(57)【要約】  本発明に係る薄膜トランジスタ装置（１０）は、ボトムゲート型の薄膜トランジスタ装置であって、基板（１）上に形成されたゲート電極（２）と、ゲート電極上に形成されたゲート絶縁膜（３）と、ゲート絶縁膜上に形成され、チャネル領域を有する結晶シリコン薄膜（４）と、チャネル領域を含む結晶シリコン薄膜上に形成された非晶質シリコン薄膜（５）と、非晶質シリコン薄膜の上方に形成されたソース電極（８Ｓ）及びドレイン電極（８Ｄ）と、を具備し、非晶質シリコン薄膜の光学バンドギャップと薄膜トランジスタ装置のオフ電流とは、正の相関関係がある。
2013021426.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボトムゲート型の薄膜トランジスタ装置であって、
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膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成され、チャネル領域を有する結晶シリコン薄膜と、
前記チャネル領域を含む前記結晶シリコン薄膜上に形成された非晶質シリコン薄膜と、
前記非晶質シリコン薄膜の上方に形成されたソース電極及びドレイン電極と、を具備し、
前記非晶質シリコン薄膜の光学バンドギャップと前記薄膜トランジスタ装置のオフ電流とは、正の相関関係がある、
薄膜トランジスタ装置。
【請求項２】
前記非晶質シリコン薄膜の光学バンドギャップの値が１．６５ｅＶ以上、１．７５ｅＶ以下であり、
前記薄膜トランジスタ装置のオフ電圧が前記ゲート電極に印加されている場合において、前記非晶質シリコン薄膜の電位が、前記結晶シリコン薄膜の電位よりも高い、
請求項１に記載の薄膜トランジスタ装置。
【請求項３】
前記非晶質シリコン薄膜の光学バンドギャップをＥｇとし、前記非晶質シリコン薄膜の膜厚をｔとすると、
Ｅｇ≦０．０１×ｔ＋１．５５、かつ、Ｅｇ≧０．０１２５×ｔ＋１．４１の関係式を満たす、
請求項１又は請求項２に記載の薄膜トランジスタ装置。
【請求項４】
前記非晶質シリコン薄膜の膜厚は、１０ｎｍ以上、４０ｎｍ以下である、
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ装置。
【請求項５】
さらに、前記ゲート電極の上方であって前記非晶質シリコン薄膜上に形成された絶縁層を具備する、
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ装置。
【請求項６】
さらに、前記非晶質シリコン薄膜と前記ソース電極及び前記ドレイン電極との間に形成された一対のコンタクト層を備え、
前記一対のコンタクト層は、前記非晶質シリコン薄膜の側面及び前記結晶シリコン薄膜の側面には形成されていない
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ装置。
【請求項７】
ボトムゲート型の薄膜トランジスタ装置の製造方法であって、
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膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に、チャネル領域を有する結晶シリコン薄膜を形成する工程と、
前記チャネル領域を含む前記結晶シリコン薄膜上に非晶質シリコン薄膜を形成する工程と、
前記非晶質シリコン薄膜の上方に形成されたソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、を含み、
前記非晶質シリコン薄膜を形成する工程において、前記非晶質シリコン薄膜は、当該非晶質シリコン薄膜の光学バンドギャップと前記薄膜トランジスタ装置のオフ電流とが正の相関関係を有するように形成される、
薄膜トランジスタ装置の製造方法。
【請求項８】
前記非晶質シリコン薄膜を形成する工程において、
前記非晶質シリコン薄膜は、平行平板電極型のＲＦプラズマＣＶＤ装置によって、
前記装置内に設置した前記基板の温度を３００℃以上４００℃以下とし、
前記装置内に、ＳｉＨ４ガスを５０ｓｃｃｍ以上６５ｓｃｃｍ以下で導入するとともに、Ｈ２ガスを６ｓｃｃｍ以上１７ｓｃｃｍ以下で導入し、
前記装置の圧力を４５０Ｐａ以上８５０Ｐａ以下とし、
前記平行平板電極の間隔を３５０ｍｍ以上６８０ｍｍ以下に設定し、
前記平行平板電極に印加するＲＦパワー密度を０．０６８５Ｗ／ｃｍ２以上０．２７４Ｗ／ｃｍ２以下とする成膜条件によって形成される、
請求項７に記載の薄膜トランジスタ装置の製造方法。
【請求項９】
前記非晶質シリコン薄膜を形成する工程において、
前記非晶質シリコン薄膜は、当該非晶質シリコン薄膜の光学バンドギャップの値が１．６５ｅＶ以上１．７５ｅＶ以下であり、かつ、前記ゲート電極に電圧が印加されない場合において、前記非晶質シリコン薄膜の電位が前記結晶シリコン薄膜の電位よりも高くなるように形成される、
請求項８に記載の薄膜トランジスタ装置の製造方法。
【請求項１０】
前記非晶質シリコン薄膜の光学バンドギャップをＥｇとし、前記非晶質シリコン薄膜の膜厚をｔとすると、
前記非晶質シリコン薄膜を形成する工程において、
前記非晶質シリコン薄膜は、Ｅｇ≦０．０１×ｔ＋１．５５、かつ、Ｅｇ≧０．０１２５×ｔ＋１．４１の関係式を満たすように形成される、
請求項８又は請求項９に記載の薄膜トランジスタ装置の製造方法。
【請求項１１】
前記非晶質シリコン薄膜を形成する工程と、前記ソース電極及びドレイン電極を形成する工程との間に、さらに、前記ゲート電極の上方であって前記非晶質シリコン薄膜上に絶縁層を形成する工程を含む、
請求項７ないし請求項１０のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜トランジスタ装置及び薄膜トランジスタ装置の製造方法に関し、特に、ボトムゲート型の薄膜トランジスタ装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から液晶表示装置等のアクティブマトリクス方式の表示装置では、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）と呼ばれる薄膜トランジスタ装置が用いられている。表示装置において、ＴＦＴは、画素を選択するスイッチング素子として、あるいは、画素を駆動する駆動トランジスタ等として用いられる。【０００３】
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（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）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ることから、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装置の開発が急がれている。【０００４】
従来、液晶ディスプレイの駆動回路の薄膜トランジスタ装置として、チャネル層に非晶質半導体層を単層として用いた薄膜トランジスタ装置が存在する。この種の薄膜トランジスタ装置は、チャネル層のバンドギャップが大きいためオフ電流（ゲートオフ時のリーク電流）は低いものの、電荷移動度が低いためにオン電流（ゲートオン時のドレイン電流）も低いという問題がある。【０００５】
この問題に対して、チャネル層を結晶シリコン薄膜と非晶質シリコン薄膜との２層構造にした薄膜トランジスタ装置が提案されている。このように、チャネル層を結晶シリコン薄膜と非晶質シリコン薄膜との２層構造とすることで相互の利点が作用して、理想的には、チャネル層が単層の非晶質シリコン薄膜からなる薄膜トランジスタ装置と比較してオン電流を高くすることができるとともに、チャネル層が単層の結晶シリコン薄膜からなる薄膜トランジスタ装置と比較してオフ電流を低くすることができると考えられている。【０００６】
例えば、特許文献１には、チャネル層を微結晶シリコン膜と非晶質シリコン膜との２層構造とする薄膜トランジスタ装置が開示されている。特許文献１に開示された薄膜トランジスタ装置によれば、オン電流のばらつきを抑制するとともに、閾値電圧Ｖｔｈの変動を抑制することができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−５５０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、単に、チャネル層を結晶シリコン薄膜と非晶質シリコン薄膜との２層構造とするだけでは、必ずしもオン電流を増大しつつオフ電流を低下させることができるわけではない。例えば、オフ電流を低減させるために非晶質シリコン薄膜の膜厚を厚くすると、オン抵抗が高くなってしまい、オン電流が低下する。【０００９】
このように、チャネル層が結晶シリコン薄膜と非晶質シリコン薄膜との２層構造からなる薄膜トランジスタ装置では、オン電流を確保しつつオフ電流を抑制することが難しいという問題がある。【００１０】
本発明は、上記問題を鑑みてなされたものであり、チャネル層が結晶シリコン薄膜と非晶質シリコン薄膜との積層構造からなる薄膜トランジスタ装置であっても、オン電流を確保しつつオフ電流を抑制することができる薄膜トランジスタ装置及びその製造方法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】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明に係る薄膜トランジスタ装置の一態様は、ボトムゲート型の薄膜トランジスタ装置であって、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膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成され、チャネル領域を有する結晶シリコン薄膜と、前記チャネル領域を含む前記結晶シリコン薄膜上に形成された非晶質シリコン薄膜と、前記非晶質シリコン薄膜の上方に形成されたソース電極及びドレイン電極と、を具備し、前記非晶質シリコン薄膜の光学バンドギャップと前記薄膜トランジスタ装置のオフ電流とは、正の相関関係がある。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、チャネル層を結晶シリコン薄膜と非晶質シリコン薄膜との積層構造とする薄膜トランジスタ装置において、オン電流を確保しつつオフ電流を抑制することができる薄膜トランジスタ装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタ装置の構成を模式的に示した断面図である。
【図２】図２は、単層のチャネル層からなる一般的な薄膜トランジスタ装置におけるチャネル層の光学バンドギャップとオフ電流との関係を示す図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタ装置における非晶質シリコン薄膜の光学バンドギャップとオフリーク電流（オフ電流）又はオン抵抗との関係を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、薄膜トランジスタ装置における非晶質シリコン薄膜の光学バンドギャップと伝導帯（コンダクションバンド）又は価電子帯（バレンスバンド）との関係を示す図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタ装置における非晶質シリコン薄膜の膜厚とオフリーク電流との関係を示す図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタ装置における非晶質シリコン薄膜の膜厚とオン抵抗との関係を示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタ装置において、非晶質シリコン薄膜の膜厚、非晶質シリコン薄膜の光学バンドギャップ及びオフリーク電流の関係を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタ装置において、非晶質シリコン薄膜の膜厚、非晶質シリコン薄膜の光学バンドギャップ及びオン抵抗の関係を示す図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタ装置において、オフリーク電流及びオン抵抗を両立することができる非晶質シリコン薄膜の膜厚及び光学バンドギャップの最適範囲（プロセスウィンド）を示す図である。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタの製造方法における基板準備工程を模式的に示した断面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタの製造方法におけるゲート電極形成工程を模式的に示した断面図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタの製造方法におけるゲート絶縁膜形成工程を模式的に示した断面図である。
【図７Ｄ】図７Ｄは、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタの製造方法における結晶質シリコン薄膜形成工程を模式的に示した断面図である。
【図７Ｅ】図７Ｅは、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタの製造方法における非晶質シリコン薄膜形成工程を模式的に示した断面図である。
【図７Ｆ】図７Ｆは、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタの製造方法における絶縁層形成工程を模式的に示した断面図である。
【図７Ｇ】図７Ｇは、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタの製造方法におけるコンタクト層形成工程及びソースドレイン電極形成工程を模式的に示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明に係る薄膜トランジスタ装置の一態様は、ボトムゲート型の薄膜トランジスタ装置であって、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膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成され、チャネル領域を有する結晶シリコン薄膜と、前記チャネル領域を含む前記結晶シリコン薄膜上に形成された非晶質シリコン薄膜と、前記非晶質シリコン薄膜の上方に形成されたソース電極及びドレイン電極と、を具備し、前記非晶質シリコン薄膜の光学バンドギャップと前記薄膜トランジスタ装置のオフ電流とは、正の相関関係がある。
【００１５】
本態様によれば、非晶質シリコン薄膜の光学バンドギャップと薄膜トランジスタ装置のオフリーク電流とが正の相関関係を有する。これにより、非晶質シリコン薄膜の光学バンドギャップＥｇを制御することで、フロントチャネル側に発生するオフリーク電流の跳ね上がりを抑制することができ、オン電流を確保しつつオフ電流を抑制することができる。
【００１６】
さらに、本発明に係る薄膜トランジスタ装置の一態様において、前記非晶質シリコン薄膜の光学バンドギャップの値が１．６５ｅＶ以上、１．７５ｅＶ以下であり、前記薄膜トランジスタ装置のオフ電圧が前記ゲート電極に印加されている場合において、前記非晶質シリコン薄膜の電位が、前記結晶シリコン薄膜の電位よりも高いことが好ましい。
【００１７】
さらに、本発明に係る薄膜トランジスタ装置の一態様において、前記非晶質シリコン薄膜の光学バンドギャップをＥｇとし、前記非晶質シリコン薄膜の膜厚をｔとすると、Ｅｇ≦０．０１×ｔ＋１．５５、かつ、Ｅｇ≧０．０１２５×ｔ＋１．４１の関係式を満たすことが好ましい。
【００１８】
さらに、本発明に係る薄膜トランジスタ装置の一態様において、前記非晶質シリコン薄膜の膜厚は、１０ｎｍ以上、４０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１９】
さらに、本発明に係る薄膜トランジスタ装置の一態様において、前記ゲート電極の上方であって前記非晶質シリコン薄膜上に形成された絶縁層を具備することが好ましい。
【００２０】
さらに、本発明に係る薄膜トランジスタ装置の一態様において、前記非晶質シリコン薄膜と前記ソース電極及び前記ドレイン電極との間に形成された一対のコンタクト層を備え、前記一対のコンタクト層は、前記非晶質シリコン薄膜の側面及び前記結晶シリコン薄膜の側面には形成されていないことが好ましい。
【００２１】
また、本発明に係る薄膜トランジスタ装置の製造方法の一態様は、ボトムゲート型の薄膜トランジスタ装置の製造方法であって、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膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上に、チャネル領域を有する結晶シリコン薄膜を形成する工程と、前記チャネル領域を含む前記結晶シリコン薄膜上に非晶質シリコン薄膜を形成する工程と、前記非晶質シリコン薄膜の上方に形成されたソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、を含み、前記非晶質シリコン薄膜を形成する工程において、前記非晶質シリコン薄膜は、当該非晶質シリコン薄膜の光学バンドギャップと前記薄膜トランジスタ装置のオフ電流とが正の相関関係を有するように形成される。
【００２２】
本態様によれば、非晶質シリコン薄膜の光学バンドギャップと薄膜トランジスタ装置のオフリーク電流とが正の相関関係を有する。これにより、非晶質シリコン薄膜の光学バンドギャップＥｇを制御することで、フロントチャネル側に発生するオフリーク電流の跳ね上がりを抑制することができ、オン電流を確保しつつオフ電流を抑制することができる。
【００２３】
さらに、本発明に係る薄膜トランジスタ装置の製造方法の一態様において、前記非晶質シリコン薄膜を形成する工程において、前記非晶質シリコン薄膜は、平行平板電極型のＲＦプラズマＣＶＤ装置によって、前記装置内に設置した前記基板の温度を３００℃以上４００℃以下とし、前記装置内に、ＳｉＨ４ガスを５０ｓｃｃｍ以上６５ｓｃｃｍ以下で導入するとともに、Ｈ２ガスを６ｓｃｃｍ以上１７ｓｃｃｍ以下で導入し、前記装置の圧力を４５０Ｐａ以上８５０Ｐａ以下とし、前記平行平板電極の間隔を３５０ｍｍ以上６８０ｍｍ以下に設定し、前記平行平板電極に印加するＲＦパワー密度を０．０６８５Ｗ／ｃｍ２以上０．２７４Ｗ／ｃｍ２以下とする成膜条件によって形成されることが好ましい。
【００２４】
さらに、本発明に係る薄膜トランジスタ装置の製造方法の一態様において、前記非晶質シリコン薄膜を形成する工程において、前記非晶質シリコン薄膜は、当該非晶質シリコン薄膜の光学バンドギャップの値が１．６５ｅＶ以上１．７５ｅＶ以下であり、かつ、前記ゲート電極に電圧が印加されない場合において、前記非晶質シリコン薄膜の電位が前記結晶シリコン薄膜の電位よりも高くなるように形成されることが好ましい。
【００２５】
さらに、本発明に係る薄膜トランジスタ装置の製造方法の一態様において、前記非晶質シリコン薄膜の光学バンドギャップをＥｇとし、前記非晶質シリコン薄膜の膜厚をｔとすると、前記非晶質シリコン薄膜を形成する工程において、前記非晶質シリコン薄膜は、Ｅｇ≦０．０１×ｔ＋１．５５、かつ、Ｅｇ≧０．０１２５×ｔ＋１．４１の関係式を満たすように形成されることが好ましい。
【００２６】
さらに、本発明に係る薄膜トランジスタ装置の製造方法の一態様において、前記非晶質シリコン薄膜を形成する工程と、前記ソース電極及びドレイン電極を形成する工程との間に、さらに、前記ゲート電極の上方であって前記非晶質シリコン薄膜上に絶縁層を形成する工程を含むことが好ましい。
【００２７】
（実施の形態）
以下、本発明に係る薄膜トランジスタ装置及びその製造方法について、実施の形態に基づいて説明するが、本発明は、請求の範囲の記載に基づいて特定される。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、請求項に記載されていない構成要素は、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示したものではない。
【００２８】
まず、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタ装置１０の構成について、図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタ装置の構成を模式的に示した断面図である。
【００２９】
図１に示すように、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタ装置１０は、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１と、基板１上に形成されたゲート電極２と、ゲート電極２上に形成されたゲート絶縁膜３と、ゲート絶縁膜３上に形成された結晶シリコン薄膜４と、結晶シリコン薄膜４上に形成された非晶質シリコン薄膜５と、非晶質シリコン薄膜５上に形成された絶縁層６と、非晶質シリコン薄膜５上に絶縁層６を挟んで形成されたソース電極８Ｓ及びドレイン電極８Ｄとを具備する。さらに、本実施の形態における薄膜トランジスタ装置１０は、結晶シリコン薄膜４の上方において、非晶質シリコン薄膜５とソース電極８Ｓ又はドレイン電極８Ｄとの間に形成された一対のコンタクト層７を備える。以下、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ装置１０の各構成要素について詳述する。
【００３０】
基板１は、例えば、石英ガラス、無アルカリガラス又は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シリコン薄膜４に侵入することを防止するために、基板１上にシリコン窒化膜（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を形成してもよい。また、アンダーコート層は、レーザアニールなどの高温熱処理プロセスにおいて、基板１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程度である。
【００３１】
ゲート電極２は、基板１上に所定形状でパターン形成される。ゲート電極２は、導電性材料及びその合金等の単層構造又は多層構造とすることができ、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）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、及びモリブデンタングステン（ＭｏＷ）等によって構成することができる。ゲート電極２の膜厚は、例えば２０〜５００ｎｍ程度とすることができる。
【００３２】
ゲート絶縁膜３は、ゲート電極２上に形成され、本実施の形態では、ゲート電極２を覆うように基板１上の全面に形成される。ゲート絶縁膜３は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯｙ）、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯｙＮｘ）、酸化アルミニウム（ＡｌＯｚ）又は酸化タンタル（ＴａＯｗ）の単層膜又はこれらの積層膜によって構成することができる。ゲート絶縁膜３の膜厚は、例えば５０ｎｍ〜３００ｎｍとすることができる。
【００３３】
なお、本実施の形態では、チャネル層として結晶シリコン薄膜４が含まれているので、ゲート絶縁膜３としては酸化シリコンを用いることが好ましい。これは、薄膜トランジスタ装置における良好な閾値電圧特性を維持するためには結晶シリコン薄膜４とゲート絶縁膜３との界面状態を良好なものにすることが好ましく、これには酸化シリコンが適しているからである。
【００３４】
結晶シリコン薄膜４は、ゲート絶縁膜３上に形成される半導体膜からなる第１チャネル層であって、ゲート電極２の電圧によってキャリアの移動が制御される領域である所定のチャネル領域を有する。チャネル領域は、ゲート電極２の上方の領域であり、チャネル領域の電荷移動方向の長さはゲート長に対応する。結晶シリコン薄膜４は、例えば、非結晶性の非晶質シリコン（アモルファスシリコン）を結晶化することによって形成することができる。結晶シリコン薄膜４における結晶シリコンの平均結晶粒径は、５ｎｍ〜１０００ｎｍ程度である。また、結晶シリコン薄膜４の膜厚は、例えば２０ｎｍ〜１００ｎｍ程度とすることができる。
【００３５】
なお、結晶シリコン薄膜４は、平均結晶粒径が１００ｎｍ以上の多結晶シリコンのみによって構成されるだけではなく、多結晶シリコンと、平均結晶粒径が２０ｎｍ以上４０ｎｍ未満のマイクロクリスタル（μｃ）と呼ばれる微結晶シリコンとの混晶であっても構わない。この場合、優れたオン特性を得るために、少なくとも結晶シリコン薄膜４のチャネル領域については、多結晶シリコンの割合が多い膜で構成されていることが好ましい。
【００３６】
非晶質シリコン薄膜５は、チャネル領域を含む結晶シリコン薄膜４上に形成される半導体膜からなる第２チャネル層である。本実施の形態における非晶質シリコン薄膜５は、真性アモルファスシリコン膜によって構成することができる。
【００３７】
ここで、非晶質シリコン薄膜５は、当該非晶質シリコン薄膜５の光学バンドギャップと薄膜トランジスタ装置１０のオフ電流とが正の相関関係を有するように構成されている。非晶質シリコン薄膜５の光学バンドギャップは、非晶質シリコン薄膜５の膜質を制御することによって調整することができる。本実施の形態における非晶質シリコン薄膜５は、薄膜トランジスタのチャネル層などの機能層として通常用いられてきた非晶質シリコン薄膜に比べて、緻密性が低く、粗い膜質構造となっている。このような粗い膜質構造の非晶質シリコン薄膜は、プラズマＣＶＤのガス圧力を例えば５Ｔｏｒｒとし、ガス圧力を高く設定することによって形成することができる。
【００３８】
本実施の形態において、粗い膜質構造の非晶質シリコン薄膜５は、光学バンドギャップの値が、１．６５ｅＶ以上、１．７５ｅＶ以下となるように構成されている。この場合、非晶質シリコン薄膜５の屈折率は、３．９以上、４．２以下となる。なお、上記通常用いられてきた非晶質シリコン薄膜は、屈折率が４．３を超えるものであり、比較的緻密な膜質構造となっている。なお、本実施の形態における非晶質シリコン薄膜５の膜厚は、１０ｎｍ以上４０ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００３９】
絶縁層６は、チャネル層（結晶シリコン薄膜４及び非晶質シリコン薄膜５）を保護するチャネル保護膜であって、一対のコンタクト層７を形成するときのエッチング処理時において、非晶質シリコン薄膜５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。絶縁層６は、チャネル領域を含む結晶シリコン薄膜４の上方であって非晶質シリコン薄膜５の上に形成される。
【００４０】
また、絶縁層６は、シリコン、酸素及びカーボンを含む有機材料を主として含有する有機材料からなる有機材料層、あるいは、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）又は窒化シリコン（ＳｉＮｙ）等の無機材料からなる無機材料層である。なお、絶縁層６は、絶縁性を有し、一対のコンタクト層７同士は電気的に接続されていない。
【００４１】
絶縁層６を有機材料層によって構成する場合、感光性塗布型の有機材料をパターニング及び固化することによって絶縁層６を形成することができる。この場合、絶縁層６を形成するための有機材料は、例えば、有機樹脂材料、界面活性剤、溶媒及び感光剤からなり、絶縁層６の主成分である有機樹脂材料としては、ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、レジスト又はベンゾシクロブテン等の中の１種又は複数種からなる感光性又は非感光性の有機樹脂材料を用いることができる。界面活性剤としては、シロキサン等のシリコン化合物からなる界面活性剤を用いることができる。溶媒としては、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート又は１，４−ジオキサン等の有機溶媒を用いることができる。また、感光剤としては、ナフトキノンジアジト等のポジ型感光剤を用いることができる。なお、感光剤には、炭素だけではなく硫黄も含まれている。有機材料層からなる絶縁層６を形成する場合、上記の有機材料をスピンコート法等の塗布法を用いて形成することができる。有機材料からなる絶縁層６の形成には、塗布法だけではなく、滴吐出法等その他の方法を用いることもできる。例えば、スクリーン印刷やオフセット印刷等の所定のパターンを形成することができる印刷法等を用いることにより、所定形状の有機材料を選択的に形成することもできる。
【００４２】
ここで、絶縁層６の膜厚は、例えば、３００ｎｍ〜１０００ｎｍである。絶縁層６の膜厚の下限は、チャネルエッチングによるマージン及び絶縁層中の固定電荷の影響を抑制する観点で決定され、絶縁層６の膜厚の上限は、段差の増大に伴うプロセスの信頼性低下を抑制する観点で決定される。
【００４３】
一対のコンタクト層７は、不純物を高濃度に含む非晶質半導体膜からなり、結晶シリコン薄膜４及び非晶質シリコン薄膜５の上方に絶縁層６を介して形成される。一対のコンタクト層７は、例えば、アモルファス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。
【００４４】
一対のコンタクト層７は、絶縁層６上において所定の間隔をあけて対向配置されており、一対のコンタクト層７のそれぞれは、絶縁層６の上面から非晶質シリコン薄膜５までを跨るようにして形成されている。本実施の形態において、一対のコンタクト層７のうちの一方は、絶縁層６の一方の端部及び非晶質シリコン薄膜５に跨るようにして形成されており、絶縁層６の一方の端部における上部と側面、及び、絶縁層６の一方の側面側領域における非晶質シリコン薄膜５の上面を覆うように形成される。また、一対のコンタクト層７のうちの他方は、絶縁層６の他方の端部及び非晶質シリコン薄膜５に跨るようにして形成されており、絶縁層６の他方の端部における上部と側面、及び、絶縁層６の他方の側面側領域における非晶質シリコン薄膜５の上面を覆うように形成される。なお、コンタクト層７の膜厚は、例えば５ｎｍ〜１００ｎｍとすることができる。
【００４５】
本実施の形態における一対のコンタクト層７は、非晶質シリコン薄膜５とソース電極８Ｓ及びドレイン電極８Ｄとの間に形成されているが、非晶質シリコン薄膜５の側面及び結晶シリコン薄膜４の側面には形成されていない。一対のコンタクト層７は、非晶質シリコン薄膜５及び結晶シリコン薄膜４と面一に形成されている。
【００４６】
なお、一対のコンタクト層７は、下層の低濃度の電界緩和層（ｎ−層）と上層の高濃度のコンタクト層（ｎ＋層）との２層から構成されてもよい。低濃度の電界緩和層には１×１０１７［ａｔｍ／ｃｍ３］程度のリンがドーピングされている。上記２層はＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置において連続的に形成することができる。
【００４７】
一対のソース電極８Ｓ及びドレイン電極８Ｄは、結晶シリコン薄膜４及び非晶質シリコン薄膜５の上方において、所定の間隔をあけて対向配置されるとともに一対のコンタクト層７上に当該一対のコンタクト層７と面一に形成されている。
【００４８】
ソース電極８Ｓは、一方のコンタクト層７を介して、絶縁層６の一方の端部（一端部）及び非晶質シリコン薄膜５に跨るようにして形成されている。また、ドレイン電極８Ｄは、他方のコンタクト層７を介して、絶縁層６の他方の端部（他端部）及び非晶質シリコン薄膜５に跨るようにして形成されている。
【００４９】
本実施の形態において、ソース電極８Ｓ及びドレイン電極８Ｄ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）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）又はクロム（Ｃｒ）等の材料により構成される。本実施の形態では、ソース電極８Ｓ及びドレイン電極８Ｄは、ＭｏＷ／Ａｌ／ＭｏＷの三層構造によって形成されている。なお、ソース電極８Ｓ及びドレイン電極８Ｄの膜厚は、例えば、１００ｎｍ〜５００ｎｍ程度とすることができる。
【００５０】
次に、以上のように構成される本実施の形態に係る薄膜トランジスタ装置１０の作用効果について、図２、図３Ａ及び図３Ｂを用いて説明する。図２は、単層のチャネル層からなる一般的な薄膜トランジスタ装置におけるチャネル層の光学バンドギャップとオフ電流との関係を示す図である。図３Ａは、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタ装置における非晶質シリコン薄膜の光学バンドギャップとオフリーク電流（オフ電流）又はオン抵抗との関係を示す図である。図３Ｂは、薄膜トランジスタ装置における非晶質シリコン薄膜の光学バンドギャップと伝導帯（コンダクションバンド）又は価電子帯（バレンスバンド）との関係を示す図である。
【００５１】
単層のチャネル層（非晶質シリコン薄膜）からなる一般的な薄膜トランジスタ装置では、一般的に、オフリーク電流（オフ電流）Ｉｏｆｆは、Ｉｏｆｆ∝ｅｘｐ（−ｑ・Ｅｇ／ｋ／Ｔ）の関係を有しており、チャネル層の光学バンドギャップＥｇが大きいほどオフリーク電流Ｉｏｆｆは低減し、温度Ｔが高いほどオフリーク電流Ｉｏｆｆが増加することが知られている。つまり、一般的には、図２に示すように、チャネル層（非晶質シリコン薄膜）の光学バンドギャップＥｇとリーク電流Ｉｏｆｆとは、負の相関関係を有するとされている。
【００５２】
本願発明者は、チャネル層を結晶シリコン薄膜と非晶質シリコン薄膜との積層構造とする薄膜トランジスタ装置において、オフリーク電流に対する非晶質シリコン薄膜の光学バンドギャップの依存性について鋭意検討した結果、上記の既知の技術常識とは相反する現象として、非晶質シリコン薄膜（チャネル層）の光学バンドギャップＥｇとオフリーク電流Ｉｏｆｆとが正の相関関係を有するという新たな知見を得ることができた。
【００５３】
図３Ａは、結晶シリコン薄膜４と非晶質シリコン薄膜５との２層構造のチャネル層を有する本実施の形態に係る薄膜トランジスタ装置１０について、オン抵抗及びオフリーク電流における非晶質シリコン薄膜５の光学バンドギャップの依存性を示したものである。図３Ａでは、非晶質シリコン薄膜５の光学バンドギャップＥｇが約１．５〜約１．７の範囲となるように膜質を制御して各非晶質シリコン薄膜５を形成した場合において、薄膜トランジスタ装置１０におけるオン抵抗Ｒｏｎとオフリーク電流Ｉｏｆｆとを測定した結果が示されている。
【００５４】
図３Ａに示す結果により、非晶質シリコン薄膜５の光学バンドギャップＥｇと、オン抵抗Ｒｏｎあるいはオフリーク電流Ｉｏｆｆとは、いずれも比例関係にあることが確認できる。さらに、非晶質シリコン薄膜５の光学バンドギャップＥｇとオン抵抗Ｒｏｎとは、負の相関関係を有することが分かる。一方、非晶質シリコン薄膜５の光学バンドギャップＥｇとオフリーク電流Ｉｏｆｆとは、既知の技術常識である負の相関関係ではなく、正の相関関係を有するということが分かる。なお、図３Ａに示す結果は、非晶質シリコン薄膜が２０ｎｍの場合である。
【００５５】
ここで、非晶質シリコン薄膜５の光学バンドギャップＥｇとオフリーク電流Ｉｏｆｆとが正の相関関係を有する点について考察する。
【００５６】
チャネル層を結晶シリコン薄膜と非晶質シリコン薄膜との積層構造とする薄膜トランジスタ装置において、非晶質シリコン薄膜は、光学バンドギャップＥｇが大きいと欠陥数が小さくなって低抵が小さくなる。この場合、非晶質シリコン薄膜に印加される電圧が小さくなり、非晶質シリコン薄膜に集中する電界が小さくなる。この結果、非晶質シリコン薄膜の下に存在する結晶シリコン薄膜において、非晶質シリコン薄膜との関係で相対的に電界が集中し、結晶シリコン薄膜において発生するリーク電流が増大する。すなわち、フロントチャネルにおけるオフリーク電流Ｉｏｆｆが増大することになる。
【００５７】
これに対して、チャネル層を結晶シリコン薄膜と非晶質シリコン薄膜との積層構造とする薄膜トランジスタ装置では、非晶質シリコン薄膜の光学バンドギャップＥｇが小さいと、非晶質シリコン薄膜は欠陥数が大きくなって抵抗が大きくなる。この場合、非晶質シリコン薄膜に印加される電圧が大きくなって、非晶質シリコン薄膜に集中する電界が大きくなる。この結果、非晶質シリコン薄膜の下に存在する結晶シリコン薄膜において、非晶質シリコン薄膜との関係で相対的に電界集中が緩和され、結晶シリコン薄膜において発生するリーク電流が低減する。この結果、フロントチャネルにおけるオフリーク電流Ｉｏｆｆが低減する。
【００５８】
なお、非晶質シリコン薄膜のバンドギャップＥｇが小さい場合は、図３Ｂに示すように、光学バンドギャップＥｇが大きい場合と比べて、テイルバンドが裾を引いている。つまり、非晶質シリコン薄膜の光学バンドギャップＥｇが小さい場合は、アモルファスの局在によって伝導帯の下や価電子帯の上に（つまり禁制帯の中に）移動度の小さい裾準位が発生している。
【００５９】
このように、チャネル層を結晶シリコン薄膜と非晶質シリコン薄膜との積層構造とする薄膜トランジスタ装置においては、非晶質シリコン薄膜の光学バンドギャップＥｇが大きくなると、オフリーク電流Ｉｏｆｆが大きくなり、逆に、非晶質シリコン薄膜の光学バンドギャップＥｇが小さくなると、オフリーク電流Ｉｏｆｆが小さくなる。すなわち、非晶質シリコン薄膜の光学バンドギャップＥｇとオフリーク電流Ｉｏｆｆとは正の相関関係を有する。
【００６０】
この結果をもとに、本願発明者は、チャネル層を結晶シリコン薄膜と非晶質シリコン薄膜との積層構造とする薄膜トランジスタ装置においては、バックチャネル側の非晶質シリコン薄膜の光学バンドギャップＥｇ（すなわち、非晶質シリコン薄膜の膜質）を制御することによって、フロントチャネル側の結晶シリコン薄膜におけるオフリーク電流Ｉｏｆｆを最適に調整することができるという着想を得ることができた。
【００６１】
そして、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ装置１０では、非晶質シリコン薄膜５の光学バンドギャップＥｇと薄膜トランジスタ装置１０のオフリーク電流とにおける正の相関関係を利用して、オフ特性とオン特性とを両立させるように非晶質シリコン薄膜５の光学バンドギャップＥｇを制御している。つまり、非晶質シリコン薄膜５の光学バンドギャップを制御することで、非晶質シリコン薄膜５を厚膜化することなく、オン電流を確保しつつオフ電流を抑制することができる。
【００６２】
以上のとおり、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ装置１０は、オン特性を確保しつつ、非晶質シリコン薄膜５の膜質を制御してフロントチャネル側のオフリーク電流を抑制することができる。
【００６３】
特に、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ装置１０では、薄膜トランジスタ装置１０がオフ状態にあるとき、すなわち、薄膜トランジスタ装置がオフする電圧がゲート電極に印加されている（薄膜トランジスタ装置がオンしない電圧がゲート電極に印加されている）場合、結晶シリコン薄膜４よりも非晶質シリコン薄膜５の方に電界が印加されるように、非晶質シリコン薄膜５の光学バンドギャップＥｇが、１．６５ｅＶ以上、１．７５ｅＶ以下となるように制御している。
【００６４】
これにより、図３Ａに示すように、表示装置における薄膜トランジスタ装置に要求されるオン抵抗Ｒｏｎを満たすことができるとともに、高性能スペックとして要求されるオフリーク電流Ｉｏｆｆを満たすことができる。
【００６５】
次に、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタ装置１０における非晶質シリコン薄膜５の膜厚とオフリーク電流Ｉｏｆｆ又はオン抵抗Ｒｏｎとの関係について、図４及び図５を用いて説明する。図４は、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタ装置における非晶質シリコン薄膜の膜厚とオフリーク電流との関係を示す図であり、図５は、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタ装置における非晶質シリコン薄膜の膜厚とオン抵抗との関係を示す図である。なお、図４及び図５では、実測値を示している。
【００６６】
図４及び図５に示すように、少なくとも非晶質シリコン薄膜５の膜厚が１０ｎｍ以上４０ｎｍ以下の範囲では、非晶質シリコン薄膜５の膜厚は、オフリーク電流Ｉｏｆｆにもオン抵抗Ｒｏｎにも比例することが分かる。
【００６７】
また、図４に示すように、非晶質シリコン薄膜５の膜厚とオフリーク電流Ｉｏｆｆとは、負の相関関係を有することが分かる。一方、非晶質シリコン薄膜５の膜厚とオン抵抗Ｒｏｎとは、正の相関関係を有することが分かる。
【００６８】
次に、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタ装置１０について、オフリーク電流Ｉｏｆｆ及びオン抵抗Ｒｏｎを両立することができる非晶質シリコン薄膜５の膜厚ｔ及び光学バンドギャップＥｇについて、図６Ａ、図６Ｂ及び図６Ｃを用いて説明する。図６Ａは、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタ装置において、非晶質シリコン薄膜の膜厚、非晶質シリコン薄膜の光学バンドギャップ及びオフリーク電流の関係を示す図である。図６Ｂは、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタ装置において、非晶質シリコン薄膜の膜厚、非晶質シリコン薄膜の光学バンドギャップ及びオン抵抗の関係を示す図である。図６Ｃは、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタ装置において、オフリーク電流及びオン抵抗を両立することができる非晶質シリコン薄膜の膜厚及び光学バンドギャップの最適範囲（プロセスウィンド）を示す図である。
【００６９】
図６Ａに示すように、薄膜トランジスタ装置においてオフリーク電流Ｉｏｆｆは、約２．０×１０−１１Ａ以下とすることが好ましいので、本実施の形態における非晶質シリコン薄膜５の光学バンドギャップＥｇと、非晶質シリコン薄膜５の膜厚ｔとは、以下の（式１）を満たすことが好ましい。
【００７０】
Ｅｇ≦０．０１×ｔ＋１．５５・・・（式１）
また、図６Ｂに示すように、薄膜トランジスタ装置においてオン抵抗Ｒｏｎは、約５．０×１０４Ω以下とすることが好ましいので、本実施の形態における非晶質シリコン薄膜５の光学バンドギャップＥｇと、非晶質シリコン薄膜５の膜厚ｔとは、以下の（式２）を満たすことが好ましい。
【００７１】
Ｅｇ≧０．０１２５×ｔ＋１．４１・・・（式２）
従って、オフリーク電流Ｉｏｆｆ及びオン抵抗Ｒｏｎを両立することができる非晶質シリコン薄膜５における膜厚ｔと光学バンドギャップＥｇとの最適範囲は、図６Ｃに示すように、上記の（式１）及び（式２）の関係式を同時に満たす範囲である。
【００７２】
このように、非晶質シリコン薄膜５については、（式１）及び（式２）を同時に満たす範囲の膜厚ｔと光学バンドギャップＥｇとすることにより、オフリーク電流Ｉｏｆｆ及びオン抵抗Ｒｏｎの両立を図ることができる。
【００７３】
次に、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタ装置１０の製造方法について、図７Ａ〜図７Ｇを用いて説明する。図７Ａ〜図７Ｇは、本発明の実施の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。
【００７４】
まず、図７Ａに示すように、基板１を準備する。基板１としては、例えば、ガラス基板を用いることができる。なお、ゲート電極２を形成する前に、プラズマＣＶＤ等によって基板１上にシリコン窒化膜、シリコン酸化膜、及びシリコン酸窒化膜などからなるアンダーコート層を形成してもよい。
【００７５】
次に、図７Ｂに示すように、基板１の上方に所定形状のゲート電極２をパターン形成する。例えば、基板１上に全面にモリブデンタングステン（ＭｏＷ）等からなるゲート金属膜をスパッタによって成膜し、フォトリソグラフィ及びウェットエッチングを施すことにより、ゲート金属膜をパターニングして所定形状のゲート電極２を形成する。ＭｏＷのウェットエッチングは、例えば、リン酸（Ｈ３ＰＯ４）、硝酸（ＨＮＯ３）、酢酸（ＣＨ３ＣＯＯＨ）及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。
【００７６】
次に、図７Ｃに示すように、基板１の上方にゲート絶縁膜３を形成する。例えば、ゲート電極２を覆うようにして、基板１の上方の全面に、酸化シリコンからなるゲート絶縁膜３をプラズマＣＶＤ等によって成膜する。酸化シリコンは、例えば、シランガス（ＳｉＨ４）と亜酸化窒素ガス（Ｎ２Ｏ）とを所定の濃度比で導入することで成膜することができる。
【００７７】
次に、図７Ｄに示すように、ゲート絶縁膜３の上に、多結晶シリコンからなる結晶シリコン薄膜４を形成する。この場合、まず、ゲート絶縁膜３上に、例えばアモルファスシリコン（非晶質シリコン）からなる非結晶シリコン薄膜をプラズマＣＶＤ等によって成膜し、脱水素アニール処理を行った後に、非結晶シリコン薄膜をアニールして結晶化させることにより結晶シリコン薄膜４を形成することができる。なお、非結晶シリコン薄膜は、例えば、シランガス（ＳｉＨ４）と水素ガス（Ｈ２）とを所定の濃度比で導入することで成膜することができる。
【００７８】
なお、本実施の形態では、エキシマレーザを用いたレーザアニールによって非結晶シリコン薄膜を結晶化させたが、結晶化の方法としては、波長３７０〜９００ｎｍ程度のパルスレーザを用いたレーザアニール法、波長３７０〜９００ｎｍ程度の連続発振レーザを用いたレーザアニール法、又は急速熱処理（ＲＴＰ）によるアニール法を用いても構わない。また、非結晶シリコン薄膜を結晶化するのではなく、ＣＶＤによる直接成長などの方法によって結晶シリコン薄膜を成膜することもできる。
【００７９】
その後、結晶シリコン薄膜４に対して水素プラズマ処理を行うことにより、結晶シリコン薄膜４のシリコン原子に対して水素化処理を行う。水素プラズマ処理は、例えばＨ２、Ｈ２／アルゴン（Ａｒ）等の水素ガスを含むガスを原料として高周波（ＲＦ）電力により水素プラズマを発生させて、当該水素プラズマを多結晶半導体層４に照射することにより行われる。この水素プラズマ処理によって、シリコン原子のダングリングボンド（欠陥）が水素終端され、結晶シリコン薄膜４の結晶欠陥密度が低減して結晶性が向上する。
【００８０】
次に、図７Ｅに示すように、結晶シリコン薄膜４上に非晶質シリコン薄膜５（アモルファスシリコン膜）を形成する。本実施の形態において、非晶質シリコン薄膜５は、平行平板電極型のＲＦプラズマＣＶＤ装置を用いて成膜することができる。この場合、成膜条件としては、上記装置内に設置した基板１の温度（成長温度）を３００℃以上４００℃以下とし、原料ガスとして装置内にシランガス（ＳｉＨ４）を５０ｓｃｃｍ以上６５ｓｃｃｍ以下の流量で導入するとともに水素ガス（Ｈ２）ガスを６ｓｃｃｍ以上１７ｓｃｃｍ以下の流量で導入し、装置内の圧力を４５０Ｐａ以上８５０Ｐａ以下とし、平行平板電極の間隔を３５０ｍｍ以上６８０ｍｍ以下に設定し、さらに、平行平板電極に印加するＲＦパワー密度を０．０６８５Ｗ／ｃｍ２以上０．２７４Ｗ／ｃｍ２以下として成膜する。なお、原料ガスとともに導入する不活性ガスとして、水素ガス（Ｈ２）以外に、アルゴンガス（Ａｒ）又はヘリウムガス（Ｈｅ）を用いることができる。
【００８１】
本実施の形態においては、成長温度を３５０℃とし、圧力を５Ｔｏｒｒとし、ＲＦパワー密度を０．０８２２Ｗ／ｃｍ２とし、シランガス流量を６０ｓｃｃｍとし、水素ガス流量を１０ｓｃｃｍとし、電極間距離を３７５〜６００ｍｍとして、非晶質シリコン薄膜５を成膜した。
【００８２】
上記範囲の成膜条件にて成膜することにより、光学バンドギャップＥｇが１．６５ｅＶ〜１．７５ｅＶの非晶質シリコン薄膜５を形成することができる。すなわち、オン電流を確保しつつオフ電流を抑制することを可能とする非晶質シリコン薄膜５を形成することができる。
【００８３】
次に、図７Ｆに示すように、非晶質シリコン薄膜５上に絶縁層６を形成する。例えば、所定の塗布方法によって非晶質シリコン薄膜５上に所定の有機材料を塗布して焼成することによって有機膜からなる絶縁層６を形成することができる。
【００８４】
本実施の形態では、まず、ポリシロキサンを非晶質シリコン薄膜５上に塗布してスピンコートして、非晶質シリコン薄膜５上の全面に絶縁層６を形成する。その後、プリベークを行って絶縁層６を仮焼成した後に、フォトマスクを用いて露光及び現像して所定形状の絶縁層６を形成する。その後、ポストベークを行って絶縁層６を本焼成する。これにより、チャネル保護膜となる絶縁層６を形成することができる。
【００８５】
次に、図７Ｇに示すように、非晶質シリコン薄膜５上に絶縁層６を挟んで、一対のコンタクト層７とソース電極８Ｓ及びドレイン電極８Ｄとを形成する。
【００８６】
この場合、まず、絶縁層６を覆うようにして非晶質シリコン薄膜５上にコンタクト層７を形成するためのコンタクト層用膜として例えばリン等の５価元素の不純物をドープしたアモルファスシリコン膜をプラズマＣＶＤによって成膜する。その後、コンタクト層用膜上に、ソース電極８Ｓ及びドレイン電極８Ｄとなるソースドレイン金属膜をスパッタによって成膜する。そして、所定形状のソース電極８Ｓ及びドレイン電極８Ｄを形成するためにソースドレイン金属膜上に所定形状のレジストをパターン形成し、このレジストをマスクとしてウェットエッチングを施すことによってソースドレイン金属膜をパターニングする。これにより、図７Ｇに示すように、所定形状のソース電極８Ｓ及びドレイン電極８Ｄを形成する。なお、このとき、コンタクト層用膜がエッチングストッパとして機能する。
【００８７】
その後、ソース電極８Ｓ及びドレイン電極８Ｄ上のレジストを除去し、ソース電極８Ｓ及びドレイン電極８Ｄをマスクとしてドライエッチング等のエッチングを施すことにより、コンタクト層用膜をパターニングするとともに、これと同時に、非晶質シリコン薄膜５及び結晶質シリコン薄膜４を島状にパターニングする。これにより、図７Ｇに示すように、所定形状の一対のコンタクト層７を形成するとともに、島状にパターニングされた非晶質シリコン薄膜５及び結晶質シリコン薄膜４を形成することができる。
【００８８】
このように形成されることで、一対のソース電極８Ｓ及びドレイン電極８Ｄ、一対のコンタクト層７、非晶質シリコン薄膜５、並びに、結晶シリコン薄膜４の各側面は面一となる。すなわち、一対のコンタクト層７は、ソース電極８Ｓの側面、ドレイン電極８Ｄの側面、非晶質シリコン薄膜５の側面、及び、結晶シリコン薄膜４の側面には形成されない。
【００８９】
このようにして、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタ装置１０を製造することができる。なお、図７Ｇに示す薄膜トランジスタ装置１０の全体を覆うようにして、ＳｉＮ等の無機材料からなるパッシベーション膜を形成してもよい。
【００９０】
以上のように構成される本実施の形態に係る薄膜トランジスタ装置１０は、有機ＥＬ表示装置又は液晶表示装置等の表示装置に用いることができる。また、当該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又は携帯電話などの電子機器に適用することができる。
【００９１】
以上、本発明に係る薄膜トランジスタ装置及び薄膜トランジスタ装置の製造方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。
【００９２】
例えば、上記の実施の形態では、絶縁層６（チャネル保護膜）を用いたチャネル保護型の薄膜半導体装置について説明したが、本発明は、絶縁層６（チャネル保護膜）を用いないチャネルエッチング型の薄膜半導体装置にも適用することができる。
【００９３】
また、上記の実施の形態では、絶縁層６は、有機材料によって構成したが、酸化シリコン等の無機材料を用いて絶縁層６を形成しても構わない。
【００９４】
その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明に係る薄膜トランジスタは、テレビジョンセット、パーソナルコンピュータ、携帯電話などの表示装置、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広く利用することができる。
【符号の説明】
【００９６】
１  基板
２  ゲート電極
３  ゲート絶縁膜
４  結晶シリコン薄膜
５  非晶質シリコン薄膜
６  絶縁層
７  コンタクト層
８Ｓ  ソース電極
８Ｄ  ドレイン電極
１０  薄膜トランジスタ装置
【図１】
2013021426.tif 000003
【図２】
2013021426.tif 000004
【図３Ａ】
2013021426.tif 000005
【図３Ｂ】
2013021426.tif 000006
【図４】
2013021426.tif 000007
【図５】
2013021426.tif 000008
【図６Ａ】
2013021426.tif 000009
【図６Ｂ】
2013021426.tif 000010
【図６Ｃ】
2013021426.tif 000011
【図７Ａ】
2013021426.tif 000012
【図７Ｂ】
2013021426.tif 000013
【図７Ｃ】
2013021426.tif 000014
【図７Ｄ】
2013021426.tif 000015
【図７Ｅ】
2013021426.tif 000016
【図７Ｆ】
2013021426.tif 000017
【図７Ｇ】
2013021426.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成24年3月15日(2012.3.15)
【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】
ボトムゲート型の薄膜トランジスタ装置であって、
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膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成され、チャネル領域を有する結晶シリコン薄膜と、
前記チャネル領域を含む前記結晶シリコン薄膜上に形成された非晶質シリコン薄膜と、
前記非晶質シリコン薄膜の上方に形成されたソース電極及びドレイン電極と、を具備し、
前記非晶質シリコン薄膜の光学バンドギャップと前記薄膜トランジスタ装置のオフ電流とは、正の相関関係がある、
薄膜トランジスタ装置。
【請求項２】
前記非晶質シリコン薄膜の光学バンドギャップの値が１．６５ｅＶ以上、１．７５ｅＶ以下であり、
前記薄膜トランジスタ装置のオフ電圧が前記ゲート電極に印加されている場合において、前記非晶質シリコン薄膜の電位が、前記結晶シリコン薄膜の電位よりも高い、
請求項１に記載の薄膜トランジスタ装置。
【請求項３】
前記非晶質シリコン薄膜の光学バンドギャップをＥｇ（ｅＶ）とし、前記非晶質シリコン薄膜の膜厚をｔ（ｎｍ）とすると、
Ｅｇ≦０．０１×ｔ＋１．５５、かつ、Ｅｇ≧０．０１２５×ｔ＋１．４１の関係式を満たす、
請求項１又は請求項２に記載の薄膜トランジスタ装置。
【請求項４】
前記非晶質シリコン薄膜の膜厚は、１０ｎｍ以上、４０ｎｍ以下である、
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ装置。
【請求項５】
さらに、前記ゲート電極の上方であって前記非晶質シリコン薄膜上に形成された絶縁層を具備する、
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ装置。
【請求項６】
さらに、前記非晶質シリコン薄膜と前記ソース電極及び前記ドレイン電極との間に形成された一対のコンタクト層を備え、
前記一対のコンタクト層は、前記非晶質シリコン薄膜の側面及び前記結晶シリコン薄膜の側面には形成されていない
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ装置。
【請求項７】
ボトムゲート型の薄膜トランジスタ装置の製造方法であって、
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膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に、チャネル領域を有する結晶シリコン薄膜を形成する工程と、
前記チャネル領域を含む前記結晶シリコン薄膜上に非晶質シリコン薄膜を形成する工程と、
前記非晶質シリコン薄膜の上方に形成されたソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、を含み、
前記非晶質シリコン薄膜を形成する工程において、前記非晶質シリコン薄膜は、当該非晶質シリコン薄膜の光学バンドギャップと前記薄膜トランジスタ装置のオフ電流とが正の相関関係を有するように形成される、
薄膜トランジスタ装置の製造方法。
【請求項８】
前記非晶質シリコン薄膜を形成する工程において、
前記非晶質シリコン薄膜は、平行平板電極型のＲＦプラズマＣＶＤ装置によって、
前記装置内に設置した前記基板の温度を３００℃以上４００℃以下とし、
前記装置内に、ＳｉＨ４ガスを５０ｓｃｃｍ以上６５ｓｃｃｍ以下で導入するとともに、Ｈ２ガスを６ｓｃｃｍ以上１７ｓｃｃｍ以下で導入し、
前記装置の圧力を４５０Ｐａ以上８５０Ｐａ以下とし、
前記平行平板電極の間隔を３５０ｍｍ以上６８０ｍｍ以下に設定し、
前記平行平板電極に印加するＲＦパワー密度を０．０６８５Ｗ／ｃｍ２以上０．２７４Ｗ／ｃｍ２以下とする成膜条件によって形成される、
請求項７に記載の薄膜トランジスタ装置の製造方法。
【請求項９】
前記非晶質シリコン薄膜を形成する工程において、
前記非晶質シリコン薄膜は、当該非晶質シリコン薄膜の光学バンドギャップの値が１．６５ｅＶ以上１．７５ｅＶ以下であり、かつ、前記ゲート電極に電圧が印加されない場合において、前記非晶質シリコン薄膜の電位が前記結晶シリコン薄膜の電位よりも高くなるように形成される、
請求項８に記載の薄膜トランジスタ装置の製造方法。
【請求項１０】
前記非晶質シリコン薄膜の光学バンドギャップをＥｇ（ｅＶ）とし、前記非晶質シリコン薄膜の膜厚をｔ（ｎｍ）とすると、
前記非晶質シリコン薄膜を形成する工程において、
前記非晶質シリコン薄膜は、Ｅｇ≦０．０１×ｔ＋１．５５、かつ、Ｅｇ≧０．０１２５×ｔ＋１．４１の関係式を満たすように形成される、
請求項８又は請求項９に記載の薄膜トランジスタ装置の製造方法。
【請求項１１】
前記非晶質シリコン薄膜を形成する工程と、前記ソース電極及びドレイン電極を形成する工程との間に、さらに、前記ゲート電極の上方であって前記非晶質シリコン薄膜上に絶縁層を形成する工程を含む、
請求項７ないし請求項１０のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ装置の製造方法。
【国際調査報告】
2013021426.tif 000019
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