CN1765009A - 半导体装置及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
在源极线与栅极线交叉的区域有选择地形成岛状层间绝缘膜。例如,使用喷射法,将含有绝缘材料的液体滴下在栅极线与源极线交叉的区域或保持电容形成的区域,通过这样能够削减光刻工序,减少在TFT制造工艺中使用的掩模片数。
Description
技术领域
本发明涉及半导体装置的制造方法,特别涉及在具有绝缘表面的基板上具有用有源矩阵型场效应薄膜晶体管(以下将薄膜晶体和称为TFT)构成的电路的半导体装置及其制造方法。
背景技术
近年来,大型液晶显示装置引人注目,竭尽全力以促进降低液晶面板成本。但是,关于TFT基板实现低成本却很缓。为了形成液晶显示装置的图像显示元件,例如需要成膜工序、刻蚀工序、掺杂工序、清洗工序、光刻工序、去胶工序、热处理工序等多道制造工序。因此需要高额的制造费及人工费。
不能再比以上更简化制造工序的原因在于TFT结构。即由于采用要使布线立体交叉的多层结构,因此必须形成接触孔,工序数增大。
以下所示为活性层采用多晶硅膜的TFT的制造工序。
1.形成活性层
2.形成栅极绝缘膜、栅极电极、栅极布线
3.源极及漏极掺杂
4.形成层间绝缘膜
5.形成接触孔
6.形成布线。
布线形成后,形成保护膜,再次形成接触孔,与和电光学元件相对应的像素电极进行连接,完成TFT基板。下面用图7进行1~6的说明。
首先,在玻璃基板701上形成岛状半导体层702。代表性的方法是,利用激光退火法、热退火法或RTA法等,使得利用CVD法成膜的非晶态硅膜进行晶化,用抗蚀剂掩模覆盖形成活性层的规定区域,使用干法刻蚀装置去除没有用抗蚀剂覆盖的多晶硅膜,通过这样形成岛状半导体层。
在岛状半导体层形成后,在基板整个表面上利用等离子体CVD法或溅射法等依次形成绝缘膜及导电层膜,在规定的区域设置抗蚀剂掩模,对绝缘膜及导电膜进行刻蚀,通过这样形成栅极绝缘膜703、栅极电极704及栅极布线705。
接着,用离子掺杂法,对规定区域掺入赋与N型的杂质原子及赋予P型的杂质原子,形成N沟道型TFT及P沟道型TFT的源极及漏极区。使用抗蚀剂掩模对规定的区域进行细分。
在源极及漏极区形成后,为了使掺杂的杂质原子进行的电活化,利用热退火法、RTA法及激光退火法等进行活化处理。该活化处理也有时在层间绝缘形成后进行。另外,以活性层与栅极绝缘膜界面的悬空键末端化为目的,在形成氮化硅膜、氮化氧化硅膜的状态下,通常进行氢化处理。然后形成层间绝缘膜706。
在层间绝缘膜706形成后,在规定的区域设置抗蚀剂膜,进行刻蚀,从而在源极及漏极区上、栅极布线上的层间绝缘膜形成接触孔。前述刻蚀处理是用干法刻蚀法或湿法刻蚀法进行。
在接触孔形成后,用溅射法进行布线金属的成膜,在规定的区域设置抗蚀剂掩模,进行刻蚀,通过这样形成源极布线707。在源极布线形成后,通过接触孔,各布线与源极及漏极区、和栅极布线进行电连接。
这样的TFT制造的制造工序虽然非常多,但是这些也是决不可省略的所必需的工艺。上面以使用多晶硅膜的TFT制造工序为例进行了说明,但在活性层使用非晶态硅的显示装置制造工序中也碰到同样的问题。
例如,在大型液晶显示装置中使用的采用非晶态硅的TFT中,一般虽采用反交错(stagger)型结构及正交错型结构,但这种情况下也同样必须采用光刻等复杂的制造工序来形成TFT,这一点与使用多晶硅膜的TFT会产生同样的问题。
鉴于上述问题,本发明中的课题是找到以低成本制造TFT基板的方法。由于工序数多是问题的本质,因此考虑了大大减少工序数的方法,为了减少TFT制造所必需的工序,必须重新考虑TFT结构本身,重新构筑TFT制造工艺。
为此本发明的目的在于,提出新型TFT结构,提出为了制造新型TFT结构的新型工艺,大幅度削减TFT制造工序,从而大幅度降低TFT基板制造成本。另外的目的在于,通过削减光刻工序,从而减少在TFT制造工艺中使用的掩膜的片数。
发明内容TFT制造工序增加的原因于,为了使栅极布线与源极布线立体交叉,要使栅极线配置在层间绝缘膜的下侧,使源极线配置在层间绝缘膜的上侧。另外,例如在将源极区与源极布线连接时,由于存在层间绝缘膜,因此迫使必须形成接触孔的开口。因而,为了采用不需要形成接触孔开口的新结构,将岛状的层间绝缘膜限定在源极线与栅极线交叉的区域进行成膜。另外根据需要,在活性层与布线之间、或在栅极线与源极线之间形成保持电容的区域内也形成岛状的层间绝缘膜。通过采用上述结构,与以往的TFT结构相比要大,成为层间绝缘膜仅存在于栅极布线与源极布线的交叉部分以及保持电容形成部分的结构。通过采用该新型TFT结构,就不需要对源极及漏极区形成接触孔及对栅极布线形成接触孔。
作为形成岛状层间绝缘膜的方法有液滴喷出法。只要采用液滴喷出法,将含有绝缘材料的液体滴在栅极布线与源极布线交叉的区域或形成保持电容的区域即可。作为其它的方法是采用CVD法,使基板与金属掩膜对置,仅在栅极布线与源极布线交叉的区域或形成保持电容的区域形成绝缘膜。
再有,在作为别的方法是使用溢滴喷出法时,可以连续形成栅极布线、栅极电源及源极布线。为了进行连续形成,使用三个溶液管嘴呈线状设置的、图2所示喷出液滴的喷头。将三个该喷出液滴的喷头并排构成一台液滴喷出装置。从喷头A201喷出金属糊料,通过将喷头或基板进行扫描,在规定位置形成栅极电极及栅极布线。用喷头B202将绝缘性糊料在规定位置、即栅极布线与源极布线交叉的区域及形成保持电容的区域喷出。用喷头C203将金属糊料在规定位置喷出,形成源极布线,同时也进行源极及漏极区等的连接。考虑到喷出糊料的固化时间,优化糊料的喷出时刻(扫描速度)。
另外,也可以将四个喷出液滴的喷头并排,还连续形成栅极绝缘膜。关于喷头,也可以在一个喷头上配置多种管嘴,以代替多个并排的结构。另外,也可以使用多台液滴喷出装置,分别进行处理。这时,最好每次处理都进行烧结。
在用上述的方法连续形成栅极电极、栅极布线及源级布线时,对源极区及漏极区必须预先进行杂质注入。
下面叙述到此为止进行说明的本发明的结构。
本发明的半导体装置,在基板上形成的栅极布线及源极布线配置在同一平面上,在栅极布线与源极布线交叉的区域中,栅极布线与源极布线隔着绝缘膜交叉。
另外,栅极布线与所述源极布线隔着岛状绝缘层交叉。
在上述结构中,可以是覆盖栅极布线配置岛状绝缘层,在岛状绝缘层的上部配置源极布线,也可以是覆盖源极布线配置岛状绝缘层,在岛状绝缘层的上部配置栅极布线。另外,源极区和源极布线也可以不通过接触孔而在同一平面内连接。
另外,本发明的半导体装置也可以具有将岛状绝缘层作为电介质的电容。
另外,本发明在上述结构中,半导体装置的薄膜晶体管具有包含沟道形成区的半导体膜,半导体膜可以采用微晶半导体。另外,所谓微晶半导体,是包含非晶态与晶体结构(包含单晶、多晶)的中间结构的半导体的膜。该微晶半导体是具有自由能稳定的第3状态的半导体,是具有短程有序、具有晶格变形的晶态物质,可以使其粒径为0.5~20nm分散在于非单晶半导体中。微晶半导体的拉曼光谱向低于520cm-1的低频侧偏移,另外在X射线衍射中可以观测到由硅晶格引起的(111)、(220)的衍射峰。另外,作为未悬挂键悬空键的中和剂,使其含有至少1原子%或其以上的氢或卤素。这里为方便起见,将这样的半导体称为微晶半导体(SAS)。再有,通过含有氦、氩、氪、氖等稀有气体元件,更进一步助长晶格变形,可以得到稳定性增加的好的微晶半导体。
再有,本发明在上述结构中,作为半导体膜可以采用有机材料。作为有机材料,只要采用有机分子性晶体或有机高分子化合物材料即可。具体的有机分子晶体可以举出有多环芳香族化合物、共轭双键系化合物、胡萝卜素、大环化合物或其配位化合物、酞花青染料、电迁移型配位化合物、四硫代富瓦烯:TCNQ配位化合物、游离基、二苯苦基肼、色素或蛋白。另外,具有的有机高分子化合物材料可以举出有π共轭系高分子、CT配位化合物、聚乙烯基吡啶、碘或酞花青染料金属配位化合物等高分子。特别是最好采用骨架由共轭双键构成的π共轭系高分子的聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩化合物、聚噻吩衍生物、聚(3烷基噻吩)、聚对苯衍生物或聚对苯亚乙烯衍生物。
另外,在上述结构中,薄膜晶体管也可以采用反交错型及正交错型的某一种的薄膜晶体管。
本发明的半导体装置的制造方法,形成栅极布线,有选择地形成岛状绝缘层以覆盖栅极布线,与栅极布线在同一平面上形成源极布线,在栅极布线与源极布线交叉的区域中隔着绝缘层交叉形成栅极布线与源极布线。
另外,作为其它的制造方法,也可以在上述结构中,先形成源极布线,在交叉区域中在源极布线上隔着绝缘膜形成栅极布线。
另外,在本发明中,在上述结构中可以采用液滴喷出法形成布线、绝缘层或抗蚀剂等。另外,所谓液滴喷出法,意味着是喷出包含金属粒子的溶液或包含绝缘材料的溶液、形成规定图形的方法,喷射法等包含在它的范畴内。但是,形成上述布线、绝缘层或抗蚀剂等的全部工序没有必要都通过喷出液滴来形成。例如,也可以采用液滴喷出法形成绝缘膜及抗蚀剂,而采用光刻法来形成布线图形,这样至少在一部分工序中采用液滴喷出法即可,再与光刻法并用。另外,在形成图形时使用的掩模也可以用液滴喷出法形成。
另外,在本发明中,栅极布线及源极布线的形成也可以不限于液滴喷出法,可以用任何的方法。例如,可以在对栅极布线利用光刻形成图形后,用液滴喷出法形成源极布线,也可以在用液滴喷出法形成源极布线后,利用光刻形成栅极布线。
其它也可以例如利用激光绘图装置来形成布线。具体来说,是利用旋涂的涂布或喷出液滴来形成感光材料,对形成的感光材料照射激光束,通过这样进行显影,从而形成掩模图形。然后,将掩模图形作为掩模,形成布线。另外,感光材料可以采用正型及负型的任一种材料。另外,上述方法不仅用来形成布线,半导体膜或绝缘膜的图形也可以用同样的方法形成。
本发明的结构可适用于大气压附近的气氛。所谓大气压附近的压力下是指600~106000Pa的范围,但不一定限定于该数值,它包含因气流等而产生的。
上述的本发明的结构可用于半导体装置及显示装置的制造方法。
另外,本说明书中的所谓半导体装置,是表示通过利用半导体特性而发挥功能的整个装置,特别是可适用于以在同一基板上设置图像显示区域及进行图像显示用的驱动电路的液晶显示装置及EL显示装置为代表的电光学装置及装有该电光学装置的电子设备。另外,上述半导体装置在它的范畴中包含上述电光学装置及装有上述电光学装置的电子设备。
通过采用不具有层间绝缘膜的TFT结构,能够大幅度简化工序。另外,不需要形成接触孔来进行电连接的一连串工序。再有,由于工序数减少,因此TFT制造中的材料费及人工费减少,能够实现低成本。装置数量也减少,另外由于使用真空的工艺大幅度减少,因此以少量的设备投资也可完成。另外,到完成TFT为止的制造时间也大幅度缩短。
根据本发明的结构,装置容易实现大型化,可以将本发明适用于使用大型基板的显示装置等半导体装置的制造。另外,由于工序数非常少,因此合格率提高。
附图说明
图1所示为本发明的TFT结构图。
图2所示为具有喷出多液滴的喷头的装置构成图。
图3所示为实施本发明所使用的液滴喷出装置的一个例子。
图4所示为实施本发明所使用的喷出液滴的喷头的一个例子。
图5所示为实施本发明所使用的喷出液滴的喷头的一个例子。
图6所示为电子设备的一个例子。
图7所示为以往的TFT结构图。
图8所示为本发明的TFT结构图。
图9所示为本发明的TFT结构图。
具体实施方式
下面用附图详细说明本发明的实施形态。但是,本发明不限定于以下的说明,在不超出本发明的宗旨及其范围的情况下,其形态及细节可以进行各种各样改变,这对于业内人士是容易理解的。因而,本发明是不限定于以下所示的实施形态的描述内容来加以解释的。
(实施形态1)
下面用图1说明利用本发明来制造TFT的具体方法。通过采用本发明的TFT结构,与图7所示的以往方法相比,工序数大幅度减少。
1.形成活性层
2.源极及漏极掺杂
3.连续形成栅极绝缘膜、栅极电极及栅极布线、源极布线、保持电容。
首先,在基板111上形成成为活性层的岛状半导体层112。基板111是利用玻璃、石英、半导体、塑料、塑料薄膜、金属、玻璃环氧树脂、陶瓷等各种材料形成的。由塑料等具有柔性的合成树脂形成的基板,一般与玻璃或金属等基板相比,虽具有耐热温度低的倾向,但若是能够承受制造工序中的处理温度,则可以使用。另外,也可以利用CMP法等的研磨,使基板111的表面平整。
岛状半导体层112的形成是按照以下的顺序进行的。首先,在基板111上形成氧化硅膜、氮化硅膜等衬底膜,在其上形成具有非晶态结构的半导体层膜。前述半导体层是采用等离子体CVD法或溅射法等形成20~150nm、最好是30~80nm的厚度。作为具有非晶态结构的半导体层,有非晶态半导体膜及微晶半导体膜(SAS),也可以采用非晶态硅锗膜具有非晶态结构的化合物半导体膜。
非晶态半导体可以通过将硅化物气体进行辉光放电分解来得到。作为代表性的硅化物气体,可以举出有SiH4及Si2H6。也可以将该硅化物气体用氢或氢及氦稀释放后使用。
另外,微晶半导体也可以通过将硅化物气体进行辉光放电分解来得到。作为代表性的硅化物气体是SiH4,其它也可以使用Si2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4、SiF4等。另外,用氢或对氢加上氦、氩、氪、氖中选择一种或多种稀有气体元素的气体来稀释该硅化物气体,能够容易形成微晶半导体。稀释率最好以2倍~1000倍的范围来稀释硅化物气体。另外,也可以再在硅化物气体中混入CH4、C2H6等碳化合物气体、GeH4、GeF4等锗化气体、F2等,将能带宽度调节为1.5~2.4eV或0.9~1.1eV。使用SAS作为第1半导体膜的TFT能够得到1~10cm2/Vsec或其以上的迁移率。
利用辉度放电分解进行的薄膜反应生成能够在低压下或大气压下进行。在低压下进行时,压力只要在约0.1Pa~133Pa的范围内进行即可。形成辉光放电用的功率只要供给1MHz~120MHz、最好是13MHz~60MHz的高频功率即可。设压力为约0.1Pa~133Pa的范围,电源频率为1MHz~120MHz、最好为13MHz~60MHz。基板加热温度呆以是小于等于300℃,最好设为100~250℃。作为膜中的杂质元素的氧、氮、碳等大气成分的杂质最好设为1×1020atoms/cm3,特别是氧浓度设为小于等于5×1019atoms/cm3、最好为小于等于1×1019atoms/cm3。
然后,利用激光退火法、热退火法或快速热退火法(RTA法)等进行具有非晶态结构的半导体层的晶化。也可以按照日本专利特开平7-130652号公报揭示的技术,以采用金属元素Ni的晶化法进行晶化。然后,用抗蚀剂掩模,有选择地刻蚀进行晶化后的晶态半导体层,在规定的区域形成岛状半导体层112。
在对规定区域形成抗蚀剂掩模时,通常采用光刻工序,但也可以用液滴喷出法。这些,形成接近椭圆形的岛状半导体层。在用液滴喷出法时,作为掩膜图形材料不一定必须使用感光材料,只要选择能够容易去除的材料即可。另外,通过采用液滴喷出法,能够省略曝光及显影等工序。再有,由于使用的材料以必需的最低限度量即可完成,因此材料的利用率也提高。
然后,对岛状半导体层112的全部表面添加浓度1×1016~5×1017/cm3的B(硼),进行阈值电压控制。B的添加也可以在岛状半导体层112的形成前进行。另外,根据需要,也有时添加P(磷)等赋予N型的杂质元素,进行P沟道型TFT的阈值控制。杂质元素的添加可以采用进行质量分离的离子注入法、离子喷淋掺杂法、等离子体掺杂法。
然后,对规定区域掺入赋予N型的杂质元素,形成N沟道型TFT的源极及漏极区(图8(A))。在形成P沟道型TFT的源极及漏极区时,掺入赋予P型的杂质原子。利用光刻法或液滴喷出法,在岛状半导体区域全部表面或沟道形成区设置掩模119,通过这样对掺杂区进行细分。利用该掺杂处理,使源极及漏极区的杂质浓度为1×1020~5×1021/cm3。
然后,利用去胶法、干法刻蚀法、湿法刻蚀法等,去除掺杂掩模119后,利用激光退火法、加热炉法或RTA法,进行掺杂的杂质元素的活化,使源极及漏极区的表面电阻为小于等于10kΩ/口。活化也可以在栅极线或布线形成后进行。也可以通过使用两次掺杂及掺杂掩模工序,形成LDD区及栅极重叠区。
在源极及漏极区形成后,使喷出多种液滴的喷头并排扫描,从而连续生成栅极绝缘膜113、栅极电极114及栅极布线115、绝缘层116、源极布线117。该连续形成是利用具有图2所示的喷头结构的液滴喷出装置来进行的。
首先,将绝缘性溶液引入液滴喷出装置的相对于基板扫描方向的最前排管嘴,按照规定的电信号喷出溶液,形成栅极绝缘膜113(图8(B))。该绝缘膜必须这样形成,它对于沟道区要覆盖全部表面,但对于源极及漏极区保留一部分裸露的部分。
接着,将含有金属粒子的溶液引入第2排的管嘴,在规定的位置喷出,通过这样形成栅极电极114及栅极布线115(图8(C))。作为含有金属粒子的溶液,最好采用溶剂中凝聚而分散的独立分散纳米粒子(粒径为2~10nm)。然后,将绝缘性溶液引入第3排管嘴,仅在栅极布线115与源极布线117交叉的区域及保持电容形成部分呈点滴状喷出,形成绝缘层116(图8(D))。
最后,将包含金属粒了的溶液(最好是金、银、铜等独立分散的纳米粒子)引入第4排管嘴,在规定位置喷出,形成源极布线117(图8(E))。这时,源极区与源极布线117不通过接触孔而直接电连接。另外,栅极布线115与源极布线117隔着绝缘层116立体交叉,而不会电连接。
在喷出液滴而形成布线时,采用具有Ag、Au、Cu、Pd等金属或金属化合物中的一种或多种材料的导电材料。另外,若能够利用分散剂抑制凝聚,在溶液中分散,则也可以采用具有Cr、Mo、Ti、Ta、W、Al等金属或金属化合物中的一种或多种材料的导电材料。另外,也可以利用液滴喷出法或各种印刷法进行多次导电材料成膜,从而形成多层导电膜层叠的栅极电极。但是,对于从喷出口喷出的组成物,考虑到电阻率的值,是好采用使Au、Ag、Cu的某一种材料溶解或分散在溶剂中的溶液,更为理想的是采用低电阻的Ag、Cu。但是,在采用Ag、Cu时,为了对付杂质,最好同时设置阻挡膜。作为阻挡膜,可以采用氮化硅膜或硅化镍(NiB)。另外,除了金属粒了以外,通过喷同含有主要是溶胶凝胶法等中利用的烃氧基金属等金属元素的溶液,也可以形成布线。
液滴喷出用的管嘴直径设定为0.1~50μm(最好为0.6~26μm),从管嘴喷出的组成物的喷出量设定为0.00001pl~50pl(最好为0.0001~40pl)。该喷出量与管嘴直径大小成正比增加。另外,对于被处理物体与管嘴喷出口的距离,为了滴下在所希望的地方,最好尽可能接近,理想情况设定为0.1~2mm左右。另外,即使管嘴直径不改变,也能够通过改变对压电元件所加的脉冲电压来控制喷出量。这些喷出条件最好预先设定,使得线宽达到约小于等于10μm。
然后,以150℃~400℃的温度进行10~60分钟的热处理,通过这样进行电极及布线金属的烧结。这时,若在形成含有大量氮的薄膜的状态下进行热处理,则同时可进行氢化处理。
然后,将漏极布线与发光元件或液晶元件等各种元件相对应的像素电极连接,在全部表面形成保护膜,这样完成TFT基板。该保护膜也可以利用液滴喷出法形成。
保护膜可以使用厚1.0~1.5μm的聚酰亚胺、丙烯、聚酰胺、聚酰亚胺酰胺、BCB(苯环丁烯)等。这样,能够形成在同一基板上具有驱动电路及像素部分的有源矩阵基板。
(实施形态2)
在本发明实施形态2中,在使用具有透光性的基板来制造半导体装置时,采用作为基板尺寸是600mm×720mm、680mm×880mm、1000mm×1200mm、1100mm×11250mm、1150mm×1300mm、1500mm×1800mm、1800mm×2000mm、2000mm×2100mm、2200mm×2600mm或2600mm×3100mm那样的大面积基板。
通过采用这样的大型基板,能够降低制造成本。作为能够使用的基板,可以采用以康宁公司的#7059玻璃或#1737玻璃等为代表的钡硼硅酸玻璃勤勉中硼硅酸玻璃等玻璃基板。再有,作为其它基板,也可以采用石英、半导体、塑料、塑料薄膜、金属、玻璃环氧树脂、陶瓷等各种透光性基板。
(实施形态3)
下面用图3至图5说明实施前述实施形态用的液滴喷出装置的一个例子。
图3所示的液滴喷出装置有装置内具有液滴喷出手段306,利用它喷出溶液,从而在基本302上得到所希望的图形。在本液滴喷出装置中,作为基板302,除了所希望的尺寸的玻璃基板以外,还可以采用以塑料基板为代表的树脂基板、或以硅为代表的半导体晶片等被处理物体。
在图3中,基板302从送入口304送入壳体301的内部,将结束了液滴喷出处理的基板从送出口305送出。在壳体301的内部,基板302放置在传送台303上,传送台303在连接送入口与送出口的轨道310a及310b上移动。
液滴喷出手段的支持部分307a及307b支持喷出溶液的液滴喷出手段306,是使液滴喷出手段306移动至X-Y平面内的任意地方的机构。液滴喷出手段的支持部分307a沿与传送台303平行的X方向移动,固定在溶液喷出手段的支持部分3037a上的液滴喷出手段的支持部分307b上安装液滴喷出手段306,它沿与X方向垂直的Y方向移动。若基板302送入壳体301的内部,则与此同时,液滴喷出手段的支持部分307a及液滴喷出手段306分别沿X及Y方向移动,设定在进行液滴喷出处理的初始规定位置。液滴喷同手段的支持部分307a及液滴喷出手段306向初始位置的移动是在基板送入时或基板送出时进行,通过这样通过高效率进行液滴喷出处理。
若利用传送台303的移动,基板302到达液滴喷出手段306等待的规定位置,则开始液滴喷出处理。液滴喷出处理是利用液滴喷出手段的支持部307a及液滴喷出手段306与基板302的相对移动、和从液滴喷出手段的支持部分支持的液滴喷出手段306的液滴喷出的组合来完成的。通过调节基板或液滴喷出手段的支持部分及液滴喷出手段的移动速度、以及从液滴喷出手段306喷出溶液的周期,能够在基板302上绘出所希望的图形。特别是由于液滴喷出处理要求高精度,因此在液滴喷出时最好使传送台停止移动,而仅使控制性好的液滴喷出手段的支持部分307a及液滴喷出手段306进行扫描。另外,液滴喷出手段306及液滴喷同手段的支持部分307a分别沿X-Y方向的扫描也可以不仅限于单方向,可以通过往复进行或反复地往复进行来进行液滴喷出处理。
溶液从设置在壳体301外部的溶液供给部分309向壳体内部供给,再通过液滴喷出手段的支持部分307a及307b供给液滴喷出手段306内部的储液室。该溶液供给是利用设置在壳体301外部的控制手段308进行控制的,但也可以利用装在壳体内部的液滴喷出手段的支持部分307a中的控制手段来进行控制。
另外,传送台及液滴喷出手段的支持部分的移动同样也是利用设置在壳体301外部的控制手段308进行控制的。
图3中虽未画出,但也可以根据需要,再设置与基板或基板上的图形对准位置用的传感器、向壳体引入气体的手段、壳体内部排气的手段、加热处理基板的手段、对基板照射光的手段、以及测量温度及压力等各种物理量的手段等。另外,这些手段民可以利用设置在壳体301外部的控制手段308统一进行控制。再有,若将控制手段通过LAN缆线、无线LAN、光纤等与生产管理系统等连接,则能够从外部统一管理工序,有助于提高生产率。
下面说明液滴喷出手段306的内部结构。图4是图3的液滴喷出手段306沿平行于Y方向的剖面。
从外部供给液滴喷出手段306内部的溶液通过储液室流通路径402存储在预备储液室403之后,向喷出溶液用的管嘴409移动。管嘴部分由为了将适量的溶液装入管嘴内而设置的流体阻力部分404、对溶液加压而向管嘴外部喷出用的加压室405、以及液滴喷出口407构成。
在加压室405的侧壁配置利用施加电压而变形的钛酸锆酸铅(Pb(Zr,Ti)O3)等具有压电效应的压电元件406。因此,通过对目标管嘴所配置的压电元件406加上电压,能够挤压加压室405内的溶液,向外部喷出溶液408。
在本发明中是采用压电元件的所谓压电方式进行液滴喷出的,但取决于溶液的材料,也可以采用使发热体发热而产生气泡将溶液挤同的所谓加热液滴喷出方式。在这种情况下,采用将压电元件406置换为发热体的结构。
另外,在液滴喷出用的管嘴部分409中,重要的一点是溶液与储液室流通路路径402、预备储液室403、流体阻力部分404、加压室405以及液滴喷出口407的浸润性。因此,在各自的流通路径中也可以形成调整与材料的浸润性用的碳膜或树脂膜等。
利用上述的手段,能够将溶液喷出在处理基础上。液滴喷出方式中有连续喷出溶液而形成连续的线状图形的所谓连续方式、以及呈点状喷出溶液的所谓按需方式,本发明的装置构成中是采用按需方式,但也可以使用连续方式的液滴喷出手段。
图5的(A)~(C)是表示图4的液滴喷出手段的底部的示意图。图5(A)是在液滴喷出手段底部501设置一个液滴喷出口502的基本配置。与此不同的是,在图5(B)中,是将液滴喷出手段底部501的液滴喷出口502增加至三点而构成三角形那样的所谓簇状配置。另外,在图5(C)中,是将液滴喷出口上下并排的配置。在该配置中,通过在从上面的液滴喷出口502喷出液滴后,隔开时间差,从下面的液滴喷出口502将同样的溶液喷出在同样的地方,就能够在已经喷出的基板上的溶液干燥或固化前,再厚厚地堆积同一溶液。另外,在上面的液滴喷出口因溶液等产生堵塞时,也可以使下面的液滴喷出口发挥作为备用的功能。
另外,在本实施形态中,所示的构成是使液滴喷出手段306沿Y方向扫描,但不限于此,也可以将液滴喷出手段沿Y方向呈线状配置,通过这样来喷出溶液。在这种情况下,不需要使液滴喷出手段沿Y方向扫描,通过沿X方向扫描,就能够向全部表面喷出溶液。
通过利用液滴喷出手段有选择地形成薄膜,能够减少以往大部分浪费掉的薄膜(抗蚀剂、金属、半导体膜、有机膜等)的使用量,能够降低制造成本。
(实施形态4)
在本实施形态中,为了形成布线图表形,要使用将金属微粒分散在有机溶剂在组成物。金属微粒采用平均粒径为1~50nm、最发为3~7nm的微粒。代表性的是银或金的微粒,在其表面覆盖胺、乙醇、硫醇等分散剂。有机溶剂是酚醋树脂或环氧系树脂等,采用热固化性或光固光性的材料。关于该组成物的粘度调整,只要添加触变剂或稀释溶剂即可。
利用液滴喷出手段对被形成面上适当喷出的组成物利用加热处理或光照射处理,使有机溶剂固化。伴随有机溶剂固化而使体积收缩,从而金属微粒之间接触,促进熔合、熔接或凝聚。即,形成平均粒径1~50nm、最好为3~7nm的金属微粒熔合、熔接或凝聚的布线。这样,利用溶合、熔接或凝聚,形成金属微粒相互之间而接触的状态,从而能够实现布线的低电阻。
本发明通过采用这样的组成物来形成布线图形,也容易形成线宽在1~10μm左右的布线图形。
另外,若使用绝缘物质微粒来代替金属微粒,则同样能够形成绝缘性的图形。
另外,本实施形态能够与上述的实施形态自由组合。
(实施形态5)
在本实施形态中,说明与实施形态1中所示的结构不同的反交错型半导体装置的制造方法。
首先,如图9(A)所示,形成基板900,并在基板900上形成TFT及发光元件。具体来说,基板900可以采用例如钡硼硅酸玻璃或铝硼硅酸玻璃等玻璃基板、石英基板、陶瓷基板等。另外,也可以采用在金属基板或半导体基板的表面形成绝缘膜的基板。由塑料等具有柔性的合成树脂形成的基板,一般上述基板相比,虽具有耐热性低的倾向,但若是能够承受制造工序中的处理温度,则可以使用。另外,也可以利用CMP法等的研磨,使基板900的表面平整。
对上述基板900的表面进行预处理,以提高利用液滴喷出法形成的导电膜或绝缘膜的附着性。作为提高附着性的方法,例如可以举出有在基板900的表面附加利用触媒作用能够提高附着性的金属或金属化合物的方法;在基板900上附着与形成的导电膜或绝缘膜的附着性强的有机系绝缘膜、金属或金属化合物的方法;以及对基板900的表面在大气压下或低压下进行等离子体处理、进行表面改性的方法等。另外,作为与上述导电膜或绝缘膜的附着性强的金属,作了钛及钛氧化物以外,可以举出有3d过渡金属的Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn等。另外,作为金属化合物,例如可以举出有将聚酰亚胺、硅氧烷系材料作为引发材料而形成的包含Si-O-Si键的绝缘膜(以下称为硅氧烷系绝缘膜)等。硅氧烷系绝缘膜的取代除了氢以外,也可以具有氟、烷基或芳香族碳化氢中的至少一种。
另外,在导体900上附着的金属或金属化合物具有导电性时,控制其表面电阻,使得不妨碍半导体元件的正常动作。具体来说,只要控制具有导电性的金属或金属化合物的平均存度为例如1~10nm即可,或者通过氧化使该金属或金属化合物的部分或全部绝缘化即可。或者,也可以除了想提高附着性的区域以外,利用刻蚀有选择地去除附着的金属或金属化合物。另外,也可以使金属或金属化合物预先不附着在基板的全部表面,而是利用液滴喷出法、印刷法或溶胶凝胶法等,仅有选择地附着在特定区域。另外,金属或金属化合物也可以不需要是在基本900的表面完全连续的薄膜状,而是在一定程序上呈分散的状态。
在本实施形态中,在基板900的表面附着利用光触媒反应能够提高附着性的ZnO或TiO2等光触媒。具体来说,使ZnO或TiO2分散在溶剂中,散布在基板900的表面,或者使Zn的化合物或Ti的化合物附着在基板900的表面之后进行氧化,或者采用溶胶凝胶法,通过这样结果能够在基板900的表面会着ZnO或TiO2。
然后,在进行了提高附着性用的预处理的基板900的表面上,利用液滴喷出法或各种印刷法,形成栅极电极901及布线902。具体来说,对于栅极电极901及布线902,采用具有Ag、Au、Cu、Pd等金属或金属化合物中的一种或多种材料的导电材料。另外,若能够利用分散剂抑制凝聚,在溶液中分散,则也可以采用具有Cr、Mo、Ti、Ta、W、Al等金属或金属化合物中的一种或多种材料的导电材料。另外,也可以利用液滴喷出法或各种印刷法进行多次导电材料成膜,从而形成多层导电膜层叠的栅极电极。但是,对于从喷出口喷出的组成物,考虑到电阻率的值,是好采用使Au、Ag、Cu的某一种材料溶解或分散在溶剂中的溶液,更为理想的是采用低电阻的Ag、Cu。但是,在采用Ag、Cu时,为了对付杂质,最好同时设置阻挡膜。作为阻挡膜,可以采用氮化硅膜或硅化镍(NiB)。
接着,形成绝缘膜903及904,使其覆盖栅极电极901及布线902(图9(A))。绝缘膜903及904能够通过有选择地喷出绝缘性溶液来形成。绝缘膜的成膜方法不限于此,也可以利用等离子体CVD法、溅射法等形成绝缘膜。另外,可以用单层的绝缘膜,也可以将多层的绝缘膜层叠。
然后,如图9(B)所示,形成第1半导体膜905。第一半导体膜905可以用非晶态半导体或半非晶膜半导体(SAS)形成。另外,也可以用多晶半导体膜。在本实施形态中,作为第1半导体膜905是采用半非晶态半导体。半非晶态半导体由于比非晶态半导体的结晶性高,因此能够得到高的迁移率,另外与多晶半导体不同,即使不增加晶化的工序也能够形成。
然后,在第1半导体膜905上形成保护膜906,使其与第1半导体膜905中的构成沟道形成区的部分重叠。保护膜906可以用液滴喷出法形成,也可以用CVD法或溅射法等形成。作为保护膜906,可以采用氧化硅、氮化硅、氮化氧化硅等无机绝缘膜、或硅氧烷系绝缘膜等。另外,也可以将这些膜层叠,用作为保护膜906。在本实施形态中,将利用等离子体CVD法形成的氮化硅、与利用液滴喷出法形成的硅氧烷系绝缘膜层叠,用作为保护膜906。在这种情况下,可以将利用液滴喷出法形成的硅氧烷系绝缘膜用作为掩模,形成氮化硅的图形。
然后,形成第2半导体膜907,使其覆盖第1半导体膜905(图9(C))。对第2半导体膜907添加赋予一种导电型的杂质。在形成P沟道型TFT时,作为赋予P型的杂质,可以使B2H6或BF3等杂质气体混入硅化物气体中。例如,在作为赋予P型的杂质采用硼时,可以使该硼的浓度为1×1014~6×1016atoms/cm3。另外,在形成N沟道型TFT时,只要对第2半导体膜907添加赋予N型的杂质、例如磷即可。具体来说,只要对硅化物气体加入PH3等杂质气体,形成第2半导体膜907即可。具有一种导电型的第2半导体膜907与第1半导体膜905相同,可以用半非晶态半导体或非晶态半导体形成。
然后,将利用液滴喷出法形成的抗蚀剂908用作为掩模,将第1半导体膜905及第2半导体膜907形成图形(图9(D))。在图9(D)中,909相当于形成图形后的第1半导体膜,910相当于形成图形后的第2半导体膜。在这种情况下,作为掩膜图形材料,不一定必须采用感光材料,只要选择能够容易去除的材料即可。
在去作了抗蚀剂908之后,利用液滴喷出法形成源极布线911及漏极布线912。然后,将源极布线911及漏极布线912用作为掩模,再使第2半导体膜910形成图形,通过这样形成发挥作为源极区或漏极区功能的第2半导体膜913及914。然后,漏极布线与发光元件或液晶元件等各种元件所对应的像素电极连接,在全部表面形成保护膜,从而完成TFT基板。
另外,在本实施形态形成的具有像素部分的半导体装置的情况下,在将半非晶态半导体用作为第1半导体膜时,能够在与像素部分同一基板上形成扫描线驱动电路。另外,也可以由利用非晶态半导体的TFT形成像素部分,将另外形成的驱动电路贴附在形成该像素部分的基础上。
(实施形态6)
下面,作为采用本发明的电子设备,可以举出有摄像机、数码相机、护目镜式显示器(头戴显示器)、导行系统、音响重放装置(汽车音响、组合音响等)、笔记本型个人计算机、游戏机、便携信息终端(移动式计算机、手机、便携式游戏机或电子书籍等)、具有记录媒体的图像重放装置(具体是将DigitalVersatile Disc(DVD,数字通用盘片)等记录媒体重放并具有能够显示该图像的显示器的范围)等。图6所示为这些电子设备的具体例子。
图6(A)是显示装置,包含壳体6001、支架6002、显示单元6003、扬声器单元6004及视频输入端6005等。本发明能够用于构成显示单元6003的电路。另外,利用本发明,完成图6(A)所示的显示装置。另外,显示装置包含个人计算机用、20~80英寸电视广播接收用及广告显示用等所有信息显示用的显示装置。
图6(B)是数码相机,包含本体6101、显示单元6102、成像单元6103、操作键6104、外部连接口6105及快门6106等。本发明能够用于构成显示单元6102的电路,另外,利用本发明,完成图6(B)所示的数据相机。
图6(C)是笔记本型个人计算机,包含本体6201、壳体6202、显示单元6203、键盘6204、外部连接口6205及定位鼠标6206等。本发明能够用于构成显示单元6203的电路。另外,利用本发明,完成图6(C)所示的笔记本型个人计算机。
图6(D)的移动式计算机,包含本体6301、单元显示6302、开关6303、操作键6304及红外线口6305等。本发明能够用于构成显示单元6302的电路。另外,利用本发明,完成图6(D)所示的移动式计算机。
图6(E)是具有记录媒体的便携式图像重放装置(具体是DVD重放装置),包含本体6401、壳体6402、显示单元A6403、显示单元B6404、记录媒体(DVD等)读入单元6405、操作键6406及扬声器单元6407等。显示单元A6403主要显示图像信息,显示单元B6404主要显示文字信息,本发明能够用于构成显示单元A及B的6403及6404的电路。另外,具有记录媒体的图像重放装置还包含家用游戏机等。另外,利用本发明,完成图6(E)所示的DVD重放装置。
图6(F)是护目镜式显示器(头戴显示器),包含本体6501、显示单元6502及支臂单元6503。本发明能够用于构成显示单元6503的电路。另外,利用本发明,完成图6(F)所示的护目镜式显示器。
图6(G)是摄像机,包含本体6601、显示单元6602、壳体6603、外部连接口6604、遥控器接收单元6605、成像单元6606、电池6607、声音输入单元660及操作键6609等。本发明能够用于构成显示单元6602的电路。另外,利用本发明,完成图6(G)所示的摄像机。
图6(H)是手机,包含本体6701、壳体6702、显示单元6703、声音输入单元6704、声音输出单元6705、操作键6706、外部连接口6707及天线6708等。本发明能够用于构成显示单元6703的电路。另外,显示单元6703通过在黑色背景上显示白色文字,能够抑制手机的功耗。另外,利用本发明,完成图6(H)所示的手机。
如上所示,本发明的适用范围极广,能够用于一切领域的电子设备。另外,这里所示的电子设备可以采用本发明中所示的任何结构的半导体装置。
Claims (25)
1.一种半导体装置,其特征在于,
在基板上形成的栅极布线及有源布线配置在同一平面上,在所述栅极布线与所述源极布线交叉的区域中,所述栅极布线与所述源极布线隔着绝缘膜交叉。
2.一种半导体装置,其特征在于,
在基板上形成的栅极布线及有源布线配置在同一平面上,在所述栅极布线与所述源极布线交叉的区域中,所述栅极布线与所述源极布线隔着岛状绝缘膜交叉。
3.一种半导体装置,其特征在于,
在基板上具有源极布线及栅极布线,在所述源极布线与所述栅极布线的交叉部分,在所述源极布线与所述栅极布线之间设置岛状绝缘膜,在非交叉部分,所述源极布线与所述栅极布线形成在同一绝缘表面上。
4.如权利要求2或3所述的半导体装置,其特征在于,
在所述栅极布线与所述源极布线交叉的区域中,
覆盖所述栅极布线配置所述岛状绝缘层,在所述岛状绝缘层的上部配置所述源极布线。
5.如权利要求2或3所述的半导体装置,其特征在于,
在所述栅极布线与所述源极布线交叉的区域中,
覆盖所述源极布线配置所述岛状绝缘层,在所述岛状绝缘层的上部配置所述栅极布线。
6.一种半导体装置,其特征在于,
具有在基板上形成的源极区与源极布线,
所述源极区与源极布线在同一平面中连接。
7.如权利要求5所述的半导体装置,其特征在于,
所述源极区与源极布线不通过接触孔连接。
8.如权利要求1至3的任一项所述的半导体装置,其特征在于,
所述栅极布线或源极布线的至少一方,是喷出含有金属粒子的溶液而形成的。
9.如权利要求1至3的任一项所述的半导体装置,其特征在于,
所述栅极布线或源极布线的至少一方,是喷出含有金属元素的溶液而形成的。
10.如权利要求1所述的半导体装置,其特征在于,
所述绝缘膜,是喷出包含绝缘材料的溶液而形成的。
11.如权利要求1所述的半导体装置,其特征在于,
所述岛状绝缘膜,是喷出包含绝缘材料的溶液而形成的。
12.如权利要求1至3及5的任一项所述的半导体装置,其特征在于,
所述半导体装置具有采用微晶半导体的薄膜晶体管。
13.如权利要求1至3及5的任一项所述的半导体装置,其特征在于,
所述半导体装置具有采用有机半导体的薄膜晶体管。
14.一种半导体装置的制造方法,其特征在于,
在基板上形成栅极布线,覆盖所述栅极布线有选择地形成岛状绝缘层,在与所述栅极布线同一平面上形成源极布线,
在所述栅极布线与所述源极布线交叉的区域中,隔着所述绝缘层交叉形成所述栅极布线与所述源极布线。
15.一种半导体装置的制造方法,其特征在于,
在基板上形成源极布线,覆盖所述源极布线有选择地形成岛状绝缘层,在与所述源极布线同一平面上形成栅极布线,
在所述源极布线与所述栅极布线交叉的区域中,隔着所述绝缘层交叉形成所述源极布线与所述栅极布线。
16.一种半导体装置的制造方法,其特征在于,
在基板上形成栅极布线,覆盖所述栅极布线有选择地形成岛状绝缘层,在与所述栅极布线同一平面上或所述岛状绝缘层上形成源极布线。
17.如权利要求14至16的任一项所述的半导体装置的制造方法,其特征在于,
所述栅极布线或所述源极布线的至少一方,是喷出含有金属粒子的溶液而形成的。
18.如权利要求14至16的任一项所述的半导体装置的制造方法,其特征在于,
所述栅极布线或所述源极布线的至少一方,是喷出含有金属元素液而形成的。
19.如权利要求14至16的任一项所述的半导体装置的制造方法,其特征在于,
所述岛状绝缘层,是喷出含有绝缘材料的溶液而形成的。
20.如权利要求14至16的任一项所述的半导体装置的制造方法,其特征在于,
所述栅极布线及源极布线,是利用激光绘图装置而形成的。
21.一种显示装置,其特征在于,
具有权利要求1至3及5的任一项中所述的半导体装置。
22.一种数码相机,其特征在于,
具有权利要求1至3及5的任一项中所述的半导体装置。
23.一种个人计算机,其特征在于,
具有权利要求1至3及5的任一项中所述的半导体装置。
24.一种移动式计算机,其特征在于,
具有权利要求1至3及5的任一项中所述的半导体装置。
25.一种图像重放装置,其特征在于,
具有权利要求1至3及5的任一项中所述的半导体装置。
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