JPS63104379A - 薄膜半導体装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は薄膜半導体装置、即ちガラス等の基板上に薄膜
の半導体層、絶縁層等を順次積層して形成される半導体
装置に関する。

〔従来技術〕

近年、薄膜半導体装置、即ちガラス、アルミニュウム等
の基板上に非晶質シリコン等の半導体層。

絶縁層等を積層して形成される半導体装置が実用化され
ている。この種の薄膜半導体装置は、その大面積化が要
求される太陽電池あるいは液晶ディスプレイの駆動装置
等に好適である。

就中、ＳｉＮｘ層をゲート絶縁膜として利用した非晶質
シリコンの薄膜電界効果トランジスタはスイッチング特
性が優れているため、上述の液晶ディスプレイの駆動装
置として最適である。

即ち従来は、テレビモニタ、コンピュータシステムのデ
ータ表示装置等の映像表示用のディスプレイ装置として
高精細度、高輝度にてカラー表示可能なＣＲＴディスプ
レイが主として利用されていたが、より小型、軽量且つ
低消費電力で高品質のディスプレイ装置としてフラソト
パネルディスプレイが注目されている。フラットパネル
ディスプレイとしてはたとえば、上述の液晶ディスプレ
イが一般的であり、その駆動方法には単純マトリックス
駆動法とアクティブマトリックス駆動法がある。これら
の内、アクティブマトリックス駆動法は、三原色にて構
成される各画素それぞれを独立して駆動制御するので、
各画素をそれぞれを比較的大電力にて駆動し得るため、
コントラスト比を大きくすることが可能でる。

さて、上述のような液晶ディスプレイの駆動装置として
非晶質シリコンを用いた薄膜トランジスタは大面積化及
び低コスト化が可能であり、またオン・オフ電流比が大
きく、液晶層と並列配置されたコンデンサ容量の補正を
行う必要もないので好適である。

第４図は従来の水素を含む非晶質シリコン（ａ−３ｉ：
１１）を使用した′７ｇ膜半導体装置としての電界効果
トランジスタの構造を示す模式図である。

ＩＩＩ厚ｄのａ−５ｉ　：Ｈ半導体層５の一面には窒化
珪素（ＳｔＮｘ）または酸化珪素（ＳｉＯｘ）等の絶縁
層４を介してゲート電極Ｎ１が設けられている。更にａ
　−Ｓ　ｉ　：　ＩＩ半導体層５の長さしの両端部には
ソース電極層２が、他端にはドレイン電極層３がそれぞ
れ設けられている。

このような薄膜トランジスタは、ゲート電極層１に正（
＋）のゲート電圧ＶＧが印加されるとａ−３ｉ：Ｈ半導
体層５の内部でその絶縁層４との界面に沿ってａ−３ｉ
：ＩＩ半導体層５とゲート電極層１との間の静電容ＮＣ
とにより電荷７が誘起される。この誘起された電荷７（
−Ｃ・ＶＧ）はソース電極層２とドレイン電極層３との
間に印加されたドレイン電圧ＶＤにより長さしのａ−Ｓ
ｉ：Ｈ半導体層５を通過する。このようにしてゲート電
圧ＶＧとドレイン電圧ＶＤとにより制御されたドレイン
電流８　（１０）が流れる。

また、ａ−Ｓｉ　：Ｈ半導体層５中をゲート電圧ＶＧに
よっては制御されない電流、即ちリーク電流６が流れる
ことが考えられるが、ａ−３ｉ：ＩＩ半導体眉５は暗比
抵抗が高いため、リーク電流６は無視出来る程度と考え
られる。

さて、上述のような水素を含む非晶質シリコン（ａ−５
ｉ：Ｉｔ）を使用した薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈ
ｉｎＦｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）は、従来のよう
な限られた大きさのシリコンウェハー上に形成されるの
ではなく、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅ１％１ｃａｌ　Ｖａ
ｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法あるいは他のＣＶＤ
法により製造可能である。このためＴＰＴを使用した液
晶ディスプレイは、上述の如く大面積化が可能であるこ
と、約３００℃の比較的低温のプロセスで製造可能なこ
と、ａ−Ｓｉ：Ｈ半導体層５の暗比抵抗が高い、換言す
れば暗導電率が低いため電荷蓄積容量（具体的には前述
の液晶層と並列配置されたコンデンサ）が不要になるの
で製造プロセスが簡略化されること、更に同一の反応室
内で連続的に絶縁層及び活性層等を積層して成膜可能で
あること、等の利点がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、非晶質シリコンを使用した薄膜半導体装置の
性能及び安定性の向上には、活性層である非晶質シリコ
ン層及び絶縁層であるＳｉＮｘまたはＳｉＯｘ膜の膜質
が重要な要因となることは言うまでもない。しかし、更
に絶縁層と活性層（非晶質シリコンからなる半導体層）
との界面の特性も大きく影響することが報告されている
。即ち、非晶質シリコンにはそのエネルギーギャップ（
禁制帯）中に連続した局在準位が存在し、これがキャリ
ア、部ち非晶質シリコン半導体層中に誘起された電荷の
移動度（走行性）を低下させている。また絶縁層として
のＳｉＮｘまたはＳｉＯｘが緻密でなく、ポーラスであ
ったりあるいは空格子が存在するような場合、これが原
因で絶縁層を介して位置している非晶質シリコン半導体
層とゲート電極層との間の誘起電流の制御が行えないた
めに容量成分にドリフトを生じることがある。

ところで、非晶質シリコンを使用したＴＰＴの動作とし
ては主として絶縁層と活性層との界面に沿っての電界効
果によるキャリアの誘起及び移動を利用しているので、
界面準位が多く存在すると、つまり密度が高いと、これ
らが電子捕獲準位として作用して電界効果移動度を低下
させ、更にはドレイン電流の安定性、（Ｎ頼性を低下さ
せる。

また、非晶質シリコン薄膜半導体装置では、動作の安定
性に問題があること、就中闇値電圧の変動（闇値シフト
）が比較的大きいことが指摘されている。この原因とし
ては、絶縁層と活性層としての非晶質シリコン層とかへ
テロ接合であるため、接合界面において多数の欠陥準位
が存在し、更に絶縁層をＳｉＮｘにて形成した場合の化
学量論的なズレに伴い絶縁層に局在準位が存在し、これ
が非晶質シリコン層の電子または正孔移動度端と接近し
ているため、正のゲート電圧が印加された際には非晶質
シリコン層から絶縁層内部へ電子が、また負のゲート電
圧が印加されている際には非晶質シリコン層から絶縁層
内部へ正孔が注入され、これらの電荷のために闇値シフ
トが発生すると考えられている。

また、非晶質シリコン薄膜半導体装置は非晶質にて構成
されているとは言え、絶縁層の５ｊＮｘまたはＳｉＯｘ
と活性層の非晶質シリコン層とはエネルギーギャップも
大きく異なり、また膜応力の大きさも異なるため、両者
の接着界面では歪が生じていると考えるのが妥当である
。更にＳｉＮｘまたはＳｉＯｘが成膜された後の表面に
は水素原子が過剰に存在しているため、ＳｉＮｘまたは
ＳｉＯｘの上部に更に活性層としての非晶質シリコン層
を積層した際にこれらの過剰な水素原子が非晶質シリコ
ン膜中に取込まれ、界面での欠陥発生の原因になると考
えられる。このような界面近傍に存在する欠陥準位は前
述のように非晶質シリコン薄膜半導体装置の安定性、信
頼性を大きく損なう原因になっていると考えられる。

このような界面準位に起因する欠陥準位密度を低下させ
るには、たとえば成膜方法を変更する、即ち絶縁層と活
性層としての非晶質シリコン層とをそれぞれ異なるチャ
ンバーにおいて成膜するすることにより上述のような過
剰に存在する水素原子等によるコンタミネーションを防
止する、ＳｉＮｘまたはＳｉＯｘ等の絶縁層の製造プロ
セスを厳密に管理することにより絶縁層に欠陥を生ぜし
めないようにする等の対策が考えられる。しかし、前者
の方法は再現性に乏しく、従って安定した品質の成品を
供給することは困難であり、また後者の方法はその成膜
に高温を要するのでガラス基板あるいは既に成膜されて
いる他の屑を破壊する等の虞が大である。

本発明は以上のような事情に鑑みてなされたものであり
、水素を含む非晶質シリコンを活性層とした半導体装置
において、非晶質シリコンの活性層と非晶質性の絶縁層
との界面に活性層の非晶質シリコンより水素含有量が少
ない、換言すればノ〈ンドギャップが小さい非晶質シリ
コン層を介在させることにより、闇値シフトの発生を抑
止し得る′Ｆ＃膜半膜体導体装置供を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の薄膜半導体装置では、活性層としての水素を含
む非晶質シリコンからなる半導体層と非晶質性絶縁層と
の界面に活性層の非晶質シリコンより水素含有量が少な
い、換言すればバンドギャップが小さい非晶質シリコン
層を介在させる構成としている。

本発明は、水素を含む非晶質シリコンの半導体層と非晶
質性の絶縁層とを接合させた構造を有する薄膜半導体装
置において、前記非晶質シリコンの半導体層と非晶質性
の絶縁層との界面に、前記半導体層より水素含有量が少
ない非晶質シリコン層を介在させてなることを特徴とす
る。

〔作用〕

本発明の薄膜半導体装置では、活性層である水素を含む
非晶質シリコン半導体層と絶縁層との界面に介在された
活性層より水素含有量が少ない、即ちバンドギャップが
小さい非晶質シリコン層が、絶縁層の移動度端と活性層
の移動度端との間にエネルギー差を生じさせて活性層中
に誘起される電子あるいは正孔が絶縁層側へ移動度端を
介して直接注入されれることを防止し、闇値シフトの発
生を抑止する。

〔実施例〕

以下、本発明をその実施例を示す図面に基づいて詳述す
る。

第１図は本発明に係る薄膜半導体装置としてのトランジ
スタ　（以下、ＴＦＴ：Ｔｈ１ｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎ
ｓｉｓｔｏｒという）の構成を示す模式図である。

図中２００はガラス基板である。このガラス基板２００
上には、ゲート電極層２０１がパターニングされており
、その上部にはゲー［・電極Ｍ２Ｏ１を覆ってたとえば
窒化珪素（ＳｉＮｘ）または酸化珪素（ＳｉＯｘ）等か
らなる絶縁層２０４が形成されている。そして、従来の
ＴＰＴであればこの絶縁層２０４上に半導体層、具体的
には水素を含む非晶質シリコン（ａ−５ｉ：Ｈ）の半導
体層２０５が接合形成されるのであるが、本発明では絶
縁層２０４上にａ−Ｓｉ：Ｉｔ半導体屓２０５より水素
含有量が少ない非晶質シリコンｊｉ２１３（以下、低水
素含有ａ−３ｉ：１１層２１３という）を一旦形成した
後、この低水素含有ａ−３ｉ：）１層２１３上に上述の
活性層としてのａ−３ｔ：ＩＩ半導体層２０５を形成し
である。

換言すれば、絶縁層２０４とａ−３ｉ：ｔｌ半導体層２
０５との間には低水素含有ａ−５ｉ：１１層２１３が介
在されていることになる。そして、ａ−Ｓｉ：ＩＩ半導
体層２０５上にはｎ＋型のａ−５ｉ　：ＨＦＪ　２１２
を介在させてソース電極層２０２及びドレイン電極層２
０３が適長離隔されて形成されている。

なお、図中２１１はａ−Ｓｉ　：Ｈ半導体層２０５を外
界と遮断することにより外部からの不純物イオンあるい
は湿気等から保護するための保護膜である。

上述の本発明の薄膜トランジスタを構成する各層につい
て以下により具体的に説明する。

絶縁層２０４は高抵抗、即ち高絶縁性が要求されること
は当然であるが、他に高耐圧であることも必要である。

このため絶縁層２０４はたとえばＳｉＮｘ。

ＳｉＯｘＮｙ、Ｔａ２０５等の材料を使用する。この内
、５ｉ）ｂは耐環境性、耐薬品性に優れているため好適
である。

絶縁層２０４を窒化珪素（ＳｉＮ＋ｃ）にて形成するに
は、プラズマＣＶＤ法によりシラン系のガス、たとえば
ＳｉＨ４（モノシラン）と窒素を含有するガス、たとえ
ばＮｌ＋３（アンモニア）、Ｎ２等との混合ガスをグロ
ー放電により発生されるプラズマにて分解し、分解され
たガス状の原子を基板上に積層させて形成する。

さて絶縁層２０４の特性としては、比抵抗が１０１２Ω
・国以上、光学的バンドギヤツブが２．ＯｅＶ以上であ
ることが望ましい。また、膜厚は１０００人乃至１μｍ
の範囲であることが望ましい。

なお、この絶縁層２０４は一般的には単一の層により形
成されるが、複数の層を順次にｉＮｌ、て一つの絶縁層
２０４とすることも勿論可能であり、このような場合に
はその組合わせ等を考慮することにより、膜特性及び品
質のより一層の改善が可能であると考えられる。

次に本発明の特徴たる低水素含有ａ　−Ｓ　ｉ　：　Ｉ
ｔ眉２１３は、原料ガスとしてシラン系のたとえばモノ
シラン（ＳｉＨＪと水素源としてのＩ＋２ガスとを使用
してプラズマＣＶＤ法により積層形成する。

この低水素含有ａ　−Ｓ　ｉ　：　１１層２１３は、そ
の膜厚がその上部に形成されるａ−３ｉ：ｔｌｌ半導体
層２０５膜厚を超えない範囲、換言すればａ−３ｉ：Ｈ
半導体層２０５と低水素含有ａ−５ｉ：１１層２１３と
の両ａ−３ｉ：Ｈ層の厚さの５０％を超えないことが望
ましい。その理由は、低水素含有ａ−３ｉ：１１層２１
３の膜厚が厚過ぎると、両ａ−５ｉ　：ｌＩ２Ｏ３，２
１３の層全体としての非抵抗が低下するので、オフ電流
が増大してＴＦ丁時特性低下させるためである。

また低水素含有ａ−５ｉ：１層２１３の水素含有量は、
ａ−３ｉ：Ｈ半導体層２０５の水素含有量より少量であ
ることは当然であるが、その範囲は５原子％以下が望ま
しい、その理由は、低水素含有ａ−３ｉ：１１層２１３
の水素含有量を５原子％以下とすることにより、この低
水素含有ａ−３ｉ：１１層２１３のエネルギーギャップ
を結晶シリコンのエネルギーギャップ（１，１ｅＶ）と
通常のａ−３ｉ：Ｈのエネルギーギャップ（１，７〜１
．８ｅＶ）の中間の値、具体的には１．４〜１．５ｅＶ
程度に制御し得るからである。

ａ−５ｔ：Ｈ半導体層２０５は、本発明のＴＰＴの活性
層であり、通常はシラン系のガス、たとえばモノシラン
（Ｓｉｔ１４）を原料ガスとしてプラズマＣＶＤ法によ
り積層形成される。

このａ−５ｉ：ＩＩ半導体層２０５の膜厚はＴＦＴＦ性
を左右する重要な要因であるが、一般的には１００人乃
至５０００人が望ましく、５００人乃至３０００人の範
囲がより好適である。

次にｎ＋型のａ−３ｉ：Ｈｌｉｆ　２１２はソース電極
層２０２及びドレイン電極層２０３とａ−３ｉ：Ｈ半導
体層２０５との間の電気的接触を改善するために、ソー
ス電極層２０２及びドレイン電極層２０３とａ−５ｉ：
１１半導体層２０５との間に介在させて形成される。

このｎ＋型ａ−Ｓｔ　：ＨＰｉ　２１２はシラン系のガ
ス、たとえば５ｉｌ１４と第Ｖ族元素、たとえばＰを含
むｐＨ３等との混合ガスを原料ガスとしてプラズマＣＶ
Ｄ法により積層形成される。

そしてこのｎ＋型ａ−３ｉ：１１層２１２の膜特性は、
ｎ＋型としての特性を充分に有せしめる程度に不純物ド
ーパントのドーピングを行う必要がある。このため、ド
ーパント含有量としては、ｌＸｌ０−５乃至２原子％、
暗比抵抗は１×１０８乃至ｌ×１０２Ω・０の範囲が、
活性化エネルギーとしては０．７乃至０．２ｅＶの範囲
であることが望ましい。また膜厚としては、１００人乃
至１０００人の範囲が望ましく、２００人乃至５００人
の範囲がより好適である。

更に、保護層２１１は、ａ−３ｉ：ＩＩ半導体層２０５
を保護すると共にＴＰＴ特性を安定化し高信頼性化する
ために必要であり、前述の絶縁層２０４と同様の絶縁特
性として形成されるべきである。この保護層２１１の膜
厚としては、１００人乃至５０００人の範囲が望ましく
、５００人乃至３０００人の範囲がより好適である。

最後に、ソース電極層２０２およびドレイン電極層２０
３は、通常は真空蒸着あるいは電子ビーム蒸着等により
形成される。その材料としてはクロム（Ｃｒ）　、　ニ
クロム（Ｎ＋−Ｃｒ）、アルミニュウム（ＡＮ）、チタ
ン（Ｔｉ）等のいずれかの積層あるいは複数を組合わせ
て順次積層することにより形成される。

これらのソース電極層２０２及びドレイン電極層２０３
の膜厚は、一般的には１０００人程度が適当である。

なおゲート電極層２０１についても、上述のソース電極
Ｎ２Ｏ２及びドレイン電極層２０３と同様にして形成す
ればよい。

このような構成の本発明の薄膜トランジスタでは従来と
異なり、活性層であるａ−３ｉ：ＩＩ半導体層２０５と
絶縁層２０４との間に低水素含有ａ−５ｉ：１１層２１
３が介在されている。この低水素含有ａ−３ｉ：ＩＩ屓
２１３はそのエネルギーギャップが結晶シリコンのそれ
とａ−３ｔ：ＩＩのそれとのほぼ中間の１．４〜１．５
　ｅＶ程度に制御されている。このため、この低水素含
有ａ−５ｉ：１１屓２１３を挟む両側の活性層としての
ａ−５ｉ：Ｉｆ半導体９２０５の移動度端と非晶質性の
絶縁層２０４の移動度端との間にエネルギー差が生じ、
これによりａ−３ｉ：ＩＩ半導体層２０５中の絶縁層２
０４との界面に沿って誘起される電子及び正孔が移動度
端を通じて絶縁層２０４側へ注入されることが防止され
ると考えられる。

この低水素含有ａ−３ｉ：１１層２１３の作用は、具体
的には以下の如く考えられる。従来の単に絶縁層２０４
とａ−５ｉ：ＩＩ半導体層２０５とを接合させただけの
構成では、窒化物である絶縁石２０４と非晶質シリコン
であるａ−３ｉ：ＩＩ半導体層２０５との膜質の相違に
より、両者の界面が緻密ではなく、また絶縁層２０４自
体の格子欠陥等により電子が移動して通過可能な程度の
欠陥が多数存在し、これによりａ−５ｉ：Ｉｔ半導体店
２０５から絶縁層２０４への電子の６０れ、即ちリーク
電流６が生じていた。

しかし本発明のＴＰＴのように、ａ−３ｉ：Ｉｆ半導体
層２０５と絶縁Ｎ２Ｏ４との間に、ａ−３ｉ：ＩＩ半導
体層２０５より水素含有量が少ない低水素含有ａ−５ｉ
：１１層２１３を介在させた場合には、この低水素含有
ａ−Ｓｉ：１１層２１３が上述の如（ａ−３ｉ：Ｉｔ半
導体層２０５内に絶縁層２０４との界面に沿って誘起す
る電子あるいは正孔の絶縁層２０４側への注入を防止す
る層として作用すると考えられる。

第３図はＴＰＴの製造に用いられる一般的な装置の構成
を示す模式図であり、以下この第３図に示す装置による
本発明のＴＰＴの製造方法及びこの装置により′Ｍ造さ
れた本発明のＴＰＴと従来のＴＰＴとの特性の比較結果
について説明する。

第３菌において参照符号１００は反応容器としての真空
容器である。反応容器１００の内部には高周波（ラジオ
周波：ＲＦ）電源１０４からマツチングユニット１０３
を介してＲＦ電力が供給されるＲＦ電極１０１及びこの
ＲＦ電極１０１と対向してヒータ１１１を内蔵した支持
台１０５が備えられている。

また反応容器１００の一端には外部に開口されたガス導
入部１０７が、他端邪には第１．第２の排気部１０８．
１０９がそれぞれ備えられている。なお、１０２はＩＩ
Ｆ電極１０１を反応容器１００に支持するための絶縁体
である。

さて、このような装置にてＴＰＴを製造するには一般的
に以下のような処理を行う。

まずガラス等の基板２００を支持台１０５上に載置し、
反応容器１００内を第１の排気部１０８に接続した拡散
ポンプにて減圧し始めると共にヒータ１１１による基板
２００の加熱を開始する。そして反応容器１００内の真
空度がＩ　Ｘｌ０−６Ｔｏｒｒ以下に減圧したら第１の
排気部１０８のバルブを閉鎖し、ガス導入部１０７から
図示しないマスフローコントローラにより流量制御され
た原料ガスを導入する。これと共に、第２の排気部１０
９のバルブを開放してこれに接続された図示しないメカ
ニカルブースタポンプにて反応容器１００内の圧力が所
定値になるようにバルブ開度を調節する。その後、反応
容器１００内の圧力が一定に落着いた時点でＲＦ電源１
０４から１？Ｆ電極１０１へのＲＦ電力の供給を開始し
、マツチングユニット１０３によりＲＦパワーを調節し
つつ所定のＲＩ’電力をＲＦ電極１０１に印加すること
によりＲＦ電極１０１と支持台１０５、より具体的には
基Ｆｉ２００との間にプラズマを発生させる。

このようにして発生されたプラズマによりガス導入部１
０７から反応容器１００内に導入された原料ガスが原子
状に熱分解され、この分解されたたとえばＳｉ等の原子
が基板２００上に次第に積層する。

さて、本発明のＴＰＴの製造には、絶縁層２０４の形成
には原料ガスとしてたとえばモノシラン（ＳｉｌｌＪあ
るいはジシラン（Ｓｉ２１１６）等のシラン系ガスとた
とえばアンモニア（ＮＩ＋３）、窒素（Ｎ２）、酸素（
０２）等の窒素原子、酸素原子を含むガスを使用する。

なお絶縁ＪＭ２０４は、反応容器１００内において連続
的に形成可能であるという観点から上述の如き方法が好
ましいが、他にたとえば絶縁性を有し高耐圧である酸化
アルミニュウム”’２０ｉ）＋　　５酸化クンタル（Ｔ
ａ２０ｓ）、窒化硼素（ＢＮ）、オキシナイトライド（
ＳｉＮｘＯｙ）等を使用してもよく、更にこれらを複数
組合わせて積層して使用してもよい。

一方、ａ−５ｉ：Ｈ半導体層２０５あるいはｎ＋型ａ　
−Ｓ　ｉ　：　１１層２１２等のａ−３ｉ：ＩＩ屓を形
成する場合には上述同様にシラン系ガスを使用するが、
必要に応じてたとえば硼素（Ｂ）等の第■族元素を含む
ジボラン（Ｂ２ｔ１６）ガス等を混入して第■族元素を
少量ドーピングすることにより、暗比抵抗を向上させ、
リーク電流を減少させたａ−３ｉ：１１層を形成すれば
よい。

以下、前述の装置により実際に製造された本発明のＴＰ
Ｔ及び低水素含有ａ−５ｉ　：ＩＩａ　２１３を有さな
い他は本発明のＴＰＴと全く同様に製造された比較対照
のための従来のＴＰＴについて説明する。

なお、第２図ｆａｔ〜ｆｊｌは本発明のＴＰＴの製造手
順を示す模式図である。

まず第２図Ｆａ＋の如く、充分に洗滌されたガラス、た
とえば２インチ角のコーニング７０５９ガラスを基板２
００としてエツチング加工によりＮｉ−Ｃｒのゲート電
極層２０１を形成する。このゲート電極屑２０１は、ゲ
ート長が２０μｍ、ゲート幅が３００μｍであった。

次に上述の如くゲート電極Ｊｉ２０１が形成されたガラ
ス基板２００を反応容器１００内の支持台１０５上に載
置し、図示しない拡散ポンプにより第１の排気部１０８
から反応容器１００内を真空に引くと共に、ヒータ１１
１に給電してガラス基板２００の加熱を開始し、その温
度が２５０℃に安定するように調節する。

そして反応容器１００内の真空度が５　Ｘｌ０−７Ｔｏ
ｒｒ以下に低下した時点で拡散ポンプが接続されている
第１の排気部１０８のバルブを閉鎖し、ガス導入部１０
７に接続されたマスフローコントローラにより反応容器
１００内に１００χモノシランガスを２０ｓｅｃｍ。

アンモニアガスを３０ｓｃｃｍ導入し、その後筒２の排
気部１０９に接続されたメカニカルブースタポンプによ
り反応容器１００内から排気し、反応容器１００内の圧
力が０．１５Ｔｏｒｒに維持されるように第２の排気部
１０９のバルブ開度を調節した。

上述の状態にガス流量及び反応容器１００内圧力が安定
した状態で５分経過後、マツチングユニット１０３を調
節しつつＲＦ電源１０４をオンにしてＩＩＦ電極１０１
への給電を開始し、これによりＲＦ電極１０１からグロ
ー放電を生ぜしめ、ＲＦパワーを３０Ｗに維持して１２
分間に互って絶縁層２０４としてのＳｉＮｘ膜を、第２
図（ｂｌに示す如く、積層させた。

次に第２図（Ｃ１に示す如く、本発明の特徴たる低水素
含有ａ−５ｉ：１１層２１３の積層を行った。但し、低
水素含有ａ−３ｉ　１１層２１３を有さない比較対照用
の従来のＴＰＴはこの第２図（Ｃ１に示す過程を省略し
て第２図ｆｄｌに示す活性層としてのａ−５ｉ：Ｉｔ半
導体層２０５を形成する過程に進む。

具体的には上述の絶縁層２０４が形成された後、ＲＦ電
源をオフし、反応容器１００内を真空排気してその真空
度を５　Ｘｌ０−７Ｔｏｒｒ以下に下げる。その後、第
２の排気部１０９のバルブを閉鎖して反応容器１００内
に原料ガスとしてシランガスを３０ｓｅｃｍ、水素ガス
をｌ　ＱＱｓｃｃｍガス導入部１０７から導入し、反応
容器１００内圧力が０．２２Ｔｏｒｒとなるように調節
した。

そして、５分後にＲＦパワーを３０Ｗとして１０分間成
膜を行った。これにより、後述するａ−３ｉ：Ｉｆ半導
体層２０５よりは水素含有量が少ない低水素含有ａ−５
ｉ：ｔ１層２１３が絶縁Ｎ２Ｏ４上に形成される。

上述の如く低水素含有ａ−Ｓｉ：Ｈ層２１３が形成され
た後、ａ−３ｉ：ＩＩ半導体層２０５の形成を行う。即
ち、モノシランガスの流量を３０ｓｅｃｍに、反応容器
１００内の圧力を０．２２Ｔｏｒｒに維持した。そして
この５分後にガス流量、圧力が安定した時点で、Ｉ？Ｆ
電源１０４をオンしてｌ？Ｆパワーを３０Ｗとして１０
分間に互ってａ−５ｉｓＩｔ層を積層してａ−３ｉ：Ｈ
半導体層２０５を第２図ｆｄｌに示す如く成膜した。

次に、このａ−３ｉ：ＩＩ半導体層２０５の成膜後、モ
ノシランガスの流量を２０ｓｅｃｍ、アンモニアガスの
流量を３０ｓｅｃｍ、反応容器１００内の圧力を０．１
５Ｔｏｒｒにそれぞれ調節して維持し、５分後にガス流
量と反応容器１００内の圧力が安定した時点でＲＦ電湘
１０４をオンにして３０ＷのＲＦパワーにて６分間に亙
って第２図ｔｅ＋に示す如く、保護層２１１となるべき
ＳｉＮｘ層２１１０の成膜を行った。

その後ＲＦ電源１０４をオフにし、ガス導入部１０７の
バルブを閉鎖して原料ガスの導入を停止し、メカニカル
ブースタポンプを全開にして第２の排気部１０９から反
応容器１００内を排気し、ガラス基板２００の温度が５
０℃以下になった時点でメカニカルブースタポンプを全
開にして反応容器１００を２開放してガラス基板２００
を反応容器１００から取出した。

以上のようにして積層形成された薄膜各層の特性はそれ
ぞれ以下の通りであった。

絶縁層２０４であるＳｉＮｘ層は屈折率が１．９５．膜
厚が２５００人、光学的バンドギャップが４．２ｅＶで
あった。

次の本発明を特徴付ける低水素含有ａ−５ｉ：１１層２
１３は、暗比抵抗が５×１０θΩ・ｃｍ、活性化エネル
ギーが０．５５ｅν、光学的バンドギャップが１．６０
ｅＶであった。

ａ−５ｉ：ＩＩ半導体層２０５であるａ−５ｉ：１１１
ｍは暗比抵抗が９Ｘ１０９Ω・ｃｍ、活性化エネルギー
が０．７２（！Ｖ。

光学的バンドギャップが１．７５ｅνであった。

また保護層２１１となるべき５ｉＮｘＪｉ２１１０は屈
折率が１．９５．膜厚が１５００人、光学的バンドぢヤ
ソプが４．２ｅνであった。

以上のようにして、ゲート電極層２０１が形成されてい
るガラス基板２００上にプラズマＣｖＤ法により絶縁層
２０４としてのＳｉＮｘ層、低水素含をａ−３ｉ：ＩＩ
９２１３、　ａ−３ｉ：ｔｌ半導体屓２０５としてのａ
−３ｉ：）ｌＩＦｆ及び保護層２１１となるべきＳｉＮ
ｘ層２１１ｏをそれぞれ積層形成して成膜した後、リソ
グラフィーによりソース・電極層２０２及びドレイン電
極層２０３を形成する。

具体的には、第２図ｆｆｌに示す如く、保護層２１】と
なるべきＳ　ｉ　Ｎ　ｘ　Ｈ２１１０を覆って塗布され
たレジスト２２０のソース電極層２０２及びドレイン電
極層２０３に相当する部分を、第２図（川に示す如く、
露光。

現像により取去りった後にＢＩＩＦ液を用いて表面の５
ｉＮｘｊ５２１１０を第２図ｆｈｌに示す如く、保護Ｊ
ｉｆ２＋１として使用されるべき部分のみを残してエツ
チングにて除去する。

以上の処理が済んだ後、再度ガラス基板２００を反応容
器１００内へ入れて支持台１０５上に載置する。

そしてガラス基板２００の温度を１００℃に維持し、染
料ガスとしてモノシラン及びホスフィン（Ｐｔｈ）ガス
を使用してｎ＋型ａ−３ｉ：１１層２１２を、第２図（
１）に示す如く、積層形成した。この際のモノシラン及
びホスフィンガス流量は共に２０ｓｃｃｍ、　ＲＦパワ
ーは２０層１反応容器１００内圧力は０．２０Ｔｏｒｒ
であった。

このようにして形成されたｎ＋型ａ−３ｉ：Ｉｌ屓２１
２の膜特性は、暗比抵抗が２×１０３Ω・ｃｍ、活性化
エネルギーが０．３ｅνであった。なお膜厚は４００人
であ一ンた・ この後、ガラス基板２００を反応容器１００から取出し
、真空蒸着によりＮｉ　　Ｃｒを１５００人の厚さで第
２図（１）に示す如く茎着し、リフトオフエツチングに
よりレジストを除去して第２図０１に示す如きａ−５ｉ
：ＩＩ　ＴＦＴを製造した。

以上のようにして装造された本発明のＴＰＴ及びこれに
比して低水素含有ａ　−Ｓ　ｉ　：　ＩＩ屓２１３を有
さない他は同一の構造の従来のＴＰＴの性能について行
った実験を以下に示す。

まず、絶縁層２０４と活性層であるａ−３＋：１１半導
体層２０５との間に低水素含有ａ−３ｉ：ｌＩ屓２１３
ををさない従来のＴＰＴの製造直後のゲート電圧ＶＧを
＋２０Ｖ、ドレイン電圧ＶＤを５νとした場合の闇値電
圧ＶＴは＋１．５νであった。そして、ゲート電圧ＶＧ
を＋２０Ｖとして５００時間に亙ってＤＣ駆動を継続し
た後の闇値電圧ＶＴは＋３．５ｖにシフトしていた。

一方、本発明のＴＰＴでは、ゲート電圧ＶＣ及びドレイ
ン電圧ＶＤを上述の従来のＴＰＴと同一条件で闇値電圧
ＶＴを測定したところ、製造直後には＋１．９Ｖであっ
たが、従来のＴＰＴの場合同様にゲート電圧ＶＧを＋２
０ＶとしてＤＣ駆動を５００時間継続した後のそれは＋
２．５ｖであった。

このように従来のＴＰＴでは闇値電圧ＶＴが初期（７）
＋１．５Ｖから５００時間ＤＣ駆動後ニ＋３．５Ｖとほ
ぼ２．３倍にシフトしているが、本発明のＴＰＴでは初
期の＋１．９Ｖから５００時間ＤＣ駆動後ニ＋２．５Ｖ
とほぼ１．３倍にしかシフトしておらず、安定性が大き
く向上している。

〔効果〕

以上のように本発明の薄膜半導体装置では、長時間に互
って連続してＤＣ駆動した後においても、闇値電圧のシ
フトの割合が従来の装置に比して相当程度低くなってい
る。従って本発明によれば、闇値電圧のシフトが比較的
小さい安定した高信頼性の薄膜半導体装置を提供するこ
とが可能になる。

なお、前記実施例ではプラズマＣＶＤ法にて本発明のＴ
ＰＴを積層形成したが、同様の半導体層、絶縁層等をｆ
ａ層形成可能であれば、伯のＣＶＤ法を用いてもよいこ
とは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の薄膜半導体装置としての薄膜トランジ
スタの構成を示す模式図、第２図はＣＶＤ法による製造
の過程を示す模式図、第３図はそのための製造装置の構
成を示す模式図、第４図は従来の一般的な薄膜トランジ
スタの構成を示す模式２００・・・基板　２０１・・・
ゲート電極屑　２０２・・・ソース電極層　２０３・・
・ドレイン電極屑　２０４・・・絶縁層２０５−ａ−３
ｉ　：Ｉｌ半導体層　２１３・・・低水素含有ａ−３ｉ
：１１層 特許出願人　　住友金冗工業株式会社 代理人　弁理士　　河　野　　　登　夫Ｖ（ｖ 第　４　図 第　１　図 Ｌ３図 手　続　補　正　書く自発）　　　　　６゜１、事件の
表示 昭和６１年特許願第２５１５１２号 ２、発明の名称　　　　　　　　　　　　　　　　　（
薄膜半導体装置 ３、補正をする者　　　　　　　　　　　　　　　　（
事件との関係　　特許出願人 所在地　大阪市東区北浜５丁目１５番地名　称　（２１
］　＞住友金属工業株式会社代表者新宮康男 ４、代理人　〒５４３ 住　所　大阪市天王寺区四天王寺１丁目１４番２２号　
日進ビル２０７号　　　　　７゜明細書の「発明の詳細
な説明」の欄、及び図面 補正の内容 ６−１　「発明の詳細な説明」の欄 ■）　明細書の第８頁１４行目から１５行目に「成膜す
るする」とあるのを、「成膜する」と訂正する。 ２）　明細書の第２７頁８行目にｒＮｉ−Ｃｒを」とあ
乙のを、ｒＮｉ−Ｃｒ層２０２０を」と訂正する。 ３）　明！１ｌｌｆの第２７頁１０行目に［レジストを
除去して第２図０１に」とあるのを、「レジスト２２０
を除去することにより、ソース電極２０２及びドレイン
電極２０３を形成して第２図０１に」と訂正する。 ６−２　図面 第２図を別紙の通り訂正する。 添付書類の目録

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、水素を含む非晶質シリコンの半導体層と非晶質性の
   絶縁層とを接合させた構造を有する薄膜半導体装置にお
   いて、 前記非晶質シリコンの半導体層と非晶質性 の絶縁層との界面に、前記半導体層より水素含有量が少
   ない非晶質シリコン層を介在させてなることを特徴とす
   る薄膜半導体装置。 ２、前記水素含有量が少ない非晶質シリコン層は、その
   厚みが前記非晶質シリコンの半導体層の厚みを超えない
   範囲である特許請求の範囲第１項記載の薄膜半導体装置
   。 ３、前記水素含有量が少ない非晶質シリコン層は、その
   水素含有量が原子パーセントにして５原子％以下である
   特許請求の範囲第１項記載の薄膜半導体装置。