(57)【要約】  本発明の薄膜トランジスタは、優れたオン特性と優れたオフ特性とを両立させることができ、電気特性がソース電極およびドレイン電極の入れ替えに対して対称となる薄膜トランジスタを提供することを目的とするものであって、基板（１００）と、ゲート電極（１１０）と、ゲート絶縁層（１２０）と、ゲート電極（１１０）の上方のゲート絶縁層（１２０）上に形成された結晶性シリコン層（１３１）と、ゲート絶縁層（１２０）上であって結晶性シリコン層（１３１）の両側に形成され、結晶性シリコン層（１３１）の膜厚より膜厚が薄い非結晶性シリコン層（１３０）と、結晶性シリコン層（１３１）上に形成されたチャネル保護層（１４０）と、ソース電極（１７１）およびドレイン電極（１７２）とを備える。
2013005250.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極上に形成されたゲート絶縁層と、
前記ゲート電極の上方の前記ゲート絶縁層上に形成された結晶性シリコン層と、
前記ゲート絶縁層上であって前記結晶性シリコン層の両側に形成され、前記結晶性シリコン層の膜厚より膜厚が薄い非結晶性シリコン層と、
前記結晶性シリコン層上に形成されたチャネル保護層と、
前記チャネル保護層の端部の上面、前記チャネル保護層および前記結晶性シリコン層の側面、並びに前記非結晶性シリコン層の上面に沿って、前記非結晶性シリコン層の一方の上方に形成されたソース電極および前記非結晶性シリコン層の他方の上方に形成されたドレイン電極とを備える、
薄膜トランジスタ。
【請求項２】
前記結晶性シリコン層に含まれる結晶の平均粒径が１０ｎｍ以上１μｍ以下である、
請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項３】
前記結晶性シリコン層の側面と前記チャネル保護層の側面とは面一である、
請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項４】
基板と、
前記基板上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極上に形成されたゲート絶縁層と、
前記ゲート電極の上方の前記ゲート絶縁層上に形成された第１結晶性シリコン層と、
前記ゲート絶縁層上であって前記第１結晶性シリコン層の両側に形成され、前記第１結晶性シリコン層の膜厚より膜厚が薄い第２結晶性シリコン層と、
前記第１結晶性シリコン層上に形成されたチャネル保護層と、
前記チャネル保護層の端部の上面、前記チャネル保護層および前記第１結晶性シリコン層の側面、並びに前記第２結晶性シリコン層の上面に沿って、前記第２結晶性シリコン層の一方の上方に形成されたソース電極および前記第２結晶性シリコン層の他方の上方に形成されたドレイン電極とを備え、
前記第１結晶性シリコン層に含まれる結晶の平均粒径が、前記第２結晶性シリコン層に含まれる結晶の平均粒径より大きい、
薄膜トランジスタ。
【請求項５】
前記第１結晶性シリコン層に含まれる結晶の平均粒径は４０ｎｍ以上１μｍ以下であり、
前記第２結晶性シリコン層に含まれる結晶の平均粒径は１０ｎｍ以上４０ｎｍ未満である、
請求項４に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項６】
前記第１結晶性シリコン層の側面と前記チャネル保護層の側面とが面一である、
請求項４に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項７】
基板を準備する第１工程と、
前記基板上にゲート電極を形成する第２工程と、
前記ゲート電極上にゲート絶縁層を形成する第３工程と、
前記ゲート絶縁層上に非結晶性シリコン層を形成する第４工程と、
前記非結晶性シリコン層上にチャネル保護層を形成する第５工程と、
前記非結晶性シリコン層および前記チャネル保護層を加工することで、上層がチャネル保護層であり、下層が非結晶性シリコン層である凸部を形成する第６工程と、
レーザー光を前記非結晶性シリコン層の前記凸部、前記凸部の下方の部分および前記凸部の両側の部分に照射して、前記非結晶性シリコン層の前記凸部および前記凸部の下方の部分を結晶性シリコン層とし、前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分を非結晶性シリコン層のまま残す第７工程と、
前記チャネル保護層の端部の上面、前記チャネル保護層および前記結晶性シリコン層の側面、並びに前記非結晶性シリコン層の上面に沿って、前記非結晶性シリコン層の一方の上方にソース電極を形成し、前記非結晶性シリコン層の他方の上方にドレイン電極を形成する第８工程とを含み、
前記第７工程において、
前記非結晶性シリコン層の前記レーザー光に対する吸収率は、前記チャネル保護層の下方に対応する、前記非結晶性シリコン層の前記凸部および前記凸部の下方の部分の吸収率が、前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の吸収率より大きい、
薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項８】
前記第７工程において、
前記レーザー光の照射により、平均粒径が１０ｎｍ以上１μｍ以下の結晶を含む前記結晶性シリコン層を形成する、
請求項７に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項９】
前記第７工程において、
前記レーザー光の波長が４７３ｎｍ以上５６１ｎｍ以下である、
請求項７又は８に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１０】
基板を準備する第１工程と、
前記基板上にゲート電極を形成する第２工程と、
前記ゲート電極上にゲート絶縁層を形成する第３工程と、
前記ゲート絶縁層上に非結晶性シリコン層を形成する第４工程と、
前記非結晶性シリコン層上にチャネル保護層を形成する第５工程と、
前記非結晶性シリコン層およびチャネル保護層を加工することで、上層がチャネル保護層であり、下層が非結晶性シリコン層である凸部を形成する第６工程と、
レーザー光を前記非結晶性シリコン層の前記凸部、前記凸部の下方の部分および前記凸部の両側の部分に照射して、前記非結晶性シリコン層の前記凸部および前記凸部の下方の部分を第１結晶性シリコン層とし、前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分を第２結晶性シリコン層とする第７工程と、
前記チャネル保護層の端部の上面、前記チャネル保護層および前記第１結晶性シリコン層の側面、並びに前記第２結晶性シリコン層の上面に沿って、前記第２結晶性シリコン層の一方の上方にソース電極を形成し、前記第２結晶性シリコン層の他方の上方にドレイン電極を形成する第８工程とを含み、
前記第７工程において、
前記非結晶性シリコン層の前記レーザー光に対する吸収率は、前記チャネル保護層の下方に対応する、前記非結晶性シリコン層の前記凸部および前記凸部の下方の部分の吸収率が、前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の吸収率より大きく、
前記第２結晶性シリコン層に含まれる結晶の平均粒径より大きい平均粒径の結晶を含む前記第１結晶性シリコン層を形成する、
薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１１】
前記第１結晶性シリコン層に含まれる結晶の平均粒径は４０ｎｍ以上１μｍ以下であり、
前記第２結晶性シリコン層に含まれる結晶の平均粒径は１０ｎｍ以上４０ｎｍ未満である、
請求項１０に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１２】
前記第７工程において、
前記レーザー光の波長が４７３ｎｍ以上５６１ｎｍ以下である、
請求項１０又は１１に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１３】
前記第７工程において、
前記レーザー光の波長は４７３ｎｍであり、
前記第６工程において、
前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の上面までの膜厚が、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚より１３ｎｍ以上薄くなるように前記凸部を形成する、
請求項１２に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１４】
前記第７工程において、
前記レーザー光の波長は５３２ｎｍであり、
前記第６工程において、
前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の上面までの膜厚が、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚より１５ｎｍ以上薄くなるように前記凸部を形成する、
請求項１２に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１５】
前記第７工程において、
前記レーザー光の波長は５６１ｎｍであり、
前記第６工程において、
前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の上面までの膜厚が、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚より１６ｎｍ以上薄くなるように前記凸部を形成する、
請求項１２に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１６】
前記第７工程において、
前記非結晶性シリコン層の前記凸部およびその下方の部分の前記レーザー光の吸収率と、前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の前記レーザー光の吸収率との差分は、３％以上である、
請求項１０〜１５のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１７】
前記第７工程において、
前記レーザー光の波長は４７３ｎｍであり、
前記第６工程において、
前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の上面までの膜厚が、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚より４ｎｍ以上薄くなるように前記凸部を形成する、
請求項９又は１２に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１８】
前記第６工程において、
前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の上面までの膜厚が２７ｎｍ以下０ｎｍ超であり、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚が３５ｎｍ以上であるように前記凸部を形成する、
請求項１７に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１９】
前記第７工程において、
前記レーザー光の波長は５３２ｎｍであり、
前記第６工程において、
前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の上面までの膜厚が、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚より５ｎｍ以上薄くなるように前記凸部を形成する、
請求項９又は１２に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２０】
前記第６工程において、
前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の上面までの膜厚が３０ｎｍ以下０ｎｍ超であり、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚が４０ｎｍ以上であるように前記凸部を形成する、
請求項１９に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２１】
前記第７工程において、
前記レーザー光の波長は５６１ｎｍであり、
前記第６工程において、
前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の上面までの膜厚が、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚より５ｎｍ以上薄くなるように前記凸部を形成する、
請求項９又は１２に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２２】
前記第６工程において、
前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の上面までの膜厚が３２ｎｍ以下０ｎｍ超であり、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚が４２ｎｍ以上であるように前記凸部を形成する、
請求項２１に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２３】
前記第７工程において、
前記非結晶性シリコン層の前記凸部およびその下方の部分の前記レーザー光の吸収率は３０％以上であり、
前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の前記レーザー光の吸収率は２０％以下である、
請求項７〜２２のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２４】
前記第７工程において、
前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の上面までの膜厚に前記非結晶性シリコン層の屈折率を積算した値である前記非結晶性シリコン層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値は、０．２８６以下であり、
前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚に前記非結晶性シリコン層の屈折率を積算した値である前記非結晶性シリコン層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値は、０．３８１以上である、
請求項７〜２３のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２５】
前記第７工程において、
ｌおよびｍを０から始まる整数とし、
前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚に前記非結晶性シリコン層の屈折率を積算した値である前記非結晶性シリコン層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値をＸとし、
前記ゲート絶縁層の膜厚に前記ゲート絶縁層の屈折率を積算した値である前記ゲート絶縁層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値をＹとし、
前記Ｘおよび前記Ｙは、下記の（式１）および（式２）を満たす、
請求項７〜２４のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
（式１）０．５０ｍ≦Ｙ≦０．４０＋０．５０ｍ
（式２）−４．００（Ｘ−０．５０ｌ）＋１．９２＋０．５０ｍ≦Ｙ≦−４．００（Ｘ−０．５０ｌ）＋２．６８＋０．５０ｍ
【請求項２６】
前記第３工程において、
窒化シリコン層と、前記窒化シリコン層上に形成された酸化シリコン層とから構成される前記ゲート絶縁層を形成する、
請求項７〜２４のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２７】
前記ゲート絶縁層は、前記窒化シリコン層および前記酸化シリコン層が構成する直列キャパシタの有する静電容量と、膜厚が１００ｎｍ以上１４０ｎｍ以下の単層の酸化シリコン層の静電容量とが等しくなるような膜厚で形成される、
請求項２６に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２８】
前記第７工程において、
ｎを０から始まる整数とし、
前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚に前記非結晶性シリコン層の屈折率を積算した値である前記非結晶性シリコン層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値をＸとし、
窒化シリコン層と酸化シリコン層とで構成されるゲート絶縁層を酸化シリコン層の屈折率で換算した光学膜厚を、酸化シリコン層の屈折率とレーザー光の波長とを積算した値で除算した値をＹとし、
前記Ｘおよび前記Ｙは、下記の（式３）および（式４）、又は（式５）および（式６）を満たす、
請求項２６又は２７に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
（式３）０．２２６≦Ｙ≦０．２６
（式４）−２．９０（Ｘ−０．５ｎ）+１．３９≦Ｙ≦−２．９０（Ｘ−０．５ｎ）＋１．９７
（式５）０．３４０≦Ｙ≦０．５４３
（式６）−２．９０（Ｘ−０．５ｎ）＋１．７０≦Ｙ≦−２．９０（Ｘ−０．５ｎ）＋２．２８
【請求項２９】
前記第６工程において、
前記チャネル保護層の膜厚に前記チャネル保護層の屈折率を積算した値である前記チャネル保護層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値をＺとし、ｋを０から始まる整数とし、
前記Ｚは、下記の（式７）を満たす、
請求項７〜２８のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
（式７）０．５×（ｋ＋０．３）≦Ｚ≦０．５×（ｋ＋０．７） 
【請求項３０】
前記第６工程において、
前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚が１００ｎｍ以下であるように前記凸部を形成する、
請求項７〜２９のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３１】
前記第６工程において、
前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の上面までの膜厚が１０ｎｍ以上であるように前記凸部を形成する、
請求項７〜３０のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３２】
前記第６工程において、
前記下層の非結晶性シリコン層の側面と前記上層のチャネル保護層の側面とが面一となった前記凸部を形成する、
請求項７〜３１のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３３】
前記第１工程において、
表面にアンダーコート層が形成された前記基板を準備し、
前記第２工程では、
前記アンダーコート層上に前記ゲート電極を形成する、
請求項７〜３２のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３４】
前記第２工程において、
Ｍｏ又はＭｏＷを含む高融点金属または当該高融点金属の合金からなる金属膜を前記ゲート電極として形成する、
請求項７〜３３のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３５】
前記第３工程において、
前記レーザー光の波長に対して消衰係数が０．０１以下である膜を前記ゲート絶縁層として形成する、
請求項７〜３４のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３６】
前記第３工程において、
酸化シリコン層を前記ゲート絶縁層として形成する、
請求項７〜３５のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３７】
前記第３工程において、
窒化シリコン層を前記ゲート絶縁層として形成する、
請求項７〜３５のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３８】
前記第５工程において、
前記レーザー光の波長に対して消衰係数が０．０１以下である膜を前記チャネル保護層として形成する、
請求項７〜３７のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３９】
前記第５工程において、
酸化シリコン層をチャネル保護層として形成する、
請求項３８に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項４０】
前記第５工程において、
窒化シリコン層をチャネル保護層として形成する、
請求項３８に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項４１】
前記第７工程において、
前記レーザー光は、連続発振モードまたは擬似連続発振モードの光である、
請求項７〜４０のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項４２】
前記第７工程において、
前記レーザー光は、固体レーザー装置から発せられた光である、
請求項７〜４０のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項４３】
前記第７工程において、
前記レーザー光は、半導体レーザー素子を用いたレーザー装置から発せられた光である、
請求項７〜４０のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項４４】
前記第７工程において、
前記レーザー光の前記非結晶性シリコン層上における照射エネルギー密度の変動は、５％未満である、
請求項７〜４３のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項４５】
前記第７工程において、
レーザー光を一定のスキャンスピードで、前記非結晶性シリコン層の前記凸部、前記凸部の下方の部分および前記凸部の両側の部分に照射する、
請求項７〜４４のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項４６】
液晶パネル又は有機ＥＬパネルを備える表示装置であって、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタを備え、
前記薄膜トランジスタは、前記表示装置が前記液晶パネルを備える場合に前記液晶パネルを駆動させ、前記表示装置が前記有機ＥＬパネルを備える場合に前記有機ＥＬパネルを駆動させる、
表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜トランジスタおよびその製造方法ならびに表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶ディスプレイに変わる次世代フラットパネルディスプレイの一つとしての有機材料のＥＬ（ElectroLuminescence）を利用した有機ＥＬディスプレイが注目されている。有機ＥＬディスプレイは、電圧駆動型の液晶ディスプレイと異なり電流駆動型のデバイスであり、アクティブマトリクス方式の表示装置の駆動回路として優れたオンオフ特性を有する薄膜トランジスタ（薄膜半導体装置）の開発が急がれている。【０００３】
優れたオン特性を実現する薄膜トランジスタとして、ゲート絶縁層上に一層の半導体層を形成し、これを凸形状のチャネル層とした薄膜トランジスタが開示されている（特許文献１）。この開示技術では、凸形状の底面から凸形状の中央上面までの膜厚より、凸形状の底面から凸形状の両側上面までの膜厚を薄くしている。すなわち、電流経路となるチャネル層の凸形状の下部において、チャネル層の凸形状の両側の下部を介して、ソース電極とドレイン電極との間に電流が流れる際、チャネル層の凸形状の両側の下部はチャネル層の凸形状の上部よりは膜厚が薄いので、チャネル層の垂直方向の抵抗成分を小さくすることができる。そのため、チャネル層の凸形状の下部の横断抵抗を低く抑えることができ、薄膜トランジスタのオン電流を増大することができる。なお、非結晶性シリコンの移動度が１ｃｍ２／Ｖｓ程度であるのに対し、結晶性シリコンの移動度は１００ｃｍ２／Ｖｓ程度と大きい。このため、優れたオン特性を有する薄膜トランジスタを実現するためには、半導体層は結晶性シリコンで形成することが望ましい。【０００４】
また、優れたオン特性とオフ特性とを実現する薄膜トランジスタとして、ゲート絶縁層上に結晶性シリコン層を形成し、結晶性シリコン層の両側に非結晶性シリコン層を形成した薄膜トランジスタが開示されている（特許文献２）。この開示技術では、チャネル層として非結晶性シリコンを結晶化するために、ソース電極とドレイン電極との間の開口部から非結晶性シリコンにレーザー光を照射する。これにより、チャネル層の中央領域の非結晶性シリコンを結晶性シリコンとして形成し、チャネル層での電流経路として結晶性シリコンを形成することで薄膜トランジスタのオン電流を増加している。また、一般に薄膜トランジスタがオフ動作をする場合、チャネル層とドレインとが逆バイアス状態となって形成された空乏層がキャリアの障壁となりオフ動作を実現させている。しかしながら、空乏層内では電子およびホールが熱的に生成され、熱生成電流としてオフ特性を悪化させる。さらに、ゲート電圧をオフ側に大きく印加すると、ゲート電極に面したチャネル層に空乏層が形成する。ここで、空乏層には大きな電界が集中的に印加されるため、チャネル層のバンドが大きく曲がり、トンネル電流が発生し、リーク電流としてオフ特性を悪化させる。この開示技術では、結晶性シリコン層の両側に非結晶性シリコン層を形成している。結晶性シリコンに比べ非結晶性シリコンのバンドギャップは大きく、電子およびホールを熱生成するために必要なエネルギーや、トンネル効果が起こるポテンシャル障壁が大きくなるため、結晶性シリコン層の両側に非結晶性シリコン層を形成することで、熱生成電流およびトンネルリーク電流の発生を防ぎ、オフ電流を低下させている。このように、オン電流を増大させる結晶性シリコンとオフ電流を低下させる非結晶性シリコンとをチャネル層として形成することで、優れたオン特性とオフ特性とを実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６７９４６８２号明細書
【特許文献２】特開２００５−３２２８９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の開示技術では、中央部の膜厚の厚い領域と両側端部の膜厚の薄い領域とでは膜質は同一であるため、オフ電流を低下させるにも限界がある。すなわち、両側端部の膜厚の薄い領域では膜厚を薄くする分だけ連動して空乏層の体積も減少し、リーク電流が減少する傾向はある。しかしながら、特許文献２のように、結晶性シリコン層の両側に非結晶性シリコン層を設ける場合以上にオフ電流を減少させることは困難である。このため、特許文献１の開示技術において、チャネル層が結晶性シリコンからなる薄膜トランジスタでは、熱生成電流およびトンネル電流はオフ特性を著しく悪化させ、優れたオフ特性を実現する上で深刻な問題となる。【０００７】
また、特許文献２の開示技術では、ソース電極とドレイン電極とチャネル保護層とチャネル層とが重複する部分は非結晶性シリコンとなっている。すなわち、チャネル保護層の幅で定義される薄膜トランジスタのチャネル長のうち、非結晶性シリコン層が占める割合が大きい。非結晶性シリコン層は抵抗成分として働き、チャネル層に水平な電流経路の障壁となる。また、結晶性シリコン層の膜厚と非結晶性シリコン層の膜厚とは同一であって、結晶性シリコン層の上面と非結晶性シリコン層の上面とは平坦な連続した面である。従って、ソース電極とドレイン電極との間にチャネル層の両側を介して電流が流れる際、チャネル層の両側の非結晶性シリコンは厚みを有するので、非結晶性シリコン層は抵抗成分として働き、チャネル層に垂直な電流経路の障壁となる。このように、非結晶性シリコンによる抵抗成分が、チャネル層において、水平な方向にも垂直な方向にも存在するため、オン特性を向上させるにも限界がある。【０００８】
さらに、ソース電極およびドレイン電極を形成する際、製造ばらつきが生じるため、ソース電極およびドレイン電極の形成前に存在する下層に対してソース電極およびドレイン電極の位置を全く均等に形成することは困難である。ソース電極およびドレイン電極が下層に対して不均一に配置された場合、ソース電極およびドレイン電極の開口部から非結晶性シリコン層にレーザー照射を行って非結晶性シリコンの結晶化により結晶性シリコン層を形成すると、チャネル経路における結晶性シリコン層からソース電極までの距離と、結晶性シリコン領域からドレイン電極までの距離とが均等ではなくなる。すなわち、ソース電極とドレイン電極とチャネル保護層とチャネル層とが重複する部分に存在する非結晶性シリコン層によるチャネル経路における抵抗成分について、ソース電極側、またはドレイン電極側のいずれかに偏りが生じるため、異なる基板間における薄膜トランジスタの特性がばらついてしまう。大型基板に薄膜トランジスタを形成する場合、小型基板に比べてソース電極およびドレイン電極の形成時の位置ずれは大きくなるため、大型基板に薄膜トランジスタを形成する上で特に問題となる。また、同一の基板内においても、ソース電極とドレイン電極とを入れ替えて動作させる場合、電気特性がソース電極およびドレイン電極の入れ替えに対して非対称となってしまう。電気特性がソース電極およびドレイン電極の入れ替えに対して非対称となると、薄膜トランジスタにより構成される駆動回路の動作において、電気特性の非対称性に付随する問題が発生しうる。例えば、電気特性が非対称な薄膜トランジスタを液晶ディスプレイのスイッチングトランジスタとして用いた場合、フリッカーが生じ、画像表示装置としての表示特性が損なわれてしまう。【０００９】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、優れたオン特性と優れたオフ特性とを両立させることができ、電気特性がソース電極およびドレイン電極の入れ替えに対して対称となる薄膜トランジスタおよびその製造方法ならびに表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の薄膜トランジスタは、基板と、前記基板上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極上に形成されたゲート絶縁層と、前記ゲート電極の上方の前記ゲート絶縁層上に形成された結晶性シリコン層と、前記ゲート絶縁層上であって前記結晶性シリコン層の両側に形成され、前記結晶性シリコン層の膜厚より膜厚が薄い非結晶性シリコン層と、前記結晶性シリコン層上に形成されたチャネル保護層と、前記チャネル保護層の端部の上面、前記チャネル保護層および前記結晶性シリコン層の側面、並びに前記非結晶性シリコン層の上面に沿って、前記非結晶性シリコン層の一方の上方に形成されたソース電極および前記非結晶性シリコン層の他方の上方に形成されたドレイン電極とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、優れたオン特性と優れたオフ特性とを両立させることができ、電気特性がソース電極およびドレイン電極の入れ替えに対して対称となる薄膜トランジスタおよびその製造方法ならびに表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る薄膜トランジスタの構成を模式的に示した断面図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態に係る薄膜トランジスタの製造方法における各工程の構成を模式的に示した断面図である。
【図３】図３は、チャネル層の結晶性を変化させたときの薄膜トランジスタの電流電圧特性の変化を示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、レーザーアニールにおいて、非結晶性シリコン層のレーザー光の吸収率と、レーザー光のスキャンスピードとを変化させたときの結晶性シリコン層の結晶性の変化を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、非結晶性シリコン層への光吸収率の計算方法を説明するための図である。
【図５Ａ】図５Ａは、レーザーアニールにおいて、非結晶性シリコン層の膜厚と、ゲート絶縁層の膜厚とをそれぞれ変化させた場合の、非結晶性シリコン層の吸収率の計算結果を示す等高線図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、レーザーアニールにおいて、非結晶性シリコン層の膜厚と、ゲート絶縁層の膜厚とをそれぞれ変化させた場合の、非結晶性シリコン層の吸収率の計算結果を示す等高線図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、レーザーアニールにおいて、非結晶性シリコン層の膜厚と、ゲート絶縁層の膜厚とをそれぞれ変化させた場合の、非結晶性シリコン層の吸収率の計算結果を示す等高線図である。
【図５Ｄ】図５Ｄは、レーザーアニールにおいて、非結晶性シリコン層の膜厚と、ゲート絶縁層の膜厚とをそれぞれ変化させた場合の、非結晶性シリコン層の吸収率の計算結果を示す等高線図である。
【図５Ｅ】図５Ｅは、レーザーアニールにおいて、非結晶性シリコン層の膜厚と、ゲート絶縁層の膜厚とをそれぞれ変化させた場合の、非結晶性シリコン層の吸収率の計算結果を示す等高線図である。
【図５Ｆ】図５Ｆは、レーザーアニールにおいて、非結晶性シリコン層の膜厚と、ゲート絶縁層の膜厚とをそれぞれ変化させた場合の、非結晶性シリコン層の吸収率の計算結果を示す等高線図である。
【図６Ａ】図６Ａは、レーザーアニールにおいて、ゲート絶縁層の膜厚にゲート絶縁層の屈折率を積算した値であるゲート絶縁層の光学膜厚を、レーザー光の波長で除算した値を０．３３０（波長５３２ｎｍで酸化シリコン層膜厚が１２０ｎｍに対応）としたときの非結晶性シリコン層の吸収率の変化を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図５Ａ〜図５Ｆの横軸の値を非結晶性シリコン層の膜厚に変換した値の例を示す図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、図５Ａ〜図５Ｆの縦軸の値を酸化シリコン層、または窒化シリコン層の膜厚に変換した値の例を示す図である。
【図７】図７は、レーザーアニールにおいて、チャネル保護層の膜厚と、ゲート絶縁層の膜厚とをそれぞれ変化させた場合の、非結晶性シリコン層の凸部の吸収率の計算結果を示す等高線図である。
【図８Ａ】図８Ａは、チャネル保護層の膜厚を変化させた場合の、非結晶性シリコン層の凸部の吸収率の変化を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、チャネル保護層の膜厚を変化させた場合の、非結晶性シリコン層の凸部の吸収率の変化を示す図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、チャネル保護層の膜厚を変化させた場合の、非結晶性シリコン層の凸部の吸収率の変化を示す図である。
【図９】図９は、本発明の第２の実施形態に係る薄膜トランジスタの構成を模式的に示した断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第２の実施形態に係る薄膜トランジスタの製造方法における各工程の構成を模式的に示した断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の第１および第２の実施形態の変形例に係る薄膜トランジスタの構成を模式的に示した断面図である。
【図１２】図１２は、レーザーアニールにおいて、非結晶性シリコン層のレーザー光の吸収率と、レーザー光のスキャンスピードとを変化させたときの結晶性シリコン層の結晶性の変化を示す図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、レーザーアニールにおいて、非結晶性シリコン層の膜厚と、ゲート絶縁層の膜厚とをそれぞれ変化させた場合の、非結晶性シリコン層の吸収率の計算結果を示す等高線図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、図１３Ａの縦軸の値を、ゲート絶縁層１２０を構成する酸化シリコン層と窒化シリコン層の膜厚に変換した値の例を示す図である。
【図１３Ｃ】図１３Ｃは、図１３Ａの縦軸の値を、ゲート絶縁層１２０を構成する酸化シリコン層と窒化シリコン層の膜厚に変換した値の例を示す図である。
【図１３Ｄ】図１３Ｄは、図１３Ａの縦軸の値を、ゲート絶縁層１２０を構成する酸化シリコン層と窒化シリコン層の膜厚に変換した値の例を示す図である。
【図１４】図１４は、本発明の第１および第２の実施形態の比較例に係る薄膜トランジスタの構成を模式的に示した断面図である。
【図１５】図１５は、本発明の第３の実施形態に係る表示装置の外観図である。
【図１６】図１６は、本発明の第３の実施形態に係る有機ＥＬパネルの一部切り欠き斜視図である。
【図１７】図１７は、本発明の第３の実施形態に係る有機ＥＬパネルの画素の回路構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る薄膜トランジスタは、基板と、前記基板上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極上に形成されたゲート絶縁層と、前記ゲート電極の上方の前記ゲート絶縁層上に形成された結晶性シリコン層と、前記ゲート絶縁層上であって前記結晶性シリコン層の両側に形成され、前記結晶性シリコン層の膜厚より膜厚が薄い非結晶性シリコン層と、前記結晶性シリコン層上に形成されたチャネル保護層と、前記チャネル保護層の端部の上面、前記チャネル保護層および前記結晶性シリコン層の側面、並びに前記非結晶性シリコン層の上面に沿って、前記非結晶性シリコン層の一方の上方に形成されたソース電極および前記非結晶性シリコン層の他方の上方に形成されたドレイン電極とを備えることを特徴とする。
【００１４】
ここで、前記結晶性シリコン層に含まれる結晶の平均粒径が１０ｎｍ以上１μｍ以下であってもよい。
【００１５】
また、前記結晶性シリコン層の側面と前記チャネル保護層の側面とは面一であってもよい。
【００１６】
本態様によると、チャネル保護層の下に形成された結晶性シリコン層と、結晶性シリコン層の両側に形成された非結晶性シリコン層とからなる凸形状のチャネル層を形成し、チャネル層の底面からチャネル層の凸部の上面までの膜厚より、チャネル層の底面からチャネル層の凸部の両側の部分の上面までの膜厚を薄くしている。結晶性シリコン層はチャネル保護層の下に形成され、チャネル保護層の幅で定義されるチャネル長のうち、全てを結晶性シリコン層が占めるため、非結晶性シリコン層によるチャネル層の水平方向の抵抗成分は減少する。さらに、チャネル層の底面から凸部の上面までの膜厚に比べ、チャネル層の底面からチャネル層の凸部の両側の部分の上面までの膜厚が薄くなるため、チャネル層の底面から凸部の上面までの膜厚と、チャネル層の底面から凸部の両側の部分の上面までの膜厚とが等しい場合に比較し、非結晶性シリコン層によるチャネル層の垂直方向の抵抗成分は減少する。このように、チャネル保護層の幅で定義されるチャネル長のうち、全てを結晶性シリコン層に占めさせるとともに、非結晶性シリコン層によるチャネル層の水平な抵抗成分と、垂直な抵抗成分とを減少させるため、オン特性を著しく向上させることができる。
【００１７】
また、本態様によると、チャネル層の凸部の両側の部分は非結晶性シリコン層からなるので、チャネルの凸部の両側の部分が結晶性シリコン層からなる場合よりチャネル層の凸部の両側の部分のバンドギャップが大きくなる。従って、熱生成電流およびトンネル電流を大幅に抑制でき、オフ特性を大幅に下げることができる。また、チャネル層の底面から凸部の上面までの膜厚に比べ、チャネル層の底面から凸部の両側の部分の上面までの膜厚が薄くなるため、熱生成電流およびトンネル電流の発生源となる空乏層の体積を減少させ、オフ電流を減少させることができ、オフ特性を著しく向上させることができる。
【００１８】
これらの作用により、優れたオン特性とオフ特性とを両立させることができる。
【００１９】
さらに、本態様では、前述したように、チャネル保護層の幅で定義されるチャネル長のうち、全てを結晶性シリコン層が占める。従って、ソース電極とドレイン電極とが下層のチャネル保護層に対して不均一に配置された場合でも、チャネル経路における結晶性シリコン層からソース電極までの距離と、チャネル経路における結晶性シリコン層からドレイン電極までの距離とが均等となり、異なる基板間における薄膜トランジスタの特性ばらつきを抑えることができる。また、同一の基板内においても、ソース電極とドレイン電極とを入れ替えて動作させる場合、電気特性がソース電極とドレイン電極との入れ替えに対して対称となり、薄膜トランジスタにより構成される駆動回路の動作において、電気特性の非対称性に付随する問題の発生を抑えることができる。
【００２０】
また、本発明の一態様に係る薄膜トランジスタは、基板と、前記基板上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極上に形成されたゲート絶縁層と、前記ゲート電極の上方の前記ゲート絶縁層上に形成された第１結晶性シリコン層と、前記ゲート絶縁層上であって前記第１結晶性シリコン層の両側に形成され、前記第１結晶性シリコン層の膜厚より膜厚が薄い第２結晶性シリコン層と、前記第１結晶性シリコン層上に形成されたチャネル保護層と、前記チャネル保護層の端部の上面、前記チャネル保護層および前記第１結晶性シリコン層の側面、並びに前記第２結晶性シリコン層の上面に沿って、前記第２結晶性シリコン層の一方の上方に形成されたソース電極および前記第２結晶性シリコン層の他方の上方に形成されたドレイン電極とを備え、前記第１結晶性シリコン層に含まれる結晶の平均粒径が、前記第２結晶性シリコン層に含まれる結晶の平均粒径より大きいことを特徴とする。
【００２１】
ここで、前記第１結晶性シリコン層に含まれる結晶の平均粒径は４０ｎｍ以上１μｍ以下であり、前記第２結晶性シリコン層に含まれる結晶の平均粒径は１０ｎｍ以上４０ｎｍ未満であってもよい。
【００２２】
また、前記第１結晶性シリコン層の側面と前記チャネル保護層の側面とが面一であってもよい。
【００２３】
本態様によれば、チャネル保護層の下に形成された低抵抗の第１結晶性シリコン層と、第１結晶性シリコン層の両側に形成された、第１結晶性シリコン層に比べ結晶の平均粒径が小さく高抵抗の第２結晶性シリコン層とからなる凸形状のチャネル層を形成し、チャネル層の底面からチャネル層の凸部の上面までの膜厚より、チャネル層の底面からチャネル層の凸部の両側の部分の上面までの膜厚を薄くしている。従って、第１結晶性シリコン層はチャネル保護層の下に形成され、チャネル保護層の幅で定義されるチャネル長のうち、全てを低抵抗の結晶性シリコン層が占めるため、高抵抗の結晶性シリコン層によるチャネル層の水平方向の抵抗成分は減少する。さらに、チャネル層の底面から凸部の上面までの膜厚に比べ、チャネル層の底面からチャネル層の凸部の両側の部分の上面までの膜厚が薄くなるため、チャネル層の底面から凸部の上面までの膜厚と、チャネル層の底面から凸部の両側の部分の上面までの膜厚とが等しい場合に比較し、高抵抗の結晶性シリコン層によるチャネル層の垂直方向の抵抗成分は減少する。このように、チャネル保護層の幅で定義されるチャネル長のうち、全てを低抵抗の結晶性シリコン層に占めさせるとともに、高抵抗の結晶性シリコン層によるチャネル層の水平な抵抗成分と、垂直な抵抗成分とを減少させるため、オン特性を著しく向上させることができる。
【００２４】
また、本態様によると、チャネル層の凸部の両側の部分は結晶の平均粒径が小さい結晶性シリコン層からなるので、チャネル層の凸部の両側の部分が結晶の平均粒径が大きい結晶性シリコン層からなる場合より結晶性が低く、バンドギャップが大きな非結晶性シリコンの成分が多くなる。従って、熱生成電流およびトンネル電流を大幅に抑制でき、オフ特性を大幅に下げることができる。また、チャネル層の底面から凸部の上面までの膜厚に比べ、チャネル層の底面から凸部の両側の部分の上面までの膜厚が薄くなるため、熱生成電流およびトンネル電流の発生源となる空乏層の体積を減少させ、オフ電流を減少させることができ、オフ特性を著しく向上させることができる。
【００２５】
これらの作用により、優れたオン特性とオフ特性とを両立させることができる。
【００２６】
さらに、本態様では、前述したように、チャネル保護層の幅で定義されるチャネル長のうち、全てを低抵抗の結晶性シリコン層が占める。従って、ソース電極とドレイン電極とが下層のチャネル保護層に対して不均一に配置された場合でも、チャネル経路における低抵抗の結晶性シリコン層からソース電極までの距離と、チャネル経路における低抵抗の結晶性シリコン層からドレイン電極までの距離とが均等となり、異なる基板間における薄膜トランジスタの特性ばらつきを抑えることができる。また、同一の基板内においても、ソース電極とドレイン電極とを入れ替えて動作させる場合、電気特性がソース電極とドレイン電極との入れ替えに対して対称となり、薄膜トランジスタにより構成される駆動回路の動作において、電気特性の非対称性に付随する問題の発生を抑えることができる。
【００２７】
さらにまた、本態様によれば、第２結晶性シリコン層を結晶の平均粒径が小さな結晶性シリコン層まで作り分ける自由度がある。従って、チャネル層の凸部およびその下方の結晶性シリコン層と、チャネル層の凸部の両側の部分の結晶性シリコン層とのそれぞれの結晶性を、オン電流を重視する、あるいはオフ電流を重視する等、所望の薄膜トランジスタの設計に応じて作り分けることができる。
【００２８】
また、本発明の一態様に係る薄膜トランジスタの製造方法は、基板を準備する第１工程と、前記基板上にゲート電極を形成する第２工程と、前記ゲート電極上にゲート絶縁層を形成する第３工程と、前記ゲート絶縁層上に非結晶性シリコン層を形成する第４工程と、前記非結晶性シリコン層上にチャネル保護層を形成する第５工程と、前記非結晶性シリコン層および前記チャネル保護層を加工することで、上層がチャネル保護層であり、下層が非結晶性シリコン層である凸部を形成する第６工程と、レーザー光を前記非結晶性シリコン層の前記凸部、前記凸部の下方の部分および前記凸部の両側の部分に照射して、前記非結晶性シリコン層の前記凸部および前記凸部の下方の部分を結晶性シリコン層とし、前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分を非結晶性シリコン層のまま残す第７工程と、前記チャネル保護層の端部の上面、前記チャネル保護層および前記結晶性シリコン層の側面、並びに前記非結晶性シリコン層の上面に沿って、前記非結晶性シリコン層の一方の上方にソース電極を形成し、前記非結晶性シリコン層の他方の上方にドレイン電極を形成する第８工程とを含み、前記第７工程において、前記非結晶性シリコン層の前記レーザー光に対する吸収率は、前記チャネル保護層の下方に対応する、前記非結晶性シリコン層の前記凸部および前記凸部の下方の部分の吸収率が、前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の吸収率より大きいことを特徴とする。
【００２９】
ここで、前記第７工程において、前記レーザー光の照射により、平均粒径が１０ｎｍ以上１μｍ以下の結晶を含む前記結晶性シリコン層を形成してもよい。
【００３０】
本態様によれば、チャネル保護層、非結晶性シリコン層およびゲート絶縁層の内部におけるレーザー光の干渉効果と、非結晶性シリコン層およびゲート絶縁層の内部におけるレーザー光の干渉効果とを利用して結晶性シリコン層を形成する。すなわち、チャネル層の凸部におけるチャネル保護層および非結晶性シリコン層の膜厚ならびにゲート絶縁層の膜厚の構成と、チャネル層の凸部の両側における非結晶性シリコン層およびゲート絶縁層の膜厚の構成とを利用し、所望のレーザー波長に対する非結晶性シリコン層のレーザー光の吸収率を制御して結晶性シリコン層を形成する。具体的には、チャネル保護層下の非結晶性シリコン層をレーザー光の吸収率が高くなる膜厚構成とし、凸形状加工によりチャネル保護層下の非結晶性シリコン層の両側に存在する非結晶性シリコン層をレーザー光の吸収率が低くなる膜厚構成とした上でレーザー光を照射して結晶性シリコン層を形成する。チャネル保護層下の非結晶性シリコン層はレーザー光の吸収率が高くなる膜厚構成であるため、レーザー光を照射すると非結晶性シリコン層は結晶性シリコン層として結晶化される。一方、チャネル保護層下の非結晶性シリコン層の両側に存在する非結晶性シリコン層はレーザー光の吸収率が低くなる膜厚構成であるため、レーザー光を照射しても非結晶性シリコン層のままチャネル層として残る。従って、結晶性シリコン層と、結晶性シリコン層の両側に形成された非結晶性シリコン層とからなる凸形状のチャネル層を形成し、チャネル層の底面からチャネル層の凸部の上面までの膜厚より、チャネル層の底面からチャネル層の凸部の両側の部分の上面までの膜厚を薄くしたチャネル層を実現できる。その結果、優れたオン特性とオフ特性とを両立させることができる。
【００３１】
また、本態様によれば、チャネル保護層の幅で定義されるチャネル長のうち、全てを低抵抗の結晶性シリコン層が占める。従って、ソース電極とドレイン電極とが下層のチャネル保護層に対して不均一に配置された場合でも、チャネル経路における低抵抗の結晶性シリコン層からソース電極までの距離と、チャネル経路における低抵抗の結晶性シリコン層からドレイン電極までの距離とが均等となり、電気特性をソース電極およびドレイン電極の入れ替えに対して対称とすることができる。
【００３２】
また、前記第７工程において、前記レーザー光の波長が４７３ｎｍ以上５６１ｎｍ以下であってもよい。
【００３３】
本態様によれば、チャネル保護層、非結晶性シリコン層およびゲート絶縁層に内部におけるレーザー光の干渉効果を容易に生じさせることができ、チャネル層の凸部とその両側の部分とでのレーザー光の吸収率の違いを容易に生じさせることができる。
【００３４】
また、本発明の一態様に係る薄膜トランジスタの製造方法は、基板を準備する第１工程と、前記基板上にゲート電極を形成する第２工程と、前記ゲート電極上にゲート絶縁層を形成する第３工程と、前記ゲート絶縁層上に非結晶性シリコン層を形成する第４工程と、前記非結晶性シリコン層上にチャネル保護層を形成する第５工程と、前記非結晶性シリコン層およびチャネル保護層を加工することで、上層がチャネル保護層であり、下層が非結晶性シリコン層である凸部を形成する第６工程と、レーザー光を前記非結晶性シリコン層の前記凸部、前記凸部の下方の部分および前記凸部の両側の部分に照射して、前記非結晶性シリコン層の前記凸部および前記凸部の下方の部分を第１結晶性シリコン層とし、前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分を第２結晶性シリコン層とする第７工程と、前記チャネル保護層の端部の上面、前記チャネル保護層および前記第１結晶性シリコン層の側面、並びに前記第２結晶性シリコン層の上面に沿って、前記第２結晶性シリコン層の一方の上方にソース電極を形成し、前記第２結晶性シリコン層の他方の上方にドレイン電極を形成する第８工程とを含み、前記第７工程において、前記非結晶性シリコン層の前記レーザー光に対する吸収率は、前記チャネル保護層の下方に対応する、前記非結晶性シリコン層の前記凸部および前記凸部の下方の部分の吸収率が、前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の吸収率より大きく、前記第２結晶性シリコン層に含まれる結晶の平均粒径より大きい平均粒径の結晶を含む前記第１結晶性シリコン層を形成することを特徴とする。
【００３５】
ここで、前記第１結晶性シリコン層に含まれる結晶の平均粒径は４０ｎｍ以上、１μｍ以下であり、前記第２結晶性シリコン層に含まれる結晶の平均粒径は１０ｎｍ以上、４０ｎｍ未満であってもよい。
【００３６】
本態様によれば、第１結晶性シリコンつまり結晶性の高いチャネル層を形成する非結晶性シリコン層の凸部だけでなく、第２結晶性シリコン層つまり結晶性の低いチャネル層を形成する非結晶性シリコン層の凸部の両側の部分にもレーザーを照射する。従って、レーザー光の強度と膜厚構成とを適切に選べば、低結晶性のチャネル層を結晶の平均粒径が小さな結晶性シリコン層まで作り分ける自由度がある。凸形状のチャネル層において、凸部の両側の部分の第２結晶性シリコン層は凸部の第１結晶性シリコン層に比べ結晶の平均粒径が小さく抵抗が大きいため、チャネル層の全領域が第１結晶性シリコン層の平均粒径を有する場合に比べて、オフ特性を低減することができる。また、第１結晶性シリコン層は第２結晶性シリコン層に比べ結晶の平均粒径が大きく抵抗が小さいため、チャネル層の全領域が第２結晶性シリコン層の平均粒径を有する場合に比べて、横断抵抗が低くし、オン電流を増大させることができる。従って、チャネル層において平均粒径が大きな領域と、平均粒径が小さな領域とを、オン電流を重視する、あるいはオフ電流を重視する等、所望の薄膜トランジスタの設計に応じて作り分けることができる。その結果、優れたオン特性とオフ特性とを両立させることができる。
【００３７】
また、本態様によれば、チャネル保護層の幅で定義されるチャネル長のうち、全てを低抵抗の結晶性シリコン層が占める。従って、ソース電極とドレイン電極とが下層のチャネル保護層に対して不均一に配置された場合でも、チャネル経路における低抵抗の結晶性シリコン層からソース電極までの距離と、チャネル経路における低抵抗の結晶性シリコン層からドレイン電極までの距離とが均等となり、電気特性をソース電極およびドレイン電極の入れ替えに対して対称とすることができる。
【００３８】
また、前記第７工程において、前記レーザー光の波長が４７３ｎｍ以上５６１ｎｍ以下であってもよい。
【００３９】
本態様によれば、チャネル保護層、非結晶性シリコン層およびゲート絶縁層に内部におけるレーザー光の干渉効果を容易に生じさせることができ、チャネル層の凸部およびその下方の部分とその両側の部分とでのレーザー光の吸収率の違いを容易に生じさせることができる。
【００４０】
または、前記第７工程において、前記レーザー光の波長は４７３ｎｍであり、前記第６工程において、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の上面までの膜厚が、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚より１３ｎｍ以上薄くなるように前記凸部を形成してもよい。
【００４１】
または、前記第７工程において、前記レーザー光の波長は５３２ｎｍであり、前記第６工程において、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の上面までの膜厚が、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚より１５ｎｍ以上薄くなるように前記凸部を形成してもよい。
【００４２】
または、前記第７工程において、前記レーザー光の波長は５６１ｎｍであり、前記第６工程において、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の上面までの膜厚が、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚より１６ｎｍ以上薄くなるように前記凸部を形成してもよい。
【００４３】
本態様によれば、チャネル層の凸部を多結晶性シリコン層とし、チャネル層の凸部の両側の部分を非結晶性シリコン層又は微結晶シリコン層とすることもできる。
【００４４】
また、前記第７工程において、前記非結晶性シリコン層の前記凸部およびその下方の部分の前記レーザー光の吸収率と、前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の前記レーザー光の吸収率との差分は、３％以上であってもよい。
【００４５】
本態様によれば、チャネル層の凸部を多結晶性シリコン層とし、チャネル層の凸部の両側の部分を非結晶性シリコン層又は微結晶シリコン層とすることもできる。
【００４６】
また、前記第７工程において、前記レーザー光の波長は４７３ｎｍであり、前記第６工程において、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の上面までの膜厚が、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚より４ｎｍ以上薄くなるように前記凸部を形成してもよい。具体的には、前記第６工程において、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の上面までの膜厚が２７ｎｍ以下０ｎｍ超であり、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚が３５ｎｍ以上であるように前記凸部を形成してもよい。
【００４７】
または、前記第７工程において、前記レーザー光の波長は５３２ｎｍであり、前記第６工程において、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の上面までの膜厚が、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚より５ｎｍ以上薄くなるように前記凸部を形成してもよい。具体的には、前記第６工程において、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の上面までの膜厚が３０ｎｍ以下０ｎｍ超であり、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚が４０ｎｍ以上であるように前記凸部を形成してもよい。
【００４８】
または、前記第７工程において、前記レーザー光の波長は５６１ｎｍであり、前記第６工程において、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の上面までの膜厚が、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚より５ｎｍ以上薄くなるように前記凸部を形成してもよい。具体的には、前記第６工程において、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の上面までの膜厚が３２ｎｍ以下０ｎｍ超であり、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚が４２ｎｍ以上であるように前記凸部を形成してもよい。
【００４９】
本態様によれば、チャネル層の凸部およびその下方の部分を多結晶性シリコン層とし、チャネル層の凸部の両側の部分を非結晶性シリコン層又は微結晶シリコン層とすることもできる。
【００５０】
また、前記第７工程において、前記非結晶性シリコン層の前記凸部およびその下方の部分の前記レーザー光の吸収率は３０％以上であり、前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の前記レーザー光の吸収率は２０％以下であってもよい。
【００５１】
本態様によれば、チャネル層の凸部を多結晶性シリコン層とし、チャネル層の凸部の両側の部分を非結晶性シリコン層又は微結晶シリコン層とすることもできる。
【００５２】
また、前記第７工程において、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の上面までの膜厚に前記非結晶性シリコン層の屈折率を積算した値である前記非結晶性シリコン層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値は、０．２８６以下であり、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚に前記非結晶性シリコン層の屈折率を積算した値である前記非結晶性シリコン層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値は、０．３８１以上であってもよい。
【００５３】
本態様によれば、非結晶性シリコンの凸部のレーザー光の吸収率を３０％以上とし、非結晶性シリコン層の凸部の両側の部分のレーザー光の吸収率を２０％以下とすることができる。
【００５４】
また、前記第７工程において、ｌおよびｍを０から始まる整数とし、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚に前記非結晶性シリコン層の屈折率を積算した値である前記非結晶性シリコン層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値をＸとし、前記ゲート絶縁層の膜厚に前記ゲート絶縁層の屈折率を積算した値である前記ゲート絶縁層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値をＹとし、前記Ｘおよび前記Ｙは、下記の（式１）および（式２）を満たしてもよい。
【００５５】
（式１）０．５０ｍ≦Ｙ≦０．４０＋０．５０ｍ
（式２）−４．００（Ｘ−０．５０ｌ）＋１．９２＋０．５０ｍ≦Ｙ≦−４．００（Ｘ−０．５０ｌ）＋２．６８＋０．５０ｍ
【００５６】
本態様によれば、最大の吸収率を含み、非結晶性シリコンの凸部のレーザー光の吸収率を例えば５０％以上にすることができる。
【００５７】
また、前記第３工程において、窒化シリコン層と、前記窒化シリコン層上に形成された酸化シリコン層とから構成される前記ゲート絶縁層を形成してもよい。具体的には、前記ゲート絶縁層は、前記窒化シリコン層および前記酸化シリコン層が構成する直列キャパシタの有する静電容量と、膜厚が１００ｎｍ以上１４０ｎｍ以下の単層の酸化シリコン層の静電容量とが等しくなるような膜厚で形成されてもよい。
【００５８】
本態様によれば、ゲート絶縁層を２層構造とし、非結晶性シリコンの凸部およびその下方の部分のレーザー光の吸収率を増大させることができる。これにより、例えばチャネル層の凸部およびその下方の部分の結晶の平均粒径を大きくして、オン電流を増大させることができる。
【００５９】
また、前記第７工程において、ｎを０から始まる整数とし、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚に前記非結晶性シリコン層の屈折率を積算した値である前記非結晶性シリコン層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値をＸとし、窒化シリコン層と酸化シリコン層とで構成されるゲート絶縁層を酸化シリコン層の屈折率で換算した光学膜厚を、酸化シリコン層の屈折率とレーザー光の波長とを積算した値で除算した値をＹとし、前記Ｘおよび前記Ｙは、下記の（式３）および（式４）、又は（式５）および（式６）を満たしてもよい。
【００６０】
（式３）０．２２６≦Ｙ≦０．２６
（式４）−２．９０（Ｘ−０．５ｎ）+１．３９≦Ｙ≦−２．９０（Ｘ−０．５ｎ）＋１．９７
（式５）０．３４０≦Ｙ≦０．５４３
（式６）−２．９０（Ｘ−０．５ｎ）＋１．７０≦Ｙ≦−２．９０（Ｘ−０．５ｎ）＋２．２８
【００６１】
本態様によれば、ゲート絶縁層が２層構造を有する構成において、最大の吸収率を含み、非結晶性シリコンの凸部およびその下方の部分のレーザー光の吸収率を例えば５０％以上にすることができる。
【００６２】
また、前記第６工程において、前記チャネル保護層の膜厚に前記チャネル保護層の屈折率を積算した値である前記チャネル保護層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値をＺとし、ｋを０から始まる整数とし、前記Ｚは、下記の（式７）を満たしてもよい。
【００６３】
（式７）０．５×（ｋ＋０．３）≦Ｚ≦０．５×（ｋ＋０．７） 
【００６４】
本態様によれば、チャネル保護層はレーザー光の反射防止膜の機能を果たし、非結晶性シリコンのレーザー光吸収率を増大させることができる。吸収率の増大具合はチャネル保護層の膜厚に対して周期的に変動するが、吸収率が特に増大する範囲はチャネル保護層の光学膜厚を用いて（式７）で表される。従って、（式７）を満たすチャネル保護層を形成することで、チャネル層の凸部およびその下方のレーザー光の吸収効率を増大させることができる。
【００６５】
また、前記第６工程において、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚が１００ｎｍ以下であるように前記凸部を形成してもよい。
【００６６】
凸部の非結晶性シリコン層が極端に厚い場合、レーザー光が非結晶性シリコン層を厚さ方向に透過し、電流経路となるゲート絶縁層の直上に届くまでに減衰してしまう。しかし、非結晶性シリコン層の膜厚を１００ｎｍ以下とすることで、レーザー光が非結晶性シリコン層に深く侵入し、電流経路となるゲート絶縁層の直上の非結晶性シリコン層まで結晶化することができる。これにより、薄膜トランジスタのサブスレショルドスイング特性を向上させることができる。
【００６７】
また、前記第６工程において、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の上面までの膜厚が１０ｎｍ以上であるように前記凸部を形成してもよい。
【００６８】
凸部の両側の部分の非結晶性シリコン層が極端に薄い場合、非結晶性シリコン層によるレーザー光の吸収率が低くなるため、非結晶性シリコン層を透過したレーザー光のエネルギーの大部分はゲート電極に投入され、ゲート電極が損傷してしまう。しかし、非結晶性シリコン層の膜厚を１０ｎｍ以上とすることで、過剰なレーザー光によるゲート電極の損傷を防ぐことができる。
【００６９】
また、前記第６工程において、前記下層の非結晶性シリコン層の側面と前記上層のチャネル保護層の側面とが面一となった前記凸部を形成してもよい。
【００７０】
また、前記第１工程において、表面にアンダーコート層が形成された前記基板を準備し、前記第２工程では、前記アンダーコート層上に前記ゲート電極を形成してもよい。
【００７１】
本態様によれば、基板の中に含まれる不純物のチャネル層への侵入を抑えることができる。
【００７２】
また、前記第２工程において、Ｍｏ又はＭｏＷを含む高融点金属または当該高融点金属の合金からなる金属膜を前記ゲート電極として形成してもよい。
【００７３】
また、前記第３工程において、前記レーザー光の波長に対して消衰係数が０．０１以下である膜を前記ゲート絶縁層として形成してもよい。
【００７４】
本態様によれば、ゲート絶縁層によるレーザー光の光吸収を抑え、非結晶性シリコンの凸部およびその下方の部分のレーザー光の吸収率を増大させることができる。
【００７５】
また、前記第３工程において、酸化シリコン層を前記ゲート絶縁層として形成してもよい。
【００７６】
また、前記第３工程において、窒化シリコン層を前記ゲート絶縁層として形成してもよい。
【００７７】
また、前記第５工程において、前記レーザー光の波長に対して消衰係数が０．０１以下である膜を前記チャネル保護層として形成してもよい。
【００７８】
本態様によれば、チャネル保護層によるレーザー光の光吸収を抑え、非結晶性シリコンの凸部およびその下方の部分のレーザー光の吸収率を増大させることができる。
【００７９】
また、前記第５工程において、酸化シリコン層をチャネル保護層として形成してもよい。
【００８０】
また、前記第５工程において、窒化シリコン層をチャネル保護層として形成してもよい。
【００８１】
また、前記第７工程において、前記レーザー光は、連続発振モードまたは擬似連続発振モードの光であってもよい。
【００８２】
また、前記第７工程において、前記レーザー光は、固体レーザー装置から発せられた光であってもよい。
【００８３】
また、前記第７工程において、前記レーザー光は、半導体レーザー素子を用いたレーザー装置から発せられた光であってもよい。
【００８４】
また、前記第７工程において、前記レーザー光の前記非結晶性シリコン層上における照射エネルギー密度の変動は、５％未満であってもよい。
【００８５】
本態様によれば、レーザー光に起因するチャネル層の特性のばらつきを抑えることができる。
【００８６】
また、前記第７工程において、レーザー光を一定のスキャンスピードで、前記非結晶性シリコン層の前記凸部、前記凸部の下方の部分および前記凸部の両側の部分に照射してもよい。
【００８７】
また、本発明の一態様に係る表示装置は、液晶パネル又は有機ＥＬパネルを備える表示装置であって、上記薄膜トランジスタを備え、前記薄膜トランジスタは、前記表示装置が前記液晶パネルを備える場合に前記液晶パネルを駆動させ、前記表示装置が前記有機ＥＬパネルを備える場合に前記有機ＥＬパネルを駆動させることを特徴とする。
【００８８】
本態様によれば、優れたオン特性と優れたオフ特性とを両立させ、電気特性をソース電極およびドレイン電極の入れ替えに対して対称とすることができる。
【００８９】
以下、本発明の実施形態における薄膜トランジスタおよびその製造方法ならびに表示装置について、図面を参照しながら説明する。
【００９０】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態に係る薄膜トランジスタについて、以下で説明する。
【００９１】
図１は、本実施形態に係る薄膜トランジスタの構成を模式的に示した断面図である。
【００９２】
この薄膜トランジスタは、表示装置用のチャネル保護型でボトムゲート型の薄膜トランジスタであって、基板１００と、基板１００上に形成されたゲート電極１１０と、ゲート電極１１０上に形成されたゲート絶縁層１２０と、ゲート電極１１０の上方のゲート絶縁層１２０上に形成された結晶性シリコン層１３１と、ゲート絶縁層１２０上であって結晶性シリコン層１３１の両側に形成され、結晶性シリコン層１３１の膜厚より膜厚が薄い非結晶性シリコン層（アモルファスシリコン）１３０と、結晶性シリコン層１３１上に形成されたチャネル保護層１４０と、チャネル保護層１４０の端部の上面、チャネル保護層１４０および結晶性シリコン層１３１の側面、並びに非結晶性シリコン層１３０の上面に沿って、非結晶性シリコン層１３０の一方の上方に形成されたソース電極１７１および非結晶性シリコン層１３０の他方の上方に形成されたドレイン電極１７２とを備える。さらに、非結晶性シリコン層１３０とソース電極１７１との間に形成されたコンタクト層１６２と、非結晶性シリコン層１３０とドレイン電極１７２との間に形成されたコンタクト層１６１とを備える。
【００９３】
次に、図１の薄膜トランジスタについて詳細に説明する。
【００９４】
基板１００は、例えば、石英ガラス、無アルカリガラスおよび高耐熱性ガラス等のガラス材料からなるガラス基板である。なお、ガラス基板の中に含まれるナトリウムやリン等の不純物が結晶性シリコン層１３１および非結晶性シリコン層１３０に侵入することを防止するために、表面に窒化シリコン（ＳｉＮｘ）、酸化シリコン（ＳｉＯｙ）又はシリコン酸窒化膜（ＳｉＯｙＮｘ）等からなるアンダーコート層が形成された基板を用いてもよい。また、アンダーコート層は、レーザーアニール等の高温熱処理プロセスにおいて、基板１００への熱の影響を緩和させる役割を担うこともある。アンダーコート層の膜厚は、例えば、１００ｎｍ〜２０００ｎｍ程度とする。
【００９５】
ゲート電極１１０は、シリコンの融点温度に耐えられる導電性材料又はその合金等の単層構造又は多層構造からなり、例えば、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）、Ｔａ（タンタル）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｎｉ（ニッケル）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、又はモリブデンタングステン（ＭｏＷ）等を基板１００上に形成し、これを所定形状にパターニングすることで形成される。ゲート電極１１０の膜厚は、好ましくは３０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であり、より好ましくは、５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。これは、ゲート電極１１０の膜厚が薄いと、ゲート電極１１０の透過率が増加してしまい、レーザー光の反射が低下しやすくなるからである。一方、ゲート電極１１０の膜厚が厚いとゲート絶縁層１２０のカバレッジが低下してしまい、特にはゲート電極１１０の端部でゲート絶縁層１２０が段切れしてしまう等、薄膜トランジスタの特性が劣化しやすくなるからである。
【００９６】
結晶性シリコン層１３１および非結晶性シリコン層１３０は、ゲート絶縁層１２０上に形成される半導体層であって、ゲート電極１１０の電圧によってキャリアの移動が制御されるチャネル層を構成する。結晶性シリコン層１３１は、多結晶性シリコン層等の結晶性のシリコン層からなり、非結晶性シリコン層１３０の非晶質のシリコンの一部をレーザー照射することにより多結晶質化（微結晶化も含む）することで形成される。なお、結晶性シリコン層１３１は、非結晶性のシリコンと結晶性のシリコン層との混晶構造を有するシリコン層とすることができる。
【００９７】
なお、結晶性シリコン層１３１に含まれる結晶の平均粒径は１０ｎｍ以上１μｍ以下である。
【００９８】
チャネル層は、表面に凸部および平坦部を有する。チャネル層において、チャネル層の底面（結晶性シリコン層１３１および非結晶性シリコン層１３０の底面）から平坦部の表面（非結晶性シリコン層１３０の上面）までの膜厚（平坦部の膜厚）は、チャネル層の底面から凸部の上面（結晶性シリコン層１３１の上面）までの膜厚（凸部の膜厚）よりも薄い。さらに、チャネル層の凸部は、ゲート電極１１０の上方に位置し、その両端がゲート電極１１０の両端より内側に位置する。すなわち、ゲート電極１１０のゲート長（チャネル長）は、チャネル層のゲート長方向の長さよりも長い。これにより、チャネル層の凸部の両側、つまりチャネル層の平坦部は、電荷の移動経路となる。
【００９９】
ゲート絶縁層１２０は、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、シリコン酸窒化膜、酸化アルミニウム（ＡｌＯｚ）、酸化タンタル（ＴａＯｗ）又はその積層膜等からなり、基板１００上のゲート電極１１０を覆うように、基板１００およびゲート電極１１０の上に形成される。
【０１００】
なお、チャネル層に結晶シリコンを用いているので、ゲート絶縁層１２０を酸化シリコンで構成することが好ましい。これは、ＴＦＴにおける良好な閾値電圧特性を維持するためにはチャネル層とゲート絶縁層１２０との界面状態を良好なものにすることが好ましいからである。
【０１０１】
チャネル保護層１４０は、チャネル層を保護する保護膜であって、チャネル層の凸部の上面上に形成される。チャネル保護層１４０の側面と結晶性シリコン層１３１の側面（チャネル層の凸部の側面）とは面一である。チャネル保護層１４０は、一対のコンタクト層１６１および１６２を形成するときのエッチング処理時において、チャネル層がエッチングされてしまうことを防止するためのチャネルエッチングストッパ（ＣＥＳ）層として機能する。しかし、コンタクト層１６１および１６２をパターニングするときのエッチングによってチャネル保護層１４０の上部はエッチングされる（不図示）。
【０１０２】
チャネル保護層１４０は、酸化シリコンや窒化シリコン等の無機材料を主成分とする無機材料層である。なお、チャネル保護層１４０は、絶縁性を有し、一対のコンタクト層１６１および１６２同士は電気的に接続されていない。
【０１０３】
一対のコンタクト層１６１および１６２は、不純物を高濃度に含む非晶質半導体層、または不純物を高濃度に含む多結晶半導体層からなり、その一部がチャネル層の上方にチャネル保護層１４０を介して形成され、他部がチャネル層の上に接して形成される。また、一対のコンタクト層１６１および１６２は、チャネル保護層１４０上において所定の間隔をあけて対向配置されている。
【０１０４】
一対のコンタクト層１６１および１６２のそれぞれは、チャネル保護層１４０の上面からチャネル層の平坦部までを跨るようにして形成されており、チャネル保護層１４０の上面および側面、ならびに、チャネル層の凸部の側面および平坦部の上面を覆うように形成されている。より具体的には、２つのコンタクト層１６１および１６２は、チャネル層の凸部の両側に別々に設けられ、チャネル保護層１４０の端部の上面および側面、チャネル保護層１４０の側面につらなるチャネル層の凸部の側面、ならびにチャネル層の凸部の側面につらなるチャネル層の平坦部の上面上に形成されている。
【０１０５】
一対のコンタクト層１６１および１６２は、例えば、非結晶性シリコンに不純物としてリン（Ｐ）をドーピングしたｎ型半導体層であって、１×１０１９［ａｔｍ／ｃｍ３］以上の高濃度の不純物を含むｎ＋層である。コンタクト層１６１および１６２のそれぞれ膜厚は、例えば５ｎｍ〜１００ｎｍとすることができる。
【０１０６】
一対のソース電極１７１およびドレイン電極１７２は、チャネル保護層１４０の端部の上面および側面、チャネル保護層１４０の側面につらなるチャネル層の凸部の側面、およびチャネル層の凸部の側面につらなるチャネル層の平坦部の上面に沿って形成されている。また、一対のソース電極１７１およびドレイン電極１７２は、離間して設けられている。
【０１０７】
一対のソース電極１７１およびドレイン電極１７２は、チャネル層の上方に形成されており、それぞれ対応するコンタクト層１６１又は１６２上に形成される。すなわち、ソース電極１７１は、一対のコンタクト層１６２上に形成されており、ドレイン電極１７２は、コンタクト層１６１上に形成されている。
【０１０８】
ソース電極１７１およびドレイン電極１７２は、それぞれ導電性材料又はこれらの合金等からなる単層構造又は多層構造とすることができ、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）又はクロム（Ｃｒ）等の材料により構成される。また、ソース電極１７１およびドレイン電極１７２は、ＭｏＷ／Ａｌ／ＭｏＷの三層構造とすることもできる。なお、ソース電極１７１およびドレイン電極１７２の膜厚は、例えば、１００ｎｍ〜５００ｎｍ程度とする。
【０１０９】
以下、本実施形態に係る薄膜トランジスタの製造方法について、図２を用いて説明する。図２は、本実施形態に係る薄膜トランジスタの製造方法における各工程の構成を模式的に示した断面図である。
【０１１０】
この薄膜トランジスタの製造方法は、基板１００を準備する第１工程と、基板１００上にゲート電極１１０を形成する第２工程と、ゲート電極１１０上にゲート絶縁層１２０を形成する第３工程と、ゲート絶縁層１２０上に非結晶性シリコン層１３０を形成する第４工程と、非結晶性シリコン層１３０上にチャネル保護層１４０を形成する第５工程と、非結晶性シリコン層１３０およびチャネル保護層１４０を加工することで、上層がチャネル保護層１４０であり、下層が非結晶性シリコン層１３０である凸部を形成する第６工程と、レーザー光を非結晶性シリコン層１３０の凸部、凸部の下方の部分および凸部の両側の部分に照射して、非結晶性シリコン層１３０の凸部および凸部の下方の部分を結晶性シリコン層１３１とし、非結晶性シリコン層１３０の凸部の両側の部分を非結晶性シリコン層１３０のまま残す第７工程と、チャネル保護層１４０の端部の上面、チャネル保護層１４０および結晶性シリコン層１３１の側面、並びに非結晶性シリコン層１３０の上面に沿って、非結晶性シリコン層１３０の一方の上方にソース電極１７１を形成し、非結晶性シリコン層１３０の他方の上方にドレイン電極１７２を形成する第８工程とを含み、第７工程において、非結晶性シリコン層１３０のレーザー光に対する吸収率は、チャネル保護層１４０の下方に対応する、非結晶性シリコン層１３０の凸部および凸部の下方の部分の吸収率が、非結晶性シリコン層１３０の凸部の両側の部分の吸収率より大きい。
【０１１１】
次に、図２の薄膜トランジスタの製造方法について詳細に説明する。
【０１１２】
まず、図２（ａ）に示すように、基板１００としてガラス基板を準備する。なお、ゲート電極１１０を形成する前に、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等によって基板１００の表面にシリコン窒化膜、シリコン酸化膜、およびシリコン酸窒化膜等からなるアンダーコート層を形成してもよい。アンダーコート層は、１．５＜ｙ＜２．０のシリコン酸化膜（ＳｉＯｙ）で、３００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の膜厚で構成されるのが好ましい。より好ましいアンダーコート層の膜厚範囲は、５００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である。これは、アンダーコート層の厚みを厚くすると基板１００への熱負荷を低減できるが、厚すぎると膜剥がれやクラックが発生してしまうことによる。
【０１１３】
次に、図２（ｂ）に示すように、基板１００上に所定形状のゲート電極１１０を形成する。例えば、基板１００上にＭｏ又はＭｏＷを含む高融点金属または当該高融点金属の合金からなるゲート金属膜をゲート電極１１０としてスパッタによって成膜し、フォトリソグラフィ法およびウェットエッチング法を用いてゲート金属膜をパターニングすることにより、所定形状のゲート電極１１０を形成することができる。ＭｏＷのウェットエッチングは、例えば、リン酸（ＨＰＯ４）、硝酸（ＨＮＯ３）、酢酸（ＣＨ３ＣＯＯＨ）および水を所定の配合で混合した薬液を用いて行うことができる。なお、基板１００の表面にアンダーコート層が形成されている場合には、アンダーコート層上にゲート電極１１０を形成する。
【０１１４】
次に、図２（ｃ）に示すように、ゲート電極１１０を覆って基板１００およびゲート電極１１０上にゲート絶縁層１２０を形成する。例えば、プラズマＣＶＤ法により、ゲート電極１１０の上にゲート絶縁層１２０として酸化シリコン層又は窒化シリコン層を成膜する。
【０１１５】
次に、図２（ｄ）に示すように、ゲート絶縁層１２０上に、非結晶性シリコンからなる非結晶性シリコン層１３０をプラズマＣＶＤ等によってゲート絶縁層１２０の成膜と連続的に成膜する。
【０１１６】
次に、図２（ｅ）に示すように、非結晶性シリコン層１３０上に、酸化シリコンからなるチャネル保護層１４０をプラズマＣＶＤ等によって成膜する。
【０１１７】
次に、図２（ｆ）に示すように、非結晶性シリコン層１３０およびチャネル保護層１４０の一部を連続的にエッチング除去する。この除去はチャネル保護層１４０が除去されて非結晶性シリコン層１３０が表面に露出した後も行われる。従って、非結晶性シリコン層１３０には凸部および平坦部が形成され、凸部の上にはチャネル保護層１４０が残留する。非結晶性シリコン層１３０およびチャネル保護層１４０のエッチングは連続的に行われるため、つまりセルフアラインで凸部が形成されるため、下層の非結晶性シリコン層１３０の側面と上層のチャネル保護層１４０の側面とが面一となった凸部が形成される。
【０１１８】
次に、図２（ｇ）に示すように、非結晶性シリコン層１３０をレーザーアニール法により結晶性シリコン層１３１にする。具体的には、所定のレーザー光を基板１００に対して一定の方向に相対移動させて、レーザー光を用いて非結晶性シリコン層１３０を結晶化させて結晶性シリコン層１３１を生成する。より具体的には、先ず、形成された非結晶性シリコン層１３０に対して脱水素処理（非結晶性シリコン層１３０から水素が抜ける温度である４００℃以上の温度での脱水素アニール処理）を実施する。その後、非結晶性シリコン層１３０をレーザーアニール法により多結晶質（微結晶を含む）にすることにより結晶性シリコン層１３１を形成する。
【０１１９】
このとき、レーザー光は、非結晶性シリコン層１３０の一方の平坦部、凸部および他方の平坦部の順に非結晶性シリコン層１３０をスキャンするが、平坦部の膜厚は凸部の膜厚より薄いため、平坦部のレーザー光の吸収率は低い。従って、非結晶性シリコン層１３０において、凸部およびその下方の部分は結晶化されて結晶性シリコン層１３１が形成されるが、凸部の両側の平坦部は結晶化されずに非結晶性シリコン層１３０のまま残る。その結果、非結晶性シリコン層１３０の凸部およびその下方の部分のみを選択的に結晶化し、非結晶性シリコン層１３０の凸部およびその下方の部分のみに選択的に結晶性シリコン層１３１を形成することができる。
【０１２０】
また、レーザー光のレーザー光源は、可視光領域の波長のレーザーである。この可視光領域の波長のレーザーは、約３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの波長のレーザーであり、好ましくは４７３ｎｍ以上５６１ｎｍ以下の波長のグリーンレーザーである。また、この可視光領域の波長のレーザー光は、連続発振モードまたは擬似連続発振モードの光であれば好ましい。なぜなら、可視光領域の波長のレーザー光が連続発振モードまたは擬似連続発振モード以外の発振モードのパルス発振モードである場合、非結晶性シリコン層１３０にレーザー光を非連続に照射することになるため、非結晶性シリコン層１３０を常時溶融状態に保持することできないからである。また、擬似連続の発振モードも含まれる理由は、非結晶性シリコン層１３０がその融点以下まで冷却しないうちにパルスを当てて再加熱させることにより、その溶融状態を維持できるからである。従って、擬似連続発振モードの好ましい態様は、非結晶性シリコン層１３０がその融点以下まで冷却しないうちにパルスを当てて再加熱させることができ、かつ、その溶融状態を維持できるものである。また、可視光領域の波長のレーザー光は、固体レーザー装置から発せられた光であってもよく、半導体レーザー素子を用いたレーザー装置から発せられた光であってもよい。いずれにせよ、レーザー光を精度よく制御できるため好ましい。さらに、可視光領域の波長のレーザー光は、結晶ムラのない結晶性シリコン層１３１を形成するため、非結晶性シリコン層１３０上に照射したときのレーザー光の非結晶性シリコン層１３０上における照射エネルギー密度の変動が５％未満であれば好ましい。結晶ムラのない結晶性シリコン層１３１を形成することにより、薄膜トランジスタの当初設計特性が達成でき、また、特性の均一化が実現できる。
【０１２１】
また、凸部の非結晶性シリコン層１３０が極端に厚い場合、レーザー光が非結晶性シリコン層１３０を厚さ方向に透過し、電流経路となるゲート絶縁層１２０の直上に届くまでに減衰してしまう。しかし、非結晶性シリコン層１３０の膜厚を１００ｎｍ以下とすることで、レーザー光が非結晶性シリコン層１３０に深く侵入し、電流経路となるゲート絶縁層１２０の直上の非結晶性シリコン層１３０まで結晶化することができる。従って、図２（ｆ）の工程では、非結晶性シリコン層１３０の底面から非結晶性シリコン層１３０の凸部の上面までの膜厚が１００ｎｍ以下であるように凸部が形成されることが好ましい。
【０１２２】
また、非結晶性シリコン層１３０の凸部の両側の部分の非結晶性シリコン層１３０が極端に薄い場合、レーザー光の非結晶性シリコン層１３０による吸収率が低くなる。よって、非結晶性シリコン層１３０を透過したレーザー光のエネルギーの大部分はゲート電極１１０に投入され、ゲート電極１１０が損傷してしまう。しかし、非結晶性シリコン層１３０の膜厚を１０ｎｍ以上とすることで、過剰なレーザー光によるゲート電極の損傷を防ぐことができる。従って、図２（ｆ）の工程では、非結晶性シリコン層１３０の底面から非結晶性シリコン層１３０の凸部の両側の部分の上面までの膜厚が１０ｎｍ以上であるように凸部が形成されることが好ましい。
【０１２３】
また、レーザー光がゲート絶縁層１２０により光吸収されるのを抑え、非結晶性シリコン層１３０のレーザー光の吸収率を増大させるため、図２（ｃ）の工程では、図２（ｇ）のレーザー光の波長に対して消衰係数が０．０１以下である酸化シリコン又は窒化シリコンなどの膜をゲート絶縁層１２０として形成することが好ましい。
【０１２４】
また、レーザー光がチャネル保護層１４０により光吸収されるのを抑え、非結晶性シリコン層１３０のレーザー光の吸収率を増大させるため、図２（ｅ）の工程では、図２（ｇ）のレーザー光の波長に対して消衰係数が０．０１以下である酸化シリコン又は窒化シリコンなどの膜をチャネル保護層１４０として形成することが好ましい。
【０１２５】
なお、線状に集光されたレーザー光を非結晶性シリコン層１３０に照射するが、照射の方法は例えば２つあり、１つは線状に集光されたレーザー光の照射位置は固定であり、非結晶性シリコン層１３０の形成された基板１００が載せられたステージを移動させる方法、もう１つは、ステージは固定であり、レーザー光の照射位置が移動する方法である。何れの方法においても、レーザー光が非結晶性シリコン層１３０に対して相対的に移動しながら照射される。このように、レーザー光が照射された非結晶性シリコン層１３０は、レーザー光のエネルギーを吸収し温度上昇して結晶化されることにより結晶性シリコン層１３１になる。
【０１２６】
次に、図２（ｈ）に示すように、チャネル保護層１４０の上面から非結晶性シリコン層１３０の平坦部までを跨るようにして、コンタクト層１６１および１６２となるコンタクト層１６０を形成する。具体的には、チャネル保護層１４０の上面および側面上と、結晶性シリコン層１３１の凸部の側面および非結晶性シリコン層１３０の平坦部の上面上とを覆うようにして、例えばプラズマＣＶＤによってリン等の５価元素の不純物をドープした非結晶性シリコンからなるコンタクト層１６０を成膜する。
【０１２７】
次に、図２（ｉ）に示すように、コンタクト層１６０を覆うようにして、ソース電極１７１およびドレイン電極１７２となるソースドレイン金属膜１７０を形成する。例えば、スパッタによって、ＭｏＷ／Ａｌ／ＭｏＷの三層構造のソースドレイン金属膜１７０を成膜する。
【０１２８】
次に、図示しないが、所定形状のソース電極１７１およびドレイン電極１７２を形成するために、ソースドレイン金属膜１７０上にレジスト材料を塗布し、露光および現像を行って、所定形状にパターニングされたレジストを形成する。その後、図２（ｊ）に示すように、このレジストをマスクとしてエッチングを施してソースドレイン金属膜１７０をパターニングすることにより所定形状のソース電極１７１およびドレイン電極１７２を形成する。このとき、コンタクト層１６０がエッチングストッパとして機能する。その後、ソース電極１７１およびドレイン電極１７２上のレジストを除去し、ソース電極１７１およびドレイン電極１７２をマスクとしてドライエッチングを施すことにより、コンタクト層１６０をパターニングするとともにチャネル層を島状にパターニングする。これにより、所定形状の一対のコンタクト層１６１および１６２と島状のチャネル層とを形成することができる。
【０１２９】
以下、本実施形態に係る薄膜トランジスタの特性について、図３〜図８Ｃを用いて説明する。
【０１３０】
図３は、チャネル層の結晶性を変化させたときの薄膜トランジスタの電流電圧特性の変化を示す図である。なお、図３は、ソース・ドレイン間に１２Ｖの電圧が印加された場合の特性を示しており、横軸はゲート・ソース電圧、縦軸はソース・ドレイン電流を示している。
【０１３１】
図１の薄膜トランジスタでは、チャネル層が非結晶性シリコン層１３０と結晶性シリコン層１３１とから構成されるが、非結晶性シリコン層１３０のみでチャネル層を構成した場合と結晶性シリコン層１３１のみでチャネル層を構成した場合とでチャネル層は異なる特性を示す。つまり、図３に示されるように、非結晶性シリコン層１３０のみでチャネル層を構成した場合には、オフ特性は良いが、オン特性は悪い。一方、結晶性シリコン層１３１のみでチャネル層を構成した場合には、オフ特性は悪いが、オン特性は良い。
【０１３２】
図１の薄膜トランジスタは、図３の結晶性の違いによる特性の変化を利用して良好なオフ特性とオン特性とを両立させるものである。つまり、チャネル層のチャネル保護層１４０下方の凸部およびその下方の部分を全て結晶性シリコン層１３１としてオン電流を増加させつつ、チャネル層の凸部の両側の部分を非結晶性シリコン層１３０としてオフ電流（リーク電流）を低減するものである。
【０１３３】
図４Ａは、図２（ｇ）の工程のレーザーアニールにおいて、非結晶性シリコン層１３０のレーザー光の吸収率と、レーザー光のスキャンスピードとを変化させたときの結晶性シリコン層１３１の結晶性の変化を示す図である。
【０１３４】
なお、非結晶性シリコン層１３０の吸収率を変化させることは、非結晶性シリコン層１３０の膜厚つまりチャネル層の膜厚を変化させることで実現している。
【０１３５】
また、図４Ａの測定では、レーザー出力が６０ｋＷ／ｃｍ２、ゲート電極１１０が膜厚５０ｎｍのＭｏＷ、ゲート絶縁層１２０が膜厚１２０ｎｍの酸化シリコンからなるサンプルを用いている。
【０１３６】
また、図４Ａの「ａ−Ｓｉ」は結晶性シリコン層１３１が結晶性シリコンとして結晶化せず、非結晶性シリコンとなることを示し、「ＳＰＣ」は結晶性シリコン層１３１の結晶の平均粒径が２５ｎｍ以上３５ｎｍ以下程度であることを示し、「Ｅｘ＆．ＳＰＣ」は結晶性シリコン層１３１の平均粒径が４０ｎｍ以上６０ｎｍ未満程度であることを示し、「ｐ―Ｓｉ」は結晶性シリコン層１３１の平均粒径が６０ｎｍ以上１μｍ以下程度であることを示し、「ａｂｒａｔｉｏｎ」は結晶性シリコン層１３１がチャネル層として機能しなくなることを示している。
【０１３７】
図４Ａに示されるように、レーザーアニールのスキャンスピードおよび非結晶性シリコン層１３０の吸収率を変化させることで異なる結晶性のシリコン層を形成できる。そして、スキャンスピードを一定とした場合でも、図２（ｆ）の工程において、非結晶性シリコン層１３０の凸部およびその下方の部分のレーザー光の吸収率と、非結晶性シリコン層１３０の凸部の両側の部分のレーザー光の吸収率との差分を１％以上とすることで、非結晶性のシリコン層と結晶性のシリコン層とを１回のレーザースキャンで同時に形成でき、チャネル層の凸部の結晶性シリコン層１３１と凸部の両側の非結晶性シリコン層１３０とを形成できる。
【０１３８】
なお、非結晶性シリコン層１３０の吸収率は、チャネル保護層１４０の構成、膜厚および光学定数、非結晶性シリコン層１３０の膜厚および光学定数、ゲート絶縁層１２０の構成、膜厚および光学定数、さらに下地のゲート電極１１０を形成する金属材料の光学定数をパラメータとして、レーザー光の多重干渉を考慮した光学計算により導かれる。以下、光学計算の実施例を詳細に説明する。
【０１３９】
図４Ｂは、非結晶性シリコン層１３０の光吸収率の計算方法を説明するための図である。
【０１４０】
図４Ｂは、図１に示す薄膜トランジスタの構造をモデル化した多層構造のモデル構造を示している。図４Ｂに示すモデル構造では、複素屈折率Ｎ１の層４０１と、複素屈折率Ｎ２の４０２と、複素屈折率Ｎ３の層４０３と、複素屈折率Ｎ４の層４０４と、複素屈折率Ｎ５の基板４０５とを備える。このモデル構造では、層４０４、層４０３、層４０２及び層４０１がこの順に基板４０５上に積層されたものを示している。また、図中に示す複素屈折率Ｎ０の領域は、モデル構造の外部であり、レーザー光がモデル構造に入射される側を示している。この領域は、例えば空気であり、その場合、屈折率１、消衰係数０である。
【０１４１】
基板４０５は、例えば透明なガラスまたは石英からなる絶縁基板であり、例えば屈折率１．４６を有し、図１に示す基板１００に対応する。層４０４は、例えば屈折率３．４７、消衰係数３．７８の５０ｎｍのＭｏＷで構成されており、図１に示すゲート電極１１０に対応する。層４０３は、例えば屈折率１．４６７、消衰係数０の酸化シリコンで構成されており、図１に示すゲート絶縁層１２０に対応している。層４０２は、例えば屈折率５．０７４、消衰係数０．６２１の非結晶性シリコン層１３０に対応する。層４０１は、例えば屈折率１．４６７、消衰係数０の酸化シリコンで構成されており、図１に示すチャネル保護層１４０に対応している。
【０１４２】
図４Ｂに示すように、外部から層４０１へ入射される光に対する振幅反射係数をｒ０１、層４０１から層４０２へ入射される光に対する振幅反射係数をｒ１２、層４０２から層４０３へ入射される光に対する振幅反射係数をｒ２３、層４０３から層４０４へ入射される光に対する振幅反射係数をｒ３４としている。また、外部から層４０１へ入射される光の振幅透過係数をｔ０１、層４０１から層４０２へ入射される光の振幅透過係数をｔ１２、層４０２から層４０３へ入射される光の振幅透過係数をｔ２３、層４０３から層４０４へ入射される光の振幅透過係数をｔ３４としている。
【０１４３】
さらに、ゲート電極１１０に対応する層４０４が形成されている領域上方の各層全体の振幅反射係数をそれぞれｒ０１２３４（Ｒ１）、ｒ１２３４（Ｒ２）、ｒ２３４（Ｒ３）としている。具体的には、層４０４及び層４０３を１層とみなしたときの振幅反射係数をｒ２３４（Ｒ３）としている。同様に、層４０４、層４０３及び層４０２を１層とみなしたときの振幅反射係数をｒ１２３４（Ｒ２）とし、層４０４、層４０３、層４０２及び層４０１を１層とみなしたときの振幅反射係数をｒ０１２３４（Ｒ１）としている。また、第１領域の各層全体の振幅透過係数をそれぞれｔ０１２３４（Ｔ１）、ｔ１２３４（Ｔ２）、ｔ２３４（Ｔ３）としている。具体的には、層４０４、層４０３を１層とみなしたときの振幅透過係数をｔ２３４（Ｔ３）としている。同様に、層４０４、層４０３及び層４０２を１層とみなしたときの振幅透過係数をｔ１２３４（Ｔ２）とし、層４０４及び層４０３、層４０２及び層４０１を１層とみなしたときの振幅透過係数をｔ０１２３４（Ｔ１）としている。
【０１４４】
そして、第１領域の各層全体の振幅反射係数、振幅透過係数は、下記の（式１２）〜（式１７）で表すことができる。
【０１４５】
【数１】
2013005250.tif 000003
【０１４６】
【数２】
2013005250.tif 000004
【０１４７】
【数３】
2013005250.tif 000005
【０１４８】
【数４】
2013005250.tif 000006
【０１４９】
【数５】
2013005250.tif 000007
【０１５０】
【数６】
2013005250.tif 000008
【０１５１】
また、第２領域の各層全体の振幅反射係数、振幅透過係数は、下記の（式１８）〜（式２３）で表すことができる。
【０１５２】
【数７】
2013005250.tif 000009
【０１５３】
【数８】
2013005250.tif 000010
【０１５４】
【数９】
2013005250.tif 000011
【０１５５】
【数１０】
2013005250.tif 000012
【０１５６】
【数１１】
2013005250.tif 000013
【０１５７】
【数１２】
2013005250.tif 000014
【０１５８】
ここで、
【０１５９】
【数１３】
2013005250.tif 000015
【０１６０】
【数１４】
2013005250.tif 000016
【０１６１】
【数１５】
2013005250.tif 000017
であり、ｄは各層の膜厚、θは各層での入射角・透過角、λはレーザー光の波長である。
【０１６２】
また、θは下式のスネルの法則より以下に示す通りに算出できる。
【０１６３】
【数１６】
2013005250.tif 000018
【０１６４】
また、各層それぞれの振幅反射係数ｒ０１、ｒ１２、ｒ２３、ｒ３４、ｒ３５及び振幅透過係数ｔ０１、ｔ１２、ｔ１２、ｔ３４、ｔ３５は下記の（式２４）〜（式３３）を用いて算出できる。
【０１６５】
【数１７】
2013005250.tif 000019
【０１６６】
【数１８】
2013005250.tif 000020
【０１６７】
【数１９】
2013005250.tif 000021
【０１６８】
【数２０】
2013005250.tif 000022
【０１６９】
【数２１】
2013005250.tif 000023
【０１７０】
【数２２】
2013005250.tif 000024
【０１７１】
【数２３】
2013005250.tif 000025
【０１７２】
【数２４】
2013005250.tif 000026
【０１７３】
【数２５】
2013005250.tif 000027
【０１７４】
【数２６】
2013005250.tif 000028
【０１７５】
なお、ここで光は単色レーザー光であり、その偏光はＰ偏光を仮定している。
【０１７６】
次に、以上の式を用いて、次のようにして第１領域における各層全体の振幅反射係数、振幅透過係数を算出する。すなわち、まず、ｒ２３４を、（式１４）に（式２６）及び（式２７）を代入することにより算出する。次いで、ｒ１２３４を、（式１３）に（式２５）及びｒ２３４を代入することにより算出する。次いで、ｒ０１２３４を、（式１２）に（式２４）及びｒ１２３４を代入することにより算出する。次いで、ｔ２３４を、（式１７）に（式２６）、（式２７）、（式３１）及び（式３２）を代入することにより算出する。次いで、ｔ１２３４を、（式１６）に（式２５）、（式３０）、ｒ２３４及びｔ２３４を代入することにより算出する。次いで、ｔ０１２３４を、（式１５）に（式２４）、（式２９）、ｒ１２３４及びｔ１２３４を代入することにより算出する。
【０１７７】
次に、各層での反射率Ｒ１、Ｒ２及びＲ３、透過率Ｔ１、Ｔ２及びＴ３を（式３４）〜（式３９）により算出する。
【０１７８】
【数２７】
2013005250.tif 000029
【０１７９】
【数２８】
2013005250.tif 000030
【０１８０】
【数２９】
2013005250.tif 000031
【０１８１】
【数３０】
2013005250.tif 000032
【０１８２】
【数３１】
2013005250.tif 000033
【０１８３】
【数３２】
2013005250.tif 000034
【０１８４】
最後に、（式４０）によって、非結晶性シリコン層への光吸収率ＡＳｉを算出することができる。
【０１８５】
【数３３】
2013005250.tif 000035
【０１８６】
次に、上述した計算方法を用いて、図４Ｂに示すモデル構造に対して垂直に、すなわちθ0=０、またはｓｉｎθ0=０が近似的に成り立つ範囲の入射角θ0において波長４７３ｎｍ以上５６１ｎｍ以下のグリーンレーザー光を入射した場合に、非結晶性シリコン層１３０のレーザー光の吸収率を計算した。また、この場合、レーザー光の偏光がＳ偏光としても計算結果は同じである。
【０１８７】
なお、本例では、ＭｏＷからなるゲート電極１１０、酸化シリコンからなるゲート絶縁層１２０、非結晶性シリコン１３０、酸化シリコンからなるチャネル保護層１４０からなるモデル構造の実施例を示したが、ゲート絶縁膜１２０が酸化シリコンと窒化シリコンとの積層構造からなる場合やチャネル保護層１４０が存在しない場合などの変形ケースも図４Ｂのモデル構造を適切に変形することで同様に計算できる。ゲート電極１１０の材質を変更する場合（ゲート電極１１０の材質を例えばＣｕ（屈折率１．０４、消衰係数２．５９）、Ａｌ（屈折率０．８６７、消衰係数６．４２）、Ｍｏ（屈折率３．６１、消衰係数３．７９）、Ｗ（屈折率３．４８、消衰係数２．７２）とする場合）、ゲート絶縁層１２０やチャネル保護層１４０の材質を変更する場合（ゲート絶縁層１２０やチャネル保護層１４０の材質を例えば窒化シリコン（屈折率１．９４７、消衰係数０）とする場合）も物性値を適宜変更することで、同様に計算できる。
【０１８８】
図５Ａ〜図５Ｆは、図２（ｇ）の工程のレーザーアニールにおいて、非結晶性シリコン層１３０の膜厚と、ゲート絶縁層１２０の膜厚とをそれぞれ変化させた場合の、非結晶性シリコン層１３０の吸収率の計算結果を示す等高線図である。図６Ａは、図５Ｄおよび図５Ｆにおいて酸化シリコンからなるゲート絶縁層１２０の膜厚を１２０ｎｍとしたときの非結晶性シリコン層１３０の吸収率の変化を示す図である。
【０１８９】
なお、図５Ａ〜図５Ｆでは、下の横軸は、非結晶性シリコン層１３０の光学膜厚、すなわち非結晶性シリコン層１３０の膜厚に非結晶性シリコン層１３０の屈折率を積算した値を、レーザー光の波長で除算した値を示している。左の縦軸は、ゲート絶縁層１２０の光学膜厚、すなわちゲート絶縁層１２０の膜厚にゲート絶縁層１２０の屈折率を積算した値を、レーザー光の波長で除算した値を示している。参考までに、レーザー光の波長で規格化することなくレーザー光の波長を５３２ｎｍとしたときの非結晶性シリコン層１３０の膜厚を上の横軸に、ゲート絶縁層１２０の膜厚を右の縦軸に示している。また、図６Ａでは、非結晶性シリコン層１３０の光学膜厚をレーザー光の波長で除算した値を横軸に、非結晶性シリコン層１３０の吸収率を縦軸に示している。
【０１９０】
また、図５Ａの計算では、ゲート電極１１０がＣｕからなり、ゲート絶縁層１２０が酸化シリコンからなり、チャネル保護層１４０が０ｎｍである（チャネル保護層１４０が形成されていない）モデルを用いている。図５Ｂの計算では、ゲート電極１１０がＡｌからなり、ゲート絶縁層１２０が酸化シリコンからなり、チャネル保護層１４０が０ｎｍであるモデルを用いている。図５Ｃの計算では、ゲート電極１１０がＭｏからなり、ゲート絶縁層１２０が酸化シリコンからなり、チャネル保護層１４０が０ｎｍであるモデルを用いている。図５Ｄの計算では、ゲート電極１１０がＭｏＷからなり、ゲート絶縁層１２０が酸化シリコンからなり、チャネル保護層１４０が０ｎｍであるモデルを用いている。図５Ｅの計算では、ゲート電極１１０がＷからなり、ゲート絶縁層１２０が酸化シリコンからなり、チャネル保護層１４０が０ｎｍであるモデルを用いている。図５Ｆの計算では、ゲート電極１１０がＭｏＷからなり、ゲート絶縁層１２０が酸化シリコンからなり、チャネル保護層１４０が２７５ｎｍの酸化シリコンからなるモデルを用いている。
【０１９１】
ところで、例えば、波長５３２ｎｍのときの非結晶性シリコン層１３０の屈折率を用いると、図５Ａ〜図５Ｆの横軸の値を非結晶性シリコン層１３０の膜厚に変換することができる。図６Ｂは、図５Ａ〜図５Ｆの横軸の値を非結晶性シリコン層１３０の膜厚に変換した値の例を示す図である。図６Ｂには、波長５３２ｎｍのとき、波長４７３ｎｍのとき、及び波長５６９ｎｍのときの、図５Ａ〜図５Ｆの横軸の値を非結晶性シリコン層１３０の膜厚に変換した値を示している。
【０１９２】
同様に、例えば、波長５３２ｎｍのときのゲート絶縁層１２０の屈折率を用いると、図５Ａ〜図５Ｆの縦軸の値をゲート絶縁層１２０の膜厚に変換することができる。図６Ｃは、図５Ａ〜図５Ｆの縦軸の値を酸化シリコンからなるゲート絶縁層１２０、または窒化シリコンからなるゲート絶縁層１２０の膜厚に変換した値の例を示す図である。図６Ｃには、波長５３２ｎｍのとき、波長４７３ｎｍのとき、及び波長５６９ｎｍのときの、図５Ａ〜図５Ｆの縦軸の値をゲート絶縁層１２０の膜厚に変換した値を示している。なお、図６Ｃは後述する図７において、横軸と縦軸の値を酸化シリコン、または窒化シリコンからなるチャネル保護層１４０の膜厚、またはゲート絶縁層１２０の膜厚に変換した値の例を示す図としても適用できる。
【０１９３】
図４〜図６Ｃから、ゲート電極１１０の材料およびチャネル保護層１４０の膜厚によらず、図２（ｇ）の工程において、レーザー光の波長は４７３ｎｍであり、図２（ｆ）の工程において、非結晶性シリコン層１３０の底面から非結晶性シリコン層１３０の凸部の両側の部分の上面までの膜厚が、非結晶性シリコン層１３０の底面から非結晶性シリコン層１３０の凸部の上面までの膜厚より４ｎｍ以上薄くなるように凸部を形成することで、チャネル層の凸部の結晶性シリコン層１３１と凸部の両側の非結晶性シリコン層１３０とを形成できる。具体的には、図２（ｆ）の工程において、非結晶性シリコン層１３０の底面から非結晶性シリコン層１３０の凸部の両側の部分の上面までの膜厚が２７ｎｍ以下０ｎｍ超であり、非結晶性シリコン層１３０の底面から非結晶性シリコン層１３０の凸部の上面までの膜厚が３５ｎｍ以上であるように凸部を形成することで、チャネル層の凸部の結晶性シリコン層１３１と凸部の両側の非結晶性シリコン層１３０とを形成できる。
【０１９４】
言い換えると、ゲート電極１１０の材料およびチャネル保護層１４０の膜厚によらず、図２（ｇ）の工程において、レーザー光の波長が５３２ｎｍであり、図２（ｆ）の工程において、非結晶性シリコン層１３０の底面から非結晶性シリコン層１３０の凸部の両側の部分の上面までの膜厚が、非結晶性シリコン層１３０の底面から非結晶性シリコン層１３０の凸部の上面までの膜厚より５ｎｍ以上薄くなるように凸部を形成することで、チャネル層の凸部の結晶性シリコン層１３１と凸部の両側の非結晶性シリコン層１３０とを形成できる。具体的には、図２（ｆ）の工程において、非結晶性シリコン層１３０の底面から非結晶性シリコン層１３０の凸部の両側の部分の上面までの膜厚が３０ｎｍ以下０ｎｍ超であり、非結晶性シリコン層１３０の底面から非結晶性シリコン層１３０の凸部の上面までの膜厚が４０ｎｍ以上であるように凸部を形成することで、チャネル層の凸部の結晶性シリコン層１３１と凸部の両側の非結晶性シリコン層１３０とを形成できる。
【０１９５】
さらに言い換えると、ゲート電極１１０の材料およびチャネル保護層１４０の膜厚によらず、図２（ｇ）の工程において、レーザー光波長は５６１ｎｍであり、図２（ｆ）の工程において、非結晶性シリコン層１３０の底面から非結晶性シリコン層１３０の凸部の両側の部分の上面までの膜厚が、非結晶性シリコン層１３０の底面から非結晶性シリコン層１３０の凸部の上面までの膜厚より５ｎｍ以上薄くなるように凸部を形成することで、チャネル層の凸部の結晶性シリコン層１３１と凸部の両側の非結晶性シリコン層１３０とを形成できる。具体的には、図２（ｆ）の工程において、非結晶性シリコン層１３０の底面から非結晶性シリコン層１３０の凸部の両側の部分の上面までの膜厚が３２ｎｍ以下０ｎｍ超であり、非結晶性シリコン層１３０の底面から非結晶性シリコン層１３０の凸部の上面までの膜厚が４２ｎｍ以上であるように凸部を形成することで、チャネル層の凸部の結晶性シリコン層１３１と凸部の両側の非結晶性シリコン層１３０とを形成できる。
【０１９６】
また、図５Ａ〜図６Ｃから、ゲート電極１１０の材料およびチャネル保護層１４０の膜厚によらず、図２（ｆ）の工程において、非結晶性シリコン層１３０の底面から非結晶性シリコン層１３０の凸部の両側の部分の上面までの膜厚に非結晶性シリコン層１３０の屈折率を積算した値である非結晶性シリコン層１３０の光学膜厚を、レーザー光の波長で除算した値が０．２８６以下であり、非結晶性シリコン層１３０の底面から非結晶性シリコン層１３０の凸部の上面までの膜厚に非結晶性シリコン層１３０の屈折率を積算した値である非結晶性シリコン層１３０の光学膜厚をレーザー光の波長で除算した値が０．３８１以上であれば、非結晶性シリコン層１３０の凸部およびその下方の部分のレーザー光の吸収率と、非結晶性シリコン層１３０の凸部の両側の部分のレーザー光の吸収率との差を１０％以上とすることができる。例えば、非結晶性シリコン層１３０の凸部およびその下方の部分のレーザー光の吸収率を３０％以上とし、非結晶性シリコン層１３０の凸部の両側の部分のレーザー光の吸収率を２０％以下とすることができる。従って、チャネル層の凸部の結晶性シリコン層１３１と凸部の両側の非結晶性シリコン層１３０とを形成できる。
【０１９７】
また、図５Ａ〜図５Ｆから、ゲート電極１１０の材料およびチャネル保護層１４０の膜厚によらず、図２（ｆ）の工程において、ｌおよびｍを０から始まる整数とし、非結晶性シリコン層１３０の底面から非結晶性シリコン層１３０の凸部の上面までの膜厚に非結晶性シリコン層１３０の屈折率を積算した値である非結晶性シリコン層１３０の光学膜厚を、レーザー光の波長で除算した値をＸとし、ゲート絶縁層１２０の膜厚にゲート絶縁層１２０の屈折率を積算した値であるゲート絶縁層１２０の光学膜厚を、レーザー光の波長で除算した値をＹとし、ＸおよびＹが下記の（式１）および（式２）を満たせば、最大の吸収率を含み、非結晶性シリコン層１３０の凸部およびその下方の部分のレーザー光の吸収率を例えば５０％以上とすることができる。なお、図５Ａ〜図５ＦのＡは、それぞれＸおよびＹが下記の（式１）および（式２）を満たす範囲を示している。
【０１９８】
（式１）０．５０ｍ≦Ｙ≦０．４０＋０．５０ｍ
（式２）−４．００（Ｘ−０．５０ｌ）＋１．９２＋０．５０ｍ≦Ｙ≦−４．００（Ｘ−０．５０ｌ）＋２．６８＋０．５０ｍ
【０１９９】
図７は、図２（ｇ）の工程のレーザーアニールにおいて、チャネル保護層１４０の膜厚と、ゲート絶縁層１２０の膜厚とをそれぞれ変化させた場合の、非結晶性シリコン層１３０の凸部の吸収率の計算結果を示す等高線図である。図８Ａ〜図８Ｃは、チャネル保護層１４０の膜厚を変化させた場合の、非結晶性シリコン層１３０の凸部の吸収率の変化を示す図である。
【０２００】
なお、図７では、下の横軸は、チャネル保護層１４０の光学膜厚、すなわちチャネル保護層１４０の膜厚にチャネル保護層１４０の屈折率を積算した値を、レーザー光の波長で除算した値を示している。左の縦軸は、ゲート絶縁層１２０の光学膜厚、すなわちゲート絶縁層１２０の膜厚にゲート絶縁層１２０の屈折率を積算した値を、レーザー光の波長で除算した値を示している。参考までに、レーザー光の波長で規格化することなくレーザー光の波長を５３２ｎｍとしたときのチャネル保護層１４０の膜厚を上の横軸に、ゲート絶縁層１２０の膜厚を右の縦軸に示している。また、図８Ａ〜図８Ｃでは、チャネル保護層１４０の光学膜厚をレーザー光の波長で除算した値を横軸に、非結晶性シリコン層１３０の凸部の吸収率を縦軸に示している。
【０２０１】
また、図７の計算では、ゲート電極１１０がＭｏＷからなり、ゲート絶縁層１２０が酸化シリコンからなり、非結晶性シリコン層１３０の凸部の非結晶性シリコン層１３０の光学膜厚、すなわち非結晶性シリコン層１３０の凸部の膜厚に非結晶性シリコン層１３０の屈折率を積算した値を、レーザー光の波長で除算した値が０．４７７（波長５３２ｎｍで非結晶性シリコン層膜厚が５０ｎｍに対応）からなり、チャネル保護層１４０が酸化シリコンの場合からなるモデルを用いている。
【０２０２】
また、図８Ａの計算では、ゲート電極１１０がＭｏＷからなり、ゲート絶縁層１２０の光学膜厚、すなわちゲート絶縁層１２０の膜厚にゲート絶縁層１２０の屈折率を積算した値を、レーザー光の波長で除算した値が０．３３１（波長５３２ｎｍで酸化シリコン層膜厚が１２０ｎｍに対応）からなり、チャネル保護層１４０が酸化シリコンの場合からなるモデルを用いている。
【０２０３】
そして、図８Ａの破線、二点鎖線および実線は、それぞれ非結晶性シリコン層１３０の光学膜厚、すなわち非結晶性シリコン層１３０の凸部の膜厚に非結晶性シリコン層１３０の屈折率を積算した値を、レーザー光の波長で除算した値が０．２８６（波長５３２ｎｍで非結晶性シリコン層膜厚が３０ｎｍに対応）、０．７６３（波長５３２ｎｍで非結晶性シリコン層膜厚が８０ｎｍに対応）および０．９５４（波長５３２ｎｍで非結晶性シリコン層膜厚が１００ｎｍに対応）の場合の計算結果を示している。
【０２０４】
また、図８Ｂの計算では、ゲート電極１１０がＭｏＷからなり、ゲート絶縁層１２０が酸化シリコンからなり、非結晶性シリコン層１３０の凸部の非結晶性シリコン層１３０の光学膜厚、すなわち非結晶性シリコン層１３０の凸部の膜厚に非結晶性シリコン層１３０の屈折率を積算した値を、レーザー光の波長で除算した値が０．４７７（波長５３２ｎｍで非結晶性シリコン層膜厚が５０ｎｍに対応）からなり、チャネル保護層１４０が酸化シリコンの場合からなるモデルを用いている。
【０２０５】
そして、図８Ｂの破線、二点鎖線および実線は、それぞれゲート絶縁層１２０の光学膜厚、すなわちゲート絶縁層１２０の膜厚にゲート絶縁層１２０の屈折率を積算した値を、レーザー光の波長で除算した値が０．２７６（波長５３２ｎｍで酸化シリコン層膜厚が１００ｎｍに対応）、０．５５２（波長５３２ｎｍで酸化シリコン層膜厚が２００ｎｍに対応）および１．１０３（波長５３２ｎｍで酸化シリコン層膜厚が４００ｎｍに対応）の場合の計算結果を示している。
【０２０６】
また、図８Ｃの計算では、ゲート絶縁層１２０が酸化シリコンからなり、非結晶性シリコン層１３０の凸部の非結晶性シリコン層１３０の光学膜厚、すなわち非結晶性シリコン層１３０の凸部の膜厚に非結晶性シリコン層１３０の屈折率を積算した値を、レーザー光の波長で除算した値が０．４７７（波長５３２ｎｍで非結晶性シリコン層膜厚が５０ｎｍに対応）からなり、チャネル保護層１４０が酸化シリコンの場合からなるモデルを用いている。そして、図８Ｃの破線、二点鎖線および実線は、それぞれゲート電極１１０がＣｕ、ＡｌおよびＭｏＷの場合の計算結果を示している。
【０２０７】
図７〜図８Ｃから、図２（ｆ）の工程において、チャネル保護層１４０の光学膜厚をレーザー光の波長で除算した値をＺとし、ｋを０から始まる整数とし、Ｚが下記の（式３）を満たせば、非結晶性シリコン層１３０の凸部およびその下方の部分のレーザー光の吸収効率を増大させることができる。なお、図７のＡは、Ｚが下記の（式３）を満たす範囲を示している。また、図８Ａ〜図８Ｃのｋ＝０、１、２はそれぞれ（式３）でｋ＝０、１、２のときのＺの範囲を示している。
【０２０８】
（式３）０．５×（ｋ＋０．３）≦Ｚ≦０．５×（ｋ＋０．７）
【０２０９】
以上のように本実施形態の薄膜トランジスタによれば、チャネル層の凸部が結晶性シリコン層１３１で形成され、凸部の両側が非結晶性シリコン層１３０で形成される。従って、優れたオン特性と優れたオフ特性とを両立させることができる。
【０２１０】
また、ソース電極１７１とドレイン電極１７２とが下層のチャネル保護層１４０に対して不均一に配置された場合でも、チャネル経路における結晶性シリコン層１３１からソース電極１７１までの距離と、チャネル経路における結晶性シリコン層１３１からドレイン電極１７２までの距離とが均等となる。従って、電気特性をソース電極およびドレイン電極の入れ替えに対して対称とすることができる。
【０２１１】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る薄膜トランジスタについて、以下で説明する。
【０２１２】
図９は、本実施形態に係る薄膜トランジスタの構成を模式的に示した断面図である。
【０２１３】
本実施形態に係る薄膜トランジスタは、非結晶性シリコン層１３０が第２結晶性シリコン層２３０に置き換えられ、結晶性シリコン層１３１が第１結晶性シリコン層２３１に置き換えられているという点で本実施形態の薄膜トランジスタと異なる。以下、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【０２１４】
この薄膜トランジスタは、基板１００と、基板１００上に形成されたゲート電極１１０と、ゲート電極１１０上に形成されたゲート絶縁層１２０と、ゲート電極１１０の上方のゲート絶縁層１２０上に形成された第１結晶性シリコン層２３１と、ゲート絶縁層１２０上であって第１結晶性シリコン層２３１の両側に形成され、第１結晶性シリコン層２３１の膜厚より膜厚が薄い第２結晶性シリコン層２３０と、第１結晶性シリコン層２３１上に形成されたチャネル保護層１４０と、チャネル保護層１４０の端部の上面、チャネル保護層１４０および第２結晶性シリコン層２３０の側面、並びに第２結晶性シリコン層２３０の上面に沿って、第２結晶性シリコン層２３０の一方の上方に形成されたソース電極１７１および第２結晶性シリコン層２３０の他方の上方に形成されたドレイン電極１７２とを備え、第１結晶性シリコン層２３１に含まれる結晶の平均粒径が、第２結晶性シリコン層２３０に含まれる結晶の平均粒径より大きい。さらに、第２結晶性シリコン層２３０とソース電極１７１との間に形成されたコンタクト層１６２と、第２結晶性シリコン層２３０とドレイン電極１７２との間に形成されたコンタクト層１６１とを備える。
【０２１５】
次に、図９の薄膜トランジスタについて詳細に説明する。
【０２１６】
第１結晶性シリコン層２３１および第２結晶性シリコン層２３０は、ゲート絶縁層１２０上に形成される半導体層であって、ゲート電極１１０の電圧によってキャリアの移動が制御されるチャネル層を構成する。第１結晶性シリコン層２３１および第２結晶性シリコン層２３０は、結晶性のシリコン層からなり、それぞれ非結晶性シリコン層の非晶質のシリコンをレーザー照射することにより多結晶質化（微結晶化も含む）することで形成される。なお、第１結晶性シリコン層２３１および第２結晶性シリコン層２３０は、非結晶性のシリコンと結晶性のシリコン層との混晶構造を有するシリコン層とすることもできる。
【０２１７】
なお、第１結晶性シリコン層２３１に含まれる結晶の平均粒径は４０ｎｍ以上１μｍ以下であり、第２結晶性シリコン層２３０に含まれる結晶の平均粒径は１０ｎｍ以上４０ｎｍ未満である。
【０２１８】
チャネル層は、表面に凸部および平坦部を有する。チャネル層において、チャネル層の底面（第１結晶性シリコン層２３１および第２結晶性シリコン層２３０の底面）から平坦部の表面（第２結晶性シリコン層２３０の上面）までの膜厚（平坦部の膜厚）は、チャネル層の底面から凸部の上面（第１結晶性シリコン層２３１の上面）までの膜厚（凸部の膜厚）よりも薄い。さらに、チャネル層の凸部は、ゲート電極１１０の上方に位置し、その両端がゲート電極１１０の両端より内側に位置する。
【０２１９】
チャネル保護層１４０の側面と第１結晶性シリコン層２３１の側面（チャネル層の凸部の側面）とは面一である。
【０２２０】
以下、本実施形態に係る薄膜トランジスタの製造方法について、図１０を用いて説明する。図１０は、本実施形態に係る薄膜トランジスタの製造方法における各工程の構成を模式的に示した断面図である。
【０２２１】
この薄膜トランジスタの製造方法は、基板１００を準備する第１工程と、基板１００上にゲート電極１１０を形成する第２工程と、ゲート電極１１０上にゲート絶縁層１２０を形成する第３工程と、ゲート絶縁層１２０上に非結晶性シリコン層３３０を形成する第４工程と、非結晶性シリコン層３３０上にチャネル保護層１４０を形成する第５工程と、非結晶性シリコン層３３０およびチャネル保護層１４０を加工することで、上層がチャネル保護層１４０であり、下層が非結晶性シリコン層３３０である凸部を形成する第６工程と、レーザー光を非結晶性シリコン層３３０の凸部、凸部の下方の部分および凸部の両側の部分に照射して、非結晶性シリコン層３３０の凸部および凸部の下方の部分を第１結晶性シリコン層２３１とし、非結晶性シリコン層３３０の凸部の両側の部分を第２結晶性シリコン層２３０とする第７工程と、チャネル保護層１４０の端部の上面、チャネル保護層１４０および第１結晶性シリコン層２３１の側面、並びに第２結晶性シリコン層２３０の上面に沿って、第２結晶性シリコン層２３０の一方の上方にソース電極１７１を形成し、第２結晶性シリコン層２３０の他方の上方にドレイン電極１７２を形成する第８工程とを含み、第７工程において、非結晶性シリコン層３３０のレーザー光に対する吸収率は、チャネル保護層１４０の下方に対応する、非結晶性シリコン層３３０の凸部および凸部の下方の部分の吸収率が、非結晶性シリコン層３３０の凸部の両側の部分の吸収率より大きく、第２結晶性シリコン層２３０に含まれる結晶の平均粒径より大きい平均粒径の結晶を含む第１結晶性シリコン層２３１を形成する。
【０２２２】
次に、図１０の薄膜トランジスタの製造方法について詳細に説明する。
【０２２３】
まず、図１０（ａ）に示すように、基板１００としてガラス基板を準備する。
【０２２４】
次に、図１０（ｂ）に示すように、基板１００上に所定形状のゲート電極１１０を形成する。
【０２２５】
次に、図１０（ｃ）に示すように、ゲート電極１１０を覆って基板１００およびゲート電極１１０上にゲート絶縁層１２０を形成する。
【０２２６】
次に、図１０（ｄ）に示すように、ゲート絶縁層１２０上に、非結晶性シリコンからなる非結晶性シリコン層３３０をプラズマＣＶＤ等によってゲート絶縁層１２０の成膜と連続的に成膜する。なお、非結晶性シリコン層３３０は、非結晶性シリコン層１３０と同じ材料から構成される。
【０２２７】
次に、図１０（ｅ）に示すように、非結晶性シリコン層３３０上に、チャネル保護層１４０を成膜する。
【０２２８】
次に、図１０（ｆ）に示すように、非結晶性シリコン層３３０およびチャネル保護層１４０の一部を連続的にエッチング除去する。これにより、セルフアラインで非結晶性シリコン層３３０の凸部が形成され、下層の非結晶性シリコン層３３０の側面と上層のチャネル保護層１４０の側面とが面一となった非結晶性シリコン層３３０の凸部が形成される。
【０２２９】
次に、図１０（ｇ）に示すように、非結晶性シリコン層３３０をレーザーアニール法により第１結晶性シリコン層２３１および第２結晶性シリコン層２３０にする。具体的には、所定のレーザー光を基板１００に対して一定の方向に相対移動させて、レーザー光を用いて非結晶性シリコン層３３０を結晶化させて第１結晶性シリコン層２３１および第２結晶性シリコン層２３０を生成する。より具体的には、先ず、形成された非結晶性シリコン層３３０に対して脱水素処理を実施する。その後、非結晶性シリコン層３３０をレーザーアニール法により多結晶質（微結晶を含む）にすることにより第１結晶性シリコン層２３１および第２結晶性シリコン層２３０を形成する。
【０２３０】
このとき、レーザー光は、非結晶性シリコン層３３０の一方の平坦部、凸部および他方の平坦部の順に非結晶性シリコン層３３０をスキャンするが、平坦部の膜厚は凸部の膜厚より薄いため、平坦部のレーザー光の吸収率は低い。従って、非結晶性シリコン層３３０において、凸部およびその下方の部分には結晶の平均粒径が大きい第１結晶性シリコン層２３１が形成されるが、凸部の両側の平坦部には結晶の平均粒径が小さい第２結晶性シリコン層２３０が形成される。
【０２３１】
また、レーザー光のレーザー光源は、可視光領域の波長のレーザーである。この可視光領域の波長のレーザーは、約３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの波長のレーザーであり、好ましくは４７３ｎｍ以上５６１ｎｍ以下の波長のグリーンレーザーである。この可視光領域の波長のレーザー光は、連続発振モードまたは擬似連続発振モードの光であれば好ましい。なぜなら、可視光領域の波長のレーザー光が連続発振モードまたは擬似連続発振モード以外の発振モードのパルス発振モードである場合、非結晶性シリコン層３３０にレーザー光を非連続に照射することになるため、非結晶性シリコン層３３０を常時溶融状態に保持することできないからである。また、擬似連続発振モードも含まれる理由は、非結晶性シリコン層３３０がその融点以下まで冷却しないうちにパルスを当てて再加熱させることにより、その溶融状態を維持できるからである。従って、擬似連続発振モードの好ましい態様は、非結晶性シリコン層３３０がその融点以下まで冷却しないうちにパルスを当てて再加熱させることができ、かつ、その溶融状態を維持できるものである。また、可視光領域の波長のレーザー光は、固体レーザー装置から発せられた光であってもよく、半導体レーザー素子を用いたレーザー装置から発せられた光であってもよい。いずれにせよ、レーザー光を精度よく制御できるため好ましい。さらに、可視光領域の波長のレーザー光は、結晶ムラのない結晶性シリコン層を形成するため、非結晶性シリコン層３３０上に照射したときのレーザー光の非結晶性シリコン層３３０上における照射エネルギー密度の変動が５％未満であれば好ましい。結晶ムラのない第１結晶性シリコン層２３１および第２結晶性シリコン層２３０を形成することにより、薄膜トランジスタの当初設計特性が達成でき、また、特性の均一化が実現できる。
【０２３２】
また、レーザー光がゲート絶縁層１２０の直上に届くまでに減衰してしまわないように、図１０（ｆ）の工程では、非結晶性シリコン層３３０の底面から非結晶性シリコン層３３０の凸部の上面までの膜厚が１００ｎｍ以下であるように凸部が形成されることが好ましい。
【０２３３】
また、レーザー光が非結晶性シリコン層３３０を透過し、ゲート電極１１０を損傷することを抑えるため、図１０（ｆ）の工程では、非結晶性シリコン層３３０の底面から非結晶性シリコン層３３０の凸部の両側の部分の上面までの膜厚が１０ｎｍ以上であるように凸部が形成されることが好ましい。
【０２３４】
また、レーザー光がゲート絶縁層１２０により光吸収されるのを抑えるため、図１０（ｃ）の工程では、図１０（ｇ）のレーザー光の波長に対して消衰係数が０．０１以下である酸化シリコン又は窒化シリコンなどの膜をゲート絶縁層１２０として形成することが好ましい。
【０２３５】
また、レーザー光がチャネル保護層１４０により光吸収されるのを抑えるため、図１０（ｅ）の工程では、図１０（ｇ）のレーザー光の波長に対して消衰係数が０．０１以下である酸化シリコン又は窒化シリコンなどの膜をチャネル保護層１４０として形成することが好ましい。
【０２３６】
なお、線状に集光されたレーザー光を非結晶性シリコン層３３０に照射するが、照射の方法は上述したように例えば２つある。
【０２３７】
次に、図１０（ｈ）に示すように、チャネル保護層１４０の上面から第２結晶性シリコン層２３０の平坦部までを跨るようにして、コンタクト層１６１および１６２となるコンタクト層１６０を形成する。具体的には、チャネル保護層１４０の上面および側面上と、第１結晶性シリコン層２３１の凸部の側面および第２結晶性シリコン層２３０の平坦部の上面上とを覆うようにして、コンタクト層１６０を成膜する。
【０２３８】
次に、図１０（ｉ）に示すように、コンタクト層１６０を覆うようにして、ソース電極１７１およびドレイン電極１７２となるソースドレイン金属膜１７０を形成する。
【０２３９】
次に、図１０（ｊ）に示すように、フォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いて、ソース電極１７１およびドレイン電極１７２と、それぞれに対応するコンタクト層１６１および１６２とを形成する。
【０２４０】
ここで、図４Ａ〜図６Ｃから、ゲート電極１１０の材料およびチャネル保護層１４０の膜厚によらず、図１０（ｇ）の工程において、レーザー光の波長は４７３ｎｍであり、図１０（ｆ）の工程において、非結晶性シリコン層３３０の底面から非結晶性シリコン層３３０の凸部の両側の部分の上面までの膜厚が、非結晶性シリコン層３３０の底面から非結晶性シリコン層３３０の凸部の上面までの膜厚より１３ｎｍ以上薄くなるように凸部を形成することで、チャネル層の凸部の第１結晶性シリコン層２３１と凸部の両側の第２結晶性シリコン層２３０とを形成できる。
【０２４１】
言い換えると、ゲート電極１１０の材料およびチャネル保護層１４０の膜厚によらず、図１０（ｇ）の工程において、レーザー光の波長は５３２ｎｍであり、図１０（ｆ）の工程において、非結晶性シリコン層３３０の底面から非結晶性シリコン層３３０の凸部の両側の部分の上面までの膜厚が、非結晶性シリコン層３３０の底面から非結晶性シリコン層３３０の凸部の上面までの膜厚より１５ｎｍ以上薄くなるように凸部を形成することで、チャネル層の凸部の第１結晶性シリコン層２３１と凸部の両側の第２結晶性シリコン層２３０とを形成できる。
【０２４２】
さらに言い換えると、ゲート電極１１０の材料およびチャネル保護層１４０の膜厚によらず、図１０（ｇ）の工程において、レーザー光の波長は５６１ｎｍであり、図１０（ｆ）の工程において、非結晶性シリコン層３３０の底面から非結晶性シリコン層３３０の凸部の両側の部分の上面までの膜厚が、非結晶性シリコン層３３０の底面から非結晶性シリコン層３３０の凸部の上面までの膜厚より１６ｎｍ以上薄くなるように凸部を形成することで、チャネル層の凸部の第１結晶性シリコン層２３１と凸部の両側の第２結晶性シリコン層２３０とを形成できる。
【０２４３】
また、図４Ａから、図１０（ｆ）の工程において、スキャンスピードを一定とした場合でも、非結晶性シリコン層３３０の凸部およびその下方の部分のレーザー光の吸収率と、非結晶性シリコン層３３０の凸部の両側の部分のレーザー光の吸収率との差分を３％以上とすることで、結晶の平均粒径が異なるシリコン層を１回のレーザースキャンで同時に形成でき、チャネル層の凸部の第１結晶性シリコン層２３１と、凸部の両側の第２結晶性シリコン層２３０とを形成できる。
【０２４４】
以上のように本実施形態の薄膜トランジスタによれば、チャネル層の凸部が結晶の平均粒径が大きい第１結晶性シリコン層２３１で形成され、凸部の両側が結晶の平均粒径が小さい第２結晶性シリコン層２３０で形成される。従って、優れたオン特性と優れたオフ特性とを両立させることができる。
【０２４５】
また、ソース電極１７１とドレイン電極１７２とが下層のチャネル保護層１４０に対して不均一に配置された場合でも、チャネル経路における第１結晶性シリコン層２３１からソース電極１７１までの距離と、チャネル経路における第１結晶性シリコン層２３１からドレイン電極１７２までの距離とが均等となる。従って、電気特性をソース電極およびドレイン電極の入れ替えに対して対称とすることができる。
【０２４６】
（変形例）
次に、本発明の第１および第２の実施形態に係る薄膜トランジスタの変形例について、以下に説明する。なお、以下では、第１の実施形態に係る薄膜トランジスタの変形例を説明するが、第２の実施形態に係る薄膜トランジスタに適用可能であることはいうまでもない。
【０２４７】
図１１は、本変形例に係る薄膜トランジスタの構成を模式的に示した断面図である。
【０２４８】
この薄膜トランジスタは、ゲート絶縁層１２０が２層構造を有し、窒化シリコン層１２１と、窒化シリコン層１２１上に形成された酸化シリコン層１２２とから構成されるという点で第１および第２の実施形態と異なる。以下、第１および第２の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【０２４９】
この薄膜トランジスタは、基板１００と、ゲート電極１１０と、ゲート絶縁層１２０と、結晶性シリコン層１３１と、非結晶性シリコン層１３０と、チャネル保護層１４０と、ソース電極１７１およびドレイン電極１７２と、コンタクト層１６２および１６１とを備える。
【０２５０】
ゲート絶縁層１２０は、窒化シリコン層１２１および酸化シリコン層１２２が構成する直列キャパシタの有する静電容量と、膜厚が１００ｎｍ以上１４０ｎｍ以下の単層の酸化シリコン層１２２の静電容量とが等しくなるような膜厚を有する。
【０２５１】
本変形例の薄膜トランジスタの製造方法は、図２で示した製造方法と同様であるが、図２（ｃ）の工程において、窒化シリコン層１２１と、窒化シリコン層１２１上に形成された酸化シリコン層１２２とから構成されるゲート絶縁層１２０を形成するという点で図２の製造方法と異なる。ゲート絶縁層１２０を２層構造とすることで、図２（ｇ）におけるレーザーアニールのレーザー光をゲート絶縁層１２０が反射し易くなるため、非結晶性シリコン層１３０のレーザー光吸収率を増大させることができる。
【０２５２】
以下、本変形例に係る薄膜トランジスタの特性について、図１２〜図１３Ｄを用いて説明する。
【０２５３】
図１２は、本変形例の図２（ｇ）の工程において、非結晶性シリコン層１３０のレーザー光の吸収率と、レーザー光のスキャンスピードとを変化させたときの結晶性シリコン層１３１の結晶性の変化を示す図である。
【０２５４】
なお、非結晶性シリコン層１３０の吸収率を変化させることは、非結晶性シリコン層１３０の膜厚つまりチャネル層の膜厚を変化させることで実現している。
【０２５５】
また、図１２の測定では、レーザー出力が４０ｋＷ／ｃｍ２、ゲート電極１１０が膜厚５０ｎｍのＭｏＷ、ゲート絶縁層１２０が膜厚６５ｎｍの窒化シリコン層１２１と、膜厚８５ｎｍの酸化シリコン層１２２とからなるサンプルを用いている。
【０２５６】
また、図１２の「ａ−Ｓｉ」は結晶性シリコン層１３１が結晶性シリコンとして結晶化せず、非結晶性シリコンとなることを示し、「ＳＰＣ」は結晶性シリコン層１３１の結晶の平均粒径が２５ｎｍ以上３５ｎｍ以下程度であることを示し、「Ｅｘ＆．ＳＰＣ」は結晶性シリコン層１３１の平均粒径が４０ｎｍ以上６０ｎｍ未満程度であることを示し、「ｐ―Ｓｉ」は結晶性シリコン層１３１の平均粒径が６０ｎｍ以上１μｍ以下程度であることを示し、「ａｂｒａｔｉｏｎ」は結晶性シリコン層１３１がチャネル層として機能しなくなることを示している。
【０２５７】
図１２に示されるように、レーザーアニールのスキャンスピードおよび非結晶性シリコン層１３０の吸収率を変化させることで非結晶性のシリコン層と結晶性のシリコン層とを形成できる。そして、スキャンスピードを一定とした場合でも、非結晶性シリコン層１３０の凸部の吸収率と平坦部の吸収率とに１％以上の差をつけることで、チャネル層の平坦部の非結晶性シリコン層１３０と凸部の結晶性シリコン層１３１とを形成できる。なお、本変形例が第２の実施形態に係る薄膜トランジスタに適用された場合、非結晶性シリコン層３３０の凸部の吸収率と平坦部の吸収率とに３％以上の差をつけることで、チャネル層の凸部の第１結晶性シリコン層２３１と凸部の両側の第２結晶性シリコン層２３０とを形成できる。
【０２５８】
図１３Ａは、本変形例の図２（ｇ）の工程において、非結晶性シリコン層１３０の膜厚と、ゲート絶縁層１２０の膜厚とをそれぞれ変化させた場合の、非結晶性シリコン層１３０の吸収率の計算結果を示す等高線図である。
【０２５９】
なお、図１３Ａでは、下の横軸は、非結晶性シリコン層１３０の光学膜厚、すなわち非結晶性シリコン層１３０の膜厚に非結晶性シリコン層１３０の屈折率を積算した値を、レーザー光の波長で除算した値を示している。左の縦軸は、窒化シリコン層１２１と酸化シリコン層１２２とで構成されるゲート絶縁層１２０を酸化シリコン層１２２の屈折率で換算した光学膜厚、すなわち窒化シリコン層１２１の膜厚に窒化シリコン層１２１の屈折率を積算した値と酸化シリコン層１２２の膜厚に酸化シリコン層１２２の屈折率を積算した値との和を、酸化シリコン層１２２の屈折率とレーザー光の波長とを積算した値で除算した値を示している。参考までに、レーザー光の波長で規格化することなくレーザー光の波長を５３２ｎｍとしたときの非結晶性シリコン層１３０の膜厚を上の横軸に、ゲート絶縁層１２０の膜厚（膜厚１２０ｎｍの単層の酸化シリコン層１２２の静電容量となる膜厚）を右の縦軸に示している。さらに、右の縦軸では、酸化シリコン層１２２および窒化シリコン層１２１の膜厚比も「酸化シリコン層１２２の膜厚／窒化シリコン層１２１の膜厚」により示している。
【０２６０】
また、図１３Ａの計算では、ゲート電極１１０がＭｏＷからなり、チャネル保護層１４０が０ｎｍであるモデルを用いている。
【０２６１】
ところで、例えば波長５３２ｎｍのとき、酸化シリコン層１２２と窒化シリコン層１２１のそれぞれの屈折率を用いることで、図１３Ａの縦軸の値からゲート絶縁層１２０を構成している酸化シリコン層１２２と窒化シリコン層１２１のそれぞれの膜厚を算出することができる。図１３Ｂ〜図１３Ｄは、図１３Ａの縦軸の値を、ゲート絶縁層１２０を構成する酸化シリコン層１２２と窒化シリコン層１２１の膜厚に変換した値の例を示す図である。図１３Ｂには、波長５３２ｎｍのときの酸化シリコン層１２２と窒化シリコン層１２１のそれぞれの膜厚を算出した値を示している。同様に、図１３Ｃ、図１３Ｄにはそれぞれ、波長５６１ｎｍ、波長４７３ｎｍのときの酸化シリコン層１２２と窒化シリコン層１２１のそれぞれの膜厚を算出した値を示している。ここで、酸化シリコン層１２２と窒化シリコン層１２１のそれぞれの比誘電率を４．１、７．９として算出している。なお、図中のＣは、酸化シリコン層と窒化シリコン層で構成される積層膜のトータルキャパシタンスに対応する酸化シリコン層単層の膜厚を示しており、ゲート絶縁層１２０が膜厚Ｃの酸化シリコン層単層で構成されている場合のキャパシタンスの値に積層膜のトータルキャパシタンスが固定されていることを示している。例えば、Ｃ＝１４０ｎｍなら、ゲート絶縁層１２０のトータルキャパシタンスの値が１４０ｎｍの酸化シリコン層単層のキャパシタンスの値であることを示している。同様に例えば、Ｃ＝１２０ｎｍまたはＣ＝１００ｎｍのとき、ゲート絶縁層１２０のトータルキャパシタンスの値が１２０ｎｍまたは１００ｎｍの酸化シリコン層単層のキャパシタンスの値であることを示している。
【０２６２】
図１２〜図１３Ｄから、ゲート電極１１０の材料およびチャネル保護層１４０の膜厚によらず、本変形例の図２（ｆ）の工程において、ｎを０から始まる整数とし、非結晶性シリコン層１３０の底面から非結晶性シリコン層１３０の凸部の上面までの膜厚に非結晶性シリコン層１３０の屈折率を積算した値である非結晶性シリコン層１３０の光学膜厚を、レーザー光の波長で除算した値をＸとし、窒化シリコン層１２１と酸化シリコン層１２２とで構成されるゲート絶縁層１２０を酸化シリコン層１２２の屈折率で換算した光学膜厚、すなわち窒化シリコン層１２１の膜厚に窒化シリコン層１２１の屈折率を積算した値と酸化シリコン層１２２の膜厚に酸化シリコン層１２２の屈折率を積算した値との和を、酸化シリコン層１２２の屈折率とレーザー光の波長とを積算した値で除算した値をＹとし、ＸおよびＹが下記の（式４）および（式５）、又は（式６）および（式７）を満たせば、最大の吸収率を含み、非結晶性シリコン層１３０の凸部およびその下方の部分のレーザー光の吸収率を例えば５０％以上とすることができる。なお、図１２のＡはＸおよびＹが下記の（式４）および（式５）を満たす範囲を示し、図１２のＢはＸおよびＹが下記の（式６）および（式７）を満たす範囲を示している。
【０２６３】
（式４）０．２２６≦Ｙ≦０．２６
（式５）−２．９０（Ｘ−０．５ｎ）+１．３９≦Ｙ≦−２．９０（Ｘ−０．５ｎ）＋１．９７
（式６）０．３４０≦Ｙ≦０．５４３
（式７）−２．９０（Ｘ−０．５ｎ）＋１．７０≦Ｙ≦−２．９０（Ｘ−０．５ｎ）＋２．２８
【０２６４】
以上のように、本変形例の薄膜トランジスタによれば、第１の実施形態と同様の理由により、優れたオン特性と優れたオフ特性とを両立させることができる。また、電気特性をソース電極およびドレイン電極の入れ替えに対して対称とすることができる。
【０２６５】
また、本変形例の薄膜トランジスタによれば、ゲート絶縁層１２０が２層構造を有するので、非結晶性シリコン層１３０の凸部およびその下方の部分のレーザー光の吸収率を増大させることができる。従って、例えばチャネル層の凸部およびその下方の部分の結晶の平均粒径を大きくして、オン電流を増大させることができる。
【０２６６】
（比較例）
次に、本発明の第１および第２の実施形態に係る薄膜トランジスタの比較例について、以下で説明する。
【０２６７】
図１４は、本比較例に係る薄膜トランジスタの構成を模式的に示した断面図である。
【０２６８】
この薄膜トランジスタは、結晶性シリコン層１３１がソース電極１７１およびドレイン電極１７２をマスクとして、非結晶性シリコン層１３０にレーザー光を照射することにより形成されるという点で第１および第２の実施形態と異なる。
【０２６９】
この薄膜トランジスタは、基板１００と、ゲート電極１１０と、ゲート絶縁層１２０と、結晶性シリコン層１３１と、非結晶性シリコン層１３０と、チャネル保護層１４０と、ソース電極１７１およびドレイン電極１７２と、コンタクト層１６２および１６１とを備える。
【０２７０】
結晶性シリコン層１３１は、チャネル保護層１４０の下方の全領域に形成されておらず、一部の領域にのみ形成されている。従って、チャネル保護層１４０の幅で定義されるチャネル長のうち一部（図１４のＣおよびＤ）を高抵抗の非結晶性シリコン層１３０が占め、第１および第２の実施形態と比べ、チャネル層の水平方向の抵抗成分が増加する。
【０２７１】
ソース電極１７１およびドレイン電極１７２が下層のチャネル保護層１４０に対して不均一に配置されている。従って、チャネル経路（図１４のＢ）における結晶性シリコン層１３１からソース電極１７１までの距離と、チャネル経路における結晶性シリコン層１３１からドレイン電極１７２までの距離とが不均等となる。その結果、ソース電極１７１およびドレイン電極１７２を入れ替えて動作させる場合、電気特性がソース電極１７１およびドレイン電極１７２の入れ替えに対して非対称となる。
【０２７２】
以上より、第１および第２の実施形態に係る薄膜トランジスタは、本比較例に係る薄膜トランジスタと比べ優れたオン特性と優れたオフ特性とを実現でき、かつ電気特性をソース電極およびドレイン電極の入れ替えに対して対称とすることができる。
【０２７３】
（第３の実施形態）
図１５は、本発明の第３の実施形態に係る表示装置の外観図である。図１６は、本実施形態に係る有機ＥＬパネルの一部切り欠き斜視図である。
【０２７４】
この表示装置３４０は、有機ＥＬパネルを備える表示装置であって、第１又は第２の実施形態の薄膜トランジスタを備え、薄膜トランジスタは有機ＥＬパネルを駆動させる。この表示装置３４０は、第１又は第２の実施形態の薄膜トランジスタを、アクティブマトリクス基板のスイッチングトランジスタ又は駆動トランジスタとして用いた有機ＥＬパネル３２０を備える。
【０２７５】
有機ＥＬパネル３２０は、アクティブマトリクス基板３２１と、アクティブマトリクス基板３２１上にマトリクス状に複数配置された画素３２２と、画素３２２に接続され、アクティブマトリクス基板３２１上にアレイ状に複数配置された画素回路３２３と、画素３２２と画素回路３２３の上に順次積層された陽極３２４、有機ＥＬ層３２５および陰極３２６（透明電極）と、各画素回路３２３と制御回路（不図示）とを接続する複数本のソース線３２７およびゲート線３２８とを備える。有機ＥＬ層３２５は、電子輸送層、発光層、および正孔輸送層等の各層が積層されて構成されている。
【０２７６】
図１７は、図１６の有機ＥＬパネル３２０の画素３２２の回路構成を示す図である。
【０２７７】
図１７に示すように、画素３２２は、駆動トランジスタ３３１と、スイッチングトランジスタ３３２と、有機ＥＬ素子３３３と、コンデンサ３３４とを備える。駆動トランジスタ３３１は、有機ＥＬ素子３３３を駆動するトランジスタであり、また、スイッチングトランジスタ３３２は、画素３２２を選択するためのトランジスタである。
【０２７８】
スイッチングトランジスタ３３２のソース電極３３２Ｓは、ソース線３２７に接続され、ゲート電極３３２Ｇは、ゲート線３２８に接続され、ドレイン電極３３２Ｄは、コンデンサ３３４および駆動トランジスタ３３１のゲート電極３３１Ｇに接続されている。
【０２７９】
また、駆動トランジスタ３３１のドレイン電極３３１Ｄは、電源線３３５に接続され、ソース電極３３１Ｓは有機ＥＬ素子３３３のアノードに接続されている。
【０２８０】
この構成において、ゲート線３２８にゲート信号が入力され、スイッチングトランジスタ３３２をオン状態にすると、ソース線３２７を介して供給された信号電圧がコンデンサ３３４に書き込まれる。そして、コンデンサ３３４に書き込まれた保持電圧は、１フレーム期間を通じて保持される。この保持電圧により、駆動トランジスタ３３１のコンダクタンスがアナログ的に変化し、発光階調に対応した駆動電流が、有機ＥＬ素子３３３のアノードからカソードへと流れる。これにより、有機ＥＬ素子３３３が発光し、画像として表示される。
【０２８１】
なお、本実施形態において、有機ＥＬパネルを用いた有機ＥＬ表示装置について説明したが、第１又は第２の実施形態の薄膜トランジスタは液晶表示装置の液晶パネルを駆動するトランジスタに適用することもできる。この場合、この表示装置は、液晶パネルを備える表示装置であって、第１又は第２の実施形態の薄膜トランジスタを備え、薄膜トランジスタは液晶パネルを駆動させる。
【０２８２】
以上、本発明の薄膜トランジスタおよびその製造方法ならびに表示装置について、実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施形態の限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲内で当業者が思いつく各種変形を施したものも本発明の範囲内に含まれる。
【０２８３】
例えば、上記実施形態の表示装置については、フラットパネルディスプレイとして利用することができ、テレビジョンセット、パーソナルコンピュータ、および携帯電話等のあらゆる表示部を有する電子機器に適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【０２８４】
本発明は、薄膜トランジスタおよびその製造方法ならびに表示装置に利用でき、特にテレビジョンセット、パーソナルコンピュータおよび携帯電話等の表示装置、又はその他薄膜トランジスタを有する様々な電気機器等に利用することができる。
【符号の説明】
【０２８５】
１００    基板
１１０、３３１Ｇ、３３２Ｇ    ゲート電極
１２０    ゲート絶縁層
１２１    窒化シリコン層
１２２    酸化シリコン層
１３０、３３０    非結晶性シリコン層
１３１    結晶性シリコン層
１４０    チャネル保護層
１６０、１６１、１６２    コンタクト層
１７０    ソースドレイン金属膜
１７１、３３１Ｓ、３３２Ｓ    ソース電極
１７２、３３１Ｄ、３３２Ｄ    ドレイン電極
２３０    第２結晶性シリコン層
２３１    第１結晶性シリコン層
３２０    有機ＥＬパネル
３２１    アクティブマトリクス基板
３２２    画素
３２３    画素回路
３２４    陽極
３２５    有機ＥＬ層
３２６    陰極
３２７    ソース線
３２８    ゲート線
３３１    駆動トランジスタ
３３２    スイッチングトランジスタ
３３３    有機ＥＬ素子
３３４    コンデンサ
３３５    電源線
３４０    表示装置
【図１】
2013005250.tif 000036
【図２】
2013005250.tif 000037
【図３】
2013005250.tif 000038
【図４Ａ】
2013005250.tif 000039
【図４Ｂ】
2013005250.tif 000040
【図５Ａ】
2013005250.tif 000041
【図５Ｂ】
2013005250.tif 000042
【図５Ｃ】
2013005250.tif 000043
【図５Ｄ】
2013005250.tif 000044
【図５Ｅ】
2013005250.tif 000045
【図５Ｆ】
2013005250.tif 000046
【図６Ａ】
2013005250.tif 000047
【図６Ｂ】
2013005250.tif 000048
【図６Ｃ】
2013005250.tif 000049
【図７】
2013005250.tif 000050
【図８Ａ】
2013005250.tif 000051
【図８Ｂ】
2013005250.tif 000052
【図８Ｃ】
2013005250.tif 000053
【図９】
2013005250.tif 000054
【図１０】
2013005250.tif 000055
【図１１】
2013005250.tif 000056
【図１２】
2013005250.tif 000057
【図１３Ａ】
2013005250.tif 000058
【図１３Ｂ】
2013005250.tif 000059
【図１３Ｃ】
2013005250.tif 000060
【図１３Ｄ】
2013005250.tif 000061
【図１４】
2013005250.tif 000062
【図１５】
2013005250.tif 000063
【図１６】
2013005250.tif 000064
【図１７】
2013005250.tif 000065
【手続補正書】
【提出日】平成24年12月14日(2012.12.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極上に形成されたゲート絶縁層と、
前記ゲート電極の上方の前記ゲート絶縁層上に形成された結晶性シリコン層と、
前記ゲート絶縁層上であって前記結晶性シリコン層の両側に形成され、前記結晶性シリコン層の膜厚より膜厚が薄い非結晶性シリコン層と、
前記結晶性シリコン層上に形成されたチャネル保護層と、
少なくとも前記結晶性シリコン層の側面並びに前記非結晶性シリコン層の上面と、前記ソース電極と前記ドレイン電極の少なくとも一方の間に位置し、非結晶性シリコン又は多結晶性シリコンに不純物がドープされたコンタクト層と、
前記コンタクト層を介して、少なくとも前記結晶性シリコン層の側面、並びに前記非結晶性シリコン層の上面に沿って、前記非結晶性シリコン層の一方の上方に形成されたソース電極および前記非結晶性シリコン層の他方の上方に形成されたドレイン電極とを備える、
薄膜トランジスタ。
【請求項２】
前記結晶性シリコン層に含まれる結晶の平均粒径が１０ｎｍ以上１μｍ以下である、
請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項３】
前記結晶性シリコン層の側面と前記チャネル保護層の側面とは面一である、
請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項４】
基板と、
前記基板上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極上に形成されたゲート絶縁層と、
前記ゲート電極の上方の前記ゲート絶縁層上に形成された第１結晶性シリコン層と、
前記ゲート絶縁層上であって前記第１結晶性シリコン層の両側に形成され、前記第１結晶性シリコン層の膜厚より膜厚が薄い第２結晶性シリコン層と、
前記第１結晶性シリコン層上に形成されたチャネル保護層と、
少なくとも前記結晶性シリコン層の側面並びに前記非結晶性シリコン層の上面と、前記ソース電極と前記ドレイン電極の少なくとも一方の間に位置し、非結晶性シリコン又は多結晶性シリコンに不純物がドープされたコンタクト層と、
前記コンタクト層を介して、少なくとも前記第１結晶性シリコン層の側面、並びに前記第２結晶性シリコン層の上面に沿って、前記第２結晶性シリコン層の一方の上方に形成されたソース電極および前記第２結晶性シリコン層の他方の上方に形成されたドレイン電極とを備え、
前記第１結晶性シリコン層に含まれる結晶の平均粒径が、前記第２結晶性シリコン層に含まれる結晶の平均粒径より大きい、
薄膜トランジスタ。
【請求項５】
前記第１結晶性シリコン層に含まれる結晶の平均粒径は４０ｎｍ以上１μｍ以下であり、
前記第２結晶性シリコン層に含まれる結晶の平均粒径は１０ｎｍ以上４０ｎｍ未満である、
請求項４に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項６】
前記第１結晶性シリコン層の側面と前記チャネル保護層の側面とが面一である、
請求項４に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項７】
基板を準備する工程と、
前記基板上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極上にゲート絶縁層を形成する工程と、
前記ゲート絶縁層上に非結晶性シリコン層を形成する工程と、
前記非結晶性シリコン層上にチャネル保護層を形成する工程と、
前記非結晶性シリコン層および前記チャネル保護層を加工することで、上層がチャネル保護層であり、下層が非結晶性シリコン層である凸部を形成する工程と、
レーザー光を前記非結晶性シリコン層の前記凸部、前記凸部の下方の部分および前記凸部の両側の部分に照射して、前記非結晶性シリコン層の前記凸部および前記凸部の下方の部分を結晶性シリコン層とし、前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分を非結晶性シリコン層のまま残す工程と、
少なくとも前記結晶性シリコン層の側面並びに前記非結晶性シリコン層の上面と、前記ソース電極と前記ドレイン電極の少なくとも一方の間に位置し、非結晶性シリコン又は多結晶性シリコンに不純物がドープされたコンタクト層を形成する工程と、
前記コンタクト層を介して、少なくとも前記結晶性シリコン層の側面、並びに前記非結晶性シリコン層の上面に沿って、前記非結晶性シリコン層の一方の上方にソース電極を形成し、前記非結晶性シリコン層の他方の上方にドレイン電極を形成する工程とを含み、
前記レーザー光を照射する工程において、
前記非結晶性シリコン層の前記レーザー光に対する吸収率は、前記チャネル保護層の下方に対応する、前記非結晶性シリコン層の前記凸部および前記凸部の下方の部分の吸収率が、前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の吸収率より大きい、
薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項８】
前記レーザー光を照射する工程において、
前記レーザー光の照射により、平均粒径が１０ｎｍ以上１μｍ以下の結晶を含む前記結晶性シリコン層を形成する、
請求項７に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項９】
前記レーザー光を照射する工程において、
前記レーザー光の波長が４７３ｎｍ以上５６１ｎｍ以下である、
請求項７又は８に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１０】
基板を準備する工程と、
前記基板上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極上にゲート絶縁層を形成する工程と、
前記ゲート絶縁層上に非結晶性シリコン層を形成する工程と、
前記非結晶性シリコン層上にチャネル保護層を形成する工程と、
前記非結晶性シリコン層およびチャネル保護層を加工することで、上層がチャネル保護層であり、下層が非結晶性シリコン層である凸部を形成する工程と、
レーザー光を前記非結晶性シリコン層の前記凸部、前記凸部の下方の部分および前記凸部の両側の部分に照射して、前記非結晶性シリコン層の前記凸部および前記凸部の下方の部分を第１結晶性シリコン層とし、前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分を第２結晶性シリコン層とする工程と、
少なくとも前記結晶性シリコン層の側面並びに前記非結晶性シリコン層の上面と、前記ソース電極と前記ドレイン電極の少なくとも一方の間に位置し、非結晶性シリコン又は多結晶性シリコンに不純物がドープされたコンタクト層を形成する工程と、
前記コンタクト層を介して、少なくとも前記第１結晶性シリコン層の側面、並びに前記第２結晶性シリコン層の上面に沿って、前記第２結晶性シリコン層の一方の上方にソース電極を形成し、前記第２結晶性シリコン層の他方の上方にドレイン電極を形成する工程とを含み、
前記レーザー光を照射する工程において、
前記非結晶性シリコン層の前記レーザー光に対する吸収率は、前記チャネル保護層の下方に対応する、前記非結晶性シリコン層の前記凸部および前記凸部の下方の部分の吸収率が、前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の吸収率より大きく、
前記第２結晶性シリコン層に含まれる結晶の平均粒径より大きい平均粒径の結晶を含む前記第１結晶性シリコン層を形成する、
薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１１】
前記第１結晶性シリコン層に含まれる結晶の平均粒径は４０ｎｍ以上１μｍ以下であり、
前記第２結晶性シリコン層に含まれる結晶の平均粒径は１０ｎｍ以上４０ｎｍ未満である、
請求項１０に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１２】
前記レーザー光を照射する工程において、
前記レーザー光の波長は４７３ｎｍであり、
前記凸部を形成する工程において、
前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の上面までの膜厚が、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚より１３ｎｍ以上薄くなるように前記凸部を形成する、
請求項１１に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１３】
前記レーザー光を照射する工程において、
前記レーザー光の波長は５３２ｎｍであり、
前記凸部を形成する工程において、
前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の上面までの膜厚が、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚より１５ｎｍ以上薄くなるように前記凸部を形成する、
請求項１１に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１４】
前記レーザー光を照射する工程において、
前記レーザー光の波長は５６１ｎｍであり、
前記凸部を形成する工程において、
前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の上面までの膜厚が、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚より１６ｎｍ以上薄くなるように前記凸部を形成する、
請求項１０に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１５】
前記レーザー光を照射する工程において、
前記非結晶性シリコン層の前記凸部およびその下方の部分の前記レーザー光の吸収率と、前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の前記レーザー光の吸収率との差分は、３％以上である、
請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１６】
前記レーザー光を照射する工程において、
前記レーザー光の波長は４７３ｎｍであり、
前記凸部を形成する工程において、
前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の上面までの膜厚が、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚より４ｎｍ以上薄くなるように前記凸部を形成する、
請求項９に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１７】
前記レーザー光を照射する工程において、
前記レーザー光の波長は５３２ｎｍであり、
前記凸部を形成する工程において、
前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の上面までの膜厚が、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚より５ｎｍ以上薄くなるように前記凸部を形成する、
請求項９に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１８】
前記レーザー光を照射する工程において、
前記レーザー光の波長は５６１ｎｍであり、
前記凸部を形成する工程において、
前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の上面までの膜厚が、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚より５ｎｍ以上薄くなるように前記凸部を形成する、
請求項９に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１９】
前記レーザー光を照射する工程において、
前記非結晶性シリコン層の前記凸部およびその下方の部分の前記レーザー光の吸収率は３０％以上であり、
前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の前記レーザー光の吸収率は２０％以下である、
請求項７〜１８のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２０】
前記レーザー光を照射する工程において、
ｌおよびｍを０から始まる整数とし、
前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚に前記非結晶性シリコン層の屈折率を積算した値である前記非結晶性シリコン層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値をＸとし、
前記ゲート絶縁層の膜厚に前記ゲート絶縁層の屈折率を積算した値である前記ゲート絶縁層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値をＹとし、
前記Ｘおよび前記Ｙは、下記の（式１）および（式２）を満たす、
請求項７〜１９のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
（式１）０．５０ｍ≦Ｙ≦０．４０＋０．５０ｍ
（式２）−４．００（Ｘ−０．５０ｌ）＋１．９２＋０．５０ｍ≦Ｙ≦−４．００（Ｘ−０．５０ｌ）＋２．６８＋０．５０ｍ
【請求項２１】
前記ゲート絶縁層を形成する工程において、
窒化シリコン層と、前記窒化シリコン層上に形成された酸化シリコン層とから構成される前記ゲート絶縁層を形成し、
前記レーザー光を照射する工程において、
ｎを０から始まる整数とし、
前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚に前記非結晶性シリコン層の屈折率を積算した値である前記非結晶性シリコン層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値をＸとし、
窒化シリコン層と酸化シリコン層とで構成されるゲート絶縁層を酸化シリコン層の屈折率で換算した光学膜厚を、酸化シリコン層の屈折率とレーザー光の波長とを積算した値で除算した値をＹとし、
前記Ｘおよび前記Ｙは、下記の（式３）および（式４）、又は（式５）および（式６）を満たす、
請求項７〜２０のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
（式３）０．２２６≦Ｙ≦０．２６
（式４）−２．９０（Ｘ−０．５ｎ）+１．３９≦Ｙ≦−２．９０（Ｘ−０．５ｎ）＋１．９７
（式５）０．３４０≦Ｙ≦０．５４３
（式６）−２．９０（Ｘ−０．５ｎ）＋１．７０≦Ｙ≦−２．９０（Ｘ−０．５ｎ）＋２．２８
【請求項２２】
前記凸部を形成する工程において、
前記チャネル保護層の膜厚に前記チャネル保護層の屈折率を積算した値である前記チャネル保護層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値をＺとし、ｋを０から始まる整数とし、
前記Ｚは、下記の（式７）を満たす、
請求項７〜２１のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
（式７）０．５×（ｋ＋０．３）≦Ｚ≦０．５×（ｋ＋０．７）
【国際調査報告】
2013005250.tif 000066
2013005250.tif 000067
2013005250.tif 000068
2013005250.tif 000069