(57)【要約】【課題】高移動度の微結晶薄膜の成膜方法を提供すること。【解決手段】気相中で結合した場合に多数の原子が重合することによってポリマーを形成する元素を含有する第１原料気体と、気相中でポリマーを形成することのない第２原料とを用いてプラズマＣＶＤ法によって微結晶を成膜する方法に関するものである。具体的には、実施の形態１にかかる微結晶薄膜の成膜方法は、第１原料気体および第２原料気体を供給する原料供給工程と、上記の第１原料気体の供給を停止して第２原料気体のみを供給し、原料供給工程において供給された原料を基板上に成膜させる原料堆積工程とを含み、これらの工程を交互に繰り返すことによって高品質の微結晶薄膜を成膜する。図１において、実線で示すタイミングチャートはＳｉＨ４の供給量について示し、破線で示すタイミングチャートはＨ２の供給量について示す。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気相中で複数結合した場合にポリマーを形成する元素を含む第１原料気体を活性化して、成膜対象上に前記元素を主成分とする微結晶構造を成膜する微結晶薄膜の成膜方法であって、
前記第１原料気体を供給する原料供給工程と、
前記第１原料気体の供給を停止し、気相中の結合を抑制しつつ活性化された前記第１原料気体を成膜対象上に堆積させる原料堆積工程と、
を交互に繰り返すことを特徴とする微結晶薄膜の成膜方法。
【請求項２】
前記原料供給工程および前記原料堆積工程において、気相中で互いに結合した場合にポリマーを形成しない第２原料気体を供給することを特徴とする請求項１に記載の微結晶薄膜の成膜方法。
【請求項３】
前記第２原料気体は、前記原料供給工程および前記原料堆積工程を通じて一定流量供給されることを特徴とする請求項２に記載の微結晶薄膜の成膜方法。
【請求項４】
前記原料供給工程において、前記第１原料気体と前記第２原料気体との流量比ｒは、前記第１原料気体と前記第２原料気体に照射される電界強度密度Ｐ（ｍＷ／ｃｍ２）を用いた以下の不等式
ｒ≧−（７／１２）×Ｐ＋７２．５
を満たすことを特徴とする請求項２または３に記載の微結晶薄膜の成膜方法。
【請求項５】
前記原料供給工程に要する時間は２秒以下であって、前記原料堆積工程に要する時間は、前記原料供給工程よりも長いことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の微結晶薄膜の成膜方法。
【請求項６】
前記第１原料気体はＳｉＨ４を含み、前記第２原料気体はＨ２を含むことを特徴とする請求項２〜５のいずれか一つに記載の微結晶薄膜の成膜方法。
【請求項７】
前記第１原料気体に含まれるＳｉＨ４は、活性化の際にＳｉＨ２に分解されることを特徴とする請求項６に記載の微結晶薄膜の成膜方法。
【請求項８】
基板上にゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、
前記基板および前記ゲート電極上に絶縁層を成膜する絶縁層成膜工程と、
該絶縁層上に請求項１〜７のいずれか一つに記載の成膜方法を用いてチャネル層の少なくとも一部を成膜する工程を含むチャネル層成膜工程と、
該チャネル層上にソース／ドレイン電極を形成するソース／ドレイン電極形成工程と、
を含むことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項９】
前記チャネル層成膜工程において、成膜されるチャネル層のうち、少なくとも前記絶縁層との界面から層方向に１ｎｍ離隔する領域まで請求項１〜７のいずれか一つに記載の微結晶薄膜の成膜方法によって形成することを特徴とする請求項８に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の薄膜トランジスタの製造方法を用いて製造したことを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項１１】
表示画素に対応して配置された画素電極と、
画素電極に対応して配置され、請求項１０に記載の薄膜トランジスタを含むスイッチング素子と、
該スイッチング素子を介して前記画素電極に表示信号を供給する信号線と、
前記スイッチング素子の駆動状態を制御する走査信号を供給する走査線と、
を有するアレイ基板を備えたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項１２】
前記スイッチング素子は、複数の薄膜トランジスタによって形成され、請求項１０に記載の薄膜トランジスタを１以上含むことを特徴とする請求項１１に記載の画像表示装置。
【請求項１３】
表示信号を供給するための信号線と、
走査信号を供給するための走査線と、
所定の信号線から表示信号が供給される第１画素電極および第２画素電極と、
前記所定の信号線と前記第１画素電極との間に配置され、かつ前記表示信号の供給を制御するゲート電極を備えた第１スイッチング素子と、
前記第１スイッチング素子の前記ゲート電極と所定の走査線との間に配置される第２スイッチング素子と、
前記所定の信号線に接続され、前記第２画素電極への前記表示信号の供給を制御する第３スイッチング素子と、
を有するアレイ基板を備えたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項１４】
表示画素に対応して配置され、注入電流によって発光状態が制御される発光素子と、
該発光素子に流入する電流値を制御する第１薄膜トランジスタと、
該第１薄膜トランジスタのゲート電位を制御する第２薄膜トランジスタと、
前記第１薄膜トランジスタのゲート電位を保持するコンデンサと、
表示信号を供給する信号線と、
前記第２薄膜トランジスタの駆動状態を制御する走査信号を供給する走査線と、
前記第１薄膜トランジスタを介して前記発光素子に対して電流を供給する電源線と、
を備え、前記第１薄膜トランジスタと前記第２薄膜トランジスタの少なくとも一方が請求項１０に記載の薄膜トランジスタであることを特徴とする画像表示装置。
【請求項１５】
前記発光素子は、発光層が有機材料によって形成された有機ＥＬ素子であって、前記発光素子は前記第１薄膜トランジスタのソース／ドレイン電極と接続されていることを特徴とする請求項１３に記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、微結晶薄膜の成膜技術に関し、特に高移動度の微結晶薄膜の成膜方法、薄膜トランジスタの製造方法、薄膜トランジスタおよび薄膜トランジスタを用いた画像表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば液晶を用いた画像表示装置のスイッチング素子として機能する薄膜トランジスタのチャネル層を形成する半導体層として、シリコン（Ｓｉ）等を主成分とした薄膜構造が使用されている。かかる薄膜構造の例としては、例えば、結晶性を示さない非晶質のシリコンを用いたものが一般的に使用されている。非晶質シリコン薄膜は、低温プロセスによって比較的容易に形成することが可能であり、製造コストを低減することが可能なためである。しかし、非晶質シリコン薄膜は、移動度が０．６ｃｍ２／Ｖｓ程度と低いことが問題視されている。
【０００３】
液晶を用いた画像表示装置は、スイッチング素子を介して画素に対応して設けられた画素電極に電荷を供給する構造を有する。従って、特に画素数の多い画像表示装置においては、スイッチング速度を向上させるため高移動度のチャネル層を備えた薄膜トランジスタが必要となり、高移動度を実現可能な薄膜構造の開発が行われている。
【０００４】
非晶質シリコン薄膜以外の膜構造の一例として、微結晶薄膜を用いた構造が提案されている。かかる微結晶状態のシリコンを成膜するために、プラズマ化学気相成長法（Ｐｌａｓｍａ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：以下、「プラズマＣＶＤ法」と称する）を用いた成膜方法が知られている。
【０００５】
プラズマＣＶＤ法は、半導体層の原料気体に対して高周波の電界を印加することによって、原料気体と電子とを衝突させることで原料気体を反応活性なプラズマ状態に変化させた上で基板上に成膜を行う。ここで、従来の成膜方法を用いる際には、原料気体に照射する電界強度密度を所定の値以下に抑制する必要がある。高エネルギーの電界を印加した場合にＳｉＨ４が分解されて生じるＳｉＨ２は反応性が非常に高く、基板表面に到達する前に互いに結合してポリマー化するためである。このため、プラズマＣＶＤ法を用いる場合には、原料気体のＳｉＨ４に対して低強度の電界を照射することによって比較的反応性の低いＳｉＨ３に分解した上で成膜を行っていた。しかし、かかる手法を用いた場合、微結晶薄膜を構成するシリコン原子のダングリングボンドが水素で終端する割合が高いため、高移動度の微結晶薄膜を得ることが困難である。
【０００６】
これに対して、プラズマＣＶＤ法によって基板上に一度非晶質シリコンを堆積した後、非晶質シリコン薄膜に対して水素イオンまたは水素プラズマを照射することによって微結晶化する成膜方法が知られている。これによれば、ＳｉＨ４と水素とを混合した原料気体を用いてプラズマＣＶＤ法によって基板表面上に非晶質シリコン膜を１５ｎｍ程度成膜した後、水素のみを導入して水素放電を行う。かかる水素放電を行うことによって、成膜された非晶質シリコン膜は微結晶化されて微結晶シリコン膜に変換される（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特許第２７６２９６８号明細書
【特許文献２】
特開平８−１４８６９０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、非晶質シリコン膜から微結晶シリコン膜を得る従来の成膜方法には、様々な問題点が存在し、実際には十分な移動度を実現することが困難であることが知られている。以下、従来技術の問題点について説明する。
【０００９】
まず、上記の成膜方法では、得られる微結晶シリコン膜の結晶構造が良好でないという問題を有する。上記の成膜方法では、一度成膜した非晶質シリコン膜の結晶構造を微結晶に変換することとしているが、すべての非晶質シリコン膜の結晶構造を変換することは容易ではなく、一定の割合で非晶質シリコン膜が残存する可能性が高い。非晶質シリコン膜は移動度が低いため、非晶質シリコン膜が残存する割合に応じてキャリア移動度が低下することとなる。
【００１０】
また、非晶質シリコン膜に含まれるシリコン原子は、そのダングリングボンドが水素によって終端されている。従って、水素放電によって微結晶薄膜を得ることとした場合、シリコン原子のダングリングボンドの一部において水素が解離し、かかるダングリングボンドが他のシリコン原子と結合することによって微結晶が生成される。従って、シリコン原子同士の結合を増やすためには水素放電の強度を十分取る必要があるが、上記の成膜方法の場合、高強度の水素放電を用いることによって非晶質シリコン膜以外の結晶構造、例えば基板の結晶構造に損傷を与えることとなる。従って、上記の成膜方法を用いた場合には十分な強度の水素放電を行うことができず、多数のダングリングボンドが水素で終端したままとなり、微結晶薄膜の移動度を向上させることが困難である。
【００１１】
実際に、本願発明者等が従来の成膜方法を用いて微結晶シリコン膜を成膜してキャリア移動度を測定したところ、０．７ｃｍ２／Ｖｓ程度と、非晶質シリコンよりは高い移動度が得られたものの、高解像度の画像表示装置におけるスイッチング素子として用いる薄膜トランジスタの移動度としては未だ不十分であることが明らかにされている。
【００１２】
この発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、高移動度の微結晶薄膜の成膜方法、薄膜トランジスタの製造方法、薄膜トランジスタおよび薄膜トランジスタを用いた画像表示装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１にかかる微結晶薄膜の成膜方法は、気相中で複数結合した場合にポリマーを形成する元素を含む第１原料気体を活性化して、成膜対象上に前記元素を主成分とする微結晶構造を成膜する微結晶薄膜の成膜方法であって、前記第１原料気体を供給する原料供給工程と、前記第１原料気体の供給を停止し、気相中の結合を抑制しつつ活性化された前記第１原料気体を成膜対象上に堆積させる原料堆積工程とを交互に繰り返すことを特徴とする。
【００１４】
この請求項１の発明によれば、成膜される微結晶薄膜の主成分となる元素を含む第１原料気体を供給する原料供給工程と、第１原料気体の供給を停止し、活性化された第１原料気体同士の気相中における結合を抑制しつつ成膜を行う原料堆積工程とを交互に繰り返すこととしたため、活性化された第１原料気体同士が気相中で遭遇することによってポリマーを形成することを抑制し、成膜対象上に高移動度の微結晶薄膜を成膜することができる。
【００１５】
また、請求項２にかかる微結晶薄膜の成膜方法は、上記の発明において、前記原料供給工程および前記原料堆積工程において、気相中で互いに結合した場合にポリマーを形成しない第２原料気体を供給することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項３にかかる微結晶薄膜の成膜方法は、上記の発明において、前記第２原料気体は、前記原料供給工程および前記原料堆積工程を通じて一定流量供給されることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項４にかかる微結晶薄膜の成膜方法は、上記の発明において、前記原料供給工程において、前記第１原料気体と前記第２原料気体との流量比ｒは、前記第１原料気体と前記第２原料気体に照射される電界強度密度Ｐ（ｍＷ／ｃｍ２）を用いた不等式ｒ≧−（７／１２）×Ｐ＋７２．５を満たすことを特徴とする。
【００１８】
この請求項４の発明によれば、流量比ｒと電界強度密度Ｐとがｒ≧−（７／１２）×Ｐ＋７２．５の関係を満たすこととしたため、原料供給工程の際に活性化された第１原料気体が気相中でポリマーを形成することをさらに効果的に抑制することができる。
【００１９】
また、請求項５にかかる微結晶薄膜の成膜方法は、上記の発明において、前記原料供給工程に要する時間は２秒以下であって、前記原料堆積工程に要する時間は、前記原料供給工程よりも長いことを特徴とする。
【００２０】
この請求項５の発明によれば、原料供給工程を２秒以下としたことで、原料供給工程の際に、活性化した第１原料気体がポリマーを形成することをさらに抑制し、原料堆積工程に要する時間を長期化することで、原料堆積工程終了時において、活性化された第１原料気体の気相中における残存量を低減することができる。
【００２１】
また、請求項６にかかる微結晶薄膜の成膜方法は、上記の発明において、前記第１原料気体はＳｉＨ４を含み、前記第２原料気体はＨ２を含むことを特徴とする。
【００２２】
また、請求項７にかかる微結晶薄膜の成膜方法は、上記の発明において、前記第１原料気体に含まれるＳｉＨ４は、活性化の際にＳｉＨ２に分解されることを特徴とする。
【００２３】
この請求項７の発明によれば、第１原料気体が気相中でポリマーを形成することを抑制できるため、高い反応性を有するＳｉＨ２を用いることが可能であり、ＳｉＨ２を用いることによって、移動度が向上した微結晶薄膜を成膜することができる。
【００２４】
また、請求項８にかかる薄膜トランジスタの製造方法は、基板上にゲート電極を形成する工程と、前記基板および前記ゲート電極上に絶縁層を成膜する工程と、該絶縁層上に請求項１〜７のいずれか一つに記載の成膜方法を用いてチャネル層の少なくとも一部を成膜する工程を含むチャネル層成膜工程と、該チャネル層上にソース電極およびドレイン電極を形成する工程とを含むことを特徴とする。
【００２５】
また、請求項９にかかる薄膜トランジスタの製造方法は、上記の発明において、前記チャネル層成膜工程において、成膜されるチャネル層のうち、少なくとも前記絶縁層との界面から層方向に１ｎｍ離隔する領域まで請求項１〜７のいずれか一つに記載の微結晶薄膜の成膜方法によって形成することを特徴とする。
【００２６】
また、請求項１０にかかる薄膜トランジスタは、請求項８または９に記載の薄膜トランジスタの製造方法を用いて製造したことを特徴とする。
【００２７】
また、請求項１１にかかる画像表示装置は、表示画素に対応して配置された画素電極と、画素電極に対応して配置され、請求項１０に記載の薄膜トランジスタを含むスイッチング素子と、該スイッチング素子を介して前記画素電極に表示信号を供給する信号線と、前記スイッチング素子の駆動状態を制御する走査信号を供給する走査線とを有するアレイ基板を備えたことを特徴とする。
【００２８】
また、請求項１２にかかる画像表示装置は、上記の発明において、前記スイッチング素子は、複数の薄膜トランジスタによって形成され、請求項１０に記載の薄膜トランジスタを１以上含むことを特徴とする。
【００２９】
また、請求項１３にかかる画像表示装置は、表示信号を供給するための信号線と、走査信号を供給するための走査線と、所定の信号線から表示信号が供給される第１画素電極および第２画素電極と、前記所定の信号線と前記第１画素電極との間に配置され、かつ前記表示信号の供給を制御するゲート電極を備えた第１スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子の前記ゲート電極と所定の走査線との間に配置される第２のスイッチング素子と、前記所定の信号線に接続され、前記第２画素電極への前記表示信号の供給を制御する第３スイッチング素子とを有するアレイ基板を備えたことを特徴とする。
【００３０】
また、請求項１４にかかる画像表示装置は、上記の発明において、表示画素に対応して配置され、注入電流によって発光状態が制御される発光素子と、該発光素子に流入する電流値を制御する第１薄膜トランジスタと、該第１薄膜トランジスタのゲート電位を制御する第２薄膜トランジスタと、前記第１薄膜トランジスタのゲート電位を保持するコンデンサと、表示信号を供給する信号線と、前記第２薄膜トランジスタの駆動状態を制御する走査信号を供給する走査線と、前記第１薄膜トランジスタを介して前記発光素子に対して電流を供給する電源線とを備え、前記第１薄膜トランジスタと前記第２薄膜トランジスタの少なくとも一方が請求項１０に記載の薄膜トランジスタであることを特徴とする。
【００３１】
また、請求項１５にかかる画像表示装置は、上記の発明において、前記発光素子は、発光層が有機材料によって形成された有機ＥＬ素子であって、前記発光素子は前記第１薄膜トランジスタのソース／ドレイン電極と接続されていることを特徴とする。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態である微結晶薄膜の成膜方法、薄膜トランジスタの製造方法および画像表示装置について説明する。図面の記載において、同一または類似部分には同一あるいは類似の符号、名称を付している。なお、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なることに留意が必要である。また、図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。また、薄膜トランジスタを構成する電極について、ソース電極とドレイン電極を区別する必要性に乏しいことから、以下では、ゲート電極を除いた２つの電極を共にソース／ドレイン電極と称する。
【００３３】
（実施の形態１）
まず、この発明の実施の形態１について説明する。実施の形態１にかかる微結晶薄膜の成膜方法は、気相中で結合した場合に多数の原子が重合することによってポリマーを形成する元素を含有する第１原料気体と、気相中でポリマーを形成することのない第２原料とを用いてプラズマＣＶＤ法によって微結晶を成膜する方法に関するものである。具体的には、実施の形態１にかかる微結晶薄膜の成膜方法は、第１原料気体および第２原料気体を供給する原料供給工程と、上記の第１原料気体の供給を停止して第２原料気体のみを供給し、原料供給工程において供給された原料を基板上に成膜させる原料堆積工程とを含み、これらの工程を交互に繰り返すことによって高品質の微結晶薄膜を成膜する。なお、以下においては、微結晶薄膜の主成分となる元素としてシリコンを想定し、第１原料気体としてＳｉＨ４を使用し、第２原料気体としてＨ２を使用した場合を例として実施の形態１にかかる微結晶薄膜の成膜方法について説明する。
【００３４】
図１は、実施の形態１にかかる微結晶薄膜の成膜方法におけるＳｉＨ４の供給量とＨ２の供給量の時間変化を示すタイミングチャートである。図１において、実線で示すタイミングチャートはＳｉＨ４の供給量について示し、破線で示すタイミングチャートはＨ２の供給量について示す。図１に示すように、本実施の形態１にかかる微結晶薄膜の成膜方法では、ＳｉＨ４の供給量はいわゆるパルス状に変化し、供給が離散的に行われている。図１においてＳｉＨ４が供給されている期間が原料供給工程に対応し、ＳｉＨ４の供給が止められている期間が原料堆積工程に対応する。なお、Ｈ２の供給量は、ＳｉＨ４の供給量の変化に関わらず、原料供給工程および原料堆積工程を通じて一定の値に維持されている。
【００３５】
供給するＳｉＨ４およびＨ２の絶対量については特に制限はないが、基板上に形成される薄膜が非晶質化することを防ぐため、原料供給工程におけるＳｉＨ４とＨ２との流量比は所定の値に制限される。図２は、流量比と成膜される膜質との関係について示すグラフである（Ａ．Ｐ．Ｃｏｎｓｔａｎｔ，　”Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ　ｂａｓｅｄｏｎ　ｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ　ｓｉｌｉｃｏｎ　ｏｎ　ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ　ｓｕｂｓｔｒａｔｅ”，　Ｍａｔ．　Ｒｅｓ　Ｓｏｃ．　Ｓｙｍｐ．　Ｐｒｏｃ．　Ｖｏｌ．　５５７，　ｐ．　６８３　（１９９９）　参照）。図２に示すグラフは縦軸を流量比とし、横軸を原料気体に対して照射する電界の強度としており、領域Ｉは、非晶質シリコン膜が成膜される条件を示し、領域ＩＩは、非晶質シリコンと微結晶シリコンとが混在した膜が成膜される条件を示す。一方、領域ＩＩＩは、微結晶シリコン膜のみが成膜される条件を示し、本実施の形態１にかかる微結晶薄膜の成膜方法でも、原料供給工程において、かかる領域ＩＩＩに属する条件を満たす流量比でＳｉＨ４およびＨ２は供給される。具体的には、図２の領域ＩＩと領域ＩＩＩの境界に基づいて、流量比ｒと電界強度密度Ｐ（ｍＷ／ｃｍ２）とが
ｒ≧−（７／１２）×Ｐ＋７２．５
を満たすように流量比ｒを設定することが好ましい。
【００３６】
また、ＳｉＨ４およびＨ２を活性化する際に照射する電界の強度は、ＳｉＨ４をＳｉＨ２に分解するのに十分な強度に設定する。例えば、本実施の形態１にかかる微結晶薄膜の成膜方法においては、原料供給工程および原料堆積工程を通じて電界強度密度を０．１Ｗ／ｃｍ２以上とすることが好ましい。なお、その他の成膜条件、例えば微結晶薄膜の成膜を行う成長室内部の気圧や、成膜温度等については従来の成膜方法と同様に設定してよく、これらの値は本実施の形態１にかかる微結晶薄膜の成膜方法において特に限定されない。
【００３７】
次に、原料供給工程および原料堆積工程についてそれぞれ詳細に説明する。図３（ａ）は、原料供給工程における成膜装置内部の状態を説明するための模式図であって、図３（ｂ）は、原料堆積工程における成長室内部の状態を説明するための模式的な図である。
【００３８】
まず、図３（ａ）に示すように、原料供給工程において、図２で示した条件を満たす所定の流量比となるようバルブ４およびバルブ６を制御して、ＳｉＨ４供給源３とＨ２供給源５から、ＳｉＨ４とＨ２が成長室１内部に供給される。成長室１内部には所定の強度を有する電界が照射されるため、成長室１内部に供給されたＳｉＨ４は活性化して、反応性の高いＳｉＨ２に分解される。同様に、Ｈ２についても活性化される。
【００３９】
そして、図３（ｂ）に示すように、原料堆積工程において、バルブ４を閉じることによってＳｉＨ４の供給が停止され、Ｈ２のみが成長室１内部に供給される。図３（ｂ）に示す状態では、図３（ａ）に示す原料供給工程で得られたＳｉＨ２が基板２の表面に多数吸着して、Ｓｉ原子同士が結合し、微結晶が生成される。ここで、基板２の表面に吸着する前にＳｉＨ２同士が遭遇した場合、ＳｉＨ２の高い反応性に起因してＳｉ結合が多数生成され、かかる結合が連鎖的に生じることによって気相中でポリマーが発生する。発生したポリマーが基板２の表面に付着した場合には膜質が悪化し、移動度が低下することとなると共に、基板２の表面以外に付着した場合にも、成長室内部が汚染されることとなり好ましくない。
【００４０】
しかし、本実施の形態１にかかる微結晶薄膜の成膜方法では、図３（ｂ）に示す原料堆積工程において、新たにＳｉＨ４を供給することなく成膜を行うこととしたため、基板表面に吸着される前にＳｉＨ２同士が遭遇する確率を低減することが可能となる。すなわち、本実施の形態１においては一度原料供給工程で所定量のＳｉＨ４が供給された後一定期間ＳｉＨ４の供給を停止しているため、気相中のＳｉＨ２またはＳｉＨ４が増加することがない。そのため、気相中でＳｉＨ２同士が遭遇する確率を低減することができ、Ｓｉ原子同士の結合が抑制されることによってＳｉＨ２のポリマーの発生が防止される。従って、ＳｉＨ２は活性化された状態を保ったまま基板２の表面に吸着され、シリコンを主成分とした微結晶薄膜が成膜される。
【００４１】
ここで、原料供給工程に要する時間は２秒以内とし、原料堆積工程に要する時間は、少なくとも原料供給工程に要する時間よりも長いこととする。原料供給工程に要する時間を２秒以下とすることによって、成長室１内部に拡散されるＳｉＨ４の量を抑制して原料供給工程時におけるシリコン原子同士が遭遇する確率を低減し、ポリマーの発生が効果的に抑制できるためである。また、原料堆積工程に要する時間を原料供給工程に要する時間よりも長くすることによって、気相中に残存するＳｉＨ２の量を０もしくは実質的に後の工程に影響を与えない程度にまで低減することが可能となる。
【００４２】
そして、再び原料供給工程に移行して、図３（ａ）に示すように、ＳｉＨ４およびＨ２が成長室１内部に供給される。本工程の前に供給されたＳｉＨ４については、既に原料堆積工程において大部分が結晶表面に吸着しているため、気相中の残存量は少なく、新たな原料供給工程においてもＳｉＨ２同士が結合することはない。以下、同様にして原料供給工程および原料堆積工程を繰り返すことによって、所望の膜厚を有する微結晶薄膜が成膜される。
【００４３】
次に、本実施の形態１にかかる微結晶薄膜の成膜方法を用いた場合の利点について説明する。まず、本実施の形態１を用いて微結晶薄膜の成膜を行った場合、気相中でシリコン原子が多重重合することによってポリマーが生成されることを抑制できるという利点を有する。
【００４４】
上記したように、原料供給工程で所定の流量比でＳｉＨ４とＨ２を供給すると共に、原料堆積工程において、ＳｉＨ２が基板表面上に吸着することによって気相中のＳｉＨ２の量は減少する。一方、Ｈ２は原料堆積工程においても供給され続けるため、原料堆積工程時において気相中に存在する粒子全体に対するＳｉＨ２の割合は急激に減少する。このため、ＳｉＨ２同士が遭遇する確率はさらに減少し、ポリマーの発生をより効果的に抑制することができ、成膜される微結晶薄膜の膜質をさらに向上させることが可能となる。
【００４５】
さらに、本実施の形態１にかかる微結晶薄膜の成膜方法では、気相中に存在するＳｉＨ２の大部分が基板表面に吸着するのに十分な期間だけ原料堆積工程に費やしている。従って、原料堆積工程終了後、再び原料供給工程に移行する際においても気相中にはＳｉＨ２がほとんど残存せず、新たにＳｉＨ４を供給してもシリコン原子が気相中で多重重合することを抑制することができる。従って、本実施の形態１にかかる微結晶薄膜の成膜方法を用いることによって、気相中におけるポリマーの発生を抑制しつつ、微結晶薄膜を成膜することが可能となる。
【００４６】
また、本実施の形態１にかかる微結晶薄膜の成膜方法では、基板表面に吸着される物質がＳｉＨ２であって、ＳｉＨ４およびＳｉＨ３と比較して、シリコン原子が非飽和結合を多く有する。従って、ＳｉＨ２が基板表面に吸着して微結晶を形成する場合、シリコン原子同士が結合する割合が高くなり、高品質の微結晶薄膜を形成することが可能である。すなわち、シリコンを主成分とする微結晶薄膜においてはシリコン原子間の結合が多いほど移動度が向上することから、本実施の形態１にかかる微結晶薄膜の成膜方法を用いた場合、移動度の高い微結晶薄膜を得ることが可能となる。
【００４７】
また、本実施の形態１にかかる微結晶薄膜の成膜方法では、基板表面上に直接微結晶薄膜を成膜するため、特許第２７６２９６８号明細書等で開示された技術のように成膜後に薄膜構造に対して水素放電を行う必要がない。このことは、薄膜トランジスタのような多層構造からなるデバイスの製造の際に特に利点を有する。すなわち、基板表面に対して水素放電を行った場合には、成膜したシリコン薄膜以外の膜の結晶構造にも影響を与える可能性があるが、本実施の形態１にかかる微結晶薄膜の成膜方法を用いた場合には、水素放電を行う必要がそもそもないために基板等に影響を与えるおそれがない。従って、本実施の形態１にかかる微結晶薄膜の成膜方法を用いて多層構造を実現した場合、他の層の電気的特性に影響を与えることなく微結晶薄膜を成膜することが可能である。
【００４８】
なお、本実施の形態１にかかる微結晶薄膜の成膜方法において、ＳｉＨ４の流量以外のパラメータについては、原料供給工程および原料堆積工程を通じて一定の値に維持することが好ましい。一定の値に維持することで、安定した膜成長が可能となるためである。また、ＳｉＨ４の流量以外のパラメータについては、従来のプラズマＣＶＤ法において用いられた値を用いることが可能である。
【００４９】
次に、本実施の形態１にかかる微結晶薄膜の成膜方法を用いて薄膜トランジスタを製造する方法について説明する。ここで、成膜される微結晶薄膜は、薄膜トランジスタのチャネル層の少なくとも一部を実施の形態１にかかる微結晶薄膜の成膜方法によって形成するものとする。なお、以下においてはｎチャネルの薄膜トランジスタの製造方法について説明するが、ｐチャネルの薄膜トランジスタについても同様の手法を用いて製造できるのはもちろんである。以下、図面を適宜参照して薄膜トランジスタの製造方法について説明する。
【００５０】
まず、図４（ａ）に示すように、基板１１上にゲート電極１２を形成する。ゲート電極を構成する材料は所望のものを用いることが可能であるが、例えば、低抵抗のＡｌ（アルミニウム）を積層した後、Ａｌ表面を保護するために安定なＭｏ（モリブデン）を積層した構造とすることが好ましい。具体的には、スパッタリング等によって所望の形状のゲート電極１２を形成している。
【００５１】
そして、図４（ｂ）に示すように、基板１１上およびゲート電極１２上にゲート絶縁層１３を積層する。ゲート絶縁層１３を構成する材料については、例えば、ＳｉＮｘ、ＳｉＯ２を使用することが好ましい。これら以外の材料であっても、良好な絶縁性を示すものであればゲート絶縁層１３を構成することが可能である。また、図４（ｂ）等では、ゲート絶縁層１３は単層構造となっているが、ＳｉＮｘとＳｉＯ２を順次積層した多層構造としても良い。これらの材料をＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等を用いて堆積することによって、ゲート絶縁層１３が形成される。
【００５２】
その後、図４（ｃ）に示すように、後の工程によってチャネル層を形成する半導体層１４を成膜する。半導体層１４は、ｐ型の導電性を有し、例えばシリコンを主成分とする微結晶薄膜１４ａと非晶質薄膜１４ｂとが順次積層された構造を有する。微結晶薄膜１４ａは、１ｎｍ程度の膜厚を有し、上記した実施の形態１にかかる微結晶薄膜の成膜方法を用いて成膜が行われる。非晶質薄膜１４ｂは、一般的に知られた手法を用いて成膜することができ、例えば、一般的なプラズマＣＶＤ法によって成膜することが可能である。なお、ｐ型の導電性を示すために添加される不純物としては、Ｂ（ボロン）等のＩＩＩ族元素を用いてもよい。しかし、微結晶薄膜１４ａおよび非晶質薄膜１４ｂは、シリコン原子のダングリングボンドを終端させている水素が不純物として機能するため、新たに不純物を添加することを省略しても良い。
【００５３】
そして、図４（ｄ）に示すように、エッチングストップ層１５を形成する。エッチングストップ層１５は、後の工程でエッチングによってソース／ドレイン電極を形成する際にチャネル層が浸食されることを防ぐためのものである。エッチングストップ層１５は、ＳｉＮｘ等によって構成され、プラズマＣＶＤ法、ＣＶＤ法等によってＳｉＮｘが全体に渡って成膜された後、フォトリソグラフィ法等によって所望の形状に整形される。
【００５４】
その後、図５（ａ）に示すように、後の工程でソース／ドレイン領域を形成するｎ＋半導体層１６を成膜する。ｎ＋半導体層１６は、シリコン等を主成分として、高濃度の不純物を含有する半導体層によって形成されており、結晶構造としてはポリシリコン、非晶質シリコン等を用いることが好ましい。ｎ＋半導体層１６に添加する不純物としては、ポリシリコンによって形成する場合にはＰ（燐）、Ａｓ（砒素）等のＶ族元素を用いることが好ましい。もちろん、ｎ＋半導体層１６として、実施の形態１にかかる微結晶の成膜方法を用いて微結晶薄膜を成膜しても良い。
【００５５】
そして、図５（ａ）に示すように、ｎ＋半導体層１６上に後の工程でソース／ドレイン電極を形成する導電層１７を積層する。導電層１７はスパッタリング法等によって積層されるのが一般的だが、ＣＶＤ法等によって積層することとしても良い。
【００５６】
その後、図５（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ法等を用いてエッチングを行い、チャネル層１８、ソース／ドレイン領域１９、２０およびソース／ドレイン電極２１、２２を形成する。具体的には、導電層１７上にスピンコート法等によってフォトレジストを塗布した後に、フォトリソグラフィ法によって所定の開口部を有するレジストパターンを形成する。かかるレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことで、チャネル層１８、ソース／ドレイン領域１９、２０およびソース／ドレイン電極２１、２２が形成される。
【００５７】
その後、図５（ｃ）に示すように、絶縁層２３、平坦化層２４およびＩＴＯ層２５を成膜する。絶縁層２３はソース／ドレイン電極２１、２２等を保護するためのものであり、平坦化層２４は、ソース／ドレイン電極２２とＩＴＯ層２５との間に生じる寄生容量を低減するためのものである。ＩＴＯ層２５は、ソース／ドレイン電極２１を他の回路素子と接続するためのものである。以上の工程を経ることによって、薄膜トランジスタが形成される。
【００５８】
上記した薄膜トランジスタでは、チャネル層１８は１ｎｍ程度の膜厚を有する微結晶薄膜１８ａと、非晶質薄膜１８ｂとを順次積層した構造を有する。微結晶薄膜１８ａのみによってチャネル層１８を構成することとしても良いが、この場合、十分な膜厚のチャネル層１８を成膜するのに長時間要することとなるため好ましくない。一方、ゲート電極１２に対して所定の電位を与えた際に誘起されるチャネルは、実際にはＭＩＳ界面から１ｎｍ程度の範囲にのみ存在することが明らかになっている。従って、チャネル層１８を微結晶薄膜のみによって形成しなくとも、ＭＩＳ界面から１ｎｍ程度の範囲において微結晶薄膜１８ａを成膜することによって、移動度の高い薄膜トランジスタを実現することが可能である。
【００５９】
本願発明者等は、図４（ａ）〜図４（ｄ）、図５（ａ）〜（ｃ）に示した工程によって実際に薄膜トランジスタを製造し、移動度等の電気的特性について調べている。図６は、実際に製造した薄膜トランジスタのオン電流（チャネル層を流れる電流）およびオン電流の平方根のゲート電圧依存性を示すグラフである。また、図７は、オン電流の平方根の値に基づいて得られた移動度を従来の薄膜トランジスタと比較したグラフである。
【００６０】
図６において、曲線ｌ１は、実施の形態１にかかる微結晶薄膜の成膜方法を用いて製造した薄膜トランジスタのオン電流の測定値を示し、曲線ｌ２は、曲線ｌ１の値を１／２乗したものについて示す。
【００６１】
かかる曲線ｌ２をゲート電圧Ｖｇを変数として微分することによって移動度を得ることが可能である。図７は、図６の曲線ｌ２と同一の曲線ｌ３と、曲線ｌ３の値から導出した移動度のゲート電圧依存性を示す曲線ｌ４とを有する。また、曲線ｌ５、ｌ６は比較のために示すグラフであって、曲線ｌ５は従来の非晶質シリコン薄膜のみによってチャネル層を形成した薄膜トランジスタのオン電流の平方根の値を示し、曲線ｌ６は、曲線ｌ５から導出された移動度を示す。
【００６２】
図７に示す曲線ｌ４と曲線ｌ６とを比較すれば明らかなように、従来の移動度が０．７ｃｍ２／Ｖｓ以下なのに対して実施の形態１にかかる微結晶薄膜の成膜方法を用いて作製した薄膜トランジスタの移動度は０．９５ｃｍ２／Ｖｓ程度と非常に高い値を有する。従って、本実施の形態１にかかる微結晶薄膜の成膜方法を用いることで移動度の高い微結晶薄膜を成膜可能であることが実際の測定結果からも裏付けられるといえる。
【００６３】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２にかかる画像表示装置について説明する。実施の形態２にかかる画像表示装置は、実施の形態１にかかる微結晶薄膜の成膜方法を用いて形成した薄膜トランジスタを使用して構成されている。図８は、実施の形態２にかかる画像表示装置を構成するアレイ基板の主要構成を示す概略図であって、図９は、アレイ基板の回路構成を示す図である。なお、実施の形態２にかかる画像表示装置について、例えば液晶表示装置とした場合にはアレイ基板に対向して配置される対向基板、アレイ基板および対向基板の間に封入される液晶層および液晶層に対して白色光を入力するバックライト等が必要となるが、本発明に特徴的な部分ではないため、その説明を省略する。以下、図８および図９を適宜参照して実施の形態２にかかる画像表示装置について説明する。
【００６４】
図８に示すように、アレイ基板は信号線３０を介して表示領域３１内に配置される画素電極に表示信号を供給、すなわち電圧を印加するための信号線駆動回路３２と、走査線３３を介して画素電極に対応して配置される薄膜トランジスタのオン・オフを制御する操作信号を供給する走査線駆動回路３４とを備える。
【００６５】
表示領域３１には、図９に示すように、信号線３０ａを挟んで隣接する画素電極３５ａ、３５ｂについて、第１の薄膜トランジスタ３６ａ、第２の薄膜トランジスタ３６ｂおよび第３の薄膜トランジスタ３６ｃが配置されている。具体的には、第１の薄膜トランジスタ３６ａは、一方のソース／ドレイン電極が信号線３０ａに接続され、他方のソース／ドレイン電極が画素電極３５ａに接続する。また、第１の薄膜トランジスタ３６ａのゲート電極は第２の薄膜トランジスタ３６ｂの一方のソース／ドレイン電極に接続している。
【００６６】
また、第２の薄膜トランジスタ３６ｂは、一方のソース／ドレイン電極が第１の薄膜トランジスタ３６ａのゲート電極に接続すると共に、他方のソース／ドレイン電極が走査線３３ｃに接続されている。従って、第１の薄膜トランジスタ３６ａのゲート電極は、第２の薄膜トランジスタ３６ｂを介して走査線３３ｃに接続されることとなる。また、第２の薄膜トランジスタ３６ｂのゲート電極は走査線３３ｂに接続されている。
【００６７】
さらに、第３の薄膜トランジスタ３６ｃは、一方のソース／ドレイン電極が信号線３０ａに接続され、他方のソース／ドレイン電極が画素電極３５ｂに接続されている。また、第３の薄膜トランジスタ３６ｃのゲート電極は、走査線３３ｂに接続されている。
【００６８】
かかる構造を有することにより、例えば第１の薄膜トランジスタ３６ａをオンするためには、走査線３３ｂおよび走査線３３ｃの双方が選択電位になっている必要がある。そして、双方が選択電位になった時点で信号線３０ａの電位が画素電極３５ａに対して供給される構造を有する。同様に、第３の薄膜トランジスタ３６ｃをオンするためには、走査線３３ｂが選択電位になっている必要があり、走査線３３ｂが選択電位になる時点において画素電極３５ｂに対して信号線３０ａの電位が供給される構造を有する。なお、かかる配線構造は、表示領域３１内に存在する他の画素電極および対応して配置される薄膜トランジスタにおいても同様に成立する。
【００６９】
次に、本実施の形態２にかかる画像表示装置において、図８および図９に示す構造のアレイ基板の動作について説明する。図１０は、走査線から供給される走査信号および信号線から供給される表示信号の時間変化を示すタイミングチャートであり、以下では図９および図１０を適宜参照して説明を行う。
【００７０】
図１０では、上から順に信号線３０ａによって供給される表示信号のタイミングチャートの一例（１）、表示信号のタイミングチャートの他の例（２）、走査線３３ａ、走査線３３ｂ、走査線３３ｃおよび走査線３３ｄのタイミングチャートを示す。なお、ここで表示信号のタイミングチャートについては、極性および階調の変化を含んでいるものとする。表示信号のタイミングチャートを極性の変化として捉えれば、信号線３０ａ（１）に従って信号線３０ａの電位が変化する場合には画素電極３５ａの極性と画素電極３５ｂの極性は異なり、画素電極３５ａの極性と画素電極３５ｃの極性は同一となる。一方、信号線３０ａ（２）に従って電位が変化する場合には、画素電極３５ａの極性と画素電極３５ｂの極性は同一となり、画素電極３５ａの極性と画素電極３５ｃの極性は異なる。
【００７１】
また、図１０において、走査線３３ａ〜３３ｄのタイミングチャートは、選択、非選択を示している。具体的には、立ち上がっている部分は当該走査線が選択されていて、そうでない部分は当該走査線が非選択の状態を示している。
【００７２】
走査線３３ｂと走査線３３ｃの両方が選択されてから走査線３３ｃが非選択電位になるまでの期間ｔ１には、第１の薄膜トランジスタ３６ａ〜第３の薄膜トランジスタ３６ｃがオンされる。この期間ｔ１において、信号線３０ａから画素電極３５ａに与えるべき電位Ｖ１ａが供給される。これにより画素電極３５ａの電位が決定される。
【００７３】
そして、走査線３３ｃが非選択電位になった後に、信号線３０ａから供給される電位がＶ１ｂに変化し、かかる電位が画素電極３５ｂに与えられることで画素電極３５ｂの電位が決定される。図１０に示すように、走査線３３ｃが非選択電位になった後の期間ｔ２において、走査線３３ｂを選択電位に維持することで、第１の薄膜トランジスタ３６ａがオフされ、かつ薄膜トランジスタＭ３がオンされた状態となる。そのため、画素電極３５ａに対する電位の供給は停止する一方、画素電極３５ｂに対しては引き続き信号線３０ａから電位が供給され、画素電極３５ｂの電位が決定される。
【００７４】
そして、走査線３３ｂが非選択電位になった後の期間ｔ３に、信号線３０ａから供給される電位がＶ１ｃに変化し、走査線３３ｃが再び選択電位になると共に、走査線３３ｄが選択電位になる。これにより、画素電極３５ｃ、画素電極３５ｄ、および画素電極３５ｆに対して信号線３０ａから電位Ｖ１ｃが供給され、画素電極３５ｃの電位が決定される。以下、順次選択電位となる走査線の切り替えおよびこれに対応して信号線３０ａの電位を切り替えることによって、信号線３０ａを挟んで隣接する画素電極の電位が決定されていく。この後、信号線駆動回路３２の制御によって表示信号の供給元を信号線３０ａから信号線３０ｂに切り替え、上記と同様に走査線の電位を順次切り替えることで信号線３０ｂを挟んで隣接する画素電極の電位を決定していく。以上の動作を繰り返すことによって表示領域３１内に存在する画素電極すべての電位を決定し、ＴＦＴアレイ基板上に配設されている、例えば液晶層の電気光学効果によって画像を表示する。
【００７５】
本実施の形態２にかかる画像表示装置は、単一の画素電極に対して複数の薄膜トランジスタを配置し、単一の信号線を介して複数の列に属する画素電極に対して電位を供給する構造を有する。かかる構造を有することによって、信号線の本数を従来よりも低減することが可能となり、上記の例では従来の１／２にすることが可能となる。信号線の本数の低減に対応して信号線駆動回路を構成する駆動ＩＣを低減することが可能となり、製造コストが低減される。また、信号線の本数を低減することによってアレイ基板と信号線駆動回路とを接続するための電極パッドの個数を減少できると共に、個々の電極パッドの幅を拡大することが可能となり、電極パッドにおける断線の危険性を低減することができる。
【００７６】
一方で、本実施の形態２にかかる画像表示装置は、個々の画素電極の電位を決定するために複数の薄膜トランジスタが動作する構成を有することから、個々の画素電極の電位決定に要する時間が薄膜トランジスタの移動度に大きく影響されることとなる。例えば、画素電極３５ａを例にすると、画素電極３５ａに電位を供給するためには第１の薄膜トランジスタ３６ａおよび第２の薄膜トランジスタ３６ｂを駆動する必要がある。すなわち、第２の薄膜トランジスタ３６ｂをオンするためには、第１の薄膜トランジスタ３６ａをオンした上で、第２の薄膜トランジスタ３６ｂのゲート電極に対してオン電圧に対応した電荷を第１の薄膜トランジスタ３６ａのチャネル層を介して供給する必要がある。このため、第２の薄膜トランジスタ３６ｂのオン電圧に対応した所定の電荷を供給するために必要な時間は第１の薄膜トランジスタ３６ａのチャネル層における移動度に依存する。また、画素電極３５ａの電位は、上記したように第２の薄膜トランジスタ３６ｂのチャネル層を介して供給される電荷によって与えられる。このため、第２の薄膜トランジスタ３６ｂがオンしてから画素電極３５ａを所定電位に設定するために必要な時間は、第２の薄膜トランジスタ３６ｂのチャネル層における移動度に依存する。従って、走査線を選択してから実際に画素電極の電位を決定するまでには複数の薄膜トランジスタのチャネル層における移動度に起因した時間遅れが生じる。
【００７７】
薄膜トランジスタのチャネル層に起因した時間遅れが大きい場合、表示領域に配置する画素数が制限され、高精細もしくは大画面の画像表示装置の実現が困難となる。例えば動画を表示する場合には、すべての画素電極の電位の決定に許容される時間は画素数に関わらず一定であり、画素数が増加するに従って個々の画素電極の電位を決定するのに許容される時間は短くなるためである。すなわち、所定の時間遅れが生じる場合には個々の画素電極の電位を決定するのに許容される時間を大きくする必要があり、その結果として画素数の増加を抑制する必要が生じる。
【００７８】
本実施の形態２にかかる画像表示装置では、画素電極に電位を供給する第１の薄膜トランジスタ３６ａおよび第２の薄膜トランジスタ３６ｂの少なくとも一方、好ましくは双方について、実施の形態１にかかる微結晶の成膜方法を用いてチャネル層の少なくとも一部を形成することとしている。このため、本実施の形態２にかかる画像表示装置では、個々の画素電極の電位を決定する際に生じる時間遅れを低減することが可能となり、高精細もしくは大画面の画像表示装置を実現することが可能である。なお、薄膜トランジスタ３６ｃについても同様で、実施の形態１にかかる微結晶の成膜方法を用いてチャネル層の少なくとも一部を形成することが好ましい。
【００７９】
なお、実施の形態２においては、薄膜トランジスタのチャネル層における移動度が特性に大きな影響を与える例として、図９に示すように個々の画素電極に対して複数の薄膜トランジスタを配置する構造の画像表示装置について説明している。しかし、実施の形態１にかかる微結晶薄膜の成膜方法を利用した薄膜トランジスタの用途が上記構造の画像表示装置に限定されるのではないことはもちろんである。例えば、通常のアクティブマトリックス方式を利用した液晶表示装置や、アレイ基板上に画素電極および共通電極を配置した構造を有する面内応答型（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ　Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）の液晶表示装置においても、程度の差こそあれスイッチング素子として機能する薄膜トランジスタのチャネル層の移動度に起因した時間遅れが問題となる。また、個々の画素電極に対して複数の薄膜トランジスタを配置する構造として、特開平６−１４８６８０号公報、特開平１１−２８３７号公報、特開平５−２６５０４号公報、特開平５−１８８３９５号公報、特開平５−３０３１１４号公報等に記載されたものが挙げられ、これらに対して実施の形態１に示した薄膜トランジスタを適用することが可能である。すなわち、図９に示す構造以外であっても、薄膜トランジスタをスイッチング素子等として使用する画像表示装置であれば、実施の形態１にかかる微結晶薄膜の成膜方法を用いて形成した薄膜トランジスタを利用することが好ましい。
【００８０】
（実施の形態３）
次に、実施の形態３にかかる画像表示装置について説明する。実施の形態３にかかる画像表示装置は、電流駆動の発光素子を備え、発光素子に流す電流を薄膜トランジスタによって制御する構造を有する。図１１は、実施の形態３にかかる画像表示装置における表示領域内の任意の画素に対応した配線構造について示す回路図である。以下、図１１を適宜参照して本実施の形態３にかかる画像表示装置について説明を行う。なお、画素がマトリックス状に配置され、画素に対応して複数の信号線および走査線等が配置され、かかる信号線および走査線は信号線駆動回路および走査線駆動回路にそれぞれ接続されている等、全体構造に関しては実施の形態２にかかる画像表示装置のアレイ基板と同様であるため、以下では説明を省略する。
【００８１】
本実施の形態３にかかる画像表示装置は、図１１に示すように、電流駆動の発光素子として機能する有機ＥＬ素子４１と、有機ＥＬ素子４１に注入される電流値を制御するドライバ素子として機能する薄膜トランジスタ４２とを備える。また、本実施の形態３にかかる画像表示装置は、薄膜トランジスタ４２のオン・オフを制御し、スイッチング素子として機能する薄膜トランジスタ４３を備える。ここで、薄膜トランジスタ４２、４３の少なくとも一方は実施の形態１にかかる微結晶薄膜の成膜方法を用いて形成されたチャネル層を有する。
【００８２】
本実施の形態３にかかる画像表示装置は、具体的には、薄膜トランジスタ４２の一方のソース／ドレイン電極は有機ＥＬ素子４１に接続され、ゲート電極は、薄膜トランジスタ４３の一方のソース／ドレイン電極と接続されている。また、薄膜トランジスタ４２の他方のソース／ドレイン電極は蓄積容量４４に接続され、蓄積容量４４は、薄膜トランジスタ４３から供給された電荷を蓄積する機能を有する。さらに、薄膜トランジスタ４３の一方のソース／ドレイン電極は薄膜トランジスタ４２のゲート電極に、他方のソース／ドレイン電極は信号線４５に、ゲート電極は走査線４６に接続された構造を有する。また、本実施の形態３にかかる画像表示装置は、有機ＥＬ素子４１に電流を供給するための電源線４７を配置した構造を有し、信号線４５、走査線４６および電源線４７はそれぞれ信号線駆動回路４８、走査線駆動回路４９、電源線駆動回路５０に接続されている。
【００８３】
次に、本実施の形態３にかかる画像表示装置の動作について図１１を参照しつつ説明する。本実施の形態３にかかる画像表示装置は、外部から入力された画像データに従って、選択する画素に対応した信号線４５および走査線４６に対して所定の電位を与える。走査線４６に与えられた電位に基づいて薄膜トランジスタ４３がオンされ、信号線４５に与えられた電位に基づいて蓄積容量４４に対して電荷が蓄積され、蓄積された電荷量に基づいて薄膜トランジスタ４２のゲート電位が決定される。薄膜トランジスタ４２は電源線４７と電気的に接続されており、薄膜トランジスタ４２のチャネル層に、移動度に対応した電流が流れる。そして、有機ＥＬ素子４１は薄膜トランジスタ４２と直列に接続されて配置されているため、薄膜トランジスタ４２の移動度に対応した電流が流れる。
【００８４】
本実施の形態３では、実施の形態２と同様に薄膜トランジスタ４２、４３の少なくとも一方について、実施の形態１にかかる微結晶の成膜方法を用いてチャネル層を形成することとしている。例えば、薄膜トランジスタ４３のチャネル層を実施の形態１にかかる微結晶の成膜方法を用いて形成した場合、実施の形態２の場合と同様に高速動作可能なスイッチング素子を備えることとなるため、高精細もしくは大画面の画像表示装置を実現することができる。また、薄膜トランジスタ４２のチャネル層を実施の形態１にかかる微結晶の成膜方法を用いて形成した場合、有機ＥＬ素子４１の輝度を向上させることが可能となる。上記したように、有機ＥＬ素子４１は薄膜トランジスタ４２に接続された状態で配置されるため、有機ＥＬ素子４１に流入する電流値は薄膜トランジスタ４２のチャネル層の移動度に依存することとなるためである。従って、薄膜トランジスタ４２のチャネル層を実施の形態１にかかる微結晶の成膜方法を用いて形成した場合、有機ＥＬ素子４１に対して大電流を流すことが可能となり、電流駆動の有機ＥＬ素子４１の輝度を向上させることが可能となる。
【００８５】
なお、本実施の形態３にかかる画像表示装置は、電流駆動の発光素子を備えたあらゆる構造の画像表示装置に適用可能である。従って、発光素子についても有機ＥＬ素子に限定する必要はなく、無機ＥＬ素子等を発光素子として用いることが可能である。
【００８６】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、成膜される微結晶薄膜の主成分となる元素を含む第１原料気体を供給する原料供給工程と、第１原料気体の供給を停止し、活性化された第１原料気体同士の気相中における結合を抑制しつつ成膜を行う原料堆積工程とを交互に繰り返すこととしたため、活性化された第１原料気体同士が気相中で遭遇することによってポリマーを形成することを抑制し、成膜対象上に高移動度の微結晶薄膜を成膜することができるという効果を奏する。
【００８７】
また、この発明によれば、流量比ｒと電界強度密度Ｐとがｒ≧−（７／１２）×Ｐ＋７２．５の関係を満たすこととしたため、原料供給工程の際に活性化された第１原料気体が気相中でポリマーを形成することをさらに効果的に抑制することができるという効果を奏する。
【００８８】
また、この発明によれば、原料供給工程を２秒以下としたことで、原料供給工程の際に、活性化した第１原料気体がポリマーを形成することをさらに抑制し、原料堆積工程に要する時間を長期化することで、原料堆積工程終了時において、活性化された第１原料気体の気相中における残存量を低減することができるという効果を奏する。
【００８９】
また、この発明によれば、第１原料気体が気相中でポリマーを形成することを抑制できるため、高い反応性を有するＳｉＨ２を用いることが可能であり、ＳｉＨ２を用いることによって、移動度が向上した微結晶薄膜を成膜できるという効果を奏する。
【００９０】
また、この発明によれば、上記方法によって微結晶薄膜を成膜することで高移動度の薄膜トランジスタを製造することが可能という効果を奏し、かつかかる薄膜トランジスタを用いて画像表示装置を形成することで、高精細または／および大画面の画像表示装置を実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１原料気体と第２原料気体の流量の時間変化を示すタイミングチャートである。
【図２】第１原料気体と第２原料気体の流量比と電界強度密度との関係を示すグラフである。
【図３】（ａ）は原料供給工程における成長室内部の状態を示す模式図であり、（ｂ）は原料堆積工程における成長室内部の状態を示す模式図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、微結晶薄膜の成膜方法を用いて薄膜トランジスタを製造する方法について説明するための工程図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、微結晶薄膜の成膜方法を用いて薄膜トランジスタを製造する方法について説明するための工程図である。
【図６】実施の形態１にかかる微結晶薄膜の成膜方法を用いて製造した薄膜トランジスタの電気的特性について示すグラフである。
【図７】実施の形態１にかかる微結晶薄膜の成膜方法を用いて製造した薄膜トランジスタにおける移動度と、従来の薄膜トランジスタにおける移動度とを比較するためのグラフである。
【図８】実施の形態２にかかる画像表示装置を構成するアレイ基板の構造を示す模式図である。
【図９】アレイ基板上に設けられた回路構造について示す等価回路図である。
【図１０】実施の形態２にかかる画像表示装置の駆動持における信号線等の電位変動を示すタイミングチャートである。
【図１１】実施の形態３にかかる画像表示装置の一部の回路構造について示す等価回路図である。
【符号の説明】
１　　　　　成長室
２　　　　　基板
３　　　ＳｉＨ４供給源
４、６　バルブ
５　　　Ｈ２供給源
１１　　　基板
１２　　　ゲート電極
１３　　　ゲート絶縁層
１４　　　半導体層
１４ａ　微結晶薄膜
１４ｂ　非晶質薄膜
１５　　　エッチングストップ層
１６　　　ｎ＋半導体層
１７　　　導電層
１８　　　チャネル層
１８ａ　微結晶薄膜
１８ｂ　非晶質薄膜
１９、２０　　ソース／ドレイン領域
２１、２２　　ソース／ドレイン電極
２３　　　絶縁層
２４　　　平坦化層
２５　　　ＩＴＯ層
３０、３０ａ、３０ｂ　　信号線
３１　　　表示領域
３２　　　信号線駆動回路
３３、３３ａ〜３３ｄ　走査線
３４　　　走査線駆動回路
３５ａ〜３５ｆ　　画素電極
３６ａ　　第１の薄膜トランジスタ
３６ｂ　　第２の薄膜トランジスタ
３６ｃ　　第３の薄膜トランジスタ
４１　　　有機ＥＬ素子
４２、４３　　　　薄膜トランジスタ
４４　　　蓄積容量
４５　　　信号線
４６　　　走査線
４７　　　電源線
４８　　　信号線駆動回路
４９　　　走査線駆動回路
５０　　　電源線駆動回路
【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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