JP4409231B2

JP4409231B2 - 半導体装置の作製方法

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Publication number: JP4409231B2
Application number: JP2003307074A
Authority: JP
Inventors: 康行荒井; 純一肥塚; 幸恵根本
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2003-08-29
Filing date: 2003-08-29
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2023-08-29
Also published as: JP2005079299A

Description

本発明は、液滴吐出法を用いて半導体領域に不純物をドーピングする方法に関する。

電気光学装置又は発光表示装置に代表されるアクティブマトリクス基板には、スイッチング素子として薄膜トランジスタ（TFT）が用いられている。TFTの半導体領域に所望の抵抗率を持たせるために、不純物導入法により、Ｎ型またはＰ型を付与する不純物（P（リン）、As（砒素）、B（ボロン）等）を半導体領域の一部に導入して、所望の抵抗率を有するソース領域又は／及びドレイン領域を形成している。

上記の不純物導入法としては、非質量分離型であるイオンドーピング法、プラズマドーピング法などがある。また、質量分離型であるイオン注入法がある。現在、不純物濃度及び深さ分布を容易に制御することが容易であるため、非質量分離型であるイオンドーピング法がアクティブマトリクス基板の製造工程に汎用されている。

また、不純物導入法としては、レーザドーピング法も使用されている。レーザドーピング法は、不純物を含むガス中に半導体領域を晒し、その表面にレーザ光を照射して、半導体領域を溶融し、不純物を添加及び活性化する方法である（特許文献１参照）。
特開平５−３２６４３０号公報

しかしながら、イオンドーピング法、プラズマドーピング法、イオン注入法は、高真空プロセスである。このため、装置のコストが増大すると共に、スループットが低いという問題がある。また、真空プロセスであるため、装置の大きさにも制限があり、この結果大基板上に形成された半導体領域への不純物の導入が困難であり、スループットが低いという問題がある。

また、これらの方法を低真空中または大気圧雰囲気で行うと、高電圧印加による異常放電の発生、原料ガスとイオン流との衝突及び拡散による加速電圧が困難であり、イオン粒の直進性制御の困難である。また、原料ガスとして、有毒であり、かつ可燃性であるフォスフィン、ジボラン等のガスを用いるため、大気圧での使用は危険であるという問題がある。

また、上記の方法を用いて半導体領域に不純物を導入する際には、所望の領域に導入するためにフォトリソグラフィー工程により作製するレジストマスクが必要である。しかしながら、フォトリソグラフィー工程により、アクティブマトリクス基板を作製するための工程が増加し、歩留まりの低下が生じるという問題がある。

また、レーザドーピング法では、半導体領域に導入する不純物量の制御が困難であり、不純物を均一に拡散させることが困難である。

上記の問題を鑑み、本発明では安全で、スループットが高く、少ない工程で不純物を半導体領域に導入する方法を提案することを目的とする。また、歩留まり高く大型のアクティブマトリクス基板を作製する方法を提案することを目的とする。

本発明は、半導体領域上に液滴吐出法により不純物元素を含む溶液を吐出した後、レーザ光を照射して半導体領域を溶融すると共に、不純物元素を添加及び活性化して不純物領域を形成することを特徴とする。

また、本発明は、絶縁表面を有する基板上に半導体膜を成膜し、該半導体膜の所望の領域に不純物元素を含む溶液を吐出し、レーザ光を照射することによって半導体領域にｎ型またはｐ型を呈する領域を有する半導体素子を作製することを特徴とする。また、上記のような半導体素子を有するアクティブマトリクス基板を作製することを特徴とする。

ｎ型を付与する不純物元素としては、リン（Ｐ）又はヒ素（Ａｓ）があり、ｐ型を付与する不純物元素としては、ボロン（Ｂ）が挙げられる。また、半導体領域においてｎ型またはｐ型を呈する領域は、低濃度不純物領域と高濃度不純物領域とがある。

なお、本発明において、ｎ型またはｐ型を付与する不純物元素を有する溶液、すなわち不純物元素の供給源としては、溶液、即ち粘性の低いものが好ましい。不純物元素の供給源として溶液を用いると、レーザ光を照射した後、吐出領域に残存しにくい。このため、この供給源を除去する工程を必要とせず、スループットを高めることができるためである。

本発明により、真空プロセスを経ずとも不純物元素濃度を制御しつつ半導体領域へ不純物を導入すること可能である。このため、大面積基板上にＴＦＴを作製することが可能であり、スループットを向上することができる。また、大型のアクティブマトリクス基板を作製することができる。また、ソース領域及びドレイン領域を形成するために、フォトリソグラフィー工程が必要ないため、ＴＦＴを作製するための工程が減少し、歩留まりが向上する。また、ｎ型またはｐ型の不純物を導入するための供給源として溶液を用いているため、供給源を除去する工程を必要とせず、工程数を削減することができるため、歩留まりが向上する。さらには、不純物元素の供給源が溶液であるため、濃度の制御が容易である。このため、不純物領域の濃度を容易に制御することができると共に、オフセット構造、セルフアライン構造、ゲート電極に覆われた不純物領域等の任意の構造を有するＴＦＴを容易に作製することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、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、本発明は本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。以下、実施形態及び実施例では、半導体素子としてＴＦＴを用いて説明するが、これにのみ限定されるものではなく、適宜発明を適応してＭＯＳトランジスタ、バイポーラトランジスタ、さらには記憶素子、ダイオード、光電変換素子、抵抗素子、コイル、容量素子、インダクタ等の作製工程に適応できる。

（第１実施形態）
本実施形態は、半導体領域において、高濃度不純物領域を有する半導体素子の形成方法を図１を用いて説明する。

まず、図１（Ａ）に示すように、基板１０１上にプラズマＣＶＤ法、スパッタリング法、ＳＯＧ（Spin On Glass）法、又はスピンコート法等の公知の手法を用いて、下地絶縁膜１０２を形成する。基板１０１としては、ガラス基板や石英基板やシリコン基板、金属基板またはステンレス基板の表面に絶縁膜を形成したものを用いても良い。また、処理温度に耐えうる耐熱性を有するプラスチック基板を用いてもよい。基板の大きさは、任意であるが６００ｍｍ×７２０ｍｍ、６８０ｍｍ×８８０ｍｍ、１０００ｍｍ×１２００ｍｍ、１１００ｍｍ×１２５０ｍｍ、１１５０ｍｍ×１３００ｍｍ、１５００ｍｍ×１８００ｍｍ、１８００ｍｍ×２０００ｍｍ、２０００ｍｍ×２１００ｍｍ、２２００ｍｍ×２６００ｍｍ、または２６００ｍｍ×３１００ｍｍのような大面積基板を用いることができる。

下地絶縁膜１０２としては、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜などの絶縁膜からなる単層膜または２層以上積層させた構造下の地膜を形成する。

次いで、下地絶縁膜上に半導体領域を形成する。半導体領域は、非晶質構造を有する半導体膜（以下、非晶質半導体膜と示す。）を公知の手段（スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、またはプラズマＣＶＤ法等）により成膜する。または、公知の結晶化処理（レーザー結晶化法、熱結晶化法、または、非晶質半導体膜の結晶化を促進させるためニッケルなどの金属を用いた熱結晶化法等）によって、非晶質半導体膜を結晶化して得られる結晶性半導体膜を成膜する。次に、上記非晶質半導体膜又は結晶性半導体膜上に、フォトリソグラフィー工程によりレジストマスクを形成した後、エッチングして所望の形状を有する半導体領域１０３を形成する。

半導体領域の厚さは２５〜８０ｎｍ（好ましくは３０〜６０ｎｍ）の厚さで形成する。結晶性半導体膜の材料に限定はないが、好ましくはシリコンまたはシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）合金などで形成すると良い。また、非晶質半導体膜又は結晶性半導体膜のほかに、微結晶半導体膜を用いて半導体領域を形成することができる。

微結晶半導体膜とは、非晶質と結晶構造（単結晶、多結晶を含む）の中間的な構造を有し、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領域を含んでいる。少なくとも膜中の一部の領域には、０．５〜２０nmの結晶粒を含んでいる。

微結晶半導体膜は、珪化物気体をグロー放電分解（プラズマＣＶＤ）して形成する。珪化物気体としては、ＳｉＨ₄、Ｓｉ₂Ｈ₆、ＳｉＨ₂Ｃｌ₂、ＳｉＨＣｌ₃、ＳｉＣｌ₄、ＳｉＦ₄などを用いる。また、この珪化物気体をＨ₂、又は、Ｈ₂とＨｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｎｅから選ばれた一種または複数種の希ガス元素で希釈しても良い。希釈率は２〜１０００倍の範囲であることが好ましい。このときの、圧力は概略０．１Ｐａ〜１３３Ｐａの範囲であり、電源周波数は１ＭＨｚ〜１２０ＭＨｚ、好ましくは１３ＭＨｚ〜６０ＭＨｚとする。基板加熱温度は３００℃以下でよく、好ましくは１００〜２５０℃である。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１×１０²⁰cm^-1以下とすることが望ましく、特に、酸素濃度は５×１０¹⁹/cm³以下、好ましくは１×１０¹⁹/cm³以下とする。

なお、半導体膜を成膜後に、半導体膜全面に液滴吐出法又は塗布法により、ｐ型を付与する不純物元素を有する溶液を吐出してもよい。ここでは、溶液の濃度は、後に形成される半導体膜の不純物濃度が１×１０¹⁴〜６×１０¹⁶となるように適時調整する。次に、レーザ光を照射して半導体膜に不純物を添加することができる。このときの半導体膜中のボロンの濃度を、１×１０¹⁴〜６×１０¹⁶atoms/cm³とする。この工程により、後に形成されるTFTのしきい値を制御することができる。この工程に代えて、半導体膜の成膜時に、Ｂ₂Ｈ₆、ＢＦ₃などの不純物気体を１ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍの割合で珪化物気体に混入させてもよい。

次に、液滴吐出法により、ヘッド１０７から半導体領域の一部にｎ型またはｐ型を付与する不純物元素を有する溶液１０５ａ、１０５ｂを吐出する。ｎ型を付与する不純物元素としては、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）等があげあれ、ｐ型を付与する不純物元素としては、ボロン（Ｂ）が上げられる。溶液が水溶液の場合、半導体領域表面と水との濡れ性があまり良くないため、濡れ性を向上させるため、あらかじめ半導体領域の表面に極薄い酸化膜を形成しておくとよい。この酸化膜は、オゾン水の塗布、プラズマ処理による表面の酸化、酸素を含む雰囲気中で紫外線を照射してオゾンを発生させて表面を酸化する事によって形成できる。また、溶液の溶媒としては、有機溶媒なども使用することができる。有機溶媒の代表例としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、四塩化炭素、クロロホルム、エーテル、エタノールなどが使用できる。なお、この場合は、半導体膜表面に酸化膜は形成しなくともよい。さらに、塗布する液体は溶液に限らず、均一分散液、コロイド溶液などを用いることもできる。

ヘッド１０７に具備されるノズルの径は、０．１〜５０μｍ（好適には０．６〜２６μｍ）とし、該ノズルから吐出される組成物の吐出量は０．００００１ｐｌ〜５０ｐｌ（好適には０．０００１〜１０ｐｌ）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しており、例えば、径が０．６μｍのノズルを用いると、吐出量は０．０００１ｐｌとなり、径が０．７μｍのパターンを形成することができる。また、径が１．２μｍのノズルを用いると、吐出量は０．００１ｐｌとなり、径が１．５μｍのパターンを形成することができる。

ｎ型またはｐ型を付与する不純物元素を有する溶液を半導体領域上に吐出する方法に関しては、ヘッド１０７を移動してもよいし、ヘッド１０７を固定して、被処理物である基板が設置されたステージを移動させてもよい。但し、ヘッド１０７を移動する場合、組成物の加速度や、ヘッド１０７に具備されたノズルと被処理物との距離とその環境を考慮して行う。

液滴吐出法には、オンデマンド型とコンティニュアス型の２つの方式があるが、オンデマンド型を用いることが好適である。また液滴吐出法において用いるヘッドには大別して、圧電方式、バブルジェット(登録商標)方式があるが、本発明では、どちらの方法も使用することができる。圧電方式は圧電体の電圧印加により変形する性質を利用したものであり、バブルジェット(登録商標)方式はノズル内に設けられたヒータにより組成物を沸騰させ、該組成物を吐出するものである。圧電方式を利用した場合には、圧電素子に印加する電圧の波形を制御することによって、その吐出量を制御できる利点を有する。通常、同じ量の組成物を連続的に吐出するが、開口部は、下から上に向かって径が大きくなる傾向があるため、予め開口部の径をセンサ等により測定しておき、その開口部の径に合わせた量を吐出すると、上記圧電方式の利点をうまく活用することができる。

次に、図１（Ｂ）に示すように、半導体領域全体、特に不純物を含む溶液が塗布された半導体領域にレーザ光１１１を照射する。この工程により、図１（Ｃ）に示すように、不純物を含む溶液が塗布された半導体領域の一部または全部を溶融し、不純物を拡散し、Ｎ型またはＰ型を付与する不純物元素の濃度が１×１０²⁰/cm³〜１×１０²¹/cm³である不純物領域１２１ａ、１２１ｂを形成する。また、結晶性半導体膜が、非晶質半導体膜の結晶化を促進させるためニッケルなどの金属を用いた熱結晶化法により形成された場合、金属元素を不純物領域に偏析することができる。この工程により、後に形成されるＴＦＴのオフ電流を制御することができる。

このとき用いることが可能なレーザ光は、気体レーザ、固体のレーザ又は金属レーザから照射されたパルス発振又は連続発振のレーザ光であって、波長域が可視から真空紫外であるレーザ光である。

気体レーザから照射され、かつ波長域が可視から真空紫外であるパルス発振のレーザ光又は連続発振のレーザ光の代表例としては、パルス発振のＸｅＣｌ，ＫｒＣｌ，ＡｒＦ、ＫｒＦ，ＸｅＦなどのエキシマレーザから照射されるレーザ光、連続発振のＡｒレーザ、Ｋｒレーザなどの気体レーザから照射されるレーザ光があげられる。

固体レーザから照射され、かつ波長域が可視から真空紫外であるパルス発振のレーザ光又は連続発振のレーザ光の代表例としては、パルス発振又は連続発振でＣｒ³⁺、Ｃｒ⁴⁺、Ｎｄ³⁺、Ｅｒ³⁺、Ｃｅ³⁺、Ｃｏ²⁺、Ｔｉ³⁺、Ｙｂ³⁺又はＶ³⁺がドーピングされたＹＡＧレーザ、ＹＶＯ₄レーザ、ＹＬＦレーザ、などの第２高調波〜第４高調波、或いはガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイヤレーザ等の固体レーザから照射されるレーザ光があげられる。

金属レーザから照射され、かつ波長域が可視から真空紫外であるパルス発振のレーザ光又は連続発振のレーザ光の代表例としては、ヘリウムカドミウム等のレーザから照射される連続発振のレーザ光、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザ等から照射されるパルス発振のレーザ光があげられる。

また、レーザ発振器を光源とするレーザ光を光学系にて線状、楕円状、又は面状に集光して照射すると、短時間でより多くの領域にレーザ光を照射することが可能であるため好ましい。

レーザ光の照射条件は適宜設定されるが、エキシマレーザを用いる場合はパルス発振周波数３００Ｈｚとし、レーザーエネルギー密度を１００〜７００mJ/cm²（好ましくは２００〜３００mJ/cm²）とすると良い。またＹＡＧレーザを用いる場合には、その第２高調波を用いてパルス発振周波数１〜３００Hzとし、レーザーエネルギー密度を３００〜１０００mJ/cm²（好ましくは３５０〜５００mJ/cm²）とすると良い。そして幅１００〜１０００μｍ（好ましくは幅４００μｍ）で線状に集光したレーザ光を基板全面に渡って照射し、このときの線状ビームの重ね合わせ率（オーバーラップ率）を５０〜９８％として行っても良い。また、パルス発振と連続発振を組み合わせた所謂ハイブリッドのレーザ照射方法を用いてもよい。

次に、図１（Ｃ）に示すように、半導体領域を覆う絶縁膜１２３を形成する。絶縁１２３はプラズマＣＶＤ法、スパッタ法、またはスピンコート法等の公知の手法を用い、厚さを４０〜１５０ｎｍとして、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜を形成する。また、絶縁膜１２３に、アクリル、ベンゾシクロブテン、パリレン、フレア、ポリイミド等の低誘電率材料（好ましくは、比誘電率が４以下の材料）を用いると、半導体領域と後に形成される電極との間に生じる寄生容量を低減することができるため好ましい。なお、この絶縁膜１２３はＴＦＴのゲート絶縁膜となる。

次に、膜厚１００〜６００ｎｍの導電膜を成膜する。ここでは、スパッタ法を用い、Ｗ膜からなる導電膜を形成する。なお、導電膜をＷとしたが、特に限定されず、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕから選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料の単層、またはこれらの積層で形成することができる。また、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコン膜に代表される半導体膜を用いても形成することができる。

次いで、公知のフォトリソグラフィー工程によりレジストマスク（図示しない。）を形成し、ドライエッチング法またはウェットエッチング法を用いて導電膜をエッチングして、導電層１２４を形成する。なお、導電層１２４はＴＦＴのゲート電極となる。

なお、この工程に代えて、液滴吐出法により、不純物領域で挟まれる領域とゲート絶縁膜とが重畳する領域上に、導電体を溶媒に溶解又は分散させたものを吐出し、溶媒を蒸発して導電層１２４を形成しても良い。導電体は銀、金、銅、ニッケル、白金、パラジウム、イリジウム、ラフニウム、タングステン、アルミニウム等の金属、カドミウム、亜鉛等の金属硫化物、鉄、チタン、シリコン、ゲルマニウム、ジルコニウム、バリウム等の酸化物、ハロゲン化銀等塩化物の微粒子又は分散性ナノ粒子を用いることができる。

このときの溶媒としては、酢酸ブチル、酢酸エチル等のエステル類、イソプロピルアルコール、エチルアルコール等のアルコール類、メチルエチルケトン、アセトン等の有機溶媒を用いることが好ましい。

このとき、溶媒を蒸発する工程としては、乾燥の工程と焼成（加熱処理）の工程の一方又は両方の工程を行う。乾燥と焼成の工程は、両工程とも加熱処理の工程であるが、その目的、温度と時間が異なるものである。例えば、乾燥は１００℃で３分間、焼成は２００〜３５０℃で１５分間〜３０分間で行う。乾燥の工程、焼成の工程は、常圧下又は減圧下で、レーザ光の照射や瞬間熱アニール、加熱炉などにより行う。

乾燥と焼成の工程を良好に行うために、基板を加熱しておいてもよく、そのときの温度は、絶縁膜の材質に依存するが、一般的には２００〜８００度（好ましくは２５０〜４５０度）とする。本工程により、組成物中の溶媒の揮発、又は化学的に分散剤を除去するとともに、周囲の樹脂が硬化収縮することで、ナノ粒子間を接触させ、融合と融着を加速する。

また、乾燥及び焼成の工程において、レーザ光の照射を採用することができる。このとき用いることが可能なレーザ光は、図１（Ｂ）のレーザ光１１１と同様のものを用いることができる。なお、層間絶縁膜として有機絶縁膜を用いた場合、レーザ光の照射による加熱処理は、該層間絶縁膜１２６が破壊しないように、数マイクロ秒から数十秒の間で瞬間的に行うとよい。

また、乾燥及び焼成の工程において、瞬間熱アニール（ＲＴＡ）を採用することができる。これは、不活性ガスの雰囲気下で、紫外光乃至赤外光を照射する赤外ランプやハロゲンランプなどを用いて、急激に温度を上昇させ、数分〜数マイクロ秒の間で瞬間的に熱を加えて行う。この処理は瞬間的に行うために、実質的に最表面の薄膜のみを加熱することができ、下層の膜には影響を与えない。つまり、層間絶縁膜１２６として、有機絶縁膜を用いた場合であっても、該有機絶縁膜には影響を与えない。

次に、ゲート絶縁膜１２３及びゲート電極１２４上に、水素を含む絶縁膜（図示しない）を成膜した後、４００〜５００度に加熱して半導体領域の水素化を行ってもよい。

次いで、ＣＶＤ法、塗布法等の公知の手法により、無機材料（酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコンなど）、又は有機材料（ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、ベンゾシクロブテン、またはシロキサンポリマー）を主成分とする材料を用いて層間絶縁膜１２６を形成する。塗布法により層間絶縁膜の原料を基板上に塗布した場合は、必要に応じて原料を焼成する。なお、層間絶縁膜の原料としてシロキサンポリマーを用いると、シリコンと酸素を骨格構造に有し、側鎖に水素又は／及びアルキル基を有する構造の層間絶縁膜となる。

次いで、フォトリソグラフィー工程を用いて層間絶縁膜上にレジストマスク１２７ａ〜１２７ｃを形成する。なお、この工程に代えて、液滴吐出法により、任意の領域にレジストを吐出し、露光してレジストマスクを形成しても良い。

つぎに、レジストマスク１２７ａ〜１２７ｃを用いて、層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する。コンタクトホールは、ウエットエッチング、ドライエッチング等の公知のエッチング工程によって形成する。また、この工程に代わって、層間絶縁膜に感光性材料を用い、ウェットエッチングによりコンタクトホールを形成することができる。

この後、導電膜を成膜した後、フォトリソグラフィー工程を用いてエッチングを行い、電極１３１ａ、１３１ｂを形成する。なお、この工程に代えて、液滴吐出法により、コンタクトホールに導電体を溶媒に溶解又は分散させたものを吐出し、乾燥及び焼成を行い電極を形成することができる。また、この工程に加え、リフロー工程によって電極表面を平坦化して、電極１３１ａ、１３１ｂを形成することができる。

また、層間絶縁膜１２６として有機材料を用いた場合、脱ガス等の防止から、Ｔｉ（チタン）、ＴｉＮ（チタンナイトライド）、ＴｉＳｉｘやＭｏＳｉｘなどのシリサイド膜やポリシリコン膜、Ｎｂ、ＴｉＯＮ、Ｗ（タングステン）、ＷＮ、ＴｉＷＮ、Taなどの材料を用いて、バリア膜を形成してもよい。バリア膜は、単層又は積層構造のいずれでも構わない。このバリア膜を形成することで、層間絶縁膜と電極との密着性を高め、埋め込み性を付与し、さらにコンタクト抵抗の低減と安定化をもたらすことができる。

なお、本実施形態では、図１（Ｄ）に示すように、ゲート電極１２４とソース領域及びドレイン領域１２１ａ、１２１ｂとがセルフアライン構造を有しているが、ゲート電極の形成位置、またはソース領域及びドレイン領域の形成位置によって図２（Ａ）に示すように、ゲート電極１２４とソース領域及びドレイン領域２０１ａ、２０１ｂとの間にオフセット領域２０２ａ、２０２ｂがある構造のＴＦＴや、図２（Ｂ）に示すように、ソース領域及びドレイン領域２１１ａ、２１１ｂの一部がゲート電極１２４に覆われている（図２（Ｂ）の領域２１２ａ、２１２ｂ）構造のＴＦＴを作製することができる。

また、本実施形態では、不純物領域を形成した後、ゲート絶縁膜及びゲート電極を順次形成しているが、この工程に限らず、半導体領域上にゲート絶縁膜及びゲート電極を形成した後、半導体領域を覆うゲート絶縁膜の一部をエッチングして、そこに不純物元素を有する溶液を吐出し、レーザ光を照射して不純物領域を形成しても良い。

本発明により、真空プロセスを経ずとも不純物元素濃度を制御しつつ半導体領域へ不純物元素を導入すること可能である。このため、大面積基板を用いてＴＦＴを作製することが可能であり、スループットを向上することができる。また、ソース領域及びドレイン領域を形成するために、フォトリソグラフィー工程が必要ないため、ＴＦＴを作製するための工程が減少し、歩留まりが向上する。また、ｎ型またはｐ型の不純物を導入するための供給源として溶液を用いているため、供給源を除去する工程を必要とせず、工程数を削減することができるため、歩留まりが向上する。さらには、不純物元素の供給源が溶液であるため、濃度の制御が容易である。このため、不純物領域の濃度を容易に制御することができると共に、オフセット構造、セルフアライン構造、ゲート電極に覆われた不純物領域等の任意の構造を有するＴＦＴを容易に作製することができる。

（第２実施形態）
本実施形態では、低濃度不純物領域及び高濃度不純物領域を有するＴＦＴの作製工程について、図３を用いて説明する。

図３（Ａ）に示すように、第１実施形態と同様に、基板１０１上に下地絶縁膜１０２を形成し、その上に、非晶質半導体膜又は結晶性半導体膜で形成される半導体領域を形成する。ここでは、非晶質半導体膜で形成される半導体領域３０３形成する。

次に、図３（Ｂ）に示すように、第１の吐出工程として、ヘッド１０７から半導体領域の一部にｎ型またはｐ型を付与する不純物元素を有する第１の溶液３０１ａ、３０１ｂを吐出する。ここでは、第１の溶液の濃度は、後に形成される低濃度不純物領域の不純物濃度が１×１０¹⁷/cm³〜１×１０¹⁹/cm³となるように適時調整する。この後、第１のレーザ光３０２を照射し、半導体領域の一部を溶融して不純物を半導体領域に添加し、活性化する。第１のレーザ光は、第１実施形態で述べたレーザ光１１１と同様の種類のものを採用することができる。この工程により、第１の溶液３０１ａ、３０１ｂが吐出された半導体領域は、図３（Ｃ）に示すように、低濃度不純物領域３１１ａ、３１１ｂとなり、第１の溶液が吐出されない半導体領域では、結晶性半導体膜３１２が形成される。この領域は、後に形成されるＴＦＴのチャネル形成領域となる。即ち、この工程により半導体領域の結晶化と不純物領域を同時に形成することができる。

次に、図３（Ｃ）に示すように、第２の吐出工程として、ヘッド（図示せず）から半導体領域の一部にｎ型またはｐ型を付与する不純物元素を有する第２の溶液３１３ａ、３１３ｂを吐出する。ここでは、第２の溶液は、後に形成される高濃度不純物領域の不純物濃度が１×１０²⁰/cm³〜１×１０²¹/cm³となるように適時調整する。この後、第２のレーザ光３１５を照射し、半導体領域の一部を溶融して不純物を半導体領域に添加し、活性化する。この工程により、第２の溶液３１３ａ、３１３ｂが吐出された半導体領域は、図３（Ｄ）に示すように、高濃度不純物領域（ソース領域及びドレイン領域）３２１ａ、３２１ｂとなる。

次に、図３（Ｄ）に示すように、第１実施形態と同様の工程によって、ゲート絶縁膜１２３、ゲート電極１２４、層間絶縁膜１２６、ソース領域及びドレイン領域に接するソース電極及びドレイン電極１３１ａ、１３１ｂを形成する。

本実施形態では、チャネル形成領域と低濃度不純物領域との界面上に、ゲート電極の端部が形成されている構造を示したがこれに限られない。ゲート電極の形成位置、またはソース領域及びドレイン領域の形成位置によって、ゲート電極の一部が低濃度不純物領域を覆う構造のＴＦＴや、ゲート電極の端部がチャネル形成領域上に形成されている構造のＴＦＴも形成することができる。

また、上記の工程において、第１の溶液を吐出しレーザ光を照射して低濃度不純物領域を形成し、その後、第２の溶液を吐出してレーザ光を照射して高濃度不純物領域部を形成する工程に代えて、第２の溶液を吐出しレーザ光を照射して高濃度不純物領域を形成したのちに、第１の溶液を半導体領域に吐出しレーザ光を照射して、低濃度不純物領域を形成してもよい。

さらには、半導体領域上にゲート絶縁膜及びゲート電極を形成した後、半導体領域を覆うゲート絶縁膜の一部をエッチングして、そこに不純物元素を有する溶液を吐出し、レーザ光を照射して不純物領域を形成しても良い。

本発明により、真空プロセスを経ずとも不純物元素濃度を制御しつつ半導体領域へ不純物元素を導入すること可能である。このため、大面積基板を用いてＴＦＴを作製することが可能であり、スループットを向上することができる。また、ソース領域及びドレイン領域を形成するために、フォトリソグラフィー工程が必要ないため、ＴＦＴを作製するための工程が減少し、歩留まりが向上する。また、ｎ型またはｐ型の不純物元素を導入するための供給源として溶液を用いているため、供給源を除去する工程を必要とせず、工程数を削減することができるため、歩留まりが向上する。さらには、不純物元素の供給源が溶液であるため、濃度の制御が容易であると共に、低濃度不純物領域を有する構造、オフセット構造、セルフアライン構造、ゲート電極に覆われた不純物領域等の任意の構造を有するＴＦＴを容易に作製することができる。

（第３実施形態）
本実施形態では、ソース電極及びドレイン電極と共にゲート電極を液滴吐出法及びレーザ照射法によって形成する工程について、図４を用いて説明する。

図４（Ａ）に示すように、第１実施形態と同様に、基板１０１上に下地絶縁膜１０２を形成し、その上に、非晶質半導体膜又は結晶性半導体膜で形成される第１の半導体領域１０３を形成する。本実施形態では、結晶性半導体膜で形成される半導体領域１０３を形成する。次に、ヘッド１０７から半導体領域の一部にｎ型またはｐ型を付与する不純物元素を有する第１の溶液４０１ａ、４０１ｂを吐出する。第１の溶液の濃度は、後に形成される高濃度不純物領域の不純物濃度が１×１０²⁰/cm³〜１×１０²¹/cm³となるように適時調整する。

次に、図４（Ｂ）に示すように、第１のレーザ光４０３を照射し、半導体領域の一部を溶融して不純物を半導体領域に添加し、不純物を活性化する。この工程により、図４（Ｃ）に示すような不純物領域（ソース領域及びドレイン領域）１２１ａ、１２１ｂを形成する。

次に、図４（Ｃ）に示すように、ゲート絶縁膜１２３を成膜し、次にゲート絶縁膜上の一部に非晶質半導体膜又は結晶性半導体膜を成膜した後、公知のフォトリソグラフィー工程ののち、一部をエッチングして所望の形状を有する第２の半導体領域４１３を形成する。この工程の代わりに、液滴吐出法によって、珪素化合物を含む溶液を滴下し、焼成して半導体領域を形成することができる。次に、第２の半導体領域上に、ヘッド（図示しない）からｎ型またはｐ型を付与する不純物元素を有する第２の溶液４１５を吐出する。本実施形態では、ｎ型を付与するリン元素を含む溶液を塗布する。ここでは、第２の溶液の濃度は後に形成されるゲート電極の不純物濃度が１×１０¹⁹/cm³〜１×１０²¹/cm³となるように適時調整する。この後、第２のレーザ光４１７を照射し、半導体領域の一部を溶融して不純物を半導体領域に添加し、活性化する。このようにしてゲート電極（図４（Ｄ）の領域４２１）を形成する。

次に、図４（Ｄ）に示すように、第１実施形態と同様の工程によって、ゲート絶縁膜１２３、ゲート電極１２６、層間絶縁膜１２６、ソース領域及びドレイン領域に接するソース電極及びドレイン電極１３１ａ、１３１ｂを形成する。

なお、本実施形態では、チャネル形成領域と低濃度不純物領域との界面上に、ゲート電極の端部が形成されている構造を示したがこれに限られない。第１実施形態に示されるように、ゲート電極の形成位置、またはソース領域及びドレイン領域の形成位置によって、ゲート電極の一部が低濃度不純物領域を覆う構造のＴＦＴや、ゲート電極の端部がチャネル形成領域上に形成されている構造のＴＦＴも形成することができる。また、第２実施形態で示されるような、低濃度不純物領域を有する構造のＴＦＴも作製することができる。

また、半導体領域上にゲート絶縁膜、ゲート電極となる半導体領域を形成し、次に、ゲート電極の露出している部分を除去する。こののち、ｎ型またはｐ型を付与する不純物元素を有する溶液を半導体領域上及びゲート電極となる半導体領域上に吐出し、レーザ光を照射して、ソース領域及びドレイン領域となる不純物領域と、ゲート電極となる不純物領域を同時に形成しても良い。この工程により、不純物元素を含む溶液の吐出回数及びレーザ光の照射工程数が減るため、スループットが向上する。

（第４実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる工程によってＴＦＴを形成する工程について、図１１を用いて説明する。

図１１（Ａ）に示すように、第１実施形態と同様に、基板１０１上に下地絶縁膜１０２を形成し、その上に、非晶質半導体膜又は結晶性半導体膜１１０１を形成する。本実施形態では、非晶質半導体膜を形成する。次に、ヘッド１０７から半導体領域の一部にｎ型またはｐ型を付与する不純物元素を有する溶液１１０２ａ〜１１０２ｆを吐出する。第１の溶液の濃度は、後に形成される高濃度不純物領域の不純物濃度が１×１０²⁰/cm³〜１×１０²¹/cm³となるように適時調整する。

次に、図１１（Ｂ）に示すように、レーザ光１１１を照射し、非晶質珪素膜の一部を溶融して不純物を半導体領域に添加し、不純物を活性化する。この工程により、図１１（Ｃ）に示すように、不純物領域１１１１ａ〜１１１１ｆを形成する。なお、この工程により、非晶質珪素膜１１０１の一部又は全部が結晶化され、不純物領域を有する半導体膜１１１２となる。

次に、図１１（Ｄ）に示すように、不純物領域を有する半導体膜１１１２を所望の形状にエッチングして、不純物領域を有する半導体領域１１２１〜１１２３を形成する。

次に、図１１（Ｅ）に示すように、第１実施形態と同様の工程によって、ゲート絶縁膜１２３、ゲート電極１１３１〜１１３３、層間絶縁膜１２６、ソース領域及びドレイン領域に接するソース電極及びドレイン電極１１３４ａ〜１１３６ａ、１１３４ｂ〜１１３６ｂを形成する。

なお、本実施形態では、チャネル形成領域と低濃度不純物領域との界面上に、ゲート電極の端部が形成されている構造を示したがこれに限られない。第１実施形態に示されるように、ゲート電極の形成位置、またはソース領域及びドレイン領域の形成位置によって、ゲート電極の一部が低濃度不純物領域を覆う構造のＴＦＴや、ゲート電極の端部がチャネル形成領域上に形成されている構造のＴＦＴも形成することができる。また、第２実施形態で示されるような、低濃度不純物領域を有する構造のＴＦＴも作製することができる。不純物領域と、ゲート電極となる不純物領域を同時に形成しても良い。この工程により、不純物元素を含む溶液の吐出回数及びレーザ光の照射工程数が減るため、スループットが向上する。

本発明により、真空プロセスを経ずとも不純物元素濃度を制御しつつ半導体領域へ不純物元素を導入すること可能である。このため、大面積基板を用いてＴＦＴを作製することが可能であり、スループットを向上することができる。また、ｎ型またはｐ型の不純物元素を導入するための供給源として溶液を用いているため、供給源を除去する工程を必要とせず、工程数を削減することができるため、歩留まりが向上する。さらには、不純物元素の供給源が溶液であるため、濃度の制御が容易であると共に、低濃度不純物領域を有する構造、オフセット構造、セルフアライン構造、ゲート電極に覆われた不純物領域等の任意の構造を有するＴＦＴを容易に作製することができる。

本実施例は、本発明を適用した半導体装置の作製工程について、図５を用いて説明する。より詳しくは、Ｎチャネル型トランジスタ及びＰチャネル型トランジスタを同一基板上に形成する作製工程について説明する。

図６（Ａ）に示すように、絶縁表面を有する基板１０１上に、下地膜１０２として、公知の方法（プラズマＣＶＤ法等）により、窒化酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜などの珪素を含む絶縁膜を単層又は積層形成する。基板１０１としては、ガラス基板、石英基板等を用いる。

次に、公知の方法（スパッタリング法、ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等）により２５〜１００ｎｍの厚さで非晶質半導体を形成する。次に、非晶質半導体を公知の結晶化法（レーザ結晶化法、ＲＴＡ又はファーネスアニール炉を用いる熱結晶化法、結晶化を助長する金属元素を用いる熱結晶化法等）を用いて結晶化させる。そして、得られた結晶性半導体を所望の形状にパターニングして半導体領域１０３、１０４を形成する。

次に、半導体領域表面にオゾン水を塗布して、表面に極めて薄い酸化膜成膜して、塗れ性を高めた後、液滴吐出法により、ヘッド１０７、１０８から半導体領域の一部にそれぞれｎ型を付与する不純物元素を有する溶液５０１ａ、５０１ｂと、ｐ型を付与する不純物元素を有する溶液５０２ａ、５０２ｂを吐出する。ここでは、ｎ型を付与する不純物元素を有する溶液としてリン酸アンモニウム水溶液を用い、ｐ型を付与する不純物元素を有する溶液としてホウ酸水溶液を用いる。

次に、図５（Ｂ）に示すように、半導体領域全体、特に不純物を含む溶液が塗布された半導体領域にレーザ光１１１を照射する。この工程により、不純物を含む溶液が塗布された半導体領域の一部または全部を溶融し、不純物を拡散すると共に、不純物を活性化する。この工程により、図５（Ｃ）に示す不純物濃度が１×１０²⁰/cm³〜１×１０²¹/cm³の不純物領域５０３ａ、５０３ｂ、５０４ａ、５０４ｂを形成する。

次に、図５（Ｃ）に示すように、半導体領域１０３、１０４を覆うゲート絶縁膜１２３を形成する。ゲート絶縁膜１２３は、公知の方法（スパッタ法等）を用いて珪素を含む絶縁膜等により形成する。

次に、液滴吐出法により、導電体を有する溶液を吐出し、溶媒を蒸発させて、ゲート絶縁膜１２３上に、膜厚１０〜８００ｎｍのゲート電極５１１、５１２を形成する。ここでは、ソース領域及びドレイン領域５０３ａ、５０３ｂ、５０４ａ、５０４ｂの間に形成されるチャネル形成領域５０５、５０６とゲート絶縁膜１２３が重畳する領域に銀ナノ粒子が分散した溶液を吐出し、その後加熱して溶媒を蒸発して、ゲート電極５１１、５１２を形成する。

次に、感光性樹脂を塗布し焼成して層間絶縁膜５１３を形成する。ここでは、ネガ型感光性であるアクリル樹脂を塗布し、焼成する。

次に、層間絶縁膜５１３上の所望の領域に、液滴吐出法により、遮光性を有する溶液を吐出し、必要に応じて加熱してマスク５１４ａ〜５１４ｄを形成する。ここでは、遮光性を有する溶液として、クロムを分散させた溶液を塗布しマスクとする。また、層間絶縁膜にネガ型感光性樹脂を用いているため、マスクはコンタクトホールを形成する領域に塗布する。この後、層間絶縁膜５１３を露光した後、アルカリ性溶液で非露光部分を除去して（現像して）、コンタクトホールを形成する。

なお、層間絶縁膜５１３をポジ型感光性樹脂を用いて形成した場合は、コンタクトホールを形成する領域を除いてマスクを形成し、露光し、現像すれば、コンタクトホールを形成することができる。

次に、図５（Ｄ）に示すように、コンタクトホール内に、液滴吐出法により導電体を有する溶液を吐出する。ここでは、ヘッド（図示しない）を走査し、コンタクトホール上において、連続的に導電体を有する溶液を吐出して、コンタクトホール内に導電体を充填する。次に、導電体を有する溶液で配線のパターンを形成してソース電極及びドレイン電極５２１ａ、５２１ｂ、５２２ａ、５２２ｂを形成する。なお、導電体を有する溶液中の溶媒を蒸発させるために、乾燥の工程と焼成（加熱処理）の工程を行う。

以上の工程により、ｎチャネル型ＴＦＴ５２３及びｐチャネル型ＴＦＴ５２４を形成することができる。

本実施例は、第１実施形態乃至第４実施形態を適応することができる。

本発明により、真空プロセスを経ずとも不純物元素濃度を制御しつつ半導体領域へ不純物元素を導入すること可能である。このため、大型のアクティブマトリクス基板を作製することが可能であり、スループットを向上することができる。また、ｎ型またはｐ型の不純物元素を導入するための供給源として溶液を用いているため、供給源を除去する工程を必要とせず、工程数を削減することができるため、歩留まりが向上する。さらには、不純物元素の供給源が溶液であるため、濃度の制御が容易であると共に、低濃度不純物領域を有する構造、オフセット構造、セルフアライン構造、ゲート電極に覆われた不純物領域等の任意の構造を有するＴＦＴを容易に作製することができる。

本実施例では、実施例１と異なるＴＦＴの作製工程について、図６を用いて説明する。

絶縁表面を有する基板１０１上に液滴吐出法を用いてゲート電極６０１を形成し、次に塗布法、ＣＶＤ法等の公知の手法により、酸化ケイ素膜または窒化珪素膜で形成されるゲート絶縁膜１２３を形成する。ここでは、銀ナノ粒子が分散した溶液を吐出し、その後加熱して溶媒を蒸発してゲート電極６０１を形成する。

次に、ゲート絶縁膜１２３上に非晶質半導体膜を成膜する。次に、ヘッド１０７から、酸化ケイ素膜等の絶縁膜で形成される保護膜６０３を半導体膜上に形成する。ここでは、液滴吐出法によって液状のシリケートガラスを有する液体材料を吐出し、乾燥及び焼成して保護膜６０３を形成する。つぎに、露出している半導体領域上にｎ型またはｐ型を付与する不純物を有する溶液を、ヘッド１０７から吐出する。ここでは、ホウ酸水溶液６０４を吐出する。なお、半導体領域表面は、オゾン水によって極めて薄い酸化膜を形成して、不純物を有する溶液との密着性を高めておく。

次に、図６（Ｂ）に示すように半導体領域にレーザ光１１１を照射して、半導体領域の一部を溶融して不純物を導入すると共に、不純物元素を活性化する。この工程によって、図６（Ｃ）に示す不純物の濃度が１×１０²⁰/cm³〜１×１０²¹/cm³であるｐ型を有する不純物領域（ソース領域及びドレイン領域）６２１ａ、６２１ｂが形成される。また、語膜６０３で覆われる領域は、結晶構造を有する半導体領域（チャネル形成領域）６２２となる。

次に、図６（Ｃ）に示すように、ソース領域及びドレイン領域６２１ａ、６２１ｂ上に、ソース電極及びドレイン電極６２３ａ、６２３ｂを形成する。ここでは、液滴吐出法によって、銀ナノ粒子が分散した溶液を吐出し、その後加熱して溶媒を蒸発してソース電極及びドレイン電極を作製する。

次に、図６（Ｄ）に示すように、ソース電極及びドレイン電極をマスクとして、半導体膜及びゲート絶縁膜をエッチングして、ソース領域及びドレイン領域６２１ａ、６２１ｂ、及びチャネル形成領域６２２で形成される半導体領域６３１を形成する。ここでは、ソース電極及びドレイン電極をマスクとしているため、フォトリソグラフィー工程を行わなくとも半導体領域を形成することができるため、工程の削減が可能となる。

次に、図６（Ｅ）に示すように、層間絶縁膜１２３を形成する。ここでは、ネガ型の感光性を有するアクリル樹脂を塗布し、焼成して層間絶縁膜１２３を形成する。次に、実施例１と同様の工程によってコンタクトホールを形成した後、液滴吐出法により導電膜６３１を形成する。導電膜６３１は、画素電極である。ここでは、ヘッドからスズとインジウムを有する溶液をコンタクトホールに吐出し焼成した後、再度ヘッドを走査して、スズとインジウムを有する溶液を吐出し焼成して導電膜を形成する。ここでは、基板上にＴＦＴが形成されたものをアクティブマトリクス基板とする。

以上の工程により、ｐチャネル型ＴＦＴ６３２を作製することができる。また、ＴＦＴを有するアクティブマトリクス基板を作製することができる。

本発明により、真空プロセスを経ずとも不純物元素濃度を制御しつつ半導体領域へ不純物を導入すること可能である。このため、大面積基板を用いてＴＦＴを作製することが可能であり、スループットを向上することができる。また、半導体領域、ゲート電極、ソース領域及びドレイン領域、コンタクトホール、配線を形成するために、フォトリソグラフィー工程が必要ないため、ＴＦＴを作製するための工程が減少し、歩留まりが向上する。また、ｎ型またはｐ型の不純物を導入するための供給源として溶液を用いているため、供給源を除去する工程を必要とせず、工程数を削減することができるため、歩留まりが向上する。さらには、供給源が溶液であるため、濃度の制御が容易であると共に、低濃度不純物領域を有する構造、オフセット構造、セルフアライン構造、ゲート電極に覆われた不純物領域等の任意の構造を有するＴＦＴを容易に作製することができる。

本実施例では、実施例２と異なるＴＦＴの作製工程について、図１２を用いて説明する。

図１２（Ａ）に示すように、実施例２と同様に、絶縁表面を有する基板１０１上に液滴吐出法を用いてゲート電極６０１を形成し、次に、酸化ケイ素膜または窒化珪素膜で形成されるゲート絶縁膜１２３を形成する。

次に、ゲート絶縁膜１２３上に非晶質半導体膜１２０１を成膜する。ここでは、実施例２で示される非晶質半導体膜６０２と比較して膜厚が厚い非晶質半導体膜１２０１を成膜する。次に、非晶質半導体膜表面に極めて薄い酸化膜を形成したのち、ｎ型またはｐ型を付与する不純物を有する溶液を、ヘッド１０７から吐出する。ここでは、ホウ酸水溶液１２０２を吐出する。

次に、図１２（Ｂ）に示すように半導体領域にレーザ光１１１を照射して、半導体領域の一部を溶融して不純物を導入すると共に、不純物元素を活性化する。この工程によって、図１２（Ｃ）に示すような、不純物の濃度が１×１０²⁰/cm³〜１×１０²¹/cm³であるｐ型を有する不純物領域（ソース領域及びドレイン領域）１２２１が形成される。半導体領域の一部又は全部は結晶構造を有する半導体膜１２２２となる。なお、ここでは、非晶質半導体膜の膜厚が厚いため、レーザ光の照射強度、照射時間、及び波長により半導体領域が溶融する深さを制御することができるため、半導体領域の表面のみに不純物領域を形成することができる。また、半導体膜は上部のみが結晶化し、ゲート絶縁膜側は非晶質のままにすることができる。このようにして形成されるトランジスタは、チャネル形成領域がソースとドレインの間、およびＬＤＤ領域の間に挟まれて形成されず、電界集中や電流集中を緩和できる構造を有している。

次に、図１２（Ｃ）に示すように、不純物領域１２２１上に、第１の導電膜１２３１を形成する。第１の導電膜１２３１をマスクとして、不純物領域、及び半導体膜の一部をエッチングして、半導体領域１２３１及びエッチングされたゲート絶縁膜１２３２を形成する。ここでは、ソース電極及びドレイン電極をマスクとしているため、フォトリソグラフィー工程を行わなくとも半導体領域を形成することができるため、工程の削減が可能となる。

次に、図１２（Ｅ）に示すように、液滴吐出法により第２の導電膜１２４１ａ、１２４１ｂを形成する。つぎに、第２の導電膜をマスクとして、第１の導電膜１２３２をエッチングする。この際、半導体領域１２３１の上部がエッチングされる。この工程により、第１の導電膜は分断されて１２４２ａ、１２４２ｂとなる。分断された第１の導電の一方１２４２ａ及び第２の導電膜の一方１２４１ａがソース電極に相当し、分断された第１の導電の他方１２４２ｂ及び第２の導電膜の他方１２４１ｂがドレイン電極に相当する。

次に、実施例１と同様に層間絶縁膜１２３を形成し、その一部にコンタクトホールを形成した後、液滴吐出法により導電膜６３１を形成する。導電膜６３１は、画素電極である。

以上の工程により、ｐチャネル型ＴＦＴ１２４５を作製することができる。また、ＴＦＴを有するアクティブマトリクス基板を作製することができる。

本実施例では、実施例１乃至実施例３で形成されるアクティブマトリクス基板を用いた表示装置のモジュールの上面図を図９を用いて示す。第１の基板９０１上には画素部９０３が形成され、該画素部９０３上には、対向電極が形成された第２の基板９０２が液晶層又は発光層を介して貼り合わされる。第１の基板９０１は、実施例１乃至実施例５で示される基板１０１であり、第２の基板９０２は、後に示される実施例５の対向基板７５１又は実施例６の封止基板８０２に相当する。

画素部９０３は、走査線群とデータ線群が交差してマトリクスを形成し、各交差部に対応してＴＦＴが配置される。ここで配置されるＴＦＴに、実施形態１乃至実施形態４、又は実施例１乃至実施例３で示されるものを用いることができる。

画素部１００２の外側の領域には、駆動回路が形成されたＩＣ９０４、９０５が実装される。９０４はデータ線側の駆動回路であり、９０５は走査線側の駆動回路であるが、いずれも複数個に分割して実装する。画素部９０３に形成されるデータ線及び走査線は、画素部９０３の端部で数ブロック毎に区分して引出線９０６を形成し、ＩＣ９０４、９０５の出力端子のピッチに合わせて集められる。

一方、第１の基板９０１の端部には外部入力端子９０７が形成され、この部分で外部回路と接続するＦＰＣを貼り合わせる。そして、外部入力端子９０７とＩＣとの間は第１の基板９０１上に形成した接続配線９０８によって結ばれ、最終的にはＩＣの入力端子のピッチに合わせて集められる。

本実施例は、第１実施形態乃至第４実施形態、実施例１乃至実施例３と自由に組み合わせることができる。

本発明により、真空プロセスを経ずとも不純物元素濃度を制御しつつ半導体領域へ不純物を導入すること可能である。このため、大型の用いたアクティブマトリクス基板を作製することが可能であり、大型の表示装置のモジュールを作製することができる。

本実施例では、実施例２で作製したＴＦＴを用いて液晶表示装置の作製方法について図７を用いて説明する。

実施例２の工程により、アクティブマトリクス基板７５１を作製する。次に、この基板上に配向膜７２３を形成しラビング処理を行う。なお、本実施例では配向膜７２３を形成する前に、アクリル樹脂膜等の有機樹脂膜をパターニングすることによって基板間隔を保持するための柱状のスペーサ７０２を所望の位置に形成した。また、柱状のスペーサに代えて、球状のスペーサを基板全面に散布してもよい。

次いで、対向基板７５２を用意する。この対向基板には、着色層、遮光層が各画素に対応して配置されたカラーフィルタ７２０が設けられている。また、このカラーフィルタと遮光層とを覆う平坦化膜を設けている。次いで、平坦化膜上に透明導電膜からなる対向電極７２１を画素部と重なる位置に形成し、対向基板の全面に配向膜７２２を形成し、ラビング処理を施す。

そして、アクティブマトリクス基板の画素部を囲むようにシール材を描画した後、減圧下でシール材に囲まれた領域に液滴吐出法で液晶を吐出する。次いで、大気にふれることなく、減圧下でアクティブマトリクス基板と対向基板とをシール材７０７で貼り合わせる。シール材７０７にはフィラー（図示しない）が混入されていて、このフィラーと柱状スペーサ７０２によって均一な間隔を持って２枚の基板が貼り合わせられる。液滴吐出法で液晶を吐出する方法を用いることによって作製プロセスで使用する液晶の量を削減することができ、特に、大面積基板を用いる場合に大幅なコスト低減を実現することができる。

このようにしてアクティブマトリクス型液晶表示装置が完成する。そして、必要があれば、アクティブマトリクス基板または対向基板を所望の形状に分断する。さらに、公知の技術を用いて偏光板７０３等の光学フィルムを適宜設ける。そして、公知の技術を用いてＦＰＣを貼りつける。また、画素部を駆動するための駆動回路を画素部に接続する。

以上の工程によって得られた液晶モジュールに、バックライト７０４、導光板７０５を設け、カバー７０６で覆えば、図８にその断面図の一部を示したようなアクティブマトリクス型液晶表示装置（透過型）が完成する。なお、カバーと液晶モジュールは接着剤や有機樹脂を用いて固定する。また、透過型であるので偏光板７０３は、アクティブマトリクス基板と対向基板の両方に貼り付ける。

また、本実施例は透過型の例を示したが、特に限定されず、反射型や半透過型の液晶表示装置も作製することができる。反射型の液晶表示装置を得る場合は、画素電極として光反射率の高い金属膜、代表的にはアルミニウムまたは銀を主成分とする材料膜、またはそれらの積層膜等を用いればよい。

本実施例では、液晶表示装置の画素部のみを示したが、アクティブマトリクス基板上に同様の工程により駆動回路を形成することもできる。この場合、画素部を駆動するための外付け回路（ＩＣチップ等）を必要としないため、液晶表示装置の小型化が可能となる。

また、本実施例は、第１実施形態乃至第４実施形態、実施例１乃至実施例４と自由に組み合わせることができる。

本発明により、真空プロセスを経ずとも不純物元素濃度を制御しつつ半導体領域へ不純物を導入すること可能である。このため、大型のアクティブマトリクス基板を作製することが可能であり、大型の液晶表示装置を作製することができる。

本実施例では、実施例１で作製したＴＦＴを用いて発光表示装置の作製方法について図８を用いて説明する。

図８は、発光表示装置の画素部８５０の断面図である。８０１は実施例１で作製されるアクティブマトリクス基板、８０２は封止基板、８０３は密閉空間の間隔を保持するためのギャップ材が含有されているシール材である。

基板１０１上には、発光素子のｐチャネル型ＴＦＴ５２３で形成される駆動用ＴＦＴとしてが設けられ、発光素子のスイッチングＴＦＴとしてｎチャネル型ＴＦＴ５２４が設けられている。

また、画素部８５０には発光素子４１１が形成されており、スイッチング用ＴＦＴ５２４と、駆動用ＴＦＴ５２３とそのドレイン電極に電気的に接続された透明な導電膜からなる第１の画素電極（陽極）６３１を含む複数の発光素子により形成される。発光素子は、第１の画素電極６３１、発光物質を含む層８１２、第２の画素電極８１３で構成される。

また、これらのＴＦＴ５２３、５２４の層間絶縁膜５１３としては、ネガ型感光性アクリルを用いているが、これに代わって、無機材料（酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコンなど）、有機材料（ポリイミド、ポリアミド、ポリイミドアミド、ベンゾシクロブテン、またはシロキサンポリマー）を主成分とする材料を用いて形成することができる。また、層間絶縁膜の原料としてシロキサンポリマーを用いると、シリコンと酸素を骨格構造に有し、側鎖に水素又は／及びアルキル基を有する構造の絶縁膜となる。

第１の画素電極６３１は透明性を有し、且つ、仕事関数の大きい導電膜（ＩＴＯ（酸化インジウム酸化スズ合金）、酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ₂Ｏ₃―ＺｎＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等）を用いることが望ましい。

また、第１の画素電極（陽極）６３１の両端には絶縁物（バンク、隔壁、障壁、土手などと呼ばれる）８１４が形成される。カバレッジを良好なものとするため、絶縁物８１４の上端部または下端部に曲率を有する曲面が形成されるようにする。絶縁物は、層間絶縁膜５１３と同様の材料を用いて形成することができる。なお、層間絶縁膜５１３と絶縁物８１４との組み合わせは、無機材料−無機材料、有機材料−無機材料、無機材料−有機材料、有機材料−有機材料等の組み合わせを適宜適応することができる。

また、絶縁物８１４を有機材料で形成した場合、この上に窒化アルミニウム膜、窒化酸化アルミニウム膜、炭素を主成分とする薄膜、または窒化珪素膜からなる保護膜で覆ってもよい。この保護膜により、アクティブマトリクス基板から発生する水分、又は酸素が発光素子へ侵入するのを妨げることができる。

また、第１の画素電極（陽極）６３１上には、有機化合物材料の蒸着を行い、発光物質を含む層８１２を選択的に形成する。

また、発光物質を含む層を形成する前に、基板に含まれるガスを除去するために減圧雰囲気や不活性雰囲気で２００℃、好ましくは３００℃以上の加熱処理を行うことが望ましく、層間絶縁膜５１３および絶縁物８１４にシロキサン系ポリマーを用いた平坦絶縁膜（シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）との結合で骨格構造が構成される平坦絶縁膜）とした場合には、約４５０℃まで加熱することができる。本実施例では２３０℃、１時間の熱処理により基板の脱ガスおよび脱水処理を行い、信頼性を向上させている。

本実施例では、発光物質を含む層８１２の成膜を蒸着装置で行い、均一な膜厚を得る。発光物質を含む層８１２の構造としては、例えば、Ａｌｑ₃、部分的に赤色発光色素であるナイルレッドをドープしたＡｌｑ₃、Ａｌｑ₃、ｐ−ＥｔＴＡＺ、ＴＰＤ（芳香族ジアミン）を蒸着法により順次積層することで白色を得ることができる。

また、スピンコートを用いた塗布法により発光物質を含む層８１２を形成する場合、塗布した後、真空加熱で焼成することが好ましい。例えば、正孔注入層として作用するポリ（エチレンジオキシチオフェン）／ポリ（スチレンスルホン酸）水溶液（PEDOT／PSS）を全面に塗布、焼成し、その後、発光層として作用する発光中心色素（１，１，４，４−テトラフェニル−１，３−ブタジエン（ＴＰＢ）、４−ジシアノメチレン−２−メチル−６−（ｐ−ジメチルアミノ−スチリル）−４Ｈ−ピラン（ＤＣＭ１）、ナイルレッド、クマリン６など）ドープしたポリビニルカルバゾール（ＰＶＫ）溶液を全面に塗布、焼成すればよい。なお、PEDOT／PSSは溶媒に水を用いており、有機溶剤には溶けない。従って、ＰＶＫをその上から塗布する場合にも、再溶解する心配はない。また、PEDOT／PSSとＰＶＫは溶媒が異なるため、成膜室は同一のものを使用しないことが好ましい。また、発光物質を含む層８１２を単層とすることもでき、ホール輸送性のポリビニルカルバゾール（ＰＶＫ）に電子輸送性の１，３，４−オキサジアゾール誘導体（ＰＢＤ）を分散させてもよい。また、３０ｗｔ％のＰＢＤを電子輸送剤として分散し、４種類の色素（ＴＰＢ、クマリン６、ＤＣＭ１、ナイルレッド）を適当量分散することで白色発光が得られる。

さらに、発光物質を含む層８１２上には第２の画素電極（陰極）８１３が形成される。陰極としては、仕事関数の小さい材料（Ａｌ、Ａｇ、Ｌｉ、Ｃａ、またはこれらの合金ＭｇＡｇ、ＭｇＩｎ、ＡｌＬｉ、ＣａＦ₂、またはＣａＮ）を用いればよい。

こうして、第１の画素電極（陽極）６３１、発光物質を含む層８１２、及び第２の電極（陰極）８１３からなる発光素子８１１が形成される。発光素子８１１は、図８中に示した矢印方向（アクティブマトリクス基板側）に発光する。このような発光素子を下方出射型発光素子という。

なお、第１の画素電極、発光物質を含む層、及び第２の画素電極の積層構造によっては、封止基板８０２側に発光する素子（上方出射型発光素子）を作製することができる。この時の第１の電極としては、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＳｉ_XＮ_Y、Ｎｉ、Ｗ、ＷＳｉ_X、ＷＮ_X、ＷＳｉ_XＮ_Y、ＮｂＮ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｉｎ、またはＭｏから選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料もしくは化合物材料を主成分とする膜またはそれらの積層膜を総膜厚１００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲で用いればよい。窒化チタン膜を第１の電極６３１として用いる場合、表面に紫外線照射や塩素ガスを用いたプラズマ処理を行って仕事関数を増大させることが好ましい。

第２の画素電極８１３の材料としては、ＭｇＡｇ、ＭｇＩｎ、ＡｌＬｉ、ＣａＦ₂、ＣａＮなどの合金、または周期表の１族もしくは２族に属する元素とアルミニウムとを共蒸着法により形成した透光性を有する膜を用いればよい。ここでは、第２の電極を通過させて発光させる上面出射型であるので、１ｎｍ〜１０ｎｍのアルミニウム膜、もしくはＬｉを微量に含むアルミニウム膜を用いる。第２の画素電極８１３としてＡｌ膜を用いる構成とすると、発光物質を含む層８１２と接する材料を酸化物以外の材料で形成することが可能となり、発光装置の信頼性を向上させることができる。また、１ｎｍ〜１０ｎｍのアルミニウム膜を形成する前に陰極バッファ層としてＣａＦ₂、ＭｇＦ₂、またはＢａＦ₂からなる透光性を有する層（膜厚１ｎｍ〜５ｎｍ）を形成してもよい。

また、陰極の低抵抗化を図るため、発光領域とならない領域の第２の画素電極８１３上に補助電極を設けてもよい。また、陰極形成の際には蒸着による抵抗加熱法を用い、蒸着マスクを用いて選択的に形成すればよい。

さらには、上面出射型発光素子の金属層からなる第１の画素電極８１２に代えて、透明導電膜からなる第１の画素電極８１２を用いた場合、両基板８０１、８０２に発光する素子（両面出射型発光素子）を作製することができる。透明導電膜としては、ＩＴＯ（酸化インジウム酸化スズ合金）、酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ₂Ｏ₃―ＺｎＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等を用いればよい。

ここでは発光素子８１１はＲ、Ｇ、或いはＢの単色発光が得られる発光素子の一つであり、Ｒ、Ｇ、Ｂの発光が得られる有機化合物を含む層をそれぞれ選択的に形成した３つの発光素子でフルカラーとする。

また、発光表示装置８１１を封止するために保護積層８１５を形成する。保護積層は、第１の無機絶縁膜と、応力緩和膜である第２の無機絶縁膜との積層からなっている。

また、発光素子８１１を封止するために不活性気体雰囲気下でシール材１２０５により封止基板８０２を貼り合わせる。封止基板８０２には予めサンドブラスト法などによって形成した凹部が形成されており、その凹部に乾燥剤８０４を貼り付けている。なお、シール材８０３としてはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、シール材８０３はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。

また、本実施例では凹部を有する封止基板８０２を構成する材料として金属基板、ガラス基板や石英基板の他、ＦＲＰ（Fiberglass-Reinforced Plastics）、ＰＶＦ（ポリビニルフロライド）、マイラー、ポリエステルまたはアクリル等からなるプラスチック基板を用いることができる。また、内側に乾燥剤を貼りつけた金属缶で封止することも可能である。

なお、本実施例では、アクティブマトリクス基板８０１、封止基板８０２、シール材８０３との間は、不活性ガスで充填されているが、アクティブマトリクス基板と封止基板とをシール材で密着してもよい。この場合、発光素子への水分、または酸素が浸入しにくく、信頼性が向上する。

本発明により、真空プロセスを経ずとも不純物元素濃度を制御しつつ半導体領域へ不純物を導入すること可能である。このため、大型のアクティブマトリクス基板を作製することが可能であり、大型の発光表示装置を作製することができる。

本発明を実施して得た半導体素子を組み込むことによって様々な電子機器を作製することができる。電子機器としては、テレビ受像器、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、ナビゲーションシステム、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（モバイルコンピュータ、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Digital Versatile Disc（ＤＶＤ）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。ここでは、これらの電子機器の代表例としてテレビ受像機、ノート型パーソナルコンピュータ、記録媒体を備えた画像再生装置を図１０に示す。

図１０（Ａ）はテレビ受像機であり、筐体２００１、支持台２００２、表示部２００３、スピーカー部２００４、ビデオ入力端子２００５等を含む。本発明は表示部２００３に適用することができる。なお、パソコン用、ＴＶ放送受信用、広告表示用など全ての情報表示用のテレビが含まれる。本発明を用いることによって、歩留まり高く大型の表示部を有するテレビ受像機を製造することができる。

図１０（Ｂ）はノート型パーソナルコンピュータであり、本体２２０１、筐体２２０２、表示部２２０３、キーボード２２０４、外部接続ポート２２０５、ポインティングマウス２２０６等を含む。本発明は、表示部２２０３に適用することができる。本発明を用いることによって、歩留まり高くノート型パーソナルコンピュータを製造することができる。

図１０（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２４０１、筐体２４０２、表示部Ａ２４０３、表示部Ｂ２４０４、記録媒体（ＤＶＤ等）読み込み部２４０５、操作キー２４０６、スピーカー部２４０７等を含む。表示部Ａ２４０３は主として画像情報を表示し、表示部Ｂ２４０４は主として文字情報を表示するが、本発明は表示部Ａ、Ｂ２４０３、２４０４に適用することができる。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。本発明を用いることによって、歩留まり高く記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置を製造することができる。

本発明に係る半導体素子の作製工程を説明する断面図。本発明に係る半導体素子の構造を説明する断面図。本発明に係る半導体素子の作製工程を説明する断面図。本発明に係る半導体素子の作製工程を説明する断面図本発明に係る半導体素子の作製工程を説明する断面図。本発明に係る半導体素子の作製工程を説明する断面図。本発明に係る液晶表示装置の構造を説明する断面図。本発明に係る発光表示装置の構造を説明する断面図。表示装置のモジュールの構造を説明する上面図。電子機器の一例を示す図。本発明に係る半導体素子の作製工程を説明する断面図。本発明に係る半導体素子の作製工程を説明する断面図。

Claims

基板上に下地絶縁膜を形成し、
前記下地絶縁膜上に半導体領域を形成し、
前記半導体領域の表面に酸化膜を形成し、
前記酸化膜の一部にｎ型またはｐ型を付与する不純物元素を有する水溶液を吐出し、
前記半導体領域の全体にレーザ光を照射して、前記不純物元素を前記半導体領域に拡散させて不純物領域を形成し、
前記半導体領域上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
半導体領域の表面に酸化膜を形成し、
前記酸化膜の一部にｎ型またはｐ型を付与する不純物元素を有する第１の水溶液を吐出し、
前記半導体領域の全体にレーザ光を照射して、前記不純物元素を前記半導体領域に拡散させて低濃度不純物領域または高濃度不純物領域の一方を形成し、
前記酸化膜の一部にｎ型またはｐ型を付与する不純物元素を有する第２の水溶液を吐出し、
前記半導体領域の全体にレーザ光を照射して、前記不純物元素を前記半導体領域に拡散させて低濃度不純物領域または高濃度不純物領域の他方を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
基板上に下地絶縁膜を形成し、
前記下地絶縁膜上に半導体領域を形成し、
前記半導体領域の表面に酸化膜を形成し、
前記酸化膜の一部にｎ型またはｐ型を付与する不純物元素を有する第１の水溶液を吐出し、
前記半導体領域の全体にレーザ光を照射して、前記不純物元素を前記半導体領域に拡散させて低濃度不純物領域または高濃度不純物領域の一方を形成し、
前記酸化膜の一部にｎ型またはｐ型を付与する不純物元素を有する第２の水溶液を吐出し、
前記半導体領域の全体にレーザ光を照射して、前記不純物元素を前記半導体領域に拡散させて低濃度不純物領域または高濃度不純物領域の他方を形成し、
前記半導体領域上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項３において、前記ゲート電極の一部は前記低濃度不純物領域を覆うことを特徴とする半導体装置の作製方法。
基板上に下地絶縁膜を形成し、
前記下地絶縁膜上に半導体膜を形成し、
前記半導体膜の表面に酸化膜を形成し、
前記半導体膜の表面に形成された酸化膜の一部にｎ型またはｐ型を付与する不純物元素を有する水溶液を吐出し、
前記半導体膜の全体にレーザ光を照射して、前記不純物元素を前記半導体膜に拡散させて不純物領域を形成し、
前記不純物領域を有する半導体膜をエッチングして、前記不純物領域を有する半導体領域を形成し、
前記半導体領域上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
絶縁表面を有する基板上にゲート電極を形成し、
前記ゲート電極上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上に第１の半導体領域を形成し、
前記第１の半導体領域上に保護膜を形成し、
前記第１の半導体領域の一部にｎ型またはｐ型を付与する不純物元素を有する溶液を吐出し、
前記保護膜に覆われていない第１の半導体領域の全体にレーザ光を照射して、前記不純物元素を前記第１の半導体領域に拡散させてソース領域及びドレイン領域を形成し、
前記ソース領域及び前記ドレイン領域上に、ソース電極及びドレイン電極をそれぞれ形成し、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極をマスクとして前記第１の半導体領域をエッチングして、第２の半導体領域を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項６において、前記ｎ型またはｐ型を付与する不純物元素を有する溶液として水溶液を用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項７において、前記第１の半導体領域の一部にｎ型またはｐ型を付与する不純物元素を有する溶液を吐出する前に、前記第１の半導体領域の表面に酸化膜を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項１乃至８のいずれか一において、前記ｎ型を付与する不純物元素は、リンまたはヒ素であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項１乃至８のいずれか一において、前記ｐ型を付与する不純物元素は、ボロンであることを特徴とする半導体装置の作製方法。