JPH0613329A

JPH0613329A - 半導体装置及び半導体製造装置及び製造方法

Info

Publication number: JPH0613329A
Application number: JP4190306A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Ahei; 忠司阿閉; Kazuaki Tashiro; 和昭田代; Takayuki Ishii; 石井　　隆之
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-06-25
Filing date: 1992-06-25
Publication date: 1994-01-21

Abstract

(57)【要約】【目的】単位時間あたりの基板処理枚数を多くして、
コストを低下させ、半導体堆積膜へ、安定した水素プラ
ズマを照射することにより、品質の安定した半導体薄膜
を形成し、エッチング処理時の製品の歩留まりを高くし
た半導体製造装置及び製造方法を実現する。【構成】非単結晶シリコン膜を有する半導体装置の製
造装置において、少なくとも珪素原子を含むガスを用い
た高周波グロー放電により、基体１１上に非単結晶シリ
コン膜の堆積を行なう電極２１による空間と、少なくと
も水素ガスを含む混合ガスにより水素ラジカル処理を行
なう空間と、を交互に複数個配置した成膜室と、該成膜
室の前記それぞれの空間を、前記基体を順次移動させる
手段とを有し、複数の前記基体を移動させながら、連続
的に成膜処理を行なうことを特徴とする半導体製造装
置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造装置、及び
その半導体膜の製造方法、及び半導体装置に関するもの
であり、特に、アモルファスシリコン薄膜、水素化アモ
ルファスシリコンアロイ、大面積非単結晶シリコンの製
造装置、及びその製造方法、及び半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】（従来例Ａ）太陽電池による太陽光発電
はクリーンエネルギーとして将来に期待されており、ア
モルファスシリコンを用いた太陽電池もエネルギー変換
効率が年々向上して、電卓や時計などの民生機器への実
用化も進んできている。また、電子写真の感光ドラムと
しても耐久性に優れたアモルファスシリコンが利用さ
れ、高級機に普及してきている。

【０００３】さらに近年オフィスオートメーションにと
もない、液晶表示ディスプレー、画像読み取り装置等の
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、軽量、薄型、
低価格が要望されている。このような観点により、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ーや、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】アモルファスシリコン等の非単結晶シリコ
ンは単結晶シリコンにくらべて、低温で大面積の膜が得
られる反面、熱的に非平衡状態（準安定状態）で形成さ
れるため、光劣化現象などが生じて、安定性に劣ってい
る。また禁制帯中に局在準位を含み、半導体として用い
る場合にキャリアがそれらの準位にトラップされ、キャ
リアの易動度が小さく、高速のデバイスには応用できな
い。

【０００５】これらの原因として、アモルファスシリコ
ンはもともと膜中に水素を含むため、構造の柔軟性、ラ
ンダム性が生じているためと言われている。通常の高周
波プラズマＣＶＤ法などの製法によると、アモルファス
シリコン中の水素は、局在準位となる未結合手を終端す
る以外に、過剰に取り込まれてしまう。高温で製膜する
ことにより、膜中の水素をある程度は減少させることが
できるが、温度が上がりすぎると、微結晶化が始まり膜
質はかえって悪化する。また製膜後の熱的なアニールに
よっても、膜中の水素を減少させることはできるが、未
結合手を終端していた水素まで抜けて、局在準位は増加
してしまう。このように容易に膜形成ができる反面、過
剰水素が少なく構造の安定した高品質な膜を得るのは困
難である。

【０００６】膜中の結合水素密度は、製膜時のＳｉＨ₄
系のガスに対する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。これは水素希釈により膜堆積表面
をＨ原子で被覆することで、アモルファスシリコンの製
膜過程において重要なＳｉＨ₃ ラジカルが、より安定な
サイトへと拡散され、緻密な膜構造が得られるといわれ
ている。また製膜表面から数原子層の活性化状態にある
膜構造中のＨ原子結合は、熱的な構造緩和を伴ってＨ₂
分子となって膜中より脱離する。したがって、膜中の結
合水素密度は基板温度の上昇により、減少するが、同時
に膜堆積表面を被覆するＨ原子も脱離するため、ＳｉＨ
₃ ラジカルはあまり拡散されずに局所的な安定状態で結
合するため、膜全体としては緻密なネットワーク構造と
なりえない。

【０００７】熱的な脱離以外に、プラズマ等によって生
じた水素ラジカル（原子状水素）により堆積膜表面の結
合水素を引き抜く効果も提案されている。この時水素の
引き抜かれる膜の構造も重要であり、構造緩和を伴って
緻密なネットワークを形成できるような構成であること
が必要である。水素ラジカル処理による結合水素の引き
抜きは、製膜表面から１〜数原子層の領域であり、５〜
５０Å程度の膜厚である。したがって、製膜と水素ラジ
カル処理を交互に何度も行って、１回の製膜膜厚を５〜
５０Å程度の膜厚にすれば、結合水素の引き抜かれた緻
密なネットワーク構造のみが積層されることになる。

【０００８】図２に従来のアモルファスシリコンの製膜
装置で上記の方法を実現した装置の概要を示した。

【０００９】図２において、７１１は被成膜基板、７１
６は基板加熱室、７１７は成膜室、７１９は基板取り出
し室、７２０は高周波電源、７２１はアノード電極、７
２２はカソード電極、７２６は水素ラジカル導入管、７
３０は排気ポンプ、７３１は基板加熱ヒーター、７３２
はガス切り替えバルブである。

【００１０】同図の（Ａ）は膜堆積の過程で、水素ラジ
カル処理により効率的に水素が引き抜かれるように１回
の製膜膜厚Ｔ１は５〜５０Å程度である。また（Ｂ）
は、ＳｉＨ₄ ガスの供給を遮断して膜堆積をいったん中
止して、（Ａ）の過程で堆積された膜に対して水素ラジ
カル処理を行っているところを示している。この１回の
製膜膜厚Ｔ１を変化させたり、また水素ラジカル処理の
時間Ｔ２を変えたりすることにより結合水素の引き抜き
が変化して、最適の結合水素密度を持った高品質な膜が
得られる。これらの膜の特性として、特にａ−Ｓｉ：Ｈ
特有の欠点である光電特性の光劣化が大幅に改善されて
いる。

【００１１】（従来例Ｂ，Ｃ）また、近年水素化アモル
ファスシリコンを用いた半導体装置の開発が盛んであ
る。特に大面積低コストで生産できる太陽電池の開発
や、液晶ディスプレー用薄膜トランジスタの開発、軽量
小型に作れるファクシミリ用固体撮像装置の開発も盛ん
である。

【００１２】従来これらの半導体装置に使われた水素化
アモルファスシリコンの堆積方法としては、シランＳｉ
Ｈ₄ またはジシランＳｉ₂ Ｈ₅ を成膜ガスとするＲＦプ
ラズマＣＶＤ法やマイクロ波プラズマＣＶＤ法、あるい
は水素ガス存在下でＳｉターゲットをＡｒプラズマ中で
スパッタする反応性スパッタリング法などが用いられて
きた。実験的にはこの他にも光ＣＶＤ法、ＥＣＲＣＶＤ
法、水素原子存在下でのＳｉの真空蒸着法、などの報告
があり、Ｓｉ₂ Ｈ₅ などによる熱ＣＶＤ法での成功例も
ある。これらの方法により得られる水素化アモルファス
シリコン膜はほとんど水素を１０％またはそれ以上含む
膜である。

【００１３】このような水素化アモルファスシリコン膜
の堆積方法としてもっとも普及しているのはプラズマＣ
ＶＤ法で、多くの場合ＳｉＨ₄ 、Ｓｉ₂ Ｈ₄ ガスを用
い、必要に応じて水素ガスで希釈を行い１３．５６ＭＨ
ｚまたは２．５４ＧＨｚの高周波でプラズマを発生さ
せ、プラズマにより成膜ガスを分解して反応性のある活
性種をつくり、基板上に水素化アモルファスシリコン膜
を堆積させる。

【００１４】成膜ガスにＰＨ₃ 、Ｂ₂ Ｈ₆ 、ＢＦ₃ など
のドーピングガスを混ぜればｎ型またはｐ型の水素化ア
モルファスシリコン膜を形成することができるので、こ
れらの膜を用いてこのようなアモルファスシリコンデバ
イスを作ることができる。

【００１５】しかしながら、これらの膜では光劣化が大
きいという問題があり、これらを解決するために水素プ
ラズマ処理を繰り返す方法（たとえば応用物理学会関係
連合講演会予稿集１９９０年春季３１ａ−２Ｄ−８，３
１ａ−２Ｄ−１１，１９８８年秋季５ｐ−２Ｆ−１な
ど）が提案されている。

【００１６】この成膜方法によると、時間ｔ_D の間水素
化アモルファスシリコン層を堆積した後、この堆積した
膜に対してｔ_A だけ水素プラズマ放電を行ない、このと
き発生する原子状水素に暴露させるという一組のステッ
プを繰り返しながら成膜する。このために成膜ガスをＯ
Ｎ／ＯＦＦさせて、この繰り返しを行なう方法が取られ
ている。

【００１７】ｔ_A の間、堆積膜表面は原子状水素の暴露
を受ける。この間に表面で起こっている現象のメカニズ
ムは必ずしも明らかではないが、原子状水素が堆積膜の
中へ、あるいは堆積表面を、ある程度拡散し、過剰の水
素を引き抜きつつＳｉネットワークの組み替え（構造緩
和）が起こっていると考えられる。

【００１８】このときの原子状水素暴露の効果を説明す
る。

【００１９】図１２は膜中水素濃度のｔ_A 依存を示す。
ａは各サイクルでの膜厚が５０Åの場合であり、ｂは膜
厚１００Åの場合である。各ステップでの膜厚が１００
Å以上だと原子状水素暴露をいくら行っても構造緩和は
進まなくなることが分かる。また、ｔ_D 間に堆積する膜
厚は、１０Å以上１００Å以下、望ましくは５０Å以下
である必要がある。

【００２０】図１３はｔ_D 間の堆積膜厚と膜中水素濃度
の関係を示している。原子状水素暴露時間あるいは堆積
時間を制御することで、膜中水素濃度を制御できること
が分かる。

【００２１】ｔ_D の間に堆積する水素化アモルファスシ
リコン層の膜厚は２原子層以上であることが望ましく、
実際上１０Å以上であることが望ましい。なぜならば堆
積した層が１原子層しかないとアモルファス構造を安定
に保つことができず、原子状水素暴露により結晶化が進
んでしまうからである。この原因としては原子状水素に
よる過度の水素の引き抜きが考えられる。堆積層が薄
く、水素が引き抜かれすぎれば構造緩和が極度に起こ
り、結晶化までいってしまう。原子状水素暴露による過
度の緩和を防ぎ、制御性良く緩和を進めるには１０Å以
上の水素化アモルファスシリコン層の堆積が必要であ
る。

【００２２】図１４は膜中水素濃度と光学的バンドギャ
ップの関係を示す。膜中水素濃度が、引き抜きにより減
少するに従い光学的バンドギャップは狭くなっているこ
とが分かる。

【００２３】このように成膜時に膜中水素を制御する、
つまり構造緩和を起こしながら膜中水素を減らすことに
より、この水素が原因と思われる膜中のウイークボンド
を減らすことが可能となり、さらにこれに起因する光劣
化を押えることができる。

【００２４】この成膜方法を実現するための従来の半導
体製造装置を図１１に示す。

【００２５】図１１において５００は反応チャンバー、
５０１は基板、５０２はアノード電極、５０３はカソー
ド電極、５０４は基板加熱用ヒーター、５０５は接地用
端子である。５０６はマッチングボックス、５０７は１
３．５６ＭＨｚのＲＦ電源である。５０８は圧力調整用
ゲートバルブ、５０９はターボ分子ポンプ、５１０はロ
ータリポンプである。５１１は捨てガスライン、５１２
は成膜ガス導入管、５１３，５１４はエアーバルブであ
る。５１５は石英ガラス製マイクロ波発生管、５１６は
導波管、５１７はマッチング用スタブチューナー、５１
８はアイソレーター、５１９はマグネトロン、５２１は
マイクロ波電源である。５２２は捨てガス用ターボ分子
ポンプ、５２３は捨てガス用ロータリポンプである。５
２４，５２６はシランガスラインのバルブ、５２７，５
２９は水素ガスラインのバルブ、５３０，５３２はアル
ゴンガスラインのバルブ、５３３，５３５ホスフィンガ
スラインのバルブ、５３６，５３８はジボランガスライ
ンのバルブである。５２５，５２８，５３１，５３４，
５３７はマスフローコントローラーを示す。エアーバル
ブ５１３，５１４の開閉を切りかえることにより、成膜
ガスのチャンバーへの成膜ガスのＯＮ／ＯＦＦを行う。
成膜ガスであるシランガスＳｉＨ₄ ，ジシランガスＳｉ
₂ Ｈ₆ のみの流れをＯＮ／ＯＦＦ制御するだけで水素化
アモルファスシリコン膜堆積と原子状水素暴露の両方を
容易に切り替えることができる。放電の時は、ＲＦ用マ
ッチングボックスとマイクロ波用スタブチューナーでマ
ッチングをとりながら、主動操作により微調する。

【００２６】（従来例Ｄ）また、近年オフィスオートメ
ーションにともない、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、軽量、
薄型、低価格が要望されている。

【００２７】このような観点により、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ーや、
光センサーを構成した光電変換装置等の開発、製品化が
進められている。

【００２８】図１９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８３１
に、ゲート電極８３２が形成され、その上にゲート絶縁
膜８３３を堆積し、更にチャネル形成のできる薄膜半導
体８３４として、例えば、水素化アモルファスシリコン
やポリシリコンなどを形成する。更に、ソース、ドレイ
ン電極８３８，８３７の金属電極の間に、ｎ⁺層８３６
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。

【００２９】なお、図１９のＴＦＴはソース、ドレイン
電極８３８，８３７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。

【００３０】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。

【００３１】（従来例Ｅ）また、従来アモルファスシリ
コン（以下「ａ−Ｓｉ」と略記する）及びその化合物を
膜堆積した半導体薄膜は、低温で作成可能であるという
利点があるだけでなく、可視光における光吸収が大きい
ために、特に、大面積が要求される太陽電池、ラインセ
ンサやエリアセンサ、電子写真感光体などの光電変換装
置、また液晶ディスプレーのＴＦＴなどに広く利用され
ている。

【００３２】上記ａ−Ｓｉの半導体薄膜の作成方法とし
ては、現在までに、ＳｉＨ₄またはＳｉ₂Ｈ₆を成膜ガ
スとするＲＦプラズマＣＶＤ法（いわゆるＧＤ法）や、
マイクロ波プラズマＣＶＤ法、あるいは水素ガス存在下
でＡｒプラズマ中でターゲットにＳｉを用いる反応性ス
パッタリング法などが用いられてきた。なお実験的に
は、この他にも、光ＣＶＤ法、ＥＣＲＣＶＤ法、水素原
子存在下でのＳｉの真空蒸着法、などの報告があり、Ｓ
ｉ₂Ｈ₆などの熱ＣＶＤ法による成膜の例もある。

【００３３】これらの方法により得られるａ−Ｓｉ膜
は、ほとんどの場合、水素を１０％、またはそれ以上含
む、いわゆる水素化ａ−Ｓｉであり、一般にａ−Ｓｉ半
導体装置に利用できる電子材料としての特性を持ってい
る。

【００３４】このようなａ−Ｓｉの製造方法として最も
普及しているのは、以下に述べるプラズマＣＶＤ法で、
ここでは、多くの場合、ＳｉＨ₄またはＳｉ₂Ｈ₆ガス
が用いられる。

【００３５】そして、必要に応じて水素ガスを希釈して
１３．５６ＭＨｚ、また２．５４ＧＨｚの高周波でプラ
ズマを発生させ、このプラズマにより成膜ガスを分解さ
せて反応性のある活性種をつくり、これにより基板上に
ａ−Ｓｉ膜を堆積させている。

【００３６】そして、成膜ガス中にＢ₂Ｈ₆，ＢＦ₃な
どのドーピングガスを混ぜれば、ｎ型または、ｐ型のａ
−Ｓｉ半導体装置を作ることができる。

【００３７】ａ−Ｓｉの場合には単結晶Ｓｉと相違して
低温基板やガラス基板の上にも成膜でき、大面積化も容
易なだけでなく、光吸収が結晶Ｓｉの場合よりも強く、
特性が等方的で、方向性がなく、多結晶Ｓｉの様な結晶
粒界がないことなどのため、結晶Ｓｉとは異なる分野で
広く利用されている。

【００３８】さらにプラズマＣＶＤ法では、アモルファ
ス相の中に微結晶相を含むものを作ることができ、この
ため必要に応じて微結晶相の割合を選択して様々な分野
に利用できる半導体装置を提供してきた。

【００３９】最近の新しい動きとして、ａ−Ｓｉの成膜
法に於て、水素プラズマ照射によりａ−Ｓｉの膜質を改
良する提案が多数なされている。

【００４０】例えば、特公平２−２７８２４号公報や特
開平２−１９７１１７号公報に開示されている方法がそ
れである。しかし、これらの方法は高温が必要であった
り、ａ−Ｓｉの結晶化が起き易いなどの問題がある。

【００４１】これらとは異なる発想としてＪｏｕｒｎａ
ｌｏｆＮｏｎ−ＣｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＳｏｌｉ
ｄｓ第１１４巻１４５頁（１９８９）や新素材２１世紀
フォーラム材料連合フォーラム総合シンポジア予稿集
（１９９０．２．４）あるいは応用物理学会春季公演会
（１９９０）予稿集等に開示されている方法がある。

【００４２】これらの方法では、ａ−Ｓｉのネットワー
クが出来る程度に厚く、そのうえ、水素原子が容易に拡
散可能な程度に薄いａ−Ｓｉ層を堆積してから、水素プ
ラズマを照射するという手順を繰り返し踏まなければな
らない。

【００４３】その結果、確かにａ−Ｓｉの結晶化を抑制
しながら高品質のものを得ることが出来る。

【００４４】図２９は、このような従来の装置を示す図
である。同図において、９０１は基板、９０２，９０３
は電極、９０７は高周波電源、９１７は成膜室、９１８
は石英管（マイクロ波アプリケータ）、９１９は導波管
である。

【００４５】

【発明が解決しようとしている課題】アモルファスシリ
コンは低温で堆積できるために、安価なガラス基板など
に形成できて大面積デバイスが低価格で提供できる。結
晶シリコンの分野と相補的な分野で製品に応用するため
には、歩留まりの問題を含めて、いかに低価格にできる
かが現状の最大の問題である。しかし、より高品質のア
モルファスシリコンを得るためには、従来例で述べたよ
うな、ガスの切り替えによって製膜と水素ラジカル処理
を交互に行なうような方法をとっている。

【００４６】しかしながら、通常のａ−Ｓｉ：Ｈでは堆
積速度が１〜５Å／ｓｅｃであるので、１回の製膜膜厚
Ｔ１に要する時間は数ｓｅｃ〜数１０ｓｅｃであり、そ
れに対して水素ラジカル処理の時間Ｔ２はやはり数１０
ｓｅｃである。従って、水素アニールを行わずに連続で
形成した場合に比べて、これらの膜としての堆積速度は
約２〜５倍程度遅くなる。そのため１回の製膜に要する
時間が長くなり、製膜装置における単位時間あたりの基
板処理枚数が低下し、また原料ガスの切り替えによりガ
スの使用効率か悪くなるというような問題がある。その
結果、製品としてのコストが高くなってしまう。また、
従来例の様に成膜ガスをＯＮ／ＯＦＦさせて、成膜と水
素プラズマ処理とを交互に行なう場合、成膜時と水素プ
ラズマ時で圧力、流量などの条件が変化し、これに応じ
てマイクロ波プラズマが不安定になりやすく、成膜途中
で放電が停止したり、マッチングがずれたりするなどの
問題があった。放電の変動が起こると、手動によりスタ
ブチューナ等を調整し、安定化させることになるが、調
整の正確さや、時間的な遅れなどで十分に対応すること
ができない。結果的にこういう条件下で作成した膜特性
の不安定性、信頼性の低下を引き起こすという問題にな
っていた。また、図１９において、ＴＦＴのゲート絶縁
膜８３３、半導体層８３４、そしてｎ⁺層８３６は、通
常チャンバー分離型のロードロック式のプラズマＣＶＤ
により連続に作製される。その後、スパッタリング装置
やＥＢ蒸着装置等によりアルミニウムやクロム等の金属
膜を全面に堆積して、フォトリソグラフィにより、ソー
ス、ドレイン電極８３８，８３７として形成される。そ
して不要のオーミックコンタクトのｎ⁺層８３６、すな
わち金属電極の下部以外の部分もエッチングにより、取
り除く必要があるが、チャネル形成をする半導体層８３
４は残さなければならない。

【００４７】しかしながら、このｎ⁺層８３６と半導体
層８３４は共に非単結晶シリコンであり、弗酸と硝酸の
混合エッチング液でも、ＲＩＥ（リアクティブイオンエ
ッチング) 等のドライエッチングでもエッチング速度の
選択性がほとんどない。よって通常の製造工程では、ｎ
⁺層８３６のエッチングが終わり、半導体層８３４まで
ややオーバーエッチングするようなエッチング時間をあ
らかじめ設定して行われる。このときエッチング時間が
足りないとｎ⁺層８３６が残り、低抵抗のためｏｎ／ｏ
ｆｆ特性や光感度が得られなくなり、一方エッチング時
間が長すぎると、半導体層８３４のオーバーエッチング
が深くなり、ｏｎ電流が減少したり、光電流が減少した
りする。

【００４８】しかしながら、基板の大面積化に伴って、
膜厚やエッチング速度の基板内分布と基板間分布が生じ
て、エッチング時間を一律に設定しても、半導体装置の
特性が基板内や基板間でばらついて不良品となるため、
製品の歩留まりの低下を招くようになる。

【００４９】さらにこの非単結晶の半導体層をオーバー
エッチングした表面は、外部の雰囲気の影響を非常に受
けやすくなっており、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。従来これ
らの素子の表面は窒化シリコン膜等の保護膜で被覆され
ているが、エッチングの後で一番不安定な状態で真空を
破って表面を空気中にさらした時に、すでに特性を変動
していることが予想される。これらの原因による特性の
変動は、最初は現れなくても高温高湿度での長時間での
経時変化にも現れてくるため、いずれにしても安定な製
品を供給することができなくなる。

【００５０】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、従来の製造方法では
基板を大面積化していった時に、ｎ⁺層のエッチングの
基板内分布や基板間分布により製品の歩留まりが低下し
て製品コストが上がってしまう。またエッチング表面の
不安定さにより特性の経時変化を招いて、アクテブマト
リックス型のディスプレーではＴＦＴのＯＮ／ＯＦＦ比
が低下して見え方が大きく変わり、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。また、
図２９に示すような原子状水素の供給をマイクロ波プラ
ズマにより発生させ、ＲＦ電極間９０２，９０３に設置
された基板９０１に対してａ−Ｓｉ膜の堆積と水素プラ
ズマ照射が交互に行われる装置に於て、原子状水素の発
生源であるマイクロ波アプリケーター９１８のチャンバ
ー９１７への取り付け口の付近では、原子状水素の供給
量が他の部分より多く分布している。

【００５１】このためマイクロ波アプリケータ９１８か
らみた基板の固定位置に対して、原子状水素の供給量に
分布がみられ、形成した薄膜の特性にも、むらが発生す
る問題があった。

【００５２】また、原子状水素の供給量が多量に期待で
きる領域の有効利用がなされていなかった問題があっ
た。

【００５３】（発明の目的）本発明の目的は、単位時間
あたりの基板処理枚数を多くし、また原料ガスの使用効
率を向上した半導体製造装置を実現し、製品としてのコ
ストを低下させることにある。

【００５４】また、本発明の他の目的は、半導体堆積膜
への水素プラズマ照射時に、安定したプラズマを照射す
ることにより、品質の安定した半導体薄膜を形成できる
半導体製造装置を提供することにある。

【００５５】また更に、ｎ⁺層のエッチング処理時の製
品の歩留まりを高くして、製品コストを低下させるとと
もに、経時変化の少ない安定した半導体薄膜の得られる
製造方法を実現する。

【００５６】また更に、半導体堆積膜への水素プラズマ
照射時に均一な照射を行なうとともに、水素プラズマの
有効利用を行ない、安定した品質の半導体薄膜の得られ
る半導体製造装置を実現することにある。

【００５７】

【課題を解決するための手段及び作用】（手段Ａ）本発
明は、高品質のアモルファスシリコンを上述の様に製膜
と水素ラジカル処理を交互に行う方法により形成する
時、製膜のための高周波グロー放電の電極と水素ラジカ
ル処理の水素ラジカル導入管を交互に複数個配置して、
被堆積基板がそれらの空間を順次移動できる様な構造を
持つインライン型の製膜装置を与えるものである。

【００５８】（手段Ｂ）また、問題点を解決するため
に、基板上に水素化アモルファスシリコン層を堆積する
工程と、この水素化アモルファスシリコン層に原子状水
素を曝露する工程とを交互に繰り返しながら堆積を行う
半導体製造装置において、プラズマの様子をモニターす
ることにより、放電の変動をいち早く検知し、この情報
をスタブチュナーやマイクロ波電源にフィードバック
し、この変動を最小限に押えることができる。

【００５９】（作用Ｂ）上記方法による製造装置では放
電変動をプラズマの変化として捕らえ、さらにこれを、
プラズマの接しているガラス表面温度の変化としてモニ
ターし、これを制御装置へフィードバックする。この情
報をもとにスタブチューナー、マイクロ波電源を制御す
ることで、放電の変動を押えることができる。こうする
ことにより放電の不測変動による不安定性が少なくな
り、さまざまな放電条件においても、安定的に成膜を行
うことができる。結果的には再現性の良い、かつ特性の
良好な膜を提供することができる。

【００６０】（手段Ｃ）また、上記問題点を解決するた
めに、基板上に水素化アモルファスシリコン層を堆積す
る工程と、この水素化アモルファスシリコン層に原子状
水素を曝露する工程とを交互に繰り返しながら堆積を行
う半導体製造装置において、プラズマの様子を発光でモ
ニターすることにより、上記問題点を解決し、安定的に
放電を維持し、膜特性の良好な膜を提供する。

【００６１】（作用Ｃ）処理ガスの切り替えの際プラズ
マの変動が起こりやすく、プラズマが不安定になる。プ
ラズマの変化に応じてプラズマの伸びが変化すると、こ
の変化を光センサーに使った位置検出器で感知し、この
情報をマイクロ波電源、スタブチューナーへフィードバ
ックし、放電の不安定さを最小限に押えることができ
る。光による検出を行なっているので、検出速度が速
く、放電の急峻な変化にも十分追随でき、フィードバッ
クの効率も上がった。その結果放電の不安定性が少なく
なり、さまざまな放電条件においても、安定的に成膜を
行なうことができるようになった。

【００６２】（手段Ｄ）また、本発明は、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
装置において、オーミックコンタクト層と半導体層の間
にアモルファスシリコンカーボン膜（ａ−ＳｉＣ：Ｈ
膜）を５０Å以上の膜厚で形成しておくことで、ｎ⁺層
のエッチングストッパーと半導体層表面の保護膜として
の両方の作用が得られる。このａ−ＳｉＣ：Ｈ膜の膜厚
は５００Å以下であれば、ｎ⁺層を通して半導体層と金
属電極は良好なオーミック特性が得られる。

【００６３】（手段Ｅ）また、上記の問題を解決するた
めに、本発明では、プラズマ制御用の電極をマイクロ波
アプリケータのチャンバーへの供給口近傍に設置した薄
膜製造装置を用いて、ａ−Ｓｉの堆積工程と原子状水素
を供給する工程を交互に繰り返す。

【００６４】（作用Ｅ）プラズマ制御電極により、基板
への原子状水素の供給の均一化と原子状水素の供給量の
多い領域の有効利用ができ、堆積薄膜の高品質化と特性
の安定化、均一化が得られる。

【００６５】

【実施例】以下、本発明を図面を用いて詳細に説明す
る。

【００６６】（実施例Ａ）図１に本発明で用いた装置の
概念図を示す。図１に示した特殊なプラズマＣＶＤ装置
に基板１１をセットし、以下の手順で非単結晶シリコン
を堆積した。

【００６７】同図において、１５は基板導入室、１６は
基板加熱室、１７は成膜室、１８は基板冷却室、１９は
基板取り出し室である。２０は１３．５６ＭＨｚの高周
波電源で、製膜室内に複数個配置されたアノード電極２
１とカソード電極２２にＳｉＨ₄ガス分解・堆積のため
の高周波電力を供給している。２．４５ＧＨｚのマイク
ロ波発生源２５で、水素ガス（キャリアーガスとしてＡ
ｒ等の希釈ガスを含む）マイクロ波放電により生成され
た原子状水素は、導入管２６によりそれぞれ分岐して製
膜室内に供給される。その際、高周波放電空間を閉じ込
める遮蔽板２３により、原子状水素導入管２６の付近で
はＳｉＨ₄ガスによる分解・堆積は起こらない。

【００６８】まず基板１１を基板導入室１５にセットし
て、所定の圧力まで排気ポンプ３０で排気した後、基板
加熱室１６に搬送して、さらに次の基板をセットする。
基板加熱室１６では、水素ガスを所定の流量と圧力に設
定して（本実施例では１００ＳＣＣＭ、０．２Ｔｏｒ
ｒ）、３１の加熱ヒーターで所定の製膜温度（本実施例
では３４０℃）まで昇温する。基板が所定の温度になっ
て安定したら、水素ガスを流した状態で基板加熱室１６
と製膜室１７のゲートバルブを開いて基板を製膜室１７
内に移動する。製膜室１７に基板が移動した後、ゲート
バルブを閉じて基板加熱室１６の水素供給を止めて真空
に排気して、基板導入室１５にセットされている次の基
板が搬送される。このようにして複数の基板が約１時間
の間隔でインライン式に順次製膜室内に導入されてい
く。

【００６９】この間、製膜室１７では、ＳｉＨ₄ ガス及
びＨ₂ ガスの高周波放電と原子状水素の導入が継続して
行われており、そこを基板が所定の速度で移動すること
により、高周波放電によるａ−Ｓｉ：Ｈの堆積と原子状
水素による水素ラジカル処理が交互に行われる。また、
製膜室１７を移動した基板が基板冷却室１８に近づく
と、基板冷却室１８では水素ガスが導入され、製膜室と
同じ圧力になったところで製膜室と基板冷却室１８のゲ
ートバルブが開いて基板が基板冷却室１８に搬送され
る。その後ゲートバルブを閉じて約３０分間水素を流し
た状態で冷却され、その後真空に排気されて、基板取り
出し室１９に移動して大気中に取り出される。このよう
にして約１時間の間隔をおいて、順次基板が取り出され
る。

【００７０】本実施例においては、基板の移動速度を
０．５ｃｍ／ｓｅｃとして行ったが、基板の進行方向の
高周波放電の電極の幅が５ｃｍ、原子状水素導入管が５
ｃｍであり、ａ−Ｓｉ：Ｈの堆積速度約２Å／ｓｅｃで
あるので、１個の高周波放電空間を通過すると約２０Å
のａ−Ｓｉ：Ｈが堆積されて、次に約１０秒間の水素ラ
ジカル処理が行われることになる。この時の高周波放電
に供給したガスはＳｉＨ₄ １００ＳＣＣＭ、Ｈ₂ １００
ＳＣＣＭで製膜室内の圧力を０．２Ｔｏｒｒに調整し
た。本実施例では製膜室１７に高周波電極２１と原子状
水素導入管２６が交互に５０組（５ｍ）ずつ５列に折り
返して２５０組並べられており、約５０００Åのａ−Ｓ
ｉ：Ｈが１時間２３分程度で製膜できる。さらに水素ラ
ジカル処理の時間を長くしたり、１回の製膜膜厚を厚く
する場合には、基板の移動速度とａ−Ｓｉ：Ｈの体積速
度等の製膜条件を変えても、製膜室の電極数の追加、削
減などが容易にできる構造になっている。

【００７１】赤外分光吸収法により測定した本実施例の
膜中水素の量と、従来法のものとの比較を図３に示し
た。なお、赤外分光法では、膜中のＳｉＨ、ＳｉＨ₂ 等
の全水素量がわかる６３０ｃｍ^-1より算出した。図３よ
り水素ラジカル処理をしないで製膜したａ−Ｓｉ：Ｈに
比べて、図２の従来の水素アニール法の作製装置によっ
て製膜したａ−Ｓｉ：Ｈでは、水素アニールの効果によ
って膜中水素量が減少しているが、図１の本発明による
方法で作製したａ−Ｓｉ：Ｈでも膜中水素量ははっきり
と減少しており水素アニールの効果が現れていることが
わかる。

【００７２】ここでこの従来の図２の方法と、本発明の
図１の方法とで、単位時間当りの基板処理枚数を考え
る。従来法では１サイクルが、基板セットと加熱で１．
０時間、製膜３．０時間（１μｍ）、冷却と取り出しで
１．０時間の計５．０時間であり、ロードロック式であ
るので以下の基板は製膜時間の間隔で出てくるので、
７．３枚／２４時間である。一方、本発明の方法によれ
ば、最初の１枚は従来法と同じ５．０時間かかるが、次
の基板からはインライン式で１時間間隔で出てくるの
で、１９枚／２４時間となり大幅に改善されている。さ
らに製膜時間が長くなるほど従来法との差が開くことは
明らかである。従来法でも装置の大型化により、１度の
基板投入枚数を増やすことにより処理枚数は増やすこと
ができるが、今後の更なる大型基板化には対応できなく
なる。特にマイクロ波を用いることを考えると、大型基
板を複数枚処理する程のマイクロ波発生源の大型化は困
難である。また従来法によればガスの切り替えによるた
めに、堆積時間以外、すなわち水素ラジカル処理の時間
は製膜用のガスを捨てることになっていたが、本発明で
は連続的に基板が処理されるために、処理枚数の向上と
共にガスの効率利用も図られている。

【００７３】本発明の思想によれば、非単結晶シリコン
は、不純物層、Ｏ、Ｎ、Ｇｅ、Ｃ等との合金の製法でも
同様の効果があるのはいうまでもない。特に太陽電池の
窓材として用いられるａ−Ｓｉ：ＨなどはＣ原子の添加
にともなって不要な結合水素が非常に増加する。これら
の不要な結合水素を水素ラジカル処理により引き抜い
て、より緻密な膜を形成することができる。

【００７４】また、製膜原料ガスにおいても、本実施例
で限定されるわけでなく、たとえばジシランガス等でも
よい、またＳｉＦ₄ 等のＦ原子を含んでいても良い。

【００７５】（実施例Ａ２）次に光電特性を把握するた
めの実施例として、コプレナー型の光センサを作製し
た。その構造図を図４に示す。同図において、４１は基
板（コーニング社製＃７０５９）、４２は非単結晶シリ
コン、４３はアルミニウム等の電極であり、電極側より
適当な光を照射し、光電特性を測定したり、光劣化の測
定を行う。尚、電気特性の測定時の光は、６３０ｎｍの
Ｈｅ−Ｎｅレーザーで１００μＷ／ｃｍ² 以下とした。
また、光劣化は、太陽電池のＡＭ１光とした。次に作製
法を示す。

【００７６】作製法は、実施例Ａ１と同一の装置で、製
膜室と製膜条件も同じで、堆積速度２Å／ｓｅｃで堆積
している高周波放電の電極の間を０．５ｃｍ／ｓｅｃの
速度で基板が移動していく。この時堆積された膜厚を２
０Å程度のａ−Ｓｉ：Ｈに対して、マイクロ波放電で生
成された原子水素による水素プラズマ処理が２０ｓｅｃ
行われる。この工程が製膜室の構造により２５０回繰り
返され、５０００Åのａ−Ｓｉ：Ｈは形成される。また
同一の装置で、同一の製膜条件で、マイクロ波放電を止
めて水素ラジカル処理をしない条件のａ−Ｓｉ：Ｈを光
電特性の比較のために形成した。

【００７７】図５に示すように、光電特性について、水
素ラジカル処理をしたａ−Ｓｉ：Ｈの光伝導度は、水素
ラジカル処理をしていないものに比べて約２〜５倍程度
大きくなっているが、暗伝導度はほとんど変わらず、光
センサのＳ／Ｎ比としては、水素ラジカルによって改善
された。

【００７８】また光劣化特性は、図５に示される様に、
水素ラジカル処理をしていない、通常のａ−Ｓｉ：Ｈが
５００時間で光伝導度が１桁低下しているにもかかわら
ず、従来の方法と本発明の製造方法により作製された水
素ラジカル処理をしたａ−Ｓｉ：Ｈでは１００時間程度
は同様に変化がなく、５００時間でも１０％程度の劣化
にとどまっている。これにより本発明の製造方法により
形成したａ−Ｓｉ：Ｈにおいて、水素ラジカル処理の効
果が顕著に現れていることがわかる。

【００７９】このようにして本発明で得られたような、
大面積基板対応の非単結晶シリコンは、本実施例で述べ
たようなギャップ型の電極を有する二次光電流型の光セ
ンサの他に、ｐｉｎ積層型の一時光電流型の光センサに
も応用できる。また良好な光電特性と光劣化が少ないこ
とより、大面積の太陽電池や感光ドラムに応用できるこ
とはいうまでもない。

【００８０】（実施例Ａ３）また本発明の第３の実施例
として薄膜トランジスタに応用した場合について、図６
の工程断面図を参照して述べる。

【００８１】図６（ａ）において、６１は、ガラス基
板、６２はゲート電極となるＣｒである。ゲート電極６
２のＣｒはスパッタ法等で全面に堆積し、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６３を３０００Å、半導体層６
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６５を５
００Åを順次連続に本発明の方法により堆積する。

【００８２】ａ−Ｓｉ：Ｈの製膜条件は実施例Ａ１、実
施例Ａ２と全く同様であるが、図１の製膜室１７の前後
にアモルファスシリコン窒化膜とオーミックコンタクト
層のために同様の製膜室を追加した装置により形成し
た。

【００８３】アモルファスシリコン窒化膜は、ＳｉＨ₄
を１０ＳＣＣＭとＮＨ₃ を２８０ＳＣＣＭとＨ₂ を１０
０ＳＣＣＭの混合ガスにより圧力０．２Ｔｏｒｒの高周
波放電空間を０．４ｃｍ／ｓｅｃで基板を移動させた。
この製膜条件のアモルファスシリコン窒化膜の堆積速度
は１Å／ｓｅｃであるので、１個の放電電極を通過する
と２０Åが堆積されて、それに対して２０ｓｅｃの水素
ラジカル処理が行われ、これが１５０組並んで順次移動
していく。このようにして得られたアモルファスシリコ
ン窒化膜は、通常の膜に比べて膜中水素量が半分以下と
なり、緻密な膜になっており、それにともなって膜の内
部応力が低減され、ゲート電極の配線に対するストレス
が減少して、段差被覆性も向上したため歩留まりが向上
した。

【００８４】またオーミックコンタクト層のＰをドーピ
ングしたｎ⁺ 層は、ＳｉＨ₄ を１０ＳＣＣＭとＰＨ₃
（ＰＨ₃ ／Ｈ₂ ：１００ｐｐｍ）とさらにＨ₂ を１００
ＳＣＣＭにより堆積速度４Å／ｓｅｃの放電空間を形成
して、基板を１ｃｍ／ｓｅｃで移動させる。この時１個
の放電電極により２０Åが堆積され、５ｓｅｃの水素ラ
ジカル処理が行われて、それが２０組並べられている。
このＮ⁺ 層は通常、微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）で形
成される場合が多いが、水素ラジカル処理により結合水
素を引き抜かれるために、微結晶化の条件が容易に得ら
れる。

【００８５】図６（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６８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６６、６７
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６８がある。

【００８６】図６（ｃ）は、この感光性レジスト６８を
マスクにしてｎ⁺ 層６５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６８を
剥離する。

【００８７】図６（ｄ）は、フォトリソグラフィ工程に
より、ＲＩＥなどのエッチングにより、薄膜トランジス
タを素子間分離し、窒化シリコン膜の保護層７０を全面
に５０００Å堆積して、本発明の第３の実施例の薄膜ト
ランジスタが作成される。

【００８８】本発明の第３実施例の薄膜トランジスタの
応用例として、アクティブマトリクス型の液晶ディスプ
レーの画素駆動素子があるが、今後大面積化に伴う歩留
まり向上と低コスト化が必要とされており、本発明が有
効である。またこのトランジスタを光センサと駆動に用
いて、パーソナルファクシミリ等に用いられる完全密着
型画像読み取り装置にも応用することができる。ここで
もやはり低コストに向けて、取り数増加のために基板の
大版化は必須であり、本発明が有効である。

【００８９】（実施例Ｂ１）図７に本発明による半導体
製造装置を示す。本実施例では原子状水素を発生させる
ためのプラズマはマイクロ波放電で作り出している。成
膜のためのプラズマはＲＦ放電で作り出す構成になって
いる。

【００９０】図７において１００は反応チャンバー、１
０１は基板、１０２はアノード電極、１０３はカソード
電極、１０４は基板加熱用ヒーター、１０５は接地用端
子、１０６はマッチングボックス、１０７は１３．５６
ＭＨｚのＲＦ電源、１０８は圧力調整用ゲートバルブ、
１０９はターボ分子ポンプ、１１０はロータリーポンプ
である。１１１は捨てガスライン、１１２は成膜ガス導
入管、１１３及び１１４はエアーバルブである。１１５
は石英ガラス製マイクロ波発生管、１１６は導波管、１
１７はマッチング用スタブチューナー、１１９はマグネ
トロン、１２０は温度センサ、１２１はマイクロ波電源
である。１２２は制御用コンピューターである。１２
３、１２５はシランガスラインのバルブ、１２６、１２
８は水素ガスラインのバルブ、１２９，１３１はアルゴ
ンガスラインのバルブ、１３２，１３４ホスフィンガス
ラインのバルブ、１３５，１３７はジボランガスライン
のバルブである。１２４，１２７，１３０，１３３，１
３６はマスフローコントローラーを示す。

【００９１】エアーバルブ１１３，１１４の開閉を切り
かえることにより、チャンバーへの成膜ガスのＯＮ／Ｏ
ＦＦを行う。またこのとき、捨て用のラインはチャンバ
ー排気のターボ分子ポンプに接続されており、一組のタ
ーボ分子ポンプとロータリポンプで、成膜と水素プラズ
マ照射時のガス排気を行なうことができる。成膜ガスで
あるシランガスＳｉＨ₄ 、ジシランガスＳｉ₂ Ｈ₆ のみ
の流れをＯＮ／ＯＦＦ制御するだけで水素化アモルファ
スシリコン膜堆積と水素プラズマ照射の両方を容易に切
り替えることができる。

【００９２】つぎに本発明になる製造装置の動作とその
作用を述べる。本実施例では４個の温度センサー（Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄ）１２０を等間隔に配置した。ここからのデ
ータをコンピュータ１２２へ送り、解析するシステムに
した。このセンサーの数については、制御の精度に応じ
て適宜決めれば良い。

【００９３】一般にマイクロ波を導入してプラズマを発
生させると石英管内にはプラズマ発光領域ができる。こ
の発光領域はプラズマの安定性と密接に相関しており、
その様子を図８に示す。横軸は入射パワーから反射パワ
ーを差し引いた実効投入パワーを示す。マッチングをず
らして反射パワーを変化させることで実効投入パワーを
変化させた。このときのプラズマの伸びを縦軸に示す。
これはアプリケータの端、図７中Ｐ点からの距離を表わ
す。実効投入パワーとプラズマの伸びは、ほぼ比例関係
にあることが分かる。

【００９４】不測のプロセス条件の変化によりマッチン
グがずれると入射パワーが一定の場合、実効的な投入パ
ワーが減少することになり、それに応じて発光領域は縮
小する。またこのプラズマは石英管の内壁に接している
ので、石英管の表面は数百度近くまで過熱される。よっ
てこのプラズマの伸びに応じて石英管の表面温度も測定
している場所に応じて変化する。この様子を示したの
が、図９である。図中にはセンサーＡ，Ｄのみの変化を
示す。もしプラズマの変動がおこると、Ａ点からＤ点ま
での温度勾配が変化する。よってこの発光領域の変動を
発生管表面に置いた、これら温度センサでモニターし、
これをコンピューターで解析し、あらかじめ用意してあ
る安定状態での温度分布と比較しながら、自動コントロ
ールのマイクロ波電源、あるいは自動コントロールのス
タブチューナへフィードバックし、マッチングのずれを
修正することができる。この動作により不測のプラズマ
変動に対しても、速やかにこれを押え、成膜の安定化を
はかることができる。

【００９５】次に本発明の半導体製造装置によりイント
リック（ｉ型）な水素化アモルファスシリコン層を成膜
し、このｉ型層の光電変換層に利用した太陽電池を作成
した場合を以下に示す。太陽電池の構成は図１０に示
す。

【００９６】図１０に示すように、ガラス基板４０１上
に、Ａｌなどの金属膜を用い下電極４０２を形成した
後、チャンバー１００の中のアノード電極上に取りつ
け、排気ポンプ１０９，１１０により排気し、１０^-6Ｔ
ｏｒｒとした。

【００９７】バルブ１２３，１２５，１２６，１２８，
１３２，１３４を開けＳｉＨ₄ ガスを３０ｓｃｃｍ流
し、Ｈ₂ ガスを３０ｓｃｃｍ流し、Ｈ₂ ガスで１％に希
釈したＰＨ₃ ガスを１００ｓｃｃｍ流した。

【００９８】バルブ１０８を調整してチャンバー内圧を
０．５Ｔｏｒｒにした後、基板温度は３００℃に設定
し、１時間保持した。５０ｍＷ／ｃｍ² のＲＦパワーを
投入し７分間放電し、ｎ⁺ 型水素化マイクロクリスタル
シリコン層４０３を４００Å堆積した。バルブを閉めて
ガス供給を停止した後、チャンバー内を１０^-6Ｔｏｒｒ
以下に排気した。

【００９９】次に本発明になる成膜方法でｉ型水素化ア
モルファスシリコン層４０４を堆積した。

【０１００】エアーバルブ１１３を閉め、１１４を開け
た後、バルブ１２３，１２５，１２６，１２８，１２
９，１３１を開けて、ＳｉＨ₄ ガス３０ｓｃｃｍ、Ｈ₂
ガス３０ｓｃｃｍ、アルゴンガス１０ｓｃｃｍをチャン
バー１００に導入した。アルゴンガスはマイクロ波放電
の安定のために導入した。バルブ１０８でチャンバー内
の圧力を０．１Ｔｏｒｒに調整した。このときエアーバ
ルブ１１３，１１４開閉によるチャンバー内の圧力変化
は水素プラズマ照射時に５０ｍＴｏｒｒとなるので、結
局成膜時と水素プラズマ照射時の圧力差は５０ｍＴｏｒ
ｒになる。これがマイクロ波プラズマの不安定要因にな
り、またガス種が異なることも、その要因になってい
る。

【０１０１】次にマイクロ波電源のスイッチを入れ、マ
イクロ波電力は６００Ｗとした。ＲＦ電源のスイッチを
入れて、５ｍＷ／ｃｍ² のパワーをかけて放電を開始し
た。このときマイクロ波プラズマの伸びは、温度１００
℃に上昇する点で、センサＡの位置のところまで来るの
で、この位置に制御位置を設定し、制御用コンピュータ
に入力する。あらかじめ作成しておいた自動調整用のプ
ログラムを走らせる。つぎにエアーバルブ１１３，１１
４の開閉の切り替えにより、成膜と水素プラズマ処理と
を繰り返す。

【０１０２】本例での成膜時間ｔ_D は、図１２〜１４よ
り膜中水素濃度が４％になるように１回の膜厚が２０Å
になる時間とした。

【０１０３】図１２は、膜中水素濃度のｔ_A 依存を示す
図であり、図１３は膜中水素濃度と各ステップでの成膜
膜厚との関係を示す図であり、図１４は膜中濃度と光学
的バンドギャップとの関係を示す図である。

【０１０４】原子状水素暴露時間とｔ_A は２０秒とし
た。実際の成膜時にはシーケンサーで三方バルブの開閉
を制御した。全ステップ数は３００回とし、ｉ型層の全
膜厚は６０００Åとした。このときマイクロ波プラズマ
の変動はなく、成膜中安定した放電を維持することがで
きた。

【０１０５】つぎにｐ⁺ 型水素化マイクロクリスタル層
４０５を形成した。チャンバー内の真空度を１０^-6Ｔｏ
ｒｒ以下に排気し、バルブ１２３，１２５，１２６，１
２８，１３５，１３７を開けてＳｉＨ₄ ガス１ｓｃｃｍ
とＨ₂ ガスで１％に希釈したＢ₂ Ｈ₆ ガス１ｓｃｃｍと
Ｈ₂ ガス３００ｓｃｃｍを流し、チャンバー内圧力を
０．５Ｔｏｒｒとした。基板温度を２００℃に変えた
後、１時間保持して温度が一定になるのを待った。ＲＦ
電力５０ｍＷ／ｃｍ² を投入して、プラズマ放電を５分
間行い、ｐ⁺ 型水素化マイクロクリスタルシリコン層を
５００Å堆積した。

【０１０６】最後に、上部電極を透明導電膜（ＩＴＯ
膜）で７００Å形成した。

【０１０７】このようにして作成したｐｉｎ型太陽電池
は、従来の方法により成膜したものに比べ、特性のバラ
ツキの少ない安定的な特性を有するものとなった。しか
も十分に劣化の少ない膜を得ることができた。また成膜
途中の放電の不安定性もなくなり、始終安定的な放電を
維持することができた。

【０１０８】本実施例では水素化アモルファスシリコン
膜についてのみ述べたが、同様の方法において、炭素、
窒素、ゲルマニウムなどの元素を含む水素化アモルファ
スシリコンアロイを作成しても、同様の効果をあげるこ
とができる。

【０１０９】（実施例Ｃ１)次に、本発明の他の実施例
を述べる。図１５に本発明になる半導体製造装置を示
す。

【０１１０】図１５において１００は反応チャンバー、
１０１は基板、１０２はアノード電極、１０３はカソー
ド電極１０４は基板加熱用ヒーター、１０５は接地用端
子、１０６はマッチングボックス、１０７は１３．５６
ＭＨｚのＲＦ電源である。１０８は圧力コントロール用
ゲートバルブ、１０９はターボ分子ポンプ、１１０はロ
ータリーポンプである。１１１は捨てガス用ライン、１
１２は水素導入管である。１１３は捨てガス用ライン側
エアーバルブ、１１４は水素導入管側エアーバルブであ
る。１１５は石英ガラス製マイクロ波発生管、１２０’
はライン状に配置した光センサー、１１６は導波管、１
１７はマッチング用スタブチュナー、１１８はアイソレ
ーター、１１９はマグネトロン、１２１はマイクロ波電
源である。

【０１１１】光センサー、マッチング用スタブチューナ
ー、マイクロ波電源はそれぞれ、制御用コンピューター
に接続され、制御されている。１２２は制御用コンピュ
ーターである。

【０１１２】１２３および１２５はシランガスラインの
バルブ、１２６および１２８は水素ガスラインのバル
ブ、１２９および１３１はアルゴンガスラインのバル
ブ、１３２および１３４はホスフィンガスラインのバル
ブ、１３５および１３７はジボレンガスのバルブであ
る。１２４、１２７、１３０、１３３、１３６はそれぞ
れのラインのマスフローコントローラーを示す。

【０１１３】成膜ガス導入管と捨てガスラインのエアー
バルブ１１３および１１４を切りかえることにより、成
膜ガスのチャンバーへのＯＮ／ＯＦＦを行う。成膜ガス
であるシランガスＳｉＨ₄、ジシランガスＳｉ₂Ｈ₆の
みの流れをＯＮ／ＯＦＦ制御するだけで水素化アモルフ
ァスシリコン膜堆積と原子状水素暴露の両方を容易に切
り替えることができる。

【０１１４】本発明になる製造装置の動作とその作用を
述べる。本実施例では一本のセルフォックレンズとライ
ンセンサーを組み合わせた指向性の良い光センサー１２
０’を取り付けてある。

【０１１５】一般にプラズマが発生すると石英管内には
プラズマ発光領域ができる。この発光領域はプラズマの
安定性と密接に相関しており、その様子を図１６に示
す。横軸は入射パワーから反射パワーを差し引いた実効
投入パワーを示す。マッチングをずらして反射パワーを
変化させることで実効投入パワーを変化させた。このと
きのプラズマの伸びを縦軸に示す。これは図１５中のＰ
点からの距離を示す。センサーはある強度以上の光が入
射したとき信号を発するようにしてある。実効投入パワ
ーとプラズマの伸びはほぼ比例関係にあることが分か
る。

【０１１６】マッチングがずれると入射パワーが一定の
場合、発光領域は縮小する。よってこの発光領域の変動
を発生管近傍に置いた光センサでモニターし、この情報
をコンピューターで解析し、あらかじめ用意してある安
定状態の情報と比較することで、マイクロ波電源、ある
いは自動コントロールのスタブチューナーへフィードバ
ックしマッチングのずれを修正する。この作用により不
測のプラズマ変動を押えることができる。しかも光をモ
ニターしているので、変化に対する応答が速く、石英管
の表面温度でモニターする場合よりも迅速に装置の調整
を行なうことができる。

【０１１７】次に本発明の半導体製造装置によりイント
リック（ｉ型) な水素化アモルファスシリコン層を成膜
し、このｉ型層を光電変換層に利用した太陽電池を作成
した場合を以下に示す。太陽電池の構成は図１０に示
す。

【０１１８】図１０に示す様に、ガラス基板４０１上
に、Ａ１などの金属膜を用い下電極４０２を形成した
後、チャンバー１００の中のアノード電極上に取りつ
け、排気ポンプ１０９と１１０により排気し、１０^-6Ｔ
ｏｒｒとした。バルブ１２３、１２５、１２６、１２
８、１３２、１３４開けてＳｉＨ₄ガスを３０ｓｃｃｍ
流し、Ｈ₂ガスを３０ｓｃｃｍ流し、Ｈ₂ガスで１％に
希釈したＰＨ₃ガスを３０ｓｃｃｍ流した。

【０１１９】チャンバー内圧を０．５Ｔｏｒｒにして、
基板温度は３００℃とし１時間保持した。５０ｍＷ／ｃ
ｍ²のＲＦパワーを投入して７分間放電しｎ⁺型水素化
マイクロクリスタルシリコン層４０３を４００Å堆積し
た。ガス供給を停止した後、チャンバー内を１０^-6Ｔｏ
ｒｒ以下に排気した。

【０１２０】次に本発明になる成膜方法で、ｉ型水素化
アモルファスシリコン層４０４を堆積した。バルブ１２
６、１２８、１２９、１３１を開けてＨ₂ガス３０ｓｃ
ｃｍとアルゴンガス１０ｓｃｃｍを反応チャンバーに導
入した。アルゴンガスはマイクロ波放電安定化のために
導入した。エアーバルブ１１４を開け、エアーバルブ１
１３を閉めた状態で、バルブ１２３および１２５を開け
て、ＳｉＨ₄ガス３０ｓｃｃｍを成膜ガス導入管１１２
に流した。バルブを調整して、０．１Ｔｏｒｒに設定
し、基板温度を３００℃して、１時間保持した。このと
きのバルブ１１３、１１４の開閉によるチャンバー内の
圧力変化は水素プラズマ照射時に５０ｍＴｏｒｒとなる
ので、結局成膜時と水素プラズマ照射時の圧力差は５０
ｍＴｏｒｒになる。これがマイクロ波プラズマの不安定
要因になり、またガス種が異なることも、その要因にな
っている。

【０１２１】ＲＦ電源のスイッチを入れ、５ｍＷ／ｃｍ
²のＲＦパワーを投入し放電を開始した。マイクロ波電
源のスイッチを入れ、６００Ｗとした。このときプラズ
マの伸びはＸ＝１５０ｍｍであり、制御条件としてこの
値を入れ、あらかじめ作成してある自動プログラムを動
作させた。つぎにエアーバルブ１１３、１１４開閉の切
り替えにより、成膜と水素プラズマ処理とを繰り返す。

【０１２２】図１２〜図１４より目標膜中水素濃度を４
％として、本例での成膜時間ｔ_Dは１回の膜厚が２０Å
となるように設定し、原子状水素暴露時間ｔ_Aは２０秒
とした。実際の成膜時にはシーケンサーでこれらのバル
ブの開閉を制御した。全ステップ数は３００回とし、ｉ
型層の全膜厚は６０００Åとした。成膜の間安定したマ
イクロ波放電を維持することができた。

【０１２３】つぎにｐ⁺型マイクロクリスタルシリコン
層を堆積した。チャンバー内の真空度を１０^-6Ｔｏｒｒ
以下に排気し、バルブ１２３、１２５、１２６、１２
８、１３５、１３７を開けてＳｉＨ₄ガス１ｓｃｃｍと
Ｈ₂ガスで１％に希釈したＢ₂Ｈ₆ガス１ｓｃｃｍとＨ
₂ガス３００ｓｃｃｍを流し、バルブ１０８を調整して
チャンバー内圧力を０．５Ｔｏｒｒとした。基板温度を
２００℃に変えた後、１時間保持した。ＲＦ電力５０ｍ
Ｗ／ｃｍ²を投入して、プラズマ放電を５分間行い、ｐ
⁺型層を５００Å堆積した。

【０１２４】最後に、上部電極を透明導伝膜（ＩＴＯ
膜) で７００Å形成した。

【０１２５】このようにして作成したｐｉｎ型太陽電池
は、従来の方法により成膜したものに比べ、特性のバラ
ツキの少ない、再現性の良い安定的な特性を有するデバ
イスを得ることができた。しかも十分に劣化の少ない膜
を得ることができた。また成膜途中の放電の不安定性も
なくなり、始終安定的な放電を維持することができた。

【０１２６】本実施例では水素化アモルファスシリコン
膜についてのみ述べたが、同様の方法において、炭素、
窒素、ゲルマニウムなどの元素を含む水素化アモルファ
スシリコンアロイを作成しても、同様の効果をあげるこ
とができる。

【０１２７】（実施例Ｄ１)図１７は、本発明の他の実
施例の薄膜トランジスタ及び薄膜トランジスタ型光セン
サの断面図である。また図１８は、本実施例の薄膜トラ
ンジスタ及び薄膜トランジスタ型光センサの製造方法を
示す断面工程図である。

【０１２８】図１８（ａ) において、８０１はガラス基
板、８０２はゲート電極となるＣｒである。ゲート電極
８０２のＣｒはスパッタ法等で全面に堆積し、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８０３（ａ−ＳｉＮｘ：Ｈ
以下窒化シリコン膜) を３０００Å、半導体層８０
４となるアモルファスシリコン膜（以下ａ−Ｓｉ：Ｈ)
を５０００Å、アモルファスシリコンカーボン膜８０５
（以下ａ−ＳｉＣ：Ｈ) を５００Å、オーミックコンタ
クト層のＰドープシリコン膜８０６（以下ｎ⁺層) を１
０００Åの４層を順次連続にプラズマＣＶＤ法で全面に
堆積する。

【０１２９】ａ−ＳｉＣ：Ｈ膜はＳｉＨ₄ガスとＣＨ₄
（メタン) 、Ｃ₂Ｈ₆（エタン) 、Ｃ₂Ｈ₄（エチレ
ン) 、Ｃ₂Ｈ₂（アセチレン) 等の混合ガスのプラズマ
ＣＶＤにより得られる。原料ガスと、ガス流量比を適当
に選ぶことで１．８〜４．０ｅＶ程度の範囲で任意の光
学バンドギャップを持つ膜が得られる。本実施例では
２．８ｅＶのａ−ＳｉＣ：Ｈ膜を用いた。

【０１３０】図１８（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８０９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８０７、
８０８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８０９がある。

【０１３１】図１８（ｃ) は、この感光性レジスト８０
９をマスクにして、不要なｎ⁺層８０６をエッチングす
るわけだが、たとえば沸酸と硝酸等の混合溶液を用いる
と、ａ−ＳｉＣ：Ｈのエッチング速度はｎ⁺層に比べて
きわめて遅いので、多少オーバーエッチングにしてもａ
−ＳｉＣ：Ｈはほとんどエッチングされない。

【０１３２】図２０に沸酸と硝酸と酢酸の混合比を変え
た時の、半導体層８０４のａ−Ｓｉ：Ｈ膜とｎ⁺層８０
６のＰドープシリコン膜とａ−ＳｉＣ：Ｈ膜のエッチン
グ速度を示したが、半導体層とｎ⁺層があまり変わらな
いのに対して、ａ−ＳｉＣ：Ｈ膜は非常に遅い。

【０１３３】また沸酸と硝酸等の混合溶液を用いる代わ
りに、ＲＩＥ等のドライエッチングを用いてもよい。図
２１はＲＩＥに用いるＣＦ₄ガスの放電圧力を変えたと
きの半導体層とｎ⁺層とａ−ＳｉＣ：Ｈ膜のエッチング
速度を示したものである。圧力が低い場合はイオンエッ
チングが主になるために、ａ−ＳｉＣ：Ｈ膜のエッチン
グ速度も半導体層のａ−Ｓｉ：Ｈの半分程度になってし
まうが、圧力を高くするとラジカル反応によるエッチン
グが主になるため、ａ−ＳｉＣ：Ｈ膜のエッチング速度
は急激に減少してａ−Ｓｉ：Ｈ膜より１桁以上小さくな
る。

【０１３４】よってこのエッチングはａ−ＳｉＣ：Ｈ膜
が５０Å程度以上あればドライエッチングで約１分、ウ
エットエッチングでは３０分以上のオーバーエッチング
をしてもエッチングストッパーとして充分働き、半導体
層にはまったく影響を与えずに、ｎ⁺層８０６のみを完
全にエッチングすることができる。エッチングの後、感
光性レジスト８０９を剥離する。

【０１３５】図１８（ｄ) は、フォトリソグラフィ工程
により、ＲＩＥなどのエッチングにより、ＴＦＴを素子
間分離し、各ＴＦＴや配線部の保護層８１０として窒化
シリコン膜を全面に５０００Å堆積して、２００℃程度
の熱処理をして図１７のＴＦＴが完成される。

【０１３６】ここで本発明により得られた、ＴＦＴのソ
ース・ドレイン間の電圧電流特性（Ｖｄ−Ｉｄ) を図２
２（ａ) に示した。図２２（ｂ) に示した従来の方法に
よる薄膜トランジスタのＶｄ−Ｉｄ特性とほとんど等し
い特性であり、オーミックコンタクト不良による、直線
性の乱れやｏｎ電流の低下は見られず、ａ−ＳｉＣ：Ｈ
膜があっても良好なオーミックコンタクト特性が得られ
ることがわかる。

【０１３７】しかし、ａ−ＳｉＣ：Ｈの膜厚を厚くして
いくと、１０００Å程度からｏｎ電流の低下が見られ
た。ここでｎ⁺層の下のａ−ＳｉＣ：ＨのＳＩＭＳ分析
によれば、約６００Å程度までＰが拡散していたことか
ら、５００Å程度まではａ−ＳｉＣ：Ｈ膜がｎ形になっ
たためにオーミックコンタクト特性が良好に保たれてい
るが、６００Åを越えるとＰの拡散できない部分が広が
り、オーミック特性は悪化していくと思われる。

【０１３８】Ｐの拡散は製造工程の最後の熱処理で起こ
っていると思われ、さらにａ−ＳｉＣ：Ｈの膜厚を厚く
したい場合には、この熱処理の温度を上げて、Ｐをさら
に深くまで拡散させることが考えられる。ただしａ−Ｓ
ｉＣ：Ｈの膜厚を５００Å以下にしてもエッチングスト
ッパーと表面保護膜としては支障はなく、現状の製造工
程にａ−ＳｉＣ：Ｈ膜の製膜工程だけを追加するだけ
で、ｎ⁺層のエッチング工程を容易にすることができ
る。これにより従来の薄膜半導体装置に比べて、ｎ⁺エ
ッチング残りによる不良や、半導体層オーバーエッチン
グばらつきによる不良がなくなり、製造歩留まりが向上
した。

【０１３９】この薄膜トランジスタを光センサとして用
いた場合、半導体層の下側のゲート電極により光キャリ
ヤを制御できるため、光電流は安定している。しかしな
がら半導体の上側、すなわちｎ⁺層がエッチングされる
表面側は、光が入射する側であるにもかかわらず不純物
の拡散などの不安定要因が多くなり、高温高湿度で光電
流の長時間の経時変化が現れる。

【０１４０】図２３では本発明による薄膜トランジスタ
型光センサと従来の薄膜トランジスタ型光センサの高温
高湿度における長時間の経時変化を示したものである。
（ａ) は本発明による薄膜トランジスタ型光センサの光
電流の変化率の経時変化で、（ｂ) は従来法によるもの
であり、両者とも最終保護膜に窒化シリコンを用いてい
る。なお（ｃ) は窒化シリコンの最終保護膜なしの場合
を参考までに示した。これによれば最終保護膜のない、
すなわち半導体層表面がむき出しの（ｃ) は数時間で光
電流はまず増加してやがてゆっくりと減少する。

【０１４１】（ｂ) の窒化シリコンの保護層があるもの
でも１００時間程度から光電流が減少していく。窒化シ
リコンによって不純物の拡散は抑えられているものの、
エッチングの時に生じた半導体層表面の欠陥がもとにな
って、光キャリヤ再結合中心が増加してきていると考え
られる。

【０１４２】これに対して本発明の（ａ) では１０００
時間程度は光電流の変化は全く見られない。半導体層表
面がａ−ＳｉＣ：Ｈによりエッチングや不純物から保護
されているためであると思われる。このように本発明で
は半導体層表面がクリーンで安定な状態に保たれるため
に、従来の薄膜半導体装置で発生していた、表面不純物
が原因の長時間の経時変化はほとんどなくなった。

【０１４３】またエッチングの時に生じた表面の欠陥
は、光キャリヤの時定数の長いトラップとなって光応答
を遅くしているといわれている。実際に本発明の薄膜ト
ランジスタ型光センサの光応答性は、従来法に比べて２
０〜４０％改善されている。

【０１４４】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２４に示す。光源８７２からの入射光は原稿８６９で
反射して、図１８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が蓄積される。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。

【０１４５】図２５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。

【０１４６】同図において、２１０はマトリクスに形成
された配線部、２０８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、２１２は荷電蓄積部、
２１３ａ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、２１３ｂは荷電蓄積部２１２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、２３０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２０８、転送用スイッチ２１３ａ及び放電用スイ
ッチ２１３ｂを構成する光導電性半導体層としてａ−Ｓ
ｉ：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。

【０１４７】尚、図２５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、炭化シリコン層とｎ⁺層が形
成され、オーミック接合がとられている。

【０１４８】図２６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、Ｓｉ，１、Ｓｉ，２、Ｓｉ，３、……Ｓ
ｉ，ｎ、は、図２６の光センサ部２０８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Ｓｉ，ｎと記す。) 。また
同図において、Ｃｉ，ｎは電荷蓄積部２１２のコンデン
サで、光センサＳｉ，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Ｃｉ，ｎの電荷を負荷
コンデンサＣＸｎに転送するための転送用スイッチ２１
３ａのトランジスタＳＴｉ，ｎ、電荷をリセットする放
電用スイッチ２１３ｂのトランジスタＳＲｉ，ｎも同様
に対応している。

【０１４９】これらの、光センサＳｉ，ｎ、蓄積コンデ
ンサＣｉ，ｎ、転送用スイッチトランジスタＳＴｉ，
ｎ、および放電用スイッチトランジスタＳＲｉ，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ＳＴｉ，ｎ、放電用スイ
ッチＳＲｉ，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ＳＴｉ，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。

【０１５０】マトリクス配線部２１０の共通線（ゲート
駆動線Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，……Ｇｍ) はゲート駆動部２
４６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，……Ｄｎ) を介して信号処理部２４７
へ（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。かかる構成において、ゲート駆
動線Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，……Ｇｍにはゲート駆動部２４
６から順次選択パルス（ＶＧ１，ＶＧ２，ＶＧ３，……
ＶＧｍ) が供給される。

【０１５１】まず、ゲート駆動線にＧ１選択されると、
転送用スイッチＳＴ１，１〜ＳＴ１，ｎがＯＮ状態とな
り、蓄積コンデンサＣ１，１〜Ｃ１，ｎに蓄積された電
荷が負荷コンデンサＣＸ１〜ＣＸｎ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
ＳＴ２，１〜ＳＴ２，ｎがＯＮ状態となり、蓄積コンデ
ンサＣ２，１〜Ｃ２，ｎに蓄積された電荷が負荷コンデ
ンサＣＸ１〜ＣＸｎに転送され、同時に放電用スイッチ
ＳＲ１，１〜ＳＲ１，ｎより蓄積コンデンサＣ１，１〜
Ｃ１，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，Ｇ４，Ｇ５，……Ｇｍについても選択
されて、読み取り動作が行われる。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，Ｖ
Ｘ２，ＶＸ３，……ＶＸｎは信号処理部２４７の入力Ｄ
１，Ｄ２，Ｄ３，…Ｄｎに送られ、シリアル信号に変換
されて出力される。

【０１５２】本発明の薄膜半導体装置の応用例として、
ここでは図２４に示すように、光センサの上部に耐摩耗
層８７１を形成してセンサの裏面から光源８７２により
照明し、原稿８６９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ーにも応用
できることはいうまでもない。

【０１５３】（実施例Ｅ１）本発明の他の実施例を説明
する。まず本発明でａ−Ｓｉ膜を堆積する手段とは、そ
の一例として図２８に示すように一定時間Ｔｄの間、ａ
−Ｓｉ層の堆積を行った後、この堆積したａ−Ｓｉ：Ｈ
層に対して、別の一定時間Ｔａだけ原子状水素を供給す
るという、一組のステップを繰り返すことである。

【０１５４】例えば、Ｔｄの間の堆積速度をＶｄとする
と、各ステップをｎ回繰り返した後の堆積膜厚Ｌと、こ
れに要する堆積時間Ｔｔとは、単純に計算すれば次のよ
うになる。

【０１５５】Ｌ＝Ｖｄ・Ｔｄ・ｎ・・・・（１）Ｔｔ＝（Ｔｄ＋Ｔａ）・ｎ・・・・（２）従って、平均的な堆積速度ＶｄはＶｄ＝Ｌ／Ｔｔ＝｛Ｔｄ／（Ｔｄ＋Ｔａ）｝・Ｖｄ・・・・（３）実際に成膜する場合には、ＬおよびＶｄは上式で求めた
値に一致するか、それより若干小さい値になる。

【０１５６】なお、各ステップのＴｄ，Ｖｄ，Ｔａは、
上記のもっとも単純な例に限定されるものではなく、例
えば、各ステップ毎にＴｄ，Ｖｄ，Ｔａが変化してもよ
く、さらに、Ｖｄは一定値ではなく時間の関数であって
もよい。

【０１５７】さて、本発明の製造方法では、Ｔａの間、
堆積膜表面は原子状水素の照射を受ける。この間に何が
起きているかは必ずしも明らかではない。

【０１５８】しかし、原子状水素が堆積層の中へある程
度拡散し、これにより、過剰な水素の引き抜きやＳｉネ
ットワークの組替え（構造緩和）が促進されていると考
えられる。実際問題として、Ｔｄの間に堆積するａ−Ｓ
ｉの層の厚さ１（＝Ｖｄ・Ｔｄ）は２原子層程度以上、
例えば、１０Å以上必要である。

【０１５９】もし新しく堆積した層が１原子層程度しか
ないとすると、アモルファス構造を安定に保つことがで
きず、原子状水素の照射により、ａ−Ｓｉ膜は、限りな
く結晶化して行き、その程度を制御することがきわめて
困難になる。この原因として考えられるのは、次のよう
なプロセスが実施されているということである。すなわ
ち、１ステップ前の原子状水素の照射によりできたａ−
Ｓｉ層表面の原子状水素の層が、次のステップで表面に
堆積するＳｉ原子の表面の拡散を促進し、さらに、この
ステップでＳｉが３次元的なネットワークをほとんど組
めないために、次の原子状水素の照射の時、ａ−Ｓｉネ
ットワーク（２次元的）を保てずに、結晶化してしまう
ことである。

【０１６０】このように、この方法によるａ−Ｓｉ膜の
成膜には、上述の原子状水素の照射による過度のＳｉネ
ットワークの組替えを防ぎ、制御性のよい状態で構造緩
和を実現させるために、１０Å以上堆積することが必要
なのである。

【０１６１】なおＴｄの間に堆積するａ−Ｓｉ層は、部
分的にμｃ−Ｓｉを含んでもよいが、Ｔｄの間の堆積層
の厚さが１０Å以上あれば、μｃ−Ｓｉを含んだ構造を
保存したまま構造緩和して行くと考えられるので、実際
に制御不能な過度の結晶化を防ぐことができる。換言す
れば、ａ−Ｓｉ膜が１０Å以上の厚さに堆積されて、初
めて原子状水素の供給を充分に行っても制御不能な結晶
化が起こらず、望みの程度に微結晶を含んだアモルファ
ス構造のままの構造緩和を図ることができる。

【０１６２】一方、各ステップでのａ−Ｓｉ層の厚さが
１００Å以上であると、原子状水素の供給をいくら行っ
ても構造緩和が進まなくなる。このような構造緩和の程
度は、ａ−Ｓｉ膜中の水素濃度の減少及びラマンスペク
トルの４８０ｃｍ^-1のピーク半値幅の減少により確かめ
ることができる。したがって、Ｔｄの間に堆積するａ−
Ｓｉ層の厚さは、１００Å以下、好ましくは５０Å以下
であることが必要である。

【０１６３】なお、Ｔａを十分に長く、例えば、６０ｓ
ｅｃ程度にすると、スピン密度をあまり増加させずにａ
−Ｓｉ膜中の水素濃度を５％またはそれ以下にまで低下
させることができる。このようなａ−Ｓｉ膜は電気伝導
度に光劣化の効果が現れず、正孔の易動度が高くなり、
デバイス特性が向上する利点がある。また、特に基板温
度を低くした場合に、特性の悪化が少ないので、プラス
チック基板などの低コスト基板を使用することができ
る。

【０１６４】本発明の製造方法における原子状水素の供
給法は、マイクロ波プラズマによる水素ガスの分解によ
るが原子状水素の供給経路となるマイクロ波アプリケー
タのチャンバーへの供給口の近傍にプラズマ制御用の電
極を設けるという簡単な構成による。

【０１６５】原子状水素の供給方法を具体的に図２７を
用いて説明する。水素ガスおよび希釈ガスとしてのＡｒ
ガスをそれぞれガスライン９２０、９２１、９２２、９
３０、９３１、９３２から流し、マイクロ波アプリケー
タ（石英管）９１８内で導波管９１９から供給されたマ
イクロ波によりマイクロ波プラズマを発生して原子状水
素を形成する。

【０１６６】さらに、マイクロ波プラズマをマイクロ波
アプリケータのチャンバーへの供給口まで伸ばし、プラ
ズマ中に発生している多量の原子状水素をチャンバー内
に供給すると共にプラズマの伸びる方向をマイクロ波ア
プリケータのチャンバー供給口の近傍に設置したプラズ
マ制御用電極１１００、１１０１に制御用の電源１１０
２、１１０３から電圧を印加し、プラズマの伸びる方向
を基板９０１の方向に制御してプラズマ中の原子状水素
を効果的に供給することができる。

【０１６７】本発明を用いたａ−Ｓｉ薄膜の製造装置を
図２７を用いて説明する。まず、図中９０１は基板でヒ
ータープレートを兼ねた電極９０３に設置する。電極９
０３はアース線９０５により接地してあると共に電線９
０４を通して送られる電力により加熱される。電極９０
２は、コントローラ９０６を介して高周波電源９０７に
接続されている。成膜室９１７は排気管９０８を介して
ポンプ９０９で排気される。導波管９１９を通してマイ
クロ波を送り、石英管９１８内でマイクロ波プラズマを
発生させる。９１４、９１５は、排気ラインである。９
２０、９２１、９２２、９３０、９３１、９３２、９４
０、９４１、９４２、９５０、９５１、９５２は、それ
ぞれガスラインで、また９６０、９６１、９６２、９７
０、９７１、９７２、９８０、９８１、９８２、９９
０、９９１、９９２は、原料ガスラインを示している。
反応ガスはライン９１２、バルブ９１６、ライン９１３
を通り成膜室９１７に入る。

【０１６８】まず、ガラス基板をヒータープレート９０
３に取り付け、成膜室９１７を１０^-7Ｔｏｒｒ台まで減
圧し、基板をアノードを兼ねたヒータプレート９０３の
ヒーターで加熱する。

【０１６９】次に、水素ガスライン９２０、９２１、９
２２よりＨ₂をＡｒガスライン９３０、９３１、９３２
よりＡｒを成膜室９１７に流し、圧力を５０ｍＴｏｒｒ
に合わせて導波管９１９よりマイクロ波を送り、石英管
９１８内でマイクロ波プラズマを発生させる。

【０１７０】さらに、電極９０３と電極９０２の間には
１３．５６ＭＨｚの高周波でグロー放電をさせた。

【０１７１】そして、ＳｉＨ₄ガスライン９６０、９６
１、９６２よりＳｉＨ₄ガスを流し始め、ＳｉＨ₄排気
ライン９１４、９１５へ流した。ガスの流れが安定して
いるのを確認した上でａ−Ｓｉの成膜に移った。

【０１７２】バルブ９１６を切り換えてガスライン９１
３を通じてＳｉＨ₄を成膜室内に流し込み、成膜を行っ
た。この際、図２８の方式に従ってバルブ９１６を定期
的に切り換え、ＳｉＨ₄を断続的に成膜室９１７内へ送
り込んだ。これにより、ａ−Ｓｉの堆積工程とＳｉＨ₄
無しの状態での放電により水素プラズマ照射する工程と
を繰り返すことができた。

【０１７３】ａ−Ｓｉの一工程で２０Åのａ−Ｓｉを堆
積した。水素プラズマ処理の一工程は４０ｓｅｃであっ
た。ＳｉＨ₄を流した状態での成膜室の圧力は１００ｍ
Ｔｏｒｒであった。

【０１７４】こうして堆積した厚さ約５０００Åのａ−
Ｓｉ膜の光電流を測定した。一方、通常のＲＦグロー放
電により基板温度２００℃で基板上に連続して成膜した
ａ−Ｓｉ膜の光電流を測定して、前記光電流と比較した
ところ、本発明のａ−Ｓｉ膜は、光電流の増加が得ら
れ、さらに、光照射による光電流の減少（いわゆる光劣
化）が少ない結果が得られた。また、プラズマ制御電極
のない成膜装置によるａ−Ｓｉ膜と同等の効果を得るた
めに必要な水素プラズマ処理の一工程に要する時間が短
縮できることがわかった。

【０１７５】（実施例Ｅ２）次に本発明の他の実施例を
示す。図２７において、ガラス基板をヒータープレート
９０３に取り付け、成膜室９１７を１０^-7Ｔｏｒｒ台ま
で減圧し、基板をアノードを兼ねたヒータープレート９
０３のヒーターで加熱する。

【０１７６】次に、水素ガスライン９２０、９２１、９
２２よりＨ₂を、Ａｒガスライン９３０、９３１、９３
２よりＡｒを成膜室９１７に流し、圧力を５０ｍＴｏｒ
ｒに合わせて導波管９１９よりマイクロ波を送り、石英
管９１８内でマイクロ波プラズマを発生させた。

【０１７７】電極９０３と電極９０２の間には１３．５
６ＭＨｚの高周波でグロー放電をさせた。そして、Ｓｉ
Ｈ₄ガスライン９６０、９６１、９６２よりＳｉＨ₄ガ
スを流し始め、ＳｉＨ₄排気ライン９１４、９１５へ流
した。ガスの流れが安定しているのを確認した上でａ−
Ｓｉの成膜に移った。

【０１７８】バルブ９１６を切り換えてガスライン９１
３を通じてＳｉＨ₄を成膜室内に流し込み、成膜を行っ
た。この際、図２８の方式に従ってバルブ９１６を定期
的に切り換え、ＳｉＨ₄を断続的に成膜室９１７内へ送
り込んだ。これにより、ａ−Ｓｉの堆積工程とＳｉＨ₄
無しの状態での放電により水素プラズマ照射する工程と
を繰り返すことができた。

【０１７９】さらに、プラズマ制御用電極に接続された
制御用電源１１０２の電位を固定し制御電源１１０３の
電位を時間変化させ制御電極１１００と１１０１の間に
印加される電圧変化によって、水素プラズマ処理の一工
程の間にマイクロ波アプリケータのチャンバーへの供給
口近傍のプラズマの伸びを変化させる。

【０１８０】このことにより、基板表面に供給される原
子状水素の基板位置による濃度の分布が減少して基板全
体への均一な供給が実現される。ａ−Ｓｉの一工程で２
０Åのａ−Ｓｉを堆積した。水素プラズマ処理の一工程
は６０ｓｅｃであった。

【０１８１】ＳｉＨ₄を流した状態での成膜室の圧力は
１００ｍＴｏｒｒであった。

【０１８２】こうして堆積した厚さ約５０００Åのａ−
Ｓｉ膜の光電流を測定した。プラズマ制御電極のない成
膜措置により作成されたａ−Ｓｉ膜の光電流を測定し
て、前記光電流と比較したところ、光電流の基板内での
分布が減少している。さらに、他の膜特性の分布も減少
し、特性の均一なａ−Ｓｉ膜が得られる。

【０１８３】（実施例Ｅ３）実施例Ｅ１と同様の方法に
よりｎ型ａ−Ｓｉ膜を成膜する。ＳｉＨ₄を流すときに
同時にガスライン９７０、９７１、９７２を通じて、Ｐ
Ｈ₃を流すことにより成膜を行った。ガラス基板をヒー
タープレート９０３に取り付け、成膜室９１７を１０^-7
Ｔｏｒｒ台まで減圧し、基板をアノードを兼ねたヒータ
ープレート９０３のヒーターで加熱する。

【０１８４】次に、水素ガスライン９２０、９２１、９
２２よりＨ₂を、Ａｒガスライン９３０、９３１、９３
２よりＡｒを成膜室９１７に流し、圧力５０ｍＴｏｒｒ
に合わせ、導波管９１９よりマイクロ波を送り、石英管
９１８内でマイクロ波プラズマを発生させた。

【０１８５】そして、ＳｉＨ₄ガスライン９６０、９６
１、９６２よりＳｉＨ₄ガスを、ＰＨ₃ガスライン９７
０、９７１、９７２よりＨ₂で希釈されたＰＨ₃ガスを
流し始め、ＳｉＨ₄排気ライン９１４、９１５へ流し
た。ガスの流れが安定しているのを確認した上でａ−Ｓ
ｉの成膜に移った。Ｈ₂ガスライン９２０、９２１、９
２２からＨ₂を、Ａｒガスライン９３０、９３１、９３
２からＡｒを定常的に流し続け、石英管９１８内でマイ
クロ波プラズマを維持しながら電極９０２に１３．５６
ＭＨｚの高周波を印加し、グロー放電を起こした。

【０１８６】次に、プラズマの発生している状態で、バ
ルブ９１６を切り換えてガスライン９１３を通じてＳｉ
Ｈ₄、ＰＨ₃の混合ガスを成膜室内に流し込み、成膜を
行った。

【０１８７】このとき、図２８の方式に従ってバルブ９
１６を定期的に切り換え、ＳｉＨ₄、ＰＨ₃の混合ガス
を断続的に成膜室９１７内へ送り込んだ。

【０１８８】これにより、ａ−Ｓｉの堆積工程とＳｉＨ
₄とＰＨ₃の混合ガス無しの状態での放電により水素プ
ラズマ照射する工程とを繰り返すことができた。

【０１８９】ａ−Ｓｉの一工程で２０Åのａ−Ｓｉを堆
積した。水素プラズマ処理の一工程は４０ｓｅｃであっ
た。ＳｉＨ₄とＰＨ₃の混合ガスを流した状態での成膜
室の圧力は１００ｍＴｏｒｒであっるこうして堆積した
厚さ約５０００Åのａ−Ｓｉ膜の電気伝導度は、１０^-1
Ｓ／ｃｍ程度であり、通常のｎ型ａ−Ｓｉ膜と同等の特
性である。

【０１９０】このように、本発明の成膜方法によりｎ型
のａ−Ｓｉ膜も形成できる。

【０１９１】さらに、ドーピングガスとしてＢ₂Ｈ₆を
用いればｐ型のａ−Ｓｉ膜の形成も可能である。

【０１９２】

【発明の効果】（効果Ａ）以上説明した様に、本発明に
よれば、成膜と水素ラジカル処理を交互に行う方法によ
り、高品質のアモルファスシリコンを形成する時、成膜
のための高周波グロー放電の電極と水素ラジカル処理の
水素ラジカル導入管を交互に複数個配置して、被堆積基
板がそれらの空間を順次移動できる様な構造を持つイン
ライン型の成膜装置を与えるものである。これにより成
膜装置の基板処理枚数や原料ガスの使用効率を低下させ
ることなく、しかも高品質のアモルファスシリコンを容
易に形成することができる。また今後の基板の大版化に
も容易に対応できる。

【０１９３】（効果Ｂ，Ｃ）また、以上説明してきたよ
うに、基板上に水素化アモルファスシリコンアロイ層を
堆積する工程と、この水素化アモルファスシリコンアロ
イ層に原子状水素を曝露する工程とを交互に繰り返しな
がら堆積を行う半導体製造装置において、プラズマの様
子を温度センサーや、光センサー等でモニターし、これ
をフィードバックして放電を安定化させることにより、
プロセス条件の変動による放電の不安定性が少なくな
り、さまざまな放電条件においても、安定的に成膜を行
なうことができるようになった。その結果、膜特性の不
安定性、信頼性の低下はなくなり、安定的に良好な膜を
得ることができるようになった。

【０１９４】（効果Ｄ）また、本発明の前記薄膜トラン
ジスタ、薄膜トランジスタ型光センサーなどの薄膜半導
体装置は、その製造工程のオーミックコンタクトのｎ⁺
層のエッチング工程において、半導体層の表面に形成し
た５００Å以下のアモルファスシリコンカーボン膜（ａ
−ＳｉＣ：Ｈ膜）が、ｎ⁺層のエッチングストッパーと
して働き、半導体層と金属電極の良好なオーミック特性
を保ちながら、半導体層表面をクリーンに保つ保護膜と
しても作用する。

【０１９５】これにより従来の薄膜半導体装置に比べ
て、ｎ⁺エッチング残りによる不良や、半導体層オーバ
ーエッチングばらつきによる不良がなくなり、製造歩留
まりが向上した。また半導体層表面がクリーンな状態に
保たれるために、従来の薄膜半導体装置で発生してい
た、表面不純物が原因の長時間の経時変化はほとんどな
くなった。

【０１９６】（効果Ｅ）また、以上説明したように、本
発明のプラズマ制御用の電極をマイクロ波アプリケータ
のチャンバーへの供給口近傍に設置した薄膜製造装置を
用いて、ａ−Ｓｉの堆積工程と原子状水素を供給する工
程を交互に繰り返すことで、基板への原子状水素の供給
の均一化と原子状水素の供給量の多い領域の有効利用に
より堆積薄膜の高品質化と特性の安定化、均一化が得ら
れた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の非単結晶シリコンの成膜装置の概略構
成図。

【図２】従来法による非単結晶シリコンの成膜装置の概
略構成図。

【図３】本発明と従来法による非単結晶シリコンの膜中
水素量の比較を示す図。

【図４】本発明の他の実施例による非単結晶シリコン光
センサの概略断面図

【図５】本発明の他の実施例による非単結晶シリコン光
センサの光劣化特性を示す図。

【図６】本発明の他の実施例による非単結晶シリコン薄
膜トランジスターの製造工程断面図。

【図７】本発明の実施例である半導体装置を示す図

【図８】実効投入パワーとプラズマの伸びを示す図

【図９】実効投入パワーと石英管各位置での表面温度の
関係を示す図

【図１０】本発明になる方法により作成した太陽電池の
構成を示す

【図１１】従来例である半導体装置を示す

【図１２】膜中水素濃度のｔ_A依存を示す

【図１３】膜中水素濃度と各ステップでの成膜膜厚との
関係を示す

【図１４】膜中濃度と光学的バンドギャップとの関係を
示す

【図１５】本発明の半導体製造装置を示す図

【図１６】実効投入パワーとプラズマの伸びを示す図

【図１７】本発明による薄膜トランジスタ及び薄膜トラ
ンジスタ型光センサの断面図

【図１８】本発明による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工程図

【図１９】従来の薄膜トランジスタ及び薄膜トランジス
タ型光センサの断面図

【図２０】沸酸と硝酸と酢酸の混合比を変えたときの、
ａ−Ｓｉ：Ｈ膜、ｎ⁺層、ａ−ＳｉＣ：Ｈ膜のそれぞれ
のエッチング速度を示す図

【図２１】ＲＩＥによる放電の圧力を変えたときの、ａ
−Ｓｉ：Ｈ膜、ｎ⁺層、ａ−ＳｉＣ：Ｈ膜のそれぞれの
エッチング速度を示す図

【図２２】本発明と従来法により得られた薄膜トランジ
スタのソース・ドレイン間の電圧電流特性（Ｖｄ−Ｉ
ｄ）を示す図

【図２３】本発明による薄膜トランジスタ型光センサと
従来の薄膜トランジスタ型光センサの光電流の長時間の
経時変化の比較を示した図

【図２４】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２５】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２６】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

【図２７】本発明による薄膜製造装置の説明図

【図２８】本発明にかかる成膜工程を示すタイムチャー
ト

【図２９】従来の薄膜製造装置の説明図

【符号の説明】

（符号の説明Ａ）１１，７１１被成膜基板１５基板導入室１６，７１６基板加熱室１７，７１７成膜室１８基板冷却室１９，７１９基板取り出し室２０，７２０高周波電源２１，７２１アノード電極２２，７２２カソード電極２３放電遮閉板２５マイクロ波発生源２６，７２６水素ラジカル導入管３０，７３０排気ポンプ３１，７３１基板加熱ヒーター７３２ガス切り替えバルブ４１，６１基板４２非単結晶シリコン４３電極６２ゲート電極６３ゲート絶縁層６４半導体層（非単結晶シリコン）６５オーミックコンタクト層６６ソース電極６７ドレイン電極６８フォトレジスト７０保護膜（符号の説明Ｂ，Ｃ）１００，５００反応チャンバー１０１，５０１基板１０２，５０２アノード電極１０３，５０３カソード電極１０４，５０４過熱用ヒーター１０５，５０５接地用端子１０６，５０６マッチングボックス１０７，５０７ＲＦ電源１０８，５０８ゲートバルブ１０９，５０９ターボ分子ポンプ１１０，５１０ロータリーポンプ１１１，５１１捨てガスライン１１２，５１２成膜ガス導入管１１３，１１４，５１３，５１４エアーバルブ１１５，５１５マイクロ波発生管１１６，６１６導波管１１７，５１７スタブチューナー１１８，５１８アイソレーター１１９，５１９マグネトロン１２０温度センサー１２０’ 光センサー１２１，５２１マイクロ波電源１２２制御用コンピューター５２２ターボ分子ポンプ５２３ロータリーポンプ１２３，１２５，１２６，１２８，１２９，１３１，１
３２，１３４，１３５，１３７，５２４，５２６，５２
７，５２９，５３０，５３２，５３３，５３５，５３
６，５３８バルブ１２４，１２７，１３０，１３３，１３６，５２５，５
２８，５３１，５３４，５３７マスフローコントロ
ーラー３０１ガラス基板３０２下電極３０３ｎ⁺型層３０４ｉ型層３０５ｐ⁺型層３０６透明電極３０７上電極（符号の説明Ｄ）８０１，８３１，８６１基板８０２，８３２，８６２ゲート電極、光センサ補助
電極８０３，８３３，８６３ゲート絶縁膜８０４，８３４，８６４光導電性半導体膜８０５，８６５炭化シリコン層８０６，８３６，８６６ｎ⁺層（オーミックコンタ
クト層）８０７，８３７，８６７ソース電極層（上部電極
層）８０８，８３８，８６８ドレイン電極層（上部電極
層）８０９感光性レジスト８１０，８７０保護層８６９原稿８７１耐摩耗層８７２光源２１０マトリクス形成されたゲート配線部２０８光センサ部２１２電荷蓄積部２１３ａ転送用スイッチ２１３ｂ放電用スイッチ２３０信号出力の引き出し線２１９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Ｓｉ，ｎ光センサＣｉ，ｎ蓄積コンデンサＣＸｎ負荷コンデンサＳＴｉ，ｎ転送用スイッチングトランジスタＳＲｉ，ｎリセット用スイッチングトランジスタ（符号の説明Ｅ）９０１基板９０２，９０３電極９０７高周波電源９１７成膜室９１８石英管（マイクロ波アプリケータ）９１９導波管１１００，１１０１プラズマ制御用電極１１０２，１１０３プラズマ制御用電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 31/04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】非単結晶シリコン膜を有する半導体装置
の製造装置において、少なくとも珪素原子を含むガスを用いた高周波グロー放
電により、基体上に非単結晶シリコン膜の堆積を行なう
空間と、少なくとも水素ガスを含む混合ガスにより水素ラジカル
処理を行なう空間と、を交互に複数個配置した成膜室
と、該成膜室の前記それぞれの空間を、前記基体を順次移動
させる手段と、を有し、複数の前記基体を移動させながら、連続的に成膜処理を
行なうことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】少なくとも珪素原子を含むガスと水素ガ
スの混合ガスが供給された高周波グロー放電の電極と、原子状水素導入口とを、交互に複数個並べて配置したこ
とを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項３】前記高周波グロー放電の電極が、遮蔽板
を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体製造
装置。
【請求項４】基板上に水素化アモルファスシリコンア
ロイ層を堆積する工程と、該水素化アモルファスシリコ
ンアロイ層に原子状水素を曝露する工程とを交互に繰り
返しながら堆積を行う半導体製造装置において、該プラズマの情報をモニターする手段と、該手段により
得られた情報により、該プラズマを制御する制御手段と
を有し、該プラズマを自動的に制御しながら成膜するこ
とを特徴とする半導体製造装置。
【請求項５】プラズマの接する部分の温度をモニター
することを特徴とする請求項４に記載の半導体製造装
置。
【請求項６】プラズマの接する部分の発光をモニター
することを特徴とする請求項４に記載の半導体製造装
置。
【請求項７】該原子状水素をマイクロ波プラズマ放電
により生成することを特徴とする請求項４に記載の半導
体製造装置。
【請求項８】絶縁基板上に、少なくとも非単結晶シリ
コンからなる半導体層と上部金属電極を有する薄膜半導
体装置において、該半導体層表面に炭化シリコン膜を形成したことを特徴
とする薄膜半導体装置。
【請求項９】前記炭化シリコン膜の膜厚は、５０Å以
上５００Å以下であることを特徴とする請求項８に記載
の薄膜半導体装置。
【請求項１０】前記薄膜半導体装置は、絶縁基板、下
部電極、絶縁層、半導体層、前記炭化シリコン層、オー
ミックコンタクト層、上部対向電極の順に積層された構
造であることを特徴とする請求項８又は９に記載の薄膜
半導体装置。
【請求項１１】前記薄膜半導体装置は、薄膜トランジ
スタあるいは薄膜トランジスタ型光センサであることを
特徴とする請求項８に記載の薄膜半導体装置。
【請求項１２】請求項８に記載の半導体装置の製造方
法において、前記炭化シリコン膜をエッチングストッパーとしたエッ
チング処理工程を含むことを特徴とする半導体装置の製
造方法。
【請求項１３】チャンバー内の基板に対してａ−Ｓｉ
層を堆積する膜堆積工程と、該堆積膜領域へマイクロ波
プラズマ放電により生成した原子状水素を供給する工程
とを交互に繰り返して成膜するアモルファスシリコン薄
膜の製造装置において、前記マイクロ波プラズマを発生させるマイクロ波アプリ
ケータの前記チャンバーへの供給口近傍に、プラズマ制
御用電極を具備したことを特徴とする薄膜半導体製造装
置。
【請求項１４】請求項１３に記載の半導体製造装置に
おける半導体薄膜の製造方法において、前記プラズマ制御用電極に印加する電圧を制御して、プ
ラズマの被成膜基体への伸びを制御することを特徴とす
る薄膜半導体の製造方法。
【請求項１５】前記プラズマ制御用電極へ印加する電
圧を時間変化させながら処理を行なうことを特徴とする
請求項１４に記載の薄膜半導体の製造方法。