JP5436016B2 - 半導体装置 - Google Patents

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Description

本発明は、薄膜トランジスタおよびその作製方法、並びに該薄膜トランジスタを用いた半導体装置および表示装置に関する。
既に液晶ディスプレイの技術分野において、薄膜トランジスタ（以下、「ＴＦＴ」とも記す。）は広く用いられている。ＴＦＴは電界効果トランジスタの一種であり、チャネルを形成する半導体が薄膜で形成されることからこのような命名がされている。現在では、当該半導体の薄膜としてアモルファスシリコン若しくは多結晶シリコンを用いてＴＦＴを製造する技術が実用化されている。
ところで、アモルファスシリコン若しくは多結晶シリコンと並び、微結晶シリコンと呼ばれる半導体材料が古くから知られており、電界効果トランジスタに関するものについての報告もある（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、今日に至るまで微結晶シリコンを用いたＴＦＴは、アモルファスシリコントランジスタと多結晶シリコントランジスタの間に埋もれて実用化が遅れ、学会レベルで報告が散見されるのが実情である（例えば、非特許文献１参照）。
微結晶シリコン膜は、プラズマＣＶＤ法とよばれる方法により、原料ガスをプラズマ（弱電離プラズマ）により分解してガラス等の基板上に形成することが可能であるが、非平衡状態で反応が進むため、結晶核生成や結晶成長を制御することが難しいと考えられていた。
勿論、さまざまな研究が進められ、一部の説によると、微結晶シリコンの成長メカニズムは、まず、基板上に原子がランダムに配向したアモルファス（非晶質）相が成長し、その後、結晶の核成長がおこると考えられている（非特許文献２参照）。この場合、微結晶シリコンの核成長が起こるときには、特異なシリコン−水素結合がアモルファス表面に観測されることから、微結晶シリコンの核密度を膜形成時の水素ガス濃度により制御できると考えられている。
また、微結晶シリコン膜成長表面における酸素、窒素等の不純物元素が与える影響について検討されたものがあり、不純物濃度を低減することで、微結晶シリコン膜の結晶粒が大粒径化し、欠陥密度（特に荷電欠陥密度）が低減するという知見がある（非特許文献３参照）。
ＴＦＴの動作特性を向上させるために、微結晶シリコン膜の高純度化が必要であるという考え方があり、酸素、窒素及び炭素濃度を、それぞれ５×１０１６ｃｍ−３、２×１０１８ｃｍ−３、１×１０１８ｃｍ−３として実効移動度の向上を図ったものが報告されている（非特許文献４参照）。また、プラズマＣＶＤ法による成膜温度を１５０℃とし、酸素濃度を１×１０１６ｃｍ−３にまで低減させ実効移動度の向上を図ったものが報告されている（非特許文献５参照）。
米国特許第５，５９１，９８７号
トシアキ・アライ（Ｔｏｓｈｉａｋｉ Ａｒａｉ）他、エス・アイ・ディー ０７ ダイジェスト（ＳＩＤ ０７ ＤＩＧＥＳＴ）、２００７、ｐ．１３７０−１３７３ ヒロユキ・フジワラ（Ｈｉｒｏｙｕｋｉ Ｆｕｊｉｗａｒａ）他、ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．）Ｖｏｌ．４１、２００２、ｐ．２８２１−２８２８ トシヒロ・カメイ（Ｔｏｓｈｉｈｉｒｏ Ｋａｍｅｉ）他、ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．）Ｖｏｌ．３７、１９９８、ｐ．Ｌ２６５−Ｌ２６８ Ｃ．−Ｈ．Ｌｅｅ 他、インターナショナル エレクトロン デバイスミーティング テクニカル ダイジェスト（Ｉｎｔ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｍｅｅｔｉｎｇ Ｔｅｃｈ． Ｄｉｇｅｓｔ）、２００６、ｐ．２９５−２９８ Ｃｚａｎｇ−Ｈｏ Ｌｅｅ 他、アプライド・フィジックス・レターズ（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．）、８９、２００６、ｐ．２５２１０１
しかしながら、アモルファスシリコン膜を成膜した後に、金属材料でなる光熱変換層を設け、レーザ光を照射して微結晶シリコン膜を形成する方法では、結晶性を向上させることはできるが、生産性の観点から、レーザーアニールで作製される多結晶シリコン膜との間に優位性を見いだすことができない。
微結晶シリコンの成長モデルにおいて、微結晶シリコンの核成長が起こるときには、特異なシリコン−水素結合がアモルファス表面に観測されるという知見は有益ではあるが、結局は核生成位置と核生成密度を直接的に制御することができていない。
また、微結晶シリコン膜の高純度化を図り、不純物濃度を低減することで、微結晶シリコン膜の結晶粒が大粒径化し、欠陥密度（特に荷電欠陥密度）が低減したものが得られるとしても、それは単に微結晶シリコン膜の物性値が変化したことを示すのみで、必ずしもＴＦＴなどの素子特性を改善するものではない。半導体素子は、半導体中を流れる電子または正孔によるキャリアの流れを意図的に制御して動作させるものであるが、当該キャリアが流れる場所を考慮した上で、その場所における微結晶シリコン膜の膜質を改善できなければ意味がないからである。
そこで、本発明の一態様は、ＴＦＴに代表される半導体素子の動作特性が改善されるように、微結晶半導体膜若しくは結晶粒を含む膜の膜質を制御することを目的とする。或いは、微結晶半導体膜若しくは結晶粒を含む膜の成膜過程を制御して、ＴＦＴに代表される半導体素子の特性向上を図ることを目的とする。本発明の一態様は、薄膜トランジスタのオン電流を向上させ、オフ電流を低減することを目的とする。
本発明の一態様は、非晶質構造の中に複数の結晶領域を含む半導体層において、該結晶領域が生成する起点となる結晶核の生成位置及び生成密度を制御することで、該半導体層の膜質を制御することを要旨とする。本発明の一態様は、非晶質構造の中に複数の結晶領域を含む半導体層を、チャネル形成領域とする薄膜トランジスタにおいて、該半導体層の該結晶領域が生成する起点となる結晶核の生成位置と生成密度を、キャリアが流れる領域に合わせて制御することを要旨とする。更には、半導体層の結晶領域が生成する起点となる結晶核を生成した後、ドナーとなる不純物元素を半導体層に添加して、半導体層の結晶性を高めると共に、半導体層の抵抗率を低減することを要旨とする。
非晶質構造の中に複数の結晶領域を含む半導体層は、微結晶半導体の生成が可能な混合比で半導体材料ガスと希釈ガスを反応ガスとして用いて形成される。当該反応ガスは、酸素濃度を低減させた超高真空処理室内に導入され、所定の圧力を維持してグロー放電プラズマを生成する。これにより処理室内に置かれた基板に被膜が堆積されるが、堆積初期段階においては結晶核の生成を妨害する不純物元素を処理室中に含ませて被膜の堆積を開始し、当該不純物元素の濃度を低減させていくことで結晶核を生成させ、その核を基に結晶領域を形成する。
結晶核の生成を妨害する不純物元素としては、窒素若しくは窒化物が好ましい。半導体層に窒素を含ませる場合には、該半導体層において、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ））によって計測される窒素濃度が１×１０２０ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下、好ましくは２×１０２０ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下とする。該窒素濃度は、ゲート絶縁層と半導体層との界面近傍において、二次イオン質量分析法によって計測されるピーク濃度が３×１０２０ｃｍ−３乃至１×１０２１ｃｍ−３であり、該界面近傍から半導体層の厚さ方向に向けて窒素濃度を減少させることで、結晶領域の成長端となる核生成位置と核生成密度を制御する。
なお、結晶核の生成を抑制する不純物元素において、シリコン中にあって、キャリアトラップを生成しない不純物元素（例えば、窒素）を選択する。一方、シリコンの配位数を減らし、ダングリングボンドを生成する不純物元素（例えば酸素）の濃度は低減させる。すなわち、酸素濃度を５×１０１８ｃｍ−３以下とすることが好ましい。
また、上記結晶核を形成した後、微結晶半導体の生成が可能な半導体材料ガスと共にまたは別に、ドナーとなる不純物元素を含む気体を処理室内に導入することにより、上記結晶核から微結晶半導体の成長速度が高まると共に、上記半導体層の上方における電気伝導度が高まる。このため、当該領域をキャリアが流れることから、本発明の一態様である薄膜トランジスタは、埋め込みチャネル構造を有する。
ドナーとなる元素は、周期表第１５族元素であり、具体的には、リン、砒素、アンチモン、ビスマス等である。また、ドナーとなる不純物元素の濃度は、１×１０１６／ｃｍ３乃至３×１０１８／ｃｍ３、好ましくは１×１０１７／ｃｍ３乃至３×１０１８／ｃｍ３である。
本発明の一態様である薄膜トランジスタは、非晶質構造の中に複数の結晶領域を含む半導体層を有し、該半導体層上に非晶質半導体により構成されるバッファ層を有する。当該バッファ層は、半導体層がゲート絶縁層と接する面とは反対側に設けられ、所謂バックチャネル側に配設される。すなわち、該バッファ層は、ソース領域及びドレイン領域を形成する一対の一導電型の半導体層の間に設けられ、非晶質構造の中に複数の結晶領域を含む半導体層の該結晶領域を埋設し、該半導体層がバックチャネル側において露出しないように設けられる。
また、他の計測法が示されていない濃度は、すべて二次イオン質量分析法によって計測される濃度を示す。
非晶質構造の中に複数の結晶領域を含む半導体層において、結晶領域の発生密度と発生位置を制御することができる。また、半導体層の上方にドナーとなる不純物元素を含む。このような半導体層を薄膜トランジスタのチャネル形成領域とすることで、オン電流の向上を図ることができる。また、該半導体層の上層にバッファ層を設けることで、薄膜トランジスタのオフ電流を低減させることができる。
実施の形態に係る薄膜トランジスタの一例を説明する図。 実施の形態に係る薄膜トランジスタが有する半導体層を説明する図。 実施の形態に係る薄膜トランジスタの作製方法の一例を説明する図。 実施の形態に係る薄膜トランジスタの作製方法の一例を説明する図。 実施の形態に係る薄膜トランジスタの作製方法の一例を説明する図。 実施の形態に係る薄膜トランジスタの作製方法に適用可能な装置を説明する図。 実施の形態に係る薄膜トランジスタの作製方法の一例を説明する図。 実施の形態に係る薄膜トランジスタの作製方法の一例を説明する図。 実施の形態に係る薄膜トランジスタの作製方法の一例を説明する図。 実施の形態に係る薄膜トランジスタの作製方法の一例を説明する図。 実施の形態に係る薄膜トランジスタの作製方法の一例を説明する図。 実施の形態に係る薄膜トランジスタの作製方法の一例を説明する図。 実施の形態に係る薄膜トランジスタの一例を説明する図。 実施の形態に係る薄膜トランジスタの作製方法の一例を説明する図。 実施の形態に係る薄膜トランジスタの作製方法の一例を説明する図。 実施の形態に係る薄膜トランジスタの作製方法の一例を説明する図。 実施の形態の薄膜トランジスタを適用可能な電子機器等を説明する図。 実施の形態の薄膜トランジスタを適用可能な電子機器等を説明する図。 実施の形態の薄膜トランジスタを適用可能な電子機器等を説明する図。 実施の形態の薄膜トランジスタを適用可能な電子機器等を説明する図。 実施の形態の薄膜トランジスタを適用可能な電子機器等を説明する図。 実施の形態の薄膜トランジスタを適用可能な電子機器等を説明する図。 実施の形態の薄膜トランジスタを適用可能な電子機器等を説明する図。 実施の形態の薄膜トランジスタを適用可能な電子機器等を説明する図。
以下に示す実施の形態について、図面を参照して以下に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されるものではない。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からである。したがって、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容のみに限定して解釈されるものではない。なお、図面を用いて本発明の構成を説明するにあたり、同じものを指す符号は異なる図面間でも共通して用いる。また、同様のものを指す際にはハッチパターンを同じくし、特に符号を付さない場合がある。
（実施の形態１）
本実施の形態では、薄膜トランジスタの形態の一例について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施の形態にかかる薄膜トランジスタの上面図及び断面図を示す。図１（Ａ）に示す薄膜トランジスタは、基板１００上にゲート電極層１０２を有し、ゲート電極層１０２を覆うゲート絶縁層１０４を有し、ゲート絶縁層１０４上に接してドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０６を有し、ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０６上にバッファ層１０８を有し、バッファ層１０８上の一部に接してソース領域及びドレイン領域１１０を有する。また、ソース領域及びドレイン領域１１０上に接して配線層１１２を有する。配線層１１２はソース電極及びドレイン電極を構成する。配線層１１２上には、保護膜として機能する絶縁層１１４を有する。また、各層は所望の形状にパターン形成されている。
なお、図１に示す薄膜トランジスタは、液晶表示装置の画素部に設けられる画素トランジスタに適用することができる。そのため、図示した例では、絶縁層１１４に開口部が設けられ、絶縁層１１４上に画素電極層１１６が設けられ、画素電極層１１６と配線層１１２の一方とが接続されている。
また、ソース電極及びドレイン電極の一方は、Ｕ字型（またはコの字型、馬蹄型）の形状で設けられ、これがソース電極及びドレイン電極の他方を囲い込んでいる。ソース電極とドレイン電極との距離はほぼ一定に保たれている（図１を参照）。
薄膜トランジスタのソース電極及びドレイン電極を上記した形状とすることで、該薄膜トランジスタのチャネル幅を大きくすることができ、電流量が増大する。また、電気的特性のばらつきを低減することができる。更には、作製工程におけるマスクパターンのずれによる信頼性の低下を抑制することができる。ただし、本実施の形態はこれに限定されず、ソース電極及びドレイン電極の一方は必ずしもＵ字型でなくともよい。
ここで、本実施の形態の主要な特徴の一つである半導体層１０６について説明する。ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０６は、薄膜トランジスタのチャネル形成領域として機能する。半導体層１０６において、結晶質半導体により構成される結晶粒は、非晶質構造を含む半導体層中に離散して存在する。この様子を図２（Ａ）に示す。
ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０６は、第１の領域１０６ａ及び第２の領域１０６ｂを有する。第１の領域１０６ａは、非晶質構造を有する。第２の領域１０６ｂは、離散的に存在する複数の結晶粒１２１と、複数の結晶粒１２１の間の非晶質構造を含む半導体層１２２とを有する。第２の領域１０６ｂにおいて、ドナーとなる不純物元素が、上記結晶粒１２１及び非晶質構造を含む半導体層１２２に含まれる。また、第２の領域１０６ｂの結晶粒１２１及び非晶質構造を含む半導体層１２２には、１×１０１６／ｃｍ３乃至３×１０１８／ｃｍ３、好ましくは１×１０１７／ｃｍ３乃至３×１０１８／ｃｍ３ドナーとなる不純物元素の濃度を含むことにより、結晶粒１２１の粒径が増大すると共に、第２の領域１０６ｂの電気伝導度も上昇する。このため、半導体層１０６をチャネル形成領域に有する薄膜トランジスタのオン電流及び電界効果移動度を高めることができる。なお、ドナーとなる不純物元素の濃度を３×１０１８／ｃｍ３より高くすると、薄膜トランジスタがオフ状態のときにキャリアが第２の領域１０６ｂを流れやすくなり、オフ電流が上昇するため、好ましくない。また、ドナーとなる不純物元素の濃度を１×１０１７／ｃｍ３より低くすると、結晶粒１２１の粒径の増大が望めず、また第２の領域１０６ｂの電気伝導度も高まらず、当該領域をチャネル形成領域に用いる薄膜トランジスタのオン電流及び電界効果移動度の上昇が望めない。
結晶粒１２１の形状は、逆錐形である。ここで、逆錐形とは、多数の平面から構成される面と、多数の平面から構成される面の閉じた曲線または折れ線の周上を一周する点の集合とこの多数の平面から構成される面の外に存在する頂点とを結ぶ線によって作られる単数もしくは複数の面と、で囲まれた立体的形状であって、該頂点が基板側に存在するものをいう。即ち、ゲート絶縁層１０４と、ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０６との界面から離れた位置から、半導体層１０６が堆積される方向に向けて、略放射状に成長した形状である。離散的に形成された結晶核のそれぞれが、ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層の形成と共に結晶の方位に沿って成長することで、結晶粒は、結晶核を起点として結晶の成長方向と垂直な面の面内方向に放射状に拡がるように成長する。また、結晶粒１２１内には単結晶または双晶を含む。ここで、逆錐形の結晶粒１２１では、側面は面方位が揃っており、側面の断面形状（図２）は一直線である。そのため、結晶粒１２１は複数の結晶を含んでいる形態よりも単結晶または双晶を含む形態に近いと考えられる。双晶を含む場合には、複数の結晶を含む場合と比較して、ダングリングボンドが少ないため欠陥数が少なく、オフ電流が小さい。また、複数の結晶を含む場合と比較して、粒界が少なく、オン電流が大きい。なお、結晶粒１２１には、複数の結晶を含んでいてもよい。
なお、双晶とは、結晶粒界において異なる二つの結晶粒が極めて整合性よく接合していることをいう。即ち、結晶粒界において結晶格子が連続的に連なり、結晶欠陥等に起因するトラップ準位を非常に作りにくい構成となっている。従って、この様な結晶構造を有する領域は実質的に結晶粒界が存在しないと見なすことができる。
また、ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０６において、結晶質半導体により構成される結晶粒は、非晶質構造を含む半導体層中において、隣接して存在してもよい。この様子を図２（Ｂ）に示す。ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０６は、第１の領域１０６ａ及び第２の領域１０６ｃを有する。第１の領域１０６ａは、非晶質を有する。第２の領域１０６ｃは、隣接する複数の結晶粒１２１と、複数の結晶粒１２１の間の非晶質構造を含む半導体層１２２とを有する。また、第２の領域１０６ｃにおいて、ドナーとなる不純物元素が、上記結晶粒１２１、及び非晶質構造を含む半導体層１２２に含まれる。
図２（Ｂ）においては、結晶粒１２１には単結晶または双晶が含まれる。また、逆錐形の頂点の角度が、概略類似している場合、結晶粒１２１の面方位がほぼ同じ単結晶または双晶が含まれる。このため、逆錐形の結晶粒１２１が接する領域では、障壁が発生しにくく、キャリアが移動しやすい。
さらに、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０６の上方（即ち第２の領域１０６ｂ、１０６ｃ）は、ドナーとなる不純物元素を含むため、当該領域は従来の半導体層と比較して、結晶性が高く、また電気伝導度が高い。このため、当該ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０６をチャネル形成領域に有する薄膜トランジスタは、埋め込みチャネル構造を有する。なお、埋め込み構造の薄膜トランジスタは、ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層の内部、即ち、ゲート絶縁層１０４とドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０６の界面から一定距離離れた膜成長方向の領域をキャリアが移動することになるので、ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０６及びゲート絶縁層１０４の界面の表面散乱によるキャリア移動度の低下がなくオン電流及び移動度を高めることができる。
第１の領域１０６ａは、ゲート絶縁層１０４上に接して、ゲート絶縁層１０４との界面から厚さｔ１となる位置まで存在する。第２の領域１０６ｂ、１０６ｃは、第１の領域１０６ａ上に接して、厚さｔ２となる位置まで存在する。すなわち、結晶粒１２１の核生成位置は、ゲート絶縁層１０４の界面からｔ１の位置となるようドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０６の厚さ方向において制御されている。結晶粒１２１の核生成位置は、ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０６に含まれる結晶化を抑制する不純物元素の濃度（例えば窒素濃度）により制御されている。
なお、ここで結晶核の生成を抑制する不純物元素において、シリコン中にあってキャリアトラップを生成しない不純物元素（例えば、窒素）を選択する。一方、シリコンの配位数を減らし、ダングリングボンドを生成する不純物元素（例えば酸素）の濃度は低減させる。従って、窒素濃度を低減させずして酸素濃度を低減させるとよい。具体的には、酸素濃度は５×１０１８ｃｍ−３以下とするとよい。
また、本実施の形態では、ゲート絶縁層１０４の表面に窒素を存在させて、ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０６を形成する。ここで、窒素濃度は核生成位置を決定するため重要である。窒素が存在するゲート絶縁層１０４上にドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０６を形成する際、まず、第１の領域１０６ａが形成され、その後、第２の領域１０６ｂ、１０６ｃが形成される。ここで、第１の領域１０６ａと第２の領域１０６ｂ、１０６ｃとの界面の位置は窒素濃度により決定される。窒素濃度が１×１０２０ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下、好ましくは２×１０２０ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下、好ましくは２×１０２０ｃｍ−３以上７×１０２０ｃｍ−３以下のときに結晶核を生成し、第２の領域１０６ｂ、１０６ｃが形成されることとなる。すなわち、結晶粒１２１の成長の起点となる結晶核の生成位置において、窒素濃度１×１０２０ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下、好ましくは２×１０２０ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下、好ましくは２×１０２０ｃｍ−３以上７×１０２０ｃｍ−３以下となる。換言すると、逆錐形である結晶粒１２１の頂点における窒素濃度は１×１０２０ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下、好ましくは２×１０２０ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下、好ましくは２×１０２０ｃｍ−３以上７×１０２０ｃｍ−３以下である。
また、窒素濃度は、ゲート絶縁層１０４から離れるにつれて徐々に低下する。窒素濃度は、２５ｎｍ以上４０ｎｍ以下の範囲で一桁低下するとよく、好ましくは３０ｎｍ以上３５ｎｍ以下で一桁低下することが好ましい。
なお、上記したように結晶核の生成を抑制する不純物元素が高濃度（概ね１×１０２０ｃｍ−３以上）に存在すると、結晶成長も抑制するため、ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０６に含ませる窒素は、半導体層の被堆積面にのみ添加し、またはその堆積初期にのみ導入する。
また、ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０６上にはバッファ層１０８を有する。バッファ層１０８を有することにより、オフ電流を低減することができる。
なお、ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０６とバッファ層１０８の界面には、膜厚がきわめて薄い絶縁層を設けてもよい。当該絶縁層を設けることにより、ドナーとなる不純物元素がバッファ層１０８に拡散しないため、バッファ層１０８の電気伝導度を低く保つことが可能である。この結果、オフ電流の上昇を抑制することができる。
次に、図１に示す薄膜トランジスタの作製方法について説明する。薄膜トランジスタではｐ型よりもｎ型の方が、キャリアの移動度が高い。また、同一の基板上に形成する薄膜トランジスタを全て同じ極性に統一すると、工程数を抑えることができるため、好ましい。そのため、本実施の形態では、ｎ型の薄膜トランジスタの作製方法について説明する。
まず、基板１００上にゲート電極層１０２を形成する（図３（Ａ）を参照）。
基板１００としては、絶縁表面を有する基板が好ましく、代表的にはガラス基板、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等を用いることができる。また、基板に透光性を要しない場合には、ステンレス合金等の金属の基板の表面に絶縁層を設けたものを用いてもよい。ガラス基板としては、例えば、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス若しくはアルミノケイ酸ガラス等の無アルカリガラス基板を用いるとよい。基板１００がマザーガラスの場合には、第１世代（例えば、３２０ｍｍ×４００ｍｍ）から第７世代（１８７０ｍｍ×２２００ｍｍ）、第８世代（例えば、２２００ｍｍ×２４００ｍｍ）のものを用いることができるのみならず、第９世代（例えば、２４００ｍｍ×２８００ｍｍ）、第１０世代（例えば、２９５０ｍｍ×３４００ｍｍ）のものをも用いることができる。
ゲート電極層１０２は、モリブデン、チタン、クロム、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム等の金属材料またはこれらを主成分とする合金材料を用いて、単層でまたは積層して形成することができる。アルミニウムを用いる場合には、タンタルを添加して合金化したＡｌ−Ｔａ合金を用いるとヒロックが抑制されるため、好ましい。また、ネオジムを添加して合金化したＡｌ−Ｎｄ合金を用いると、抵抗を低減しつつヒロックを抑制することができるため、更に好ましい。また、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコンに代表される半導体層やＡｇＰｄＣｕ合金を用いてもよい。例えば、アルミニウム層上にモリブデン層が積層された二層の積層構造、または銅層上にモリブデン層を積層した二層構造、または銅層上に窒化チタン層若しくは窒化タンタルを積層した二層構造とすることが好ましい。電気的抵抗が低い層上にバリア層として機能する金属層が積層されることで、電気的抵抗が低く、且つ金属層から半導体層への金属元素の拡散を防止することができる。または、窒化チタン層とモリブデン層とから構成される二層の積層構造、または膜厚５０ｎｍのタングステン層と膜厚５００ｎｍのアルミニウムとシリコンの合金からなる層と膜厚３０ｎｍの窒化チタン層とを積層した三層の積層構造としてもよい。また、三層の積層構造とする場合には、第１の導電層のタングステン層に代えて窒化タングステン層を用いてもよいし、第２の導電層のアルミニウムとシリコンの合金からなる層に代えてアルミニウムとチタンの合金からなる層を用いてもよいし、第３の導電層の窒化チタン層に代えてチタン層を用いてもよい。例えば、アルミニウム−ネオジム合金からなる層上にモリブデン層を積層して形成すると、耐熱性に優れ、且つ電気的に低抵抗な導電層を形成することができる。
ゲート電極層１０２は、基板１００上に、スパッタリング法または真空蒸着法を用いて上記した材料により導電層を形成し、該導電層上にフォトリソグラフィ法またはインクジェット法等によりマスクを形成し、該マスクを用いて導電層をエッチングして形成することができる。また、銀、金または銅等の導電性ナノペーストをインクジェット法により基板上に吐出し、焼成することで形成することもできる。なお、上記の金属材料の窒化物層を、基板１００と、ゲート電極層１０２との間に設けてもよい。ここでは、基板１００上に導電層を形成し、フォトマスクを用いて形成したレジストマスクによりエッチングする。
なお、ゲート電極層１０２の側面は、テーパー形状とするで、ゲート電極層１０２上に形成される半導体層及び配線層の段差の箇所における形成不良を低減できるため好ましい。ゲート電極層１０２の側面をテーパー形状にするためには、レジストマスクを後退させつつエッチングを行えばよい。例えば、エッチングガスに酸素ガスを含ませることでレジストを後退させつつエッチングを行うことが可能である。
また、ゲート電極層１０２を形成する工程によりゲート配線（走査線）も同時に形成することができる。更には、画素部が有する容量線も同時に形成することができる。なお、走査線とは画素を選択する配線をいい、容量線とは画素の保持容量の一方の電極に接続された配線をいう。ただし、これに限定されず、ゲート配線及び容量配線の一方または双方と、ゲート電極層１０２とは別に設けてもよい。
次に、ゲート電極層１０２を覆ってゲート絶縁層１０４を形成する（図３（Ｂ）を参照）。ゲート絶縁層１０４は、ＣＶＤ法またはスパッタリング法等を用いて、酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸化窒化シリコン層または窒化酸化シリコン層を単層でまたは積層して形成することができる。また、ゲート絶縁層１０４は、ＣＶＤ法を用いて形成する場合、１ＭＨｚから２０ＭＨｚ、代表的には１３．５６ＭＨｚの高周波電力、または２０ＭＨｚより大きく１２０ＭＨｚ程度までの高周波電力、代表的には２７．１２ＭＨｚ、６０ＭＨｚの高周波電力を用いたプラズマＣＶＤ法を用いて形成することができる。また、高周波数（１ＧＨｚ程度）のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置を用いて形成してもよい。マイクロ波プラズマＣＶＤ装置を用いてゲート絶縁層１０４を形成すると、ゲート電極と、ドレイン電極及びソース電極との間の耐圧を向上させることができるため、信頼性の高い薄膜トランジスタを得ることができる。また、ゲート絶縁層１０４を酸化窒化シリコンにより形成することで、トランジスタの閾値電圧の変動を抑制することができる。
なお、本明細書中において、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、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ：Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ 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。また、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、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５〜３０原子％、窒素が２０〜５５原子％、シリコンが２５〜３５原子％、水素が１０〜３０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上記の範囲内に含まれるものとする。
なお、ゲート絶縁層１０４を窒化シリコンにより形成した場合には、ゲート絶縁層１０４上に薄い酸化窒化シリコン層を設けることで、薄膜トランジスタの動作初期に発生する劣化を抑制することができる。ここで、酸化窒化シリコン層は極薄く形成すればよく、１ｎｍ以上であればよい。好ましくは１ｎｍ以上３ｎｍ以下とする。
次に、ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０６の形成方法について説明する。ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０６は、２ｎｍ以上６０ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下の厚さで形成するとよい。ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０６は、窒素濃度を酸素濃度より高くし、ゲート絶縁膜から結晶粒の成長方向に従って窒素濃度を低減させることで、結晶粒の核生成を制御する。次に、結晶粒の核を生成したらば、ドナーとなる不純物元素を含む気体を処理室内に導入して、結晶粒の粒径を増大させると共に、半導体層の堆積速度を高める。
また、上記したように、ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０６は、逆錐形の結晶粒を有する。逆錐形の結晶粒は、例えば、ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０６の酸素濃度を低くし、窒素濃度を酸素濃度よりも高くし、且つ窒素濃度が結晶粒の成長方向に従って低下していくことで、結晶粒の核生成を制御しつつ形成することができる。ここで、窒素濃度は酸素濃度よりも一桁以上高いことが好ましい。より具体的には、ゲート絶縁層１０４とドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０６の界面における酸素濃度を５×１０１８ｃｍ−３以下とし、窒素の濃度を１×１０２０ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下、好ましくは２×１０２０ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下とする。また、酸素濃度を低く抑えて、窒素濃度を酸素濃度よりも高くして形成する手段としては、以下に示すものが挙げられる。
ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０６は、半導体材料ガス及び水素を用いて第１の領域１０６ａを形成し、上記半導体材料ガス及び水素の他に、ドナーとなる不純物元素を含む気体を用いて第２の領域１０６ｂを形成する。半導体材料ガスとしては、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、ＧｅＨ４、Ｇｅ２Ｈ６等の水素化珪素ガス、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＣｌ４等の塩化珪素ガス、ＳｉＦ４等のフッ化珪素ガスがある。また、ドナーとなる不純物元素を含む気体としては、ＰＨ３、ＡｓＨ３、ＳｂＨ３、ＢｉＨ３等がある。
酸素濃度を低く抑え、窒素濃度を酸素濃度よりも高くする手段の一は、ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０６の形成前に、ゲート絶縁層１０４の表面に多量の窒素を存在させることである。ゲート絶縁層１０４の表面に多量の窒素を存在させるためには、ゲート絶縁層１０４の形成後であり、ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０６の形成前に、ゲート絶縁層１０４の表面に、窒素を残留させて、ゲート絶縁層１０４の表面に窒素を被着させればよい。また、ゲート絶縁層１０４の表面を、窒素を含むガスによって生成されるプラズマにより処理すればよい。ここで、窒素を含むガスとしては、例えばアンモニア、窒素、塩化窒素、フッ化窒素等がある。
酸素濃度を低く抑え、窒素濃度を酸素濃度よりも高くする手段の一は、ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０６に接するゲート絶縁層１０４に、高濃度に窒素を含ませることである。従って、ゲート絶縁層１０４を窒化シリコンにより形成することである。なお、この手段については実施の形態３にて説明する。
酸素濃度を低く抑え、窒素濃度を酸素濃度よりも高くする手段の一は、ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０６の形成に用いる処理室の内壁を、高濃度に窒素を含む膜により覆うことである。高濃度に窒素を含む材料として、例えば窒化シリコンが挙げられる。なお、処理室内壁を覆う高濃度に窒素を含む膜は、ゲート絶縁層１０４と同時に形成することで、工程の簡略化ができるため好ましい。また、この場合には、ゲート絶縁層１０４の形成に用いる処理室とドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０６の形成に用いる処理室が同一のものとなるため、装置が小型化される。なお、この手段については実施の形態４にて説明する。
または、酸素濃度を低く抑え、窒素濃度を酸素濃度よりも高くする異なる手段の一は、ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０６の形成に用いるガスに含まれる酸素の濃度を低く抑え、窒素の濃度を高くすることである。このとき、窒素はドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０６の堆積初期に用いるガスにのみ導入し、または導入する窒素の量を減少すればよい。なお、この手段については実施の形態５にて説明する。
上記したように、結晶粒の核を生成した後の、ドナーとなる不純物元素を含む気体を処理室内に導入する方法の一としては、堆積ガスと共にドナーとなる不純物元素を含む気体を導入して、グロー放電を行ってドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０５を形成する。
上記したように、結晶粒の核を生成した後の、ドナーとなる不純物元素を含む気体を処理室内に導入する方法の一としては、電力をオフにした後、処理室内にドナーとなる不純物元素を含む気体を導入し、処理室内や第１の領域１０６ａの表面にドナーとなる不純物元素を付着させる。ドナーとなる不純物元素を含む気体の導入を停止した後、半導体の原料ガス（シラン及び水素）を処理室に導入し、グロー放電を行って、処理室の内壁や第１の領域１０６ａに付着したドナーとなる不純物元素を取り込みながら第２の領域１０６ｂを堆積する。なお、当該手段については、実施の形態２にて説明する。
なお、酸素濃度を低く抑え、窒素濃度を酸素濃度よりも高くするには、では上記手段の一を用いてもよいし、これらを組み合わせて用いてもよい。本実施の形態では、ゲート絶縁層１０４は窒化シリコン層上に酸化窒化シリコン層を積層した構造とし、ゲート絶縁層１０４をアンモニアに曝すことで、ゲート絶縁層１０４表面に窒素を供給する。
ここで、ゲート絶縁層１０４、ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０６並びにソース領域及びドレイン領域１１０の形成の一例について詳細に説明する。これらの層はＣＶＤ法等を用いて形成する。また、ゲート絶縁層１０４は、窒化シリコン層上に酸化窒化シリコン層を設けた積層構造とする。このような構造とすることで、窒化シリコン層により基板中に含まれる電気的特性に影響を及ぼす元素（基板がガラスである場合にはナトリウム等の元素）が、ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０６等に侵入することを防止することができる。図６は、これらを形成するに際して用いるＣＶＤ装置の模式図を示す。
図６に示すプラズマＣＶＤ装置１６１は、ガス供給手段１５０及び排気手段１５１に接続されている。
図６に示すプラズマＣＶＤ装置１６１は、処理室１４１と、ステージ１４２と、ガス供給部１４３と、シャワープレート１４４と、排気口１４５と、上部電極１４６と、下部電極１４７と、交流電源１４８と、温度制御部１４９と、を具備する。
処理室１４１は剛性のある素材で形成され、内部を真空排気できるように構成されている。処理室１４１には、上部電極１４６と下部電極１４７が備えられている。なお、図６では、容量結合型（平行平板型）の構成を示しているが、異なる二以上の高周波電力を印加して処理室１４１の内部にプラズマを生成できるものであれば、誘導結合型など他の構成を適用してもよい。
図６に示すプラズマＣＶＤ装置により処理を行う際には、所定のガスをガス供給部１４３から供給する。供給されたガスは、シャワープレート１４４を通って、処理室１４１に導入される。上部電極１４６と下部電極１４７に接続された交流電源１４８により、高周波電力が印加されて処理室１４１内のガスが励起され、プラズマが生成される。また、真空ポンプに接続された排気口１４５によって、処理室１４１内のガスが排気されている。また、温度制御部１４９によって、被処理物を加熱しながらプラズマ処理することができる。
ガス供給手段１５０は、反応ガスが充填されるシリンダ１５２、圧力調整弁１５３、ストップバルブ１５４、マスフローコントローラ１５５などで構成されている。処理室１４１内において、上部電極１４６と基板１００との間には板状に加工され、複数の細孔が設けられたシャワープレートを有する。上部電極１４６に供給される反応ガスは、内部の中空構造を経て、この細孔から処理室１４１内に供給される。
処理室１４１に接続される排気手段１５１には、真空排気と、反応ガスを流す場合において処理室１４１内を所定の圧力に保持するように制御する機能が含まれている。排気手段１５１の構成としては、バタフライバルブ１５６、コンダクタンスバルブ１５７、ターボ分子ポンプ１５８、ドライポンプ１５９などが含まれる。バタフライバルブ１５６とコンダクタンスバルブ１５７を並列に配置する場合には、バタフライバルブ１５６を閉じてコンダクタンスバルブ１５７を動作させることで、反応ガスの排気速度を制御して処理室１４１の圧力を所定の範囲に保つことができる。また、コンダクタンスの大きいバタフライバルブ１５６を開くことで高真空排気が可能となる。
なお、処理室１４１を１０−５Ｐａよりも低い圧力まで超高真空排気する場合には、クライオポンプ１６０を併用することが好ましい。その他、到達真空度として超高真空まで排気する場合には、処理室１４１の内壁を鏡面加工し、内壁からのガス放出を低減するためにベーキング用のヒータを設けても良い。
なお、図６に示すように、処理室１４１の全体を覆って膜が形成されるようにプレコート処理を行うと、処理室内壁に付着した不純物元素、または処理室内壁を構成する不純物元素が素子に混入することを防止することができる。本実施の形態では、プレコート処理はシリコンを主成分とする膜を形成すればよく、例えば、非晶質シリコン等を形成すればよい。ただし、この膜には酸素が含まれないことが好ましい。
ゲート絶縁層１０４の形成から一導電型不純物半導体層１０９の形成までの一形態について、図７を参照して以下に説明する。なお、ゲート絶縁層１０４は、窒化シリコン層上に酸化窒化シリコン層を積層して形成する。
まず、ゲート電極層１０２が形成された基板をＣＶＤ装置の処理室１４１内にて加熱し、窒化シリコン層を形成するために、窒化シリコンの堆積に用いる材料ガスを処理室１４１内に導入する（図７の予備処理４０１）。ここでは、一例として、ＳｉＨ４の流量を４０ｓｃｃｍ、Ｈ２の流量を５００ｓｃｃｍ、Ｎ２の流量を５５０ｓｃｃｍ、ＮＨ３の流量を１４０ｓｃｃｍとして材料ガスを処理室１４１内に導入して安定させ、処理室１４１内の圧力を１００Ｐａ、基板の温度を２８０℃とし、３７０Ｗの出力によりプラズマ放電を行うことで、約１１０ｎｍの窒化シリコン層を形成する。その後、ＳｉＨ４の導入のみを停止して数秒後にプラズマの放電を停止させる（図７のＳｉＮ形成４０２）。処理室内にＳｉＨ４が存在する状態でプラズマの放電を停止させると、シリコンを主成分とする粒状物または粉状物が形成され、歩留まりを低下させる原因となるためである。
次に、窒化シリコンの堆積に用いた材料ガスを排気し、酸化窒化シリコンの堆積に用いる材料ガスを処理室１４１内に導入する（図７のガス置換４０３）。ここでは、一例として、ＳｉＨ４の流量を３０ｓｃｃｍ、Ｎ２Ｏの流量を１２００ｓｃｃｍとし、材料ガスを導入して安定させ、処理室内の圧力を４０Ｐａ、基板の温度を２８０℃として５０Ｗの出力によりプラズマ放電を行うことで、約１１０ｎｍの酸化窒化シリコン層を形成する。その後、窒化シリコン層と同様に、ＳｉＨ４の導入のみを停止し、その数秒後にプラズマの放電を停止させる（図７のＳｉＯＮ形成４０４）。
上記の工程により、ゲート絶縁層１０４を形成することができる。ゲート絶縁層１０４の形成後、基板１００を処理室１４１からロードロック室へ移載する（図７のｕｎｌｏａｄ４０５）。
基板１００を処理室１４１から搬出した後、処理室１４１に、例えばＮＦ３ガスを導入し、処理室１４１内をクリーニングする（図７のクリーニング処理４０６）。その後、処理室の内壁に保護膜を形成する処理を行う。ここでは、一例として、ＳｉＨ４の流量を３００ｓｃｃｍとして材料ガスを導入して安定させ、処理室内の圧力を１６０Ｐａ、基板の温度を２８０℃とし、１２０Ｗの出力によりプラズマ放電を行うことで、保護膜としてアモルファスシリコン層を形成する。その後、ＳｉＨ４の導入を停止して数秒後にプラズマの放電を停止させる（図７のプレコート処理４０７）
なお、当該プレコート処理において、アモルファスシリコン層の代わりに、図７の破線で示すように、ゲート絶縁層に形成した窒化シリコン層と同様の条件で、保護膜として窒化シリコン層を形成してもよい。
その後、基板１００を処理室１４１内に搬入する（図７のｌｏａｄ４０８）。
次に、ゲート絶縁層１０４の表面に窒素を供給する。ここでは、ゲート絶縁層１０４の表面をアンモニアガスに曝すことで窒素を供給する（図７のフラッシュ処理４０９）。また、アンモニアガスには水素を含ませてもよい。ここでは、一例として、処理室１４１内の圧力は概ね２０Ｐａ〜３０Ｐａ、基板の温度は２８０℃とし、処理時間は６０秒間とするとよい。また、フラッシュ処理の後に、処理室内を減圧または加圧して圧力を制御して、処理室１４１内の窒素の量を制御してもよい。なお、本工程の処理ではアンモニアガスに曝すのみであるが、プラズマ処理を行ってもよい。その後、これらのガスを排気し、ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０５の堆積に用いる材料ガスにおいて、ドナーとなる不純物元素を含む気体以外を処理室１４１内に導入する（図７のガス置換４１０）。
次に、窒素が供給されたゲート絶縁層１０４上の全面にドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０５を形成する。ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０５は、後の工程でパターン形成されてドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０６となるものである。まず、ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０５の堆積に用いる材料ガスを処理室１４１内に導入する。ここでは、一例として、はじめに、ＳｉＨ４の流量を１０ｓｃｃｍ、Ｈ２の流量を１５００ｓｃｃｍとして材料ガスを導入して安定させ、処理室内の圧力を２８０Ｐａ、基板の温度を２８０℃とし、５０Ｗの出力によりプラズマ放電を行う。半導体層の窒素濃度が、低減し、結晶粒の核生成が行われたら、圧力、温度、電力を保ったまま、ガス供給手段１５０から、処理室内に１０ｐｐｍＰＨ３（Ｈ２希釈）の流量を１０ｓｃｃｍ、ＳｉＨ４の流量を１０ｓｃｃｍ、Ｈ２の流量を１５００ｓｃｃｍとして導入して、膜厚が約５０ｎｍで、且つ上方にドナーとなる不純物元素が添加された層を有する半導体層を形成することができる。なお、ＰＨ３をＳｉＨ４で希釈した場合、ＰＨ３（ＳｉＨ４希釈）及びＨ２を用いて形成してもよい。その後、上記した窒化シリコン層等の形成と同様に、ＳｉＨ４の導入のみを停止し、その数秒後にプラズマの放電を停止させる（図７の半導体層形成４１１）。その後、これらのガスを排気し、バッファ層１０７の堆積に用いるガスを導入する（図７のガス置換４１２）。
上記の例において、ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０５の形成に用いられる材料ガスでは、ＳｉＨ４の流量に対するＨ２の流量を１５０倍としている。そのため、シリコンは徐々に堆積される。
本実施の形態におけるゲート絶縁層１０４の表面には窒素が供給されている。上記したように、窒素はシリコンの結晶核の生成を抑制する。そのため、堆積の初期段階ではシリコンの結晶核が生成されない。堆積初期段階で形成されるこの層が、図２に示す第１の領域１０６ａとなる。ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０５は一の条件により形成するため、第１の領域１０６ａと第２の領域１０６ｂ、１０６ｃは、ドナーとなる不純物元素を含むガスが導入されるか否か以外においては、同一の堆積条件により形成されるものである。上記したようにゲート絶縁層１０４の表面に窒素を供給し、該表面上にドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０５ａを形成することで、窒素を含む半導体層（図２に示す第１の領域１０６ａ）を形成する。ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０５ａの堆積は窒素の濃度を低下させつつ進み、窒素の濃度が一定の値以下となると、結晶核が生成される。その後、ドナーとなる不純物元素を含む気体を処理室に導入することにより、当該ドナーとなる不純物元素を取り込みながら、その結晶核が成長し、結晶粒１２１となると共に、ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０５ｂが形成される。即ち、窒素及びドナーとなる不純物元素を含む半導体層（図２に示す第２の領域１０６ｂ、１０６ｃ）を形成する。ドナーとなる不純物元素により結晶成長が速まるため、結晶粒径が増大した結晶粒１２１を有する半導体層１０５ｂの堆積時間を短縮することができる。
次に、ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０５上の全面にバッファ層１０７を形成する。バッファ層１０７は、後の工程でパターン形成されてバッファ層１０８となるものである。ここで、バッファ層は、非晶質半導体により形成する。まず、バッファ層１０７の堆積に用いる材料ガスを処理室内に導入する。ここでは、一例として、ＳｉＨ４の流量を２８０ｓｃｃｍ、Ｈ２の流量を３００ｓｃｃｍとして材料ガスを導入して安定させ、処理室内の圧力を１７０Ｐａ、基板の温度を２８０℃とし、６０Ｗの出力によりプラズマ放電を行うことで、約１５０ｎｍの半導体層を形成することができる。その後、上記した窒化シリコン層等の形成と同様に、ＳｉＨ４の導入のみを停止し、その数秒後にプラズマの放電を停止させる（図７のバッファ層形成４１３）。その後、これらのガスを排気し、一導電型不純物半導体層１０９の堆積に用いるガスを導入する（図７のガス置換４１４）。
なお、バッファ層１０７を形成する前に、基板を処理室から大気雰囲気に移動し、ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０５の表面に酸化膜を形成してもよい。または、ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０５表面に、酸素プラズマ、水プラズマ、窒素プラズマ等を照射して、ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０５表面に酸化シリコン膜または窒化シリコン膜を形成してもよい。
次に、バッファ層１０７上の全面に一導電型不純物半導体層１０９を形成する。一導電型不純物半導体層１０９は、後の工程でパターン形成されてソース領域及びドレイン領域１１０となるものである。一導電型不純物半導体層１０９に含まれるドナーとなる不純物元素の濃度は、図１に示す配線層１１２と、とのオーミック接触を良好にする程度に含まれていればよく、代表的には、１×１０１９ｃｍ−３乃至１×１０２１ｃｍ−３が好ましい。まず、一導電型不純物半導体層１０９の堆積に用いる材料ガスを処理室１４１内に導入する。ここでは、一例として、ＳｉＨ４の流量を１００ｓｃｃｍ、ＰＨ３をＨ２により０．５ｖｏｌ％に希釈した混合ガスの流量を１７０ｓｃｃｍとして材料ガスを導入して安定させる。処理室１４１内の圧力を２８０Ｐａ、基板の温度を２８０℃とし、６０Ｗの出力によりプラズマ放電を行うことで、約５０ｎｍの半導体層を形成することができる。その後、上記した窒化シリコン層等の形成と同様に、ＳｉＨ４の導入のみを停止し、その数秒後にプラズマの放電を停止させる（図７の不純物半導体層形成４１５）。その後、これらのガスを排気する（図７の排気４１６）。
以上説明したように、一導電型不純物半導体層１０９までを形成することができる（図４（Ａ）を参照）。
次に、一導電型不純物半導体層１０９上に導電層１１１を形成する。
導電層１１１は、アルミニウム、銅、チタン、ネオジム、スカンジウム、モリブデン、クロム、タンタル若しくはタングステン等により単層で、または積層して形成することができる。または、ヒロック防止元素が添加されたアルミニウム合金（ゲート電極層２０２に用いることができるアルミニウム−ネオジム合金等）により形成してもよい。または、ドナーとなる不純物元素を添加した結晶性シリコンを用いてもよい。ドナーとなる不純物元素が添加された結晶性シリコンと接する側の層を、チタン、タンタル、モリブデン、タングステンまたはこれらの元素の窒化物により形成し、その上にアルミニウムまたはアルミニウム合金を形成した積層構造としても良い。更には、アルミニウムまたはアルミニウム合金の上面及び下面を、チタン、タンタル、モリブデン、タングステンまたはこれらの元素の窒化物で挟んだ積層構造としてもよい。例えば、導電層１１１として、アルミニウム層をモリブデン層で挟んだ三層の積層構造とするとよい。
導電層１１１は、ＣＶＤ法、スパッタリング法または真空蒸着法を用いて形成する。また、導電層１１１は、銀、金または銅等の導電性ナノペーストをスクリーン印刷法またはインクジェット法等を用いて配置し、焼成することで形成しても良い。
次に、導電層１１１上に第１のレジストマスク１３１を形成する（図４（Ｂ）を参照）。第１のレジストマスク１３１は厚さの異なる二の領域を有し、多階調マスクを用いて形成することができる。多階調マスクを用いることで、使用するフォトマスクの枚数が低減され、作製工程数が減少するため好ましい。本実施の形態において、半導体層のパターンを形成する工程と、ソース領域とドレイン領域を分離する工程において、多階調マスクを用いて形成したレジストマスクを用いることができる。
多階調マスクとは、多段階の光量で露光を行うことが可能なマスクであり、代表的には、露光領域、半露光領域及び未露光領域の３段階の光量で露光を行う。多階調マスクを用いることで、一度の露光及び現像工程によって、複数（代表的には二種類）の厚さを有するレジストマスクを形成することができる。そのため、多階調マスクを用いることで、フォトマスクの枚数を削減することができる。
図８（Ａ−１）及び図８（Ｂ−１）は、代表的な多階調マスクの断面図を示す。図８（Ａ−１）にはグレートーンマスク１８０を示し、図８（Ｂ−１）にはハーフトーンマスク１８５を示す。
図８（Ａ−１）に示すグレートーンマスク１８０は、透光性を有する基板１８１上に遮光膜により形成された遮光部１８２、及び遮光膜のパターンにより設けられた回折格子部１８３で構成されている。
回折格子部１８３は、露光に用いる光の解像度限界以下の間隔で設けられたスリット、ドットまたはメッシュ等を有することで、光の透過率を制御する。なお、回折格子部１８３に設けられるスリット、ドットまたはメッシュは周期的なものであってもよいし、非周期的なものであってもよい。
透光性を有する基板１８１としては、石英等を用いることができる。遮光部１８２及び回折格子部１８３を構成する遮光膜は、好ましくはクロムまたは酸化クロム等により設けられる。
グレートーンマスク１８０に露光するための光を照射した場合、図８（Ａ−２）に示すように、遮光部１８２に重畳する領域における透光率は０％となり、遮光部１８２または回折格子部１８３が設けられていない領域における透光率は１００％となる。また、回折格子部１８３における透光率は、概ね１０〜７０％の範囲であり、回折格子のスリット、ドットまたはメッシュの間隔等により調整可能である。
図８（Ｂ−１）に示すハーフトーンマスク１８５は、透光性を有する基板１８６上に半透光膜により形成された半透光部１８７、及び遮光膜により形成された遮光部１８８で構成されている。
半透光部１８７は、ＭｏＳｉＮ、ＭｏＳｉ、ＭｏＳｉＯ、ＭｏＳｉＯＮ、ＣｒＳｉ等の膜を用いて形成することができる。遮光部１８８は、グレートーンマスクの遮光膜と同様に、好ましくはクロムまたは酸化クロム等により設けられる。
ハーフトーンマスク１８５に露光するための光を照射した場合、図８（Ｂ−２）に示すように、遮光部１８８に重畳する領域における透光率は０％となり、遮光部１８８または半透光部１８７が設けられていない領域における透光率は１００％となる。また、半透光部１８７における透光率は、概ね１０〜７０％の範囲であり、形成する材料の種類または形成する膜厚等により、調整可能である。
多階調マスクを用いて露光して現像を行うことで、膜厚の異なる領域を有するレジストマスクを形成することができる。
次に、第１のレジストマスク１３１を用いて半導体層１０５、バッファ層１０７、一導電型不純物半導体層１０９、及び導電層１１１をエッチングする。この工程により、半導体層１０５、バッファ層１０７、一導電型不純物半導体層１０９及び導電層１１１を素子毎に分離する（図４（Ｃ）を参照）。この後、第１のレジストマスク１３１を除去する。
次に、第１のレジストマスク１３１を後退させて第２のレジストマスク１３２を形成する。レジストマスクの後退には、酸素プラズマによるアッシングを用いればよい。
次に、第２のレジストマスク１３２を用いて導電層１１１をエッチングし、配線層１１２を形成する（図５（Ａ）を参照）。配線層１１２は、ソース電極及びドレイン電極を構成する。導電層１１１のエッチングは、ウエットエッチングを用いることが好ましい。ウエットエッチングにより、導電層が等方的にエッチングされる。その結果、導電層の側面は第２のレジストマスク１３２よりも内側に後退し、配線層１１２が形成される。従って、配線層１１２の側面と、エッチングされた一導電型不純物半導体層１０９の側面は一致せず、配線層１１２の側面の外側に、ソース領域及びドレイン領域１１０の側面が形成される。配線層２１２は、ソース電極及びドレイン電極のみならず信号線としても機能する。ただし、これに限定されず、信号線と配線層１１２とは別に設けてもよい。
次に、第２のレジストマスク１３２が形成された状態で、バッファ層１０７の一部及び一導電型不純物半導体層１０９をエッチングして、バッファ層１０８、並びにソース領域及びドレイン領域１１０を形成する（図５（Ｂ）を参照）。
次に、第２のレジストマスク１３２が形成された状態で、ドライエッチングを行うとよい。ここで、ドライエッチングの条件は、露出しているバッファ層１０８にダメージが入らず、且つバッファ層１０８に対するエッチングレートが低い条件を用いる。つまり、露出しているバッファ層１０８表面にほとんどダメージを与えず、且つ露出しているバッファ層１０８の膜厚がほとんど減少しない条件を用いる。エッチングガスとしては、塩素系ガスを用い、代表的にはＣｌ２ガスを用いる。また、エッチング方法については特に限定はなく、ＩＣＰ方式、ＣＣＰ方式、ＥＣＲ方式、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）方式等を用いることができる。
ここで、用いることのできるドライエッチング条件の一例として、Ｃｌ２ガスの流量を１００ｓｃｃｍ、処理室内の圧力を０．６７Ｐａ、下部電極温度を−１０℃とし、上部電極のコイルに２０００ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入してプラズマを生成し、基板１００側には電力を投入せず０Ｗ（すなわち、無バイアスとして）として、３０秒間のエッチングを行う。処理室内壁の温度は約８０℃とすることが好ましい。
次に、第２のレジストマスク１３２が形成された状態で、プラズマ処理を行い、第２のレジストマスク１３２を除去するとよい。プラズマ処理の代表例としては、水プラズマ処理がある。
水プラズマ処理は、反応空間に水蒸気（Ｈ２Ｏ蒸気）に代表される、水を主成分とするガスを導入し、プラズマを生成して、行うことができる。水プラズマにより第２のレジストマスク１３２を除去することができる。また、水プラズマ処理、あるいは、大気に曝した後に水プラズマ処理を行うことで、露出しているバッファ層１０８上に酸化膜が形成される場合もある。
なお、水プラズマ処理を用いることなく露出しているバッファ層１０８にダメージが入らず、且つバッファ層１０８に対するエッチングレートが低い条件でドライエッチングを行ってもよい。
上記したように、一対のソース領域及びドレイン領域１１０を形成した後に、バッファ層１０８にダメージを与えない条件で更なるドライエッチングを行うことで、露出したバッファ層１０８上に存在する残渣などの不純物元素を除去することができる。また、ドライエッチングに続けて水プラズマ処理を行うことで、第２のレジストマスク１３２を除去することもできる。水プラズマ処理を行うことで、ソース領域とドレイン領域との間の絶縁を確実なものにすることができ、完成する薄膜トランジスタのオフ電流を低減し、オン電流を向上させ、電気的特性のばらつきを低減することができる。
なお、プラズマ処理等の工程は上記の順番に限定されず、第２のレジストマスク１３２を除去した後に、無バイアスでのエッチングや、プラズマ処理を行ってもよい。
以上の工程により本実施の形態に係る薄膜トランジスタを作製することができる（図５（Ｂ）を参照）。本実施の形態に係る薄膜トランジスタは、液晶表示装置や発光表示装置に代表される表示装置の画素におけるスイッチングトランジスタに適用することができる。そのため、この薄膜トランジスタを覆って、開口部を有する絶縁層１１４を形成する（図５（Ｃ）を参照）。この開口部は、フォトリソグラフィ法により形成することができる。その後、当該開口部を介して接続されるように、絶縁層１１４上に画素電極層１１６を設ける。このようにして、図１に示す表示装置の画素におけるスイッチングトランジスタを作製することができる。
なお、絶縁層１１４は、ゲート絶縁層１０４と同様に形成することができる。絶縁層１１４は、大気中に浮遊する有機物、金属または水蒸気等の汚染源となりうる不純物元素の侵入を防ぐことができるよう、緻密な窒化シリコンにより設けることが好ましい。
なお、画素電極層１１６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。画素電極層１１６は、シート抵抗が１００００Ω／ｃｍ２以下であって、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。
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、またはこれらの２種以上の共重合体等が挙げられる。
また、画素電極層１１６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と示す。）、インジウム亜鉛酸化物、または酸化シリコンを添加したインジウム錫酸化物等を用いて形成することができる。
画素電極層１１６は、配線層１１２等と同様に、フォトリソグラフィ法を用いてエッチングを行い、パターン形成すればよい。
なお、図示していないが、絶縁層１１４と画素電極層１１６との間に、スピンコーティング法等により形成した有機樹脂からなる絶縁層を有していても良い。
以上、本実施の形態にて説明したように、オン電流が高く、オフ電流が低い薄膜トランジスタを得ることができる。
（実施の形態２）
本実施の形態では、図１に示す薄膜トランジスタの作製方法であって、実施の形態１とは異なるものについて説明する。本実施の形態では、実施の形態１と同様に、逆錐形の形状である結晶粒を含み、ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層を形成する。ただし、ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層にドナーとなる不純物元素を添加する手段が異なる。
実施の形態１と同様に、図９に示すように、予備処理４０１から、ゲート絶縁層１０４の表面に窒素を供給するフラッシュ処理４０９を実施の形態１と同様に行う。
次に、フラッシュ処理に用いたガスを排気し、ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０５の堆積に用いる材料ガスにおいて、ドナーとなる不純物元素を含む気体以外を処理室１４１内に導入する（図９のガス置換４１０）。
次に、窒素が供給されたゲート絶縁層１０４上の全面にドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０５を形成する。ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０５は、後の工程でパターン形成されてドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０６となるものである。ここでは、一例として、はじめに、ＳｉＨ４の流量を１０ｓｃｃｍ、Ｈ２の流量を１５００ｓｃｃｍとして材料ガスを導入して安定させ、処理室内の圧力を２８０Ｐａ、基板の温度を２８０℃とし、５０Ｗの出力によりプラズマ放電を行う。半導体層の窒素濃度が、低減し、結晶粒の核生成が行われたら、ＳｉＨ４の導入のみを停止し、その数秒後にプラズマの放電を停止させた後、Ｈ２の導入を停止する。次に、処理室内の圧力制御弁を全開にし、ガス供給手段１５０から処理室内に、流量１７０ｓｃｃｍの０．５ｖｏｌ％ＰＨ３（Ｈ２希釈）を６０秒間導入し、処理室内やドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０５ａの表面にドナーとなる不純物元素を付着させる。次に、０．５ｖｏｌ％ＰＨ３（Ｈ２希釈）の導入を停止する。次に、ＳｉＨ４の流量を１０ｓｃｃｍ、Ｈ２の流量を１５００ｓｃｃｍとして材料ガスを導入して安定させ、処理室内の圧力を２８０Ｐａ、基板の温度を２８０℃とし、５０Ｗの出力によりプラズマ放電を行うことで、約５０ｎｍのドナーとなる不純物元素が添加された半導体層を形成することができる。その後、上記した窒化シリコン層等の形成と同様に、ＳｉＨ４の導入のみを停止し、その数秒後にプラズマの放電を停止させる（図９の半導体層形成４２１）。その後、これらのガスを排気し、バッファ層１０７の堆積に用いるガスを導入する（図９のガス置換４１２）。
上記の例において、ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０５の形成に用いられる材料ガスでは、ＳｉＨ４の流量に対するＨ２の流量を１５０倍としている。そのため、シリコンは徐々に堆積される。
本実施の形態におけるゲート絶縁層１０４の表面には窒素が供給されている。上記したように、窒素はシリコンの結晶核の生成を抑制する。そのため、堆積の初期段階ではシリコンの結晶核が生成されない。堆積初期段階で形成されるこの層が、図２に示す第１の領域１０６ａとなる。半導体層１０５は一の条件により形成するため、第１の領域１０６ａと第２の領域１０６ｂは、ドナーとなる不純物元素を含むガスが導入されるか否か以外においては、同一の堆積条件により形成されるものである。上記したようにゲート絶縁層１０４の表面に窒素を供給し、該表面上にドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０５を形成することで、窒素を含む半導体層（図２に示す第１の領域１０６ａ）を形成する。ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０５の形成は窒素の濃度を低下させつつ進み、窒素の濃度が一定の値以下となると、結晶核が生成される。その後、ドナーとなる不純物元素を含む気体を一時的に処理室に導入する。ドナーとなる不純物元素を含む気体を処理室に導入することにより、当該ドナーとなる不純物元素を取り込みながら、その結晶核が成長し、結晶粒１２１となると共に、ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０５ｂが形成される。即ち、窒素及びドナーとなる不純物元素を含む半導体層（図２に示す第２の領域１０６ｂ、１０６ｃ）を形成する。ドナーとなる不純物元素により結晶成長が速まるため、結晶粒径が増大した結晶粒１２１を有する半導体層１０５ｂの堆積時間を短縮することができる。
次に、ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０５上の全面に、実施の形態１と同様に、バッファ層１０７及び一導電型不純物半導体層を形成する。
以上の工程により、少なくとも結晶粒の核生成が行われた半導体層上にドナーとなる不純物元素を含む気体を付着させることで、ドナーとなる不純物元素を含み、酸素濃度を低く抑え、窒素濃度を酸素濃度よりも高くすることができ、逆錐形の形状である結晶粒を含み、ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層を形成することができる。
（実施の形態３）
本実施の形態では、図１に示す薄膜トランジスタの作製方法であって、実施の形態１及び実施の形態２とは異なるものについて説明する。本実施の形態では、実施の形態１と同様に、逆錐形の形状である結晶粒を含み、ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層を形成する。ただし、半導体層に窒素を含ませる手段が異なる。なお、本実施の形態では、ドナーとなる不純物元素の添加方法として実施の形態１を用いて示すが、適宜実施の形態２を用いることができる。
本実施の形態では、半導体層に接するゲート絶縁層を窒化シリコンにより形成することで、半導体層の窒素濃度を制御し、逆錐形の形状である結晶粒を含む半導体層を形成する。ゲート絶縁層１０４から一導電型不純物半導体層１０９の形成までについて、図１０を参照して以下に説明する。
まず、ゲート電極層１０２が形成された基板をＣＶＤ装置の処理室内にて加熱し、窒化シリコン層を形成するために、窒化シリコンの堆積に用いる材料ガスを処理室内に導入する（図１０の予備処理４０１）。ここでは、一例として、ＳｉＨ４の流量を４０ｓｃｃｍ、Ｈ２の流量を５００ｓｃｃｍ、Ｎ２の流量を５５０ｓｃｃｍ、ＮＨ３の流量を１４０ｓｃｃｍとして材料ガスを導入して安定させ、処理室内の圧力を１００Ｐａ、基板の温度を２８０℃とし、３７０Ｗの出力によりプラズマ放電を行うことで、約３００ｎｍの窒化シリコン層を形成する。その後、ＳｉＨ４の導入のみを停止して数秒後にプラズマの放電を停止させる（図１０のＳｉＮ形成４０２）。
次に、窒化シリコンの堆積に用いた材料ガスを排気し、半導体層１０５の堆積に用いる材料ガスを処理室内に導入する（図１０のガス置換４１０）。
次に、ゲート絶縁層１０４上の全面にドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０５を形成する。ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０５は、後の工程でパターン形成されてドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０６となるものである。まず、ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０５の堆積に用いる材料ガスを処理室内に導入する。ここでは、一例として、はじめに、ＳｉＨ４の流量を１０ｓｃｃｍ、Ｈ２の流量を１５００ｓｃｃｍとして材料ガスを導入して安定させ、処理室内の圧力を２８０Ｐａ、基板の温度を２８０℃とし、５０Ｗの出力によりプラズマ放電を行う。半導体層の窒素濃度が、低減し、結晶粒の核生成が行われたら、圧力、温度、電力を保ったまま、ガス供給手段１５０から、処理室内に１０ｐｐｍＰＨ３（Ｈ２希釈）の流量を１０ｓｃｃｍ、ＳｉＨ４の流量を１０ｓｃｃｍ、Ｈ２の流量を１５００ｓｃｃｍとして導入して、膜厚が約５０ｎｍで、且つ上方にドナーとなる不純物元素が添加された層を有する半導体層を形成することができる。その後、上記した窒化シリコン層等の形成と同様に、ＳｉＨ４の導入のみを停止し、その数秒後にプラズマの放電を停止させる（図１０の半導体層形成４１１）。その後、これらのガスを排気し、バッファ層１０７の堆積に用いるガスを導入する（図１０のガス置換４１２）。
上記の例において、ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０５の形成に用いられる材料ガスでは、ＳｉＨ４の流量に対するＨ２の流量を１５０倍としており、シリコンは徐々に堆積される。
本実施の形態のゲート絶縁層１０４において、少なくともドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０５に接する最上層は窒化シリコンで形成されているため、ゲート絶縁層１０４の表面には多量の窒素が存在する。上記したように、窒素はシリコンの結晶の核生成を抑制する。そのため、堆積の初期段階ではシリコンの結晶核が生成されない。堆積初期段階で形成されるこの層が、図２に示す第１の領域１０６ａとなる。ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０５は一の条件により形成するため、第１の領域１０６ａと第２の領域１０６ｂ、１０６ｃは、ドナーとなる不純物元素を含むガスが導入されるか否か以外においては、同じ条件により形成される。上記したようにゲート絶縁層１０４の表面に窒素を供給し、該表面上にドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０５を形成することで、窒素を含む半導体層（図２に示す第１の領域１０６ａ）を形成する。ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層の形成は窒素の濃度を低下させつつ進み、窒素の濃度が一定の値以下となると、結晶核が生成される。その後、ドナーとなる不純物元素を含む気体を処理室に導入することにより、当該ドナーとなる不純物元素を取り込みながら、その結晶核が成長し、結晶粒１２１となると共に、ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０５ｂが形成される。即ち、窒素及びドナーとなる不純物元素を含む半導体層（図２に示す第２の領域１０６ｂ、１０６ｃ）を形成する。ドナーとなる不純物元素により結晶成長が速まるため、結晶粒径が増大した結晶粒１２１を有する半導体層１０５ｂの堆積時間を短縮することができる。
なお、ここで、結晶核の生成を抑制する不純物元素において、シリコン中にあって、キャリアトラップを生成しない不純物元素（例えば、窒素）を選択する。一方、シリコンの配位数を減らし、ダングリングボンドを生成する不純物元素（例えば酸素）の濃度は低減させる。従って、窒素濃度を低減させずして酸素濃度を低減させるとよい。具体的には、酸素濃度を５×１０１８ｃｍ−３以下とするとよい。
次に、半導体層１０５上の全面にバッファ層１０７を形成する。バッファ層１０７は、後の工程でパターン形成されてバッファ層１０８となるものである。ここで、バッファ層は、非晶質半導体により形成する。まず、バッファ層１０７の堆積に用いる材料ガスを処理室内に導入する。ここでは、一例として、ＳｉＨ４の流量を２８０ｓｃｃｍ、Ｈ２の流量を３００ｓｃｃｍとして材料ガスを導入して安定させ、処理室内の圧力を１７０Ｐａ、基板の温度を２８０℃とし、６０Ｗの出力によりプラズマ放電を行うことで、約１５０ｎｍの半導体層を形成することができる。その後、上記した窒化シリコン層等の形成と同様に、ＳｉＨ４の導入のみを停止し、その数秒後にプラズマの放電を停止させる（図１０のバッファ層形成４１３）。その後、これらのガスを排気し、一導電型不純物半導体層１０９の堆積に用いるガスを導入する（図１０のガス置換４１４）。
次に、バッファ層１０７上の全面に一導電型不純物半導体層１０９を形成する。一導電型不純物半導体層１０９は、後の工程でパターン形成されて、ソース領域及びドレイン領域１１０となるものである。まず、一導電型不純物半導体層１０９の堆積に用いる材料ガスを処理室内に導入する。ここでは、一例として、ＳｉＨ４の流量を１００ｓｃｃｍ、ＰＨ３をＨ２により０．５ｖｏｌ％に希釈した混合ガスの流量を１７０ｓｃｃｍとして材料ガスを導入して安定させ、処理室内の圧力を２８０Ｐａ、基板の温度を２８０℃とし、６０Ｗの出力によりプラズマ放電を行うことで、約５０ｎｍの一導電型不純物半導体層を形成することができる。その後、上記した窒化シリコン層等の形成と同様に、ＳｉＨ４の導入のみを停止し、その数秒後にプラズマの放電を停止させる（図１０の不純物半導体層形成４１５）。その後、これらのガスを排気する（図１０の排気４１６）。
上記説明したように、少なくとも半導体層に接するゲート絶縁層を窒化シリコンにより形成することで、酸素濃度を低く抑え、窒素濃度を酸素濃度よりも高くすることができ、逆錐形の形状である結晶粒を含み、ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層を形成することができる。
（実施の形態４）
本実施の形態では、図１に示す薄膜トランジスタの作製方法であって、実施の形態１乃至実施の形態３とは異なるものについて説明する。本実施の形態では、実施の形態１及び実施の形態３と同様に、逆錐形の形状である結晶粒を含み、ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層を形成する。ただし、ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層に窒素を含ませる手段が異なる。なお、本実施の形態では、ドナーとなる不純物元素の添加方法として実施の形態１を用いて示すが、適宜実施の形態２を用いることができる。
本実施の形態では、半導体層の堆積前に処理室内をクリーニングし、その後窒化シリコン膜により処理室内壁を覆うことで半導体層に窒素を含ませて、酸素濃度を低く抑え、窒素濃度を酸素濃度よりも高くする。ゲート絶縁層１０４の形成から一導電型不純物半導体層１０９の形成までについて、図１１を参照して以下に説明する。
まず、ゲート電極層１０２が形成された基板をＣＶＤ装置の処理室内にて加熱し、窒化シリコン層を形成するために、窒化シリコンの堆積に用いる材料ガスを処理室内に導入する（図１１の予備処理４０１）。ここでは、一例として、ＳｉＨ４の流量を４０ｓｃｃｍ、Ｈ２の流量を５００ｓｃｃｍ、Ｎ２の流量を５５０ｓｃｃｍ、ＮＨ３の流量を１４０ｓｃｃｍとして材料ガスを導入して安定させ、処理室内の圧力を１００Ｐａ、基板の温度を２８０℃とし、３７０Ｗの出力によりプラズマ放電を行うことで、約１１０ｎｍの窒化シリコン層を形成する。その後、ＳｉＨ４の導入のみを停止して数秒後にプラズマの放電を停止させる（図１１のＳｉＮ形成４０２）。
次に、窒化シリコンの堆積に用いる材料ガスを排気し、酸化窒化シリコンの堆積に用いる材料ガスを処理室内に導入する（図１１のガス置換４０３）。ここでは、一例として、ＳｉＨ４の流量を３０ｓｃｃｍ、Ｎ２Ｏの流量を１２００ｓｃｃｍとし、材料ガスを導入して安定させ、処理室内の圧力を４０Ｐａ、基板の温度を２８０℃として５０Ｗの出力によりプラズマ放電を行うことで、約１１０ｎｍの酸化窒化シリコン層を形成する。その後、窒化シリコン層と同様に、ＳｉＨ４の導入のみを停止し、その数秒後にプラズマの放電を停止させる（図１１のＳｉＯＮ形成４０４）。
上記の工程により、ゲート絶縁層１０４を形成することができる。ゲート絶縁層１０４の形成後、基板１００を処理室１４１からロードロックへ移載する（図１１のｕｎｌｏａｄ４０５）。
次に、基板１００を処理室１４１から搬出後、処理室１４１にＮＦ３ガスを導入し、処理室内をクリーニングする（図１１のクリーニング処理４０６）。その後、保護膜として窒化シリコン層を形成する処理を行う（図１１のプレコート処理４２２）。この処理により、処理室１４１の内壁に窒化シリコン層が形成される。その後、基板１００を処理室１４１に搬入し、ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０５の堆積に用いる材料ガスを処理室内に導入する（図１１のｌｏａｄ４０８）。
次に、ゲート絶縁層１０４上の全面にドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０５を形成する。ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０５は、後の工程でパターン形成されてドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０６となるものである。まず、ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０５の堆積に用いる材料ガスを処理室内に導入する。ここでは、一例として、ＳｉＨ４の流量を１０ｓｃｃｍ、Ｈ２の流量を１５００ｓｃｃｍとして材料ガスを導入して安定させ、処理室内の圧力を２８０Ｐａ、基板の温度を２８０℃とし、５０Ｗの出力によりプラズマ放電を行う。半導体層の窒素濃度が、低減し、結晶粒の核生成が行われたら、圧力、温度、電力を保ったまま、ガス供給手段１５０から、処理室内に１０ｐｐｍＰＨ３（Ｈ２希釈）の流量を１０ｓｃｃｍ、ＳｉＨ４の流量を１０ｓｃｃｍ、Ｈ２の流量を１５００ｓｃｃｍとして導入して、膜厚が約５０ｎｍで、且つ上方にドナーとなる不純物元素が添加された層を有する半導体層を形成することができる。その後、上記した窒化シリコン層等の形成と同様に、ＳｉＨ４の導入のみを停止し、その数秒後にプラズマの放電を停止させる（図１１の半導体層形成４１１）。その後、これらのガスを排気し、バッファ層１０７の堆積に用いるガスを導入する（図１１のガス置換４１２）。
上記の例において、半導体層１０５の形成に用いられる材料ガスでは、ＳｉＨ４の流量に対するＨ２の流量を１５０倍としており、シリコンは徐々に堆積される。
本実施の形態においては、処理室内に保護膜として窒化シリコン層が形成されているため、当該保護膜がプラズマに曝されることにより、半導体層１０５に窒素が含まれる。上記したように、窒素はシリコンの結晶の核生成を抑制する。そのため、堆積の初期段階ではシリコンの結晶核が生成されない。堆積初期段階で形成されるこの層が、図２に示す第１の領域１０６ａとなる。第１の領域１０６ａと第２の領域１０６ｂ、１０６ｃは、ドナーとなる不純物元素を含むガスが導入されるか否か以外においては、同じ条件により形成されるものである。上記したようにプラズマ中に保護膜に含まれる窒素が含まれるため、当該プラズマ反応によって半導体層１０５を形成することで、窒素を含む半導体層（図２に示す第１の領域１０６ａ）を形成する。該半導体層の形成は窒素の濃度を低下させつつ進み、窒素の濃度が一定の値以下となると、結晶核が生成される。その後、その結晶核が成長し、結晶粒１２１が形成される。その後、ドナーとなる不純物元素を含む気体を処理室に導入することにより、当該ドナーとなる不純物元素を取り込みながら、その結晶核が成長し、結晶粒１２１となると共に、ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０５ｂが形成される。即ち、窒素及びドナーとなる不純物元素を含む半導体層（図２に示す第２の領域１０６ｂ、１０６ｃ）を形成する。ドナーとなる不純物元素により結晶成長が速まるため、結晶粒径が増大した結晶粒１２１を有する半導体層１０５ｂの堆積時間を短縮することができる。
次に、半導体層１０５上の全面にバッファ層１０７を形成する。バッファ層１０７は、後の工程でパターン形成されてバッファ層１０８となるものである。ここで、バッファ層は、非晶質半導体により形成する。まず、バッファ層１０７の堆積に用いる材料ガスを処理室内に導入する。ここでは、一例として、ＳｉＨ４の流量を２８０ｓｃｃｍ、Ｈ２の流量を３００ｓｃｃｍとして材料ガスを導入して安定させ、処理室内の圧力を１７０Ｐａ、基板の温度を２８０℃とし、６０Ｗの出力によりプラズマ放電を行うことで、約１５０ｎｍの半導体層を形成することができる。その後、上記した窒化シリコン層等の形成と同様に、ＳｉＨ４の導入のみを停止し、その数秒後にプラズマの放電を停止させる（図１１のバッファ層形成４１３）。その後、これらのガスを排気し、一導電型不純物半導体層１０９の堆積に用いるガスを導入する（図１１のガス置換４１４）。
次に、バッファ層１０７上の全面に一導電型不純物半導体層１０９を形成する。一導電型不純物半導体層１０９は、後の工程でパターン形成されてソース領域及びドレイン領域１１０となるものである。まず、一導電型不純物半導体層１０９の堆積に用いる材料ガスを処理室内に導入する。ここでは、一例として、ＳｉＨ４の流量を１００ｓｃｃｍ、ＰＨ３をＨ２により０．５ｖｏｌ％に希釈した混合ガスの流量を１７０ｓｃｃｍとして材料ガスを導入して安定させ、処理室内の圧力を２８０Ｐａ、基板の温度を２８０℃とし、６０Ｗの出力によりプラズマ放電を行うことで、約５０ｎｍの半導体層を形成することができる。その後、上記した窒化シリコン層等の形成と同様に、ＳｉＨ４の導入のみを停止し、その数秒後にプラズマの放電を停止させる（図１１の不純物半導体層形成４１５）。その後、これらのガスを排気する（図１１の排気４１６）。
上記説明したように、少なくとも半導体層を形成する直前に処理室の内壁を窒化シリコン膜により覆うことで、酸素濃度を低く抑え、窒素濃度を酸素濃度よりも高くすることが可能であり、逆錐形の形状である結晶粒を含む半導体層を形成することができる。
また、処理室の内壁を保護膜で覆うことで、処理室の内壁を構成する元素等が半導体層に混入することをも防ぐことができる。
なお、上記の説明では、窒化シリコン層上に酸化窒化シリコン層を積層してゲート絶縁層１０４を形成したため、ゲート絶縁層１０４の形成後にクリーニング処理とプレコート処理を行う形態について説明したが、本実施の形態は、実施の形態２及び実施の形態３と組み合わせて実施してもよい。すなわち、ゲート絶縁層１０４を窒化シリコンにより形成し、ゲート絶縁層１０４の形成がプレコート処理を兼ねていてもよい。ゲート絶縁層１０４の形成がプレコート処理を兼ねることで、工程が簡略化し、スループットを向上させることができる。
（実施の形態５）
本実施の形態では、実施の形態１乃至実施の形態４とは異なる半導体装置の作製方法について説明する。本実施の形態では、実施の形態１と同様に、逆錐形の形状である結晶粒を含み、ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層を形成する。ただし、ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層に窒素を含ませる手段が異なる。なお、本実施の形態では、ドナーとなる不純物元素の添加方法として実施の形態１を用いて示すが、適宜実施の形態２を用いることができる。
本実施の形態では、半導体層の堆積初期のガスに窒素を混入させることで、酸素濃度を低く抑え、窒素濃度を酸素濃度よりも高くする。ゲート絶縁層１０４から一導電型不純物半導体層１０９の形成までについて、図１２を参照して以下に説明する。
まず、ゲート電極層１０２が形成された基板をＣＶＤ装置の処理室内にて加熱し、窒化シリコン層の堆積に用いる材料ガスを処理室内に導入する（図１２の予備処理４０１）。ここでは、一例として、ＳｉＨ４の流量を４０ｓｃｃｍ、Ｈ２の流量を５００ｓｃｃｍ、Ｎ２の流量を５５０ｓｃｃｍ、ＮＨ３の流量を１４０ｓｃｃｍとして材料ガスを導入して安定させ、処理室内の圧力を１００Ｐａ、基板の温度を２８０℃とし、３７０Ｗの出力によりプラズマ放電を行うことで、約１１０ｎｍの窒化シリコン層を形成する。その後、ＳｉＨ４の導入のみを停止して数秒後にプラズマの放電を停止させる（図１２のＳｉＮ形成４０２）。
次に、窒化シリコンの堆積に用いる材料ガスを排気し、酸化窒化シリコンの堆積に用いる材料ガスを処理室内に導入する（図１２のガス置換４０３）。ここでは、一例として、ＳｉＨ４の流量を３０ｓｃｃｍ、Ｎ２Ｏの流量を１２００ｓｃｃｍとし、材料ガスを導入して安定させ、処理室内の圧力を４０Ｐａ、基板の温度を２８０℃として５０Ｗの出力によりプラズマ放電を行うことで、約１１０ｎｍの酸化窒化シリコン層を形成する。その後、窒化シリコン層と同様に、ＳｉＨ４の導入のみを停止し、その数秒後にプラズマの放電を停止させる（図１２のＳｉＯＮ形成４０４）。なお、その後、これらのガスを排気し、半導体層１０５の堆積に用いるガスを導入する（図１２のガス置換４２３）。
次に、ゲート絶縁層１０４上の全面にドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０５を形成する。ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０５は、後の工程でパターン形成されてドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０６となるものである。ここでは、一例として、ＳｉＨ４の流量を１０ｓｃｃｍ、Ｈ２の流量を１２００ｓｃｃｍ、１００ｐｐｍのＮＨ３（Ｈ２希釈）の流量を３００ｓｃｃｍとして材料ガスを導入して安定させ、処理室内の圧力を２８０Ｐａ、基板の温度を２８０℃とし、５０Ｗの出力によりプラズマ放電を行う。その後、ＮＨ３（Ｈ２希釈）のみの導入をやめ、１０ｐｐｍＰＨ３（Ｈ２希釈）の流量を１０ｓｃｃｍとしてドナーとなる不純物元素が添加された半導体層を成長させて、膜厚が約５０ｎｍで、且つ上方にドナーとなる不純物元素を含む層を有する半導体層を形成することができる。その後、上記した窒化シリコン層等の形成と同様に、ＳｉＨ４の導入のみを停止し、その数秒後にプラズマの放電を停止させる（図１２の半導体層形成４２４）。なお、ＮＨ３の代わりにＮ２を用いてもよい。更には、Ｎ２およびＮＨ３を用いてもよい。その後、これらのガスを排気し、バッファ層１０７の堆積に用いるガスを導入する（図１２のガス置換４１２）。
上記の例において、ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０５の形成に用いられる材料ガスでは、ＳｉＨ４の流量に対するＨ２の流量を１５０倍としており、シリコンは徐々に堆積される。
本実施の形態におけるドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０５の堆積初期のガスには窒素が含まれている。上記したように、窒素はシリコンの結晶の核生成を抑制する。そのため、堆積初期の段階ではシリコンの結晶核が生成されない。堆積初期の段階で形成されるこの層が、図２に示す第１の領域１０６ａとなる。第１の領域１０６ａと第２の領域１０６ｂ、１０６ｃは、ドナーとなる不純物元素を含むガスが導入されるか否か以外においては、同じ条件により形成されるものである。上記したようにゲート絶縁層１０４の表面に窒素を供給し、該表面上にドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０５を形成することで、窒素を含む半導体層（図２に示す第１の領域１０６ａ）を形成する。該半導体層の形成は窒素の濃度を低下させつつ進み、窒素の濃度が一定の値以下となると、結晶核が生成される。その後、その結晶核が成長し、結晶粒１２１となると共に、ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０５ｂが形成される。即ち、窒素及びドナーとなる不純物元素を含む半導体層（図２に示す第２の領域１０６ｂ、１０６ｃ）を形成する。ドナーとなる不純物元素により結晶成長が速まるため、結晶粒径が増大した結晶粒１２１を有する半導体層１０５ｂの堆積時間を短縮することができる。
次に、ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０５上の全面にバッファ層１０７を形成する。バッファ層１０７は、後の工程でパターン形成されてバッファ層１０８となるものである。ここで、バッファ層１０７は、非晶質半導体により形成する。まず、バッファ層１０７の堆積に用いる材料ガスを処理室内に導入する。ここでは、一例として、ＳｉＨ４の流量を２８０ｓｃｃｍ、Ｈ２の流量を３００ｓｃｃｍとして材料ガスを導入して安定させ、処理室内の圧力を１７０Ｐａ、基板の温度を２８０℃とし、６０Ｗの出力によりプラズマ放電を行うことで、約１５０ｎｍの半導体層を形成することができる。その後、上記した窒化シリコン層等の形成と同様に、ＳｉＨ４の導入のみを停止し、その数秒後にプラズマの放電を停止させる（図１２のバッファ層形成４１３）。その後、これらのガスを排気し、一導電型不純物半導体層１０９の堆積に用いるガスを導入する（図１２のガス置換４１４）。
次に、バッファ層１０７上の全面に一導電型不純物半導体層１０９を形成する。一導電型不純物半導体層１０９は、後の工程でパターン形成されてソース領域及びドレイン領域１１０となるものである。まず、一導電型不純物半導体層１０９の堆積に用いる材料ガスを処理室内に導入する。ここでは、一例として、ＳｉＨ４の流量を１００ｓｃｃｍ、ＰＨ３をＨ２により０．５ｖｏｌ％に希釈した混合ガスの流量を１７０ｓｃｃｍとして材料ガスを導入して安定させる。処理室内の圧力を２８０Ｐａ、基板の温度を２８０℃とし、６０Ｗの出力によりプラズマ放電を行うことで、約５０ｎｍの半導体層を形成することができる。その後、上記した窒化シリコン層等の形成と同様に、ＳｉＨ４の導入のみを停止し、その数秒後にプラズマの放電を停止させる（図１２の不純物半導体層形成４１５）。その後、これらのガスを排気する（図１２の排気４１６）。
上記説明したように、半導体層の堆積初期のガスに窒素を含ませることで、酸素濃度を低く抑え、窒素濃度を酸素濃度よりも高くすることが可能であり、逆錐形の形状である結晶粒を含む半導体層を形成することができる。
（実施の形態６）
本実施の形態では、薄膜トランジスタの形態の一例について、図面を参照して説明する。本実施の形態では、多階調マスクを用いることなく薄膜トランジスタを形成する。
図１３は、本実施の形態にかかる薄膜トランジスタの上面図及び断面図を示す。図１３（Ａ）に示す薄膜トランジスタは、基板２００上にゲート電極層２０２を有し、ゲート電極層２０２を覆ってゲート絶縁層２０４を有し、ゲート絶縁層２０４上に接してドナーとなる不純物元素が添加された半導体層２０６を有し、半導体層２０６上にバッファ層２０８を有する。バッファ層２０８上の一部に接してソース領域及びドレイン領域２１０を有する。また、ゲート絶縁層２０４、並びにソース領域及びドレイン領域２１０上に接する配線層２１２を有する。配線層２１２はソース電極及びドレイン電極を構成する。配線層２１２上には、保護膜として機能する絶縁層２１４を有する。また、各層は所望の形状にパターン形成されている。
なお、図１３に示す薄膜トランジスタは、図１に示す薄膜トランジスタと同様に、液晶表示装置の画素部に設けられる画素トランジスタに適用することができる。そのため、図示した例では、絶縁層２１４には開口部が設けられ、絶縁層２１４上には画素電極層２１６が設けられ、画素電極層２１６と配線層２１２とが接続されている。
また、ソース電極及びドレイン電極の一方は、Ｕ字型（またはコの字型）の形状で設けられ、これがソース電極及びドレイン電極の他方を囲い込んでいる。ソース電極とドレイン電極との距離はほぼ一定に保たれている（図１３（Ｂ）を参照）。
薄膜トランジスタのソース電極及びドレイン電極を上記した形状とすることで、該薄膜トランジスタのチャネル幅を大きくすることができ、電流量が増大する。また、電気的特性のばらつきを低減することができる。更には、作製工程におけるマスクパターンのずれによる信頼性の低下を抑制することができる。ただし、本実施の形態はこれに限定されず、ソース電極及びドレイン電極の一方は必ずしもＵ字型でなくともよい。
本実施の形態におけるドナーとなる不純物元素が添加された半導体層２０６は、実施の形態１におけるドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０６と同様の特徴を有し、同様の材料及び方法により形成することができる。また、実施の形態２乃至実施の形態５に示す方法により形成してもよい。従って、本実施の形態ではドナーとなる不純物元素が添加された半導体層２０６の形成に関する詳細な説明は省略する。
図１３に示す薄膜トランジスタの作製方法について説明する。薄膜トランジスタではｐ型よりもｎ型の方が、キャリアの移動度が高い。また、同一の基板上に形成する薄膜トランジスタを全て同じ極性に統一すると、工程数を抑えることができ、好ましい。そのため、本実施の形態では、ｎ型の薄膜トランジスタの作製方法について説明する。
まず、基板２００上にゲート電極層２０２を形成する（図１４（Ａ）を参照）。
基板２００としては、実施の形態１における基板１００と同様のものを用いることができる。
ゲート電極層２０２は、実施の形態１におけるゲート電極層１０２と同様の材料及び方法により形成することができる。
次に、ゲート電極層２０２を覆ってゲート絶縁層２０４を形成する。ゲート絶縁層２０４は、実施の形態１におけるゲート絶縁層１０４と同様の材料及び方法により形成することができる。
ここで、ゲート絶縁層２０４上に窒素を供給する処理を行ってもよい。窒素を供給する処理として、実施の形態１にて説明したゲート絶縁層２０４をアンモニアガスに曝す処理が挙げられる。
次に、ゲート絶縁層２０４上にドナーとなる不純物元素が添加された半導体層２０５、バッファ層２０７及び一導電型不純物半導体層２０９を形成する。その後、一導電型不純物半導体層２０９上に第１のレジストマスク２３１を形成する。
ドナーとなる不純物元素が添加された半導体層２０５は、実施の形態１におけるドナーとなる不純物元素が添加された半導体層１０５と同様に形成することができる。バッファ層２０７は、実施の形態１におけるバッファ層１０７と同様に形成することができる。一導電型不純物半導体層２０９は、実施の形態１における一導電型不純物半導体層１０９と同様に形成することができる。
次に、第１のレジストマスク２３１を用いてバッファ層２０７及び一導電型不純物半導体層２０９をエッチングして島状の半導体層を形成する（図１４（Ｂ）を参照）。その後、第１のレジストマスク２３１を除去する（図１５（Ａ）を参照）。
次に、エッチングされた半導体層２０５、バッファ層２０７及び一導電型不純物半導体層２０９を覆って導電層２１１を形成する（図１５（Ｂ）を参照）。導電層２１１は、導電層１１１と同様の材料及び方法により形成することができる。その後、導電層２１１上に第２のレジストマスク２３２を形成する（図１５（Ｃ）を参照）。
次に、第２のレジストマスク２３２を用いて導電層２１１をエッチングして配線層２１２を形成する（図１６（Ａ）を参照）。配線層２１２は、ソース電極及びドレイン電極を構成する。導電層２１１のエッチングは、ウエットエッチングを用いることが好ましい。ウエットエッチングにより、導電層が等方的にエッチングされる。その結果、導電層は第２のレジストマスク２３２よりも内側に後退し、配線層２１２が形成される。従って、配線層２１２の側面と、エッチングされた一導電型不純物半導体層２０９の側面は一致せず、配線層２１２の側面の外側に、ソース領域及びドレイン領域の側面が形成される。配線層２１２は、ソース電極及びドレイン電極のみならず信号線としても機能する。ただし、これに限定されず、信号線と配線層２１２とは別に設けてもよい。
次に、第２のレジストマスク２３２を用いて島状半導体層のバッファ層２０７の一部と、一導電型不純物半導体層２０９をエッチングする（図１６（Ｂ）を参照）。以上の工程までで、半導体層２０６、バッファ層２０８、並びにソース領域及びドレイン領域２１０が形成される。
次に、実施の形態１と同様に第２のレジストマスク２３２が形成された状態で、バッファ層２０８にダメージが入らず、且つバッファ層２０８に対するエッチングレートが低い条件でドライエッチングを行うとよい。更には、水プラズマ処理により第２のレジストマスク２３２を除去するとよい（図１６（Ｃ）を参照）。
以上の工程により本実施の形態に係る薄膜トランジスタを作製することができる。本実施の形態に係る薄膜トランジスタは、実施の形態１にて説明した薄膜トランジスタと同様に、液晶表示装置に代表される表示装置の画素におけるスイッチングトランジスタに適用することができる。そのため、この薄膜トランジスタを覆って、絶縁層２１４を形成する。絶縁層２１４には、配線層２１２により構成されるソース電極及びドレイン電極に達するように開口部が形成されている。この開口部は、フォトリソグラフィ法により形成することができる。その後、当該開口部を介して接続されるように、絶縁層２１４上に画素電極層２１６を設ける。このようにして図１３に示す表示装置の画素におけるスイッチングトランジスタを作製することができる。
なお、絶縁層２１４は、実施の形態１における絶縁層１１４と同様に形成することができる。また、画素電極層２１６は、実施の形態１における画素電極層１１６と同様に形成することができる。
なお、図示していないが、絶縁層２１４と画素電極層２１６との間に、スピンコーティング法等により形成した有機樹脂膜からなる絶縁層を有していても良い。
以上、本実施の形態にて説明したように、オン電流が高く、オフ電流が低い薄膜トランジスタを、多階調マスクを用いることなく得ることができる。
（実施の形態７）
本実施の形態では、表示装置の一形態として、実施の形態６で示す薄膜トランジスタを有する液晶表示装置について、以下に示す。ここでは、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）型の液晶表示装置について、図１７乃至図１９を用いて説明する。ＶＡ型とは、液晶パネルの液晶分子の配列を制御する方式の一種をいう。ＶＡ型の液晶表示装置は、電圧が印加されていないときにパネル面に対して液晶分子が垂直方向を向く方式である。本実施の形態では、特に画素（ピクセル）をいくつかの領域（サブピクセル）に分け、それぞれ別の方向に分子を倒すよう工夫されている。これをマルチドメイン化あるいはマルチドメイン設計という。以下の説明では、マルチドメイン設計が考慮された液晶表示装置について説明する。
図１７及び図１８は、ＶＡ型液晶表示装置の画素構造を示している。図１８は本実施の形態で示す画素構造の平面図であり、図１８中に示す切断線Ｙ−Ｚに対応する断面構造を図１７に表している。以下の説明では図１７及び図１８を参照して説明する。
本形態で示す画素構造は、基板２５０上に設けられた一つの画素が複数の画素電極２６０、２６２を有し、それぞれの画素電極２６０、２６２に平坦化層２５８及び絶縁層２５７を介して薄膜トランジスタ２６４、２６５が接続されている。各薄膜トランジスタは、異なるゲート信号で駆動されるように構成されている。すなわち、マルチドメイン設計された画素において、個々の画素電極２６０、２６２に印加する信号を、独立して制御する構成を有している。
画素電極２６０は、開口部２５９において、配線２５５を介して薄膜トランジスタ２６４と接続されている。また、画素電極２６２は、開口部２６３において、配線２５６を介して薄膜トランジスタ２６５と接続している。薄膜トランジスタ２６４のゲート電極２５２と、薄膜トランジスタ２６５のゲート電極２５３には、異なるゲート信号を与えることができるように分離されている。一方、データ線として機能する配線２５４は、薄膜トランジスタ２６４と薄膜トランジスタ２６５で共通して用いられている。薄膜トランジスタ２６４及び薄膜トランジスタ２６５は実施の形態６で示す方法を用いて作製することができる。
画素電極２６０と画素電極２６２の形状は異なっており、スリット２６１によって分離されている。画素電極２６２は、Ｖ字型に広がる画素電極２６０の外側を囲むように形成されている。画素電極２６０と画素電極２６２に印加する電圧のタイミングを、薄膜トランジスタ２６４及び薄膜トランジスタ２６５により異ならせることで、液晶の配向を制御している。ゲート電極２５２とゲート電極２５３には異なるゲート信号を与えることで、薄膜トランジスタ２６４と薄膜トランジスタ２６５の動作タイミングを異ならせることができる。また、画素電極２６０及び画素電極２６２上に配向膜２７２が形成されている。
対向基板２５１には、遮光膜２６６、着色膜２６７、対向電極２６９が形成されている。また、着色膜２６７と対向電極２６９の間には平坦化層２６８が形成され、液晶の配向乱れを防いでいる。また、対向電極２６９上に配向膜２７１が形成される。図１９に対向基板２５１側の画素構造を示す。対向電極２６９は異なる画素間で共通化され、スリット２７０を有する。スリット２７０と、画素電極２６０及び画素電極２６２のスリット２６１とを交互に配置することで、斜め電界を発生させて液晶の配向を制御することができる。その結果、液晶が配向する方向を場所によって異ならせることができ、視野角を拡げることができる。
ここでは、基板、着色膜、遮光膜、及び平坦化層で、カラーフィルターを構成する。なお、遮光膜、平坦化層の何れか一方、または両方は、基板上に形成されていなくともよい。
また、着色膜は、可視光の波長範囲のうち、任意の波長範囲の光の成分を優先的に透過させる機能を有する。通常は、赤色波長範囲の光、青色波長範囲の光、及び緑色波長範囲の光、それぞれを優先的に透過させる着色膜を組み合わせて、カラーフィルターに用いることが多い。しかしながら、着色膜の組み合わせに関しては、これに限られない。
画素電極２６０と対向電極２６９が液晶層２７３を挟持することで、第１の液晶素子が形成されている。また、画素電極２６２と対向電極２６９が液晶層２７３を挟持することで、第２の液晶素子が形成されている。また、一画素に第１の液晶素子と第２の液晶素子が設けられたマルチドメイン構造である。
なお、ここでは、液晶表示装置として、ＶＡ型の液晶表示装置を示したが、本実施の形態はこれに限定されない。すなわち、実施の形態６に示す薄膜トランジスタを用いて形成した素子基板を、ＦＦＳ型の液晶表示装置、ＩＰＳ型の液晶表示装置、ＴＮ型の液晶表示装置またはその他の液晶表示装置に用いることができる。
また、上記の説明では実施の形態６にて作製した薄膜トランジスタを用いたが、実施の形態１乃至実施の形態５にて作製した薄膜トランジスタを用いてもよい。
以上説明したように、液晶表示装置を作製することができる。本実施の形態の液晶表示装置は、オン電流が高くオフ電流が低い薄膜トランジスタを画素トランジスタとして用いているため、画質が良好（例えば、高コントラスト）であり、且つ消費電力の低い液晶表示装置を作製することができる。
（実施の形態８）
本実施の形態では、表示装置の一形態として、実施の形態６で示す薄膜トランジスタを有する発光表示装置について、以下に示す。ここでは、発光表示装置が有する画素の構成の一形態について説明する。図２０（Ａ）に、画素の平面図を示し、図２０（Ｂ）に図２０（Ａ）中の切断線Ａ−Ｂに対応する断面構造を示す。
発光表示装置として、本実施の形態ではエレクトロルミネッセンスを利用する発光素子を有する表示装置を用いて示す。エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子は、発光材料が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって大別され、一般的に、前者は有機ＥＬ素子、後者は無機ＥＬ素子と呼ばれている。また、ここでは、薄膜トランジスタの作製工程として実施の形態６を用いたが、これに限定されず、実施の形態１に示す作製方法により作製したものであってもよい。
有機ＥＬ素子は、発光素子に電圧を印加することにより、一対の電極から電子および正孔がそれぞれ発光性の有機化合物を含む層に注入され、電流が流れる。そして、それらキャリア（電子および正孔）が再結合することにより、発光性の有機化合物が励起状態を形成し、励起状態が基底状態に戻る際に発光する。このようなメカニズムから、このような発光素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。
無機ＥＬ素子は、素子構成により、分散型無機ＥＬ素子と薄膜型無機ＥＬ素子とに分類される。分散型無機ＥＬ素子は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光層を有するものであり、発光メカニズムはドナー準位とアクセプター準位を利用するドナー−アクセプター再結合型発光である。薄膜型無機ＥＬ素子は、発光層を誘電体層で挟み込み、さらに発光層を誘電体層で挟み込んだものを電極で挟んだ構造であり、発光メカニズムは金属イオンの内殻電子遷移を利用する局在型発光である。なお、ここでは、発光素子として有機ＥＬ素子を用いて説明する。
図２０（Ａ）及び図２０（Ｂ）において、第１の薄膜トランジスタ２８１ａは画素電極への信号の入力を制御するためのスイッチング用の薄膜トランジスタであり、第２の薄膜トランジスタ２８１ｂは発光素子２８２への電流または電圧の供給を制御するための駆動用の薄膜トランジスタに相当する。
第１の薄膜トランジスタ２８１ａのゲート電極は走査線２８３ａに、ソース領域及びドレイン領域の一方は、信号線２８４ａに接続され、ソース領域及びドレイン領域の他方は配線２８４ｂを介して第２の薄膜トランジスタ２８１ｂのゲート電極２８３ｂに接続される。また、第２の薄膜トランジスタ２８１ｂのソース領域及びドレイン領域の一方は電源線２８５ａに接続され、ソース領域及びドレイン領域の他方は配線２８５ｂを介して発光素子の画素電極（陰極２８８）に接続される。第２の薄膜トランジスタ２８１ｂのゲート電極、ゲート絶縁膜、及び電源線２８５ａで容量素子を構成し、第１の薄膜トランジスタ２８１ａのソース電極及びドレイン電極の他方は容量素子に接続されている。
なお、容量素子は、第１の薄膜トランジスタ２８１ａがオフのときに第２の薄膜トランジスタ２８１ｂのゲート電極とソース電極の間の電位差、またはゲート電極とドレイン電極の間の電位差（以下、ゲート電圧という。）を保持するための容量素子に相当し、これらは必ずしも設けなくてもよい。
本実施の形態では、第１の薄膜トランジスタ２８１ａ及び第２の薄膜トランジスタ２８１ｂはｎチャネル型薄膜トランジスタで形成されるが、これらの一方または双方をｐチャネル型の薄膜トランジスタで形成されてもよい。
第１の薄膜トランジスタ２８１ａ及び第２の薄膜トランジスタ２８１ｂ上には絶縁層２８５が形成され、絶縁層２８５上に平坦化層２８６が形成され、平坦化層２８６及び絶縁層２８５に開口部が形成され、該開口部において配線２８５ｂに接続する陰極２８８が形成され。平坦化層２８６は、アクリル樹脂、ポリイミド、ポリアミドなどの有機樹脂またはシロキサンポリマーを用いて形成されことが好ましい。該開口部においては、陰極２８８が凹凸を有するため、当該領域を覆い、且つ開口部を有する隔壁２９１を設ける。隔壁２９１の開口部において陰極２８８と接するように、ＥＬ層２８９が形成され、ＥＬ層２８９を覆うように陽極２９０が形成され、陽極２９０及び隔壁２９１を覆うように保護絶縁膜２９２が形成される。
ここでは、発光素子として上面射出構造の発光素子２８２を示す。上面射出構造の発光素子２８２は、第１の薄膜トランジスタ２８１ａ及び第２の薄膜トランジスタ２８１ｂと重畳する領域でも発光させることが可能であるため、広い発光面積を確保することが可能である。しかしながら、ＥＬ層２８９の下地膜が凹凸を有すると、当該凹凸において膜厚分布が不均一となり、陽極２９０と陰極２８８が短絡（ショート）し、表示欠陥を生じてしまう。このため、平坦化層２８６を設けることが好ましい。平坦化層２８６を設けることで、歩留まりを向上させることができる。
陰極２８８と陽極２９０でＥＬ層２８９を挟んでいる領域が発光素子２８２に相当する。図２０に示した画素の場合、発光素子２８２から発せられる光は、図２０（Ｂ）に白抜きの矢印で示すように陽極２９０側に射出する。
陰極２８８は仕事関数が小さく、且つ光を反射する導電膜であれば公知の材料を用いることができる。例えば、Ｃａ、Ａｌ、ＭｇＡｇ、ＡｌＬｉ等が望ましい。ＥＬ層２８９は、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていても良い。複数の層で構成されている場合には、陰極２８８に電子注入層、電子輸送層、発光層、ホール輸送層、ホール注入層の順に積層して形成する。なお、発光層以外の層、例えば電子注入層、電子輸送層、ホール輸送層、ホール注入層を全て設ける必要はなく、必要に応じて設ければよい。陽極２９０は、光を透過する透光性を有する導電性材料を用いて形成し、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、ＩＴＯ、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電膜を用いても良い。
ここでは、基板とは逆側の面から発光を取り出す上面射出構造の発光素子について示したが、本実施の形態はこれに限定されない。すなわち、基板側の面から発光を取り出す下面射出構造の発光素子や、基板側及び基板とは逆側の面から発光を取り出す両面射出構造の発光素子を採用してもよい。
また、ここでは、発光素子として有機ＥＬ素子について述べたが、発光素子として無機ＥＬ素子を用いてもよい。
なお、本実施の形態では、発光素子の駆動を制御する薄膜トランジスタ（駆動用薄膜トランジスタ）と発光素子が接続されている例を示したが、駆動用薄膜トランジスタと発光素子との間に電流制御用薄膜トランジスタが接続されている構成でもよい。
以上説明したように、発光表示装置を作製することができる。本実施の形態の発光表示装置は、オン電流が高くオフ電流が低い薄膜トランジスタを画素トランジスタとして用いているため、画質が良好（例えば、高コントラスト）であり、且つ消費電力の低い発光表示装置を作製することができる。
（実施の形態９）
次に、上記実施の形態の適用が可能な表示装置である表示パネルの構成の一例について、以下に示す。
図２１（Ａ）に、信号線駆動回路３０３のみを別途形成し、基板３０１上に形成された画素部３０２と接続している表示パネルの形態を示す。画素部３０２、保護回路３０６、及び走査線駆動回路３０４が形成された素子基板は、実施の形態１乃至実施の形態６に示す薄膜トランジスタを用いて形成する。信号線駆動回路３０３は、単結晶半導体をチャネル形成領域に用いたトランジスタ、多結晶半導体をチャネル形成領域に用いた薄膜トランジスタ、またはＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）をチャネル形成領域に用いたトランジスタにより構成すれば良い。ＳＯＩを用いたトランジスタにおいては、ガラス基板上に設けられた単結晶半導体層をチャネル形成領域に用いたトランジスタを含む。画素部３０２と、信号線駆動回路３０３と、走査線駆動回路３０４とに、それぞれ電源の電位、各種信号等が、ＦＰＣ３０５を介して供給される。信号線駆動回路３０３とＦＰＣ３０５の間、及び信号線駆動回路３０３と画素部３０２の間の一方または双方に、実施の形態１乃至実施の形態６に示す薄膜トランジスタで形成された保護回路３０６を設けてもよい。保護回路３０６は、その他の構造の薄膜トランジスタ、ダイオード、抵抗素子及び容量素子等から選択された１つまたは複数の素子によって設けてもよい。
なお、信号線駆動回路及び走査線駆動回路を、画素部の画素トランジスタと同じ基板上に形成しても良い。
また、駆動回路を別途形成する場合には、必ずしも駆動回路が形成された基板を、画素部が形成された基板上に貼り合わせる必要はなく、例えばＦＰＣ上に貼り合わせるようにしても良い。図２１（Ｂ）に、信号線駆動回路３１３のみを別途形成し、基板３１１上に形成された画素部３１２、保護回路３１６、及び走査線駆動回路３１４が形成された素子基板とＦＰＣ３１５が接続している表示パネルの形態を示す。画素部３１２、保護回路３１６及び走査線駆動回路３１４は、上記実施の形態に示す薄膜トランジスタを用いて形成する。信号線駆動回路３１３は、ＦＰＣ３１５及び保護回路３１６を介して、画素部３１２に接続されている。画素部３１２と、信号線駆動回路３１３と、走査線駆動回路３１４それぞれに、電源の電位及び各種の信号等が、ＦＰＣ３１５を介して供給される。
また、信号線駆動回路の一部または走査線駆動回路の一部のみを、上記の実施の形態に示す薄膜トランジスタを用いて画素部と同じ基板上に形成し、残りを別途形成して画素部と電気的に接続するようにしても良い。図２１（Ｃ）に、信号線駆動回路が有するアナログスイッチ３２３ａを、画素部３２２、走査線駆動回路３２４と同じ基板３２１上に形成し、信号線駆動回路が有するシフトレジスタ３２３ｂを別途異なる基板に形成して貼り合わせる表示パネルの形態を示す。画素部３２２、保護回路３２６、及び走査線駆動回路３２４は、上記実施の形態に示す薄膜トランジスタを用いて形成する。信号線駆動回路が有するシフトレジスタ３２３ｂは、ＦＰＣ３２５及び保護回路３２６を介して画素部３２２と接続されている。画素部３２２と、信号線駆動回路と、走査線駆動回路３２４とのそれぞれに、電源の電位、各種信号等が、ＦＰＣ３２５を介して供給される。シフトレジスタ３２３ｂとアナログスイッチ３２３ａの間に、保護回路３２６を設けてもよい。
図２１に示すように、本実施の形態の表示装置は、駆動回路の一部または全部を、画素部と同じ基板上に、上記実施の形態に示す薄膜トランジスタを用いて形成することができる。なお、表示装置の構成は上記説明に限定されない。例えば、特に必要のない場合には、保護回路は設けなくてもよい。
なお、別途形成した基板の接続方法は、特に限定されるものではなく、公知のＣＯＧ方式、ワイヤボンディング方式、或いはＴＡＢ方式などを用いることができる。また接続する位置は、電気的な接続が可能であるならば、図２１に示した位置に限定されない。また、コントローラ、ＣＰＵまたはメモリ等を別途形成し、接続するようにしても良い。
なお、本実施の形態で用いる信号線駆動回路は、シフトレジスタとアナログスイッチを有する。または、シフトレジスタとアナログスイッチに加え、バッファ、レベルシフタ、ソースフォロワ等、他の回路を有していても良い。また、シフトレジスタとアナログスイッチは必ずしも設ける必要はなく、例えばシフトレジスタの代わりにデコーダ回路のような信号線の選択ができる別の回路を用いても良いし、アナログスイッチの代わりにラッチ等を用いても良い。
（実施の形態１０）
本形態の薄膜トランジスタで構成される素子基板、及びそれを用いた表示装置等は、アクティブマトリクス型の表示パネルに適用することができる。すなわち、それらを表示部に組み込んだ電子機器の全てに上記実施の形態を実施できる。
その様な電子機器としては、ビデオカメラ及びデジタルカメラ等のカメラ、ヘッドマウントディスプレイ（ゴーグル型ディスプレイ）、カーナビゲーション、プロジェクタ、カーステレオ、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話または電子書籍等）などが挙げられる。それらの一例を図２２に示す。
図２２（Ａ）はテレビジョン装置である。上記実施の形態を適用した表示パネルを筐体に組みこんで、テレビジョン装置を完成させることができる。表示パネルにより主画面３３３が形成され、その他付属設備としてスピーカ部３３９、操作スイッチなどが備えられている。
図２２（Ａ）に示すように、筐体３３１に表示素子を利用した表示用パネル３３２が組みこまれ、受信機３３５により一般のテレビ放送の受信をはじめ、モデム３３４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方向（送信者から受信者）または双方向（送信者と受信者間、または受信者間同士）の情報通信をすることもできる。テレビジョン装置の操作は、筐体に組みこまれたスイッチまたはリモコン操作機３３６により行うことが可能であり、このリモコン操作機にも出力する情報を表示する表示部３３７が設けられていても良い。また、表示部３３７に、実施の形態１乃至実施の形態６の薄膜トランジスタが設けられていてもよい。また、主画面３３３の他にサブ画面３３８を第２の表示パネルで形成し、チャンネルや音量などを表示する構成が付加されていても良い。この構成において、主画面３３３及びサブ画面３３８の一方または双方に実施の形態１乃至実施の形態６の薄膜トランジスタを適用することができる。
図２３はテレビ装置の主要な構成を説明するブロック図を示している。表示パネルには、画素部３７１が形成されている。信号線駆動回路３７２と走査線駆動回路３７３は、表示パネルにＣＯＧ方式により実装されていても良い。
また、その他の外部回路の構成として、映像信号の入力側では、チューナ３７４で受信した信号のうち、映像信号を増幅する映像信号増幅回路３７５と、そこから出力される信号を赤、緑、青の各色に対応した色信号に変換する映像信号処理回路３７６と、その映像信号をドライバＩＣの入力仕様に変換するためのコントロール回路３７７等を有している。コントロール回路３７７は、走査線側と信号線側にそれぞれ信号が出力する。デジタル駆動する場合には、信号線側に信号分割回路３７８を設け、入力デジタル信号をｍ個に分割して供給する構成としても良い。
チューナ３７４で受信した信号のうち、音声信号は、音声信号増幅回路３７９に送られ、その出力は音声信号処理回路３８０を経てスピーカ３８３に供給される。制御回路３８１は受信局（受信周波数）や音量の制御情報を入力部３８２から受け、チューナ３７４や音声信号処理回路３８０に信号を送出する。
勿論、テレビジョン装置に限定されず、パーソナルコンピュータのモニタをはじめ、鉄道の駅や空港などにおける情報表示盤や、街頭における広告表示盤など大面積の表示媒体に適用してもよい。
以上説明したように、主画面３３３及びサブ画面３３８の一方または双方に実施の形態１乃至実施の形態６で説明した薄膜トランジスタを適用することで、画質が高く、消費電力の低いテレビ装置を作製することができる。
図２２（Ｂ）は携帯電話機３４１の一例を示している。携帯電話機３４１は、表示部３４２、操作部３４３等により構成されている。表示部３４２に実施の形態１乃至実施の形態６で説明した薄膜トランジスタを適用することで、画質を向上させ、消費電力を低減させることができる。
図２２（Ｃ）に示す携帯型のコンピュータは、本体３５１、表示部３５２等を含んでいる。表示部３５２に、実施の形態１乃至実施の形態６で説明した薄膜トランジスタを適用することで、画質を向上させ、消費電力を低減させることができる。
図２２（Ｄ）は卓上照明器具であり、照明部３６１、傘３６２、可変アーム３６３、支柱３６４、台３６５、電源３６６等を含む。上記実施の形態で説明した発光装置を照明部３６１に用いることにより作製される。照明部３６１に実施の形態１乃至実施の形態６で説明した薄膜トランジスタを適用することで、画質を向上させ、消費電力を低減させることができる。
図２４は携帯電話機の構成の一例を示しており、例えば表示部に、実施の形態１乃至実施の形態６で示した薄膜トランジスタを有する素子基板及びそれを有する表示装置が適用される。図２４（Ａ）が正面図、図２４（Ｂ）が背面図、図２４（Ｃ）が展開図である。図２４に示す携帯電話機は、筐体３９４及び筐体３８５の二つの筐体で構成されている。図２４に示す携帯電話機は、携帯電話と携帯情報端末の双方の機能を備えており、コンピュータを内蔵し、音声通話以外にも様々なデータ処理が可能であり、スマートフォンとも呼ばれる。
携帯電話機は、筐体３９４及び筐体３８５の二つの筐体で構成されている。筐体３９４は、表示部３８６、スピーカ３８７、マイクロフォン３８８、操作キー３８９、ポインティングディバイス３９０、表面カメラ用レンズ３９１、外部接続端子ジャック３９２、イヤホン端子３９３等を備え、筐体３８５は、キーボード３９５、外部メモリスロット３９６、裏面カメラ３９７、ライト３９８等を備える。また、アンテナは筐体３９４に内蔵されている。
また、上記の構成に加えて、非接触ＩＣチップまたは小型記録装置等を内蔵していてもよい。
図２４（Ａ）では筐体３９４と筐体３８５が重なり合っており、筐体３９４と筐体３８５がスライドし、図２４（Ｃ）のように展開する。表示部３８６には、実施の形態１乃至実施の形態６に示される表示装置を組み込むことが可能であり、使用形態に応じて表示の方向が適宜変化する。表示部３８６と同一面上に表面カメラ用レンズ３９１を同一の面に備えているため、テレビ電話が可能である。また、表示部３８６をファインダーとして裏面カメラ３９７及びライト３９８で静止画及び動画の撮影が可能である。
スピーカ３８７及びマイクロフォン３８８は音声通話に限らず、テレビ電話、録音及び再生等の用途に使用できる。操作キー３８９では、電話の発着信、電子メール等の簡単な情報入力、画面のスクロール及びカーソル移動等が可能である。
また、書類の作成、携帯情報端末としての使用等、取り扱う情報が多い場合は、キーボード３９５を用いると便利である。重なり合った筐体３９４と筐体３８５（図２４（Ａ））はスライドでき、図２４（Ｃ）のように展開して携帯情報端末として使用できる。また、キーボード３９５及びポインティングディバイス３９０を用いることで、円滑な操作が可能である。外部接続端子ジャック３９２はＡＣアダプタ及びＵＳＢケーブル等の各種ケーブルと接続可能であり、これを介して充電及びパーソナルコンピュータ等とのデータ通信が可能である。また、外部メモリスロット３９６に記録媒体を挿入して使用することで、大量のデータの保存及び移動が可能である。
筐体３８５の裏面（図２４（Ｂ））には、裏面カメラ３９７及びライト３９８を備えており、表示部３８６をファインダーとし静止画及び動画の撮影が可能である。
また、上記構成に加えて、赤外線通信機能、ＵＳＢポート、テレビワンセグ受信機能、非接触ＩＣチップ、イヤホンジャック等を備えていてもよい。
実施の形態１乃至実施の形態６で説明した薄膜トランジスタを画素に適用することで、画質を向上させ、消費電力を低減させることができる。

Claims (10)

  1. ゲート電極を覆うゲート絶縁層と、
    前記ゲート絶縁層に接し、且つチャネル形成領域としての機能を有する第１の半導体層と、
    前記第１の半導体層上に設けられ、一導電型を付与する不純物元素を有する第２の半導体層と、
    前記第１の半導体層と前記第２の半導体層との間に設けられたバッファ層と、を有し、
    前記第１の半導体層は、第１の領域及び第２の領域を有し、
    前記第１の領域は、非晶質構造を有し、且つ前記ゲート絶縁層と前記第２の領域に挟まれ、
    前記第２の領域は、前記第１の領域から前記第２の半導体層に向けて、略放射状に成長した逆錐形の結晶粒を有し、
    前記第１の半導体層は、ドナーとなる不純物元素及び窒素を有し、
    前記第１の領域は、前記第２の領域よりも高濃度で前記窒素を含むことを特徴とする半導体装置。
  2. 請求項１において、
    前記バッファ層は、非晶質半導体を有することを特徴とする半導体装置。
  3. ゲート電極を覆うゲート絶縁層と、
    前記ゲート絶縁層に接し、且つチャネル形成領域としての機能を有する第１の半導体層と、
    前記第１の半導体層上に設けられ、一導電型を付与する不純物元素を有する第２の半導体層と、を有し、
    前記第１の半導体層は、第１の領域及び第２の領域を有し、
    前記第１の領域は、非晶質構造を有し、且つ前記ゲート絶縁層と前記第２の領域に挟まれ、
    前記第２の領域は、前記第１の領域から前記第２の半導体層に向けて、略放射状に成長した逆錐形の結晶粒を有し、
    前記第１の半導体層は、ドナーとなる不純物元素及び窒素を有し、
    前記第１の領域は、前記第２の領域よりも高濃度で前記窒素を含むことを特徴とする半導体装置。
  4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
    前記第２の半導体層は、ソース領域またはドレイン領域としての機能を有することを特徴とする半導体装置。
  5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
    前記ドナーとなる不純物元素の二次イオン質量分析法によって計測される濃度は、１×１０１６／ｃｍ３乃至３×１０１８／ｃｍ３であることを特徴とする半導体装置。
  6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、
    前記ドナーとなる不純物元素は、リン、砒素、アンチモン、またはビスマスであることを特徴とする半導体装置。
  7. 請求項１乃至請求項６のいずれか一項において、
    前記第１の半導体層は、前記第１の領域と前記第２の領域との界面を有し、
    前記界面近傍において、二次イオン質量分析法によって計測される前記窒素濃度が１×１０２０／ｃｍ３乃至１×１０２１／ｃｍ３であることを特徴とする半導体装置。
  8. 請求項１乃至請求項７のいずれか一項において、
    前記ゲート絶縁層と前記第１の半導体層との界面近傍において、二次イオン質量分析法によって計測される前記窒素濃度のピーク濃度が３×１０２０／ｃｍ３乃至１×１０２１／ｃｍ３であることを特徴とする半導体装置。
  9. 請求項１乃至請求項８のいずれか一項において、
    前記第１の半導体層は、二次イオン質量分析法によって計測される酸素濃度が５×１０１８／ｃｍ３以下であることを特徴とする半導体装置。
  10. 請求項１乃至請求項９のいずれか一項において、
    前記結晶粒は、単結晶または双晶であることを特徴とする半導体装置。
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