(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁膜上に、第１の条件を用いたプラズマＣＶＤ法により種結晶を形成し、
前記種結晶上に、第２の条件を用いたプラズマＣＶＤ法により微結晶半導体膜を形成する作製方法であって、
前記第１の条件は、処理室内の圧力を６７Ｐａ以上１３３３２Ｐａ以下として、第１の原料ガスと第２の原料ガスとを前記処理室内に交互に供給する条件であって、
前記第１の原料ガスは、シリコンを含む堆積性気体と水素とを含み、水素の第１流量は、前記堆積性気体の第２流量に対して５０倍以上１０００倍以下であり、
前記第２の原料ガスは、前記堆積性気体と水素とを含み、前記堆積性気体の第３流量は、前記堆積性気体の前記第２流量よりも小さく、
前記第２の条件は、前記処理室内の圧力を１３３３Ｐａ以上１３３３２Ｐａ以下として、第３の原料ガスと第４の原料ガスとを前記処理室内に交互に供給する条件であって、
前記第３の原料ガスは、前記堆積性気体と水素とを含み、水素の第４流量は、前記堆積性気体の第５流量に対して１００倍以上２０００倍以下であり、
前記第４の原料ガスは、前記堆積性気体と水素とを含み、前記堆積性気体の第６流量は、前記堆積性気体の前記第５流量よりも小さいことを特徴とする微結晶半導体膜の作製方法。
【請求項２】
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の条件により種結晶を形成し、
前記種結晶上に、第２の条件により微結晶半導体膜を形成し、
前記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、
前記種結晶、前記微結晶半導体膜、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、処理室内の圧力を６７Ｐａ以上１３３３２Ｐａ以下として、第１の原料ガスと第２の原料ガスとを前記処理室内に交互に供給する条件であって、
前記第１の原料ガスは、シリコンを含む堆積性気体と水素とを含み、水素の第１流量は、前記堆積性気体の第２流量に対して５０倍以上１０００倍以下であり、
前記第２の原料ガスは、前記堆積性気体と水素とを含み、前記堆積性気体の第３流量は、前記堆積性気体の前記第２流量よりも小さく、
前記第２の条件は、前記処理室内の圧力を１３３３Ｐａ以上１３３３２Ｐａ以下として、第３の原料ガスと第４の原料ガスとを前記処理室内に交互に供給する条件であって、
前記第３の原料ガスは、前記堆積性気体と水素とを含み、水素の第４流量は、前記堆積性気体の第５流量に対して１００倍以上２０００倍以下であり、
前記第４の原料ガスは、前記堆積性気体と水素とを含み、前記堆積性気体の第６流量は、前記堆積性気体の前記第５流量よりも小さい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良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、生産性良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、混相粒の粒径の均一性が高く、且つ結晶性の高い微結晶半導体膜を作製する方法を提供することを課題とする。または、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、粒径の均一性が高く、且つ高い結晶性の混相粒を低い粒密度で有する種結晶を形成した後、第２の条件により混相粒を成長させて混相粒の隙間を埋めるように、種結晶上に微結晶半導体膜を積層形成することを要旨とする。
【００１３】
本発明の一態様は、粒径の均一性が高く、且つ高い結晶性を有する混相粒を低い粒密度で与える第１の条件により、非晶質シリコン領域と、単結晶とみなせる微小結晶である結晶子とを含む混相粒を有する種結晶を絶縁膜上にプラズマＣＶＤ法により形成した後、当該種結晶上に、混相粒を成長させて混相粒の隙間を埋める第２の条件で、微結晶半導体膜をプラズマＣＶＤ法により積層形成することを要旨とする。
【００１４】
粒径の均一性が高く、且つ高い結晶性の混相粒を低い粒密度で与える第１の条件は、処理室内の圧力を６７Ｐａ以上１３３３２Ｐａ以下とし、且つ第１の条件における原料ガスの供給は、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倍以下にしてシリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体を希釈した第１のガスの供給と、当該第１のガスのシリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体の流量より低く、且つ絶縁膜上への微結晶半導体の堆積より、絶縁膜上に堆積した非晶質半導体のエッチングが優位とな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した第２のガスの供給とを交互に行うものである。
【００１５】
混相粒を成長させて混相粒の隙間を埋める第２の条件は、処理室内の圧力を１３３３Ｐａ以上１３３３２Ｐａ以下とし、且つ第２の条件における原料ガスの供給は、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倍以下にしてシリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体を希釈した第３のガスの供給と、当該第３のガスのシリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体の流量より低く、且つ種結晶上への微結晶半導体の堆積より、種結晶に含まれる非晶質半導体または種結晶上に堆積した非晶質半導体のエッチングが優位とな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した第４のガスの供給とを交互に行うものである。
【００１６】
なお、種結晶は、混相粒が分散した状態である。また、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。また、混相粒は双晶を有する場合もある。また、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。
【００１７】
また、本発明の一態様において、上記第２の条件により微結晶半導体膜を形成した後に、微結晶半導体膜上に第３の条件により第２の微結晶半導体膜をプラズマＣＶＤ法により形成することも可能であり、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及び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。
【００１８】
また、本発明の一態様において、上記第２の条件により微結晶半導体膜を形成した後に、微結晶半導体膜上に第３の条件により第２の微結晶半導体膜をプラズマＣＶＤ法により形成することも可能であり、第３の条件は処理室内の圧力を１３３３Ｐａ以上１３３３２Ｐａ以下とし、且つ第３の条件における原料ガスの供給は、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第２の条件より高くしてシリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体を希釈したガスの供給と、微結晶半導体膜上への微結晶半導体の堆積より、微結晶半導体膜に含まれる非晶質半導体または微結晶半導体膜上に堆積した非晶質半導体のエッチングが優位とな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したガスの供給とを交互に行うものである。
【００１９】
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。
【００２０】
また、本発明の一態様は、上記積層された種結晶及び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、上記積層された種結晶及び微結晶半導体膜を、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、混相粒の粒径の均一性が高く、且つ結晶性の高い微結晶半導体膜を作製することができる。また、ばらつきが少なく、電気特性が優れた半導体装置を、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】種結晶のＳＥＭ写真である。
【図１５】微結晶シリコン膜のＳＥＭ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、混相粒の粒径の均一性が高く、且つ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上に絶縁膜５５を形成し、絶縁膜５５上に種結晶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】
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、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、窒化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、または窒化酸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、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】
種結晶５７としては、微結晶半導体、代表的には、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用いて形成する。種結晶５７は、複数の混相粒が分散した状態である。このため、種結晶５７は、混相粒５７ａが隣接せず、混相粒５７ａの間に隙間５７ｂを有する。さらに、混相粒の粒密度（面内における混相粒の存在割合）が低く、且つ混相粒の粒径の均一性が高いことを特徴とする。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とを有する。また、混相粒は双晶を有する場合もある。
【００３１】
種結晶５７は、プラズマＣＶＤ装置の処理室内において、粒径の均一性が高く、且つ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、アルゴン、ネオン、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。ここでは、処理室内の圧力を６７Ｐａ以上１３３３２Ｐａ以下（０．５ｔｏｒｒ以上１００ｔｏｒｒ以下）とし、且つ原料ガスの供給は、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た第１のガスの供給と、当該第１のガスの前記堆積性気体の流量より低く、且つ絶縁膜上への微結晶半導体の堆積より、絶縁膜上に堆積した非晶質半導体のエッチングが優位となる前記堆積性気体の流量にした第２のガスの供給を交互に行う第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。即ち、第１の条件における原料ガスの供給方法が、グロー放電プラズマの生成中、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体と、水素との流量比を交互に変化させることを特徴とする。シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体と、水素との流量比を交互に変化させるとは、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体または水素の流量を周期的に増減させることである。
【００３２】
例えば、第１の条件における原料ガスの供給方法が、グロー放電プラズマの生成中、水素の流量を一定とし、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体を高流量と低流量とに交互に変化させる。シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体が高流量の場合、代表的には堆積性気体の流量に対する水素の流量を５０倍以上１０００倍以下にすることで、絶縁膜上への微結晶半導体の堆積が優先的に生じる。一方、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体が低流量の場合、絶縁膜上への微結晶半導体の堆積より、絶縁膜上に堆積した非晶質半導体のエッチングが優先的に生じる。
【００３３】
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、処理室の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、種結晶５７に含まれる混相粒５７ａの粒径の均一性が高まる。また、種結晶５７に含まれる混相粒５７ａ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５７ａの間に隙間５７ｂができ、混相粒５７ａの粒密度が低下する。
【００３４】
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。
【００３５】
種結晶５７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、種結晶５７の堆積速度が高まる。この結果、堆積速度が高まることで、種結晶５７に混入される不純物量が低減するため、種結晶５７の結晶性を高めることができる。また、種結晶５７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、高いパワーを供給せずとも安定したプラズマを発生させることが可能であるため、種結晶５７のプラズマダメージを低減することが可能であり、種結晶５７の結晶性を高めることができる。
【００３６】
種結晶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、高周波電力は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。
【００３７】
ここで、第１の条件における原料ガスの供給方法において、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た第１のガスの供給と、当該第１のガスの前記堆積性気体の流量より低く、且つ絶縁膜上への微結晶半導体の堆積より、絶縁膜上に堆積した非晶質半導体のエッチングが優位となる前記堆積性気体の流量にした第２のガスの供給を交互に行う方法について、図２を用いて説明する。
【００３８】
図２は、本実施の形態に示す種結晶の形成方法における原料ガスおよび装置に供給する電力の時間的変化を示すタイミングチャートである。なお、図２において、実線７１は、プラズマＣＶＤ装置の電源のオンオフ状態を示し、実線７３は水素の流量を示し、実線７５はシリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体（図２はシラン）の流量を示し、実線７９は希ガス（図２ではアルゴン）の流量を示す。
【００３９】
プラズマＣＶＤ装置の処理室に、原料ガスであるシリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体と、水素とを導入し、処理室を所定の圧力とする。また、基板５１の温度を所定の温度とする。このとき、水素は一定流量（図２では流量ａ）で処理室に導入する。
【００４０】
次に、高周波電源の電源をＯＮとし、プラズマ放電を行う。また、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体の流量を交互に増減させながら、処理室に導入する。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と、水素との流量比を交互に増減させることをサイクルフローという。本実施の形態では、電力をＯＮとした後に高流量である流量ｃのシリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体をｔ１秒流す第１周期と、低流量である流量ｂ（ｂ＜ｃ）のシリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体をｔ２秒流す第２周期とを繰り返す。なお、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体の流量は、第１周期と比較して第２周期の方が少ないため、第１周期より第２周期の方が、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体に対する水素の流量の流量比が大きい。第１周期において、堆積性気体の流量に対する水素の流量を５０倍以上１０００倍以下とすると、後のプラズマ放電により、非晶質半導体より微結晶半導体の生成が優先的に生じ、第２周期においては、絶縁膜上への微結晶半導体の堆積より、絶縁膜上に堆積した非晶質半導体のエッチングが優先的に生じる。
【００４１】
なお、高周波電源は破線７２に示すように、オンとオフを繰り返してもよい。
【００４２】
シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体の流量が第１の周期より少ない第２周期（図２においては、流量ｂ）では、プラズマ中で解離された水素ラジカルが、絶縁膜上に堆積する非晶質半導体を選択的にエッチングする。このため、種結晶の混相粒の隙間に、新たに種結晶が発生することを低減できるため、粒径が均一な混相粒を形成することができる。なお、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体から生成されるわずかなラジカル（代表的には、シリルラジカル）が堆積表面の微結晶半導体のダングリングボンドに結合するため、結晶性の高い種結晶が形成される。即ち、選択的なエッチングと共に、結晶成長が生じるため、種結晶の結晶性が高くなる。
【００４３】
なお、第２周期において、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体を処理室内に導入せず、水素のみ処理室内に導入してもよい。
【００４４】
また、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体の流量が多い第１周期（図２においては、流量ｃ）では、流量ｂである第２周期と比較して、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体から生成されるラジカルが多数存在するため、結晶成長が生じる。種結晶は複数の混相粒で形成されるが、本実施の形態に示す種結晶の形成方法により、混相粒の結晶子の大きさを大きくすることが可能であるため、種結晶の結晶性を高めることができる。また、種結晶の欠陥低減に寄与する。
【００４５】
なお、はじめに、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体の流量を流量ｃとした第１周期の後、流量を流量ｂとする第２周期に変更しているが、はじめに流量ｂのシリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体を流す第２周期の後、流量を流量ｃとする第１周期に変更してもよい。また、ｔ１とｔ２の長さは異なっていてもよいし、同じでもよい。なお、ｔ１及びｔ２は、数秒から数十秒が好ましい。第１周期（ｔ１）及び第２周期（ｔ２）が数分になってしまうと、例えば第１周期（ｔ１）において結晶性の低い数ｎｍの種結晶が形成されてしまい、こののち第２周期（ｔ２）においては種結晶の表面しか反応せず、種結晶の内部の結晶性を高めることが困難なためである。
【００４６】
また、ここでは、第１の周期、即ち流量ｃのシリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体を流す時間を全てｔ１秒とし、第２の周期、即ち流量ｂ（ｂ＜ｃ）のシリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体を流す時間を全てｔ２秒とし、第１の周期及び第２の周期を周期的に交互に行っている。しかしながら、第１の周期、第２の周期をそれぞれ異ならせてもよい。
【００４７】
また、図２の実線７９で示すように、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導入しないが、破線７７で示すように、流量ｄｓｃｃｍの希ガスを処理室に導入してもよい。または、希ガスを周期的に増減させながら処理室に導入してもよい。
【００４８】
なお、ここでは、サイクルフローとして水素の流量を一定とし、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体を交互に変化させたが、微結晶半導体の形成に必要な量の水素であれば、水素の流量を変化させてもよい。また、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体を一定流量とし、水素の流量を周期的に増減させてもよい。
【００４９】
また、高周波電源をオンにしたまま、原料ガスの流量を切り替えることで、種結晶の堆積速度を向上させることができる。
【００５０】
なお、処理室へのシリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体の流量をｃとした後、即ち第１周期の後、高周波電源を切断してもよい。または、処理室へのシリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体の流量をｂとした後、即ち第２周期の後、高周波電源を切断してもよい。
【００５１】
なお、種結晶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、種結晶５７における不純物量を低減することが可能である。また、種結晶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、フッ素プラズマを絶縁膜５５に曝すことで、緻密な種結晶５７を形成することができる。
【００５２】
次に、図１（Ｂ）に示すように、種結晶５７上に微結晶半導体膜５９を形成する。微結晶半導体膜５９は、種結晶５７の結晶子を成長させて混相粒の隙間を埋める条件で形成することを特徴とする。
【００５３】
微結晶半導体膜５９は、プラズマＣＶＤ装置の処理室内において、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、アルゴン、ネオン、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。ここでは、第２の条件は、処理室内の圧力を１３３３Ｐａ以上１３３３２Ｐａ以下（１０Ｔｏｒｒ以上１００Ｔｏｒｒ以下）とし、且つ第２の条件における原料ガスの供給は、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倍以下にしてシリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体を希釈した第３のガスの供給と、当該第３のガスのシリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体の流量より低く、且つ種結晶上への微結晶半導体の堆積より、種結晶に含まれる非晶質半導体または種結晶上に堆積した非晶質半導体のエッチングが優位とな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した第４のガスの供給とを交互に行うものである。即ち、第２の条件における原料ガスの供給方法が、グロー放電プラズマの生成中、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体と、水素との流量比を交互に変化させることを特徴とする。シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体と、水素との流量比を交互に変化させるとは、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体または水素の流量を周期的に増減させることである。
【００５４】
例えば、第２の条件における原料ガスの供給方法が、グロー放電プラズマの生成中、水素の流量を一定とし、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体を高流量と低流量に交互に変化させる。シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体が高流量の場合、代表的には堆積性気体の流量に対する水素の流量を１００倍以上２０００倍以下にすることで、種結晶上での微結晶半導体の結晶成長が優先的に生じる。一方、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体が低流量の場合、種結晶に含まれる非晶質半導体または種結晶上に堆積した非晶質半導体のエッチングが優先的に生じる。
【００５５】
上記第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、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すると共に、結晶領域の間が密となり、結晶性が高まる。
【００５６】
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、処理室の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。
【００５７】
微結晶半導体膜５９を形成する際の、グロー放電プラズマの生成は、種結晶５７の条件を適宜用いることができる。なお、種結晶５７及び微結晶半導体膜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。
【００５８】
第２の条件における原料ガスの供給方法において、グロー放電プラズマの生成中、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倍以下にしてシリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体を希釈した第３のガスの供給と、当該第３のガスのシリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体の流量より低く、且つ種結晶上への微結晶半導体の堆積より、種結晶に含まれる非晶質半導体または種結晶上に堆積した非晶質半導体のエッチングが優位とな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した第４のガスの供給とを交互に行う方法について、以下に説明する。なお、図２において、第２の条件に関する符号を括弧内に示す。
【００５９】
第２の条件においても、種結晶を形成する第１の条件と同様に、図２に示すように、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体と、水素との流量比を交互に増減させるサイクルフローを行う。具体的には、実線８５で示すように、電力をＯＮとした後に高流量である流量ｆのシリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体をｔ３秒流す第１周期と、低流量である流量ｅ（ｅ＜ｆ）のシリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体をｔ４秒流す第２周期とを繰り返す。なお、高周波電源のＯＮ及びＯＦＦ、処理室への水素及び希ガスの導入の方法は、第１の条件と同様とすることができる。この場合、水素の流量、希ガスの流量は、第１の条件と同様としてもよいし、異なっていてもよい。第１周期において、堆積性気体の流量に対する水素の流量を１００倍以上２０００倍以下とすると、後のプラズマ放電により、種結晶上での微結晶半導体の結晶成長が優先的に生じ、第２周期においては、種結晶に含まれる非晶質半導体または種結晶上に堆積した非晶質半導体のエッチングが優先的に生じる。
【００６０】
プラズマ中で水素ラジカルと共に、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体から生成されるラジカルも形成される。処理室内の圧力を１３３３Ｐａ以上１３３３２Ｐａ以下（１０Ｔｏｒｒ以上１００Ｔｏｒｒ以下）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、水素ラジカル及び水素プラズマイオンは衝突のたびにエネルギーを失うため、種結晶５７に到達するころにはイオンのエネルギーが低くなる。このため、種結晶５７で形成された混相粒の間においては、エッチング作用より結晶成長の方が優位となり、微結晶半導体が堆積するため、結晶領域の間が密となり、微結晶半導体膜の密度が高くなる。また、処理室内を上記の圧力とすると、イオンのエネルギーが低くなるため、微結晶半導体膜に対するプラズマダメージが低減し、欠陥低減に寄与する。
【００６１】
シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体の流量が少ない第２周期（図２においては、流量ｅ）では、処理室内の圧力を１３３３Ｐａ以上１３３３２Ｐａ以下（１０Ｔｏｒｒ以上１００Ｔｏｒｒ以下）とすると処理室内の圧力が高いため、プラズマ中で解離された水素ラジカルが、第１の条件で形成した種結晶５７に含まれる非晶質半導体、または種結晶５７上に堆積した非晶質半導体を選択的にエッチングする。なお、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体から生成されるわずかなラジカル（代表的には、シリルラジカル）が堆積表面の微結晶半導体のダングリングボンドに結合するため、結晶性の高い結晶成長が生じる。即ち、選択的なエッチングと共に、結晶成長が生じるため、微結晶半導体膜の結晶性が高くなる。
【００６２】
なお、第２周期において、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体を処理室内に導入せず、水素のみ処理室内に導入してもよい。
【００６３】
また、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体の流量が多い第１周期（図２においては、流量ｆ）では、流量ｅである第２周期と比較して、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体から生成されるラジカルが多数存在するため、結晶成長が生じる。微結晶半導体膜は複数の混相粒で形成されるが、本実施の形態に示す微結晶半導体膜の形成方法により、混相粒の結晶子の大きさを大きくすることが可能であるため、微結晶半導体膜の結晶性を高めることができる。また、微結晶半導体膜５９の欠陥低減に寄与する。
【００６４】
なお、種結晶の混相粒の隙間に、新たに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、種結晶の混相粒の発生頻度に対して、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、当該種結晶からの結晶成長を優先させることができる。
【００６５】
また、第１周期においては、粒径の均一性の高い種結晶を核として結晶成長するため、微結晶半導体膜の混相粒の粒径の均一性も向上する。
【００６６】
なお、第１の条件と同様に、はじめに流量ｅのシリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体を流す第２周期の後、流量を流量ｆとする第１周期に変更してもよい。また、第１周期（ｔ３）と第２周期（ｔ４）の長さは異なっていてもよいし、同じでもよい。なお、第１周期（ｔ３）及び第２周期（ｔ４）は、第１の条件と同様に、数秒から数十秒が好ましい。
【００６７】
また、ここでは、第１の周期、即ち流量ｆのシリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体を流す時間を全てｔ３秒とし、第２の周期、即ち流量ｅのシリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体を流す時間を全てｔ４秒とし、第１の周期及び第２の周期を周期的に交互に行っている。しかしながら、第１の周期、第２の周期をそれぞれ異ならせてもよい。
【００６８】
なお、処理室へのシリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体の流量を流量ｆとした後、即ち第１周期の後、高周波電源を切断してもよい。または、処理室へのシリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体の流量を流量ｅとした後、即ち第２周期の後、高周波電源を切断してもよい。
【００６９】
さらには、第１の条件における第１周期（ｔ１）と第２の条件における第１の周期（ｔ３）は同じでもよい。または、異なっていてもよい。また、第１の条件における第２周期（ｔ２）と第２の条件における第２の周期（ｔ４）は同じでもよい。または、異なっていてもよい。
【００７０】
以上の工程により、混相粒の粒径の均一性が高く、且つ結晶性が高い微結晶半導体膜を形成することができる。
【００７１】
なお、種結晶５７の厚さは１ｎｍ以上１０ｎｍ以下が好ましい。種結晶５７の厚さが１０ｎｍより厚いと、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、種結晶５７の内部に含まれる非晶質半導体のエッチングがしにくくなり、種結晶５７及び微結晶半導体膜５９の結晶性が低減する。一方、種結晶５７は、混相粒が形成される必要があるため、種結晶５７の厚さは１ｎｍ以上であることが好ましい。
【００７２】
種結晶５７及び微結晶半導体膜５９は、微結晶半導体を有する。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、自由エネルギー的に安定な第３の状態を有する半導体であって、短距離秩序を持ち格子歪みを有する結晶質な半導体であり、混相粒径が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の界面には、粒界が形成される場合もある。なお、ここでの結晶粒径は、基板表面に対して平行な面における結晶粒の最大直径をいう。
【００７３】
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、アルゴン、ネオン、クリプトン、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。
【００７４】
本実施の形態により、混相粒の隙間を低減することで、混相粒の粒径の均一性が高く、且つ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。
【００７５】
（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。
【００７６】
実施の形態１と同様に、図１の工程を経て、種結晶５７及び微結晶半導体膜５９を形成する。
【００７７】
次に、図３に示すように、微結晶半導体膜５９上に、第２の微結晶半導体膜６１を形成する。
【００７８】
第２の微結晶半導体膜６１は、プラズマＣＶＤ装置の処理室内において、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、アルゴン、ネオン、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２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。
【００７９】
また、第２の条件と同様に第３の条件を、処理室内の圧力を１３３３Ｐａ以上１３３３２Ｐａ以下とし、且つ原料ガスの供給は、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を第２の条件より高くしたシリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体を希釈した第５のガスの供給と、当該第５のガスの堆積性気体の流量より低く、且つ微結晶半導体膜５９上への微結晶半導体の堆積より、微結晶半導体膜５９に含まれる非晶質半導体または微結晶半導体膜５９上に堆積した非晶質半導体のエッチングが優位とな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した第６のガスの供給とを交互に行う条件としてもよい。この結果、第２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る。
【００８０】
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２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。
【００８１】
（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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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上に種結晶１０７を形成する。
【００８５】
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。
【００８６】
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、ニッケル等の金属材料またはこれらを主成分とする合金材料を用いて、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。
【００８７】
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、ゲート電極１０３の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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
ゲート絶縁膜１０５は、実施の形態１に示す絶縁膜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。また、ゲート絶縁膜１０５として、窒化シリコン膜または窒化酸化シリコン膜を形成する場合、ゲート絶縁膜１０５の表面を酸化処理することで、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。ゲート絶縁膜１０５の表面の酸化処理方法としては、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の酸化ガス雰囲気で発生させたプラズマにゲート絶縁膜１０５を曝す方法がある。
【００９２】
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に示す種結晶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。
【００９３】
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。
【００９４】
種結晶１０７は、実施の形態１に示す種結晶５７と同様に、粒径の均一性が高く、且つ高い結晶性を有する混相粒を低い粒密度で与える第１の条件で形成することができる。
【００９５】
種結晶１０７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、種結晶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。
【００９６】
次に、図４（Ｂ）に示すように、種結晶１０７上に微結晶半導体膜１０９を形成する。微結晶半導体膜１０９は、実施の形態１に示す微結晶半導体膜５９と同様に、種結晶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。この結果、混相粒の粒径の均一性が高く、且つ結晶性を高めた微結晶半導体膜１０９を形成することができる。
【００９７】
微結晶半導体膜１０９の厚さは、３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下が好ましい。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、微結晶半導体膜１０９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。
【００９８】
微結晶半導体膜１０９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、種結晶１０７と同様に、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。
【００９９】
次に、図４（Ｃ）に示すように、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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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、種結晶１０７と同様にすることができる。
【０１０２】
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、種結晶１０７または微結晶半導体膜１０９と同様に、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５０倍以上２０００倍以下とする微結晶半導体を形成する流量比を用い、さらに原料ガスに窒素を含む気体を用いる条件とすることで、種結晶１０７及び微結晶半導体膜１０９の堆積条件よりも、結晶成長を低減することができる。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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
種結晶１０７、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と種結晶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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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、微結晶半導体が堆積する条件で微結晶半導体を形成した後、結晶成長を抑制す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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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、微結晶半導体膜１０９の表面に窒素を含む気体を曝して、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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
不純物半導体膜１１３は、プラズマＣＶＤ装置の処理室内において、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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
次に、レジストで形成されるマスク１１５を用いて、種結晶１０７、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、種結晶１０７、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、種結晶１０７、微結晶半導体膜１０９、及び半導体膜１１１の微結晶半導体領域それぞれ一部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。）。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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速度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。
【０１２８】
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、酸素及び水素の混合ガスによるプラズマ処理等を行う。
【０１２９】
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及び半導体積層体１１７のドライエッチング前に行ってもよい。
【０１３０】
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。
【０１３１】
なお、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導電膜１２７上に形成し、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。次に、不純物半導体膜１２１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。この際、半導体積層体１１７の一部がエッチングされる場合もある。次に、レジストで形成されるマスクを除去した後、半導体積層体１１７の一部をエッチングして、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を形成してもよい。
【０１３２】
この結果、レジストで形成されるマスクを除去する工程において、微結晶半導体領域１１７ａが非晶質半導体領域１１７ｂに覆われているため、微結晶半導体領域１１７ａが剥離液、及びレジストの残渣物に触れることがない。また、レジストで形成されるマスクを除去した後、配線１２９ａ、１２９ｂを用いて、非晶質半導体領域１１７ｂをエッチングして、微結晶半導体領域１３３ａを露出する。このため、剥離液、及びレジストの残渣物に触れた非晶質半導体領域は、バックチャネルには残存しない。この結果、バックチャネルに残存した剥離液、及びレジストの残渣物によるリーク電流が発生しないため、薄膜トランジスタのオフ電流をより低減することができる。
【０１３３】
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。本実施の形態に示す薄膜トランジスタは、チャネル領域が形成される微結晶半導体膜を、混相粒の粒径の均一性が高く、且つ結晶性を高めた微結晶半導体膜で形成するため、薄膜トランジスタのばらつきを低減することができる。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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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、混相粒の粒径の均一性が高く、且つ結晶性が高い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、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。さらに、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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
（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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
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。
【０１５０】
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で形成されるマスク１１５が後退し、上面の面積が縮小した、レジストで形成されるマスク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の側面と共に、露出された不純物半導体膜１２１が酸化し、半導体積層体１１７の側面及び不純物半導体膜１２１の側面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。
【０１５１】
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。
【０１５２】
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。
【０１５３】
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、混相粒の粒径の均一性が高く、且つ結晶性が高い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、ばらつきが少なく、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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
（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４、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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
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、不純物半導体膜及び非晶質半導体領域のそれぞれ一部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。
【０１５８】
この後の工程は、実施の形態３と同様である。
【０１５９】
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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
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。
【０１６２】
（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。
【０１６３】
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）素子、有機ＥＬ素子等が含まれる。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。
【０１６４】
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良いし、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良いし、あらゆる形態があてはまる。
【０１６５】
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。
【０１６６】
（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、混相粒の粒径の均一性が高く、且つ結晶性を高めた微結晶半導体膜を採用する。混相粒の粒径の均一性が高く、且つ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、混相粒の粒径の均一性が高く、且つ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。
【０１６７】
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。
【０１６８】
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。
【０１６９】
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良い。
【０１７０】
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。
【０１７１】
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。
【０１７２】
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。
【０１７３】
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。
【０１７４】
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。
【０１７５】
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。
【０１７６】
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。
【０１７７】
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型としても良い。
【０１７８】
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。
【０１７９】
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に示す混相粒の粒径の均一性が高く、且つ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。
【０１８０】
なお、第１の導電型を示す半導体膜２０４を、基板２００と同様、テクスチャー構造としてもよい。
【０１８１】
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。
【０１８２】
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。
【０１８３】
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。
【０１８４】
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、混相粒の粒径の均一性が高く、且つ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、混相粒の粒径の均一性が高く、且つ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。
【０１８５】
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。
【０１８６】
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。
【０１８７】
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に示す混相粒の粒径の均一性が高く、且つ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。
【０１８８】
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。
【０１８９】
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。
【０１９０】
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。
【０１９１】
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。
【０１９２】
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良い。
【０１９３】
上述の方法で、混相粒の粒径の均一性が高く、且つ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、混相粒の粒径の均一性が高く、且つ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良く、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、混相粒の粒径の均一性が高く、且つ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。
【０１９４】
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。
【０１９５】
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。
【０１９６】
（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。
【０１９７】
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。
【０１９８】
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。
【０１９９】
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。
【０２００】
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。
【０２０１】
（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。
【０２０２】
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。
【０２０３】
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。
【０２０４】
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。
【０２０５】
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。
【０２０６】
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。
【０２０７】
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。
【０２０８】
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。
【０２０９】
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。
【０２１０】
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。
【０２１１】
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。
【０２１２】
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。
【０２１３】
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】
【０２１４】
本実施例では、実施の形態１で示した微結晶半導体膜の表面構造及び結晶性について、図１５を用いて説明する。
【０２１５】
はじめに、試料の作製方法について説明する。
【０２１６】
試料１は、実施の形態１に示す方法を用いて微結晶シリコン膜を形成した試料である。
【０２１７】
試料１は、ガラス基板上に厚さ３００ｎｍの窒化シリコン膜を形成した後、窒化シリコン膜に対してプラズマ処理を行った。次に、実施の形態１に示す第１の条件で厚さ５ｎｍの種結晶を形成した後、実施の形態１に示す第２の条件で厚さ２５ｎｍの微結晶シリコン膜を形成した。
【０２１８】
窒化シリコン膜の堆積は、シランの流量を１５ｓｃｃｍ、水素の流量を２００ｓｃｃｍ、窒素の流量を１８０ｓｃｃｍ、アンモニアの流量を５００ｓｃｃｍとして原料ガスを導入し、処理室内の圧力を１００Ｐａ、基板の温度を２５０℃とし、ＲＦ電源周波数を１３．５６ＭＨｚ、ＲＦ電源の電力を２００Ｗとしてプラズマ放電を行った。
【０２１９】
窒化シリコン膜へのプラズマ処理は、一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）の流量を４００ｓｃｃｍとして導入して処理室内の圧力を６０Ｐａとし、３００Ｗでプラズマ放電を行った。なお、上記プラズマ処理は、平行平板型のプラズマ処理装置を用いて行い、上部電極温度を２５０℃、下部電極温度を２９０℃とした。
【０２２０】
種結晶の堆積は、水素の流量を７５０ｓｃｃｍ、アルゴンの流量を７５０ｓｃｃｍとし、流量５ｓｃｃｍを５秒、流量０．１ｓｃｃｍを５秒交互にシランを流すサイクルフローを用いて原料ガスを導入し、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。
【０２２１】
微結晶シリコン膜の堆積は、水素の流量を１５００ｓｃｃｍ、アルゴンの流量を１５００ｓｃｃｍとし、流量２ｓｃｃｍを１０秒、流量０．１ｓｃｃｍを５秒交互にシランを流すサイクルフローを用いて原料ガスを導入し、処理室内の圧力を１００００Ｐａ、ＲＦ電源周波数を１３．５６ＭＨｚ、ＲＦ電源の電力を３５０Ｗ、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。
【０２２２】
参考例である試料２は、試料１と比較して、第１の条件で種結晶を形成する際、及び第２の条件で微結晶シリコン膜を堆積する際、サイクルフローを用いない条件とした。具体的には、ガラス基板上に厚さ３００ｎｍの窒化シリコン膜を形成した後、窒化シリコン膜に対してプラズマ処理を行った。次に、サイクルフローを行わない第１の条件で厚さ５ｎｍの種結晶を形成した後、サイクルフローを行わない第２の条件で厚さ３０ｎｍの微結晶シリコン膜を形成した。
【０２２３】
サイクルフローを行わない第１の条件は、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、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。
【０２２４】
サイクルフローを行わない第２の条件は、シランの流量を２ｓｃｃｍ、水素の流量を１５００ｓｃｃｍ、アルゴンの流量を１５００ｓｃｃｍとして原料ガスを導入し、処理室内の圧力を１００００Ｐａ、ＲＦ電源周波数を１３．５６ＭＨｚ、ＲＦ電源の電力を３５０Ｗ、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。
【０２２５】
試料１及び試料２において、第１の条件で形成した種結晶を走査型電子顕微鏡によって撮影し、そのＳＥＭ写真（倍率２０万倍）をそれぞれ図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）に示す。また、試料１及び試料２において、第２の条件で形成した微結晶シリコン膜を走査型電子顕微鏡によって撮影し、そのＳＥＭ写真（倍率２０万倍）をそれぞれ図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）に示す。試料１に形成される種結晶及び微結晶シリコンの混相粒の粒径は、試料２に形成される種結晶及び微結晶シリコンの混相粒より均一性が高いことが分かる。
【０２２６】
また、試料１及び試料２に形成された微結晶シリコン膜の結晶性（Ｉｃ／Ｉａ（結晶性シリコンのピーク強度／非晶質シリコンのピーク強度）をラマン分光分析で測定した。試料１のＩｃ／Ｉａは１１．０であり、試料２のＩｃ／Ｉａは９．７であった。
【０２２７】
図１５より、サイクルフローにより種結晶を形成した後、サイクルフローにより微結晶シリコン膜を堆積することで、混相粒の粒径のばらつきが低減できると共に、微結晶シリコン膜の結晶性が高くなることがわかる。
【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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