JPS5884464A - 半導体素子 - Google Patents

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】 本発明は、電界効果薄膜トランジスタ等の半導体素子に
関し、更に詳しくは、動作特性、信頼性、及び安定性の
高い、多結晶シリ；ン薄膜半導体層でその主要部を構成
した半導体素子に関する。

最近、画像読取用としての、長尺化−次元フォトセンサ
や大面積化二次元フォトセンナ等の画像読取装置の走査
回路部、或いは液晶（ＬＯと略記する）や、エレクトロ
クローミー材料（ＢＯと略記する）或いはエレクトロル
ミネッセンス材料（ＢＬと略記する）を利用した１倫表
示デバイスの駆動回路部を、これ等の大型化に伴って所
定の基板上に形成したシリコン薄膜を素材として形成す
ることが提案されている。

斯かるシリコン薄膜は、より高速化、より高機能化され
丸太型の画像読取装置や画像表示装置の実現から、非晶
質であるよりも多結晶であることが望まれている。その
理由の１つとして上記Ｏ如きの高速、高機能０１！３１
に装置の走査回路部子画像表示装置の駆動回路部を形成
する為の素材となるシリコン薄膜の実効キャリア移動度
（ｅｆｆｅｃｔ盃ｗｅ　ｃａｒｒｉｅｒ　ｍｏｂｉｌｉ
ｔｙ　）、５ｅｆｆとしては、大きいことが要求される
が、通常の放電分解法で得られる非晶質シリコン薄膜に
おいては精＃０．１ａ＋ｆ／Ｖ−ｓｅｅ程度であり、か
つ、グー）ＫＤＯ電圧を印加していくうちにドレイン電
流が減少しトランジスターＯＩＩ値電圧が移動していく
などの経時変化が着しく、安定性に乏しいなどの欠点を
有している。

これに対して、多結晶シリコン薄膜は、実際に測定され
たデータからも非晶質シリコン薄膜に較べて、その実効
キャリア移動度μｅｆｆ　　が瘉かに大きく、理論的に
は現在得られている値よりも、＃ｌ！に大きな値の移動
度１１ｅｆｆを有するものが作成され得る可能性を有し
ている。

丙午ら、従来種々の方法によって作製された多結晶シリ
コン薄膜を素材とし九素子或いはデバイスが、所望され
九特性及び信頼性を充分発揮でき壜かったのが現状であ
る。本発明者らは、多くの半導体素子又は、積層構造的
には接合（ＰＮ接合やＭＩＳ構造）を有しており、素子
の機能として接合面の特性及び信頼性が素子の性能や信
頼性を決定するという考え方に基き、上記０ＩＩＩ点に
鎌みての鋭意検討の結果、多結晶シリコン薄膜半導体素
子においてシリコン薄膜中に含有する水素原子の）量と
シリコン薄膜表面の凹凸性及び特定のエツチング液によ
るエツチング速度（エツチングレイト）が素子の性能及
信頼性を決定することを見出した。

更に詳しくは、多結晶シリコン薄膜を素材として電界効
果薄膜トランジスタを形成するに際して、従来の多結晶
シリコン薄膜は薄膜の表面凹凸が大きかったり不揃いで
あるため、素子の特性、例えば実効キャリアーモビリテ
ィ（声ｅｆｆ　）、ゲートリーク等による歩留り及び動
作の経時変化各素子のバラツキ等を低下又は悪化させて
いることを見い出した。又、多結晶シリコン薄膜中にあ
る範囲の量のＨが含有されていること及びエツチング速
度がある値以下であることが、上記素子の特性を実用上
使用可能ならしめ、又各素子のバラツキを低減させて更
に実用性°が高められることを見出し九。又、多結品薄
ＩＩＯ配向性及び結晶粒径（ダレインサイズ）が、上述
した様な各種の特性をより向上せしめることも合せて見
出したものである。

本発明の目的は、高性能の多結晶シリコン薄膜半導体層
を有する半導体素子を提供することを主たる目的とする
。

更には、基板上に形成される多結晶シリコン薄膜半導体
を用いて高性能で信頼性が高く、安定性の高い電界効果
薄膜トランジスタを提供することを目的とする。

又、別には、優れた多結晶シリコン薄膜半導体層を用い
た電界効果薄膜トランジスタを構成素子とする大面積化
半導体デバイスを提供することも目的とする。

Ａ以下であって、弗酸（５０マ０ＪＰＸ＊渉液）・硝酸
（ｄ−１，３８，６０マｏｌ　Ｘ水溶液）・水酸から成
り、それ等の混合比がｌ：３：６であるエツチング液に
よるエツチング速度が２ＱＡ／ｓｅｃ以下の特性を有す
る多結晶シリコン薄膜半導体層でその主要部を構成した
事を特徴とする。

この様なＨ含有量、表面凹凸性、エツチング特性を有す
る多結晶シリコン薄膜を素材としてによるトランジスタ
特性の経時変化もなく、かつ素子の歩留）及びバラツキ
も著しく向上させることが出来るためＫＬＯ，ＥＬ或は
ＢＣ等を利用した表示或いは画侭デバイス等の走査回路
中駆動回路を安定して提供することが出来る。

本発明の多結晶シリコン薄膜を素材として作型の 成される半導体素子の一例としての電界効す膜トランジ
スタ（ＴＰＴ）は半導体層、電極層。

絶縁層を用い九トランジスタとして知られている。即ち
、半導体層に隣接し九オーξツクなコンタクトを持った
ソース電極・ドレイン電極間に電圧を印加し、そこを流
れるチャンネル電流を絶縁層を介して設けたゲート電極
にかけるバイアス電圧により変調される。

第１図にはこのようなＴＰＴの典型的な基本構造の一例
が示される。絶縁性基板１０１上に設けられた半導体層
１０２上にソース電極１０３、）”レイン電極１０４が
接して設けてＴｏり、これ等を被覆する様に絶縁層１０
５が設けられ、該絶縁層１０５上にゲート電極１０６が
ある。

本発明に於ける第１図に示される構造を有するＴＰＴに
於いては、半導体層１０２は、前述し九特性を有する多
結晶シリ；ン薄膜で構成され、半導体層１０２と２つの
電極、即ち、ソース電極１０３　、ドレイン電極１０４
の各々との間には、非晶質シリコンで構成された第１　
ＯｎＥ；ｌ＠　１０７、菖トを形成している。

絶縁層１０５はＯＶ　Ｄ　（ＯｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏ
ｕｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、Ｌ　Ｐ　ＯＶＤ　（Ｌｏ
ｗ　Ｐｒｅｓｕｒｅ　Ｏｈｅｍｌｃａ／Ｖａｐｏｕｒ　
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　）、又はＰ　ＣＶ　Ｄ　（Ｐ／
ａｓｍａＯｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｕｒ　Ｄｅｐｏｓｉ
ｔｉｏｎ）等で形成されるシリコンナイトライド、８ｆ
０ｇ−Ａ−１ρ、９等の材料で構成される。

半導体層１０２を構成する多結晶シリコン薄膜の作製に
用いる反応性気体としては、シリコンを構成原子とする
物質である、例えば、モノシラン（８１Ｈ４）ｔ　ジシ
ラン（Ｓ　ｉ、Ｈ，）等が挙げられ、これ等は必要に応
じてＨ，、Ａｒ、Ｈｅ等のガスで一釈されて用いること
も出来る。

電界効果型ＴＰＴはゲート電極上にゲート絶縁層がある
型（下ゲー）Ｉｔ）とゲート絶縁層上にゲート電極があ
るｍ＜上ゲート型）に分類され、他方、ソース、ドレイ
ン電極が絶縁層と半導体層の界面にある！ｌ　（０ｏｐ
ｌａｎａｒ　ＩＩ　）とノースドレイン電極が絶縁層と
半導体層の界面と対向した半導体面上にある（　ｓｔａ
ｇｇｅｒ　ＩＩ　）　Ｋ分類され、各々の組合せで４つ
の臘があることがよく知られでいる・第１図で示された
構造は上ゲー）　Ｏｏｐ／ａｎａｒｌｌ電界効果ＴＰＴ
と呼ばれる例を示したが、本−明に係る電界効果ＴＰＴ
はこのいずれでもよいことは勿論である。

本発明においては、半導体素子の主要部である半導体層
を構成する多結晶シリコン薄膜に含有するＨ量を０．０
１　ｓｔ、に以上にすることによって、種々のトランジ
スタ特性を向上させるこ−に存在し、５ｉ−Ｈの形で８
ｉ原子と結合してい遊離水素も含んでいることが予想さ
れ、これ４不安定な状態で含有されている水素に超因し
て、その特性の経時的変化が生じているものと思われる
が、本発明者らの多°くの実験事実からａａｔ％以ｔの
Ｈ量においては、トランジスタ特性の劣化、＠に経時変
化を起させることは、はとんとなく、安定してその特性
を維持し得ることが観察されている。即ち、例えば３１
ｔ、に以上のＨ量では、上述のように連続的にトランジ
スタ動作を行り九場合、実効キャリアー毫ビ、リテイの
減少が見られかつ出力ドレイン電流が時間と、１に減少
し、スレショホールド電圧が変化すＫは０，１〜１　ｓ
ｔ、に程度とするのが望ましい。

本発明に於いて規定する多結晶シリコン薄膜中に含まれ
ている水素量の測定は、０．１ｓｔ、〜分析針）により
行つ九。いずれも試料は５ｍｇを分析針ホルダー中に装
填して、水素重量を測定し、膜中に含まれる水素量をａ
ｔｏｒｎｉｃにで算出した・ Ｑ、ＩＪｌｔ、Ｘ以下の微小量分析は二次イオン質量分
析計−８ＩＭ８−　（Ｏａｍｅｃａ社ｉＪＭｏｄｅｌ　
ＩＩ８−３ｆ）により行った。その分析法に於いては通
常の々法を跡襲した。即ち、チャージアップ防止〇九ン
プル電流５　Ｘ　１０−”Ａ、スポットサイズ５０ａｍ
掃としエツチング両種は２５０ｘ２５０μｍとして、８
ｉ＋に対する♂°　イオンの検出強度比を求め水素含有
量をａｔｏｍｉ　ｃ　％で算出した。

又、零発１５ｉＫ於いて、そＯ目的を達成する為０重畳
な要素として勘定するエツチング４１１ｋＫ就で社、種
々の条件で作製し九多結晶シリコン薄膜に就て、その一
部を利用して以下に記すエツチングレート用し、エツチ
ング温＊２Ｓ℃でエツチングし良場合のエツチング適度
（エツテジスタ特性を一定し、エツチング適度と鋏トラ
ンジスタ特性との相関々係より決定されえ一〇である。

エツチング液としては、通常電子工業用部品として市販
されている弗酸（５Ｏｖｏ　ＩＡ＊　＠　＊　）、硝酸
（ｄ＝１．３８　、６０ｖｏｌ−水溶液）、及び氷酢酸
Ｏ容量比で１：３：６の混合箪を用いた。

このエツチング液は、ｐｘｏ、３Ω・ａＱシリ；ンクエ
ハーをエツチングし九場合２５℃でＸｉム／　Ｉ＠（Ｉ
　Ｏエツチング適度を持つ、エツテン１畳性を有してい
た。

本発明看等の多くの実験結果あらすれｄ１多結蟲シリコ
ン薄属のエツチングレートは膜作成条件によ）種々変）
上記エツチング液では１５Ａ／Ｓ・Ｃ〜８０λ／ｓｅｅ
にＩ′って変ることが判つｋ。

エツチングレートＯ異る種々な多結晶シリコンして好ま
しい膜Ｏエツチングレートは２０Ａ／’Ｉ・Ｃ以下のも
Ｏであることを見出し友。即ちエツチングレートが２Ｏ
Ａ／ｓｅｅを越える多結晶シリコン薄膜でそＯ主要Ｓｔ
−榔成しｌＦ、ＴＦＴでは移ｗｈ度は０．５ｍ／Ｖ’ａ
＠ｅ以下と小さく、かツ、ＴＦ′ＴＩＯ経時変化が大き
い。

又、本発明の効果を示す為の多結晶シリコン薄膜トクン
ジスターの経時変化に関しては次のような方法によって
行った◇ 第２−に示す構造０５テを作製しグー）　２０１にゲー
ト電圧、ＶＱＷ４０Ｖ、ツースｇｏｓとドレイエレクト
ロメーター（Ｋ・１ｔｈｌｅＦ　６１＠Ｃエレクトａメ
ーター）Ｋよｐ量定しドレイン電流の時間的変化を測定
した。経時変化率は、５００時間Ｏ違統動作後のドレイ
ン電流の変動量をａｉａドレイン電流で―りそれをｌＯ
Ｏ僑し一表示で＃！わし−るＶＤ　−、／Ｔ’ｏ　ｉｌ
ｉ　１１１　Ｋおける直一部分を外挿し横軸であるｖＤ
軸と交差しに点によりて定−し皮◎鰻時変化前と後（Ｄ
　ＶＴＭ　Ｏｆ化も同時にしらぺ、以下とすることによ
って、この多醜晶シリコン薄属Ｏ表面にゲート用の絶縁
層を形属した上ゲート履電界効果ト２ンジスタＯ場合Ｏ
ゲートリークを着しく減少させることができる◎ゲート
層絶縁′履は通常ト２ンジ講り特性の向上の丸め凸は、
トランジスタ４Ｉ性善に実効キャリアーモビリティを著
しく減少させ、かつ経時変化も増加させるものでるる〇 これらＯ事実は、絶縁層を多結晶シリコン＊函をドリフ
トするキャリアーが、凹凸の影響を強く受けていること
を示しており、トランジスタ特性と安定性の九めに表面
凹凸の低減が必須の条件である〇 において結晶配向性が乏しいアモルアスや微細結晶層が
成長し、成長途中から膜成長方向が扇状に拡がる結晶成
長が起こ９凹凸を増大させるコン薄膜を半導体層に用い
た下グー）ｌｉＯト？ンジスタ特性は、実効キャリヤ・
そビリティが極めて小さくトランジスタの連続動作の経
時変化不党男″１″開不遁ｎる六Ｎ凹凸霞ｉ１’　８０
０Ａ以Ｆム− に押えて形成される多結晶シリコン薄膜は、基板昇藺か
ら密な結晶成長が起り膜厚方向でＯ結晶性、配向性に著
しい差違は見られな％／％４０でｈシ、トランジスタ特
性においても、嵐好なもとすることが上又は下グー）１
０いずれにも絢に於いてはこの表向凹凸の測定は、電界
放射履滝査電子顕微鏡（ＪＰ８Ｍ−３０ｆｉ：日本電子
社顧）Ｋよ１）２５ＫＶの加速電子による多結晶薄膜シ
リコンのＩＩＥＩ断面０断面０倚０１形威される多結晶
シリコン薄膜半導体層に含有されるＨ量及びそｏｒ！Ｂ
凸性を前記Ｏ１１に制限するには、種々の方法におーて
＊ｌｌうるｏｆｌｌえＳＳ気気下蒸着する方法（ＨＶＤ
法）を始め、Ｇの中Ｗの等で形成され良多結晶シリコン
属を為プラズマＩＩ＆鳳する方法勢々の特定Ｏ条件下形
成された多結晶シリコン薄膜中導体層によると、本実−
で霧水されるようＫ　３！０υ〜４５０℃という低温に
おｉてもＨ量及び表面凹凸０１ｍ限を守る限り、例えば
Ｇ■中ＷΦで＾温（　６ＯＯ℃以上）の下で作製され為
プフズｉアニールし九従米知られている多結晶シリコン
膜と遜色のないトランジスタ特性を与え、かつそれ以上
Ｏ安定性及信頼性を与えるもＯでＴｏ）、本楯−Ｏ有用
性を端的に表わしているＯ 更に、多結晶シリコン薄１ｌＯＨ量及び表ｍＷＪ凸性を
満足しかつ（２２Ｇ）配向が強くなるにつれて、トラン
ジスタ４１１に４１に実効午ヤリアモビリテイＯ更に向
上することが認められ、又違絖動作時の経時変化に大き
く影響する。

多結晶シリコン薄膜の結晶性、配向性には、膜作成法、
膜作成条件によって種々のもＯが得られることが知られ
ている。

本発明に於いては配向性を調べる方法としてはｘＩＩ闘
折、電子線回折をあわせて行った０作成し友各多結晶シ
リコン膜ＯＸＩＩＩｉｍ折強直をＲＪｇａｋｕ電機ｌｌ
Ｘ電機ｌｌＸ線ディー２クトメーター　３５に％ｒ　、
　Ｉｏｎム）によ）調定し、比較を行つえ。−折角２＃
は２０°〜６５＠まで変化させて（１１１）　、　（２
２０）　、　（３１１）　Ｏ回折ピークを検出して七の
ＷＡ折強度より求め九〇 又電子ｍ−析強度を日本電子社刺Ｊ鵬（−１００Ｖによ
夕測定し同１）Ｋ各回性強度を求め九〇Ａ８ｆｆＭカー
ド（　Ａ　２７−１９７７）によれば、配向Ｏ金〈な、
・仏参結晶シリコンの場合回折強度の大１に一画（ｌｌ
＊に＊五）衆示で（１１１）　：　（２２０）　：　（
３１１）　−　１＠０：　ｓｓ　：　３ｏで（２２Ｇ）
だけ埴多出してみると食關折！ＩＩ装置に対する比、即
ち （２２０）　Ｏ回折強度／（線回折！１ｌｌｌ＆）は約
（５Ｍ２５０）　Ｘ　１００　−　２２　（５４で６ゐ
０この値を基ｊｌｋＫしてこＯ値Ｏ大きな（２２０）配
向おいては経時変化が大き（な夛好しくな％Ａ６又−゛
に、多結晶シリコン薄膜ＯＨ量及表面凹凸性を―足しか
つ平均結晶粒＊＜平均的ダレインサイズ）が大きくなる
にりれてトランジスタ特性特に実効キャリアモビリティ
Ｏ向上することが臆められたｏＪＦＭｌ的グレインナイ
ズの値は、上述のＸＩＨＩ折パターンの（２２０）ピー
クの半値中から通常ＯＰ＠−られているＳｃｈ・！Ｔｅ
ｒ法によって求め九。平均的ダレインサイズが、２００
ムンサイズ（結晶粒ＩＩ）は、膜厚Ｏ違いによって成長
度合Ｏ差があられれて、その大きさが異なる場合が多り
、多結晶シリコ・□ン薄膜の作製方法や作製条件によっ
てこＯ膜厚によるグレインサイズの差の祖度も異なる０
従って各作製法によって、適宜膜厚が定められる０ ては、基板表面温度が５００υ以下（約３５０−ｓＧ。

℃ｏｇｍｍ！Ｉ　）で本発明の目的に金款しうみ多結晶
シリコン薄膜の形成が可能で参る０こＯＳｍは、大面積
のデバイス用の大面積にわたる１１＃−路中走査回路の
作１１において、基板の均−加熱中安価な大面積基板材
料とめう点で有利でｈｈだけでなく、透過層の表示素子
用の基板中基板側入射臘の光電変換受光素子の場合等画
像デバイスの応用において透光性Ｏ′１１ツス基板が多
く纏まれておシ、この要求に答えうるもＯとして重畳で
ある。

従って、本発明によれば従来技暫に験べて、低温度領域
をも実施することが出来る為に、従来法で使用されてい
るＩＩ４融点ガ２ス、硬ガ２ス等の耐熱性ガラス、酎、
熱性セクイックス、ナ７アイヤ、スピネル、シリコンク
ニーパー等Ｏ倫に、一般Ｏ低融点ガラス、耐熱性プラス
チックス、等も使用され得る０ ガラス基板として杜、軟化点温度が６３０υＯ並ガラス
、軟化点が７８０１）Ｏ普通硬質ガラス、軟化Ａ１１度
＊ｓｇｏ’ｏｏｓ＊質ガツｘ　（ＪＩ８１級超硬質ガラ
ス）、等が考えられる０ 本実＠Ｏ調法に於てはｉずれＯａ板を用いても基１１ｍ
Ｒが軟化点よ〕低（押えられる丸め、基１１Ｌｔそこな
うことなく、膜を作成できる利点が６る〇 本発明のｌｌ麿例ＫＩＩｋいて紘基板ガラスとして軟化
点の低い韮ガクス（ソーダガラス）Ｏうち主としてコー
ニングφ７０５９　＃ラス音用いたが、軟化点が１５０
０υＯ石英ガラス等を基板としても可能である０しかし
、実用土からは並ガラスを以下に、本尭−を更ＫＩＰＪ
ＩＩＫＩ！明する九めに多結晶シリコン薄膜の形成から
ＴＦＴ　Ｏ作展グ四セスとＴＦＴ　ｍ作艙果について実
施例によって具体的に説明する〇 実施例１゜ 本実施例は多結晶シリコン薄膜を基板上に形成しＴＦＴ
を作成し丸もので第３図に示し九装置を用いえものであ
るｏｉＩＩ＠５ｏｏａコーニン＃ ダ、７０　＄　９ガラスを用いえ。

先ず、基板３００を洗浄し丸後、０「◆田ノ。

＋ＣＨ，ＣｏｏＨ）０混合箪でその表両を軽くエツチン
グし、乾燥した後、ペルジャー真空堆積室３０１内のア
ノード側におい九基板加熱ホルダー３０２に装着した。

その後ペルジャー３０１を拡散ポンプ３０９でパックグ
ランド真空度２　Ｘ　１０　　Ｔｏｒｒ以下壕で排気を
行つ九〇この時、この真空度が低いと反応性ガスが有効
に膜析幽して働かないばかシか膜中にＯ，Ｎが混入し、
著しく膜Ｏ抵抗を変化させる。次に基板温度Ｔ＄を上り
で基板３０Ｇの温度を５００℃に保持し九１（基板温度
線熱電対３０３で監視する０）。次に、鴇ガスを實スク
ｐ−コント四−２−ＳＯ６で制御し乍らペルジャー３０
１内に導入して基９３００表面をクリーニングした後、
反応性気体を導入する様にした０基板温度Ｔ＄は４５０
℃に設定した。

本実施例に於ては導入する反応性気体としては取扱いＯ
容易な烏ガスでＩＶｏｊＸＫ稀釈し九８ｉＨ，＃ス（５
ｔ）Ｌ（ｔ）／Ｈｔと略記する）を用％Ａえ。

ガス流量は５０８ＣＣＭＫｆｉる様にマスフローコント
四−２−３０４でコント冑−ルして導入し丸。ペルジャ
ー３０１内の圧力はペルジャー３０１２）排気側の圧力
調整パルプ３１０を調節し、絶対圧力計３１２を用いて
α０ＩＴｏｒｒの圧力に設定した。ペルジャー３０１内
の圧力が安電を開始させた。このときＯ電圧はＱ、ＳＫ
Ｙ、電流紘４ｇ１１１Ａ、ＲＦ放電パワーはＩＯＷであ
つ輻形成された膜の膜厚は５０ＧＯＡでその均一性は円
形リング型吹き出し口を用いた場合には１２０Ｘ１２０
−の基板の大きさに対して±１０に内に収っていた。

形成された膜中Ｏ水素量はα５　ｎｔｏｍｉｃＸであつ
た。又、表面凹凸性は２００＾であシ、前記したエツチ
ング液でのエラチングレー）　は１ｓＡ７鰭で、ρ＝０
．３Ω国の値を有するシリコンウェーハーのエツチング
レートと同じであり工Ｏ又、Ｘ線回折のデータよシ、上
記薄膜の配向ｍ性ｔｅｓべたところ、９０　％　（＝　
１　（ｚｔｏ）／１ｔｏｔａｌＸ１００）でちゃ、平均
結晶粒径は９００大であった。

次にこの膜を素材として第４図に概略を示すプロセスに
従ってＴＰＴを作成し九〇工程（ａ）　Ｋ示すようにガ
ラス基板３０Ｇ上に上記の様にして形成した多結晶シリ
コン膜４０１を析出した後、水素ガスでｌ　Ｑ　Ｑ　ｙ
ｏｊ　ｐｐｍに希釈されたＰ　Ｈ３ガｘ　（Ｐ　Ｈｓ　
（１００ｐｐｍ）　／Ｈｚと略記する）をＨ！で１０　
ｖｏｊ％に希釈され九８　ｉＨ，（Ｓ　ｉ＆（１０）＆
と略記する）ガスに対して、ｍｏｌ比にして５×ｓ １０　　Ｏ１Ｌ＆でペルジャー３０１内に流入させ、ペ
ルジャー３０１内の圧力を０．１２　ＴｏｒｒＫ調整し
てグロー放電を行いＰのドープされたｎ１４層４０２を
５００＾Ｏ厚さに形成した〔工＠（ｂ））。

次に工程（ｅ）のようにフォトエツチングによｌ　ｎＦ
層４０２をソース電極４０３の領域、ドレイン電極４０
４の領域をのぞいて除去した。次にゲート絶縁膜を形成
すべくペルジャー３０１内に再び上記の基板が、アノー
ド側の加熱ホルダー３０２に装置された。多結晶シリコ
ンを作製する場合と同様にペルジャー３０１が排気され
、基板温度Ｔ＄を２５０℃としてＮＨ，ガスを２０８Ｃ
ＣＭ。

ＳムＨａ（１０）ＡＸｔ　　ガスを５８ＣＣＭ導入して
グロー放電を生起させて８！ＮＨ膜４０５を２５００人
の厚さに堆積させた。

次にフォトエツチング工程によシノースミ極４０３、ド
レイン電極４０４用のコンタクトホール４０６−１．４
０６−２をあけ、その後で、５ｉＮＨ膜４０５全面にＡ
Ｉを蒸着して電極膜４０フを形成した後、ホトエツチン
グ工程によｌＡｊ電極膜４０７を加工してソース電極用
亀山し電極４０８．ドレイン電極用取出し電極４０９及
びゲート電極４１０を形成した０この後、為雰囲気中で
２５０℃の熱処理を行ったＯ以上Ｏ条件とプレセスに従
って形成されたＴＰＴ（チャンネル長し＝１０μ、チャ
ンネル幅Ｗ＝５００声）は安定で良好な特性を示した。

このようＫして試作したＴＰＴの特性の一例ＶＤ−ＩＤ
ＩＩＩＩＩＩｔ図７に示し九（但し、図に於いてＶＤは
ドレイン電圧、　ＶＧはゲント電圧、　Ｉｎはドレイン
電流）ｏＶＧ＝２０ＶでＩＤ＝２．５ＸＩＯＡ。

Ｖｏ＝ＯＶ　−ｔ’ＩＤ＝ＩＸ１０　　（ム）で、かつ
閾値電圧あり嵐好なトランジスタ特性を有するＴＰＴが
得られた。このＴＰＴの安定性を調べる九めゲ−）ＫＤ
Ｃ電圧でＶｏ＝４０Ｖを印加し続けＩＤの変を５００時
間に亘シ連続測定を行った。その結果ＩＤの変化は殆ん
どなく±０．１％以内であり九。

かつＴＰＴの経時変化前後の閾値電圧の変化ΔＶｍ　％
なく：ＴＦＴの安定性は極めて良かった。

また斯様な経時変化後のＴＰＴ特性が−ＩＤ　。

■−ＩＤ畔を測定したとζろ、経時変化測定前と変らず
１ｌｅｆ　ｆも８．５　ｃｐｓ”７ＡＩ−厩と同一であ
った。

チングレート５人／ｓｅｅ配向性が９０Ｘ、平均結晶粒
径が９０ＯＡなる特性を有する多結晶シリコン薄膜でそ
の主要部を構成したＴＦＴｄ高性能を示すことが示され
丸。

実施例２ 実施例１と同様の手順によりてｌ（Ｆパワー（Ｐｏ）５
０　Ｗ　、　ＳｉＬ　（１）／Ｈｔ流量ｓ　ｏ　ＳＣＣ
Ｍ　ｅグルー放電圧力（Ｐｒ）　０．０５Ｔｏｒｒの条
件でバイコールガラス苓板上に多結晶シリコン膜を作成
した。基板温度（Ｔ８）は２５０℃〜７００℃に亘って
５０℃おきにセットし膜厚が０．５μ厚になるように作
成し、各々の多結晶シリコン膜の水累量１表面凹凸、エ
ツチングレート及び実施例１と同様の方法によって６膜
を用いて作成したＴＰＴの実効移動度μｅｆｆ　　を第
１表に示した０第１表から判るように水素量３　ａｔチ
を越える４００Å以上で且つエツチングレートが２０λ
７ｔｉ　ｅ　ｅを越える試料は実効移動度が１　ｃＰｌ
／Ｖ’ａｅｃ以下２５０人と小さくかつエツチングレー
トも１５　）Ｊａｅｃとシリコンウェハーのエツチング
レートと同等であるが水素量が０．０１９６未満のため
実効移動度μｅｆｆは０．２５　ｄ／Ｖ−ｓｅｃと小さ
く、これも実用上方ることが示された。

第　　１　　表 上記の試料に於いては多結晶シリコン薄膜中の水素量の
増加するに従って大きな表面凹凸を有する膜を用いた場
合を示したが本発明との比較の為に水素量が３　ａｔチ
以下であるが表面凹凸が大きい場合、或いはエツチング
レートが大きい場合には、これも又実用上方ることが以
下の例から示され九。

実施例１と同様の手順によってコーニング７０５９ガラ
ス基板上にＴｍ電４５０℃。

５ＨＬ（１メ迅ガス流量５０５ｅｃｐ　＠　Ｐｏ＝１０
０ＶｅＰｒ＝０．２Ｔｏｒｒの条件で膜厚が０．５　ｔ
ｔ　Ｋなるように作成した膜（試料Ａ）及びＴｓ＝４５
０℃。

５ｉＨ４（１メルガス流ｔ５０　ｓｃｃμｔ　Ｐｏ＝３
００ＷｔＰｒ　＝　６．０５　Ｔｏｒｒの条件で作成し
た膜（試料Ｂ）の各々について水素量９表面凹凸、エツ
チングレートを求めた。また実施例１と同様の方法によ
って試料Ａ、Ｂの膜を用いてＴＰＴを作成し、実効移動
度μｅｆｆを求めた。その結果を第２表に示した。

も２５０λと小さいにも拘らずエツチングレートは３２
λ／ＩＮ！ｅと大きかった。

Ａ、’Ｂ試料の各々を用いて作製したＴＦｖｌｒの実効
移動度μｅｆｆは実施例１で示し九試料に比らべ極端に
小さいことが実証され、又特性の安定性も比較的失って
いた。

第　　２　　表 更に、比較の為に次の様にして作製した試料に就ても測
定を行った。

実施例１と同様の手順によってコーニング７０５９ガラ
ス基板上にＴａ＝４５０℃＊　Ｔｏ−５０％Ｐｒ　−０
，０５Ｔｏｒｒ　Ｓｉｎ、ぴ１．）／Ｈ，ガス流量５０
０ｓｃｃＮの条件で膜厚が０．５μ厚になるようにして
、多結２．７ａｔ％、Ｎ面凹ｒ！”ｙ、ｚ）Ｚ　３００
人、エッチ／グレートは１８λ／８・Ｃ９配向性が３０
−９平均結晶粒径が３００五であり九〇 また実施例１と同様の方法によりてＴＦＴを作成し実効
移動度μｏｆｆを求め九ところ０．３５ｃＭｙ　−Ｂ　
６　Ｃであった。またＴＰＴの経時変化に関Ｌ　テハＩ
ｏＯ経時変化Ｕ　２．４　ｆｂ　テΔｕｒａも０．５■
と安定性が充分でないことが示されたＯ実施例１と同様
に準備されたコー二ンＷｏｓｓガラス基＠　ｓｏｏを２
　Ｘ　１０””　Ｔｏｒｒ　ｉで減圧される超高真空槽
５０１内の基板ホルダー５０２　Ｋ装填し、真空槽５０
１内の圧力が５　Ｘ　ＩＱ””　Ｔｏｒｒ以下Ｏ圧力に
なるまで減圧し先後タンタルヒーター５０３　Ｋよ〉基
板温度を４００℃に設定した０続いて電子銃５０４をｇ
ｘｖｏ加速電圧で動作させ、発射される電子ビームをシ
リコン蒸発体５０８　Ｋ照射させシリコン蒸発体を蒸発
させ、続いてシー？　’）　Ｉ　−５０７を開き基板５
００Ｋｍ［厚■〕厚にｔｋゐよう水晶振動子膜圧計５０
６でコントロールして、多結晶シリコン属を形成し九〇
この時の蒸着中の圧力はＩ　Ｘ　１０”’、　Ｔｏｒｒ
％Ｎ１ｍ速度＃ｉ１．４ム／酪？であった（試料３−１
）。

他方、洗滌したコーニング７０５９ガ２ス基板を再Ｕ基
１１＊ｋｌ−５０２ＫＩＩ設し、真空ｉｌｌ　Ｓｏｌ内
Ｏ内力圧力１１　Ｘ　１０−１”　Ｔｏｒｒ以下の圧力
Ｋｔｋるまで減圧し九後高純度水素ガス（９９，９９９
９’ｌｌ）をパダアプルリークパルプ５０８により真空
＊　５０１内に導入し、槽内圧力を５　Ｘ　１Ｇ−’Ｔ
ｏｒｒ　Ｋ設定し九〇基板温度を４００℃に設定し％膜
形成速度を１４λ／　ｓｅｃ　Ｋなるようにコントロー
ルし、０．５μ厚の多結晶シリコン膜を形成し九（試料
３　２）。

試料３−１．３−２について、膜の一部を利用して各々
の水素量、表ｍｌ！ｌ凸、エツチングレート、配向性、
結晶粒径を測定し叉、膜の残部を利用して実施例１と同
様の方法によって作成したＴＰＴの各々に統で実効移動
度μｅｆｆｔｌｌｌｌ定した結果を第３表に示し九。

第３表かられかるように試料３−１．３−２と−に表面
凹凸、エツチングレート、配向性、結晶粒径はほぼ同一
値を示しているが、水素量が試料３−１は０．０１ａｔ
−未満と少なく、試料３−２では０．２ａｔ−含まれて
い九〇この為に作製され九ＴＰＴの実効移動度は１桁以
上試料３−２は試料３−３に比べ太き（、ＴＰＴの安定
・１性も試料３−２が良好でＴＰＴ用の半導体層と＋Ｊ
、（て好ましいことが判った０ 第　　　３　　　表 実施例４ □本発明を第＃ＩＩＫ示すイオンブレーティング堆積装
置を用いて作製しえ多°結晶シリコン薄膜半導体層を用
いて薄膜ト２ンジスターＯＶｔ彫威した例を以下に記す
。

初めに滅正にしうる堆積ｎｉｌ　＠０３内Ｋｎ６ｎ−ｔ
ｌｏ％ｔｉ多結晶シリコンのシリコン蒸発体６０６をボ
ート６Ｇγ内に置き、コーニングφ７０５９基板を支持
体２１１−１　、　！１１−４　Ｋ設置し、堆積室内を
ベースプレッシャーが約１×１０ｉｅｒｒＫするまで排
気内に導入した。使用しえガス導入管状内ｌ１２■で先
のループ状の部分にガス吹き出し口が２ｃｍ間隔でα５
−の孔が開いているものを用いた。

次に、高周波コイル−１１）　（直径Ｓ■）Ｋｌ＆Ｂ・
鼠−の高周波を印加して出力をｘｏｏｗｌＩｃ設定して
、コイル内部分に高馬液グッズマ雰囲気を形成し友。

他方、支持体・１１−１　、６１１−４は回転させなが
ら、加熱装置６１２を動作状ｍにして＃　４１０＠ｃに
加熱しておいた。

次に、蒸発体６０６にエレクトロンガン６０８よ）照射
し、加熱したシリコン粒子を飛翔させ九とのときのエレ
クトロンガンＯパワーは約４Ｌ關Ｗでありえ。

この様にしてＳＯ分間で５ｏｏｏムの多結晶シリコン薄
膜が形成された。

この薄膜を用いて前記の実施例と同様なプロセスで薄膜
トランジスターを作製し良。第４表に本実施例における
膜中に含まれる水素量２表面凹凸及び膜のエツチング速
ＩＫ１作製し良薄膜トないで膜を形成した場合について
の結果も併せ第４ＩＩｌｊ ２Ｘ１０　　Ｔｏｒｒ　Ｏ水嵩分圧Ｐ−で形成、・し九
−属（試料４−３）を用いて作製しえトランジスタｚ４
と大きく、巌好なトランジスタ譬性を示した。それに対
し、水素量Ｏ多い場合は経時変化が大惠＜、水素の少な
い場合紘移動度が小さ−という結果を得た。

実施例５ 実施例１と同様Ｋｊｌ！備されたＰｌ咎のコーニン着 グＡ７０５９ガラス基板３００をペルジャー３０１内Ｏ
上部アノード偵′の基板加熱ホルダー３０２に密着して
同定し、下部カソードｓｒｓ　ｏ電＠板上に基板と対向
するように多結晶シリコン板（図示されない：純１１ｊ
　ＩＩＬ９１１１りを静置し九。ペルジャー畠・ｌを拡
散ポンプ３０９で真空状態とし、２×１・Ｔｏｒｒ　ｔ
で排気し、基板加熱ホルダー　ｎｅｔを加熱して基板５
ｏｏｏｐ画温度をｓｓｏ’ｃ　Ｋ保つえ。

続いて高純度水素ガスをマスフローメーター３０８によ
ってａ５８ｃｃＭべ□ルジャー内に導入し。

更にムｒガスをマスプローメーター３６７　Ｋよって１
＠ＥＩＣＣＭ　の流量でペルジャー３０１内に導入しメ
インパルプ３１Ｏを絞ってペルジャー内圧を亀ｏ＠５Ｔ
ｏｒｒ　に設定し丸。

ペルジャー内圧が安定してから、下部★ノード電極３１
３　Ｋ　１龜ＳｇＭ］Ｅｈの高周波電源３１４によって
、　！ＯＫＶ印加してカソードｓｌ−上の多結晶シリ″
コン板とアノード（基板′ＩＩａＩＩ！＆ホルダー）ｓ
Ｏｆ闘にグロー放電を放電パワーｚｏｏｗで生起させえ
。

この条件での膜成長速変はａ３五〜で７時間成長させて
約１１厚の膜を形成しえ。

約３００五でエツチングレートは１８ム／鱈であつえ。

絖いて上記ｇｏ一部を利用して実施例１と岡の実効移動
一杯り諌／マ、繻であ〕、Ｖ、　−Ｖ、　−４０ＶＯ条
件でｌＤ、ｖｔｈの変化を測定し喪ところＳＯ・時間で
ＩＤ紘ａ２−であ６．ｖ、、ｏ変化紘認められなく、安
定性は嵐好であつえ。

上記の試料との比較の為に以下の試料を作製して岡橡Ｏ
ＩＩ定を行った。

実施例１と同様に準備され九同等のコーニング７０５Ｇ
ガラス基板ＳＯＯをペルジャー３０１内の上部アノード
側の基板加熱ホルダーｓｏｗ　Ｋ密着して固定し、下部
カソード３１３の電極板上に基板と対向するように多結
晶シリコン板（図示されない：　９９．１１１！ｊ％）
を静置した。ペルジャー　＄０１を拡散ポンプｓｅｅで
真空状態とし、　２ＸＩＯＴｏｒｒまで排気し、基板加
熱ホルダー３０２を加熱して基板ＳＯＯの表面温度をＳ
ＳＯ℃に保つえ。続いて高純度迅ガスをマスフローメー
ター３・＄によって２８００Ｍペルジャー内に導入し、
更ににガスをマスプローメーター８０７によって１０１
０８０Ｃ流量でペルジャー３０１内に導入し、メインパ
ルプ＄１０を絞ってペルジャー内圧を（Ｌ（１！ＩＴ＠
ｒｒ　Ｋ設定した。

ペルジャー内圧が安定してから、下部カソード電極３１
３　Ｋ　１３Ｌ５＠−の高周波電源３０によって、　ｌ
＠ＫＶ印加してカソード上の結晶シリコン板３１２とア
ノード（基板加熱ホルダー）８０！閾にグロー放電を生
起させえ。この際のＲＦ放電パワー（進行波−反射波）
は、　３０＠Ｗでありえ。

との条件でのシリコン膜Ｏ成長速を社ａｍ五〜であ〉、
３時間成長させて約ａｓ４μ膜厚Ｏ膜を形成した。

五／織であった。

続いて実施例１と同様の工Ｉ！（（−〜（哨）Ｋよって
ＴＰＴを作製した。

この素子の実効モビリティ−μ。ｆｆは％ａ２ｃｔ／ｙ
、ｇ　ｆあＪ）　、　Ｖ、−４０Ｖ、　Ｖ、”−４０Ｖ
　ｔ）条件チェ。

及び’ｔｂの変化を測定した七ころ、　！！００時間で
ＩＩ）ｔｉｌ！１！減少し、残、はｓｖ”ｔ’あって’
ｒＦｌ）安定性は極めて乏しかった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発ＷＪ４の半導体素子の構造をＩ！明する為
の模式的説明図％　１Ｋ２Ｅは本発明の半導体素子の特
性を測定する為の回路を模式的に示しえ説明Ｗ１１第１
図、第Ｓ図、第６図は各々重置１ｊｌｌＫ係わる半導体
膜作製装置の例を説明する為の模式的説明図、第４図は
本発明の半導体素子を作製する為の工程を模式的に説明
する為の工１図、第７図は本発明の半導体素子のＶ、−
ＩＤ４１性の一例を示す説明図であゐ。 １０１一基板、１０！−薄膜半導体層、五〇３−ソース
電極、１０４−ドレインＩＥ、１１１０Ｂ−絶縁層％１
０１１１−ゲート電極、１０７　、　Ｈ）１１−ｎ層第
２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 弗酸（５０ｖｏ／　Ｋ水溶液）・硝酸（ｄ＝１．３８゜
   ６０マｏ１％水溶液）・水酸から成り、それ等の混合比
   が１：３：６であるエツチング液によるエツチング速度
   が２０　Ａ　／　ｓｅｃ以゛下の特性を有する多結晶シ
   リコン薄膜半導体層でその主要部を構成し九番を特徴と
   する半導体素子。 （２）前記半導体層のＸ線回折パターン又は電子線回折
   パターンによる（２２０）の回折強度の割合が全回折強
   度に対して３０％以上である特許請求の範囲７１１項に
   記載の半導体素子。 （３）前記半導体層の平均結晶粒径が２００Ａ以上であ
   る特許請求の範囲第１項に記載の半導体素子。 （４）前記半導体層がガラス製基板上に形成されている
   特許請求の範囲第１項に記載の半導体素子。