薄膜トランジスタ、液晶表示装置及びこれらの製造方法
【課題】Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎを含むアモルファス酸化物からなる半導体層にダメージを与えず、また、オフ電流の小さい薄膜トランジスタを提供する。
【解決手段】Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎを含むアモルファス酸化物からなる半導体層を備え、ゲート電極から見てソース領域又はドレイン領域の手前側にソース電極又はドレイン電極が形成されてなるボトムゲート型薄膜トランジスタを構成する。このような構造を持つ薄膜トランジスタではドレイン電極等の金属層のエッチングによって半導体層がダメージを受けることはない。また、裏面照射によって紫外線の照射された半導体層部分を高導電率化するものであるため、半導体層へのダメージが生じないため信頼性が向上する。また、ソース電極又はドレイン電極によって紫外線が遮光された半導体層の領域は照射前の導電率と同じとなるため、オフ電流の値を小さくすることができる。
【解決手段】Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎを含むアモルファス酸化物からなる半導体層を備え、ゲート電極から見てソース領域又はドレイン領域の手前側にソース電極又はドレイン電極が形成されてなるボトムゲート型薄膜トランジスタを構成する。このような構造を持つ薄膜トランジスタではドレイン電極等の金属層のエッチングによって半導体層がダメージを受けることはない。また、裏面照射によって紫外線の照射された半導体層部分を高導電率化するものであるため、半導体層へのダメージが生じないため信頼性が向上する。また、ソース電極又はドレイン電極によって紫外線が遮光された半導体層の領域は照射前の導電率と同じとなるため、オフ電流の値を小さくすることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜トランジスタ、液晶表示装置及びこれらの製造方法に関し、特に、金属酸化物系のアモルファス半導体薄膜を用いた薄膜トランジスタ、液晶表示装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、金属酸化物系半導体薄膜を用いた半導体素子が注目されている。この薄膜は、低温で成膜することができ、また、可視光に対して透明な膜を形成できること等の特徴を有しており、プラスチック基板やフィルムなどの透明性基板上にフレキシブルで透明な薄膜トランジスタを形成することが可能である（特許文献１）。
【０００３】
また、薄膜トランジスタの活性層に用いる酸化物半導体膜として、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎを含む酸化物から構成される半絶縁性の透明なアモルファス薄膜が知られており、これをチャネル層に用いるとともに、電気伝導度の大きなＩｎＧａＺｎＯ３（ＺｎＯ）４の層にＡｕ膜を積層したものをソース電極及びドレイン電極として用いたトップゲート型薄膜トランジスタの構造が開示されており、さらに、アモルファスＩｎＧａＺｎＯ４ 薄膜トランジスタはアモルファスシリコン薄膜トランジスタに比べて格段に大きな移動度を有することが開示されている（特許文献２）。そして、このような優れた特性を備える薄膜トランジスタを液晶表示装置に利用すべく、現在活発な研究開発が行われている。なお、本明細書においては、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎを含む酸化物を「ＩＧＺＯ」と呼ぶこととする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１５０９００号公報
【特許文献２】特開２００６−１６５５２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＩＧＺＯ薄膜を例えばガラス基板上に成膜するには、一般に、スパッタリング法が用いられている。ＩＧＺＯ薄膜の形成にスパッタリング方式を用いることにより、一般にアモルファスのＩＧＺＯ薄膜を形成することができ、そして、その成膜時のガス流量や成膜雰囲気中の酸素分圧等の成膜条件を制御することで成膜の導電率やキャリア濃度、移動度等を制御することができる。しかしながら、これらの成膜条件の範囲は非常に狭い上に、得られる導電率や移動度は限られた範囲のものに留まっており、移動度や導電率を飛躍的に向上することは困難である。そのため、スパッタリング法で成膜したアモルファスＩＧＺＯ薄膜の導電率が低いためにこれを薄膜トランジスタの半導体層として使用できない場合には、例えば、移動度や導電率を飛躍的に向上させるために、レーザーアニールによる結晶化やイオンドーピング等の方法が考えられている。しかし、いずれの方法もＩＧＺＯ半導体層にダメージを与えたり製造工程が複雑化したり高価な装置を必要とする。
【０００６】
また、このようなＩＧＺＯを半導体層とする薄膜トランジスタは一般に高い移動度を備えるため、その裏返しとしてオフ時のドレイン電流（オフ電流（Ｉｏｆｆ））が増加しがちである。そして、例えば、液晶表示装置の画素のスイッチング素子として使用した場合に、そのオフ電流が増加すると次の選択期間（画像信号を書き込む次の期間）の到来まで電荷を保持していることができなくなり大きな問題となる。従って、より適切な方法によって半導体層の導電率を制御できる製造方法だけでなく、オフ電流の値を小さくできるような構造を備える薄膜トランジスタ及びその製造方法が求められている。
【０００７】
また、ＩＧＺＯを半導体層とするボトムゲート型の薄膜トランジスタであって金属からなるソース電極及びドレイン電極が半導体層の直上に形成された構造を備える薄膜トランジスタを形成する場合には、金属層をエッチングする際にＩＧＺＯ半導体層がさらにダメージを受けるという不具合がある。即ち、このような金属層からなるソース電極及びドレイン電極がＩＧＺＯ半導体層の直上に形成された構造を備えるボトムゲート型薄膜トランジスタ、言い換えれば、ゲート電極から見て金属層からなるソース電極及びドレイン電極がＩＧＺＯ半導体層の向こう側にあるようなトップコンタクト構造のボトムゲート型薄膜トランジスタにおいては、このような金属層に対してウェットエッチングを施すと、チャネル領域上の金属層がエッチングされるだけでなくチャネル領域となるＩＧＺＯ半導体層もエッチングされてしまい、ＩＧＺＯ半導体層の層厚が薄くなったりエッチングの際にエッチング液の濃度等の局所的な不均一によって半導体層自体が除去されたりする。
【０００８】
ＡｌやＭｏのような金属層のウェットエッチングに用いるエッチャントは、一部のエッチャントを除き、一般にＩＧＺＯに対してもエッチャントとして機能するため、このようなことが生じやすい。また、金属層からなるソース電極及びドレイン電極に対してドライエッチング法でエッチングをするという方法もあるが、薄膜トランジスタの半導体層のチャネル領域がプラズマによってダメージを受け薄膜トランジスタのスレッシュホールド電圧が大きくシフトしたり薄膜トランジスタのオフ電流の値が増加したりするというような薄膜トランジスタの特性変動が生じ、信頼性上の問題がある。このように、ＩＧＺＯを半導体層とするボトムゲート型の薄膜トランジスタを形成するためには、ＩＧＺＯ半導体層の導電率を制御においても、また、エッチングにおいても、半導体層、特にチャネル領域にダメージを与えないような製造方法が必要となる。
【０００９】
本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、ＩＧＺＯを半導体層とするボトムゲート型薄膜トランジスタ及びこれを用いた液晶表示装置の製造方法であって、半導体層へのダメージを生じさせることなく半導体層の導電率を制御することが可能な方法を提供することにある。また、本発明の目的は、エッチングによってもチャネル領域へのダメージが生じないような方法を提供することにある。さらに、本発明の目的は、オフ電流が小さく、しかもこのようなダメージを受けない信頼性の高い薄膜トランジスタ及びこれを用いた液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、基板上に遮光性を備えるゲート電極を形成する第１工程と、該ゲート電極の上にゲート絶縁膜を形成する第２工程と、遮光性を備え金属層からなるソース電極及びドレイン電極を形成する第３工程と、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎを含むアモルファス酸化物からなる薄膜トランジスタの半導体層をその一部が該ソース電極の一部及び該ドレイン電極の一部を覆うように形成する第４工程と、紫外線を該ゲート電極の側から該半導体層に向けて照射することにより該半導体層のうち該紫外線が照射された領域に該照射前よりも導電率の高いアモルファスの第１ソース領域及び第１ドレイン領域を構成する第５工程とを含むことを特徴とする。かかる構成をとることにより、ゲート電極から見て金属層からなるソース電極及びドレイン電極がＩＧＺＯ半導体層の手前側にあるような構造のボトムゲート型の薄膜トランジスタを形成することができる。
【００１１】
即ち、本発明は、薄膜トランジスタの半導体層の材料としてＩｎ、Ｇａ及びＺｎを含む透明なアモルファス酸化物を用いているため、これに紫外線を照射することにより、半導体層を導電材料並みに高導電率化することができる。そして、このような紫外線を半導体層の一部の領域に選択的に照射することにより、その照射された領域のみ導電率を高めることができる。本発明においては、ゲート電極は遮光性を備えるため、紫外線をゲート電極の側、即ち、基板の裏面側から半導体層に照射することによりゲート電極がシャドーマスクとして機能し、半導体層のうち第１ソース領域及び第１ドレイン領域となるべき領域に紫外線が選択的に照射され、電極として機能する程度の高い導電率を備えた透明な第１ソース領域及び第１ドレイン領域を構成することができる。一方、半導体層のうち紫外線の照射がされてなかった領域の導電率は照射前の導電率がそのまま維持されることになるため、薄膜トランジスタのチャネル領域となるべき領域には遮光性のあるゲート電極によって紫外線が照射されずその領域は薄膜トランジスタのチャネルとして使用できる導電率を備える領域となる。その結果、このような紫外線照射工程を経てセルフアライン構造を備える薄膜トランジスタが形成される。
【００１２】
また、半導体層の一部がソース電極の一部及びドレイン電極の一部を覆うように形成されているため、半導体層のうちソース電極及びドレイン電極を覆っている領域は紫外線が裏面照射されてもソース電極及びドレイン電極によって遮光される。その結果、この遮光された領域の半導体層は照射前の導電率を備え、ソース電極及びドレイン電極とそれぞれ導通する第２ソース領域及び第２ドレイン領域として構成されることになる。そして、このような導電率の制御はいずれも紫外線の照射によるものであるため、レーザー光照射やイオンドーピングを行う場合のように基板や半導体層にダメージを与えることなく、薄膜トランジスタの半導体層の導電率の制御を行うことができる。
【００１３】
そして、半導体層の一部、即ちソース領域の一部及びドレイン領域の一部はそれぞれソース電極及びドレイン電極の上に形成されるため、本発明の薄膜トランジスタは、ゲート電極から見て金属層からなるソース電極及びドレイン電極が半導体層の手前側にあるようなボトムコンタクト構造のボトムゲート型薄膜トランジスタとなる。そして、半導体層は、金属層の直上に成膜された後、所定の形状にパターニングすることにより形成される。このパターニングにおいては、ＩＧＺＯの半導体層の直上には金属層は存在しないため金属用のエッチャントを使用する必要がなく、従って金属用エッチャントがＩＧＺＯの半導体層にさらされることがない。また、ドライエッチングも使用する必要がないため、ＩＧＺＯ半導体層の、特にチャネル領域がプラズマによるダメージを受けることはない。このように、ＩＧＺＯを半導体層とするボトムゲート型薄膜トランジスタにおいて、半導体層へのダメージを生じさせることなく半導体層の導電率を制御することが可能となり、また、エッチングによってもチャネル領域へのダメージが生じない。そのため、信頼性の高い薄膜トランジスタを製造することができる。
【００１４】
さらに、本発明においては、第２ソース領域及び第２ドレイン領域は紫外線照射前の導電率、即ち、チャネル領域と同じ導電率を持つことになるため、第１ソース領域及び第１ドレイン領域と比べてその導電率が低く高抵抗となる。そのため、第２ソース領域及び第２ドレイン領域が薄膜トランジスタのドレイン電流に対して抵抗として機能し、ドレイン電流を小さくすることができる。そして、このように第１ドレイン領域とドレイン電極との間に高導電率化されず抵抗性をもつＩＧＺＯ層である第２ドレイン領域が挟まれて残ることにより、特に、オフ時のドレイン電流であるオフ電流を小さくすることができるという顕著な効果を奏する。このようなオフ電流低減作用及び効果はソース側の第２ソース領域についても同様である。
【００１５】
本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、前記紫外線が前記ソース電極及び前記ドレイン電極によって遮光されることにより、前記半導体層のうち該ソース電極及び該ドレイン電極を覆っている領域には照射前の導電率を備え該ソース電極及び該ドレイン電極とそれぞれ導通する第２ソース領域及び第２ドレイン領域が構成されることを特徴とする。本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、前記第１ソース領域又は前記第１ドレイン領域の前記紫外線の照射後の抵抗は、前記薄膜トランジスタのオン抵抗よりも低いことを特徴とする。かかる構成をとることにより、第１ソース領域全体又は第１ドレイン領域全体の抵抗による電圧降下を、例えば液晶表示装置等の場合には画像信号等の信号レベルの低下を小さくすることができる。
【００１６】
本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、前記半導体層のチャネル領域の不純物濃度と前記第１ソース領域又は前記第１ドレイン領域の不純物濃度とが同じであることを特徴とする。かかる構成をとることにより、従来のように、チャネル領域よりも導電率の高いソース領域又はドレイン領域を形成するにあたってイオンドーピング等の処理をする必要がないため、製造設備の合理化に寄与する。また、イオンドーピングによるダメージを回避することができるため、薄膜トランジスタの信頼性の向上につながる。
【００１７】
本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、前記紫外線を照射する光源は、面光源であることを特徴とする。本発明は、かかる構成をとるため、基板全体をカバーするような広い照射面積に対して一度に紫外線を一様に照射することができる。また、面光源を使用するため、光線スポットの狭小なレーザー光源の場合のように基板をスキャンする必要がなく、スキャンによる半導体層の二重照射も生じない。そのため、均一な照射エネルギーでもって紫外線を照射することができ、その結果、液晶表示装置のように大面積の表示画面全体にわたって多数の薄膜トランジスタを形成する場合に、工程の簡素化、量産性の向上のみならず、薄膜トランジスタの特性のばらつきを抑えて均一なものとすることができ、輝度ばらつきや輝度むらがなく表示品質の高い表示装置を得ることができる。
【００１８】
本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、前記紫外線を照射する光源は、水銀ランプであることを特徴とする。本発明は、かかる構成をとるため、レーザー光源ではなく、特定の範囲の波長の紫外線を照射するランプを用いることができる。従って、レーザー光による基板の発熱等による不具合を回避することができ、また、プラスチックフィルム基板を使用することが可能となる。また、レーザー光照射装置に比べて安価な紫外線照射装置を使用できる。
【００１９】
本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、前記紫外線の波長は、２７０ｎｍから４５０ｎｍまでの範囲にわたることを特徴とする。このような波長の範囲の紫外線を照射することで、紫外線が照射されたソース領域及びドレイン領域の導電率を適正な程度にまで向上することができる。本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、前記第５工程における紫外線の積算照射エネルギー密度は、導電率を１０ｎ倍（但し、０＜ｎ≦６）に増加させる場合に、（３０９・ｎ）ないし（３９２・ｎ）Ｊ／ｃｍ２とすることを特徴とする。本発明は、かかる構成をとるため、目的導電率を設定すれば紫外線の積算照射エネルギー密度、照射時間等をあらかじめ計算することができる。従って、成膜条件が厳しいために成膜直後の導電率が好ましくない値であっても、成膜後に導電率を容易に制御することができる。
【００２０】
本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、前記第５工程における紫外線の積算照射エネルギー密度は、１６２０Ｊ／ｃｍ２以上であることを特徴とする。本発明は、かかる構成をとるため、ソース領域又はドレイン領域の導電率を電極として機能するのに十分な導電率（例えば、約１０−１Ｓ／ｍ以上）にまで高めることができる。本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、前記第５工程における紫外線の照射エネルギー密度は、１００ｍＪ／ｓｅｃ・ｃｍ２であることを特徴とする。本発明は、かかる構成をとるため、この照射エネルギー密度であれば、他の用途に用いられているような一般的な紫外線照射装置を使用して照射を行うことができるため、製造設備の合理化を図ることができる。
【００２１】
本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、前記半導体層を形成した後、さらに、紫外線を該半導体層の側から前記ゲート電極に向けて照射して該紫外線の照射前よりも導電率の高い半導体層を構成するサブ紫外線照射工程を含むことを特徴とする。この工程を追加することにより、半導体層の成膜後の導電率が低いためにそのままでは薄膜トランジスタのチャネル領域の導電率としては好ましくないような場合でも、このようなサブ紫外線照射工程によってその導電率をチャネル領域として適切な導電率にまで向上させることができ、歩留まりの向上を図ることができる。紫外線が半導体層の側から、即ち、基板の表面の側からゲート電極に向けて照射されるため（表面照射）、半導体層全体の導電率を向上することができる。
【００２２】
本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、前記サブ紫外線照射工程における紫外線の積算照射エネルギー密度を１４８ないし１０１２Ｊ／ｃｍ２とすることを特徴とする。このような積算照射エネルギー密度をえらぶことにより、チャネル領域の導電率を適切なもの（例えば、約１０−４ないし１０−３Ｓ／ｍ）にすることができる。本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、前記半導体層を形成する前記第４工程は、前記アモルファス酸化物を成膜した後、蓚酸を含むエッチャントを用いたウェットエッチングによってパターニングする工程を含むことを特徴とする。かかる構成をとることにより、アモルファスＩＧＺＯを成膜した後、これに対して蓚酸によるウェットエッチングを施すことにより所定の形状の半導体層にパターニングされる。ＩＧＺＯの化学的性質がＩＴＯ（インジウムスズ酸化物：Indium Tin Oxide）の化学的性質に似ていることから、紫外線の照射の前後にかかわらず、蓚酸等のＩＴＯ用のエッチャントを使用することができる。
【００２３】
また、蓚酸は、ＡｌやＭｏ等の金属層をエッチングすることなくＩＧＺＯをエッチングすることができる。このようなウェットエッチングを施しても、ＩＧＺＯの半導体層の直上には金属層は存在しないため金属用のエッチャントを使用する必要がなく、従って金属用エッチャントがＩＧＺＯの半導体層にさらされることがない。また、ドライエッチングも使用する必要がないため、ＩＧＺＯ半導体層の、特にチャネル領域がプラズマによるダメージを受けることはない。従って、従来構造のボトムゲート型薄膜トランジスタであってゲート電極から見て金属層からなるソース電極又はドレイン電極がＩＧＺＯ半導体層の向こう側にあるようなトップコンタクト構造のボトムゲート型薄膜トランジスタのように、金属層に対してウェットエッチングを施すと、チャネル領域上においてはチャネル領域上の金属層がエッチングされるだけでなくチャネル領域となるＩＧＺＯ半導体層もエッチングされてしまい、ＩＧＺＯの半導体層の層厚が薄くなったりエッチング液の濃度等の局所的な不均一によって半導体層自体が除去されたりする、といった不具合を生じない。また、金属層からなるソース電極及びドレイン電極に対してドライエッチング法でエッチングをする場合のように、薄膜トランジスタの半導体層のチャネル領域がプラズマによってダメージを受けスレッシュホールド電圧が大きくシフトしたりオフ電流の値が増加したりするというような薄膜トランジスタの特性変動も生じない。そのため、信頼性の高い薄膜トランジスタを製造することができる。
【００２４】
本発明の薄膜トランジスタは、基板上に形成された遮光性を備えるゲート電極と、該ゲート電極の上に形成されたゲート絶縁膜と、該ゲート絶縁膜の上に形成され遮光性を備える金属からなるソース電極及びドレイン電極と、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎを含むアモルファス酸化物からなる薄膜トランジスタの半導体層であってチャネル領域と該ゲート電極の側から該半導体層に向けた紫外線の照射によって高導電率化されてなる第１ソース領域及び第１ドレイン領域と該ソース電極の一部及び該ドレイン電極の一部をそれぞれ覆うように形成され該紫外線が該ソース電極及び該ドレイン電極によって遮光されることにより該紫外線の照射前の導電率を備えてなる第２ソース領域及び第２ドレイン領域とを含んで構成される半導体層とを含むことを特徴とする。
【００２５】
本発明の液晶表示装置の製造方法は、対向する基板間に液晶を挟持する液晶表示装置の製造方法であって、上記のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法によって薄膜トランジスタを形成する工程と、前記半導体層の上に絶縁層を形成する工程と、該薄膜トランジスタの前記第２ソース領域と導通する画素電極を該絶縁層の上に形成する工程とを含むことを特徴とする。本発明の液晶表示装置は、対向する基板間に液晶を挟持する液晶表示装置であって、上記の薄膜トランジスタと、前記半導体層の上に形成された絶縁層と、該薄膜トランジスタの前記第２ソース領域と導通し該絶縁層の上に形成された画素電極とを含むことを特徴とする。
【００２６】
本発明の液晶表示装置は、対向する基板間に液晶を挟持する液晶表示装置であって、一方の該基板上に形成された遮光性を備えるゲート電極と、該ゲート電極の上に形成されたゲート絶縁膜と、該ゲート絶縁膜の上に形成され遮光性を備える金属からなるドレイン電極と、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎを含むアモルファス酸化物からなる薄膜トランジスタの半導体層であって、チャネル領域と、該ゲート電極の側から該半導体層に向けた紫外線の照射によって高導電率化されてなるソース領域及び第１ドレイン領域と、該ドレイン電極の一部を覆うように形成され該紫外線が該ドレイン電極によって遮光されることにより該紫外線の照射前の導電率を備えてなる第２ドレイン領域とから構成される半導体層と、該半導体層の上に形成された絶縁層と、該ソース領域と導通し該絶縁層の上に形成された画素電極とを含むことを特徴とする。かかる構成をとることにより、液晶表示装置の画素部の薄膜トランジスタの場合には、ソース電極を設けることなくソース領域を画素電極に直接に接続して導通をとることができる。また、第２ドレイン領域は高導電率化されないためオフ電流の低減に寄与する。
【発明の効果】
【００２７】
かかる構成を備えるため、本発明は、ＩＧＺＯを半導体層とするボトムゲート型薄膜トランジスタ及びこれを用いた液晶表示装置の製造方法であって、半導体層へのダメージを生じさせることなく半導体層の導電率を制御することが可能な方法を提供することができる。また、エッチングによってもチャネル領域へのダメージが生じないような方法を提供することができる。さらに、オフ電流が小さく、しかもこのようなダメージを受けない信頼性の高い薄膜トランジスタ及びこれを用いた液晶表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態である液晶表示装置の概略の構成図である。
【図２】本発明の一実施形態である画素部の概略の平面図である。
【図３】本発明の一実施形態である画素部の製造工程の説明図である。
【図４】本発明のアモルファスＩＧＺＯ半導体層の導電率と紫外線照射時間との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の一実施形態の変形例である画素部の概略の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。なお、便宜上、本明細書においては、薄膜トランジスタのソース及びドレインのうち、負荷（例えば、液晶）を接続する側をソースと呼び、他方をドレインと呼ぶこととするが、本発明は、ソースをドレインと呼び、またドレインをソースと呼んでもその作用及び効果は同じである。
【００３０】
［全体構成］
本実施の形態にかかる液晶表示装置は、セル・アレイ基板と対向基板との間に液晶を挟持した液晶パネルを含んで構成される。図１は、本実施の形態にかかるアクティブマトリックス型の液晶表示装置の液晶パネル部の模式的な概略の構成図である。図１（ａ）は、セル・アレイ基板１０１の模式的な平面図であり、図１（ｂ）は、画素部１０及びその周辺の各部材の機能を説明するための等価回路図である。なお、本明細書において説明に用いる各図面では、便宜上、縮尺又は縦横比等を適宜変更している。
【００３１】
セル・アレイ基板１０１には、Ｘ（行）方向に延び走査線外部端子７４と画素部１０内のスイッチング素子である薄膜トランジスタのゲート電極とに接続された複数本の走査線７２が形成されている。走査線７２を介して、薄膜トランジスタを選択的にスイッチングするための信号である走査信号が薄膜トランジスタに供給される。なお、複数本の走査線７２に対応する複数の走査線外部端子７４がセル・アレイ基板１０１の端部近くにＹ方向に沿って設けられている。走査線外部端子７４は、図示しないＡＣＦ（異方性導電体）等を介して走査線ドライバーＩＣ等の走査線駆動装置７０の図示しない所定の端子に接続される。
【００３２】
また、セル・アレイ基板１０１には、Ｙ（列）方向に延び信号線外部端子８４と画素部１０内の薄膜トランジスタのドレイン電極とに接続された複数本の信号線８２が形成されている。信号線８２を介して、走査信号によって選択された薄膜トランジスタに画像信号が供給される。なお、複数本の信号線８２に対応する複数の信号線外部端子８４がセル・アレイ基板１０１の端部近くにＸ方向に沿って設けられている。信号線外部端子８４は、図示しないＡＣＦ等を介して信号線ドライバーＩＣ等の信号線駆動装置８０の図示しない所定の端子に接続される。なお、上記走査線駆動装置７０や信号線駆動装置８０は、セル・アレイ基板１０１上に配設されていてもよい。
【００３３】
そして、セル・アレイ基板上の走査線７２と信号線８２の各交差に対応して、走査線７２と信号線８２とによって区画された領域に画素部１０がマトリクス状に配列されている。画素部１０は薄膜トランジスタ２０及び画素電極３２を含んで構成される（図１（ｂ））。薄膜トランジスタ２０のゲート電極１２は走査線７２に、ドレイン領域１６はドレイン電極２６を介して信号線８２に、それぞれ電気的に接続され導通している。ソース領域１５及びソース電極２５は画素電極３２と電気的に接続され導通している。薄膜トランジスタ２０の詳細は後述する。
【００３４】
コモン電極（対向電極）３４は、画素電極３２と対向するように形成され、各画素部に共通な透明電極である。コモン電極３４は、例えば、ＴＮ（Twisted Nematic）モード又はＶＡ（Vertical Alignment）モード等で動作する液晶表示装置においては、図示しない対向基板上にパターニング形成される。また、例えば、ＩＰＳ（In-Plane Switching）モード又はＦＦＳ（Fringe Field Switching）モードで動作する液晶表示装置においては、コモン電極３４は、セル・アレイ基板１０１上の各画素部のそれぞれに対応してセル・アレイ基板上にパターニング形成される。コモン電極３４には共通電極線（コモン電極線）３５を介して所定の電圧のコモン信号が印加される。画素電極３２と対向電極３４との間には電気光学部材である液晶９９が配設され、セル・アレイ基板１０１と図示しない対向基板とが液晶９９を挟持する構造をなしている。なお、参照番号３８及び３９は、それぞれ、ゲート・ソース間寄生容量Ｃｇｓ及びゲート・ドレイン間寄生容量Ｃｇｄである。また、参照番号２７は保持容量Ｃｓであり、保持容量線２８を介して所定の電圧の保持容量信号が印加される。なお、図１（ａ）においては保持容量線２８の図示を省略している。
【００３５】
このような画素部１０を備える液晶表示装置１００の動作は、例えば次のとおりである。走査線駆動装置７０は、液晶表示装置１００に入力される図示しない画像信号の同期信号その他の情報に基づいて、信号線８２からの画像信号を書き込むべき画素部１０を行単位で選択する走査信号を出力する。信号線駆動装置８０は、同じく画像信号の輝度情報等に基づいて、走査信号に同期して動作し、走査期間に選択された画素部１０に画像信号を供給する。そして、選択された画素部１０内にある薄膜トランジスタ２０を介して、信号線駆動装置８０からの画像信号に応じた電圧が画素電極３２に印加される。即ち、薄膜トランジスタ２０から液晶の光変調を制御する信号である画像信号が画素電極３２に供給される。これによって、画素電極３２とコモン電極３４とからなる一対の電極の間に電界が生じ、この電界によって液晶９９の分子の向き（液晶分子の配向）が制御される。そして、この配向変化を利用して液晶を透過する光を変調することで画像等の表示作用が行われる。このようにして液晶表示装置が構成される。
【００３６】
［画素部及びその周辺］
次に、図２及び図３（ｃ）を参照しながら、スイッチング素子としてボトムゲート型薄膜トランジスタを用いた画素部及びその周辺の構成を説明する。図２は、画素電極３２の形成が終了した時の本実施の形態にかかる画素部１０及びその周辺を含む概略の平面図である。図３（ｃ）は、図２のＡ−Ａ’線における矢視方向の概略の断面構成図である。なお、図２においては、わかりやすく描くためにゲート絶縁膜１３及びパッシベーション層１９を取り除いて記載しており、また、見る層を適宜変更している。
【００３７】
画素部１０は、薄膜トランジスタ２０及び画素電極３２を含んで構成される。薄膜トランジスタ２０は、走査線７２と信号線８２との交差部の近傍に設けられる。薄膜トランジスタ２０は、基板１１上に形成されたゲート電極１２と、ゲート電極１２の上に形成された第１絶縁層であるゲート絶縁膜１３と、ゲート絶縁膜１３の上に形成された半導体層１４とを含んで構成される。また、ゲート絶縁膜１３と半導体層１４との間には、第２金属層からなるソース電極２５及びドレイン電極２６が形成されている。また、半導体層１４の上には第２絶縁層であるパッシベーション層１９が形成され、パッシベーション層１９の上には、パッシベーション層１９を貫通するコンタクトホール２３を介してソース領域１５の一部である第２ソース領域１５ｂと導通する画素電極３２が形成されている。従って、画素電極３２及びソース領域１５は互いに導通している。
【００３８】
半導体層１４は、その材質としては、ＩＧＺＯからなる透明なアモルファス半導体であることが望ましい。半導体層１４は、チャネル領域１７と、チャネル領域１７を挟んで形成されているソース領域１５及びドレイン領域１６とから構成され、これらが一体に、即ち、これら３つの領域が互いに離間されることなく島状の一個の成形物として形成されている。そして、これらチャネル領域１７、ソース領域１５及びドレイン領域１６はそれぞれ半導体層１４の一部を構成する。
【００３９】
また、ソース領域１５は、互いに離間することなく隣接した第１ソース領域１５ａと第２ソース領域１５ｂとを含んで構成され、同様に、ドレイン領域１６は、互いに離間することなく隣接した第１ドレイン領域１６ａと第２ドレイン領域１６ｂとを含んで構成される。半導体層１４の成膜時にはこれらのチャネル領域１７、ソース領域１５、ドレイン領域１６の３つの領域のいずれにおいてもその導電率は同じであるが、後述するように半導体層の成膜後の所定の工程において紫外線を選択的に照射することにより、第１ソース領域１５ａ及び第１ドレイン領域１６ａの導電率はチャネル領域１７、第２ソース領域１５ｂ及び第２ドレイン領域１６ｂの導電率よりも高くなるように構成される。紫外線照射と導電率との関係についても詳細は後述する。ゲート電極１２は、遮光性の金属層により形成されており、各画素部１０において走査線７２からチャネル領域１７に向けて枝状に分岐したような形状でチャネル領域１７の下にゲート絶縁膜１３を介して形成されており、走査線７２はゲート電極１２と導通している。
【００４０】
ドレイン電極２６は、信号線８２から各画素部１０において枝状に分岐したような形状で形成されており、ドレイン領域１６はドレイン電極２６即ち信号線８２と導通している。なお、ドレイン領域１６は枝状に形成されたドレイン電極２６の側端２６ｅを上から覆うように形成されている。また、ドレイン領域１６の一部はドレイン電極２６の一部を覆うように形成されており、これにより半導体層１４の一部がドレイン電極２６の一部を覆い、また、これらは平面視で重なり合っている。ドレイン電極２６は半導体層１４の直下に形成されている第２金属層をパターニングして成形されたものである。従って、本実施の形態の薄膜トランジスタ２０は、ゲート電極１２から見て金属層からなるドレイン電極２６が半導体層１４の手前側にあるようなボトムコンタクト構造のボトムゲート型薄膜トランジスタである。
【００４１】
そして、ドレイン領域１６の一部である第１ドレイン領域１６ａは、後述のように、紫外線２２が裏面照射されることによってチャネル領域１７よりも高導電率化された領域であり、導電材料並みに高導電率化されている。一方、ドレイン領域１６の他の一部である第２ドレイン領域１６ｂは、遮光性のあるドレイン電極２６によって紫外線が遮光されたため紫外線照射前の導電率と同じ導電率を備える領域であり、おおむねドレイン領域１６のうちドレイン電極２６を覆っている領域が第２ドレイン領域１６ｂとなる。
【００４２】
ソース領域１５は、少なくとも画素部１０内のコンタクトホール２３を囲むように、また、画素電極３２の一部と平面視で重なり合うように延びて形成されている。そして、本実施の形態にかかるソース領域１５は、上述のドレイン領域１６と同様に、ソース電極２５の側端２５ｅを上から覆うように形成されている。また、ソース領域１５の一部はソース電極２５の少なくとも一部を覆うように形成されており、これにより半導体層１４の一部がソース電極２５の一部を覆い、また、これらは平面視で重なり合っている。ソース電極２５は半導体層１４の直下に形成されている第２金属層をパターニングして成形されたものである。従って、本実施の形態の薄膜トランジスタ２０は、ゲート電極１２から見て金属層からなるソース電極２５が半導体層１４の手前側にあるようなボトムコンタクト構造のボトムゲート型薄膜トランジスタである。
【００４３】
そして、ドレイン領域と同様に、ソース領域１５の一部である第１ソース領域１５ａは、後述のように、紫外線２２が裏面照射されることによってチャネル領域１７よりも高導電率化された領域であり、導電材料並みに高導電率化されている。一方、ソース領域１５の他の一部である第２ソース領域１５ｂは、遮光性のあるソース電極２５によって紫外線が遮光されたため紫外線照射前の導電率と同じ導電率を備える領域であり、おおむねソース領域１５のうちソース電極２５を覆っている領域が第２ソース領域１５ｂとなる。なお、本実施の形態においては図２及び図３（ｃ）のように、ソース領域１５の一部がソース電極２５の全部を覆うような構成となっているが、液晶表示装置の画素部の薄膜トランジスタのソース側は画素電極に接続されるだけであるからこのような構成でもよい。ソース電極２５を延ばして他に配線接続するような場合には、ドレイン側と同様、ソース領域１５の一部がソース電極２５の一部を覆うような構成をとることもでき、このような場合でも同様の作用及び効果を奏する。
【００４４】
チャネル領域１７は、後述のようにゲート電極１２に対して自己整合的に、ソース領域１５とドレイン領域１６との間に挟まれるように形成されている。画素電極３２は、透明で導電性のある電極であり、走査線７２及び信号線８２と平面視で重なり合わないような形状と大きさを備え、画素部１０の内側におさまるように成形されている。次に、薄膜トランジスタ２０等の各部材について、より詳細に説明する。基板１１としては、絶縁性及び透明性を備える基板であるガラス基板、石英基板等のほか、プラスチック系の基板を使用することができる。表示装置の表示の色を忠実に再現するためには、基板は可視光に対して透明であることがより望ましい。なお、基板１１はセル・アレイ基板１０１の基板となる。
【００４５】
ゲート電極１２及び走査線７２は、基板１１上に第１金属層をパターニングすることにより形成される。第１金属層は、例えば、ＡｌＮｄ、Ａｌ、又はＭｏの単層膜、あるいはＡｌＮｄ、Ａｌ、Ｍｏ、及びＣｕから選択された任意の要素を組み合わせて形成された積層膜でもよい。例えば、形成しようとする配線がＡｌを含み、しかも酸化物半導体やＩＴＯ等の透明導電層と接続するような構造をとる可能性があるときには、第１金属層を積層構造とすることが望ましい。例えば、後工程においてＩＴＯ等と接続される可能性のある上層はＭｏを含む金属とし下層はＡｌＮｄのようなＡｌを含む金属層とすることが望ましい。このような材質や構造をとることにより、ＩＴＯとＡｌとの界面における絶縁性の酸化膜の生成を回避し、良好な電気的接続をとることができる。第１金属層の厚さは２００ｎｍから４００ｎｍが望ましく、より望ましくは３００ｎｍである。なお、薄膜トランジスタ特性の外光による影響を防止する必要がある場合には、少なくともゲート電極には遮光性の高い材料を用いることが望ましい。
【００４６】
第１絶縁層であるゲート絶縁膜１３は、その材質として、酸化シリコン系や窒化シリコン系のＳｉＯｘ、ＳｉＮｘ、又はＳｉＯｘＮｙの単層膜、あるいはこれらを組み合わせた積層膜を使用することができるが、酸化シリコン系が望ましい。ゲート絶縁膜１３はＩＧＺＯと接するため、窒化シリコン系をゲート絶縁膜としてＣＶＤ法で形成する場合には、原料ガスの一つとして用いるアンモニアの窒素等の成分がＩＧＺＯ中の酸素と結合してＩＧＺＯ中の酸素を不足気味にする傾向があり、ＩＧＺＯの特性が変化しやすい。酸化シリコン系であればこのような不都合は生じないため、酸化シリコン系を使用することによりＩＧＺＯの組成比を維持することができる。また、膜厚を薄く形成できる場合には液体性の酸化シリコンを用いることもできる。これにより、絶縁性と透明性のある層を形成することができる。ゲート絶縁膜１３は、一般に、基板１１全体を覆うように形成される。これにより、走査線７２及びゲート電極１２はゲート絶縁膜１３によって覆われる。ゲート絶縁膜１３の膜厚は、１００ｎｍから５００ｎｍが望ましく、より望ましくは２５０ｎｍから３００ｎｍである。
【００４７】
半導体層１４の厚さは、特に限定されないが、５０ｎｍから１５０ｎｍが望ましく、より望ましくは１００ｎｍ程度である。ソース電極２５、ドレイン電極２６及び信号線８２は、第２金属層をパターニングすることにより形成される。第２金属層の材料又は構造は特に限定されず、ＡｌやＭｏの単層膜でもよいが、上層にＩＴＯ等の透明導電層が形成される可能性のあるときは、ＩＴＯ等とＡｌとの界面における絶縁性の酸化膜の生成を回避するために、積層構造とすることが望ましい。例えば、ＩＴＯと接する上層はＭｏとし下層はＡｌとするというような、ＡｌとＭｏを組み合わせて形成された積層膜（積層配線）が望ましい。また、半導体層の材料として酸化物半導体を用いる場合には、特に半導体層としてＩＧＺＯを用いる場合には、ＩＧＺＯはＩＴＯと化学的特性が似ていることから、ＩＧＺＯとＡｌとの界面における絶縁性の酸化膜の生成を回避するために、ＡｌとＩＧＺＯとを接続するときにはＩＧＺＯがＭｏを介してＡｌと接続されるような構造にすることが望ましい。そして、第２金属層の下層が酸化物半導体に接続し上層がＩＴＯ等の透明導電層に接続するような場合には、Ｍｏ−Ａｌ−Ｍｏのように最上層及び最下層がＭｏを含む金属で構成される３層構造の金属層を用いることが望ましい。
【００４８】
このような金属層を用いることにより、Ｍｏがいわゆるカバーメタルとして機能して絶縁性の酸化膜形成が回避される。そのため、Ａｌと酸化物半導体層との界面、及びＡｌとＩＴＯ等の透明導電層との界面においても低抵抗で良好なオーミックコンタクトを得ることができ、良好で信頼性の高い電気的接続をすることができる。本実施の形態においてはドレイン電極２６及びソース電極２５の上にＩＧＺＯの半導体層１４を形成する構成をとっているため、ドレイン電極２６及びソース電極２５と半導体層１４との接続だけを考えれば、上層のみをＭｏとする２層の積層金属層でもよいが、第２金属層を他の配線にも使用する可能性も考慮してこのようなＭｏ−Ａｌ−Ｍｏの３層構造の積層金属層を第２金属層として用いることが望ましい。第２金属層の厚さは２００ｎｍから４００ｎｍであり、より望ましくは３００ｎｍである。
【００４９】
第２絶縁層であるパッシベーション層１９の材質は、絶縁性と透明性とを備える酸化シリコン系や窒化シリコン系等を用いることができるが、第２絶縁層もＩＧＺＯ層と接することからゲート絶縁膜と同様に酸化シリコン系が望ましい。このようにすることにより、ＩＧＺＯの組成比を維持することができる。パッシベーション層１９の膜厚は２００ｎｍから５００ｎｍである。パッシベーション層１９は、基板全面を覆うように形成される。これにより半導体層１４、第２金属層から形成されたソース電極２５、ドレイン電極２６及び信号線８２等がパッシベーション層１９によって覆われる。画素電極３２の材質は、透明性と導電性を備える材質が望ましく、特に限定されないが、例えば、ＩＴＯが用いられる。その膜厚は望ましくは４０ｎｍから６０ｎｍであり、より望ましくは５０ｎｍである。
【００５０】
［製造方法］
次に、図３を参照して、本実施の形態にかかる画素部及びその周辺の製造方法を工程順に説明する。同図は本発明の一実施形態である画素部等の製造工程の説明図である。まず、図３（ａ）に示すように、基板１１の上に、第１金属層を成膜し、これをパターニングすることによりゲート電極１２及び走査線７２を形成する（第１ステップ）。第１金属層の形成方法は、特に限定されないが、スパッタリング方式を使用してもよい。なお、第１金属層の材質や構造は前述のとおりである。
【００５１】
次に、ゲート絶縁膜１３をＣＶＤ法等により基板全面に形成する（第２ステップ）。これにより、第１金属層はゲート絶縁膜１３により覆われる。形成方法としては、ＣＶＤ法が望ましく、熱ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法等を使用することができる。基板温度の上昇を抑えたい場合、例えば、プラスチック系の基板を用いている場合には、ゲート絶縁膜形成時の基板温度は２５０℃程度以下にすることが望ましく、プラズマＣＶＤ法によって形成することができる。次に、第２金属層を成膜する。この第２金属層をパターニングすることにより、第２金属層からなるソース電極２５、ドレイン電極２６及び信号線８２等を形成する（第３ステップ）。その成膜方法は、特に限定されないが、スパッタリング方式を使用してもよい。第２金属層の材質や構造は前述のとおりである。なお、第２金属層をエッチングする際には、ドレイン電極２６の側端２６ｅ及びソース電極２５の側端２５ｅが順テーパをなすような形状にエッチングすることが望ましい。このようにすることにより、側端２６ｅ及び２５ｅを覆うように形成される半導体層１４の段切れを防止することができる。
【００５２】
次に、ＩＧＺＯからなる半導体層１４を形成する（第４ステップ）。ＩＧＺＯの成膜方法は、特に限定されないが、スパッタリング方式が望ましい。ＩＧＺＯの成膜にスパッタリング方式を用いることにより、成膜時のガス流量や成膜雰囲気中の酸素分圧を制御することで導電率やキャリア濃度、移動度等をある程度制御することが可能となり、より安定した組成の成膜をすることができる。また、プラスチック基板にアモルファスＩＧＺＯを成膜する場合には、基板の耐熱性を考慮し、また基板に対するダメージを少なくするために、スパッタリング法が好ましい。
【００５３】
スパッタのターゲットとしては、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ及びＯ（酸素）を含む固体のＩｎＧａＺｎＯ４を用いる。ＩｎＧａＺｎＯ４の分子式で表されている組成比（化学量論比）はＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ：Ｏ＝１：１：１：４であるが、これに比べてＺｎや酸素がプア（ｐｏｏｒ）であるような、例えばＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ：Ｏが１：１：０．５：３．５であるような酸化物を成膜前のターゲットとして使用することもできる。成膜後のＩＧＺＯ層は透明なアモルファス半導体層であり、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ及びＯの各成分の組成比は、１：１：１：４に限られず、略１：１：０．５：２のようにＺｎや酸素がプアなものでもよい。なお、本発明において、「アモルファス」とは、完全にアモルファス状態を持つものだけをいうのではなく、本発明の趣旨を損なわない限り、微結晶を含むものも含まれる。
【００５４】
成膜されたアモルファスＩＧＺＯ層は、蓚酸等によってウェットエッチングを施すことにより所定の形状にパターニングされ、これにより、アモルファスＩＧＺＯからなる薄膜トランジスタ２０の半導体層１４が形成される。この半導体層１４は、単一の島状をなし、後工程の紫外線照射によって、薄膜トランジスタ２０のソース領域１５、ドレイン領域１６及びチャネル領域１７の三つの領域から構成される層となる。
【００５５】
パターニングには、ＩＧＺＯの化学的性質がＩＴＯの化学的性質に似ていることから、紫外線の照射の前後にかかわらず、蓚酸等のＩＴＯ用のエッチャントを使用することができる。蓚酸は、ＡｌやＭｏ等の金属層をエッチングすることなくＩＧＺＯをエッチングすることができる。このようなウェットエッチングであっても、本実施の形態にかかる薄膜トランジスタでは、ＩＧＺＯの半導体層１４の直上には金属層は存在しないため金属用のエッチャントを使用する必要がなく、従って金属用エッチャントがＩＧＺＯの半導体層にさらされることがない。また、ドライエッチングも使用する必要がないため、ＩＧＺＯ半導体層の、特にチャネル領域１７がプラズマによるダメージを受けることはない。従って、ゲート電極から見て金属層からなるソース電極及びドレイン電極がＩＧＺＯ半導体層の向こう側にあるようなトップコンタクト構造のボトムゲート型薄膜トランジスタのように、金属層に対してウェットエッチングを施すと、チャネル領域上においてはチャネル領域上の金属層がエッチングされるだけでなくチャネル領域となるＩＧＺＯ半導体層もエッチングされてしまい、ＩＧＺＯ半導体層の層厚が薄くなってしまったりエッチングの際にエッチング液の濃度等の局所的な不均一によって半導体層自体が除去されたりするといった不具合は生じない。
【００５６】
また、金属層からなるソース電極及びドレイン電極に対してドライエッチング法でエッチングをする場合のように、薄膜トランジスタの半導体層のチャネル領域がプラズマによってダメージを受け薄膜トランジスタのスレッシュホールド電圧が大きくシフトしたり薄膜トランジスタのオフ電流の値が増加したりするというような薄膜トランジスタの特性変動も生じない。そのため、信頼性の高い薄膜トランジスタを製造することができる。また、ＩＧＺＯのエッチャントとしてＩＴＯのエッチャントを兼用することができるため、薄膜トランジスタ製造工程の簡素化を図ることができる。なお、ＩＧＺＯ半導体層のエッチャントは蓚酸に限られるものではなく、上記のような蓚酸と同様の性質を備えるエッチャントであれば、本発明の趣旨を損なわない限り、使用することができる。
【００５７】
次に、図３（ｂ）に示すように、紫外線２２を照射する（第５ステップ）。照射の方法としては、例えば、遮光性のあるゲート電極１２、ソース電極２５及びドレイン電極２６をシャドーマスクとして、ゲート電極１２の側から半導体層１４に向けて、即ち基板１１の裏面（背面）から半導体層１４に向けて紫外線２２を照射する（裏面照射）。このようにゲート電極１２、ソース電極２５及びドレイン電極２６をシャドーマスクとして半導体層１４に向けて紫外線２２を照射することにより、半導体層１４に対して選択的に紫外線を照射することができる。本実施の形態においては、薄膜トランジスタの半導体層１４の材料としてＩＧＺＯからなる透明なアモルファス酸化物を用いているため、これに紫外線２２を照射することにより、半導体層１４の導電率を導電材料並みに高めることができる。そして、このような紫外線を半導体層の一部の領域に選択的に照射することにより、その照射された領域のみ導電率を高めることができる。
【００５８】
そして、ゲート電極１２は遮光性を備えるため、紫外線をゲート電極１２の側、即ち、基板１１の裏面側から半導体層１４に照射することによりゲート電極１２がシャドーマスクとして機能し、半導体層１４のうち第１ソース領域１５ａ及び第１ドレイン領域１６ａとなるべき領域に紫外線が選択的に照射され、電極として機能する程度の高い導電率を備えた透明な第１ソース領域１５ａ及び第１ドレイン領域１６ａを構成することができる。そのため、例えばアモルファスシリコン薄膜トランジスタのように、金属からなるドレイン電極等と接続するためにｎ＋アモルファスシリコン層のような低抵抗半導体層を別途形成する必要がない。一方、半導体層１４のうち紫外線の照射がされなかった領域の導電率は照射前の導電率がそのまま維持されることになるため、薄膜トランジスタのチャネル領域１７となるべき領域には遮光性のあるゲート電極１２によって紫外線が照射されずその領域は薄膜トランジスタのチャネルとして使用できる導電率を備える領域となる。その結果、このような紫外線照射工程を経てセルフアライン構造を備える薄膜トランジスタ２０が形成される。
【００５９】
また、半導体層１４の一部がソース電極２５の一部及びドレイン電極２６の一部を覆うように形成されているため、半導体層１４のうちソース電極２５及びドレイン電極２６を覆っている領域は紫外線が裏面から照射されてもソース電極及びドレイン電極によって遮光される。その結果、この遮光された領域の半導体層は、照射前の導電率を備えソース電極２５及びドレイン電極２６とそれぞれ導通する第２ソース領域１５ｂ及び第２ドレイン領域１６ｂとして構成されることになる。そして、このような導電率の制御はいずれも紫外線の照射によるものであるため、レーザー光照射やイオンドーピングを行う場合のように基板や半導体層にダメージを与えることなく、薄膜トランジスタの半導体層の導電率の制御を行うことができる。紫外線照射と導電率との関係の詳細は後述する。
【００６０】
このように本実施の形態においては、ゲート電極１２、ソース電極２５及びドレイン電極２６をシャドーマスクとして、紫外線２２を裏面照射することにより、高導電率化された第１ソース領域１５ａ、第１ドレイン領域１６ａ及び紫外線照射前の導電率を持つチャネル領域１７がゲート電極１２に対して自己整合的に形成されることになる（セルフアライン）。また、ソース電極２５及びドレイン電極２６をシャドーマスクとして紫外線照射前の導電率を持つ第２ソース領域１５ｂ及び第２ドレイン領域１６ｂの各領域がそれぞれソース電極２５及びドレイン電極２６に対して自己整合的に形成されることになる。
【００６１】
このようにゲート電極１２に対して第１ソース領域１５ａが自己整合的に形成される構造がとられるため、ゲート電極１２とソース領域１５との重なり合いによるゲート・ソース間寄生容量Ｃｇｓ３８及びそのばらつきは非常に小さくなる。そのため、いわゆる突き抜け電圧（フィードスルー電圧）及びそのばらつきも小さくなり、かかる薄膜トランジスタを例えば液晶の画素のスイッチング素子として液晶表示装置に使用することにより、表示画面上での輝度のばらつきや輝度むらを著しく低減することができる。ドレイン側についても同様である。
【００６２】
なお、Ｃｇｓによるこのような突き抜け電圧による不具合を少なくするために、従来と同等又はそれ以上の大きさの保持容量Ｃｓを備えるような構造にすればよいことが知られている。ＣＬＣを１画素あたりの液晶の容量とすれば、突き抜け電圧は、Ｃｇｓ／（Ｃｇｓ＋ＣＬＣ＋Ｃｓ）に比例するため、このようにＣｇｓに比べてＣｓの容量を大きくすることで突き抜け電圧自体を小さくするとともに、Ｃｇｓのばらつきによる突き抜け電圧のばらつきも小さくすることができる。しかし、Ｃｓを構成する一方の電極に遮光性のある金属を用いる場合には、Ｃｓを大容量化するとＣｓによる遮光面積が増加するため、この方法では画素部の開口率が低下するという別の不具合が生じる。しかし、本実施の形態にかかる液晶表示装置や薄膜トランジスタにおいてはＣｇｓが小さいため突き抜け電圧対策としてＣｓを大容量化する必要はなく、従ってこのような不具合は生じず開口率を低下させることはない。
【００６３】
また、第２ソース領域１５ｂ及び第２ドレイン領域１６ｂは、紫外線照射前の導電率、即ち、チャネル領域１７と同じ導電率を持つことになり、第１ソース領域１５ａ及び第１ドレイン領域１６ａと比べてその導電率は低く高抵抗となる。そのため、第２ソース領域１５ｂ及び第２ドレイン領域１６ｂが薄膜トランジスタ２０のドレイン電流に対して抵抗として機能し、ドレイン電流を小さくすることができる。そして、このように第１ドレイン領域１６ａとドレイン電極２６との間に高導電率化されず抵抗性を持つＩＧＺＯ層である第２ドレイン領域１６ｂが挟まれて残ることにより、特に、オフ時のドレイン電流であるオフ電流を小さくすることができるという顕著な効果を奏する。このようなオフ電流低減作用及び効果はソース側の第２ソース領域１５ｂについても同様である。
【００６４】
なお、オフ電流を小さくするには、薄膜トランジスタのチャネル長Ｌを長くするという方法もあるが、この方法では、薄膜トランジスタがオン状態からオフ状態に移行した過渡期にチャネル領域１７とゲート電極１２との間に残る電荷量も増加してしまい、上述の自己整合構造を採用してゲート電極１２とソース領域１５との重なり合いによるゲート・ソース間寄生容量を小さくしたにもかかわらず、このような電荷の増加がゲート・ソース間寄生容量を増加させたのと同様の影響を与えるため、好ましくない。本実施の形態によれば、このような寄生容量の増加を伴うことなく、薄膜トランジスタのオフ電流を小さくすることができる。ドレイン側についても同様である。
【００６５】
なお、ソース電極２５の側端２５ｅ及びドレイン電極２６の側端２６ｅはいずれも高導電率化された第１ソース領域１５ａ及び第１ドレイン領域１６ａに接して形成されているが、ソース電極２５及びドレイン電極２６を形成する第２金属層の厚さを薄くすること等によってオフ電流を小さなものとすることができる。なお、このような構造をとることにより、薄膜トランジスタのオン時のドレイン電流（オン電流）も小さくなるが、アモルファスシリコン薄膜トランジスタに比べ、本実施の形態にかかる薄膜トランジスタ２０は移動度の高いＩＧＺＯからなる半導体層１４を用いているため、オン電流の減少による影響は少ない。
【００６６】
次に、紫外線照射の条件をより詳しく説明する。まず、紫外線照射工程については、少なくとも半導体層１４となるＩＧＺＯ層が成膜された後であって、シャドーマスクとなるゲート電極１２のような遮光層がチャネル領域１７となるべき位置に形成され、また、ソース電極２５及びドレイン電極２６のような遮光層がそれぞれソース領域１５及びドレイン領域１６の一部を覆うようにそれぞれ形成されていれば、言い換えれば、第２ソース領域１５ｂ及び第２ドレイン領域１６ｂとなるべきＩＧＺＯ層が遮光されていれば、本発明の趣旨を損なわない限り、これ以降の工程でなされてもよい。半導体層１４は、パターニングの前、即ちＩＧＺＯ成膜後エッチングの前でもよく、パターニングされた後でもよい。
【００６７】
次に、紫外線照射工程における紫外線の光源、波長、照射エネルギー密度や照射時間等の照射条件は、以下のとおりである。照射する紫外線光源は、面光源であることが望ましい。面光源を用いるため、基板全体をカバーするような広い照射面積に対して一度に紫外線を一様に照射することができる。また、面光源を使用するため、光線スポットの狭小なレーザー光源の場合のように基板をスキャンする必要がないため、スキャンによる半導体層への二重照射やそれに伴う薄膜トランジスタの特性の面内ばらつきも生じない。そのため、均一な照射エネルギーでもって紫外線を照射することができ、その結果、大面積の表示画面全体にわたって多数の薄膜トランジスタを形成する場合に、工程の簡素化、量産性の向上のみならず、薄膜トランジスタの特性のばらつきを抑えて均一なものとすることができ、表示品質の高い、輝度ばらつきや輝度むらのない表示装置を得ることができる。
【００６８】
また、紫外線光源は、レーザー光源ではなく、特定の範囲の波長の紫外線を照射するランプを用いることができる。レーザー光源を用いないため、レーザー光による基板の発熱等による不具合を回避することができ、また、プラスチックフィルム基板を使用することが可能となる。また、レーザー光照射装置に比べて安価な紫外線照射装置を使用できる。紫外線光源として使用するランプの種類は、特に限定されないが、例えば、水銀ランプを使用することができる。照射する紫外線の波長は、約２７０ｎｍから約４５０ｎｍまでにわたる波長であることが望ましい。この波長の範囲の紫外線を照射することで、照射された領域の導電率を向上させることができる。紫外線照射時の基板の温度や照射雰囲気は、特に限定されないが、室温で大気中でも可能である。
【００６９】
次に、紫外線の照射エネルギー密度と照射時間について説明する。図４は、アモルファスのＩＧＺＯ半導体層に対して、照射エネルギー密度が１００ｍＪ／ｓｅｃ・ｃｍ２の紫外線を照射したときの、アモルファスＩＧＺＯ半導体層の導電率と紫外線照射時間との関係を示したグラフである。同図から、照射エネルギー密度１００ｍＪ／ｓｅｃ・ｃｍ２で約６時間以上照射すると導電率の上昇が飽和する傾向が認められるが、それまでの間は、照射時間が６時間で、導電率が、サンプル＃１では照射前の６×１０−５Ｓ／ｍに比べて約３．３３×１０５倍（＝１０５．５２倍）の２×１０１Ｓ／ｍに、サンプル＃２では同じく照射前の４×１０−７Ｓ／ｍに比べて約１０７倍の４Ｓ／ｍに、指数関数的に向上することが認められる。６時間の照射時間で導電率が約３．３３×１０５倍（＝１０５．５２倍）ないし約１０７倍に指数関数的に向上するということは、言い換えれば、約０．８６ないし約１．０９時間ごとに導電率が約１桁増加することを意味する。
【００７０】
紫外線の照射時間の目安としては、照射エネルギー密度を１００ｍＪ／ｓｅｃ・ｃｍ２とした場合に、紫外線照射後の導電率（目的導電率）を紫外線照射前の導電率に対して１０ｎ倍に向上させるときは、おおむね、０．８６・ｎ時間ないし１．０９・ｎ時間（但し、０＜ｎ≦６）を目安に照射を行えばよい。これは積算照射エネルギー密度（＝照射エネルギー密度×照射時間）でいえば、約（３０９・ｎ）Ｊ／ｃｍ２ないし（３９２・ｎ）Ｊ／ｃｍ２に当たる。導電率は紫外線の積算照射エネルギー密度によるから、例えば、同じ導電率を得るのであれば、照射エネルギー密度を４倍にすれば照射時間は１／４でよい。従って、照射前の導電率を測定したうえで目的導電率を決めれば容易に照射エネルギー密度と照射時間とを設定することができ、紫外線の適切な照射によって所望の導電率を持つアモルファスＩＧＺＯからなる半導体層を得ることができる。
【００７１】
例えば、同図によれば、４．５時間程度（積算照射エネルギー密度で１６２０Ｊ／ｃｍ２程度）の紫外線照射をすることにより、その導電率は約１０−１Ｓ／ｍ程度以上に向上することが認められる。また、サンプル＃１のように、紫外線照射前の導電率によっては、約３．５２時間程度（積算照射エネルギー密度で１２６７Ｊ／ｃｍ２程度）でもこの程度の導電率に達する。そして、この程度の高い導電率であれば、電極として機能させることができる。
【００７２】
なお、第１ソース領域１５ａ及び第１ドレイン領域１６ａに照射すべき紫外線の積算照射エネルギー密度は、一般的に、第１ソース領域１５ａ全体及び第１ドレイン領域１６ａ全体の抵抗がそれぞれ薄膜トランジスタ２０がオン状態のときのチャネル領域１７の抵抗（オン抵抗）よりも低くなるような値とすることが望ましい。従って、このような観点から照射すべき積算照射エネルギー密度を設定してもよい。このようにすることにより、第１ソース領域全体又は第１ドレイン領域全体の抵抗による電圧降下を、例えば液晶表示装置の場合であれば画像信号等の信号レベルの低下を小さくすることができる。
【００７３】
このように、半導体層１４の第１ソース領域１５ａ又は第１ドレイン領域１６ａとすべき領域に選択的に紫外線を照射することにより、成膜後にこれらの領域の導電率を容易に制御することができる。しかも、半導体層１４にダメージを与えることなくその導電率を所望の値に制御することができる。そのため、チャネル領域１７よりも導電率の高い第１ソース領域１５ａ又は第１ドレイン領域１６ａを形成するために従来のようにイオンドーピング等によって不純物注入を行う必要がなく、チャネル領域１７、第１ドレイン領域１６ａ及び第１ソース領域１５ａの不純物濃度は同じでよい。従って、高価なイオンドーピング装置等が不要となり製造工程の合理化を図ることができるだけでなく、イオンドーピングによる半導体層のダメージを回避することができる。なお、紫外線の積算照射エネルギー密度は、アモルファスＩＧＺＯ半導体層の膜厚にも依存し、一般に、膜厚が厚ければより大きなエネルギー密度を必要とする。
【００７４】
このように紫外線照射工程を経た後、図３（ｃ）に示すように、酸化シリコン等を用いてＣＶＤ法により第２絶縁層であるパッシベーション層１９を基板全面に形成し、さらに、コンタクトホール２３を形成する（第６ステップ）。これにより、半導体層１４及びドレイン電極２６等はパッシベーション層１９に覆われるとともに、ソース領域１５と導通させるためのコンタクトホール２３を形成できる。コンタクトホール２３は、パッシベーション層１９を貫通し第２ソース領域１５ｂに到達している。次に、透明導電層をスパッタリング法等により基板全面に形成し、これをパターニングすることにより、画素電極３２を形成する（第７ステップ）。以上の工程により、ＩＧＺＯを半導体層とするボトムゲート型の薄膜トランジスタ２０、画素電極３２及び各種配線等が形成され、セル・アレイ基板１０１が形成される。
【００７５】
次に、セル・アレイ基板１０１とカラーフィルター等を設けた対向基板とに配向処理等を行い、その後、両基板をシール材で貼り合わせる。シール材は、例えば光硬化型のアクリル樹脂のような、紫外線硬化型のシール材を用いる。このようにしてシールされた液晶基板の間に液晶を注入し、駆動回路や偏光板及びバックライト等の光学部材などを取り付けることにより液晶表示装置１００が完成する。なお、ＦＦＳ型及びＩＰＳ型の液晶表示装置の場合においても、コモン電極（対向電極）がセル・アレイ基板に備えられる等の構造上の違いはあるが、本発明を適用することができる。以上のとおり、本実施の形態によれば、ＩＧＺＯを半導体層とするボトムゲート型薄膜トランジスタ及びこれを用いた液晶表示装置の製造において、半導体層の導電率の制御による半導体層へのダメージやエッチングによるチャネル領域へのダメージが生じないような薄膜トランジスタ及び液晶表示装置の製造が可能となり、オフ電流が小さく、しかも信頼性の高い薄膜トランジスタ及び液晶表示装置を提供することができる。
【００７６】
［具体例］
以下、本発明の製造方法の具体例を説明する。絶縁性及び透明性のあるガラス基板１１上に、まず、第１金属層を成膜した。下層をＡｌＮｄ層とし、上層をＭｏとする２層の積層された第１金属層をスパッタ法により形成し、これをパターニングしてゲート電極１２及び走査線７２を形成した。下層のＡｌＮｄ層の組成はＡｌにＮｄを約２％含有させたものを使用した。この金属層は、遮光性を有する。第１金属層の厚さは３００ｎｍとした。
【００７７】
次に、プラズマＣＶＤ法により酸化シリコンを用いてゲート絶縁膜１３を形成した。ゲート絶縁膜１３の形成時の基板温度は２００℃とした。膜厚は３００ｎｍであった。次に、第２金属層を成膜した。第２金属層はＭｏ−Ａｌ−Ｍｏの３層構造の金属層を用いた。第２金属層の成膜後、パターニングによりソース電極２５、ドレイン電極２６及び信号線８２を形成した。
【００７８】
次に、半導体層１４の形成にあたっては、スパッタリング法を用いた。ターゲットは、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ、及びＯの各成分の組成比を１：１：１：４とするインゴットを用いた。スパッタ装置の投入パワーは、０．５ＫＷとした。成膜時の基板温度は室温とし、雰囲気は、全圧０．２６５Ｐａ、酸素分圧は０．０１１Ｐａとした。成膜時のガス流量は、キャリアガスとしてのＡｒは６７ｓｃｃｍ、ホルダーガスとしてのＡｒは２２ｓｃｃｍ、酸素は４ｓｃｃｍとした。なお、ｓｃｃｍとは、ｓｔａｎｄａｒｄ ｃｃ／ｍｉｎの略である。成膜レートは４３．２ｎｍ／ｍｉｎである。これにより、膜厚１００ｎｍの透明なｎ型アモルファスＩＧＺＯ層を成膜することができた。
【００７９】
図４に示すとおり、このＩＧＺＯ層の導電率は、常温で、約６×１０−５Ｓ／ｍないし４×１０−７Ｓ／ｍであったため、薄膜トランジスタの半導体層１４として使用できる。なお、導電率の測定には２探針測定法を用いた。このように成膜されたアモルファスＩＧＺＯ半導体層を、フォトリソグラフィー法とエッチング法を用いることにより、適当な大きさと形状にパターニングして成形し、薄膜トランジスタのチャネル領域１７、ドレイン領域１６及びソース領域１５となるべき半導体層１４を形成した。エッチング液には濃度３．２％の蓚酸を用いた。エッチングの温度は３０℃とした。このエッチングによる下層の第２金属層への影響はなかった。
【００８０】
次に、基板１１の裏面から、ゲート電極１２、ソース電極２５及びドレイン電極２６をシャドーマスクにして半導体層１４に向けて紫外線を照射した。光源装置として、ＨＯＹＡ ＣＡＮＤＥＯ ＯＰＴＲＯＮＩＣＳ社製のＵＶ照射装置（型番ＵＬ７５０）を用いた。この装置は超高圧水銀ランプを光源とする装置であり、このランプは波長が約２７０ｎｍから約４５０ｎｍまでにわたる紫外線を放射する。紫外線照射時の基板１１の温度は室温であり、照射雰囲気は大気中で行った。なお、成膜後、紫外線照射工程の前に、特殊な雰囲気で特殊な温度でのアニール処理は行わなかった。また、レーザー照射もイオンドーピングも行わなかった。
【００８１】
紫外線照射エネルギー密度は１００ｍＪ／ｓｅｃ・ｃｍ２とした。この照射エネルギー密度であれば、他の用途に用いられているような一般的な紫外線照射装置を使用して照射を行うことができるため、製造設備の合理化を図ることができる。そして、照射時間を約４．５時間（積算照射エネルギー密度で約１６２０Ｊ／ｃｍ２）としたところ、第１ソース領域１５ａ及び第１ドレイン領域１６ａの導電率を約１０−１Ｓ／ｍまで向上させることができた。
【００８２】
なお、紫外線照射後のＩＧＺＯ層をＳＳＩ社製ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光）分析器ＸＰＳ Ｍ−Ｐｒｏｂｅを用いて化学量論比の解析を行ったところ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ、及びＯ（酸素）の各成分の組成比は略１：１：０．６：３であった。また、紫外線照射前後のＩＧＺＯ層は、いずれも透明であり、リガク社のＸ線回折装置ＲＩＮＴ−２０００を用いて入射角１度でＸ線回折を行ったところ、ＩｎＧａＺｎＯ４結晶に見られるような回折ピークは認められず、いずれもアモルファスＩＧＺＯ層であることが確認された。次に、酸化シリコンを用いてＣＶＤ法でパッシベーション層１９を形成し、コンタクトホール２３を開口し、次に、ＩＴＯを用いて画素電極３２を形成して所定のパターニングを行った。これ以降の工程は、製造方法の欄で説明したとおりである。
【００８３】
［変形例１］
本実施の形態においては、上述のとおり、第２ソース領域１５ｂは金属層からなるソース電極２５によって紫外線照射が遮られるため高導電率化されないが、ソース電極２５を備えることにより、画素電極３２に接続されたスイッチング素子としてだけでなく、例えば、走査線駆動装置７０に含まれるゲートドライバー回路等を構成する薄膜トランジスタとしても汎用的に使用することができる。
【００８４】
変形例の一つとして、本発明は、ソース電極２５を設けないようにすることもできる。これについて、図５に基づいて説明する。図５は、本変形例にかかる液晶表示装置１００の画素部の断面図である。本変形例においては、上記実施の形態で説明したものと比べ、ソース電極２５を設けない点等のいくつかの点で相違するに過ぎないため、このような相違点を中心に説明するとともに、前記実施の形態で説明した構成要素と同一又は相当するものには同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００８５】
例えば、液晶表示装置の画素部の薄膜トランジスタ２０においては、画素電極３２とソース領域１５との接続部にソース電極２５を設けないようにすることもできる。ソース電極２５を設けない構成をとることにより、紫外線がソース電極２５によって遮られることがないため、第２ソース領域１５ｂは第１ソース領域１５ａと同じように紫外線の裏面照射により導電材料並みに高導電率化され、ソース領域１５全体が高導電率化される。従って、画素電極３２とソース領域１５と直接に接続して両者間の導通をとることができる。このような構造の薄膜トランジスタの場合にはオフ電流を小さくする抵抗として機能する層は第２ドレイン領域１６ｂとなるが、このような構造であっても、本実施の形態で説明したのとほぼ同様の作用及び効果を奏する。また、ソース領域１５も画素電極３２も透明であるため、このような構成をとることにより、コンタクトホール２３の周辺においても十分に光を透過することができ、開口率の向上に寄与する。
【００８６】
［変形例２］
上記実施の形態における半導体層１４の形成後の工程において、さらに、紫外線を半導体層照射する工程（「サブ紫外線照射工程」という。）を加えてもよい。例えば、半導体層１４の形成後、前記実施の形態で説明した紫外線照射工程（「メイン紫外線照射工程」という。）の前又は後において、半導体層１４の側から、即ち、基板の表面の側からゲート電極１２に向けて紫外線を照射（表面照射）することにより、半導体層全体の導電率を向上することができる。サブ紫外線照射工程を追加することにより、半導体層の導電率が低いためにそのままでは薄膜トランジスタのチャネル領域１７とすることが好ましくないような場合でもその導電率をチャネル領域１７として適切な導電率にまで向上させることができる。なお、サブ紫外線照射工程は、半導体層をパターニングする前、即ちＩＧＺＯ層の成膜後エッチング前でもよいし、パターニングをした後でもよい。
【００８７】
サブ紫外線照射工程において紫外線を照射する領域は、半導体層のパターニング前後を問わず、半導体層全体でもよいし選択的に照射してもよく、少なくとも、将来薄膜トランジスタ２０のチャネル領域１７となるべき領域に照射する。なお、将来ソース領域１５やドレイン領域１６となるべき領域にも同時に又は異時に、同量又は異なる量の紫外線を照射してもよい。サブ紫外線照射工程は、チャネル領域１７、第２ソース領域１５ｂ及び第２ドレイン領域１６ｂの導電率を制御する工程であるため、成膜後の半導体層の導電率がこれらの領域の導電率としてはじめから適切な場合には照射を行う必要はない。
【００８８】
サブ紫外線照射工程をメイン紫外線照射工程よりも前に行う場合には、サブ紫外線照射工程において半導体層の全面に紫外線を照射することにより、チャネル領域１７、ドレイン領域１６及びソース領域１５は、いずれもその導電率が同じ目的導電率を持つ半導体層１４として形成される。表面照射を行うことにより、裏面照射の場合とは異なり、半導体層全体に照射することが可能となる。サブ紫外線照射の照射時間は、図４に示すとおり、照射エネルギー密度が１００ｍＪ／ｓｅｃ・ｃｍ２の場合には、例えば、約０．４１時間ないし２時間以上（積算照射エネルギー密度でいえば約１４８ないし７２４Ｊ／ｃｍ２以上）にすればその導電率を約１０−４Ｓ／ｍ（ジーメンス／ｍ）程度にまで高くすることができる。
【００８９】
また、例えば、約１．４７時間ないし２．８１時間以下（積算照射エネルギー密度でいえば約５２９ないし１０１２Ｊ／ｃｍ２以下）にすればその導電率を約１０−３Ｓ／ｍ程度以下に留めることができる。このようにすることにより、約１０−４ないし１０−３Ｓ／ｍの導電率を持つチャネル領域１７を形成することができる。また、このようなサブ紫外線照射工程によって半導体層、特にチャネル領域にダメージを与えることはない。また、サブ紫外線照射工程をメイン紫外線照射工程よりも後に行う場合には、サブ紫外線照射工程における紫外線の積算照射エネルギー密度に応じてそれぞれの領域の導電率が向上する。
【００９０】
なお、サブ紫外線照射工程における紫外線の積算照射エネルギー密度は、チャネル領域１７、第１ソース領域１５ａ、第２ソース領域１５ｂ、第１ドレイン領域１６ａ及び第２ドレイン領域１６ｂの最終的な目的導電率に応じて、メイン紫外線照射工程における紫外線の積算照射エネルギー密度を考慮して決定することができる。また、サブ紫外線照射工程での照射時間や積算照射エネルギー密度以外の照射条件（紫外線光源や光源装置等）は、上記実施の形態で説明したものと同様であり、また、サブ紫外線照射工程以外の工程は、上記実施の形態及びその具体例で説明したものと同様である。
【００９１】
以上のようにして製造された薄膜トランジスタは、液晶表示装置等の各種の表示装置に使用することができる。また、液晶表示装置等の表示装置は、テレビジョン受像機、パーソナルコンピューター用のモニター、携帯電話、車載用モニター、及びゲーム機その他のフラットパネルディスプレーとして使用することができる。
【００９２】
なお、図１ないし図３及び図５は本実施の形態を説明するために、本実施の形態に関連する主要な部材や部材間の関係を簡略化して記載したに過ぎないものである。ここまでの説明で言及した以外にも、薄膜トランジスタや表示装置を構成するには多くの部材が使われる。しかしそれらは当業者には周知であるので、ここでは詳しく言及しない。また、本実施の形態で説明した表示装置はあくまで一例に過ぎず、それら以外の表示装置であっても、当業者が任意に選択することができる範囲においては本発明の範囲に含まれる。そして、これまで本発明について図面に示した特定の実施の形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られたいかなる構成であっても採用することができることはいうまでもないことである。
【符号の説明】
【００９３】
１０…画素部
１１…基板
１２…ゲート電極
１３…ゲート絶縁膜
１４…半導体層
１５…ソース領域
１５ａ…第１ソース領域
１５ｂ…第２ソース領域
１６…ドレイン領域
１６ａ…第１ドレイン領域
１６ｂ…第２ドレイン領域
１７…チャネル領域
１９…パッシベーション層
２０…薄膜トランジスタ
２２…紫外線
２５…ソース電極
２６…ドレイン電極
３２…画素電極
７２…走査線
８２…信号線
１００…液晶表示装置
１０１…セル・アレイ基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜トランジスタ、液晶表示装置及びこれらの製造方法に関し、特に、金属酸化物系のアモルファス半導体薄膜を用いた薄膜トランジスタ、液晶表示装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、金属酸化物系半導体薄膜を用いた半導体素子が注目されている。この薄膜は、低温で成膜することができ、また、可視光に対して透明な膜を形成できること等の特徴を有しており、プラスチック基板やフィルムなどの透明性基板上にフレキシブルで透明な薄膜トランジスタを形成することが可能である（特許文献１）。
【０００３】
また、薄膜トランジスタの活性層に用いる酸化物半導体膜として、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎを含む酸化物から構成される半絶縁性の透明なアモルファス薄膜が知られており、これをチャネル層に用いるとともに、電気伝導度の大きなＩｎＧａＺｎＯ３（ＺｎＯ）４の層にＡｕ膜を積層したものをソース電極及びドレイン電極として用いたトップゲート型薄膜トランジスタの構造が開示されており、さらに、アモルファスＩｎＧａＺｎＯ４ 薄膜トランジスタはアモルファスシリコン薄膜トランジスタに比べて格段に大きな移動度を有することが開示されている（特許文献２）。そして、このような優れた特性を備える薄膜トランジスタを液晶表示装置に利用すべく、現在活発な研究開発が行われている。なお、本明細書においては、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎを含む酸化物を「ＩＧＺＯ」と呼ぶこととする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１５０９００号公報
【特許文献２】特開２００６−１６５５２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＩＧＺＯ薄膜を例えばガラス基板上に成膜するには、一般に、スパッタリング法が用いられている。ＩＧＺＯ薄膜の形成にスパッタリング方式を用いることにより、一般にアモルファスのＩＧＺＯ薄膜を形成することができ、そして、その成膜時のガス流量や成膜雰囲気中の酸素分圧等の成膜条件を制御することで成膜の導電率やキャリア濃度、移動度等を制御することができる。しかしながら、これらの成膜条件の範囲は非常に狭い上に、得られる導電率や移動度は限られた範囲のものに留まっており、移動度や導電率を飛躍的に向上することは困難である。そのため、スパッタリング法で成膜したアモルファスＩＧＺＯ薄膜の導電率が低いためにこれを薄膜トランジスタの半導体層として使用できない場合には、例えば、移動度や導電率を飛躍的に向上させるために、レーザーアニールによる結晶化やイオンドーピング等の方法が考えられている。しかし、いずれの方法もＩＧＺＯ半導体層にダメージを与えたり製造工程が複雑化したり高価な装置を必要とする。
【０００６】
また、このようなＩＧＺＯを半導体層とする薄膜トランジスタは一般に高い移動度を備えるため、その裏返しとしてオフ時のドレイン電流（オフ電流（Ｉｏｆｆ））が増加しがちである。そして、例えば、液晶表示装置の画素のスイッチング素子として使用した場合に、そのオフ電流が増加すると次の選択期間（画像信号を書き込む次の期間）の到来まで電荷を保持していることができなくなり大きな問題となる。従って、より適切な方法によって半導体層の導電率を制御できる製造方法だけでなく、オフ電流の値を小さくできるような構造を備える薄膜トランジスタ及びその製造方法が求められている。
【０００７】
また、ＩＧＺＯを半導体層とするボトムゲート型の薄膜トランジスタであって金属からなるソース電極及びドレイン電極が半導体層の直上に形成された構造を備える薄膜トランジスタを形成する場合には、金属層をエッチングする際にＩＧＺＯ半導体層がさらにダメージを受けるという不具合がある。即ち、このような金属層からなるソース電極及びドレイン電極がＩＧＺＯ半導体層の直上に形成された構造を備えるボトムゲート型薄膜トランジスタ、言い換えれば、ゲート電極から見て金属層からなるソース電極及びドレイン電極がＩＧＺＯ半導体層の向こう側にあるようなトップコンタクト構造のボトムゲート型薄膜トランジスタにおいては、このような金属層に対してウェットエッチングを施すと、チャネル領域上の金属層がエッチングされるだけでなくチャネル領域となるＩＧＺＯ半導体層もエッチングされてしまい、ＩＧＺＯ半導体層の層厚が薄くなったりエッチングの際にエッチング液の濃度等の局所的な不均一によって半導体層自体が除去されたりする。
【０００８】
ＡｌやＭｏのような金属層のウェットエッチングに用いるエッチャントは、一部のエッチャントを除き、一般にＩＧＺＯに対してもエッチャントとして機能するため、このようなことが生じやすい。また、金属層からなるソース電極及びドレイン電極に対してドライエッチング法でエッチングをするという方法もあるが、薄膜トランジスタの半導体層のチャネル領域がプラズマによってダメージを受け薄膜トランジスタのスレッシュホールド電圧が大きくシフトしたり薄膜トランジスタのオフ電流の値が増加したりするというような薄膜トランジスタの特性変動が生じ、信頼性上の問題がある。このように、ＩＧＺＯを半導体層とするボトムゲート型の薄膜トランジスタを形成するためには、ＩＧＺＯ半導体層の導電率を制御においても、また、エッチングにおいても、半導体層、特にチャネル領域にダメージを与えないような製造方法が必要となる。
【０００９】
本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、ＩＧＺＯを半導体層とするボトムゲート型薄膜トランジスタ及びこれを用いた液晶表示装置の製造方法であって、半導体層へのダメージを生じさせることなく半導体層の導電率を制御することが可能な方法を提供することにある。また、本発明の目的は、エッチングによってもチャネル領域へのダメージが生じないような方法を提供することにある。さらに、本発明の目的は、オフ電流が小さく、しかもこのようなダメージを受けない信頼性の高い薄膜トランジスタ及びこれを用いた液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、基板上に遮光性を備えるゲート電極を形成する第１工程と、該ゲート電極の上にゲート絶縁膜を形成する第２工程と、遮光性を備え金属層からなるソース電極及びドレイン電極を形成する第３工程と、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎを含むアモルファス酸化物からなる薄膜トランジスタの半導体層をその一部が該ソース電極の一部及び該ドレイン電極の一部を覆うように形成する第４工程と、紫外線を該ゲート電極の側から該半導体層に向けて照射することにより該半導体層のうち該紫外線が照射された領域に該照射前よりも導電率の高いアモルファスの第１ソース領域及び第１ドレイン領域を構成する第５工程とを含むことを特徴とする。かかる構成をとることにより、ゲート電極から見て金属層からなるソース電極及びドレイン電極がＩＧＺＯ半導体層の手前側にあるような構造のボトムゲート型の薄膜トランジスタを形成することができる。
【００１１】
即ち、本発明は、薄膜トランジスタの半導体層の材料としてＩｎ、Ｇａ及びＺｎを含む透明なアモルファス酸化物を用いているため、これに紫外線を照射することにより、半導体層を導電材料並みに高導電率化することができる。そして、このような紫外線を半導体層の一部の領域に選択的に照射することにより、その照射された領域のみ導電率を高めることができる。本発明においては、ゲート電極は遮光性を備えるため、紫外線をゲート電極の側、即ち、基板の裏面側から半導体層に照射することによりゲート電極がシャドーマスクとして機能し、半導体層のうち第１ソース領域及び第１ドレイン領域となるべき領域に紫外線が選択的に照射され、電極として機能する程度の高い導電率を備えた透明な第１ソース領域及び第１ドレイン領域を構成することができる。一方、半導体層のうち紫外線の照射がされてなかった領域の導電率は照射前の導電率がそのまま維持されることになるため、薄膜トランジスタのチャネル領域となるべき領域には遮光性のあるゲート電極によって紫外線が照射されずその領域は薄膜トランジスタのチャネルとして使用できる導電率を備える領域となる。その結果、このような紫外線照射工程を経てセルフアライン構造を備える薄膜トランジスタが形成される。
【００１２】
また、半導体層の一部がソース電極の一部及びドレイン電極の一部を覆うように形成されているため、半導体層のうちソース電極及びドレイン電極を覆っている領域は紫外線が裏面照射されてもソース電極及びドレイン電極によって遮光される。その結果、この遮光された領域の半導体層は照射前の導電率を備え、ソース電極及びドレイン電極とそれぞれ導通する第２ソース領域及び第２ドレイン領域として構成されることになる。そして、このような導電率の制御はいずれも紫外線の照射によるものであるため、レーザー光照射やイオンドーピングを行う場合のように基板や半導体層にダメージを与えることなく、薄膜トランジスタの半導体層の導電率の制御を行うことができる。
【００１３】
そして、半導体層の一部、即ちソース領域の一部及びドレイン領域の一部はそれぞれソース電極及びドレイン電極の上に形成されるため、本発明の薄膜トランジスタは、ゲート電極から見て金属層からなるソース電極及びドレイン電極が半導体層の手前側にあるようなボトムコンタクト構造のボトムゲート型薄膜トランジスタとなる。そして、半導体層は、金属層の直上に成膜された後、所定の形状にパターニングすることにより形成される。このパターニングにおいては、ＩＧＺＯの半導体層の直上には金属層は存在しないため金属用のエッチャントを使用する必要がなく、従って金属用エッチャントがＩＧＺＯの半導体層にさらされることがない。また、ドライエッチングも使用する必要がないため、ＩＧＺＯ半導体層の、特にチャネル領域がプラズマによるダメージを受けることはない。このように、ＩＧＺＯを半導体層とするボトムゲート型薄膜トランジスタにおいて、半導体層へのダメージを生じさせることなく半導体層の導電率を制御することが可能となり、また、エッチングによってもチャネル領域へのダメージが生じない。そのため、信頼性の高い薄膜トランジスタを製造することができる。
【００１４】
さらに、本発明においては、第２ソース領域及び第２ドレイン領域は紫外線照射前の導電率、即ち、チャネル領域と同じ導電率を持つことになるため、第１ソース領域及び第１ドレイン領域と比べてその導電率が低く高抵抗となる。そのため、第２ソース領域及び第２ドレイン領域が薄膜トランジスタのドレイン電流に対して抵抗として機能し、ドレイン電流を小さくすることができる。そして、このように第１ドレイン領域とドレイン電極との間に高導電率化されず抵抗性をもつＩＧＺＯ層である第２ドレイン領域が挟まれて残ることにより、特に、オフ時のドレイン電流であるオフ電流を小さくすることができるという顕著な効果を奏する。このようなオフ電流低減作用及び効果はソース側の第２ソース領域についても同様である。
【００１５】
本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、前記紫外線が前記ソース電極及び前記ドレイン電極によって遮光されることにより、前記半導体層のうち該ソース電極及び該ドレイン電極を覆っている領域には照射前の導電率を備え該ソース電極及び該ドレイン電極とそれぞれ導通する第２ソース領域及び第２ドレイン領域が構成されることを特徴とする。本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、前記第１ソース領域又は前記第１ドレイン領域の前記紫外線の照射後の抵抗は、前記薄膜トランジスタのオン抵抗よりも低いことを特徴とする。かかる構成をとることにより、第１ソース領域全体又は第１ドレイン領域全体の抵抗による電圧降下を、例えば液晶表示装置等の場合には画像信号等の信号レベルの低下を小さくすることができる。
【００１６】
本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、前記半導体層のチャネル領域の不純物濃度と前記第１ソース領域又は前記第１ドレイン領域の不純物濃度とが同じであることを特徴とする。かかる構成をとることにより、従来のように、チャネル領域よりも導電率の高いソース領域又はドレイン領域を形成するにあたってイオンドーピング等の処理をする必要がないため、製造設備の合理化に寄与する。また、イオンドーピングによるダメージを回避することができるため、薄膜トランジスタの信頼性の向上につながる。
【００１７】
本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、前記紫外線を照射する光源は、面光源であることを特徴とする。本発明は、かかる構成をとるため、基板全体をカバーするような広い照射面積に対して一度に紫外線を一様に照射することができる。また、面光源を使用するため、光線スポットの狭小なレーザー光源の場合のように基板をスキャンする必要がなく、スキャンによる半導体層の二重照射も生じない。そのため、均一な照射エネルギーでもって紫外線を照射することができ、その結果、液晶表示装置のように大面積の表示画面全体にわたって多数の薄膜トランジスタを形成する場合に、工程の簡素化、量産性の向上のみならず、薄膜トランジスタの特性のばらつきを抑えて均一なものとすることができ、輝度ばらつきや輝度むらがなく表示品質の高い表示装置を得ることができる。
【００１８】
本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、前記紫外線を照射する光源は、水銀ランプであることを特徴とする。本発明は、かかる構成をとるため、レーザー光源ではなく、特定の範囲の波長の紫外線を照射するランプを用いることができる。従って、レーザー光による基板の発熱等による不具合を回避することができ、また、プラスチックフィルム基板を使用することが可能となる。また、レーザー光照射装置に比べて安価な紫外線照射装置を使用できる。
【００１９】
本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、前記紫外線の波長は、２７０ｎｍから４５０ｎｍまでの範囲にわたることを特徴とする。このような波長の範囲の紫外線を照射することで、紫外線が照射されたソース領域及びドレイン領域の導電率を適正な程度にまで向上することができる。本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、前記第５工程における紫外線の積算照射エネルギー密度は、導電率を１０ｎ倍（但し、０＜ｎ≦６）に増加させる場合に、（３０９・ｎ）ないし（３９２・ｎ）Ｊ／ｃｍ２とすることを特徴とする。本発明は、かかる構成をとるため、目的導電率を設定すれば紫外線の積算照射エネルギー密度、照射時間等をあらかじめ計算することができる。従って、成膜条件が厳しいために成膜直後の導電率が好ましくない値であっても、成膜後に導電率を容易に制御することができる。
【００２０】
本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、前記第５工程における紫外線の積算照射エネルギー密度は、１６２０Ｊ／ｃｍ２以上であることを特徴とする。本発明は、かかる構成をとるため、ソース領域又はドレイン領域の導電率を電極として機能するのに十分な導電率（例えば、約１０−１Ｓ／ｍ以上）にまで高めることができる。本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、前記第５工程における紫外線の照射エネルギー密度は、１００ｍＪ／ｓｅｃ・ｃｍ２であることを特徴とする。本発明は、かかる構成をとるため、この照射エネルギー密度であれば、他の用途に用いられているような一般的な紫外線照射装置を使用して照射を行うことができるため、製造設備の合理化を図ることができる。
【００２１】
本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、前記半導体層を形成した後、さらに、紫外線を該半導体層の側から前記ゲート電極に向けて照射して該紫外線の照射前よりも導電率の高い半導体層を構成するサブ紫外線照射工程を含むことを特徴とする。この工程を追加することにより、半導体層の成膜後の導電率が低いためにそのままでは薄膜トランジスタのチャネル領域の導電率としては好ましくないような場合でも、このようなサブ紫外線照射工程によってその導電率をチャネル領域として適切な導電率にまで向上させることができ、歩留まりの向上を図ることができる。紫外線が半導体層の側から、即ち、基板の表面の側からゲート電極に向けて照射されるため（表面照射）、半導体層全体の導電率を向上することができる。
【００２２】
本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、前記サブ紫外線照射工程における紫外線の積算照射エネルギー密度を１４８ないし１０１２Ｊ／ｃｍ２とすることを特徴とする。このような積算照射エネルギー密度をえらぶことにより、チャネル領域の導電率を適切なもの（例えば、約１０−４ないし１０−３Ｓ／ｍ）にすることができる。本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、前記半導体層を形成する前記第４工程は、前記アモルファス酸化物を成膜した後、蓚酸を含むエッチャントを用いたウェットエッチングによってパターニングする工程を含むことを特徴とする。かかる構成をとることにより、アモルファスＩＧＺＯを成膜した後、これに対して蓚酸によるウェットエッチングを施すことにより所定の形状の半導体層にパターニングされる。ＩＧＺＯの化学的性質がＩＴＯ（インジウムスズ酸化物：Indium Tin Oxide）の化学的性質に似ていることから、紫外線の照射の前後にかかわらず、蓚酸等のＩＴＯ用のエッチャントを使用することができる。
【００２３】
また、蓚酸は、ＡｌやＭｏ等の金属層をエッチングすることなくＩＧＺＯをエッチングすることができる。このようなウェットエッチングを施しても、ＩＧＺＯの半導体層の直上には金属層は存在しないため金属用のエッチャントを使用する必要がなく、従って金属用エッチャントがＩＧＺＯの半導体層にさらされることがない。また、ドライエッチングも使用する必要がないため、ＩＧＺＯ半導体層の、特にチャネル領域がプラズマによるダメージを受けることはない。従って、従来構造のボトムゲート型薄膜トランジスタであってゲート電極から見て金属層からなるソース電極又はドレイン電極がＩＧＺＯ半導体層の向こう側にあるようなトップコンタクト構造のボトムゲート型薄膜トランジスタのように、金属層に対してウェットエッチングを施すと、チャネル領域上においてはチャネル領域上の金属層がエッチングされるだけでなくチャネル領域となるＩＧＺＯ半導体層もエッチングされてしまい、ＩＧＺＯの半導体層の層厚が薄くなったりエッチング液の濃度等の局所的な不均一によって半導体層自体が除去されたりする、といった不具合を生じない。また、金属層からなるソース電極及びドレイン電極に対してドライエッチング法でエッチングをする場合のように、薄膜トランジスタの半導体層のチャネル領域がプラズマによってダメージを受けスレッシュホールド電圧が大きくシフトしたりオフ電流の値が増加したりするというような薄膜トランジスタの特性変動も生じない。そのため、信頼性の高い薄膜トランジスタを製造することができる。
【００２４】
本発明の薄膜トランジスタは、基板上に形成された遮光性を備えるゲート電極と、該ゲート電極の上に形成されたゲート絶縁膜と、該ゲート絶縁膜の上に形成され遮光性を備える金属からなるソース電極及びドレイン電極と、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎを含むアモルファス酸化物からなる薄膜トランジスタの半導体層であってチャネル領域と該ゲート電極の側から該半導体層に向けた紫外線の照射によって高導電率化されてなる第１ソース領域及び第１ドレイン領域と該ソース電極の一部及び該ドレイン電極の一部をそれぞれ覆うように形成され該紫外線が該ソース電極及び該ドレイン電極によって遮光されることにより該紫外線の照射前の導電率を備えてなる第２ソース領域及び第２ドレイン領域とを含んで構成される半導体層とを含むことを特徴とする。
【００２５】
本発明の液晶表示装置の製造方法は、対向する基板間に液晶を挟持する液晶表示装置の製造方法であって、上記のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法によって薄膜トランジスタを形成する工程と、前記半導体層の上に絶縁層を形成する工程と、該薄膜トランジスタの前記第２ソース領域と導通する画素電極を該絶縁層の上に形成する工程とを含むことを特徴とする。本発明の液晶表示装置は、対向する基板間に液晶を挟持する液晶表示装置であって、上記の薄膜トランジスタと、前記半導体層の上に形成された絶縁層と、該薄膜トランジスタの前記第２ソース領域と導通し該絶縁層の上に形成された画素電極とを含むことを特徴とする。
【００２６】
本発明の液晶表示装置は、対向する基板間に液晶を挟持する液晶表示装置であって、一方の該基板上に形成された遮光性を備えるゲート電極と、該ゲート電極の上に形成されたゲート絶縁膜と、該ゲート絶縁膜の上に形成され遮光性を備える金属からなるドレイン電極と、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎを含むアモルファス酸化物からなる薄膜トランジスタの半導体層であって、チャネル領域と、該ゲート電極の側から該半導体層に向けた紫外線の照射によって高導電率化されてなるソース領域及び第１ドレイン領域と、該ドレイン電極の一部を覆うように形成され該紫外線が該ドレイン電極によって遮光されることにより該紫外線の照射前の導電率を備えてなる第２ドレイン領域とから構成される半導体層と、該半導体層の上に形成された絶縁層と、該ソース領域と導通し該絶縁層の上に形成された画素電極とを含むことを特徴とする。かかる構成をとることにより、液晶表示装置の画素部の薄膜トランジスタの場合には、ソース電極を設けることなくソース領域を画素電極に直接に接続して導通をとることができる。また、第２ドレイン領域は高導電率化されないためオフ電流の低減に寄与する。
【発明の効果】
【００２７】
かかる構成を備えるため、本発明は、ＩＧＺＯを半導体層とするボトムゲート型薄膜トランジスタ及びこれを用いた液晶表示装置の製造方法であって、半導体層へのダメージを生じさせることなく半導体層の導電率を制御することが可能な方法を提供することができる。また、エッチングによってもチャネル領域へのダメージが生じないような方法を提供することができる。さらに、オフ電流が小さく、しかもこのようなダメージを受けない信頼性の高い薄膜トランジスタ及びこれを用いた液晶表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態である液晶表示装置の概略の構成図である。
【図２】本発明の一実施形態である画素部の概略の平面図である。
【図３】本発明の一実施形態である画素部の製造工程の説明図である。
【図４】本発明のアモルファスＩＧＺＯ半導体層の導電率と紫外線照射時間との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の一実施形態の変形例である画素部の概略の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。なお、便宜上、本明細書においては、薄膜トランジスタのソース及びドレインのうち、負荷（例えば、液晶）を接続する側をソースと呼び、他方をドレインと呼ぶこととするが、本発明は、ソースをドレインと呼び、またドレインをソースと呼んでもその作用及び効果は同じである。
【００３０】
［全体構成］
本実施の形態にかかる液晶表示装置は、セル・アレイ基板と対向基板との間に液晶を挟持した液晶パネルを含んで構成される。図１は、本実施の形態にかかるアクティブマトリックス型の液晶表示装置の液晶パネル部の模式的な概略の構成図である。図１（ａ）は、セル・アレイ基板１０１の模式的な平面図であり、図１（ｂ）は、画素部１０及びその周辺の各部材の機能を説明するための等価回路図である。なお、本明細書において説明に用いる各図面では、便宜上、縮尺又は縦横比等を適宜変更している。
【００３１】
セル・アレイ基板１０１には、Ｘ（行）方向に延び走査線外部端子７４と画素部１０内のスイッチング素子である薄膜トランジスタのゲート電極とに接続された複数本の走査線７２が形成されている。走査線７２を介して、薄膜トランジスタを選択的にスイッチングするための信号である走査信号が薄膜トランジスタに供給される。なお、複数本の走査線７２に対応する複数の走査線外部端子７４がセル・アレイ基板１０１の端部近くにＹ方向に沿って設けられている。走査線外部端子７４は、図示しないＡＣＦ（異方性導電体）等を介して走査線ドライバーＩＣ等の走査線駆動装置７０の図示しない所定の端子に接続される。
【００３２】
また、セル・アレイ基板１０１には、Ｙ（列）方向に延び信号線外部端子８４と画素部１０内の薄膜トランジスタのドレイン電極とに接続された複数本の信号線８２が形成されている。信号線８２を介して、走査信号によって選択された薄膜トランジスタに画像信号が供給される。なお、複数本の信号線８２に対応する複数の信号線外部端子８４がセル・アレイ基板１０１の端部近くにＸ方向に沿って設けられている。信号線外部端子８４は、図示しないＡＣＦ等を介して信号線ドライバーＩＣ等の信号線駆動装置８０の図示しない所定の端子に接続される。なお、上記走査線駆動装置７０や信号線駆動装置８０は、セル・アレイ基板１０１上に配設されていてもよい。
【００３３】
そして、セル・アレイ基板上の走査線７２と信号線８２の各交差に対応して、走査線７２と信号線８２とによって区画された領域に画素部１０がマトリクス状に配列されている。画素部１０は薄膜トランジスタ２０及び画素電極３２を含んで構成される（図１（ｂ））。薄膜トランジスタ２０のゲート電極１２は走査線７２に、ドレイン領域１６はドレイン電極２６を介して信号線８２に、それぞれ電気的に接続され導通している。ソース領域１５及びソース電極２５は画素電極３２と電気的に接続され導通している。薄膜トランジスタ２０の詳細は後述する。
【００３４】
コモン電極（対向電極）３４は、画素電極３２と対向するように形成され、各画素部に共通な透明電極である。コモン電極３４は、例えば、ＴＮ（Twisted Nematic）モード又はＶＡ（Vertical Alignment）モード等で動作する液晶表示装置においては、図示しない対向基板上にパターニング形成される。また、例えば、ＩＰＳ（In-Plane Switching）モード又はＦＦＳ（Fringe Field Switching）モードで動作する液晶表示装置においては、コモン電極３４は、セル・アレイ基板１０１上の各画素部のそれぞれに対応してセル・アレイ基板上にパターニング形成される。コモン電極３４には共通電極線（コモン電極線）３５を介して所定の電圧のコモン信号が印加される。画素電極３２と対向電極３４との間には電気光学部材である液晶９９が配設され、セル・アレイ基板１０１と図示しない対向基板とが液晶９９を挟持する構造をなしている。なお、参照番号３８及び３９は、それぞれ、ゲート・ソース間寄生容量Ｃｇｓ及びゲート・ドレイン間寄生容量Ｃｇｄである。また、参照番号２７は保持容量Ｃｓであり、保持容量線２８を介して所定の電圧の保持容量信号が印加される。なお、図１（ａ）においては保持容量線２８の図示を省略している。
【００３５】
このような画素部１０を備える液晶表示装置１００の動作は、例えば次のとおりである。走査線駆動装置７０は、液晶表示装置１００に入力される図示しない画像信号の同期信号その他の情報に基づいて、信号線８２からの画像信号を書き込むべき画素部１０を行単位で選択する走査信号を出力する。信号線駆動装置８０は、同じく画像信号の輝度情報等に基づいて、走査信号に同期して動作し、走査期間に選択された画素部１０に画像信号を供給する。そして、選択された画素部１０内にある薄膜トランジスタ２０を介して、信号線駆動装置８０からの画像信号に応じた電圧が画素電極３２に印加される。即ち、薄膜トランジスタ２０から液晶の光変調を制御する信号である画像信号が画素電極３２に供給される。これによって、画素電極３２とコモン電極３４とからなる一対の電極の間に電界が生じ、この電界によって液晶９９の分子の向き（液晶分子の配向）が制御される。そして、この配向変化を利用して液晶を透過する光を変調することで画像等の表示作用が行われる。このようにして液晶表示装置が構成される。
【００３６】
［画素部及びその周辺］
次に、図２及び図３（ｃ）を参照しながら、スイッチング素子としてボトムゲート型薄膜トランジスタを用いた画素部及びその周辺の構成を説明する。図２は、画素電極３２の形成が終了した時の本実施の形態にかかる画素部１０及びその周辺を含む概略の平面図である。図３（ｃ）は、図２のＡ−Ａ’線における矢視方向の概略の断面構成図である。なお、図２においては、わかりやすく描くためにゲート絶縁膜１３及びパッシベーション層１９を取り除いて記載しており、また、見る層を適宜変更している。
【００３７】
画素部１０は、薄膜トランジスタ２０及び画素電極３２を含んで構成される。薄膜トランジスタ２０は、走査線７２と信号線８２との交差部の近傍に設けられる。薄膜トランジスタ２０は、基板１１上に形成されたゲート電極１２と、ゲート電極１２の上に形成された第１絶縁層であるゲート絶縁膜１３と、ゲート絶縁膜１３の上に形成された半導体層１４とを含んで構成される。また、ゲート絶縁膜１３と半導体層１４との間には、第２金属層からなるソース電極２５及びドレイン電極２６が形成されている。また、半導体層１４の上には第２絶縁層であるパッシベーション層１９が形成され、パッシベーション層１９の上には、パッシベーション層１９を貫通するコンタクトホール２３を介してソース領域１５の一部である第２ソース領域１５ｂと導通する画素電極３２が形成されている。従って、画素電極３２及びソース領域１５は互いに導通している。
【００３８】
半導体層１４は、その材質としては、ＩＧＺＯからなる透明なアモルファス半導体であることが望ましい。半導体層１４は、チャネル領域１７と、チャネル領域１７を挟んで形成されているソース領域１５及びドレイン領域１６とから構成され、これらが一体に、即ち、これら３つの領域が互いに離間されることなく島状の一個の成形物として形成されている。そして、これらチャネル領域１７、ソース領域１５及びドレイン領域１６はそれぞれ半導体層１４の一部を構成する。
【００３９】
また、ソース領域１５は、互いに離間することなく隣接した第１ソース領域１５ａと第２ソース領域１５ｂとを含んで構成され、同様に、ドレイン領域１６は、互いに離間することなく隣接した第１ドレイン領域１６ａと第２ドレイン領域１６ｂとを含んで構成される。半導体層１４の成膜時にはこれらのチャネル領域１７、ソース領域１５、ドレイン領域１６の３つの領域のいずれにおいてもその導電率は同じであるが、後述するように半導体層の成膜後の所定の工程において紫外線を選択的に照射することにより、第１ソース領域１５ａ及び第１ドレイン領域１６ａの導電率はチャネル領域１７、第２ソース領域１５ｂ及び第２ドレイン領域１６ｂの導電率よりも高くなるように構成される。紫外線照射と導電率との関係についても詳細は後述する。ゲート電極１２は、遮光性の金属層により形成されており、各画素部１０において走査線７２からチャネル領域１７に向けて枝状に分岐したような形状でチャネル領域１７の下にゲート絶縁膜１３を介して形成されており、走査線７２はゲート電極１２と導通している。
【００４０】
ドレイン電極２６は、信号線８２から各画素部１０において枝状に分岐したような形状で形成されており、ドレイン領域１６はドレイン電極２６即ち信号線８２と導通している。なお、ドレイン領域１６は枝状に形成されたドレイン電極２６の側端２６ｅを上から覆うように形成されている。また、ドレイン領域１６の一部はドレイン電極２６の一部を覆うように形成されており、これにより半導体層１４の一部がドレイン電極２６の一部を覆い、また、これらは平面視で重なり合っている。ドレイン電極２６は半導体層１４の直下に形成されている第２金属層をパターニングして成形されたものである。従って、本実施の形態の薄膜トランジスタ２０は、ゲート電極１２から見て金属層からなるドレイン電極２６が半導体層１４の手前側にあるようなボトムコンタクト構造のボトムゲート型薄膜トランジスタである。
【００４１】
そして、ドレイン領域１６の一部である第１ドレイン領域１６ａは、後述のように、紫外線２２が裏面照射されることによってチャネル領域１７よりも高導電率化された領域であり、導電材料並みに高導電率化されている。一方、ドレイン領域１６の他の一部である第２ドレイン領域１６ｂは、遮光性のあるドレイン電極２６によって紫外線が遮光されたため紫外線照射前の導電率と同じ導電率を備える領域であり、おおむねドレイン領域１６のうちドレイン電極２６を覆っている領域が第２ドレイン領域１６ｂとなる。
【００４２】
ソース領域１５は、少なくとも画素部１０内のコンタクトホール２３を囲むように、また、画素電極３２の一部と平面視で重なり合うように延びて形成されている。そして、本実施の形態にかかるソース領域１５は、上述のドレイン領域１６と同様に、ソース電極２５の側端２５ｅを上から覆うように形成されている。また、ソース領域１５の一部はソース電極２５の少なくとも一部を覆うように形成されており、これにより半導体層１４の一部がソース電極２５の一部を覆い、また、これらは平面視で重なり合っている。ソース電極２５は半導体層１４の直下に形成されている第２金属層をパターニングして成形されたものである。従って、本実施の形態の薄膜トランジスタ２０は、ゲート電極１２から見て金属層からなるソース電極２５が半導体層１４の手前側にあるようなボトムコンタクト構造のボトムゲート型薄膜トランジスタである。
【００４３】
そして、ドレイン領域と同様に、ソース領域１５の一部である第１ソース領域１５ａは、後述のように、紫外線２２が裏面照射されることによってチャネル領域１７よりも高導電率化された領域であり、導電材料並みに高導電率化されている。一方、ソース領域１５の他の一部である第２ソース領域１５ｂは、遮光性のあるソース電極２５によって紫外線が遮光されたため紫外線照射前の導電率と同じ導電率を備える領域であり、おおむねソース領域１５のうちソース電極２５を覆っている領域が第２ソース領域１５ｂとなる。なお、本実施の形態においては図２及び図３（ｃ）のように、ソース領域１５の一部がソース電極２５の全部を覆うような構成となっているが、液晶表示装置の画素部の薄膜トランジスタのソース側は画素電極に接続されるだけであるからこのような構成でもよい。ソース電極２５を延ばして他に配線接続するような場合には、ドレイン側と同様、ソース領域１５の一部がソース電極２５の一部を覆うような構成をとることもでき、このような場合でも同様の作用及び効果を奏する。
【００４４】
チャネル領域１７は、後述のようにゲート電極１２に対して自己整合的に、ソース領域１５とドレイン領域１６との間に挟まれるように形成されている。画素電極３２は、透明で導電性のある電極であり、走査線７２及び信号線８２と平面視で重なり合わないような形状と大きさを備え、画素部１０の内側におさまるように成形されている。次に、薄膜トランジスタ２０等の各部材について、より詳細に説明する。基板１１としては、絶縁性及び透明性を備える基板であるガラス基板、石英基板等のほか、プラスチック系の基板を使用することができる。表示装置の表示の色を忠実に再現するためには、基板は可視光に対して透明であることがより望ましい。なお、基板１１はセル・アレイ基板１０１の基板となる。
【００４５】
ゲート電極１２及び走査線７２は、基板１１上に第１金属層をパターニングすることにより形成される。第１金属層は、例えば、ＡｌＮｄ、Ａｌ、又はＭｏの単層膜、あるいはＡｌＮｄ、Ａｌ、Ｍｏ、及びＣｕから選択された任意の要素を組み合わせて形成された積層膜でもよい。例えば、形成しようとする配線がＡｌを含み、しかも酸化物半導体やＩＴＯ等の透明導電層と接続するような構造をとる可能性があるときには、第１金属層を積層構造とすることが望ましい。例えば、後工程においてＩＴＯ等と接続される可能性のある上層はＭｏを含む金属とし下層はＡｌＮｄのようなＡｌを含む金属層とすることが望ましい。このような材質や構造をとることにより、ＩＴＯとＡｌとの界面における絶縁性の酸化膜の生成を回避し、良好な電気的接続をとることができる。第１金属層の厚さは２００ｎｍから４００ｎｍが望ましく、より望ましくは３００ｎｍである。なお、薄膜トランジスタ特性の外光による影響を防止する必要がある場合には、少なくともゲート電極には遮光性の高い材料を用いることが望ましい。
【００４６】
第１絶縁層であるゲート絶縁膜１３は、その材質として、酸化シリコン系や窒化シリコン系のＳｉＯｘ、ＳｉＮｘ、又はＳｉＯｘＮｙの単層膜、あるいはこれらを組み合わせた積層膜を使用することができるが、酸化シリコン系が望ましい。ゲート絶縁膜１３はＩＧＺＯと接するため、窒化シリコン系をゲート絶縁膜としてＣＶＤ法で形成する場合には、原料ガスの一つとして用いるアンモニアの窒素等の成分がＩＧＺＯ中の酸素と結合してＩＧＺＯ中の酸素を不足気味にする傾向があり、ＩＧＺＯの特性が変化しやすい。酸化シリコン系であればこのような不都合は生じないため、酸化シリコン系を使用することによりＩＧＺＯの組成比を維持することができる。また、膜厚を薄く形成できる場合には液体性の酸化シリコンを用いることもできる。これにより、絶縁性と透明性のある層を形成することができる。ゲート絶縁膜１３は、一般に、基板１１全体を覆うように形成される。これにより、走査線７２及びゲート電極１２はゲート絶縁膜１３によって覆われる。ゲート絶縁膜１３の膜厚は、１００ｎｍから５００ｎｍが望ましく、より望ましくは２５０ｎｍから３００ｎｍである。
【００４７】
半導体層１４の厚さは、特に限定されないが、５０ｎｍから１５０ｎｍが望ましく、より望ましくは１００ｎｍ程度である。ソース電極２５、ドレイン電極２６及び信号線８２は、第２金属層をパターニングすることにより形成される。第２金属層の材料又は構造は特に限定されず、ＡｌやＭｏの単層膜でもよいが、上層にＩＴＯ等の透明導電層が形成される可能性のあるときは、ＩＴＯ等とＡｌとの界面における絶縁性の酸化膜の生成を回避するために、積層構造とすることが望ましい。例えば、ＩＴＯと接する上層はＭｏとし下層はＡｌとするというような、ＡｌとＭｏを組み合わせて形成された積層膜（積層配線）が望ましい。また、半導体層の材料として酸化物半導体を用いる場合には、特に半導体層としてＩＧＺＯを用いる場合には、ＩＧＺＯはＩＴＯと化学的特性が似ていることから、ＩＧＺＯとＡｌとの界面における絶縁性の酸化膜の生成を回避するために、ＡｌとＩＧＺＯとを接続するときにはＩＧＺＯがＭｏを介してＡｌと接続されるような構造にすることが望ましい。そして、第２金属層の下層が酸化物半導体に接続し上層がＩＴＯ等の透明導電層に接続するような場合には、Ｍｏ−Ａｌ−Ｍｏのように最上層及び最下層がＭｏを含む金属で構成される３層構造の金属層を用いることが望ましい。
【００４８】
このような金属層を用いることにより、Ｍｏがいわゆるカバーメタルとして機能して絶縁性の酸化膜形成が回避される。そのため、Ａｌと酸化物半導体層との界面、及びＡｌとＩＴＯ等の透明導電層との界面においても低抵抗で良好なオーミックコンタクトを得ることができ、良好で信頼性の高い電気的接続をすることができる。本実施の形態においてはドレイン電極２６及びソース電極２５の上にＩＧＺＯの半導体層１４を形成する構成をとっているため、ドレイン電極２６及びソース電極２５と半導体層１４との接続だけを考えれば、上層のみをＭｏとする２層の積層金属層でもよいが、第２金属層を他の配線にも使用する可能性も考慮してこのようなＭｏ−Ａｌ−Ｍｏの３層構造の積層金属層を第２金属層として用いることが望ましい。第２金属層の厚さは２００ｎｍから４００ｎｍであり、より望ましくは３００ｎｍである。
【００４９】
第２絶縁層であるパッシベーション層１９の材質は、絶縁性と透明性とを備える酸化シリコン系や窒化シリコン系等を用いることができるが、第２絶縁層もＩＧＺＯ層と接することからゲート絶縁膜と同様に酸化シリコン系が望ましい。このようにすることにより、ＩＧＺＯの組成比を維持することができる。パッシベーション層１９の膜厚は２００ｎｍから５００ｎｍである。パッシベーション層１９は、基板全面を覆うように形成される。これにより半導体層１４、第２金属層から形成されたソース電極２５、ドレイン電極２６及び信号線８２等がパッシベーション層１９によって覆われる。画素電極３２の材質は、透明性と導電性を備える材質が望ましく、特に限定されないが、例えば、ＩＴＯが用いられる。その膜厚は望ましくは４０ｎｍから６０ｎｍであり、より望ましくは５０ｎｍである。
【００５０】
［製造方法］
次に、図３を参照して、本実施の形態にかかる画素部及びその周辺の製造方法を工程順に説明する。同図は本発明の一実施形態である画素部等の製造工程の説明図である。まず、図３（ａ）に示すように、基板１１の上に、第１金属層を成膜し、これをパターニングすることによりゲート電極１２及び走査線７２を形成する（第１ステップ）。第１金属層の形成方法は、特に限定されないが、スパッタリング方式を使用してもよい。なお、第１金属層の材質や構造は前述のとおりである。
【００５１】
次に、ゲート絶縁膜１３をＣＶＤ法等により基板全面に形成する（第２ステップ）。これにより、第１金属層はゲート絶縁膜１３により覆われる。形成方法としては、ＣＶＤ法が望ましく、熱ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法等を使用することができる。基板温度の上昇を抑えたい場合、例えば、プラスチック系の基板を用いている場合には、ゲート絶縁膜形成時の基板温度は２５０℃程度以下にすることが望ましく、プラズマＣＶＤ法によって形成することができる。次に、第２金属層を成膜する。この第２金属層をパターニングすることにより、第２金属層からなるソース電極２５、ドレイン電極２６及び信号線８２等を形成する（第３ステップ）。その成膜方法は、特に限定されないが、スパッタリング方式を使用してもよい。第２金属層の材質や構造は前述のとおりである。なお、第２金属層をエッチングする際には、ドレイン電極２６の側端２６ｅ及びソース電極２５の側端２５ｅが順テーパをなすような形状にエッチングすることが望ましい。このようにすることにより、側端２６ｅ及び２５ｅを覆うように形成される半導体層１４の段切れを防止することができる。
【００５２】
次に、ＩＧＺＯからなる半導体層１４を形成する（第４ステップ）。ＩＧＺＯの成膜方法は、特に限定されないが、スパッタリング方式が望ましい。ＩＧＺＯの成膜にスパッタリング方式を用いることにより、成膜時のガス流量や成膜雰囲気中の酸素分圧を制御することで導電率やキャリア濃度、移動度等をある程度制御することが可能となり、より安定した組成の成膜をすることができる。また、プラスチック基板にアモルファスＩＧＺＯを成膜する場合には、基板の耐熱性を考慮し、また基板に対するダメージを少なくするために、スパッタリング法が好ましい。
【００５３】
スパッタのターゲットとしては、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ及びＯ（酸素）を含む固体のＩｎＧａＺｎＯ４を用いる。ＩｎＧａＺｎＯ４の分子式で表されている組成比（化学量論比）はＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ：Ｏ＝１：１：１：４であるが、これに比べてＺｎや酸素がプア（ｐｏｏｒ）であるような、例えばＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ：Ｏが１：１：０．５：３．５であるような酸化物を成膜前のターゲットとして使用することもできる。成膜後のＩＧＺＯ層は透明なアモルファス半導体層であり、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ及びＯの各成分の組成比は、１：１：１：４に限られず、略１：１：０．５：２のようにＺｎや酸素がプアなものでもよい。なお、本発明において、「アモルファス」とは、完全にアモルファス状態を持つものだけをいうのではなく、本発明の趣旨を損なわない限り、微結晶を含むものも含まれる。
【００５４】
成膜されたアモルファスＩＧＺＯ層は、蓚酸等によってウェットエッチングを施すことにより所定の形状にパターニングされ、これにより、アモルファスＩＧＺＯからなる薄膜トランジスタ２０の半導体層１４が形成される。この半導体層１４は、単一の島状をなし、後工程の紫外線照射によって、薄膜トランジスタ２０のソース領域１５、ドレイン領域１６及びチャネル領域１７の三つの領域から構成される層となる。
【００５５】
パターニングには、ＩＧＺＯの化学的性質がＩＴＯの化学的性質に似ていることから、紫外線の照射の前後にかかわらず、蓚酸等のＩＴＯ用のエッチャントを使用することができる。蓚酸は、ＡｌやＭｏ等の金属層をエッチングすることなくＩＧＺＯをエッチングすることができる。このようなウェットエッチングであっても、本実施の形態にかかる薄膜トランジスタでは、ＩＧＺＯの半導体層１４の直上には金属層は存在しないため金属用のエッチャントを使用する必要がなく、従って金属用エッチャントがＩＧＺＯの半導体層にさらされることがない。また、ドライエッチングも使用する必要がないため、ＩＧＺＯ半導体層の、特にチャネル領域１７がプラズマによるダメージを受けることはない。従って、ゲート電極から見て金属層からなるソース電極及びドレイン電極がＩＧＺＯ半導体層の向こう側にあるようなトップコンタクト構造のボトムゲート型薄膜トランジスタのように、金属層に対してウェットエッチングを施すと、チャネル領域上においてはチャネル領域上の金属層がエッチングされるだけでなくチャネル領域となるＩＧＺＯ半導体層もエッチングされてしまい、ＩＧＺＯ半導体層の層厚が薄くなってしまったりエッチングの際にエッチング液の濃度等の局所的な不均一によって半導体層自体が除去されたりするといった不具合は生じない。
【００５６】
また、金属層からなるソース電極及びドレイン電極に対してドライエッチング法でエッチングをする場合のように、薄膜トランジスタの半導体層のチャネル領域がプラズマによってダメージを受け薄膜トランジスタのスレッシュホールド電圧が大きくシフトしたり薄膜トランジスタのオフ電流の値が増加したりするというような薄膜トランジスタの特性変動も生じない。そのため、信頼性の高い薄膜トランジスタを製造することができる。また、ＩＧＺＯのエッチャントとしてＩＴＯのエッチャントを兼用することができるため、薄膜トランジスタ製造工程の簡素化を図ることができる。なお、ＩＧＺＯ半導体層のエッチャントは蓚酸に限られるものではなく、上記のような蓚酸と同様の性質を備えるエッチャントであれば、本発明の趣旨を損なわない限り、使用することができる。
【００５７】
次に、図３（ｂ）に示すように、紫外線２２を照射する（第５ステップ）。照射の方法としては、例えば、遮光性のあるゲート電極１２、ソース電極２５及びドレイン電極２６をシャドーマスクとして、ゲート電極１２の側から半導体層１４に向けて、即ち基板１１の裏面（背面）から半導体層１４に向けて紫外線２２を照射する（裏面照射）。このようにゲート電極１２、ソース電極２５及びドレイン電極２６をシャドーマスクとして半導体層１４に向けて紫外線２２を照射することにより、半導体層１４に対して選択的に紫外線を照射することができる。本実施の形態においては、薄膜トランジスタの半導体層１４の材料としてＩＧＺＯからなる透明なアモルファス酸化物を用いているため、これに紫外線２２を照射することにより、半導体層１４の導電率を導電材料並みに高めることができる。そして、このような紫外線を半導体層の一部の領域に選択的に照射することにより、その照射された領域のみ導電率を高めることができる。
【００５８】
そして、ゲート電極１２は遮光性を備えるため、紫外線をゲート電極１２の側、即ち、基板１１の裏面側から半導体層１４に照射することによりゲート電極１２がシャドーマスクとして機能し、半導体層１４のうち第１ソース領域１５ａ及び第１ドレイン領域１６ａとなるべき領域に紫外線が選択的に照射され、電極として機能する程度の高い導電率を備えた透明な第１ソース領域１５ａ及び第１ドレイン領域１６ａを構成することができる。そのため、例えばアモルファスシリコン薄膜トランジスタのように、金属からなるドレイン電極等と接続するためにｎ＋アモルファスシリコン層のような低抵抗半導体層を別途形成する必要がない。一方、半導体層１４のうち紫外線の照射がされなかった領域の導電率は照射前の導電率がそのまま維持されることになるため、薄膜トランジスタのチャネル領域１７となるべき領域には遮光性のあるゲート電極１２によって紫外線が照射されずその領域は薄膜トランジスタのチャネルとして使用できる導電率を備える領域となる。その結果、このような紫外線照射工程を経てセルフアライン構造を備える薄膜トランジスタ２０が形成される。
【００５９】
また、半導体層１４の一部がソース電極２５の一部及びドレイン電極２６の一部を覆うように形成されているため、半導体層１４のうちソース電極２５及びドレイン電極２６を覆っている領域は紫外線が裏面から照射されてもソース電極及びドレイン電極によって遮光される。その結果、この遮光された領域の半導体層は、照射前の導電率を備えソース電極２５及びドレイン電極２６とそれぞれ導通する第２ソース領域１５ｂ及び第２ドレイン領域１６ｂとして構成されることになる。そして、このような導電率の制御はいずれも紫外線の照射によるものであるため、レーザー光照射やイオンドーピングを行う場合のように基板や半導体層にダメージを与えることなく、薄膜トランジスタの半導体層の導電率の制御を行うことができる。紫外線照射と導電率との関係の詳細は後述する。
【００６０】
このように本実施の形態においては、ゲート電極１２、ソース電極２５及びドレイン電極２６をシャドーマスクとして、紫外線２２を裏面照射することにより、高導電率化された第１ソース領域１５ａ、第１ドレイン領域１６ａ及び紫外線照射前の導電率を持つチャネル領域１７がゲート電極１２に対して自己整合的に形成されることになる（セルフアライン）。また、ソース電極２５及びドレイン電極２６をシャドーマスクとして紫外線照射前の導電率を持つ第２ソース領域１５ｂ及び第２ドレイン領域１６ｂの各領域がそれぞれソース電極２５及びドレイン電極２６に対して自己整合的に形成されることになる。
【００６１】
このようにゲート電極１２に対して第１ソース領域１５ａが自己整合的に形成される構造がとられるため、ゲート電極１２とソース領域１５との重なり合いによるゲート・ソース間寄生容量Ｃｇｓ３８及びそのばらつきは非常に小さくなる。そのため、いわゆる突き抜け電圧（フィードスルー電圧）及びそのばらつきも小さくなり、かかる薄膜トランジスタを例えば液晶の画素のスイッチング素子として液晶表示装置に使用することにより、表示画面上での輝度のばらつきや輝度むらを著しく低減することができる。ドレイン側についても同様である。
【００６２】
なお、Ｃｇｓによるこのような突き抜け電圧による不具合を少なくするために、従来と同等又はそれ以上の大きさの保持容量Ｃｓを備えるような構造にすればよいことが知られている。ＣＬＣを１画素あたりの液晶の容量とすれば、突き抜け電圧は、Ｃｇｓ／（Ｃｇｓ＋ＣＬＣ＋Ｃｓ）に比例するため、このようにＣｇｓに比べてＣｓの容量を大きくすることで突き抜け電圧自体を小さくするとともに、Ｃｇｓのばらつきによる突き抜け電圧のばらつきも小さくすることができる。しかし、Ｃｓを構成する一方の電極に遮光性のある金属を用いる場合には、Ｃｓを大容量化するとＣｓによる遮光面積が増加するため、この方法では画素部の開口率が低下するという別の不具合が生じる。しかし、本実施の形態にかかる液晶表示装置や薄膜トランジスタにおいてはＣｇｓが小さいため突き抜け電圧対策としてＣｓを大容量化する必要はなく、従ってこのような不具合は生じず開口率を低下させることはない。
【００６３】
また、第２ソース領域１５ｂ及び第２ドレイン領域１６ｂは、紫外線照射前の導電率、即ち、チャネル領域１７と同じ導電率を持つことになり、第１ソース領域１５ａ及び第１ドレイン領域１６ａと比べてその導電率は低く高抵抗となる。そのため、第２ソース領域１５ｂ及び第２ドレイン領域１６ｂが薄膜トランジスタ２０のドレイン電流に対して抵抗として機能し、ドレイン電流を小さくすることができる。そして、このように第１ドレイン領域１６ａとドレイン電極２６との間に高導電率化されず抵抗性を持つＩＧＺＯ層である第２ドレイン領域１６ｂが挟まれて残ることにより、特に、オフ時のドレイン電流であるオフ電流を小さくすることができるという顕著な効果を奏する。このようなオフ電流低減作用及び効果はソース側の第２ソース領域１５ｂについても同様である。
【００６４】
なお、オフ電流を小さくするには、薄膜トランジスタのチャネル長Ｌを長くするという方法もあるが、この方法では、薄膜トランジスタがオン状態からオフ状態に移行した過渡期にチャネル領域１７とゲート電極１２との間に残る電荷量も増加してしまい、上述の自己整合構造を採用してゲート電極１２とソース領域１５との重なり合いによるゲート・ソース間寄生容量を小さくしたにもかかわらず、このような電荷の増加がゲート・ソース間寄生容量を増加させたのと同様の影響を与えるため、好ましくない。本実施の形態によれば、このような寄生容量の増加を伴うことなく、薄膜トランジスタのオフ電流を小さくすることができる。ドレイン側についても同様である。
【００６５】
なお、ソース電極２５の側端２５ｅ及びドレイン電極２６の側端２６ｅはいずれも高導電率化された第１ソース領域１５ａ及び第１ドレイン領域１６ａに接して形成されているが、ソース電極２５及びドレイン電極２６を形成する第２金属層の厚さを薄くすること等によってオフ電流を小さなものとすることができる。なお、このような構造をとることにより、薄膜トランジスタのオン時のドレイン電流（オン電流）も小さくなるが、アモルファスシリコン薄膜トランジスタに比べ、本実施の形態にかかる薄膜トランジスタ２０は移動度の高いＩＧＺＯからなる半導体層１４を用いているため、オン電流の減少による影響は少ない。
【００６６】
次に、紫外線照射の条件をより詳しく説明する。まず、紫外線照射工程については、少なくとも半導体層１４となるＩＧＺＯ層が成膜された後であって、シャドーマスクとなるゲート電極１２のような遮光層がチャネル領域１７となるべき位置に形成され、また、ソース電極２５及びドレイン電極２６のような遮光層がそれぞれソース領域１５及びドレイン領域１６の一部を覆うようにそれぞれ形成されていれば、言い換えれば、第２ソース領域１５ｂ及び第２ドレイン領域１６ｂとなるべきＩＧＺＯ層が遮光されていれば、本発明の趣旨を損なわない限り、これ以降の工程でなされてもよい。半導体層１４は、パターニングの前、即ちＩＧＺＯ成膜後エッチングの前でもよく、パターニングされた後でもよい。
【００６７】
次に、紫外線照射工程における紫外線の光源、波長、照射エネルギー密度や照射時間等の照射条件は、以下のとおりである。照射する紫外線光源は、面光源であることが望ましい。面光源を用いるため、基板全体をカバーするような広い照射面積に対して一度に紫外線を一様に照射することができる。また、面光源を使用するため、光線スポットの狭小なレーザー光源の場合のように基板をスキャンする必要がないため、スキャンによる半導体層への二重照射やそれに伴う薄膜トランジスタの特性の面内ばらつきも生じない。そのため、均一な照射エネルギーでもって紫外線を照射することができ、その結果、大面積の表示画面全体にわたって多数の薄膜トランジスタを形成する場合に、工程の簡素化、量産性の向上のみならず、薄膜トランジスタの特性のばらつきを抑えて均一なものとすることができ、表示品質の高い、輝度ばらつきや輝度むらのない表示装置を得ることができる。
【００６８】
また、紫外線光源は、レーザー光源ではなく、特定の範囲の波長の紫外線を照射するランプを用いることができる。レーザー光源を用いないため、レーザー光による基板の発熱等による不具合を回避することができ、また、プラスチックフィルム基板を使用することが可能となる。また、レーザー光照射装置に比べて安価な紫外線照射装置を使用できる。紫外線光源として使用するランプの種類は、特に限定されないが、例えば、水銀ランプを使用することができる。照射する紫外線の波長は、約２７０ｎｍから約４５０ｎｍまでにわたる波長であることが望ましい。この波長の範囲の紫外線を照射することで、照射された領域の導電率を向上させることができる。紫外線照射時の基板の温度や照射雰囲気は、特に限定されないが、室温で大気中でも可能である。
【００６９】
次に、紫外線の照射エネルギー密度と照射時間について説明する。図４は、アモルファスのＩＧＺＯ半導体層に対して、照射エネルギー密度が１００ｍＪ／ｓｅｃ・ｃｍ２の紫外線を照射したときの、アモルファスＩＧＺＯ半導体層の導電率と紫外線照射時間との関係を示したグラフである。同図から、照射エネルギー密度１００ｍＪ／ｓｅｃ・ｃｍ２で約６時間以上照射すると導電率の上昇が飽和する傾向が認められるが、それまでの間は、照射時間が６時間で、導電率が、サンプル＃１では照射前の６×１０−５Ｓ／ｍに比べて約３．３３×１０５倍（＝１０５．５２倍）の２×１０１Ｓ／ｍに、サンプル＃２では同じく照射前の４×１０−７Ｓ／ｍに比べて約１０７倍の４Ｓ／ｍに、指数関数的に向上することが認められる。６時間の照射時間で導電率が約３．３３×１０５倍（＝１０５．５２倍）ないし約１０７倍に指数関数的に向上するということは、言い換えれば、約０．８６ないし約１．０９時間ごとに導電率が約１桁増加することを意味する。
【００７０】
紫外線の照射時間の目安としては、照射エネルギー密度を１００ｍＪ／ｓｅｃ・ｃｍ２とした場合に、紫外線照射後の導電率（目的導電率）を紫外線照射前の導電率に対して１０ｎ倍に向上させるときは、おおむね、０．８６・ｎ時間ないし１．０９・ｎ時間（但し、０＜ｎ≦６）を目安に照射を行えばよい。これは積算照射エネルギー密度（＝照射エネルギー密度×照射時間）でいえば、約（３０９・ｎ）Ｊ／ｃｍ２ないし（３９２・ｎ）Ｊ／ｃｍ２に当たる。導電率は紫外線の積算照射エネルギー密度によるから、例えば、同じ導電率を得るのであれば、照射エネルギー密度を４倍にすれば照射時間は１／４でよい。従って、照射前の導電率を測定したうえで目的導電率を決めれば容易に照射エネルギー密度と照射時間とを設定することができ、紫外線の適切な照射によって所望の導電率を持つアモルファスＩＧＺＯからなる半導体層を得ることができる。
【００７１】
例えば、同図によれば、４．５時間程度（積算照射エネルギー密度で１６２０Ｊ／ｃｍ２程度）の紫外線照射をすることにより、その導電率は約１０−１Ｓ／ｍ程度以上に向上することが認められる。また、サンプル＃１のように、紫外線照射前の導電率によっては、約３．５２時間程度（積算照射エネルギー密度で１２６７Ｊ／ｃｍ２程度）でもこの程度の導電率に達する。そして、この程度の高い導電率であれば、電極として機能させることができる。
【００７２】
なお、第１ソース領域１５ａ及び第１ドレイン領域１６ａに照射すべき紫外線の積算照射エネルギー密度は、一般的に、第１ソース領域１５ａ全体及び第１ドレイン領域１６ａ全体の抵抗がそれぞれ薄膜トランジスタ２０がオン状態のときのチャネル領域１７の抵抗（オン抵抗）よりも低くなるような値とすることが望ましい。従って、このような観点から照射すべき積算照射エネルギー密度を設定してもよい。このようにすることにより、第１ソース領域全体又は第１ドレイン領域全体の抵抗による電圧降下を、例えば液晶表示装置の場合であれば画像信号等の信号レベルの低下を小さくすることができる。
【００７３】
このように、半導体層１４の第１ソース領域１５ａ又は第１ドレイン領域１６ａとすべき領域に選択的に紫外線を照射することにより、成膜後にこれらの領域の導電率を容易に制御することができる。しかも、半導体層１４にダメージを与えることなくその導電率を所望の値に制御することができる。そのため、チャネル領域１７よりも導電率の高い第１ソース領域１５ａ又は第１ドレイン領域１６ａを形成するために従来のようにイオンドーピング等によって不純物注入を行う必要がなく、チャネル領域１７、第１ドレイン領域１６ａ及び第１ソース領域１５ａの不純物濃度は同じでよい。従って、高価なイオンドーピング装置等が不要となり製造工程の合理化を図ることができるだけでなく、イオンドーピングによる半導体層のダメージを回避することができる。なお、紫外線の積算照射エネルギー密度は、アモルファスＩＧＺＯ半導体層の膜厚にも依存し、一般に、膜厚が厚ければより大きなエネルギー密度を必要とする。
【００７４】
このように紫外線照射工程を経た後、図３（ｃ）に示すように、酸化シリコン等を用いてＣＶＤ法により第２絶縁層であるパッシベーション層１９を基板全面に形成し、さらに、コンタクトホール２３を形成する（第６ステップ）。これにより、半導体層１４及びドレイン電極２６等はパッシベーション層１９に覆われるとともに、ソース領域１５と導通させるためのコンタクトホール２３を形成できる。コンタクトホール２３は、パッシベーション層１９を貫通し第２ソース領域１５ｂに到達している。次に、透明導電層をスパッタリング法等により基板全面に形成し、これをパターニングすることにより、画素電極３２を形成する（第７ステップ）。以上の工程により、ＩＧＺＯを半導体層とするボトムゲート型の薄膜トランジスタ２０、画素電極３２及び各種配線等が形成され、セル・アレイ基板１０１が形成される。
【００７５】
次に、セル・アレイ基板１０１とカラーフィルター等を設けた対向基板とに配向処理等を行い、その後、両基板をシール材で貼り合わせる。シール材は、例えば光硬化型のアクリル樹脂のような、紫外線硬化型のシール材を用いる。このようにしてシールされた液晶基板の間に液晶を注入し、駆動回路や偏光板及びバックライト等の光学部材などを取り付けることにより液晶表示装置１００が完成する。なお、ＦＦＳ型及びＩＰＳ型の液晶表示装置の場合においても、コモン電極（対向電極）がセル・アレイ基板に備えられる等の構造上の違いはあるが、本発明を適用することができる。以上のとおり、本実施の形態によれば、ＩＧＺＯを半導体層とするボトムゲート型薄膜トランジスタ及びこれを用いた液晶表示装置の製造において、半導体層の導電率の制御による半導体層へのダメージやエッチングによるチャネル領域へのダメージが生じないような薄膜トランジスタ及び液晶表示装置の製造が可能となり、オフ電流が小さく、しかも信頼性の高い薄膜トランジスタ及び液晶表示装置を提供することができる。
【００７６】
［具体例］
以下、本発明の製造方法の具体例を説明する。絶縁性及び透明性のあるガラス基板１１上に、まず、第１金属層を成膜した。下層をＡｌＮｄ層とし、上層をＭｏとする２層の積層された第１金属層をスパッタ法により形成し、これをパターニングしてゲート電極１２及び走査線７２を形成した。下層のＡｌＮｄ層の組成はＡｌにＮｄを約２％含有させたものを使用した。この金属層は、遮光性を有する。第１金属層の厚さは３００ｎｍとした。
【００７７】
次に、プラズマＣＶＤ法により酸化シリコンを用いてゲート絶縁膜１３を形成した。ゲート絶縁膜１３の形成時の基板温度は２００℃とした。膜厚は３００ｎｍであった。次に、第２金属層を成膜した。第２金属層はＭｏ−Ａｌ−Ｍｏの３層構造の金属層を用いた。第２金属層の成膜後、パターニングによりソース電極２５、ドレイン電極２６及び信号線８２を形成した。
【００７８】
次に、半導体層１４の形成にあたっては、スパッタリング法を用いた。ターゲットは、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ、及びＯの各成分の組成比を１：１：１：４とするインゴットを用いた。スパッタ装置の投入パワーは、０．５ＫＷとした。成膜時の基板温度は室温とし、雰囲気は、全圧０．２６５Ｐａ、酸素分圧は０．０１１Ｐａとした。成膜時のガス流量は、キャリアガスとしてのＡｒは６７ｓｃｃｍ、ホルダーガスとしてのＡｒは２２ｓｃｃｍ、酸素は４ｓｃｃｍとした。なお、ｓｃｃｍとは、ｓｔａｎｄａｒｄ ｃｃ／ｍｉｎの略である。成膜レートは４３．２ｎｍ／ｍｉｎである。これにより、膜厚１００ｎｍの透明なｎ型アモルファスＩＧＺＯ層を成膜することができた。
【００７９】
図４に示すとおり、このＩＧＺＯ層の導電率は、常温で、約６×１０−５Ｓ／ｍないし４×１０−７Ｓ／ｍであったため、薄膜トランジスタの半導体層１４として使用できる。なお、導電率の測定には２探針測定法を用いた。このように成膜されたアモルファスＩＧＺＯ半導体層を、フォトリソグラフィー法とエッチング法を用いることにより、適当な大きさと形状にパターニングして成形し、薄膜トランジスタのチャネル領域１７、ドレイン領域１６及びソース領域１５となるべき半導体層１４を形成した。エッチング液には濃度３．２％の蓚酸を用いた。エッチングの温度は３０℃とした。このエッチングによる下層の第２金属層への影響はなかった。
【００８０】
次に、基板１１の裏面から、ゲート電極１２、ソース電極２５及びドレイン電極２６をシャドーマスクにして半導体層１４に向けて紫外線を照射した。光源装置として、ＨＯＹＡ ＣＡＮＤＥＯ ＯＰＴＲＯＮＩＣＳ社製のＵＶ照射装置（型番ＵＬ７５０）を用いた。この装置は超高圧水銀ランプを光源とする装置であり、このランプは波長が約２７０ｎｍから約４５０ｎｍまでにわたる紫外線を放射する。紫外線照射時の基板１１の温度は室温であり、照射雰囲気は大気中で行った。なお、成膜後、紫外線照射工程の前に、特殊な雰囲気で特殊な温度でのアニール処理は行わなかった。また、レーザー照射もイオンドーピングも行わなかった。
【００８１】
紫外線照射エネルギー密度は１００ｍＪ／ｓｅｃ・ｃｍ２とした。この照射エネルギー密度であれば、他の用途に用いられているような一般的な紫外線照射装置を使用して照射を行うことができるため、製造設備の合理化を図ることができる。そして、照射時間を約４．５時間（積算照射エネルギー密度で約１６２０Ｊ／ｃｍ２）としたところ、第１ソース領域１５ａ及び第１ドレイン領域１６ａの導電率を約１０−１Ｓ／ｍまで向上させることができた。
【００８２】
なお、紫外線照射後のＩＧＺＯ層をＳＳＩ社製ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光）分析器ＸＰＳ Ｍ−Ｐｒｏｂｅを用いて化学量論比の解析を行ったところ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ、及びＯ（酸素）の各成分の組成比は略１：１：０．６：３であった。また、紫外線照射前後のＩＧＺＯ層は、いずれも透明であり、リガク社のＸ線回折装置ＲＩＮＴ−２０００を用いて入射角１度でＸ線回折を行ったところ、ＩｎＧａＺｎＯ４結晶に見られるような回折ピークは認められず、いずれもアモルファスＩＧＺＯ層であることが確認された。次に、酸化シリコンを用いてＣＶＤ法でパッシベーション層１９を形成し、コンタクトホール２３を開口し、次に、ＩＴＯを用いて画素電極３２を形成して所定のパターニングを行った。これ以降の工程は、製造方法の欄で説明したとおりである。
【００８３】
［変形例１］
本実施の形態においては、上述のとおり、第２ソース領域１５ｂは金属層からなるソース電極２５によって紫外線照射が遮られるため高導電率化されないが、ソース電極２５を備えることにより、画素電極３２に接続されたスイッチング素子としてだけでなく、例えば、走査線駆動装置７０に含まれるゲートドライバー回路等を構成する薄膜トランジスタとしても汎用的に使用することができる。
【００８４】
変形例の一つとして、本発明は、ソース電極２５を設けないようにすることもできる。これについて、図５に基づいて説明する。図５は、本変形例にかかる液晶表示装置１００の画素部の断面図である。本変形例においては、上記実施の形態で説明したものと比べ、ソース電極２５を設けない点等のいくつかの点で相違するに過ぎないため、このような相違点を中心に説明するとともに、前記実施の形態で説明した構成要素と同一又は相当するものには同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００８５】
例えば、液晶表示装置の画素部の薄膜トランジスタ２０においては、画素電極３２とソース領域１５との接続部にソース電極２５を設けないようにすることもできる。ソース電極２５を設けない構成をとることにより、紫外線がソース電極２５によって遮られることがないため、第２ソース領域１５ｂは第１ソース領域１５ａと同じように紫外線の裏面照射により導電材料並みに高導電率化され、ソース領域１５全体が高導電率化される。従って、画素電極３２とソース領域１５と直接に接続して両者間の導通をとることができる。このような構造の薄膜トランジスタの場合にはオフ電流を小さくする抵抗として機能する層は第２ドレイン領域１６ｂとなるが、このような構造であっても、本実施の形態で説明したのとほぼ同様の作用及び効果を奏する。また、ソース領域１５も画素電極３２も透明であるため、このような構成をとることにより、コンタクトホール２３の周辺においても十分に光を透過することができ、開口率の向上に寄与する。
【００８６】
［変形例２］
上記実施の形態における半導体層１４の形成後の工程において、さらに、紫外線を半導体層照射する工程（「サブ紫外線照射工程」という。）を加えてもよい。例えば、半導体層１４の形成後、前記実施の形態で説明した紫外線照射工程（「メイン紫外線照射工程」という。）の前又は後において、半導体層１４の側から、即ち、基板の表面の側からゲート電極１２に向けて紫外線を照射（表面照射）することにより、半導体層全体の導電率を向上することができる。サブ紫外線照射工程を追加することにより、半導体層の導電率が低いためにそのままでは薄膜トランジスタのチャネル領域１７とすることが好ましくないような場合でもその導電率をチャネル領域１７として適切な導電率にまで向上させることができる。なお、サブ紫外線照射工程は、半導体層をパターニングする前、即ちＩＧＺＯ層の成膜後エッチング前でもよいし、パターニングをした後でもよい。
【００８７】
サブ紫外線照射工程において紫外線を照射する領域は、半導体層のパターニング前後を問わず、半導体層全体でもよいし選択的に照射してもよく、少なくとも、将来薄膜トランジスタ２０のチャネル領域１７となるべき領域に照射する。なお、将来ソース領域１５やドレイン領域１６となるべき領域にも同時に又は異時に、同量又は異なる量の紫外線を照射してもよい。サブ紫外線照射工程は、チャネル領域１７、第２ソース領域１５ｂ及び第２ドレイン領域１６ｂの導電率を制御する工程であるため、成膜後の半導体層の導電率がこれらの領域の導電率としてはじめから適切な場合には照射を行う必要はない。
【００８８】
サブ紫外線照射工程をメイン紫外線照射工程よりも前に行う場合には、サブ紫外線照射工程において半導体層の全面に紫外線を照射することにより、チャネル領域１７、ドレイン領域１６及びソース領域１５は、いずれもその導電率が同じ目的導電率を持つ半導体層１４として形成される。表面照射を行うことにより、裏面照射の場合とは異なり、半導体層全体に照射することが可能となる。サブ紫外線照射の照射時間は、図４に示すとおり、照射エネルギー密度が１００ｍＪ／ｓｅｃ・ｃｍ２の場合には、例えば、約０．４１時間ないし２時間以上（積算照射エネルギー密度でいえば約１４８ないし７２４Ｊ／ｃｍ２以上）にすればその導電率を約１０−４Ｓ／ｍ（ジーメンス／ｍ）程度にまで高くすることができる。
【００８９】
また、例えば、約１．４７時間ないし２．８１時間以下（積算照射エネルギー密度でいえば約５２９ないし１０１２Ｊ／ｃｍ２以下）にすればその導電率を約１０−３Ｓ／ｍ程度以下に留めることができる。このようにすることにより、約１０−４ないし１０−３Ｓ／ｍの導電率を持つチャネル領域１７を形成することができる。また、このようなサブ紫外線照射工程によって半導体層、特にチャネル領域にダメージを与えることはない。また、サブ紫外線照射工程をメイン紫外線照射工程よりも後に行う場合には、サブ紫外線照射工程における紫外線の積算照射エネルギー密度に応じてそれぞれの領域の導電率が向上する。
【００９０】
なお、サブ紫外線照射工程における紫外線の積算照射エネルギー密度は、チャネル領域１７、第１ソース領域１５ａ、第２ソース領域１５ｂ、第１ドレイン領域１６ａ及び第２ドレイン領域１６ｂの最終的な目的導電率に応じて、メイン紫外線照射工程における紫外線の積算照射エネルギー密度を考慮して決定することができる。また、サブ紫外線照射工程での照射時間や積算照射エネルギー密度以外の照射条件（紫外線光源や光源装置等）は、上記実施の形態で説明したものと同様であり、また、サブ紫外線照射工程以外の工程は、上記実施の形態及びその具体例で説明したものと同様である。
【００９１】
以上のようにして製造された薄膜トランジスタは、液晶表示装置等の各種の表示装置に使用することができる。また、液晶表示装置等の表示装置は、テレビジョン受像機、パーソナルコンピューター用のモニター、携帯電話、車載用モニター、及びゲーム機その他のフラットパネルディスプレーとして使用することができる。
【００９２】
なお、図１ないし図３及び図５は本実施の形態を説明するために、本実施の形態に関連する主要な部材や部材間の関係を簡略化して記載したに過ぎないものである。ここまでの説明で言及した以外にも、薄膜トランジスタや表示装置を構成するには多くの部材が使われる。しかしそれらは当業者には周知であるので、ここでは詳しく言及しない。また、本実施の形態で説明した表示装置はあくまで一例に過ぎず、それら以外の表示装置であっても、当業者が任意に選択することができる範囲においては本発明の範囲に含まれる。そして、これまで本発明について図面に示した特定の実施の形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られたいかなる構成であっても採用することができることはいうまでもないことである。
【符号の説明】
【００９３】
１０…画素部
１１…基板
１２…ゲート電極
１３…ゲート絶縁膜
１４…半導体層
１５…ソース領域
１５ａ…第１ソース領域
１５ｂ…第２ソース領域
１６…ドレイン領域
１６ａ…第１ドレイン領域
１６ｂ…第２ドレイン領域
１７…チャネル領域
１９…パッシベーション層
２０…薄膜トランジスタ
２２…紫外線
２５…ソース電極
２６…ドレイン電極
３２…画素電極
７２…走査線
８２…信号線
１００…液晶表示装置
１０１…セル・アレイ基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に遮光性を備えるゲート電極を形成する第１工程と、
該ゲート電極の上にゲート絶縁膜を形成する第２工程と、
遮光性を備え金属層からなるソース電極及びドレイン電極を形成する第３工程と、
Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎを含むアモルファス酸化物からなる薄膜トランジスタの半導体層をその一部が該ソース電極の一部及び該ドレイン電極の一部を覆うように形成する第４工程と、
紫外線を該ゲート電極の側から該半導体層に向けて照射することにより該半導体層のうち該紫外線が照射された領域に該照射前よりも導電率の高いアモルファスの第１ソース領域及び第１ドレイン領域を構成する第５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２】
前記紫外線が前記ソース電極及び前記ドレイン電極によって遮光されることにより、前記半導体層のうち該ソース電極及び該ドレイン電極を覆っている領域には照射前の導電率を備え該ソース電極及び該ドレイン電極とそれぞれ導通する第２ソース領域及び第２ドレイン領域が構成されることを特徴とする請求項１記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３】
前記第１ソース領域又は前記第１ドレイン領域の前記紫外線の照射後の抵抗は、前記薄膜トランジスタのオン抵抗よりも低いことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項４】
前記半導体層のチャネル領域の不純物濃度と前記第１ソース領域又は前記第１ドレイン領域の不純物濃度とが同じであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項５】
前記紫外線を照射する光源は、面光源であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項６】
前記紫外線を照射する光源は、水銀ランプであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項７】
前記紫外線の波長は、２７０ｎｍから４５０ｎｍまでの範囲にわたることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項８】
前記第５工程における紫外線の積算照射エネルギー密度は、導電率を１０ｎ倍（但し、０＜ｎ≦６）に増加させる場合に、（３０９・ｎ）ないし（３９２・ｎ）Ｊ／ｃｍ２とすることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項９】
前記第５工程における紫外線の積算照射エネルギー密度は、１６２０Ｊ／ｃｍ２以上であることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１０】
前記第５工程における紫外線の照射エネルギー密度は、１００ｍＪ／ｓｅｃ・ｃｍ２であることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１１】
前記半導体層を形成した後、さらに、紫外線を該半導体層の側から前記ゲート電極に向けて照射して該紫外線の照射前よりも導電率の高い半導体層を構成するサブ紫外線照射工程を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１２】
前記サブ紫外線照射工程における紫外線の積算照射エネルギー密度を１４８ないし１０１２Ｊ／ｃｍ２とすることを特徴とする請求項１１記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１３】
前記半導体層を形成する前記第４工程は、前記アモルファス酸化物を成膜した後、蓚酸を含むエッチャントを用いたウェットエッチングによってパターニングする工程を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項１２のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１４】
基板上に形成された遮光性を備えるゲート電極と、
該ゲート電極の上に形成されたゲート絶縁膜と、
該ゲート絶縁膜の上に形成され遮光性を備える金属からなるソース電極及びドレイン電極と、
Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎを含むアモルファス酸化物からなる薄膜トランジスタの半導体層であってチャネル領域と該ゲート電極の側から該半導体層に向けた紫外線の照射によって高導電率化されてなる第１ソース領域及び第１ドレイン領域と該ソース電極の一部及び該ドレイン電極の一部をそれぞれ覆うように形成され該紫外線が該ソース電極及び該ドレイン電極によって遮光されることにより該紫外線の照射前の導電率を備えてなる第２ソース領域及び第２ドレイン領域とを含んで構成される半導体層と
を含むことを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項１５】
対向する基板間に液晶を挟持する液晶表示装置の製造方法であって、
請求項２ないし請求項１３のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法によって薄膜トランジスタを形成する工程と、
前記半導体層の上に絶縁層を形成する工程と、
該薄膜トランジスタの前記第２ソース領域と導通する画素電極を該絶縁層の上に形成する工程と
を含むことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項１６】
対向する基板間に液晶を挟持する液晶表示装置であって、
請求項１４記載の薄膜トランジスタと、
前記半導体層の上に形成された絶縁層と、
該薄膜トランジスタの前記第２ソース領域と導通し該絶縁層の上に形成された画素電極と
を含むことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１７】
対向する基板間に液晶を挟持する液晶表示装置であって、
一方の該基板上に形成された遮光性を備えるゲート電極と、
該ゲート電極の上に形成されたゲート絶縁膜と、
該ゲート絶縁膜の上に形成され遮光性を備える金属からなるドレイン電極と、
Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎを含むアモルファス酸化物からなる薄膜トランジスタの半導体層であってチャネル領域と該ゲート電極の側から該半導体層に向けた紫外線の照射によって高導電率化されてなるソース領域及び第１ドレイン領域と該ドレイン電極の一部を覆うように形成され該紫外線が該ドレイン電極によって遮光されることにより該紫外線の照射前の導電率を備えてなる第２ドレイン領域とから構成される半導体層と、
該半導体層の上に形成された絶縁層と、
該ソース領域と導通し該絶縁層の上に形成された画素電極と
を含むことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１】
基板上に遮光性を備えるゲート電極を形成する第１工程と、
該ゲート電極の上にゲート絶縁膜を形成する第２工程と、
遮光性を備え金属層からなるソース電極及びドレイン電極を形成する第３工程と、
Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎを含むアモルファス酸化物からなる薄膜トランジスタの半導体層をその一部が該ソース電極の一部及び該ドレイン電極の一部を覆うように形成する第４工程と、
紫外線を該ゲート電極の側から該半導体層に向けて照射することにより該半導体層のうち該紫外線が照射された領域に該照射前よりも導電率の高いアモルファスの第１ソース領域及び第１ドレイン領域を構成する第５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２】
前記紫外線が前記ソース電極及び前記ドレイン電極によって遮光されることにより、前記半導体層のうち該ソース電極及び該ドレイン電極を覆っている領域には照射前の導電率を備え該ソース電極及び該ドレイン電極とそれぞれ導通する第２ソース領域及び第２ドレイン領域が構成されることを特徴とする請求項１記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３】
前記第１ソース領域又は前記第１ドレイン領域の前記紫外線の照射後の抵抗は、前記薄膜トランジスタのオン抵抗よりも低いことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項４】
前記半導体層のチャネル領域の不純物濃度と前記第１ソース領域又は前記第１ドレイン領域の不純物濃度とが同じであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項５】
前記紫外線を照射する光源は、面光源であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項６】
前記紫外線を照射する光源は、水銀ランプであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項７】
前記紫外線の波長は、２７０ｎｍから４５０ｎｍまでの範囲にわたることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項８】
前記第５工程における紫外線の積算照射エネルギー密度は、導電率を１０ｎ倍（但し、０＜ｎ≦６）に増加させる場合に、（３０９・ｎ）ないし（３９２・ｎ）Ｊ／ｃｍ２とすることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項９】
前記第５工程における紫外線の積算照射エネルギー密度は、１６２０Ｊ／ｃｍ２以上であることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１０】
前記第５工程における紫外線の照射エネルギー密度は、１００ｍＪ／ｓｅｃ・ｃｍ２であることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１１】
前記半導体層を形成した後、さらに、紫外線を該半導体層の側から前記ゲート電極に向けて照射して該紫外線の照射前よりも導電率の高い半導体層を構成するサブ紫外線照射工程を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１２】
前記サブ紫外線照射工程における紫外線の積算照射エネルギー密度を１４８ないし１０１２Ｊ／ｃｍ２とすることを特徴とする請求項１１記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１３】
前記半導体層を形成する前記第４工程は、前記アモルファス酸化物を成膜した後、蓚酸を含むエッチャントを用いたウェットエッチングによってパターニングする工程を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項１２のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１４】
基板上に形成された遮光性を備えるゲート電極と、
該ゲート電極の上に形成されたゲート絶縁膜と、
該ゲート絶縁膜の上に形成され遮光性を備える金属からなるソース電極及びドレイン電極と、
Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎを含むアモルファス酸化物からなる薄膜トランジスタの半導体層であってチャネル領域と該ゲート電極の側から該半導体層に向けた紫外線の照射によって高導電率化されてなる第１ソース領域及び第１ドレイン領域と該ソース電極の一部及び該ドレイン電極の一部をそれぞれ覆うように形成され該紫外線が該ソース電極及び該ドレイン電極によって遮光されることにより該紫外線の照射前の導電率を備えてなる第２ソース領域及び第２ドレイン領域とを含んで構成される半導体層と
を含むことを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項１５】
対向する基板間に液晶を挟持する液晶表示装置の製造方法であって、
請求項２ないし請求項１３のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法によって薄膜トランジスタを形成する工程と、
前記半導体層の上に絶縁層を形成する工程と、
該薄膜トランジスタの前記第２ソース領域と導通する画素電極を該絶縁層の上に形成する工程と
を含むことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項１６】
対向する基板間に液晶を挟持する液晶表示装置であって、
請求項１４記載の薄膜トランジスタと、
前記半導体層の上に形成された絶縁層と、
該薄膜トランジスタの前記第２ソース領域と導通し該絶縁層の上に形成された画素電極と
を含むことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１７】
対向する基板間に液晶を挟持する液晶表示装置であって、
一方の該基板上に形成された遮光性を備えるゲート電極と、
該ゲート電極の上に形成されたゲート絶縁膜と、
該ゲート絶縁膜の上に形成され遮光性を備える金属からなるドレイン電極と、
Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎを含むアモルファス酸化物からなる薄膜トランジスタの半導体層であってチャネル領域と該ゲート電極の側から該半導体層に向けた紫外線の照射によって高導電率化されてなるソース領域及び第１ドレイン領域と該ドレイン電極の一部を覆うように形成され該紫外線が該ドレイン電極によって遮光されることにより該紫外線の照射前の導電率を備えてなる第２ドレイン領域とから構成される半導体層と、
該半導体層の上に形成された絶縁層と、
該ソース領域と導通し該絶縁層の上に形成された画素電極と
を含むことを特徴とする液晶表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２７２７０６（Ｐ２０１０−２７２７０６Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２３６１２（Ｐ２００９−１２３６１２）
【出願日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【出願人】（５０８３７５３９８）ビデオコン グローバル リミテッド (24)
【氏名又は名称原語表記】Ｖｉｄｅｏｃｏｎ Ｇｌｏｂａｌ Ｌｉｍｉｔｅｄ
【住所又は居所原語表記】Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｒｕｓｔ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ， Ｐ．Ｏ． Ｂｏｘ ６５９， Ｒｏａｄ Ｔｏｗｎ， Ｔａｒｔｏｌａ， Ｂｒｉｔｉｓｈ Ｖｉｒｇｉｎ Ｉｓｌａｎｄ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【出願人】（５０８３７５３９８）ビデオコン グローバル リミテッド (24)
【氏名又は名称原語表記】Ｖｉｄｅｏｃｏｎ Ｇｌｏｂａｌ Ｌｉｍｉｔｅｄ
【住所又は居所原語表記】Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｒｕｓｔ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ， Ｐ．Ｏ． Ｂｏｘ ６５９， Ｒｏａｄ Ｔｏｗｎ， Ｔａｒｔｏｌａ， Ｂｒｉｔｉｓｈ Ｖｉｒｇｉｎ Ｉｓｌａｎｄ
【Ｆターム（参考）】
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