(57)【要約】【課題】  装置コストやメンテナンスコストの比較的低い固体レーザーをレーザーアニールに採用することが可能であり、しきい電圧のばらつき低減を達成し、且つしきい電圧にばらつきが生じた場合であってもその制御を容易とする。【解決手段】  絶縁基板１上に裏面電極９と、裏面電極９を覆う絶縁膜８と、絶縁膜８を介して裏面電極９上に設けられた多結晶シリコン膜からなる半導体層３と、半導体層３を覆うゲート絶縁膜４と、ゲート絶縁膜４を介して半導体層３上に設けられたゲート電極５とを備え、裏面電極９は不純物がドープされたシリコン膜である。絶縁基板１上に、不純物をドープした非晶質シリコン膜からなる裏面電極９と、裏面電極９を覆う絶縁膜８と、絶縁膜８を介して裏面電極９上に設けられ、半導体層３となる非晶質シリコン膜との積層構造を形成した後、レーザーアニールによって半導体層３を多結晶シリコン膜とする。【選択図】  図１
2008010487.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板上に裏面電極と、前記裏面電極を覆う絶縁膜と、前記絶縁膜を介して前記裏面電極上に設けられた多結晶シリコン膜からなる半導体層と、前記半導体層を覆うゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜を介して前記半導体層上に設けられたゲート電極とを備え、
前記裏面電極は不純物をドープしたシリコン膜であることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項２】
前記裏面電極の膜厚は２００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の薄膜トランジスタ。
【請求項３】
絶縁基板上に、不純物をドープした非晶質シリコン膜からなる裏面電極と、前記裏面電極を覆う絶縁膜と、前記絶縁膜を介して前記裏面電極上に設けられ、半導体層となる非晶質シリコン膜との積層構造を形成した後、レーザーアニールによって前記半導体層となる非晶質シリコン膜を多結晶シリコン膜とすることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項４】
前記レーザーアニールに固体レーザーを用いることを特徴とする請求項３記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項５】
前記レーザーアニールによって前記半導体層を多結晶シリコン膜とすることと同時に、前記裏面電極も多結晶シリコン膜とすることを特徴とする請求項３又は４記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項６】
絶縁基板上に裏面電極と、前記裏面電極を覆う絶縁膜と、前記絶縁膜を介して前記裏面電極上に設けられた多結晶シリコン膜からなる半導体層と、前記半導体層を覆うゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜を介して前記半導体層上に設けられたゲート電極とを備え、
前記裏面電極はダイヤモンドライクカーボン膜であることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項７】
前記裏面電極の膜厚は１００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項６記載の薄膜トランジスタ。
【請求項８】
前記裏面電極はｐ型不純物をドープしたダイヤモンドライクカーボン膜であることを特徴とする請求項６又は７記載の薄膜トランジスタ。
【請求項９】
絶縁基板上に、ダイヤモンドライクカーボン膜からなる裏面電極と、前記裏面電極を覆う絶縁膜と、前記絶縁膜を介して前記裏面電極上に設けられ、半導体層となる非晶質シリコン膜との積層構造を形成した後、レーザーアニールによって前記半導体層となる非晶質シリコン膜を多結晶シリコン膜とすることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１０】
前記レーザーアニールに固体レーザーを用いることを特徴とする請求項９記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁基板上に裏面電極を備える薄膜トランジスタ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示デバイス等に用いられる多結晶シリコン薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）は、ガラス基板等の絶縁基板上に形成された多結晶シリコン薄膜をチャネル領域として利用するものであり、絶縁膜上の単結晶シリコン膜にトランジスタを作り込むＳＯＩ（Silicon On Insulator）デバイスと構造的に同じであるため、電気特性についてもＳＯＩデバイスと多くの類似点を持つ。例えば、半導体層のチャネル領域を薄膜化することによって完全空乏型ＳＯＩの動作をさせることが可能となり、オフ状態からオン状態への立ち上がり電圧差が非常に小さくなることもその一つである。
【０００３】
一方、ＳＯＩデバイスではシリコン基板を利用するのに対し、多結晶シリコンＴＦＴでは低温プロセスを採用しているのでガラス基板等の透光性基板を利用可能であり、この点でＳＯＩデバイスより優位性がある。このため、多結晶シリコンＴＦＴは、液晶表示デバイスの表示領域内の画素制御用スイッチング素子や、表示領域周辺部の駆動回路等のように、従来の結晶半導体とは異なる分野への応用が実現されている。
【０００４】
携帯電話の表示部に用いられる液晶表示ディスプレイの画面サイズとしては対角２インチクラスのものが現在の主流を占めており、現状においては１／４ＶＧＡ（ＱＶＧＡ）程度の精細度を持つ製品が市場に出荷されている。ワンセグ放送の普及に伴って携帯電話を用いるコンテンツの成長が予測されることから、現在のＱＶＧＡ表示から１／２ＶＧＡ表示、さらにはＶＧＡ表示等への対応が必要になり、精細度がますます高くなることが予想される。これに伴いＴＦＴの特性ばらつきも小さく抑える必要があり、特に精細度の高い高付加価値商品においては、特性ばらつきの中でもしきい電圧のばらつきを小さくすべきである。具体的には、目標とするしきい電圧の±０．２Ｖ以内、さらには±０．１Ｖ以内とすることが理想的である。
【０００５】
ところで、多結晶シリコンＴＦＴがＳＯＩデバイスと決定的に異なる点の１つは、チャネル領域に用いられるシリコン膜が多結晶であることにある。多結晶シリコンＴＦＴのチャネル領域を構成する多結晶シリコン膜には、チャネル領域全体にわたって結晶性が崩れている部分（結晶粒界）に担体を捕獲し易いエリア（トラップ）が多数存在している。このため、前述のしきい電圧のばらつきが大きくなるとともに電流駆動能力の低下が問題となり易く、多結晶シリコンＴＦＴを用いた回路設計を困難なものとしている。
【０００６】
多結晶シリコンＴＦＴにおけるしきい電圧のばらつきを低減する対策としては、例えば低温酸化プロセスを採用する等してゲート絶縁膜と半導体層との界面特性を安定化させる手法が知られており、一定の効果が期待される。しかしながら、半導体層のゲート絶縁膜と反対側、すなわち絶縁基板側の界面特性を安定化させることは困難であるため、多結晶シリコンＴＦＴのしきい電圧ばらつきを十分に低減できるとはいえない。
【０００７】
前述したＳＯＩデバイスにおいては、ＢＯＸ（Buried Oxide）層を挟んで単結晶シリコン膜の反対側にあるシリコン基板に電圧を印加することにより、効果は弱いもののしきい電圧の調整が可能となっている。しかしながら、液晶表示デバイス用の多結晶シリコンＴＦＴにおいては、絶縁体であるガラス基板を用いているため、ＳＯＩデバイスのように基板電圧を印加することによるしきい電圧の調整法は使えない。
【０００８】
一方、薄膜トランジスタのチャネルを構成する多結晶シリコンをガラス基板上に形成する方法としては、ガラス基板にＣＶＤ法により非晶質シリコンを所望の厚さ（例えば５０ｎｍ）に成膜し、その後レーザーアニールを行って多結晶シリコンとするプロセスが知られている（例えば特許文献１等参照。）。レーザーアニールには、短波長でありながら高出力であるといった優れた性能を有することからエキシマレーザーが広く用いられているが、装置コストやメンテナンスコストが高額になるというデメリットがある。
【０００９】
このため近年では、比較的安価で高出力なＮｄ：ＹＡＧレーザー等のような固体レーザーの利用可能性について検討がなされている。しかしながら、固体レーザーの多結晶シリコンに対する吸収は小さいため、エネルギー利用効率が非常に悪く、スループットを低下させるというデメリットがある。例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの高調波を用いて膜厚５０ｎｍの非晶質シリコン膜からなる半導体層のレーザーアニールを行うと、投入エネルギーの２０％程度しか半導体層で吸収されず、残りの８０％は例えば半導体層下に通過してしまう。
【特許文献１】特開平１０−５５９５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前述のように、多結晶シリコンＴＦＴにおいてはしきい電圧のばらつきが大きくなり易く、しかもＳＯＩデバイスで採用されるような基板電圧印加によるしきい電圧の調整法を採用することもできない。
【００１１】
また、多結晶シリコンを形成するためのレーザーアニールに関して、エキシマレーザーから比較的安価な固体レーザーへの置き換えが検討されているが、固体レーザーは非晶質シリコンに対する吸収が小さいか殆どないというデメリットがある。
【００１２】
本発明はこのような従来の実情に鑑みて提案するものであり、装置コストやメンテナンスコストの比較的低い固体レーザーをレーザーアニールに採用することが可能であり、しきい電圧のばらつき低減を達成し、且つしきい電圧にばらつきが生じた場合であってもその制御を容易に行うことが可能な薄膜トランジスタ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】
【００１３】
前述の課題を解決するために、本発明の請求項１に係る薄膜トランジスタは、絶縁基板上に裏面電極と、前記裏面電極を覆う絶縁膜と、前記絶縁膜を介して前記裏面電極上に設けられた多結晶シリコン膜からなる半導体層と、前記半導体層を覆うゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜を介して前記半導体層上に設けられたゲート電極とを備え、前記裏面電極は不純物をドープしたシリコン膜であることを特徴とする。
【００１４】
以上のような薄膜トランジスタにおいては、不純物をドープしたシリコン膜からなる裏面電極を半導体層下に設け、裏面電極に電圧を印加することにより半導体層の絶縁基板側の特性を安定化させる。これにより、しきい電圧のばらつきが低減されるとともに、印加電圧を変えることでしきい電圧の制御も実現される。
【００１５】
なお、裏面電極に金属材料を用いることも考えられるが、金属元素がチャネル領域を形成する半導体層を汚染するおそれがある。以上のような薄膜トランジスタにおいては、低抵抗半導体の一種である不純物をドープしたシリコン膜を用いるので、金属元素による半導体層の汚染がなく、特性の低下が抑えられる。
【００１６】
また、本発明の請求項３に係る薄膜トランジスタの製造方法は、絶縁基板上に、不純物をドープした非晶質シリコン膜からなる裏面電極と、前記裏面電極を覆う絶縁膜と、前記絶縁膜を介して前記裏面電極上に設けられ、半導体層となる非晶質シリコン膜との積層構造を形成した後、レーザーアニールによって前記半導体層となる非晶質シリコン膜を多結晶シリコン膜とすることを特徴とする。
【００１７】
レーザーアニールの際、裏面電極は半導体層を通過したレーザー光の一部を吸収して発熱し、その上の半導体層を間接的に加熱する。すなわち、半導体層下に裏面電極を設けることでエネルギー利用効率が向上するので、例えば固体レーザーの高調波のように非晶質シリコンへの吸収が小さいレーザーをレーザーアニールに採用することが可能となる。
【００１８】
また、裏面電極として用いられるシリコン膜に不純物をドープして融点を下げているので、レーザーアニールに際して裏面電極も容易に溶融再結晶化して多結晶シリコン膜となる。このため、導電率が高くしきい電圧制御に適した裏面電極が得られる。
【００１９】
本発明の請求項６に係る薄膜トランジスタは、絶縁基板上に裏面電極と、前記裏面電極を覆う絶縁膜と、前記絶縁膜を介して前記裏面電極上に設けられた多結晶シリコン膜からなる半導体層と、前記半導体層を覆うゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜を介して前記半導体層上に設けられたゲート電極とを備え、前記裏面電極はダイヤモンドライクカーボン膜であることを特徴とする。
【００２０】
以上のような薄膜トランジスタにおいては、ダイヤモンドライクカーボン膜からなる裏面電極を半導体層下に設け、裏面電極に電圧を印加することにより、半導体層の絶縁基板側の特性を安定化させる。これにより、しきい電圧のばらつきが低減されるとともに、印加電圧を変えることでしきい電圧の制御も実現される。また、以上のような薄膜トランジスタにおいては、低抵抗半導体の一種であるダイヤモンドライクカーボン膜を用いるので、金属元素による半導体層の汚染がなく、特性の低下が抑えられる。
【００２１】
本発明の請求項９に係る薄膜トランジスタの製造方法は、絶縁基板上に、ダイヤモンドライクカーボン膜からなる裏面電極と、前記裏面電極を覆う絶縁膜と、前記絶縁膜を介して前記裏面電極上に設けられ、半導体層となる非晶質シリコン膜との積層構造を形成した後、レーザーアニールによって前記半導体層となる非晶質シリコン膜を多結晶シリコン膜とすることを特徴とする。
【００２２】
レーザーアニールの際、ダイヤモンドライクカーボンからなる裏面電極は半導体層を通過したレーザー光の一部を吸収して発熱し、その上の半導体層を間接的に加熱する。すなわち、半導体層下に裏面電極を設けることでエネルギー利用効率が向上するので、例えば固体レーザーのように非晶質シリコンへの吸収が小さいか又はほとんどないレーザーをレーザーアニールに採用することが可能となる。
【００２３】
また、ダイヤモンドライクカーボンは可視光を透過させるので、絶縁基板の全面に形成されている場合であっても透過率を低下させることはない。このため、エッチング除去プロセスは不要であり、不純物をドープしたシリコン膜を用いる場合に比べて工程数削減が実現される。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、不純物をドープしたシリコン膜、ダイヤモンドライクカーボン膜からなる裏面電極を設けることで、半導体層の絶縁基板側の界面特性を安定化させることができ、しきい電圧のばらつき低減を図るとともに、裏面電極を利用することでしきい電圧制御も容易に行うことができる。また、本発明によれば、レーザーアニールに際して裏面電極により半導体層が間接的に加熱されるので、裏面電極に不純物をドープしたシリコン膜を用いた場合には非晶質シリコンに対して吸収係数の小さいレーザーを、裏面電極にダイヤモンドライクカーボンを用いた場合には非晶質シリコンに対して吸収のないレーザーを使用することが可能となり、装置コストやメンテナンスコストを削減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明に係る薄膜トランジスタ及びその製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２６】
（第１の実施形態）
図１に示す薄膜トランジスタは、ガラス基板等の絶縁基板１、絶縁基板１の表面に成膜されたＳｉＯ２からなる下地膜２、多結晶シリコン膜からなりチャネル領域、ソース領域及びドレイン領域を含む半導体層３、半導体層３を覆うゲート絶縁膜４、ゲート絶縁膜４を介して半導体層３上に重ねられたゲート電極５、半導体層３やゲート電極４等を覆う層間絶縁膜６、及び、半導体層３のソース領域及びドレイン領域にそれぞれ接続するソース・ドレイン電極７を備える。半導体層３のチャネル領域の下、すなわち半導体層３の絶縁基板１側には、絶縁膜８を介して裏面電極９が設けられている。
【００２７】
本実施形態の裏面電極９は、不純物をドープしたシリコン膜である。裏面電極９を十分に低抵抗化してＴＦＴのしきい電圧制御に好適なものとするためには、裏面電極９に不純物を高濃度にドープしておくことが好ましく、例えば１Ｅ１９ｃｍ−３以上とすることが好ましい。
【００２８】
図１においては、裏面電極９を絶縁基板１の略全面に形成した状態を示したが、本実施形態のＴＦＴが透過型液晶表示デバイスの画素部に適用される場合には、例えば半導体層３下以外の領域の裏面電極９をエッチングにより除去してもよい。半導体層３下以外の領域から裏面電極９を除去することで、透過型液晶表示デバイスにおいて高開口率が確保される。
【００２９】
本実施形態の裏面電極９は、しきい電圧制御用の電極としての機能の他、製造方法に関する説明で後述するが、レーザーアニールによって半導体層３を多結晶シリコン膜とする際に半導体層３で吸収されなかったレーザー光を吸収して発熱し、半導体層３を間接的に加熱する機能を持つ。
【００３０】
裏面電極９にドープされる不純物は、ｎ型不純物、ｐ型不純物のいずれでもよく、具体的にはＢ、Ｐ等が挙げられる。裏面電極９を構成する非晶質シリコン膜に不純物をドープしておくことでシリコン膜の融点が下がるので、半導体層３をレーザーアニールする際、半導体層３を通過したレーザー光によって裏面電極９の非晶質シリコン膜を容易に溶融再結晶化できる。このため、裏面電極９の膜厚を例えば２００ｎｍ以上に厚くすることと、裏面電極９を良質な多結晶シリコン膜とすることとを両立でき、抵抗率が低くしきい電圧制御に適した裏面電極９をスループットを落とすことなく形成することができる。また、ドープした不純物自体による裏面電極９の抵抗値低下効果も期待される。
【００３１】
半導体層３と裏面電極９との間には、これらを絶縁するとともに、裏面電極９から半導体層３への不純物の混入を避けるために、絶縁膜８を設ける。絶縁膜８は例えばＳｉＯ２等により構成される。
【００３２】
本実施形態のＴＦＴは、下記のように製造される。
先ず、図２（ａ）に示すように、ＳｉＯ２等の下地膜２が形成された絶縁基板１上に、裏面電極９となる非晶質シリコン膜をプラズマＣＶＤ法等により成膜する。次に、裏面電極９に不純物をドープする。次に、図２（ｂ）に示すように、裏面電極９を覆ってＳｉＯ２等からなる絶縁膜８を形成する。次に、図２（ｃ）に示すように、絶縁膜８上に、半導体層３となる非晶質シリコン膜３ａをプラズマＣＶＤ法等により成膜する。
【００３３】
次に、レーザーアニール工程を行う。レーザーアニール工程では、図２（ｄ）に示すように、裏面電極９と絶縁膜８と非晶質シリコン膜３ａとの積層構造にレーザー光を照射して非晶質シリコン膜３ａを加熱し、溶融再結晶化させ、多結晶シリコンとする。このとき裏面電極９は、非晶質シリコン膜３ａを透過したレーザー光の一部を吸収して発熱し、その上の非晶質シリコン膜３ａを間接的に加熱して溶融再結晶化を促進する。また、半導体層３の溶融再結晶化と同時に、自身の発熱により裏面電極９も溶融再結晶化し、導電率の高い多結晶シリコン膜となる。
【００３４】
レーザーアニールの後、エッチングによって多結晶シリコン膜を所定の形状にパターニングし、半導体層３とする。その後、半導体層３を覆ってゲート絶縁膜４を成膜する。次に、ゲート絶縁膜４上にゲート配線材料を堆積させ、エッチングによってパターニングしてゲート電極５を形成する。ゲート電極５を覆って層間絶縁膜６を成膜し、半導体層３のソース領域・ドレイン領域に達するソース・ドレイン電極７を形成することで、図１に示す構造のＴＦＴが完成する。
【００３５】
以上のようなＴＦＴにおいては、ゲート電極５と独立して裏面電極９に電圧を印加することで半導体層３の絶縁基板１側の特性を安定化させ、ＳＯＩデバイスで基板電圧を印加したときと同様にしきい電圧を任意に制御することができる。
【００３６】
また、レーザーアニール工程においてしきい電圧制御に利用される裏面電極９が熱源となって半導体層３を間接的に加熱するので、半導体層３として高品質な多結晶シリコン膜が得られ、例えば電界効果移動度の高い高性能なＴＦＴが実現される。また、本来は非晶質シリコンに対する吸収が小さくエネルギー効率の悪い固体レーザーを用いた場合であっても、裏面電極９の間接加熱により、半導体層３の溶融再結晶化を実現することができる。このため、現在主流であるエキシマレーザーに代えて、固体レーザー、具体的にはＮｄ：ＹＡＧレーザーの第２高調波等をレーザーアニールに採用することが可能となり、ＴＦＴの製造コストを低減することができる。
【００３７】
さらに、裏面電極９となる非晶質シリコン膜に不純物をドープして融点を低くしているので、レーザーアニールに際してその下の裏面電極９の溶融再結晶化を十分に進めることができる。これにより裏面電極９の膜厚を厚くすることが可能となるので、裏面電極９の抵抗値を十分に低くすることができる。また、半導体層３の加熱が裏面電極からも行われるので、高品質な多結晶シリコンが得られ、キャリア移動度の高いＴＦＴが実現される。さらには、レーザーアニールに際して裏面電極９も加熱されるため、裏面電極９にドープした不純物の活性化率が高まるという利点も得られる。
【００３８】
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態のＴＦＴについて説明するが、第１の実施形態と同じ部材には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３９】
本実施形態のＴＦＴの裏面電極９は、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ：Diamond Like Carbon）膜からなる。なお、本発明において、ＤＬＣ膜には、ＤＬＣより硬度や透光性の高いダイヤモンドからなる膜も含めることとする。
【００４０】
ＤＬＣ膜からなる裏面電極９は少なくとも半導体層３下に存在すればよいが、図１に示すように全面に形成されていてもよい。ＤＬＣは可視光領域において透明なため、本実施形態のＴＦＴが透過型液晶表示デバイスの画素部に適用された場合であっても、高開口率を確保できる。
【００４１】
ＤＬＣ膜からなる裏面電極９には不純物をドープしておくことが好ましい。不純物のドープによってＤＬＣ膜を容易に低抵抗化することができ、しきい電圧制御に適した裏面電極９が得られる。なお、裏面電極９にはｎ型不純物、ｐ型不純物のいずれをドープしてもよいが、ＤＬＣ膜の導電型をｎ型とすることは困難であるから、Ｂ等のｐ型不純物を用いることが好ましい。
【００４２】
ＤＬＣ膜からなる裏面電極９の膜厚は、半導体層３の間接加熱効果を十分得るとともに、抵抗値を低く抑えるため、１００ｎｍ以上とすることが好ましい。
【００４３】
半導体層３とＤＬＣ膜からなる裏面電極９との間には、これらを絶縁するとともに、裏面電極９から半導体層３への炭素の混入を避けるために、絶縁膜８を設ける。絶縁膜８は例えばＳｉＯ２等により構成される。
【００４４】
本実施形態のＴＦＴは、下記のように製造される。
先ず、ＳｉＯ２等の下地膜２が形成された絶縁基板１上に、裏面電極９であるＤＬＣ膜を例えばマイクロ波ＣＶＤ法等により成膜する。例えばマイクロ波ＣＶＤ法によるＤＬＣ膜の成膜条件は、例えば、マイクロ波電力を２ｋＷ、導入ガス流量をＣＨ４／Ｈ２＝４０／１０００ｓｃｃｍ、反応圧力を１０００Ｐａ、基板温度を５００℃に設定することができる。なお、ＤＬＣ膜に不純物をドープする場合、ＤＬＣ膜の成膜と同時にＢ２Ｈ６等の不純物を添加すればよく、例えば導入ガス流量を、ＣＨ４／Ｈ２で希釈した１％Ｂ２Ｈ６＝４０／１０００ｓｃｃｍとすればよい。
【００４５】
次に、ＤＬＣ膜からなる裏面電極９上に絶縁膜８を形成する。次に、絶縁膜８上に半導体層３となる非晶質シリコン膜３ａをプラズマＣＶＤ法等により成膜する。
【００４６】
次に、レーザーアニール工程を行う。レーザーアニール工程では、裏面電極９と絶縁膜８と非晶質シリコン膜３ａとの積層構造にレーザー光を照射して非晶質シリコン膜３ａを加熱し、溶融再結晶化させ、多結晶シリコンとする。
【００４７】
固体レーザーにはＮｄ：ＹＡＧレーザーのように赤外線レーザーを発するものがあるが、赤外線レーザーは非晶質シリコンに対しほとんど吸収がなく通過してしまうため、非晶質シリコン膜３ａを直接溶融再結晶化させることができない。これに対し、本実施形態では、非晶質シリコン膜３ａ下に赤外線レーザーに対し十分な吸収を示すＤＬＣ膜からなる裏面電極９を配することにより裏面電極９を発熱させ、その上の非晶質シリコン膜３ａを間接的に加熱することで溶融再結晶化することができる。なお、ＤＬＣによる非晶質シリコン膜３ａの間接加熱効果は第１の実施形態における不純物をドープしたシリコン膜より高い。レーザーアニールの際、裏面電極９が高熱となるので、裏面電極９のＤＬＣ膜にドープした不純物の活性化率が高まるという利点も得られる。
【００４８】
レーザーアニールにより半導体層３を形成した後は、第１の実施形態と同様とする。すなわち、エッチングによって半導体層９を所定の形状にパターニングする。その後、半導体層３を覆ってゲート絶縁膜４を成膜する。次に、ゲート絶縁膜４上にゲート配線材料を堆積させ、エッチングによってパターニングしてゲート電極５を形成する。ゲート電極５を覆って層間絶縁膜６を成膜し、半導体層３のソース領域・ドレイン領域に達するソース・ドレイン電極７を形成することで、図１に示す構造のＴＦＴが完成する。
【００４９】
以上のようなＴＦＴにおいては、ゲート電極５と独立して裏面電極９に電圧を印加することで半導体層３の絶縁基板１側の特性を安定化させ、ＳＯＩデバイスで基板電圧を印加したときと同様にしきい電圧を任意に制御することができる。
【００５０】
また、レーザーアニール工程において、しきい電圧制御に利用される裏面電極９が熱源となって半導体層３を間接的に加熱するので、半導体層３として高品質な多結晶シリコン膜が得られ、例えば電界効果移動度の高い高性能なＴＦＴが実現される。
【００５１】
また、裏面電極９を構成するＤＬＣは赤外線レーザーに吸収があるので、現在主流であるエキシマレーザーに代えて、固体レーザー、具体的にはＮｄ：ＹＡＧレーザーの基本波をレーザーアニールに採用することが可能となり、ＴＦＴの製造コストを低減することができる。
【実施例】
【００５２】
本発明の効果を確認するために、第１の実施形態の説明にしたがって図１に示すような構造のｎ型ＴＦＴ及びｐ型ＴＦＴを作製した。レーザーアニールにはＮｄ：ＹＡＧレーザーの第２高調波を利用した。
【００５３】
得られたＴＦＴの裏面電極にゲート電極とは独立して様々な値の電圧を印加し、しきい電圧とそのばらつきを調べた。裏面電極に印加した電圧としきい電圧との関係を図３に示す。また、従来例として裏面電極を持たない従来構造のｎ型ＴＦＴ及びｐ型ＴＦＴを作製した。レーザーアニールにはＸｅＣｌエキシマレーザーを利用した。比較例のＴＦＴのしきい電圧とそのばらつきを図３に併せて示す。
【００５４】
図３に示されるように、実施例のＴＦＴにおいては、半導体層下に設けた裏面電極をＳＯＩデバイスにおけるいわゆる基板電極のように用いることで、しきい電圧を所望の値に調整することが可能となった。また、実施例のＴＦＴにおいては、裏面電極の電位を固定することで、従来例のＴＦＴよりしきい電圧のばらつきを小さく抑えるすることができた。
【００５５】
また、図３の結果より、本発明のＴＦＴでＣＭＯＳインバータを構成するとき、ｐ型ＴＦＴ及びｎ型ＴＦＴのチャネル注入量を最適化するとともに、ｐ型ＴＦＴ又はｎ型ＴＦＴの一方のしきい電圧を裏面電極で制御することで、ｐ型ＴＦＴとｎ型ＴＦＴとでしきい電圧の差を小さくすることが可能となり、低電源電圧での駆動が可能となることがわかる。
【００５６】
次に、実施例と従来例とでＴＦＴの電界効果移動度の比較を行った。結果を表１に示す。
【表１】
2008010487.tif 000003
【００５７】
表１から、本実施例のＴＦＴにおいては、ｎ型ＴＦＴ及びｐ型ＴＦＴの両者とも従来構造と比較して遜色ない電界効果移動度を達成しており、優れた性能を有することがわかる。なお、ここでは、実施例として第１の実施形態に対応したＴＦＴを用いて本発明の効果を確認したが、第２の実施形態に対応したＴＦＴにおいても同様の効果が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】第１の実施形態のＴＦＴの一例を示す概略断面図である。
【図２】第１の実施形態のＴＦＴの製造方法を説明するための概略断面図であり、（ａ）は裏面電極としての非晶質シリコン膜形成工程、（ｂ）は非晶質シリコン膜のパターニング工程、（ｃ）は絶縁膜形成工程、（ｄ）は半導体層としての非晶質シリコン膜形成工程、（ｅ）はレーザーアニール工程を示す。
【図３】実施例のＴＦＴの裏面電極に印加した電圧としきい電圧との関係を示す図である。また、従来例のＴＦＴのしきい電圧のばらつきを示す図である。
【符号の説明】
【００５９】
１  絶縁基板、２  下地膜、３  半導体層、４  ゲート絶縁膜、５  ゲート電極、６  層間絶縁膜、７  ソース・ドレイン電極、８  絶縁膜、９  裏面電極
【図１】
2008010487.tif 000004
【図２】
2008010487.tif 000005
【図３】
2008010487.tif 000006