JPH039531A

JPH039531A - 薄膜半導体装置

Info

Publication number: JPH039531A
Application number: JP14314489A
Authority: JP
Inventors: Shiyuuichi Uchikoga; 修一内古閑
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-06-07
Filing date: 1989-06-07
Publication date: 1991-01-17

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕 −（産業上の利用分野）本発明はガラスを基板に用いた薄膜半導体装置に係り、
特にアルカリイオンを含むガラスを基板とする薄膜半導
体装置に関する。

（従来の技術）従来はガラスを基板とした薄膜半導体装置を形成する際
、基板にはナトリウム等の不純物イオンを含まない無ア
ルカリガラスが用いられていた。

これはソーダライムガラス等のアルカリイオンを含むガ
ラスにはナトリウム等の不純物イオンが含まれており、
この不純物イオンが薄膜半導体装置を構成する膜やその
他装置の構成各部に拡散し、Ｉｓｄ−Ｖｇ特性等薄膜半
導体装置の特性を劣化させると考えられていたためであ
る。安価であるにもかかわらず性質的にアルカリイオン
を含むガラスは薄膜半導体装置には不適当とされ、その
ため無アルカリガラスが基板として利用されていた。し
かし無アルカリガラスはその製法等により高価であるた
め薄膜半導体装置のコストも当然上ってしまう。特に薄
膜半導体装置をスイッチング素子として用いる液晶表示
装置の場合、大型化が望まれており、少しでもコストを
削減する必要がある。

そこで、アルカリイオンを含む安価なガラスの欠点を補
正してガラス基板に利用する発明がいくつかなされてい
る。

アルカリイオンを組成としてもつガラスを基板に用いた
薄膜半導体装置を形成する際、不純物イオンの拡散を抑
える為にガラス基板にシリコン酸化膜を形成し、コーテ
ィング層を基板に設けることが常套手段となっている。

この種の装置としては例えば特開昭６１−１２８２２５
号公報が知られている。

しかしシリコン酸化膜のコーティングではガラス基板か
らのナトリウム等の不純物イオンの拡散を十分に抑える
ことができず、信頼性のある液晶表示装置を得ることが
できなかった。

またシリコン酸化膜の代りにシリコン窒化膜を用いた例
もある。ここで不純物の拡散を防ぐという面ではシリコ
ン窒化膜の方がシリコン酸化膜よりも優れている。しか
しシリコン窒化膜をガラス基板全面に残すことは薄膜半
導体装置形成のプロセスとの整合性から困難である。

第５図はゲート絶縁膜が全てシリコン窒化膜である場合
の逆スタッガード型の薄膜トランジスタ（以下ＴＰＴと
称す）の構成を示す断面図である。

例えば半導体層（５６）としてＣＶＤ法を用いたアモル
ファスシリコンを用いたとする。半導体層（５６）を島
状にバターニングする際、ゲート絶縁膜（５５）を全て
シリコン窒化膜（５３ａ、　５３ｂ）のみで形成すると
、シリコン窒化膜（５３ａ、　５３ｂ）は半導体層（５
６）であるアモルファスシリコンと同じ形にバターニン
グされてしまい、ガラス基板全面に残すことができない
。この様にシリコン窒化膜（５３ａ、　５３ｂ）をガラ
ス基板（５１）全面に残すことが従来のシリコン窒化膜
（５３ａ、　５３ｂ）の単層膜による方法ではできず、
シリコン窒化膜（５３ａ、　５３ｂ）の平坦性を保つこ
とができなかった。

以上２つの組み合わせ例として特開昭６１−７８１６５
号公報の様に、ガラス基板に基板側からシリコン酸化膜
を形成し、更にその上にシリコン窒化膜を形成したもの
もある。シリコン酸化膜を基板側に形成することで基板
の荒れを防ぎ、シリコン窒化膜を平坦に形成させること
を目的としたもので、ガラス基板に無アルカリガラスを
用いた場合には効果は大きいが、アルカリガラスを用い
た場合にはガラス基板からのイオンの拡散を防ぐという
効果を充分に得ることはできなかった。

これらのことから従来技術だけでは基板からの不純物拡
散を防止した信頼性のある薄膜半導体装置を得ることは
できなかった。

（発明が解決しようとする課題）上述した様に、従来の薄膜半導体装置においてはガラス
基板全面に、平坦にガラス基板の不純物イオンの拡散を
十分に抑えるコーティング層を形成することができなか
った。

そこで本発明は不純物イオンを含む安価なガラスを基板
に用いても不純物の拡散を十分に防止するコーティング
層をガラス基板全面に設けることで特性の信頼性のある
薄膜半導体装置を提供することを目的とする。

［発明の構成〕（課題を解決する為の手段）上記目的を達成する為に本発明は、ガラスを基板に用い
、その上に金属薄膜電極、ゲート絶縁膜を有する薄膜半
導体装置において、ガラス基板側から基板全面にシリコ
ン窒化膜、シリコン酸化膜の順で薄膜層を構成されてお
り、前記このシリコン窒化膜、シリコン酸化膜の積層膜
若しくはこの積層膜の内のシリコン酸化膜が前記ゲート
膜絶縁膜を兼ねた構成となっている。またこの構成にさ
らにガラス基板と金属薄膜電極との間にシリコン窒化膜
を設けた構成をとってもよい６（作　用）ナトリウム等の不純物イオンを含む安価なガラスを基板
に用いた薄膜半導体装置であっても、基板側からシリコ
ン窒化膜、シリコン酸化膜の順で二層薄膜層を設けるこ
とでガラス基板からの不純物の拡散を充分に抑えること
ができる。また、シリコン窒化股上全面にシリコン酸化
膜を形成しているので、シリコン窒化膜を基板全面に残
すことができ、薄膜半導体装置形成プロセスとの整合性
がはかれる。

さらに、シリコン窒化膜を薄膜半導体装置の金属ＷＩ膜
電極の下層薄膜とすることで、ガラス基板と金属薄膜電
極の密着性を改善することもできる。

（実施例）以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。

〈実施例１〉第１図は本発明を液晶表示装置において実施した１例の
構成を示す断面図である。

液晶表示装置の信頼性を劣化させる様な組成をもつガラ
スを基板０）とし、その上にゲート電極■を設ける。そ
の上にゲート絶縁膜■として、ガラス基板側からシリコ
ン窒化膜（３ａ）、シリコン酸化膜Ω）、シリコン窒化
膜（３ｂ）の順で堆積し、更に半導体層０、ソース・ド
レインコンタクト層■を堆積させる１次にこの半導体層
０とソース・ドレインコンタクト層■を所望の形にバタ
ーニングし、次いで表示電極（ハ）とソース・ドレイン
電極０を形成する。

ここで実施例１の具体的データを示す。

ナトリウムイオンを約１２％含有する安価なソーダライ
ムガラスを基板■とし、その上にスパッタ法により堆積
されたＭｏ−Ｔａ膜２５００人をバターニングしゲート
電極■を設ける０次にこれらの上にガラス基板側からＣ
ＶＤ法によりシリコン窒化膜（３ａ）、シリコン酸化膜
（へ）の順で計３５００人堆積させ、ゲート絶縁膜■と
する。この膜厚は電気的絶縁性を確保するためにピンホ
ール等の欠陥も考慮した値であるが、この時基板側から
の不純物の拡散を抑えるシリコン窒化膜（３ａ）はピン
ホール、欠陥なしに堆積させるには５００人は必要であ
り、またシリコン窒化膜（３ａ）をガラス基板全面に残
す為にシリコン酸化膜に）は１５００人程度必要なので
、シリコン窒化膜（３ａ）の膜厚を５００人〜２０００
人とする。更にこれらの上にＣＶｄ法でシリコン窒化膜
（３ｂ）、半導体層０としてアモルファスシリコンを３
０００人、ソース・ドレインコンタクト層■としてリン
をドープしたアモルファスシリコンを５００人堆積させ
る。この３つの層をバターニングする際、シリコン酸化
膜に）をエツチングしない為にＣＦ４＋Ｏ□によるドラ
イエツチングを行えば、シリコン酸化膜（へ）をシリコ
ン窒化膜（３ａ）のストッパーとして全面に残すことが
できる。その後スパッタ法により１５００人堆積された
ＩＴＯを表示電極（ハ）としてパタニングし、Ｍｏ、Ａ
Ｉ金属薄膜を各々５００人。

１ｔｉｍ堆積し、ソースドレイン塩ｐｉ０として液晶表
示装置のＴＰＴとする。

この様な構成のＴＰＴの特徴は以下の通りである。

■　基板側のシリコン窒化膜（３ａ）からソース・ドレ
インコンタクト層■までを真空を破らずに連続して堆積
可能なので、ＴＰＴの信頼性及びスループット向上に貢
献することができる ■　シリコン窒化膜（３ａ）はシリコン酸化膜（イ）と
共にゲート絶縁ｒＪ！ｉ■の役割を果していると共にガ
ラス基板からの不純物イオンの拡散を抑えるコーティン
グの役割を果している ■　一方、シリコン酸化膜（至）はシリコン窒化膜（３
ａ）をガラス基板全面に残すストッパーの役割を果して
いる液晶表示装置の信頼性を劣化させる様な組成をもつ安価
なガラスを基板にしたＴＰＴをその形成プロセスをｍ雑
にすることなく液晶表示装置に用いることができる。そ
の結果、大型液晶表示装置をコメトを従来捏上げること
なく提供することも可能となる。

第６図にガラス基板の基板側からシリコン酸化膜、シリ
コン窒化膜の順に堆積した従来技術に依った場合のドレ
イン電流−ゲート電圧曲線を破線で、本発明に依った場
合のドレイン電流−ゲート電圧を実線で示している。同
図によれば、本発明によりオン−オフ化、ドレイン電流
の立ち上りが改善されたことがわかる。

〈実施Ｍ２＞第２図も請求項２記載の本発明を液晶表示装置において
実施した１例の構成を示す断面図である。

第１図に示されている前述の実施例と異なる点はガラス
基板（２１）からの不純物の拡散を抑える役割をしてい
るシリコン窒化膜（２３ａ）をゲート電極（２２）の下
に設けたことである。この場合にもシリコン窒化膜（２
３ａ）の膜厚は５００人〜２０００人必要である。ゲー
ト電極（２２）に用いる金属と、ガラス基板（２１）の
組み合わせによっては密着性の悪いものがある。例えば
タングステン、モリブデン、銅等は空気中で酸化されや
すく、これらの金属の空気中での最高加工温度はタング
ステンが３００℃、モリブデンが２００℃、銅が１００
℃となっており、また基板に用いるガラスはほう硅酸ガ
ラス系かソーダガラス系かなど、ガラスの種類によって
最高温度が異ってくる。この様なＴＰＴのゲート電極（
２２）とガラス基板（２１）の密着性の問題点を第２図
に示した実施例によって改善することができる。

この様な構成のＴＰＴにおいては、第２図に示している
様な逆スタッガード型である必要はなく、例えばスタッ
ガード型やコプラナー型の様に半導体層がガラス基板に
接する様な構造をしたものであっても電気的特性に問題
のないＴＰＴを提供することができる。

〈実施例３〉第３図は請求項１記載の本発明の実施例の１つの構成を
示す断面図である。実施例１，２との相違点は、半導体
層（３６）の上にシリコン窒化膜（３３）を設けた点で
ある。

この様な例の場合も基板に用いるガラスと、ゲート電極
とする金属の密着性が悪い時には、実施例２と同様シリ
コン窒化膜をゲート電極の下にも設けることができる。

〈実施例４〉第４図は本発明を用いたフォトコンダクション型イメー
ジセンサＴＦＴの断面図である。フォトコンダクション
型イメージセンサには従来基板として無アルカリガラス
が用いられていたが１図に示している様にゲート電極（
４２）の上にゲート絶縁膜としてシリコン窒化膜（４３
）　、シリコン酸化膜（４４）の二層膜を設けることで
、基板に安価なイオンガラスを利用することができる。

〔発明の効果〕

以上詳述した様に１本発明によれば、薄膜半導体装置の
ガラス基板側からシリコン窒化膜、シリコン酸化膜の順
で薄膜層を形成することで、ガラス基板からの不純物の
拡散を全面的に抑えることが可能となり、不純物イオン
を含む安価なアルカリガラスを基板に用いても、特性の
劣化していない信頼性の高い薄膜半導体装置を複雑な形
成プロセスを経ることなく提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の薄膜半導体装置の第１の実施例の構成
を示す断面図、第２図は第２の実施例の構成を示す断面
図、第３図は第３の実施例の構成を示す断面図、第４図
は第４の実施例の構成を示す断面図、第５図は従来の薄
膜半導体装置の構成を示す断面図、第６図は第１の実施
例と従来例のドレイン電流−ゲート電圧を示した特性図
である。１、２．３１．４１．５１　　　ガラス基板２、２２．
３２．４２．５２　　　ゲート電極３ａ、　３ｂ、　２
３ａ、　２３ｂ、　３３ａ、　３３ｂ、　３３ｃ、　４
３．５３ａ、　５３ｂシリコン窒化膜４　、２４．３４．４４　　　　　シリコン酸化膜５、
２５．３５．５５　　　　　ゲート絶縁膜６　、２６．
３６．４６．５６　　　半導体層７、２７．３７．４７
．５７　　　ソース・ドレインコンタクト層８、２８．
３８９　、２９．３９．４９．５９００１０２０３表示電極ソース・ドレイン電極ブロック電極絶縁層反射層マトリックス駆動線

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ガラスを基板に用い、その上に金属薄膜電極、ゲ
ート絶縁膜を有する薄膜半導体装置において、前記ガラ
スを基板全面に基板側からシリコン窒化膜、シリコン酸
化膜の順で薄膜層が形成されており、前記シリコン窒化
膜と前記シリコン酸化膜の積層膜若しくは積層膜の内の
シリコン酸化膜が前記ゲート絶縁膜を兼ねていることを
特徴とする薄膜半導体装置。
（２）前記基板と前記金属薄膜電極との間にシリコン窒
化膜を設けたことを特徴とする請求項１記載の薄膜半導
体装置。