(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導電層を覆って設けられた第１の絶縁層上に結晶性半導体膜を形成し、
前記結晶性半導体膜上に非晶質半導体膜を形成し、
前記非晶質半導体膜上に不純物半導体膜を形成し、
前記不純物半導体膜上に第１のエッチングマスクを選択的に形成し、
前記第１のエッチングマスクと重畳していない部分の前記結晶性半導体膜、前記第１のエッチングマスクと重畳していない部分の前記非晶質半導体膜、及び前記第１のエッチングマスクと重畳していない部分の前記不純物半導体膜に対して第１のエッチングを行って、前記第１のエッチングマスクと重畳する部分の前記非晶質半導体膜、前記第１のエッチングマスクと重畳する部分の前記結晶性半導体膜、及び前記第１のエッチングマスクと重畳する部分の前記不純物半導体膜を有する薄膜積層体を形成し、
前記第１のエッチングマスクを除去し、
前記薄膜積層体上に導電膜を形成し、
前記導電膜上に第２のエッチングマスクを選択的に形成し、
前記導電膜をエッチングして第２の導電層を形成し、
前記第２の導電層と重畳していない部分の前記薄膜積層体に対して第２のエッチングを行って、前記第２の導電層と重畳していない部分の前記結晶性半導体膜を露出させ、
前記第２のエッチングには、Ｂｒ系ガスと、Ｆ系ガスと、酸素ガスとを有する混合ガスを用い、
前記結晶性半導体膜は微結晶シリコンであり、
前記非晶質半導体膜は非晶質シリコンであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２】
第１の導電層を覆って設けられた第１の絶縁層上に結晶性半導体膜を形成し、
前記結晶性半導体膜上に非晶質半導体膜を形成し、
前記非晶質半導体膜上に不純物半導体膜を形成し、
前記不純物半導体膜上に第１のエッチングマスクを選択的に形成し、
前記第１のエッチングマスクと重畳していない部分の前記結晶性半導体膜、前記第１のエッチングマスクと重畳していない部分の前記非晶質半導体膜、及び前記第１のエッチングマスクと重畳していない部分の前記不純物半導体膜に対して第１のエッチングを行って、前記第１のエッチングマスクと重畳する部分の前記非晶質半導体膜、前記第１のエッチングマスクと重畳する部分の前記結晶性半導体膜、及び前記第１のエッチングマスクと重畳する部分の前記不純物半導体膜を有する薄膜積層体を形成し、
前記第１のエッチングマスクを除去し、
前記薄膜積層体上に導電膜を形成し、
前記導電膜上に絶縁膜を形成し、
前記絶縁膜上に第２のエッチングマスクを選択的に形成し、
前記絶縁膜に対して第３のエッチングを行って第２の絶縁層を形成し、
前記導電膜に対して第４のエッチングを行って第２の導電層を形成し、
前記第２の導電層と重畳していない部分の前記薄膜積層体に対して第５のエッチングを行って、前記第２の導電層と重畳していない部分の前記結晶性半導体膜を露出させ、
前記第５のエッチングには、Ｂｒ系ガスと、Ｆ系ガスと、酸素ガスとを有する混合ガスを用い、
前記結晶性半導体膜は微結晶シリコンであり、
前記非晶質半導体膜は非晶質シリコンであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３】
請求項２において、
前記第２の絶縁層と前記第２の導電層は、同一のエッチング工程で形成されることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項４】
請求項２又は請求項３において、
前記第２のエッチングマスクは、前記第５のエッチングよりも前に除去することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項５】
請求項１における前記第２のエッチング、又は請求項２乃至請求項４のいずれか一における前記第５のエッチングは、０より大きく１００Ｗ以下のバイアス電力で行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一において、
前記Ｂｒ系ガスはＨＢｒガスであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【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Ｆ系ガスはＳＦ６ガスであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか一において、
前記結晶性半導体膜の露出された部分では、
ＳＩＭＳによるＢｒの検出値が１．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項９】
第１の導電層と、
前記第１の導電層を覆って設けられた第１の絶縁層と、
前記第１の絶縁層上に設けられた結晶性半導体層と、
前記結晶性半導体層の一部を露出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設けられた不純物半導体層と、
前記不純物半導体層上に少なくとも一部が接して設けられた第２の導電層と、を有し、
前記結晶性半導体層の露出された前記一部は、前記結晶性半導体層の上面であって、前記第２の導電層と重畳していない部分に設けられ、
前記結晶性半導体層の露出された前記一部では、ＳＩＭＳによるＢｒの検出値が１．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であり、
前記結晶性半導体層は微結晶シリコンであり、
前記非晶質半導体層は非晶質シリコンであることを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
請求項９において、
前記結晶性半導体層の露出された前記一部は、チャネル形成領域となる部分であることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エッチング方法に関する。さらには、半導体装置及びその作製方法に関する。なお、本明細書において、半導体素子自体または半導体素子を含む装置全般を半導体装置と呼ぶ。液晶表示装置なども半導体装置に含まれる。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置は人間の生活に欠かせないものとなっている。このような半導体装置に含まれる薄膜トランジスタなどの半導体素子は、基板上に薄膜を形成し、該薄膜をエッチングなどにより所望の形状に加工することで作製される。このような作製方法は、例えば、液晶表示装置（例えば、液晶テレビ）にも適用されている。
【０００３】
従来の液晶テレビの薄膜トランジスタには、半導体膜として非晶質シリコン膜が用いられることが多い。これは、非晶質シリコン膜により形成した薄膜トランジスタが、比較的作りやすい構造とされているからである。
【０００４】
しかしながら、昨今の動画事情（例えば、３Ｄ映画鑑賞や３Ｄスポーツ観戦など）から、非晶質シリコン膜を用いた液晶テレビでは、動画の鮮明さを表現する事が困難になり、高速に応答するキャリア移動度の高い薄膜トランジスタの開発が進められている。そのため、微結晶シリコン膜の開発が進められている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２１７４２４号公報
【特許文献２】特開平５−２６７２４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示された薄膜トランジスタのように、微結晶シリコン膜上に非晶質シリコン膜が設けられ、微結晶シリコン膜と非晶質シリコン膜が同種の材料により形成されており、薄膜トランジスタのチャネル形成領域において該微結晶シリコン膜の一部が露出された構造を作製するに際しては、該露出された領域における微結晶シリコン膜の厚さが減少し、または、非晶質シリコン膜が十分にエッチングされない。同種の材料により形成された結晶性半導体膜と非晶質半導体膜のエッチングレートを大きく異ならせる（すなわち、エッチング選択比を大きくする）ことが困難だからである。特許文献１ではこの部分のエッチングとして、フッ素系ガスを原料としたドライエッチング及びフッ化水素酸などによるウエットエッチングが例示されているが、フッ素系ガスを原料としたドライエッチングであっても、微結晶シリコン膜と非晶質シリコン膜の間で十分なエッチング選択比をとることは難しい。
【０００７】
本発明の一態様は、結晶性半導体膜に対する非晶質半導体膜のエッチング選択比が高いエッチング方法を提供することを課題とする。
【０００８】
更には、本発明の一態様は、当該エッチング方法を採用して半導体装置の特性を良好なものとすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様は、結晶性半導体膜上に非晶質半導体膜が設けられた積層半導体膜の一部に対して、Ｂｒ系ガスと、Ｆ系ガスと、酸素ガスの混合ガスを用いてエッチングを行い、前記積層半導体膜に設けられた前記結晶性半導体膜の一部を露出させるエッチング方法である。ここで、Ｂｒ系ガスとは、Ｂｒを含むガスをいい、Ｆ系ガスとは、Ｆを含むガスをいう。
【００１０】
このように、Ｂｒ系ガスと、Ｆ系ガスと、酸素ガスの混合ガスを用いたエッチング方法が開示された先行技術文献として、例えば特許文献２が挙げられる。特許文献２には、酸化シリコン膜に対するタングステンシリサイド膜のエッチング選択比が高いエッチング方法が開示されている。特許文献２によれば、タングステンシリサイド膜のエッチングは、ＳＦ６、ＨＢｒ及びＯ２の混合ガスを用いて反応性イオンエッチングにより行う。すなわち、特許文献２に開示された技術は、下地膜が酸化シリコン膜であり、エッチングされる膜がタングステンシリサイド膜である場合のエッチング方法であって、これらのエッチング選択比を高くするものである。従って、本発明の一態様であるエッチング方法とはエッチングされる膜が異なり、下地膜も異なるものである。
【００１１】
すなわち、本発明の一態様は、結晶性半導体膜上に非晶質半導体膜が設けられた積層半導体膜の一部に対して、少なくとも、Ｂｒ系ガスと、Ｆ系ガスと、酸素ガスの混合ガスを用いてエッチングを行い、前記積層半導体膜に設けられた前記結晶性半導体膜を露出させることを特徴とするエッチング方法である。
【００１２】
または、本発明の一態様は、結晶性半導体膜上に非晶質半導体膜が設けられ、上面が第１の領域と第２の領域からなる積層半導体膜の該第１の領域上にエッチングマスクを形成し、少なくとも、Ｂｒ系ガスと、Ｆ系ガスと、酸素ガスの混合ガスを用いたエッチングにより、前記第２の領域の前記結晶性半導体膜を露出させることを特徴とするエッチング方法である。
【００１３】
なお、前記混合ガスを用いた前記エッチングは、０より大きく１００Ｗ以下のバイアス電力で行うとよい。
【００１４】
また、前記Ｂｒ系ガスはＨＢｒガスであることが好ましい。
【００１５】
また、前記Ｆ系ガスはＳＦ６ガスであることが好ましい。
【００１６】
また、前記Ｂｒ系ガスと前記Ｆ系ガスと前記酸素ガスの流量比は、２５：２：１であるとよい。
【００１７】
また、前記結晶性半導体膜としては、例えば微結晶半導体膜が挙げられる。
【００１８】
また、前記微結晶半導体膜としては、例えば微結晶シリコンが挙げられ、前記非晶質半導体膜としては、例えば非晶質シリコンが挙げられる。
【００１９】
また、本発明の一態様は、前記エッチング方法を採用した薄膜トランジスタの作製方法である。
【００２０】
すなわち、本発明の一態様は、第１の導電層を覆って設けられた第１の絶縁層上に結晶性半導体膜を形成し、前記結晶性半導体膜上に非晶質半導体膜を形成し、前記非晶質半導体膜上に不純物半導体膜を形成し、前記不純物半導体膜上に第１のエッチングマスクを位置選択的に形成し、前記第１のエッチングマスクと重畳していない部分の前記結晶性半導体膜、前記非晶質半導体膜及び前記不純物半導体膜を除去して島状に加工することで薄膜積層体を形成し、前記第１のエッチングマスクを除去し、前記薄膜積層体上に第２の導電層となる導電膜を形成し、前記第２の導電層となる前記導電膜上に第２のエッチングマスクを位置選択的に形成し、前記第２の導電層となる前記導電膜をエッチングすることで前記第２の導電層を形成し、前記第２の導電層と重畳していない領域の前記薄膜積層体をエッチングすることで、前記第２の導電層と重畳していない部分の前記結晶性半導体膜を露出させ、前記結晶性半導体膜を露出させる前記エッチングには、Ｂｒ系ガスと、Ｆ系ガスと、酸素ガスの混合ガスを用いることを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００２１】
または、本発明の一態様は、第１の導電層を覆って設けられた第１の絶縁層上に結晶性半導体膜を形成し、前記結晶性半導体膜上に非晶質半導体膜を形成し、前記非晶質半導体膜上に不純物半導体膜を形成し、前記不純物半導体膜上に第１のエッチングマスクを位置選択的に形成し、前記第１のエッチングマスクと重畳していない部分の前記結晶性半導体膜、前記非晶質半導体膜及び前記不純物半導体膜を除去して島状に加工することで薄膜積層体を形成し、前記第１のエッチングマスクを除去し、前記薄膜積層体上に第２の導電層となる導電膜及び第２の絶縁層となる絶縁膜を形成し、前記第２の絶縁層となる前記絶縁膜上に第２のエッチングマスクを位置選択的に形成し、前記第２の絶縁層となる前記絶縁膜をエッチングすることで前記第２の絶縁層を形成し、前記第２の導電層となる前記導電膜をエッチングすることで前記第２の導電層を形成し、前記第２の導電層と重畳していない領域の前記薄膜積層体をエッチングすることで、前記第２の導電層と重畳していない部分の前記結晶性半導体膜を露出させ、前記結晶性半導体膜を露出させる前記エッチングには、Ｂｒ系ガスと、Ｆ系ガスと、酸素ガスの混合ガスを用いることを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００２２】
前記構成の半導体装置の作製方法において、前記第２の絶縁層と前記第２の導電層は、同一のエッチング工程で形成されてもよい。
【００２３】
また、前記構成の半導体装置の作製方法において、前記第２のエッチングマスクは、前記第２の導電層と重畳していない部分の結晶性半導体膜を露出させるエッチングよりも前に除去することが好ましい。前記第２のエッチングマスクがレジストマスクである場合に、前記レジストマスクを除去するに際してレジスト剥離液を用いると、バックチャネル部にレジスト剥離液の成分が残存し、オフ電流を増大させる原因となるためである。
【００２４】
なお、前記混合ガスを用いた前記エッチングは、０より大きく１００Ｗ以下のバイアス電力で行うとよい。
【００２５】
また、前記Ｂｒ系ガスはＨＢｒガスであることが好ましい。
【００２６】
また、前記Ｆ系ガスはＳＦ６ガスであることが好ましい。
【００２７】
また、前記Ｂｒ系ガスと前記Ｆ系ガスと前記酸素ガスの流量比は、２５：２：１であるとよい。
【００２８】
また、前記結晶性半導体膜としては、例えば微結晶半導体膜が挙げられる。
【００２９】
また、前記微結晶半導体膜としては、例えば微結晶シリコンが挙げられ、前記非晶質半導体膜としては、例えば非晶質シリコンが挙げられる。
【００３０】
なお、本明細書中において、半導体装置を説明する際にはトランジスタとして画素トランジスタを例示しているが、これに限定されず、本発明の一態様である半導体装置は、画素トランジスタ以外のトランジスタであってもよい。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の一態様であるエッチング方法によれば、結晶性半導体膜に対する非晶質半導体膜のエッチング選択比を高くすることができる。
【００３２】
本発明の一態様である薄膜トランジスタの作製方法によれば、結晶性半導体膜上に非晶質半導体膜が設けられ、該非晶質半導体膜の一部がエッチングされることでエッチングされた部分の結晶性半導体膜が露出される場合であっても、該領域の結晶性半導体膜の厚さの減少を抑制することができるため、チャネル形成領域となる結晶性半導体膜の厚さを十分に厚く保つことができ、電気的特性が良好な薄膜トランジスタを作製することができる。すなわち、サブスレッショルドスイング値（Ｓ値）が小さく、閾値電圧が小さく、またはオフ電流が小さい薄膜トランジスタを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一態様であるエッチング方法を説明する図。
【図２】本発明の一態様である半導体装置の作製方法を説明する図。
【図３】本発明の一態様である半導体装置の作製方法を説明する図。
【図４】本発明の一態様である半導体装置を説明する断面図及び上面図。
【図５】図４との比較例として示す半導体装置を説明する断面図。
【図６】本発明の一態様である半導体装置の作製方法を説明する図。
【図７】本発明の一態様である半導体装置の作製方法を説明する図。
【図８】本発明の一態様である半導体装置の作製方法を説明する図。
【図９】本発明の一態様である半導体装置の作製方法を説明する図。
【図１０】本発明の一態様である半導体装置の作製方法を説明する図。
【図１１】本発明の一態様である半導体装置を説明する図。
【図１２】本発明の一態様である半導体装置を説明する図。
【図１３】本発明の一態様である半導体装置を説明する図。
【図１４】本発明の一態様である半導体装置を説明する図。
【図１５】実施例２におけるサンプルの特性を説明する図。
【図１６】実施例２における比較例サンプルの特性を説明する図。
【図１７】実施例２で作製したサンプルのＳＴＥＭ像。
【図１８】実施例３におけるサンプルの特性を説明する図。
【図１９】実施例３における比較例サンプルの特性を説明する図。
【図２０】実施の形態３にて説明する比較例のＳＴＥＭ像。
【図２１】図２０（Ａ）の観察領域から取得したＥＤＸスペクトル。
【図２２】サンプル２のＳＩＭＳデータ。
【図２３】比較例サンプル１のＳＩＭＳデータ。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
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。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。
【００３５】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様であるエッチング方法について説明する。
【００３６】
本実施の形態にて説明するエッチング方法は、結晶性半導体膜上に非晶質半導体膜が設けられた積層半導体膜の一部に対して、少なくとも、Ｂｒ系ガスと、Ｆ系ガスと、酸素ガスの混合ガスを用いてエッチングを行い、前記積層半導体膜に設けられた前記結晶性半導体膜の一部を露出させることを特徴の一とする。
【００３７】
本実施の形態にて説明するエッチング方法は、結晶性半導体膜上に非晶質半導体膜が設けられ、上面が第１の領域と第２の領域により構成される積層半導体膜の該第１の領域上にエッチングマスクを形成し、少なくとも、Ｂｒ系ガスと、Ｆ系ガスと、酸素ガスの混合ガスを用いたエッチングにより、前記第２の領域の前記結晶性半導体膜の一部を露出させることを特徴の一とする。
【００３８】
図１は、本実施の形態のエッチング方法を説明する概略図である。
【００３９】
まず、結晶性半導体膜１０２と非晶質半導体膜１０４が積層して設けられた基板１００を準備し、非晶質半導体膜１０４上にエッチングマスク１０６を形成する（図１（Ａ−１））。なお、結晶性半導体膜１０２と非晶質半導体膜１０４が積層して設けられた半導体膜を積層半導体膜と呼ぶ。
【００４０】
基板１００としては、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の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、本作製工程の処理温度以上の耐熱性を有するプラスチック基板などを用いることができる。または、シリコン基板などの半導体基板、若しくはステンレス基板などの金属基板を用いることもできる。すなわち、基板１００は、特定のものに限定されるものではない。
【００４１】
結晶性半導体膜１０２は、大部分が結晶性である半導体膜であればよい。結晶性半導体としては、例えば、微結晶半導体が挙げられる。ここで、微結晶半導体とは、非晶質と結晶構造（単結晶、多結晶を含む）の中間的な構造の半導体をいう。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り、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以下の柱状または針状の結晶粒が基板表面に対して法線方向に成長している半導体である。このため、柱状または針状の結晶粒の界面には、粒界が形成されることもある。なお、ここでの結晶粒径は、基板表面に対して平行な面における結晶粒の最大直径である。また、結晶粒は、非晶質半導体領域と、単結晶とみなせる微小結晶である結晶子を有する。なお、結晶粒は双晶を有する場合もある。
【００４２】
微結晶半導体の一である微結晶シリコンでは、そのラマンスペクトルのピーク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。すなわち、単結晶シリコンを示す５２０ｃｍ−１と非晶質シリコンを示す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）を終端するため水素またはハロゲンを少なくとも１原子％またはそれ以上含ませている。さらに、Ｈｅ、Ａｒ、Ｋｒ、またはＮｅなど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、安定性が増し、良好な微結晶半導体が得られる。
【００４３】
非晶質半導体膜１０４は、大部分が非晶質である半導体膜であればよい。
【００４４】
非晶質半導体膜１０４には、微小半導体結晶粒などが含まれていてもよい。例えば、非晶質半導体と微小半導体結晶粒を有し、従来の非晶質半導体と比較して、一定光電流法（ＣＰＭ：Ｃｏｎｓｔａｎｔ  Ｐｈｏｔｏｃｕｒｒｅｎｔ  Ｍｅｔｈｏｄ）やフォトルミネッセンス分光測定で測定されるＵｒｂａｃｈ端のエネルギーが小さく、欠陥吸収スペクトル量が少ない半導体膜が挙げられる。このような半導体膜は、従来の非晶質半導体膜と比較して欠陥が少なく、価電子帯のバンド端（移動度端）における準位のテイル（裾）の傾きが急峻である秩序性の高い半導体膜である。なお、本明細書において、このような半導体層を「非晶質半導体を含む膜」または「非晶質半導体を含む層」と記載する。
【００４５】
非晶質半導体膜１０４には、ハロゲン、窒素を含んでいてもよい。窒素が含まれる場合には、ＮＨ基またはＮＨ２基として含んでいてもよい。
【００４６】
エッチングマスク１０６としては、レジストマスクなどを用いることができる。ただし、特定のものに限定されず、エッチングのマスクとして機能するものであればよい。
【００４７】
ここで、エッチングマスク１０６は、上面図（図１（Ａ−２））において、非晶質半導体膜１０４の第１の領域１１１上に形成する。なお、図１（Ａ−１）の上面図である図１（Ａ−２）において、非晶質半導体膜１０４の第１の領域１１１を除いた部分を第２の領域１１２とする。
【００４８】
そして、第１の領域１１１に設けられたエッチングマスク１０６を用いてエッチングを行う。ここで、エッチングは、Ｂｒ系ガスと、Ｆ系ガスと、酸素ガスの混合ガスを用いて行う。Ｂｒ系ガスと、Ｆ系ガスと、酸素ガスの混合ガスによれば、結晶性半導体膜１０２のエッチングレートを小さくし、非晶質半導体膜１０４のエッチングレートを大きくすることができる。すなわち、結晶性半導体膜１０２と非晶質半導体膜１０４のエッチング選択比を高くすることができる。そのため、第２の領域１１２の非晶質半導体膜１０４を除去し、第２の領域１１２の結晶性半導体膜１０２を露出させる場合であっても、第２の領域１１２の結晶性半導体膜１０２の膜減りを抑えることができ、第１の領域１１１の結晶性半導体膜１０２の厚さと、第２の領域１１２の結晶性半導体膜１０２の厚さはほぼ等しいものとすることができる（図１（Ｂ））。なお、本工程で非晶質半導体膜１０４はエッチングされて非晶質半導体層１０８となる。
【００４９】
なお、混合ガスを用いた前記エッチングは、０より大きく１００Ｗ以下のバイアス電力で行えばよい。このとき、電極の面積は、３４０ｃｍ２以上にするとよい。
【００５０】
なお、Ｂｒ系ガスとしては、例えば、ＨＢｒガスが挙げられる。
【００５１】
なお、Ｆ系ガスとしては、例えば、ＳＦ６ガス、ＣＦ４ガス、またはＮＦ３ガスが挙げられる。
【００５２】
なお、ＨＢｒガスとＳＦ６ガスと酸素ガスの流量比は、２５：２：１であるとよい。
【００５３】
その後、エッチングマスク１０６を除去する（図１（Ｃ））。
【００５４】
以上説明したように、本実施の形態のエッチング方法によれば、結晶性半導体膜に対する非晶質半導体膜のエッチング選択比を高くすることができる。
【００５５】
（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の一態様である半導体装置の作製方法について説明する。具体的には、実施の形態１にて説明したエッチング方法を適用した薄膜トランジスタの作製方法について、図２及び図３を参照して説明する。
【００５６】
まず、基板２００上に第１の導電層２０２を形成し、第１の導電層２０２を覆って第１の絶縁層２０４を形成する（図２（Ａ））。
【００５７】
基板２００は、絶縁性基板である。基板２００として、例えば、ガラス基板、石英基板、セラミック基板の他、本作製工程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などを用いることができる。基板２００がガラス基板である場合には、第１世代（例えば、３２０ｍｍ×４００ｍｍ）〜第１０世代（例えば、２９５０ｍｍ×３４００ｍｍ）のものを用いればよいが、これに限定されるものではない。なお、本発明の一態様であるエッチング方法を採用することで、基板面内におけるチャネル形成領域となる半導体層の厚さの減少を抑えることができるため、基板面内における半導体層の厚さのばらつきを抑えることができ、第８世代以降の大面積基板を用いる場合に、本発明の効果が、特に強く表れる。
【００５８】
第１の導電層２０２は、例えば、スパッタリング法を用いて導電膜（例えば金属膜、または一導電型の不純物元素が添加された半導体膜など）を形成し、該導電膜上にエッチングマスクを形成してエッチングを行うことで選択的に形成すればよい。または、インクジェット法などを用いてもよい。なお、第１の導電層２０２となる導電膜は、単層で形成してもよいし、複数の層を積層して形成してもよい。例えば、Ｔｉ層によりＡｌ層を挟持した３層の積層構造とすればよい。なお、第１の導電層２０２は、少なくとも走査線とゲート電極を構成する。
【００５９】
第１の絶縁層２０４は、例えば、プラズマＣＶＤ法により絶縁性材料（例えば、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化窒化シリコンまたは酸化シリコンなど）を用いて形成すればよい。なお、第１の絶縁層２０４は、単層で形成してもよいし、複数の層を積層して形成してもよい。ここでは、例えば、窒化シリコン層上に酸化窒化シリコン層が積層された２層の積層構造とする。なお、第１の絶縁層２０４は、少なくともゲート絶縁層を構成する。
【００６０】
なお、「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、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、組成範囲として酸素が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。
【００６１】
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、ＲＢＳ及びＨＦＳを用いて測定した場合に、組成範囲として酸素が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。
【００６２】
ただし、酸化窒化シリコンまた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。
【００６３】
なお、ここで、第１の絶縁層２０４の表面をＮ２Ｏガスにより発生させたプラズマに曝すことが好ましい。第１の絶縁層２０４の表面をＮ２Ｏガスにより発生させたプラズマに曝すことで、第１の絶縁層２０４の表面を酸化し、この上に形成される第１の半導体膜２０６の結晶性を向上させることができるからである。ここで、プラズマを発生させるガスはＮ２Ｏガスに限定されず、第１の絶縁層２０４の表面を酸化することができるガス（酸化性ガスまたは酸素を含むガス）であればよい。
【００６４】
次に、第１の絶縁層２０４上に、第１の半導体膜２０６、第２の半導体膜２０８及び不純物半導体膜２１０をこの順に積層して形成し、不純物半導体膜２１０上にエッチングマスク２１１を形成する（図２（Ｂ））。エッチングマスク２１１は、レジスト材料により形成すればよい。
【００６５】
第１の半導体膜２０６は、大部分が結晶性である半導体膜である。結晶性半導体としては、例えば、微結晶半導体が挙げられる。ここで、微結晶半導体とは、非晶質と結晶構造（単結晶、多結晶を含む。）の中間的な構造の半導体をいう。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り、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以下の柱状または針状の結晶粒が基板表面に対して法線方向に成長している半導体である。このため、柱状または針状の結晶粒の界面には、粒界が形成されることもある。なお、ここでの結晶粒径は、基板表面に対して平行な面における結晶粒の最大直径である。また、結晶粒は、非晶質半導体領域と、単結晶とみなせる微小結晶である結晶子を有する。なお、結晶粒は双晶を有する場合もある。
【００６６】
微結晶半導体としては、微結晶シリコンを用いればよい。微結晶半導体の一である微結晶シリコンでは、そのラマンスペクトルのピーク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。すなわち、単結晶シリコンを示す５２０ｃｍ−１と非晶質シリコンを示す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）を終端するため水素またはハロゲンを少なくとも１原子％またはそれ以上含ませている。さらに、Ｈｅ、Ａｒ、Ｋｒ、またはＮｅなど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、安定性が増し良好な微結晶半導体が得られる。
【００６７】
なお、結晶性半導体膜に含まれる酸素及び窒素の濃度（二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）法による測定値）を低くし、好ましくは１×１０１８ｃｍ−３未満とすると、結晶性を高めることができる。
【００６８】
なお、結晶性半導体膜は、２段階の成膜処理により形成することが好ましく、２段階の成膜処理において、例えば、第１段階では５００Ｐａ程度の圧力下で厚さ５ｎｍ程度の微結晶シリコン膜を形成し、第２段階では５０００Ｐａ程度の圧力下で所望の厚さの微結晶シリコン膜を形成するとよい。第２段階では第１段階よりもシランの流量比を小さくし、高希釈な条件とするとよい。
【００６９】
第２の半導体膜２０８は、バッファ層として機能し、大部分が非晶質である半導体膜である。好ましくは、非晶質半導体と微小半導体結晶粒を有し、従来の非晶質半導体と比較して、一定光電流法（ＣＰＭ：Ｃｏｎｓｔａｎｔ  Ｐｈｏｔｏｃｕｒｒｅｎｔ  Ｍｅｔｈｏｄ）やフォトルミネッセンス分光測定で測定されるＵｒｂａｃｈ端のエネルギーが小さく、欠陥吸収スペクトル量が少ない半導体膜である。このような半導体膜は、従来の非晶質半導体膜と比較して欠陥が少なく、価電子帯のバンド端（移動度端）における準位のテイル（裾）の傾きが急峻である秩序性の高い半導体膜である。
【００７０】
第２の半導体膜２０８には、ハロゲン、窒素を含んでいてもよい。窒素が含まれる場合には、ＮＨ基またはＮＨ２基として含んでいてもよい。
【００７１】
なお、ここで、第１の半導体膜２０６と第２の半導体膜２０８の界面領域は、微結晶半導体領域、及び当該微結晶半導体領域の間に充填される非晶質半導体領域を有する。具体的には、第１の半導体膜２０６から錐形状に伸びた微結晶半導体領域と、第２の半導体膜２０８と同様の「非晶質半導体を含む膜」と、で構成される。
【００７２】
第２の半導体膜２０８によりバッファ層が設けられるため、トランジスタのオフ電流を小さくすることができる。また、上記の界面領域において、錐形状に伸びた微結晶半導体領域を有するため、縦方向（厚さ方向）の抵抗、すなわち、第２の半導体膜２０８と、不純物半導体膜２１０により構成されるソース領域またはドレイン領域と、の間の抵抗を低くすることができ、トランジスタのオン電流を高めることができる。すなわち、従来の非晶質半導体を適用した場合と比較すると、オフ電流を十分に低減させつつ、オン電流の低下をも抑制することができ、トランジスタのスイッチング特性を高くすることができる。
【００７３】
なお、完成したトランジスタにおいて、第１の半導体膜２０６により形成される第１の半導体層が薄くなるとオン電流が低下し、第１の半導体膜２０６により形成される第１の半導体層が厚くなると、第１の半導体膜２０６により形成される第１の半導体層と後に形成される第２の導電層の接触面積が広くなり、オフ電流が増大する。従って、オンオフ比を高くするためには、第１の半導体膜２０６を厚くし、更には後述するように、第１の半導体膜２０６により形成される第１の半導体層を含む薄膜積層体２１２の側壁に絶縁化処理を行うことが好ましい。
【００７４】
上記の微結晶半導体領域は、第１の半導体膜２０６から第２の半導体膜２０８に向かって先端が細くなる錐形状の結晶粒により大部分が構成されているとよい。または、第１の半導体膜２０６から第２の半導体膜２０８に向かって幅が広がる逆錐形状の結晶粒により大部分が構成されていてもよい。
【００７５】
上記の界面領域において、微結晶半導体領域が第１の半導体膜２０６から第２の半導体膜２０８に向かって先端が細くなる錐形状に伸びた結晶粒である場合には、第１の半導体膜２０６側のほうが、第２の半導体膜２０８側と比較して、微結晶半導体領域の占める割合が高い。微結晶半導体領域は、第１の半導体膜２０６の表面から厚さ方向に成長するが、原料ガスにおいて堆積性ガス（例えば、シラン）に対する水素の流量が小さく（すなわち、希釈率が低く）、または窒素を含む原料ガスの濃度が高いと、微結晶半導体領域における結晶成長が抑制され、結晶粒が錐形状になり、堆積されて形成される半導体は、大部分が非晶質半導体となる。
【００７６】
なお、上記の界面領域は、窒素、特にＮＨ基若しくはＮＨ２基を含有することが好ましい。これは、微結晶半導体領域に含まれる結晶の界面、微結晶半導体領域と非晶質半導体領域の界面において、窒素、特にＮＨ基若しくはＮＨ２基がシリコン原子のダングリングボンドと結合すると、欠陥を低減させ、キャリアが流れやすくなるためである。このため、窒素、好ましくはＮＨ基若しくはＮＨ２基を１×１０２０ｃｍ−３乃至１×１０２１ｃｍ−３で含有させると、シリコン原子のダングリングボンドを窒素、好ましくはＮＨ基若しくはＮＨ２基で架橋しやすくなり、キャリアがより流れやすくなる。この結果、結晶粒界や欠陥におけるキャリアの移動を促進する結合ができ、上記の界面領域のキャリア移動度が向上する。そのため、トランジスタの電界効果移動度が向上する。
【００７７】
なお、上記の界面領域の酸素濃度を低減させることにより、微結晶半導体領域と非晶質半導体領域の界面または結晶粒間の界面における欠陥密度を低減させ、キャリアの移動を阻害する結合を低減させることができる。
【００７８】
不純物半導体膜２１０は、一導電型を付与する不純物元素を添加した半導体により形成する。トランジスタがｎ型である場合には、一導電型を付与する不純物元素を添加した半導体として、例えば、ＰまたはＡｓを添加したシリコンが挙げられる。または、トランジスタがｐ型である場合には、一導電型を付与する不純物元素として、例えば、Ｂを添加することも可能であるが、トランジスタはｎ型とすることが好ましい。そのため、ここでは、一例として、Ｐを添加したシリコンを用いる。なお、不純物半導体膜２１０は、非晶質半導体により形成してもよいし、微結晶半導体などの結晶性半導体により形成してもよい。
【００７９】
不純物半導体膜２１０を非晶質半導体により形成する場合には、堆積性ガスの流量に対する希釈ガスの流量を１倍以上１０倍以下、好ましくは１倍以上５倍以下とすればよい。不純物半導体膜２１０を結晶性半導体により形成する場合には、堆積性ガスの流量に対する希釈ガスの流量を１０倍以上２０００倍以下、好ましくは５０倍以上２００倍以下とすればよい。
【００８０】
なお、第１の絶縁層２０４から不純物半導体膜２１０までは同一チャンバー内で連続して形成することが好ましい。第１の絶縁層２０４から不純物半導体膜２１０までの各々の層間の界面に不純物が含まれてしまうことを防止するためである。
【００８１】
次に、エッチングマスク２１１を用いて、第１の半導体膜２０６、第２の半導体膜２０８及び不純物半導体膜２１０をエッチングし、薄膜積層体２１２を形成する（図２（Ｃ））。
【００８２】
なお、ここで、上述したように、薄膜積層体２１２の側壁に対して絶縁化処理を行うことが好ましい。なぜなら、完成したトランジスタの第１の半導体層と第２の導電層が接するとオフ電流が増大してしまうことが多いからである。ここで絶縁化処理としては、薄膜積層体２１２の側壁を酸素プラズマ若しくは窒素プラズマに曝す処理、または薄膜積層体２１２の側壁が露出された状態で絶縁膜を形成し、該絶縁膜を異方性の高いエッチング方法により基板２００の表面に垂直な方向のエッチングを行うことで、薄膜積層体２１２の側壁に接してサイドウォール絶縁層を形成する処理が挙げられる。
【００８３】
次に、第１の絶縁層２０４及び薄膜積層体２１２上に、導電膜２１４を形成する。導電膜２１４上にエッチングマスク２１５を形成する（図２（Ｄ））。エッチングマスク２１５は、レジスト材料により形成すればよい。
【００８４】
導電膜２１４は、第１の導電層２０２と同様に、導電性材料（例えば金属、または一導電型の不純物元素が添加された半導体など）により形成すればよい。なお、導電膜２１４は、単層で形成してもよいし、複数の層を積層して形成してもよい。例えば、Ｔｉ層によりＡｌ層を挟持した３層の積層構造として形成する。
【００８５】
次に、エッチングマスク２１５を用いて導電膜２１４をエッチングすることで、第２の導電層２２２を形成する（図３（Ａ））。その後、エッチングマスク２１５を除去する。なお、第２の導電層２２２は、少なくとも信号線、ソース電極及びドレイン電極を構成する。
【００８６】
次に、第２の導電層２２２をエッチングマスクとして用いて薄膜積層体２１２のエッチングを行う。ここで、エッチングは、Ｂｒ系ガスと、Ｆ系ガスと、酸素ガスの混合ガスを用いて行う。Ｂｒ系ガスと、Ｆ系ガスと、酸素ガスの混合ガスによれば、結晶性半導体膜のエッチングレートを小さくし、非晶質半導体膜のエッチングレートを大きくすることができる。すなわち、第１の半導体膜２０６が結晶性半導体膜であり、第２の半導体膜２０８が非晶質半導体膜である場合には、第１の半導体膜２０６により形成された層と第２の半導体膜２０８により形成された層のエッチング選択比を大きくとることができる。第２の導電層２２２と重畳していない部分の第２の半導体膜２０８を除去し、第２の導電層２２２と重畳していない部分の第１の半導体膜２０６により形成される層を露出させる場合であっても、第２の導電層２２２と重畳していない部分の第１の半導体層２１６の膜減りを抑えることができる（図３（Ｂ））。
【００８７】
なお、混合ガスを用いた前記エッチングは、０より大きく１００Ｗ以下のバイアス電力で行えばよい。このとき、電極の面積は、３４０ｃｍ２以上にするとよい。
【００８８】
なお、Ｂｒ系ガスとしては、例えば、ＨＢｒガスが挙げられる。
【００８９】
なお、Ｆ系ガスとしては、例えば、ＳＦ６ガス、ＣＦ４ガス、またはＮＦ３ガスが挙げられる。
【００９０】
なお、ＨＢｒガスとＳＦ６ガスと酸素ガスの流量比は、２５：２：１であるとよい。
【００９１】
なお、混合ガスを用いた前記エッチングは、エッチングマスク２１５を用いて行ってもよい。
【００９２】
そして、上記説明したように露出させた第１の半導体層２１６は、Ｈ２Ｏプラズマに曝すとよい。または、Ｈ２Ｏプラズマに代えて、水素と酸素の混合ガスにより生じさせたプラズマを用いるとよい。
【００９３】
以上説明したように、トランジスタを作製することができる。このようなトランジスタは、表示装置の画素に用いる画素トランジスタに適用することができる。
【００９４】
その後、これらを覆って第２の絶縁層２２４を形成する。なお、第２の絶縁層２２４は、少なくとも第１の半導体層２１６の露出された部分を覆って形成する。その後、第２の絶縁層２２４に開口部２２５を形成する（図３（Ｃ））。
【００９５】
開口部２２５は、第２の絶縁層２２４上にエッチングマスクを形成してエッチングを行うことにより形成する。
【００９６】
次に、開口部２２５を介して第２の導電層２２２により形成されるソース電極及びドレイン電極の一方に電気的に接続されるように第３の導電層２２６を位置選択的に形成する。
【００９７】
第３の導電層２２６が画素トランジスタに接続される画素電極を構成する場合には、透光性を有する材料により形成するとよい。第３の導電層２２６は、第２の絶縁層２２４上に導電膜を形成し、この導電膜上にエッチングマスクを形成してエッチングを行うことにより形成する。
【００９８】
第３の導電層２２６は、透光性を有する導電性高分子（導電性ポリマーともいう。）を含む導電性組成物を用いて形成することができる。導電性組成物を用いて形成した第３の導電層２２６は、シート抵抗が１００００Ω／□以下であり、且つ波長５５０ｎｍにおける透光率が７０％以上であることが好ましい。また、導電性組成物に含まれる導電性高分子の抵抗率が０．１Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。
【００９９】
なお、導電性高分子としては、いわゆるπ電子共役系導電性高分子を用いることができる。例えば、ポリアニリン若しくはその誘導体、ポリピロール若しくはその誘導体、ポリチオフェン若しくはその誘導体、または、アニリン、ピロール及びチオフェンの２種以上の共重合体若しくはその誘導体などが挙げられる。
【０１００】
第３の導電層２２６は、例えば、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物（以下、ＩＴＯと示す。）、インジウム亜鉛酸化物、酸化シリコンを添加したインジウム錫酸化物などを用いて形成することができる。
【０１０１】
第３の導電層２２６は、上記材料により形成した膜をフォトリソグラフィ法により加工することで、形成すればよい。
【０１０２】
第３の導電層２２６を、透光性を有する材料により形成すると、透過型表示装置の画素電極として機能させることができる。
【０１０３】
なお、図示していないが、第２の絶縁層２２４と第３の導電層２２６の間に、スピンコーティング法などにより形成した有機樹脂により形成される絶縁層を有していてもよい。
【０１０４】
なお、上記説明した本実施の形態の薄膜トランジスタは好ましい一形態であり、これに限定されるものではない。例えば、第１の半導体膜２０６は微結晶半導体膜でなくてもよいし、第２の半導体膜２０８には微小半導体結晶粒が含まれていなくてもよい。
【０１０５】
以上説明したように、第１の半導体層２１６の膜減りを抑えて図３（Ｄ）に示す薄膜トランジスタを作製することができる。そのため、電気的特性が良好な（例えば、オフ電流が小さい）薄膜トランジスタを作製することができる。
【０１０６】
（実施の形態３）
本実施の形態では、本発明の一態様である半導体装置について図面を参照して説明する。
【０１０７】
本実施の形態の薄膜トランジスタでは、チャネル形成領域と重畳して、ゲート電極（以下、第１のゲート電極と表記することがある。）とは反対側に「更なるゲート電極（以下、第２のゲート電極と表記することがある。）」を設け、該更なるゲート電極によりチャネル形成領域を拡大する。このように更なるゲート電極を設けることで、オン電流を増大させることができる。
【０１０８】
図４は、本発明の一態様である半導体装置の断面図と上面図を示す。図４（Ａ）は、図４（Ｂ）に示す上面図のＸ−Ｙにおける断面図を示す。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す半導体装置は、基板３００上に設けられた第１の導電層３０２と、第１の導電層３０２を覆う第１の絶縁層３０４と、第１の絶縁層３０４上に設けられた第１の半導体層３０６と、第１の半導体層３０６上に、第１の半導体層３０６の一部を露出させて離間して設けられた第２の半導体層３０８と、第２の半導体層３０８上に設けられた不純物半導体層３１０と、不純物半導体層３１０上に、少なくとも一部が接するように設けられた第２の導電層３１２と、第２の導電層３１２上にのみ設けられた第２の絶縁層３１４と、第１の半導体層３０６、第２の半導体層３０８、不純物半導体層３１０、第２の導電層３１２、及び第２の絶縁層３１４を覆って設けられた第３の絶縁層３１６と、少なくとも、第３の絶縁層３１６上に設けられた第３の導電層３１８と、を有している。第２の導電層３１２と第３の導電層３１８は、開口部３２０において接続される。
【０１０９】
ここで、第３の導電層３１８は、少なくとも第１の半導体層３０６の第２の半導体層３０８と重畳していない部分と重畳し、且つ第２の導電層３１２の一部とも重畳している。
【０１１０】
図４（Ｂ）は、第３の導電層３１８により形成されるゲートが、第１の導電層３０２により形成されるゲートとは独立して設けられている形態を示す。このとき、第３の導電層３１８により形成されるゲートの電位は、第１の導電層３０２により形成されるゲートの電位と異なるものとすることができるため、薄膜トランジスタの閾値電圧を制御することができる。ただし、これに限定されず、図４（Ｃ）に示すような構成であってもよい。
【０１１１】
図４（Ｃ）は、第３の導電層３１８により形成されるゲートが、第１の導電層３０２により形成されるゲートと開口部３２２において接続されている形態を示す。このとき、第３の導電層３１８により形成されるゲートの電位と、第１の導電層３０２により形成されるゲートの電位は、等しいものとなる。
【０１１２】
なお、第１の絶縁層３０４、第２の絶縁層３１４、及び第３の絶縁層３１６は、窒化シリコン層とすることが好ましい。
【０１１３】
なお、第１の絶縁層３０４、第２の絶縁層３１４、及び第３の絶縁層３１６は、窒化シリコン層に限定されない。更には、これらの層は複数の層が積層して設けられていてもよい。例えば、第２の絶縁層３１４として、窒化シリコン層上に酸化窒化シリコン層が積層された２層構造であってもよいし、酸化シリコン層上に酸化窒化シリコン層が設けられ、酸化窒化シリコン層上に窒化シリコン層が設けられた３層構造であってもよい。このように、第２の絶縁層３１４として、酸化シリコン層または酸化窒化シリコン層などを用いると、窒化シリコン層を用いる場合よりも厚さを薄くすることができる。酸化シリコン及び酸化窒化シリコン層のほうが、窒化シリコン層よりも比誘電率が小さいからである。
【０１１４】
なお、第３の導電層３１８により形成されるゲートは、図示した形態に限定されない。第３の導電層３１８により形成されるゲートでは、ゲート電極とゲート配線が異なる層として設けられていてもよく、第３の導電層３１８により設けられるゲート電極と、第３の導電層３１８上に設けられた絶縁層上に更に別の導電層を形成し、該別の導電層によりゲート配線が形成されていてもよい。
【０１１５】
または、第３の導電層３１８によりゲートのみを形成し、これとは異なる導電層により画素電極が設けられていてもよい。
【０１１６】
図４（Ａ）乃至（Ｃ）に示す半導体装置は、電界効果移動度が高く、且つオン電流を大きくすることができる。
【０１１７】
図５（Ａ）に示す半導体装置は、図４（Ａ）乃至（Ｃ）に示す半導体装置との比較例として示すものである。図５（Ａ）に示す半導体装置には、第２の絶縁層が設けられておらず、第１の半導体層３０６、第２の半導体層３０８、不純物半導体層３１０及び第２の導電層３１２を覆って設けられた第３の絶縁層３１６Ａと、少なくとも、第３の絶縁層３１６Ａ上に設けられた第３の導電層３１８Ａと、を有している点が図４に示す半導体装置と大きく異なる。なお、第３の絶縁層３１６Ａは、図４（Ａ）の第３の絶縁層３１６と同じ厚さで設けられたものである。
【０１１８】
図５（Ａ）に示す半導体装置は、図４（Ａ）に示す半導体装置と同様に、電界効果移動度が高く、且つオン電流を大きくすることができる。しかし、第２の導電層３１２と第３の導電層３１８Ａの重畳する部分には第３の絶縁層３１６Ａのみが挟持されているので、この部分に生じる意図しない容量（寄生容量）が、図４（Ａ）に示す半導体装置の寄生容量よりも大きくなってしまうという問題がある。
【０１１９】
図５（Ｂ）に示す半導体装置は、図４（Ａ）乃至（Ｃ）に示す半導体装置との比較例として示すものである。図５（Ｂ）に示す半導体装置には、第２の絶縁層が設けられておらず、第１の半導体層３０６、第２の半導体層３０８、不純物半導体層３１０及び第２の導電層３１２を覆って設けられた第３の絶縁層３１６Ｂと、少なくとも、第３の絶縁層３１６Ｂ上に設けられた第３の導電層３１８Ｂと、を有している点が図４（Ａ）に示す半導体装置と大きく異なる。なお、第３の絶縁層３１６Ｂは、図４（Ａ）の第２の絶縁層３１４と第３の絶縁層３１６の合計の厚さと同じ厚さで設けられたものである。
【０１２０】
図５（Ｂ）に示す半導体装置は、図５（Ａ）に示す半導体装置よりも寄生容量を小さくすることができる。しかし、第２の導電層３１２と第３の導電層３１８Ｂの重畳する部分には図４（Ａ）の第２の絶縁層３１４と第３の絶縁層３１６の合計の厚さと同じ厚さで設けられた第３の絶縁層３１６Ｂが挟持されているので、第３の導電層３１８Ｂで設けられたゲートにより生じる電界が弱く、薄膜トランジスタの電界効果移動度の向上とオン電流の増大が困難である。
【０１２１】
図４（Ａ）に示す第２の絶縁層３１４を厚く設けることで、寄生容量が小さく、電界効果移動度が高く、且つオン電流が大きい半導体装置を得ることができる。
【０１２２】
ここで、図４を参照して説明した半導体装置の作製方法について図６乃至図８を参照して説明する。
【０１２３】
なお、以下の図６乃至図８を参照した半導体装置の作製方法の説明において、基板４００は、図４の基板３００に相当する。第１の導電層４０２は、図４の第１の導電層３０２に相当する。第１の絶縁層４０４は、図４の第１の絶縁層３０４に相当する。第１の半導体層４２２は、図４の第１の半導体層３０６に相当する。第２の半導体層４２４は、図４の第２の半導体層３０８に相当する。不純物半導体層４２６は、図４の不純物半導体層３１０に相当する。第２の導電層４２０は、図４の第２の導電層３１２に相当する。第２の絶縁層４１８は、図４の第２の絶縁層３１４に相当する。第３の絶縁層４２８は、図４の第３の絶縁層３１６に相当する。第３の導電層４３０は、図４の第３の導電層３１８に相当する。開口部４２９は、図４の開口部３２０に相当する。
【０１２４】
まず、基板４００上に第１の導電層４０２を形成し、第１の導電層４０２を覆って第１の絶縁層４０４を形成する（図６（Ａ））。
【０１２５】
基板４００は、実施の形態１における基板２００に相当する。
【０１２６】
第１の導電層４０２は、実施の形態１における第１の導電層２０２に相当する。
【０１２７】
第１の絶縁層４０４は、実施の形態１における第１の絶縁層２０４に相当する。
【０１２８】
なお、ここで、実施の形態１と同様に、第１の絶縁層４０４の表面をＮ２Ｏガスにより発生させたプラズマに曝すことが好ましい。ここで、プラズマを発生させるガスはＮ２Ｏガスに限定されず、第１の絶縁層４０４の表面を酸化することができるガス（酸化性ガスまたは酸素を含むガス）であればよい。
【０１２９】
次に、第１の絶縁層４０４上に、第１の半導体膜４０６、第２の半導体膜４０８及び不純物半導体膜４１０をこの順に積層して形成し、不純物半導体膜４１０上にエッチングマスク４１１を形成する（図６（Ｂ））。エッチングマスク４１１は、レジスト材料により形成すればよい。
【０１３０】
第１の半導体膜４０６は、実施の形態１における第１の半導体膜２０６に相当する。
【０１３１】
第２の半導体膜４０８は、実施の形態１における第２の半導体膜２０８に相当する。
【０１３２】
不純物半導体膜４１０は、実施の形態１における不純物半導体膜２１０に相当する。
【０１３３】
なお、第１の絶縁層４０４から不純物半導体膜４１０までは同一チャンバー内で連続して形成することが好ましい。第１の絶縁層４０４から不純物半導体膜４１０までの各々の層間の界面に不純物が含まれてしまうことを防止するためである。
【０１３４】
次に、エッチングマスク４１１を用いて、第１の半導体膜４０６、第２の半導体膜４０８及び不純物半導体膜４１０をエッチングし、薄膜積層体４１２を形成する（図６（Ｃ））。
【０１３５】
なお、ここで、実施の形態１と同様に、薄膜積層体４１２の側壁に対して絶縁化処理を行うことが好ましい。
【０１３６】
次に、第１の絶縁層４０４及び薄膜積層体４１２上に、導電膜４１４と絶縁膜４１６を形成し、絶縁膜４１６上にエッチングマスク４１７を形成する（図７（Ａ））。エッチングマスク４１７は、レジスト材料により形成すればよい。
【０１３７】
導電膜４１４は、第１の導電層４０２と同様に、導電性材料（例えば金属、または一導電型の不純物元素が添加された半導体など）により形成すればよい。なお、導電膜４１４は、単層で形成してもよいし、複数の層を積層して形成してもよい。例えば、Ｔｉ層によりＡｌ層を挟持した３層の積層構造として形成する。
【０１３８】
絶縁膜４１６は、第１の絶縁層４０４と同様に、絶縁性材料により形成すればよい。なお、単層で形成してもよいし、複数の層を積層して形成してもよい。ここでは、例えば窒化シリコンにより形成すればよい。
【０１３９】
次に、エッチングマスク４１７を用いて絶縁膜４１６をエッチングすることで、第２の絶縁層４１８を形成する（図７（Ｂ））。
【０１４０】
次に、導電膜４１４をエッチングして第２の導電層４２０を形成する（図７（Ｃ））。その後、エッチングマスク４１７を除去する。なお、第２の導電層４２０は、少なくとも信号線、ソース電極及びドレイン電極を構成する。
【０１４１】
なお、絶縁膜４１６をエッチングする工程（図６（Ａ）の状態から図６（Ｂ）の状態に加工する工程）と導電膜４１４をエッチングする工程（図６（Ｂ）の状態から図６（Ｃ）の状態に加工する工程）は同一のエッチング工程により一括して行うことが好ましい。作製工程が簡略化するためである。
【０１４２】
なお、導電膜４１４のエッチングは、第２の絶縁層４１８をエッチングマスクとして用いて行ってもよい。このときには、導電膜４１４をエッチングして第２の導電層４２０を形成する前にエッチングマスク４１７を除去すればよい。
【０１４３】
なお、導電膜４１４をエッチングして第２の導電層４２０を形成する際には、薄膜積層体４１２の上部がエッチングされる場合が多い。
【０１４４】
次に、薄膜積層体４１２の上部をエッチングして第１の半導体層４２２、第２の半導体層４２４及び不純物半導体層４２６を形成する（図８（Ａ））。このとき、薄膜積層体４１２のエッチングは、一の工程により行ってもよいし、複数の工程により行ってもよいが、最終的には、第１の半導体層４２２の第２の半導体層４２４と重畳していない部分（すなわち、チャネル形成領域となる部分）を露出させるまで行う。
【０１４５】
第１の半導体層４２２の第２の半導体層４２４と重畳していない部分（すなわち、チャネル形成領域となる部分）を露出させるまで行うエッチングは、Ｂｒ系ガスと、Ｆ系ガスと、酸素ガスの混合ガスを用いて行う。Ｂｒ系ガスと、Ｆ系ガスと、酸素ガスの混合ガスによれば、結晶性半導体膜のエッチングレートを小さくし、非晶質半導体膜のエッチングレートを大きくすることができる。すなわち、第１の半導体膜４０６が結晶性半導体膜であり、第２の半導体膜４０８が非晶質半導体膜である場合には、第１の半導体膜４０６により形成された層と第２の半導体膜４０８により形成された層のエッチング選択比を大きくとることができる。第２の導電層４２０と重畳していない部分の第２の半導体膜４０８を除去し、第２の導電層４２０と重畳していない部分の第１の半導体膜４０６により形成される層を露出させる場合であっても、第２の導電層４２０と重畳していない部分の第１の半導体層４２２の膜減りを抑えることができる（図８（Ｂ））。また、薄膜トランジスタのオフ電流を低減することができる。
【０１４６】
なお、混合ガスを用いた前記エッチングは、０より大きく１００Ｗ以下のバイアス電力で行えばよい。このとき、電極の面積は、３４０ｃｍ２以上にするとよい。
【０１４７】
なお、Ｂｒ系ガスとしては、例えば、ＨＢｒガスが挙げられる。
【０１４８】
なお、Ｆ系ガスとしては、例えば、ＳＦ６ガス、ＣＦ４ガスまたはＮＦ３ガスが挙げられる。
【０１４９】
なお、ＨＢｒガスとＳＦ６ガスと酸素ガスの流量比は、２５：２：１であるとよい。
【０１５０】
なお、導電膜４１４をエッチングして第２の導電層４２０を形成する工程と、薄膜積層体４１２の上部をエッチングして第１の半導体層４２２、第２の半導体層４２４、及び不純物半導体層４２６を形成する工程は、一の工程として同時に行ってもよい。
【０１５１】
そして、上記説明したように露出させた第１の半導体層４２２は、Ｈ２Ｏプラズマに曝すとよい。または、Ｈ２Ｏプラズマに代えて、水素と酸素の混合ガスにより生じさせたプラズマを用いるとよい。
【０１５２】
以上説明したように、トランジスタを作製することができる。このようなトランジスタは、表示装置の画素に用いる画素トランジスタに適用することができる。
【０１５３】
その後、これらを覆って第３の絶縁層４２８を形成する。なお、第３の絶縁層４２８は、少なくとも第１の半導体層４２２の露出された部分を覆って形成する。その後、第３の絶縁層４２８に開口部４２９を形成する（図８（Ｂ））。
【０１５４】
第３の絶縁層４２８は、実施の形態１における第２の絶縁層２２４に相当する。
【０１５５】
次に、開口部４２９を介して第２の導電層４２０により形成されるソース電極及びドレイン電極の一方に電気的に接続されるように第３の導電層４３０を位置選択的に形成する（図８（Ｃ））。
【０１５６】
第３の導電層４３０は、実施の形態１における第３の導電層２２６に相当する。
【０１５７】
第３の導電層４３０を、透光性を有する材料により形成すると、透過型表示装置の画素電極として機能させることができる。
【０１５８】
なお、図示していないが、第３の絶縁層４２８と第３の導電層４３０の間に、スピンコーティング法などにより形成した有機樹脂により形成される絶縁層を有していてもよい。
【０１５９】
なお、第２の導電層４２０（導電膜４１４）はＴｉ層によりＡｌ層を挟持した構造とすることが好ましい。Ａｌ層により配線抵抗を低減し、Ｔｉ層はバリア層として機能させることができるからである。
【０１６０】
しかしながら、上記説明した構造とは異なり、第２の絶縁層４１８が設けられておらず、且つ第２の導電層４２０の上側にＴｉ層がある構造では、第１の半導体層４２２の第２の半導体層４２４と重畳していない部分（すなわち、チャネル形成領域となる部分）を露出させるまで行うエッチングにＣＦ４ガスを用いると、第２の導電層４２０の上側のＴｉ層から副生成物が生じ、開口部において第３の導電層４３０のコンタクト抵抗が非常に高くなる。このときの副生成物が生じた状態の開口部４２９のＳＴＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）像を図２０（Ａ）及び（Ｂ）に示す。
【０１６１】
図２０（Ａ）はＳＴＥＭ像の明視野像を示し、図２０（Ｂ）は暗視野像（Ｚコントラスト像）を示す。図２０（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、第２の導電層４２０の上側にＴｉ層は略平坦な状態ではなく、副生成物が存在する。
【０１６２】
図２１（Ａ）は、図２０（Ａ）に示すｐｏｉｎｔ＿Ａにおいて取得したＥＤＸのスペクトルを示す。図２１（Ｂ）は、図２０（Ａ）に示すｐｏｉｎｔ＿Ｂにおいて取得したＥＤＸのスペクトルを示す。図２１（Ｂ）に示されるように、この副生成物の主要な構成物質はＴｉであることがわかる。
【０１６３】
一方で、第２の導電層４２０（導電膜４１４）がＴｉ層上にＡｌ層が設けられた２層の積層構造とすることも考えられる。しかし、開口部４２９において露出される層がＡｌ層であると、例えば第３の導電層４３０をＩＴＯ層とした場合には、Ａｌ層とＩＴＯ層が接触し、一般に知られているように、電蝕が生じてしまう。従って、この場合にも該開口部におけるコンタクト抵抗が非常に高くなる。
【０１６４】
そこで、上記説明したように、第２の絶縁層４１８を設けることで、第２の導電層４２０の上側のＴｉ層から副生成物が生じることを効果的に防止することができ、薄膜トランジスタの第２の導電層４２０と第３の導電層４３０のコンタクト抵抗を小さくすることができる。
【０１６５】
ところで、第２の導電層４２０と第３の導電層４３０は開口部４２９において接続されている。そして、第１の導電層４０２と第３の導電層４３０は開口部４３１において接続されている。ここで、開口部４２９と開口部４３１の形成方法について図９を参照して説明する。
【０１６６】
開口部４２９及び開口部４３１は、一のエッチング工程により形成してもよいし、複数のエッチング工程により形成してもよい。
【０１６７】
図９（Ａ−１）乃至（Ｃ−１）は開口部４２９の形成方法を説明する図であり、図９（Ａ−２）乃至（Ｃ−２）は開口部４３１の形成方法を説明する図である。
【０１６８】
まず、開口部４２９と開口部４３１を形成する部分以外にエッチングマスク４４０を形成する（図９（Ａ−１）及び（Ａ−２））。
【０１６９】
開口部４２９を形成する部分では、基板４００上に第１の絶縁層４０４、第２の導電層４２０、第２の絶縁層４１８及び第３の絶縁層４２８が設けられている。一方で、開口部４３１を形成する部分では、基板４００上に第１の導電層４０２、第１の絶縁層４０４及び第３の絶縁層４２８が設けられている。
【０１７０】
次に、エッチングマスク４４０を用いて第２の絶縁層４１８及び第３の絶縁層４２８をエッチングして、開口部４２９を形成すると同時に、第１の絶縁層４０４及び第３の絶縁層４２８をエッチングして、開口部４３１を形成する（図９（Ｂ−１）及び（Ｂ−２））。
【０１７１】
次に、開口部４２９と開口部４３１のそれぞれに、第３の導電層４３０を選択的に形成する（図９（Ｃ−１）及び（Ｃ−２））。
【０１７２】
または、図１０に示すように、開口部４２９及び開口部４３１の形成を二段階のエッチング工程により行ってもよい。
【０１７３】
図１０（Ａ−１）乃至（Ｄ−１）は二段階のエッチング工程による開口部４２９の形成方法を説明する図であり、図１０（Ａ−２）乃至（Ｄ−２）は二段階のエッチング工程による開口部４３１の形成方法を説明する図である。
【０１７４】
まず、開口部４２９と開口部４３１を形成する部分以外にエッチングマスク４４０を形成する（図１０（Ａ−１）及び（Ａ−２））。図９の場合と同様に、開口部４２９を形成する部分では、基板４００上に第１の絶縁層４０４、第２の導電層４２０、第２の絶縁層４１８及び第３の絶縁層４２８が設けられている。一方で、開口部４３１を形成する部分では、基板４００上に第１の導電層４０２、第１の絶縁層４０４及び第３の絶縁層４２８が設けられている。
【０１７５】
次に、エッチングマスク４４０を用いて第３の絶縁層４２８をエッチングして、開口部４２９Ｐ及び開口部４３１Ｐを形成する（図１０（Ｂ−１）及び（Ｂ−２））。
【０１７６】
次に、開口部４２９Ｐの部分の第２の絶縁層４１８をエッチングして、開口部４２９を形成すると同時に、開口部４３１Ｐの部分の第１の絶縁層４０４をエッチングして、開口部４３１を形成する（図１０（Ｃ−１）及び（Ｃ−２））。
【０１７７】
次に、開口部４２９と開口部４３１のそれぞれに、第３の導電層４３０を選択的に形成する（図１０（Ｄ−１）及び（Ｄ−２））。
【０１７８】
以上説明したように、開口部４２９及び開口部４３１を形成することができる。
【０１７９】
（実施の形態４）
実施の形態２及び実施の形態３で説明した薄膜トランジスタには、チャネル形成領域と重畳してそれぞれ第３の導電層２２６、第３の導電層４３０が設けられており、これがバックゲート電極として機能する。本実施の形態では、薄膜トランジスタへのバックゲート電極の配し方について説明する。
【０１８０】
図１１（Ａ）乃至（Ｄ）は、バックゲート電極が設けられた薄膜トランジスタの上面図を示す。なお、断面構造は、実施の形態２で説明したものと同様である。
【０１８１】
まず、図１１（Ａ）に示すように、バックゲート５０８Ａは、ゲート５００Ａと電気的に接続させることなく、独立に引き回して形成することができる。図１１（Ａ）に示すようにバックゲート５０８Ａを配することで、バックゲート５０８Ａに供給する電位と、ゲート５００Ａに供給する電位を制御し、各々の電位を独立したものとすることができる。このため、薄膜トランジスタのしきい値電圧を制御することができる。また、キャリアが流れる領域が、第１の半導体層により構成されるチャネル形成領域のゲート５００Ａ側及びバックゲート５０８Ａ側の双方に形成されるため薄膜トランジスタのオン電流を大きくすることができる。
【０１８２】
なお、図１１（Ａ）に示すゲート５００Ａは、ゲート電極とゲート配線であり、実施の形態２における第１の導電層２０２により構成されるものである。
【０１８３】
なお、図１１（Ａ）に示す配線５０２Ａは、ソース電極とソース配線であり、実施の形態２における第２の導電層２２２により構成されるものである。
【０１８４】
なお、図１１（Ａ）に示す電極５０４Ａは、ドレイン電極であり、実施の形態２における第２の導電層２２２により構成されるものである。
【０１８５】
なお、図１１（Ａ）に示す画素電極５０６Ａは、画素電極であり、実施の形態２における第３の導電層２２６により構成されるものである。
【０１８６】
なお、図１１（Ａ）に示すバックゲート５０８Ａは、バックゲート電極とバックゲート配線であり、実施の形態２における第３の導電層２２６により構成されるものである。
【０１８７】
なお、図１１（Ａ）に示す開口部５１０Ａは、実施の形態２における開口部２２５に相当する。
【０１８８】
または、図１１（Ｂ）に示すように、バックゲートは、ゲートと電気的に接続させてもよい。図１１（Ｂ）では、ゲート５００Ｂとバックゲート５０８Ｂが、開口部５１２で電気的に接続されている。このため、ゲート５００Ｂの電位とバックゲート５０８Ｂの電位は、ほぼ等しいものとなる。従って、図１１（Ａ）と同様に、キャリアが流れる領域が、第１の半導体層により構成されるチャネル形成領域のゲート５００Ｂ側及びバックゲート５０８Ｂ側の双方に形成されるため薄膜トランジスタのオン電流を大きくすることができる。
【０１８９】
なお、図１１（Ｂ）に示すゲート５００Ｂは、ゲート電極とゲート配線であり、実施の形態２における第１の導電層２０２により構成されるものである。
【０１９０】
なお、図１１（Ｂ）に示す配線５０２Ｂは、ソース電極とソース配線であり、実施の形態２における第２の導電層２２２により構成されるものである。
【０１９１】
なお、図１１（Ｂ）に示す電極５０４Ｂは、ドレイン電極であり、実施の形態２における第２の導電層２２２により構成されるものである。
【０１９２】
なお、図１１（Ｂ）に示す画素電極５０６Ｂは、画素電極であり、実施の形態２における第３の導電層２２６により構成されるものである。
【０１９３】
なお、図１１（Ｂ）に示すバックゲート５０８Ｂは、バックゲート電極であり、実施の形態２における第３の導電層２２６により構成されるものである。
【０１９４】
なお、図１１（Ｂ）に示す開口部５１０Ｂは、実施の形態２における開口部２２５に相当する。
【０１９５】
なお、図１１（Ｂ）に示す開口部５１２は、実施の形態２における開口部２２５と同一の工程により設けられたものである。開口部５１２において、ゲート５００Ｂとバックゲート５０８Ｂが接続されている。
【０１９６】
または、図１１（Ｃ）に示すように、バックゲートは、ゲート電極と電気的に接続させず、且つ独立に引き回すことなく、フローティングにしてもよい。
【０１９７】
なお、図１１（Ｃ）に示すゲート５００Ｃは、ゲート電極とゲート配線であり、実施の形態２における第１の導電層２０２により構成されるものである。
【０１９８】
なお、図１１（Ｃ）に示す配線５０２Ｃは、ソース電極とソース配線であり、実施の形態２における第２の導電層２２２により構成されるものである。
【０１９９】
なお、図１１（Ｃ）に示す電極５０４Ｃは、ドレイン電極であり、実施の形態２における第２の導電層２２２により構成されるものである。
【０２００】
なお、図１１（Ｃ）に示す画素電極５０６Ｃは、画素電極であり、実施の形態２における第３の導電層２２６により構成されるものである。
【０２０１】
なお、図１１（Ｃ）に示すバックゲート５０８Ｃは、バックゲート電極であり、実施の形態２における第３の導電層２２６により構成されるものである。
【０２０２】
なお、図１１（Ｃ）に示す開口部５１０Ｃは、実施の形態２における開口部２２５に相当する。
【０２０３】
または、図１１（Ｄ）に示すように、バックゲートは、ソース電極及びドレイン電極と重畳して設けられていてもよい。ここでは、図１１（Ａ）に示す構造の薄膜トランジスタについて示したが、図１１（Ｂ）及び図１１（Ｃ）に示すバックゲートも同様に第２の導電層２２２により構成されるソース電極及びドレイン電極と重畳していてもよい。
【０２０４】
なお、図１１（Ｄ）に示すゲート５００Ｄは、ゲート電極とゲート配線であり、実施の形態２における第１の導電層２０２により構成されるものである。
【０２０５】
なお、図１１（Ｄ）に示す配線５０２Ｄは、ソース電極とソース配線であり、実施の形態２における第２の導電層２２２により構成されるものである。
【０２０６】
なお、図１１（Ｄ）に示す電極５０４Ｄは、ドレイン電極であり、実施の形態２における第２の導電層２２２により構成されるものである。
【０２０７】
なお、図１１（Ｄ）に示す画素電極５０６Ｄは、画素電極であり、実施の形態２における第３の導電層２２６により構成されるものである。
【０２０８】
なお、図１１（Ｄ）に示すバックゲート５０８Ｄは、バックゲート電極とバックゲート配線であり、実施の形態２における第３の導電層２２６により構成されるものである。
【０２０９】
なお、図１１（Ｄ）に示す開口部５１０Ｄは、実施の形態２における開口部２２５に相当する。
【０２１０】
（実施の形態５）
実施の形態２乃至実施の形態４にて作製した薄膜トランジスタを適用した半導体装置としては、電子ペーパーが挙げられる。電子ペーパーは、情報を表示するものであればあらゆる分野の電子機器に用いることが可能である。例えば、電子ペーパーを用いて、電子書籍（電子ブック）、ポスター、デジタルサイネージ、ＰＩＤ（Ｐｕｂｌｉｃ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ）、電車などの乗り物の車内広告、クレジットカード等の各種カードにおける表示等に適用することができる。電子機器の一例を図１２に示す。
【０２１１】
図１２は、電子書籍の一例を示している。例えば、電子書籍６００は、筐体６０１および筐体６０３の２つの筐体で構成されている。筐体６０１および筐体６０３は、軸部６１１により一体とされており、該軸部６１１を軸として開閉動作を行うことができる。このような構成により、紙の書籍と同様に取り扱うことが可能となる。
【０２１２】
筐体６０１には表示部６０５及び光電変換装置６０６が組み込まれ、筐体６０３には表示部６０７及び光電変換装置６０８が組み込まれている。表示部６０５及び表示部６０７は、続き画面を表示する構成としてもよいし、異なる画面を表示する構成としてもよい。異なる画面を表示する構成とすることで、例えば右側の表示部（図１２では表示部６０５）に文章を表示し、左側の表示部（図１２では表示部６０７）に画像を表示することができる。
【０２１３】
また、図１２では、筐体６０１に操作部などを備えた例を示している。例えば、筐体６０１において、電源６２１、操作キー６２３、スピーカ６２５などを備えている。操作キー６２３により、頁を送ることができる。なお、筐体の表示部と同一面にキーボードやポインティングデバイスなどを備える構成としてもよい。また、筐体の裏面や側面に、外部接続用端子（イヤホン端子、ＵＳＢ端子、またはＡＣアダプタおよびＵＳＢケーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など）、記録媒体挿入部などを備える構成としてもよい。さらに、電子書籍６００は、電子辞書としての機能を持たせた構成としてもよい。
【０２１４】
また、電子書籍６００は、無線で情報を送受信できる構成としてもよい。無線により、電子書籍サーバから、所望の書籍データなどを購入し、ダウンロードする構成とすることも可能である。
【０２１５】
（実施の形態６）
実施の形態２乃至実施の形態４にて作製した薄膜トランジスタを適用した半導体装置としては、電子ペーパー以外にもさまざまな電子機器（遊技機も含む）が挙げられる。電子機器としては、例えば、テレビジョン装置（テレビ、またはテレビジョン受信機ともいう）、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう）、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。
【０２１６】
図１３（Ａ）は、テレビジョン装置の一例を示している。テレビジョン装置７００は、筐体７０１に表示部７０３が組み込まれている。表示部７０３により、映像を表示することが可能である。また、ここでは、スタンド７０５により筐体７０１を支持した構成を示している。
【０２１７】
テレビジョン装置７００の操作は、筐体７０１が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機７１０により行うことができる。リモコン操作機７１０が備える操作キー７０９により、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部７０３に表示される映像を操作することができる。また、リモコン操作機７１０に、当該リモコン操作機７１０から出力する情報を表示する表示部７０７を設ける構成としてもよい。
【０２１８】
なお、テレビジョン装置７００は、受信機やモデムなどを備えた構成とする。受信機により一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して有線また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）または双方向（送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など）の情報通信を行うことも可能である。
【０２１９】
図１３（Ｂ）は、デジタルフォトフレームの一例を示している。例えば、デジタルフォトフレーム７２０は、筐体７２１に表示部７２３が組み込まれている。表示部７２３は、各種画像を表示することが可能であり、例えばデジタルカメラなどで撮影した画像データを表示させることで、通常の写真立てと同様に機能させることができる。
【０２２０】
なお、デジタルフォトフレーム７２０は、操作部、外部接続用端子（ＵＳＢ端子、ＵＳＢケーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など）、記録媒体挿入部などを備える構成とする。これらの構成は、表示部と同一面に組み込まれていてもよいが、側面や裏面に備えるとデザイン性が向上するため好ましい。例えば、デジタルフォトフレームの記録媒体挿入部に、デジタルカメラで撮影した画像データを記憶したメモリを挿入して画像データを取り込み、取り込んだ画像データを表示部７２３に表示させることができる。
【０２２１】
また、デジタルフォトフレーム７２０は、無線で情報を送受信できる構成としてもよい。無線により、所望の画像データを取り込み、表示させる構成とすることもできる。
【０２２２】
図１４は携帯型のコンピュータの一例を示す斜視図である。
【０２２３】
図１４の携帯型のコンピュータは、上部筐体７４１と下部筐体７４２とを接続するヒンジユニットを閉状態として表示部７４３を有する上部筐体７４１と、キーボード７４４を有する下部筐体７４２とを重ねた状態とすることができ、持ち運ぶことが便利であるとともに、使用者がキーボード入力する場合には、ヒンジユニットを開状態として、表示部７４３を見て入力操作を行うことができる。
【０２２４】
また、下部筐体７４２はキーボード７４４の他に入力操作を行うポインティングデバイス７４６を有する。また、表示部７４３をタッチ入力パネルとすれば、表示部の一部に触れることで入力操作を行うこともできる。また、下部筐体７４２はＣＰＵやハードディスク等の演算機能部を有している。また、下部筐体７４２は他の機器、例えばＵＳＢの通信規格に準拠した通信ケーブルが差し込まれる外部接続ポート７４５を有している。
【０２２５】
上部筐体７４１には更に上部筐体７４１内部にスライドさせて収納可能な表示部７４７を有しており、広い表示画面を実現することができる。また、収納可能な表示部７４７の画面の向きを使用者は調節できる。また、収納可能な表示部７４７をタッチ入力パネルとすれば、収納可能な表示部の一部に触れることで入力操作を行うこともできる。
【０２２６】
表示部７４３または収納可能な表示部７４７は、液晶表示パネル、有機発光素子または無機発光素子などの発光表示パネルなどの映像表示装置を用いる。
【０２２７】
また、図１４の携帯型のコンピュータは、受信機などを備えた構成として、テレビ放送を受信して映像を表示部に表示することができる。また、上部筐体７４１と下部筐体７４２とを接続するヒンジユニットを閉状態としたまま、表示部７４７をスライドさせて画面全面を露出させ、画面角度を調節して使用者がテレビ放送を見ることもできる。この場合には、ヒンジユニットを閉状態として表示部７４３を表示させず、さらにテレビ放送を表示するだけの回路の起動のみを行うため、最小限の消費電力とすることができ、バッテリー容量の限られている携帯型のコンピュータにおいて有用である。
【実施例１】
【０２２８】
本実施例では、本発明の一態様であるエッチング方法を適用した際に、結晶性半導体膜に対する非晶質半導体膜のエッチング選択比を高くすることができることについて説明する。
【０２２９】
本実施例では、基板上に半導体膜（非晶質半導体膜または微結晶半導体膜）を形成し、該半導体膜上にレジストマスクによりパターンを形成し、ハーフエッチングを行い、その後レジストマスクを除去した。エッチングされた膜を段差計により測定してエッチングレートを得た。なお、サンプルとしては、サンプルＡ〜Ｆの６つを作製した。
【０２３０】
なお、結晶性半導体膜としては微結晶シリコン膜を用い、非晶質半導体膜としては非晶質シリコン膜を用いた。
【０２３１】
ここで、微結晶シリコン膜は、２段階の成膜処理により形成した。２段階の成膜処理において、第１段階では厚さ５ｎｍの微結晶シリコン膜を形成し、第２段階では厚さ６５ｎｍの微結晶シリコン膜を形成した。具体的には、第１段階では、基板が搬入された反応室内にモノシランガスを４ｓｃｃｍ、アルゴンガスを７５０ｓｃｃｍ、水素ガスを７５０ｓｃｃｍで導入して反応室内の圧力を５３２Ｐａとし、反応室内に設けられた上部電極と下部電極の間隔を１５ｍｍとし、上部電極には周波数１３．５６ＭＨｚ、１５０Ｗの高周波電力を供給した。なお、上部電極の温度は２００℃とし、下部電極の温度は３００℃とした。第２段階では、基板が搬入された反応室内にモノシランガスを０．３ｓｃｃｍ、アルゴンガスを７５０ｓｃｃｍ、水素ガスを７５０ｓｃｃｍで導入して反応室内の圧力を５０００Ｐａとし、反応室内に設けられた上部電極と下部電極の間隔を１５ｍｍとし、上部電極には周波数１３．５６ＭＨｚ、２５０Ｗの高周波電力を供給した。なお、上部電極の温度は２００℃とし、下部電極の温度は３００℃とした。
【０２３２】
ここで非晶質シリコン膜は、基板が搬入された反応室内にモノシランガスを２５ｓｃｃｍ、水素希釈アンモニアガスを１００ｓｃｃｍ、アルゴンガスを７５０ｓｃｃｍ、水素ガスを６５０ｓｃｃｍで導入して反応室内の圧力を１２５０Ｐａとし、反応室内に設けられた上部電極と下部電極の間隔を１５ｍｍとし、上部電極には周波数１３．５６ＭＨｚ、１５０Ｗの高周波電力を供給した。なお、上部電極の温度は２００℃とし、下部電極の温度は３００℃とした。
【０２３３】
上記したように形成した非晶質半導体膜上にレジストマスクによりパターンを形成し、ハーフエッチングを行い、その後レジストマスクを除去した。そして、エッチングされた膜を段差計により測定してエッチングレートを得た。
【０２３４】
サンプルＡでは、非晶質シリコン膜が形成された基板を反応室内に導入し、基板が搬入された反応室内に三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）ガスを６０ｓｃｃｍ、塩素ガスを２０ｓｃｃｍで導入して反応室内の圧力を１．９Ｐａとし、上部電極には周波数１３．５６ＭＨｚ、４５０Ｗの高周波電力を供給し、上部電極と下部電極の間のバイアス電力を１００Ｗとした。なお、上部電極の温度は１００℃とし、下部電極の温度は７０℃とした。
【０２３５】
サンプルＢでは、微結晶シリコン膜が形成された基板を反応室内に導入し、基板が搬入された反応室内に三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）ガスを６０ｓｃｃｍ、塩素ガスを２０ｓｃｃｍで導入して反応室内の圧力を１．９Ｐａとし、上部電極には周波数１３．５６ＭＨｚ、４５０Ｗの高周波電力を供給し、上部電極と下部電極の間のバイアス電力を１００Ｗとした。なお、上部電極の温度は１００℃とし、下部電極の温度は７０℃とした。
【０２３６】
このとき、サンプルＡの非晶質シリコン膜のエッチングレートは、１６０．９０ｎｍ／ｍｉｎ．であり、サンプルＢの微結晶シリコン膜のエッチングレートは１５８．６０ｎｍ／ｍｉｎ．であった。従って、微結晶シリコン膜に対する非晶質シリコン膜のエッチング選択比は１．０１となる。
【０２３７】
サンプルＣでは、非晶質シリコン膜が形成された基板を反応室内に導入し、基板が搬入された反応室内にＣＦ４ガスを１００ｓｃｃｍで導入して反応室内の圧力を０．６７Ｐａとし、反応室内に設けられた上部電極と下部電極の間隔を２００ｍｍとし、上部電極には１０００Ｗの高周波電力を供給し、バイアス電力を５０Ｗとした。なお、下部電極の温度は４０℃とした。
【０２３８】
サンプルＤでは、微結晶シリコン膜が形成された基板を反応室内に導入し、基板が搬入された反応室内にＣＦ４ガスを１００ｓｃｃｍで導入して反応室内の圧力を０．６７Ｐａとし、反応室内に設けられた上部電極と下部電極の間隔を２００ｍｍとし、上部電極には１０００Ｗの高周波電力を供給し、バイアス電力を５０Ｗとした。なお、下部電極の温度は４０℃とした。
【０２３９】
このとき、サンプルＣの非晶質シリコン膜のエッチングレートは、６６．５６ｎｍ／ｍｉｎ．であり、サンプルＤの微結晶シリコン膜のエッチングレートは７９．３３ｎｍ／ｍｉｎ．であった。従って、微結晶シリコン膜に対する非晶質シリコン膜のエッチング選択比は０．８４となる。
【０２４０】
サンプルＥでは、非晶質シリコン膜が形成された基板を反応室内に導入し、基板が搬入された反応室内にＨＢｒガスを１２５ｓｃｃｍ、ＳＦ６ガスを１０ｓｃｃｍ、酸素ガスを５ｓｃｃｍで導入して反応室内の圧力を１．７Ｐａとし、上部電極には周波数１３．５６ＭＨｚ、５００Ｗの高周波電力を供給し、上部電極と下部電極の間のバイアス電力を５０Ｗとした。なお、上部電極の温度は１００℃とし、下部電極の温度は７０℃とした。
【０２４１】
サンプルＦでは、微結晶シリコン膜が形成された基板を反応室内に導入し、基板が搬入された反応室内にＨＢｒガスを１２５ｓｃｃｍ、ＳＦ６ガスを１０ｓｃｃｍ、酸素ガスを５ｓｃｃｍで導入して反応室内の圧力を１．７Ｐａとし、上部電極には周波数１３．５６ＭＨｚ、５００Ｗの高周波電力を供給し、上部電極と下部電極の間のバイアス電力を５０Ｗとした。なお、上部電極の温度は１００℃とし、下部電極の温度は７０℃とした。
【０２４２】
このとき、非晶質シリコン膜のエッチングレートは、１８９．０４ｎｍ／ｍｉｎ．であり、微結晶シリコン膜のエッチングレートは１２５．８０ｎｍ／ｍｉｎ．であった。従って、微結晶シリコン膜に対する非晶質シリコン膜のエッチング選択比は１．５０となる。
【０２４３】
従って、本実施例にて説明したように、ＢＣｌ３ガスと塩素ガスの混合ガスによるエッチング（サンプルＡ及びサンプルＢ）と、ＣＦ４ガスのみによるエッチング（サンプルＣ及びサンプルＤ）と、ＨＢｒガス、ＳＦ６ガス、及び酸素ガスの混合ガスによるエッチング（サンプルＥ及びサンプルＦ）を比較した場合に、ＨＢｒガス、ＳＦ６ガス、及び酸素ガスの混合ガスによるエッチング（サンプルＥ及びサンプルＦ）のエッチング選択比を最も高いものとすることができる。
【実施例２】
【０２４４】
本実施例では、実施の形態２の薄膜トランジスタを実際に作製し、該薄膜トランジスタの特性を調査して比較した。ここでは、サンプル１と、サンプル２と、比較例サンプル１を作製した。
【０２４５】
まず、基板上に厚さ２００ｎｍのＳｉＯＮからなる下地膜をプラズマＣＶＤ法により形成した。次に、該下地膜上にスパッタリング法により第１の導電層２０２となる導電膜を形成し、該導電膜を加工して第１の導電層２０２を形成した。第１の導電層２０２は、厚さ５０ｎｍのＴｉ層、厚さ１００ｎｍのＡｌ層、厚さ５０ｎｍのＴｉ層が積層された構造である。
【０２４６】
次に、第１の導電層２０２を覆って厚さ３００ｎｍの窒化シリコンからなる第１の絶縁層２０４をプラズマＣＶＤ法により形成した。具体的には、基板が搬入された反応室内にモノシランガスを１５ｓｃｃｍ、アンモニアガスを５００ｓｃｃｍ、窒素ガスを１８０ｓｃｃｍ、水素ガスを２００ｓｃｃｍで導入して反応室内の圧力を１００Ｐａとし、反応室内に設けられた上部電極と下部電極の間隔を２６ｍｍとし、上部電極には周波数１３．５６ＭＨｚ、２００Ｗの高周波電力を供給した。なお、上部電極の温度は２００℃とし、下部電極の温度は３００℃とした。
【０２４７】
次に、第１の絶縁層２０４の表面に対してプラズマ処理を行った。具体的には、基板が搬入された反応室内に一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）ガスを４００ｓｃｃｍで導入して反応室内の圧力を６０Ｐａとし、反応室内に設けられた上部電極と下部電極の間隔を３０ｍｍとし、上部電極には周波数１３．５６ＭＨｚ、３００Ｗの高周波電力を供給した。なお、上部電極の温度は２００℃とし、下部電極の温度は３００℃とした。
【０２４８】
次に、プラズマ処理後の第１の絶縁層２０４上に第１の半導体膜２０６を形成した。なお、本実施例では、第１の半導体膜２０６は、２段階の成膜処理により形成した。２段階の成膜処理において、第１段階では厚さ５ｎｍの微結晶シリコン膜を形成し、第２段階では厚さ６５ｎｍの微結晶シリコン膜を形成した。具体的には、第１段階では、基板が搬入された反応室内にモノシランガスを４ｓｃｃｍ、アルゴンガスを７５０ｓｃｃｍ、水素ガスを７５０ｓｃｃｍで導入して反応室内の圧力を５３２Ｐａとし、反応室内に設けられた上部電極と下部電極の間隔を１５ｍｍとし、上部電極には周波数１３．５６ＭＨｚ、１５０Ｗの高周波電力を供給した。なお、上部電極の温度は２００℃とし、下部電極の温度は３００℃とした。第２段階では、基板が搬入された反応室内にモノシランガスを０．３ｓｃｃｍ、アルゴンガスを７５０ｓｃｃｍ、水素ガスを７５０ｓｃｃｍで導入して反応室内の圧力を５０００Ｐａとし、反応室内に設けられた上部電極と下部電極の間隔を１５ｍｍとし、上部電極には周波数１３．５６ＭＨｚ、２５０Ｗの高周波電力を供給した。なお、上部電極の温度は２００℃とし、下部電極の温度は３００℃とした。
【０２４９】
次に、第１の半導体膜２０６上に厚さ８０ｎｍの第２の半導体膜２０８を形成した。具体的には、基板が搬入された反応室内にモノシランガスを２５ｓｃｃｍ、水素希釈アンモニアガスを１００ｓｃｃｍ、アルゴンガスを７５０ｓｃｃｍ、水素ガスを６５０ｓｃｃｍで導入して反応室内の圧力を１２５０Ｐａとし、反応室内に設けられた上部電極と下部電極の間隔を１５ｍｍとし、上部電極には周波数１３．５６ＭＨｚ、１５０Ｗの高周波電力を供給した。なお、上部電極の温度は２００℃とし、下部電極の温度は３００℃とした。
【０２５０】
なお、ここで、水素希釈アンモニアガスとは、アンモニアガスを水素により１０００ｐｐｍまで希釈したガスをいう。
【０２５１】
次に、第２の半導体膜２０８上に厚さ５０ｎｍの不純物半導体膜２１０を形成した。具体的には、基板が搬入された反応室内にモノシランガスを９０ｓｃｃｍ、水素希釈ホスフィンガスを１０ｓｃｃｍ、水素ガスを５００ｓｃｃｍで導入して反応室内の圧力を１７０Ｐａとし、反応室内に設けられた上部電極と下部電極の間隔を２５ｍｍとし、上部電極には周波数１３．５６ＭＨｚ、３０Ｗの高周波電力を供給した。なお、上部電極の温度は２００℃とし、下部電極の温度は３００℃とした。ここで、水素希釈ホスフィンガスとは、ホスフィンガスを水素により体積比で０．５％まで希釈したガスをいう。
【０２５２】
次に、不純物半導体膜２１０上にレジスト材料によりエッチングマスク２１１を形成した。そして、エッチングマスク２１１を用いて、第１の半導体膜２０６、第２の半導体膜２０８及び不純物半導体膜２１０をエッチングして、薄膜積層体２１２を形成した。ここで、該エッチングは反応性イオンエッチングにより行い、具体的には、基板が搬入された反応室内に三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）ガスを３６ｓｃｃｍ、四フッ化メタン（ＣＦ４）ガスを３６ｓｃｃｍ、酸素ガスを８ｓｃｃｍで導入して反応室内の圧力を２．０Ｐａとし、上部電極には周波数１３．５６ＭＨｚ、４５０Ｗの高周波電力を供給し、上部電極と下部電極の間のバイアス電力を１００Ｗとした。なお、上部電極の温度は１００℃とし、下部電極の温度は７０℃とした。
【０２５３】
次に、薄膜積層体２１２に対して酸素プラズマ処理を行った。具体的には、基板が搬入された反応室内に酸素ガスを１００ｓｃｃｍで導入して反応室内の圧力を０．６７Ｐａとし、反応室内に設けられた上部電極と下部電極の間隔を２００ｍｍとし、上部電極には２０００Ｗの高周波電力を供給し、バイアス電力を３５０Ｗとした。なお、下部電極の温度は−１０℃とした。
【０２５４】
その後、エッチングマスク２１１を除去した。
【０２５５】
次に、薄膜積層体２１２を覆って厚さ３００ｎｍの導電膜２１４をスパッタリング法により形成した。導電膜２１４上には、エッチングマスク２１５を形成した。
【０２５６】
そして、エッチングマスク２１５を用いて導電膜２１４をエッチングして、第２の導電層２２２を形成しつつ、薄膜積層体２１２の上部もエッチングした。このエッチングでは不純物半導体膜２１０をエッチングして不純物半導体層２２０を形成し、第２の半導体膜２０８の上部のみをエッチングした。具体的には、基板が搬入された反応室内に三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）ガスを６０ｓｃｃｍ、塩素ガスを２０ｓｃｃｍで導入して反応室内の圧力を１．９Ｐａとし、上部電極には周波数１３．５６ＭＨｚ、４５０Ｗの高周波電力を供給し、上部電極と下部電極の間のバイアス電力を１００Ｗとした。なお、上部電極の温度は１００℃とし、下部電極の温度は７０℃とした。その後、エッチングマスク２１５を除去した。
【０２５７】
次に、上部のみエッチングされた第２の半導体膜２０８を更にエッチングし、第１の半導体膜２０６の一部をエッチングし、第１の半導体層２１６及び第２の半導体層２１８を形成した。ここで、サンプル１及びサンプル２では、ＳＦ６、ＨＢｒ及びＯ２の混合ガスを用いてエッチングを行い、比較例サンプル１では、ＣＦ４ガスを用いてエッチングを行った。なお、サンプル１及びサンプル２のエッチングの詳細な条件を下記の表１に示す。なお、このとき、電極は、面積３４０ｃｍ２のものを用いた。
【０２５８】
【表１】
0005938179.tif 000002
【０２５９】
なお、比較例サンプル１では、基板が搬入された反応室内にＣＦ４ガスを１００ｓｃｃｍで導入して反応室内の圧力を０．６７Ｐａとし、反応室内に設けられた上部電極と下部電極の間隔を２００ｍｍとし、上部電極には１０００Ｗの高周波電力を供給し、バイアス電力を５０Ｗとした。なお、下部電極の温度は４０℃とした。
【０２６０】
次に、第１の半導体層２１６の露出された部分をＨ２Ｏプラズマに曝した。具体的には、基板が搬入された反応室内に水蒸気（Ｈ２Ｏ）ガスを３００ｓｃｃｍで導入して反応室内の圧力を６６．５Ｐａとし、周波数１３．５６ＭＨｚ、１８００Ｗの高周波電力を供給した。なお、下部電極の温度は２５０℃とした。
【０２６１】
次に、第１の半導体層２１６、第２の半導体層２１８、不純物半導体層２２０、第２の導電層２２２を覆って厚さ３００ｎｍの窒化シリコンからなる第２の絶縁層２２４となる第２の絶縁膜をプラズマＣＶＤ法により形成した。
【０２６２】
次に、第２の絶縁膜上にエッチングマスクを形成し、該エッチングマスクを用いて第２の絶縁膜をエッチングして開口部を形成することで、第２の絶縁層２２４を形成する。該開口部は、第２の導電層２２２のソース電極またはドレイン電極となる部分と重畳して形成した。
【０２６３】
次に、第２の絶縁層２２４上に厚さ５０ｎｍの第３の導電層２２６となる導電膜をスパッタリング法により形成した。その後、該導電膜上にエッチングマスクを形成してエッチングを行い、第３の導電層２２６を形成した。
【０２６４】
以上のように形成したサンプル１、サンプル２及び比較例サンプル１のＩｄ−Ｖｇカーブを取得した。図１５（Ａ）は、サンプル１について取得したＩｄ−Ｖｇカーブを示し、図１５（Ｂ）は、サンプル２について取得したＩｄ−Ｖｇカーブを示し、図１６は、比較例サンプル１について取得したＩｄ−Ｖｇカーブを示す。
【０２６５】
ここで、Ｉｄは、ソース電極とドレイン電極の間を流れる電流を示し、Ｖｇは、ソース電極の電位を基準としたゲート電極の電位との電位差を示す。
【０２６６】
上記のサンプル１と比較例サンプル１を比較すると、サンプル１のほうが、サブスレッショルドスイング値（Ｓ値）が小さい。
【０２６７】
上記のサンプル１と比較例サンプル１を比較すると、サンプル１のほうが、閾値電圧をプラス側にシフトさせることができる。
【０２６８】
オフ電流については、オフ電流の最小値、及びゲート電圧がオフ電流の最小値におけるゲート電圧よりも１０Ｖ小さいときのいずれの場合であっても、サンプル１のほうが、オフ電流を小さくすることができる。
【０２６９】
上記した電気的特性の比較結果を下記の表２に示す。
【０２７０】
【表２】
0005938179.tif 000003
【０２７１】
上記のサンプル１とサンプル２を比較すると、サンプル２のほうが、オン電流が大きく、移動度が高い傾向が見られる。
【０２７２】
上記した電気的特性の比較結果を下記の表３に示す。
【０２７３】
【表３】
0005938179.tif 000004
【０２７４】
以上説明したように、本発明の一態様である半導体装置の作製方法を適用することで、少なくとも、Ｓ値を小さくし、且つ閾値電圧をプラス側にシフトさせ、オフ電流を小さくすることができる。
【０２７５】
更には、チャネル形成領域を露出させるエッチングの際にバイアス電力を小さくし、０より大きく１００Ｗ以下のバイアス電力で行えばよく、より好ましくは、バイアス電力は０より大きく５０Ｗ以下とすればよい。
【０２７６】
なお、上記のように作製した半導体装置の第１の半導体層２１６が露出された部分のＳＴＥＭ像を図１７に示す。図１７に示されているように、第２の半導体層２１８と重畳している部分の第１の半導体層２１６の厚さと、第２の半導体層２１８と重畳していない部分の第１の半導体層２１６の厚さにはほとんど差は見られない。これは、第１の半導体層２１６の一部を露出させるエッチング工程において、第１の半導体膜２０６に対する第２の半導体膜２０８のエッチング選択比を高くすることができたためである。
【０２７７】
図２２は、サンプル２における第１の半導体層２１６が露出された部分（第２の絶縁層２２４と接する部分）のＳＩＭＳデータを示し、図２３は、比較例サンプル１における第１の半導体層２１６が露出された部分（第２の絶縁層２２４と接する部分）のＳＩＭＳデータを示す。
【０２７８】
図２２と図２３を比較すると、比較例サンプル１の第１の半導体層２１６が露出された部分ではＢｒはほとんど検出されていないが、サンプル２の第１の半導体層２１６が露出された部分ではＢｒは１．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の濃度で検出されている。なお、図２２においてわずかに検出されているＢｒは妨害イオンによるものである。
【実施例３】
【０２７９】
本実施例では、実施の形態３の薄膜トランジスタを実際に作製し、該薄膜トランジスタの特性を調査して比較した。ここでは、サンプル３と比較例サンプル２を作製した。
【０２８０】
まず、基板上に厚さ２００ｎｍのＳｉＯＮからなる下地膜をプラズマＣＶＤ法により形成する。次に、該下地膜上にスパッタリング法により第１の導電層４０２となる導電膜を形成し、該導電膜を加工して第１の導電層４０２を形成した。第１の導電層４０２は、厚さ５０ｎｍのＴｉ、厚さ１００ｎｍのＡｌ、厚さ５０ｎｍのＴｉが積層された構造である。
【０２８１】
次に、第１の導電層４０２を覆って厚さ３００ｎｍの窒化シリコンからなる第１の絶縁層４０４をプラズマＣＶＤ法により形成した。具体的には、基板が搬入された反応室内にモノシランガスを１５ｓｃｃｍ、アンモニアガスを５００ｓｃｃｍ、窒素ガスを１８０ｓｃｃｍ、水素ガスを２００ｓｃｃｍで導入して反応室内の圧力を１００Ｐａとし、反応室内に設けられた上部電極と下部電極の間隔を２６ｍｍとし、上部電極には周波数１３．５６ＭＨｚ、２００Ｗの高周波電力を供給した。なお、上部電極の温度は２００℃とし、下部電極の温度は３００℃とした。
【０２８２】
次に、第１の絶縁層４０４の表面に対してプラズマ処理を行った。具体的には、基板が搬入された反応室内に一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）ガスを４００ｓｃｃｍで導入して反応室内の圧力を６０Ｐａとし、反応室内に設けられた上部電極と下部電極の間隔を３０ｍｍとし、上部電極には周波数１３．５６ＭＨｚ、３００Ｗの高周波電力を供給した。なお、上部電極の温度は２００℃とし、下部電極の温度は３００℃とした。
【０２８３】
次に、プラズマ処理後の第１の絶縁層４０４上に第１の半導体膜４０６を形成した。なお、本実施例では、第１の半導体膜４０６は、２段階の成膜処理により形成した。２段階の成膜処理において、第１段階では厚さ５ｎｍの微結晶シリコン膜を形成し、第２段階では厚さ６５ｎｍの微結晶シリコン膜を形成した。具体的には、第１段階では、基板が搬入された反応室内にモノシランガスを４ｓｃｃｍ、アルゴンガスを７５０ｓｃｃｍ、水素ガスを７５０ｓｃｃｍで導入して反応室内の圧力を５３２Ｐａとし、反応室内に設けられた上部電極と下部電極の間隔を１５ｍｍとし、上部電極には周波数１３．５６ＭＨｚ、１５０Ｗの高周波電力を供給した。なお、上部電極の温度は２００℃とし、下部電極の温度は３００℃とした。第２段階では、基板が搬入された反応室内にモノシランガスを０．３ｓｃｃｍ、アルゴンガスを７５０ｓｃｃｍ、水素ガスを７５０ｓｃｃｍで導入して反応室内の圧力を５０００Ｐａとし、反応室内に設けられた上部電極と下部電極の間隔を１５ｍｍとし、上部電極には周波数１３．５６ＭＨｚ、２５０Ｗの高周波電力を供給した。なお、上部電極の温度は２００℃とし、下部電極の温度は３００℃とした。
【０２８４】
次に、第１の半導体膜４０６上に厚さ８０ｎｍの第２の半導体膜４０８を形成した。具体的には、基板が搬入された反応室内にモノシランガスを２５ｓｃｃｍ、水素希釈アンモニアガスを１００ｓｃｃｍ、アルゴンガスを７５０ｓｃｃｍ、水素ガスを６５０ｓｃｃｍで導入して反応室内の圧力を１２５０Ｐａとし、反応室内に設けられた上部電極と下部電極の間隔を１５ｍｍとし、上部電極には周波数１３．５６ＭＨｚ、１５０Ｗの高周波電力を供給した。なお、上部電極の温度は２００℃とし、下部電極の温度は３００℃とした。
【０２８５】
なお、ここで、水素希釈アンモニアガスとは、アンモニアガスを水素により１０００ｐｐｍまで希釈したガスをいう。
【０２８６】
次に、第２の半導体膜４０８上に厚さ５０ｎｍの不純物半導体膜４１０を形成した。具体的には、基板が搬入された反応室内にモノシランガスを９０ｓｃｃｍ、水素希釈ホスフィンガスを１０ｓｃｃｍ、水素ガスを５００ｓｃｃｍで導入して反応室内の圧力を１７０Ｐａとし、反応室内に設けられた上部電極と下部電極の間隔を２５ｍｍとし、上部電極には周波数１３．５６ＭＨｚ、３０Ｗの高周波電力を供給した。なお、上部電極の温度は２００℃とし、下部電極の温度は３００℃とした。
【０２８７】
次に、不純物半導体膜４１０上にレジスト材料によりエッチングマスク４１１を形成した。そして、エッチングマスク４１１を用いて、第１の半導体膜４０６、第２の半導体膜４０８及び不純物半導体膜４１０をエッチングして、薄膜積層体４１２を形成した。ここで、該エッチングは反応性イオンエッチングにより行い、具体的には、基板が搬入された反応室内に三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）ガスを３６ｓｃｃｍ、四フッ化メタン（ＣＦ４）ガスを３６ｓｃｃｍ、酸素ガスを８ｓｃｃｍで導入して反応室内の圧力を２．０Ｐａとし、上部電極には周波数１３．５６ＭＨｚ、４５０Ｗの高周波電力を供給し、上部電極と下部電極の間のバイアス電圧を１００Ｗとした。なお、上部電極の温度は１００℃とし、下部電極の温度は７０℃とした。
【０２８８】
次に、薄膜積層体４１２に対して酸素プラズマ処理を行った。具体的には、基板が搬入された反応室内に酸素ガスを１００ｓｃｃｍで導入して反応室内の圧力を０．６７Ｐａとし、反応室内に設けられた上部電極と下部電極の間隔を２００ｍｍとし、上部電極には２０００Ｗの高周波電力を供給し、バイアス電力を３５０Ｗとした。なお、下部電極の温度は−１０℃とした。
【０２８９】
その後、エッチングマスク４１１を除去した。
【０２９０】
次に、薄膜積層体４１２を覆って厚さ３００ｎｍの導電膜４１４をスパッタリング法により形成した。
【０２９１】
次に、導電膜４１４上に厚さ１００ｎｍの窒化シリコンからなる絶縁膜４１６をプラズマＣＶＤ法により形成した。具体的には、基板が搬入された反応室内にモノシランガスを１５ｓｃｃｍ、アンモニアガスを５００ｓｃｃｍ、窒素ガスを１８０ｓｃｃｍ、水素ガスを２００ｓｃｃｍで導入して反応室内の圧力を１００Ｐａとし、反応室内に設けられた上部電極と下部電極の間隔を２６ｍｍとし、上部電極には周波数１３．５６ＭＨｚ、２００Ｗの高周波電力を供給した。なお、上部電極の温度は２００℃とし、下部電極の温度は３００℃とした。そして、絶縁膜４１６上には、エッチングマスク４１７を形成した。
【０２９２】
そして、エッチングマスク４１７を用いて絶縁膜４１６をエッチングした。具体的には、基板が搬入された反応室内にＣＨＦ３ガスを５０ｓｃｃｍ、Ｈｅガスを１００ｓｃｃｍで導入して反応室内の圧力を５．５Ｐａとし、上部電極には周波数１３．５６ＭＨｚ、４７５Ｗの高周波電力を供給し、上部電極と下部電極の間のバイアス電力を３００Ｗとした。なお、上部電極の温度は１００℃とし、下部電極の温度は７０℃とした。
【０２９３】
次に、エッチングマスク４１７を用いて導電膜４１４をエッチングして、第２の導電層４２０を形成しつつ、薄膜積層体４１２の上部もエッチングした。このエッチングでは不純物半導体膜４１０をエッチングして不純物半導体層４２６を形成し、第２の半導体膜４０８の上部のみをエッチングした。具体的には、基板が搬入された反応室内に三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）ガスを６０ｓｃｃｍ、塩素ガスを２０ｓｃｃｍで導入して反応室内の圧力を１．９Ｐａとし、上部電極には周波数１３．５６ＭＨｚ、４５０Ｗの高周波電力を供給し、上部電極と下部電極の間のバイアス電圧を１００Ｗとした。なお、上部電極の温度は１００℃とし、下部電極の温度は７０℃とした。その後、エッチングマスク４１７を除去した。
【０２９４】
次に、上部のみエッチングされた第２の半導体膜４０８を更にエッチングし、第１の半導体膜４０６の一部をエッチングし、第１の半導体層４２２及び第２の半導体層４２４を形成した。ここで、サンプル３では、ＳＦ６、ＨＢｒ及びＯ２の混合ガスを用いてエッチングを行い、比較例サンプル２では、ＣＦ４ガスを用いてエッチングを行った。なお、このとき、電極は、面積３４０ｃｍ２のものを用いた。
【０２９５】
ここで、サンプル３では、基板が搬入された反応室内にＳＦ６ガスを１０ｓｃｃｍ、ＨＢｒガスを１２５ｓｃｃｍ、酸素ガスを５ｓｃｃｍで導入して反応室内の圧力を１．７Ｐａとし、上部電極には周波数１３．５６ＭＨｚ、５００Ｗの高周波電力を供給し、上部電極と下部電極の間のバイアス電力を５０Ｗとした。なお、上部電極の温度は１００℃とし、下部電極の温度は７０℃とした。
【０２９６】
なお、比較例サンプル２では、基板が搬入された反応室内にＣＦ４ガスを１００ｓｃｃｍで導入して反応室内の圧力を０．６７Ｐａとし、反応室内に設けられた上部電極と下部電極の間隔を２００ｍｍとし、上部電極には１０００Ｗの高周波電力を供給し、バイアス電力を５０Ｗとした。なお、下部電極の温度は４０℃とした。
【０２９７】
次に、第１の半導体層４２２の露出された部分をＨ２Ｏプラズマに曝した。具体的には、基板が搬入された反応室内に水蒸気（Ｈ２Ｏ）ガスを３００ｓｃｃｍで導入して反応室内の圧力を６６．５Ｐａとし、周波数１３．５６ＭＨｚ、１８００Ｗの高周波電力を供給した。なお、下部電極の温度は２５０℃とした。
【０２９８】
次に、第１の半導体層４２２、第２の半導体層４２４、不純物半導体層４２６、第２の導電層４２０、第２の絶縁層４１８を覆って厚さ３００ｎｍの窒化シリコンからなる第３の絶縁層４２８となる絶縁膜をプラズマＣＶＤ法により形成した。
【０２９９】
次に、該絶縁膜上にエッチングマスクを形成し、該エッチングマスクを用いて該絶縁膜をエッチングして開口部を形成することで、第２の絶縁層４１８を形成する。該開口部は、第２の導電層４２０のソース電極またはドレイン電極となる部分と重畳して形成した。
【０３００】
次に、第３の絶縁層４２８上に厚さ５０ｎｍの第３の導電層４３０となる導電膜をスパッタリング法により形成した。その後、該導電膜上にエッチングマスクを形成してエッチングを行い、第３の導電層４３０を形成した。
【０３０１】
以上のように形成したサンプル３及び比較例サンプル２のＩｄ−Ｖｇカーブを取得した。図１８は、サンプル３について取得したＩｄ−Ｖｇカーブを示し、図１９は、比較例サンプル２について取得したＩｄ−Ｖｇカーブを示す。
【０３０２】
ここで、Ｉｄは、ソース電極とドレイン電極の間を流れる電流を示し、Ｖｇは、ソース電極の電位を基準としたゲート電極の電位との電位差を示す。
【０３０３】
ゲート電圧がオフ電流の最小値におけるゲート電圧よりも１０Ｖ小さいときのオフ電流について、上記のサンプル３と比較例サンプル２を比較すると、サンプル３のほうが、オフ電流値が小さい。
【０３０４】
上記のサンプル３と比較例サンプル２を比較すると、サンプル３のほうが、閾値電圧が大きい。
【０３０５】
また、上記のサンプル３と比較例サンプル２を比較すると、サンプル３のほうが、電界効果移動度が高い。
【０３０６】
また、上記のサンプル３と比較例サンプル２を比較すると、サンプル３のほうが、オフ電流が小さい。
【０３０７】
上記した電気的特性の比較結果を下記の表４に示す。
【０３０８】
【表４】
0005938179.tif 000005
【０３０９】
以上説明したように、本発明の一態様である半導体装置の作製方法を適用することで、少なくとも、オフ電流値を小さくし、閾値電圧を小さくし、電界効果移動度を高くすることができることがわかる。
【符号の説明】
【０３１０】
１００    基板
１０２    結晶性半導体膜
１０４    非晶質半導体膜
１０６    エッチングマスク
１０８    非晶質半導体層
１１１    第１の領域
１１２    第２の領域
２００    基板
２０２    第１の導電層
２０４    第１の絶縁層
２０６    第１の半導体膜
２０８    第２の半導体膜
２１０    不純物半導体膜
２１１    エッチングマスク
２１２    薄膜積層体
２１４    導電膜
２１５    エッチングマスク
２１６    第１の半導体層
２１８    第２の半導体層
２２０    不純物半導体層
２２２    第２の導電層
２２４    第２の絶縁層
２２５    開口部
２２６    第３の導電層
３００    基板
３０２    第１の導電層
３０４    第１の絶縁層
３０６    第１の半導体層
３０８    第２の半導体層
３１０    不純物半導体層
３１２    第２の導電層
３１４    第２の絶縁層
３１６    第３の絶縁層
３１６Ａ    第３の絶縁層
３１６Ｂ    第３の絶縁層
３１８    第３の導電層
３１８Ａ    第３の導電層
３１８Ｂ    第３の導電層
３２０    開口部
３２２    開口部
４００    基板
４０２    第１の導電層
４０４    第１の絶縁層
４０６    第１の半導体膜
４０８    第２の半導体膜
４１０    不純物半導体膜
４１１    エッチングマスク
４１２    薄膜積層体
４１４    導電膜
４１６    絶縁膜
４１７    エッチングマスク
４１８    第２の絶縁層
４２０    第２の導電層
４２２    第１の半導体層
４２４    第２の半導体層
４２６    不純物半導体層
４２８    第３の絶縁層
４２９    開口部
４２９Ｐ    開口部
４３０    第３の導電層
４３１    開口部
４３１Ｐ    開口部
４４０    エッチングマスク
５００Ａ    ゲート
５００Ｂ    ゲート
５００Ｃ    ゲート
５００Ｄ    ゲート
５０２Ａ    配線
５０２Ｂ    配線
５０２Ｃ    配線
５０２Ｄ    配線
５０４Ａ    電極
５０４Ｂ    電極
５０４Ｃ    電極
５０４Ｄ    電極
５０６Ａ    電極
５０６Ｂ    電極
５０６Ｃ    電極
５０６Ｄ    電極
５０８Ａ    バックゲート
５０８Ｂ    バックゲート
５０８Ｃ    バックゲート
５０８Ｄ    バックゲート
５１０Ａ    開口部
５１０Ｂ    開口部
５１０Ｃ    開口部
５１０Ｄ    開口部
５１２    開口部
６００    電子書籍
６０１    筐体
６０３    筐体
６０５    表示部
６０６    光電変換装置
６０７    表示部
６０８    光電変換装置
６１１    軸部
６２１    電源
６２３    操作キー
６２５    スピーカ
７００    テレビジョン装置
７０１    筐体
７０３    表示部
７０５    スタンド
７０７    表示部
７０９    操作キー
７１０    リモコン操作機
７２０    デジタルフォトフレーム
７２１    筐体
７２３    表示部
７４１    上部筐体
７４２    下部筐体
７４３    表示部
７４４    キーボード
７４５    外部接続ポート
７４６    ポインティングデバイス
７４７    表示部
【図１】
0005938179.tif 000006
【図２】
0005938179.tif 000007
【図３】
0005938179.tif 000008
【図４】
0005938179.tif 000009
【図５】
0005938179.tif 000010
【図６】
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【図７】
0005938179.tif 000012
【図８】
0005938179.tif 000013
【図９】
0005938179.tif 000014
【図１０】
0005938179.tif 000015
【図１１】
0005938179.tif 000016
【図１２】
0005938179.tif 000017
【図１３】
0005938179.tif 000018
【図１４】
0005938179.tif 000019
【図１５】
0005938179.tif 000020
【図１６】
0005938179.tif 000021
【図１８】
0005938179.tif 000022
【図１９】
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【図２１】
0005938179.tif 000024
【図２２】
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【図２３】
0005938179.tif 000026
【図１７】
0005938179.tif 000027
【図２０】
0005938179.tif 000028