JP2013232548A - 薄膜トランジスタ装置の製造方法、薄膜トランジスタ装置および表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】膜質の安定した酸化物半導体膜を形成することが可能な薄膜トランジスタ装置の製造方法等を提供することを目的とする。
【解決手段】基板を準備する工程（Ｓ１１）と、基板上にゲート電極を形成する工程（Ｓ１２）と、ゲート電極上に絶縁層を形成する第３工程（Ｓ１３）と、絶縁層上に酸化物半導体層を積層する第４工程（Ｓ１４）と、酸化物半導体層を透過する波長を有する所定のレーザーを前記基板に対して照射することで前記ゲート電極を加熱させて発生した熱により間接的に前記酸化物半導体層をアニールする工程（Ｓ１８）と、ゲート電極に対応する前記アニールされた酸化物半導体層上の領域にソース電極およびドレイン電極を形成する第６工程（Ｓ１８）と、を含み、上記絶縁層の膜厚、酸化物半導体層の膜厚は、所定の条件式を満たすように形成される。
【選択図】図３

Description

本発明は、薄膜トランジスタ装置の製造方法、薄膜トランジスタ装置および表示装置に関し、特にチャネル層に酸化物半導体膜を用いた薄膜トランジスタ装置の製造方法、薄膜トランジスタ装置および表示装置に関する。

例えば、液晶パネルまたは有機ＥＬパネルに代表されるフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ；Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）を構成する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ；Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）がある。一般的に、薄膜トランジスタのチャネル部は、非晶質シリコンであるａ−Ｓｉまたは結晶質の多結晶シリコンであるＰｏｌｙ−Ｓｉで形成されている。薄膜トランジスタのチャネル部の結晶質シリコン層（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層）は、一般的に、非晶質シリコン層（ａ−Ｓｉ層）を形成後、その非晶質シリコン層に例えばエキシマ等のレーザー光を照射して瞬間的に温度を上昇させて結晶化することにより形成される。

また、近年では、これらＦＰＤのさらなる薄型化、軽量化および耐破損性の向上のため、より薄いガラス基板を用いる試みや、ガラス基板に代えて軽量で可撓性を有する樹脂基板を用いる試みが行われている。しかし、ａ−ＳｉまたはＰｏｌｙ−Ｓｉなどシリコン薄膜を用いるＴＦＴの製造は、３５０℃または６００℃以上の高温での熱工程を必要とするため、耐熱性の低い基板上に直接形成することは困難であるという問題がある。

その問題に対して、シリコンよりも低温で成膜可能な酸化物半導体薄膜を用いたＴＦＴが提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２０００−１５０９００号公報 特開２０００−４４２３６号公報 特開平１０−２４２０５２号公報 特開２００７−０３５９６４号公報

Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ９０， １９２１０１， ２００７， Ｄｏｎｇｈｕｎ Ｋａｎｇ ｅｔ ａｌ． Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ａｎｄ Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｌｅｔｔｅｒｓ， １４（３） Ｈ１１４−Ｈ１１６， ２０１１， Ｗａｎ−Ｆａｎｇ Ｃｈｕｎｇ ｅｔ ａｌ． Ｔｈｅ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＡＭ−ＦＰＤ １１， ２７１， ２０１１， Ｍ． Ｔａａｋａｈａｓｈｉ ｅｔ ａｌ．

しかしながら、酸化物半導体薄膜を用いるＴＦＴの従来の製造方法では、膜質の安定した酸化物半導体膜を形成することが難しいという課題がある。

そこで、本発明は、上述の事情を鑑みてなされたもので、膜質の安定した酸化物半導体膜を形成することが可能な薄膜トランジスタ装置の製造方法、薄膜トランジスタ装置、それを用いた表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る薄膜トランジスタ装置の製造方法は、基板を準備する第１工程と、前記基板上にゲート電極を形成する第２工程と、前記ゲート電極上に絶縁層を形成する第３工程と、前記絶縁層上に酸化物半導体層を積層する第４工程と、前記酸化物半導体層を透過する波長を有する所定のレーザーを前記基板に対して照射することで前記ゲート電極を加熱させて発生した熱により間接的に前記酸化物半導体層をアニールする第５工程と、前記ゲート電極に対応する前記アニールされた酸化物半導体層上の領域にソース電極およびドレイン電極を形成する第６工程と、を含み、前記第２工程、前記第３工程、および、前記第４工程では、前記第５工程において、前記ゲート電極端と前記酸化物半導体層端との間隔を△Ｌ（μｍ）とし、前記所定のレーザー光を用いて前記基板上から△ｔ（ｎｓｅｃ）照射した際、前記酸化物半導体層の膜厚に前記酸化物半導体層の屈折率を積算した値である前記酸化物半導体層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値をＸとし、前記絶縁層の膜厚に前記絶縁層の屈折率を積算した値である前記絶縁層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値をＹとし、前記酸化物半導体層が存在する第１領域の前記ゲート電極における前記所定のレーザー光波長に対する第１吸収率をＡ１とし、前記第１領域に隣接して、前記酸化物半導体層が存在しない第２領域の前記ゲート電極における前記所定のレーザー光波長に対する第２吸収率をＡ２とし、前記Ｘおよび前記Ｙによって導出される、前記酸化物半導体層が存在する第１領域の前記ゲート電極における前記所定のレーザー光波長に対する吸収率（Ａ１）と、前記第１領域に隣接して、前記酸化物半導体層が存在しない第２領域の前記ゲート電極における前記所定のレーザー光波長に対する吸収率（Ａ２）との差を△Ａ（△Ａ＝Ａ１−Ａ２）としたとき、（式１）、（式２）および（式３）を満たす。

−０．２（△Ｌ’）^２＋１．１（△Ｌ’）−１．６≧△Ａ（△Ｌ’＝２△Ｌ／ｌｏｇ（△ｔ）≦２．７５のとき） （式１）
−０．０８７５≧△Ａ（△Ｌ’＞２．７５のとき） （式２）
△Ｌ’＝２△Ｌ／ｌｏｇ（△ｔ） （式３）

本発明によれば、膜質の安定した酸化物半導体膜を形成することが可能な薄膜トランジスタ装置の製造方法、薄膜トランジスタ装置、それを用いた表示装置を実現することができる。

図１は、実施の形態１に係る表示装置を構成する薄膜トランジスタの構造を示す断面図である。 図２は、実施の形態１に係る表示装置の等価回路を示す図である。 図３は、実施の形態１に係る表示装置の薄膜トランジスタの製造工程を示すフローチャートである。 図４Ａは、実施の形態１に係る表示装置の薄膜トランジスタの製造方法を説明するための断面図である。 図４Ｂは、実施の形態１に係る表示装置の薄膜トランジスタの製造方法を説明するための断面図である。 図４Ｃは、実施の形態１に係る表示装置の薄膜トランジスタの製造方法を説明するための断面図である。 図４Ｄは、実施の形態１に係る表示装置の薄膜トランジスタの製造方法を説明するための断面図である。 図４Ｅは、実施の形態１に係る表示装置の薄膜トランジスタの製造方法を説明するための断面図である。 図４Ｆは、実施の形態１に係る表示装置の薄膜トランジスタの製造方法を説明するための断面図である。 図４Ｇは、実施の形態１に係る表示装置の薄膜トランジスタの製造方法を説明するための断面図である。 図４Ｈは、実施の形態１に係る表示装置の薄膜トランジスタの製造方法を説明するための断面図である。 図５は、図３のＳ１４におけるレーザー間接加熱法を模式的に示した図である。 図６Ａは、振幅透過率および振幅透過率の計算方法を説明するための図である。 図６Ｂは、振幅透過率および振幅透過率の計算方法を説明するための図である。 図７は、レーザー間接加熱法により結晶質酸化物半導体層を形成する場合にゲート絶縁層、非晶質酸化物半導体層に好適な膜厚範囲があることを示すための図である。 図８は、図７の横軸の値を酸化物半導体層の膜厚に変換した値の例を示す図である。 図９Ａは、λ＝５３２ｎｍおよびλ＝８０８ｎｍのとき、図７の縦軸の値をゲート絶縁層（単層）の膜厚に変換した値の例を示す表である。 図９Ｂは、λ＝５３２ｎｍおよびλ＝８０８ｎｍのとき、図７の縦軸の値をゲート絶縁層（積層構造）の膜厚に変換した値の例を示す表である。 図１０は、レーザー間接加熱法により酸化物半導体層を安定的にアニールする場合にゲート絶縁層、酸化物半導体層に好適な膜厚範囲があることを説明するための図である。 図１１は、実施例２におけるシミュレーションに用いたモデルを示す図である。 図１２Ａは、図１１に示されるモデルを用いて実施した、レーザー光照射時における、ゲート電極上の酸化物半導体層の最高到達温度のシミュレーション結果を示す図である。 図１２Ｂは、図１１に示されるモデルを用いて実施した、レーザー光照射時における、ゲート電極上の酸化物半導体層の最高到達温度のシミュレーション結果を示す図である。 図１２Ｃは、図１１に示されるモデルを用いて実施した、レーザー光照射時における、ゲート電極上の酸化物半導体層の最高到達温度のシミュレーション結果を示す図である。 図１２Ｄは、図１１に示されるモデルを用いて実施した、レーザー光照射時における、ゲート電極上の酸化物半導体層の最高到達温度のシミュレーション結果を示す図である。 図１３は、実施の形態２におけるレーザー間接加熱法を模式的に示した図である。 図１４Ａは、実施の形態２における、第１領域および第２領域のゲート電極のレーザー光に対する吸収率差を示す図である。 図１４Ｂは、実施の形態２における、第１領域および第２領域のゲート電極のレーザー光に対する吸収率差を示す図である。 図１４Ｃは、実施の形態２における、第１領域および第２領域のゲート電極のレーザー光に対する吸収率差を示す図である。 図１４Ｄは、実施の形態２における、第１領域および第２領域のゲート電極のレーザー光に対する吸収率差を示す図である。 図１４Ｅは、実施の形態２における、第１領域および第２領域のゲート電極のレーザー光に対する吸収率差を示す図である。 図１４Ｆは、実施の形態２における、第１領域および第２領域のゲート電極のレーザー光に対する吸収率差を示す図である。 図１４Ｇは、実施の形態２における、第１領域および第２領域のゲート電極のレーザー光に対する吸収率差を示す図である。 図１４Ｈは、実施の形態２における、第１領域および第２領域のゲート電極のレーザー光に対する吸収率差を示す図である。 図１４Ｉは、実施の形態２における、第１領域および第２領域のゲート電極のレーザー光に対する吸収率差を示す図である。 図１４Ｊは、実施の形態２における、第１領域および第２領域のゲート電極のレーザー光に対する吸収率差を示す図である。 図１４Ｋは、実施の形態２における、第１領域および第２領域のゲート電極のレーザー光に対する吸収率差を示す図である。 図１４Ｌは、実施の形態２における、第１領域および第２領域のゲート電極のレーザー光に対する吸収率差を示す図である。 図１５Ａは、チャネル保護層が単層で構成されている場合、図１４Ａ〜図１４Ｌにおける、チャネル保護層光学膜厚／レーザー光波長の値を、具体的なチャネル保護層の膜厚に変換した図である。 図１５Ｂは、チャネル保護層が積層で構成されている場合、図１４Ａ〜図１４Ｌにおける、チャネル保護層光学膜厚／レーザー光波長の値を、具体的なチャネル保護層の膜厚に変換した図である。 図１６は、実施の形態２において、チャネル保護層光学膜厚／レーザー光波長に対する、ゲート絶縁層と非晶質酸化物半導体層との膜厚がそれぞれ変化したときの第１領域および第２領域のゲート電極１１の吸収率差の最小値をプロットしたグラフである。 図１７は、本発明の薄膜トランジスタを用いた表示装置の一例を示す図である。

（本発明の一態様を得るに至った経緯）
以下、本発明の一態様を得るに至った経緯について説明する。

上記特許文献１には、シリコンよりも低温で成膜可能なＺｎＯを材料とした酸化物半導体薄膜を用いたＴＦＴが開示されている。しかし、この酸化物半導体薄膜を用いたＴＦＴは、シリコン薄膜を用いたＴＦＴに並ぶだけの充分な特性が得られていないという問題がある。

一方、例えば特許文献２には、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物（ＩＧＺＯ）等の複合酸化物を材料とした非晶質酸化物半導体薄膜を用いたＴＦＴが開示されている。しかし、例えば非特許文献１、２に示されるように、この非晶質酸化物半導体薄膜は、周囲の雰囲気の影響により特性が変化しやすく、真空下または雰囲気ガス中の酸素および水分の影響で大きく特性が変化するという問題がある。従って、非晶質酸化物半導体薄膜を用いたＴＦＴは、特性のばらつきが発生しやすい。そのため、非晶質酸化物半導体薄膜を用いたＴＦＴを製造する場合には、厳しい製造管理を必要する。さらに、非晶質酸化物半導体薄膜を用いたＴＦＴの特性は、経時変化を起こしやすいだけでなく、熱伝導率が悪く蓄熱による劣化が起きやすいなどの問題もある。

上記問題を解決する手段として、結晶化して半導体特性を改良した酸化物半導体薄膜を利用する方法がある（例えば非特許文献３）。この非特許文献３には、非晶質である酸化物半導体膜を、成膜後のアニール処理により結晶化することにより、酸化物半導体中の酸素欠損発生料を著しく低減させる方法が開示されている。それにより酸素分圧等の周囲の雰囲気の影響を防止できるので、安定した半導体特性を示す薄膜トランジスタを提供することができる。

このアニール処理の方法として、直接加熱法と間接加熱法とがある。直接加熱法としては、エキシマレーザー等、紫外領域の波長のレーザーを用いて、酸化物半導体膜に直接吸収させ発熱させるレーザー直接加熱法が有効である。間接加熱法としては、可視光や近赤外光など、酸化物半導体を透過する波長領域のレーザー光を用いて、酸化物半導体膜に近接して形成される金属膜（以下、光吸収層とも呼ぶ）をアニールし、その発熱で間接的に加熱するレーザー間接加熱法が有効である。レーザー光を用いてアニール処理する利点としては、ナノ秒オーダーのパルス状に照射することにより、基板の熱損傷を生じさせることなく、半導体膜のみを加熱し、所望のアニール処理を可能とする点が挙げられる。

ここで、上記の間接加熱法すなわちレーザー間接加熱法の利点について説明する。

レーザー間接加熱法を用いると、例えば、薄膜トランジスタの構造がボトムゲート構造である場合、そのボトムゲート電極を形成する金属膜にレーザー光を吸収させ、ボトムゲート電極の発熱によるアニール処理を、ゲート電極を挟んでボトムゲート電極上に形成された酸化物半導体層に施すことが可能となる利点がある。酸化物半導体は一般的に可視光の光に対して優れた透過性を有するためである。

さらに、レーザー間接加熱法を用いると、酸化物半導体膜の結晶化のみならず、ゲート絶縁層自体もゲート電極からの発熱によりアニールすることが同時に可能となり、ゲート絶縁層の改質を促すことができるという利点がある。なお、レーザー直接加熱法を用いた場合では、紫外光の波長領域のレーザー光にて、酸化物半導体に直接光を吸収させるため、酸化物半導体のアニール処理のみ実施できる。

ここで、ＦＰＤ、特に大型のディスプレイの製造においては、その作製上の簡便さからボトムゲート構造の薄膜トランジスタが用いられるのが一般的である。これを鑑みると、本手法すなわちレーザー間接加熱法はボトムゲート構造の酸化物半導体薄膜トランジスタの安定な高性能化に適している。

また、本手法に用いるゲート電極金属としては、その光学特性が、赤色、および近赤外の波長、具体的には波長４００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の光に対する吸収が大きい特徴を有していることが望ましい。また、本手法に用いるゲート電極金属は、高温を伴うレーザーアニール結晶化プロセスに耐えうる熱特性も兼ね備えていることが望ましい。

また、光吸収層の一例としては、高融点金属であるＭｏやＣｒが挙げられる。これらの高融点金属膜は、その消衰係数ｋが一般的に大きい（２以上）ため、安定に成膜でき、かつ、レーザー照射による加熱（１０００度）に耐えうる。また、これらの高融点金属膜の望ましい膜厚は２０ｎｍ以上であり、かつ、照射したレーザー光に対して１％以下の透過率の膜厚である。それにより、薄膜トランジスタの構造がボトムゲート構造である場合の光吸収層であるゲート電極自身の膜厚の変化による多重干渉の影響は無視できる。

しかしながら、有機ＥＬパネルを構成する薄膜トランジスタには、特に均一な特性が求められる。そのため、上記のレーザーアニール結晶化法をボトムゲート構造の薄膜トランジスタの製造に適用した場合には潜在的な不都合が生じうる。以下それについて説明する。

ボトムゲート構造の薄膜トランジスタでは、ゲート絶縁膜や酸化物半導体膜よりも高い熱伝導率の金属材料でゲート電極が先に形成されて、その後に絶縁層および半導体層が形成される。

そのため、レーザー間接加熱法を用いて、ボトムゲート構造の酸化物半導体層を、アニールすることで結晶化を行う際には、下方のボトムゲート電極にレーザー光を照射することで発生した熱がゲート電極を介し、基板側に伝播してしまう。その結果、ゲート電極面内に不均一な均一熱分布が生じてしまう。つまり、ゲート電極周囲から熱が伝播することにより、ゲート電極周囲の発熱温度が低下してしまう。

それによって、ゲート電極上方では凸型の熱分布が生じ、ゲート電極上方の酸化物半導体層も中央と周囲で温度差が生じた状態で結晶化されることになる。そして、ゲート電極上方の酸化物半導体層の周囲部では十分な結晶化が達成されないという問題が生じる。この問題は、同時に製造される複数の薄膜トランジスタ個々のゲート電極上でばらつきをもって生じ得るため、個々の薄膜トランジスタの特性のばらつきが増大し、ディスプレイの画質に対して、輝度ムラ発生等の悪影響を及ぼすという問題が生じる。

ところで、薄膜トランジスタの発熱温度分布均一化を試みた例として、ゲート電極の近接領域すなわちチャネル近傍に、ダミーゲートパターンを配置させることにより、ゲート電極およびダミーゲートパターン上方にある非晶質シリコン層におけるそれぞれの熱容量の差を低減させる方法が開示されている（例えば、特許文献３）。また、レーザー光のスキャン上流側にゲート電極を伸長させることにより、伸長させたゲート電極の部分のプリアニール効果を利用して、レーザー光が薄膜トランジスタのゲート電極に到達する前に、ゲート電極を熱的に飽和させ、ゲート電極によるシリコン薄膜において発生した熱の吸収を軽減させる方法も開示されている（例えば、特許文献４）。

しかしながら、上記特許文献３および特許文献４に開示される方法をレーザー間接加熱法に適用する場合、次に述べるような問題がある。すなわち、特許文献３および文献４に開示の方法では、ゲート電極にレーザー光が到達する前にゲート電極を熱的に飽和させる手段として、ゲート電極周辺、およびゲート電極に接触して電極材料を配置する。そのため、ボトムゲート構造の薄膜トランジスタを用いてより高精細な表示装置を作製する場合には、ゲート電極パターンを密に配置することが困難になる。さらに、上記特許文献４に開示の方法では、スキャン方向に対して薄膜トランジスタのチャネル方向が常に平行になるように薄膜トランジスタを配置しなければならないという制約も生じる。これは、表示装置の画素内の回路パターンの設計の自由度を著しく低減させてしまうため、より高精細な表示装置の作製をする場合には、深刻な問題となる。

そこで、本発明の一態様は、かかる問題に鑑みてなされたもので、膜質の安定した酸化物半導体膜を形成することが可能な薄膜トランジスタ装置の製造方法、薄膜トランジスタ装置、それを用いた表示装置を提供することを目的とする。より具体的には、ボトムゲート構造の酸化物半導体薄膜トランジスタにおいて、可視光、又は近赤外の波長領域のレーザーを用いてゲート電極を加熱させ、その熱により間接的に酸化物半導体層をアニールする方法において、膜質の安定した酸化物半導体膜を形成することができる薄膜トランジスタ装置の製造方法、薄膜トランジスタ装置、それを用いた表示装置を提供することを目的とする。

上記問題を解決するために、本発明の第１の態様に係る薄膜トランジスタ装置の製造方法は、基板を準備する第１工程と、前記基板上にゲート電極を形成する第２工程と、前記ゲート電極上に絶縁層を形成する第３工程と、前記絶縁層上に酸化物半導体層を積層する第４工程と、前記酸化物半導体層を透過する波長を有する所定のレーザーを前記基板に対して照射することで前記ゲート電極を加熱させて発生した熱により間接的に前記酸化物半導体層をアニールする第５工程と、前記ゲート電極に対応する前記アニールされた酸化物半導体層上の領域にソース電極およびドレイン電極を形成する第６工程と、を含み、前記第２工程、前記第３工程、および、前記第４工程では、前記第５工程において、前記ゲート電極端と前記酸化物半導体層端との間隔を△Ｌ（μｍ）とし、前記所定のレーザー光を用いて前記基板上から△ｔ（ｎｓｅｃ）照射した際、前記酸化物半導体層の膜厚に前記酸化物半導体層の屈折率を積算した値である前記酸化物半導体層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値をＸとし、前記絶縁層の膜厚に前記絶縁層の屈折率を積算した値である前記絶縁層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値をＹとし、前記酸化物半導体層が存在する第１領域の前記ゲート電極における前記所定のレーザー光波長に対する第１吸収率をＡ１とし、前記第１領域に隣接して、前記酸化物半導体層が存在しない第２領域の前記ゲート電極における前記所定のレーザー光波長に対する第２吸収率をＡ２とし、前記Ｘおよび前記Ｙによって導出される、前記酸化物半導体層が存在する第１領域の前記ゲート電極における前記所定のレーザー光波長に対する吸収率（Ａ１）と、前記第１領域に隣接して、前記酸化物半導体層が存在しない第２領域（領域２）の前記ゲート電極における前記所定のレーザー光波長に対する吸収率（Ａ２）との差を△Ａ（△Ａ＝Ａ１−Ａ２）としたとき、以下の（式１）、（式２）および（式３）を満たす。

−０．２（△Ｌ’）^２＋１．１（△Ｌ’）−１．６≧△Ａ（△Ｌ’＝２△Ｌ／ｌｏｇ（△ｔ）≦２．７５のとき） （式１）
−０．０８７５≧△Ａ（△Ｌ’＞２．７５のとき） （式２）
△Ｌ’＝２△Ｌ／ｌｏｇ（△ｔ） （式３）

本態様によれば、膜質の安定した酸化物半導体膜を形成することが可能な薄膜トランジスタ装置の製造方法を実現することができる。

具体的には、ゲート絶縁層およびチャネル層となる酸化物半導体層の膜厚が上記条件を満たすことにより、酸化物半導体層が存在する第１領域のゲート電極の光吸収率より前記酸化物半導体層が存在しない第２領域のゲート電極の光吸収率が大きく設定され、ゲート電極の第１領域部の発熱より、ゲート電極の第２領域部の発熱を高めることが可能となる。そして、ゲート電極の周囲への熱伝播の影響を抑制し、ゲート電極周囲の発熱温度低下を防ぐことができる。それにより、第１領域に存在する酸化物半導体層の周辺部の温度が低くなることを抑制することが可能となり、安定な酸化物半導体の結晶化が可能となる。

ここで、例えば、第２の態様に係る薄膜トランジスタ装置の製造方法として、第１の態様において、前記第４工程では、前記絶縁層上に、非晶質の前記酸化物半導体を積層するとしてもよい。

また、例えば、第３の態様に係る薄膜トランジスタ装置の製造方法として、第２の態様において、前記第５工程では、前記酸化物半導体層をアニールすることで前記酸化物半導体層を結晶化するとしてもよい。

また、例えば、第４の態様に係る薄膜トランジスタ装置の製造方法として、第１の態様〜第３の態様のいずれかにおいて、前記第４工程は、さらに、積層した前記酸化物半導体層を、前記ゲート電極領域の内側に島化形成する工程を含むとしてもよい。

また、例えば、第５の態様に係る薄膜トランジスタ装置の製造方法として、第１の態様〜第４の態様のいずれかにおいて、前記第２工程、前記第３工程、および前記第４工程では、前記第５工程において、以下の（式４）、（式５）および（式６）を満たすように構成されるとしてもよい。

−０．２（△Ｌ’）^２＋１．１（△Ｌ’）−１．６≧△Ａ≧−０．２（△Ｌ’）^２＋１．１（△Ｌ’）−１．７（△Ｌ’＝２△Ｌ／ｌｏｇ（△ｔ）≦２．７５のとき） （式４）
−０．０８７５≧△Ａ≧−０．１８７５（△Ｌ’＞２．７５のとき） （式５）
△Ｌ’＝２△Ｌ／ｌｏｇ（△ｔ） （式６）

本態様によれば、ゲート絶縁層の膜厚およびチャネル層となる酸化物半導体層の膜厚が上記条件を満たすことにより、酸化物半導体層が存在する第１領域のゲート電極の光吸収率より酸化物半導体層が存在しない第２領域のゲート電極の光吸収率が大きく設定される。それにより、ゲート電極の第１領域部の発熱より、ゲート電極の第２領域部の発熱を高めることが可能となり、ゲート電極の周囲への熱伝播の影響を抑制し、ゲート電極周囲の発熱温度低下を防ぐことができる。この作用により、第１領域に存在する酸化物半導体層の周辺部の温度が低くなることを抑制できるのみならず、酸化物半導体層の温度分布がよりフラットになり、より均一で安定な酸化物半導体の結晶化が可能となる。

また、例えば、第６の態様に係る薄膜トランジスタ装置の製造方法として、第１の態様〜第５の態様のいずれかにおいて、前記酸化物半導体層はインジウムを含み、酸素を除く全原子に占める前記インジウムの含有率が９０原子％以上１００原子％以下であるとしてもよい。

また、例えば、第７の態様に係る薄膜トランジスタ装置の製造方法として、第６の態様において、前記酸化物半導体層は、１種以上の正二価の金属元素をさらに含むとしてもよい。

また、例えば、第８の態様に係る薄膜トランジスタ装置の製造方法として、第７の態様において、前記酸化物半導体層は、正二価の金属元素として亜鉛を含むとしてもよい。

また、例えば、第９の態様に係る薄膜トランジスタ装置の製造方法として、第６の態様〜第８の態様のいずれかにおいて、前記酸化物半導体層の結晶構造は、インジウムのビックスバイト型の結晶構造であるとしてもよい。

また、例えば、第１０の態様に係る薄膜トランジスタ装置の製造方法として、第１の態様〜第８の態様のいずれかにおいて、前記酸化物半導体層は、インジウムおよび亜鉛のうち少なくとも１つを含むとしてもよい。

また、例えば、第１１の態様の薄膜トランジスタ装置の製造方法として、第１０の態様において、前記酸化物半導体層は、インジウム、亜鉛およびガリウムを含むとしてもよい。

また、例えば、第１２の態様に係る薄膜トランジスタ装置の製造方法として、第１の態様〜第１１の態様のいずれかにおいて、前記所定のレーザー光の照射エネルギー密度の変動は、５％程度未満であるとしてもよい。

また、例えば、第１３の態様に係る薄膜トランジスタ装置の製造方法として、第１の態様〜第１２の態様のいずれかにおいて、前記レーザー光の波長のエネルギーは、前記酸化物半導体層のバンドギャップ以上であるとしてもよい。

また、例えば、第１４の態様に係る薄膜トランジスタ装置の製造方法として、第１の態様〜第１３の態様のいずれかにおいて、前記レーザー光の波長は４００ｎｍ以上、２０００ｎｍ以下であるとしてもよい。

また、例えば、第１５の態様に係る薄膜トランジスタ装置の製造方法として、第１の態様〜第１４の態様のいずれかにおいて、前記絶縁層のレーザー光の波長に対する消衰係数は、０．０１以下であるとしてもよい。

また、例えば、第１６の態様に係る薄膜トランジスタ装置の製造方法として、第１の態様〜第１５の態様のいずれかにおいて、前記絶縁層は、酸化ケイ素膜、窒化ケイ素膜、または、酸化ケイ素膜および窒化ケイ素膜の積層膜で構成されているとしてもよい。

また、上記問題を解決するために、第１７の態様に係る薄膜トランジスタ装置は、基板と、前記基板上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極上に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に積層された酸化物半導体層と、前記ゲート電極に対応する前記酸化物半導体層上の領域に形成されたソース電極およびドレイン電極と、を備え、前記酸化物半導体層は、前記絶縁層上に積層後、前記酸化物半導体層を透過する波長を有する所定のレーザーを前記基板に対して照射することで、前記ゲート電極を加熱させて発生させた熱により間接的にアニールされ、前記ゲート電極、前記絶縁層、および前記酸化物半導体層は、前記ゲート電極端と前記酸化物半導体層端との間隔を△Ｌ（μｍ）とし、前記所定のレーザー光を用いて前記基板上から△ｔ（ｎｓｅｃ）照射した際、前記酸化物半導体層の膜厚に前記酸化物半導体層の屈折率を積算した値である前記酸化物半導体層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値をＸとし、前記絶縁層の膜厚に前記絶縁層の屈折率を積算した値である前記絶縁層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値をＹとし、前記酸化物半導体層が存在する第１領域の前記ゲート電極における前記所定のレーザー光波長に対する第１吸収率をＡ１、前記第１領域に隣接して、前記酸化物半導体層が存在しない第２領域の前記ゲート電極における前記所定のレーザー光波長に対する第２吸収率をＡ２とし、前記Ｘおよび前記Ｙによって導出される、前記酸化物半導体層が存在する第１領域の前記ゲート電極における前記所定のレーザー光波長に対する吸収率（Ａ１）と、前記第１領域に隣接して、前記酸化物半導体層が存在しない第２領域の前記ゲート電極における前記所定のレーザー光波長に対する吸収率（Ａ２）との差を△Ａ（△Ａ＝Ａ１−Ａ２）としたとき、上記の（式１）、（式２）および（式３）を満たすように構成されている。

ここで、例えば、第１８の態様に係る薄膜トランジスタ装置として、第１７の態様において、液晶パネルまたはＥＬパネルを含む表示装置であって、前記表示装置は、請求項１７記載の薄膜トランジスタ装置を備え、前記薄膜トランジスタ装置は、前記液晶パネルまたはＥＬパネルを駆動させるとしてもよい。

ここで、例えば、第１９の態様に係る薄膜トランジスタ装置として、第１８の態様において、前記ＥＬパネルは、有機ＥＬパネルであるとしてもよい。

以上、上述した態様によれば、膜質の安定した酸化物半導体膜を形成することが可能な薄膜トランジスタ装置の製造方法等を実現することができる。具体的には、赤色および近赤外のレーザー光によるレーザー間接加熱法を用いた酸化物半導体層の結晶化において、結晶性の安定した酸化物半導体膜を形成することができる薄膜トランジスタ装置の製造方法、薄膜トランジスタ、それを用いた表示装置を実現することができる。より具体的には、酸化物半導体膜の膜厚およびゲート絶縁層それぞれの膜厚を、所定の条件を満足するように形成する。それにより、ゲート電極のパターン形状等、特に薄膜トランジスタ装置の構造に何ら変更を加えることなく、可視光、および近赤外領域の波長のレーザーを用いて、結晶性の安定した酸化物半導体層を形成することができる薄膜トランジスタ装置の製造方法、薄膜トランジスタ装置、それを用いた表示装置を実現することができる。

以下、本発明一態様に係る薄膜トランジスタ装置の製造方法、薄膜トランジスタ装置および表示装置について、図面を参照しながら具体的に説明する。

なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る有機発光表示装置を構成する薄膜トランジスタの構造を示す断面図である。

図１に示す薄膜トランジスタ１００は、ボトムゲート構造の薄膜トランジスタであり、基板１０と、ゲート電極１１と、ゲート絶縁層１２と、結晶質酸化物半導体層１３と、チャネル保護層１４と、ソース・ドレイン電極１５とを備える。

基板１０は、例えば透明なガラスまたは石英またはプラスチックからなる絶縁基板である。

ゲート電極１１は、典型的にはモリブデン（Ｍｏ）等の金属やＭｏ合金等（例えばＭｏＷ（モリブデン・タングステン合金））の金属からなる。なお、ゲート電極１１は、酸化物半導体の融点温度に耐えられる金属であればよいので、Ｗ（タングステン）、Ｔａ（タンタル）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｒ（クロム）およびＭｏを含むこれらの合金からなるとしてもよい。ゲート電極１１の膜厚は、好ましくは２０ｎｍ以上〜３００ｎｍ以下であり、より好ましくは、５０ｎｍ以上〜１００ｎｍ以下である。これは、ゲート電極１１の膜厚が薄いと、ゲート電極１１の透過率が増加してしまい、以下に記すレーザー光の反射が低下しやすくなるからである。また、ゲート電極１１の膜厚が厚いと以下に説明するゲート絶縁層１２の被覆性が劣化してしまい、最悪の場合、ゲート電極の端部でゲート絶縁層が段切れすることでゲート電極１１と結晶質酸化物半導体層１３とが電気的に導通してしまうなど、薄膜トランジスタ１００の特性が劣化しやすくなるからである。

ゲート絶縁層１２は、ゲート電極１１を覆うように形成され、例えば酸化珪素層、または窒化珪素層の単層構造、または酸化珪素層と窒化珪素層との積層構造からなる。ゲート絶縁層１２の膜厚は、単層構造であれ、積層構造であれ、レーザー間接加熱法を用いて結晶化する方法（以下、レーザー間接加熱法とも呼ぶ）により結晶質酸化物半導体層１３を形成する場合に好適な範囲がある。この好適な範囲は、一定の関係式で表現される。この一定の関係式の詳細については、後述する。

結晶質酸化物半導体層１３は、ゲート絶縁層１２上に形成され、多結晶の酸化物半導体層からなる。なお、この結晶質酸化物半導体層１３は、ゲート絶縁層１２上に非晶質酸化物半導体層１３ａ（不図示）を形成後、フォトリソグラフィー、ウェットエッチング等の技術をもちいてゲート電極領域内に島化形成される。その後、その非晶質酸化物半導体層１３ａ上からレーザー光を照射し、非晶質酸化物半導体層１３ａおよびゲート絶縁層１２を透過したレーザー光をゲート電極に吸収させる。そして、吸収された光エネルギーが熱変換されることによりゲート電極が発熱することを利用して、その熱により間接的にゲート絶縁層上の非晶質酸化物半導体層１３ａを加熱し、多結晶質化（微結晶化も含む）することにより形成される。

結晶質酸化物半導体層１３は、例えばインジウムを含み、酸素を除く全原子に占めるインジウムの含有率が９０原子％以上１００原子％以下である。ここで、例えば、結晶質酸化物半導体層１３は、１種以上の正二価の金属元素をさらに含んでもよい。正二価の金属元素としては、例えば亜鉛である。また、結晶質酸化物半導体層１３の結晶構造として、インジウムのビックスバイト型の結晶構造を示してもよい。

なお、結晶質酸化物半導体層１３は、インジウムおよび亜鉛のうち少なくとも１つを含むとしてもよいし、インジウム、亜鉛およびガリウムを含むとしてもよい。

なお、レーザー照射に用いられるレーザー光源は、可視光領域および近赤外領域の波長のレーザーである。例えば、このレーザー光源は、４００ｎｍ〜２０００ｎｍの波長のレーザーであり、好ましくは５００ｎｍ〜１１００ｎｍの波長のレーザーである。

また、このレーザーは、固体レーザー装置であってもよく、半導体レーザー素子を用いたレーザー装置であってもよい。いずれにせよ、レーザー光を精度良く制御できるため好ましい。さらに、結晶ムラのない結晶質酸化物半導体層１３を形成するためには、照射エネルギー密度の変動が５％程度未満であれば好ましい。結晶ムラのない結晶質酸化物半導体層１３を形成することにより、薄膜トランジスタの当初設計特性が達成でき、また、特性の均一化が実現できることとなる。

チャネル保護層１４は、結晶質酸化物半導体層１３およびゲート絶縁層１２を覆うように形成され、例えば酸化珪素、酸化アルミニウムまたは酸化イットリウムからなる。

ソース・ドレイン電極１５は、チャネル保護層１４上に形成される。ソース・ドレイン電極１５は、例えばＭｏ、若しくはＭｏ合金などの金属、チタニウム（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）若しくはＡｌ合金などの金属、銅（Ｃｕ）若しくはＣｕ合金などの金属、または、銀（Ａｇ）、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）若しくはタングステン（Ｗ）等の金属の材料からなる。

以上のように薄膜トランジスタ１００は、構成されている。

図２は、実施の形態１に係る表示装置の等価回路を示す図である。

図２に示す有機発光表示装置は、スイッチングトランジスタ１と、駆動トランジスタ２と、データ線３と、走査線４と、電流供給線５と、キャパシタンス６と、有機ＥＬ素子７とを備える。

スイッチングトランジスタ１は、データ線３と走査線４とキャパシタンス６とに接続されている。

駆動トランジスタ２は、例えば図２に示す薄膜トランジスタ１００に相当し、電流供給線５とキャパシタンス６と有機ＥＬ素子７とに接続されている。

データ線３は、有機ＥＬ素子７の画素の明暗を決めるデータ（電圧値の大小）が、有機ＥＬ素子７の画素に伝達される配線である。

走査線４は、有機ＥＬ素子７の画素のスイッチ（ＯＮ／ＯＦＦ）を決めるデータが有機ＥＬ素子７の画素に伝達される配線である。

電流供給線５は、駆動トランジスタ２に大きな電流を供給するための配線である。

キャパシタンス６は、電圧値（電荷）を一定時間保持する。

以上のようにして有機発光表示装置は構成されている。

次に、上述した薄膜トランジスタ１００の製造方法について説明する。

図３は、実施の形態１に係る有機発光表示装置の薄膜トランジスタの製造工程を示すフローチャートである。この薄膜トランジスタ１００は同時に複数製造されるが、以下では、説明を簡単にするため、１つの薄膜トランジスタを製造する方法として説明する。図４Ａ〜図４Ｈは、実施の形態１に係る有機発光表示装置の薄膜トランジスタの製造方法を説明するための図である。図５は、図３のＳ１４におけるレーザー間接加熱法を模式的に示した図である。

まず、基板１０を準備し、続いて、基板１０上に、ゲート電極を形成する（Ｓ１０）。

具体的には、基板１０上にスパッタ法によりゲート電極となる金属膜を堆積し、フォトリソグラフィーおよびエッチングにより薄膜トランジスタ１００におけるゲート電極１１を形成する（図４Ａ）。ここで、ゲート電極１１は、典型的にはＭｏ等あるいはＭｏ合金等（例えばＭｏＷ（モリブデン・タングステン合金））の金属材料で形成される。

続いて、ゲート電極１１上にゲート絶縁層１２を形成する（Ｓ１１）。そして、ゲート絶縁層１２上に非晶質酸化物半導体層１３ａを形成する（Ｓ１２）。

具体的には、プラズマＣＶＤ法により、ゲート電極１１の上にゲート電極１１を覆うように、ゲート絶縁層１２を成膜し（図４Ｂ）、成膜したゲート絶縁層１２上に非晶質酸化物半導体層１３ａをスパッタ法により成膜する（図４Ｃ）。

次に、薄膜トランジスタ１００のチャネル領域の非晶質酸化物半導体層１３ａをパターニングする（Ｓ１３）。

具体的には、フォトリソグラフィーおよびエッチングにより非晶質酸化物半導体層１３ａをパターニングし、ゲート電極１１の上方の領域内（以下、ゲート電極領域内とも呼ぶ）に島化形成する。

ここで、図４Ｄに示すように、ゲート電極領域内で、非晶質酸化物半導体層１３ａが存在する領域を第１領域、および、非晶質酸化物半導体層１３ａが存在しない（エッチングされ除去された）領域を第２領域と定義する。さらに、ゲート電極１１の端と島化形成された非晶質酸化物半導体層１３ａの端との間隔を△Ｌ（μｍ）と定義する。なお、図４Ｄでは断面形状で図示しているが、実際には平面的にパターンは形成されるため、△Ｌは断面の切る方向によって異なり得るが、ここではその中で最小の距離を有するものを△Ｌと定義する。また、レーザーの照射時間を△ｔ（ｎｓｅｃ）とおく。さらに、非晶質酸化物半導体層１３ａの膜厚に非晶質酸化物半導体層１３ａの屈折率を積算した値である非晶質酸化物半導体層１３ａの光学膜厚を、レーザー光の波長で除算した値をＸとし、ゲート絶縁層１２の膜厚にゲート絶縁層１２の屈折率を積算した値であるゲート絶縁層１２の光学膜厚を、レーザー光の波長で除算した値をＹとする。そして、ＸおよびＹによって導出される島化された非晶質酸化物半導体層１３ａが存在する第１領域のゲート電極１１におけるレーザー光波長に対する吸収率（Ａ１）と、第１領域に隣接して、島化された非晶質酸化物半導体層１３ａが存在しない第２領域のゲート電極１１におけるレーザー光波長に対する吸収率（Ａ２）との差（△Ａ＝Ａ１−Ａ２）が上記（式１）〜（式３）を満たすように形成されるＸおよびＹを与える。

ここで、（式１）〜（式３）を再度記載すると以下である。

−０．２（△Ｌ’）^２＋１．１（△Ｌ’）−１．６≧△Ａ（△Ｌ’＝２△Ｌ／ｌｏｇ（△ｔ）≦２．７５のとき） （式１）
−０．０８７５≧△Ａ（△Ｌ’＞２．７５のとき） （式２）
△Ｌ’＝２△Ｌ／ｌｏｇ（△ｔ） （式３）

なお、詳細は後述するため、ここでの説明を省略するが、△Ａは、ゲート絶縁層１２、および非晶質酸化物半導体層１３ａの膜厚および光学定数、さらに下地のゲート電極１１を形成する金属材料の光学定数および基板の光学定数をパラメータとして、レーザー光の多重干渉を考慮した光学計算により導かれる。

次に、図５に示すように所定のレーザーを基板に対して照射することで、ゲート電極１１を照射・加熱させる。そして、加熱によりゲート電極１１に発生した熱により非晶質酸化物半導体層１３ａを間接的にアニールすることで結晶質酸化物半導体層１３にする（Ｓ１４）。具体的には、波長が４００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下である所定のレーザーから照射されるレーザー光が非晶質酸化物半導体層１３ａおよびゲート絶縁層１２を透過した光により、ゲート電極１１を加熱させる。そして、その熱によりゲート絶縁層１２を介して間接的に非晶質酸化物半導体層１３ａをアニールすることで結晶化させた結晶質酸化物半導体層１３を生成する（図４Ｅ）。

ここで、このレーザーアニール法においてレーザー照射に用いられるレーザー光源は、上述したように、赤色および近赤外の波長のレーザーである。例えば、約４００ｎｍ〜２０００ｎｍの波長のレーザーであり、好ましくは５００ｎｍ〜１１００ｎｍの波長のレーザーである。また、この波長領域のレーザーは、固体レーザー装置で構成されていてもよく、半導体レーザー素子を用いたレーザー装置で構成されていてもよい。さらに、この波長のレーザーは、照射エネルギー密度の変動が５％程度未満である。

次に、チャネル保護層１４を形成し、パターニングする（Ｓ１５）。具体的には、結晶質酸化物半導体層１３およびゲート絶縁層１２を共に覆うように、チャネル保護層１４を形成する（図４Ｆ）。

より具体的には、プラズマＣＶＤ法により、酸化膜または／および酸化珪素膜で構成されるチャネル保護層１４を形成する。なお、チャネル保護層１４は、スパッタ法により、酸化アルミニウムや酸化イットリウムを用いて形成されても良い。続いて、このように形成されたチャネル保護層１４をフォトリソグラフィーおよびエッチングによりパターニングし、コンタクトホールを形成する（図４Ｇ）。

次に、ソース・ドレイン電極１５を形成し、パターニングする（Ｓ１６）。

具体的には、パターニングされたチャネル保護層１４の上に、スパッタ法によりソース・ドレイン電極１５となる金属を堆積する。ここで、ソース・ドレイン電極１５は、Ｍｏ若しくはＭｏ合金などの金属、チタニウム（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）若しくはＡｌ合金などの金属、銅（Ｃｕ）若しくはＣｕ合金などの金属、または、銀（Ａｇ）、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）若しくはタングステン（Ｗ）等の金属の材料で形成される。続いて、図４Ｈに示されるように、ソース・ドレイン電極１５をパターニングするすなわちソース・ドレイン電極１５をフォトリソグラフィーおよびエッチングにより形成する。

このようにして、薄膜トランジスタ１００は製造される。

以上のように、本実施の形態における薄膜トランジスタ１００は、ボトムゲート構造を有する結晶質酸化物半導体をチャネルに用いた薄膜トランジスタとして形成される。この薄膜トランジスタ１００の製造時には、ゲート絶縁層１２および非晶質酸化物半導体層１３ａを、上述した関係式を成立させる膜厚を有するように成膜する。そして、所定のレーザー光にて照射を行い、非晶質酸化物半導体層１３ａおよびゲート絶縁層１２を透過した光によってゲート電極１１を加熱し、発生した熱によりゲート絶縁層１２を介して非晶質酸化物半導体層１３ａをアニールする。それにより、非晶質酸化物半導体層１３ａは結晶化され、結晶質酸化物半導体層１３になる。このとき、ゲート絶縁層１２の膜厚およびチャネル層となる非晶質酸化物半導体層１３ａの膜厚が上記条件を満たすことにより、非晶質酸化物半導体層１３ａが存在する第１領域のゲート電極１１の光吸収率より非晶質酸化物半導体層１３ａが存在しない第２領域のゲート電極１１の光吸収率が大きく設定される。それにより、ゲート電極１１の第１領域部の発熱より、ゲート電極１１の第２領域部の発熱を高めることが可能となり、ゲート電極１１の周囲への熱伝播の影響を抑制し、ゲート電極１１の周囲の発熱温度低下を防ぐことができる。この作用により、非晶質酸化物半導体層１３ａは結晶化される際、第１領域に存在する非晶質酸化物半導体層１３ａの周辺部の温度が中央部に比べて低くなることを抑制することが可能となり、安定な結晶質酸化物半導体層１３の形成が可能となる。

以上のように、ゲート絶縁層１２の膜厚および非晶質酸化物半導体層１３ａの膜厚を上述した条件を満たすように形成することで、さまざまな波長のレーザー光を用いたり、さまざまなゲート電極１１の材質および膜厚であったりしても、結晶ムラのない結晶質酸化物半導体層１３を生成することができる。つまり、例えばゲート電極１１のパターン形状等、特に薄膜トランジスタ１００の構造に変更を加えることなく、ゲート電極１１上に形成される結晶質酸化物半導体層１３の結晶性のばらつきを低減することができる。換言すると、結晶質酸化物半導体層１３において安定した結晶化が可能となる。それにより、結晶質酸化物半導体層１３を使用した薄膜トランジスタ１００の特性のばらつきを抑え、ＬＣＤやＯＬＥＤなどの表示装置で高精細化が進んでも、その表示品位を向上させることができるという効果を奏する。

なお、図５に示す例では、線状に集光されたレーザー光を用いて非晶質酸化物半導体層１３ａを結晶化する場合の例を示したが、それに限らない。スポット状（円形や楕円形その他も含む）のレーザー光を使ってもよい。その場合は、レーザー光を結晶化に適したスキャン方法で実施することが好ましい。

また、本実施の形態では、非晶質酸化物半導体層１３ａを結晶化させて結晶質酸化物半導体層１３にする場合の例について説明したが、それに限らない。非晶質酸化物半導体層１３ａをアニールして、その結晶性を安定させるだけでもよい。

また、Ｓ１３では、非晶質酸化物半導体層１３ａをパターニングして島化する場合について説明したが、必ずしも島化する必要はない。

以上のように、本実施の形態における薄膜トランジスタ１００の製造方法によれば、ゲート絶縁層１２の膜厚および非晶質酸化物半導体層１３ａの膜厚が、上述した条件を満たすことにより、第１領域における非晶質酸化物半導体層１３ａの発熱による到達温度の分布を均一にして、第１領域おける非晶質酸化物半導体層１３ａを充分かつ均一に結晶化を図ることができる。

以下、ゲート絶縁層１２の膜厚および非晶質酸化物半導体層１３ａの膜厚が満たすべき条件を、実施例に詳細に説明する。

（実施例１）
まず、ゲート電極１１のレーザー光波長に対する吸収率の算出方法について説明する。

図６Ａおよび図６Ｂは、振幅透過率および振幅透過率の計算方法を説明するための図である。

図６Ａおよび図６Ｂは、図１に示す薄膜トランジスタ１００の構造をモデル化した多層構造のモデル構造を示している。図６Ａに示すモデル構造では、複素屈折率Ｎ_１からなる層４０１と、複素屈折率Ｎ_２からなる４０２と、複素屈折率Ｎ_３からなる層４０３と、複素屈折率Ｎ_４からなる基板層４０４と、を備える。このモデル構造では、層４０３、層４０２および層４０１がこの順に基板層４０４上に積層されたものを示している。なお、図６Ｂに示すモデル構造は、図６Ａの層４０１がない場合のモデル構造を示している。また、図中に示す複素屈折率Ｎ_０の領域は、モデル構造の外部であり、レーザー光がモデル構造に入射される側を示している。この領域は、例えば空気であり、その場合、屈折率１、消衰係数０である。

基板層４０４は、例えば透明なガラスまたは石英、またはプラスチック基板からなる絶縁基板であり、例えば屈折率１．４６を有し、図４Ａに示す基板１０に対応する。層４０３は、例えば屈折率３．５５、消衰係数３．８６を有し、膜厚が６０ｎｍのＭｏＷで構成されている。層４０３は、図４Ａに示すゲート電極１１に対応する。層４０２は、例えば屈折率１．４６、消衰係数０の酸化珪素（ＳｉＯ_ｘ）で構成されており、図４Ｂに示すゲート絶縁層１２に対応する。層４０１は、例えば屈折率１．９８８、消衰係数０の酸化物半導体膜で構成されており、図４Ｃに示す非晶質酸化物半導体層１３ａに対応する。なお、これらの光学定数は波長５３２ｎｍのレーザー光に対するものである。

図６Ａおよび図６Ｂに示すように、外部から層４０１へ入射される光に対する振幅反射係数をｒ_０１、層４０１から層４０２へ入射される光に対する振幅反射係数をｒ_１２、層４０２から層４０３へ入射される光に対する振幅反射係数をｒ_２３、層４０３から基板層４０４へ入射される光に対する振幅反射係数をｒ_３４、および、外部から層４０２へ入射される光に対する振幅反射係数をｒ_０２、としている。また、外部から層４０１へ入射される光に対する振幅透過係数をｔ_０１、層４０１から層４０２へ入射される光に対する振幅透過係数をｔ_１２、層４０２から層４０３へ入射される光に対する振幅透過係数をｔ_２３、層４０３から基板層４０４へ入射される光に対する振幅透過係数をｔ_３４、および、外部から層４０２へ入射される光に対する振幅透過係数をｔ_０２としている。

さらに、図６Ａに示すように、非晶質酸化物半導体層１３ａに対応する層４０１が形成されている領域（第１領域に相当）の各層全体の振幅反射係数をそれぞれｒ_{０１２３４}（Ｒ１）、ｒ_１２３４（Ｒ２）、ｒ_２３４（Ｒ３）としている。具体的には、基板層４０４と層４０３を１層とみなしたときの振幅反射係数をｒ_２３４（Ｒ３）とし、基板層４０４、層４０３および層４０２を１層とみなしたときの振幅反射係数をｒ_１２３４（Ｒ２）とし、基板層４０４、層４０３、層４０２および層４０１を１層とみなしたときの振幅反射係数をｒ_{０１２３４}（Ｒ１）としている。

また、第１領域の各層全体の振幅透過係数をそれぞれｔ_{０１２３４}（Ｔ１）、ｔ_１２３４（Ｔ２）、ｔ_２３４（Ｔ３）としている。具体的には、基板層４０４および層４０３を１層とみなしたときの振幅透過係数をｔ_２３４（Ｔ３）とし、基板層４０４、層４０３および層４０２を１層とみなしたときの振幅透過係数をｔ_１２３４（Ｔ２）とし、基板層４０４、層４０３、層４０２および層４０１を１層とみなしたときの振幅透過係数をｔ_{０１２３４}（Ｔ１）としている。

次に、図６Ｂに示すように、非晶質酸化物半導体層１３ａに対応する層４０１が形成されていない領域（第２領域に相当）の各層全体の振幅反射係数をそれぞれｒ_０２３４（Ｒ２’）、ｒ_２３４（Ｒ３）としている。具体的には、基板層４０４および層４０３を１層とみなしたときの振幅反射係数をｒ_２３４（Ｒ３）とし、基板層４０４、層４０３および層４０２を１層とみなしたときの振幅反射係数をｒ_０２３４（Ｒ２’）としている。また、第２領域の各層全体の振幅透過係数をそれぞれｔ_０２３４（Ｔ２’）、ｔ_２３４（Ｔ３）としている。具体的には、基板層４０４および層４０３を１層とみなしたときの振幅透過係数をｔ_２３４（Ｔ３）とし、基板層４０４、層４０３および層４０２を１層とみなしたときの振幅透過係数をｔ_０２３４（Ｔ２’）としている。

そして、第１領域の各層全体の振幅反射係数、振幅透過係数は、下記の（式７）〜（式１２）で表すことができる。

また、第２領域の各層全体の振幅反射係数および振幅透過係数は、下記の（式１３）〜（式１６）で表すことができる。

なお、（式９）と（式１４）、および、（式１２）と（式１６）はそれぞれ共通となる。

ここで、

ｄは各層の膜厚、θは各層での入射角・透過角、λはレーザー光の波長である。

また、θは下式のスネルの法則より以下に示す通りに算出できる。

また、各層それぞれの振幅反射係数ｒ_０１、ｒ_１２、ｒ_２３、ｒ_３４、ｒ_０２および振幅透過係数ｔ_０１、ｔ_１２、ｔ_１２、ｔ_３４、ｔ_０２は下記の（式１７）〜（式２６）を用いて算出できる。

なお、ここでレーザー光は単色レーザー光であり、その偏光はＰ偏光を仮定している。

次に、以上の式を用いて、次のようにして第１領域および第２領域における各層全体の振幅反射係数、振幅透過係数を算出する。

すなわち、まず、ｒ_２３４を、（式９）に（式１９）および（式２０）を代入することにより算出する。次いで、ｒ_１２３４を、（式１１）に（式１８）およびｒ_２３４を代入することにより算出する。次いで、ｒ_{０１２３４}を、（式７）に（式１７）およびｒ_２３４を代入することにより算出する。次いで、ｒ_０２３４を、（式１３）に（式２１）およびｒ_２３４を代入することにより算出する。

また、ｔ_２３４を、（式１２）に（式２４）、（式２５）を代入することにより算出する。次いで、ｔ_１２３４を、（式１１）に（式１８）、（式２３）、ｒ_２３４およびｔ_２３４を代入することにより算出する。次いで、ｔ_{０１２３４}を、（式１０）に（式１７）、（式２２）、ｒ_１２３４およびｔ_１２３４を代入することにより算出する。次いで、ｔ_０２３４を、（式１５）に（式２１）、（式２６）、ｒ_２３４およびｔ_２３４を代入することにより算出する。

次に、第１領域および第２領域における各層での反射率Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ２’、透過率Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３およびＴ２’を（式２７）〜（式３４）により算出する。

最後に、（式３５）によって、第１領域のゲート電極層の光吸収率Ａ_１を算出することができる。

また、（式３６）によって、第２領域のゲート電極層の光吸収率Ａ_２を算出することができる。

上記（式３５）、（式３６）は、構成上は酸化物半導体層およびゲート絶縁層の光吸収率を算出する式に相当するが、レーザー光に対して酸化物半導体層、およびゲート絶縁層が共に透過するという条件では、上記の式は下地のゲート電極の吸収率を表す。

次に、上述した計算方法を用いて、図６Ａおよび図６Ｂに示すモデル構造に対して垂直に、すなわちθ_０＝０、またはｓｉｎθ_０＝０が近似的に成り立つ範囲の入射角θ_０において波長λ（４００ｎｍ≦λ≦２０００ｎｍ）のレーザー光（可視および近赤外の波長領域のレーザー光）を入射した場合に、第１領域および第２領域のゲート電極のレーザー光に対する吸収率を算出し、その差（△Ａ＝Ａ１−Ａ２）を計算した。また、この場合、レーザー光の偏光がＳ偏光としても計算結果は同じである。

図７は、レーザー間接加熱法により結晶質酸化物半導体層を形成する場合にゲート絶縁層、非晶質酸化物半導体層に好適な膜厚範囲があることを示すための図である。具体的には、図７は、図６Ａおよび図６Ｂに示すモデル構造を用いて、ゲート絶縁層１２の膜厚、非晶質酸化物半導体層１３ａの膜厚をそれぞれ変化させた場合の、第１領域および第２領域のゲート電極１１の吸収率差△Ａ＝Ａ_１−Ａ_２の計算結果を示す等高線図である。

なお、図７中に示されている数値は、等高線が表す吸収率の差である。ここでＸは酸化物半導体層の屈折率に光吸収層の膜厚を乗算した酸化物半導体層の光学膜厚を所定のレーザー光の波長にて除算した値を表す。また、Ｙはゲート絶縁層の屈折率にゲート絶縁層の膜厚を乗算したゲート絶縁層の光学膜厚を前記所定のレーザー光の波長にて除算した値を表す。ここで、前記ゲート絶縁層が積層膜で構成されている場合、その光学膜厚はそれぞれの酸化膜の光学膜厚の和になる。

例えば、レーザー光波長がλ＝５３２ｎｍのとき、非晶質酸化物半導体層１３ａの屈折率を用いると、図７の横軸の値を酸化物半導体層の膜厚に変換することができる。例えば、図８は、図７の横軸の値を酸化物半導体層の膜厚に変換した値を示す図である。図８には、λ＝５３２ｎｍのときおよびλ＝８０８ｎｍのとき、図７の横軸の値を酸化物半導体層の膜厚に変換した値を示している。

ここで、図９Ａは、λ＝５３２ｎｍおよびλ＝８０８ｎｍのとき、図７の縦軸の値をゲート絶縁層（単層）の膜厚に変換した値の例を示す表である。図９Ｂは、λ＝５３２ｎｍおよびλ＝８０８ｎｍのとき、図７の縦軸の値をゲート絶縁層（積層構造）の膜厚に変換した値の例を示す表である。

例えばゲート絶縁層が単層構造の場合、λ＝５３２ｎｍのときのゲート絶縁層１２の屈折率を用いることにより、図７の縦軸の値をゲート絶縁層１２の膜厚に変換することができる。そして、図９Ａには、λ＝５３２ｎｍおよびλ＝８０８ｎｍ、かつ、ゲート絶縁層が酸化珪素膜単層にて構成されているとき、図７の縦軸の値を酸化珪素膜の膜厚に変換した値が示されている。

また、例えばゲート絶縁層が積層構造の場合、積層膜を構成するそれぞれの絶縁膜の光学膜厚を和算した値を、そのゲート絶縁層の光学膜厚として用いることにより、図７の縦軸をそれぞれのゲート絶縁層１２の膜厚に変換することができる。

そして、図９Ｂには、例えばゲート絶縁層１２が上層絶縁膜１２ａおよび下層絶縁膜１２ｂにより構成されている場合に、λ＝５３２ｎｍおよびλ＝８０８ｎｍのときの、上層絶縁層１２ａの酸化珪素膜の膜厚と下層絶縁層１２ｂの窒化珪素膜の膜厚との組が示されている。ここで、上層絶縁膜１２ａは、酸化珪素（ＳｉＯ）膜であり、下層絶縁膜１２ｂは窒化珪素（ＳｉＮ）膜であるとしている。また、これらの絶縁膜による積層構造のゲート絶縁層１２が、例えば膜厚１２０ｎｍまたは１５０ｎｍの酸化珪素膜単層にて構成されているゲート絶縁層と等しいキャパシタンスを有しているとしている。なお、酸化珪素膜と窒化珪素膜の比誘電率として４．１と７．４の値をそれぞれ用いた。

なお、ゲート絶縁層１２にＳｉＮ膜を含まれる場合、基板１０に含まれる例えばガラスからのアルカリ金属などの不純物をブロックすることができるため、ＴＦＴ特性や信頼性に対する悪影響を低減する手段として有効である。

以上のように、ゲート絶縁層１２の膜厚と非晶質酸化物半導体層１３ａの膜厚および光学特性、または、ゲート絶縁層１２の構成が変化しても、図７の縦軸Ｘ、横軸Ｙの値を変換することができる。それにより、レーザー間接加熱法により非晶質酸化物半導体層１３ａをアニールすることで安定した結晶化を実施する（結晶質酸化物半導体層１３にさせる）場合に、形成すべきゲート絶縁層１２および非晶質酸化物半導体層の好適な膜厚範囲を計算できる。

（実施例２）
次に、実施例２について説明する。

以下では、レーザー光波長λ＝５３２ｎｍ、レーザーの照射時間△ｔ＝１００ｎｓｅｃの場合を考え、安定にアニールできる非晶質酸化物半導体膜厚１３ａの膜厚およびゲート絶縁層１２の膜厚を求める。

図１０は、レーザー間接加熱法により酸化物半導体層を安定的にアニールする場合にゲート絶縁層、酸化物半導体層に好適な膜厚範囲があることを説明するための図である。

具体的には、図１０には、ゲート絶縁層１２が酸化珪素膜（ＳｉＯ）単層にて形成され、非晶質酸化物半導体層１３ａの屈折率を１．９８８、ゲート絶縁層１２の屈折率を１．４６７とした場合に、図８の横軸Ｘおよび縦軸Ｙを変換して値を追記した図である。

ここで上記の（式１）の右辺を△Ａ’（−０．２（△Ｌ’）^２＋１．１（△Ｌ’）−１．６＝△Ａ’）とおき、２△Ｌ／ｌｏｇ（△ｔ）≦２．７５を満たす範囲の△Ｌに対して△Ａ’を計算すると、以下に示す表１のようになる。

表１により、例えば△Ｌ＝２．０（μｍ）のとき、非晶質酸化物半導体層１３ａを安定にアニールするためには、ゲート電極１１の第１領域と第２領域とのレーザー光に対する吸収率の差は−０．２以下である必要があるのがわかる。ここで、図１０を参照すると、これを満足する酸化物半導体膜厚とゲート絶縁層１２の膜厚は−０．２の等高線で囲まれる領域内部の、およそ１７ｎｍ〜１２０ｎｍ（酸化物半導体層膜厚）、２０５ｎｍ〜２９０ｎｍ（ゲート絶縁層膜厚）の範囲である必要があるのがわかる。

このように、△Ｌの値によって、酸化物半導体を安定にアニールするのに必要なゲート電極吸収率差が異なってくる。

次に、図６Ａおよび図６Ｂで示されるモデルに対して垂直に照射したときの、ゲート電極から発生した熱を受けて温度上昇した酸化物半導体層の最高到達温度の位置依存性の、有限要素法を用いた熱解析シミュレーションを実施した。なお、上述したように、レーザー光の波長をλ＝５３２ｎｍ、レーザーの照射時間を△ｔ＝１００ｎｓｅｃとしている。

図１１は、本実施例におけるシミュレーションに用いたモデルを示す図である。

図１１に示すモデルは、基板１０と、ゲート電極１１と、ゲート絶縁層１２と、非晶質酸化物半導体層１３ａとで構成されている。計算の効率化を図り、ゲート電極１１の中央部で線対称を仮定し、１／２モデルとしてシミュレーションを実施した。本モデルにおける物性値は下記の表２に記載の値を用いた。

図１２Ａ〜図１２Ｄは、図１１に示されるモデルを用いて実施した、レーザー光照射時における、ゲート電極上の酸化物半導体層の最高到達温度のシミュレーション結果を示す図である。なお、横軸は位置座標を示しており、縦軸は非晶質酸化物半導体１３ａ表面の最高到達温度を示している。また、横軸に示す位置座標は、図１１に示すモデルの位置座標に対応している。そして、図１２Ａ〜図１２Ｄは、所定の△Ｌの値に対して、吸収率差△Ａを変化させたときの非晶質酸化物半導体層１３ａの温度分布を示している。

具体的には、図１２Ａは△Ｌ＝２．５μｍのときの温度分布である。この図１２Ａにより、吸収率差が−０．１以下であれば、フラットまたは凹型の温度分布が形成されることが分かる。図１２Ｂは△＝２．０μｍのときの温度分布である。この図１２Ｂにより、吸収率差が−０．２以下であれば、フラットまたは凹型の温度分布が形成されることが分かる。図１２Ｃは△Ｌ＝１．５μｍのときの温度分布である。この図１２Ｃにより、吸収率差が−０．４以下であれば、フラットまたは凹型の温度分布が形成されることが分かる。図１２Ｄは△Ｌ＝１．０μｍのときの温度分布である。この図１２Ｄにより、吸収率差が−０．５でもフラットな温度分布を実現出来ないことが分かる。

したがって、上述した（式１）〜（式３）にて示される△Ｌと△Ａとの関係を満足すれば、レーザーアニール時において、フラットまたは凹型の温度分布を実現することができることが分かる。ここで、凹型の温度分布であれば、ゲート電極と島化形成された非晶質酸化物半導体層１３ａの位置が、例えばリソグラフィープロセス時におけるマスク合わせズレによって変化するなど△Ｌが変動することがあっても、安定して所望の温度以上にアニールできる。一方、△Ｌの変動が小さく無視できる場合は、吸収率差△Ａは、フラットな温度分布を実現する吸収率差の値とそれより−０．１小さい値の間にあれば、凹型の温度分布よりフラットな温度分布を実現することが可能となる。

このように、レーザー間接加熱法を用いて非晶質酸化物半導体層１３ａを結晶質化する工程（例えば上記のＳ１４）において、結晶性の安定した結晶質酸化物半導体層１３を形成することが可能となる。

（実施の形態２）
実施の形態２では、レーザーを照射する工程を、チャネル保護層１４を形成した後に行う場合について説明する。つまり、以下では、図３のＳ１４の工程がＳ１５の工程の後に実施される場合について説明する。

図１３は、実施の形態２におけるレーザー間接加熱法を模式的に示した図である。具体的には、図１３は、図３のＳ１５の工程の後に実施されるＳ１４におけるレーザー間接加熱法を模式的に示した図である。なお、図１、図４Ａ〜図４Ｈと同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。

具体的には、図１３に示すように、チャネル保護層１４を形成後、所定のレーザー光にて非晶質酸化物半導体層１３ａを間接加熱する。すると、非晶質酸化物半導体層１３ａのみならずチャネル保護層１４およびその界面（チャネル保護層１４と非晶質酸化物半導体層１３ａ）もアニールされる。つまり、本実施の形態では、実施の形態１の特徴に加えてさら、界面特性が良化される点と、チャネル保護層が反射防止膜として作用し、チャネル保護層が無い場合に比べて、ゲート電極に投入される光エネルギー量が増加するため、エネルギー効率に優れたアニール処理が可能となる点に特徴がある。

図１４Ａ〜図１４Ｌは、実施の形態２における、第１領域および第２領域のゲート電極のレーザー光に対する吸収率差を示す図である。図１４Ａ〜図１４Ｌには、本実施の形態の構成において、図７を導出した方法を用いて、レーザー間接加熱法により結晶質酸化物半導体層１３を形成する場合にゲート絶縁層１２および非晶質酸化物半導体層１３ａに好適な膜厚範囲があることを示すための図を計算した結果が示されている。

具体的には、ゲート絶縁層１２の膜厚と非晶質酸化物半導体層１３ａの膜厚とをそれぞれ変化させた場合の、第１領域および第２領域のゲート電極１１の吸収率差△Ａ＝Ａ_１−Ａ_２の計算結果を示す等高線図が示されている。なお、図１４Ａ〜図１４Ｌに示す等高線図はそれぞれ、チャネル保護層１４の光学膜厚／レーザー光波長の値が０．０７、０．１４、０．２１、０．２８、０．３４、０．４１、０．４８、０．５５、０．６２、０．６９、０．７６、０．８３の場合について、導出されている。また、図１４Ａ〜図１４Ｌではそれぞれ、等高線の間隔を０．０４として描画されている。

したがって、図１４Ａ〜図１４Ｌにより、チャネル保護層１４の膜厚が変化すると、吸収率差△Ａの、ゲート絶縁層および非晶質酸化物半導体層の変化に対する分布も変化することが分かる。

このように、本実施の形態でも、チャネル保護層１４の膜厚に対応する吸収率差△Ａのゲート絶縁層１２の膜厚および非晶質酸化物半導体層１３ａの膜厚に対する等高線図を用いる。それにより、実施の形態１と同様の方法で、レーザー間接加熱法を用いて酸化物半導体層を結晶質化する工程において、結晶性の安定した結晶質酸化物半導体膜を形成可能なゲート絶縁層１２の膜厚および非晶質酸化物半導体層１３ａの膜厚の範囲を求めることが可能となる。

図１５Ａは、チャネル保護層１４が、例えば、酸化シリコン膜（ＳｉＯ_２）またはアルミナ膜（Ａｌ_２Ｏ_３）の単層からなる場合に、チャネル保護層光学膜厚／レーザー光波長の値に対して、具体的に膜厚を計算した結果を示す図である。ここで、ＳｉＯ_２の波長５３２ｎｍのレーザー光に対する屈折率を１．４６７、波長８０８ｎｍのレーザー光に対する屈折率を１．４６１としている。また、Ａｌ_２Ｏ_３の波長５３２ｎｍのレーザー光に対する屈折率を１．７７５、波長８０８ｎｍのレーザー光に対する屈折率を１．７５９としている。

なお、アルミナ膜（Ａｌ_２Ｏ_３）は、酸化シリコン膜（ＳｉＯ_２）と比べて、封止性に優れており、酸化物半導体からの酸素の離脱や、上部層からの水素の拡散を防止する効果があるために用いられる。

図１５Ｂは、チャネル保護層１４が、例えば、酸化シリコン膜（ＳｉＯ_２）とアルミナ膜（Ａｌ_２Ｏ_３）との積層からなる場合に、チャネル保護層光学膜厚／レーザー光波長の値に対して、具体的に膜厚を計算した結果を示す図である。図１５Ｂには、レーザー光波長５３２ｎｍおよび８０８ｎｍに対して、Ａｌ_２Ｏ_３の膜厚が例えば１０ｎｍまたは５０ｎｍであるときの、ＳｉＯ_２の膜厚が示されている。ここで、波長５３２ｎｍのレーザー光に対する屈折率、波長８０８ｎｍのレーザー光に対する屈折率は、図１５Ａを導出する際に用いた値と同じ値を用いた。

なお、アルミナ膜（Ａｌ_２Ｏ_３）自体は、エッチング耐性が非常に高いため、厚膜を形成するとその後のエッチングによる加工の工程が困難になる。よって、比較的薄いアルミナ膜（Ａｌ_２Ｏ_３）と酸化シリコン膜（ＳｉＯ_２）とを積層させることにより、封止性に優れて、かつその後の加工工程を容易にすることが可能になる。

図１６は、実施の形態２において、チャネル保護層光学膜厚／レーザー光波長に対する、ゲート絶縁層１２の膜厚と非晶質酸化物半導体層１３ａの膜厚とがそれぞれ変化したときの第１領域および第２領域のゲート電極１１の吸収率差△Ａ＝Ａ_１−Ａ_２の最小値をプロットしたグラフである。

この図１６により、吸収率差△Ａの最小値は、チャネル保護層１４の膜厚の増加に対して、周期的に変化することが分かる。

なお、実際の製造工程では、チャネル保護層１４の膜厚は基板１０の面内で変動する。そのため、図１６の点線で区画される膜厚範囲：０．４〜０．６、０．９〜１．１、１．４〜１．６すなわち膜厚の変動（変化）に対する吸収率差の変化が最も少なくなる膜厚の範囲でチャネル保護層１４を形成すればよい。このようにチャネル保護層１４を形成することで、チャネル保護層１４の膜厚の変動に対して、結晶性の安定した結晶質酸化物半導体膜１３を形成可能なゲート絶縁層１２の膜厚および非晶質酸化物半導体層１３ａの膜厚の範囲の変動を小さくすることができる。それにより、レーザー間接加熱法を用いて非晶質酸化物半導体層１３ａを結晶質化する工程において生産性の安定化を促進することができる。

以上、本発明によれば、膜質の安定した酸化物半導体膜を形成することが可能な薄膜トランジスタ装置の製造方法等を実現することができる。具体的には、可視および近赤外の波長領域のレーザー光を用いて、結晶性の安定した酸化物半導体膜を形成することができる薄膜トランジスタ装置の製造方法、薄膜トランジスタ、それを用いた表示装置を実現することができる。つまり、ゲート絶縁層および酸化物半導体層のそれぞれの膜厚が所定の条件を満足するように形成することにより、所定の波長範囲のレーザー光を用いて、結晶性の安定した結晶酸化物半導体層を形成することができる。

さらに、図１４に示す表示装置に、本発明の薄膜トランジスタを用いた場合には、均質なＴＦＴ特性を備える高画質な表示装置を実現することができる。また、表示品位の向上による歩留り向上、コストダウンも可能となる。

なお、本発明によれば、例えば、ゲート電極のパターン形状等、特に薄膜トランジスタの構造に変更を加えることなく、膜厚条件を上記の範囲にとるだけ効果を実現することが可能になる。そのため、例えばより高精細な表示装置を作製する場合においても、その設計の柔軟性を保つことができる点で従来の技術より優れているといえる。

以上、本発明の一つまたは複数の態様に係る薄膜トランジスタ装置の製造方法、薄膜トランジスタ、それを用いた表示装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。

本発明は、薄膜トランジスタ装置の製造方法、薄膜トランジスタ、それを用いた液晶パネルまたは、有機ＥＬパネル等のＥＬパネルを含む表示装置に利用でき、特に、より薄型軽量の基板を用いたレーザーアニールプロセスにおいて、ボトムゲート構造の結晶質酸化物半導体薄膜トランジスタを形成する場合、ゲート電極の熱吸収、熱伝播の影響を抑えて、安定した結晶化を行えるため、均質なＴＦＴ特性を備える高画質な液晶パネルまたは、有機ＥＬパネル等のＥＬパネルを含む表示装置の製造などに利用でき、そのさらなる薄型化、軽量化および耐破損性の向上に貢献する。

１ スイッチングトランジスタ
２ 駆動トランジスタ
３ データ線
４ 走査線
５ 電流供給線
６ キャパシタンス
７ 有機ＥＬ素子
１０ 基板
１１ ゲート電極
１２ ゲート絶縁層
１３ 結晶質酸化物半導体層
１３ａ 非晶質酸化物半導体層
１４ チャネル保護層
１５ ソース・ドレイン電極
１００ 薄膜トランジスタ
４０１、４０２、４０３ 層
４０４ 基板層

Claims (19)

1. 基板を準備する第１工程と、
   前記基板上にゲート電極を形成する第２工程と、
   前記ゲート電極上に絶縁層を形成する第３工程と、
   前記絶縁層上に酸化物半導体層を積層する第４工程と、
   前記酸化物半導体層を透過する波長を有する所定のレーザーを前記基板に対して照射することで前記ゲート電極を加熱させて発生した熱により間接的に前記酸化物半導体層をアニールする第５工程と、
   前記ゲート電極に対応する前記アニールされた酸化物半導体層上の領域にソース電極およびドレイン電極を形成する第６工程と、を含み、
   前記第２工程、前記第３工程、および、前記第４工程では、
   前記第５工程において、前記ゲート電極端と前記酸化物半導体層端との間隔を△Ｌ（μｍ）とし、前記所定のレーザー光を用いて前記基板上から△ｔ（ｎｓｅｃ）照射した際、
   前記酸化物半導体層の膜厚に前記酸化物半導体層の屈折率を積算した値である前記酸化物半導体層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値をＸとし、前記絶縁層の膜厚に前記絶縁層の屈折率を積算した値である前記絶縁層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値をＹとし、前記酸化物半導体層が存在する第１領域の前記ゲート電極における前記所定のレーザー光波長に対する第１吸収率をＡ１とし、前記第１領域に隣接して、前記酸化物半導体層が存在しない第２領域の前記ゲート電極における前記所定のレーザー光波長に対する第２吸収率をＡ２とし、前記Ｘおよび前記Ｙによって導出される、前記酸化物半導体層が存在する第１領域の前記ゲート電極における前記所定のレーザー光波長に対する吸収率と、前記第１領域に隣接して、前記酸化物半導体層が存在しない第２領域の前記ゲート電極における前記所定のレーザー光波長に対する吸収率との差を△Ａ（△Ａ＝Ａ１−Ａ２）としたとき、
   以下の式１）、式２）および式３）を満たす、
   薄膜トランジスタ装置の製造方法。
   式１）−０．２（△Ｌ’）^２＋１．１（△Ｌ’）−１．６≧△Ａ（△Ｌ’＝２△Ｌ／ｌｏｇ（△ｔ）≦２．７５のとき）
   式２）−０．０８７５≧△Ａ（△Ｌ’＞２．７５のとき）
   式３）△Ｌ’＝２△Ｌ／ｌｏｇ（△ｔ）
2. 前記第４工程では、
   前記絶縁層上に、非晶質の前記酸化物半導体層を積層する、
   請求項１に記載の薄膜トランジスタ装置の製造方法。
3. 前記第５工程では、前記酸化物半導体層をアニールすることで前記酸化物半導体層を結晶化する、
   請求項２に記載の薄膜トランジスタ装置の製造方法。
4. 前記第４工程は、さらに、
   積層した前記酸化物半導体層を、前記ゲート電極領域の内側に島化形成する工程を含む、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ装置の製造方法。
5. 前記第２工程、前記第３工程、および前記第４工程では、
   前記第５工程において、
   以下の式４）、式５）および式６）を満たすように構成される、
   請求項１〜４のいずれか１項に薄膜トランジスタ装置の製造方法。
   式４）−０．２（△Ｌ’）^２＋１．１（△Ｌ’）−１．６≧△Ａ≧−０．２（△Ｌ’）^２＋１．１（△Ｌ’）−１．７（△Ｌ’＝２△Ｌ／ｌｏｇ（△ｔ）≦２．７５のとき）
   式５）−０．０８７５≧△Ａ≧−０．１８７５（△Ｌ’＞２．７５のとき）
   式６）△Ｌ’＝２△Ｌ／ｌｏｇ（△ｔ）
6. 前記酸化物半導体層はインジウムを含み、酸素を除く全原子に占める前記インジウムの含有率が９０原子％以上１００原子％以下である、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ装置の製造方法。
7. 前記酸化物半導体層は、１種以上の正二価の金属元素をさらに含む、
   請求項６に記載の薄膜トランジスタ装置の製造方法。
8. 前記酸化物半導体層は、正二価の金属元素として亜鉛を含む、
   請求項７に記載の薄膜トランジスタ装置の製造方法。
9. 前記酸化物半導体層の結晶構造は、インジウムのビックスバイト型の結晶構造である、
   請求項６〜８のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ装置の製造方法。
10. 前記酸化物半導体層は、インジウムおよび亜鉛のうち少なくとも１つを含む、
    請求項１〜８のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ装置の製造方法。
11. 前記酸化物半導体層は、インジウム、亜鉛およびガリウムを含む、
    請求項１０に記載の薄膜トランジスタ装置の製造方法。
12. 前記所定のレーザー光の照射エネルギー密度の変動は、５％程度未満である、
    請求項１〜１１のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ装置の製造方法。
13. 前記レーザー光の波長のエネルギーは、前記酸化物半導体層のバンドギャップ以上である、
    請求項１〜１２のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ装置の製造方法。
14. 前記レーザー光の波長は４００ｎｍ以上、２０００ｎｍ以下である、
    請求項１〜１３のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ装置の製造方法。
15. 前記絶縁層のレーザー光の波長に対する消衰係数は、０．０１以下である、
    請求項１〜１４のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ装置の製造方法。
16. 前記絶縁層は、酸化ケイ素膜、窒化ケイ素膜、または、酸化ケイ素膜および窒化ケイ素膜の積層膜で構成されている、
    請求項１〜１５のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ装置の製造方法。
17. 基板と、
    前記基板上に形成されたゲート電極と、
    前記ゲート電極上に形成された絶縁層と、
    前記絶縁層上に積層された酸化物半導体層と、
    前記ゲート電極に対応する前記酸化物半導体層上の領域に形成されたソース電極およびドレイン電極と、を備え、
    前記酸化物半導体層は、前記絶縁層上に積層後、前記酸化物半導体層を透過する波長を有する所定のレーザーを前記基板に対して照射することで、前記ゲート電極を加熱させて発生させた熱により間接的にアニールされ、
    前記ゲート電極、前記絶縁層、および前記酸化物半導体層は、
    前記ゲート電極端と前記酸化物半導体層端との間隔を△Ｌ（μｍ）とし、前記所定のレーザー光を用いて前記基板上から△ｔ（ｎｓｅｃ）照射した際、前記酸化物半導体層の膜厚に前記酸化物半導体層の屈折率を積算した値である前記酸化物半導体層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値をＸとし、前記絶縁層の膜厚に前記絶縁層の屈折率を積算した値である前記絶縁層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値をＹとし、前記酸化物半導体層が存在する第１領域の前記ゲート電極における前記所定のレーザー光波長に対する第１吸収率をＡ１、前記第１領域に隣接して、前記酸化物半導体層が存在しない第２領域の前記ゲート電極における前記所定のレーザー光波長に対する第２吸収率をＡ２とし、前記Ｘおよび前記Ｙによって導出される、前記酸化物半導体層が存在する第１領域の前記ゲート電極における前記所定のレーザー光波長に対する吸収率と、前記第１領域に隣接して、前記酸化物半導体層が存在しない第２領域の前記ゲート電極における前記所定のレーザー光波長に対する吸収率との差を△Ａ（△Ａ＝Ａ１−Ａ２）としたとき、
    以下の式１）、式２）および式３）を満たすように構成されている、
    薄膜トランジスタ装置。
    式１）−０．２（△Ｌ’）＾２＋１．１（△Ｌ’）−１．６≧△Ａ（△Ｌ’＝２△Ｌ／ｌｏｇ（△ｔ）≦２．７５のとき）
    式２）−０．０８７５≧△Ａ（△Ｌ’＞２．７５のとき）
    式３）△Ｌ’＝２△Ｌ／ｌｏｇ（△ｔ）
18. 液晶パネルまたはＥＬパネルを含む表示装置であって、
    前記表示装置は、請求項１７記載の薄膜トランジスタ装置を備え、
    前記薄膜トランジスタ装置は、前記液晶パネルまたはＥＬパネルを駆動させる、
    表示装置。
19. 前記ＥＬパネルは、有機ＥＬパネルである、
    請求項１８に記載の表示装置。

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