JP2016197734A - 薄膜トランジスタ - Google Patents

Abstract

【課題】オフ電流が小さく、好ましくはオン電流及び移動度も高く、工程が簡略化された半導体装置の作製方法を提供する。【解決手段】チャネルエッチ型の薄膜トランジスタの作製に際して、ゲート絶縁層上に少なくとも半導体層を形成し、半導体層上に導電膜を形成し、導電膜上にエッチングマスクを形成し、基板を反応室内に搬入し、導電膜を加工してソース電極及びドレイン電極層を形成し、反応室内に半導体エッチング用のガスを導入し、反応室内で半導体エッチング用のガスでエッチングを行い、基板を反応室から搬出し、その後エッチングマスクを除去する。すなわち、導電膜の加工から半導体エッチング用のガスで行うエッチングまでを同一チャンバー内で連続して行い、半導体エッチング用のガスで行うエッチングはエッチングマスクを除去する前に行う。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置の作製方法に関する。なお、本明細書において、半導体装置とは
、半導体素子自体または半導体素子を含むものをいい、このような半導体素子として、例
えばトランジスタ（薄膜トランジスタなど）が挙げられる。液晶表示装置などの表示装置
も半導体装置に含まれる。

近年、半導体装置は、人間の生活に欠かせないものとなっている。このような半導体装
置に含まれる薄膜トランジスタは、基板上に薄膜を形成し、該薄膜をエッチングなどによ
り所望の形状に加工することで作製される。このような薄膜素子の作製方法は、例えば、
液晶表示装置（例えば、液晶テレビ）に適用されている。

従来の液晶テレビの薄膜トランジスタには、半導体膜として非晶質シリコン膜が用いら
れることが多い。これは、非晶質シリコン膜により形成された薄膜トランジスタが、比較
的作りやすい構造とされているからである。

しかしながら、昨今の動画事情（例えば、３Ｄ映画鑑賞や３Ｄスポーツ観戦など）から
、非晶質シリコン膜を用いた液晶テレビでは、動画の鮮明さを表現する事が困難になり、
高速に応答する薄膜トランジスタの開発が進められている。そのため、キャリア移動度の
高い微結晶シリコン膜の開発が進められている。微結晶シリコン膜を用いた薄膜トランジ
スタが開示されている先行技術文献として、例えば、特許文献１が挙げられる。

薄膜トランジスタの電気的特性は、チャネル形成領域が形成される半導体層の、チャネ
ル形成領域と逆側の部分（以下、「バックチャネル部」と記す。）の状態に大きく左右さ
れる。例えば、特許文献１では、微結晶シリコン膜上に非晶質シリコン膜が設けられたチ
ャネルエッチ型薄膜トランジスタのバックチャネル部を形成した後にレジストマスクを除
去し、その後更にバックチャネル部をエッチングすることでオフ電流を小さくする薄膜ト
ランジスタの作製方法が開示されている。

特開２００９−０８１４２２号公報

本発明の一態様は、バックチャネル部の形成を工夫することで、電気的特性を改善した
（特に、オフ電流を小さくした）半導体装置の作製方法を提供することを課題とする。

本発明の一態様は、基板上に設けられたチャネルエッチ型の薄膜トランジスタの作製に
際して、ゲート絶縁層上に半導体層を形成し、該半導体層上に導電膜を形成し、該導電膜
上にエッチングマスクを形成し、前記基板を反応室に搬入し、前記導電膜を塩素系ガスに
より加工してソース電極及びドレイン電極層を形成し、前記反応室に半導体エッチング用
のガス（例えば、臭化水素（ＨＢｒ）ガス及び４フッ化メタン（ＣＦ_４）ガスの一方また
は双方）を導入し、前記反応室で半導体エッチング用の前記ガスを用いてエッチングを行
い、前記基板を前記反応室から搬出し、その後前記エッチングマスクを除去する半導体装
置の作製方法である。すなわち、導電膜の加工から半導体エッチング用のガスを用いるエ
ッチングまでを同一チャンバー内で連続して行い、半導体エッチング用のガスで行うエッ
チングはエッチングマスクを除去する前に行うため、バックチャネル部が、エッチングマ
スクの除去に用いる剥離液などに曝露することを防止することができる。

本発明の一態様は、基板上のゲート電極層を覆って設けられたゲート絶縁層上に半導体
膜を形成し、前記半導体膜上に第１のエッチングマスクを位置選択的に形成し、前記第１
のエッチングマスクと重畳していない部分の前記半導体膜を除去して島状に加工すること
で半導体層を形成し、前記第１のエッチングマスクを除去し、前記半導体層上に導電膜を
形成し、前記導電膜上に第２のエッチングマスクを位置選択的に形成し、前記基板を反応
室に搬入し、前記導電膜を塩素系ガスにより加工してソース電極及びドレイン電極層を形
成し、前記反応室に半導体エッチング用のガス（例えば、臭化水素（ＨＢｒ）ガスまたは
４フッ化メタン（ＣＦ_４）ガス）を導入し、前記反応室で半導体エッチング用の前記ガス
を用いてエッチングを行い、前記基板を前記反応室から搬出し、その後前記第２のエッチ
ングマスクを除去する半導体装置の作製方法である。

本発明の一態様は、基板上のゲート電極層を覆って設けられたゲート絶縁層上に結晶性
半導体膜を形成し、前記結晶性半導体膜上に非晶質半導体膜を形成し、前記非晶質半導体
膜上に不純物半導体膜を形成し、前記不純物半導体膜上に第１のエッチングマスクを位置
選択的に形成し、前記第１のエッチングマスクと重畳していない部分の前記結晶性半導体
膜、前記非晶質半導体膜及び前記不純物半導体膜を除去して島状に加工することで薄膜積
層体を形成し、前記第１のエッチングマスクを除去し、前記薄膜積層体上に導電膜を形成
し、前記導電膜上に第２のエッチングマスクを位置選択的に形成し、前記基板を反応室に
搬入し、前記導電膜を塩素系ガスにより加工してソース電極及びドレイン電極層を形成し
、前記反応室に半導体エッチング用のガス（例えば、臭化水素（ＨＢｒ）ガスまたは４フ
ッ化メタン（ＣＦ_４）ガス）を導入し、前記反応室で半導体エッチング用の前記ガスを用
いてエッチングを行い、前記基板を前記反応室から搬出し、その後前記第２のエッチング
マスクを除去する半導体装置の作製方法である。

前記構成の半導体装置の作製方法において、前記反応室に導入する半導体エッチング用
の前記ガスは、臭化水素ガス及び４フッ化メタンガスの混合ガスであることが好ましい。
前記混合ガスには、さらに、酸素ガスが含まれていてもよい。

前記構成の半導体装置の作製方法において、前記第２のエッチングマスクの除去後に保
護絶縁層を形成し、前記ソース電極と前記ドレイン電極の間に重畳する前記保護絶縁層上
にバックゲート電極を形成することでデュアルゲート型の半導体装置を作製することがで
きる。

前記構成の半導体装置の作製方法において、前記第２のエッチングマスクを除去する直
前に、酸素プラズマ処理を行うことが好ましい。

前記構成の半導体装置の作製方法において、前記第２のエッチングマスクを除去した直
後に、水素ガスと酸素ガスの混合ガスを用いてプラズマ処理を行うことが好ましい。

前記構成の半導体装置の作製方法において、前記結晶性半導体膜は、微結晶半導体膜で
あることが好ましい。

前記構成の半導体装置の作製方法において、前記微結晶半導体膜は微結晶シリコン膜で
あり、前記非晶質半導体膜は非晶質シリコン膜であればよい。

なお、本明細書において、半導体装置を説明する際にはトランジスタとして画素トラン
ジスタを例示しているが、これに限定されず、本発明の一態様である半導体装置は、画素
トランジスタ以外のトランジスタであってもよい。

なお、本明細書において、「膜」とは、ＣＶＤ法（プラズマＣＶＤ法などを含む。）ま
たはスパッタリング法などにより、被形成面の全面に形成されたものをいう。一方で、「
層」とは、「膜」が加工されたもの、または被形成面の全面に形成された状態で加工され
ないものをいう。ただし、「膜」と「層」を特に区別することなく用いることがあるもの
とする。

本発明の一態様によれば、オフ電流が小さい半導体装置を作製することができる。好ま
しくは半導体装置にバックゲート電極を設けてオン電流を向上させ、電界効果移動度を向
上させることができる。まそして、導電膜の加工から半導体エッチング用のガスで行うエ
ッチングまでを同一反応室（チャンバー）内で連続して行うため、半導体装置を簡略な工
程で作製することができる。

本発明の一態様である半導体装置の作製方法を説明するフローチャート。 本発明の一態様である半導体装置の作製方法を説明する図。 本発明の一態様である半導体装置の作製方法を説明する図。 本発明の一態様である半導体装置を説明する図。 本発明の一態様である半導体装置を説明する図。 本発明の一態様である半導体装置を説明する図。 本発明の一態様である半導体装置を説明する図。 実施例１における実施例のＩｄｓ−Ｖｇｓカーブ。 実施例１における実施例のＩｄｓ−Ｖｇｓカーブ。 実施例１における実施例のＩｄｓ−Ｖｇｓカーブ。 実施例１における比較例のＩｄｓ−Ｖｇｓカーブ。

以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明
は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及
び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。したがって、本発
明は、以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。

（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様である半導体装置の作製方法について図１乃至図３
を参照して説明する。

図１は、本実施の形態にて説明する本発明の一態様を説明するフローチャートを示す。

まず、ゲート電極層とゲート絶縁層の形成を行う（第１の工程１０２）。次に、ゲート
絶縁層上に半導体膜の形成を行う（第２の工程１０４）。次に、半導体膜上に（位置選択
的に）第１のエッチングマスクの形成を行う（第３の工程１０６）。次に、半導体膜を島
状に加工して薄膜積層体（または半導体層）の形成を行う（第４の工程１０８）。次に、
第１のエッチングマスクの除去を行う（第５の工程１１０）。次に、導電膜の形成を行う
（第６の工程１１２）。次に、第２のエッチングマスクの形成を行う（第７の工程１１４
）。次に、基板を反応室に搬入する（第８の工程１１６）。次に、導電膜を加工してソー
ス電極及びドレイン電極層の形成を行う（第９の工程１１８）。次に、半導体エッチング
用のガスを反応室に導入する（第１０の工程１２０）。次に、半導体エッチング用のガス
でエッチングを行う（第１１の工程１２２）。次に、基板を反応室から搬出する（第１２
の工程１２４）。次に、第２のエッチングマスクの除去を行う（第１３の工程１２６）。
ここで、第８の工程１１６から第１２の工程１２４までは、同一の反応室にて連続して行
う（点線１２８）。

ここで、エッチングマスクとしては、レジストマスクを用いることが一般的であり、第
１３の工程１２６には、レジスト剥離液が用いられることが多い。第１１の工程１２２に
より、エッチング加工された直後の活性なバックチャネルがレジスト剥離液に暴露される
ことを防止することができる。

なお、半導体膜は積層膜であることが好ましい。該積層膜では、ゲート絶縁層と接する
側に半導体膜が設けられ、導電膜と接する側に不純物半導体膜が設けられているとよい。
好ましくは、該積層膜では、ゲート絶縁層と接する側に結晶性半導体膜が設けられ、該結
晶性半導体膜上に「非晶質半導体を含む膜」が設けられ、導電膜と接する側に不純物半導
体膜が設けられているとよい。または、「非晶質半導体を含む膜」に代えて非晶質半導体
膜が設けられていてもよい。

なお、本明細書において「非晶質半導体を含む膜」とは、大部分が非晶質である半導体
膜をいう。「非晶質半導体を含む膜」は、好ましくは、非晶質半導体と微小半導体結晶粒
を有し、従来の非晶質半導体と比較して、一定光電流法（ＣＰＭ：Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｐ
ｈｏｔｏｃｕｒｒｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ）やフォトルミネッセンス分光測定で測定される
Ｕｒｂａｃｈ端のエネルギーが小さく、欠陥吸収スペクトル量が少ない半導体膜である。
このような半導体膜は、従来の非晶質半導体膜と比較して欠陥が少なく、価電子帯のバン
ド端（移動度端）における準位のテイル（裾）の傾きが急峻である秩序性の高い半導体膜
である。

なお、本発明の一態様である半導体装置の作製方法は、第８の工程１１６から第１２の
工程１２４までは、同一の反応室にて連続して行えば、図１に限定されるものではない。

図１を参照して説明した半導体装置の作製方法について、図２及び図３を参照して、よ
り詳細に説明する。本実施の形態にて説明する本発明の一態様は、基板２００上の第１の
導電層２０２を覆って設けられた第１の絶縁層２０４上に第１の半導体膜２０６を形成し
、第１の半導体膜２０６上に第２の半導体膜２０８を形成し、第２の半導体膜２０８上に
不純物半導体膜２１０を形成し、不純物半導体膜２１０上に第１のエッチングマスク２１
２を位置選択的に形成し、第１のエッチングマスク２１２と重畳していない部分の第１の
半導体膜２０６、第２の半導体膜２０８及び不純物半導体膜２１０を除去して島状に加工
することで薄膜積層体２１４を形成し、第１のエッチングマスク２１２を除去し、薄膜積
層体２１４上に導電膜２１６を形成し、導電膜２１６上に第２のエッチングマスク２１８
を位置選択的に形成し、基板２００を反応室に搬入し、少なくとも導電膜２１６を加工し
て第２の導電層２２０を形成し、前記反応室に半導体エッチング用のガスを導入し、前記
反応室で半導体エッチング用のガスを用いてエッチングを行い、基板２００を前記反応室
から搬出し、その後第２のエッチングマスク２１８を除去する半導体装置の作製方法であ
る。

まず、基板２００上に第１の導電層２０２を形成し、第１の導電層２０２を覆って第１
の絶縁層２０４を形成する（図２（Ａ））。なお、この工程は、図１における第１の工程
１０２に相当する。

基板２００は、絶縁性基板である。基板２００として、例えば、ガラス基板、石英基板
、セラミック基板の他、本作製工程の処理温度に耐えうる程度の耐熱性を有するプラスチ
ック基板などを用いることができる。基板２００がガラス基板である場合には、第１世代
（例えば、３２０ｍｍ×４００ｍｍ）〜第１０世代（例えば、２９５０ｍｍ×３４００ｍ
ｍ）のものを用いればよいが、これに限定されるものではない。

なお、基板２００上に下地層が設けられていてもよい。

第１の導電層２０２は、例えば、スパッタリング法を用いて導電膜（例えば、金属膜ま
たは一導電型の不純物元素が添加された半導体膜など）を形成し、該導電膜上にエッチン
グマスクを位置選択的に形成してエッチングを行うことで形成すればよい。または、イン
クジェット法などを用いて位置選択的に形成してもよい。なお、第１の導電層２０２とな
る導電膜は、単層で形成してもよいし、複数の層を積層して形成してもよい。例えば、Ｔ
ｉ層によりＡｌ層を挟持した３層の積層構造とすればよい。なお、第１の導電層２０２は
、少なくとも走査線とゲート電極を構成するため、「ゲート電極層」と呼んでもよい。

第１の絶縁層２０４は、例えば、プラズマＣＶＤ法を用いて絶縁性材料（例えば、窒化
シリコン、窒化酸化シリコン、酸化窒化シリコンまたは酸化シリコンなど）膜を形成すれ
ばよい。なお、第１の絶縁層２０４は、単層で形成してもよいし、複数の層を積層して形
成してもよい。ここでは、例えば、窒化シリコン層上に酸化窒化シリコン層が積層された
２層の積層構造とする。なお、第１の絶縁層２０４は、少なくともゲート絶縁層を構成す
る。

なお、「窒化酸化シリコン」とは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多いも
のであって、好ましくは、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ：Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ Ｂ
ａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）及び水素前方散乱法（ＨＦＳ
：Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｆｏｒｗａｒｄ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）を用いて測定した場合に
、組成範囲として酸素が５〜３０原子％、窒素が２０〜５５原子％、シリコンが２５〜３
５原子％、水素が１０〜３０原子％の範囲で含まれるものをいう。

なお、「酸化窒化シリコン」とは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多いも
のであって、好ましくは、ＲＢＳ及びＨＦＳを用いて測定した場合に、組成範囲として酸
素が５０〜７０原子％、窒素が０．５〜１５原子％、シリコンが２５〜３５原子％、水素
が０．１〜１０原子％の範囲で含まれるものをいう。

ただし、酸化窒化シリコンまたは窒化酸化シリコンを構成する原子の合計を１００原子
％としたとき、窒素、酸素、シリコン及び水素の含有比率が前記範囲内に含まれるものと
する。

次に、第１の絶縁層２０４上に第１の半導体膜２０６と、第２の半導体膜２０８と、不
純物半導体膜２１０と、第１のエッチングマスク２１２と、を形成する（図２（Ｂ））。
なお、この工程は、図１における第２の工程１０４及び第３の工程１０６に相当する。な
お、第１の半導体膜２０６を形成する前に第１の絶縁層２０４に酸素を含むガスによりプ
ラズマ処理を行うことが好ましい。ここで、酸素を含むガスとは、酸素ガスまたは一酸化
二窒素ガスなどが含まれるガスが挙げられる。また、第１のエッチングマスク２１２は、
レジスト材料により位置選択的に形成すればよい。

第１の半導体膜２０６は、大部分が結晶性である半導体膜である。結晶性半導体として
は、例えば、微結晶半導体が挙げられる。ここで、微結晶半導体とは、非晶質と結晶構造
（単結晶、多結晶を含む。）の中間的な構造の半導体をいう。微結晶半導体は、自由エネ
ルギー的に安定な第３の状態を有する半導体であって、短距離秩序を持ち格子歪みを有す
る結晶質な半導体であり、結晶粒径が２ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以
上８０ｎｍ以下、より好ましくは２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の柱状または針状の結晶粒が
基板表面に対して法線方向に成長している半導体である。このため、柱状または針状の結
晶粒の界面には、粒界が形成されることもある。なお、ここでの結晶粒径は、基板表面に
対して平行な面における結晶粒の最大直径である。そして、結晶粒は、非晶質半導体領域
と、単結晶とみなせる微小結晶である結晶子を有する。なお、結晶粒は双晶を有する場合
もある。

微結晶半導体としては、例えば、微結晶シリコンを用いればよい。微結晶半導体の一で
ある微結晶シリコンでは、そのラマンスペクトルのピークが単結晶シリコンを示す５２０
ｃｍ^−１よりも低波数側にシフトしている。すなわち、単結晶シリコンを示す５２０ｃｍ
^−１と非晶質シリコンを示す４８０ｃｍ^−１の間に微結晶シリコンのラマンスペクトルの
ピークがある。また、未結合手（ダングリングボンド）を終端するために、水素またはハ
ロゲンを少なくとも１原子％またはそれ以上含ませている。さらに、Ｈｅ、Ａｒ、Ｋｒま
たはＮｅなどの希ガス元素を含ませて格子歪みを更に助長させると、安定性が増し良好な
微結晶半導体が得られる。

なお、結晶性半導体膜に含まれる酸素及び窒素の濃度（二次イオン質量分析法による測
定値）を低くし、好ましくは１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満とすると、結晶性を高
めることができる。

なお、結晶性半導体膜は、２段階または３段階の形成処理により形成することが好まし
く、２段階の形成処理においては、例えば、第１段階では５００Ｐａ程度の圧力下で厚さ
５ｎｍ程度の微結晶シリコン膜を形成し、第２段階では５０００Ｐａ程度の圧力下で所望
の厚さの微結晶シリコン膜を形成するとよい。第２段階においては、第１段階よりもシラ
ンの流量比を小さくし、高希釈な条件とするとよい。３段階の形成処理は、第１段階では
初期核を発生させ、第２段階では結晶核間の隙間（「鬆」と呼ばれる部分）を充填し、第
３段階では結晶性を向上させるとよい。例えば、第１段階では１０００Ｐａ程度の圧力下
で厚さ５ｎｍ程度の微結晶シリコン膜を形成し、第２段階では１００００Ｐａ程度の圧力
下で厚さ２５ｎｍ程度の微結晶シリコン膜を形成し、第３段階では導入する堆積ガスの流
量を大小で交互に切り替えつつ堆積とエッチングを行うことで、結晶性の高い部分のみ成
長させるとよい。

第２の半導体膜２０８は、バッファ層として機能し、大部分が非晶質である半導体膜で
ある。好ましくは、前記「非晶質半導体を含む膜」である。

第２の半導体膜２０８には、ハロゲン及び窒素を含んでいてもよい。第２の半導体膜２
０８に窒素が含まれる場合には、ＮＨ基またはＮＨ_２基として含んでいてもよい。

なお、ここで、第１の半導体膜２０６と第２の半導体膜２０８の界面領域は、微結晶半
導体領域と当該微結晶半導体領域の間に充填される非晶質半導体領域を有する。具体的に
は、第１の半導体膜２０６から錐形状に伸びた微結晶半導体領域と、第２の半導体膜２０
８と同様の「非晶質半導体を含む膜」と、で構成される。

本発明の一態様である半導体装置においては、第２の半導体膜２０８によりバッファ層
が設けられるため、トランジスタのオフ電流を小さくすることができる。また、前記界面
領域において、錐形状に伸びた微結晶半導体領域を有するため、縦方向（厚さ方向）の抵
抗、すなわち、第２の半導体膜２０８と、不純物半導体膜２１０により構成されるソース
領域またはドレイン領域と、の間の抵抗を低くすることができ、トランジスタのオン電流
を高めることができる。すなわち、「非晶質半導体を含む膜」を適用することで従来の非
晶質半導体を適用した場合よりも、オフ電流を十分に低減させつつ、オン電流の低下をも
抑制することができ、トランジスタのスイッチング特性を高くすることができる。

なお、完成したトランジスタにおいて、第１の半導体膜２０６により形成される第１の
半導体層が薄くなるとオン電流が低下し、第１の半導体膜２０６により形成される第１の
半導体層が厚くなると、第１の半導体膜２０６により形成される第１の半導体層と後に形
成される第２の導電層の接触面が広くなり、オフ電流が増大する。従って、オンオフ比を
高くするためには、第１の半導体膜２０６を厚くし、更には後述するように、第１の半導
体膜２０６により形成される第１の半導体層を含む薄膜積層体２１４の側壁に絶縁化処理
を行うことが好ましい。

前記微結晶半導体領域は、第１の半導体膜２０６から第２の半導体膜２０８に向かって
先端が細くなる錐形状の結晶粒により大部分が構成されているとよい。または、第１の半
導体膜２０６から第２の半導体膜２０８に向かって幅が広がる結晶粒により大部分が構成
されていてもよい。

前記界面領域において、微結晶半導体領域が、第１の半導体膜２０６から第２の半導体
膜２０８に向かって先端が細くなる錐形状に伸びた結晶粒である場合には、第１の半導体
膜２０６側のほうが、第２の半導体膜２０８側と比較して、微結晶半導体領域の占める割
合が高い。微結晶半導体領域は、第１の半導体膜２０６の表面から厚さ方向に成長するが
、原料ガスにおいて堆積性ガス（例えば、シラン）に対する水素ガスの流量が小さく（す
なわち、希釈率が低く）、または窒素を含む原料ガスの濃度が高いと、微結晶半導体領域
における結晶成長が抑制され、結晶粒が錐形状になり、堆積されて形成される半導体は、
大部分が非晶質半導体となる。

なお、前記界面領域は、窒素、特にＮＨ基またはＮＨ_２基を含有することが好ましい。
これは、微結晶半導体領域に含まれる結晶の界面、微結晶半導体領域と非晶質半導体領域
の界面において、窒素、特にＮＨ基またはＮＨ_２基がシリコン原子のダングリングボンド
と結合すると、欠陥を低減させ、キャリアが流れやすくなるためである。このため、窒素
、好ましくはＮＨ基またはＮＨ_２基を１×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３乃至１×１０^２１
ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の濃度で含有させると、シリコン原子のダングリングボンド間を架橋
しやすくなり、キャリアがより流れやすくなる。この結果、結晶粒界や欠陥におけるキャ
リアの移動を促進する結合ができ、前記界面領域のキャリア移動度が向上する。そのため
、トランジスタの電界効果移動度が向上する。

なお、前記界面領域の酸素濃度を低減させることにより、微結晶半導体領域と非晶質半
導体領域の界面または結晶粒間の界面における欠陥密度を低減させ、キャリアの移動を阻
害する結合を低減させることができる。

不純物半導体膜２１０は、一導電型を付与する不純物元素を添加した半導体により形成
する。トランジスタがｎ型である場合には、一導電型を付与する不純物元素を添加した半
導体として、例えば、ＰまたはＡｓを添加したシリコンが挙げられる。または、トランジ
スタがｐ型である場合には、一導電型を付与する不純物元素として、例えば、Ｂを添加す
ることも可能であるが、トランジスタはｎ型とすることが好ましい。そのため、ここでは
、一例として、Ｐを添加したシリコンを用いる。なお、不純物半導体膜２１０は、非晶質
半導体により形成してもよいし、微結晶半導体などの結晶性半導体により形成してもよい
。

不純物半導体膜２１０を非晶質半導体により形成する場合には、堆積性ガスの流量に対
する希釈ガスの流量を１倍以上１０倍未満、好ましくは１倍以上５倍以下とすればよい。
不純物半導体膜２１０を結晶性半導体により形成する場合には、堆積性ガスの流量に対す
る希釈ガスの流量を１０倍以上２０００倍以下、好ましくは５０倍以上２００倍以下とす
ればよい。

なお、第１の絶縁層２０４から不純物半導体膜２１０までは同一反応室（チャンバー）
内で連続して形成することが好ましい。第１の絶縁層２０４から不純物半導体膜２１０ま
での各々の層間の界面に大気成分などが含まれてしまうことを防止するためである。

次に、第１のエッチングマスク２１２を用いて第１の半導体膜２０６と、第２の半導体
膜２０８と、不純物半導体膜２１０と、をエッチングする。その後、第１のエッチングマ
スク２１２を除去することで、薄膜積層体２１４を得ることができる（図２（Ｃ））。な
お、これらの工程は、それぞれ図１における第４の工程１０８及び第５の工程１１０に相
当する。

なお、ここで、上述したように、薄膜積層体２１４の側壁に対して絶縁化処理を行うこ
とが好ましい。なぜなら、完成したトランジスタの第１の半導体層と第２の導電層（ソー
ス電極及びドレイン電極層）が接するとオフ電流が増大してしまうことが多いからである
。ここで絶縁化処理としては、薄膜積層体２１４の側壁を酸素プラズマ若しくは窒素プラ
ズマに曝す処理、または薄膜積層体２１４の側壁が露出された状態で絶縁膜を形成し、該
絶縁膜を異方性の高いエッチング方法により基板２００の表面に垂直な方向にエッチング
することで、薄膜積層体２１４の側壁に接してサイドウォール絶縁層を形成する処理が挙
げられる。なお、酸素プラズマは、酸素ガスにより発生させるプラズマに限定されず、酸
素を含むガスにより発生させるプラズマであればよい。同様に、窒素プラズマは、窒素ガ
スにより発生させるプラズマに限定されず、窒素を含むガスにより発生させるプラズマで
あればよい。

次に、第１の絶縁層２０４及び薄膜積層体２１４上に導電膜２１６を形成する。導電膜
２１６上には第２のエッチングマスク２１８を形成する（図２（Ｄ））。なお、これらの
工程は、図１における第６の工程１１２及び第７の工程１１４に相当する。

導電膜２１６は、第１の導電層２０２と同様に、導電性材料（例えば、金属または一導
電型の不純物元素が添加された半導体など）により形成すればよい。なお、導電膜２１６
は、単層で形成してもよいし、複数の層を積層して形成してもよい。例えば、Ｔｉ層によ
りＡｌ層を挟持した３層の積層構造とする。

次に、基板２００を反応室に搬入する。なお、この工程は、図１における第８の工程１
１６に相当する。

次に、第２のエッチングマスク２１８を用いて導電膜２１６をエッチングすることで第
２の導電層２２０を形成しつつ、薄膜積層体２１４のエッチングを行う（図３（Ａ））。
なお、この工程は、図１における第９の工程１１８に相当する。

なお、第２の導電層２２０は、少なくとも信号線、ソース電極及びドレイン電極を構成
するため、「ソース電極及びドレイン電極層」と呼んでもよい。

ここで、導電膜２１６及び薄膜積層体２１４のエッチングには塩素系ガスを用いればよ
く、例えば、三塩化ホウ素ガスと塩素ガスの混合ガスを用いることが好ましい。ただし、
これに限定されず、塩素ガスのみを用いてもよい。または、導電膜２１６をエッチングす
ることができる他のガスを用いてもよい。

なお、薄膜積層体２１４のエッチングによって第１の半導体層２２２を露出させること
が好ましい。

次に、第９の工程１１８を行った反応室に半導体エッチング用のガスを導入し、半導体
エッチング用のガスでエッチングを行う。なお、この工程は、図１における第１０の工程
１２０及び第１１の工程１２２に相当する。

ここで、半導体エッチング用のガスとしては、ＨＢｒガス及びＣＦ_４ガスが挙げられる
が、これらのうち少なくともいずれか一方を反応室に導入して半導体エッチング用のガス
でエッチングを行えばよい。好ましくは、ＨＢｒガスとＣＦ_４ガスの混合ガスを用いる。

半導体エッチング用のガスでエッチングすることにより、第１の半導体層２２２のチャ
ネル部が露出される。

次に、基板２００を反応室から搬出する。なお、この工程は、図１における第１２の工
程１２４に相当する。

次に、第２のエッチングマスク２１８を除去する（図３（Ｂ））。第２のエッチングマ
スク２１８は、レジスト剥離液を用いて直接剥離してもよいが、好ましくは酸素プラズマ
処理（アッシング）を行った後にレジスト剥離液を用いて剥離する。当該酸素プラズマ処
理により、第２のエッチングマスク２１８は縮小される。なお、この工程は、図１におけ
る第１３の工程１２６に相当する。

バックチャネル部が半導体エッチング用のガスでエッチングされると、第２のエッチン
グマスク２１８の除去に用いられるレジスト剥離液によるオフ電流の増大とキャリア移動
度の低下を抑制することができる。

ただし、第２のエッチングマスク２１８を除去するに際して、酸素プラズマ処理（アッ
シング）のみを用いてもよい。

その後、第１の半導体層２２２は、Ｈ_２Ｏプラズマに曝すとよい。または、Ｈ_２Ｏプラ
ズマに代えて、水素と酸素の混合ガスにより生じさせたプラズマを用いてもよい。

以上説明したように、トランジスタを作製することができる。このようなトランジスタ
は、表示装置の画素に用いる画素トランジスタに適用することができる。

その後、これらを覆って第２の絶縁層２２８を形成する。なお、第２の絶縁層２２８は
、少なくとも第１の半導体層２２２の露出された部分を覆って形成する。その後、第２の
絶縁層２２８に開口部２３０を形成する（図３（Ｃ））。

開口部２３０は、第２の絶縁層２２８上にエッチングマスクを形成してエッチングを行
うことにより形成する。

次に、開口部２３０を介して第２の導電層２２０により形成されるソース電極及びドレ
イン電極の一方に電気的に接続されるように第３の導電層２３２を位置選択的に形成する
。

第３の導電層２３２は、画素トランジスタに接続される画素電極を構成することから、
透光性を有する材料により形成するとよい。第３の導電層２３２は、第２の絶縁層２２８
上に導電膜を形成し、この導電膜上にエッチングマスクを形成してエッチングを行うこと
により形成する。

第３の導電層２３２は、透光性を有する導電性高分子（導電性ポリマーともいう。）を
含む導電性組成物を用いて形成することができる。導電性組成物を用いて形成した第３の
導電層２３２は、シート抵抗が１００００Ω／□以下であり、且つ波長５５０ｎｍにおけ
る透光率が７０％以上であることが好ましい。また、導電性組成物に含まれる導電性高分
子の抵抗率が０．１Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。

なお、導電性高分子としては、いわゆるπ電子共役系導電性高分子を用いることができ
る。例えば、ポリアニリン若しくはその誘導体、ポリピロール若しくはその誘導体、ポリ
チオフェン若しくはその誘導体、またはアニリン、ピロール及びチオフェンの２種以上の
共重合体若しくはその誘導体などがあげられる。

第３の導電層２３２は、例えば、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タン
グステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタン
を含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物（以下、ＩＴＯと記す。）、インジウム
亜鉛酸化物、酸化シリコンを添加したインジウム錫酸化物などを用いて形成することがで
きる。

なお、図示していないが、第２の絶縁層２２８と第３の導電層２３２との間に、スピン
コーティング法などにより形成した有機樹脂により形成される絶縁層を有していてもよい
。

なお、本実施の形態の薄膜トランジスタは好ましい一形態であり、これに限定されるも
のではない。例えば、第１の半導体膜２０６は微結晶半導体膜でなくてもよいし、第２の
半導体膜２０８には微小半導体結晶粒が含まれていなくてもよい。

以上説明したように、電気的特性が良好な（例えば、オフ電流が小さい）薄膜トランジ
スタを作製することができる。

（実施の形態２）
実施の形態１で説明した薄膜トランジスタには、チャネル形成領域と重畳して第３の導
電層２３２が設けられており、これがバックゲート電極として機能する。本実施の形態で
は、薄膜トランジスタへのバックゲート電極の配し方について説明する。

図４（Ａ）乃至（Ｄ）は、バックゲート電極が設けられた薄膜トランジスタの上面図を
示す。なお、断面構造は、実施の形態１で説明したものと同様である。

まず、図４（Ａ）に示すように、バックゲート３０８Ａは、ゲート３００Ａと電気的に
接続させることなく、独立に引き回して形成することができる。図４（Ａ）に示すように
バックゲート３０８Ａを配することで、バックゲート３０８Ａに供給する電位と、ゲート
３００Ａに供給する電位を制御し、各々の電位を独立したものとすることができる。この
ため、薄膜トランジスタのしきい値電圧を制御することができる。また、キャリアが流れ
る領域が、第１の半導体層により構成されるチャネル形成領域のゲート側及びバックゲー
ト側の双方に形成されるため薄膜トランジスタのオン電流を大きくすることができる。

なお、図４（Ａ）に示すゲート３００Ａは、ゲート電極とゲート配線であり、実施の形
態１における第１の導電層２０２により構成されるものである。

なお、図４（Ａ）に示す配線３０２Ａは、ソース電極とソース配線であり、実施の形態
１における第２の導電層２２０により構成されるものである。

なお、図４（Ａ）に示す電極３０４Ａは、ドレイン電極であり、実施の形態１における
第２の導電層２２０により構成されるものである。

なお、図４（Ａ）に示す電極３０６Ａは、画素電極であり、実施の形態１における第３
の導電層２３２により構成されるものである。

なお、図４（Ａ）に示すバックゲート３０８Ａは、バックゲート電極とバックゲート配
線であり、実施の形態１における第３の導電層２３２により構成されるものである。

なお、図４（Ａ）に示す開口部３１０Ａは、実施の形態１における開口部２３０に相当
する。

または、図４（Ｂ）に示すように、バックゲートは、ゲートと電気的に接続させてもよ
い。図４（Ｂ）では、ゲート３００Ｂとバックゲート３０８Ｂが、開口部３１２で電気的
に接続されている。このため、ゲートの電位とバックゲートの電位は、ほぼ等しいものと
なる。従って、図４（Ａ）と同様に、キャリアが流れる領域が、第１の半導体層により構
成されるチャネル形成領域のゲート側及びバックゲート側の双方に形成されるため薄膜ト
ランジスタのオン電流を大きくすることができる。

なお、図４（Ｂ）に示すゲート３００Ｂは、ゲート電極とゲート配線であり、実施の形
態１における第１の導電層２０２により構成されるものである。

なお、図４（Ｂ）に示す配線３０２Ｂは、ソース電極とソース配線であり、実施の形態
１における第２の導電層２２０により構成されるものである。

なお、図４（Ｂ）に示す電極３０４Ｂは、ドレイン電極であり、実施の形態１における
第２の導電層２２０により構成されるものである。

なお、図４（Ｂ）に示す電極３０６Ｂは、画素電極であり、実施の形態１における第３
の導電層２３２により構成されるものである。

なお、図４（Ｂ）に示すバックゲート３０８Ｂは、バックゲート電極であり、実施の形
態１における第３の導電層２３２により構成されるものである。

なお、図４（Ｂ）に示す開口部３１０Ｂは、実施の形態１における開口部２３０に相当
する。

なお、図４（Ｂ）に示す開口部３１２は、実施の形態１における開口部２３０と同一の
工程により設けられたものである。開口部３１２において、ゲート３００Ｂとバックゲー
ト３０８Ｂが接続されている。

または、図４（Ｃ）に示すように、バックゲートは、ゲート電極と電気的に接続させず
、且つ独立に引き回すことなく、フローティングにしてもよい。

なお、図４（Ｃ）に示すゲート３００Ｃは、ゲート電極とゲート配線であり、実施の形
態１における第１の導電層２０２により構成されるものである。

なお、図４（Ｃ）に示す配線３０２Ｃは、ソース電極とソース配線であり、実施の形態
１における第２の導電層２２０により構成されるものである。

なお、図４（Ｃ）に示す電極３０４Ｃは、ドレイン電極であり、実施の形態１における
第２の導電層２２０により構成されるものである。

なお、図４（Ｃ）に示す電極３０６Ｃは、画素電極であり、実施の形態１における第３
の導電層２３２により構成されるものである。

なお、図４（Ｃ）に示すバックゲート３０８Ｃは、バックゲート電極であり、実施の形
態１における第３の導電層２３２により構成されるものである。

なお、図４（Ｃ）に示す開口部３１０Ｃは、実施の形態１における開口部２３０に相当
する。

または、図４（Ｄ）に示すように、バックゲートは、ソース電極及びドレイン電極と重
畳して設けられていてもよい。ここでは、図４（Ａ）に示す構造の薄膜トランジスタにつ
いて示したが、図４（Ｂ）及び図４（Ｃ）に示すバックゲートも同様に第２の導電層２２
０により構成されるソース電極及びドレイン電極と重畳していてもよい。

なお、図４（Ｄ）に示すゲート３００Ｄは、ゲート電極とゲート配線であり、実施の形
態１における第１の導電層２０２により構成されるものである。

なお、図４（Ｄ）に示す配線３０２Ｄは、ソース電極とソース配線であり、実施の形態
１における第２の導電層２２０により構成されるものである。

なお、図４（Ｄ）に示す電極３０４Ｄは、ドレイン電極であり、実施の形態１における
第２の導電層２２０により構成されるものである。

なお、図４（Ｄ）に示す電極３０６Ｄは、画素電極であり、実施の形態１における第３
の導電層２３２により構成されるものである。

なお、図４（Ｄ）に示すバックゲート３０８Ｄは、バックゲート電極とバックゲート配
線であり、実施の形態１における第３の導電層２３２により構成されるものである。

なお、図４（Ｄ）に示す開口部３１０Ｄは、実施の形態１における開口部２３０に相当
する。

（実施の形態３）
実施の形態１及び実施の形態２にて作製した薄膜トランジスタを適用した半導体装置と
しては、電子ペーパーが挙げられる。電子ペーパーは、情報を表示するものであればあら
ゆる分野の電子機器に用いることが可能である。例えば、電子ペーパーを用いて、電子書
籍（電子ブック）、ポスター、デジタルサイネージ、ＰＩＤ（Ｐｕｂｌｉｃ Ｉｎｆｏｒ
ｍａｔｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）、電車などの乗り物の車内広告、クレジットカードなど
の各種カードにおける表示などに適用することができる。電子機器の一例を図５に示す。

図５は、電子書籍の一例を示している。例えば、電子書籍４００は、筐体４０１及び筐
体４０３の２つの筐体で構成されている。筐体４０１及び筐体４０３は、軸部４１１によ
り一体とされており、該軸部４１１を軸として開閉動作を行うことができる。このような
構成により、紙の書籍と同様に取り扱うことが可能となる。

筐体４０１には表示部４０５及び光電変換装置４０６が組み込まれ、筐体４０３には表
示部４０７及び光電変換装置４０８が組み込まれている。表示部４０５及び表示部４０７
は、続き画面を表示する構成としてもよいし、異なる画面を表示する構成としてもよい。
異なる画面を表示する構成とすることで、例えば右側の表示部（図５では表示部４０５）
に文章を表示し、左側の表示部（図５では表示部４０７）に画像を表示することができる
。

また、図５では、筐体４０１に操作部などを備えた例を示している。例えば、筐体４０
１において、電源４２１、操作キー４２３、スピーカ４２５などを備えている。操作キー
４２３により、頁を送ることができる。なお、筐体の表示部と同一面にキーボードやポイ
ンティングデバイスなどを備える構成としてもよい。また、筐体の裏面や側面に、外部接
続用端子（イヤホン端子、ＵＳＢ端子、またはＡＣアダプタ及びＵＳＢケーブルなどの各
種ケーブルと接続可能な端子など）、記録媒体挿入部などを備える構成としてもよい。さ
らに、電子書籍４００は、電子辞書としての機能を持たせた構成としてもよい。

また、電子書籍４００は、無線で情報を送受信できる構成としてもよい。無線により、
電子書籍サーバから、所望の書籍データなどを購入し、ダウンロードする構成とすること
も可能である。

（実施の形態４）
実施の形態１及び実施の形態２にて作製した薄膜トランジスタを適用した半導体装置と
しては、電子ペーパー以外にもさまざまな電子機器（遊技機も含む）が挙げられる。電子
機器としては、例えば、テレビジョン装置（テレビ、またはテレビジョン受信機ともいう
）、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフ
ォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう）、携帯型ゲーム機、携帯
情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。

図６（Ａ）は、テレビジョン装置の一例を示している。テレビジョン装置５００は、筐
体５０１に表示部５０３が組み込まれている。表示部５０３により、映像を表示すること
が可能である。また、ここでは、スタンド５０５により筐体５０１を支持した構成を示し
ている。

テレビジョン装置５００の操作は、筐体５０１が備える操作スイッチや、別体のリモコ
ン操作機５１０により行うことができる。リモコン操作機５１０が備える操作キー５０９
により、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部５０３に表示される映像を操
作することができる。また、リモコン操作機５１０に、当該リモコン操作機５１０から出
力する情報を表示する表示部５０７を設ける構成としてもよい。

なお、テレビジョン装置５００は、受信機やモデムなどを備えた構成とする。受信機に
より一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して有線または無線に
よる通信ネットワークに接続することにより、一方向（送信者から受信者）または双方向
（送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など）の情報通信を行うことも可能である。

図６（Ｂ）は、デジタルフォトフレームの一例を示している。例えば、デジタルフォト
フレーム５２０は、筐体５２１に表示部５２３が組み込まれている。表示部５２３は、各
種画像を表示することが可能であり、例えばデジタルカメラなどで撮影した画像データを
表示させることで、通常の写真立てと同様に機能させることができる。

なお、デジタルフォトフレーム５２０は、操作部、外部接続用端子（ＵＳＢ端子、ＵＳ
Ｂケーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など）、記録媒体挿入部などを備える構
成とする。これらの構成は、表示部と同一面に組み込まれていてもよいが、側面や裏面に
備えるとデザイン性が向上するため好ましい。例えば、デジタルフォトフレームの記録媒
体挿入部に、デジタルカメラで撮影した画像データを記憶したメモリを挿入して画像デー
タを取り込み、取り込んだ画像データを表示部５２３に表示させることができる。

また、デジタルフォトフレーム５２０は、無線で情報を送受信できる構成としてもよい。
無線により、所望の画像データを取り込み、表示させる構成とすることもできる。

図７は携帯型のコンピュータの一例を示す斜視図である。

図７の携帯型のコンピュータは、上部筐体５４１と下部筐体５４２とを接続するヒンジ
ユニットを閉状態として表示部５４３を有する上部筐体５４１と、キーボード５４４を有
する下部筐体５４２とを重ねた状態とすることができ、持ち運ぶことが便利であるととも
に、使用者がキーボード入力する場合には、ヒンジユニットを開状態として、表示部５４
３を見て入力操作を行うことができる。

また、下部筐体５４２はキーボード５４４の他に入力操作を行うポインティングデバイ
ス５４６を有する。また、表示部５４３をタッチ入力パネルとすれば、表示部の一部に触
れることで入力操作を行うこともできる。また、下部筐体５４２はＣＰＵやハードディス
クなどの演算機能部を有している。また、下部筐体５４２は他の機器、例えばＵＳＢの通
信規格に準拠した通信ケーブルが差し込まれる外部接続ポート５４５を有している。

上部筐体５４１には更に上部筐体５４１内部にスライドさせて収納可能な表示部５４７
を有しており、広い表示画面を実現することができる。また、収納可能な表示部５４７の
画面の向きを使用者は調節できる。また、収納可能な表示部５４７をタッチ入力パネルと
すれば、収納可能な表示部の一部に触れることで入力操作を行うこともできる。

表示部５４３または収納可能な表示部５４７は、液晶表示パネル、有機発光素子または
無機発光素子などの発光表示パネルなどの映像表示装置を用いる。

また、図７の携帯型のコンピュータは、受信機などを備えた構成として、テレビ放送を
受信して映像を表示部に表示することができる。また、上部筐体５４１と下部筐体５４２
とを接続するヒンジユニットを閉状態としたまま、表示部５４７をスライドさせて画面全
面を露出させ、画面角度を調節して使用者がテレビ放送を見ることもできる。この場合に
は、ヒンジユニットを閉状態として表示部５４３を表示させず、さらにテレビ放送を表示
するだけの回路の起動のみを行うため、最小限の消費電力とすることができ、バッテリー
容量の限られている携帯型のコンピュータにおいて有用である。

本実施例では、実施の形態１にて説明した本発明の一態様である半導体装置（薄膜トラ
ンジスタ）の作製方法を適用して作製した電気的特性を比較した結果について説明する。
作製したサンプルは、本発明の一態様である半導体装置の作製方法を適用した実施例サン
プル１乃至実施例サンプル５と、本発明の一態様である半導体装置の作製方法を適用して
いない比較例サンプルである。

まず、基板２００上に下地層として厚さ２００ｎｍのＳｉＯＮ膜をプラズマＣＶＤ法に
より形成した。次に、該下地層上にスパッタリング法により第１の導電層２０２となる導
電膜を形成し、該導電膜を加工して第１の導電層２０２を形成した。第１の導電層２０２
は、厚さ５０ｎｍのＴｉ層、厚さ１００ｎｍのＡｌ層、厚さ５０ｎｍのＴｉ層が積層され
た構造とした。

次に、第１の導電層２０２を覆って厚さ３００ｎｍの窒化シリコンからなる第１の絶縁
層２０４をプラズマＣＶＤ法により形成した。ここで、プラズマＣＶＤ法の詳細な条件は
以下の通りである。
モノシラン（ＳｉＨ_４）ガス流量＝１５ｓｃｃｍ
アンモニア（ＮＨ_３）ガス流量＝５００ｓｃｃｍ
窒素（Ｎ_２）ガス流量＝１８０ｓｃｃｍ
水素（Ｈ_２）ガス流量＝２００ｓｃｃｍ
反応室内圧力＝１００Ｐａ
上部電極と下部電極の間隔＝３０ｍｍ
高周波電力周波数＝１３．５６ＭＨｚ
高周波電力＝２００Ｗ
上部電極の温度＝２５０℃
下部電極の温度＝２９０℃

次に、第１の絶縁層２０４の表面に対してプラズマ処理を行った。ここで、プラズマ処
理の詳細な条件は以下の通りである。
水素（Ｈ_２）ガス流量＝８００ｓｃｃｍ
酸素（Ｏ_２）ガス流量＝２００ｓｃｃｍ
反応室内圧力＝１２５０Ｐａ
上部電極と下部電極の間隔＝１５ｍｍ
高周波電力周波数＝１３．５６ＭＨｚ
高周波電力＝９００Ｗ
上部電極の温度＝２５０℃
下部電極の温度＝２９０℃

次に、プラズマ処理後の第１の絶縁層２０４上に第１の半導体膜２０６をプラズマＣＶ
Ｄ法により形成した。なお、本実施例では、第１の半導体膜２０６は、３段階の形成処理
により形成した。３段階の形成処理において、第１段階では厚さ５ｎｍの微結晶シリコン
膜を形成し、第２段階では厚さ２５ｎｍの微結晶シリコン膜を形成し、第３段階では厚さ
４０ｎｍの微結晶シリコン膜を形成した。ここで、プラズマＣＶＤ法の詳細な条件は以下
の通りである。
＜第１段階＞
モノシラン（ＳｉＨ_４）ガス流量＝３ｓｃｃｍ
アルゴン（Ａｒ）ガス流量＝７５０ｓｃｃｍ
水素（Ｈ_２）ガス流量＝７５０ｓｃｃｍ
反応室内圧力＝１２５０Ｐａ
上部電極と下部電極の間隔＝１５ｍｍ
高周波電力周波数＝１３．５６ＭＨｚ
高周波電力＝９０Ｗ
上部電極の温度＝２５０℃
下部電極の温度＝２９０℃
＜第２段階＞
モノシラン（ＳｉＨ_４）ガス流量＝２ｓｃｃｍ
アルゴン（Ａｒ）ガス流量＝１５００ｓｃｃｍ
水素（Ｈ_２）ガス流量＝１５００ｓｃｃｍ
反応室内圧力＝１００００Ｐａ
上部電極と下部電極の間隔＝７ｍｍ
高周波電力周波数＝１３．５６ＭＨｚ
高周波電力＝３５０Ｗ
上部電極の温度＝２５０℃
下部電極の温度＝２９０℃
＜第３段階＞
モノシラン（ＳｉＨ_４）ガス流量＝０．１ｓｃｃｍ、１ｓｃｃｍ
アルゴン（Ａｒ）ガス流量＝１５００ｓｃｃｍ
水素（Ｈ_２）ガス流量＝１５００ｓｃｃｍ
反応室内圧力＝１００００Ｐａ
上部電極と下部電極の間隔＝７ｍｍ
高周波電力周波数＝１３．５６ＭＨｚ
高周波電力＝３５０Ｗ
上部電極の温度＝２５０℃
下部電極の温度＝２９０℃

なお、第３段階では導入する堆積ガスの流量を０．１ｓｃｃｍと１ｓｃｃｍで交互に切
り替えることで、結晶性の高い部分のみを成長させている。

次に、第１の半導体膜２０６上に厚さ８０ｎｍの第２の半導体膜２０８を形成した。こ
こで、プラズマＣＶＤ法の詳細な条件は以下の通りである。
モノシラン（ＳｉＨ_４）ガス流量＝２０ｓｃｃｍ
水素希釈アンモニアガス流量＝５０ｓｃｃｍ
アルゴン（Ａｒ）ガス流量＝７５０ｓｃｃｍ
水素（Ｈ_２）ガス流量＝７００ｓｃｃｍ
反応室内圧力＝３５０Ｐａ
上部電極と下部電極の間隔＝２５ｍｍ
高周波電力周波数＝１３．５６ＭＨｚ
高周波電力＝６０Ｗ
上部電極の温度＝２５０℃
下部電極の温度＝２９０℃

なお、ここで、水素希釈アンモニアガスとは、アンモニアガスを水素ガスにより体積比
で１０００ｐｐｍまで希釈したガスをいう。

次に、第２の半導体膜２０８上に厚さ５０ｎｍの不純物半導体膜２１０をプラズマＣＶ
Ｄ法により形成した。ここで、プラズマＣＶＤ法の詳細な条件は以下の通りである。
モノシラン（ＳｉＨ_４）ガス流量＝９９ｓｃｃｍ
水素希釈ホスフィンガス流量＝１８０ｓｃｃｍ
水素（Ｈ_２）ガス流量＝１２２１ｓｃｃｍ
反応室内圧力＝１０５０Ｐａ
上部電極と下部電極の間隔＝１５ｍｍ
高周波電力周波数＝１３．５６ＭＨｚ
高周波電力＝６０Ｗ
デューティ比＝３０％
正弦波交流波形の周波数＝１ｋＨｚ
上部電極の温度＝２５０℃
下部電極の温度＝２９０℃

なお、デューティ比とは、パルス周期に対して、上部電極に電圧が掛かっている時間（
上部電極に電位が供給されている時間）をいう。すなわち、デューティ比が１００％にな
ると連続放電になる。

なお、ここで、水素希釈ホスフィンガスとは、ホスフィンガスを水素ガスにより体積比
で０．５パーセントまで希釈したガスをいう。

次に、不純物半導体膜２１０上にレジスト材料により第１のエッチングマスク２１２を
形成した。そして、第１のエッチングマスク２１２を用いて、第１の半導体膜２０６、第
２の半導体膜２０８及び不純物半導体膜２１０をエッチングして、薄膜積層体２１４を形
成した。ここで、該エッチングはＩＣＰにより行った。ここで、エッチングの詳細な条件
は以下の通りである。
三塩化ホウ素（ＢＣｌ_３）ガス流量＝３６ｓｃｃｍ
四フッ化メタン（ＣＦ_４）ガス流量＝３６ｓｃｃｍ
酸素（Ｏ_２）ガス流量＝８ｓｃｃｍ
反応室内圧力＝２．０Ｐａ
上部電極と下部電極の間隔＝１２２ｍｍ
高周波電力周波数＝１３．５６ＭＨｚ
高周波電力＝４５０Ｗ
上部電極と下部電極の間のバイアス電力＝１００Ｗ
上部電極の温度＝１００℃
下部電極の温度＝７０℃

次に、薄膜積層体２１４に対して酸素プラズマ処理を行った。ここで、プラズマ処理の
詳細な条件は以下の通りである。
酸素（Ｏ_２）ガス流量＝１００ｓｃｃｍ
反応室内圧力＝０．６７Ｐａ
上部電極と下部電極の間隔＝２００ｍｍ
高周波電力周波数＝１３．５６ＭＨｚ
高周波電力＝２０００Ｗ
上部電極と下部電極の間のバイアス電力＝３５０Ｗ
上部電極と下部電極の間のバイアス電力周波数＝３．２ＭＨｚ
下部電極の温度＝−１０℃

その後、第１のエッチングマスク２１２を除去した。

次に、薄膜積層体２１４を覆って厚さ３００ｎｍの導電膜２１６をスパッタリング法に
より形成した。導電膜２１６上には、第２のエッチングマスク２１８を形成した。導電膜
２１６は、厚さ５０ｎｍのＴｉ層、厚さ２００ｎｍのＡｌ層、厚さ５０ｎｍのＴｉ層が積
層された構造とした。

そして、第２のエッチングマスク２１８を用いて導電膜２１６をエッチングして、第２
の導電層２２０を形成しつつ、薄膜積層体２１４の上部もエッチングした。このエッチン
グは第１の半導体膜２０６により形成される半導体層を露出させない程度に行った。ここ
で、エッチングの詳細な条件は以下の通りである。
三塩化ホウ素（ＢＣｌ_３）ガス流量＝６０ｓｃｃｍ
塩素（Ｃｌ_２）ガス流量＝２０ｓｃｃｍ
反応室内圧力＝１．９Ｐａ
上部電極と下部電極の間隔＝１２２ｍｍ
高周波電力周波数＝１３．５６ＭＨｚ
高周波電力＝４５０Ｗ
上部電極と下部電極の間のバイアス電力＝１００Ｗ
上部電極の温度＝１００℃
下部電極の温度＝７０℃

ここで、実施例サンプル１乃至実施例サンプル５についてのみ、半導体エッチング用の
ガスでエッチングを行った。ここで、半導体エッチング用のガスで行ったエッチングの詳
細な条件は以下の通りである。
＜実施例サンプル１＞
臭化水素（ＨＢｒ）ガス流量＝１３０ｓｃｃｍ
反応室内圧力＝１．４Ｐａ
上部電極と下部電極の間隔＝１２２ｍｍ
高周波電力周波数＝１３．５６ＭＨｚ
高周波電力＝５００Ｗ
上部電極と下部電極の間のバイアス電力＝５０Ｗ
上部電極の温度＝１００℃
下部電極の温度＝７０℃
＜実施例サンプル２＞
４フッ化メタン（ＣＦ_４）ガス流量＝６０ｓｃｃｍ
反応室内圧力＝１．０Ｐａ
上部電極と下部電極の間隔＝１２２ｍｍ
高周波電力周波数＝１３．５６ＭＨｚ
高周波電力＝５００Ｗ
上部電極と下部電極の間のバイアス電力＝５０Ｗ
上部電極の温度＝１００℃
下部電極の温度＝７０℃
＜実施例サンプル３＞
臭化水素（ＨＢｒ）ガス流量＝１２５ｓｃｃｍ
酸素（Ｏ_２）ガス流量＝５ｓｃｃｍ
反応室内圧力＝１．４Ｐａ
上部電極と下部電極の間隔＝１２２ｍｍ
高周波電力周波数＝１３．５６ＭＨｚ
高周波電力＝５００Ｗ
上部電極と下部電極の間のバイアス電力＝５０Ｗ
上部電極の温度＝１００℃
下部電極の温度＝７０℃
＜実施例サンプル４＞
臭化水素（ＨＢｒ）ガス流量＝１２５ｓｃｃｍ
４フッ化メタン（ＣＦ_４）ガス流量＝５ｓｃｃｍ
反応室内圧力＝１．４Ｐａ
上部電極と下部電極の間隔＝１２２ｍｍ
高周波電力周波数＝１３．５６ＭＨｚ
高周波電力＝５００Ｗ
上部電極と下部電極の間のバイアス電力＝５０Ｗ
上部電極の温度＝１００℃
下部電極の温度＝７０℃
＜実施例サンプル５＞
臭化水素（ＨＢｒ）ガス流量＝１２０ｓｃｃｍ
４フッ化メタン（ＣＦ_４）ガス流量＝５ｓｃｃｍ
酸素（Ｏ_２）ガス流量＝５ｓｃｃｍ
反応室内圧力＝１．４Ｐａ
上部電極と下部電極の間隔＝１２２ｍｍ
高周波電力周波数＝１３．５６ＭＨｚ
高周波電力＝５００Ｗ
上部電極と下部電極の間のバイアス電力＝５０Ｗ
上部電極の温度＝１００℃
下部電極の温度＝７０℃

次に、酸素（Ｏ_２）ガス雰囲気中でアッシングを行った後に第２のエッチングマスク２
１８を除去した。ここで、アッシングは反応室内圧力を６６．７Ｐａとして行った。

次に、第１の半導体層２２２の露出された部分にプラズマ処理を行った。ここで、プラ
ズマ処理の詳細な条件は以下の通りである。
水素（Ｈ_２）ガス流量＝８００ｓｃｃｍ
酸素（Ｏ_２）ガス流量＝２００ｓｃｃｍ
反応室内圧力＝１２５０Ｐａ
上部電極と下部電極の間隔＝１５ｍｍ
高周波電力周波数＝１３．５６ＭＨｚ
高周波電力＝６００Ｗ
上部電極の温度＝２５０℃
下部電極の温度＝２９０℃

次に、第１の半導体層２２２、第２の半導体層２２４、不純物半導体層２２６、第２の
導電層２２０を覆って厚さ３００ｎｍの窒化シリコンからなる第２の絶縁層２２８となる
絶縁膜をプラズマＣＶＤ法により形成した。ここで、プラズマＣＶＤ法の詳細な条件は以
下の通りである。
モノシラン（ＳｉＨ_４）ガス流量＝１５ｓｃｃｍ
アンモニア（ＮＨ_３）ガス流量＝５００ｓｃｃｍ
窒素（Ｎ_２）ガス流量＝１８０ｓｃｃｍ
水素（Ｈ_２）ガス流量＝２００ｓｃｃｍ
反応室内圧力＝１００Ｐａ
上部電極と下部電極の間隔＝３０ｍｍ
高周波電力周波数＝１３．５６ＭＨｚ
高周波電力＝２００Ｗ
上部電極の温度＝２５０℃
下部電極の温度＝２９０℃

次に、該絶縁膜上にエッチングマスクを形成し、該エッチングマスクを用いて該絶縁膜
をエッチングして開口部２３０を形成することで、第２の絶縁層２２８を形成した。開口
部２３０は、第２の導電層２２０のソース電極またはドレイン電極となる部分と重畳して
形成した。

次に、第２の絶縁層２２８上に厚さ５０ｎｍの第３の導電層２３２となる導電膜をスパ
ッタリング法により形成した。ここでは、導電膜としてＩＴＯ膜を用いた。その後、該導
電膜上にエッチングマスクを形成してエッチングを行い、第３の導電層２３２を形成した
。

以上のように形成した実施例サンプル１乃至実施例サンプル５及び比較例サンプルのＩ
ｄｓ−Ｖｇｓカーブを取得した。図８（Ａ）は、実施例サンプル１について取得したＩｄ
ｓ−Ｖｇｓカーブを示し、図８（Ｂ）は、実施例サンプル２について取得したＩｄｓ−Ｖ
ｇｓカーブを示し、図９（Ａ）は、実施例サンプル３について取得したＩｄｓ−Ｖｇｓカ
ーブを示し、図９（Ｂ）は、実施例サンプル４について取得したＩｄｓ−Ｖｇｓカーブを
示し、図１０は、実施例サンプル５について取得したＩｄｓ−Ｖｇｓカーブを示す。図１
１は、比較例サンプル１について取得したＩｄｓ−Ｖｇｓカーブを示す。

ここで、Ｉｄｓは、ソース電極とドレイン電極の間を流れる電流（ドレイン電流）であ
り、Ｖｇｓは、ソース電極の電位を基準としたゲート電極の電位との電位差（ゲート電圧
）である。

また、実施例サンプル１乃至実施例サンプル５及び比較例サンプルのオン電流、オフ電
流、電界効果移動度を表１に示す。

なお、Ｉ_ｏｎ（Ｖ_ｇ＝１５Ｖ）はゲート電圧Ｖ_ｇが１５Ｖのときのオン電流であり、Ｉ
_ｏｆｆ（最小値）はオフ電流の最小値であり、Ｉ_ｏｆｆ（Ｖ_ｇ＝最小値におけるＶｇ−１
０Ｖ）は、「ゲート電圧Ｖ_ｇが、オフ電流の最小値におけるゲート電圧よりも１０Ｖ小さ
いとき」のオフ電流であり、μＦＥ＿ｓａｔ．は電界効果移動度である。

以上、本実施の形態にて説明したように、本発明の一態様である半導体装置の作製方法
を適用することで、オフ電流を小さくし、電界効果移動度を向上させることができる。

１０２ 第１の工程
１０４ 第２の工程
１０６ 第３の工程
１０８ 第４の工程
１１０ 第５の工程
１１２ 第６の工程
１１４ 第７の工程
１１６ 第８の工程
１１８ 第９の工程
１２０ 第１０の工程
１２２ 第１１の工程
１２４ 第１２の工程
１２６ 第１３の工程
１２８ 点線
２００ 基板
２０２ 第１の導電層
２０４ 第１の絶縁層
２０６ 第１の半導体膜
２０８ 第２の半導体膜
２１０ 不純物半導体膜
２１２ 第１のエッチングマスク
２１４ 薄膜積層体
２１６ 導電膜
２１８ 第２のエッチングマスク
２２２ 第１の半導体層
２２０ 第２の導電層
２２４ 第２の半導体層
２２６ 不純物半導体層
２２８ 第２の絶縁層
２３０ 開口部
２３２ 第３の導電層
３００Ａ ゲート
３００Ｂ ゲート
３００Ｃ ゲート
３００Ｄ ゲート
３０２Ａ 配線
３０２Ｂ 配線
３０２Ｃ 配線
３０２Ｄ 配線
３０４Ａ 電極
３０４Ｂ 電極
３０４Ｃ 電極
３０４Ｄ 電極
３０６Ａ 電極
３０６Ｂ 電極
３０６Ｃ 電極
３０６Ｄ 電極
３０８Ａ バックゲート
３０８Ｂ バックゲート
３０８Ｃ バックゲート
３０８Ｄ バックゲート
３１０Ａ 開口部
３１０Ｂ 開口部
３１０Ｃ 開口部
３１０Ｄ 開口部
３１２ 開口部
４００ 電子書籍
４０１ 筐体
４０３ 筐体
４０５ 表示部
４０６ 光電変換装置
４０７ 表示部
４０８ 光電変換装置
４１１ 軸部
４２１ 電源
４２３ 操作キー
４２５ スピーカ
５００ テレビジョン装置
５０１ 筐体
５０３ 表示部
５０５ スタンド
５０７ 表示部
５０９ 操作キー
５１０ リモコン操作機
５２０ デジタルフォトフレーム
５２１ 筐体
５２３ 表示部
５４１ 上部筐体
５４２ 下部筐体
５４３ 表示部
５４４ キーボード
５４５ 外部接続ポート
５４６ ポインティングデバイス
５４７ 表示部

Claims (4)

1. 基板上のゲート電極層と、
   前記ゲート電極層上のゲート絶縁層と、
   前記ゲート絶縁層上の半導体層と、
   前記半導体層上の不純物半導体膜と、
   前記不純物半導体膜上のソース電極及びドレイン電極と、
   前記ソース電極上及び前記ドレイン電極上の絶縁膜と、を有する薄膜トランジスタにおいて、
   ゲート電圧Ｖｇが１５Ｖの時のオン電流が１８．１３μＡ以上であり、
   オフ電流の最小値が２．０８ｐＡ以下であり、
   電界効果移動度が２．４ｃｍ^２／Ｖｓ以上であることを特徴とする薄膜トランジスタ。
2. 基板上のゲート電極層と、
   前記ゲート電極層上のゲート絶縁層と、
   前記ゲート絶縁層上の半導体層と、
   前記半導体層上の不純物半導体膜と、
   前記不純物半導体膜上のソース電極及びドレイン電極と、
   前記ソース電極上及び前記ドレイン電極上の絶縁膜と、
   前記絶縁膜上の導電膜と、を有する薄膜トランジスタにおいて、
   前記導電膜は、バックゲート電極として機能する領域を有し、
   ゲート電圧Ｖｇが１５Ｖの時のオン電流が１８．１３μＡ以上であり、
   オフ電流の最小値が２．０８ｐＡ以下であり、
   電界効果移動度が２．４ｃｍ^２／Ｖｓ以上であることを特徴とする薄膜トランジスタ。
3. 請求項１又は請求項２において、
   前記半導体層は、微結晶半導体膜であることを特徴とする薄膜トランジスタ。
4. 請求項１又は請求項２において、
   前記半導体膜は、非晶質シリコンであることを特徴とする薄膜トランジスタ。

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