薄膜晶体管及其制造方法.pdf

实施本发明的最佳方式

下面，将参照附图详细说明本发明的实施例。注意，所属技术领域的普通技术人员很容易理解，本发明不限于以下说明，且其形式及细节在不脱离本发明的宗旨及其范围的情况下可以进行多种改变。因此，本发明不应该被解释为仅限于以下实施例的描述。注意，在参照附图进行的描述中，在不同附图中使用相同的附图标记来表示相同的部分。相同的阴影图案应用于相似部分，且在一些情况下相似部分不特别标注。

实施例1

在本实施例中，将参照附图描述薄膜晶体管的方式的示例。

图1是根据本实施例的薄膜晶体管的俯视图及横截面图。图1所示的薄膜晶体管包括衬底100上的栅电极层102、覆盖栅电极层102的栅极绝缘层104、设置在栅极绝缘层104上并与其接触的半导体层106、以及设置在半导体层106上并与其接触的源区及漏区110。另外，该薄膜晶体管包括在源区及漏区110上并与其接触的布线层112。布线层112形成源电极及漏电极。该薄膜晶体管包括在布线层112上的起到保护膜作用的绝缘层114。另外，各个层被图案化成所希望的形状。

注意，图1所示的薄膜晶体管可以应用于设置在液晶显示装置的像素部中的像素晶体管。由此，在图1所示的示例中，在绝缘层114中设置开口，在绝缘层114上设置像素电极层116，以使像素电极层116和布线层112之一相互连接。

另外，源电极及漏电极中的一者被形成为U字形状(倒C形或马蹄形)，且包围源电极和漏电极中的另一者。源电极和漏电极之间的距离被保持大致恒定(参照图1)。

薄膜晶体管的源电极及漏电极具有上述形状，藉此可以增大该薄膜晶体管的沟道宽度，从而增大电流量。另外，可以减少电特性的不均匀性。再者，可以抑制因制造工序中的掩模图案未对准而导致的可靠性的降低。然而，不局限于此，源电极及漏电极中的一者不一定具有U字形状。

在此，对作为图1所示的薄膜晶体管的主要特征之一的半导体层106进行说明。半导体层106用作薄膜晶体管的沟道形成区域。在半导体层106中，包括晶体半导体的晶粒分散地存在于具有非晶结构的半导体层中(参照图2)。

半导体层106包括第一区域120和第二区域122。第一区域120具有非晶结构。第二区域122具有以分散方式存在的多个晶粒121和多个晶粒121之间的非晶结构。第一区域120设置在栅极绝缘层104上并与其接触，并且距离第一区域120和栅极绝缘层104的界面具有厚度t1。第二区域122设置在第一区域120上并与其接触，并且具有厚度t2。就是说，晶粒121的核生成位置沿半导体层106的厚度方向上被控制，以便核生成位置位于距离第一区域120和栅极绝缘层104的界面t1的位置处。晶粒121的核生成位置由包含在半导体层106中的抑制结晶化的杂质元素的浓度(例如氮浓度)控制。

晶粒121具有倒锥形或倒金字塔形。在此，“倒锥形或倒金字塔形”表示三维形状，且由(i)由多个平面构成的底面(ii)连接所述底面的外周和存在于所述底面外部的顶点而成的线构成，并且该顶点位于衬底侧。换言之，“倒锥形或倒金字塔形”是从远离栅极绝缘层104和半导体层106的界面的一位置沿半导体层106沉积的方向以大致放射状生长的晶粒121的形状。分散形成的各个晶核在半导体层的形成期间沿晶体取向生长，藉此晶粒以晶核为起点开始生长以沿与晶体的生长方向垂直的面的面内方向扩展。该半导体层具有此类晶粒，藉此其导通电流相比于非晶半导体的导通电流提高。另外，晶粒121包含单晶或双晶。在此，具有倒锥形或倒金字塔形的晶粒121的侧表面的晶面方向对齐，从而其侧面(连接周边与顶点的线)平直(图2)。由此，可以认为晶粒121接近于单晶或包括双晶的形式，而不是包括多个晶体的形式。在包括双晶的形式的情况下，相比于包括多个晶体的情况，悬空键数量少、缺陷数量少且截止电流小。此外，在包括双晶的形式的情况下，与含有多个晶体的形式的情况相比，晶界数量少且导通电流大。注意，晶粒121可以含有多个晶体。

注意，术语“双晶”是指两个不同晶粒在晶粒界面处以极好的一致性彼此接合。即，“双晶”具有晶格在晶粒界面处连续排列，从而源于晶体缺陷等的陷阱能级难以形成的结构。据此，可以认为在具有这种晶体结构的区域中实际上不存在晶界。

注意，作为抑制晶核生成的杂质元素，选择被包含在硅中时不捕获载流子的杂质元素(例如，氮)。另一方面，降低生成硅的悬空键的杂质元素(例如，氧)的浓度。由此，优选降低氧浓度而不降低氮浓度。具体而言，优选通过SIMS测得的氧浓度小于或等于5×10¹⁸cm^-3。

另外，在栅极绝缘层104的表面上存在氮的情况下形成半导体层106。在此，因为氮浓度决定核生成位置，所以氮浓度很重要。当在存在氮的栅极绝缘层104上形成半导体层106时，首先形成第一区域120，然后形成第二区域122。在此，第一区域120和第二区域122之间的界面的位置取决于氮浓度。当通过SIMS测得的氮浓度大于或等于1×10²⁰cm^-3且小于或等于1×10²¹cm^-3、优选大于或等于2×10²⁰cm^-3且小于或等于7×10²⁰cm^-3时，晶核生成，从而第二区域122形成。就是说，在作为晶粒121开始生长的起点的晶核生成位置中，通过SIMS测得的氮浓度大于或等于1×10²⁰cm^-3且小于或等于1×10²¹cm^-3、优选大于或等于2×10²⁰cm^-3且小于或等于7×10²⁰cm^-3。换言之，在具有倒锥形或倒金字塔形的晶粒121的顶点处，通过SIMS测得的氮浓度大于或等于1×10²⁰cm^-3且小于或等于1×10²¹cm^-3、优选大于或等于2×10²⁰cm^-3且小于或等于7×10²⁰cm^-3。

另外，氮浓度随着离栅极绝缘层104与半导体层106之间的界面的距离的增加而逐渐下降。从栅极绝缘层104与半导体层106之间的界面起，氮浓度优选在离栅极绝缘层104与半导体层106之间的界面大于等于25nm且小于或等于40nm的范围内减少一个数位，更优选在大于或等于30nm且小于或等于35nm的范围内减少一个数位。

如上所述，晶粒是分散存在的。为了使晶粒分散存在，需要控制晶核的生成密度。氮浓度被设定在上述范围内，藉此可控制晶核的生成密度，且晶粒可分散存在。

注意，当抑制晶核生成的杂质元素以高浓度(通过SIMS测得的杂质元素的浓度约大于或等于1×10²⁰cm^-3)存在时，晶体生长也被抑制；因此，只对其上形成了半导体层106的表面添加要包含在半导体层106中的氮，或仅在其形成半导体层106的初期引入氮。

接下来，将对图1所示的薄膜晶体管的制造方法进行描述。与p沟道薄膜晶体管相比，n沟道薄膜晶体管的载流子迁移率高。优选在一衬底上形成的所有薄膜晶体管具有相同极性，因为这样可以减少制造步骤数量。由此，在本实施例中，将对n沟道薄膜晶体管的制造方法进行描述。

首先，在衬底100上形成栅电极层102(参照图3A)。

作为衬底100，除了可以使用玻璃衬底、陶瓷衬底以外，还可以使用具有可承受本制造工艺中的处理温度的耐热性的塑料衬底等。在衬底不需要透光性的情况下，可使用其中在诸如不锈钢合金等的金属衬底表面上设置绝缘层的衬底。作为玻璃衬底，可以使用利用钡硼硅玻璃、铝硼硅玻璃或铝硅玻璃等形成的无碱玻璃衬底。在衬底100为母体玻璃的情况下，不仅可以使用第一代(例如，320mm×400mm)至第七代(例如，1870mm×2200mm)或第八代(例如，2200mm×2400mm)的衬底，还可以使用第一代至第九代(例如，2400mm×2800mm)或第十代(例如，2950mm×3400mm)的衬底。

可以通过使用钼、钛、铬、钽、钨、铝、铜、钕或钪等的金属或以这些金属为主要成分的合金以单层或叠层方式形成栅电极层102。在使用铝的情况下，优选使用其中铝与钽合金化的Al-Ta合金，因为这样可以抑制小丘的产生。此外，更优选使用其中铝与钕合金化的Al-Nd合金，因为这样可以抑制电阻的增大并且抑制小丘的产生。替代地，也可以使用AgPdCu合金或以诸如磷的杂质元素掺杂的多晶硅为代表的半导体。例如，在铝层上层叠钼层的双层结构、在铜层上层叠钼层的双层结构、或者在铜层上层叠氮化钛层或氮化钽层的双层结构是优选的。当在低电阻的层上层叠起阻挡层作用的金属层时，可以降低电阻，并且可以防止金属元素从金属层扩散到半导体层中。替代地，也可以采用包括氮化钛层和钼层的双层结构或者其中层叠了厚度为50nm的钨层、厚度为500nm的铝和硅的合金层、以及厚度为30nm的氮化钛层的三层结构。在采用三层结构的情况下，可以使用氮化钨层代替第一导电层的钨层；使用铝-钛合金层代替第二导电层的铝-硅合金层；或可以使用钛层代替第三导电层的氮化钛层。例如，当在Al-Nd合金层上层叠钼层时，可以形成具有优越的耐热性和低电阻的导电层。

可以通过溅射法或真空蒸镀法等使用上述材料在衬底100上形成导电层，通过光刻法或喷墨法等在该导电层上形成抗蚀剂掩模，并使用该抗蚀剂掩模蚀刻导电层，来形成栅电极层102。替代地，也可以通过喷墨法将银、金或铜等的导电纳米浆料喷射在衬底上并烘焙导电浆料来形成栅电极层102。注意，可以在衬底100和栅电极层102之间设置任一种上述金属的氮化物层。在此，在衬底100上形成导电层，然后利用使用光掩模形成的抗蚀剂掩模进行蚀刻。

注意，优选将栅电极层102的侧面形成为锥形。这是为了当在后面的工序中将半导体层及布线层等形成在栅电极层102上时，防止在阶梯状部分处形成缺陷。为了将栅电极层102的侧面形成为锥形，可在使抗蚀剂掩模缩小的同时进行蚀刻。例如，通过在蚀刻气体(例如，氯气)中包含氧气，可以在使抗蚀剂掩模变薄的同时进行蚀刻。

通过形成栅电极层102的工序，可以同时形成栅极布线(扫描线)。而且，还可以同时形成像素部中包括的电容器线。注意，“扫描线”是指用于选择像素的布线，而“电容器线”是指连接至像素中的储能电容器的一个电极的布线。然而，不局限于此，也可以分别形成栅电极层102及栅极布线与电容器布线中的一者或二者。

接下来，形成栅极绝缘层104以覆盖栅电极层102(参照图3B)。可以通过CVD法或溅射法等使用氧化硅、氮化硅、氧氮化硅或氮氧化硅以单层或叠层方式形成栅极绝缘层104。另外，优选使用高频率(1GHz左右)的微波等离子体CVD装置形成栅极绝缘层104。当通过具有高频率的微波等离子体CVD装置形成栅极绝缘层104时，可以提高栅电极与漏电极及源电极之间的耐电压；因此，可获得高可靠性的薄膜晶体管。另外，使用氧氮化硅形成栅极绝缘层104，从而可抑制晶体管的阈值电压的波动。

在本说明书中定义的氧氮化硅中的氧含量大于氮含量，并且使用卢瑟福背散射质谱测量法(RBS)及氢前向散射法(HFS)的测量结果显示出氧、氮、硅以及氢的组分范围分别为50原子％至70原子％、0.5原子％至15原子％、25原子％至35原子％、以及0.1原子％至10原子％。另外，氮氧化硅中的氮含量大于氧含量，并且使用RBS及HFS的测量结果显示出氧、氮、硅以及氢的组分范围分别为5原子％至30原子％、20原子％至55原子％、25原子％至35原子％、以及10原子％至30原子％。注意，氮、氧、硅及氢的百分比落在上述范围内，其中氧氮化硅或氮氧化硅中包含的原子总数被定义为100原子％。

注意，在使用氮化硅形成栅极绝缘层104的情况下，通过在栅极绝缘层104上形成薄的氧氮化硅层，可以抑制在薄膜晶体管的工作初期产生的劣化。在此，将氧氮化硅层形成得极薄，只要其厚度大于或等于1nm。该厚度优选大于或等于1nm且小于或等于3nm。

接下来，对半导体层106的形成方法进行描述。将半导体层106形成为大于或等于2nm且小于或等于60nm的厚度，更优选为大于或等于10nm且小于或等于30nm的厚度。

另外，如上所述，半导体层106包括倒锥形或倒金字塔形的晶粒。例如，通过降低半导体层106中的氧浓度且使氮浓度高于氧浓度，并且根据晶粒的生长方向逐渐降低氮浓度，可以形成倒锥形或倒金字塔形的晶粒同时控制晶粒的核生成。在此，优选氮浓度比氧浓度高一个数位以上。更具体地说，通过SIMS测量的栅极绝缘层104和半导体层106之间的界面处的氧浓度小于或等于5×10¹⁸cm^-3，氮浓度大于或等于1×10²⁰cm^-3且小于等于1×10²¹cm^-3。另外，将氧浓度抑制得较低且使氮浓度高于氧浓度来形成倒锥形或倒金字塔形的晶粒。

将氧浓度保持较低而使氮浓度高于氧浓度的一种方法是在形成半导体层106之前使栅极绝缘层104的表面上包括大量的氮的方法。为了使栅极绝缘层104的表面包括大量的氮，在形成栅极绝缘层104之后且形成半导体层106之前，利用由包含氮的气体生成的等离子体对栅极绝缘层104的表面进行处理。在此，作为包含氮的气体，可以举出氨为例。

将氧浓度保持较低而使氮浓度高于氧浓度的另一方法是使与半导体层106接触的栅极绝缘层104中包含高浓度的氮的方法。因此，需要使用氮化硅形成栅极绝缘层104。注意，将在实施例2中描述该方法。

将氧浓度保持较低而使氮浓度高于氧浓度的另一方法是使用包含高浓度氮的膜覆盖用来形成半导体层106的处理室的内壁的方法。作为包含高浓度氮的材料，可以举出氮化硅为例。注意，也可以与栅极绝缘层104同时形成覆盖处理室内壁的包含高浓度氮的膜，这样可以简化工序，所以是优选的。另外，在此情况下，栅极绝缘层104和半导体层106在相同处理室中形成；因此，可以将装置小型化。注意，将在实施例3中对该方法进行描述。

将氧浓度抑制得低且使氮浓度高于氧浓度的另一方法是将用来形成半导体层106的气体中包含的氧浓度抑制得较低并提高氮浓度的方法。此时，只对在将成为半导体层106的膜的形成初期使用的气体供给氮。替代地，逐渐减少要供给的氮量。注意，将在实施例4中描述该方法。

为了将氧浓度抑制得较低而使氮浓度高于氧浓度，可以使用上述方法中的任一种，也可以组合使用这些方法。在本实施例中，栅极绝缘层104具有其中氧氮化硅层层叠在氮化硅层上的结构。形成栅极绝缘层104，并且将栅极绝缘层104暴露于氨中，藉此为栅极绝缘层104的表面提供氮。

在此，对形成栅极绝缘层104、半导体层106、以及源区及漏区110的示例进行详细说明。通过CVD法等形成这些层。另外，栅极绝缘层104具有其中氧氮化硅层形成在氮化硅层上的叠层结构。通过采用这种结构，氮化硅层可以防止包含在衬底中的不利地影响电特性的元素(在衬底为玻璃的情况下为诸如钠的元素)进入半导体层106等中。图6是示出用于形成这些层的CVD装置的示意图。

图6所示的等离子体CVD装置161连接至气体供应装置150及排气装置151。

图6所示的等离子体CVD装置161包括处理室141、载物台142、气体供应部143、簇射极板(shower plate)144、排气口145、上部电极146、下部电极147、交流电源148、以及温度控制部149。

处理室141由具有刚性的材料形成，且其内部可以抽成真空。处理室141设置有上部电极146和下部电极147。注意，在图6中示出了电容耦合型(平行板型)的结构；然而，还可以使用诸如电感耦合型等其他结构，只要通过施加两种以上的不同高频功率可以在处理室141中产生等离子体。

在使用图6所示的等离子体CVD装置进行处理时，从气体供应部143引入预定气体。被引入的气体经过簇射极板144被引入到处理室141中。通过连接至上部电极146和下部电极147的交流电源148施加高频功率，使处理室141内的气体被激发，藉此产生等离子体。另外，通过连接于真空泵的排气口145排出处理室141内的气体。另外，通过温度控制部149，可以在加热被处理对象的同时进行等离子体处理。

气体供应装置150包括填充有反应气体的汽缸152、压力调节阀153、停止阀154、以及质量流量控制器155等。处理室141包括在上部电极146和衬底100之间的被加工成板状并设置有多个孔的簇射极板。被引入上部电极146的反应气体经过内部的中空结构从这些孔引入处理室141内。

连接于处理室141的排气装置151具有进行抽真空的功能和在使反应气体流动的情况下控制处理室141内的压力以使其保持预定水平的功能。排气装置151的结构包括蝶阀156、导气阀(conductance valve)157、涡轮分子泵158、干燥泵159等。在并联配置蝶阀156和导气阀157的情况下，关闭蝶阀156并使导气阀157工作，从而控制反应气体的排气速度从而将处理室141中的压力保持在预定范围内。此外，通过打开传导性高的蝶阀156，可以进行抽高真空。

在对处理室141抽超高真空直到其压力低于10^-5Pa的情况下，优选同时使用低温泵160。替代地，在进行排气到超高真空作为极限真空度时，可将处理室141的内壁抛光成镜面，且处理室141可设置烘焙用加热器以减少从内壁的气体释放。

注意，如图6所示，当执行预涂处理以形成(沉积)膜以覆盖整个处理室141时，可以防止附着在处理室141内壁的杂质元素或形成处理室141内壁的杂质元素混入元件中。在本实施例中，作为预涂处理，可形成以硅为主要成分的膜。例如，可形成非晶硅膜等。注意，优选该膜不包含氧。

将参照图7说明从形成栅极绝缘层104直到形成包含作为供体的杂质元素的半导体层109(也称为包含赋予一导电型的杂质元素的半导体层)的一系列步骤。注意，以在氮化硅层上层叠氧氮化硅层的方式来形成栅极绝缘层104。

首先，在CVD装置的处理室141内加热形成有栅电极层102的衬底，并且将用来形成氮化硅层的源气引入处理室141内(图7的“预处理A1”)。在此，作为示例，引入源气并使其流量稳定，其中SiH₄的流量为40sccm，H₂的流量为500sccm，N₂的流量为550sccm，NH₃的流量为140sccm，并且在处理室141内的压力为100Pa、衬底温度为280℃的条件下进行370W的等离子体放电，藉此形成约110nm厚度的氮化硅层。之后，仅停止SiH₄的引入，并在几秒后停止等离子体放电(图7中的“SiN_x层的形成B1”)。这是因为若在SiH₄存在于处理室141内的状态下停止等离子体放电，则形成以硅为主要成分的粒状物或粉状物，这导致生产率降低。注意，可使用N₂气体或NH₃气体。在使用它们的混合气体的情况下，适当地调节流量。另外，适当地调节H₂气体的引入及流量，而当不需要时也可以不引入氢气。

接下来，排出用来形成氮化硅膜的源气，并且将用来形成氧氮化硅膜的源气引入处理室141内(图7中的“气体置换C1”)。在此，作为示例，引入源气并使其流量稳定，其中SiH₄的流量为30sccm且N₂O的流量为1200sccm，并且执行50W的等离子体放电，其中处理室141内的压力为40Pa、衬底温度为280℃，以形成约110nm厚度的氧氮化硅层。之后，与氮化硅层同样地，仅停止SiH₄的引入，并在几秒后停止等离子体放电(图7中的“SiO_xN_y层的形成D1”)。

通过上述工序，可以形成栅极绝缘层104。在形成栅极绝缘层104之后，从处理室141取出衬底100(图7中的“卸载E1”)。

在从处理室141取出衬底100之后，例如将NF₃气体引入处理室141中，以进行处理室141内部的清洗(图7的“清洗处理F1”)。之后，在处理室141中进行形成非晶硅层的处理(图7的“预涂处理G1”)。在此，将说明非晶硅膜的形成方法。将用来形成非晶硅膜的源气引入处理室141内。在此，示例作为示例，通过引入源气并使其稳定，其中SiH₄的流量为280sccm，H₂的流量为300sccm，并且在处理室141内的压力为170Pa、衬底温度为280℃的条件下进行60W的等离子体放电，以形成大约150nm厚度的半导体层。之后，与上述的氮化硅层等的形成相似地，只停止SiH₄的引入，并在几秒后停止等离子体放电。之后，排出这些气体，引入用来形成包含作为供体的杂质元素的半导体层109的气体(图7的“气体置换L1”)。通过该处理，在处理室141内壁上形成非晶硅层。替代地，也可以使用氮化硅进行预涂处理。这种情况下的处理与形成栅极绝缘层104的处理相似。之后，将衬底100传送到处理室141内(图7的“装载N1”)。

接下来，对栅极绝缘层104的表面供给氮。在此，通过将栅极绝缘层104暴露于氨气，而对栅极绝缘层104的表面供给氮(图7的“冲洗处理I1”)。另外，也可以在氨气体中包含氢。在此，作为示例，处理室141内的压力为20Pa至30Pa左右，衬底温度为280℃，处理时间为60秒。注意，虽然在本工序的处理中只执行对氨气体的暴露；然而，还可以进行等离子体处理。之后，排出用于上述处理的源气，并将用来形成半导体层105的源气引入处理室141内(图7的“气体置换J1”)。

接下来，在供给了氮的栅极绝缘层104的整个表面上形成半导体层105。半导体层105在后面的工序中被图案化成为半导体层106。首先，将用来形成半导体层105的源气引入处理室141内。在此，示例作为示例，通过引入源气并使其流量稳定，其中SiH₄的流量为10sccm，H₂的流量为1500sccm，并且在处理室141内的压力为280Pa、衬底温度为280℃的条件下进行50W的等离子体放电，以形成约50nm厚的半导体层。之后，与上述的氮化硅层等的形成相似地，只停止SiH₄的引入，并在几秒后停止等离子体放电(图7的“半导体层的形成K1”)。之后，排出这些气体，引入用来形成包含作为供体的杂质元素的半导体层109的气体(图7的“气体置换L1”)。注意，不限于此，不一定要进行气体置换。

在上述示例中，用来形成半导体层105的源气中的H₂的流量与SiH₄的流量之比为150∶1。由此，硅是逐渐沉积的。

对本实施例中的栅极绝缘层104的表面供给氮。如上所述，氮抑制硅晶核的生成。由此，在形成半导体层105的初期阶段中硅晶核不生成。在形成半导体层105的初期阶段中形成的该层成为图2所示的第一区域120。由于半导体层105是在固定条件下形成的，所以第一区域120和第二区域122在相同的条件下形成。如上所述，对栅极绝缘层104的表面供给氮，随后形成半导体层105，藉此形成包含氮的半导体层(图2所示的第一区域120)。在半导体层105中，氮浓度随着离半导体层105和栅极绝缘层104的界面的距离的增加而下降。当氮浓度降低到小于或等于一定值时，晶核产生。之后，晶核生长，从而形成晶粒121。

接下来，在半导体层105的整个表面上形成包含作为供体的杂质元素的半导体层109。包含作为供体的杂质元素的半导体层109在后面的工序中被图案化成为源区及漏区110。首先，将用来形成包含作为供体的杂质元素的半导体层109的源气引入处理室141内。在此，作为示例，通过引入源气并使其流量稳定，其中SiH₄的流量为100sccm，PH₃被H₂稀释到0.5体积％的混合气体的流量为170sccm，并且在处理室141内的压力为280Pa、衬底温度为280℃的条件下进行60W的等离子体放电，以形成大约50nm的半导体层。之后，与上述的氮化硅层等的形成相似地，只停止SiH₄的引入，并在几秒后停止等离子体放电(图7的“杂质半导体层的形成M1”)。之后，排出这些气体(图7的“排气N1”)。

如上所说明，可以进行直到形成包含作为供体的杂质元素的半导体层109的步骤(参照图4A)。

接下来，在包含作为供体的杂质元素的半导体层109上形成导电层111。

可以以铝、铜、钛、钕、钪、钼、铬、钽或钨等的单层或叠层的方式形成导电层111。也可以使用添加有防止小丘的产生的元素的铝合金(例如可以用于栅电极层102的Al-Nd合金等)形成导电层111。或者，也可以使用添加有作为供体的杂质元素的晶体硅。导电层111可具有其中与掺杂有作为供体的杂质元素的晶体硅接触一侧的层由钛、钽、钼、钨或这些元素的氮化物形成、并且在其上形成了铝或铝合金而成的叠层结构。再者，导电层111可具有其中使用钛、钽、钼、钨或这些元素的氮化物夹住铝或铝合金而成的叠层结构。例如，导电层111优选具有铝层夹在钼层之间的三层结构。

通过使用CVD法、溅射法或真空蒸镀法形成导电层111。另外，也可以通过使用丝网印刷法或喷墨法等喷射银、金或铜等的导电纳米浆料并进行烘焙来形成导电层111。

接下来，在导电层111上形成第一抗蚀剂掩模131(参照图4B)。第一抗蚀剂掩模131具有厚度不同的两个区域，并且可以使用多级灰度掩模形成。，因为要使用的光掩模的数量减少且制造工序数减少，所以优选使用多级灰度掩模。在本实施例中，可以在形成半导体层的图案的工序和将半导体层109分离成源区和漏区的工序中使用利用多级灰度掩模形成的抗蚀剂掩模。

多级灰度掩模是能以多级光强进行曝光的掩模，典型地说，以三级光强进行曝光以提供曝光区域、半曝光区域以及未曝光区域。当使用多级灰度掩模时，一次曝光及显影工艺允许形成具有多种(典型为两种)厚度的抗蚀剂掩模。由此，通过使用多级灰度掩模，可以减少光掩模的数量。

图8A及8B包括典型的多级灰度掩模的横截面图。图8A表示灰色调掩模180，而图8B表示半色调掩模185。

图8A所示的灰色调掩模180包括在具有透光性的衬底181上使用遮光膜形成的遮光部182以及利用遮光膜的图案设置的衍射光栅部183。

衍射光栅部183具有以小于或等于用于曝光的光的分辨率极限的间隔设置的狭缝、点或网格等，藉此控制光的透过量。注意，设置在衍射光栅部183处的狭缝、点或网格既可以是周期性的或非周期性的。

作为具有透光性的衬底181，可以使用石英衬底等。可使用金属或金属氧化物、优选使用铬、氧化铬等形成遮光部182及衍射光栅部183的遮光膜。

在对灰色调掩模180照射用来曝光的光的情况下，如图8A所示，与遮光部182重叠的区域的透光率为0％，而未设置遮光部182或衍射光栅部183的区域的透光率为100％。另外，衍射光栅部183处的透光率基本在10％至70％的范围内，这可以根据衍射光栅的狭缝、点或网格的间隔等来调整。

图8B所示的半色调掩模185包括在具有透光性的衬底186上使用半透光膜形成的半透光部187以及使用遮光膜形成的遮光部188。

可以使用MoSiN、MoSi、MoSiO、MoSiON、CrSi等的膜形成半透光部187。可使用与灰色调掩模的遮光膜相同的金属或金属氧化物形成遮光部188，优选使用铬或氧化铬等。

在对半色调掩模185照射用来曝光的光的情况下，如图8B所示，与遮光部188重叠的区域的透光率为0％，而未设置遮光部188或半透光部187的区域的透光率为100％。另外，半透光部187中的透光率大致在10％至70％的范围内，这可以根据要形成的材料的种类或厚度等来调整。

通过使用多级灰度掩模进行曝光及显影，可以形成包括不同厚度的区域的抗蚀剂掩模。

接下来，使用第一抗蚀剂掩模131对半导体层105、包含作为供体的杂质元素的半导体层109以及导电层111进行蚀刻。通过该工序，半导体层105、包含作为供体的杂质元素的半导体层109以及导电层111被分离到各个元件中(参照图4C)。

在此，缩小第一抗蚀剂掩模131以形成第二抗蚀剂掩模132。执行利用氧等离子体的灰化来缩小抗蚀剂掩模。

接下来，使用第二抗蚀剂掩模132对导电层111进行蚀刻以形成布线层112(参照图5A)。布线层112构成源电极及漏电极。优选通过湿法蚀刻进行导电层111的蚀刻。通过湿法蚀刻，选择性地蚀刻导电层，使导电层的侧面比第二抗蚀剂掩模132更向内缩小，而形成布线层112。由此，布线层112的侧面与被蚀刻的包含作为供体的杂质元素的半导体层109的侧面不共面，且源区及漏区110的侧面在布线层112的侧面外侧形成。布线层112不仅起到源电极及漏电极的作用，而且还起到信号线的作用。但是，不局限于此，也可以分别设置信号线和布线层112。

接下来，在保留第二抗蚀剂掩模132的状态下，对包含作为供体的杂质元素的半导体层109进行蚀刻，以形成源区及漏区110(参照图5B)。

接下来，优选在保留第二抗蚀剂掩模132的状态下进行干蚀刻。在此，设置干蚀刻条件，以使不对露出的半导体层106造成损伤并且半导体层106的蚀刻速度低。即，采用几乎不对露出的半导体层106的表面造成损伤并且半导体层106的厚度几乎不减少的条件。作为蚀刻气体可以使用Cl₂气体等。另外，对于蚀刻方法没有特别限制，可以使用ICP方法、CCP方法、ECR方法、反应离子蚀刻(RIE)方法等。

这里可使用的干法蚀刻条件的示例如下：Cl₂气体的流量为100sccm，反应室内的压力为0.67Pa，下部电极温度为-10℃，对上部电极的线圈施加2000W的RF(13.56MHz)功率来产生等离子体，不对衬底100侧施加功率(即无偏置0W)；因此进行三十秒的蚀刻。反应室内壁的温度优选为80℃左右。

接下来，优选在保留第二抗蚀剂掩模132的状态下进行等离子体处理。在此，优选例如利用水等离子体进行等离子体处理。

通过在反应空间引入含以水蒸气(H₂O蒸气)为代表的水为主要成分的气体以产生等离子体，可以进行水等离子体处理。借助于水等离子体可以去除第二抗蚀剂掩模132。另外，在一些情况下，当通过进行水等离子体处理或暴露于大气中后进行水等离子体处理时，氧化物膜形成。

注意，在不使用水等离子体处理的情况下，可在不对半导体层106的露出区域造成损伤并且半导体层106的蚀刻速度低的条件下进行干法蚀刻。

如上所述，在形成一对源区及漏区110之后，在不对半导体层106造成损伤的条件下进一步进行干法蚀刻，藉此可以去除存在于露出的半导体层106上的残渣等杂质元素。另外，通过进行干法蚀刻接着按顺序进行水等离子体处理，也可以去除第二抗蚀剂掩模132。通过进行水等离子体处理，可以使源区和漏区之间可靠地绝缘，从而在完成的薄膜晶体管中，截止电流可降低，导通电流可提高，且可以减少电特性的不均匀性。

注意，等离子体处理等工序不限于上述顺序。在去除第二抗蚀剂掩模132之后，可进行无偏置的蚀刻或等离子体处理。

如上所说明，可以制造根据本实施例的薄膜晶体管(参照图5B)。根据本实施例的薄膜晶体管可以应用于在以液晶显示装置为代表的显示装置的像素中设置的开关晶体管。在此情况下，形成具有开口的绝缘层114以覆盖该薄膜晶体管，并且形成像素电极层116以连接于利用该开口部中布线层112形成的源电极或漏电极(参照图5C)。可以通过光刻法形成该开口。之后，在绝缘层114上设置像素电极层116以通过该开口连接。因此，可以制造图1所示的设置在显示装置的像素中的开关晶体管。

注意，可以以与栅极绝缘层104相似的方式形成绝缘层114。优选使用氮化硅形成致密的绝缘层114，以便防止大气中浮动的有机物、金属或水蒸气等会成为污染源的杂质元素进入。

另外，可以使用包含具有透光性的导电高分子(也称为导电聚合物)的导电组成物形成像素电极层116。优选的是，像素电极层116的薄层电阻小于或等于10000Ω/cm²，并且在波长为550nm时的透光率大于或等于70％。另外，包含在导电组成物中的导电高分子的电阻率优选小于或等于0.1Ω·cm。

作为导电高分子，可以使用所谓的π电子共轭类导电高分子。例如，可以举出聚苯胺或其衍生物、聚吡咯或其衍生物、聚噻吩或其衍生物、或者这些的两种以上的共聚物等。

可以使用包含氧化钨的氧化铟、包含氧化钨的铟锌氧化物、包含氧化钛的铟氧化物、包含氧化钛的铟锡氧化物、铟锡氧化物(以下表示为ITO)、铟锌氧化物或添加有氧化硅的铟锡氧化物等形成像素电极层116。

可通过光刻法蚀刻像素电极层116，以与布线层112等相似的方式图案化。

注意，虽然未图示，但是也可以在绝缘层114和像素电极层116之间形成通过旋涂法等使用有机树脂形成的绝缘层。

因此，如本实施例所示，可以得到导通电流高的薄膜晶体管。

实施例2

在本实施例中，将对与实施例1不同的制造图1所示薄膜晶体管的制造方法进行说明。在本实施例中，如实施例1那样形成包含倒锥形或倒金字塔形的晶粒的半导体层。然而，使半导体层包含氮的方法与实施例1中描述的方法不同。

在本实施例中，使用氮化硅形成与半导体层接触的栅极绝缘层，藉此半导体层的氮浓度受控制，且形成包含具有倒锥形或倒金字塔形的晶粒的半导体层。以下将参照图9说明从形成栅极绝缘层104直到形成包含作为供体的杂质元素的半导体层109的一系列步骤。

首先，在CVD装置的处理室141内加热形成有栅电极层102的衬底，并且将用来形成氮化硅层的源气引入处理室141内(图9的预处理A2)。在此，作为示例，引入源气并使其流量稳定，以使SiH₄的流量为40sccm，H₂的流量为500sccm，N₂的流量为550sccm，NH₃的流量为140sccm，并且在处理室141内的压力为100Pa、衬底温度为280℃的条件下进行370W的等离子体放电，以形成约300nm厚度的氮化硅层。之后，仅停止SiH₄的引入，并且在几秒后停止等离子体放电(图9的“SiN_x层的形成B2”)。注意，可使用N₂气体或NH₃气体。在使用它们的混合气体的情况下，优选适当地调节其流量。另外，适当地调节H₂气体的引入及流量，而当不需要时也不一定引入它。

接下来，排出用来形成氮化硅层的源气，将用来形成半导体层105的源气引入处理室141内(图9的“气体置换C2”)。

接下来，在栅极绝缘层104的整个表面上形成半导体层105。在后面的工序中，半导体层105被图案化成为半导体层106。首先，将用来形成半导体层105的源气引入处理室141内。在此，作为示例，引入源气并使其流量稳定，以使SiH₄的流量为10sccm，H₂的流量为1500sccm，并且在处理室141内的压力为280Pa，衬底温度为280℃的条件下进行50W的等离子体放电，以形成约50nm厚度的半导体层。之后，以与上述的氮化硅层等的形成同样的方式，仅停止SiH₄的引入，并且在几秒后停止等离子体放电(图9的“半导体层的形成D2”)。之后，排出这些气体，引入用来形成包含作为供体的杂质元素的半导体层109的气体(图9的“气体置换E2”)。注意，不限于此，不一定要进行气体置换。

在上述示例中，在用来形成半导体层105的源气中，H₂的流量与SiH₄的流量之比为150∶1，因此，硅是逐渐沉积的。

在本实施例中，因为与半导体层105接触的栅极绝缘层104由氮化硅形成，所以在栅极绝缘层104的表面上存在大量的氮。如上所述，氮抑制硅的晶核生成。由此，在形成半导体层105的初期阶段中硅晶核不生成。在形成半导体层105的初期阶段中形成的该层成为图2所示的第一区域120。因为半导体层105是在固定条件下形成的，所以第一区域120和第二区域122在相同的条件下形成。如上所述，由于栅极绝缘层104由氮化硅形成，所以栅极绝缘层104上的半导体层105可包括氮(图2所示的第一区域120)。在半导体层105中，氮浓度随着离半导体层105和栅极绝缘层104的界面的距离的增加而下降。当氮浓度小于或等于一定值时，晶核产生。之后，晶核生长，从而晶粒121形成。注意在此，在作为晶粒121开始生长的起点的晶核生成位置，通过SIMS测量的氮浓度大于或等于1×10²⁰cm^-3且小于或等于1×10²¹cm^-3，优选大于或等于2×10²⁰cm^-3且小于或等于7×10²⁰cm^-3。

注意，作为抑制晶核生成的杂质元素，选择在硅中不捕获载流子的杂质元素(例如，氮)。另一方面，降低生成硅的悬空键的杂质元素(例如，氧)的浓度。由此，优选不降低氮浓度地降低氧浓度。具体而言，优选通过SIMS测量的氧浓度小于或等于5×10¹⁸cm^-3。

接下来，在半导体层105的整个表面上形成包含作为供体的杂质元素的半导体层109。包含作为供体的杂质元素的半导体层109在后面的工序中被图案化成为源区及漏区110。首先，将用来形成包含作为供体的杂质元素的半导体层109的源气引入处理室141内。在此，示例作为示例，通过引入源气并使其流量稳定，其中SiH₄的流量为100sccm，PH₃被H₂稀释到0.5体积％的混合气体的流量为170sccm，并且在处理室141内的压力为280Pa、衬底温度为280℃的条件下进行60W的等离子体放电，以形成约50nm厚度的包含作为供体的杂质元素的半导体层。之后，与上述的氮化硅层等的形成相似地，只停止SiH₄的引入，并在几秒后停止等离子体放电(图9的“杂质半导体层的形成F2”)。之后，排出这些气体(图9的“排气G2”)。

如上所说明，通过使用氮化硅形成与半导体层接触的栅极绝缘层的最上层，可以将氧浓度抑制得较低而使氮浓度高于氧浓度，从而可以形成包含具有倒锥形或倒金字塔形的晶粒的半导体层。

实施例3

在本实施例中，将对图1所示的与实施例1及实施例2不同的薄膜晶体管的制造方法进行说明。在本实施例中，与实施例1及实施例2同样地形成包含具有倒锥形或倒金字塔形的晶粒的半导体层。然而，使半导体层包含氮的方法与实施例1和2中所描述的方法不同。

在本实施例中，在形成半导体层之前进行处理室141内的清洗，之后使用氮化硅层覆盖反应室内壁，藉此使半导体层包含氮，将氧浓度保持较低而使氮浓度高于氧浓度。以下将参照图10说明从形成栅极绝缘层104直到形成包含作为供体的杂质元素的半导体层109的步骤。

首先，在CVD装置的处理室141内(反应室内)加热形成有栅电极层102的衬底，并且将用来形成氮化硅层的源气引入处理室141内，以便形成氮化硅层(图10的“预处理A3”)。在此，作为示例，通过引入源气并使其流量稳定，其中SiH₄的流量为40sccm，H₂的流量为500sccm，N₂的流量为550sccm，NH₃的流量为140sccm，并且在处理室141内的压力为100Pa、衬底温度为280℃的条件下进行370W的等离子体放电，以形成约110nm厚度的氮化硅层。之后，只停止SiH₄的引入，并在几秒后停止等离子体放电(图10的“SiN_x层的形成B3”)。注意，使用N₂气体及NH₃气体中的任一者即可。在使用它们的混合气体的情况下，适当地调节流量。另外，适当地调节H₂气体的引入及流量，而当不需要时不引入H₂也可以。

接下来，排出用来形成氮化硅层的源气，并且将用来形成氧氮化硅层的源气引入处理室141内(图10的“气体置换C3”)。在此，作为示例，通过引入源气并使其稳定，其中SiH₄的流量为30sccm，N₂O的流量为1200sccm，并且在处理室141内的压力为40Pa、衬底温度为280℃的条件下进行50W的等离子体放电，以形成约110nm厚度的氧氮化硅层。之后，与氮化硅层相似地，只停止SiH₄的引入，并在几秒后停止等离子体放电(图10的“SiO_xN_y层的形成D3”)。

通过上述工序，可以形成栅极绝缘层104。在形成栅极绝缘层104之后，从处理室141取出衬底100(图10中的“卸载E3”)。

在从处理室141取出衬底100之后，将NF₃气体引入处理室141，以进行处理室141内部的清洗(图10的“清洗处理F3”)。之后，与栅极绝缘层104相似地进行形成氮化硅层的处理(图10的“预涂处理G3”)。通过该处理，处理室141的内壁被氮化硅层覆盖。之后，将衬底100传送到处理室141中，并且将用来形成半导体层105的源气引入处理室141内(图10的“1装载H3”)。

接下来，在栅极绝缘层104的整个表面上形成半导体层105。半导体层105在后面的工序中被图案化成为半导体层106。首先，将用来形成半导体层105的源气引入处理室141内。在此，作为示例，通过引入源气并使其流量稳定，其中SiH₄的流量为10sccm，H₂的流量为1500sccm，并且在处理室141内的压力为280Pa、衬底温度为280℃的条件下进行50W的等离子体放电，以形成约50nm厚度的半导体层。之后，与上述的氮化硅层等的形成相似地只停止SiH₄的供给，并在几秒后停止等离子体放电(图10的“半导体层的形成I3”)。之后，排出这些气体，引入用来形成包含作为供体的杂质元素的半导体层109的气体(图10的“气体置换J3”)。注意，不限于此，不一定要进行气体置换。

在上述示例中，用来形成半导体层105的源气中的H₂的流量与SiH₄的流量之比为150∶1。由此，硅是逐渐沉积的。

在本实施例中，氮从被氮化硅层覆盖的处理室内壁被供给到栅极绝缘层104的表面。如上所述，氮抑制硅晶核的生成。由此，在形成半导体层105的初期阶段，硅晶核不生成。在形成半导体层105的初期阶段中形成的该层是图2所示的第一区域120。由于半导体层105是在固定条件形成的，所以第一区域120和第二区域122在相同的条件下形成。如上所述，因为对栅极绝缘层104的表面供给氮，所以半导体层105可包括氮(图2所示的第一区域120)。在半导体层105中，氮浓度随着离半导体层105和栅极绝缘层104的界面的距离的增加而逐渐下降。当氮浓度降低到小于或等于一定值时，晶核产生。之后，晶核生长，从而形成晶粒121。

接下来，在半导体层105的整个表面上形成包含作为供体的杂质元素的半导体层109。包含作为供体的杂质元素的半导体层109在后面的工序中被图案化成为源区及漏区110。首先，将用来形成包含作为供体的杂质元素的半导体层109的源气引入处理室141内。在此，作为示例，通过引入源气并使其流量稳定，其中SiH₄的流量为100sccm，PH₃被H₂稀释为0.5体积％的混合气体的流量为170sccm，并且在处理室141内的压力为280Pa、衬底温度为280℃的条件下进行60W的等离子体放电，以形成约50nm厚度的半导体层。之后，与上述的氮化硅层等的形成相似地，只停止SiH₄的供给，并在几秒后停止等离子体放电(图10的“包含作为供体的杂质元素的半导体层的形成K3”)。之后，排出这些气体(图10的“排气L3”)。

如上所述，通过至少正好在形成半导体层105之前使用氮化硅层覆盖处理室141的内壁，可以将栅极绝缘层104中的氧浓度抑制得较低而使栅极绝缘层104中的氮浓度高于氧浓度，从而形成包含具有倒锥形或倒金字塔形的晶粒的半导体层。

另外，通过使用氮化硅层覆盖处理室141的内壁，也可以防止构成处理室141的内壁的元素等混入半导体层中。

注意，在上述说明中，通过在氮化硅层上层叠氧氮化硅层形成栅极绝缘层104；所以描述了在形成栅极绝缘层104之后进行清洗处理和预涂处理的方式。但是，本实施例也可以与实施例2组合来实施。就是说，也可以使用氮化硅形成栅极绝缘层104，并且该栅极绝缘层104的形成步骤兼作为预涂处理，藉此工序得到简化，且可以提高产量。

实施例4

在本实施例中，将描述与实施例1至实施例3不同的半导体装置的制造方法。在本实施例中，与实施例1同样形成包含具有倒锥形或倒金字塔形的晶粒的半导体层。但是，使半导体层包含氮的方法不同。

在本实施例中，通过将氮混入半导体层的形成初期所使用的气体中，可以将氧浓度保持得较低而使氮浓度高于氧浓度。以下将参照图11说明从形成栅极绝缘层104直到形成包含作为供体的杂质元素的半导体层109的一系列步骤。

首先，在CVD装置的处理室141内(即反应室内)加热形成有栅电极层102的衬底，并且将用来形成氮化硅层的源气引入处理室141内，以便形成氮化硅层(图11的预处理A4)。在此，示例作为示例，通过引入源气并使其流量稳定，其中SiH₄的流量为40sccm，H₂的流量为500sccm，N₂的流量为550sccm，NH₃的流量为140sccm的，并且在处理室141内的压力为100Pa、衬底温度为280℃的条件下进行370W的等离子体放电，以形成约110nm厚度的氮化硅层。之后，只停止SiH₄的引入，并在几秒后停止等离子体放电(图11的“SiN_x层的形成B4”)。注意，可使用N₂气体或NH₃气体。在使用它们的混合气体的情况下，可适当地调节流量。另外，可适当地调节H₂气体的引入及其流量，而当不需要时也可以不引入H₂气体。

接下来，排出用来形成氮化硅层的源气，并且将用来形成氧氮化硅层的源气引入处理室141内(图11的“气体置换C4”)。在此，作为示例，通过引入源气并使其流量稳定，其中SiH₄的流量为30sccm，N₂O的流量为1200sccm，并且在处理室141内的压力为40Pa、衬底温度为280℃的条件下进行50W的等离子体放电，以形成大约110nm厚度的氧氮化层。之后，与氮化硅层同样地只停止SiH₄的引入，并在几秒后停止等离子体放电(图11的“SiO_xN_y层的形成D4”)。之后，排出这些气体，引入用来形成半导体层105的气体(图11的“气体置换E4”)。

接下来，在栅极绝缘层104的整个表面上形成半导体层105。半导体层105在后面的工序中被图案化成为半导体层106。在此，作为示例，通过引入源气并使其流量稳定，其中SiH₄的流量为10sccm，H₂的流量为1500sccm，N₂的流量为1000sccm的，并且在处理室141内的压力为280Pa、衬底温度为280℃的条件下进行50W的等离子体放电，之后，仅将N₂的流量设定为0并使半导体层生长，以形成约50nm厚度的半导体层。之后，与上述的氮化硅层等的形成同样地只停SiH₄的引入，并在几秒后停止等离子体放电(图11的“半导体层的形成F4”)。之后，排出这些气体，并引入用来形成包含作为供体的杂质元素的半导体层109的气体(图11的“气体置换G4”)。注意，可以使用NH₃代替N₂。注意，不限于此，不一定需要进行气体置换。

在上述示例中，用来形成半导体层105的源气中的H₂的流量与SiH₄的流量之比为150∶1。由此，硅是逐渐沉积的。

在本实施例中，半导体层105的形成初期所使用的气体中包含氮。如上所述，氮抑制硅的晶核生成。由此，在形成半导体层105的初期阶段中，硅晶核不生成。在形成半导体层105的初期阶段中形成的该层成为图2所示的第一区域120。如上所述，由于形成半导体层105的初期阶段所使用的气体中包含氮，所以半导体层105包含氮(图2所示的第一区域120)。在半导体层105中，氮浓度随着离半导体层105和栅极绝缘层104的界面的距离的增加而下降。当氮浓度小于或等于一定值时，晶核产生。之后，晶核生长，从而形成晶粒121。

接下来，在半导体层105的整个表面上形成包含作为供体的杂质元素的半导体层109。包含作为供体的杂质元素的半导体层109在后面的工序中被图案化成为源区及漏区110的层。首先，将用来形成包含作为供体的杂质元素的半导体层109的源气引入处理室141内。在此，作为示例，通过引入源气并使其流量稳定，其中SiH₄的流量为100sccm，PH₃被H₂稀释到0.5体积％的混合气体的流量为170sccm，并且在处理室141内的压力为280Pa、衬底温度为280℃的条件下进行60W的等离子体放电，以形成约50nm厚度的半导体层。之后，与上述的氮化硅层等的形成同样地，只停止SiH₄的引入，并在几秒后停止等离子体放电(图11的“杂质半导体层的形成H4”)。之后，排出这些气体(图11的“排气I4”)。

如上所述，通过将氮包含在半导体层的形成初期所使用的气体中，可以将氧浓度保持较低而使氮浓度高于氧浓度，从而可形成包含具有倒锥形或倒金字塔形的晶粒的半导体层。

实施例5

在本实施例中，将参照附图说明薄膜晶体管的方式的示例。在本实施例中，在不使用多级灰度掩模的情况下形成薄膜晶体管。

图12示出根据本实施例的薄膜晶体管的俯视图及横截面图。图12所示的薄膜晶体管包括衬底200上的栅电极层202、覆盖栅电极层202的栅极绝缘层204、设置在栅极绝缘层204上并与其接触的半导体层206、以及设置在半导体层206的一部分上并与其接触的源区及漏区210。另外，该薄膜晶体管包括设置在栅极绝缘层204及源区及漏区210上并与它们接触的布线层212。布线层212构成源电极及漏电极。该薄膜晶体管包括在布线层212上起保护膜作用的绝缘层214。另外，各个层被图案化成所希望的形状。

注意，图12所示的薄膜晶体管可以按照与图1所示的薄膜晶体管相似的方式应用于设置在液晶显示装置的像素部中的像素晶体管。由此，在图12示例中，在绝缘层214中设置开口，在绝缘层214上设置像素电极层216，以使像素电极层216和布线层212相连接。

另外，将源电极及漏电极之一形成为U字形状(反C形状或马蹄形状)并使其包围源电极及漏电极中的另一者。源电极和漏电极之间的距离保持几乎恒定(参照图12)。

通过将薄膜晶体管的源电极及漏电极形成为上述形状，可以使该薄膜晶体管的沟道宽度增大，从而增加电流量。另外，可以减少电特性的不均匀性。再者，可以抑制因制造工序中的掩模图案未对准而导致的可靠性的降低。然而，本发明不局限于此，且源电极及漏电极中的一者不一定具有U字形状。

本实施例中的半导体层206具有与实施例1中的半导体层106相似的特征，并且可以使用与半导体层106相似的材料及方法形成。替代地，半导体层206也可以如实施例2至实施例4所说明那样形成。因此，在本实施例中，将省略半导体层206的形成的详细说明。

接着，对图12所示的薄膜晶体管的制造方法进行说明。与p沟道薄膜晶体管相比，n沟道薄膜晶体管的载流子迁移率高。优选使形成在同一衬底上的所有薄膜晶体管具有相同极性，因为这样可以减少工序数。由此，在本实施例中，对n沟道薄膜晶体管的制造方法进行说明。

首先，在衬底200上形成栅电极层202(参照图13A)。

作为衬底200，可以使用与实施例1中的衬底100相似的衬底。

栅电极层202可以使用与实施例1中的栅电极层102相似的材料及方法形成。

接下来，形成栅极绝缘层204以覆盖栅电极层202(参照图13B)。栅极绝缘层204可以以与实施例1中的栅极绝缘层104相似的材料及方法形成。

在此，可以对栅极绝缘层204进行供给氮的处理(参照图13C)。作为供给氮的处理，可以举出实施例1所说明的将栅极绝缘层204暴露于NH₃气体的处理为例。

接下来，在栅极绝缘层204上形成半导体层205和包含作为供体的杂质元素的半导体层209(参照图14A)。之后，在包含作为供体的杂质元素的半导体层209上形成第一抗蚀剂掩模231(参照图14B)。

可以与实施例1中的半导体层105相似地形成半导体层205。可以与实施例1中的包含作为供体的杂质元素的半导体层109相似地形成包含作为供体的杂质元素的半导体层209。

注意，也可以通过实施例2至实施例4所说明的方法形成半导体层205。

接下来，使用第一抗蚀剂掩模231对半导体层205及包含作为供体的半导体层209进行蚀刻，以形成岛状的半导体层(参照图14C)。之后，去除第一抗蚀剂掩模231(参照图15A)。

接下来，形成导电层211以覆盖被蚀刻的半导体层205及包含作为供体的杂质元素的半导体层209(参照图15B)。可以使用与导电层111同样的材料及方法形成导电层211。之后，在导电层211上形成第二抗蚀剂掩模232(参照图15C)。

接下来，使用第二抗蚀剂掩模232对导电层211进行蚀刻，以形成布线层212(参照图16A)。布线层212构成源电极及漏电极。优选使用湿法蚀刻进行导电层211的蚀刻。通过湿法蚀刻选择性地蚀刻导电层。因此，导电层211的侧面比第二抗蚀剂掩模232的侧面更向内缩小，而形成布线层212。由此，布线层212的侧面和被蚀刻的包含作为供体的杂质元素的半导体层209的侧面不共面，且源区及漏区的侧面在布线层212的侧面外侧形成。布线层212不仅起到源电极及漏电极的作用，而且还起到信号线的作用。但是，不限于此，也可以分别设置信号线和布线层212。

接下来，使用第二抗蚀剂掩模232对包含作为供体的杂质元素的岛状半导体层209进行蚀刻(参照图16B)，由此形成半导体层206以及源区及漏区210。

接下来，与实施例1相似地，在保留第二抗蚀剂掩模232的状态下，以不对半导体层206造成损伤并且对于半导体层206的蚀刻速度低的条件进行干法蚀刻。再者，通过水等离子体处理去除第二抗蚀剂掩模232(图16C)。

通过上述工序，可以制造根据本实施例的薄膜晶体管。根据本实施例的薄膜晶体管可以与实施例1所说明的薄膜晶体管同样地应用于在以液晶显示装置为代表的显示装置的像素中设置的开关晶体管。因此，形成绝缘层214以覆盖该薄膜晶体管。绝缘层214形成有到达由布线层212构成的源电极及漏电极的开口。可以通过光刻法形成该开口。之后，在绝缘层214上设置像素电极层216以使它通过该开口与布线层212连接，从而形成为图12所示的显示装置的像素而设置的开关晶体管。

注意，可以与实施例1中的绝缘层114同样地形成绝缘层214。另外，可以与实施例1中的像素电极层116同样地形成像素电极层216。

虽然未图示，但也可以在绝缘层214和像素电极层216之间形成通过旋涂法等使用有机树脂膜形成的绝缘层。

如本实施例所说明，在不使用多级灰度掩模的情况下，可以得到导通电流高的薄膜晶体管。

实施例6

在本实施例中，以下将说明包括实施例5所示的薄膜晶体管的液晶显示装置作为显示装置的一个方式。在此，参照图17至图19说明VA(垂直取向)型液晶显示装置。VA型是指控制液晶面板的液晶分子的取向的方式之一。在VA型液晶显示装置中，当不施加电压时，液晶分子垂直于面板的方向。在本实施例中，特别设计将像素分为几个区域(子像素)，以使液晶分子在各自区域中以不同方向取向。将此称为多畴或多畴设计。在以下说明中，将说明具有多畴设计的液晶显示装置。

图17及图18示出VA型液晶显示装置的像素结构。图18是本本实施例所示的像素结构的平面图，而图17示出沿图18中的线Y-Z所取的横截面结构。在以下说明中，参照图17及18进行说明。

在本实施例所示的像素结构中，设置在衬底250上的一个像素包括多个像素电极，并且各像素电极经由平坦化膜258及绝缘层257连接到薄膜晶体管。各薄膜晶体管由不同的栅极信号驱动。具体说，多畴设计的像素具有施加到各像素电极的信号被独立控制的结构。

像素电极260经由开口259中的布线255与薄膜晶体管264连接。此外，像素电极262经由开口部263中的布线256与薄膜晶体管265连接。薄膜晶体管264的栅电极252和薄膜晶体管265的栅电极253彼此分离，以便能够向它们提供不同的栅极信号。另一方面，薄膜晶体管264和薄膜晶体管265共同使用用作数据线的布线254。可以通过实施例5所示的方法来制造薄膜晶体管264及薄膜晶体管265。

像素电极260和像素电极262具有不同的形状，并且通过狭缝261彼此分离。像素电极262被形成为包围扩展为V字型的像素电极260。通过薄膜晶体管264及薄膜晶体管265使施加到像素电极260和像素电极262的电压时序交错来控制液晶的取向。当对栅电极252和栅电极253提供不同的栅极信号时，可以使薄膜晶体管264及薄膜晶体管265的工作时序交错。此外，在像素电极260及262上形成取向膜272。

对置衬底251设置有遮光膜266、着色膜267、对置电极269。此外，在着色膜267和对置电极269之间形成有平坦化膜268，以防止液晶取向的无序。此外，在对置电极269上形成有取向膜271。图19示出对置衬底251一侧的像素结构。对置电极269由不同的像素共同使用，并且对置电极269具有狭缝270。通过交替地设置该狭缝270和像素电极260及像素电极262的狭缝261，可以产生倾斜电场，从而控制液晶的取向。因此，可以使液晶的取向方向根据位置不同，从而扩大视角。

这里，衬底、着色膜、遮光膜以及平坦化膜形成滤色片。不一定在衬底上形成遮光膜以及平坦化膜中的任一者或者二者。

此外，着色膜具有使可见光的波长范围中的预定波长范围的光优先透过的功能。通常，将优先使红色波长范围的光透过的着色膜、优先使蓝色波长范围的光透过的着色膜、以及优先使绿色波长范围的光透过的着色膜组合用于滤色片。然而，着色膜的组合不限于上述组合。

将液晶层273夹置在像素电极260和对置电极269之间的区域对应于第一液晶元件。将液晶层273夹置在像素电极262和对置电极269之间的区域对应于第二液晶元件。这是一个像素中包括第一液晶元件和第二液晶元件的多畴结构。

注意，虽然在此描述VA型液晶显示装置作为液晶显示装置，但本发明不限于此。就是说，可以将通过使用实施例5所描述的薄膜晶体管形成的元件衬底用于FFS型液晶显示装置、IPS型液晶显示装置、TN型液晶显示装置、或其他液晶显示装置。

另外，虽然在本实施例中使用实施例5中所制造的薄膜晶体管，但是也可以使用实施例1中所制造的薄膜晶体管。

如上所说明，可以制造液晶显示装置。因为将导通电流高的薄膜晶体管用作本实施例的液晶显示装置中的像素晶体管，所以可以制造图像质量良好(例如高对比度)且功耗低的液晶显示装置。

实施例7

在本实施例中，作为显示装置的一个方式，将对包括实施例5所示的薄膜晶体管的发光显示装置进行说明。在此，将对发光显示装置所包括的像素的结构示例进行说明。图20A示出像素的平面图，且图20B示出沿图20A中的线A-B所取的横截面结构。

在本实施例中，描述了使用利用电致发光的发光元件的发光显示装置。利用电致发光的发光元件根据发光材料是有机化合物还是无机化合物来大致分类。一般而言，前者被称为有机EL元件，后者被称为无机EL元件。虽然在此利用实施例5作为薄膜晶体管的制造方法，但是制造方法不限于此，也可以采用实施例1中所描述的制造方法。

在有机EL元件中，通过对发光元件施加电压，从一对电极将电子及空穴分别注入到包含发光性有机化合物的层中，且电流流过。然后，通过这些载流子(电子及空穴)的复合，发光性有机化合物形成激发态，并当激发态驰豫到基态时发光。由于上述机理，这种发光元件被称为电流激发型发光元件。

无机EL元件根据其元件结构被分类为分散型无机EL元件和薄膜型无机EL元件。分散型无机EL元件具有发光材料颗粒分散在粘合剂中的发光层，并且其发光机理是利用供体能级和受体能级的供体-受体复合型发光。薄膜型无机EL元件具有发光层夹在电介质层之间且夹在电介质层之间的发光层进一步夹在电极之间的结构，并且其发光机理是利用金属离子内层电子跃迁的局部存在型发光。注意，这里使用有机EL元件作为发光元件进行说明。

在图20A及20B中，第一薄膜晶体管281a对应于用来控制对于像素电极的信号输入的开关薄膜晶体管，第二薄膜晶体管281b对应于用来控制对于发光元件282的电流或电压的驱动薄膜晶体管。

在第一薄膜晶体管281a中，栅电极连接到扫描线283a，源区及漏区中的一者连接到信号线284a，源区及漏区的另一者通过布线284b连接到第二薄膜晶体管281b的栅电极283b。在第二薄膜晶体管281b中，源区及漏区中的一者连接到电源线285a，源区及漏区中的另一者通过布线285b连接到发光元件的像素电极(阴极288)。第二薄膜晶体管281b的栅电极、栅极绝缘膜、以及电源线285a形成电容器280，而第一薄膜晶体管281a的源电极及漏电极中的另一者连接到电容器280。

注意，当第一薄膜晶体管281a截止时，电容器280对应于用于保持第二薄膜晶体管281b的栅电极和源电极之间的电位差或栅电极和漏电极之间的电位差(下面称为栅电压)的电容器。然而，不一定设置电容器280。

在本实施例中，虽然第一薄膜晶体管281a及第二薄膜晶体管281b是n沟道薄膜晶体管，但是这些晶体管中的一者或二者也可以由p沟道薄膜晶体管形成。

在第一薄膜晶体管281a及第二薄膜晶体管281b上形成有绝缘层286，在绝缘层286上形成有平坦化膜287，在平坦化膜287及绝缘层286中形成有开口，并且通过该开口形成了连接到布线285b的阴极288。平坦化膜287优选使用诸如丙烯酸树脂、聚酰亚胺、聚酰胺等有机树脂或硅氧烷聚合物来形成。在该开口中，阴极288具有凹凸，所以设置覆盖该阴极288的凹凸区域且具有开口的隔离壁291。形成EL层289以使其通过隔离壁291的开口与阴极288接触，形成阳极290以覆盖EL层289，并且形成保护绝缘膜292以覆盖阳极290及隔离壁291。

在此，示出具有顶部发射(top emission)结构的发光元件282作为发光元件。因为具有顶部发射结构的发光元件282可以取出在第一薄膜晶体管281a及第二薄膜晶体管281b和EL层交迭的区域中的发光，因此可以获得较广的发光面积。然而，当第一薄膜晶体管281a及第二薄膜晶体管281b导致阴极288具有凹凸时，EL层289的厚度分布不均匀，这容易引起阳极290和阴极288之间的短路而产生显示缺陷。从而，优选设置平坦化膜287，由此可以提高发光显示装置的生产率。

在阴极288和阳极290之间置入EL层289的区域对应于发光元件282。在图20A和20B示出的像素的情况下，从发光元件282发射的光如图20B的空心箭头所示那样发射到阳极290一侧。

作为阴极288，可使用任何已知的导电膜，只要其功函数小且反射光。例如，优选使用Ca、MgAg、AlLi等。EL层289可以由单层或多层的叠层结构形成。在使用层叠了多层的结构的情况下，在阴极288上按顺序层叠电子注入层、电子传输层、发光层、空穴传输层、空穴注入层。通过使用电子注入层，允许将诸如Al等的具有高功函数的金属用作阴极288。注意，无需设置除发光层以外的层，例如电子注入层、电子传输层、空穴传输层、空穴注入层等所有的层，且可适当地设置必要的层。阳极290使用透过光的透光导电材料形成，例如可以使用具有透光性的导电膜，诸如含有氧化钨的铟氧化物、含有氧化钨的铟锌氧化物、含有氧化钛的铟氧化物、含有氧化钛的铟锡氧化物、ITO、铟锌氧化物、或添加有氧化硅的铟锡氧化物等。

虽然在此示出从与衬底相反一侧的面取出发光的顶部发射结构的发光元件，但本发明不限于此。就是说，也可以采用具有从衬底一侧的面取出发光的底部发射(bottom emission)结构的发光元件、具有从衬底一侧及与衬底相反一侧的面取出发光的双面发射(dual emission)结构的发光元件。

虽然在此描述了有机EL元件作为发光元件，但是也可以采用无机EL元件作为发光元件。

注意，虽然在本实施例中示出控制发光元件的驱动的薄膜晶体管(驱动薄膜晶体管)和发光元件相连接的示例，但是也可以在驱动薄膜晶体管和发光元件之间连接用于控制电流的薄膜晶体管。

如上所说明，可以制造发光显示装置。因为将将导通电流高的薄膜晶体管用作本实施例的发光显示装置中的像素晶体管，所以可以制造图像质量良好(例如，高对比度)且功耗低的发光显示装置。

实施例8

接下来，将对显示装置中包括的显示面板的结构示例进行说明。

图21A表示其中另行形成信号线驱动电路303并使它形成在衬底301上的像素部302连接的显示面板的方式。通过使用实施例1等所示的薄膜晶体管形成设置有像素部302、保护电路306、以及扫描线驱动电路304的元件衬底。信号线驱动电路303可由使用单晶半导体的晶体管、使用多晶半导体的晶体管、或使用绝缘体上硅(SOI)的晶体管形成。使用SOI的晶体管包括其中在玻璃衬底上设置单晶半导体层的晶体管。电源的电位及各种信号等通过FPC 305供给到像素部302、信号线驱动电路303、扫描线驱动电路304的每一个。可在信号线驱动电路303与FPC 305之间和/或信号线驱动电路303与像素部302之间设置利用实施例1中描述的薄膜晶体管等形成的保护电路。

注意，也可以将信号线驱动电路303及扫描线驱动电路304二者与像素部的像素晶体管形成在单个衬底上。

当另行形成驱动电路时，不一定总是将形成有驱动电路的衬底附连到形成有像素部的衬底上，例如也可以附连到FPC上。图21B示出在只另行形成信号线驱动电路313的情况下，在衬底311上形成的像素部312、保护电路316、以及扫描线驱动电路314与FPC 315相连接的显示面板的方式。通过使用上述实施例中所说明的薄膜晶体管形成像素部312、保护电路316以及扫描线驱动电路314。信号线驱动电路313通过FPC 315及保护电路316与像素部312连接。电源的电位及各种信号等通过FPC 315输入到像素部312、信号线驱动电路313、以及扫描线驱动电路314中的每一个。

另外，也可以通过使用上述实施例所示的薄膜晶体管在形成了像素部的同一个衬底上形成信号线驱动电路的一部分或扫描线驱动电路的一部分，并另行形成其他部分并将其他部分与像素部电连接。图21C示出显示面板的该模式，其中将信号线驱动电路所包括的模拟开关323a形成在与像素部322及扫描线驱动电路324相同的衬底321上，且将信号线驱动电路所包括的移位寄存器323b另行形成在不同的衬底上然后将其附连至衬底321。使用上述实施例所示的薄膜晶体管形成像素部322、保护电路326及扫描线驱动电路324。信号线驱动电路中包括的移位寄存器323b通过FPC325及保护电路326与像素部322相连接。电源的电位及各种信号等通过FPC 325输入到像素部322、信号线驱动电路、扫描线驱动电路324的每一个。

如图21A至21C所示，在本实施例的显示装置中，可以在与像素部相同的一个衬底上形成驱动电路的一部分或全部。设置用于信号线驱动电路和扫描线驱动电路的薄膜晶体管也可以如任一上述实施例所说明地形成。注意，显示装置的结构不局限于上述说明。例如，在不必要的情况下，也可以不设置保护电路。

此外，对另行形成的电路的连接方法没有特别的限制，可以使用诸如COG方式、引线键合方式或TAB方式等已知方法。此外，连接的位置不限于图21A至21C所示的位置，只要该位置能建立电连接。另外，也可以另行形成并连接控制器、CPU或存储器等。

注意，信号线驱动电路包括移位寄存器和模拟开关。除了移位寄存器和模拟开关之外，还可以包括诸如缓冲器、电平移动电路、源极跟随器等另一电路。注意，不一定要设置移位寄存器和模拟开关，而且例如可以使用诸如译码器电路的可以选择信号线的不同电路代替移位寄存器，且可以使用锁存器等代替模拟开关。

实施例9

可以将由本实施例的薄膜晶体管构成的元件衬底、以及使用该元件衬底的显示装置应用于有源矩阵型显示装置面板。再者，这些元件衬底以及显示装置等可以通过被包含到显示部分中而应用于电子设备。

此类电子设备的示例包括诸如摄像机和数字照相机的照相机、头戴式显示器(护目镜型显示器)、汽车导航系统、投影机、汽车音响、个人计算机、便携式信息终端(诸如移动计算机、蜂窝电话或电子书阅读器等)等。图22A至22D示出了这些装置的示例。

图22A表示电视装置。可以将应用可上述实施例的显示面板组装在框体中来完成电视装置。由显示面板形成主屏333，并且设置扬声器部339及操作开关等作为其他附件。

如图22A所示那样，在框体331中装有利用显示元件的显示面板332。除通过接收机335接收普通的电视广播之外，还可以通过经由调制解调器334连接到有线或无线网络的连接进行单向(从发射机到接收机)或双向(在发射机和接收机之间，或者在接收机之间)的信息通讯。可以通过组装在框体中的开关或遥控装置336进行电视装置的操作，并且该遥控装置336也可以设置有显示输出信息的显示部337，且该显示部337可设置有实施例1等的薄膜晶体管。另外，除主屏333以外，该显示装置还可包括使用第二显示面板形成的子屏338，用来显示频道或音量等。在该结构中，可以将实施例1等的薄膜晶体管应用于主屏333及子屏338中的一者或二者。

图23是说明电视装置的主要结构的框图。显示面板设置有像素部371。信号线驱动电路372和扫描线驱动电路373也可以通过COG方式安装在显示面板上。

作为另一外部电路的结构，可在图像信号的输入侧设置：放大由调谐器374接收的信号中的图像信号的图像信号放大电路375；将从图像信号放大电路375输出的信号转换为对应于红、绿、蓝中的每一种颜色的颜色信号的图像信号处理电路376；以及将该图像信号转换为驱动器IC的输入规格的控制电路377等。控制电路377对扫描线侧和信号线侧分别输出信号。在进行数字驱动的情况下，也可以在信号线侧设置信号分割电路378，从而将输入数字信号分割成m个要输入的分段。

由调谐器374接收的信号中的音频信号被发送到音频信号放大电路379，该音频信号放大电路379的输出通过音频信号处理电路380被输入到扬声器383。控制电路381从输入部382接收接收站(所接收频率)或音量的控制信息，并且将信号发送到调谐器374和音频信号处理电路380。

注意，本发明不限于电视装置，还可以应用于个人计算机的监视器、或诸如火车站或飞机场等中的信息显示屏、街头上的广告显示屏等大面积显示媒体。

如上所说明，通过将实施例1等所说明的薄膜晶体管应用于主屏333及子屏338中的一者或二者，可以制造图像质量高且功耗低的电视装置。

图22B表示蜂窝电话341的一个示例。该蜂窝电话341包括显示部342、操作部343等。通过将上述实施例1等所说明的薄膜晶体管应用于显示部342，可以提高其图像质量并且降低功耗。

图22C所示的便携型计算机包括主体351、显示部352等。通过将实施例1等所说明的薄膜晶体管应用于显示部352，可以提高图像质量并且降低其功耗。

图22D表示台灯，其包括照明部361、灯罩362、可调节臂(adjustablearm)363、支柱364、底座365、以及电源366等。该台灯的照明部361利用上述实施例所说明的发光显示装置来形成。通过将实施例1等所说明的薄膜晶体管应用于照明部361，可以降低其功耗。

图24A至24C表示蜂窝电话的结构示例，且将具有实施例1等所示的薄膜晶体管的元件衬底及具有该元件衬底的显示装置应用于该蜂窝电话的显示部。图24A是前视图，图24B是后视图，图24C是展开图。图24A至24C所示的蜂窝电话包括框体394及框体385的两个框体。图24A至24C所示的蜂窝电话(也称为智能电话)具备蜂窝电话和便携式信息终端二者的功能，并且装有计算机，除了进行声音对话以外还可以进行各种各样的数据处理。

框体394包括显示部386、扬声器387、话筒388、操作键389、定位装置390、前置摄像头391、外部连接端子插孔392、耳机端子393等，而框体385包括键盘395、外部储存器插槽396、背面相机397、灯398等。此外，天线装在框体394内。

除上述结构之外，还可以装有非接触式IC芯片或小型储存器件等。

在图24A中，框体394和框体385相重合，而如图24C所示，框体394和框体385滑动而展开。可以将实施例1等中的显示装置组装于显示部386中，且显示方向根据使用方式适当地变化。注意，由于在与显示部386同一个面上设置了前置摄像头391，所以该蜂窝电话可被用作视频电话。通过将显示部386用作取景器，可以利用背面相机397以及灯398拍摄静态图像以及动态图像。

除了声音通话之外，扬声器387和话筒388还可以用于视频通话、声音的录音以及再现等用途。利用操作键389，可以进行电话的拨打和接收、电子邮件等简单信息的输入、滚屏、以及光标移动等。

如果需要处理许多信息，诸如制作文件、用作便携式信息终端等，使用键盘395是较方便的。相互重合的框体394和框体385(图24A)可滑动，并如图24C那样展开，从而该蜂窝电话可用作信息终端。另外，通过使用键盘395及定位装置390，可以顺利地移动光标。AC适配器以及诸如USB电缆等的各种电缆可连接至外部连接端子插口392，藉此可以进行充电及与个人计算机等的数据通信。此外，通过向外部存储器插槽396插入记录媒体，可以存储和移动大量的数据。

在框体385的背面(图24B)设置了背面相机397及灯398，并且通过将显示部386用作取景器可以拍摄静态图像以及动态图像。

此外，除了上述结构之外，蜂窝电话还可以具有红外线通信功能、USB端口、数字电视(one segment)广播接收功能、非接触式IC芯片或耳机插口等。

通过将实施例1等所说明的薄膜晶体管应用于像素，可以提高其图像质量并降低功耗。