薄膜トランジスタとその製造方法と電気光学装置と電子機器
【課題】 非晶質シリコンＴＦＴの特性を大幅に向上させつつ、その製造プロセスにおける膜飛びを抑制する。
【解決手段】まず、基板１０上にゲート電極１１を形成する。次に、基板１０上に、ゲート電極１１を平面視で覆うゲート絶縁膜１２を形成し、その上に、チャネル領域１３ｃとソース領域１３ｓとドレイン領域１３ｄとを有する非晶質の半導体膜１３を形成し、その上に、チャネル領域１３ｃを平面視で覆うチャネル保護層１４を形成する。次に、半導体膜１３とチャネル保護層１４とにレーザーを照射することにより、チャネル領域１３ｃを微結晶化する。次に、半導体膜１３上に、チャネル保護層１４を平面視で覆い、ソース領域１３ｓとドレイン領域１３ｄとに平面視で重なる導電膜を形成する。次に、導電膜をエッチングしてソース電極１６ｓとドレイン電極１６ｄとを形成する。
【解決手段】まず、基板１０上にゲート電極１１を形成する。次に、基板１０上に、ゲート電極１１を平面視で覆うゲート絶縁膜１２を形成し、その上に、チャネル領域１３ｃとソース領域１３ｓとドレイン領域１３ｄとを有する非晶質の半導体膜１３を形成し、その上に、チャネル領域１３ｃを平面視で覆うチャネル保護層１４を形成する。次に、半導体膜１３とチャネル保護層１４とにレーザーを照射することにより、チャネル領域１３ｃを微結晶化する。次に、半導体膜１３上に、チャネル保護層１４を平面視で覆い、ソース領域１３ｓとドレイン領域１３ｄとに平面視で重なる導電膜を形成する。次に、導電膜をエッチングしてソース電極１６ｓとドレイン電極１６ｄとを形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非晶質シリコン（a-Si）ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）の製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、非晶質シリコンＴＦＴの特性は、多結晶シリコン（p-Si）ＴＦＴの特性よりも悪い。例えば、非晶質シリコンＴＦＴの移動度は、０．８ｃｍ２／Ｖｓ以下が一般的であり、多結晶シリコンＴＦＴの移動度よりも遥かに低い。つまり、オン電流が小さい。また例えば、非晶質シリコンＴＦＴの閾値電圧は、多結晶シリコンＴＦＴの閾値電圧よりも大きく変動する。つまり、動作の信頼性が低い。
【０００３】
非晶質シリコンＴＦＴの特性の改善には、ＴＦＴのチャネル領域に微結晶（マイクロクリスタル）シリコンを用いることが有効である。特許文献１及び特許文献２には、ＴＦＴのチャネル領域に微結晶シリコンを用いたエッチ・ストッパ型のＴＦＴが開示されている。特許文献１のＴＦＴの製造方法では、微結晶シリコン層上に密着性向上層を形成し、その上にチャネル保護層を形成している。特許文献２のＴＦＴの製造方法では、微結晶シリコンで形成されたチャネル層の上にチャネル保護層を形成し、その上に複数の微結晶シリコン層を積層させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２３１６４１号公報
【特許文献２】特開２００８−９１５９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
微結晶シリコン層を簡単に形成する方法としては、第１に、成膜条件や成膜装置を改善する方法が挙げられる。しかし、この方法では、移動度を大幅に向上させることは困難である。第２に、固相成長を利用した炉などによるアニールが挙げられる。しかし、この方法では、基板が高温環境に長時間さらされて反ってしまう。第３に、レーザーを用いたアニール（レーザーアニール）が挙げられる。レーザーアニールであれば、基板にダメージを与えることなく、移動度を大幅に向上させることができる。
【０００６】
したがって、非晶質シリコンＴＦＴの特性を大幅に向上させるためには、その製造プロセスに、レーザーアニールによる微結晶シリコン層の形成工程を入れることが望ましい。例えば、特許文献１及び２に記載の製造方法において、密着性向上層やチャネル保護層を形成する前に、非晶質シリコン膜にレーザーを照射して微結晶シリコン層を形成する。この場合、所望の結晶粒径を得るためには、照射条件（照射エネルギー密度）を十分に高くする必要がある。しかし、照射条件が高いほど、非晶質シリコン膜の膜飛び（膜中残留水素起因のアブレーション）が発生し易くなる。
【０００７】
本発明は、上述した事情に鑑みて、非晶質シリコンＴＦＴの特性を大幅に向上させつつ、その製造プロセスにおける膜飛びを抑制することを解決課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明に係るＴＦＴの製造方法は、基板上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極を覆うゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上に、非晶質の半導体膜を形成する工程と、前記半導体膜上の前記ゲート電極に平面視で重なる領域にチャネル保護層を形成する工程と、前記半導体膜と前記チャネル保護層とにレーザーを照射することにより、前記半導体膜のうち前記チャネル保護層と重なる部分を微結晶化する工程と、前記半導体膜に接続されたソース電極とドレイン電極とを形成する工程とを有する。
この製造方法によれば、チャネル保護層越しのレーザーの照射条件を、半導体膜のうちチャネル保護層と平面視で重ならない部分の少なくとも一部が非晶質のまま残るように低くしても、チャネル保護層の蓄熱作用により、半導体膜のうちチャネル保護層と平面視で重なる部分を微結晶化させることができる。つまり、この製造方法によれば、レーザーの照射条件を低く抑制して膜飛びを抑制することができる。また、この製造方法によって製造されたＴＦＴでは、半導体膜のうち、チャネル保護層と平面視で重なる部分が微結晶化されているから、その特性は、微結晶化されていない従来のものに比べて大幅に向上する。また、このＴＦＴでは、チャネル保護層と平面視で重ならない部分の少なくとも一部が非晶質のまま残るから、多層化せずともオフ電流を抑制することができる。
【０００９】
前記半導体膜の厚さとしては、３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下が好ましく、５０ｎｍが最適である。前記チャネル保護層の厚さとしては、３０ｎｍ以上８０ｎｍ以下が好ましく、５０ｎｍが最適である。また、前記レーザーは、紫外線を用いたエキシマレーザーであってもよいし、可視光を用いた固体レーザーであってもよい。
【００１０】
前記レーザーが、可視光を用いた固体レーザーである場合、前記ゲート絶縁膜の厚さを１５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下とし、前記微結晶化する工程では、前記レーザーの照射により、前記半導体膜のうち前記ゲート電極と平面視で重なる部分を微結晶化するようにしてもよい。この製造方法によれば、ゲート絶縁膜の膜厚が一般的な非晶質シリコンＴＦＴのゲート絶縁膜よりも薄く、ゲート電極で反射されてゲート絶縁膜に入射する可視光の光量が多くなるから、ゲート絶縁膜の蓄熱作用が強くなる。このため、半導体膜のうち、ゲート電極と平面視で重なる部分を微結晶化し、ゲート電極と平面視で重ならない部分を非晶質のまま残すことができる。したがって、上述と同様の効果が得られる。また、微結晶化する範囲をゲート電極のパターニングによって調整することができるから、設計の自由度が高いという利点がある。
【００１１】
上記の課題を解決するために、本発明に係るＴＦＴは、基板上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極を覆うゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成され、非晶質のソース領域とドレイン領域、並びに微結晶化されたチャネル領域とを有する半導体膜と、前記半導体膜のチャネル領域を覆うチャネル保護層と、前記ソース領域に重なるソース電極と、前記ドレイン領域に重なるドレイン電極とを備えたことを特徴とする。
このＴＦＴでは、半導体膜のうち、チャネル保護層と平面視で重なる部分が微結晶化されているから、その特性は、微結晶化されていない従来のものに比べて大幅に向上する。また、このＴＦＴでは、ゲート電極と平面視で重ならない部分は非晶質のままであるから、多層化せずともオフ電流を抑制することができる。また、このＴＦＴの製造工程において、チャネル保護層越しにレーザーを照射するようにし、その照射条件を、半導体膜のうちゲート電極と平面視で重ならない部分が非晶質のまま残るように低くしても、チャネル保護層及びゲート絶縁膜の蓄熱作用により、半導体膜のうちゲート電極と平面視で重なる部分を微結晶化させることができる。つまり、このＴＦＴによれば、その製造工程において、レーザーの照射条件を低く抑制して膜飛びを抑制することができる。
【００１２】
上記の課題を解決するために、本発明に係る電気光学装置は、上記のＴＦＴと、前記基板上に形成され、供給された電気エネルギーに応じて光学特性が変化する電気光学素子とを備え、前記薄膜トランジスタは、前記電気光学素子に供給する電気エネルギーを制御することを特徴とする。また、上記の課題を解決するために、本発明に係る電子機器は、上記の電気光学装置を備えることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＴＦＴの製造工程を示す断面図である。
【図２】図１に示す工程の次の工程を示す断面図である。
【図３】グリーンレーザーの照射条件と結晶粒径との関係をチャネル保護層１４の膜厚Ｌ３毎に示す図である。
【図４】紫外線を用いたエキシマレーザーの照射条件と結晶粒径との関係を例示する図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るＴＦＴの製造工程を示す断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係るＴＦＴを適用した液晶装置の構成を示す断面図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係るＴＦＴを適用したＥＬ装置の構成を示す断面図である。
【図８】本発明に係る電気光学装置を適用した携帯電話機の構成を示す斜視図である。
【図９】本発明に係る電気光学装置を適用した携帯電話機の構成を示す斜視図である。
【図１０】本発明に係る電気光学装置を適用した携帯情報端末の構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。ただし、各図においては、適宜、各部の寸法および縮尺を実際のものと異ならせてある。また、以下の説明では、本発明に直接的に関係しない配線や層（膜）、処理には触れないが、これらの配線や層（膜）、処理を含む形態も本発明の範囲に含まれうる。また、以下の説明で登場する各部を構成する材料は、適宜に変更可能である。
【００１５】
＜Ａ：第１実施形態＞
図１及び図２は、本発明の第１実施形態に係るＴＦＴの製造工程を示す断面図である。本実施形態に係るＴＦＴは、ボトムゲート構造を有するエッチ・ストッパ型のＴＦＴであり、その製造工程は、一部を除いて、ボトムゲート構造を有するエッチ・ストッパ型の非晶質シリコンＴＦＴを製造するための一般的な工程と同様であり、具体的には次に述べる通りである。
【００１６】
まず、図１の（ａ）に示すように、基板１０上にゲート電極１１をパターニングする（ゲート電極を形成する工程）。次に、図１の（ｂ）に示すように、基板１０上に窒化シリコン（ＳｉＮｘ）でゲート絶縁膜１２を形成する（ゲート絶縁膜を形成する工程）。この形成では、ゲート絶縁膜１２がゲート電極１１を平面視で覆うようにする。このときのゲート絶縁膜１２の膜厚（ゲート絶縁膜１２とゲート電極１１との接触面と、ゲート絶縁膜１２の、ゲート電極１１とは反対側の面との距離）をＬ１としたとき、Ｌ１は、一般的な非晶質シリコンＴＦＴのゲート絶縁膜の膜厚と同様であればよく、本実施形態では３００ｎｍである。
【００１７】
次に、図１の（ｃ）に示すように、ゲート絶縁膜１２上に非晶質の半導体膜１３を形成する（半導体膜を形成する工程）。この形成では、半導体膜１３がゲート電極１１を平面視で覆うようにする。このときの半導体膜１３の膜厚をＬ２とする。Ｌ２としては、３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下が好ましく、本実施形態では最適な５０ｎｍである。そして、半導体膜１３において、ゲート電極１１と平面視で重なる領域の少なくとも一部にチャネル領域１３ｃが形成され、また、チャネル領域１３ｃに隣接し、一部がゲート電極１１と平面視で重なる領域が、ソース領域１３ｓ及びドレイン領域１３ｄとなる。完成したＴＦＴにおいて、チャネル領域１３ｃはチャネルとして機能し、ソース領域１３ｓはソースとして機能し、ドレイン領域１３ｄはドレインとして機能する。
【００１８】
次に、図１の（ｄ）に示すように、半導体膜１３上に酸化膜または窒化シリコン膜（ＳｉＯ２またはＳｉＮｘ）でチャネル保護層１４をパターニングする（チャネル保護層を形成する工程）。この形成では、チャネル保護層１４がチャネル領域１３ｃを平面視で覆うようにする。チャネル保護層１４は、チャネル領域１３ｃを後述のエッチングによる劣化から保護するための層である。本実施形態では、チャネル保護層１４は、平面視でチャネル領域１３ｃのみと重なるが、チャネル領域１３ｃに隣接する領域にも重なるようにしてもよい。また、チャネル保護層１４の膜厚Ｌ３としては、３０ｎｍ以上８０ｎｍ以下が好ましいく、本実施形態では最適な５０ｎｍである。
【００１９】
次に、レーザーアニールを行う（微結晶化する工程）。すなわち、半導体膜１３とチャネル保護層１４とにレーザーを照射することにより、半導体膜１３のうちチャネル保護層１４と平面視で重なる部分、すなわちチャネル領域１３ｃを微結晶化する。本実施形態では、可視光を用いた固体レーザー、より具体的には波長が５３２ｎｍのグリーンレーザーを用いる。レーザーの照射条件については、次に述べる通りに定められる。
【００２０】
図３は、グリーンレーザーの照射条件（照射エネルギー密度）と結晶粒径との関係をチャネル保護層１４の膜厚（Ｌ３）毎に示す図である。この図では、照射条件が、Ｌ３＝０ｎｍの場合、すなわちチャネル保護層１４が存在しない場合に通常の結晶粒径Ａが得られる照射条件（通常条件）を１００％としたときの百分率で示されている。本実施形態では、微結晶化が目的であり、得ようとする結晶粒径Ｂは結晶粒径Ａよりも小さいから、チャネル保護層１４が存在しなかったとしても、照射条件は約９０％となる。
【００２１】
なお、得ようとする結晶粒径が小さくなれば照射条件が低くなるのは、グリーンレーザーに限らない。例えば、紫外線（例えば波長が３０８ｎｍの紫外線）を用いるエキシマレーザーの場合には、図４に例示するように、チャネル保護層１４が存在しない場合に通常の結晶粒径Ａが得られる照射エネルギー密度を１００％としたとき、約７０％の照射条件で結晶粒径Ｂを得ることができる。
【００２２】
また、図３から明らかなように、照射条件と結晶粒径との関係は、チャネル保護層１４の膜厚（Ｌ３）に依存する。具体的には、０ｎｍ＜Ｌ３の範囲では、Ｌ３が短いほど、照射条件が低下する。例えば、Ｌ３＝１００ｎｍの場合の照射条件は１００％以上となるが、Ｌ３＝８０ｎｍの場合の照射条件は約９０％となり、Ｌ３＝７０ｎｍの場合の照射条件は約７６％となり、Ｌ３＝６０ｎｍの場合の照射条件は約６８％となり、Ｌ３＝３０ｎｍの場合の照射条件は約６３％となる。つまり、約９０％以下の照射条件で微結晶化を達成するためには、Ｌ３≦８０ｎｍとする必要があり、Ｌ３を短くすれば照射条件を更に低下させることができる。
【００２３】
なお、０ｎｍ＜Ｌ３≦８０ｎｍの範囲において照射条件を通常条件以下とすることができるのは、この範囲のチャネル保護層１４に高い蓄熱作用があるからである。「蓄熱作用」は、熱を蓄積して半導体膜１３の冷却速度を低下させる作用である。チャネル保護層１４に高い蓄熱作用があれば、半導体膜１３の冷却速度を大幅に低下させることができるから、半導体膜１３をさほど加熱しなくても十分にアニールすることができるのである。
【００２４】
ところで、膜飛びは、照射条件が低いほど発生し難くなる。したがって、０ｎｍ＜Ｌ３≦８０ｎｍの範囲内でＬ３の最短化を図るべきである。ただし、チャネル領域１３ｃを後述のエッチングによる劣化から保護するためには、３０ｎｍ≦Ｌ３が好ましい。よって、Ｌ３としては、３０ｎｍ以上８０ｎｍ以下が好ましく、本実施形態では５０ｎｍである。Ｌ３＝５０ｎｍは、照射エネルギー密度を十分に低下させつつチャネル領域１３ｃを十分に保護することができる最適な長さである。
【００２５】
以上より、本実施形態では、Ｌ３＝５０ｎｍの場合に結晶粒径Ｂを得ることができる照射条件（約６５％）でレーザーを照射する。これにより、半導体膜１３が改質される。すなわち、図２の（ｅ）に示すように、半導体膜１３のうち、チャネル保護層１４に平面視で重なる部分（Ｌ３＝５０ｎｍの部分：チャネル領域１３ｃ）が微結晶化する。一方、半導体膜１３のうち、チャネル保護層１４に平面視で重ならない部分（Ｌ３＝０ｎｍの部分：ソース領域１３ｓ及びドレイン領域１３ｄ）は非晶質のままである。これは、約６５％の照射条件ではＬ３＝０ｎｍの場合に結晶化が起きないからである（図３参照)。
【００２６】
このように、本実施形態では、十分に低い照射条件となるから、レーザーアニールにおける半導体膜１３の最高温度が低く抑制される。また、本実施形態では、高い蓄熱作用のあるチャネル保護層１４を採用しているから、半導体膜１３の冷却速度が大幅に低下する。よって、本実施形態によれば、膜飛びを抑制することができる。次に、図２の（ｆ）に示すように、半導体膜１３上に、コンタクト層１５ｓ及び１５ｄとソース電極１６ｓとドレイン電極１６ｄを形成する。詳細には、次に述べる通りである。
【００２７】
まず、半導体膜１３上に高濃度にドープされた非晶質の半導体膜（Ｎ＋半導体膜）を形成する。この形成は、Ｎ＋半導体膜が、平面視で、チャネル保護層１４を覆い、ソース領域１３ｓとドレイン領域１３ｄとに重なるように行う。次に、Ｎ＋半導体膜をエッチングすることにより、ソース領域１３ｓに平面視で重なるコンタクト層１５ｓと、ドレイン領域１３ｄに平面視で重なるコンタクト層１５ｄとを形成する。このエッチングにより、Ｎ＋半導体膜のうち、チャネル領域１３ｃと平面視で重なる部分も除去されるが、チャネル領域１３ｃはチャネル保護層１４に保護されているから、このエッチングによってチャネル領域１３ｃが劣化する虞はない。なお、コンタクト層１５ｓ及び１５ｄは、共に、オーミックコンタクト（オーム性接触）を実現するための層である。
【００２８】
次に、半導体膜１３上に金属で導電膜を形成する。この形成は、この導電膜が、平面視で、チャネル保護層１４を覆い、ソース領域１３ｓとドレイン領域１３ｄとに重なるように行う。次に、導電膜をエッチングすることにより、コンタクト層１５ｓ（ソース領域１３ｓ）に平面視で重なるソース電極１６ｓと、コンタクト層１５ｄ（ドレイン領域１３ｄ）に平面視で重なるドレイン電極１６ｄとを形成する（ソース電極とドレイン電極とを形成する工程）。このエッチングにより、導電膜のうち、チャネル領域１３ｃと平面視で重なる部分も除去されるが、チャネル領域１３ｃはチャネル保護層１４に保護されているから、このエッチングによってチャネル領域１３ｃが劣化する虞はない。
【００２９】
こうして完成したＴＦＴは、基板１０上に形成されたゲート電極１１と、基板１０上に形成され、ゲート電極１１を平面視で覆うゲート絶縁膜１２と、ゲート絶縁膜１２上に半導体で形成され、チャネル領域１３ｃとソース領域１３ｓとドレイン領域１３ｄとを有する半導体膜１３と、半導体膜１３上に形成され、チャネル領域１３ｃを平面視で覆うチャネル保護層１４と、半導体膜１３上に形成され、チャネル保護層１４の一端とソース領域１３ｓとに平面視で重なるソース電極１６ｓと、半導体膜１３上に形成され、チャネル保護層１４の他端とドレイン領域１３ｄとに平面視で重なるドレイン電極１６ｄとを備える。
【００３０】
そして、本実施形態に係るＴＦＴでは、半導体膜１３のうち、チャネル保護層１４と平面視で重なる部分（チャネル領域１３ｃ）は微結晶化されているから、その特性（オン電流の大きさと動作の信頼性）は、チャネル領域１３ｃを微結晶化しない非晶質シリコンＴＦＴに比べて大幅に良好となる。ところで、半導体膜１３の全域が微結晶化されていると、ＴＦＴのオフ電流が大きくなってしまう。このオフ電流を抑制するためには、コンタクト層１５ｓ及び１５ｄの多層化が有効であるが、構造が複雑となってしまう。これに対して、本実施形態に係るＴＦＴによれば、チャネル保護層１４と平面視で重ならない部分は非晶質のままであるから、多層化せずともオフ電流を抑制することができる。
【００３１】
なお、本実施形態では、アニールにグリーンレーザーを採用したが、緑色光以外の可視光を用いる固体レーザーを採用してもよいし、紫外線を用いるエキシマレーザーを採用してもよい。例えば、図４に示す特性のエキシマレーザーを採用した場合、通常条件に対する照射条件の比率を、グリーンレーザーを採用した場合の当該比率（６５／１００）よりも小さくすることができる。
【００３２】
＜Ｂ：第２実施形態＞
図５は、本発明の第２実施形態に係るＴＦＴの製造工程の一部を示す断面図である。第２実施形態に係るＴＦＴの製造工程が第１実施形態に係るＴＦＴの製造工程と異なるのは、ゲート電極１１が可視光を反射する反射電極である点と、ゲート絶縁膜１２の膜厚がＬ４である点と、半導体膜１３のうちチャネル領域１３ｃ以外の部分もグリーンレーザーを用いたレーザーアニールによって改質される点のみである。なお、本実施形態についても、緑色光以外の可視光を用いる固体レーザーを採用してもよい。
【００３３】
図５の（Ｄ）から明らかなように、第２実施形態では、前述のゲート電極を形成する工程において基板１０上に反射電極であるゲート電極１１をパターニングし、前述のゲート絶縁膜を形成する工程において基板１０上に窒化シリコンでゲート絶縁膜１２を形成する。ゲート絶縁膜１２の形成では、その膜厚をＬ４とする。Ｌ４＜Ｌ１である。Ｌ４としては、１５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下が好ましく、本実施形態では１５０ｎｍである。また、図５の（Ｄ）に示すように、本実施形態でも第１実施形態と同様に、前述のチャネル保護層を形成する工程でチャネル保護層１４をパターニングした後に前述の微結晶化する工程でレーザーアニールを行う。したがって、図５の（Ｅ）に示すように、半導体膜１３のチャネル領域１３ｃが微結晶化する。
【００３４】
ところで、半導体膜１３のうち、チャネル保護層１４と平面視で重なっていない部分に照射されたレーザービームの一部は、半導体膜１３を通過し、ゲート絶縁膜１２を経てゲート電極１１で反射されてゲート絶縁膜１２に再入射する。また、前述のようにＬ４＜Ｌ１である。よって、ゲート絶縁膜１２の蓄熱作用は、第１実施形態におけるゲート絶縁膜１２の蓄熱作用よりも大幅に強くなる。したがって、第２実施形態では、図５の（Ｅ）に示すように、チャネル領域１３ｃのみならず、ソース領域１３ｓのうちゲート電極１１と平面視で重なる隣接領域１３ｓｎも、ドレイン領域１３ｄのうちゲート電極１１と平面視で重なる隣接領域１３ｄｎも微結晶化する。
【００３５】
このように、本実施形態では、半導体膜１３のうち、ゲート電極１１と平面視で重なる領域が、チャネル保護層１４及びゲート電極１１の蓄熱作用によって微結晶化する。ただし、隣接領域１３ｓｎ及び隣接領域１３ｄｎの結晶粒径は、共に、チャネル領域１３ｃの結晶粒径よりも小さい。なお、ゲート絶縁膜１２の蓄熱作用を強くする観点では、Ｌ４は短い方がよい。しかし、Ｌ４が短すぎると、本体の絶縁作用が損なわれてしまう。これが、Ｌ４としては１５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下が好ましい理由である。
【００３６】
図５の（Ｆ）に示すように、本実施形態に係るＴＦＴは、基板１０上に形成された反射電極であるゲート電極１１と、基板１０上に形成され、ゲート電極１１を平面視で覆うゲート絶縁膜１２と、ゲート絶縁膜１２上に半導体で形成され、チャネル領域１３ｃとソース領域１３ｓとドレイン領域１３ｄとを有する半導体膜１３と、半導体膜１３上に形成され、チャネル領域１３ｃを平面視で覆うチャネル保護層１４と、半導体膜１３上に形成され、チャネル保護層１４の一端とソース領域１３ｓとに平面視で重なるソース電極１６ｓと、半導体膜１３上に形成され、チャネル保護層１４の他端とドレイン領域１３ｄとに平面視で重なるドレイン電極１６ｄとを備える。
【００３７】
そして、本実施形態に係るＴＦＴでは、チャネル領域１３ｃが微結晶化されているから、その特性（オン電流の大きさと動作の信頼性）は、チャネル領域１３ｃを微結晶化しない非晶質シリコンＴＦＴに比べて良好となる。また、ゲート電極１１と平面視で重ならない部分は非晶質のままであるから、多層化せずともオフ電流を抑制することができる。また、半導体膜１３のうち微結晶化する領域を、チャネル保護層１４ではなく、ゲート電極１１で制御することができるから、設計の自由度が高いという利点がある。また、隣接領域１３ｓｎ及び隣接領域１３ｄｎが微結晶化されており、その結晶粒径はチャネル領域１３ｃの結晶粒径よりも小さいから、いわゆるＬＤＤ（Lightly Doped Drain）構造を採用した場合と同様の効果が得られる。
尚、本実施形態では、微結晶化により結晶粒径Ｂ（１２０〜１３０ｎｍ）を得る例を記載しているが、これに限定されるものではない。本実施形態において、微結晶とは、粒径が多結晶と言われる粒径３００ｎｍより小さく、非晶質と言われる粒径１０ｎｍより大きい範囲を指す。結晶粒径は、電子顕微鏡で確認できる。結晶粒径が確認できない場合は、非晶質であるが、ラマン散乱測定から特定のピーク波数を検出することでも確認できる。すなわち、５２０cm-1付近に鋭いピークがでると、多結晶シリコン（Ｓｉ）であり、全くピークが出ず４８０cm-1に緩やかな山があると非晶質シリコン（Ｓｉ）である。
【００３８】
＜Ｃ：電気光学装置＞
次に、第１実施形態に係るＴＦＴを適用した電気光学装置について説明するが、第２実施形態に係るＴＦＴについても同様の適用が可能である。電気光学装置は、供給された電気エネルギーに応じて光学特性が変化する電気光学素子を備えた装置である。電気光学装置としては、電気光学素子として液晶素子を備えた液晶装置や、電気光学素子としてＥＬ（electro-luminescent）素子を備えたＥＬ装置を例示可能である。
【００３９】
図６は、第１実施形態に係るＴＦＴを適用した液晶装置の構成を示す断面図である。ただし、本発明に直接的に関係しない配線や層（膜）については、図示を省略してある。図６に示す液晶装置は、反射型の液晶装置であり、ＴＦＴが形成された基板１０上にＴＮ（Twisted Nematic）方式の反射型液晶素子を形成して構成されている。反射型液晶素子は、可視光を反射する反射電極である第１電極２１と、その上に形成された配向膜２２と、その上に形成された液晶層２３と、その上に形成された配向膜２４と、その上に形成された光透過性の第２電極２５とを備え、その光反射率は、第１電極２１と第２電極２５との間の電圧に応じて変化する。第１電極２１はドレイン電極１６ｄと接している。つまり、この液晶装置では、ＴＦＴが、反射型液晶素子の駆動電圧を制御することにより、反射型液晶素子の光反射率を制御する。
【００４０】
なお、第１電極２１とは別に、可視光を反射する光反射層を設けてもよい。この場合、第１電極２１としては、光透過性の透明電極を採用する。また、反射型液晶素子に代えて透過型液晶素子を採用してもよい。すなわち、バックライトを備えた透過型の液晶装置としてもよい。この場合、第１電極２１としては、光透過性の透明電極を採用する。また、ＴＮ方式とは異なる方式の液晶素子を採用してもよい。
【００４１】
図７は、第１実施形態に係るＴＦＴを適用したＥＬ装置の構成を示す断面図である。ただし、本発明に直接的に関係しない配線や層（膜）については、図示を省略してある。図７に示すＥＬ装置は、ＴＦＴが形成された基板１０上にＥＬ素子を形成して構成されている。ＥＬ素子は、有機ＥＬ素子又は無機ＥＬ素子であり、ドレイン電極１６ｄと接する第１電極３１と、その上に形成されたＥＬ層３２と、その上に形成された光透過性の第２電極３３とを備え、ＥＬ層３２は、第１電極３１と第２電極３３との間の電流又は電圧に応じた輝度で発光する。つまり、このＥＬ装置では、ＴＦＴが、ＥＬ素子の駆動電流又は駆動電圧を制御することにより、ＥＬ素子の輝度を制御する。
【００４２】
なお、基板１０上に形成されるＴＦＴ及び電気光学素子は、それぞれ複数であってもよい。基板１０上に形成されるＴＦＴが複数の場合、総てのＴＦＴについて前述の微結晶化を行うようにしてもよいし、一部のＴＦＴについて前述の微結晶化を行うようにしてもよい。例えば、電気光学素子を画素として複数配列した電気光学装置の場合、平面視で、画素が配列された領域に重なるＴＦＴについては微結晶化を行わず、当該領域に重ならないＴＦＴについては微結晶化を行うようにしてもよい。
【００４３】
＜Ｄ：電子機器＞
次に、複数の電気光学素子を備えた電気光学装置を適用した電子機器について説明するが、備える電気光学素子の数が単数の電気光学装置についても電子機器への適用が可能である。
図８は、複数の電気光学素子を備えた電気光学装置を表示装置１００として採用した可搬型のパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。パーソナルコンピュータ２０００は、各種の画像を表示する表示装置１００と、電源スイッチ２００１やキーボード２００２が設置された本体部２０１０とを具備する。
【００４４】
図９は、複数の電気光学素子を備えた電気光学装置を表示装置２００として採用した携帯電話機の構成を示す斜視図である。携帯電話機３０００は、複数の操作ボタン３００１およびスクロールボタン３００２と、各種の画像を表示する表示装置２００とを備える。スクロールボタン３００２を操作することによって、表示装置２００に表示される画面がスクロールされる。
【００４５】
図１０は、複数の電気光学素子を備えた電気光学装置を表示装置３００として採用した携帯情報端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistants）の構成を示す斜視図である。携帯情報端末４０００は、複数の操作ボタン４００１および電源スイッチ４００２と、各種の画像を表示する表示装置３００とを備える。電源スイッチ４００２を操作すると、住所録やスケジュール帳といった様々な情報が表示装置３００に表示される。
【符号の説明】
【００４６】
１０……基板、１１……ゲート電極、１２……ゲート絶縁膜、１３……半導体膜、１４……チャネル保護層、１５ｓ，１５ｄ……コンタクト層、１６ｓ……ソース電極、１６ｄ……ドレイン電極。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非晶質シリコン（a-Si）ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）の製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、非晶質シリコンＴＦＴの特性は、多結晶シリコン（p-Si）ＴＦＴの特性よりも悪い。例えば、非晶質シリコンＴＦＴの移動度は、０．８ｃｍ２／Ｖｓ以下が一般的であり、多結晶シリコンＴＦＴの移動度よりも遥かに低い。つまり、オン電流が小さい。また例えば、非晶質シリコンＴＦＴの閾値電圧は、多結晶シリコンＴＦＴの閾値電圧よりも大きく変動する。つまり、動作の信頼性が低い。
【０００３】
非晶質シリコンＴＦＴの特性の改善には、ＴＦＴのチャネル領域に微結晶（マイクロクリスタル）シリコンを用いることが有効である。特許文献１及び特許文献２には、ＴＦＴのチャネル領域に微結晶シリコンを用いたエッチ・ストッパ型のＴＦＴが開示されている。特許文献１のＴＦＴの製造方法では、微結晶シリコン層上に密着性向上層を形成し、その上にチャネル保護層を形成している。特許文献２のＴＦＴの製造方法では、微結晶シリコンで形成されたチャネル層の上にチャネル保護層を形成し、その上に複数の微結晶シリコン層を積層させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２３１６４１号公報
【特許文献２】特開２００８−９１５９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
微結晶シリコン層を簡単に形成する方法としては、第１に、成膜条件や成膜装置を改善する方法が挙げられる。しかし、この方法では、移動度を大幅に向上させることは困難である。第２に、固相成長を利用した炉などによるアニールが挙げられる。しかし、この方法では、基板が高温環境に長時間さらされて反ってしまう。第３に、レーザーを用いたアニール（レーザーアニール）が挙げられる。レーザーアニールであれば、基板にダメージを与えることなく、移動度を大幅に向上させることができる。
【０００６】
したがって、非晶質シリコンＴＦＴの特性を大幅に向上させるためには、その製造プロセスに、レーザーアニールによる微結晶シリコン層の形成工程を入れることが望ましい。例えば、特許文献１及び２に記載の製造方法において、密着性向上層やチャネル保護層を形成する前に、非晶質シリコン膜にレーザーを照射して微結晶シリコン層を形成する。この場合、所望の結晶粒径を得るためには、照射条件（照射エネルギー密度）を十分に高くする必要がある。しかし、照射条件が高いほど、非晶質シリコン膜の膜飛び（膜中残留水素起因のアブレーション）が発生し易くなる。
【０００７】
本発明は、上述した事情に鑑みて、非晶質シリコンＴＦＴの特性を大幅に向上させつつ、その製造プロセスにおける膜飛びを抑制することを解決課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明に係るＴＦＴの製造方法は、基板上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極を覆うゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上に、非晶質の半導体膜を形成する工程と、前記半導体膜上の前記ゲート電極に平面視で重なる領域にチャネル保護層を形成する工程と、前記半導体膜と前記チャネル保護層とにレーザーを照射することにより、前記半導体膜のうち前記チャネル保護層と重なる部分を微結晶化する工程と、前記半導体膜に接続されたソース電極とドレイン電極とを形成する工程とを有する。
この製造方法によれば、チャネル保護層越しのレーザーの照射条件を、半導体膜のうちチャネル保護層と平面視で重ならない部分の少なくとも一部が非晶質のまま残るように低くしても、チャネル保護層の蓄熱作用により、半導体膜のうちチャネル保護層と平面視で重なる部分を微結晶化させることができる。つまり、この製造方法によれば、レーザーの照射条件を低く抑制して膜飛びを抑制することができる。また、この製造方法によって製造されたＴＦＴでは、半導体膜のうち、チャネル保護層と平面視で重なる部分が微結晶化されているから、その特性は、微結晶化されていない従来のものに比べて大幅に向上する。また、このＴＦＴでは、チャネル保護層と平面視で重ならない部分の少なくとも一部が非晶質のまま残るから、多層化せずともオフ電流を抑制することができる。
【０００９】
前記半導体膜の厚さとしては、３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下が好ましく、５０ｎｍが最適である。前記チャネル保護層の厚さとしては、３０ｎｍ以上８０ｎｍ以下が好ましく、５０ｎｍが最適である。また、前記レーザーは、紫外線を用いたエキシマレーザーであってもよいし、可視光を用いた固体レーザーであってもよい。
【００１０】
前記レーザーが、可視光を用いた固体レーザーである場合、前記ゲート絶縁膜の厚さを１５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下とし、前記微結晶化する工程では、前記レーザーの照射により、前記半導体膜のうち前記ゲート電極と平面視で重なる部分を微結晶化するようにしてもよい。この製造方法によれば、ゲート絶縁膜の膜厚が一般的な非晶質シリコンＴＦＴのゲート絶縁膜よりも薄く、ゲート電極で反射されてゲート絶縁膜に入射する可視光の光量が多くなるから、ゲート絶縁膜の蓄熱作用が強くなる。このため、半導体膜のうち、ゲート電極と平面視で重なる部分を微結晶化し、ゲート電極と平面視で重ならない部分を非晶質のまま残すことができる。したがって、上述と同様の効果が得られる。また、微結晶化する範囲をゲート電極のパターニングによって調整することができるから、設計の自由度が高いという利点がある。
【００１１】
上記の課題を解決するために、本発明に係るＴＦＴは、基板上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極を覆うゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成され、非晶質のソース領域とドレイン領域、並びに微結晶化されたチャネル領域とを有する半導体膜と、前記半導体膜のチャネル領域を覆うチャネル保護層と、前記ソース領域に重なるソース電極と、前記ドレイン領域に重なるドレイン電極とを備えたことを特徴とする。
このＴＦＴでは、半導体膜のうち、チャネル保護層と平面視で重なる部分が微結晶化されているから、その特性は、微結晶化されていない従来のものに比べて大幅に向上する。また、このＴＦＴでは、ゲート電極と平面視で重ならない部分は非晶質のままであるから、多層化せずともオフ電流を抑制することができる。また、このＴＦＴの製造工程において、チャネル保護層越しにレーザーを照射するようにし、その照射条件を、半導体膜のうちゲート電極と平面視で重ならない部分が非晶質のまま残るように低くしても、チャネル保護層及びゲート絶縁膜の蓄熱作用により、半導体膜のうちゲート電極と平面視で重なる部分を微結晶化させることができる。つまり、このＴＦＴによれば、その製造工程において、レーザーの照射条件を低く抑制して膜飛びを抑制することができる。
【００１２】
上記の課題を解決するために、本発明に係る電気光学装置は、上記のＴＦＴと、前記基板上に形成され、供給された電気エネルギーに応じて光学特性が変化する電気光学素子とを備え、前記薄膜トランジスタは、前記電気光学素子に供給する電気エネルギーを制御することを特徴とする。また、上記の課題を解決するために、本発明に係る電子機器は、上記の電気光学装置を備えることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＴＦＴの製造工程を示す断面図である。
【図２】図１に示す工程の次の工程を示す断面図である。
【図３】グリーンレーザーの照射条件と結晶粒径との関係をチャネル保護層１４の膜厚Ｌ３毎に示す図である。
【図４】紫外線を用いたエキシマレーザーの照射条件と結晶粒径との関係を例示する図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るＴＦＴの製造工程を示す断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係るＴＦＴを適用した液晶装置の構成を示す断面図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係るＴＦＴを適用したＥＬ装置の構成を示す断面図である。
【図８】本発明に係る電気光学装置を適用した携帯電話機の構成を示す斜視図である。
【図９】本発明に係る電気光学装置を適用した携帯電話機の構成を示す斜視図である。
【図１０】本発明に係る電気光学装置を適用した携帯情報端末の構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。ただし、各図においては、適宜、各部の寸法および縮尺を実際のものと異ならせてある。また、以下の説明では、本発明に直接的に関係しない配線や層（膜）、処理には触れないが、これらの配線や層（膜）、処理を含む形態も本発明の範囲に含まれうる。また、以下の説明で登場する各部を構成する材料は、適宜に変更可能である。
【００１５】
＜Ａ：第１実施形態＞
図１及び図２は、本発明の第１実施形態に係るＴＦＴの製造工程を示す断面図である。本実施形態に係るＴＦＴは、ボトムゲート構造を有するエッチ・ストッパ型のＴＦＴであり、その製造工程は、一部を除いて、ボトムゲート構造を有するエッチ・ストッパ型の非晶質シリコンＴＦＴを製造するための一般的な工程と同様であり、具体的には次に述べる通りである。
【００１６】
まず、図１の（ａ）に示すように、基板１０上にゲート電極１１をパターニングする（ゲート電極を形成する工程）。次に、図１の（ｂ）に示すように、基板１０上に窒化シリコン（ＳｉＮｘ）でゲート絶縁膜１２を形成する（ゲート絶縁膜を形成する工程）。この形成では、ゲート絶縁膜１２がゲート電極１１を平面視で覆うようにする。このときのゲート絶縁膜１２の膜厚（ゲート絶縁膜１２とゲート電極１１との接触面と、ゲート絶縁膜１２の、ゲート電極１１とは反対側の面との距離）をＬ１としたとき、Ｌ１は、一般的な非晶質シリコンＴＦＴのゲート絶縁膜の膜厚と同様であればよく、本実施形態では３００ｎｍである。
【００１７】
次に、図１の（ｃ）に示すように、ゲート絶縁膜１２上に非晶質の半導体膜１３を形成する（半導体膜を形成する工程）。この形成では、半導体膜１３がゲート電極１１を平面視で覆うようにする。このときの半導体膜１３の膜厚をＬ２とする。Ｌ２としては、３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下が好ましく、本実施形態では最適な５０ｎｍである。そして、半導体膜１３において、ゲート電極１１と平面視で重なる領域の少なくとも一部にチャネル領域１３ｃが形成され、また、チャネル領域１３ｃに隣接し、一部がゲート電極１１と平面視で重なる領域が、ソース領域１３ｓ及びドレイン領域１３ｄとなる。完成したＴＦＴにおいて、チャネル領域１３ｃはチャネルとして機能し、ソース領域１３ｓはソースとして機能し、ドレイン領域１３ｄはドレインとして機能する。
【００１８】
次に、図１の（ｄ）に示すように、半導体膜１３上に酸化膜または窒化シリコン膜（ＳｉＯ２またはＳｉＮｘ）でチャネル保護層１４をパターニングする（チャネル保護層を形成する工程）。この形成では、チャネル保護層１４がチャネル領域１３ｃを平面視で覆うようにする。チャネル保護層１４は、チャネル領域１３ｃを後述のエッチングによる劣化から保護するための層である。本実施形態では、チャネル保護層１４は、平面視でチャネル領域１３ｃのみと重なるが、チャネル領域１３ｃに隣接する領域にも重なるようにしてもよい。また、チャネル保護層１４の膜厚Ｌ３としては、３０ｎｍ以上８０ｎｍ以下が好ましいく、本実施形態では最適な５０ｎｍである。
【００１９】
次に、レーザーアニールを行う（微結晶化する工程）。すなわち、半導体膜１３とチャネル保護層１４とにレーザーを照射することにより、半導体膜１３のうちチャネル保護層１４と平面視で重なる部分、すなわちチャネル領域１３ｃを微結晶化する。本実施形態では、可視光を用いた固体レーザー、より具体的には波長が５３２ｎｍのグリーンレーザーを用いる。レーザーの照射条件については、次に述べる通りに定められる。
【００２０】
図３は、グリーンレーザーの照射条件（照射エネルギー密度）と結晶粒径との関係をチャネル保護層１４の膜厚（Ｌ３）毎に示す図である。この図では、照射条件が、Ｌ３＝０ｎｍの場合、すなわちチャネル保護層１４が存在しない場合に通常の結晶粒径Ａが得られる照射条件（通常条件）を１００％としたときの百分率で示されている。本実施形態では、微結晶化が目的であり、得ようとする結晶粒径Ｂは結晶粒径Ａよりも小さいから、チャネル保護層１４が存在しなかったとしても、照射条件は約９０％となる。
【００２１】
なお、得ようとする結晶粒径が小さくなれば照射条件が低くなるのは、グリーンレーザーに限らない。例えば、紫外線（例えば波長が３０８ｎｍの紫外線）を用いるエキシマレーザーの場合には、図４に例示するように、チャネル保護層１４が存在しない場合に通常の結晶粒径Ａが得られる照射エネルギー密度を１００％としたとき、約７０％の照射条件で結晶粒径Ｂを得ることができる。
【００２２】
また、図３から明らかなように、照射条件と結晶粒径との関係は、チャネル保護層１４の膜厚（Ｌ３）に依存する。具体的には、０ｎｍ＜Ｌ３の範囲では、Ｌ３が短いほど、照射条件が低下する。例えば、Ｌ３＝１００ｎｍの場合の照射条件は１００％以上となるが、Ｌ３＝８０ｎｍの場合の照射条件は約９０％となり、Ｌ３＝７０ｎｍの場合の照射条件は約７６％となり、Ｌ３＝６０ｎｍの場合の照射条件は約６８％となり、Ｌ３＝３０ｎｍの場合の照射条件は約６３％となる。つまり、約９０％以下の照射条件で微結晶化を達成するためには、Ｌ３≦８０ｎｍとする必要があり、Ｌ３を短くすれば照射条件を更に低下させることができる。
【００２３】
なお、０ｎｍ＜Ｌ３≦８０ｎｍの範囲において照射条件を通常条件以下とすることができるのは、この範囲のチャネル保護層１４に高い蓄熱作用があるからである。「蓄熱作用」は、熱を蓄積して半導体膜１３の冷却速度を低下させる作用である。チャネル保護層１４に高い蓄熱作用があれば、半導体膜１３の冷却速度を大幅に低下させることができるから、半導体膜１３をさほど加熱しなくても十分にアニールすることができるのである。
【００２４】
ところで、膜飛びは、照射条件が低いほど発生し難くなる。したがって、０ｎｍ＜Ｌ３≦８０ｎｍの範囲内でＬ３の最短化を図るべきである。ただし、チャネル領域１３ｃを後述のエッチングによる劣化から保護するためには、３０ｎｍ≦Ｌ３が好ましい。よって、Ｌ３としては、３０ｎｍ以上８０ｎｍ以下が好ましく、本実施形態では５０ｎｍである。Ｌ３＝５０ｎｍは、照射エネルギー密度を十分に低下させつつチャネル領域１３ｃを十分に保護することができる最適な長さである。
【００２５】
以上より、本実施形態では、Ｌ３＝５０ｎｍの場合に結晶粒径Ｂを得ることができる照射条件（約６５％）でレーザーを照射する。これにより、半導体膜１３が改質される。すなわち、図２の（ｅ）に示すように、半導体膜１３のうち、チャネル保護層１４に平面視で重なる部分（Ｌ３＝５０ｎｍの部分：チャネル領域１３ｃ）が微結晶化する。一方、半導体膜１３のうち、チャネル保護層１４に平面視で重ならない部分（Ｌ３＝０ｎｍの部分：ソース領域１３ｓ及びドレイン領域１３ｄ）は非晶質のままである。これは、約６５％の照射条件ではＬ３＝０ｎｍの場合に結晶化が起きないからである（図３参照)。
【００２６】
このように、本実施形態では、十分に低い照射条件となるから、レーザーアニールにおける半導体膜１３の最高温度が低く抑制される。また、本実施形態では、高い蓄熱作用のあるチャネル保護層１４を採用しているから、半導体膜１３の冷却速度が大幅に低下する。よって、本実施形態によれば、膜飛びを抑制することができる。次に、図２の（ｆ）に示すように、半導体膜１３上に、コンタクト層１５ｓ及び１５ｄとソース電極１６ｓとドレイン電極１６ｄを形成する。詳細には、次に述べる通りである。
【００２７】
まず、半導体膜１３上に高濃度にドープされた非晶質の半導体膜（Ｎ＋半導体膜）を形成する。この形成は、Ｎ＋半導体膜が、平面視で、チャネル保護層１４を覆い、ソース領域１３ｓとドレイン領域１３ｄとに重なるように行う。次に、Ｎ＋半導体膜をエッチングすることにより、ソース領域１３ｓに平面視で重なるコンタクト層１５ｓと、ドレイン領域１３ｄに平面視で重なるコンタクト層１５ｄとを形成する。このエッチングにより、Ｎ＋半導体膜のうち、チャネル領域１３ｃと平面視で重なる部分も除去されるが、チャネル領域１３ｃはチャネル保護層１４に保護されているから、このエッチングによってチャネル領域１３ｃが劣化する虞はない。なお、コンタクト層１５ｓ及び１５ｄは、共に、オーミックコンタクト（オーム性接触）を実現するための層である。
【００２８】
次に、半導体膜１３上に金属で導電膜を形成する。この形成は、この導電膜が、平面視で、チャネル保護層１４を覆い、ソース領域１３ｓとドレイン領域１３ｄとに重なるように行う。次に、導電膜をエッチングすることにより、コンタクト層１５ｓ（ソース領域１３ｓ）に平面視で重なるソース電極１６ｓと、コンタクト層１５ｄ（ドレイン領域１３ｄ）に平面視で重なるドレイン電極１６ｄとを形成する（ソース電極とドレイン電極とを形成する工程）。このエッチングにより、導電膜のうち、チャネル領域１３ｃと平面視で重なる部分も除去されるが、チャネル領域１３ｃはチャネル保護層１４に保護されているから、このエッチングによってチャネル領域１３ｃが劣化する虞はない。
【００２９】
こうして完成したＴＦＴは、基板１０上に形成されたゲート電極１１と、基板１０上に形成され、ゲート電極１１を平面視で覆うゲート絶縁膜１２と、ゲート絶縁膜１２上に半導体で形成され、チャネル領域１３ｃとソース領域１３ｓとドレイン領域１３ｄとを有する半導体膜１３と、半導体膜１３上に形成され、チャネル領域１３ｃを平面視で覆うチャネル保護層１４と、半導体膜１３上に形成され、チャネル保護層１４の一端とソース領域１３ｓとに平面視で重なるソース電極１６ｓと、半導体膜１３上に形成され、チャネル保護層１４の他端とドレイン領域１３ｄとに平面視で重なるドレイン電極１６ｄとを備える。
【００３０】
そして、本実施形態に係るＴＦＴでは、半導体膜１３のうち、チャネル保護層１４と平面視で重なる部分（チャネル領域１３ｃ）は微結晶化されているから、その特性（オン電流の大きさと動作の信頼性）は、チャネル領域１３ｃを微結晶化しない非晶質シリコンＴＦＴに比べて大幅に良好となる。ところで、半導体膜１３の全域が微結晶化されていると、ＴＦＴのオフ電流が大きくなってしまう。このオフ電流を抑制するためには、コンタクト層１５ｓ及び１５ｄの多層化が有効であるが、構造が複雑となってしまう。これに対して、本実施形態に係るＴＦＴによれば、チャネル保護層１４と平面視で重ならない部分は非晶質のままであるから、多層化せずともオフ電流を抑制することができる。
【００３１】
なお、本実施形態では、アニールにグリーンレーザーを採用したが、緑色光以外の可視光を用いる固体レーザーを採用してもよいし、紫外線を用いるエキシマレーザーを採用してもよい。例えば、図４に示す特性のエキシマレーザーを採用した場合、通常条件に対する照射条件の比率を、グリーンレーザーを採用した場合の当該比率（６５／１００）よりも小さくすることができる。
【００３２】
＜Ｂ：第２実施形態＞
図５は、本発明の第２実施形態に係るＴＦＴの製造工程の一部を示す断面図である。第２実施形態に係るＴＦＴの製造工程が第１実施形態に係るＴＦＴの製造工程と異なるのは、ゲート電極１１が可視光を反射する反射電極である点と、ゲート絶縁膜１２の膜厚がＬ４である点と、半導体膜１３のうちチャネル領域１３ｃ以外の部分もグリーンレーザーを用いたレーザーアニールによって改質される点のみである。なお、本実施形態についても、緑色光以外の可視光を用いる固体レーザーを採用してもよい。
【００３３】
図５の（Ｄ）から明らかなように、第２実施形態では、前述のゲート電極を形成する工程において基板１０上に反射電極であるゲート電極１１をパターニングし、前述のゲート絶縁膜を形成する工程において基板１０上に窒化シリコンでゲート絶縁膜１２を形成する。ゲート絶縁膜１２の形成では、その膜厚をＬ４とする。Ｌ４＜Ｌ１である。Ｌ４としては、１５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下が好ましく、本実施形態では１５０ｎｍである。また、図５の（Ｄ）に示すように、本実施形態でも第１実施形態と同様に、前述のチャネル保護層を形成する工程でチャネル保護層１４をパターニングした後に前述の微結晶化する工程でレーザーアニールを行う。したがって、図５の（Ｅ）に示すように、半導体膜１３のチャネル領域１３ｃが微結晶化する。
【００３４】
ところで、半導体膜１３のうち、チャネル保護層１４と平面視で重なっていない部分に照射されたレーザービームの一部は、半導体膜１３を通過し、ゲート絶縁膜１２を経てゲート電極１１で反射されてゲート絶縁膜１２に再入射する。また、前述のようにＬ４＜Ｌ１である。よって、ゲート絶縁膜１２の蓄熱作用は、第１実施形態におけるゲート絶縁膜１２の蓄熱作用よりも大幅に強くなる。したがって、第２実施形態では、図５の（Ｅ）に示すように、チャネル領域１３ｃのみならず、ソース領域１３ｓのうちゲート電極１１と平面視で重なる隣接領域１３ｓｎも、ドレイン領域１３ｄのうちゲート電極１１と平面視で重なる隣接領域１３ｄｎも微結晶化する。
【００３５】
このように、本実施形態では、半導体膜１３のうち、ゲート電極１１と平面視で重なる領域が、チャネル保護層１４及びゲート電極１１の蓄熱作用によって微結晶化する。ただし、隣接領域１３ｓｎ及び隣接領域１３ｄｎの結晶粒径は、共に、チャネル領域１３ｃの結晶粒径よりも小さい。なお、ゲート絶縁膜１２の蓄熱作用を強くする観点では、Ｌ４は短い方がよい。しかし、Ｌ４が短すぎると、本体の絶縁作用が損なわれてしまう。これが、Ｌ４としては１５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下が好ましい理由である。
【００３６】
図５の（Ｆ）に示すように、本実施形態に係るＴＦＴは、基板１０上に形成された反射電極であるゲート電極１１と、基板１０上に形成され、ゲート電極１１を平面視で覆うゲート絶縁膜１２と、ゲート絶縁膜１２上に半導体で形成され、チャネル領域１３ｃとソース領域１３ｓとドレイン領域１３ｄとを有する半導体膜１３と、半導体膜１３上に形成され、チャネル領域１３ｃを平面視で覆うチャネル保護層１４と、半導体膜１３上に形成され、チャネル保護層１４の一端とソース領域１３ｓとに平面視で重なるソース電極１６ｓと、半導体膜１３上に形成され、チャネル保護層１４の他端とドレイン領域１３ｄとに平面視で重なるドレイン電極１６ｄとを備える。
【００３７】
そして、本実施形態に係るＴＦＴでは、チャネル領域１３ｃが微結晶化されているから、その特性（オン電流の大きさと動作の信頼性）は、チャネル領域１３ｃを微結晶化しない非晶質シリコンＴＦＴに比べて良好となる。また、ゲート電極１１と平面視で重ならない部分は非晶質のままであるから、多層化せずともオフ電流を抑制することができる。また、半導体膜１３のうち微結晶化する領域を、チャネル保護層１４ではなく、ゲート電極１１で制御することができるから、設計の自由度が高いという利点がある。また、隣接領域１３ｓｎ及び隣接領域１３ｄｎが微結晶化されており、その結晶粒径はチャネル領域１３ｃの結晶粒径よりも小さいから、いわゆるＬＤＤ（Lightly Doped Drain）構造を採用した場合と同様の効果が得られる。
尚、本実施形態では、微結晶化により結晶粒径Ｂ（１２０〜１３０ｎｍ）を得る例を記載しているが、これに限定されるものではない。本実施形態において、微結晶とは、粒径が多結晶と言われる粒径３００ｎｍより小さく、非晶質と言われる粒径１０ｎｍより大きい範囲を指す。結晶粒径は、電子顕微鏡で確認できる。結晶粒径が確認できない場合は、非晶質であるが、ラマン散乱測定から特定のピーク波数を検出することでも確認できる。すなわち、５２０cm-1付近に鋭いピークがでると、多結晶シリコン（Ｓｉ）であり、全くピークが出ず４８０cm-1に緩やかな山があると非晶質シリコン（Ｓｉ）である。
【００３８】
＜Ｃ：電気光学装置＞
次に、第１実施形態に係るＴＦＴを適用した電気光学装置について説明するが、第２実施形態に係るＴＦＴについても同様の適用が可能である。電気光学装置は、供給された電気エネルギーに応じて光学特性が変化する電気光学素子を備えた装置である。電気光学装置としては、電気光学素子として液晶素子を備えた液晶装置や、電気光学素子としてＥＬ（electro-luminescent）素子を備えたＥＬ装置を例示可能である。
【００３９】
図６は、第１実施形態に係るＴＦＴを適用した液晶装置の構成を示す断面図である。ただし、本発明に直接的に関係しない配線や層（膜）については、図示を省略してある。図６に示す液晶装置は、反射型の液晶装置であり、ＴＦＴが形成された基板１０上にＴＮ（Twisted Nematic）方式の反射型液晶素子を形成して構成されている。反射型液晶素子は、可視光を反射する反射電極である第１電極２１と、その上に形成された配向膜２２と、その上に形成された液晶層２３と、その上に形成された配向膜２４と、その上に形成された光透過性の第２電極２５とを備え、その光反射率は、第１電極２１と第２電極２５との間の電圧に応じて変化する。第１電極２１はドレイン電極１６ｄと接している。つまり、この液晶装置では、ＴＦＴが、反射型液晶素子の駆動電圧を制御することにより、反射型液晶素子の光反射率を制御する。
【００４０】
なお、第１電極２１とは別に、可視光を反射する光反射層を設けてもよい。この場合、第１電極２１としては、光透過性の透明電極を採用する。また、反射型液晶素子に代えて透過型液晶素子を採用してもよい。すなわち、バックライトを備えた透過型の液晶装置としてもよい。この場合、第１電極２１としては、光透過性の透明電極を採用する。また、ＴＮ方式とは異なる方式の液晶素子を採用してもよい。
【００４１】
図７は、第１実施形態に係るＴＦＴを適用したＥＬ装置の構成を示す断面図である。ただし、本発明に直接的に関係しない配線や層（膜）については、図示を省略してある。図７に示すＥＬ装置は、ＴＦＴが形成された基板１０上にＥＬ素子を形成して構成されている。ＥＬ素子は、有機ＥＬ素子又は無機ＥＬ素子であり、ドレイン電極１６ｄと接する第１電極３１と、その上に形成されたＥＬ層３２と、その上に形成された光透過性の第２電極３３とを備え、ＥＬ層３２は、第１電極３１と第２電極３３との間の電流又は電圧に応じた輝度で発光する。つまり、このＥＬ装置では、ＴＦＴが、ＥＬ素子の駆動電流又は駆動電圧を制御することにより、ＥＬ素子の輝度を制御する。
【００４２】
なお、基板１０上に形成されるＴＦＴ及び電気光学素子は、それぞれ複数であってもよい。基板１０上に形成されるＴＦＴが複数の場合、総てのＴＦＴについて前述の微結晶化を行うようにしてもよいし、一部のＴＦＴについて前述の微結晶化を行うようにしてもよい。例えば、電気光学素子を画素として複数配列した電気光学装置の場合、平面視で、画素が配列された領域に重なるＴＦＴについては微結晶化を行わず、当該領域に重ならないＴＦＴについては微結晶化を行うようにしてもよい。
【００４３】
＜Ｄ：電子機器＞
次に、複数の電気光学素子を備えた電気光学装置を適用した電子機器について説明するが、備える電気光学素子の数が単数の電気光学装置についても電子機器への適用が可能である。
図８は、複数の電気光学素子を備えた電気光学装置を表示装置１００として採用した可搬型のパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。パーソナルコンピュータ２０００は、各種の画像を表示する表示装置１００と、電源スイッチ２００１やキーボード２００２が設置された本体部２０１０とを具備する。
【００４４】
図９は、複数の電気光学素子を備えた電気光学装置を表示装置２００として採用した携帯電話機の構成を示す斜視図である。携帯電話機３０００は、複数の操作ボタン３００１およびスクロールボタン３００２と、各種の画像を表示する表示装置２００とを備える。スクロールボタン３００２を操作することによって、表示装置２００に表示される画面がスクロールされる。
【００４５】
図１０は、複数の電気光学素子を備えた電気光学装置を表示装置３００として採用した携帯情報端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistants）の構成を示す斜視図である。携帯情報端末４０００は、複数の操作ボタン４００１および電源スイッチ４００２と、各種の画像を表示する表示装置３００とを備える。電源スイッチ４００２を操作すると、住所録やスケジュール帳といった様々な情報が表示装置３００に表示される。
【符号の説明】
【００４６】
１０……基板、１１……ゲート電極、１２……ゲート絶縁膜、１３……半導体膜、１４……チャネル保護層、１５ｓ，１５ｄ……コンタクト層、１６ｓ……ソース電極、１６ｄ……ドレイン電極。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極を覆うゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に、非晶質の半導体膜を形成する工程と、
前記半導体膜上の前記ゲート電極に平面視で重なる領域にチャネル保護層を形成する工程と、
前記半導体膜と前記チャネル保護層とにレーザーを照射することにより、前記半導体膜のうち前記チャネル保護層と重なる部分を微結晶化する工程と、
前記半導体膜に接続されたソース電極とドレイン電極とを形成する工程と
を有する薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２】
前記半導体膜の厚さは３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、
前記チャネル保護層の厚さは３０ｎｍ以上８０ｎｍ以下である
ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３】
前記レーザーは、紫外線を用いたエキシマレーザー、又は可視光を用いた固体レーザーである
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項４】
前記ゲート絶縁膜の厚さは１５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、
前記レーザーは、可視光を用いた固体レーザーであり、
前記微結晶化する工程では、前記レーザーの照射により、前記半導体膜のうち前記ゲート電極と平面視で重なる部分を微結晶化する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項５】
基板上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極を覆うゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成され、非晶質のソース領域とドレイン領域、並びに微結晶化されたチャネル領域とを有する半導体膜と、
前記半導体膜のチャネル領域を覆うチャネル保護層と、
前記ソース領域に重なるソース電極と、
前記ドレイン領域に重なるドレイン電極とを
備えたことを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項６】
請求項５に記載の薄膜トランジスタと、
前記基板上に形成され、供給された電気エネルギーに応じて光学特性が変化する電気光学素子とを備え、
前記薄膜トランジスタは、前記電気光学素子に供給する電気エネルギーを制御する
ことを特徴とする電気光学装置。
【請求項７】
請求項６に記載の電気光学装置を備える電子機器。
【請求項１】
基板上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極を覆うゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に、非晶質の半導体膜を形成する工程と、
前記半導体膜上の前記ゲート電極に平面視で重なる領域にチャネル保護層を形成する工程と、
前記半導体膜と前記チャネル保護層とにレーザーを照射することにより、前記半導体膜のうち前記チャネル保護層と重なる部分を微結晶化する工程と、
前記半導体膜に接続されたソース電極とドレイン電極とを形成する工程と
を有する薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２】
前記半導体膜の厚さは３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、
前記チャネル保護層の厚さは３０ｎｍ以上８０ｎｍ以下である
ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３】
前記レーザーは、紫外線を用いたエキシマレーザー、又は可視光を用いた固体レーザーである
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項４】
前記ゲート絶縁膜の厚さは１５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、
前記レーザーは、可視光を用いた固体レーザーであり、
前記微結晶化する工程では、前記レーザーの照射により、前記半導体膜のうち前記ゲート電極と平面視で重なる部分を微結晶化する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項５】
基板上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極を覆うゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成され、非晶質のソース領域とドレイン領域、並びに微結晶化されたチャネル領域とを有する半導体膜と、
前記半導体膜のチャネル領域を覆うチャネル保護層と、
前記ソース領域に重なるソース電極と、
前記ドレイン領域に重なるドレイン電極とを
備えたことを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項６】
請求項５に記載の薄膜トランジスタと、
前記基板上に形成され、供給された電気エネルギーに応じて光学特性が変化する電気光学素子とを備え、
前記薄膜トランジスタは、前記電気光学素子に供給する電気エネルギーを制御する
ことを特徴とする電気光学装置。
【請求項７】
請求項６に記載の電気光学装置を備える電子機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−１９２７７１（Ｐ２０１１−１９２７７１Ａ）
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５７１０９（Ｐ２０１０−５７１０９）
【出願日】平成２２年３月１５日（２０１０．３．１５）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１５日（２０１０．３．１５）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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