(57)【要約】【課題】電気的特性が良好な薄膜トランジスタを作製することを課題とする。【解決手段】ゲート電極層と、ゲート電極層を覆って設けられた第１の絶縁層と、ゲート電極層と少なくとも一部が重畳し、離間して設けられた、ソース領域及びドレイン領域を形成する一対の不純物半導体層と、第１の絶縁層上に、ゲート電極層と少なくとも一部が重畳し、且つ一対の不純物半導体層の少なくとも一方と重畳せずしてチャネル形成領域の一部に設けられた微結晶半導体層と、第１の絶縁層と微結晶半導体層との間に接して設けられた第２の絶縁層と、第１の絶縁層上に第２の絶縁層及び微結晶半導体層を覆って設けられた非晶質半導体層と、を有し、第１の絶縁層は窒化シリコン層であり、第２の絶縁層は酸化窒化シリコン層である薄膜トランジスタとする。【選択図】図１
2010004027.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲート電極層と、
前記ゲート電極層を覆って設けられた第１の絶縁層と、
前記ゲート電極層と少なくとも一部が重畳し、離間して設けられた、ソース領域及びドレイン領域を形成する一対の不純物半導体層と、
前記第１の絶縁層上に、前記ゲート電極層と少なくとも一部が重畳し、且つ前記一対の不純物半導体層と重畳せずしてチャネル長方向の一部に設けられた微結晶半導体層と、
前記第１の絶縁層と前記微結晶半導体層との間に接して設けられた第２の絶縁層と、
前記第１の絶縁層上に前記第２の絶縁層及び前記微結晶半導体層を覆って設けられた非晶質半導体層と、を有し、
前記第１の絶縁層は窒化シリコン層であり、前記第２の絶縁層は酸化窒化シリコン層であることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項２】
ゲート電極層と、
前記ゲート電極層を覆って設けられた第１の絶縁層と、
前記第１の絶縁層上に、少なくとも一部が接するように設けられた非晶質半導体層と、
前記非晶質半導体層上に離間して設けられた、ソース領域及びドレイン領域を形成する一対の不純物半導体層と、
前記第１の絶縁層と前記非晶質半導体層との間に、前記ゲート電極層と少なくとも一部が重畳し、且つ前記一対の不純物半導体層と重畳せずしてチャネル長方向の一部に設けられた微結晶半導体層と、
前記第１の絶縁層と前記微結晶半導体層との間に接して設けられた第２の絶縁層と、を有し、
前記第１の絶縁層は窒化シリコン層であり、前記第２の絶縁層は酸化窒化シリコン層であることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項３】
ゲート電極層と、
前記ゲート電極層を覆って設けられた第１の絶縁層と、
前記第１の絶縁層上に、前記ゲート電極層と少なくとも一部が重畳して設けられた微結晶半導体層と、
少なくとも前記微結晶半導体層を覆って設けられた非晶質半導体層と、
前記非晶質半導体層上に前記微結晶半導体層と重畳せずして設けられた、ソース領域及びドレイン領域を形成する一対の不純物半導体層と、
前記第１の絶縁層と前記微結晶半導体層との間に接して設けられた第２の絶縁層と、を有し、
前記第１の絶縁層は窒化シリコン層であり、前記第２の絶縁層は酸化窒化シリコン層であることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項４】
ゲート電極層と、
前記ゲート電極層を覆って設けられた第１の絶縁層と、
前記ゲート電極層と少なくとも一部が重畳し、離間して設けられた、ソース領域及びドレイン領域を形成する一対の不純物半導体層と、
前記第１の絶縁層上に、前記一対の不純物半導体層の一方及び前記ゲート電極層と少なくとも一部が重畳し、且つ前記一対の不純物半導体層の他方と重畳せずしてチャネル長方向の一部に設けられた微結晶半導体層と、
前記第１の絶縁層と前記微結晶半導体層との間に接して設けられた第２の絶縁層と、
前記第１の絶縁層上に前記第２の絶縁層及び前記微結晶半導体層を覆って設けられた非晶質半導体層と、を有し、
前記第１の絶縁層は窒化シリコン層であり、前記第２の絶縁層は酸化窒化シリコン層であることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項５】
ゲート電極層と、
前記ゲート電極層を覆って設けられた第１の絶縁層と、
前記第１の絶縁層上に、少なくとも一部が接するように設けられた非晶質半導体層と、
前記非晶質半導体層上に離間して設けられた、ソース領域及びドレイン領域を形成する一対の不純物半導体層と、
前記第１の絶縁層と前記非晶質半導体層との間に、前記一対の不純物半導体層の一方及び前記ゲート電極層と少なくとも一部が重畳し、且つ前記一対の不純物半導体層の他方と重畳せずしてチャネル長方向の一部に設けられた微結晶半導体層と、
前記第１の絶縁層と前記微結晶半導体層との間に接して設けられた第２の絶縁層と、を有し、
前記第１の絶縁層は窒化シリコン層であり、前記第２の絶縁層は酸化窒化シリコン層であることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項６】
ゲート電極層と、
前記ゲート電極層を覆って設けられた第１の絶縁層と、
前記第１の絶縁層上に、前記ゲート電極層と少なくとも一部が重畳して設けられた微結晶半導体層と、
少なくとも前記微結晶半導体層を覆って設けられた非晶質半導体層と、
前記非晶質半導体層上に、一方が前記微結晶半導体層と重畳して設けられ、他方が前記非晶質半導体層上に前記微結晶半導体層と重畳せずして設けられ、ソース領域及びドレイン領域を形成する一対の不純物半導体層と、
前記第１の絶縁層と前記微結晶半導体層との間に接して設けられた第２の絶縁層と、を有し、
前記第１の絶縁層は窒化シリコン層であり、前記第２の絶縁層は酸化窒化シリコン層であることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一において、
前記第２の絶縁層と重畳する領域の前記第１の絶縁層の膜厚は、前記第２の絶縁層と重畳しない領域の前記第１の絶縁層の膜厚よりも厚いことを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項８】
請求項７において、
前記微結晶半導体層の側面と前記第２の絶縁層の側面は概略一致していることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか一において、
前記微結晶半導体層は、ドナーとなる不純物元素を含むことを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか一において、
前記非晶質半導体層は非晶質シリコン層であることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれか一に記載の薄膜トランジスタを有する表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜トランジスタ及び該薄膜トランジスタを適用した表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電界効果トランジスタの一種として、絶縁表面を有する基板上に設けられた半導体層がチャネル形成領域となる薄膜トランジスタが知られている。薄膜トランジスタに用いられる半導体層として、非晶質シリコン、微結晶シリコン及び多結晶シリコンを用いる技術が開示されている（特許文献１乃至特許文献５を参照）。薄膜トランジスタは、例えば液晶テレビジョン装置に用いられ、表示画面を構成する各画素のスイッチングトランジスタとして実用化されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−０５３２８３号公報
【特許文献２】特開平５−１２９６０８号公報
【特許文献３】特開２００５−０４９８３２号公報
【特許文献４】特開平７−１３１０３０号公報
【特許文献５】特開２００５−１９１５４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非晶質シリコン層がチャネル形成領域となる薄膜トランジスタは、電界効果移動度が低く（０．４〜０．８ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ程度）、オン電流が低いといった問題がある。一方、微結晶シリコン層がチャネル形成領域となる薄膜トランジスタは、非晶質シリコン層がチャネル形成領域となるものと比較して電界効果移動度は高いものの、オン電流とともにオフ電流が高くなってしまい、十分なスイッチング特性が得られない。
【０００５】
多結晶シリコン層がチャネル形成領域となる薄膜トランジスタは、上記二種類の薄膜トランジスタよりも電界効果移動度が格段に高く、高いオン電流が得られる。そのため、多結晶シリコン層がチャネル形成領域となる薄膜トランジスタは、画素に設けられるスイッチング用のトランジスタのみならず、高速動作が要求されるドライバ回路を構成するトランジスタとしても用いることができる。
【０００６】
しかし、多結晶シリコン層がチャネル形成領域となる薄膜トランジスタの作製には、半導体層の結晶化工程が必要なため、上記した非晶質シリコン層を用いた薄膜トランジスタ及び微結晶シリコン層を用いた薄膜トランジスタに比べて製造コストが高いことが問題である。また、半導体層の結晶化のためにレーザアニール技術を用いると、レーザビームの照射面積が小さいため、大画面の液晶パネルを効率良く生産することができないという問題がある。
【０００７】
ところで、表示パネルの製造に用いられているガラス基板は、第１世代（例えば、３２０ｍｍ×４００ｍｍ）のものからはじまって年々大型化が進んで現在は第８世代（例えば、２２００ｍｍ×２４００ｍｍ）のものまで用いられており、今後は第９世代（例えば、２４００ｍｍ×２８００ｍｍ）、第１０世代（例えば、２９５０ｍｍ×３４００ｍｍ）へと大面積化が更に進むものと予測されている。しかし、大面積のガラス基板上に、高速動作が可能な薄膜トランジスタ（例えば、上記の多結晶シリコン層を用いた薄膜トランジスタ）を高い生産性で作製することができる技術は依然として確立されていない。大面積基板上に高速動作が可能な薄膜トランジスタを作製する技術として、微結晶シリコンがチャネル形成領域となる薄膜トランジスタの技術開発が進められているが、その特性はまだ十分なものとはいえない。
【０００８】
そこで、本発明の一態様は、薄膜トランジスタのオン電流及びオフ電流に係る上記の問題点を解決することを課題とする。また、本発明の一態様は、高速動作が可能な薄膜トランジスタを提供することをも課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一は、ゲート電極層と、前記ゲート電極層を覆って設けられた第１の絶縁層と、前記ゲート電極層と少なくとも一部が重畳し、離間して設けられた、ソース領域及びドレイン領域を形成する一対の不純物半導体層と、前記第１の絶縁層上に、前記ゲート電極層と少なくとも一部が重畳し、且つ前記一対の不純物半導体層と重畳せずしてチャネル形成領域の一部に設けられた微結晶半導体層と、前記第１の絶縁層と前記微結晶半導体層との間に接して設けられた第２の絶縁層と、前記第１の絶縁層上に前記第２の絶縁層及び前記微結晶半導体層を覆って設けられた非晶質半導体層と、を有し、前記第１の絶縁層は窒化シリコン層であり、前記第２の絶縁層は酸化窒化シリコン層であることを特徴とする薄膜トランジスタである。
【００１０】
本発明の一態様は、ゲート電極層と、前記ゲート電極層を覆って設けられた第１の絶縁層と、前記第１の絶縁層上に、少なくとも一部が接するように設けられた非晶質半導体層と、前記非晶質半導体層上に離間して設けられた、ソース領域及びドレイン領域を形成する一対の不純物半導体層と、前記第１の絶縁層と前記非晶質半導体層との間に、前記ゲート電極層と少なくとも一部が重畳し、且つ前記一対の不純物半導体層と重畳せずしてチャネル形成領域の一部に設けられた微結晶半導体層と、前記第１の絶縁層と前記微結晶半導体層との間に接して設けられた第２の絶縁層と、を有し、前記第１の絶縁層は窒化シリコン層であり、前記第２の絶縁層は酸化窒化シリコン層であることを特徴とする薄膜トランジスタである。
【００１１】
本発明の一態様は、ゲート電極層と、前記ゲート電極層を覆って設けられた第１の絶縁層と、前記第１の絶縁層上に、前記ゲート電極層と少なくとも一部が重畳して設けられた微結晶半導体層と、少なくとも前記微結晶半導体層を覆って設けられた非晶質半導体層と、前記非晶質半導体層上に前記微結晶半導体層と重畳せずして設けられた、ソース領域及びドレイン領域を形成する一対の不純物半導体層と、前記第１の絶縁層と前記微結晶半導体層との間に接して設けられた第２の絶縁層と、を有し、前記第１の絶縁層は窒化シリコン層であり、前記第２の絶縁層は酸化窒化シリコン層であることを特徴とする薄膜トランジスタである。
【００１２】
本発明の一態様は、ゲート電極層と、前記ゲート電極層を覆って設けられた第１の絶縁層と、前記ゲート電極層と少なくとも一部が重畳し、離間して設けられた、ソース領域及びドレイン領域を形成する一対の不純物半導体層と、前記第１の絶縁層上に、前記ゲート電極層及び前記一対の不純物半導体層の一方と少なくとも一部が重畳し、且つ前記一対の不純物半導体層の他方と重畳せずしてチャネル形成領域の一部に設けられた微結晶半導体層と、前記第１の絶縁層と前記微結晶半導体層との間に接して設けられた第２の絶縁層と、前記第１の絶縁層上に前記第２の絶縁層及び前記微結晶半導体層を覆って設けられた非晶質半導体層と、を有し、前記第１の絶縁層は窒化シリコン層であり、前記第２の絶縁層は酸化窒化シリコン層であることを特徴とする薄膜トランジスタである。
【００１３】
本発明の一態様は、ゲート電極層と、前記ゲート電極層を覆って設けられた第１の絶縁層と、前記第１の絶縁層上に、少なくとも一部が接するように設けられた非晶質半導体層と、前記非晶質半導体層上に離間して設けられた、ソース領域及びドレイン領域を形成する一対の不純物半導体層と、前記第１の絶縁層と前記非晶質半導体層との間に、前記ゲート電極層及び前記一対の不純物半導体層の一方と少なくとも一部が重畳し、且つ前記一対の不純物半導体層の他方と重畳せずしてチャネル形成領域の一部に設けられた微結晶半導体層と、前記第１の絶縁層と前記微結晶半導体層との間に接して設けられた第２の絶縁層と、を有し、前記第１の絶縁層は窒化シリコン層であり、前記第２の絶縁層は酸化窒化シリコン層であることを特徴とする薄膜トランジスタである。
【００１４】
本発明の一態様は、ゲート電極層と、前記ゲート電極層を覆って設けられた第１の絶縁層と、前記第１の絶縁層上に、前記ゲート電極層と少なくとも一部が重畳して設けられた微結晶半導体層と、少なくとも前記微結晶半導体層を覆って設けられた非晶質半導体層と、前記非晶質半導体層上に、一方が前記微結晶半導体層と重畳して設けられ、他方が前記非晶質半導体層上に前記微結晶半導体層と重畳せずして設けられ、ソース領域及びドレイン領域を形成する一対の不純物半導体層と、前記第１の絶縁層と前記微結晶半導体層との間に接して設けられた第２の絶縁層と、を有し、前記第１の絶縁層は窒化シリコン層であり、前記第２の絶縁層は酸化窒化シリコン層であることを特徴とする薄膜トランジスタである。
【００１５】
従来の一般的な薄膜トランジスタでは、ソース領域とドレイン領域の間のキャリア（電子又は正孔）の流れを、ゲート電極に印加する電圧（ゲート電極の電位とソース領域の電位との電位差）によって制御し、前記キャリアはソース領域からドレイン領域まで半導体層中を流れる。しかし、上記構成の薄膜トランジスタでは、ソース領域とドレイン領域との間を流れるキャリアが、ゲート電極層と重畳して設けられた微結晶半導体層中と、該微結晶半導体層上からチャネル長方向に延在して設けられた非晶質半導体層中を流れる。
【００１６】
上記構成の薄膜トランジスタにおいて、微結晶半導体層は、薄膜トランジスタのチャネル形成領域の全域に渡って設けられているのではなく、チャネル形成領域の一部にのみ設けられ、チャネル形成領域の一部は非晶質半導体層により構成されている。すなわち、上記構成の薄膜トランジスタでは、ソース領域とドレイン領域の間のチャネル長方向の一定距離においては、チャネルを流れるキャリアが非晶質半導体層を流れるように構成されている。
【００１７】
上記構成の薄膜トランジスタにおいて、第１の絶縁層は窒化シリコン層であり、第２の絶縁層は酸化窒化シリコン層である。すなわち、キャリアが流れる領域において、非晶質半導体層の下に接して窒化シリコン層が設けられ、微結晶半導体層の下に接して酸化窒化シリコン層が設けられている。これは、次の２つの問題を避けるためである。
【００１８】
第１の問題は、非晶質半導体層をチャネル形成領域に用いたＴＦＴのゲート絶縁層として酸化窒化シリコン層を用いると、トランジスタのしきい値電圧が正電位側にシフトし、更にはサブスレッショルド係数（Ｓ値ともいう。）が大きくなることである。
【００１９】
第２の問題は、窒化シリコン層上に微結晶半導体層を形成すると、微結晶半導体層のピーリング等が生じやすく、微結晶半導体層の形成が困難なことである。更には、窒化シリコン層上に微結晶半導体層を形成すると、酸化窒化シリコン層上に微結晶半導体層を形成した場合よりも結晶性が低下する傾向がある。
【００２０】
上記構成の本発明の薄膜トランジスタにおいて、微結晶半導体層のドナー濃度は可能な限り高くすることが好ましく、例えば、１×１０１８ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下とすればよい。微結晶半導体層のドナー濃度を高めることで電界効果移動度を高めることができ、高速な動作が可能となるからである。
【００２１】
なお、酸化窒化シリコンとは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多いものであって、好ましくは、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ：Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ  Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）及び水素前方散乱法（ＨＦＳ：Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｆｏｒｗａｒｄ  Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）を用いて測定した場合に、濃度範囲として酸素が５０〜７０原子％、窒素が０．５〜１５原子％、シリコンが２５〜３５原子％、水素が０．１〜１０原子％の範囲で含まれるものをいう。また、窒化酸化シリコンとは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多いものであって、好ましくは、ＲＢＳ及びＨＦＳを用いて測定した場合に、濃度範囲として酸素が５〜３０原子％、窒素が２０〜５５原子％、シリコンが２５〜３５原子％、水素が１０〜３０原子％の範囲で含まれるものをいう。ただし、酸化窒化シリコン又は窒化酸化シリコンを構成する原子の合計を１００原子％としたとき、窒素、酸素、シリコン及び水素の含有比率が上記の範囲内に含まれるものとする。
【００２２】
上記構成の薄膜トランジスタにおいて、前記第１の絶縁層は、前記第２の絶縁層と重畳する領域では膜厚が厚くなるように形成され、前記微結晶半導体層の側面と前記第２の絶縁層の側面は概略一致しているとよい。これは、第２の絶縁層と微結晶半導体層を一のエッチング工程によりパターニングし、また、第１の絶縁層と第２の絶縁層の主成分の多くが一致するためであり、前記第２の絶縁層及び前記微結晶半導体層を覆って非晶質半導体層などが形成されるためである。
【００２３】
なお、微結晶半導体層の電気伝導度は１×１０−５Ｓ・ｃｍ−１以上５×１０−２Ｓ・ｃｍ−１以下とすることが好ましく、非晶質半導体層の電気伝導度は微結晶半導体層よりも低い。微結晶半導体層は、少なくとも薄膜トランジスタのチャネル形成領域の一部に延在し、前記した電気伝導度を有することで高いオン電流を生じさせる。一方、チャネル形成領域の一部を構成し、所謂オフセット領域を形成する非晶質半導体層は、オフ電流の低減に寄与する。
【００２４】
なお、不純物半導体とは、電気伝導に寄与するキャリアの大多数が、添加された一導電型の不純物元素から供給される半導体をいう。一導電型の不純物元素は、キャリアとして電子を供給するドナー又は正孔を供給するアクセプタとなり得る元素であり、ドナーとして代表的には周期表第１５族元素が挙げられ、アクセプタとして代表的には周期表第１３族元素が挙げられる。微結晶半導体層の移動度を向上させるためには、ドナーとなる不純物元素を添加することが好ましい。
【００２５】
なお、微結晶半導体とは、例示的には結晶粒径が２ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上８０ｎｍ以下、より好ましくは、２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、電気伝導度が概略１０−７Ｓ・ｃｍ−１から１０−４Ｓ・ｃｍ−１である半導体であって、価電子制御により１０１Ｓ・ｃｍ−１程度にまで高められる半導体をいう。ただし、微結晶半導体の概念は、前記した結晶粒径及び電気伝導度の値のみに限定されるものではなく、同等の物性値を有するものであれば必ずしも上記した結晶粒径等に限定されるものではない。
【００２６】
なお、非晶質半導体とは、結晶構造を有さない（原子の配列に長距離秩序を有さない）半導体をいう。非晶質半導体としては、例えば非晶質シリコンを用いることができる。なお、非晶質シリコンには水素等が含まれていてもよい。
【００２７】
なお、「オン電流」とは、チャネル形成領域に電流を流すためにゲート電極に適切なゲート電圧を印加した時（即ち、薄膜トランジスタがオン状態の時）に、ソース領域とドレイン領域との間、即ちチャネル形成領域を流れる電流をいう。なお、ここでオン状態とは、ゲート電圧（ゲート電極の電位とソース領域の電位との電位差）の絶対値がトランジスタのしきい値電圧の絶対値を超えた状態をいう。
【００２８】
また、「オフ電流」とは、薄膜トランジスタのゲート電圧の絶対値がしきい値電圧の絶対値より低い場合（即ち、薄膜トランジスタがオフ状態の時）に、ソース領域とドレイン領域との間、即ちチャネル形成領域を流れる電流をいう。
【発明の効果】
【００２９】
微結晶半導体層をチャネル形成領域の一部に設け、チャネル形成領域の一定距離において、キャリアが非晶質半導体層を流れる構成とすることで、オン電流が高く、オフ電流が低い、スイッチング特性に優れた薄膜トランジスタとすることができる。
【００３０】
微結晶半導体層と接する絶縁層として酸化窒化シリコン層を設けることで、結晶性の高い半導体層を形成することができる。
【００３１】
非晶質半導体層と接する絶縁層として窒化シリコン層を設け、且つ微結晶半導体層と接する絶縁層として酸化窒化シリコン層を設けることで、サブスレッショルド係数が小さく、しきい値電圧がシフトせず（又はしきい値電圧のシフトが小さい）電気的特性が良好な薄膜トランジスタとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】薄膜トランジスタを説明する図。
【図２】薄膜トランジスタを説明する図。
【図３】薄膜トランジスタの作製方法を説明する図。
【図４】薄膜トランジスタの作製方法を説明する図。
【図５】薄膜トランジスタの作製方法を説明する図。
【図６】薄膜トランジスタの作製方法を説明する図。
【図７】薄膜トランジスタの作製方法を説明する図。
【図８】薄膜トランジスタの作製方法を説明する図。
【図９】薄膜トランジスタの作製方法を説明する図。
【図１０】電子機器の一例を説明する図。
【図１１】電子機器の一例を説明する図。
【図１２】電子機器の一例を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下では、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、本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態およ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。したがって、本発明は以下に示す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。なお、以下に説明する本発明の構成において、同じものを指す符号は異なる図面間で共通して用いる。また、同様のものを指す際にはハッチパターンを同じくし、特に符号を付さない場合がある。また、便宜上、絶縁層は上面図には表さない場合がある。
【００３４】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様である薄膜トランジスタの構造の一例について、図１を参照して説明する。
【００３５】
図１（Ａ）に示す薄膜トランジスタは、基板１００上にゲート電極層１０４を有し、ゲート電極層１０４を覆って設けられた第１の絶縁層１０５を有し、ゲート電極層１０４と少なくとも一部が重畳し、離間して設けられた、ソース領域及びドレイン領域を形成する不純物半導体層１１０ａ及び不純物半導体層１１０ｂを有し、第１の絶縁層１０５上に、ゲート電極層１０４と少なくとも一部が重畳し、且つ不純物半導体層１１０ａ及び不純物半導体層１１０ｂと重畳せずしてチャネル形成領域の一部に設けられた微結晶半導体層１０７と、第１の絶縁層１０５と微結晶半導体層１０７との間に接して設けられた第２の絶縁層１０６と、第１の絶縁層１０５上に第２の絶縁層１０６及び微結晶半導体層１０７を覆って設けられた非晶質半導体層１０９と、を有する。
【００３６】
換言すると、図１（Ａ）に示す薄膜トランジスタは、基板１００上にゲート電極層１０４と、ゲート電極層１０４を覆って設けられた第１の絶縁層１０５と、第１の絶縁層１０５上に、少なくとも一部が接するように設けられた非晶質半導体層１０９と、非晶質半導体層１０９上に離間して設けられた、ソース領域及びドレイン領域を形成する不純物半導体層１１０ａ及び不純物半導体層１１０ｂと、第１の絶縁層１０５と非晶質半導体層１０９との間に、ゲート電極層１０４と少なくとも一部が重畳し、且つ不純物半導体層１１０ａ及び不純物半導体層１１０ｂと重畳せずしてチャネル形成領域の一部に設けられた微結晶半導体層１０７と、第１の絶縁層１０５と微結晶半導体層１０７との間に接して設けられた第２の絶縁層１０６と、を有する。
【００３７】
更に換言すると、図１（Ａ）に示す薄膜トランジスタは、ゲート電極層１０４と、ゲート電極層１０４を覆って設けられた第１の絶縁層１０５と、第１の絶縁層１０５上に、ゲート電極層１０４と少なくとも一部が重畳して設けられた微結晶半導体層１０７と、少なくとも微結晶半導体層１０７を覆って設けられた非晶質半導体層１０９と、非晶質半導体層１０９上に微結晶半導体層１０７と重畳せずして設けられた、ソース領域及びドレイン領域を形成する不純物半導体層１１０ａ及び不純物半導体層１１０ｂと、第１の絶縁層１０５と微結晶半導体層１０７との間に接して設けられた第２の絶縁層１０６と、を有する。
【００３８】
なお、図１では好ましい形態として、微結晶半導体層１０７上にバッファ層１０８が設けられている。
【００３９】
また、不純物半導体層１１０ａ上には配線層１１１ａが設けられている。不純物半導体層１１０ｂ上には配線層１１１ｂが設けられている。
【００４０】
図１（Ａ）に示す薄膜トランジスタの各層について以下に説明する。
【００４１】
基板１００は、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、若しくはアルミノシリケートガラスなど、フュージョン法やフロート法で作製される無アルカリガラス基板、セラミック基板の他、本作製方法の処理温度に耐えうる程度の耐熱性を有するプラスチック基板等を用いることができる。また、ステンレス合金等の金属の基板の表面に絶縁層を設けたものを適用しても良い。また、基板１００は、如何なるサイズのものであってもよい。
【００４２】
ゲート電極層１０４は、導電性材料により設ければよく、例えば金属材料により形成すればよい。用いることのできる金属材料としては、例えば、アルミニウム、クロム、チタン、タンタル、モリブデン又は銅等が挙げられる。また、これらの金属材料、例えばアルミニウムをバリア金属により挟んだ構造の積層膜によって形成することが好ましい。バリア金属としては、チタン、モリブデン又はクロム等の高融点金属が適用される。バリア金属はアルミニウムのヒロック防止及び酸化防止等を目的として設けられるものであるが、複数種の金属層が接する場合には、コンタクト抵抗を低減する組み合わせにより設けることが好ましい。
【００４３】
ゲート電極層１０４はゲート配線を構成するため、厚さ５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下で形成するとよい。ゲート電極層１０４の厚さを５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下とすることで、後に形成される半導体層や配線の段切れ防止に有効である。また、ゲート電極層１０４の厚さを１５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下とすることで、ゲート配線の低抵抗化に有効であり、大面積化に有利である。
【００４４】
なお、ゲート電極層１０４上に半導体層及び絶縁層を設けるため、端部をテーパー形状に加工することが好ましい。なお、ゲート電極層１０４の形成工程と同一工程でゲート配線のみならず容量配線も形成することができる。
【００４５】
第１の絶縁層１０５は窒化シリコンにより設けられている。第１の絶縁層１０５を窒化シリコン層とすると、次の利点がある。まず、第１の絶縁層１０５は、非晶質半導体層１０９をチャネル形成領域とするＴＦＴのゲート絶縁層として機能するため、薄膜トランジスタのサブスレッショルド係数を小さくすることができる。また、基板１００と第１の絶縁層１０５の密着力を高くすることができる。また、基板１００に含まれるナトリウム等の不純物元素が、微結晶半導体層１０７、バッファ層１０８及び非晶質半導体層１０９へ侵入することを防止できる。更には、ゲート電極層１０４の酸化を防止することが可能である。
【００４６】
また、第１の絶縁層１０５は、厚さ５０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下で形成することが好ましい。ゲート電極層１０４はスパッタリング法により形成することが一般的であり、その表面に凹凸を生じることが多い。第１の絶縁層１０５を５０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の厚さとすることで、この凹凸による被覆率の低減を緩和することが可能となる。
【００４７】
従って、第１の絶縁層１０５を厚さ５０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の窒化シリコンで形成することにより膜剥れを防止することができ、後に形成される薄膜トランジスタの電気的特性を良好なものとすることができる。
【００４８】
微結晶半導体層１０７は、微結晶半導体により形成され、その電気伝導度が０．９〜２Ｓ・ｃｍ−１の範囲であることが好ましい。
【００４９】
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）の中間的な構造を含む半導体をいう。一般に、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半導体であって、粒径が２ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上８０ｎｍ以下、より好ましくは、２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の柱状または針状結晶が基板表面に対して法線方向に成長して形成されたものである。また、微結晶半導体では、電気伝導度が概略１０−７Ｓ・ｃｍ−１から１０−４Ｓ・ｃｍ−１であるものが、価電子制御により１０１Ｓ・ｃｍ−１程度にまで高められる。微結晶半導体の代表例である微結晶シリコンは、そのラマンスペクトルが単結晶シリコンを示す５２０ｃｍ−１よりも低波数側にシフトしている。即ち、単結晶シリコンを示す５２０ｃｍ−１とアモルファスシリコンを示す４８０ｃｍ−１の間に微結晶シリコンのラマンスペクトルのピークがある。また、未結合手（ダングリングボンド）を終端するために水素又はハロゲンを少なくとも１原子％又はそれ以上含ませるとよい。さらに、ヘリウム、アルゴン、クリプトン又はネオン等の希ガス元素を含ませて格子歪みをさらに助長させることで、結晶の安定性が増し良好な微結晶半導体が得られる。このような微結晶半導体に関する記述は、例えば、米国特許４，４０９，１３４号で開示されている。ただし、微結晶半導体の概念は前記した結晶粒径及び電気伝導度の値のみに固定されるものではなく、同等の物性値を有するものであれば、上記した粒径等に限定されるものではない。
【００５０】
微結晶半導体層１０７の厚さは５ｎｍ以上５０ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以上３０ｎｍ以下となるように形成すればよい。
【００５１】
微結晶半導体層１０７は、十分なオン電流を得るためにドナーとなる不純物元素が添加されていることが好ましい。この場合、酸素濃度及び窒素濃度は、ドナーとなる不純物元素の濃度の１０倍未満、代表的には３×１０１９ｃｍ−３未満、好ましくは３×１０１８ｃｍ−３未満、炭素の濃度を３×１０１８ｃｍ−３以下とするとよい。酸素又は窒素が微結晶半導体層中に存在すると、半導体の結晶化が阻害される。このため、ドナーとなる不純物元素を添加した半導体層が微結晶半導体層の場合には、微結晶半導体層の酸素濃度及び窒素濃度を低く抑え、且つドナーとなる不純物元素を添加することで、微結晶半導体層の結晶性を高くすることができる。
【００５２】
また、微結晶半導体層１０７に、アクセプタとなる不純物元素を、形成と同時に、或いは形成後に添加することで、形成するトランジスタのしきい値電圧の制御をすることが可能となる。アクセプタとなる不純物元素として、代表的にはボロンが挙げられ、Ｂ２Ｈ６、ＢＦ３等の不純物気体を１ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍ、好ましくは１〜１００ｐｐｍの割合で水素化シリコンに混入させると良い。そして、ボロンの濃度は、ドナーとなる不純物元素の１０分の１程度、例えば１×１０１４〜６×１０１６ｃｍ−３とすると良い。
【００５３】
バッファ層１０８は、非晶質半導体を用いて形成すればよい。または、フッ素又は塩素等のハロゲンが添加された非晶質半導体を用いてもよい。バッファ層１０８の厚さは３０ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは５０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下とするとよい。非晶質半導体としては、アモルファスシリコンが挙げられる。
【００５４】
バッファ層１０８として、非晶質半導体層、更には水素、窒素又はハロゲンを含む非晶質半導体層を形成することで、微結晶半導体層が有する結晶粒表面の自然酸化を防止することが可能である。特に、微結晶半導体層において、非晶質半導体と結晶粒が接する領域では、応力が集中して亀裂が入りやすい。この亀裂が酸素に触れると結晶粒は酸化され、酸化シリコン層が形成される。そこで、微結晶半導体層１０７の表面にバッファ層１０８を形成することで、結晶粒が酸化されることを防止できる。このため、キャリアが捕獲される欠陥を低減し、またはキャリアの進行を妨げる領域を小さくすることができる。そのため、薄膜トランジスタの高速動作が可能となり、オン電流を高めることができる。
【００５５】
第２の絶縁層１０６は、酸化窒化シリコンにより設けられている。第２の絶縁層１０６を酸化窒化シリコンにより設けると、微結晶半導体層が酸化窒化シリコン層に接するため、膜剥がれ等の発生を防止することができる。なお、第２の絶縁層１０６は５ｎｍ以上２０ｎｍ以下で形成するとよく、好ましくは１０ｎｍ以上１５ｎｍ以下で形成する。エッチングにおける制御の困難さを回避し、良好な電気的特性を得るためである。
【００５６】
更には、第２の絶縁層１０６を酸化窒化シリコンにより形成することで、微結晶半導体層１０７の結晶性が向上する。なお、第２の絶縁層１０６は酸化シリコンであってもよく、第２の絶縁層１０６が酸化シリコンの場合にも、微結晶半導体層１０７の結晶性は向上する。
【００５７】
また、第２の絶縁層１０６と接する領域において、第１の絶縁層１０５は膜厚が大きい。これは、バッファ層１０８と、微結晶半導体層１０７と、第２の絶縁層１０６を一のエッチング工程によりパターニングするに際して、酸化窒化シリコンにより形成される第２の絶縁層１０６と、窒化シリコンにより形成される第１の絶縁層１０５との間で十分なエッチング選択比を確保することが困難であり、第２の絶縁層１０６のエッチングとともに第１の絶縁層１０５がエッチングされるためである。
【００５８】
なお、酸化窒化シリコンとは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多いものであって、好ましくは、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ：Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ  Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）及び水素前方散乱法（ＨＦＳ：Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｆｏｒｗａｒｄ  Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）を用いて測定した場合に、濃度範囲として酸素が５０〜７０原子％、窒素が０．５〜１５原子％、シリコンが２５〜３５原子％、水素が０．１〜１０原子％の範囲で含まれるものをいう。ただし、酸化窒化シリコンを構成する原子の合計を１００原子％としたとき、窒素、酸素、シリコン及び水素の含有比率が上記の範囲内に含まれるものとする。
【００５９】
非晶質半導体層１０９は、アモルファスシリコンにより形成する。また、非晶質半導体層１０９にフッ素又は塩素等が含まれていても良い。また、非晶質半導体層１０９にリンが含まれる場合には、微結晶半導体層１０７よりも低濃度とするとよい。また、配線と重畳する非晶質半導体層１０９の厚さは５０ｎｍ以上５００ｎｍ未満とする。
【００６０】
非晶質半導体層１０９は、第２の絶縁層１０６及び微結晶半導体層１０７の側面を覆って形成される。また、非晶質半導体層１０９は、バッファ層１０８を覆って形成される。また、微結晶半導体層１０７の周縁部において、第１の絶縁層１０５は非晶質半導体層１０９に接する。このような構造とすることにより、微結晶半導体層１０７と、不純物半導体層１１０ａ及び不純物半導体層１１０ｂとが接しないため、微結晶半導体層１０７と、不純物半導体層１１０ａ及び不純物半導体層１１０ｂとの間で生じるリーク電流を低減することができる。
【００６１】
また、非晶質半導体層１０９に微結晶半導体層１０７よりも低濃度のリンを含ませることで、トランジスタのしきい値電圧の変動を抑制することが可能である。
【００６２】
ｎ型の薄膜トランジスタを形成する場合には、一対の不純物半導体層１１０ａと不純物半導体層１１０ｂには、不純物元素として例えばリンを添加すれば良い。リンを添加するためには、形成に用いる水素化シリコンにＰＨ３等の不純物気体を加えて形成すれば良い。また、ｐ型の薄膜トランジスタを形成する場合には、不純物元素として例えばボロンを添加すれば良い。ボロンを添加するためには、形成に用いる水素化シリコンにＢ２Ｈ６等の不純物気体を加えて形成すれば良い。リン又はボロンの濃度を１×１０１９〜１×１０２１ｃｍ−３とすると、配線層１１１ａ及び配線層１１１ｂとオーミックコンタクトすることが可能となり、不純物半導体層１１０ａ及び不純物半導体層１１０ｂは、ソース領域及びドレイン領域として機能する。不純物半導体層１１０ａ及び不純物半導体層１１０ｂは、微結晶半導体又は非晶質半導体により形成することができる。不純物半導体層１１０ａ及び不純物半導体層１１０ｂは１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下、好ましくは３０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の厚さで形成するとよい。不純物半導体層１１０ａ及び不純物半導体層１１０ｂの厚さを薄くすることで、形成時のスループットが向上する。
【００６３】
配線層１１１ａ及び配線層１１１ｂは、導電性材料により設ければよく、例えば金属材料により形成すればよい。例えば、アルミニウム、アルミニウムに耐熱性向上元素が添加されたもの、若しくはアルミニウムにヒロック防止元素が添加されたもの（以下、これらをアルミニウム合金とよぶ。）を単層で、または積層して形成することが好ましい。ここで、耐熱性向上元素又はヒロック防止元素としては、銅、シリコン、チタン、ネオジム、スカンジウム又はモリブデン等が挙げられる。また、不純物半導体層と接する側に、チタン、タンタル、モリブデン、タングステン又はこれらの窒化物からなる層を形成し、その上にアルミニウム又はアルミニウム合金を形成した積層構造としても良い。更には、アルミニウム又はアルミニウム合金の上面及び下面を、チタン、タンタル、モリブデン、タングステン又はこれらの窒化物で挟んだ積層構造としてもよい。例えば、チタン層上にアルミニウム層を設け、該アルミニウム層上にチタン層を設けて積層した導電層を用いることができる。
【００６４】
なお、ゲート電極層１０４を形成する材料として挙げたものは配線層１１１ａ及び配線層１１１ｂの形成に用いることが可能であり、配線層１１１ａ及び配線層１１１ｂを形成する材料として挙げたものはゲート電極層１０４の形成に用いることが可能である。
【００６５】
また、図１（Ａ）に示す薄膜トランジスタでは、非晶質半導体層１０９が配線層１１１ａ及び配線層１１１ｂと接さず、非晶質半導体層１０９上に一対の不純物半導体層１１０ａ及び不純物半導体層１１０ｂを介して配線層１１１ａ及び配線層１１１ｂが設けられた構造を示しているが、図１（Ｂ）に示すように、非晶質半導体層１０９の側面が配線層１１１ａ及び配線層１１１ｂと接する構造としてもよい。図１（Ｂ）に示す薄膜トランジスタは、多階調マスクを用いることなく作製することで得ることができる。
【００６６】
また、本実施の形態で示す薄膜トランジスタは、第１の薄膜トランジスタ１０１、第２の薄膜トランジスタ１０２及び第３の薄膜トランジスタ１０３が直列に接続されたものである。
【００６７】
第１の薄膜トランジスタ１０１は、ゲート電極層１０４、第１の絶縁層１０５、非晶質半導体層１０９、不純物半導体層１１０ａ及び配線層１１１ａで構成される。第２の薄膜トランジスタ１０２は、ゲート電極層１０４、第１の絶縁層１０５及び第２の絶縁層１０６、並びに微結晶半導体層１０７で構成される。第３の薄膜トランジスタ１０３は、ゲート電極層１０４、第１の絶縁層１０５、非晶質半導体層１０９、不純物半導体層１１０ｂ並びに配線層１１１ｂで構成される。
【００６８】
第１の薄膜トランジスタ１０１及び第３の薄膜トランジスタ１０３は、非晶質半導体層をチャネル形成領域に用いた薄膜トランジスタである。第２の薄膜トランジスタ１０２では、キャリアが流れる領域は微結晶半導体層１０７である。微結晶半導体層１０７は、好ましくは電気伝導度が０．９〜２Ｓ・ｃｍ−１であり、通常の非晶質半導体層及び微結晶半導体層と比較して抵抗率が低い。このため、例えばｎ型の薄膜トランジスタの場合にゲート電極層１０４に、第１の薄膜トランジスタ１０１及び第３の薄膜トランジスタ１０３のしきい値電圧未満の正電圧が印加されている状態でも、微結晶半導体層１０７に多数のキャリアが誘起された状態となる。第１の薄膜トランジスタ１０１及び第３の薄膜トランジスタ１０３のしきい値電圧以上の正電圧がゲート電極層１０４に印加されると、第１の薄膜トランジスタ１０１及び第３の薄膜トランジスタ１０３がオンとなり、微結晶半導体層１０７に誘起されていた多数のキャリアが、第１の薄膜トランジスタ１０１の配線層１１１ａ又は第３の薄膜トランジスタ１０３の配線層１１１ｂへ流れる。
【００６９】
本実施の形態の薄膜トランジスタのチャネル長Ｌは、微結晶半導体層１０７のチャネル長方向の距離ａ、不純物半導体層１１０ａの端部と微結晶半導体層１０７の端部との距離ｂ、及び不純物半導体層１１０ｂの端部と微結晶半導体層１０７の端部との距離ｃの和である。チャネル長Ｌに対して、距離ａを長くし、距離ｂと距離ｃを短くすることで、オン電流が高くなり、移動度も高くなる。
【００７０】
なお、距離ｂ及び距離ｃを小さくする際には第２の薄膜トランジスタ１０２において短チャネル効果が生じないように、ゲート絶縁層となる第１の絶縁層１０５を薄く形成すればよい。
【００７１】
一方、ゲート電極層１０４に負の電圧を印加すると、微結晶半導体層１０７にキャリアが誘起されたとしても、第１の薄膜トランジスタ１０１及び第３の薄膜トランジスタ１０３がオフであるため、電流の流れを妨げることができる。第１の薄膜トランジスタ１０１及び第３の薄膜トランジスタ１０３は非晶質半導体層により形成され、更にはリークパス等も生じにくいため、オフ電流を小さくすることができる。
【００７２】
以上説明したように、オン電流及び移動度が高く、オフ電流の小さい薄膜トランジスタを得ることができる。更には、本実施の形態にて説明した薄膜トランジスタは、サブスレッショルド係数が小さく、しきい値電圧がシフトせず又はしきい値電圧のシフトが小さい、電気的特性が良好なものである。
【００７３】
なお、ソース領域とドレイン領域とを繋ぐ非晶質半導体層１０９の表面（バックチャネル部）は凹凸形状を有し、ソース領域とドレイン領域との間の距離が長くなっている。そのため、ソース領域とドレイン領域との間の非晶質半導体層１０９の表面を流れるリーク電流の経路が長くなる。従って、ソース領域とドレイン領域との間で、非晶質半導体層１０９の表面に流れるリーク電流を低減することができ、オフ電流を小さくすることができる。
【００７４】
更には、ゲート電極層１０４と、不純物半導体層１１０ａ及び不純物半導体層１１０ｂとの間には、絶縁層のほかに非晶質半導体層１０９が設けられており、ゲート電極層１０４と、不純物半導体層１１０ａ及び不純物半導体層１１０ｂとの間隔を広くとることができる。このため、ゲート電極層１０４と、不純物半導体層１１０ａ及び不純物半導体層１１０ｂとの間に生じる寄生容量の発生を低減することができる。
【００７５】
（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の一態様である薄膜トランジスタの構造の一例であって、実施の形態１とは異なるものについて、図２を参照して説明する。なお、実施の形態１と重複する点については説明を省略する。
【００７６】
図２（Ａ）に示す薄膜トランジスタは、基板１２０上にゲート電極層１２４と、ゲート電極層１２４を覆って設けられた第１の絶縁層１２５と、ゲート電極層１２４と少なくとも一部が重畳し、離間して設けられた、ソース領域及びドレイン領域を形成する不純物半導体層１３０ａ及び不純物半導体層１３０ｂと、第１の絶縁層１２５上に、ゲート電極層１２４並びに不純物半導体層１３０ａ及び不純物半導体層１３０ｂの一方と少なくとも一部が重畳し、且つ不純物半導体層１３０ａ及び不純物半導体層１３０ｂの他方と重畳せずしてチャネル形成領域の一部に設けられた微結晶半導体層１２７と、第１の絶縁層１２５と微結晶半導体層１２７との間に接して設けられた第２の絶縁層１２６と、第１の絶縁層１２５上に第２の絶縁層１２６及び微結晶半導体層１２７を覆って設けられた非晶質半導体層１２９と、を有する。
【００７７】
換言すると、図２（Ａ）に示す薄膜トランジスタは、基板１２０上にゲート電極層１２４と、ゲート電極層１２４を覆って設けられた第１の絶縁層１２５と、第１の絶縁層１２５上に、少なくとも一部が接するように設けられた非晶質半導体層１２９と、非晶質半導体層１２９上に離間して設けられた、ソース領域及びドレイン領域を形成する不純物半導体層１３０ａ及び不純物半導体層１３０ｂと、第１の絶縁層１２５と非晶質半導体層１２９との間に、ゲート電極層１２４並びに不純物半導体層１３０ａ及び不純物半導体層１３０ｂの一方と少なくとも一部が重畳し、且つ不純物半導体層１３０ａ及び不純物半導体層１３０ｂの他方と重畳せずしてチャネル形成領域の一部に設けられた微結晶半導体層１２７と、第１の絶縁層１２５と微結晶半導体層１２７との間に接して設けられた第２の絶縁層１２６と、を有する。
【００７８】
更に換言すると、図２（Ａ）に示す薄膜トランジスタは、ゲート電極層１２４と、ゲート電極層１２４を覆って設けられた第１の絶縁層１２５と、第１の絶縁層１２５上に、ゲート電極層１２４と少なくとも一部が重畳して設けられた微結晶半導体層１２７と、少なくとも微結晶半導体層１２７を覆って設けられた非晶質半導体層１２９と、非晶質半導体層１２９上に、一方が微結晶半導体層１２７と重畳して設けられ、他方が非晶質半導体層１２９上に微結晶半導体層１２７と重畳せずして設けられ、ソース領域及びドレイン領域を形成する不純物半導体層１３０ａ及び不純物半導体層１３０ｂと、第１の絶縁層１２５と微結晶半導体層１２７との間に接して設けられた第２の絶縁層１２６と、を有する。
【００７９】
なお、図２では好ましい形態として、微結晶半導体層１２７上にバッファ層１２８が設けられている。
【００８０】
また、不純物半導体層１３０ａ及び不純物半導体層１３０ｂ上には配線層１３１ａ及び配線層１３１ｂが設けられている。
【００８１】
図２（Ａ）に示す薄膜トランジスタの各層について以下に説明する。
【００８２】
基板１２０は、実施の形態１における基板１００と同様のものを用いることができる。
【００８３】
ゲート電極層１２４は、実施の形態１におけるゲート電極層１０４と同様の材料及び同様の形成方法により、ゲート電極層１０４と同程度の厚さで設けることができる。また、ゲート電極層１０４と同様に端部をテーパー形状に加工することが好ましい。なお、ゲート電極層１２４の形成工程と同一工程でゲート配線のみならず容量配線も構成することができる。
【００８４】
第１の絶縁層１２５は実施の形態１における第１の絶縁層１０５と同様に、窒化シリコンにより設けられている。第１の絶縁層１２５を窒化シリコン層により形成することで、薄膜トランジスタのサブスレッショルド係数を小さくすることができる。また、基板１２０と第１の絶縁層１２５の密着力を高くすることができる。また、基板１２０に含まれるナトリウム等の不純物元素の、微結晶半導体層１２７、バッファ層１２８及び非晶質半導体層１２９への侵入を防止することができる。更には、ゲート電極層１２４の酸化を防止することが可能である。
【００８５】
また、第１の絶縁層１２５は、実施の形態１における第１の絶縁層１０５と同様に、厚さ５０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下で形成することが好ましい。ゲート電極層１２４はスパッタリング法により形成することが一般的であり、その表面に凹凸を生じることが多い。第１の絶縁層１２５を５０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の厚さとすることで、この凹凸による被覆率の低減を緩和することが可能となる。
【００８６】
従って、第１の絶縁層１２５を厚さ５０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の窒化シリコンで形成することにより膜剥れを防止することができ、後に形成される薄膜トランジスタの電気的特性を良好にすることができる。
【００８７】
微結晶半導体層１２７は、実施の形態１における微結晶半導体層１０７と同様に、微結晶半導体により形成され、その電気伝導度が０．９〜２Ｓ・ｃｍ−１の範囲であることが好ましい。
【００８８】
なお、ここで、微結晶半導体は、実施の形態１にて説明したものと同様である。
【００８９】
また、微結晶半導体層１２７の厚さは５ｎｍ以上５０ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以上３０ｎｍ以下となるように形成すればよい。
【００９０】
微結晶半導体層１２７は、十分なオン電流を得るためにドナーとなる不純物元素が添加されていることが好ましい。
【００９１】
また、実施の形態１における微結晶半導体層１０７と同様に、微結晶半導体層１２７に、アクセプタとなる不純物元素を、形成と同時に、或いは形成後に添加することで、形成するトランジスタのしきい値電圧の制御をすることも可能である。
【００９２】
バッファ層１２８は、実施の形態１におけるバッファ層１０８と同様に、非晶質半導体を用いて形成すればよい。または、フッ素又は塩素等のハロゲンが添加された非晶質半導体層を用いてもよい。バッファ層１２８の厚さは３０ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは５０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下とするとよい。非晶質半導体としては、アモルファスシリコンが挙げられる。
【００９３】
バッファ層１２８として、非晶質半導体層、更には水素、窒素又はハロゲンを含む非晶質半導体層を形成することで、微結晶半導体層が有する結晶粒表面の自然酸化を防止することが可能である。これにより、キャリアが捕獲される欠陥を低減し、またはキャリアの進行を妨げる領域を小さくすることができる。そのため、薄膜トランジスタの高速動作が可能となり、オン電流を高めることができる。
【００９４】
第２の絶縁層１２６は、実施の形態１における第２の絶縁層１０６と同様に、酸化窒化シリコンにより形成されている。なお、第２の絶縁層１２６は５ｎｍ以上２０ｎｍ以下で形成するとよく、好ましくは１０ｎｍ以上１５ｎｍ以下で形成する。更には、第２の絶縁層１２６を酸化窒化シリコンにより形成することで、微結晶半導体層１２７の結晶性が向上する。
【００９５】
また、第２の絶縁層１２６と接する領域において、第１の絶縁層１２５は膜厚が大きい。これは、バッファ層１２８と、微結晶半導体層１２７と、第２の絶縁層１２６を一のエッチング工程によりパターニングするに際して、酸化窒化シリコンにより形成される第２の絶縁層１２６と、窒化シリコンにより形成される第１の絶縁層１２５との間で十分なエッチング選択比を確保することが困難であり、第２の絶縁層１２６のエッチングとともに第１の絶縁層１２５がエッチングされるためである。
【００９６】
非晶質半導体層１２９は、アモルファスシリコンにより形成する。また、非晶質半導体層１２９にフッ素又は塩素等が含まれていても良い。また、非晶質半導体層１２９にリンが含まれる場合には、微結晶半導体層１２７よりも低濃度とするとよい。また、配線と重畳する非晶質半導体層１２９の厚さは５０ｎｍ以上５００ｎｍ未満とする。
【００９７】
非晶質半導体層１２９は、第２の絶縁層１２６及び微結晶半導体層１２７の側面を覆って形成される。また、非晶質半導体層１２９はバッファ層１２８を覆って形成される。また、微結晶半導体層１２７の周縁部において、第１の絶縁層１２５と非晶質半導体層１２９が接する。このような構造とすることにより、微結晶半導体層１２７と、不純物半導体層１３０ａ及び不純物半導体層１３０ｂとが接しないため、微結晶半導体層１２７と、不純物半導体層１３０ａ及び不純物半導体層１３０ｂとの間で生じるリーク電流を低減することができる。
【００９８】
また、非晶質半導体層１２９に微結晶半導体層１２７よりも低濃度のリンが含まれることで、トランジスタのしきい値電圧の変動を抑制することが可能である。
【００９９】
ｎ型の薄膜トランジスタを形成する場合には、一対の不純物半導体層１３０ａと不純物半導体層１３０ｂには、不純物元素として例えばリンを添加すれば良い。また、ｐ型の薄膜トランジスタを形成する場合には、不純物元素として例えばボロンを添加すれば良い。不純物半導体層１３０ａ及び不純物半導体層１３０ｂは１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下、好ましくは３０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の厚さで形成するとよい。
【０１００】
配線層１３１ａ及び配線層１３１ｂは、実施の形態１における配線層１１１ａ及び配線層１１１ｂと同様の材料及び同様の形成方法により、配線層１１１ａ及び配線層１１１ｂと同程度の厚さで設けることができる。
【０１０１】
また、図２（Ａ）に示す薄膜トランジスタでは、非晶質半導体層１２９が配線層１３１ａ及び配線層１３１ｂと接さず、非晶質半導体層１２９上に一対の不純物半導体層１３０ａ及び不純物半導体層１３０ｂを介して配線層１３１ａ及び配線層１３１ｂが設けられた構造を示しているが、図２（Ｂ）に示すように、非晶質半導体層１２９の側面が配線層１３１ａ及び配線層１３１ｂと接する構造としてもよい。図２（Ｂ）に示す薄膜トランジスタは、多階調マスクを用いることなく作製することで得ることができる。
【０１０２】
また、本実施の形態で示す薄膜トランジスタは、第１の薄膜トランジスタ１２１及び第２の薄膜トランジスタ１２２が直列に接続されたものである。
【０１０３】
第１の薄膜トランジスタ１２１は、ゲート電極層１２４、第１の絶縁層１２５及び第２の絶縁層１２６、微結晶半導体層１２７、非晶質半導体層１２９、不純物半導体層１３０ａ、並びに配線層１３１ａで構成される。第２の薄膜トランジスタ１２２は、ゲート電極層１２４、第１の絶縁層１２５、非晶質半導体層１２９、不純物半導体層１３０ｂ並びに配線層１３１ｂで構成される。
【０１０４】
第２の薄膜トランジスタ１２２は、非晶質半導体層をチャネル形成領域に用いた薄膜トランジスタである。第１の薄膜トランジスタ１２１では、キャリアが流れる領域は、微結晶半導体層１２７である。微結晶半導体層１２７は、電気伝導度が０．９〜２Ｓ・ｃｍ−１であり、通常の非晶質半導体層及び微結晶半導体層と比較して抵抗率が低い。このため、例えばｎ型の薄膜トランジスタの場合にゲート電極層１２４に、第２の薄膜トランジスタ１２２のしきい値電圧未満の正電圧が印加されている状態でも、微結晶半導体層１２７に多数のキャリアが誘起された状態となる。第２の薄膜トランジスタ１２２のしきい値電圧以上の正電圧がゲート電極層１２４に印加されると、第２の薄膜トランジスタ１２２がオンとなり、微結晶半導体層１２７に誘起されていた多数のキャリアが、第１の薄膜トランジスタ１２１の配線層１３１ａ又は第２の薄膜トランジスタ１２２の配線層１３１ｂへ流れる。
【０１０５】
本実施の形態の薄膜トランジスタのチャネル長Ｌは、不純物半導体層１３０ａの端部と微結晶半導体層１２７の端部との距離ａ、及び不純物半導体層１３０ｂの端部と微結晶半導体層端部との距離ｂの和である。チャネル長Ｌに対して、距離ａを長くし、距離ｂを短くすることで、オン電流が高くなり、移動度も高くなる。
【０１０６】
なお、距離ｂを短くする際には第２の薄膜トランジスタ１２２において短チャネル効果が生じないように、ゲート絶縁層となる第１の絶縁層１２５を薄く形成すればよい。
【０１０７】
一方、ゲート電極層１２４に負の電圧を印加すると、微結晶半導体層１２７にキャリアが誘起されたとしても、第２の薄膜トランジスタ１２２がオフであるため、電流の流れを妨げることができる。第２の薄膜トランジスタ１２２は非晶質半導体層により形成され、更にはリークパス等も生じないため、オフ電流を小さくすることができる。
【０１０８】
以上説明したように、オン電流及び移動度が高く、オフ電流の小さい薄膜トランジスタを得ることができる。更には、本実施の形態にて説明した薄膜トランジスタは、サブスレッショルド係数が小さく、しきい値電圧がシフトせず又はしきい値電圧のシフトが小さい、電気的特性が良好なものである。
【０１０９】
なお、ソース領域とドレイン領域とを繋ぐ非晶質半導体層１２９の表面（バックチャネル）は凹凸形状を有し、ソース領域とドレイン領域との間の距離が長くなっている。そのため、ソース領域とドレイン領域との間の非晶質半導体層１２９の表面を流れるリーク電流の経路が長くなる。従って、ソース領域とドレイン領域との間で、非晶質半導体層１２９の表面に流れるリーク電流を低減することができ、オフ電流を小さくすることができる。
【０１１０】
更には、ゲート電極層１２４と、不純物半導体層１３０ａ及び不純物半導体層１３０ｂとの間には、絶縁層のほかに非晶質半導体層１２９が設けられており、ゲート電極層１２４と、不純物半導体層１３０ａ及び不純物半導体層１３０ｂとの間隔を広くとることができる。このため、ゲート電極層１２４と、不純物半導体層１３０ａ及び不純物半導体層１３０ｂとの間に生じる寄生容量の発生を低減することができる。
【０１１１】
（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態１にて説明した薄膜トランジスタの作製方法について、図３乃至図６を参照して説明する。なお、図２（Ａ）に示す薄膜トランジスタの作製方法も同様である。
【０１１２】
非晶質半導体層又は微結晶半導体層を有する薄膜トランジスタは、ｐ型よりもｎ型の方が電界効果移動度が高く、駆動回路に用いるのに適している。また、同一の基板上に形成する薄膜トランジスタは全て同じ極性とすると、工程数が少なくなり好ましい。従って、本実施の形態ではｎ型の薄膜トランジスタの作製方法について説明する。ただし、ｐ型の薄膜トランジスタであっても同様に作製することが可能である。
【０１１３】
図４は図３のＡ−Ｂにおける断面図を示し、図５はＣ−Ｄにおける断面図を示す。
【０１１４】
まず、基板１００上に導電層１２３を形成する（図４（Ａ）及び図５（Ａ）を参照）。導電層１２３の材料としては、実施の形態１において列挙した、ゲート電極層１０４の材料を用いることができる。導電層１２３は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、めっき法、印刷法又は液滴吐出法等を用いて形成する。
【０１１５】
次に、導電層１２３上にレジストを塗布した後、第１のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ工程によってレジストマスクを形成する。このレジストマスクを用いて導電層１２３を所望の形状にエッチングし、ゲート電極層１０４を形成する。その後、レジストマスクを除去する。
【０１１６】
次に、基板１００及びゲート電極層１０４上に第１の絶縁層１０５となる絶縁層１３２を形成する。絶縁層１３２は、実施の形態１で述べたように窒化シリコンを用いて形成する。絶縁層１３２は、ＣＶＤ法又はスパッタリング法等を用いて形成する。
【０１１７】
次に、絶縁層１３２上に第２の絶縁層１０６となる絶縁層１３３、微結晶半導体層１０７となる微結晶半導体層１３４、及びバッファ層１０８となるバッファ層１３５を積層して形成する（図４（Ｂ）及び図５（Ｂ）を参照）。微結晶半導体層１３４には実施の形態１で説明したように、ドナーとなる不純物元素を添加することが好ましい。ここで、微結晶半導体層１３４の形成方法について以下に説明する。
【０１１８】
微結晶半導体層１３４は、プラズマＣＶＤ装置の反応室内において、シリコンを含む堆積性気体と、水素とを混合し、グロー放電プラズマにより形成することができる。シリコンを含む堆積性気体の流量に対して、水素の流量を１０〜２０００倍、好ましくは５０〜２００倍として希釈することで微結晶半導体層を形成することができる。基板の加熱温度は１００℃〜３００℃、好ましくは１２０℃〜２２０℃で行う。また、上記の原料ガスと共に、リン、ヒ素、アンチモン等を含む気体を混合すると、ドナーとなる不純物元素を添加することができる。ここでは、シランと、水素と希ガスとの混合ガス（または水素と希ガスとのいずれかでもよい。）にフォスフィンを混合して、グロー放電プラズマにより、リンを含む微結晶シリコン層を形成する。
【０１１９】
ここで、グロー放電プラズマの生成は、例えば、１ＭＨｚから２０ＭＨｚ（代表的には１３．５６ＭＨｚ）の高周波電力、または２０ＭＨｚより大きく１２０ＭＨｚ程度まで（代表的には２７．１２ＭＨｚ、６０ＭＨｚ）の高周波電力を印加することにより行うことができる。
【０１２０】
また、シリコンを含む堆積性気体の代表例としては、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６等がある。
【０１２１】
なお、ドナーとなる不純物元素の添加は、微結晶半導体層１３４に直接行わず、絶縁層１３３にドナーとなる不純物元素を含ませて形成してもよい。または、絶縁層１３２にドナーとなる不純物元素を含ませてもよい。絶縁層１３２及び絶縁層１３３の双方にドナーとなる不純物元素を含ませてもよい。または、微結晶半導体層１３４の形成に際してドナーとなる不純物元素を含ませた上で更に絶縁層１３２及び絶縁層１３３のいずれか、または双方にドナーとなる不純物元素を含ませてもよい。
【０１２２】
なお、絶縁層１３２としてドナーとなる不純物元素が添加された絶縁層を形成するには、絶縁層の原料ガスに、ドナーとなる不純物元素を含む気体を混合させて絶縁層を形成すればよい。例えば、シラン、アンモニア及びフォスフィンを用いたプラズマＣＶＤ法によりリンを含む窒化シリコンを形成することができる。また、絶縁層１３３としてドナーとなる不純物元素が添加された絶縁層を形成するには、シラン、一酸化二窒素、アンモニア及びフォスフィンを用いたプラズマＣＶＤ法により、リンを含む酸化窒化シリコン層を形成することができる。または、これらを形成する前に、反応室内にドナーとなる不純物元素を含む気体を流し、基板１００の表面及び反応室内壁にドナーとなる不純物元素を吸着させておいてもよい。その後、これらの形成を行うことで、ドナーとなる不純物元素を取り込みつつ半導体層を形成することができる。絶縁層１３３の形成に際して、絶縁層１３２の表面にドナーとなる不純物元素を吸着させておいてもよい。
【０１２３】
なお、絶縁層１３３の表面をプラズマ処理するとよい。プラズマ処理は、代表的には、水素プラズマ、アンモニアプラズマ、Ｈ２Ｏプラズマ、ヘリウムプラズマ、アルゴンプラズマ又はネオンプラズマ等のプラズマを絶縁層１３３の表面に曝すことにより行えばよい。この結果、絶縁層１３３の表面に生じる欠陥を低減することができる。この処理により、絶縁層１３３の表面のダングリングボンドを終端することができるからである。
【０１２４】
次に、バッファ層１０８となるバッファ層１３５を形成する。バッファ層１３５は非晶質半導体層により形成する。非晶質半導体層の形成は、シリコンを含む堆積性気体を用いたプラズマＣＶＤ法によればよい。または、シリコンを含む堆積性気体を、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンから選ばれた一種又は複数種の希ガス元素で希釈することで非晶質半導体層を形成することができる。シリコンを含む堆積性気体の流量に対して、水素の流量を０〜５０倍、好ましくは０〜１０倍、更に好ましくは２〜５倍として希釈することで非晶質半導体層を形成することができる。また、シランガスの流量の１〜１０倍、好ましくは１〜５倍の流量の水素を用いることで、水素を含む非晶質半導体層を形成することができる。また、形成ガス中に、フッ素又は塩素等のハロゲンを添加してもよい。
【０１２５】
なお、非晶質半導体層は、シリコンのターゲットを用いて水素又は希ガス中でスパッタリングを行うことでも形成することができる。
【０１２６】
なお、バッファ層１３５は、プラズマＣＶＤ法により３００℃〜４００℃の温度で形成することが好ましい。この処理により水素が微結晶半導体層１３４に供給され、微結晶半導体層１３４を水素化した場合と同等の効果が得られる。すなわち、ドナーとなる不純物元素を添加した微結晶半導体層上に上記条件でバッファ層１３５を形成することにより、微結晶半導体層１３４に水素を拡散させて、ダングリングボンドを終端することができる。
【０１２７】
また、バッファ層１３５を設けることで、微結晶半導体層に含まれる結晶粒の表面の自然酸化を防止することが可能である。バッファ層１３５には水素、窒素又はハロゲンを含ませてもよい。特に、非晶質半導体層と微結晶半導体層の結晶粒が接する領域では、局所的な応力により亀裂が入りやすい。この亀裂が酸素に触れると結晶粒は酸化され、酸化シリコン層が形成される。しかしながら、バッファ層１３５を設けることで、微結晶半導体層に含まれる微結晶粒の酸化を防ぐことができる。また、バッファ層１３５を厚く形成すると、薄膜トランジスタの耐圧が高くなり、高電圧により、薄膜トランジスタが劣化することを防止することができる。
【０１２８】
次に、バッファ層１３５上にレジストを塗布した後、第２のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ工程によりレジストマスクを形成する。このレジストマスクを用いて、バッファ層１３５を所望の形状にエッチングすることで、薄膜トランジスタを形成する領域において、バッファ層１０８を形成する（図４（Ｃ）及び図５（Ｃ）を参照）。この後、レジストマスクを除去する。バッファ層１３５のエッチングに際して、微結晶半導体層１３４の一部がエッチングされてもよい。
【０１２９】
レジストマスクを除去した後に、バッファ層１０８をマスクとして、微結晶半導体層１３４及び絶縁層１３３をエッチングし、微結晶半導体層１０７及び第２の絶縁層１０６を形成する（図４（Ｃ）及び図５（Ｃ）を参照）。この工程により、第２の絶縁層１０６のみならずバッファ層１０８と重畳しない領域の絶縁層１３２の一部もエッチングされ、第１の絶縁層１０５が形成される。
【０１３０】
なお、バッファ層１０８の形成に用いたレジストマスクを除去せずして微結晶半導体層１３４をエッチングすることで、微結晶半導体層１０７を形成してもよい。
【０１３１】
次に、非晶質半導体層１３６及び不純物半導体層１３７を形成する。
【０１３２】
非晶質半導体層１３６は、バッファ層１３５と同様の材料及び同様の形成方法により形成することができる。
【０１３３】
なお、非晶質半導体層１３６を形成する際には、プラズマＣＶＤ装置の反応室内壁に窒化酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸化シリコン層又は酸化窒化シリコン層のいずれかをプリコートした後に、シリコンを含む堆積性気体の流量に対して、水素の流量を０〜５０倍、好ましくは０〜１０倍、更に好ましくは２〜５倍に希釈して半導体層を形成すると、膜中に反応室内壁に存在する酸素及び窒素等を取り込みつつ膜が堆積するため、結晶化させずに緻密な非晶質半導体層を形成することができる。ただし、非晶質半導体層１３６中の一部に結晶粒が含まれていてもよい。また、第１の絶縁層１０５は窒化シリコン層であるため、このような形成方法により非晶質半導体層１３６を形成することで、膜剥れを抑制し、歩留まりを高めることができる。
【０１３４】
本実施の形態では、ｎ型の薄膜トランジスタを形成するため、一導電型を付与する不純物元素が添加された不純物半導体層１３７は、シリコンを含む堆積性ガスと、フォスフィンガスとを用いたプラズマＣＶＤ法により形成することができる。また、ｐチャネル型の薄膜トランジスタを形成する場合には、シリコンを含む堆積性気体と、ジボランとを用いたプラズマＣＶＤ法により形成することができる。
【０１３５】
微結晶半導体層１３４、バッファ層１３５、非晶質半導体層１３６及び不純物半導体層１３７の形成工程においてグロー放電プラズマの生成は、例えば、１ＭＨｚから２０ＭＨｚ（代表的には１３．５６ＭＨｚ）の高周波電力、または２０ＭＨｚより大きく１２０ＭＨｚ程度（代表的には２７．１２ＭＨｚ、６０ＭＨｚ）までの高周波電力を印加することで行うことができる。
【０１３６】
導電層１３８としては、実施の形態１において列挙した、配線層１１１ａ及び配線層１１１ｂの材料を用いて形成することができる。導電層１３８は、ＣＶＤ法、スパッタリング法、印刷法又は液滴吐出法等を用いて形成する。なお、図４においては導電層１３８を単層で形成しているが、実施の形態１と同様に複数の導電層を積層して形成してもよい。
【０１３７】
次に、導電層１３８上にレジストを塗布する。レジストは、ポジ型レジストまたはネガ型レジストを用いることができる。ここでは、ポジ型レジストを用いた場合について説明する。
【０１３８】
次に、第３のフォトマスクとして多階調マスクを用いて、レジストに光を照射した後現像することで、レジストマスク１３９を形成する（図４（Ｄ）及び図５（Ｄ）を参照）。
【０１３９】
レジストマスク１３９は、一般的な多階調マスクを用いることで形成することができる。ここで、多階調マスクについて図６を参照して以下に説明する。
【０１４０】
多階調マスクとは、多段階の光量で露光を行うことが可能なマスクをいい、代表的には、露光領域、半露光領域及び未露光領域の３段階の光量で露光を行う。多階調マスクを用いることで、一度の露光及び現像工程によって、複数（代表的には二種類）の厚さを有するレジストマスクを形成することができる。そのため、多階調マスクを用いることで、フォトマスクの枚数を削減することができる。
【０１４１】
図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、代表的な多階調マスクの断面図を示す。図６（Ａ）にはグレートーンマスク１５０を示し、図６（Ｂ）にはハーフトーンマスク１５５を示す。
【０１４２】
図６（Ａ）に示すグレートーンマスク１５０は、透光性を有する基板１５１上に遮光膜により形成された遮光部１５２、及び遮光膜のパターンにより設けられた回折格子部１５３で構成されている。
【０１４３】
回折格子部１５３は、露光に用いる光の解像度限界以下の間隔で設けられたスリット、ドット又はメッシュ等を有することで、光の透過量を制御する。なお、回折格子部１５３に設けられるスリット、ドット又はメッシュは周期的なものであってもよいし、非周期的なものであってもよい。
【０１４４】
透光性を有する基板１５１としては、石英等を用いることができる。遮光部１５２及び回折格子部１５３を構成する遮光膜は、金属膜を用いて形成すればよく、好ましくはクロム又は酸化クロム等により設けられる。
【０１４５】
グレートーンマスク１５０に露光するための光を照射した場合、図６（Ａ）に示すように、遮光部１５２に重畳する領域における透光率は０％となり、遮光部１５２又は回折格子部１５３が設けられていない領域における透光率は１００％となる。また、回折格子部１５３における透光率は、概ね１０〜７０％の範囲であり、回折格子のスリット、ドット又はメッシュの間隔等により調整可能である。
【０１４６】
図６（Ｂ）に示すハーフトーンマスク１５５は、透光性を有する基板１５６上に半透光膜により形成された半透光部１５７、及び遮光膜により形成された遮光部１５８で構成されている。
【０１４７】
半透光部１５７は、ＭｏＳｉＮ、ＭｏＳｉ、ＭｏＳｉＯ、ＭｏＳｉＯＮ、ＣｒＳｉ等の膜を用いて形成することができる。遮光部１５８は、グレートーンマスクの遮光膜と同様の金属膜を用いて形成すればよく、好ましくはクロム又は酸化クロム等により設けられる。
【０１４８】
ハーフトーンマスク１５５に露光するための光を照射した場合、図６（Ｂ）に示すように、遮光部１５８に重畳する領域における透光率は０％となり、遮光部１５８又は半透光部１５７が設けられていない領域における透光率は１００％となる。また、半透光部１５７における透光率は、概ね１０〜７０％の範囲であり、形成する材料の種類又は形成する膜厚等により、調整可能である。
【０１４９】
多階調マスクを用いて露光して現像を行うことで、膜厚の異なる領域を有するレジストマスクを形成することができる。
【０１５０】
次に、レジストマスク１３９により、非晶質半導体層１３６、一導電型を付与する不純物が添加された不純物半導体層１３７、及び導電層１３８をエッチングして分離する。この結果、非晶質半導体層１４０、一導電型を付与する不純物が添加された不純物半導体層１４１、及び導電層１４２を形成することができる（図４（Ｅ）及び図５（Ｅ）を参照）。
【０１５１】
次に、レジストマスク１３９を後退させてレジストマスク１４３を形成する。レジストマスク１３９を後退させるには、例えば酸素プラズマによるアッシングを用いればよい。レジストマスク１３９を後退させることにより、レジストマスクの面積が縮小し、厚さが薄くなる。このとき、膜厚の薄い領域のレジスト（ゲート電極層１０４の一部と重畳する領域）は除去され、図４（Ｅ）に示すように、分離されたレジストマスク１４３を形成することができる。
【０１５２】
次に、レジストマスク１４３を用いて、導電層１４２をエッチングして分離することで、配線層１１１ａ及び配線層１１１ｂを形成することができる。レジストマスク１４３を用いて導電層１４２をウエットエッチングすると、導電層１４２の端部が選択的にエッチングされる。この結果、導電層１４２が等方的にエッチングされるため、レジストマスク１４３より面積の小さい配線層１１１ａ及び配線層１１１ｂを形成することができる。
【０１５３】
ゲート電極層１０４と配線層１１１ａの交差部（図３のＣ―Ｄ断面の位置）においては、第１の絶縁層１０５の他に、第２の絶縁層１０６、微結晶半導体層１０７、バッファ層１０８、及び非晶質半導体層１４０が形成されることで、ゲート電極層１０４と配線層１１１ａの間隔を広げることができる。このため、ゲート電極層１０４と配線層１１１ａが交差する領域での寄生容量を低減することができる。
【０１５４】
次に、レジストマスク１４３を用いて、一導電型を付与する不純物元素が添加された、不純物半導体層１４１をエッチングして、一対の不純物半導体層１１０ａ及び不純物半導体層１１０ｂを形成する。なお、このエッチング工程において、非晶質半導体層１４０の一部もエッチングされ、非晶質半導体層１０９が形成される。
【０１５５】
なお、ここでは、配線層１１１ａ及び配線層１１１ｂの端部と、不純物半導体層１１０ａ及び不純物半導体層１１０ｂの端部は一致せず、配線層１１１ａ及び配線層１１１ｂの端部の外側に、不純物半導体層１１０ａ及び不純物半導体層１１０ｂの端部が形成される。その後、レジストマスク１４３を除去する。
【０１５６】
なお、レジストマスク１４３の除去後に、Ｈ２Ｏプラズマ処理を行うことが好ましい。ここで、Ｈ２Ｏプラズマ処理は、代表的には、気化した水を含む雰囲気中でプラズマ放電してラジカルを生成させ、このラジカルを被照射面に照射することにより行うことができる。非晶質半導体層１０９、一対の不純物半導体層１１０ａ及び不純物半導体層１１０ｂ、並びに配線層１１１ａ及び配線層１１１ｂに対してＨ２Ｏプラズマ処理を行うことで、薄膜トランジスタの高速動作が可能であり、オン電流を更に高めることができる。また、オフ電流を低減することができる。なお、これに限定されず、バックチャネル部に対してレジストマスクの残渣を除去することなどを目的として様々な処理を行ってもよい。
【０１５７】
以上の工程により、図１（Ａ）に示す薄膜トランジスタを作製することができる。以上説明したように作製した薄膜トランジスタは、オフ電流が低く、オン電流が高く、高速動作が可能である。また、この薄膜トランジスタを画素電極のスイッチング素子として有する素子基板を作製することができる。なお、本実施の形態においては、微結晶半導体層及びバッファ層を所定の形状にエッチングするため、通常の逆スタガ型の薄膜トランジスタの作製方法と比較して、使用するフォトマスクの枚数が１枚増えることになる。しかし、非晶質半導体層、不純物半導体層、及び配線層を所定の形状にエッチングするためのフォトマスクに多階調マスクを用いているため、多階調マスクを用いることなく作製する従来の薄膜トランジスタの作製方法と比べると、全体としてはマスク枚数を増加させることなく薄膜トランジスタを作製することができる。
【０１５８】
なお、図１（Ｂ）に示す薄膜トランジスタは、多階調マスクを用いることなく作製することができる。多階調マスクを用いない場合の薄膜トランジスタ作製方法の一例について図７を参照して説明する  。
【０１５９】
まず、ゲート電極層１０４を覆って設けられた第１の絶縁層１０５上に第２の絶縁層１０６、微結晶半導体層１０７及びバッファ層１０８を形成する。その後、これらを覆って非晶質半導体層１３６及び不純物半導体層１３７を形成する（図７（Ａ）を参照）。不純物半導体層１３７上にレジストマスクを形成して島状にエッチングする（図７（Ｂ）を参照）。この島状にエッチングした不純物半導体層上に導電層１３８を形成する（図７（Ｃ）を参照）。そして、導電層１３８を所望のパターンにエッチングし、その後、非晶質半導体層１３６の一部及び不純物半導体層１３７をエッチングすることにより薄膜トランジスタを形成することができる（図７（Ｄ）を参照）。なお、図２（Ｂ）に示す薄膜トランジスタも同様に作製することができる。
【０１６０】
なお、図９は図３と同様に上面図を示したものである。図７は、図９のＡ−Ｂにおける断面図に相当する。そして、図８はゲート電極層１０４及び配線層１１１ａの交差部における作製方法を示したものである。すなわち、図８は図９のＣ−Ｄにおける断面図に相当する。
【０１６１】
（実施の形態４）
実施の形態１及び実施の形態２にて説明した薄膜トランジスタにより液晶表示装置のアクティブマトリクス基板を作製することができる。
【０１６２】
まず、図１及び図２に示す薄膜トランジスタを覆って絶縁層を形成する。そして、該絶縁層上に、薄膜トランジスタのソース電極又はドレイン電極に達するように開口部を設け、該開口部を介して薄膜トランジスタのソース電極またはドレイン電極に接続されるように画素電極層を形成する。
【０１６３】
次に、上記で説明した工程により作製した、表示装置のアクティブマトリクス基板を用いて液晶表示装置を作製する方法について説明する。すなわち、セル工程及びモジュール工程について説明する。ただし、本実施の形態に係る表示装置の作製方法において、セル工程及びモジュール工程は特に限定されない。
【０１６４】
セル工程では、上記した工程により作製したアクティブマトリクス基板と、これに対向する基板（以下、対向基板という）とを貼り合わせて液晶を注入する。まず、対向基板の作製方法について、以下に簡単に説明する。なお、特に説明しない場合であっても、対向基板上に形成する膜は単層でも良いし、積層して形成しても良い。
【０１６５】
まず、基板上に遮光層を形成し、遮光層上に赤、緑、青のいずれかのカラーフィルター層を形成し、カラーフィルター層上に画素電極層を選択的に形成し、画素電極層上にリブを形成する。
【０１６６】
遮光層としては、遮光性を有する材料の膜を選択的に形成する。遮光性を有する材料としては、例えば、黒色樹脂（カーボンブラック）を含む有機樹脂を用いることができる。または、クロムを主成分とする材料膜の積層膜を用いても良い。クロムを主成分とする材料膜とは、クロム、酸化クロム又は窒化クロムをいう。遮光層に用いる材料は遮光性を有するものであれば特に限定されない。遮光性を有する材料の膜を選択的に形成するにはフォトリソグラフィ法等を用いる。
【０１６７】
カラーフィルター層は、バックライトからの白色光が通過すると、赤、緑、青のいずれかの光のみを透過することができる有機樹脂膜により選択的に形成すればよい。カラーフィルター層の形成は、形成時に塗り分けを行うことで、選択的に行うことができる。カラーフィルターの配列は、ストライプ配列、デルタ配列又は正方配列を用いればよい。
【０１６８】
対向基板の画素電極層は、アクティブマトリクス基板が有する画素電極層と同様に形成することができる。ただし、選択的に形成する必要がないため、対向基板の全面に形成すればよい。
【０１６９】
画素電極上に形成するリブは、視野角を拡げることを目的として形成される、パターン形成された有機樹脂膜である。特に必要のない場合には形成しなくてもよい。
【０１７０】
なお、対向基板の作製方法としては、他にも様々な態様が考えられる。例えば、カラーフィルター層を形成後、画素電極層の形成前にオーバーコート層を形成しても良い。オーバーコート層を形成することで画素電極の被形成面の平坦性を向上させることができるため、歩留まりが向上する。また、カラーフィルター層に含まれる材料の一部が液晶材料中に侵入することを防ぐことができる。オーバーコート層には、アクリル樹脂又はエポキシ樹脂をベースとした熱硬化性材料が用いられる。
【０１７１】
また、リブの形成前又は形成後にスペーサとしてポストスペーサ（柱状スペーサ）を形成しても良い。ポストスペーサとは、アクティブマトリクス基板と対向基板との間のギャップを一定に保つことを目的として、対向基板上に一定の間隔で形成する構造物をいう。ビーズスペーサ（球状スペーサ）を用いる場合には、ポストスペーサを形成しなくても良い。
【０１７２】
次に、配向膜をアクティブマトリクス基板及び対向基板に形成する。配向膜の形成は、例えば、ポリイミド樹脂等を有機溶剤に溶かし、これを印刷法又はスピンコーティング法等により塗布し、有機溶媒を溜去した後基板を焼成することにより行う。形成される配向膜の膜厚は、一般に、５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下程度とする。配向膜には、液晶分子がある一定のプレチルト角を持って配向するようにラビング処理を施す。ラビング処理は、例えば、ベルベット等の毛足の長い布により配向膜を擦ることで行う。
【０１７３】
次に、アクティブマトリクス基板と、対向基板をシール材により貼り合わせる。対向基板にポストスペーサが設けられていない場合には、ビーズスペーサを所望の領域に分散させて貼り合わせるとよい。
【０１７４】
次に、貼り合わせられたアクティブマトリクス基板と、対向基板との間に、液晶材料を注入する。液晶材料を注入した後、注入口を紫外線硬化樹脂等で封止する。または、液晶材料をアクティブマトリクス基板と対向基板のいずれかの上に滴下した後に、これらの基板を貼り合わせても良い。
【０１７５】
次に、アクティブマトリクス基板と対向基板とを貼り合わせた液晶セルの両面に偏光板を貼り付けてセル工程が完了する。
【０１７６】
次に、モジュール工程として、端子部の入力端子にＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）を接続する。ＦＰＣはポリイミド等の有機樹脂フィルム上に導電膜により配線が形成されており、異方性導電性ペースト（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｐａｓｔｅ。以下、ＡＣＰという）を介して入力端子と接続される。ＡＣＰは接着剤として機能するペーストと、金等がメッキされた数十〜数百μｍ径の導電性表面を有する粒子と、により構成される。ペースト中に混入された粒子が入力端子上の導電層と、ＦＰＣに形成された配線に接続された端子上の導電層と、に接触することで、電気的な接続を実現する。なお、ＦＰＣの接続後にアクティブマトリクス基板と対向基板に偏光板を貼り付けてもよい。以上のように、表示装置に用いる液晶パネルを作製することができる。
【０１７７】
（実施の形態５）
本実施の形態は、実施の形態４にて説明した方法により作製した表示パネル又は表示装置を表示部として組み込んだ電子機器について図１０乃至図１２を参照して説明する。このような電子機器としては、例えば、ビデオカメラ若しくはデジタルカメラ等のカメラ、ヘッドマウントディスプレイ（ゴーグル型ディスプレイ）、カーナビゲーション、プロジェクタ、カーステレオ、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話または電子書籍等）が挙げられる。それらの一例を図１０に示す。
【０１７８】
図１０（Ａ）はテレビジョン装置を示す。表示パネルを筐体に組み込むことで、図１０（Ａ）に示すテレビジョン装置を完成させることができる。実施の形態４にて説明した表示パネルにより主画面２２３が形成され、その他付属設備としてスピーカ部２２９、操作スイッチ等が備えられている。
【０１７９】
図１０（Ａ）に示すように、筐体２２１に実施の形態４にて説明した表示用パネルが組み込まれ、受信機２２５により一般のテレビ放送の受信をはじめ、モデム２２４を介して有線又は無線による通信ネットワークに接続することにより一方向（送信者から受信者）又は双方向（送信者と受信者間、又は受信者間同士）の情報通信をすることもできる。テレビジョン装置の操作は、筐体に組みこまれたスイッチ又は別体のリモコン操作機２２６により行うことが可能であり、このリモコン操作機２２６にも、出力する情報を表示する表示部２２７が設けられていても良い。
【０１８０】
また、テレビジョン装置にも、主画面２２３の他にサブ画面２２８を第２の表示パネルで形成し、チャネルや音量などを表示する構成が付加されていても良い。
【０１８１】
図１１は、テレビ装置の主要な構成を示すブロック図を示している。表示パネルには、画素部２５１が形成されている。信号線駆動回路２５２と走査線駆動回路２５３は、表示パネルにＣＯＧ方式により実装されていても良い。
【０１８２】
その他の外部回路の構成として、映像信号の入力側では、チューナ２５４で受信した信号のうち、映像信号を増幅する映像信号増幅回路２５５と、そこから出力される信号を赤、緑、青の各色に対応した色信号に変換する映像信号処理回路２５６と、その映像信号をドライバＩＣの入力仕様に変換するためのコントロール回路２５７等を有している。コントロール回路２５７は、走査線側と信号線側にそれぞれ信号を出力する。デジタル駆動する場合には、信号線側に信号分割回路２５８を設け、入力デジタル信号を整数個に分割して供給する構成としても良い。
【０１８３】
チューナ２５４で受信した信号のうち、音声信号は、音声信号増幅回路２５９に送られ、その出力は音声信号処理回路２６０を経てスピーカ２６３に供給される。制御回路２６１は受信局（受信周波数）、音量の制御情報を入力部２６２から受け、チューナ２５４及び音声信号処理回路２６０に信号を送出する。
【０１８４】
勿論、表示装置はテレビジョン装置に限定されず、パーソナルコンピュータのモニタをはじめ、鉄道の駅や空港等における情報表示盤、又は街頭における広告表示盤等の大面積の表示媒体にも適用することができる。これらの表示媒体の画質等を向上させることができ、消費電力を低減することができる。
【０１８５】
主画面２２３、サブ画面２２８に、実施の形態４で説明した表示装置の作製方法を適用した表示パネル又は表示装置を用いることで、テレビ装置の画質を向上させ、消費電力を低減することができる。
【０１８６】
また、図１０（Ｂ）に示す携帯型のコンピュータは、本体２３１及び表示部２３２等を有する。表示部２３２に、実施の形態４で説明した表示装置の作製方法を適用した表示パネル又は表示装置を用いることで、コンピュータの表示部の画質を向上させ、消費電力を低減することができる。
【０１８７】
図１２は、携帯電話の一例であり、図１２（Ａ）が正面図、図１２（Ｂ）が背面図、図１２（Ｃ）が２つの筐体をスライドさせたときの正面図である。携帯電話２００は、筐体２０１及び筐体２０２の二つの筐体で構成されている。携帯電話２００は、携帯電話と携帯情報端末の双方の機能を備えており、コンピュータを内蔵し、音声通話以外にも様々なデータ処理が可能な所謂スマートフォンである。
【０１８８】
携帯電話２００は、筐体２０１及び筐体２０２で構成されている。筐体２０１においては、表示部２０３、スピーカ２０４、マイクロフォン２０５、操作キー２０６、ポインティングデバイス２０７、表面カメラ用レンズ２０８、外部接続端子ジャック２０９及びイヤホン端子２１０等を備え、筐体２０２においては、キーボード２１１、外部メモリスロット２１２、裏面カメラ２１３、ライト２１４等により構成されている。また、アンテナは筐体２０１に内蔵されている。
【０１８９】
また、携帯電話２００には、上記の構成に加えて、非接触型ＩＣチップ、小型記録装置等を内蔵していてもよい。
【０１９０】
重なり合った筐体２０１と筐体２０２（図１２（Ａ）に示す。）は、スライドさせることが可能であり、スライドさせることで図１２（Ｃ）のように展開する。表示部２０３には、実施の形態４で説明した表示装置の作製方法を適用した表示パネル又は表示装置を組み込むことが可能である。表示部２０３と表面カメラ用レンズ２０８を同一の面に備えているため、テレビ電話としての使用が可能である。また、表示部２０３をファインダーとして用いることで、裏面カメラ２１３及びライト２１４で静止画及び動画の撮影が可能である。
【０１９１】
スピーカ２０４及びマイクロフォン２０５を用いることで、携帯電話２００は、音声記録装置（録音装置）又は音声再生装置として使用することができる。また、操作キー２０６により、電話の発着信操作、電子メール等の簡単な情報入力操作、表示部に表示する画面のスクロール操作、表示部に表示する情報の選択等を行うカーソルの移動操作等が可能である。
【０１９２】
また、書類の作成、携帯情報端末としての使用等、取り扱う情報が多い場合は、キーボード２１１を用いると便利である。更に、重なり合った筐体２０１と筐体２０２（図１２（Ａ））をスライドさせることで、図１２（Ｃ）のように展開させることができる。携帯情報端末として使用する場合には、キーボード２１１及びポインティングデバイス２０７を用いて、円滑な操作が可能である。外部接続端子ジャック２０９はＡＣアダプタ及びＵＳＢケーブル等の各種ケーブルと接続可能であり、充電及びパーソナルコンピュータ等とのデータ通信が可能である。また、外部メモリスロット２１２に記録媒体を挿入し、より大量のデータ保存及び移動が可能になる。
【０１９３】
筐体２０２の裏面（図１２（Ｂ））には、裏面カメラ２１３及びライト２１４を備え、表示部２０３をファインダーとして静止画及び動画の撮影が可能である。
【０１９４】
また、上記の機能構成に加えて、赤外線通信機能、ＵＳＢポート、テレビワンセグ受信機能、非接触ＩＣチップ又はイヤホンジャック等を備えたものであってもよい。
【０１９５】
本実施の形態にて説明した各種電子機器は、実施の形態１等にて説明した薄膜トランジスタ及び表示装置の作製方法を適用して作製することができるため、オン電流が高く、オフ電流が低いものとすることができる。従って、本発明を適用することで、これらの電子機器の表示部の画質（例えば、コントラスト）を向上させることができ、消費電力を低減することができる。
【符号の説明】
【０１９６】
１００    基板
１０１    第１の薄膜トランジスタ
１０２    第２の薄膜トランジスタ
１０３    第３の薄膜トランジスタ
１０４    ゲート電極層
１０５    第１の絶縁層
１０６    第２の絶縁層
１０７    微結晶半導体層
１０８    バッファ層
１０９    非晶質半導体層
１１０ａ    不純物半導体層
１１０ｂ    不純物半導体層
１１１ａ    配線層
１１１ｂ    配線層
１２０    基板
１２１    第１の薄膜トランジスタ
１２２    第２の薄膜トランジスタ
１２３    導電層
１２４    ゲート電極層
１２５    第１の絶縁層
１２６    第２の絶縁層
１２７    微結晶半導体層
１２８    バッファ層
１２９    非晶質半導体層
１３０ａ    不純物半導体層
１３０ｂ    不純物半導体層
１３１ａ    配線層
１３１ｂ    配線層
１３２    絶縁層
１３３    絶縁層
１３４    微結晶半導体層
１３５    バッファ層
１３６    非晶質半導体層
１３７    不純物半導体層
１３８    導電層
１３９    レジストマスク
１４０    非晶質半導体層
１４１    不純物半導体層
１４２    導電層
１４３    レジストマスク
１５０    グレートーンマスク
１５１    基板
１５２    遮光部
１５３    回折格子部
１５５    ハーフトーンマスク
１５６    基板
１５７    半透光部
１５８    遮光部
２００    携帯電話
２０１    筐体
２０２    筐体
２０３    表示部
２０４    スピーカ
２０５    マイクロフォン
２０６    操作キー
２０７    ポインティングデバイス
２０８    表面カメラ用レンズ
２０９    外部接続端子ジャック
２１０    イヤホン端子
２１１    キーボード
２１２    外部メモリスロット
２１３    裏面カメラ
２１４    ライト
２２１    筐体
２２２    表示用パネル
２２３    主画面
２２４    モデム
２２５    受信機
２２６    リモコン操作機
２２７    表示部
２２８    サブ画面
２２９    スピーカ部
２３１    本体
２３２    表示部
２５０    表示パネル
２５１    画素部
２５２    信号線駆動回路
２５３    走査線駆動回路
２５４    チューナ
２５５    映像信号増幅回路
２５６    映像信号処理回路
２５７    コントロール回路
２５８    信号分割回路
２５９    音声信号増幅回路
２６０    音声信号処理回路
２６１    制御回路
２６２    入力部
２６３    スピーカ
【図１】
2010004027.tif 000003
【図２】
2010004027.tif 000004
【図３】
2010004027.tif 000005
【図４】
2010004027.tif 000006
【図５】
2010004027.tif 000007
【図６】
2010004027.tif 000008
【図７】
2010004027.tif 000009
【図８】
2010004027.tif 000010
【図９】
2010004027.tif 000011
【図１０】
2010004027.tif 000012
【図１１】
2010004027.tif 000013
【図１２】
2010004027.tif 000014