属化合物を 1つまたは複数有する導電材料を用い る。なお、分散剤により凝集を抑え、溶液に分散させることができるならば、 C r、 Mo, T i、 T a, W、 A 1などの金属、 金属化合物を 1つまたは複 数有する導電材料を用いることも可能である。また液滴吐出法または各種印 刷法による導電材料の成膜を複数回行なうことで、複数の導電膜が積層され たゲ一卜電極を形成することも可能である。 '但し、吐出口から吐出する組成 物は、 比抵抗値を考慮して、 Au、 Ag、 Cuのいずれかの材料を溶媒に溶 解又は分散させたものを用いることが好適であり、 より好適には、低抵抗な 銀、 銅を用いるとよい。 但し、 Ag、 Cuを用いる場合には、 不純物対策の ため、 合わせてバリア膜を設けるとよい。 バリア膜としては、 窒化珪素膜や ニッケルボロン （N i B) を用いることができる。 次に、ゲート電極 9 0 1および配線 9 0 2を覆うように絶縁膜 9 0 3、 9 0 4を形成する （図 9 (A) )。 絶縁膜 9 0 3、 9 0 4は、 絶縁性の溶液を選 択的に吐出することにより、形成することができる。絶縁膜の成膜方法はこ れに限られず、 プラズマ C V D法、スパッタ法などにより絶縁膜を形成して も良い。 また、 単層の絶縁膜を用いても良いし、 複数の絶縁膜を積層してい ても良い。
次に、 図 9 ( B ) に示すように、 第 1の半導体膜 9 0 5を形成する。 第 1 の半導体膜 9 0 5は非晶質 (アモルファス)半導体またはセミアモルファス 半導体（S A S ) で形成することができる。 また多結晶半導体膜を用いてい ても良い。本実施の形態では、第 1の半導体膜 9 0 5としてセミアモルファ ス半導体を用いる。セミアモルファス半導体は、非晶質半導体よりも結晶性 が高いため高い移動度が得られ、また多結晶半導体と異なり結晶化させるた めの工程を増やさずとも形成することができる。
次に 第 1の半導体膜 9 0 5のうち、チャネル形成領域となる部分と重な るように、第 1の半導体膜 9 0 5上に保護膜 9 0 6を形成する。保護膜 9 0 6は液滴吐出法を用いて形成しても良いし、 C V D法、スパッ夕法などを用 いて形成しても良い。 保護膜 9 0 6として、 酸化珪素、 窒化珪素、 窒化酸化 珪素などの無機絶縁膜、 シロキサン系絶縁膜などを用いることができる。ま たこれらの膜を積層し、保護膜 9 0 6として用いても良い。本実施の形態で は、 プラズマ C V D法で形成された窒化珪素、液滴吐出法で形成されたシロ キサン系絶縁膜を積層して、 保護膜 9 0 6として用いる。 この場合、 窒化珪 素のパ夕一ニングは、液滴吐出法で形成されたシロキサン系絶縁膜をマスク として用い行なうことができる。
次に、第 1の半導体膜 905を覆うように、第 2の半導体膜 907を形成 する （図 9 (C))。 第 2の半導体膜 907には、 一導電型を付与する不純物 を添加しておく。 Pチャネル型の TFTを形成する場合には、 p型を付与す る不純物として、 B2H6、 BF3などの不純物気体を珪化物気体に混入させ ると良い。例えば、 P型を付与する不純物としてボロンを用いる場合、 該ポ ロンの濃度を 1 X 1014〜6 X 1016 a t o m s /c m3とすると良い。 ま た、 nチャネル型の TFTを形成する場合には、 第 2の半導体膜 907に、 N型を付与する不純物、 例えばリンを添加すれば良い。 具体的には、 珪化物 気体に PH3などの不純物気体を加え、 第 2の半導体膜 907を形成すれば 良い。一導電型を有する第 2の半導体膜 907は 第 1の半導体膜 905と 同様にセミアモルファス半導体、 非晶質半導体で形成することができる。 次に 液滴吐出法で形成したレジスト 908をマスクとして用い、第 1の 半導体膜 90 5及び第 2の半導体膜 907をパターニングする（図 9 (D))。 図 9 (D) において、 909はパターニング後の第 1の半導体膜、 9 10は パターニング後の第 2の半導体膜に相当する。 この場合、マスクパターン材 料として、必ずしも感光性材料を用いる必要はなく、容易に除去できる材料 を選択すればよい。
レジスト 908を除去した後に、液滴吐出法ソース配線 9 1 1、 ドレイン 配線 9 12を形成する。そしてソ一ス配線 9 1 1、 ドレイン配線 9 12をマ スクとして用い、第 2の半導体膜 9 10を更にパ夕一ニングすることで、 ソ —ス領域またはドレイン領域として機能する第 2の半導体膜 91 3, 9 14 が形成される。その後、 ドレイン配線は発光素子又は液晶素子などの各種素 子に対応した画素電極へ接続され、全面に保護膜を形成して T FT基板が完 成する。
なお本実施の形態で形成した画素部を有する半導体装置の場合、セミアモ ルファス半導体を第 1の半導体膜として用いる場合、走査線駆動回路を画素 部と同じ基板上に形成することが可能である。またアモルファス半導体を用 いた T FTで画素部を形成し、該画素部が形成された基板に別途形成された 駆動回路を貼り付けても良い。
(実施の形態 6)
次に 本発明を用いた電子機器として、 ビデオカメラ、 デジ夕ルカメラ、 ゴーグル型ディスプレイ （ヘッドマウントディスプレイ）、 ナピゲ一シヨン システム、 音響再生装置 （カーオーディオ、 オーディオコンポ等）、 ノート 型パーソナルコンピュータ ゲーム機器、 携帯情報端末 （モバイルコンピュ —夕、 携帯電話、 携帯型ゲーム機または電子書籍等）、 記録媒体を備えた画 像再生装置（具体的には D i g i t a l Ve r s a t i l e D i s c (D VD)等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを備えた 装置） などが挙げられる。 それらの電子機器の具体例を図 6に示す。
図 6 ( A) は表示装置であり、 筐体 600 1、 支持台 6002、 表示部 6 003、 スピーカ一部 6004、 ビデオ入力端子 6005等を含む。 本発明 は表示部 6003を構成する電気回路に用いることができる。また本発明に より、 図 6 (A) に示す表示装置が完成される。 なお、 表示装置は、 パソコ ン用、 20〜80インチのテレビ放送受信用、広告表示用などの全ての情報 表示用表示装置が含まれる。
図 6 (B) はデジタルスチルカメラであり、 本体 610 1、 表示部 6 10 2、 受像部 6 103、 操作キー 61 04、 外部接続ポート 6 105、 シャツ 夕一 6 106等を含む。本発明は、表示部 6 102を構成する電気回路に用 いることができる。 また本発明により、 図 6 (B) に示すデジ夕ルスチルカ メラが完成される。
図 6 (C) はノート型パ一ソナルコンピュータであり、 本体 620 1、 筐 体 6202、 表示部 6203、 キーポ一ド 6204、外部接続ポート 620 5、 ボインティングマウス 6206等を含む。 本発明は、 表示部 6203を 構成する電気回路に用いることができる。 また本発明により、 図 6 (C) に 示すノート型パーソナルコンピュータが完成される。
図 6 (D) はモパイルコンピュータであり、 本体 630 1、 表示部 630 2 スィッチ 6303、操作キー 6304 赤外線ポ一卜 6305等を含む。 本発明は、表示部 6302を構成する電気回路に用いることができる。また 本発明により、 図 6 (D) に示すモバイルコンピュー夕が完成される。
図 6 (E) は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置（具体的には DVD 再生装置） であり、 本体 640 1、 筐体 6402、 表示部 A 6403、 表示 部 B 6404、 記録媒体 （D VD等） 読み込み部 6405、 操作キ一 640 6、スピーカ一部 6407等を含む。表示部 A 6403は主として画像情報 を表示し、 表示部 B 6404は主として文字情報を表示するが、 本発明は、 表示部 A、B 6403、 6404を構成する電気回路に用いることができる。 なお、記録媒体を備えた画像再生装置には家庭用ゲーム機器なども含まれる。 また本発明により、 図 6 ( E ) に示す D V D再生装置が完成される。
図 6 ( F ) はゴーグル型ディスプレイ （ヘッドマウントディスプレイ） で あり、本体 6 5 0 1、表示部 6 5 0 2、アーム部 6 5 0 3を含む。本発明は、 表示部 6 5 0 2を構成する電気回路に用いることができる。また本発明によ り、 図 6 ( F ) に示すゴーグル型ディスプレイが完成される。
図 6 ( G) はビデオカメラであり、 本体 6 6 0 1、 表示部 6 6 0 2、 筐体 6 6 0 3、 外部接続ポート 6 6 0 4、 リモコン受信部 6 6 0 5、 受像部 6 6 0 6、 ゾ ッテリー 6 6 0 7、 音声入力部 6 6 0 8、 操作キ一 6 6 0 9等を含 む。 本発明は、 表示部 6 6 0 2を構成する電気回路に用いることができる。 また本発明により、 図 6 ( G) に示すビデオカメラが完成される。
図 6 (H) は携帯電話であり、 本体 6 7 0 1 , 筐体 6 7 0 2 , 表示部 6 7 0 3、 音声入力部 6 7 0 4、 音声出力部 6 7 0 5、 操作キ一 6 7 0 6、 外部 接続ポ一ト 6 7 0 7、 アンテナ 6 7 0 8等を含む。本発明は、 表示部 6 7 0 3を構成する電気回路に用いることができる。なお、表示部 6 7 0 3は黒色 の背景に白色の文字を表示することで携帯電話の消費電力を抑えることが できる。 また本発明により、 図 6 (H) に示す携帯電話が完成される。 以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、 あらゆる分野の電子機器に 用いることが可能である。 またここで示した電子機器は、本発明において示 したいずれの構成の半導体装置を用いても良い。

Claims

請求の範囲
1 . 基板上に形成された、 ゲート配線とソース配線が同一平面上に配置さ れており、前記ゲート配線と前記ソース配線が交差する領域において、前 記ゲート配線と前記ソ一ス配線が絶縁膜を介して交差していることを特 徴とする半導体装置。
2 .基板上に形成された、ゲート配線とソース配線が同一平面上に配置され ており、前記ゲート配線と前記ソース配線が交差する領域において、前記 ゲート配線と前記ソース配線は島状の絶縁膜を介して交差していること を特徴とする半導体装置。
3 .基板上にソース配線及びゲート配線を有し、前記ソース配線と前記ゲ一 ト配線の交差部では前記ソース配線と前記ゲート配線の間に島状の絶縁 膜が設けられており 非交差部では前記ソース配線と前記ゲ一ト配線は同 一絶縁表面上に形成されていることを特徴とする半導体装置。
4 . 請求項 2又は請求項 3において、
前記ゲート配線と前記ソース配線が交差する領域において、
前記ゲート配線を覆って前記島状の絶縁層が配置され、前記島状の絶縁層 の上部に前記ソース配線が配置されていることを特徴とする半導体装置。
5 . 請求項 2又は請求項 3において、
·前記ゲート配線と前記ソース配線が交差する領域において、
前記ソース配線を覆って前記島状の絶縁層が配置され、前記島状の絶縁層 の上部に前記ゲート配線が配置されていることを特徴とする半導体装置。
6 . 基板上に形成されたソース領域とソース配線を有し、 前記ソース領域とソース配線が同一平面で接続されていることを特徴と する半導体装置。
7 . 請求項 5において、
前記ソース領域とソース配線はコンタクトホールを介さず接続されてい ることを特徴とする半導体装置。
8 . 請求項 1乃至請求項 3のいずれか一項において、
前記ゲート配線またはソース配線の少なくとも一方は、金属粒子を含む溶 液を吐出して形成されたものであることを特徴とする半導体装置。
9 . 請求項 1乃至請求項 3のいずれか一項において、
前記ゲ一ト配線またはソース配線の少なくとも一方は 金属元素を含む溶 液を吐出して形成されたものであることを特徴とする半導体装置。
1 0 . 請求項 1において、
前記絶縁膜は絶縁材料を含む溶液を吐出して形成されたものであること を特徴とする半導体装置。
1 1 . 請求項 2又は請求項 3のいずれか一項において、
前記島状の絶縁層は絶縁材料を含む溶液を吐出して形成されたものであ ることを特徴とする半導体装置。
1 2 . 請求項 1乃至請求項 3及び請求項 5のいずれか一項において、 前記半導体装置は微結晶半導体を用いた薄膜トランジスタを有すること を特徴とする半導体装置。
1 3 . 請求項 1乃至請求項 3及び請求項 5のいずれか一項において、 前記半導体装置は有機半導体を用いた薄膜トランジス夕を有することを特 徴とする半導体装置。
1 4 . 基板上にゲート配線を形成し、 前記ゲート配線を覆って選択的に島 状の絶縁層を形成し、 前記ゲー卜配線と同一平面上ソース配線を形成 し、
前記ゲ一ト配線と前記ソース配線の交差する領域において、 前記ゲー ト配線と前記ソース配線を前記絶縁層を介して交差させて形成するこ とを特徴とする半導体装置の作製方法。
1 5 . 基板上にソース配線を形成し、 前記ソース配線を覆って選択的に島 状の絶縁層を形成し、 前記ソース配線と同一平面上にゲート配線を形 成し、
前記ソース配線と前記ゲート配線の交差する領域において、前記ソース 配線と前記ゲート配線を前記絶縁層を介して交差させて形成すること を特徴とする半導体装置の作製方法。
1 6 .基板上にゲー卜配線を形成し、前記ゲート配線を覆って選択的に島状 の絶縁層を形成し、 前記ゲート配線と同一平面上又は前記島状の絶縁層 上にソース配線を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
1 7 . 請求項 1 4乃至請求項 1 6のいずれか一項において、
前記ゲ一卜配線または前記ソース配線の少なくとも一方が、金属粒子を 含む溶液を吐出して形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
1 8 . 請求項 1 4乃至請求項 1 6のいずれか一項において、
前記ゲ一ト配線または前記ソース配線の少なくとも一方が、金属元素を 含む溶液を吐出して形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
1 9 . 請求項 1 4乃至請求項 1 6のいずれか一項において、
前記島状の絶縁層は、絶縁材料を含む溶液を吐出して形成することを特 徵とする半導体装置の作製方法。
2 0 . 請求項 1 4乃至請求項 1 6のいずれか一項において、
前記ゲート配線およびソ一ス配線がレーザ描画装置を用いて形成され ていることを特徴とする半導体装置の作製方法。
2 1 . 請求項 1乃至請求項 3及び請求項 5のいずれか一項において、
前記半導体装置を有する表示装置。
2 2 . 請求項 1乃至請求項 3及び請求項 5のいずれか一項において、
前記半導体装置を有するデジ夕ルスチルカメラ。
2 3 . 請求項 1乃至請求項 3及び請求項 5のいずれか一項において、
前記半導体装置を有するパーソナルコンピュータ。
2 4 . 請求項 1乃至請求項 3及び請求項 5のいずれか一項において、
前記半導体装置を有するモパイルコンピュータ。
2 5 . 請求項 1乃至請求項 3及び請求項 5のいずれか一項において、
前記半導体装置を有する画像再生装置。
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