JP3484815B2

JP3484815B2 - 薄膜トランジスタの製造方法

Info

Publication number: JP3484815B2
Application number: JP10267795A
Authority: JP
Inventors: 裕橘野; 幸太郎矢野; 彰坂脇; 計二川崎
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Showa Denko KK
Priority date: 1994-05-09
Filing date: 1995-04-26
Publication date: 2004-01-06
Anticipated expiration: 2019-01-06
Also published as: JPH0832085A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アクティブマトリック
ス型液晶表示装置を構成するための電界効果型の薄膜ト
ランジスタ（Thin Film Transistor：以下、「ＴＦＴ」
と略称する。）の製造法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＴＦＴのチャネル半導体膜として
用いられるシリコン薄膜としてアモルファスシリコン
（以下「ａ−Ｓｉ」という）膜や多結晶シリコン（以下
「ｐｏｌｙ−Ｓｉ」という）膜などがあるが、これらの
形成方法としては、水素化珪素ガスを用いた熱ＣＶＤ
（Chemical Vapor Deposition ）法、プラズマＣＶＤ
法、光ＣＶＤ法等が利用されており、一般にはａ−Ｓｉ
膜ではプラズマＣＶＤ法（Spear,W.E.ら:Solid State C
om.,17 巻(1975 年）第1193頁参照）、ｐｏｌｙ−Ｓｉ
膜では熱ＣＶＤ法（Kern,Wら：J.Vac.Sci.Technol.,14
(5)巻(1977 年）第1082頁参照）あるいはａ−Ｓｉ膜を
熱アニールまたはレーザーアニールにより多結晶化する
方法が広く用いられ、ＴＦＴにおけるチャネル半導体膜
として用いられるシリコン薄膜形成法として利用されて
いる。

【０００３】また、高次の水素化珪素を用いたＣＶＤ法
としては、高次水素化珪素ガスを大気圧以上の圧力下で
熱分解する方法（特公平４−６２０７３号公報参照）、
環状水素化珪素ガスを熱分解する方法（特公平５−４６
９号公報参照）、分岐水素化珪素を用いる方法（特開昭
６０−２６６６５号公報参照）、トリシラン以上の高次
の水素化珪素ガスを４８０℃以下で熱ＣＶＤを行なう方
法（特公平５−５６８５２号公報参照）等が提案されて
いる。そして、液体状の水素化珪素を用いる例として
は、ガス状の原料を冷却した基板上に液状化して吸着さ
せ、化学的に活性な原子状の水素（Ｈ）と反応させてシ
リコン系の薄膜を堆積させる方法（特開平１−２９６６
１１号公報参照）が知られている。原子状の水素は、一
般には水素ガス（Ｈ₂ ガス）をマイクロ波放電等の方法
により分解して得ることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のＣ
ＶＤ法を用いてＴＦＴを製造する場合には、以下のよう
な問題点がある。気相反応を用いるため気相で粒子が
発生し装置の汚染、デバイスの歩留まり低下等の問題を
生じる。膜形成速度が小さくスループットが低い。ま
たプラズマＣＶＤ法においては高周波発生装置等複雑
で高価な装置が必要となる。高価な高真空装置が必要
である。得られたＴＦＴにゲート電圧を印加した時の
オン電流の変動や、ゲート電圧を長時間印加した後のし
きい値電圧の変動やオン電流の劣化等のデバイス上の問
題点がある。

【０００５】また、上記従来の液体状水素化珪素を用い
るシリコン薄膜形成法には、以下のような問題点があ
る。原料の気化と冷却を続けて行なうため塗布法と比
較して気化や冷却のための複雑で高価な装置が必要であ
り、また膜厚の制御も困難である。塗布膜への成膜エ
ネルギーが原子状の水素からのみ与えられるため膜形成
速度が遅く、さらにＴＦＴ用としての所定の特性を持つ
シリコン薄膜を得るためには加熱アニールが必要であり
スループットが悪い、という問題点がある。本発明は、
上記の問題点を解決するためになされたものであり、容
易かつ確実にシリコン薄膜を形成しうる薄膜トランジス
タの製造方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本願の第１の発明に係る薄膜トランジスタの製造方
法は、基板、ゲート電極、ゲート絶縁膜、チャネル半導
体膜としてのシリコン薄膜、ソース電極、及びドレイン
電極を有して構成される薄膜トランジスタの製造方法に
おいて、前記チャネル半導体膜としてのシリコン薄膜
を、前記基板上にＳｉ_m Ｈ_2m+2あるいはＳｉ_n Ｈ_2n（た
だし、ｍ、ｎはｍ≧５、ｎ≧４であるような整数）を含
有する液体状の水素化珪素を塗布した後、昇温過程を含
む熱履歴を経させ、塗布膜内で分解反応させることによ
り形成するように構成される。

【０００７】上記本願の第１の発明に係る薄膜トランジ
スタの製造方法において、前記液体状の水素化珪素を塗
布する際の、前記基板の温度を室温以上とするように構
成してもよい。また、上記本願の第１の発明に係る薄膜
トランジスタの製造方法において、前記昇温過程におけ
る到達温度を５５０℃未満とし、前記シリコン薄膜とし
てアモルファスシリコン薄膜を形成するように構成して
もよい。また、上記本願の第１の発明に係る薄膜トラン
ジスタの製造方法において、前記昇温過程における到達
温度を５５０℃以上とし、前記シリコン薄膜として多結
晶シリコン薄膜を形成するように構成してもよい。

【０００８】また、本願の第２の発明に係る薄膜トラン
ジスタの製造方法は、基板、ゲート電極、ゲート絶縁
膜、チャネル半導体膜としてのシリコン薄膜、ソース電
極、及びドレイン電極を有して構成される薄膜トランジ
スタの製造方法において、前記チャネル半導体膜として
のシリコン薄膜を、前記基板上にＳｉ_m Ｈ_2m+2あるいは
Ｓｉ_n Ｈ_2n（ただし、ｍ、ｎはｍ≧５、ｎ≧４であるよ
うな整数）を含有する液体状の水素化珪素を塗布した
後、原子状の水素を基板上に導入しながら昇温過程を含
む熱履歴を経させ、塗布膜内で分解反応させることによ
り形成するように構成される。

【０００９】上記本願の第２の発明に係る薄膜トランジ
スタの製造方法において、前記液体状の水素化珪素を塗
布する際の、前記基板の温度を室温以上とするように構
成してもよい。また、上記本願の第２の発明に係る薄膜
トランジスタの製造方法において、前記昇温過程におけ
る到達温度を５５０℃未満とし、前記シリコン薄膜とし
てアモルファスシリコン薄膜を形成するように構成して
もよい。

【００１０】また、上記本願の第２の発明に係る薄膜ト
ランジスタの製造方法において、前記昇温過程における
到達温度を５５０℃以上とし、前記シリコン薄膜として
多結晶シリコン薄膜を形成するように構成してもよい。
上記本願の第２の発明に係る薄膜トランジスタの製造方
法において、前記原子状の水素が、水素ガスのマイクロ
波放電により、あるいは水素ガスへの紫外線の照射によ
り、あるいは水素ガスと加熱した金属表面との接触によ
り生成されるように構成してもよい。

【００１１】

【作用】上記構成を有する本願の第１の発明によれば、
ＴＦＴに用いる基板上にＳｉ_mＨ_2m+2あるいはＳｉ_n Ｈ
_2n（ただし、ｍ、ｎはｍ≧５、ｎ≧４であるような整
数）を含有する液体状の水素化珪素を塗布した後、昇温
過程を含む熱履歴を経させ、この熱エネルギーにより塗
布膜内で上記水素化珪素を分解反応させることにより、
基板上にＴＦＴ材料としての特性を有するシリコン薄膜
を形成することができる。

【００１２】また、上記構成を有する本願の第２の発明
によれば、塗布した液体状の水素化珪素を昇温過程を含
む熱履歴を経させて塗布膜内で分解反応させる際に、原
子状の水素を基板上に導入することにより、得られるＴ
ＦＴの特性をさらに優れたものとすることができる。こ
の本願第２の発明の場合においても、原料の水素化珪素
の分解は熱エネルギーによって行なわれ、原子状の水素
の導入は得られるシリコン薄膜の電子材料としての特性
をより優れたものとするために行われるものであり、活
性な原子状の水素のみを成膜エネルギー源に用いる他の
従来の方法とは本質的に異なる。したがって、ＴＦＴ製
造におけるシリコン薄膜の形成方法として一定温度に加
熱保持された基板上への気相からの堆積方法を用いる従
来のＣＶＤ法等と比較して、容易かつ確実にシリコン薄
膜を形成しうる薄膜トランジスタの製造方法を提供する
ことができる。

【００１３】

【実施例】以下、図面に基づき本発明の実施例を説明す
る。図１は本発明の第１実施例である薄膜トランジスタ
製造装置（以下、「ＴＦＴ製造装置」と略称する。）の
構成を示す図である。図１に示す第１実施例の装置は、
後述する原子状の水素を利用する方法を採用せずに熱分
解によりシリコン薄膜を形成する製造方法を実施するた
めの装置である。

【００１４】図に示すように、このＴＦＴ製造装置１０
０は、液塗布室１０１と、シリコン薄膜形成室１０２を
備えており、これらは基板１０５を搬送可能な搬送路１
０３と搬送路１０３を開閉可能なゲートバルブ１０３Ｇ
により接続されている。上記の液塗布室１０１には、上
記の基板１０５を載置し回転させながら水素化珪素液を
塗布するためのスピナー１０４が設置されている。スピ
ナー１０４は、回転軸１０４Ａにより回転駆動可能なよ
うに構成されている。また、液塗布室１０１には、室内
に水素化珪素液を送る水素化珪素液パイプ１０７と、開
閉により液供給量の調節を行うための水素化珪素液調節
バルブ１０７Ｖと、水素化珪素液量計１０７Ｍからなる
水素化珪素導入系が設けられるほか、室内に不活性ガス
を送る不活性ガスパイプ１０８と開閉によりガス供給量
の調節を行なうための不活性ガス調節バルブ１０８Ｖ
と、不活性ガス流量計１０８Ｍからなる不活性ガス導入
系が設けられ、さらに排気パイプ１１０と排気バルブ１
１０Ｖからなる排気系が設けられている。

【００１５】また、シリコン薄膜形成室１０２には、室
内に不活性ガスを送る不活性ガスパイプ１０９と、開閉
によりガス供給量の調節を行うための不活性ガス調節バ
ルブ１０９Ｖと、不活性ガス流量計１０９Ｍからなる不
活性ガス導入系が設けられ、さらに排気パイプ１１１と
排気バルブ１１１Ｖからなる排気系が設けられている。
また、シリコン薄膜形成室１０２には、上記基板１０５
を載置するための基板台１０６が設けられている。

【００１６】次に、上記のＴＦＴ製造装置１００におけ
るＴＦＴの製造方法について説明する。まず、上記基板
１０５をスピナー１０４上に固定し、上記の不活性ガス
パイプ１０８と排気パイプ１１０とを併用して液塗布室
１０１内の空気を不活性ガスで置換する。その後、水素
化珪素液量計１０７Ｍにより監視しながら所定量の水素
化珪素液を直下の基板１０５上に滴下する。その後、ス
ピナー１０４を所定の回転数、および所定時間回転さ
せ、基板１０５表面に所定の水素化珪素塗布膜を形成す
る。

【００１７】次に、不活性ガスパイプ１０９と排気パイ
プ１１１とを併用してシリコン薄膜形成室１０２内の空
気を不活性ガスで置換する。その後、水素化珪素液が塗
布された上記基板１０５は、上記の搬送路１０３とゲー
トバルブ１０３Ｇを通ってシリコン薄膜形成室１０２内
へ搬送され、基板台１０６上に載置され保持される。基
板台１０６にはヒーター等の図示しない加熱手段が設け
られており、基板１０５はその後所定の基板温度に到達
するまで昇温され保持される。所定の基板温度に到達し
た後は、上記の加熱手段による加熱を停止し、基板１０
５は室温付近にまで降温される。その後、基板１０５は
シリコン薄膜形成室１０２から取り出されるか、あるい
は、次の処理工程等へと搬送されるが、その前に、上記
の不活性ガスパイプ１０９と排気パイプ１１１とを併用
し、シリコン薄膜形成室１０２内に残留している水素化
珪素等の未反応の原料を排出しつつ室内を不活性ガスで
置換する。上記のような工程により、基板１０５上に液
体状の水素化珪素を塗布した後、加熱手段により昇温
し、昇温過程を含む熱履歴を経させて塗布膜内で分解反
応をさせ、基板１０５上にＴＦＴ材料としての特性を満
足するシリコン薄膜を形成することができる。

【００１８】次に本発明の第２実施例について説明す
る。図２は本発明の第２実施例であるＴＦＴ製造装置の
構成を示す図である。図２に示す第２実施例の装置は、
上記の第１実施例とは異なり、塗布された水素化珪素の
熱分解を行なう際に、原子状の水素を利用する方法を採
用するものであり、特に、原子状の水素を水素ガスのマ
イクロ波放電により得る方法を採用し、かつ熱分解によ
りシリコン薄膜を形成する製造方法を実施するための装
置である。図に示すように、このＴＦＴ製造装置２００
は、液塗布室２０１と、シリコン薄膜形成室２０２を備
えており、これらは基板２０５を搬送可能な搬送路２０
３と搬送路２０３を開閉可能なゲートバルブ２０３Ｇに
より接続されている。また、シリコン薄膜形成室２０２
には、原子状水素生成管２１３が接続されている。

【００１９】上記の液塗布室２０１には、上記の基板２
０５を載置し回転させながら水素化珪素液を塗布するた
めのスピナー２０４が設置されている。スピナー２０４
は、回転軸２０４Ａにより回転駆動可能なように構成さ
れている。また、液塗布室２０１には、室内に水素化珪
素液を送る水素化珪素液パイプ２０７と、開閉により液
供給量の調節を行うための水素化珪素液調節バルブ２０
７Ｖと、水素化珪素液量計２０７Ｍからなる水素化珪素
導入系が設けられるほか、室内に不活性ガスを送る不活
性ガスパイプ２０８と開閉によりガス供給量の調節を行
なうための不活性ガス調節バルブ２０８Ｖと、不活性ガ
ス流量計２０８Ｍからなる不活性ガス導入系が設けら
れ、さらに排気パイプ２１０と排気バルブ２１０Ｖから
なる排気系が設けられている。

【００２０】また、シリコン薄膜形成室２０２には、室
内に不活性ガスを送る不活性ガスパイプ２０９と、開閉
によりガス供給量の調節を行うための不活性ガス調節バ
ルブ２０９Ｖと、不活性ガス流量計２０９Ｍからなる不
活性ガス導入系が設けられ、さらに排気パイプ２１１と
排気バルブ２１１Ｖからなる排気系が設けられている。
そして、上記の原子状水素生成管２１３には、生成管内
に水素ガスを送る水素ガスパイプ２１２と、開閉により
水素ガス供給量の調節を行うための水素ガス調節バルブ
２１２Ｖと、水素ガス流量計２１２Ｍからなる水素ガス
導入系が接続され、原子状水素生成管２１３内に導入さ
れた水素ガスを原子状水素化するためのマイクロ波発生
装置２１４が設けられている。また、シリコン薄膜形成
室２０２には、上記基板２０５を載置するための基板台
２０６が設けられている。

【００２１】次に、上記のＴＦＴ製造装置２００におけ
るＴＦＴの製造方法について説明する。まず、上記基板
２０５をスピナー２０４上に固定し、上記の不活性ガス
パイプ２０８と排気パイプ２１０とを併用して液塗布室
２０１内の空気を不活性ガスで置換する。その後、水素
化珪素液量計２０７Ｍにより監視しながら所定量の水素
化珪素液を直下の基板２０５上に滴下する。その後、ス
ピナー２０４を所定の回転数、および所定時間回転さ
せ、基板２０５表面に所定の水素化珪素塗布膜を形成す
る。

【００２２】次に、不活性ガスパイプ２０９と排気パイ
プ２１１とを併用してシリコン薄膜形成室２０２内の空
気を不活性ガスで置換する。その後、水素化珪素液が塗
布された上記基板２０５は、上記の搬送路２０３とゲー
トバルブ２０３Ｇを通ってシリコン薄膜形成室２０２内
へ搬送され、基板台２０６上に載置され保持される。基
板台２０６にはヒーター等の図示しない加熱手段が設け
られており、基板２０５はその後所定の基板温度に到達
するまで昇温され保持される。第２実施例においては、
上記第１実施例と異なり、この際同時に上記の水素ガス
導入系から水素ガスが原子状水素生成管２１３内に導入
され、この水素ガスはマイクロ波発生装置２１４により
マイクロ波エネルギーを付与されて放電し、原子状の水
素を発生させる。このようにして発生した原子状の水素
は、シリコン薄膜形成室２０２内の基板２０５上に導入
される。

【００２３】上記のようにして所定の基板温度に到達し
た後は、上記の加熱手段による加熱を停止し、基板２０
５は室温付近にまで降温される。その後、基板２０５は
シリコン薄膜形成室２０２から取り出されるか、あるい
は、次の処理工程等へと搬送されるが、その前に、上記
の不活性ガスパイプ２０９と排気パイプ２１１とを併用
し、シリコン薄膜形成室２０２内に残留している水素化
珪素等の未反応の原料を排出しつつ室内を不活性ガスで
置換する。上記のような工程により、基板２０５上に液
体状の水素化珪素を塗布した後、原子状の水素を基板上
に導入しながら昇温し、昇温過程を含む熱履歴を経させ
て塗布膜内で分解反応をさせ、基板２０５上にＴＦＴ材
料としての特性を満足するシリコン薄膜を形成すること
ができる。

【００２４】次に本発明の第３実施例について説明す
る。図３は本発明の第３実施例であるＴＦＴ製造装置の
構成を示す図である。図３に示す第３実施例の装置は、
上記の第１実施例とは異なり、塗布された水素化珪素の
熱分解を行なう際に、原子状の水素を利用する方法を採
用するものであり、特に、原子状の水素を水素ガスに紫
外線を照射することにより得る方法を採用し、かつ熱分
解によりシリコン薄膜を形成する製造方法を実施するた
めの装置である。図に示すように、このＴＦＴ製造装置
３００は、液塗布室３０１と、シリコン薄膜形成室３０
２を備えており、これらは基板３０５を搬送可能な搬送
路３０３と搬送路３０３を開閉可能なゲートバルブ３０
３Ｇにより接続されている。また、シリコン薄膜形成室
３０２には、原子状水素生成室３１３が接続されてい
る。

【００２５】上記の液塗布室３０１には、上記の基板３
０５を載置し回転させながら水素化珪素液を塗布するた
めのスピナー３０４が設置されている。スピナー３０４
は、回転軸３０４Ａにより回転駆動可能なように構成さ
れている。また、液塗布室３０１には、室内に水素化珪
素液を送る水素化珪素液パイプ３０７と、開閉により液
供給量の調節を行うための水素化珪素液調節バルブ３０
７Ｖと、水素化珪素液量計３０７Ｍからなる水素化珪素
導入系が設けられるほか、室内に不活性ガスを送る不活
性ガスパイプ３０８と開閉によりガス供給量の調節を行
なうための不活性ガス調節バルブ３０８Ｖと、不活性ガ
ス流量計３０８Ｍからなる不活性ガス導入系が設けら
れ、さらに排気パイプ３１０と排気バルブ３１０Ｖから
なる排気系が設けられている。

【００２６】また、シリコン薄膜形成室３０２には、室
内に不活性ガスを送る不活性ガスパイプ３０９と、開閉
によりガス供給量の調節を行うための不活性ガス調節バ
ルブ３０９Ｖと、不活性ガス流量計３０９Ｍからなる不
活性ガス導入系が設けられ、さらに排気パイプ３１１と
排気バルブ３１１Ｖからなる排気系が設けられている。
そして、上記の原子状水素生成室３１３には、生成室内
に水素ガスを送る第１水素ガスパイプ３１９および３２
０と、開閉により水素ガス供給量の調節を行うための第
１水素ガス調節バルブ３１９Ｖおよび３２０Ｖと、第１
水素ガス流量計３１９Ｍと、水銀溜３１５と、ヒーター
３１６とからなる第１水素ガス導入系が接続されるとと
もに、上記原子状水素生成室３１３内に水素ガスを送る
第２水素ガスパイプ３１８と、開閉により水素ガス供給
量の調節を行うための第２水素ガス調節バルブ３１８Ｖ
と、第２水素ガス流量計３１８Ｍとからなる第２水素ガ
ス導入系が接続され、原子状水素生成室３１３内に導入
された水素ガスを原子状水素化するための紫外線ランプ
３１２および合成石英板３１４が設けられている。ま
た、シリコン薄膜形成室３０２には、上記基板３０５を
載置するための基板台３０６が設けられている。

【００２７】次に、上記のＴＦＴ製造装置３００におけ
るＴＦＴの製造方法について説明する。まず、上記基板
３０５をスピナー３０４上に固定し、上記の不活性ガス
パイプ３０８と排気パイプ３１０とを併用して液塗布室
３０１内の空気を不活性ガスで置換する。その後、水素
化珪素液量計３０７Ｍにより監視しながら所定量の水素
化珪素液を直下の基板３０５上に滴下する。その後、ス
ピナー３０４を所定の回転数、および所定時間回転さ
せ、基板３０５表面に所定の水素化珪素塗布膜を形成す
る。

【００２８】次に、不活性ガスパイプ３０９と排気パイ
プ３１１とを併用してシリコン薄膜形成室３０２内の空
気を不活性ガスで置換する。その後、水素化珪素液が塗
布された上記基板３０５は、上記の搬送路３０３とゲー
トバルブ３０３Ｇを通ってシリコン薄膜形成室３０２内
へ搬送され、基板台３０６上に載置され保持される。基
板台３０６にはヒーター等の図示しない加熱手段が設け
られており、基板３０５はその後所定の基板温度に到達
するまで昇温され保持される。第３実施例においては、
この際同時に上記の第１水素ガス導入系の第１水素ガス
パイプ３１９から水素ガスが水銀溜３１５内へ導入さ
れ、水銀溜３１５内に貯留されている水銀３１６がヒー
ター３１７により加熱されて発生した水銀微量蒸気分と
混合され、第１水素ガスパイプ３２０を経て原子状水素
生成室３１３内に導入される。この水素ガスは紫外線ラ
ンプ３１２から合成石英板３１４を通して照射される紫
外線により紫外線エネルギーが付与され光化学反応によ
り励起分解され、原子状の水素を発生させる。このよう
にして発生した原子状の水素は、シリコン薄膜形成室３
０２内の基板３０５上に導入される。

【００２９】上記のように微量の水銀蒸気を混合させる
と、原子状の水素を効率良く得ることができ、一般に
「水銀増感法」と呼ばれている。水銀蒸気分量は、水銀
溜３１５の外側に設置されたヒーター３１７によって制
御される。また、上記の第１水素ガス導入系の水素ガス
の濃度は、上記の第１水素ガスパイプ３２０に合流する
第２水素ガス導入系から導入される水素ガスによって希
釈するようにしてもよいし、水銀溜を経由させずに第２
水素ガス導入系から直接に水素ガスを原子状水素生成室
３１３へ導入してもよい。

【００３０】上記のようにして所定の基板温度に到達し
た後は、上記の加熱手段による加熱を停止し、基板３０
５は室温付近にまで降温される。その後、基板３０５は
シリコン薄膜形成室３０２から取り出されるか、あるい
は、次の処理工程等へと搬送されるが、その前に、上記
の不活性ガスパイプ３０９と排気パイプ３１１とを併用
し、シリコン薄膜形成室３０２内に残留している水素化
珪素等の未反応の原料を排出しつつ室内を不活性ガスで
置換する。上記のような工程により、基板３０５上に液
体状の水素化珪素を塗布した後、原子状の水素を基板上
に導入しながら昇温し、昇温過程を含む熱履歴を経させ
て塗布膜内で分解反応をさせ、基板３０５上にＴＦＴ材
料としての特性を満足するシリコン薄膜を形成すること
ができる。

【００３１】次に本発明の第４実施例について説明す
る。図４は本発明の第４実施例であるＴＦＴ製造装置の
構成を示す図である。図４に示す第４実施例の装置は、
塗布された水素化珪素の熱分解を行なう際に、原子状の
水素を利用する方法を採用するものであり、特に、水素
ガスとタングステンフィラメントを加熱した表面との接
触により原子状の水素を得る方法を採用し、かつ熱分解
によりシリコン薄膜を形成する製造方法を実施するため
の装置である。図に示すように、このＴＦＴ製造装置４
００は、液塗布室４０１と、シリコン薄膜形成室４０２
を備えており、これらは基板４０５を搬送可能な搬送路
４０３と搬送路４０３を開閉可能なゲートバルブ４０３
Ｇにより接続されている。また、シリコン薄膜形成室４
０２には、原子状水素生成管４１３が接続されている。

【００３２】上記の液塗布室４０１には、上記の基板４
０５を載置し回転させながら水素化珪素液を塗布するた
めのスピナー４０４が設置されている。スピナー４０４
は、回転軸４０４Ａにより回転駆動可能なように構成さ
れている。また、液塗布室４０１には、室内に水素化珪
素液を送る水素化珪素液パイプ４０７と、開閉により液
供給量の調節を行うための水素化珪素液調節バルブ４０
７Ｖと、水素化珪素液量計４０７Ｍからなる水素化珪素
導入系が設けられるほか、室内に不活性ガスを送る不活
性ガスパイプ４０８と開閉によりガス供給量の調節を行
なうための不活性ガス調節バルブ４０８Ｖと、不活性ガ
ス流量計４０８Ｍからなる不活性ガス導入系が設けら
れ、さらに排気パイプ４１０と排気バルブ４１０Ｖから
なる排気系が設けられている。

【００３３】また、シリコン薄膜形成室４０２には、室
内に不活性ガスを送る不活性ガスパイプ４０９と、開閉
によりガス供給量の調節を行うための不活性ガス調節バ
ルブ４０９Ｖと、不活性ガス流量計４０９Ｍからなる不
活性ガス導入系が設けられ、さらに排気パイプ４１１と
排気バルブ４１１Ｖからなる排気系が設けられている。
そして、上記の原子状水素生成室４１３には、生成室内
に水素ガスを送る水素ガスパイプ４１２と、開閉により
水素ガス供給量の調節を行うための水素ガス調節バルブ
４１２Ｖと、水素ガス流量計４１２Ｍからなる水素ガス
導入系が接続され、原子状水素生成管４１３内に導入さ
れた水素ガスを原子状水素化するためのタングステンフ
ィラメント４１４が設けられている。また、シリコン薄
膜形成室４０２には、上記基板４０５を載置するための
基板台４０６が設けられている。

【００３４】次に、上記のＴＦＴ製造装置４００におけ
るＴＦＴの製造方法について説明する。まず、上記基板
４０５をスピナー４０４上に固定し、上記の不活性ガス
パイプ４０８と排気パイプ４１０とを併用して液塗布室
４０１内の空気を不活性ガスで置換する。その後、水素
化珪素液量計４０７Ｍにより監視しながら所定量の水素
化珪素液を直下の基板４０５上に滴下する。その後、ス
ピナー４０４を所定の回転数、および所定時間回転さ
せ、基板４０５表面に所定の水素化珪素塗布膜を形成す
る。

【００３５】次に、不活性ガスパイプ４０９と排気パイ
プ４１１とを併用してシリコン薄膜形成室４０２内の空
気を不活性ガスで置換する。その後、水素化珪素液が塗
布された上記基板４０５は、上記の搬送路４０３とゲー
トバルブ４０３Ｇを通ってシリコン薄膜形成室４０２内
へ搬送され、基板台４０６上に載置され保持される。基
板台４０６にはヒーター等の図示しない加熱手段が設け
られており、基板４０５はその後所定の基板温度に到達
するまで昇温され保持される。この第４実施例において
は、この際同時に上記の水素ガス導入系から水素ガスが
原子状水素生成管４１３内に導入され、この水素ガスは
通電等によって加熱されたタングステンフィラメント４
１４の表面と接触して分解し、原子状の水素を発生させ
る。このようにして発生した原子状の水素は、シリコン
薄膜形成室４０２内の基板４０５上に導入される。上記
において、タングステンフィラメントには限定されず、
フィラメント状のコイルであれば他の金属製のものでも
よい。

【００３６】上記のようにして所定の基板温度に到達し
た後は、上記の加熱手段による加熱を停止し、基板４０
５は室温付近にまで降温される。その後、基板４０５は
シリコン薄膜形成室４０２から取り出されるか、あるい
は、次の処理工程等へと搬送されるが、その前に、上記
の不活性ガスパイプ４０９と排気パイプ４１１とを併用
し、シリコン薄膜形成室４０２内に残留している水素化
珪素等の未反応の原料を排出しつつ室内を不活性ガスで
置換する。上記のような工程により、基板４０５上に液
体状の水素化珪素を塗布した後、原子状の水素を基板上
に導入しながら昇温し、昇温過程を含む熱履歴を経させ
て塗布膜内で分解反応をさせ、基板４０５上にＴＦＴ材
料としての特性を満足するシリコン薄膜を形成すること
ができる。

【００３７】上記の第２実施例ないし第４実施例の方法
によれば、塗布した液体状の水素化珪素を、昇温過程を
含む熱履歴を経させて塗布膜内で分解反応させる際に、
原子状の水素を基板上に導入することにより、得られる
ＴＦＴの特性を第１実施例の方法により形成されたもの
よりもさらに優れたものとすることができる。この第２
実施例ないし第４実施例の方法においても、原料の水素
化珪素の分解は熱エネルギーによって行われ、原子状の
水素の導入は得られるシリコン薄膜の電子材料としての
特性をより優れたものとするために行われるものであ
り、活性な原子状の水素のみを成膜エネルギー源に用い
る他の従来の方法とは本質的に異なる。

【００３８】次に、上記各実施例により得られるＴＦＴ
の構造例について図を参照しつつ説明する。図５は、逆
スタガー型のＴＦＴ１０を示したものであり、ガラス基
板等の絶縁基板１１上に、ゲート電極１２として高ドー
プのｐｏｌｙ−Ｓｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｔａ、
Ｔｉ、Ｗ等の半導体や金属の膜を蒸着法やスパッタリン
グ法等により形成し、その上にゲート絶縁膜１３として
窒化シリコン薄膜、酸化シリコン薄膜、Ｔａ₂ Ｏ₅ 膜等
をＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、熱酸化法、陽極酸化法
等により形成する。このゲート絶縁膜１３の上に、上記
各実施例に示す液体状態の水素化珪素の熱分解法による
シリコン薄膜１４を形成する。そして、次に、金属膜、
あるいはｎ⁺ シリコン薄膜と金属膜の二重構造膜などに
よるソース電極１５とドレイン電極１６とを形成する。
上記各膜のパターニングはフォトリソグラフィー等によ
り行なう。

【００３９】図６に示すものは、スタガー型のＴＦＴ２
０であり、上記図１の場合と同様に、ガラス基板等の絶
縁基板２１上に、上記各実施例に示す液体状態の水素化
珪素の熱分解法によるシリコン薄膜２４を形成する。次
に、このシリコン薄膜２４の上に、金属膜、あるいはｎ
⁺ シリコン薄膜と金属膜の二重構造膜などによるソース
電極２５とドレイン電極２６とを形成する。そして、こ
れらの上に、ゲート絶縁膜２３として窒化シリコン薄
膜、酸化シリコン薄膜、Ｔａ₂ Ｏ₅ 膜等をＣＶＤ法、プ
ラズマＣＶＤ法、熱酸化法、陽極酸化法等により形成
し、このゲート絶縁膜２３上にゲート電極２２として高
ドープのｐｏｌｙ−Ｓｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｔ
ａ、Ｔｉ、Ｗ等の半導体や金属の膜を蒸着法やスパッタ
リング法等により形成する。上記各膜のパターニングも
フォトリソグラフィー等により行なう。

【００４０】図７は、コプレーナー型のＴＦＴ３０を示
したものであり、各層は図５に示す逆スタガー型ＴＦＴ
１０とほぼ同様にして形成するが、一般にソース電極３
５としては金属膜が、ドレイン電極３６としては画素電
極としてＩＴＯ膜が用いられる。また、上記図５に示す
逆スタガー型ＴＦＴ１０とは異なり、ソース電極３５と
ドレイン電極３６の下には高ドープのｐｏｌｙ−Ｓｉ等
によるソース膜３７とドレイン膜３８が形成される。こ
の型はｐｏｌｙ−ＳｉＴＦＴで利用される場合が多い。

【００４１】図８は、低抵抗シリコン基板４２がゲート
電極を兼ねた構造のＴＦＴ４０を示したもので、ゲート
絶縁膜４３は低抵抗シリコン基板の表面熱酸化等により
形成される。この型のＴＦＴはＴＦＴ材料としてのシリ
コン薄膜の評価用として用いられる場合が多い。上記の
各形式のＴＦＴにおいて、チャネル半導体膜としてのシ
リコン薄膜１４、２４、３４、４４については、上記第
１実施例ないし第４実施例において説明したシリコン薄
膜形成方法によって形成される。

【００４２】次に、上記の各実施例において、ＴＦＴの
シリコン薄膜を形成するための出発物質に用いる液体状
の水素化珪素について説明する。水素化珪素とは、一般
式Ｓｉ_m Ｈ_2m+2、あるいはＳｉ_n Ｈ_2nで表されるもので
ある。ただし、上記におけるｍ、ｎはｍ≧３、ｎ≧４で
あるような整数である。具体的には、一般式Ｓｉ_m Ｈ
_2m+2で表されるものとしては、トリシラン（Ｓｉ₃ Ｈ
₈ ）、ノーマルテトラシラン（ｎ−Ｓｉ₄ Ｈ₁₀）、イソ
テトラシラン（ｉｓｏ−Ｓｉ₄ Ｈ₁₀）、ノーマルペンタ
シラン（ｎ−Ｓｉ₅ Ｈ₁₂）、イソペンタシラン（ｉｓｏ
−Ｓｉ₅ Ｈ₁₂）、ネオペンタシラン（ｎｅｏ−Ｓｉ₅ Ｈ
₁₂）、ノーマルペンタシラン（ｎ−Ｓｉ₆ Ｈ₁₄）、ノー
マルヘプタシラン（ｎ−Ｓｉ₇ Ｈ₁₆）、ノーマルオクタ
シラン（ｎ−Ｓｉ₈ Ｈ₁₈）、ノーマルノナシラン（ｎ−
Ｓｉ₉ Ｈ₂₀）などが挙げられ、上記のものの異性体も含
まれる。

【００４３】また、一般式Ｓｉ_n Ｈ_2nで表わされるもの
としては、シクロテトラシラン（Ｓｉ₄ Ｈ₈ ）、シクロ
ペンタシラン（Ｓｉ₅ Ｈ₁₀）、シクロヘキサシラン（Ｓ
ｉ₆Ｈ₁₂）、シクロヘプタシラン（Ｓｉ₇ Ｈ₁₄）などが
挙げられ、上記のものの異性体も含まれる。さらに、以
上に挙げた一般式Ｓｉ_m Ｈ_2m+2、あるいはＳｉ_n Ｈ_2nで
表されるもの（ただし、ｍ、ｎはｍ≧３、ｎ≧４である
ような整数）を混合したような混合物も含まれる。以上
に挙げた水素化珪素のうち代表的なものの沸点を表１に
示す。

【００４４】

【表１】

【００４５】なお、使用する液体中には、モノシラン
（ＳｉＨ₄ ）およびジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆ ）を含有して
も構わない。ただし、上記各実施例の液体状の水素化珪
素は、常温で蒸気圧が大気圧以下であることが取扱い上
好ましい。また以上に挙げた水素化珪素は、水素化珪素
を可溶でかつ反応性のない溶媒に溶解した溶液の状態で
塗布液として用いることもできる。上記各実施例におい
ては、塗布する液体状の水素化珪素中にはｍ、ｎがｍ≧
５、ｎ≧４なる整数であるようなＳｉ_m Ｈ_2m+2あるいは
Ｓｉ_n Ｈ_2nが含まれていることが必要である。上記した
もののうち、トリシラン、テトラシランは、塗布液成分
としては有用であるが、それらのみでは沸点が比較的高
く、また分解温度も比較的高いため、上記各実施例の目
的を達成する際に困難を生じる場合があるからである。

【００４６】またｍ、ｎがｍ≧５、ｎ≧４なる整数であ
るようなＳｉ_m Ｈ_2m+2あるいはＳｉ_n Ｈ_2nの含有量は、
好ましくは０．５％以上であり、より好ましくは２％以
上である。０．５％未満の場合には、塗布液成分として
は有用であるが、それらのみでは沸点が比較的高く、ま
た分解温度も比較的高いため、上記各実施例の目的を達
成する際に困難を生じる場合があるからである。また電
気特性のより優れたシリコン薄膜を得るためにも、ｍ、
ｎがｍ≧５、ｎ≧４なる整数であるようなＳｉ_m Ｈ_2m+2
あるいはＳｉ_n Ｈ_2nがより多く含まれていることが好ま
しく、また昇温熱履歴を経させる過程においてシリコン
薄膜形成前にｍ、ｎの値の小さい水素化珪素類を減少せ
しめることが好ましい。

【００４７】次に、上記各実施例内の各工程についてさ
らに詳細に説明する。上記各実施例では、一般に行われ
ているＣＶＤ法のようにガス状の水素化珪素を供給する
のではなく、液体状の水素化珪素を基板に塗布した後、
昇温し、昇温熱履歴を経させることによりシリコン薄膜
を形成させる。まず、液塗布室１０１、２０１、３０
１、４０１におけるシリコン薄膜形成工程において、最
初に基板上に液体状の水素化珪素を薄膜状に塗布する。
塗布の方法として、上記各実施例においては「スピンコ
ート法」を採用しているが、これには限定されず、液体
状水素化珪素中に基板を浸漬した後に基板を引き上げる
ことにより塗布を行う「ディップコート法」、あるい
は、液体状水素化珪素を霧状にして基板上に噴霧するこ
とにより塗布を行う「スプレー法」等の一般的塗布方法
を用いてもかまわない。

【００４８】また、水素化珪素液の塗布は、一般には基
板の温度が室温以上の温度で行われる。基板の温度が室
温であるとは、基板に加熱あるいは冷却を加えない状態
の基板の温度をいう。室温より低い温度では、上記の
ｍ、ｎの数によってｍ、ｎの値が大きいときに凝固する
場合があり、またｍ、ｎの値が小さいときに冷却装置が
さらに必要となる、等の問題点が生じる場合があるから
である。また室温以上であっても、ｍ、ｎの値が大きい
ときに凝固する場合があるが、この場合は、用いる水素
化珪素液の凝固温度より高い温度に基板を加熱して塗布
を行なえばよい。また水素化珪素液塗布は、シリコン薄
膜形成室中で行なうか、あるいは上記実施例で示したよ
うなシリコン薄膜形成室外で不活性ガス雰囲気中で行な
って、その後シリコン薄膜形成室中に搬送する形式のい
ずれでもよい。また、上記各実施例のようなスピンコー
ト法を用いる場合のスピナーの回転数は、形成する薄膜
の厚み、塗布液組成により決まるが一般には100 〜1000
0 ｒ．ｐ．ｍ．（回転数／秒）、好ましくは200 〜6000
ｒ．ｐ．ｍ．が用いられる。

【００４９】シリコン薄膜を形成する際の、昇温過程に
おける到達温度は、使用する水素化珪素の種類とその蒸
気圧によって異なる。上記各実施例において得られるシ
リコン薄膜はａ−Ｓｉ膜あるいはｐｏｌｙ−Ｓｉ膜であ
るが、一般に到達温度が約５５０℃未満の温度ではａ−
Ｓｉ膜が得られ、到達温度が約５５０℃以上の温度では
ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜が得られる。ａ−Ｓｉ膜を得たい場合
は、好ましくは２００℃〜５５０℃、より好ましくは２
５０℃〜５００℃を到達温度とする。到達温度が２００
℃未満の場合は、水素化珪素の分解が十分に進行せず、
十分な厚さのシリコン薄膜を形成できない場合があるか
らである。上記各実施例の特徴の一つは、分解反応が塗
布膜内で行なわれる点が挙げられるが、ここで言う塗布
膜内とは、塗布された液体状の膜の内部及び表面とその
数分子層内での近傍を称する。また昇温過程における加
熱方法は所定の温度が得られればいかなる方法でも構わ
ないが、一般には上記各実施例のように基板台ヒーター
加熱あるいは赤外線ランプ加熱等の方法が用いられる。

【００５０】なおｐｏｌｙ−Ｓｉ膜を得たい場合は、上
記各実施例で得られるａ−Ｓｉ膜をさらに約５５０℃以
上の温度で加熱する方法、あるいはａ−Ｓｉ膜をエキシ
マーレーザー等の高エネルギー光で処理する方法、等に
よってもｐｏｌｙ−Ｓｉ膜を得ることは可能である。上
記第１実施例では、熱分解によりＴＦＴ材料としての特
性をもつシリコン薄膜が形成できるが、上記第２実施例
ないし第４実施例のように、液体状の水素化珪素を熱分
解させる際に原子状の水素を基板上に導入することによ
り、さらに優れたＴＦＴ材料としての特性をもつシリコ
ン薄膜を得ることができる。化学的に活性な原子状の水
素は、液体状の水素化珪素が熱分解してシリコン薄膜が
形成される際に、形成途中の膜中の珪素原子と水素原子
との結合、あるいは珪素原子と珪素原子との結合と反応
し、熱分解のみの場合と比較してさらに優れたＴＦＴ材
料としての特性をもったシリコン薄膜を形成することが
できる。

【００５１】上記第２実施例ないし第４実施例におい
て、基板上に塗布した液体状の水素化珪素と反応させる
原子状の水素は次のようにして発生させて基板上に導入
する。すなわち例えば水素（Ｈ₂ ）ガスをマイクロ波等
の高周波放電により得るか、あるいは、水素ガスに紫外
線等の高エネルギー線を照射することにより得るか、あ
るいは水素ガスと、タングステン等の金属を加熱した表
面との接触により得る等の方法があげられる。

【００５２】またシリコン薄膜を形成する際のシリコン
薄膜形成室内の圧力は、原子状の水素を基板上に導入し
ない第１実施例の場合は、いかなる圧力をも用いること
ができるが、常圧ないし０．１気圧程度の微加圧が装置
設計上および操作上好ましい。また原子状の水素を基板
上に導入する第２実施例ないし第４実施例の場合は、原
子状の水素が基板上に導入されればいかなる圧力でも構
わないが、原子状の水素の寿命の関係から好ましくは
０．００１〜７６０Ｔｏｒｒ（ｍｍＨｇ）、より好まし
くは０．１〜５０Ｔｏｒｒを採用することが望ましい。
以下に、上記第１実施例ないし第４実施例の装置および
方法を用いてシリコン薄膜を形成した実験例を示す。下
記実験例において使用した液体状の水素化珪素の組成を
表２に示す。

【００５３】

【表２】

【００５４】下記実験例１〜１３において得られたＴＦ
Ｔに関して次の特性の測定を行なった。その結果を表３
に示す。電子移動度（ｃｍ² ／ｖｏｌｔ・秒）オン電流（ドレイン電圧：５Ｖ、ゲート電圧：２０Ｖ
におけるドレイン電流（Ａ））オフ電流（ドレイン電圧：５Ｖ、ゲート電圧：０Ｖに
おけるドレイン電流（Ａ））オン電流保持率（オンの状態を２０時間保持した後
のオン電流／オン直後のオン電流）

【００５５】

【表３】

【００５６】（１）実験例１液体状の水素化珪素として表２のＮｏ．１の組成のもの
を用い、実験装置として上記図１に示す第１実施例の装
置を使用した。基板１０５として１００ｎｍ（ナノメー
タ）の熱酸化膜を形成したシリコン単結晶ｎ型ウエハー
を用い、まず液塗布室１０１中でヘリウムガス雰囲気、
室温、常圧下で基板１０５上に水素化珪素液Ｎｏ．１を
水素化珪素液量計１０７Ｍで計量しながら０．２ｃｃ滴
下し、スピナー１０４にて５００ｒ．ｐ．ｍ．で３秒間
回転し、その後２０００ｒ．ｐ．ｍ．で１０秒間回転し
塗布膜を形成した。

【００５７】次に、ヘリウムで置換されたシリコン薄膜
形成室１０２内の基板台１０６の上に基板１０５を搬送
設置する。次に不活性ガス流量計１１０Ｍによりヘリウ
ムガスにて圧力を常圧に調整した後、ヘリウムガスを２
００ｃｃ／分で流しながら、基板台１０６の温度を室温
から４５０℃まで昇温した後３０分間保持し、基板１０
５上にシリコン薄膜を形成させた。その後室温まで放冷
し、次にヘリウムガスで系内を置換した後に基板１０５
を取り出した。この結果、ＴＦＴ用に十分なシリコン薄
膜が形成された。次にＡｌ蒸着によりソース電極４５お
よびドレイン電極４６を形成し、図８の型のＴＦＴを作
成した。この時のチャネル長は１００μｍ（マイクロメ
ータ）、チャネル幅は２００μｍとした。

【００５８】（２）実験例２液体状の水素化珪素として表２のＮｏ．２の組成のもの
を用いたほかは実験例１と同じ条件にしてＴＦＴを作成
した。この結果、ＴＦＴ用に十分なシリコン薄膜が形成
された。

【００５９】（３）実験例３液体状の水素化珪素として表２のＮｏ．３の組成のもの
を用いたほかは実験例１と同じ条件にしてＴＦＴを作成
した。この結果、ＴＦＴ用に十分なシリコン薄膜が形成
された。

【００６０】（４）実験例４昇温過程における到達温度を３５０℃としたことのほか
は実験例１と同じ条件にしてＴＦＴを作成した。この結
果、ＴＦＴ用に十分なシリコン薄膜が形成された。

【００６１】（５）実験例５昇温過程における到達温度を５００℃としたことのほか
は実験例１と同じ条件にしてＴＦＴを作成した。この結
果、ＴＦＴ用に十分なシリコン薄膜が形成された。

【００６２】（６）実験例６実験例１と同じ条件にして基板１０５上にシリコン薄膜
を形成させた後、保持温度の４５０℃からさらに７００
℃まで昇温し、７００℃で６０分間保持した後室温まで
放冷し、次にヘリウムガスで系内を置換した後に基板１
０５を取り出した。この結果、ＴＦＴ用に十分なシリコ
ン薄膜が形成された。次に実験例１と同じ条件にして電
極を形成しＴＦＴを作成した。

【００６３】（７）実験例７絶縁基板１１としてコーニング７０５９ガラスを用い、
その上にゲート電極１２としてＣｒをスパッタリングに
より堆積させ、ゲート絶縁膜１３として窒化シリコン薄
膜をＳｉＨ₄ とＮＨ₃ のプラズマＣＶＤ法により堆積さ
せたものを基板１０５として用いた他は、実験例１と同
じにしてシリコン薄膜を形成した。この結果、ＴＦＴ用
に十分なシリコン薄膜が形成された。基板１０５を取り
出した後ｎ⁺ −ａ−ＳｉをＳｉＨ₄ とＰＨ₃ のプラズマ
ＣＶＤ法により堆積させた後、Ａｌ蒸着し、次にフォト
リソグラフィーによりソース電極１５およびドレイン電
極１６を形成し図５の型のＴＦＴを形成した。この時の
チャネル長は１０μｍ、チャネル幅は５０μｍとした。

【００６４】（８）実験例８液体状の水素化珪素として表２のＮｏ．１の組成のもの
を用い、実験装置として図２に示す第２実施例の装置を
使用した。基板２０５として１００ｎｍの熱酸化膜を形
成したシリコン単結晶ｎ型ウエハーを用い、まず液塗布
室２０１中でヘリウムガス雰囲気、室温、常圧下で基板
２０５上に水素化珪素液Ｎｏ．１を水素化珪素液量計２
０７より０．２ｃｃ滴下しスピナー２０４にて５００
ｒ．ｐ．ｍ．で３秒間回転し、その後２０００ｒ．ｐ．
ｍ．で１０秒間回転し塗布膜を形成した。

【００６５】次にヘリウムで置換されたシリコン薄膜形
成室２０２内の基板台２０６の上に基板２０５を搬送設
置する。次に水素ガス流量計２１２Ｍより計量しながら
水素ガスを１００ｃｃ／分で流し排気パイプ２１１等に
より圧力を１Ｔｏｒｒに調整した後、マイクロ波発生装
置２１４より放電電力１００Ｗ（２．４５ＧＨｚ）にて
放電を起こさせ、発生した原子状の水素を基板２０５上
に導入した。次に基板台２０６の温度を室温から３００
℃まで昇温した後３０分間保持し、基板２０５上にシリ
コン薄膜を形成させた。放電を止めた後に水素ガスを流
したまま３００℃で２０分間保持した後室温まで放冷
し、次にヘリウムガスで系内を置換した後に基板２０５
を取り出した。この結果、ＴＦＴ用に十分なシリコン薄
膜が形成された。次にＡｌ蒸着によりソース電極４５お
よびドレイン電極４６を形成し図８の型のＴＦＴを作成
した。この時のチャネル長は１００μｍ、チャネル幅は
２００μｍとした。

【００６６】（９）実験例９液体状の水素化珪素として表２のＮｏ．２の組成のもの
を用いたほかは実験例８と同じ条件にしてＴＦＴを作成
した。この結果、ＴＦＴ用に十分なシリコン薄膜が形成
された。

【００６７】（１０）実験例１０液体状の水素化珪素として表２のＮｏ．３の組成のもの
を用いたほかは実験例８と同じ条件にしてＴＦＴを作成
した。この結果、ＴＦＴ用に十分なシリコン薄膜が形成
された。

【００６８】（１１）実験例１１液体状の水素化珪素として表２のＮｏ．１の組成のもの
を用い、実験装置として図３に示す第３実施例の装置を
使用した。基板３０５として１００ｎｍの熱酸化膜を形
成したシリコン単結晶ｎ型ウエハーを用い、まず液塗布
室３０１中でヘリウムガス雰囲気、室温、常圧下で基板
３０５上に水素化珪素液Ｎｏ．１を水素化珪素液量計３
０７Ｍにより計量しながら０．２ｃｃ滴下し、スピナー
３０４にて５００ｒ．ｐ．ｍ．で３秒間回転し、その後
２０００ｒ．ｐ．ｍ．で１０秒間回転し塗布膜を形成し
た。

【００６９】次にヘリウムで置換されたシリコン薄膜形
成室３０２内の基板台３０６の上に基板３０５を搬送設
置する。次にヒーター３１７により水銀溜３１５中の水
銀３１６の温度を７０℃にコントロールした後、水素ガ
ス流量計３１９Ｍより計量しながら水素ガスを２００ｃ
ｃ／分で流し、排気パイプ３１１等により圧力を３Ｔｏ
ｒｒに調整した後、原子状水素生成室３１３で紫外線ラ
ンプ３１２により紫外線を照射して発生した原子状の水
素を基板３０５上に導入した。次に基板台３０６の温度
を室温から３００℃まで昇温した後３０分間保持し、基
板３０５上にシリコン薄膜を形成させた。照射を止めた
後に第１水素ガス導入系３１９等からを第２水素ガス導
入系３１８等に切り替え、水素ガスを２００ｃｃ／分で
流したまま３００℃で２０分間保持した後室温まで放冷
し、次にヘリウムガスで系内を置換した後に基板３０５
を取り出した。この結果、ＴＦＴ用に十分なシリコン薄
膜が形成された。次にＡｌ蒸着によりソース電極４５お
よびドレイン電極４６を形成し図８の型のＴＦＴを作成
した。この時のチャネル長は１００μｍ、チャネル幅は
２００μｍとした。

【００７０】（１２）実験例１２液体状の水素化珪素として表２のＮｏ．１の組成のもの
を用い、実験装置として図４に示す第４実施例の装置を
使用した。基板４０５として１００ｎｍの熱酸化膜を形
成したシリコン単結晶ｎ型ウエハーを用い、まず液塗布
室４０１中でヘリウムガス雰囲気、室温、常圧下で基板
４０５上に水素化珪素液Ｎｏ．１を水素化珪素液量計４
０８Ｍにより計量しながら０．２ｃｃ滴下し、スピナー
４０４にて５００ｒ．ｐ．ｍ．で３秒間回転し、その後
２０００ｒ．ｐ．ｍ．で１０秒間回転し塗布膜を形成し
た。

【００７１】次にヘリウムで置換されたシリコン薄膜形
成室４０２内の基板台４０６の上に基板４０５を搬送設
置する。水素ガス流量計４１２Ｍより計量しながら水素
ガスを１００ｃｃ／分で流し、排気パイプ４１１等によ
り圧力を３Ｔｏｒｒに調整した後、原子状水素生成管４
１３でタングステンコイル４１４に１００Ｖ、０．４Ａ
通電して発生した原子状の水素を基板４０５上に導入し
た。次に基板台４０６の温度を室温から３００℃まで昇
温した後３０分間保持し、基板４０５上にシリコン薄膜
を形成させた。通電を止めた後に水素ガスを２００ｃｃ
／分で流したまま３００℃で２０分間保持した後室温ま
で放冷し、次にヘリウムガスで系内を置換した後に基板
４０５を取り出した。この結果、ＴＦＴ用に十分なシリ
コン薄膜が形成された。次にＡｌ蒸着によりソース電極
４５およびドレイン電極４６を形成し図８の型のＴＦＴ
を作成した。この時のチャネル長は１００μｍ、チャネ
ル幅は２００μｍとした。

【００７２】（１３）実験例１３実験例８と同じにして基板２０５上にシリコン薄膜を形
成させた後、保持温度の３００℃からさらに７００℃ま
で昇温し、７００℃で６０分間保持した。放電を止めた
後に水素ガスを流したまま７００℃で２０分間保持した
後室温まで放冷し、次にヘリウムガスで系内を置換した
後に基板２０５を取り出した。この結果、ＴＦＴ用に十
分なシリコン薄膜が形成された。次に実験例８と同じ条
件にして電極を形成しＴＦＴを作成した。

【００７３】（１４）実験例１４液体状の水素化珪素として表２のＮｏ．４の組成のもの
を用いた他は実験例１と同じ条件にして行なったが、Ｔ
ＦＴ用に十分なシリコン薄膜は形成できなかった。以上
の各実験例１〜１３で作成したＴＦＴ膜をオージェ分光
法によって測定した結果、シリコンの薄膜であることが
確認された。また、薄膜Ｘ線回折測定により、実験例１
〜５、及び８〜１２ではシリコン薄膜としてのａ−Ｓｉ
膜であることが、実験例６及び１３ではｐｏｌｙ−Ｓｉ
膜であることが確認された。なお、本発明は、上記実施
例に限定されるものではない。上記実施例は、例示であ
り、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と
実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するも
のは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包
含される。

【００７４】

【発明の効果】以上説明したように、上記構成を有する
本願の第１の発明によれば、ＴＦＴに用いる基板上にＳ
ｉ_m Ｈ_2m+2あるいはＳｉ_n Ｈ_2n（ただし、ｍ、ｎはｍ≧
５、ｎ≧４であるような整数）を含有する液体状の水素
化珪素を塗布した後、昇温過程を含む熱履歴を経させ、
この熱エネルギーにより塗布膜内で上記水素化珪素を分
解反応させることにより、基板上にＴＦＴ材料としての
特性を有するシリコン薄膜を形成することができる。

【００７５】また、上記構成を有する本願の第２の発明
によれば、塗布した液体状の水素化珪素を、昇温過程を
含む熱履歴を経させて塗布膜内で分解反応させる際に、
原子状の水素を基板上に導入することにより、得られる
ＴＦＴの特性をさらに優れたものとすることができる。
この本願第２の発明の場合においても、原料の水素化珪
素の分解は熱エネルギーによって行われ、原子状の水素
の導入は得られるシリコン薄膜の電子材料としての特性
をより優れたものとするために行われるものであり、活
性な原子状の水素のみを成膜エネルギー源に用いる他の
従来の方法とは本質的に異なる。したがって、ＴＦＴ製
造におけるシリコン薄膜の形成方法として一定温度に加
熱保持された基板上への気相からの堆積方法を用いる従
来のＣＶＤ法等と比較して、容易かつ確実にシリコン薄
膜を形成しうる薄膜トランジスタの製造方法を提供する
ことができ、ＴＦＴの製造方法に広く利用できる、とい
う利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例である薄膜トランジスタ製
造装置の構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の第２実施例である薄膜トランジスタ製
造装置の構成を示すブロック図である。

【図３】本発明の第３実施例である薄膜トランジスタ製
造装置の構成を示すブロック図である。

【図４】本発明の第４実施例である薄膜トランジスタ製
造装置の構成を示すブロック図である。

【図５】図１ないし図５に示す薄膜トランジスタ製造装
置により形成される逆スタガー型薄膜トランジスタの構
成例を示す断面図である。

【図６】図１ないし図５に示す薄膜トランジスタ製造装
置により形成されるスタガー型薄膜トランジスタの構成
例を示す断面図である。

【図７】図１ないし図５に示す薄膜トランジスタ製造装
置により形成されるコプレーナー型薄膜トランジスタの
構成例を示す断面図である。

【図８】図１ないし図５に示す薄膜トランジスタ製造装
置により形成される低抵抗シリコン基板がゲート電極を
兼ねた構造の薄膜トランジスタの構成例を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１０逆スタガー型ＴＦＴ１００薄膜トランジスタ１０１液塗布室１０２シリコン薄膜形成室１０３搬送路１０３Ｇゲートバルブ１０４スピナー１０４Ａ回転軸１０５基板１０６基板台１０７水素化珪素液パイプ１０７Ｍ水素化珪素液量計１０７Ｖ水素化珪素液調節バルブ１０８不活性ガスパイプ１０８Ｍ不活性ガス流量計１０８Ｖ不活性ガス調節バルブ１０９不活性ガスパイプ１０９Ｍ不活性ガス流量計１０９Ｖ不活性ガス調節バルブ１１絶縁基板１１０排気パイプ１１０Ｖ排気バルブ１１１排気パイプ１１１Ｖ排気バルブ１２ゲート電極１３ゲート絶縁膜１４シリコン薄膜１５ソース電極１６ドレイン電極２０スタガー型ＴＦＴ２００薄膜トランジスタ２０１液塗布室２０２シリコン薄膜形成室２０３搬送路２０３Ｇゲートバルブ２０４スピナー２０４Ａ回転軸２０５基板２０６基板台２０７水素化珪素液パイプ２０７Ｍ水素化珪素液量計２０７Ｖ水素化珪素液調節バルブ２０８不活性ガスパイプ２０８Ｍ不活性ガス流量計２０８Ｖ不活性ガス調節バルブ２０９不活性ガスパイプ２０９Ｍ不活性ガス流量計２０９Ｖ不活性ガス調節バルブ２１絶縁基板２１０排気パイプ２１０Ｖ排気バルブ２１１排気パイプ２１１Ｖ排気バルブ２１２水素ガスパイプ２１２Ｍ水素ガス流量計２１２Ｖ水素ガス調節バルブ２１３原子状水素生成管２１４マイクロ波発生装置２２ゲート電極２３ゲート絶縁膜２４シリコン薄膜２５ソース電極２６ドレイン電極３０コプレーナー型ＴＦＴ３００薄膜トランジスタ３０１液塗布室３０２シリコン薄膜形成室３０３搬送路３０３Ｇゲートバルブ３０４スピナー３０４Ａ回転軸３０５基板３０６基板台３０７水素化珪素液パイプ３０７Ｍ水素化珪素液量計３０７Ｖ水素化珪素液調節バルブ３０８不活性ガスパイプ３０８Ｍ不活性ガス流量計３０８Ｖ不活性ガス調節バルブ３０９不活性ガスパイプ３０９Ｍ不活性ガス流量計３０９Ｖ不活性ガス調節バルブ３１絶縁基板３１０排気パイプ３１０Ｖ排気バルブ３１１排気パイプ３１１Ｖ排気バルブ３１２紫外線ランプ３１３原子状水素生成室３１４合成石英板３１５水銀溜３１６水銀３１７ヒーター３１８第２水素ガスパイプ３１８Ｍ第２水素ガス流量計３１８Ｖ第２水素調節バルブ３１９第１水素ガスパイプ３１９Ｍ第１水素ガス流量計３１９Ｖ第１水素調節バルブ３２ゲート電極３２０第１水素ガスパイプ３２０Ｖ第１水素調節バルブ３３ゲート絶縁膜３４シリコン薄膜３５ソース電極３６ドレイン電極３７ソース膜３８ドレイン膜４０低抵抗シリコン基板がゲート電極を兼ねた構造の
ＴＦＴ４００薄膜トランジスタ４０１液塗布室４０２シリコン薄膜形成室４０３搬送路４０３Ｇゲートバルブ４０４スピナー４０４Ａ回転軸４０５基板４０６基板台４０７水素化珪素液パイプ４０７Ｍ水素化珪素液量計４０７Ｖ水素化珪素液調節バルブ４０８不活性ガスパイプ４０８Ｍ不活性ガス流量計４０８Ｖ不活性ガス調節バルブ４０９不活性ガスパイプ４０９Ｍ不活性ガス流量計４０９Ｖ不活性ガス調節バルブ４１０排気パイプ４１０Ｖ排気バルブ４１１排気パイプ４１１Ｖ排気バルブ４１２水素ガスパイプ４１２Ｍ水素ガス流量計４１２Ｖ水素ガス調節バルブ４１３原子状水素生成管４１４タングステンフィラメント４２絶縁基板兼ゲート電極４３ゲート絶縁膜４４シリコン薄膜４５ソース電極４６ドレイン電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＨ０１Ｌ 29/786 (72)発明者川崎計二神奈川県川崎市川崎区扇町５番１号昭和電工株式会社化学品研究所内 (56)参考文献特開平５−144741（ＪＰ，Ａ) 特開平２−251135（ＪＰ，Ａ) 特開平６−191821（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 29/786 H01L 21/336 H01L 21/205 C23C 16/44 C23C 18/12 C30B 29/06

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板、ゲート電極、ゲート絶縁膜、チャネ
ル半導体膜としてのシリコン薄膜、ソース電極、及びド
レイン電極を有して構成される薄膜トランジスタの製造
方法において、前記チャネル半導体膜としてのシリコン
薄膜を、前記基板上にＳｉ_mＨ_2m+2あるいはＳｉ_nＨ
_2n（ただし、ｍ、ｎはｍ≧５、ｎ≧４であるような整
数）を含有する液体状の水素化珪素を塗布した後、原子
状の水素を基板上に導入しながら昇温過程を含む熱履歴
を経させ、塗布膜内で分解反応させることにより形成す
ることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２】前記シリコン薄膜を形成する際の液体状の
水素化珪素を塗布する際の、前記基板の温度を室温以上
とすることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジ
スタの製造方法。
【請求項３】前記シリコン薄膜を形成する際の昇温過程
における到達温度を５５０℃未満とし、前記シリコン薄
膜としてアモルファスシリコン薄膜を形成することを特
徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタの製造方
法。
【請求項４】前記シリコン薄膜を形成する際の昇温過程
における到達温度を５５０℃以上とし、前記シリコン薄
膜として多結晶シリコン薄膜を形成することを特徴とす
る請求項１に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項５】前記原子状の水素は、水素ガスのマイクロ
波放電により、あるいは水素ガスへの紫外線の照射によ
り、あるいは水素ガスと加熱した金属表面との接触によ
り生成されることを特徴とする請求項１に記載の薄膜ト
ランジスタの製造方法。