JP2947535B2

JP2947535B2 - 薄膜半導体装置及び受光素子及び光センサ

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Publication number: JP2947535B2
Application number: JP13367291A
Authority: JP
Inventors: 忠司阿閉
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-03-27
Filing date: 1991-03-27
Publication date: 1999-09-13
Anticipated expiration: 2014-09-13
Also published as: JPH04330783A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディスプレー、イメー
ジスキャナなどに用いられる薄膜半導体装置及び受光素
子及び光センサに関し、特に薄膜トランジスタ及び薄膜
トランジスタ型光センサなどの薄膜半導体装置の電気特
性の信頼性、安定性に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、オフィスオートメイションにとも
ない、ディスプレー、イメージスキャナー等の入出力デ
バイスは、ワードプロセッサー、パーソナルコンピュー
ター、ファクシミリ等のＯＡ機器のマンマシーンインタ
ーフェイスとして、重要視され、計量、薄型、低価格が
要望されている。

【０００３】このような観点より、薄膜半導体、例え
ば、水素化アモルファスシリコン、ポリシリコン等を、
大面積の絶縁基板上に形成し、薄膜トランジスタを構成
したアクティブマトリクス方式の液晶ディスプレイや、
光センサーを構成した光電変換装置等の開発が進められ
ている。

【０００４】図３は、従来の薄膜トランジスター（以下
ＴＦＴ）の構造の１例を示す。絶縁性の基板３１に、ゲ
ート電極３２が形成され、その上にゲート絶縁膜３３を
堆積し、更にチャネル形成のできる薄膜半導体３４とし
て、例えば、水素化アモルファスシリコンなどを形成す
る。更にソース・ドレイン電極３６，３７の金属電極の
間に、ｎ⁺ 層３５が、設けられており、電子に対してオ
ーミック性、正孔に対してブロッキング性となる接合を
形成することで、ｎチャンネルトランジスターとして動
作する。

【０００５】なお、図３のＴＦＴはソース、ドレイン電
極３６，３７の間に光を照射して半導体層で発生するフ
ォトキャリアの分布をゲート電極により制御して安定な
光電流を得るような、薄膜トランジスタ型の光センサー
としても応用できる。また、これらの薄膜トランジス
タ、および薄膜トランジスタ型センサなどの薄膜半導体
装置をソース、ドレイン電極やゲート電極を介して複数
個接続して構成された新たな機能を有する薄膜半導体装
置としても応用できる。

【０００６】

【発明が解決しようとしている課題】図３に示されたよ
うな薄膜トランジスタなどの薄膜半導体装置を実際に液
晶ディスプレイや、ファクシミリの画像読み取り装置と
して用いる場合、この薄膜半導体装置の表面が、外部の
雰囲気の影響を非常に受けやすいため、酸素ガスや水蒸
気が直接これらの表面に、吸着、あるいは、拡散すれ
ば、半導体薄膜が、非常に薄いため、電気的特性が大き
く変動する。このため従来素子の表面を窒化シリコン膜
等の保護膜で被覆されているが、保護膜の窒化シリコン
膜のＮ／Ｓｉ組成比に応じても、電気的特性は変化す
る。一般に窒化シリコン膜のＮ／Ｓｉ組成比が小さくな
ると、薄膜半導体層のアモルファスシリコンとの界面に
トラップ準位が多くなり、ＯＮ／ＯＦＦ比の低下、応答
性の悪化等望ましくない特性が表われるため、、Ｎ／Ｓ
ｉ組成比はある程度大きい必要性がある。さらに、この
アモルファスシリコンを用いた薄膜半導体装置は２００
℃程度の低温で形成されているため、保護膜の形成温度
もそれ以下の低温にしなければならない。しかし、通常
プラズマＣＶＤ法などで２００℃以下の低温で、Ｎ／Ｓ
ｉ組成比の大きい窒化シリコン膜を形成した場合膜の構
造の緻密性が失われ、保護膜としての耐湿性が悪くな
る。

【０００７】しかしながら、この低温製膜の窒化シリコ
ン膜の構造の緻密性や保護膜としての耐湿性についての
メカニズムが不明であり、Ｎ／Ｓｉ組成比の大きい膜で
緻密性が失われる原因はわかっていなかった。このため
窒化シリコン膜を保護膜として用いる場合、製膜条件の
設定が非常に困難となっていた。

【０００８】また窒化シリコン膜ではなく熱処理により
重合させたポリイミド樹脂膜等を保護膜として用いる場
合もあるが、窒化シリコン膜に比べて、アモルファスシ
リコン半導体層に与える影響は少ないが、これらの有機
材料の場合耐湿性が期待できない。このため、これらの
有機材料を保護膜として用いる場合は、さらに窒化シリ
コン膜等の無機材料による最終保護膜が必要とされ、工
程を複雑になる。

【０００９】このように、従来の薄膜トランジスター、
薄膜トランジスター型光センサー等の薄膜半導体装置を
実際に製品として応用する場合に、これらの薄膜半導体
装置の保護膜の耐湿性が重大な問題となっていた。この
保護膜の耐湿性が不十分だと、高温高湿の放置試験にお
いて、アクテブマトリックス型のディスプレーでは、Ｔ
ＦＴのＯＮ／ＯＦＦ比が低下して見えが大きく変わり、
またセンサーにおいては、その基本特性である光電流、
暗電流が、経時的に変化して読み取り画像の大きな劣化
を引き起こす。

【００１０】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、前述
した課題を解決するための手段として、絶縁基板上に、
非単結晶シリコンからなる半導体層と金属電極とを有す
る薄膜半導体装置において、前記半導体層と金属電極上
に窒化シリコン膜を有し、該窒化シリコン膜の構成元素
である窒素原子と珪素原子と水素原子の総数に対する前
記水素原子の数の百分率が、３５％以下であることを特
徴とする薄膜半導体装置を提供するものである。

【００１１】また、絶縁基板上に、非単結晶シリコンか
らなる半導体層と金属電極とを有する受光素子におい
て、前記半導体層と金属電極上に窒化シリコン膜を有
し、該窒化シリコン膜の構成元素である窒素原子と珪素
原子と水素原子の総数に対する前記水素原子の数の百分
率が、３５％以下であることを特徴とする受光素子を、
上記手段とするものである。

【００１２】また、同一絶縁基板上に配置された、非単
結晶シリコンからなる半導体層と金属電極を有する薄膜
半導体装置と、非単結晶シリコンからなる半導体層と金
属電極を有する受光素子と、を具備した光センサにおい
て、窒素原子と珪素原子と水素原子の総数に対する前記
水素原子の数の百分率が、３５％以下である窒化シリコ
ン膜により、前記薄膜半導体装置と前記受光素子の両方
の表面が連続して覆われていることを特徴とする光セン
サを、上記手段とするものである。

【００１３】また、絶縁基板上に、非単結晶シリコンか
らなる半導体層と金属電極を有する薄膜半導体装置の製
造方法において、前記半導体層と金属電極上の絶縁層膜
として用いる窒化シリコン膜の形成工程において、該窒
化シリコン膜の構成元素である窒素原子と珪素原子と水
素原子の総数に対する前記水素原子の数の百分率が、３
５％以下になるように形成することを特徴とする薄膜半
導体装置の製造方法を、上記手段とするものである。

【００１４】本発明は、前記薄膜トランジスタ，薄膜ト
ランジスタ型光センサーなどの薄膜半導体装置の保護膜
に用いる窒化シリコン膜において、窒化シリコン膜中の
窒素原子とシリコン原子にそれぞれに結合した水素密度
の和が、膜の構造の緻密性、耐湿性を支配していること
を解明して、保護膜として適当な結合水素密度を与え、
窒化シリコン膜の製膜条件の設定を容易にすることがで
きるものである。

【００１５】

【実施例】以下、本発明を実施例にもとづき説明する。（実施例１）図１は、本発明の薄膜トランジスタ型光センサの断面図
である。

【００１６】図２は、本発明の薄膜トランジスタ及び薄
膜トランジスタ型光センサの作成方法を示す。図２
（ａ）において、１は、ガラス基板、２はゲート電極と
なるＣｒである。ゲート電極２のＣｒはスパッタ法等で
前面に堆積し、感光性レジストを用いたフォトリソグラ
フィ工程により、パターニング形成される。その後、ゲ
ート絶縁膜となる水素化アモルファスシリコン窒化膜３
（ａ−ＳｉＮｘ：Ｈ以下窒化シリコン膜）を３０００
Å、半導体層４となるアモルファスシリコン（以下ａ−
Ｓｉ：Ｈ）を５０００Å、オーミックコンタクト層のｎ
⁺ 層５を１０００Åを順次連続にプラズマＣＶＤ法で全
面に堆積する。

【００１７】図２（ｂ）は、上部電極となるアルミニウ
ムをスパッタ法等で全面に１００００Å堆積して、感光
性レジスト８を用いたフォトリソグラフィ工程により、
パターニングしてソース、ドレイン電極６，７を形成し
たところを示す。このとき、電極の上には感光性レジス
ト８がある。

【００１８】図２（ｃ）は、この感光性樹脂８をマスク
にして、ｎ⁺ 層５を所定の深さにＲＩＥ等のエッチング
によりエッチングした後、感光性レジスト８を剥離す
る。図２（ｄ）は、フォトリソグラフィ工程により、Ｒ
ＩＥなどのエッチングにより、ＴＦＴを素子間分離し、
窒化シリコン膜の保護層１０を全面に５０００Å堆積し
て、図１のＴＦＴが作成される。

【００１９】窒化シリコン膜は、ＳｉＨ₄とＮ₂とＨ₂
の混合ガスを基板温度１５０℃でプラズマＣＶＤ法によ
り堆積させた。製膜時の放電電力のＲＦパワーを５０Ｗ
〜３００Ｗまで変化させることで、Ｎ／Ｓｉ組成比を
０．４〜１．３に設定することができる。

【００２０】窒化シリコン膜中の結合水素密度は、製膜
の原料ガスの種類や製膜法により変化させることができ
る。図４に製膜の原料ガスとして、ＳｉＨ₄とＮ₂とＨ
₂の混合ガスを用いた場合において、Ｎ／Ｓｉ組成比に
対する結合水素の百分率を示した。ここで結合水素の百
分率は、窒化シリコン膜の構成元素である窒素原子と珪
素原子と水素原子の総数に対する水素原子の数の百分率
を表わす。

【００２１】窒化シリコン膜中に含まれる結合水素の百
分率は、製膜時の水素希釈率を大きくすることで、減少
させることができる。これはアモルファスシリコンの製
膜において水素希釈により、堆積表面をＨ原子で被覆す
ることで、製膜に寄与するＳｉＨ₃ラジカルの安定なサ
イトへの拡散を促し、緻密な膜構造が得られるといわれ
ているが、窒化シリコン膜においても同様な水素希釈効
果が生じていると考えられる。またプラズマによって生
じた水素ラジカルにより堆積膜表面の結合水素を引き抜
く効果も考えられる（この効果をさらに推進させる方法
として製膜と水素プラズマ処理を交互に行なう方法があ
る。この時、水素プラズマ処理される膜は、水素ラジカ
ルが効果的に結合水素を引き抜くことができる程度の膜
厚（１０〜５０Å）にすれば、結合水素の引き抜かれた
膜のみが積層されることになる。）。図４にはこのよう
な方法により得られた、異なる結合水素の百分率を有す
る窒化シリコン膜を示した。

【００２２】また、これらの方法により得られた、異な
る結合水素の百分率をもつ窒化シリコン膜において、緩
衝フッ酸溶液（以下ＢＨＦ溶液）に対するエッチング速
度を示したものである。同図によれば、ＢＨＦエッチン
グ速度は、Ｎ／Ｓｉ組成比に関係なく結合水素の百分率
に依存して変化していることがわかる。すなわち、等し
い窒素原子とシリコン原子が存在する窒化シリコン膜に
おいても結合水素により構造の緻密性が変わることを示
している。従来、Ｎ／Ｓｉ組成比が大きくなると膜の緻
密性が失われたのはＮ／Ｓｉ組成比に伴って窒素原子が
増加して、窒素に結合した水素（Ｎ−Ｈ結合）が増加し
たためである。この様にＢＨＦエッチング速度の総結合
密度による変化から、構造の緻密性は結合水素の百分率
により決定されることが分かる。

【００２３】また、この窒化シリコン膜を薄膜トランジ
スタなどの薄膜半導体装置の保護膜に用いた場合の耐湿
性について、この薄膜半導体装置を高温高湿（６０℃、
９０％）に放置した時間に対する１７２８ビットの配線
腐食発生率を図６に示す。同図において、（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）は結合水素の百分率がそれぞれ３７原子
％、３０原子％、２４原子％の同じＮ／Ｓｉ組成比を持
つ窒化シリコン膜を保護膜として用いた場合を表わす。
同図によれば、結合水素の百分率が大きくなると、配線
腐食発生率は急激に大きくなる。さらに、いろいろな膜
について、高温高湿（６０℃、９０％）に５００時間放
置した時の配線腐食発生率を図７に示した。これによれ
ば、これらの窒化シリコン膜の保護膜としての耐湿性は
Ｎ／Ｓｉ組成比に関係なく、結合水素の百分率に依存し
ていることがわかる。また、窒化シリコン膜の結合水素
の百分率が３５原子％以上になると急激に配線腐食発生
率が大きくなり、耐湿性が悪化することがわかる。な
お、実際の密着型画像読み取り装置にこの薄膜半導体装
置を用いた場合、この高温高湿試験により腐食発生率が
２０％以下であれば製品のスペックとして問題ないこと
は確認されている。これより、結合水素の百分率が３５
原子％以下の窒化シリコン膜を保護膜として用いれば、
良好な耐湿性が得られることがわかる。

【００２４】さらに図８は窒化シリコン膜の構造につい
て、次式で表されるような、平均の最隣接の配位数ｍを
いろいろなＮ／Ｓｉ組成比について示したものである。

【００２５】

【数１】ｍ＝４ｘ＋３ｙ＋１ｚ（ただしｘ＋ｙ＋ｚ＝１）・・・（１）ここで、ｘ，ｙ，ｚはそれぞれＳｉ，Ｎ，Ｈ原子の組成
比を表し、最隣接配位数が短距離において保存されてい
ることが仮定されている。アモルファス状態とガラス状
態においてこれらのランダムネットワークを考える時、
原子ごとの拘束数Ｎ_CO（ｍ）は、

【００２６】

【数２】Ｎ_CO（ｍ）＝ｍ／２＋ｍ（ｍ−１）／２＝ｍ²／２・・・（２）で与えられる。ここで、第１項はボンドの伸び縮みの自
由度の数、第２項はボンドの曲がりに対する自由度の数
である。この拘束数を空間の３次元的な自由度として、
Ｎ_CO＝３ととると、ｍ_C＝６^0.5 ＝２．４５の時、最も
都合の良いつながり方となり、２＜ｍ＜３の時、ガラス
形成能が高くなる。ここで最隣接配位数ｍがｍ_Cに比べ
て大きい時は各原子の拘束力が大きなアモルファス状態
となり、ｍがｍ_Cに比べて小さい時は各原子の拘束力が
小さなアモルファス状態になり、これらはガラス状態に
比べると自由エネルギーの高い準安定状態を取っている
といわれている。窒化シリコン膜ではガラスを形成する
ことはないため、最隣接配位数ｍが小さくなると、各原
子の拘束数が減少して、ｍ_C＝２．４５までは膜構造の
３次元的な自由度が大きくなると思われる。しかし、ｍ
_C＝２．４５以下になると、さらに自由度が大きくなり
すぎて、自由エネルギーの比較的高い状態でも準安定状
態をとることが可能となり、構造的に不安定な膜、すな
わち緻密性に乏しい膜となる。図８によれば、いろいろ
なＮ／Ｓｉ組成比の時についても、ｍ_C＝２．４５に対
応する膜中の結合水素の百分率は約４０〜４５原子％と
なっている。すなわち、最隣接配位数ｍがｍ_C＝２．４
５付近では、Ｎ／Ｓｉ組成比よりも、膜中の結合水素の
百分率に依存していることがわかる。この理論では膜中
の結合水素の百分率が４０〜４５原子％以下の時に膜構
造が疎になり、緻密性が失われることになったが、実際
の窒化シリコン膜では膜中の結合水素の百分率が３５原
子％以下で緻密性が失われる。この差は、Ｎ原子とＳｉ
原子は水素原子と共有結合半径や、電気陰性度の差があ
るためにそれぞれの結合エネルギーが異なり、水素原子
との結合のしやすさが変化したために生じたと思われ
る。しかし膜構造の緻密性がＮ／Ｓｉ組成比よりも、膜
中の結合水素の百分率に依存していることはこの理論に
より定性的に理解される。

【００２７】本実施例では窒化シリコン膜は、ＳｉＨ₄
とＮ₂とＨ₂の混合ガスを用いた場合について述べた
が、ＳｉＨ₄やＳｉ₂Ｈ₆とＮＨ₃やＮ₂Ｏなどのシリ
コン原子と窒素原子を含むガスであれば、同様にして、
Ｈ₂の希釈率を変えたり、製膜とＨ₂プラズマを交互に
行なう方法などで、結合水素の百分率を変えることがで
きる。

【００２８】本発明の実施例の薄膜半導体装置をファク
シミリ等の画像読み取り装置に応用した場合の断面図を
図９に示す。光源７１からの入射光は原稿６９で反射し
て、図２の工程で作成された薄膜トランジスタ型光セン
サにより光電変換され、同一工程から成る電荷蓄積コン
デンサにより発生した電荷蓄積される。さらに同一工程
から成る薄膜トランジスタによりこれらの電荷の転送リ
セットが行なわれる。

【００２９】図１０に本発明の薄膜トランジスタ型光セ
ンサ及び薄膜トランジスタなどの薄膜半導体装置で構成
した完全密着型センサの回路の平面図の一例を示す。同
図において、２０はマトリクスに形成された配線部、２
１は本発明による薄膜トランジスタ型光センサを用いた
光センサ部、２２は電荷蓄積部、２３ａは本発明による
薄膜トランジスタを用いた転送用スイッチ、２３ｂは電
荷蓄積部２２の電荷をリセットする本発明による薄膜ト
ランジスタを用いた放電用スイッチ、２５は転送用スイ
ッチの信号出力を信号処理ＩＣに接続する引き出し線で
ある。本実施例では光センサ部２１、転送用スイッチ２
３ａ及び放電用スイッチ２３ｂを構成する光導電性半導
体層としてａ−Ｓｉ：Ｈ膜が用いられ、絶縁層としてプ
ラズマＣＶＤによる窒化シリコン膜が用いられている。

【００３０】尚、図１０においては、煩雑さを避けるた
めに、上下２層の電極配線のみ示し、上記光導電性半導
体層及び絶縁層は図示していない。さらに上層電極配線
と半導体層との界面にはｎ⁺ 層が形成され、オーミック
接合が取られている。図１１に本発明の薄膜トランジス
タ型光センサ及び薄膜トランジスタなどの薄膜半導体装
置で構成した完全コンタクト型センサの回路の等価回路
を示す。同図において、Ｓ_i,1 ，Ｓ_i,2 ，Ｓ_i,3 ，・・
・・Ｓ_i,n ，は、図１０の光センサ部２１を構成してい
る光センサであり、ｉはブロックの番号、１〜ｎはブロ
ック内のビット数である。（以下Ｓ_i,n と記す。）また
同図において、Ｃ_i,n は電荷蓄積部２２のコンデンサ
で、光センサＳ_i,n に対応してそれぞれの光電流を蓄積
する。また、蓄積コンデンサＣ_i,n の電荷を負荷コンデ
ンサＣＸ_nに転送するための転送用スイッチ２３ａのト
ランジスタＳＴ_i,n ，電荷をリセットする放電用スイッ
チ２３ｂのトランジスタＳＲ_i,n も同様に対応してい
る。

【００３１】これらの、光センサＳ_i,n ，蓄積コンデン
サＣ_i,n ，転送用スイッチトランジスタＳＴ_i,n ，およ
び放電用スイッチトランジスタＳＲ_i,n は、それぞれ一
列にアレイ状に配置され、ｎ個で１ブロックを構成し、
全体としてｍ個のブロックに分けられている。たとえ
ば、センサが１７２８個で構成されているとすれば、ｎ
＝３２，ｍ＝５４とすることができる。アレイ状に設け
られた転送用スイッチＳＴ_i,n ，放電用スイッチＳＲ
_i,n のゲート電極は、ゲート配線部に接続される。転送
用スイッチＳＴ_i,n のゲート電極は１番目のブロック内
で共通に接続され、放電用スイッチＳＲ_i,n のゲート電
極は次の順位のブロックの転送用スイッチのゲート電極
に接続される。

【００３２】マトリクス配線部２１０の共通線（ゲート
駆動線Ｇ₁，Ｇ₂，Ｇ₃，・・・Ｇ_m）はゲート駆動部
２４６によりドライブされる。一方信号出力は、マトリ
クス構成になっている引き出し線２３０（信号出力線Ｄ
₁，Ｄ₂，Ｄ₃・・・Ｄ_n）を介して信号処理部２４７
（ブロック単位で）接続される。また、光センサＳ_i,n
のゲート電極は駆動部２５０に接続されて、負のバイア
スが加えられる。

【００３３】かかる構成において、ゲート駆動線Ｇ₁，
Ｇ₂，Ｇ₃，・・・Ｇ_mにはゲート駆動部２４６から順
次選択パルス（ＶＧ₁，ＶＧ₂，ＶＧ₃・・・ＶＧ_m）
が供給される。まず、ゲート駆動線にＧ₁選択される
と、転送用スイッチＳＴ_1,1 〜ＳＴ_1,n がＯＮ状態とな
り、蓄積コンデンサＣ_1,1 〜Ｃ_1,n に蓄積された電荷が
負荷コンデンサＣＸ₁〜ＣＸ_nに転送される。次に、ゲ
ート駆動線Ｇ₂が選択されると、転送用スイッチＳＴ
_2,1 〜ＳＴ_2,n がＯＮ状態となり、蓄積コンデンサＣ
_2,1 〜Ｃ_2,n に蓄積された電荷が負荷コンデンサＣＸ₁
〜ＣＸ_nに転送され、同時に放電用スイッチＳＲ_1,1 〜
ＳＲ_1,n より蓄積コンデンサＣ_1,1 〜Ｃ_1,n の電荷がリ
セットされる。以下同様にして、ゲート駆動線Ｇ₃，Ｇ
₄，Ｇ₅，・・・Ｇ_mについても選択されて、読み取り
動作が行なわれる。これらの動作は各ブロックごとに行
われ、各ブロックの信号出力ＶＸ₁，ＶＸ₂，ＶＸ₃・
・・ＶＸ_nは信号処理部２４７の入力Ｄ₁，Ｄ₂，Ｄ₃
・・・Ｄ_nに送られ、シリアル信号に変換されて出力さ
れる。

【００３４】本発明の薄膜半導体装置の応用例として、
ここでは図９に示すように、光センサの上部に耐摩耗層
７０を形成してセンサの裏面から光源７１により照明
し、原稿６９を読み取るレンズレスの完全密着型画像読
み取り装置についてのみ述べたが、さらに、等倍結像レ
ンズ（たとえば、日本板硝子のセルフォックレンズな
ど）を用いた完全密着型画像読み取り装置にも応用でき
る。あるいは密着型画像読み取り装置だけではなく、ア
クティブマトリクス型液晶ディスプレイにも応用できる
ことはいうまでもない。

【００３５】

【発明の効果】本発明により、薄膜トランジスタや薄膜
トランジスタ型光センサなどの薄膜半導体装置の保護膜
として用いる窒化シリコン膜において、膜の構成元素で
ある窒素原子と珪素原子のそれぞれに結合する水素原子
が、膜の構造の緻密性、耐湿性を支配していることが解
明され、窒化シリコン膜中の結合水素の百分率が、３５
原子％以下の範囲においてのみ、薄膜半導体装置の保護
膜としての十分な耐湿性が得られることがわかった。

【００３６】以上によりこれらの薄膜半導体装置の保護
膜の条件を選ぶ場合に、結合水素の百分率が前記最適化
範囲の中にあれば、製膜の原料ガスや製膜法によらず、
自由度を持って選ぶことができ、十分な耐久性、安定性
を有する薄膜半導体装置が容易に得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による薄膜半導体装置の断面図

【図２】本発明による薄膜半導体装置の作成方法を示す
工程図

【図３】従来の薄膜半導体装置の断面図

【図４】製膜のガス種を変えた窒化シリコン膜の結合水
素の百分率の、Ｎ／Ｓｉ組成比依存性を示す図

【図５】窒化シリコン膜のＢＨＦエッチング速度と、結
合水素の百分率の関係を示す図

【図６】高温高湿放置時間に対する配線腐食を示す図

【図７】高温高湿放置５００時間の配線腐食発生率を示
す図

【図８】窒化シリコン膜の構造について、２次元のネッ
トワークモデルを示した図

【図９】本発明による薄膜半導体装置を用いた画像読み
取り装置の断面図

【図１０】本発明による薄膜半導体装置を用いた画像読
み取り装置の平面図

【図１１】本発明による薄膜半導体装置を用いた画像読
み取り装置の等価回路

【符号の説明】

１，３１，６１ガラス基板２，３２，６２ゲート電極３，３３，６３ゲート絶縁膜４，３４，６４光導電性半導体膜５，３５，６５ｎ⁺ 層（オーミックコンタクト層）６，３６，６６ソース電極層（上部電極層）７，３７，６７ドレイン電極層（上部電極層）８感光性レジスト１０保護層６９原稿７０耐摩耗層７１光源２０，２１０マトリクス形成されたゲート配線部２１光センサ部２２電荷蓄積部２３ａ転送用スイッチ２３ｂ放電用スイッチ２５，２３０信号出力の引き出し線２６光入射窓２４６ゲート駆動部２４７信号処理部２５０センサゲート駆動部Ｓ_i,n 光センサＣ_i,n 蓄積コンデンサＣＸ_n 負荷コンデンサＳＴ_i,n 転送用スイッチングトランジスタＳＲ_i,n リセット用スイッチングトランジス
タ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０１Ｌ 31/10 Ｅ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁基板上に、非単結晶シリコンからな
る半導体層と金属電極とを有する薄膜半導体装置におい
て、前記半導体層と金属電極上に窒化シリコン膜を有し、該
窒化シリコン膜の構成元素である窒素原子と珪素原子と
水素原子の総数に対する前記水素原子の数の百分率が、
３５％以下であることを特徴とする薄膜半導体装置。
【請求項２】前記薄膜半導体装置は、同一基板上に、
コンデンサとマトリクス配線とともに配置され、前記薄
膜半導体装置と前記コンデンサと前記マトリクス配線と
が、連続する前記窒化シリコン膜によって覆われている
ことを特徴とする請求項１記載の薄膜半導体装置。
【請求項３】アクティブマトリクス型表示装置に用い
られることを特徴とする請求項１記載の薄膜半導体装
置。
【請求項４】絶縁基板上に、非単結晶シリコンからな
る半導体層と金属電極とを有する受光素子において、前記半導体層と金属電極上に窒化シリコン膜を有し、該
窒化シリコン膜の構成元素である窒素原子と珪素原子と
水素原子の総数に対する前記水素原子の数の百分率が、
３５％以下であることを特徴とする受光素子。
【請求項５】前記受光素子は、コンデンサとマトリク
ス配線とともに同一基板上に配置され、前記受光素子
と、前記コンデンサと、前記マトリクス配線と、光入射
窓とが、連続する前記窒化シリコン膜によって覆われて
いることを特徴とする請求項４記載の受光素子。
【請求項６】同一絶縁基板上に配置された、非単結晶
シリコンからなる半導体層と金属電極を有する薄膜半導
体装置と、非単結晶シリコンからなる半導体層と金属電
極を有する受光素子と、を具備した光センサにおいて、窒素原子と珪素原子と水素原子の総数に対する前記水素
原子の数の百分率が、３５％以下である窒化シリコン膜
により、前記薄膜半導体装置と前記受光素子の両方の表
面が連続して覆われていることを特徴とする光センサ。
【請求項７】同一の前記絶縁基板上に、前記薄膜半導
体装置と、前記受光素子と、コンデンサと、マトリクス
配線と、基板裏面に設置された光源の光を表面に通過さ
せるための入射窓と、が配置され、前記薄膜半導体装置と、前記受光素子と、前記コンデン
サと、前記マトリクス配線と、前記入射窓とが、連続す
る前記窒化シリコン膜によって覆われていることを特徴
とする請求項６記載の光センサ。
【請求項８】絶縁基板上に、非単結晶シリコンからな
る半導体層と金属電極を有する薄膜半導体装置の製造方
法において、前記半導体層と金属電極上の絶縁層膜として用いる窒化
シリコン膜の形成工程において、該窒化シリコン膜の構
成元素である窒素原子と珪素原子と水素原子の総数に対
する前記水素原子の数の百分率が、３５％以下になるよ
うに形成することを特徴とする薄膜半導体装置の製造方
法。
【請求項９】前記窒化シリコン膜の形成工程におい
て、前記珪素原子に対する窒素原子の比が０．４以上と
なるように形成することを特徴とする請求項８に記載の
薄膜半導体装置の製造方法。
【請求項１０】前記絶縁膜の窒化シリコン膜の形成方
法は、珪素原子を含むガスと窒素原子を含むガスと水素
ガスを用いた堆積工程と、水素ガスを含むプラズマ処理
工程とが、交互に複数回繰り返されることを特徴とする
請求項８に記載の薄膜半導体装置の製造方法。
【請求項１１】前記プラズマ処理工程は、１工程で１
０〜５０オングストロームの前記窒化シリコン膜を処理
することを特徴とする請求項１０記載の薄膜半導体装置
の製造方法。
【請求項１２】前記薄膜半導体装置は、受光素子であ
ることを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１項記載
の薄膜半導体装置の製造方法。