JP2640910B2

JP2640910B2 - 電子素子およびその製造方法

Info

Publication number: JP2640910B2
Application number: JP34662593A
Authority: JP
Inventors: 航一福田; 知文大場; 傑窪田; 正徳宮崎; 均北川; 泰彦笠間; 千里岩崎; 洋文福井; 忠弘大見
Original assignee: FURONTETSUKU KK
Current assignee: FURONTETSUKU KK
Priority date: 1993-07-14
Filing date: 1993-12-21
Publication date: 1997-08-13
Anticipated expiration: 2012-08-13
Also published as: JPH0776776A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子素子の構造および
その製造方法に係わり、さらに詳細には導電性部材の上
に、窒化珪素系の絶縁膜を有する電子素子およびその製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より電子素子の絶縁膜、例えば図６
および図６の１点鎖線部の断面略図である図７に示すよ
うなアクティブマトリクス液晶表示素子の駆動に用いら
れる薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴと記載）アレーの多
層金属配線の交差部の絶縁膜３として、窒化珪素薄膜が
多用されている。この窒化珪素薄膜の組成としては、珪
素：窒素の比が約３：４であり、安定化のために水素が
微量含まれているものが好ましいとされていた。このよ
うな膜は、主にプラズマＣＶＤ法（以下ＣＶＤ法と記
載）で成膜されており、原料ガス系としては、シラン−
窒素系、シラン−アンモニア／窒素系、シラン−アンモ
ニア−水素系、シラン−窒素−水素系さらにはシラン−
アンモニア−窒素−水素系が知られている。この際膜質
を安定化するために３００℃以上の温度で成膜されてい
た。この温度は、電子素子に多用されているアモルファ
スシリコンの成膜温度より数十℃高い温度である。また
スパッタ法により同様の絶縁膜を成膜する場合には、ア
ルゴン元素を０．５０Ｐａ以上雰囲気中に入れて行って
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
な混合ガス系を用いたＣＶＤ法やスパッタ法により成膜
された窒化珪素薄膜は、シリコンの高温酸化による酸化
膜と異なり、ピンホールが多くて絶縁耐圧が悪く、電子
素子に用いた場合、一層だけで必要な絶縁耐圧を得るこ
とが困難であった。このため、図６および図７に示した
様にＴＦＴアレーでは他の膜を多層金属配線間の交差部
に積層し、多層膜として必要な絶縁耐圧を得ようとして
いた（特開昭５８−１９００４２）。このため、構造・
工程が複雑になるという問題点があった。

【０００４】また、絶縁膜のＣＶＤ法での成膜温度が高
いため、成膜時に成膜装置の内壁からの異物の放出が多
く、膜質に悪影響を与える場合があった。さらに、絶縁
膜に直接接しているアモルファスシリコン膜を有するＴ
ＦＴの様な電子素子にあっては、前記絶縁膜と前記アモ
ルファスシリコン膜との成膜温度が異なるため、一層目
の膜の成膜後に次の膜の成膜温度になるように基板の温
度を冷却または加熱する必要があり、この温度調節工程
に長時間を要していた。

【０００５】本発明は、上記不都合を解消するためにな
されたものであり、単層でも優れた特性を有する絶縁膜
を有する、ＴＦＴに代表される電子素子、およびこれを
効率よく確実に製造する製造方法を提供するものであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
絶縁膜を具備した電子素子において、前記絶縁膜は主成
分が珪素および窒素であり、前記珪素：窒素の元素比は
約３：４であり、前記絶縁膜は希ガス元素の含有率が元
素含有率０．０１〜３atm ％であることを特徴とする電
子素子である。

【０００７】請求項２記載の発明は、前記請求項１の発
明で特に、前記電子素子が、薄膜トランジスタであるこ
とを特徴とするものである。

【０００８】請求項３記載の発明は、前記請求項１また
は請求項２の発明で、特に希ガス元素が、アルゴン元素
であることを特徴とするものである。

【０００９】請求項４記載の発明は、主成分が珪素と窒
素である絶縁膜を有する電子素子の製造方法であって、
前記絶縁膜をプラズマＣＶＤ法で成膜するためのガス組
成が、少なくともシランとアンモニアと窒素と希ガス元
素とを含む混合ガスであり、前記希ガス元素と窒素との
モル比が、希ガス元素／窒素＝０．１〜１０の範囲であ
ることを特徴とする電子素子の製造方法である。

【００１０】請求項５記載の発明は、主成分が珪素と窒
素である絶縁膜を有する電子素子の製造方法であって、
前記絶縁膜をスパッタ法で成膜するためのターゲット
が、少なくとも珪素を含んでおり、スパッタ成膜時の雰
囲気ガスが、少なくとも希ガス元素ガスと水素ガスと窒
素ガスまたはアンモニアガスの混合系であり、そのガス
分圧が、希ガス元素分圧０．２０〜０．４０Ｐａ、水素
分圧０．０２〜０．１５Ｐａの範囲であること、を特徴
とする電子素子の製造方法である。

【００１１】請求項６記載の発明は、前記請求項４また
は請求項５の発明で、特に希ガス元素が、アルゴン元素
であることを特徴とするものである。

【００１２】請求項７の発明は、前記請求項４の発明
で、特に前記絶縁膜が、２２０℃〜２８０℃の範囲で成
膜されること、を特徴とするものである。

【００１３】請求項８の発明は、前記請求項４または請
求項７の発明で、特に前記電子素子が、前記絶縁膜に直
接接しているアモルファスシリコン膜を有する電子素子
であり、前記絶縁膜と前記アモルファスシリコン膜とが
ほぼ同じ温度で成膜されることを特徴とするものであ
る。

【００１４】

【作用】請求項１記載の発明によれば、絶縁膜である窒
化珪素薄膜の絶縁耐圧が、飛躍的に向上し、それを用い
た電子素子の絶縁耐圧が向上する。本来であれば、不純
物として歓迎されない存在であるはずの希ガス元素が、
微量ではあるが一定範囲で含まれていた方が好ましい特
性を示す理由は、詳細には解明されていないが、膜中に
珪素や窒素に比べて不活性で安定な元素が適量導入され
ることによる、一種の楔効果による膜の安定化が寄与し
ているのではないかと考えられる。一方希ガス元素が多
すぎると、窒化珪素としての優れた特性が減殺されてし
まい絶縁耐圧が悪化すると考えられる。

【００１５】請求項２記載の発明によれば、電子素子が
ＴＦＴであるため、上記絶縁膜がＴＦＴのゲート絶縁膜
および多層配線の交差部の絶縁膜として機能する。この
ためＴＦＴのゲート電極上の絶縁膜の特性が安定化し
て、ゲート耐圧や多層配線間の絶縁耐圧が向上する。

【００１６】請求項３記載の発明によれば、希ガス元素
が他の希ガス元素に比べて安価で安定的に入手できるア
ルゴン元素を用いているため、請求項１または請求項２
記載の発明を、安価で安定的に実施できる。このこと
は、産業上非常に有効なことである。

【００１７】請求項４記載の発明によれば、主成分が珪
素と窒素である絶縁膜をＣＶＤ法で形成する電子素子を
製造するに際して、上記絶縁膜を成膜するための希釈ガ
スとして窒素と希ガス元素とを用いており、窒素と希ガ
ス元素との混合比を、希ガス元素／窒素＝０．１〜１０
の範囲としているため、絶縁膜中に所定量の希ガス元素
を導入することができ、電子素子の絶縁耐圧が向上す
る。

【００１８】希ガス元素ガスは電離しやすさを示す特性
である電離特性が窒素と異なるため、希釈ガスに希ガス
元素を添加して混合ガスの組成を制御することにより、
ＣＶＤ成膜中のプラズマ密度とプラズマのポテンシャル
とを独立に制御することができる。本発明者らの実験に
よれば、希釈ガスの窒素含有率を増やすと、プラズマの
ポテンシャルが増加する。つまり、適度な窒素含有率で
あれば、緻密で良質な絶縁膜が得られるが、窒素組成を
増やしすぎると、成膜中の膜に損傷を与えることにつな
がる。一方希ガス元素組成は、プラズマ密度の制御に関
係し、希ガス元素含有率が少ないとプラズマ密度の分布
は良好であるが密度が低く、逆に希ガス元素含有率が多
過ぎると、プラズマ密度の分布が悪くなり、基板端部で
の異常放電が起こり易くなる。このため、希釈ガスの窒
素と希ガス元素の組成比には最適範囲が存在し、本請求
項の組成範囲であれば成膜中の膜に損傷を与えることな
く、また異常放電を起こすこともなく、緻密で絶縁耐圧
が高い良質な絶縁膜が得られる。

【００１９】請求項５記載の発明によれば、従来のスパ
ッタ法で作成されている絶縁膜より少ない所定量の希ガ
ス元素を導入することができ、膜構造が安定化するた
め、電子素子の絶縁耐圧が向上する。また水素ガスが適
量含まれているため、成膜された膜中の珪素原子の未結
合手に水素原子が結合し、膜中の欠陥が減少し、併せて
電子素子の絶縁耐圧が向上する。また、ターゲットとし
てシリコン結晶や窒化珪素の焼結体を用いるため、危険
で慎重な取扱いが求められるシランガスを用いなくても
よい。

【００２０】請求項６記載の発明によれば、希ガス元素
として、他の希ガス元素に比べて安価で安定的に入手で
きるアルゴン元素を用いているため、請求項４または請
求項５記載の発明を、安価で安定的に実施できる。この
ことは、工業的に非常に有効なことである。

【００２１】また、請求項７記載の発明によれば、前記
絶縁膜の成膜温度が２２０℃〜２８０℃と低いため、成
膜時に成膜装置の内壁からの異物の放出が少なくなる。

【００２２】さらに、請求項８記載の発明によれば、絶
縁膜と前記アモルファスシリコン膜とがほぼ同じ温度で
成膜されるため、一層目の膜の成膜後に基板を冷却また
は加熱する必要が無く、直ちに次の膜を成膜でき温度調
節工程に長時間を要する必要がなくなる。

【００２３】

【実施例】

（実施例１）本発明による電子素子が容量素子である実
施例を、図２を用いて説明する。図２（Ａ）は容量素子
２７の平面略図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）の１点鎖線部
の断面略図である。容量素子２７の構成は、縦横各１cm
の基板５表面に、下側配線端子２８およびそれに接続さ
れている下側配線２１と、上側配線端子２９およびそれ
に接続されている上側配線２３とが絶縁膜２５を介して
形成されている。下側配線２１と上側配線２３との交差
箇所は、１０行×１０列で１００箇所有り、各配線はＣ
ｒで形成されており、その膜厚及び線幅は０．１μｍ及
び７μｍとした。また絶縁膜２５は後に詳述するＣＶＤ
法で成膜し、その膜厚は０．３μｍとした。

【００２４】膜は珪素と窒素を主成分とし、元素比が約
３：４である窒化珪素薄膜であり、膜中のアルゴン元素
含有率が０atm ％（従来の絶縁膜）から３atm ％を越え
るものまでの絶縁膜２５を用いた。なおアルゴン元素の
定量分析は、パーキンエルマ社製ＳＩＭＳ６６００を用
いて行った。この容量素子２７で電荷は、下側配線２１
と上側配線２３との１００箇所の交差部に保持される。
この容量素子２７を用いて、下側配線端子２８と上側配
線端子２９との間の絶縁耐圧をヒューレットパッカード
社製＃４１４２Ｂを用いて測定した。

【００２５】この結果を図１に示した。図１で、縦軸は
絶縁耐圧を、横軸は膜中のアルゴン元素含有率を表して
いる。絶縁耐圧としては、一般的に５０ボルト以上必要
であり、図１から明らかなように、容量素子２７の絶縁
膜２５のアルゴン元素の含有率が０．０１atm ％に満た
ないと絶縁耐圧は５０ボルト以下であり、逆にアルゴン
元素の含有率が３atm ％を越えても絶縁耐圧は５０ボル
ト以下であり、アルゴン元素の含有率としては、０．０
１atm ％〜３atm ％が適しており、さらに望ましくは、
１atm ％〜２atm ％であることが確認された。

【００２６】上記絶縁膜２５の内部応力をフレクサス社
製基板応力測定装置を用いて測定した結果を図５に示し
た。図５で、縦軸は内部応力を、横軸は膜中のアルゴン
元素含有率を表している。内部応力は、一般的に絶対値
が小さい方が良好であり、±４×１０⁹dyn ／cm²以内
であることが必要であるとされている。図５から明らか
なように、容量素子２７の絶縁膜２５のアルゴン元素の
含有率が０．０１atm％に満たないと内部応力は４×１
０⁹dyn ／cm²を越えており、逆にアルゴン元素の含有
率が３atm ％を越えても内部応力は−４×１０⁹dyn ／
cm²以下であり、アルゴン元素の含有率としては、０．
０１atm ％〜３atm ％が適しており、さらに望ましく
は、１atm ％〜２atm ％であることが確認された。

【００２７】以上詳述したように、アルゴン元素の含有
率が０．０１atm ％〜３atm ％の範囲である窒化珪素薄
膜を絶縁膜として用いた本実施例記載の容量素子であれ
ば、単層の絶縁膜であっても十分な絶縁耐圧を有してい
ることが確認された。

【００２８】次に、本実施例で用いた絶縁膜２５の成膜
方法を詳述する。絶縁膜２５は表１に示したＡ〜Ｆまで
の各種条件のＣＶＤ法により、アネルバ社製平行平板型
インラインタイプの成膜装置を用いて成膜した。

【００２９】

【表１】

【００３０】表１に示した成膜条件で形成した絶縁膜２
５の膜特性を表２に示した。

【００３１】

【表２】

【００３２】表２から明らかなように、主成分は全ての
条件とも珪素と窒素であり、その元素組成比は、Ｘ線光
電子分光分析装置（パーキンエルマ・ＰＨＩ５５００）
による定量の結果約３：４であった。膜中のアルゴン元
素含有率は、ガス組成中にアルゴンガスが含まれていな
い従来の成膜方法の場合（成膜条件Ａ）には、当然０at
m ％であり、ガス組成の希釈ガス（窒素＋アルゴン）を
全てアルゴンガスとした場合（成膜条件Ｆ）には、３．
５atm ％であった。このように希釈ガスの組成を、窒素
１００％またはアルゴン１００％とした場合には、絶縁
耐圧は１０ボルトと低かった。これに対して、成膜条件
Ｂ〜Ｅに示したように、希釈ガスのアルゴン／窒素の値
が０．１（成膜条件Ｂ）〜１０（成膜条件Ｅ）の範囲で
は、絶縁膜中に０．０１atm ％〜３atm ％のアルゴン元
素が取り込まれ、図１にも示したように、それぞれ５０
ボルト以上の良好な絶縁耐圧を示した。さらに、成膜条
件Ｃ，Ｄに示したように、希釈ガスのアルゴン／窒素の
値が０．３３（成膜条件Ｃ）〜３（成膜条件Ｄ）の範囲
では、絶縁膜中に１atm ％〜２atm ％のアルゴン元素が
取り込まれ、それぞれ１５０ボルト以上である、更に良
好な絶縁耐圧を示した。

【００３３】また、表２に示したように、成膜条件によ
り内部応力が変化し、希釈ガスの組成を、窒素１００％
（成膜条件Ａ）またはアルゴン１００％（成膜条件Ｆ）
とした場合には、内部応力はそれぞれ４．２×１０⁹dy
n ／cm²および−５．６×１０⁹dyn ／cm²と大きな絶
対値を示していた。このような素子では、内部応力は、
±４×１０⁹dyn ／cm²以内であることが必要であると
されている。これに対して、成膜条件Ｂ〜Ｅに示したよ
うに、希釈ガスのアルゴン／窒素の値が０．１（成膜条
件Ｂ）〜１０（成膜条件Ｅ）の範囲では、図５にも示し
たように、内部応力はそれぞれ２×１０⁹dyn ／cm²〜
−３．８×１０⁹dyn ／cm²と小さな絶対値を示してい
た。さらに、成膜条件Ｂ〜Ｄに示したように、希釈ガス
のアルゴン／窒素の値が０．１（成膜条件Ｂ）〜３（成
膜条件Ｄ）の範囲では、内部応力は±２×１０⁹dyn ／
cm²の範囲に納まっており、更に良好な内部応力の特性
を示した。

【００３４】さらに、表１に示した成膜条件のうち、成
膜温度だけを２８０℃として絶縁膜２５の成膜を行っ
た。その結果、膜元素組成および絶縁耐圧は表２に示し
た特性と同等で、内部応力のみ約２×１０⁹dyn ／cm²
引っ張り応力側にシフトした。つまり、希釈ガスの組成
を、窒素１００％（成膜条件Ａ）またはアルゴン１００
％（成膜条件Ｆ）とした場合には、内部応力はそれぞれ
７×１０⁹dyn ／cm²および−４×１０⁹dyn ／cm²と
大きな絶対値を示し、成膜条件Ｂ〜Ｅに示したように、
希釈ガスのアルゴン／窒素の値が０．１（成膜条件Ｂ）
〜１０（成膜条件Ｅ）の範囲では、図５にも示したよう
に、内部応力はそれぞれ４×１０⁹dyn ／cm²〜−２×
１０⁹dyn ／cm²と小さな絶対値を示していた。さら
に、成膜条件Ｃ〜Ｅに示したように、希釈ガスのアルゴ
ン／窒素の値が１（成膜条件Ｃ）〜１０（成膜条件Ｅ）
の範囲では、内部応力は±２×１０⁹dyn ／cm²の範囲
に納まっていた。

【００３５】以上説明したように、成膜条件Ｂ〜成膜条
件Ｅで、絶縁膜２５の絶縁耐圧は５０ボルト以上であ
り、内部応力は±４×１０⁹dyn ／cm²の範囲内に納ま
り、これらの絶縁膜を用いた容量素子は、従来の絶縁膜
を用いたものより良好なものであることが確認された。

【００３６】また、表１には原料ガス（シラン＋アンモ
ニア）の元素組成が１：２である条件を示したが、この
比を約１：１０まで変化させても、ほぼ同等の膜特性が
得られた。さらに、原料ガス（シラン＋アンモニア）の
流量に対して、希釈ガス（窒素＋アルゴン）の流量がほ
ぼ１０倍である例を表１に示したが、希釈ガスは約５０
倍程度まで増やしても、表２に示した膜特性と同等の膜
特性をそなえた絶縁膜が得られ、これらの絶縁膜を用い
た容量素子は、従来の絶縁膜を用いたものより良好なも
のであることを確認した。また、絶縁膜成膜時の高周波
電力が０．１１Ｗ／cm²である条件を示したが、高周波
電力を０．４Ｗ／cm²まで高めてもほぼ同様の膜質の絶
縁膜が得られており、この絶縁膜を用いた容量素子は、
従来の絶縁膜を用いたものより良好なものであることを
確認した。

【００３７】（実施例２）図３および図４は、ＴＦＴ１
を用いたアクティブマトリクス液晶表示素子の基板の一
部を示す図である。このＴＦＴアレー電子素子の多層金
属配線の交差部の絶縁膜３に、実施例１で用いた絶縁膜
を適用した実施例を説明する。なお図４は、図３の１点
鎖線部の断面略図である。ＴＦＴの基本的構造は従来よ
り知られている、逆スタガ構造であり、片面に画素電極
となる所定の形状の透明電極７を形成したガラス製の基
板（コ−ニング＃７０５９）５の表面に、Ｃｒの膜厚が
０．１μｍで幅が７μｍのゲート配線１０とそれに続く
幅が１３μｍのゲート電極９とが形成されている。基板
５およびゲート配線１０の上には、膜厚０．３μｍの窒
化珪素より成る絶縁膜３が形成されている。絶縁膜３の
表面には、水素により安定化されたアモルファスシリコ
ンよりなる半導体層１５（膜厚０．２μｍ）が、さらに
チャネル部を介して、リンが添加されたアモルファスシ
リコンよりなるオーミックコンタクト層１７（膜厚０．
０２μｍ）およびＣｒよりなり幅が１２μｍのソース電
極１１とドレイン電極１３とが積層されている。ソース
電極１１には、幅が７μｍのソース配線１２が接続され
ており、ドレイン電極１３には、コンタクトホールを介
して透明電極７が接続されている。このＴＦＴ１のチャ
ネル長は７μｍ、チャネル幅は１２μｍとした。

【００３８】このようなＴＦＴにおいて、ゲート配線１
０とソース配線１２との間の絶縁耐圧を実施例１と同様
に評価したところ、絶縁膜中のアルゴン元素の含有率に
従い、容量素子で得られた図１と同様の耐圧特性が得ら
れ、アルゴン元素の含有率が０．０１atm ％〜３atm ％
の範囲である窒化珪素薄膜を絶縁膜として用いたＴＦＴ
では、単層の絶縁膜であっても十分な絶縁耐圧を有して
いることが確認された。なお、これらのＴＦＴのしきい
値、オン電流、オフ電流はすべて従来のアルゴン元素が
含有されていない窒化珪素の絶縁膜を用いたＴＦＴの特
性と同等であり全く問題なかった。

【００３９】本実施例で用いた絶縁膜２５の成膜方法
は、前記実施例１と同様であり、前記表１に示したＡ〜
Ｆまでの各種条件、および前記実施例１と同様に成膜温
度、原料ガス組成、原料ガスの流量に対する希釈ガスの
流量等の条件を変えたＣＶＤ法により成膜した。この結
果得られた絶縁膜２５の膜特性は前記表２に示した膜特
性と同様であり、主成分は全ての条件とも珪素と窒素で
あり、その元素組成比は約３：４であり、膜中のアルゴ
ン元素含有率は、成膜時のガス組成中の希釈ガスのアル
ゴンガス含有率に従い、０atm ％〜３．５atm ％であっ
た。また絶縁耐圧、内部応力とも前記実施例１で示した
通りであった。

【００４０】以上説明したように、実施例１で説明した
絶縁膜と同様の絶縁膜を用いることにより、絶縁膜２５
の絶縁耐圧は５０ボルト以上であり、内部応力は±４×
１０⁹dyn ／cm²の範囲内に納まり、これらの絶縁膜を
用いたＴＦＴは、従来の絶縁膜を用いたものより良好な
ものであることが確認された。

【００４１】（実施例３）本実施例が実施例２と異なる
点は、用いている絶縁膜２５の成膜方法だけであり、以
下にその形成に用いたスパッタ法に付いて詳述する。絶
縁膜２５は表３に示したＧ〜Ｌまでの各種条件のスパッ
タ法により成膜した。また表３には、形成された絶縁膜
２５の膜特性も併せて記載した。

【００４２】

【表３】

【００４３】表３から明らかなように、形成された膜の
主成分は全ての条件とも珪素と窒素であり、その元素組
成比は実施例１同様約３：４であった。雰囲気ガスのア
ルゴンガス分圧が、０．１０Ｐａ（成膜条件Ｇ・Ｊ）で
は、ターゲットの種類、水素分圧、成膜温度に関わらず
プラズマが安定せず、ほとんど成膜されなかった。なお
雰囲気ガスとして他に、窒素ガスまたはアンモニアガス
を用いた（ターゲットとして珪素を用いた成膜条件Ｇ〜
Ｉでは一部反応ガスとして窒素元素が膜中に取り込まれ
ている）。これに対して、雰囲気ガス組成中のアルゴン
ガス分圧が０．２０Ｐａ〜０．４０Ｐａ（成膜条件Ｈ・
Ｋ）に増加するに従い、プラズマが安定し、安定して成
膜が行われ、膜中のアルゴン元素含有率は、０．０１ａ
ｔｍ％〜３ａｔｍ％に増加した。また従来より行われて
いる０．５０Ｐａ（成膜条件Ｉ・Ｌ）程度アルゴンガス
を含む雰囲気ガスでの成膜では、膜中のアルゴン含有率
は５ａｔｍ％であった。

【００４４】成膜された窒化珪素薄膜の絶縁耐圧及び内
部応力は表３に示したように、成膜条件Ｈおよび成膜条
件Ｋで良好な結果を示し、ＴＦＴの絶縁膜として用いる
のに十分な膜特性を示した。これに対し、従来より行わ
れているアルゴンガスを多量に用いるスパッタ法（成膜
条件Ｉ・Ｌ）では、絶縁耐圧は１０ボルト程度、内部応
力は−６×１０⁹dyn ／cm²程度であり、ＴＦＴの絶縁
膜として用いるには、不十分な特性であった。

【００４５】以上説明したように、成膜条件Ｈおよび成
膜条件Ｋで、絶縁膜２５の絶縁耐圧は５０ボルト以上で
あり、内部応力は±４×１０⁹dyn ／cm²の範囲内に納
まり、これらの絶縁膜を用いたＴＦＴは、従来の絶縁膜
を用いたものより良好なものであることが確認された。

【００４６】本実施例の雰囲気ガス組成中の水素分圧
は、０．０２〜０．１５Ｐａであり、この範囲では、ほ
ぼ同等の膜特性が得られた。この水素元素は、窒化珪素
膜中の未結合手の終端処理に寄与しているものと考えら
れる。また、表３には全圧力が２．０Ｐａである条件を
示したが、全圧力が約１．０Ｐａ〜７．０Ｐａであれ
ば、ほぼ同等の膜特性が得られた。また、本実施例によ
れば、ターゲットとしてシリコン結晶や窒化珪素の焼結
体を用いるため、危険で慎重な取扱いが求められるシラ
ンガスを用いなくてもよいという効果も得られた。

【００４７】（実施例４）本実施例が実施例１と異なる
点は、絶縁膜２５の形成方法だけであり、以下にその形
成に用いたイオン注入法に付いて詳述する。前記成膜条
件Ａで得られた絶縁膜に対して、イオン注入法によりア
ルゴン元素をドープした。アルゴンのドープは、バリア
ン社製の熱陰極放電型のイオン源を持った装置を用いて
行い、加速電圧は１５０ｋＶとし、イオン電流は８００
μＡで行った。種々の処理時間で得られた膜中のアルゴ
ン元素含有量は、前記同様パーキンエルマ社製ＳＩＭＳ
６６００を用いて行った。この結果、前記表２に示した
結果と同様に、アルゴン元素の含有率が０．０１atm ％
〜３atm ％の範囲で、５０ボルト以上の良好な絶縁耐圧
が得られた。以上のように、アルゴン元素の含有率が
０．０１atm ％〜３atm ％の範囲である窒化珪素薄膜を
絶縁膜として用いた本実施例記載の容量素子であれば、
単層の絶縁膜であっても十分な絶縁耐圧を有しているこ
とが確認された。

【００４８】以上詳述したように、窒化珪素の絶縁膜
は、ＣＶＤ法、スパッタ法あるいはイオン注入法といっ
た絶縁膜の製法の如何に関わらず、膜中にアルゴン元素
を０．０１atm ％〜３atm ％含むことにより、良好な絶
縁耐圧を持った膜となる。このため、このような絶縁膜
を用いる電子素子では単層の絶縁膜で十分な絶縁耐圧が
得られた。

【００４９】（実施例５）本発明による電子素子がＭＯ
Ｓ型トランジスタである実施例を説明する。ＭＯＳ型ト
ランジスタのパシベーション膜として、前記表１記載の
成膜方法で成膜した窒化珪素の絶縁膜をもちいた。本実
施例でもＭＯＳ型トランジスタの各種特性が安定化し
た。その内でパッシベーション膜の特性に敏感に依存す
る、ナトリウムイオンの浸透性について図８を用いて詳
細に説明する。図８は膜中のアルゴン元素含有率とパシ
ベーション膜中に浸透したナトリウムイオンのピーク濃
度との関係を示すものである。ナトリウムイオンの浸透
試験は、試料であるＭＯＳ型トランジスタを一般室内大
気の雰囲気中で２０時間５５０℃に加熱して行なった。
なお、ナトリウムイオンのピーク濃度の測定は前記パー
キンエルマ社製ＳＩＭＳ６６００を用いて、膜を深さ方
向にスパッタリングしながら行った。

【００５０】この図８から明らかなように、ＭＯＳ型ト
ランジスタのパシベーション膜のアルゴン元素の含有率
が０．０１atm ％〜３atm ％であると、ナトリウムイオ
ンの浸透量が非常に少ないことが確認された。この結果
は、アルゴン元素の含有率が０．０１atm ％〜３atm ％
であるパシベーション膜が非常に緻密な膜であることを
表わしており、ＭＯＳ型トランジスタの絶縁耐圧も前記
表２の結果から予想される通り良好であった。

【００５１】以上希ガス元素がアルゴン元素である実施
例を説明したが、本発明の効果はこれに限られるもので
はなく、ヘリウム元素、ネオン元素、クリプトン元素、
キセノン元素等の希ガス元素を用いても有効であるが、
他の希ガス元素に比べて安価で安定的に入手できるアル
ゴン元素を用いていることが産業上は最適である。

【００５２】（実施例６）本実施例では、実施例２と同
様のＴＦＴアレー電子素子の絶縁膜３、アモルファスシ
リコンよりなる半導体層１５、さらにリンが添加された
アモルファスシリコンよりなるオーミックコンタクト層
１７をすべて２５０℃で成膜した。絶縁膜３の他の成膜
条件は表１Ｃによっており、他の諸条件は、実施例２と
同様とした。本実施例の絶縁膜３、アモルファスシリコ
ンよりなる半導体層１５、さらにリンが添加されたアモ
ルファスシリコンよりなるオーミックコンタクト層１７
を成膜する際の温度プロファイルを図１０に実線で示し
た。比較例として、従来の希ガス元素を含まないＣＶＤ
法で絶縁膜を成膜する際の一般的成膜温度である３２０
℃で絶縁膜を成膜し、２５０℃に冷却後にアモルファス
シリコンよりなる半導体層１５およびリンが添加された
アモルファスシリコンよりなるオーミックコンタクト層
１７を成膜した際の温度プロファイルを図１０に破線で
示した。

【００５３】図１０で、ＡおよびＢはそれぞれ本実施例
および比較例での、成膜装置へ基板を投入し、前記三層
を成膜し、基板を取り出すまでの時間である。このうち
Ａ１，Ｂ１は絶縁膜を成膜するのに要する時間（１時
間）、Ａ２，Ｂ２はアモルファスシリコンよりなる半導
体層を成膜するのに要する時間（３０分間）、さらにＡ
３，Ｂ３はリンが添加されたアモルファスシリコンより
なるオーミックコンタクト層を成膜するのに要する時間
（１０分間）で、本実施例と比較例とで等しい。三層の
成膜に要する時間は上記のように、ともに１時間４０分
であるが、基板投入から取り出しまでの時間は大きく異
なる。これは、温度制御のための時間が大きく異なるた
めである。

【００５４】絶縁膜成膜温度に達するまでの時間は、比
較例では３０分間を要していたが、本実施例では約２０
分間であった。また、次にアモルファスシリコンよりな
る半導体層を成膜するためには、比較例では１時間３０
分を要して２５０℃に冷却していたが、本実施例では絶
縁膜成膜温度と同温での成膜であるために、絶縁膜成膜
直後に半導体層を成膜開始できた。この結果、基板投入
から全ての成膜が終了して基板を室温まで冷却し、成膜
装置から取り出すまでに要する時間は、比較例では４時
間３０分を要していたのに対し、本実施例では２時間５
０分となり、本実施例では所用時間が１時間４０分（約
３割）短縮された。本実施例では、成膜のための所用時
間が大幅に短縮されたが、成膜のための装置も絶縁膜成
膜後の温度調節用の機構を必要としないため、コンパク
トになり、さらにクリーンルーム内の設置面積も狭くて
済み、非常に経済的である。

【００５５】（実施例７）本実施例は、成膜温度を３２
０℃、３００℃、２８０℃、２５０℃さらに２２０℃と
し、前記実施例６と同様に絶縁膜３とアモルファスシリ
コンよりなる半導体層１５とを同じ温度で成膜した。絶
縁膜３の他の成膜条件は表１Ｃによっており、他の諸条
件は、実施例２と同様とした。この様に成膜したアモル
ファスシリコンよりなる半導体層１５中の異物の個数を
計数した。その結果を図９に示した。横軸は２層の連続
成膜温度を、縦軸は同一条件で形成した１cm²の基板１
００枚の表面に認められた異物の個数を表した。図９よ
り、明らかに成膜温度が低い方が異物の個数が少なく、
特に成膜温度が２８０℃以下であると、この傾向が顕著
であった。

【００５６】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の電子
素子では、用いている絶縁膜の絶縁耐圧が高いため、絶
縁膜が単層構成であっても必要な絶縁耐圧が得られる。
このため、本発明の電子素子は、製造するに当たって絶
縁膜を多層構成にする手間がかからない。この効果は、
ＴＦＴにおいても発揮される。また本発明の電子素子の
製造方法によれば、得られる電子素子の絶縁膜の絶縁耐
圧が高いため、絶縁膜が単層構成であっても必要な絶縁
耐圧が得られる。このため、電子素子の絶縁膜を多層構
成にする手間がかからず、単純な工程で製造することが
可能になる。さらにスパッタ法により絶縁膜を得る電子
素子の製造方法によれば、絶縁膜の形成時に、危険で慎
重な取扱いが求められるシランガスを用いる必要がな
い。希ガス元素としてアルゴン元素を用いると、本発明
を安定的・経済的に実施することが可能となる。

【００５７】さらに、絶縁膜の成膜温度を低くすること
ができ、成膜中の異物発生が押さえられ、異物付着の無
い良質の膜を成膜することが可能となる。また、半導体
層であるアモルファスシリコンと同じ温度で絶縁膜を成
膜することができるため、本発明の電子素子の製造方法
では、成膜に要する時間を大幅に短縮することが可能と
なる上、製造のための成膜装置をコンパクトにすること
が可能となり、安価な装置で製造可能であるとともに、
高価な環境であるクリーンルームを有効に活用すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に用いた絶縁膜中のアルゴン元
素含有率と絶縁耐圧との関係を示す図である。

【図２】（Ａ）は本発明の実施例の容量素子の平面略
図、（Ｂ）は（Ａ）の１点鎖線部の断面図である。

【図３】本発明の実施例のＴＦＴを用いたアクティブマ
トリクス基板の一部を示す平面略図である。

【図４】図３の１点鎖線部の断面略である。

【図５】本発明の実施例の電子素子に用いた絶縁膜中の
アルゴン元素含有率と内部応力との関係を示す図であ
る。

【図６】従来のアクティブマトリクス基板用ＴＦＴアレ
ーを示す図である。

【図７】図６の１点鎖線部の断面略図である。

【図８】膜中のアルゴン元素含有率と膜中のナトリウム
イオンのピーク濃度との関係を示す図である。

【図９】成膜温度と異物発生個数との関係を示す図であ
る。

【図１０】実施例と比較例の三層成膜の温度プロファイ
ルを示す図である。

【符号の説明】

１ＴＦＴ３絶縁膜５基板７透明電極９ゲート電極１０ゲート配線１１ソース電極１２ソース配線１３ドレイン電極１５半導体層１７オーミックコンタクト層２１下側配線２３上側配線２５絶縁膜２７容量素子２８下側配線端子部２９上側配線端子部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者窪田傑東京都大田区雪谷大塚町１番７号アルプス電気株式会社内 (72)発明者宮崎正徳東京都大田区雪谷大塚町１番７号アルプス電気株式会社内 (72)発明者北川均東京都大田区雪谷大塚町１番７号アルプス電気株式会社内 (72)発明者笠間泰彦東京都大田区雪谷大塚町１番７号アルプス電気株式会社内 (72)発明者岩崎千里東京都大田区雪谷大塚町１番７号アルプス電気株式会社内 (72)発明者福井洋文東京都大田区雪谷大塚町１番７号アルプス電気株式会社内 (72)発明者大見忠弘宮城県仙台市青葉区米ヶ袋２−１−17− 301 (56)参考文献特開平３−19340（ＪＰ，Ａ) 特開平５−129276（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−261838（ＪＰ，Ａ) 応用物理学会／薄膜・表面物理分科会編薄膜作製ハンドブック共立出版（1991−３−25）Ｐ．285−286

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁膜を具備した電子素子において、前
記絶縁膜は主成分が珪素および窒素であり、前記珪素：
窒素の元素比は約３：４であり、前記絶縁膜は希ガス元
素の含有率が元素含有率０．０１〜３atm ％であること
を特徴とする電子素子。
【請求項２】前記電子素子は、薄膜トランジスタであ
ることを特徴とする請求項１に記載の電子素子。
【請求項３】希ガス元素は、アルゴン元素であること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子素
子。
【請求項４】主成分が珪素と窒素である絶縁膜を有す
る電子素子の製造方法であって、前記絶縁膜をプラズマ
ＣＶＤ法で成膜するためのガス組成が、少なくともシラ
ンとアンモニアと窒素と希ガス元素とを含む混合ガスで
あり、前記希ガス元素と窒素とのモル比が、希ガス元素
／窒素＝０．１〜１０の範囲であることを特徴とする電
子素子の製造方法。
【請求項５】主成分が珪素と窒素である絶縁膜を有す
る電子素子の製造方法であって、前記絶縁膜をスパッタ
法で成膜するためのターゲットが、少なくとも珪素を含
んでおり、スパッタ成膜時の雰囲気ガスが、少なくとも
希ガス元素ガスと水素ガスと窒素ガスまたはアンモニア
ガスの混合系であり、そのガス分圧が、希ガス元素分圧
０．２０〜０．４０Ｐａ、水素分圧０．０２〜０．１５
Ｐａの範囲であることを特徴とする電子素子の製造方
法。
【請求項６】希ガス元素は、アルゴン元素であること
を特徴とする請求項４または請求項５に記載の電子素子
の製造方法。
【請求項７】前記絶縁膜は、２２０℃〜２８０℃の範
囲で成膜されること、を特徴とする請求項４に記載の電
子素子の製造方法。
【請求項８】前記電子素子は、前記絶縁膜に直接接し
ているアモルファスシリコン膜を有する電子素子であ
り、前記絶縁膜と前記アモルファスシリコン膜とがほぼ
同じ温度で成膜されることを特徴とする請求項４または
請求項７に記載の電子素子の製造方法。