(57)【要約】【課題】電気特性が良好な半導体装置を、生産性高く作製する方法を提供する。【解決手段】第１の条件により、高い結晶性の混相粒を低い粒密度で有する第１の微結晶半導体膜を酸化絶縁膜上に形成した後、第２の条件により混相粒を結晶成長させて混相粒の隙間を埋めるように、第１の微結晶半導体膜上に第２の微結晶半導体膜を積層形成する。第１の条件は、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体の流量に対する水素の流量比を５０倍以上１０００倍以下にして堆積性気体を希釈し、処理室内の圧力を６７Ｐａ以上１３３３Ｐａ以下とする条件であり、第２の条件は、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体の流量に対する水素の流量比を１００倍以上２０００倍以下にして堆積性気体を希釈し、処理室内の圧力を１３３３Ｐａ以上１３３３２Ｐａ以下とする条件である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化絶縁膜上に、第１の条件により、高い結晶性の混相粒を低い粒密度で有する第１の微結晶半導体膜を形成し、
前記第１の微結晶半導体膜上に、第２の条件により前記混相粒を結晶成長させて前記混相粒の隙間を埋めるように第２の微結晶半導体膜を形成することを特徴とする微結晶半導体膜の作製方法。
【請求項２】
酸化絶縁膜上に、シリコンを含む堆積性気体の流量に対する水素の流量を５０倍以上１０００倍以下にして堆積性気体を希釈し、且つ処理室内の圧力を６７Ｐａ以上１３３３Ｐａ以下とする第１の条件を用いたプラズマＣＶＤ法により第１の微結晶半導体膜を形成し、
前記第１の微結晶半導体膜上に、シリコンを含む堆積性気体の流量に対する水素の流量を１００倍以上２０００倍以下にして堆積性気体を希釈し、且つ処理室内の圧力を１３３３Ｐａ以上１３３３２Ｐａ以下とする第２の条件を用いたプラズマＣＶＤ法により第２の微結晶半導体膜を形成することを特徴とする微結晶半導体膜の作製方法。
【請求項３】
基板上に、ゲート電極を形成し、
前記基板及び前記ゲート電極上に酸化絶縁膜で形成されるゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上に、第１の条件により第１の微結晶半導体膜を形成し、
前記第１の微結晶半導体膜上に、第２の条件により第２の微結晶半導体膜を形成し、
前記第２の微結晶半導体膜上に、微結晶半導体領域及び非晶質半導体領域を有する半導体膜を形成し、
前記半導体膜上に第１の不純物半導体膜を形成し、
前記第１の不純物半導体膜の一部をエッチングして、島状の第２の不純物半導体膜を形成し、
前記第１の微結晶半導体膜、前記第２の微結晶半導体膜、及び前記半導体膜の一部をエッチングして、島状の第１の半導体積層体を形成し、
前記第２の不純物半導体膜上に、ソース電極及びドレイン電極として機能する配線を形成し、
前記第２の不純物半導体膜をエッチングして、ソース領域及びドレイン領域として機能する一対の不純物半導体膜を形成し、
前記第１の条件は、高い結晶性を有する混相粒を低い粒密度で与える条件であり、
前記第２の条件は、前記混相粒を結晶成長させて前記混相粒の隙間を埋める条件であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項４】
基板上に、ゲート電極を形成し、
前記基板及び前記ゲート電極上に酸化絶縁膜で形成されるゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上に、第１の条件により第１の微結晶半導体膜を形成し、
前記第１の微結晶半導体膜上に、第２の条件により第２の微結晶半導体膜を形成し、
前記第２の微結晶半導体膜上に、微結晶半導体領域及び非晶質半導体領域を有する半導体膜を形成し、
前記半導体膜上に第１の不純物半導体膜を形成し、
前記第１の不純物半導体膜の一部をエッチングして、島状の第２の不純物半導体膜を形成し、
前記第１の微結晶半導体膜、前記第２の微結晶半導体膜、及び前記半導体膜の一部をエッチングして、島状の第１の半導体積層体を形成し、
前記第２の不純物半導体膜上に、ソース電極及びドレイン電極として機能する配線を形成し、
前記第２の不純物半導体膜をエッチングして、ソース領域及びドレイン領域として機能する一対の不純物半導体膜を形成し、
前記第１の条件は、シリコンを含む堆積性気体の流量に対する水素の流量を５０倍以上１０００倍以下にして堆積性気体を希釈し、且つ処理室内の圧力を６７Ｐａ以上１３３３Ｐａ以下とする条件であり、
前記第２の条件は、シリコンを含む堆積性気体の流量に対する水素の流量を１００倍以上２０００倍以下にして堆積性気体を希釈し、且つ処理室内の圧力を１３３３Ｐａ以上１３３３２Ｐａ以下とする条件であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項５】
請求項３または請求項４において、前記第１の半導体積層体を形成し、前記第１の半導体積層体上に、ソース電極及びドレイン電極として機能する配線を形成する前において、
前記第１の半導体積層体の側壁にプラズマを曝して、前記第１の半導体積層体の側壁に障壁領域を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項６】
請求項３乃至請求項５のいずれか一項において、前記第１の半導体積層体の一部をエッチングして、微結晶半導体領域及び一対の非晶質半導体領域が積層される第２の半導体積層体を形成し、
前記配線、前記一対の不純物半導体膜、前記第２の半導体積層体、及び前記ゲート絶縁膜上に絶縁膜を形成し、
前記絶縁膜上に、バックゲート電極を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項７】
請求項６において、前記ゲート電極と前記バックゲート電極が平行であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項８】
請求項６において、前記ゲート電極と前記バックゲート電極が接続していることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項９】
請求項６において、前記バックゲート電極はフローティングであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微結晶半導体膜の作製方法、及び当該微結晶半導体膜を用いた半導体装置の作製方法、及び表示装置に関する。
【０００２】
なお、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指し、表示装置、電気光学装置、光電変換装置、半導体回路、及び電子機器は全て半導体装置である。
【背景技術】
【０００３】
電界効果トランジスタの一種として、絶縁表面を有する基板上に形成された半導体膜を用いてチャネル領域が形成される薄膜トランジスタが知られている。薄膜トランジスタのチャネル領域に用いられる半導体膜に、非晶質シリコン、微結晶シリコン及び多結晶シリコンを用いる技術が開示されている（特許文献１乃至５参照）。薄膜トランジスタの代表的な応用例は、液晶テレビジョン装置であり、表示画面を構成する各画素のスイッチングトランジスタとして実用化されている。
【０００４】
また、プラズマＣＶＤ法により作製可能な結晶系シリコンとして微結晶シリコンを、光電変換を行う半導体膜に用いた光電変換装置の開発が進められている（例えば、特許文献６参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−０５３２８３号公報
【特許文献２】特開平５−１２９６０８号公報
【特許文献３】特開２００５−０４９８３２号公報
【特許文献４】特開平７−１３１０３０号公報
【特許文献５】特開２００５−１９１５４６号公報
【特許文献６】特開２０００−２７７４３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非晶質シリコン膜を用いてチャネル領域が形成される薄膜トランジスタは、電界効果移動度及びオン電流が低いといった問題がある。一方、微結晶シリコン膜を用いてチャネル領域が形成される薄膜トランジスタは、非晶質シリコン膜でチャネル領域が形成される薄膜トランジスタと比較して、電界効果移動度は向上するもののオフ電流が高くなってしまい、十分なスイッチング特性が得られないといった問題がある。
【０００７】
多結晶シリコン膜がチャネル領域となる薄膜トランジスタは、上記二種類の薄膜トランジスタよりも電界効果移動度が格段に高く、高いオン電流が得られるといった特性がある。この薄膜トランジスタは、その特性により、画素に設けられるスイッチング用のトランジスタとして使用できることに加えて、高速動作が要求されるドライバ回路をも構成することができる。
【０００８】
しかし、多結晶シリコン膜を用いてチャネル領域が形成される薄膜トランジスタの作製工程は、非晶質シリコン膜を用いてチャネル領域が形成される薄膜トランジスタを作製する場合に比べ、半導体膜の結晶化工程が必要となり、製造コストが増大することが問題となっている。例えば、多結晶シリコン膜の製造のために必要なレーザアニール技術は、レーザビームの照射面積が小さく、大画面の液晶パネルを効率よく生産することができないといった問題がある。
【０００９】
ところで、表示パネルの製造に用いられているガラス基板は、第３世代（５５０ｍｍ×６５０ｍｍ）、第３．５世代（６００ｍｍ×７２０ｍｍ、または６２０ｍｍ×７５０ｍｍ）、第４世代（６８０ｍｍ×８８０ｍｍ、または７３０ｍｍ×９２０ｍｍ）、第５世代（１１００ｍｍ×１３００ｍｍ）、第６世代（１５００ｍｍ×１８５０ｍｍ）、第７世代（１８７０ｍｍ×２２００ｍｍ）、第８世代（２２００ｍｍ×２４００ｍｍ）、第９世代（２４００ｍｍ×２８００ｍｍ）、第１０世代（２９５０ｍｍ×３４００ｍｍ）へと大面積化が進んでいる。ガラス基板の大型化はコストミニマム設計の思想に基づいている。
【００１０】
これに対して、第１０世代（２９５０ｍｍ×３４００ｍｍ）におけるような大面積のマザーガラス基板に、高速動作が可能な薄膜トランジスタを、生産性よく製造することができる技術は依然として確立されておらず、そのことが産業界の問題となっている。
【００１１】
そこで、本発明の一態様は、電気特性に優れた半導体装置を、生産性高く作製する方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様は、第１の条件により、高い結晶性の混相粒を低い粒密度で有する第１の微結晶半導体膜を酸化絶縁膜上に形成した後、第２の条件により混相粒を結晶成長させて混相粒の隙間を埋めるように、第１の微結晶半導体膜上に第２の微結晶半導体膜を積層形成することを要旨とする。
【００１３】
高い結晶性を有する混相粒を低い粒密度で与える第１の条件は、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体の流量に対する水素の流量を５０倍以上１０００倍以下にして堆積性気体を希釈し、且つ処理室内の圧力を６７Ｐａ以上１３３３Ｐａ以下とする条件であり、混相粒を結晶成長させて混相粒の隙間を埋める第２の条件は、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体の流量に対する水素の流量を１００倍以上２０００倍以下にして堆積性気体を希釈し、且つ処理室内の圧力を１３３３Ｐａ以上１３３３２Ｐａ以下とする条件である。
【００１４】
本発明の一態様は、酸化絶縁膜上に、第１の条件により半導体結晶子及び非晶質半導体を含む混相粒を有する第１の微結晶半導体膜をプラズマＣＶＤ法で形成し、第１の微結晶半導体膜上に、第２の条件により第２の微結晶半導体膜をプラズマＣＶＤ法で形成する作製方法であって、第１の条件は、処理室内に供給する原料ガスとしてシリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体と水素が含まれたガスを用い、堆積性気体の流量に対する水素の流量を５０倍以上１０００倍以下にして堆積性気体を希釈し、且つ処理室内の圧力を６７Ｐａ以上１３３３Ｐａ以下とする条件であり、第２の条件は、処理室内に供給する原料ガスとしてシリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体と水素が含まれたガスを用い、堆積性気体の流量に対する水素の流量を１００倍以上２０００倍以下にして堆積性気体を希釈し、且つ処理室内の圧力を１３３３Ｐａ以上１３３３２Ｐａ以下とする条件であることを特徴とする。
【００１５】
なお、プラズマのパワーは、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体の流量に対する水素の流量の比に合わせて適宜選択することが好ましい。
【００１６】
また、本発明の一態様において、上記第２の条件により第２の微結晶半導体膜を形成した後に、第２の微結晶半導体膜上に第３の条件により第３の微結晶半導体膜をプラズマＣＶＤ法により形成するものであり、第３の条件は、処理室内に供給する原料ガスとしてシリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体と水素が含まれたガスを用い、堆積性気体の流量に対する水素の流量の比を上記第２の条件より高くして堆積性気体を希釈し、且つ処理室内の圧力を１３３３Ｐａ以上１３３３２Ｐａ以下とする条件であることも可能である。
【００１７】
また、本発明の一態様において、第１の条件は、核となる混相粒を形成し、且つ混相粒の粒密度が低くなるような条件であり、第２の条件は、第２の微結晶半導体膜の密度が高くなるような条件であることが好ましい。
【００１８】
また、本発明の一態様において、上記第１の条件、上記第２の条件及び上記第３の条件の少なくとも一つに用いられる原料ガスに希ガスを添加することも可能である。
【００１９】
本発明の一態様は、第１の条件により、核となる複数の混相粒を低い粒密度で有する第１の微結晶シリコン膜を酸化絶縁膜上にプラズマＣＶＤ法により形成し、第２の条件により混相粒を結晶成長させて混相粒の隙間を埋めることで第１の微結晶シリコン膜よりも密度の高い第２の微結晶半導体膜をプラズマＣＶＤ法により形成するものであり、混相粒は半導体結晶子及び非晶質半導体を含むことを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の一態様は、上記積層された第１の微結晶半導体膜及び第２の微結晶半導体膜を用いてチャネル領域を形成する薄膜トランジスタを有する半導体装置の作製方法である。
【００２１】
また、本発明の一態様は、上記積層された第１の微結晶半導体膜及び第２の微結晶半導体膜を、ｐ型を示す半導体膜、ｎ型を示す半導体膜、及び光電変換を行う半導体膜の一以上に用いた光電変換装置の作製方法である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の一態様を適用することで、結晶性の高い微結晶シリコン膜を作製することができる。また、電気特性が良好な半導体装置を、生産性高く作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施の形態に係る微結晶半導体膜の作製方法を説明する断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る微結晶半導体膜の作製方法を説明する断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る微結晶半導体膜の作製方法を説明する断面図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る半導体装置の作製方法を説明する断面図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る半導体装置の作製方法を説明する断面図である。
【図６】本発明の一実施の形態に係る半導体装置の作製方法を説明する断面図である。
【図７】本発明の一実施の形態に係る半導体装置の作製方法を説明する上面図である。
【図８】本発明の一実施の形態に係る半導体装置の作製方法を説明する断面図である。
【図９】本発明の一実施の形態に係る半導体装置の作製方法を説明する断面図である。
【図１０】光電変換装置の作製方法の一形態を説明する断面図である。
【図１１】電子書籍の一例を示す斜視図である。
【図１２】テレビジョン装置およびデジタルフォトフレームの一例を示す斜視図である。
【図１３】携帯型のコンピュータの一例を示す斜視図である。
【図１４】微結晶シリコン膜のＳＥＭ写真である。
【図１５】微結晶シリコン膜のＳＴＥＭ写真である。
【図１６】微結晶シリコン膜のＳＥＭ写真である。
【図１７】微結晶シリコン膜のＳＴＥＭ写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の実施の形態について、図面を参照して以下に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されるものではない。本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解されるからである。したがって、本発明は以下に示す実施の形態及び実施例の記載内容のみに限定して解釈されるものではない。なお、図面を用いて本発明の構成を説明するにあたり、同じものを指す符号は異なる図面間でも共通して用いる。
【００２５】
（実施の形態１）
本実施の形態では、結晶性の高い微結晶半導体膜の作製方法について、図１及び図２を用いて説明する。
【００２６】
図１（Ａ）に示すように、基板５１上に酸化絶縁膜５５を形成し、酸化絶縁膜５５上に第１の微結晶半導体膜５７を形成する。
【００２７】
基板５１としては、ガラス基板、セラミック基板の他、本作製工程の処理温度に耐えうる程度の耐熱性を有するプラスチック基板等を用いることができる。また、基板に透光性を要しない場合には、ステンレス等の金属の基板の表面に絶縁膜を設けたものを用いてもよい。ガラス基板としては、例えば、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス若しくはアルミノケイ酸ガラス等の無アルカリガラス基板を用いるとよい。なお、基板５１のサイズに限定はなく、例えば上述のフラットパネルディスプレイの分野でよく使われる第３世代乃至第１０世代のガラス基板を用いることができる。
【００２８】
酸化絶縁膜５５は、ＣＶＤ法またはスパッタリング法等を用いて、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、または酸化窒化アルミニウム膜を、単層でまたは積層して形成することができる。
【００２９】
なお、ここでは、酸化窒化シリコンとは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多いものであって、好ましくは、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ：Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ  Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）及び水素前方散乱法（ＨＦＳ：Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｆｏｒｗａｒｄ  Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）を用いて測定した場合に、組成範囲として酸素が５０〜７０原子％、窒素が０．５〜１５原子％、シリコンが２５〜３５原子％、水素が０．１〜１０原子％の範囲で含まれるものをいう。また、ここでは記載しないが、窒化酸化シリコンとは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多いものであって、好ましくは、ＲＢＳ及びＨＦＳを用いて測定した場合に、組成範囲として酸素が５〜３０原子％、窒素が２０〜５５原子％、シリコンが２５〜３５原子％、水素が１０〜３０原子％の範囲で含まれるものをいう。ただし、酸化窒化シリコンまたは窒化酸化シリコンを構成する原子の合計を１００原子％としたとき、窒素、酸素、シリコン及び水素の含有比率が上記の範囲内に含まれるものとする。
【００３０】
第１の微結晶半導体膜５７としては、微結晶半導体膜、代表的には、微結晶シリコン膜、微結晶シリコンゲルマニウム膜、微結晶ゲルマニウム膜等を用いて形成する。第１の微結晶半導体膜５７は、高い結晶性の混相粒を低い粒密度（面内における混相粒の存在割合）で有することを特徴とする。このため、第１の微結晶半導体膜５７は、混相粒が隣接せず、混相粒の間に隙間を有するものも含まれる。第１の微結晶半導体膜５７の厚さは、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることが好ましい。なお、混相粒は、非晶質半導体領域と、単結晶とみなせる微小結晶である結晶子を複数有する。
【００３１】
第１の微結晶半導体膜５７は、プラズマＣＶＤ装置の反応室内において、基板上に核となる結晶性の高い混相粒を低い粒密度で形成する第１の条件を用いて、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体と、水素とを混合し、グロー放電プラズマにより形成する。または、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体と、水素と、ヘリウム、ネオン、クリプトン等の希ガスとを混合し、グロー放電プラズマにより形成する。ここでは、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体の流量に対する水素の流量を５０倍以上１０００倍以下にして堆積性気体を希釈し、且つ処理室内の圧力を６７Ｐａ以上１３３３Ｐａ以下（０．５Ｔｏｒｒ以上１０Ｔｏｒｒ以下）とする第１の条件により、微結晶シリコン、微結晶シリコンゲルマニウム、微結晶ゲルマニウム等を形成する。このときの堆積温度は、室温〜３００℃とすることが好ましく、より好ましくは１５０〜２８０℃とする。なお、上部電極及び下部電極の間隔は、プラズマが発生しうる間隔とすればよい。第１の条件を用いて形成することで、結晶成長が促進され、混相粒の結晶性が高まる。即ち、混相粒に含まれる結晶子の大きさが増大する。また、隣り合う混相粒の間に隙間ができ、混相粒の粒密度が低下する。
【００３２】
シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体の代表例としては、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、ＧｅＨ４、Ｇｅ２Ｈ６等がある。
【００３３】
第１の微結晶半導体膜５７の原料ガスに、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン等の希ガスを添加することで、第１の微結晶半導体膜５７の成膜速度が高まる。また、成膜速度が高まることで、第１の微結晶半導体膜５７に混入する不純物量が低減するため、第１の微結晶半導体膜５７の結晶性を高めることができる。
【００３４】
第１の微結晶半導体膜５７を形成する際のグロー放電プラズマの生成は、３ＭＨｚから３０ＭＨｚ、代表的には１３．５６ＭＨｚ、２７．１２ＭＨｚのＨＦ帯の高周波電力、または３０ＭＨｚより大きく３００ＭＨｚ程度までのＶＨＦ帯の高周波電力、代表的には、６０ＭＨｚを印加することで行われる。また、１ＧＨｚ以上のマイクロ波の高周波電力を印加することで行われる。なお、高周波電力がパルス状に印加されるパルス発振や、連続的に印加される連続発振とすることができる。また、ＨＦ帯の高周波電力と、ＶＨＦ帯の高周波電力を重畳させることで、大面積基板においてもプラズマのムラを低減し、均一性を高めることができると共に、堆積速度を高めることができる。
【００３５】
なお、第１の微結晶半導体膜５７を形成する前に、ＣＶＤ装置の処理室内の気体を排気しながら、処理室内にシリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体を導入して、処理室内の不純物元素を除去することで、第１の微結晶半導体膜５７における不純物量を低減することが可能である。また、第１の微結晶半導体膜５７を形成する前に、フッ素、フッ化窒素、フッ化シラン等のフッ素を含む雰囲気でプラズマを発生させて、フッ素プラズマを酸化絶縁膜５５に曝すことで、緻密な第１の微結晶半導体膜５７を形成することができる。
【００３６】
次に、図１（Ｂ）に示すように、第１の微結晶半導体膜５７上に第２の微結晶半導体膜５９を形成する。第２の微結晶半導体膜５９は、第１の微結晶半導体膜５７の混相粒を結晶成長させて混相粒間の隙間を埋める条件で形成することを特徴とする。なお、第２の微結晶半導体膜５９の厚さは、３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下が好ましい。
【００３７】
第２の微結晶半導体膜５９は、プラズマＣＶＤ装置の反応室内において、第２の条件により、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体と、水素とを混合し、グロー放電プラズマにより形成する。または、第２の条件の原料ガスに、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン等の希ガスを混合し、グロー放電プラズマにより形成する。ここでは、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体の流量に対する水素の流量を１００倍以上２０００倍以下にして堆積性気体を希釈し、且つ処理室内の圧力を１３３３Ｐａ以上１３３３２Ｐａ以下（１０Ｔｏｒｒ以上１００Ｔｏｒｒ以下）とする第２の条件により、微結晶シリコン、微結晶シリコンゲルマニウム、微結晶ゲルマニウム等を形成する。この結果、第２の微結晶半導体膜５９は、非晶質半導体に対する結晶領域の割合が増加し、結晶性が高まる。このときの堆積温度は、室温〜３００℃とすることが好ましく、より好ましくは１５０〜２８０℃とする。なお、上部電極及び下部電極の間隔は、プラズマが発生しうる間隔とすればよい。
【００３８】
堆積性気体を希釈するガスとして、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン等の希ガスを用いることで、第１の微結晶半導体膜５７と同様に、第２の微結晶半導体膜５９の結晶性を高めることができる。
【００３９】
第２の微結晶半導体膜５９を形成する際、グロー放電プラズマの生成は、第１の微結晶半導体膜５７の条件を適宜用いることができる。なお、第１の微結晶半導体膜５７及び第２の微結晶半導体膜５９のグロー放電プラズマの生成は、同じ条件で行うことでスループットを向上させることができるが、異なっていてもよい。
【００４０】
ここで、第１の微結晶半導体膜５７及び第２の微結晶半導体膜５９の成膜の様子について、図２を用いて説明する。
【００４１】
図２（Ａ）は、第１の微結晶半導体膜５７の拡大図である。酸化絶縁膜５５上に形成される第１の微結晶半導体膜５７は、混相粒の粒密度が低く、且つ混相粒の結晶性が高くなるような第１の条件で形成される。代表的には、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体の流量に対する水素の流量を５０倍以上１０００倍以下にして堆積性気体を希釈し、且つ処理室内の圧力を６７Ｐａ以上１３３３Ｐａ以下（０．５Ｔｏｒｒ以上１０Ｔｏｒｒ以下）とする。上記のようにシリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体の流量に対する水素の流量を高くすることで、第１の微結晶半導体膜の堆積と同時に、第１の微結晶半導体膜に含まれる非晶質半導体のエッチングが生じ、結晶性の高い混相粒が形成されると共に、隣接する混相粒の間に隙間ができる。プラズマＣＶＤ装置構成及び被膜表面の化学状態によって最適な条件は異なるが、混相粒がほとんど堆積しなければ、上記シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体の流量に対する水素の流量比を小さく、またはＲＦ電力を小さくすればよい。一方、混相粒の粒密度が高い場合、または非晶質半導体領域が結晶性半導体領域よりも多い場合は、上記シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体の流量に対する水素の流量比を大きく、またはＲＦ電力を大きくすればよい。第１の微結晶半導体膜の堆積の様子はＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）及びラマン分光法により評価することができる。上記流量比及び処理室内の圧力により、良好な結晶性を有し、且つ混相粒の好ましい隙間を保つ第１の微結晶半導体を形成することができる。この結果、第１の微結晶半導体膜５７に含まれる非晶質半導体領域をエッチングしつつ、混相粒５７ａが形成されるため、結晶成長が促進され、混相粒５７ａの結晶性が高まる。即ち、混相粒５７ａに含まれる結晶子の大きさが増大する。また、非晶質半導体領域がエッチングされるため、混相粒５７ａは互いに隙間５７ｂを有しており、従って混相粒５７ａは低い粒密度で形成される。
【００４２】
図２（Ｂ）は、第１の微結晶半導体膜５７及び第２の微結晶半導体膜５９の拡大図である。第２の微結晶半導体膜５９は、混相粒を結晶成長させて混相粒の隙間を埋める第２の条件で形成される。代表的には、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体の流量に対する水素の流量を１００倍以上２０００倍以下にして堆積性気体を希釈し、且つ処理室内の圧力を１３３３Ｐａ以上１３３３２Ｐａ以下（１０Ｔｏｒｒ以上１００Ｔｏｒｒ以下）とする。上記条件とすると、処理室内の圧力が高いため、堆積性気体の平均自由行程が短く、プラズマイオンのエネルギーが低くなり、第２の微結晶半導体膜５９の被覆性が向上すると共に、第２の微結晶半導体膜５９に対するイオンダメージが低減し、欠陥低減に寄与する。また、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体の希釈比が高く、水素ラジカルの生成量が増加するため、非晶質半導体領域をエッチングしつつ、混相粒５７ａに含まれる結晶子を種結晶として結晶成長する。この結果、第２の微結晶半導体膜５９は、非晶質半導体領域に対する結晶領域の割合が増加し、結晶性が高まる。また、第２の微結晶半導体膜５９の欠陥低減に寄与する。なお、第１の微結晶半導体膜の混相粒の隙間に、新たに第２の微結晶半導体膜の混相粒が発生することで、混相粒の大きさが小さくなってしまうため、第１の微結晶半導体膜の混相粒の発生頻度に対して、第２の微結晶半導体膜の混相粒の発生頻度は少ない方が好ましい。この結果、第１の微結晶半導体膜の混相粒を種結晶とし、当該種結晶からの結晶成長を優先させることができる。
【００４３】
このとき、第２の微結晶半導体膜５９は、第１の微結晶半導体膜５７の混相粒５７ａに含まれる結晶子を種結晶として結晶成長する。また、第２の微結晶半導体膜５９の混相粒の大きさは、第１の微結晶半導体膜５７の混相粒５７ａの間隔に依存する。このため、第１の微結晶半導体膜５７の混相粒５７ａの粒密度が低いと、混相粒５７ａの間隔が広がるため、第２の微結晶半導体膜５９の混相粒の結晶成長距離が伸び、混相粒の大粒径化が可能である。
【００４４】
なお、第１の微結晶半導体膜５７の厚さは１ｎｍ以上１０ｎｍ以下が好ましい。第１の微結晶半導体膜５７の厚さが１０ｎｍより厚いと、第２の微結晶半導体膜５９が堆積しても、混相粒の隙間を埋めることが困難となると共に第１の微結晶半導体膜５７の内部に含まれる非晶質半導体のエッチングが困難となり、第１の微結晶半導体膜５７及び第２の微結晶半導体膜５９の結晶性が低減する。一方、第１の微結晶半導体膜５７は、混相粒が形成される必要があるため、第１の微結晶半導体膜５７の厚さは１ｎｍ以上であることが好ましい。
【００４５】
また、第２の微結晶半導体膜５９の厚さは、３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下が好ましい。第２の微結晶半導体膜５９の厚さを３０ｎｍ以上とすることで、薄膜トランジスタの電気特性のばらつきを低減することができる。また、第２の微結晶半導体膜５９の厚さを１００ｎｍ以下とすることで、スループットを向上させるとともに応力による膜剥がれを抑制することができる。
【００４６】
微結晶半導体膜の密度は第１の微結晶半導体膜５７の混相粒の粒密度に依存するため、第１の微結晶半導体膜５７の混相粒の粒密度は、１００個／μｍ２以上１００００個／μｍ２以下、更には５００個／μｍ２以上２５００個／μｍ２以下が好ましい。第１の微結晶半導体膜５７の混相粒の粒密度が上記範囲内であると、混相粒が分散するため、微結晶半導体膜の混相粒の大粒径化が可能である。
【００４７】
本実施の形態において、第１の微結晶半導体膜５７及び第２の微結晶半導体膜５９を積層することで、混相粒の間に隙間が無く、結晶性の高い微結晶半導体膜を形成することができる。なお、微結晶半導体膜の密度は１．９０ｇ／ｃｍ３より大であり２．３０ｇ／ｃｍ３以下である。単結晶シリコンの密度は２．３５ｇ／ｃｍ３であり、微結晶半導体膜は混相粒が密に詰まっている。なお、微結晶半導体膜の密度はＸ線反射率法（ＸＲＲ：Ｘ−ｒａｙ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｅｒ）によって測定することができる。微結晶半導体膜の抵抗率は１．０×１０５Ω・ｃｍ以上１．０×１０８Ω・ｃｍ以下、好ましくは５．０×１０６Ω・ｃｍ以上５．０×１０７Ω・ｃｍ以下である。また、電圧が印加されない状態での微結晶半導体膜の導電率の活性化エネルギーは、０．５〜０．６ｅＶであり、ｉ型である。
【００４８】
第１の微結晶半導体膜５７及び第２の微結晶半導体膜５９は、微結晶半導体で形成される。微結晶半導体とは、非晶質と結晶構造（単結晶、多結晶を含む）の中間的な構造の半導体である。微結晶半導体は、熱力学的に安定な第３の状態を有する半導体であって、短距離秩序を持ち格子歪みを有する結晶質な半導体であり、粒径が２ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上８０ｎｍ以下、より好ましくは、２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の柱状または針状の混相粒が基板表面に対して法線方向に成長している。このため、柱状または針状の混相粒界面には、粒界が形成される場合もある。なお、ここでの混相粒径は、基板表面に対して平行な面における混相粒の最大直径をいう。
【００４９】
微結晶半導体の代表例である微結晶シリコンは、そのラマンスペクトルが単結晶シリコンを示す５２０ｃｍ−１よりも低波数側に、シフトしている。即ち、単結晶シリコンを示す５２０ｃｍ−１とアモルファスシリコンを示す４８０ｃｍ−１の間に微結晶シリコンのラマンスペクトルのピークがある。また、未結合手（ダングリングボンド）を終端するため水素またはハロゲンを少なくとも１原子％またはそれ以上含んでいる。さらに、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、またはキセノンなどの希ガス元素を含ませて格子歪みをさらに助長させることで、安定性が増し良好な微結晶半導体が得られる。このような微結晶半導体に関する記述は、例えば、米国特許４，４０９，１３４号で開示されている。
【００５０】
本実施の形態により、混相粒の隙間を低減することで結晶性を高めた微結晶半導体膜を作製することができる。
【００５１】
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１より結晶性の高い微結晶半導体膜の作製方法について、図１及び図３を用いて説明する。
【００５２】
実施の形態１と同様に、図１の工程を経て、第１の微結晶半導体膜５７及び第２の微結晶半導体膜５９を形成する。
【００５３】
次に、図３に示すように、第２の微結晶半導体膜５９上に、半導体結晶子及び非晶質半導体を含む混相粒を有する第３の微結晶半導体膜６１を形成する。
【００５４】
第３の微結晶半導体膜６１は、プラズマＣＶＤ装置の反応室内において、第３の条件により、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体と、水素とを混合し、グロー放電プラズマにより形成する。または、第３の条件により、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体と、水素と、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン等の希ガスとを混合し、グロー放電プラズマにより形成する。シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体の流量に対する水素の流量の比を、第２の条件より高くして堆積性気体を希釈し、且つ処理室内の圧力を第２の条件と同様である１３３３Ｐａ以上１３３３２Ｐａ以下（１０Ｔｏｒｒ以上１００Ｔｏｒｒ以下）とする第３の条件により、第３の微結晶半導体膜６１として、微結晶シリコン、微結晶シリコンゲルマニウム、微結晶ゲルマニウム等を形成する。このときの堆積温度は、室温〜３００℃とすることが好ましく、より好ましくは１５０〜２８０℃とする。
【００５５】
シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体の流量に対する水素の流量の比を第２の条件より高くすることで、第３の微結晶半導体膜６１の結晶性を更に高めることが可能であり、実施の形態１より表面において結晶性の高い微結晶半導体膜を形成することができる。
【００５６】
（実施の形態３）
本実施の形態では、本発明の一形態である半導体装置に形成される薄膜トランジスタの作製方法について、図４乃至図７を参照して説明する。なお、薄膜トランジスタは、ｐ型よりもｎ型の方が、キャリアの移動度が高い。また、同一の基板上に形成する薄膜トランジスタを全て同じ極性に統一すると、工程数を抑えることができ、好ましい。そのため、本実施の形態では、ｎ型の薄膜トランジスタの作製方法について説明する。
【００５７】
なお、オン電流とは、薄膜トランジスタがオン状態のときに、ソース電極とドレイン電極の間に流れる電流をいう。例えば、ｎ型の薄膜トランジスタの場合には、ゲート電圧がトランジスタの閾値電圧よりも高いときにソース電極とドレイン電極との間に流れる電流である。
【００５８】
また、オフ電流とは、薄膜トランジスタがオフ状態のときに、ソース電極とドレイン電極の間に流れる電流をいう。例えば、ｎ型の薄膜トランジスタの場合には、ゲート電圧が薄膜トランジスタの閾値電圧よりも低いときにソース電極とドレイン電極との間に流れる電流である。
【００５９】
図４（Ａ）に示すように、基板１０１上にゲート電極１０３を形成する。次に、ゲート電極１０３（第１のゲート電極ともいう。）を覆うゲート絶縁膜１０５を形成し、ゲート絶縁膜１０５上に第１の微結晶半導体膜１０７を形成する。
【００６０】
基板１０１としては、実施の形態１に示す基板５１を適宜用いることができる。
【００６１】
ゲート電極１０３は、モリブデン、チタン、クロム、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム、ニッケル等の金属またはこれらを主成分とする合金を用いて、単層でまたは積層して形成することができる。また、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコンに代表される半導体、ＡｇＰｄＣｕ合金、Ａｌ−Ｎｄ合金、Ａｌ−Ｎｉ合金などを用いてもよい。
【００６２】
例えば、ゲート電極１０３の二層の積層構造としては、アルミニウム膜上にモリブデン膜を積層した二層の積層構造、または銅膜上にモリブデン膜を積層した二層構造、または銅膜上に窒化チタン膜若しくは窒化タンタル膜を積層した二層構造、窒化チタン膜とモリブデン膜とを積層した二層構造、酸素を含む銅−マグネシウム−合金膜と銅膜とを積層した二層構造、酸素を含む銅−マンガン−合金膜と銅膜とを積層した二層構造、銅−マンガン−合金膜と銅膜とを積層した二層構造などとすることが好ましい。三層の積層構造としては、タングステン膜または窒化タングステン膜と、アルミニウムとシリコンの合金膜またはアルミニウムとチタンの合金膜と、窒化チタン膜またはチタン膜とを積層した三層構造とすることが好ましい。電気的抵抗が低い膜上にバリア膜として機能する金属膜が積層されることで、電気的抵抗を低くでき、且つ金属膜から半導体膜への金属元素の拡散を防止することができる。
【００６３】
ゲート電極１０３は、基板１０１上に、スパッタリング法または真空蒸着法を用いて、上記した材料により導電膜を形成し、該導電膜上にフォトリソグラフィ法またはインクジェット法等によりマスクを形成し、該マスクを用いて導電膜をエッチングして形成することができる。また、銀、金または銅等の導電性ナノペーストをインクジェット法により基板上に吐出し、焼成することで形成することもできる。なお、ゲート電極１０３と、基板１０１との密着性向上を目的として、上記の金属材料の窒化物膜を、基板１０１と、ゲート電極１０３との間に設けてもよい。ここでは、基板１０１上に導電膜を形成し、フォトリソグラフィ工程により形成したレジストで形成されるマスクを用いて、当該導電膜をエッチングする。
【００６４】
なお、ゲート電極１０３の側面は、テーパー形状とすることが好ましい。これは、後の工程で、ゲート電極１０３上に形成される絶縁膜、半導体膜及び配線が、ゲート電極１０３の段差箇所において切断しないためである。ゲート電極１０３の側面をテーパー形状にするためには、レジストで形成されるマスクを後退させつつエッチングを行えばよい。
【００６５】
また、ゲート電極１０３を形成する工程により、ゲート配線（走査線）及び容量配線も同時に形成することができる。なお、走査線とは画素を選択する配線をいい、容量配線とは画素の保持容量の一方の電極に接続された配線をいう。ただし、これに限定されず、ゲート配線及び容量配線の一方または双方と、ゲート電極１０３とは別に設けてもよい。
【００６６】
ゲート絶縁膜１０５は、実施の形態１に示す酸化絶縁膜５５を適宜用いて形成することができる。なお、ゲート絶縁膜１０５を酸化シリコンまたは酸化窒化シリコン等の酸化絶縁膜により形成することで、薄膜トランジスタの閾値電圧の変動を低減することができる。
【００６７】
ゲート絶縁膜１０５は、ＣＶＤ法またはスパッタリング法等を用いて形成することができる。ゲート絶縁膜１０５のＣＶＤ法による形成工程において、グロー放電プラズマの生成は、実施の形態１に示す第１の微結晶半導体膜５７の条件を適宜用いることができる。また、高周波数が１ＧＨｚ以上であるマイクロ波プラズマＣＶＤ装置を用いてゲート絶縁膜１０５を形成すると、ゲート電極と、ドレイン電極及びソース電極との間の耐圧を向上させることができるため、信頼性の高い薄膜トランジスタを得ることができる。
【００６８】
また、ゲート絶縁膜１０５として、有機シランガスを用いたＣＶＤ法により酸化シリコン膜を形成することで、後に形成する半導体膜の結晶性を高めることが可能であるため、薄膜トランジスタのオン電流及び電界効果移動度を高めることができる。有機シランガスとしては、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ：化学式Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）、テトラメチルシラン（ＴＭＳ：化学式Ｓｉ（ＣＨ３）４）、テトラメチルシクロテトラシロキサン（ＴＭＣＴＳ）、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）、トリエトキシシラン（ＳｉＨ（ＯＣ２Ｈ５）３）、トリスジメチルアミノシラン（ＳｉＨ（Ｎ（ＣＨ３）２）３）等のシリコン含有化合物を用いることができる。
【００６９】
第１の微結晶半導体膜１０７は、実施の形態１に示す第１の微結晶半導体膜５７と同様に、混相粒の粒密度が低く、且つ混相粒の結晶性が高くなるような第１の条件で形成することができる。
【００７０】
第１の微結晶半導体膜１０７の原料ガスに、ヘリウム、アルゴン、ネオン、クリプトン、キセノン等の希ガスを添加することで、第１の微結晶半導体膜１０７の結晶性を高めることができる。このため、薄膜トランジスタのオン電流及び電界効果移動度が高まると共に、スループットを高めることができる。
【００７１】
次に、図４（Ｂ）に示すように、第１の微結晶半導体膜１０７上に第２の微結晶半導体膜１０９を形成する。第２の微結晶半導体膜１０９は、実施の形態１に示す第２の微結晶半導体膜５９と同様に、第１の微結晶半導体膜１０７の混相粒を結晶成長させて隙間を埋める第２の条件を用いて形成することができる。
【００７２】
堆積ガスを希釈するガスとして、ヘリウム、アルゴン、ネオン、クリプトン、キセノン等の希ガスを用いることで、第１の微結晶半導体膜１０７と同様に、第２の微結晶半導体膜１０９の結晶性を高めることができる。このため、薄膜トランジスタのオン電流及び電界効果移動度が高まると共に、スループットを高めることができる。
【００７３】
次に、図４（Ｃ）に示すように、第２の微結晶半導体膜１０９上に半導体膜１１１を形成する。半導体膜１１１は、微結晶半導体領域１１１ａ及び非晶質半導体領域１１１ｂで構成される。次に、半導体膜１１１上に、不純物半導体膜１１３を形成する。次に、不純物半導体膜１１３上にレジストで形成されるマスク１１５を形成する。
【００７４】
第２の微結晶半導体膜１０９を種結晶として、部分的に結晶成長させる条件（結晶成長を抑制させる条件）で、微結晶半導体領域１１１ａ及び非晶質半導体領域１１１ｂを有する半導体膜１１１を形成することができる。
【００７５】
半導体膜１１１は、プラズマＣＶＤ装置の処理室内において、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体と、水素と、窒素を含む気体とを混合し、グロー放電プラズマにより形成する。窒素を含む気体としては、アンモニア、窒素、フッ化窒素、塩化窒素、クロロアミン、フルオロアミン等がある。グロー放電プラズマの生成は、第１の微結晶半導体膜１０７と同様にすることができる。
【００７６】
このとき、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体と、水素との流量比は、第１の微結晶半導体膜１０７または第２の微結晶半導体膜１０９と同様に微結晶半導体膜を形成する流量比を用い、さらに原料ガスに窒素を添加することで、第１の微結晶半導体膜１０７及び第２の微結晶半導体膜１０９の堆積条件よりも、結晶成長を抑制することができる。具体的には、半導体膜１１１の堆積初期においては、原料ガスに窒素を含む気体が含まれるため、部分的に結晶成長が抑制され、錐形状の微結晶半導体領域が成長すると共に、非晶質半導体領域が形成される。さらに、堆積中期または後期では、錐形状の微結晶半導体領域の結晶成長が停止し、非晶質半導体領域のみが堆積される。この結果、半導体膜１１１において、微結晶半導体領域１１１ａ、及び欠陥が少なく、価電子帯のバンド端における準位のテール（裾）の傾きが急峻である秩序性の高い半導体膜で形成される非晶質半導体領域１１１ｂを形成することができる。
【００７７】
ここでは、半導体膜１１１を形成する条件の代表例は、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体の流量に対する水素の流量が１０〜２０００倍、好ましくは１０〜２００倍である。なお、通常の非晶質半導体膜を形成する条件の代表例は、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体の流量に対する水素の流量は０〜５倍である。
【００７８】
また、半導体膜１１１の原料ガスに、ヘリウム、アルゴン、ネオン、キセノン、またはクリプトン等の希ガスを導入することで、成膜速度を高めることができる。
【００７９】
半導体膜１１１の厚さは、厚さ５０〜３５０ｎｍとすることが好ましく、さらに好ましくは１２０〜２５０ｎｍとする。
【００８０】
ここで、図４（Ｃ）に示すゲート絶縁膜１０５と、不純物半導体膜１１３との間の拡大図を、図５に示す。
【００８１】
図５（Ａ）に示すように、半導体膜１１１の微結晶半導体領域１１１ａは凹凸状であり、凸部はゲート絶縁膜１０５から非晶質半導体領域１１１ｂに向かって、先端が狭まる（凸部の先端が鋭角である）凸状（錐形状）である。なお、微結晶半導体領域１１１ａの形状は、ゲート絶縁膜１０５から非晶質半導体領域１１１ｂに向かって幅が広がる凸状（逆錐形状）であってもよい。
【００８２】
第１の微結晶半導体膜１０７、第２の微結晶半導体膜１０９、及び微結晶半導体領域１１１ａの厚さ、即ち、ゲート絶縁膜１０５と第１の微結晶半導体膜１０７との界面から、微結晶半導体領域１１１ａの突起（凸部）の先端までの距離を、５ｎｍ以上３１０ｎｍ以下とすることで、薄膜トランジスタのオフ電流を低減することができる。
【００８３】
また、半導体膜１１１に含まれる酸素の二次イオン質量分析法によって計測される濃度を、１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満とすることで、微結晶半導体領域１１１ａの結晶性を高めることができるため好ましい。また、二次イオン質量分析法によって計測される半導体膜１１１の窒素濃度プロファイルのピーク濃度は、１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは２×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である。
【００８４】
非晶質半導体領域１１１ｂは、窒素を有する非晶質半導体で形成される。窒素を有する非晶質半導体に含まれる窒素は、例えばＮＨ基またはＮＨ２基として存在していてもよい。非晶質半導体としては、アモルファスシリコンを用いて形成する。
【００８５】
窒素を含む非晶質半導体は、従来の非晶質半導体と比較して、ＣＰＭ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ  ｐｈｏｔｏｃｕｒｒｅｎｔ  ｍｅｔｈｏｄ）やフォトルミネッセンス分光測定で測定されるＵｒｂａｃｈ端のエネルギーが小さく、欠陥吸収スペクトル量が少ない半導体である。即ち、窒素を含む非晶質半導体は、従来の非晶質半導体と比較して、欠陥が少なく、価電子帯のバンド端における準位のテール（裾）の傾きが急峻である秩序性の高い半導体である。窒素を含む非晶質半導体は、価電子帯のバンド端における準位のテール（裾）の傾きが急峻であるため、バンドギャップが広くなり、トンネル電流が流れにくい。このため、窒素を含む非晶質半導体を微結晶半導体領域１１１ａ及び不純物半導体膜１１３の間に設けることで、薄膜トランジスタのオフ電流を低減することができる。また、窒素を含む非晶質半導体を設けることで、オン電流と電界効果移動度を高めることが可能である。
【００８６】
さらに、窒素を含む非晶質半導体は、低温フォトルミネッセンス分光によるスペクトルのピーク領域が、１．３１ｅＶ以上１．３９ｅＶ以下である。なお、微結晶半導体、代表的には微結晶シリコンを低温フォトルミネッセンス分光により測定したスペクトルのピーク領域は、０．９８ｅＶ以上１．０２ｅＶ以下であり、窒素を含む非晶質半導体は、微結晶半導体とは異なるものである。
【００８７】
また、非晶質半導体領域１１１ｂの他に、微結晶半導体領域１１１ａにも、ＮＨ基またはＮＨ２基を有してもよい。
【００８８】
また、図５（Ｂ）に示すように、非晶質半導体領域１１１ｂに、粒径が１ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは１ｎｍ以上５ｎｍ以下の半導体混相粒１１１ｃを含ませることで、更にオン電流と電界効果移動度を高めることが可能である。
【００８９】
ゲート絶縁膜１０５から非晶質半導体領域１１１ｂに向かって、先端が狭まる凸状（錐形状）の微結晶半導体は、第２の微結晶半導体膜を形成した後、部分的に結晶成長させる条件で結晶成長させると共に、非晶質半導体を堆積することで、このような構造となる。
【００９０】
半導体膜１１１の微結晶半導体領域１１１ａは錐形状または逆錐形状であるため、オン状態でソース電極及びドレイン電極の間に電圧が印加されたときの縦方向（膜厚方向）における抵抗、即ち、半導体膜１１１の抵抗を下げることが可能である。また、微結晶半導体領域１１１ａと不純物半導体膜１１３との間に、欠陥が少なく、価電子帯のバンド端における準位のテール（裾）の傾きが急峻である秩序性の高い、窒素を含む非晶質半導体を有するため、トンネル電流が流れにくくなる。以上のことから、本実施の形態に示す薄膜トランジスタは、オン電流及び電界効果移動度を高めるとともに、オフ電流を低減することができる。
【００９１】
ここでは、半導体膜１１１の原料ガスに窒素を含む気体を含ませて、微結晶半導体領域１１１ａ及び非晶質半導体領域１１１ｂを有する半導体膜１１１を形成したが、他の半導体膜１１１の形成方法として、第２の微結晶半導体膜１０９の表面に窒素を含む気体を曝して、第２の微結晶半導体膜１０９の表面に窒素を吸着させた後、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体及び水素を原料ガスとして、微結晶半導体領域１１１ａ及び非晶質半導体領域１１１ｂを有する半導体膜１１１を形成することができる。
【００９２】
不純物半導体膜１１３は、リンが添加されたアモルファスシリコン、リンが添加された微結晶シリコン等で形成する。また、リンが添加されたアモルファスシリコン及びリンが添加された微結晶シリコンの積層構造とすることもできる。なお、薄膜トランジスタとして、ｐ型の薄膜トランジスタを形成する場合は、不純物半導体膜１１３は、ボロンが添加された微結晶シリコン、ボロンが添加されたアモルファスシリコン等で形成する。なお、半導体膜１１１と、のちに形成する配線１２９ａ、１２９ｂとがオーミックコンタクトをする場合は、不純物半導体膜１１３を形成しなくともよい。
【００９３】
不純物半導体膜１１３は、プラズマＣＶＤ装置の反応室内において、シリコンを含む堆積性気体と、水素と、ホスフィン（水素希釈またはシラン希釈）とを混合し、グロー放電プラズマにより形成する。これにより、リンが添加されたアモルファスシリコン、またはリンが添加された微結晶シリコンが形成される。なお、ｐ型の薄膜トランジスタを作製する場合は、不純物半導体膜１１３として、ホスフィンの代わりに、ジボランを用いて、グロー放電プラズマにより形成すればよい。
【００９４】
また、不純物半導体膜１１３を、リンが添加された微結晶シリコン、またはボロンが添加された微結晶シリコンで形成する場合は、半導体膜１１１と、不純物半導体膜１１３との間に、微結晶半導体膜、代表的には微結晶シリコン膜を形成することで、界面の特性を向上させることができる。この結果、不純物半導体膜１１３と、半導体膜１１１との界面に生じる抵抗を低減することができる。この結果、薄膜トランジスタのソース領域、半導体膜、及びドレイン領域を流れる電流量を増加させ、オン電流及び電界効果移動度の増加が可能となる。
【００９５】
レジストで形成されるマスク１１５はフォトリソグラフィ工程により形成することができる。
【００９６】
次に、レジストで形成されるマスク１１５を用いて、第１の微結晶半導体膜１０７、第２の微結晶半導体膜１０９、半導体膜１１１、及び不純物半導体膜１１３をエッチングする。この工程により、第１の微結晶半導体膜１０７、第２の微結晶半導体膜１０９、半導体膜１１１、及び不純物半導体膜１１３を素子毎に分離し、島状の半導体積層体１１７、及び島状の不純物半導体膜１２１を形成する。なお、半導体積層体１１７は、第１の微結晶半導体膜１０７、第２の微結晶半導体膜１０９、及び半導体膜１１１を含み、第１の微結晶半導体膜１０７、第２の微結晶半導体膜１０９、及び半導体膜１１１の微結晶半導体領域を含む微結晶半導体領域１１７ａと、半導体膜１１１の非晶質半導体領域を含む非晶質半導体領域１１７ｂとを有する。この後、レジストで形成されるマスク１１５を除去する（図４（Ｄ）参照。）。
【００９７】
次に、不純物半導体膜１２１上に導電膜１２７を形成する（図６（Ａ）参照。）。導電膜１２７は、アルミニウム、銅、チタン、ネオジム、スカンジウム、モリブデン、クロム、タンタル若しくはタングステン等により単層で、または積層して形成することができる。または、ヒロック防止元素が添加されたアルミニウム合金（ゲート電極１０３に用いることができるＡｌ−Ｎｄ合金等）により形成してもよい。ドナーとなる不純物元素を添加した結晶性シリコンを用いてもよい。ドナーとなる不純物元素が添加された結晶性シリコンと接する側の膜を、チタン、タンタル、モリブデン、タングステンまたはこれらの元素の窒化物により形成し、その上にアルミニウムまたはアルミニウム合金を形成した積層構造としてもよい。更には、アルミニウムまたはアルミニウム合金の上面及び下面を、チタン、タンタル、モリブデン、タングステンまたはこれらの元素の窒化物で挟んだ積層構造としてもよい。導電膜１２７は、ＣＶＤ法、スパッタリング法または真空蒸着法を用いて形成する。また、導電膜１２７は、銀、金または銅等の導電性ナノペーストを用いてスクリーン印刷法またはインクジェット法等を用いて吐出し、焼成することで形成してもよい。
【００９８】
次に、フォトリソグラフィ工程によりレジストで形成されるマスクを形成し、当該レジストで形成されるマスクを用いて導電膜１２７をエッチングして、ソース電極及びドレイン電極として機能する配線１２９ａ、１２９ｂを形成する（図６（Ｂ）参照。）。導電膜１２７のエッチングはドライエッチングまたはウェットエッチングを用いることができる。なお、配線１２９ａ、１２９ｂの一方は、ソース電極またはドレイン電極のみならず信号線としても機能する。ただし、これに限定されず、信号線とソース電極及びドレイン電極とは別に設けてもよい。
【００９９】
次に、不純物半導体膜１２１及び半導体積層体１１７の一部をエッチングして、ソース領域及びドレイン領域として機能する一対の不純物半導体膜１３１ａ、１３１ｂを形成する。また、微結晶半導体領域１３３ａ及び一対の非晶質半導体領域１３３ｂを有する半導体積層体１３３を形成する。このとき、微結晶半導体領域１３３ａが露出されるように半導体積層体１１７をエッチングすることで、配線１２９ａ、１２９ｂで覆われる領域では微結晶半導体領域１３３ａ及び非晶質半導体領域１３３ｂが積層され、配線１２９ａ、１２９ｂで覆われず、かつゲート電極と重なる領域においては、微結晶半導体領域１３３ａが露出する半導体積層体１３３となる。
【０１００】
ここでは、配線１２９ａ、１２９ｂの端部と、不純物半導体膜１３１ａ、１３１ｂの端部とが揃っているが、配線１２９ａ、１２９ｂの端部と、不純物半導体膜１３１ａ、１３１ｂの端部とがずれ、断面において、配線１２９ａ、１２９ｂの端部が、不純物半導体膜１３１ａ、１３１ｂの端部より内側に位置してもよい。
【０１０１】
次に、ドライエッチングを行ってもよい。ドライエッチングの条件は、露出している微結晶半導体領域１３３ａ及び非晶質半導体領域１３３ｂにダメージが入らず、且つ微結晶半導体領域１３３ａ及び非晶質半導体領域１３３ｂに対するエッチングレートが低い条件を用いる。エッチングガスとしては、代表的にはＣｌ２、ＣＦ４、またはＮ２等を用いる。また、エッチング方法については特に限定はなく、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）方式、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ：Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）方式、電子サイクロトン共鳴プラズマ（ＥＣＲ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）方式、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）方式等を用いることができる。
【０１０２】
次に、微結晶半導体領域１３３ａ及び非晶質半導体領域１３３ｂの表面にプラズマ処理、代表的には水プラズマ処理、酸素プラズマ処理、アンモニアプラズマ処理、窒素プラズマ処理等を行う。
【０１０３】
水プラズマ処理は、水蒸気（Ｈ２Ｏ蒸気）に代表される、水を主成分とするガスを反応空間に導入し、プラズマを生成して、行うことができる。この後、レジストで形成されるマスクを除去する。なお、当該レジストで形成されるマスクの除去は、不純物半導体膜１２１及び第１の半導体積層体１１７のドライエッチング前に行ってもよい。
【０１０４】
上記したように、微結晶半導体領域１３３ａ及び非晶質半導体領域１３３ｂを形成した後に、微結晶半導体領域１３３ａ及び非晶質半導体領域１３３ｂにダメージを与えない条件で更なるドライエッチングを行うことで、露出した微結晶半導体領域１３３ａ及び非晶質半導体領域１３３ｂ上に存在する残渣などの不純物を除去することができる。また、ドライエッチングに続けて水プラズマ処理を行うことで、レジストで形成されるマスクの残渣を除去すると共に、微結晶半導体領域１３３ａの欠陥を低減することができる。また、プラズマ処理を行うことで、ソース領域とドレイン領域との間の絶縁を確実なものにすることができ、完成する薄膜トランジスタのオフ電流を低減し、電気的特性のばらつきを低減することができる。
【０１０５】
以上の工程によりシングルゲート型の薄膜トランジスタを作製することができる。また、オフ電流が低く、オン電流及び電界効果移動度が高いシングルゲート型の薄膜トランジスタを生産性高く作製することができる。
【０１０６】
次に、半導体積層体１３３及び配線１２９ａ，１２９ｂの上に絶縁膜１３７（第２のゲート絶縁膜ともいう。）を形成する。絶縁膜１３７は、ゲート絶縁膜１０５と同様に形成することができる。
【０１０７】
次に、フォトリソグラフィ工程により形成したレジストで形成されるマスクを用いて絶縁膜１３７に開口部（図示しない。）を形成する。次に、絶縁膜１３７上にバックゲート電極１３９（第２のゲート電極ともいう。）を形成する（図６（Ｃ）参照）。以上の工程により、デュアルゲート型の薄膜トランジスタを作製することができる。
【０１０８】
バックゲート電極１３９は、配線１２９ａ、１２９ｂと同様に形成することができる。また、バックゲート電極１３９は、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、または酸化シリコンを添加したインジウム錫酸化物等の透光性を有する導電性材料を用いて形成することができる。
【０１０９】
また、バックゲート電極１３９は、透光性を有する導電性高分子（導電性ポリマーともいう。）を含む導電性組成物を用いて形成することができる。バックゲート電極１３９は、シート抵抗が１００００Ω／ｓｑ．以下であって、且つ波長５５０ｎｍにおける透光率が７０％以上であることが好ましい。また、導電性組成物に含まれる導電性高分子の抵抗率が０．１Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。
【０１１０】
導電性高分子としては、いわゆるπ電子共役系導電性高分子を用いることができる。例えば、ポリアニリン若しくはその誘導体、ポリピロール若しくはその誘導体、ポリチオフェン若しくはその誘導体、またはアニリン、ピロール及びチオフェンの２種以上の共重合体若しくはその誘導体等が挙げられる。
【０１１１】
バックゲート電極１３９は、スパッタリング法により、上記材料のいずれかを用いた薄膜を形成した後、フォトリソグラフィ工程によって形成したレジストで形成されるマスクを用いて上記薄膜をエッチングすることで、形成できる。また、透光性を有する導電性高分子を含む導電性組成物を塗布または印刷した後、焼成して形成することができる。
【０１１２】
次に、薄膜トランジスタの上面図である図７を用いて、バックゲート電極の形状を説明する。
【０１１３】
図７（Ａ）に示すように、バックゲート電極１３９は、ゲート電極１０３と平行に形成することができる。この場合、バックゲート電極１３９に印加する電位と、ゲート電極１０３に印加する電位とを、それぞれ任意に制御することが可能である。このため、薄膜トランジスタのしきい値電圧を制御することができる。また、キャリアが流れる領域、即ちチャネル領域が、微結晶半導体領域のゲート絶縁膜１０５側、及び絶縁膜１３７側に形成されるため、薄膜トランジスタのオン電流を高めることができる。
【０１１４】
また、図７（Ｂ）に示すように、バックゲート電極１３９は、ゲート電極１０３に接続させることができる。即ち、ゲート絶縁膜１０５及び絶縁膜１３７に形成した開口部１５０において、ゲート電極１０３及びバックゲート電極１３９が接続する構造とすることができる。この場合、バックゲート電極１３９に印加する電位と、ゲート電極１０３に印加する電位とは、等しい。この結果、半導体膜において、キャリアが流れる領域、即ちチャネル領域が、微結晶半導体領域のゲート絶縁膜１０５側、及び絶縁膜１３７側に形成されるため、薄膜トランジスタのオン電流を高めることができる。
【０１１５】
また、図７（Ｃ）に示すように、バックゲート電極１３９は、ゲート電極１０３と接続せず、フローティングでもよい。バックゲート電極１３９に電位を印加せずとも、チャネル領域が、微結晶半導体領域のゲート絶縁膜１０５側、及び絶縁膜１３７側に形成されるため、薄膜トランジスタのオン電流を高めることができる。
【０１１６】
さらには、図７（Ｄ）に示すように、バックゲート電極１３９は、絶縁膜１３７を介して配線１２９ａ、１２９ｂと重畳してもよい。ここでは、図７（Ａ）に示す構造のバックゲート電極１３９を用いて示したが、図７（Ｂ）及び図７（Ｃ）に示すバックゲート電極１３９も同様に配線１２９ａ、１２９ｂと重畳してもよい。
【０１１７】
本実施の形態に示すシングルゲート型の薄膜トランジスタ及びデュアルゲート型の薄膜トランジスタは、混相粒の隙間を低減することで結晶性を高めた微結晶半導体膜でチャネル領域を形成することが可能である。このため、シングルゲート型の薄膜トランジスタ及びデュアルゲート型の薄膜トランジスタのキャリアの移動量が増加し、オン電流及び電界効果移動度を高めることができる。また、微結晶半導体領域１３３ａと、不純物半導体膜１３１ａ、１３１ｂの間に、非晶質半導体領域１３３ｂを有する。このため、薄膜トランジスタのオフ電流を低減することができる。以上のことから、シングルゲート型の薄膜トランジスタ及びデュアルゲート型の薄膜トランジスタの面積を小さくすることが可能であり、半導体装置への高集積化が可能である。また、表示装置の駆動回路に本実施の形態に示す薄膜トランジスタを用いることで、駆動回路の面積を低減できるため、表示装置の狭額縁化が可能である。また、実施の形態１に示すように、活性化エネルギーが０．５〜０．６ｅＶのｉ型である微結晶半導体膜をチャネル領域に形成することで、上記効果を有し、更にノーマリーオフの薄膜トランジスタを作製することができる。
【０１１８】
なお、本実施の形態では実施の形態１を用いて微結晶半導体膜を形成したが、実施の形態２を用いて微結晶半導体膜を形成することができる。なお、実施の形態２に示す微結晶半導体膜を用いてデュアルゲート型の薄膜トランジスタを形成すると、バックゲート電極側の微結晶半導体膜の結晶性が高いため、デュアルゲート型の薄膜トランジスタの電気特性を更に良好にすることができる。
【０１１９】
（実施の形態４）
本実施の形態では、実施の形態３と比較して、さらに、オフ電流の低減が可能な薄膜トランジスタの作製方法について、図４及び図８を用いて説明する。
【０１２０】
実施の形態３と同様に、図４（Ａ）乃至図４（Ｃ）の工程を経て、図８（Ａ）に示すように、半導体積層体１１７を形成する。
【０１２１】
次に、レジストで形成されるマスク１１５を残存させたまま、半導体積層体１１７の側面にプラズマ１２３を曝すプラズマ処理を行う。ここでは、酸化ガスまたは窒化ガス雰囲気でプラズマを発生させて、半導体積層体１１７にプラズマ１２３を曝す。酸化ガスとしては、酸素、オゾン、一酸化二窒素、水蒸気、酸素及び水素の混合気体等がある。また、窒化ガスとしては、窒素、アンモニア、フッ化窒素、塩化窒素、クロロアミン、フルオロアミン等がある。酸化ガスまたは窒化ガス雰囲気でプラズマを発生させることで、酸素ラジカルまたは窒素ラジカルが発生する。当該ラジカルは半導体積層体１１７と反応し、半導体積層体１１７の側面に障壁領域である絶縁領域を形成することができる。なお、プラズマを照射する代わりに、紫外光を照射し、酸素ラジカルまたは窒素ラジカルを発生させてもよい。
【０１２２】
また、酸化ガスとして、酸素、オゾン、水蒸気、酸素及び水素の混合気体を用いると、図８（Ｂ）に示すように、プラズマ照射によりレジストが後退し、上面の面積が縮小したマスク１１５ａが形成される。このため、当該プラズマ処理により、半導体積層体１１７の側壁と共に、露出された不純物半導体膜１２１が酸化し、半導体積層体１１７の側壁及び不純物半導体膜１２１の側壁及び上面の一部にも障壁領域である絶縁領域１２５が形成される。
【０１２３】
次に、実施の形態３に示すように、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）と同様の工程を経て、図６（Ｃ）に示すように、ソース電極及びドレイン電極として機能する配線１２９ａ、１２９ｂ、ソース領域及びドレイン領域として機能する一対の不純物半導体膜１３１ａ、１３１ｂ、微結晶半導体領域１３３ａ及び一対の非晶質半導体領域１３３ｂを有する半導体積層体１３３、絶縁膜１３７を形成することで、シングルゲート型の薄膜トランジスタを作製することができる。
【０１２４】
また、絶縁膜１３７上にバックゲート電極を形成することで、デュアルゲート型の薄膜トランジスタを作製することができる。
【０１２５】
本実施の形態に示すシングルゲート型の薄膜トランジスタ及びデュアルゲート型の薄膜トランジスタは、混相粒の隙間を低減することで結晶性を高めた微結晶半導体膜でチャネル領域を形成することが可能である。また、半導体積層体１３３及び配線１２９ａ、１２９ｂの間に障壁領域である絶縁領域を設けることにより、配線１２９ａ、１２９ｂから半導体積層体１３３へのホールの注入を抑制することが可能であり、オフ電流が低く、電界効果移動度及びオン電流の高い薄膜トランジスタとなる。このため、薄膜トランジスタの面積を小さくすることが可能であり、半導体装置の高集積化が可能である。また、表示装置の駆動回路に本実施の形態に示す薄膜トランジスタを用いることで、駆動回路の面積を低減できるため、表示装置の狭額縁化が可能である。
【０１２６】
なお、本実施の形態では、実施の形態３を用いて説明したが、適宜他の実施の形態を用いることができる。
【０１２７】
（実施の形態５）
本実施の形態では、本発明の一態様である半導体装置に形成される薄膜トランジスタの作製方法について、図５、図６、及び図９を参照して説明する。図９は、図６（Ｂ）に示す工程に対応する工程である。
【０１２８】
実施の形態３と同様に、図４（Ａ）〜（Ｄ）及び図６（Ａ）の工程を経て、導電膜１２７を形成する。
【０１２９】
次に、図９に示すように、実施の形態３と同様に、配線１２９ａ、１２９ｂを形成し、不純物半導体膜１２１及び半導体積層体１１７の一部をエッチングして、ソース領域及びドレイン領域として機能する一対の不純物半導体膜１３１ａ、１３１ｂを形成する。また、微結晶半導体領域１４３ａ及び非晶質半導体領域１４３ｂを有する半導体積層体１４３を形成する。このとき、非晶質半導体領域１４３ｂが露出されるように半導体積層体１１７（図４（Ｄ）参照。）をエッチングすることで、配線１２９ａ、１２９ｂで覆われる領域では微結晶半導体領域１４３ａ及び非晶質半導体領域１４３ｂが積層され、配線１２９ａ、１２９ｂで覆われず、かつゲート電極と重なる領域においては、微結晶半導体領域１４３ａが露出せず、非晶質半導体領域１４３ｂが露出する半導体積層体１４３となる。なお、ここでの半導体積層体１１７のエッチング量は図６（Ｂ）より少ないものとする。
【０１３０】
この後の工程は、実施の形態３と同様である。
【０１３１】
以上の工程によりシングルゲート型の薄膜トランジスタを作製することができる。この薄膜トランジスタは、バックチャネル側が非晶質であるため、図６（Ｂ）に示す薄膜トランジスタに比べてオフ電流を低減することができる。
【０１３２】
また、本実施の形態では、図９に示す工程の後に、図６（Ｃ）に示す工程と同様に、絶縁膜１３７を介してバックゲート電極１３９を形成してもよい。
【０１３３】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて用いることができる。
【０１３４】
（実施の形態６）
薄膜トランジスタを作製し、該薄膜トランジスタを画素部、さらには駆動回路に用いて表示機能を有する半導体装置（表示装置ともいう）を作製することができる。また、薄膜トランジスタを用いた駆動回路の一部または全体を、画素部と同じ基板上に一体形成し、システムオンパネルを形成することができる。
【０１３５】
表示装置は表示素子を含む。表示素子としては液晶素子（液晶表示素子ともいう）、発光素子（発光表示素子ともいう）を用いることができる。発光素子は、電流または電圧によって輝度が制御される素子をその範疇に含んでおり、具体的には無機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）、有機ＥＬ等が含まれる。また、電子インクなど、電気的作用によりコントラストが変化する表示媒体も適用することができる。
【０１３６】
また、表示装置は、表示素子が封止された状態にあるパネルと、該パネルにコントローラを含むＩＣ等を実装した状態にあるモジュールとを含む。さらに、該表示装置を作製する過程における、表示素子が完成する前の一形態に相当する素子基板に関し、該素子基板は、電流を表示素子に供給するための手段を複数の各画素に備える。素子基板は、具体的には、表示素子の画素電極のみが形成された状態であってもよいし、画素電極となる導電膜を形成した後であって、エッチングして画素電極を形成する前の状態であってもよいし、あらゆる形態があてはまる。
【０１３７】
なお、本明細書中における表示装置とは、画像表示デバイス、表示デバイス、もしくは光源（照明装置含む）を指す。また、コネクタ、例えばＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  ｐｒｉｎｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）もしくはＴＡＢ（Ｔａｐｅ  Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｂｏｎｄｉｎｇ）テープもしくはＴＣＰ（Ｔａｐｅ  Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｐａｃｋａｇｅ）が取り付けられたモジュール、ＴＡＢテープやＴＣＰの先にプリント配線板が設けられたモジュール、または表示素子にＣＯＧ（Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）方式によりＩＣ（集積回路）が直接実装されたモジュールも全て表示装置に含むものとする。
【０１３８】
（実施の形態７）
本実施の形態では、半導体装置の一形態である光電変換装置について、説明する。本実施の形態に示す光電変換装置では、半導体膜に実施の形態１及び実施の形態２に示すような、混相粒の隙間を低減することで結晶性を高めた微結晶半導体膜を採用する。混相粒の隙間を低減することで結晶性を高めた微結晶半導体膜が採用される半導体膜としては、光電変換を行う半導体膜や導電型を示す半導体膜などがあるが、特に、光電変換を行う半導体膜に採用することが好適である。または、光電変換を行う半導体膜や導電型を示す半導体膜と、他の膜との界面に、混相粒の隙間を低減することで結晶性を高めた微結晶半導体膜を採用することもできる。
【０１３９】
上述のような構成を採用することで、光電変換を行う半導体膜や導電型を示す半導体膜によって生じる抵抗（直列抵抗）を低減し、特性を向上させることができる。また、光電変換を行う半導体膜や導電型を示す半導体膜と、他の膜との界面における光学的・電気的な損失を抑制し、光電変換効率を向上させることができる。以下、図１０を用いて、光電変換装置の作製方法の一形態について説明する。
【０１４０】
図１０（Ａ）に示すように、基板２００上に第１の電極２０２を形成する。
【０１４１】
基板２００としては、実施の形態１に示す基板５１を適宜用いることができる。また、プラスチック基板を用いることもできる。プラスチック基板としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、シアネート樹脂等の熱硬化性樹脂を含む基板や、ポリフェニレンオキシド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、フッ素樹脂等の熱可塑性樹脂を含む基板を用いるとよい。
【０１４２】
なお、基板２００は、テクスチャー構造であってもよい。これにより、光電変換効率を向上させることが可能である。
【０１４３】
また、本実施の形態では、光が基板２００の裏面側（図の下方）から入射する構成とするため、透光性を有する基板を採用するが、のちに形成される第２の電極２１０側（図の上方）から光が入射する構成とする場合には、これに限られない。この場合、シリコンなどの材料を含む半導体基板や、金属材料などを含む導電性基板を用いてもよい。
【０１４４】
第１の電極２０２は、実施の形態３に示すバックゲート電極１３９に用いる透光性を有する導電性材料を用いて形成することができる。第１の電極２０２は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、真空蒸着法、塗布法、印刷法などを用いて形成する。
【０１４５】
第１の電極２０２は、１０ｎｍ乃至５００ｎｍ、望ましくは、５０ｎｍ乃至１００ｎｍの厚さで形成する。また、第１の電極２０２のシート抵抗は、２０Ω／ｓｑ．乃至２００Ω／ｓｑ．程度となるように形成する。
【０１４６】
なお、本実施の形態では、光が基板２００の裏面側（図の下方）から入射する構成とするため、透光性を有する導電性材料を用いて第１の電極２０２を形成しているが、のちに形成される第２の電極２１０側（図の上方）から光が入射する構成とする場合には、これに限られない。このような場合には、アルミニウム、白金、金、銀、銅、チタン、タンタル、タングステンなどの透光性を有しない導電性材料を用いて第１の電極２０２を形成することができる。特に、アルミニウム、銀、チタン、タンタルなどの光を反射しやすい材料を用いる場合には、光電変換効率を十分に向上させることが可能である。
【０１４７】
基板２００と同様、第１の電極２０２を、テクスチャー構造としてもよい。また、第１の電極２０２に接するように、低抵抗な導電性材料からなる補助電極を別途形成してもよい。
【０１４８】
次に、図１０（Ｂ）に示すように、第１の電極２０２上に第１の導電型を示す半導体膜２０４を形成する。第１の導電型を示す半導体膜２０４は、代表的には、導電型を付与する不純物元素が添加された半導体材料を含む半導体膜を用いて形成する。半導体材料としては、生産性や価格などの点でシリコンを用いるのが好適である。半導体材料としてシリコンを用いる場合、導電型を付与する不純物元素としては、ｎ型を付与するリン、ヒ素、ｐ型を付与するホウ素、アルミニウム等が採用される。
【０１４９】
なお、本実施の形態では、光が基板２００の裏面側（図の下方）から入射する構成としているため、第１の導電型を示す半導体膜２０４の導電型（第１の導電型）はｐ型とすることが望ましい。これは、ホールの寿命が電子の寿命の約半分と短く、結果としてホールの拡散長が短いこと、電子とホールの形成が、光電変換を行う半導体膜２０６の光が入射する側において多く行われること、などによるものである。このように、第１の導電型をｐ型とすることにより、ホールが消滅する前に電流として取り出すことが可能であるため、光電変換効率の低下を抑制することができる。なお、上記が問題とならないような状況、例えば、光電変換を行う半導体膜２０６が十分に薄い場合などにおいては、第１の導電型をｎ型としてもよい。
【０１５０】
第１の導電型を示す半導体膜２０４に用いることができる半導体材料としては、他にも、炭化シリコン、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、リン化インジウム、セレン化亜鉛、窒化ガリウム、シリコンゲルマニウムなどがある。また、有機材料を含む半導体材料や、金属酸化物を含む半導体材料などを用いることも可能である。当該材料については、光電変換を行う半導体膜２０６との関係で、適宜選択することができる。
【０１５１】
第１の導電型を示す半導体膜２０４の結晶性についての要求は特にないが、第１の導電型を示す半導体膜２０４に、実施の形態１または実施の形態２に示す混相粒の隙間を低減することで結晶性を高めた微結晶半導体膜を採用する場合には、従来の微結晶半導体膜を採用する場合と比較して、直列抵抗を低減し、また、他の膜との界面における光学的・電気的な損失を抑制することができるため、好適である。もちろん、非晶質、多結晶、単結晶などの他の結晶性の半導体を採用することも可能である。
【０１５２】
なお、第１の導電型を示す半導体膜２０４を、基板２００の表面と同様、テクスチャー構造としてもよい。
【０１５３】
第１の導電型を示す半導体膜２０４は、シリコンを含む堆積性ガス、及びジボランを用いたプラズマＣＶＤ法で、形成することができる。また、第１の導電型を示す半導体膜２０４は、１ｎｍ乃至１００ｎｍ、望ましくは、５ｎｍ乃至５０ｎｍの厚さとなるように形成する。
【０１５４】
また、導電型を付与する不純物元素が添加されていないシリコン膜をプラズマＣＶＤ法などによって形成した後、イオン注入などの方法でホウ素を添加して、第１の導電型を示す半導体膜２０４を形成してもよい。
【０１５５】
次に、図１０（Ｃ）に示すように、第１の導電型を示す半導体膜２０４上には、光電変換を行う半導体膜２０６を形成する。光電変換を行う半導体膜２０６としては、半導体膜２０４と同様の半導体材料を用いた半導体膜が適用される。すなわち、半導体材料として、シリコン、炭化シリコン、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、リン化インジウム、セレン化亜鉛、窒化ガリウム、シリコンゲルマニウムなどが用いられる。中でも、シリコンを用いるのが好適である。他に、有機材料を含む半導体材料や、金属酸化物半導体材料などを用いることも可能である。
【０１５６】
光電変換を行う半導体膜２０６としては、実施の形態１及び実施の形態２に示すような、混相粒の隙間を低減することで結晶性を高めた微結晶半導体膜を適用するのがより好適である。半導体膜に実施の形態１及び実施の形態２に示すような、混相粒の隙間を低減することで結晶性を高めた微結晶半導体膜を採用することにより、従来の微結晶半導体膜を採用する場合と比較して直列抵抗を低減し、また、他の膜との界面における光学的・電気的な損失を抑制することができる。
【０１５７】
なお、光電変換を行う半導体膜２０６には十分な光吸収が求められるから、その厚みは、１００ｎｍ乃至１０μｍ程度とすることが望ましい。
【０１５８】
次に、図１０（Ｄ）に示すように、光電変換を行う半導体膜２０６上に、第２の導電型を示す半導体膜２０８を形成する。本実施の形態では、第２の導電型をｎ型とする。第２の導電型を示す半導体膜２０８は、導電型を付与する不純物元素としてリンが添加されたシリコンなどの材料を用いて形成することができる。第２の導電型を示す半導体膜２０８に用いることができる半導体材料は、第１の導電型を示す半導体膜２０４と同様である。
【０１５９】
第２の導電型を示す半導体膜２０８は、第１の導電型を示す半導体膜２０４と同様に形成することができる。例えば、シリコンを含む堆積性ガス、及びホスフィンを用いたプラズマＣＶＤ法で、形成することができる。第２の導電型を示す半導体膜２０８についても、実施の形態１または実施の形態２に示す混相粒の隙間を低減することで結晶性を高めた微結晶半導体膜を採用するのが好適である。
【０１６０】
なお、本実施の形態では、光が基板２００の裏面側（図の下方）から入射する構成としているため、半導体膜２０８の導電型（第２の導電型）をｎ型としているが、開示する発明の一形態はこれに限定されない。第１の導電型をｎ型とする場合には、第２の導電型がｐ型となる。
【０１６１】
次に、図１０（Ｅ）に示すように、第２の導電型を示す半導体膜２０８上に第２の電極２１０を形成する。第２の電極２１０は、金属などの導電性材料を用いて形成する。例えば、アルミニウム、銀、チタン、タンタルなどの光を反射しやすい材料を用いて形成することができる。この場合、半導体膜２０６において吸収しきれなかった光を再度、半導体膜２０６に入射させることができ、光電変換効率を向上させることが可能であるため、好適である。
【０１６２】
第２の電極２１０の形成方法としては、スパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法、塗布法、印刷法などがある。また、第２の電極２１０は、１０ｎｍ乃至５００ｎｍ、望ましくは、５０ｎｍ乃至１００ｎｍの厚さで形成する。
【０１６３】
なお、本実施の形態では、光が基板２００の裏面側（図の下方）から入射する構成とするため、透光性を有しない材料を用いて第２の電極２１０を形成しているが、第２の電極２１０の構成はこれに限られない。例えば、第２の電極２１０側（図の上方）から光が入射する構成とする場合には、第２の電極２１０は、第１の電極２０２に示す透光性を有する導電性材料を用いて形成することができる。
【０１６４】
なお、第２の電極２１０に接するように、低抵抗な導電性材料からなる補助電極を形成してもよい。
【０１６５】
上述の方法で、混相粒の隙間を低減することで結晶性を高めた微結晶半導体膜を、光電変換を行う半導体膜、第１の導電型を示す半導体膜、第２の導電型を示す半導体膜のいずれかに用いた光電変換装置を作製することができる。そして、これにより、光電変換装置の変換効率を高めることができる。なお、混相粒の隙間を低減することで結晶性を高めた微結晶半導体膜は、光電変換を行う半導体膜、第１の導電型を示す半導体膜、第２の導電型を示す半導体膜、のいずれかに用いられていればよく、そのいずれに用いるかは適宜変更が可能である。また、上記半導体膜の複数に混相粒の隙間を低減することで結晶性を高めた微結晶半導体膜を用いる場合には、より効果的である。
【０１６６】
なお、本実施の形態では、一つのユニットセルを有する光電変換装置を示したが、適宜二つ以上のユニットセルを積層した、光電変換装置とすることができる。
【０１６７】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて用いることができる。
【０１６８】
（実施の形態８）
本明細書に開示する半導体装置は、電子ペーパーとして適用することができる。電子ペーパーは、情報を表示するものであればあらゆる分野の電子機器に用いることが可能である。例えば、電子ペーパーを用いて、電子書籍（電子ブック）、ポスター、デジタルサイネージ、ＰＩＤ（Ｐｕｂｌｉｃ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ）、電車などの乗り物の車内広告、クレジットカード等の各種カードにおける表示等に適用することができる。電子機器の一例を図１１に示す。
【０１６９】
図１１は、電子書籍の一例を示している。例えば、電子書籍２７００は、筐体２７０１および筐体２７０３の２つの筐体で構成されている。筐体２７０１および筐体２７０３は、軸部２７１１により一体とされており、該軸部２７１１を軸として開閉動作を行うことができる。このような構成により、紙の書籍のような動作を行うことが可能となる。
【０１７０】
筐体２７０１には表示部２７０５及び光電変換装置２７０６が組み込まれ、筐体２７０３には表示部２７０７及び光電変換装置２７０８が組み込まれている。表示部２７０５および表示部２７０７は、続き画面を表示する構成としてもよいし、異なる画面を表示する構成としてもよい。異なる画面を表示する構成とすることで、例えば右側の表示部（図１１では表示部２７０５）に文章を表示し、左側の表示部（図１１では表示部２７０７）に画像を表示することができる。
【０１７１】
また、図１１では、筐体２７０１に操作部などを備えた例を示している。例えば、筐体２７０１において、電源スイッチ２７２１、操作キー２７２３、スピーカ２７２５などを備えている。操作キー２７２３により、頁を送ることができる。なお、筐体の表示部と同一面にキーボードやポインティングデバイスなどを備える構成としてもよい。また、筐体の裏面や側面に、外部接続用端子（イヤホン端子、ＵＳＢ端子、またはＡＣアダプタおよびＵＳＢケーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など）、記録媒体挿入部などを備える構成としてもよい。さらに、電子書籍２７００は、電子辞書としての機能を持たせた構成としてもよい。
【０１７２】
また、電子書籍２７００は、無線で情報を送受信できる構成としてもよい。無線により、電子書籍サーバから、所望の書籍データなどを購入し、ダウンロードする構成とすることも可能である。
【０１７３】
（実施の形態９）
本明細書に開示する半導体装置は、さまざまな電子機器（遊技機も含む）に適用することができる。電子機器としては、例えば、テレビジョン装置（テレビ、またはテレビジョン受信機ともいう）、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう）、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。
【０１７４】
図１２（Ａ）は、テレビジョン装置の一例を示している。テレビジョン装置９６００は、筐体９６０１に表示部９６０３が組み込まれている。表示部９６０３により、映像を表示することが可能である。また、ここでは、スタンド９６０５により筐体９６０１を支持した構成を示している。
【０１７５】
テレビジョン装置９６００の操作は、筐体９６０１が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機９６１０により行うことができる。リモコン操作機９６１０が備える操作キー９６０９により、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部９６０３に表示される映像を操作することができる。また、リモコン操作機９６１０に、当該リモコン操作機９６１０から出力する情報を表示する表示部９６０７を設ける構成としてもよい。
【０１７６】
なお、テレビジョン装置９６００は、受信機やモデムなどを備えた構成とする。受信機により一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して有線または無線による通信ネットワークに接続することにより、一方向（送信者から受信者）または双方向（送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など）の情報通信を行うことも可能である。
【０１７７】
図１２（Ｂ）は、デジタルフォトフレームの一例を示している。例えば、デジタルフォトフレーム９７００は、筐体９７０１に表示部９７０３が組み込まれている。表示部９７０３は、各種画像を表示することが可能であり、例えばデジタルカメラなどで撮影した画像データを表示させることで、通常の写真立てと同様に機能させることができる。
【０１７８】
なお、デジタルフォトフレーム９７００は、操作部、外部接続用端子（ＵＳＢ端子、ＵＳＢケーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など）、記録媒体挿入部などを備える構成とする。これらの構成は、表示部と同一面に組み込まれていてもよいが、側面や裏面に備えるとデザイン性が向上するため好ましい。例えば、デジタルフォトフレームの記録媒体挿入部に、デジタルカメラで撮影した画像データを記憶したメモリを挿入して画像データを取り込み、取り込んだ画像データを表示部９７０３に表示させることができる。
【０１７９】
また、デジタルフォトフレーム９７００は、無線で情報を送受信できる構成としてもよい。無線により、所望の画像データを取り込み、表示させる構成とすることもできる。
【０１８０】
図１３は携帯型のコンピュータの一例を示す斜視図である。
【０１８１】
図１３の携帯型のコンピュータは、上部筐体９３０１と下部筐体９３０２とを接続するヒンジユニットを閉状態として表示部９３０３を有する上部筐体９３０１と、キーボード９３０４を有する下部筐体９３０２とを重ねた状態とすることができ、持ち運ぶことが便利であるとともに、使用者がキーボード入力する場合には、ヒンジユニットを開状態として、表示部９３０３を見て入力操作を行うことができる。
【０１８２】
また、下部筐体９３０２はキーボード９３０４の他に入力操作を行うポインティングデバイス９３０６を有する。また、表示部９３０３をタッチ入力パネルとすれば、表示部の一部に触れることで入力操作を行うこともできる。また、下部筐体９３０２はＣＰＵやハードディスク等の演算機能部を有している。また、下部筐体９３０２は他の機器、例えばＵＳＢの通信規格に準拠した通信ケーブルが差し込まれる外部接続ポート９３０５を有している。
【０１８３】
上部筐体９３０１には更に上部筐体９３０１内部にスライドさせて収納可能な表示部９３０７を有しており、広い表示画面を実現することができる。また、収納可能な表示部９３０７の画面の向きを使用者は調節できる。また、収納可能な表示部９３０７をタッチ入力パネルとすれば、収納可能な表示部の一部に触れることで入力操作を行うこともできる。
【０１８４】
表示部９３０３または収納可能な表示部９３０７は、液晶表示パネル、有機発光素子または無機発光素子などの発光表示パネルなどの映像表示装置を用いる。
【０１８５】
また、図１３の携帯型のコンピュータは、受信機などを備えた構成として、テレビ放送を受信して映像を表示部に表示することができる。また、上部筐体９３０１と下部筐体９３０２とを接続するヒンジユニットを閉状態としたまま、表示部９３０７をスライドさせて画面全面を露出させ、画面角度を調節して使用者がテレビ放送を見ることもできる。この場合には、ヒンジユニットを開状態として表示部９３０３を表示させず、さらにテレビ放送を表示するだけの回路の起動のみを行うため、最小限の消費電力とすることができ、バッテリー容量の限られている携帯型のコンピュータにおいて有用である。
【実施例１】
【０１８６】
本実施例では、実施の形態１で説明した第１の条件を用いて形成した微結晶シリコン膜と比較して、実施の形態１で説明した第１の条件の後第２の条件を用いて形成した微結晶シリコン膜の表面が凹凸していないこと、且つ微結晶シリコン膜には密に接した混相粒が形成されることを確認した。以下に詳細を説明する。
【０１８７】
はじめに、試料１及び試料２の作製方法について説明する。
【０１８８】
比較例である試料１の微結晶シリコン膜は、厚さ０．７ｍｍの石英（酸化シリコン）基板上に厚さ２００ｎｍの微結晶シリコン膜を形成した。試料１の微結晶シリコン膜は第１の条件のみによって形成した（１ステップ）。第１の条件としては、シランの流量を４ｓｃｃｍ、水素の流量を７５０ｓｃｃｍ、アルゴンの流量を７５０ｓｃｃｍとして原料ガスを導入して流量を安定させ、処理室内の圧力を５３２Ｐａ、ＲＦ電源周波数を１３．５６ＭＨｚ、ＲＦ電源の電力を１５０Ｗ、上部電極の温度を２５０℃、下部電極の温度を２９０℃として、プラズマ放電を行う、プラズマＣＶＤ法を用いた。
【０１８９】
実施例である試料２の微結晶シリコン膜は、厚さ０．７ｍｍの石英（酸化シリコン）基板上に第１の条件によって厚さ５ｎｍの第１の微結晶シリコン膜を成膜した後、その上に第２の条件によって厚さ１９５ｎｍの第２の微結晶シリコン膜を形成した（２ステップ）。
【０１９０】
第１の条件としては、試料１の第１の条件と同様の条件を用いた。
【０１９１】
第２の条件としては、シランの流量を１．８ｓｃｃｍ、水素の流量を７５０ｓｃｃｍ、アルゴンの流量を７５０ｓｃｃｍとして原料ガスを導入して流量を安定させ、処理室内の圧力を５０００Ｐａ、ＲＦ電源周波数を１３．５６ＭＨｚ、ＲＦ電源の電力を１２５Ｗ、上部電極の温度を２５０℃、下部電極の温度を２９０℃として、プラズマ放電を行う、プラズマＣＶＤ法を用いた。
【０１９２】
次に、比較例の試料１及び実施例の試料２それぞれについて走査型電子顕微鏡によって微結晶シリコン膜を撮影し、そのＳＥＭ写真（倍率２０万倍）を図１４に示す。図１４（Ａ）は試料１のＳＥＭ写真であり、図１４（Ｂ）は試料２のＳＥＭ写真である。
【０１９３】
図１４（Ａ）に示す１ステップにより形成された微結晶シリコン膜（比較例）は、その表面の凹凸差が大きく、混相粒の間に隙間があいていることが分かる。これに対し、図１４（Ｂ）に示す第１の微結晶シリコン膜を５３２Ｐａで成膜し、第２の微結晶シリコン膜を５０００Ｐａで成膜する２ステップによって形成した微結晶シリコン膜（実施例）は、その表面の凹凸差が小さく、且つ図１４（Ａ）に比較して混相粒が密に接していることが分かる。
【０１９４】
次に、比較例の試料１及び実施例の試料２それぞれについて、走査透過型電子顕微鏡法（ＳＴＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）によって微結晶シリコン膜の断面を撮影した結果を図１５に示す。図１５（Ａ）は試料１のＺコントラスト像（ＺＣ像）であり、図１５（Ｂ）は試料２のＺコントラスト像（ＺＣ像）である。
【０１９５】
図１５（Ａ）に示す１ステップにより石英基板２０１上に形成された微結晶シリコン膜２０３（比較例）は、異なる混相粒２０５の間に隙間２０７があいていることが分かる。これに対し、図１５（Ｂ）に示す石英基板２１１に第１の微結晶シリコン膜を５３２Ｐａで成膜し、第２の微結晶シリコン膜を５０００Ｐａで成膜する２ステップによって形成した微結晶シリコン膜２１３（実施例）は、図１５（Ａ）に比較して異なる混相粒２１５の間の隙間２１７の割合が低いことが分かる。
【実施例２】
【０１９６】
本実施例では、実施例１の試料において、基板と微結晶シリコン膜の間に酸化窒化シリコン膜を形成して、実施例１と同様の観察を行った。以下に詳細を説明する。
【０１９７】
試料３及び試料４それぞれにおいて、ガラス基板上に酸化窒化シリコン膜を形成した。
【０１９８】
酸化窒化シリコン膜の成膜条件としては、シランの流量を５ｓｃｃｍ、一酸化二窒素の流量を６００ｓｃｃｍとして原料ガスを導入して流量を安定させ、処理室内の圧力を５０００Ｐａ、ＲＦ電源周波数を１３．５６ＭＨｚ、ＲＦ電源の電力を１２５Ｗ、上部電極の温度を２５０℃、下部電極の温度を２９０℃として、プラズマ放電を行う、プラズマＣＶＤ法を用いた。
【０１９９】
次に、比較例である試料３として、実施例１に示す試料１と同様の条件により、厚さ１００ｎｍの微結晶シリコン膜を形成した（１ステップ）。
【０２００】
また、実施例である試料４として、実施例１に示す試料２で用いた第１の条件によって、厚さ５ｎｍの第１の微結晶シリコン膜を形成した後、その上に実施例１に示す試料２で用いた第２の条件によって、厚さ９５ｎｍの第２の微結晶シリコン膜を形成した（２ステップ）。
【０２０１】
次に、比較例の試料３及び実施例の試料４それぞれについて走査型電子顕微鏡によって微結晶シリコン膜を撮影し、そのＳＥＭ写真（倍率２０万倍）を図１６に示す。図１６（Ａ）は試料３のＳＥＭ写真であり、図１６（Ｂ）は試料４のＳＥＭ写真である。
【０２０２】
図１６（Ａ）に示す１ステップにより形成された微結晶シリコン膜（比較例）は、実施例１と同様に、その表面の凹凸差が大きく、混相粒の間に隙間があいていることが分かる。これに対し、２ステップによって形成した微結晶シリコン膜（実施例）は、その表面の凹凸差が小さく、且つ図１６（Ａ）に比較して混相粒が密に接していることが分かる。
【０２０３】
次に、比較例の試料３及び実施例の試料４それぞれについて、走査透過型電子顕微鏡法によって微結晶シリコン膜の断面を撮影した結果を図１７に示す。図１７（Ａ）は試料３のＺコントラスト像（ＺＣ像）であり、図１７（Ｂ）は試料４のＺコントラスト像（ＺＣ像）である。図１７（Ａ）、（Ｂ）それぞれにおいて、ガラス基板２３０上に酸化窒化シリコン膜２３１が形成されている。
【０２０４】
図１７（Ａ）に示す１ステップにより酸化窒化シリコン膜２３１上に形成された微結晶シリコン膜２３３（比較例）は、実施例１と同様に異なる混相粒２３５の間に隙間２３７があいていることが分かる。これに対し、図１７（Ｂ）に示す酸化窒化シリコン膜２３１に、２ステップによって形成した微結晶シリコン膜２４３（実施例）は、実施例１と同様に図１７（Ａ）に比較して異なる混相粒２４５の隙間２４７の割合が低いことが分かる。
【０２０５】
以上のことから、実施例１と同様に、実施の形態１で説明した第１の条件の後第２の条件を用いて、酸化窒化シリコン膜上に形成した微結晶シリコン膜の表面の凹凸差が少ないこと、且つ微結晶シリコン膜には密に接した混相粒が形成されることを確認した。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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