JPS5884466A - 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、多結晶シリコン薄膜半導体層でその主要部を構成し
先生導体素子に関する。

最近、画僚読取用としての、長尺化−次元フォドセンサ
ヤ大面積化二次元フォトセンナ等の画儂貌取装置の走査
回路部、或いは液晶（ＬＯと略記する）や、エレクトロ
クローば一材料（ＥＣと略記する）或いはエレクトロル
ミネッセンス材料（ＥＬと略記する）を利用し良画像表
示デバイスの駆動回路部を、これ等の表示部の大面積に
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
て電界効果薄膜トランジスタを形成することで構成する
仁とが提案されている。

斯かるシリコン薄膜紘、より高速化、より高機能化され
た大型の画像読砲装置や＃儂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つとして上記の如きの高速、高機能の読取装置
の走査回踏部や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（ｅｆ
ｆｅｃｔｉｖｅ　ｃａｒｒｊｅｒｍｏｂｉｌｉｔｙ　）
　１１ｅｆｆ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於いて
は精々０、　Ｉ　Ｃ１Ｆ’／　Ｖ−ｓｅｃ　９度であっ
て、単結晶シリコンに較べて嬉かに劣り、又、デバイス
駆動による経時変化が著しいため所望の要求を満九すも
のでないことが挙げられる。この移動度μｅｆｆの小さ
さ及び経時変化の大きさは、非晶質シリコン薄膜側有の
特性であることから、非晶質シリコン薄膜は薄膜作成上
の害鳥さと生産コストの安価を生かし切れないという不
都合さを内在している。

これに対して、多結晶シリコン薄膜は、実際に測定され
九データからも非晶質シリコン薄膜に較べて、その移動
度μｅｆｆが遥かに大きく、理論的には現在得られてい
る値よりも、更に大きな値の移動度μｅｆｆ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成された多結晶シ
リコン薄膜を素材とした素子或いはデバイスが、所望さ
れた特性及び信頼性を充分発揮できなかったのが、現状
である。本発明者Ｏ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、
上記の諸点に鑑みての、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（Ｈ）量とシリコン薄膜表面の凹凸が、素子の性能
及び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、薄膜の表面凹凸が太きかつ九り不揃い
であるため、素子の特性１例えば集゛効キャリアーモビ
リティ−（μ６ｆｆ　）　ｅ　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Ｏイラツキ等を低下又は
悪化させていることを見い出し九。又、多結晶シリコン
薄膜中に一定量のＨが含有されていることが、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な各種の特性をより向上せしめる
ことも合せて見い出したものである。

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
。

更に詳しくは、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も目的波する
。

又、優れた多結晶シリコン薄膜半導体層を用い九電界効
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をも目的とする。

本発明の半導体素子を構成する多結晶シリコ有し、かつ
その表面凹凸榛が８００λ以下であることを特徴とする
０ 又、多結晶シリコン薄膜のＸ線回折パターン又は電子線
回折パターン（２２０）配向強度が、全体の配向強度に
対して３０％以上、或い紘又、多結晶シリコン薄膜の平
均結晶粒径が、２０Ｇ五以上とされる事により、本発明
の目的がより一層効果的に達成される。

この様な、Ｈ含有量及び表面凹凸性を有する多結晶シリ
コン薄膜を素材として作製される半導体素子の一例とし
ての電界効果薄膜トランジ− −等）が良好となり、連続動作によるトランジスタ特性
の経時変化もなく、かつ素子の歩留り定して提供するこ
とが出来る０ 本発明の多結晶シリコン薄膜を素材として作成される半
導体素子の一例としての電界効果薄膜トランジスタ（Ｔ
ＰＴ）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ミッ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は九ゲート電極
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＆ＴＰＴの典型的な基本構造の一例
が示される。絶縁性基板１０１上に設けられ先手導体層
１０２上にソース電極１０３、ドレイン電極１０４が接
して設けてあり、これ等を被覆する様に絶縁層１０５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ＴＦ’Ｔ
Ｋ於いては、半導体層１０２は、前述した特性を有する
多結晶シリコン薄膜で構成され、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ｌｌｌｏｎ層１０７　、博士 ２のｎ　層ｌｏｇが設けられ、オーミックコンタクトを
形成している。

絶縁層１０５はＯＶ　Ｄ　（Ｏｈｅｍｉｃａ！Ｖａｐｏ
ｕｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　）又はＬ　Ｐ　ＯＶＤ　（
Ｌｏｗ　ｐｒＪｕｒｅ　Ｏｈｅ＋ｎ１ｃａ／Ｖａｐｏｕ
ｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　）或いａ　ＰＯＶＤ　（Ｐ
／ａｗｎａｏｈｅｍｉｃａ／Ｖａｐｏｕｒ　Ｄｅｐｏｓ
ｉｔ　ｉｏｎ　）で形成されるシリコンナイトライド、
８　ｉｏｘ　、　Ａ／！０１−等Ｏ材料で構成される。

本発明においては、多結晶シリコン薄膜に含有するＨ量
を０．０１ｓｔ、−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とが出在し、８ｉ−Ｈの
形で８ｉ原子と結合しているが、Ｓｉ　＝Ｈ，，Ｓｉ　
＝Ｈ，の如き結合形棟のもの中遊離水素も含んで＾るこ
とが予想され、これ等不安定な状態で含有されている水
素に起因して、その特性の経時的変化が生じているもの
と思われるが１本発明者らの多くの実験事実から３ａｔ
−一以下のＨ量においては、トランジスタ特性の劣化特
Ｋｉｉ時変化を起させることは、はとんどなく、上述の
ように連続的にトランジスタ動作を行つ九場合、実効キ
ャリアーモビリティの減少が見られかつ出力ドレイン電
流が時間とともに減少し、スレシュホールド電圧が変化
するという経Ｓ度とするのが望ましい。

本発明Ｋｔ！に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、ａｌａｔ、４以上は通常化
学分析で用いられている水素分析計（Ｐｅｒｋｉｎ　Ｅ
／ｍｅｎ社製Ｍｏｄｅ／−２４０１１元素分析針）によ
り行った０いずれも試料は５ダ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
ｔｏｍｉｃ％で算出し九。

０．１ｍ１．１１以下Ｏ黴小量分析は二次イオン質量分
析計−８Ｉ　ＭＳ−（Ｏａｍｅ／ａ社５１Ｍｏｄｅ／　
ＩＭ８−３　ｆ　）により行った。この分析法に於いて
は通常の方法を踏襲した。即ちチャージアップ防止のた
め薄膜上に２００λ屡の金を蒸着し、−次イオンビーム
のイオンエネルギーを８　ＫｅＶとし、４ｔ／プル電流
５ｘｉｏ　　人、スポットサイズ５０５ｗｇ径としエツ
チング面積は２５０　Ｘ　２５０μｍとして、　８ｉ＋
に対する♂−イオンの検出強度比を求め水素含有量をａ
ｔｏｍｉｃ−で算出し喪。

又、多結鳥シリコン薄膜トランジスター〇経時変化に関
しては次のような方法によって行った。

第２図に示す構造のＴＥＴを作製しグー）２０１にゲー
ト電圧Ｖ、＝４０Ｖ、ソース２０３とドレイン２０２間
にドレイン電圧Ｖ、＝４０Ｖを印加しソース２０３とド
レイン間に流れるドレイン電流をニレ。

クトロメーター２０８　（Ｋｅｉｔｈｌｅｙ　６１００
　ｚ　ｖクトロメーター）Ｋより測定し、ドレイ／電流
の時間的変化を測定し丸。経時変化率は、　ＳＯＯ時間
の連続動作後のドレイン電流の変動量を初期ドレイ／電
流で割りそれを１００倍し、慢表示で表わした。

し横軸である孔軸と交差し要点によって定義した。経時
変化前と後のＶＴＨの変化も同時にしらべ、変化量をボ
ルトで表示した。

更に、多結晶シリコン薄膜の表面凹凸を８００λ以下と
するととくよって、この多結晶シリコン薄膜の表面にゲ
ート用の絶縁層を形成し友上ゲート型電界効果トランジ
スタの場合のゲートリークを著しく減少させることがで
きる。ゲート用絶縁層は通常トランジスタ特性の向上の
ため凸は、トランジスタ特性特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
である。

これらの事実は、絶縁層と多結晶シリコン表面をドリフ
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、トランジスタの特性と安定性のために表
面凹凸の低減が必須の条件である。

次に、ゲート用絶縁層上に多結晶シリコン薄膜を形成す
る下ゲート型電界効果トランジスタ多結蟲シリコン薄膜
を半導体層に用いた下ゲート型のトランジスタ特性は、
実効キャリアーモ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も大きく実用上の特性が劣る。

本発明で開示される表面凹凸性を８００五以下・）・ に押えて形成される多結晶シリコン薄膜は、基板界面か
ら密な結晶成長が起り膜厚方向での結晶性、配向性に著
しい差違は見られないものであり、トランジスタ特性に
おいても嵐好なものを与える。

多結晶シリコン薄膜の表面凹凸を８００λ以下とするこ
とが上又は下ゲート型のいずれにも拘らず電界効果トラ
ンジスタにとって望しく、最か゛ 適には、５００λ以下とされるのよい。本発明にハ 於いてはこの前面凹凸の測定は、電界放射型走査電子顕
做鏡（ＪＰ８Ｍ−３ｏｗ：日本電子社製）Ｋより２５Ｋ
Ｖの加速電子による多結晶薄膜シリコンの表−新面の１
０万倍儂から求めた。

形成される多結晶シリコン薄膜半導体層に含有されるＨ
量及びその凹凸性を前記の様に制限するには、種々の方
法において実現しうる。

例えば、　８ｉＨ４，８ｉ、Ｈ，等の水素化シリコンを
グロー放電分解法（ＧＤ）によって析出させる方法、８
ｉターゲツトを用いＨ８を含むガス中でスパッタ（ｓｐ
）する方法、Ｈ，プラズマふん囲気で８ｉを電子ビーム
゛蒸着する（　ＩＰ）方法、超高真空下でのＨ７雰囲気
下で蒸着する方法（ＨＶＤ法）を始め、ＯＶＤ　−？　
ＬＰＯＶＤ等で形成された多結晶シリコン膜をＨ，プラ
ズマ処理する方法等々の特定の条件下によって実現され
うる。本発明で特記すべきこ、！−は、ＧＤ法や８Ｐ法
、ＩＰ法及びＨＶＤ法＆よって形成され九多結墨シリコ
ン薄膜半導体層によると、本発明で開示されるように３
５０℃〜４５０℃という低温においてもＨ量及び表面凹
凸の制限を守る限り、例えばＯＶＤやＬＰＯＶＤで高温
（６００℃以上）の下で作製されてＨ，プラズマアニー
ルし九従来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、かつ安定性及び信頼性を与え
る本のであり、本発明の有用性を端的に表わしている。

更に、多結晶シリコン薄膜のＨ量及び表面凹凸性を満足
し、かつ（２２０）配向が強くなるにつれて、トランジ
スタ特性特に実効キャリアーモビリティの更に向上する
ことが認められ、又、連続動作時の経時変化に大きく影
響する。

多結晶シリコ／薄展の結晶性、配向性には、膜作成法、
膜作成条件によって種々のものが得られることが知られ
ている。

本発明に於いて唸、配向性を偶べる方法としてはＸ線回
析、電子線回折を合わせて行った。

作成した多結晶シリコン膜のＸｌｌ１回析強回折Ｒｉｇ
ａｋｕ電機製Ｘ＠ディクラクトメーター（鋼管球。

３５ＫＶ、１０ｍＡ）により測定し、比較を行った。

回折角２θは２００〜６５°ｔで変化させて（ＩＨ）。

又、電子線回折強度を日本電子社製ＪｇＭ−１００ｖに
より測定し同様に各回折強度を求め九。

ＡＳＴＭカード（Ａ２７−１４０２　、　ＪＯＰＤ８１
９７７）によれば、配向の全くない多結晶シリコンの場
合、回折強度の大きい面（ｈ、に、ｌ　）表示で（１１
１）：　（２２０）：　（３１１）＝１００＝５５：３
０で（２２０）だけ堆９出してみると全回折強度に対す
る比、即ち、 約（５５／　２５０）Ｘ　１００＝２２　（＊）である
。

この値を基準にして、この値の大きな（２２０）結にお
いては、経時変化が大きくなり好しくない。本発明に於
いて最適には５０１ｓ以上が望しい。

又更に、多結晶シリコン薄膜のＨ量及び表面凹凸性を満
足しかつ平均結晶粒径（平均的ダレインサイズ）が大き
くなるにつれてトランジスタ特性特に実効キャリアーモ
ビリティの向上することが認められた。平均的グレイ／
サイズの値は、上述のＸ線回折パターンの（２２Ｇ）ピ
ークの半値巾から通常の用いられている８ｃｈｅｒｒｅ
ｒ法によって求めた。平均的ダレインサイズが、２００
五以上で％に実効キャリアーモビリティが向上する。特
に最適にｄ、３００λ以上が望しい。

グレイ／サイズは、膜厚の違いによって成長覆合の差が
あられれて、その大きさが異なる場合が多い。多結晶シ
リコン薄膜の作製方法や作製条件によってとの膜厚によ
るダレインサイズの差の程度４異なる。従って各作製法
によって、適宜膜厚が定められる。

本発明において、開示されるように、特に水素化シリコ
ン化合物のガスのグロー放電法Ｉ　Ｈ。

雰囲気でのシリコンのスパッタリング法、イオンブレー
ティング法、超高真空蒸着法にシいては、基＠表面温度
が５００℃以下（約３５０〜５００℃の範囲）で本発明
の目的に合線しうる多結晶シリコン薄膜の形成が可能で
ある。この事実は、大面積のデバイス用の大面積にわた
る駆動回路や走査回路の作製において、基板の均一加熱
や安価な大面積基板材料という点で有利であるだけでな
く、透過型の表示素子用の基板や基板側入射減の光電変
換受光素子の場合等画像デバイスの応用におい゛Ｃ透光
性のガラス基板が多く望まれており、この要求に答えう
るものとして重要である。

従って、本発明によれば従来技術に較ぺて、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
る高融点ガラス、硬ガラス等の耐熱性ガラス、耐熱性セ
ラミックス、サファイヤ、スピネル、シリコンウェーハ
ー等の他に、一般の低融点ガラス、耐熱性プラスチック
ス、等も使用され得る。

ガラス基板としては、軟化点温度が６３０℃Ｏ並ガラス
、軟化点が７８０℃の普通硬質ガラス、軟化点温度が８
２０℃の超硬質ガラス（ＪＩ８１級超硬質ガラス）等が
考えられる◇ 本発明の製法に於いては、いずれの基板を用いても基板
温度が軟化点より低く押えられるため、基板をそこなう
ことなく、膜を作成できる利点がある。

本発明の実施例に於いては、基板ガラスとして軟化点の
低い並ガラス（ソーダガーラス）のうち、主としてコー
ニング＃７０５９ガラスを用い、九が、軟化点が１，５
００℃の石英ガラス等を基板としても可能である◇しか
し、実用上から＃ｉ並ガラスを用いることは、安価で大
面積にわ九って薄膜トランジスタを作製する上で有利で
ある。

以下に１本発明を更に詳細に説明する丸めに１多結晶シ
リコン薄膜の形成からＴＰＴの作成プロセスと’ｌ’Ｆ
Ｔ動作緒果について実施例によって具体的に説明する。

実施例１ 以下に示す工程でコーニングガラス（◆７０５９）基板
上に多結晶シリコン薄膜を形成し、電界効果薄膜トラン
ジスタ（ＴＰＴ）を作製し九ｏ１２０Ｘ　１２０　ｗｍ
　、　０．７１厚の◆７０５９：ｒ−二ｙグガラｘ　ｆ
　ＨＰ、４（ＮＯ，１０Ｈ，０００８ＯＳ合液で軽くエ
ツチングし、流水洗浄液乾燥して基板３００を準備した
〇基＠　３００を第３図に示されたペルジャー堆積室３
０１内の上部アノード側の基板加熱ホルダー３０２に密
着して固定した。ペルジャー３０１を拡散ポンプ３０９
で真空状態に導びき、バックグランド真空ＩＦを２　Ｘ
　１０−’　Ｔｏｒｒまで排気し先後、基板加熱ホルダ
ー３０２管加熱して、基板３０００表面温度を３５０℃
に保った。続いてＨ，ガスで１０ｗｏｑ４　Ｋ希釈Ｌ　
タ８ｉＨ４カス（８＋Ｈ，（１０）／１（、ト略記する
）をマスフローコントローラ３０４を用いて５８ＣＣＭ
の流量で、リング状ガス吹き出しロ３１５カラヘルジャ
ー３０１内に導入し、メインバルブ３１０を絞って絶対
圧力計３１２を用いてペルジャー内圧を０．０３　Ｔｏ
ｒｒ　Ｋ　Ｉ＠　ＩＩした。ペルジャー内圧が安定して
から、下部カソード電極３１３に１３．５６ＭＨｚの高
周波電＄１３１４　Ｋよりテ、Ｑ、７ＫＶ印加し３１〕 てカソード州とアノード（基板加熱ホルダー）３０２閣
にグロー放電を生起させ九〇電流は６０論ム、ＲＦ放電
パワー（進行波−反射波）は２０Ｗであった０この条件
でのシリコン膜の成長速度は０．２５　ｖｓｅｃであり
、４．５時間成長させて約０．４μ膜管形成したつ こうして形成された基板３００上のシリコン膜の膜厚の
分布は、±”５　嗟内に収ってい九〇又、シリコン層中
に含有するＨ量は％Ｚ−２−Ｓ　シリいて、第４図に示
した工程にそってＴＰＴを作製した。シリコン薄＠　４
０１上Ｋｔｊｉｌ−装置内においてｎ土層４０２［−以
下の様に形成し九〇基板は２５０℃に調整させた後、水
素ガスで１０，０マ０１１）Ｐ！ＩＩＫ希釈されたＰＨ
，ガス（ＰＨ５（１００）／Ｈｔと略記して５　Ｘ　１
０−”の割合でマス７０−メーター３０４及び３０６に
よってペルジャー３０１内に流入させ、ペルジャー３０
１内の圧力を０．１２Ｔｏｒｒに調整してＩＯＷでグロ
ー放電を行いＰのドープされた■土層４０２　ｔ−５０
０ムの厚さに形成し九（工＠に）〕０次に工程（）のよ
うにフォトエツチングによりｎ土層４０２をソース電極
４０３の領域、ドレイン電極４０４の領域をのぞいて除
去し九。次にゲート絶縁膜を形成すべくペルジャー３０
１内に再び上記の基板が、アノード側の加熱ホルダー３
０２　Ｋ固定された。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Ｔｓを２
５０℃としてＮＨ，ガスを２０８ＣＣＭを引Ｈ４（８ｉ
Ｈ，（１０ン鴇）ガスｔ−５８ｃｃＭマスフローメータ
ー３０５及３０４によって導入して５Ｗでグロー放電を
生起させて８ｉＮＨ膜４０５　ｆ　２５００１の厚さに
堆積させた。

次にフォトエツチング工程によりソース電極４０３、ド
レイン電極４０４用のコンタクトホール２　　　　／ ４０６−７．４０６−；ｔ　ＩＴｏけ、その後で、ａｉ
Ｎｌｆ膜４０５全面に＾４を蒸着して電極膜４０７を形
成した後、ホトエッチングエ１ｍＫよシ人Ｉ電極膜４０
７を加工してソース電極用取出し電極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
ｈｏこの後、Ｈｘｌｌｌ気中で２５０℃の熱処理全行り
え。以上の条件とプロセスに従うて形成されえＴＰＴ（
チャンネル長Ｌ＝１０μ。

チャンネル幅ｗ＝　ｓ　ｏ　ｏμ）は安定で良好な特性
を示した。

第６図にこの様にして試作したＴＰＴの特性例を示すワ
第６図にはドレイン電流ＩＤとドレイン電圧ＶＤの関係
をゲート電圧ｖＧをパラメータにし友ＴＰＴ特性例が示
されである。ゲートのスレッシー−ルド電圧（Ｖｔｋ　
）は５ｖと低く、−＝２０ｖでのｖＧ＝ｏの電流値の比
は３ケタ以上とれている。この素子の実効モビリティ−
（μｅｆｆ　）は’　　”３（Ｖ−ｓｅｃ）でｌ）、ｖ
Ｇ＝：＝　４０Ｖ　、　ＶＤ＝　４０Ｖの条件でＩｎ（
ドレイン電ｇＬ）及びｖｔｈの変化を測定し九が、　Ｓ
ＯＯ時間でＩＤは％０．１−以下、Ｖｔｋは全く不変で
あり経時のＤＣ動作４Ｉ性は＾好であった。

又１２０ｗＸ１２０−のコーニングガラス基板上の同一
形状のＴＰＴ素子でゲートリークして素子特性を充分発
揮できない素子の率は０．２−以下であり実用上使用可
能な範囲に入りてい九。

ｌＩ膣例２ 実施例１と同様にしてコーニングガラス上にシリコン膜
を形成するに際して、基板表面温度３８０℃、Ｓゑｕ、
（ｓｔＨ４（ｉｏ）Δ０流量２８ＣＣＭ、ペルジャー内
圧０．　Ｏ１５Ｔｏｒｒ　、　ＲＦパフ−１０Ｗの条件
を用いた。この条件でのシリコン膜の成長速度はｈｏ、
０７７ｓｅｃであり％４時間成長させて約０．１μ膜を
形成した。シリコン１中に含有する続いて実施例１と同
様の工程（に）〜ω）ＫよってＴＰＴ−ｉｉ作製し良。

この素子の実効モビリティー祉、１．６（］］；）テア
リ、Ｖｏ＝４０Ｖ。

ＶＤ＝４０Ｖ　ｆ）４に件テＩｎ　及ヒＶｔｈ（Ｄ　ｆ
ｆｉ化ｔ−一定し＆カ、５００　Ｑ関ｆ　ＩＤ　ＦｉＧ
、１１Ｇ　以下、ｖｔ−は全く不変であり経時のＤＣ動
作特性は良好であった。

又１２０　ａｓ　Ｘ　１２０■のコーニングガラス基板
上の同一形状のＴＰＴ素子でゲートリークして素子特性
を充分発揮できない素子の率はほとんどＯでありた。

実施例３ 第５図のに）に示されるようにコーニングガラス５００
上ＫＭｏｇ着膜（ＢＢ蒸着、　　１０００人厚）全役け
た後に、ホトリソグラフィーによって所定の形状にゲー
ト電極５０１ｔ−形成した本のｔ基板とした０続いて実
施例１と同様の条件によって８ｉＮＨ膜５０２ｔ−形成
２．５００１形成伽）シ、更に多結晶シリコン薄膜５０
３を実施例鰺）と同様の条件で０．１μ形成（匂した。

更に、多結晶シリコン薄膜５０３上に実施例（１）と同
様Ｋｌｌ十層５０４を５００人形成し、続いてＡＩ蒸着
１１［５０５を１，５００ム積層顧させた。その後再び
ホードリソグラフィーによってソース、ドレイン電極５
０６．５０７（ｅン 全形成した０その後鳥雰囲気中で２５０’Ｃの熱処理 理を・行った０以上の条件とプロセスで形成され７ｊＴ
　Ｆ　Ｔ　（チャンネル長し＝１０μ、チャンネル幅ｗ
＝＝、ｓｏｏｗ）　　は良好な特性、を示した０ゲート
のスレッシ曽−ルドＩ　圧（Ｖｔｂ　）は３Ｖとｆｆｉ
＜、Ｖ６　＝　２０　Ｖ　ｆ　ＯＶｏ　＝　ＯＯ電流値
の比Ｆｉ３ケタ以上とれている。この素子の実効モビリ
テ４−（ｐＣｒ’　）　ハｓ　Ｏ−９（コ；１）　テ４
　！’　＊　ｖｏ　＝”　ｖｖＶＤ＝４０Ｖの条件でＩ
Ｄ及びＶｔｈの変化を測定し九が５５００時間で”ＤＦ
ｉ＊　０．１　％以下、Ｖｔｋ　Ｆｉ。

全く不変であった。

夷ｍ例４ 実施例１と同様に準備された同等のゴーエンダガラス基
板３００ｔ−ペルジャー３０１内の上部アノード側の基
板加熱ホルダー３０２に密着して一定し、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（図示されていない：９９．９９９９哄）を静置し
た◇ペルジャー３０１を拡散ポンプ３０９で真空状−と
し、　２Ｘ１０−’Ｔｅｒｒｔで排気し、基板加熱ホル
ダー３０２１加熱して基板３０００表面温度を４５０℃
に保つ良つ続イ’ＣＡ　Ｍ　Ｉｔ　Ｈ冨ガスｔマスフロ
ーメーター３０８　ＫよってＱ、　５８０ＣＭペルジャ
ー内に導入し、更にｋｒ／Ｈｅ　（５／ｋ）５比）混合
ガスをマスフローメーター３０７によつて５０８ＣＣＭ
の流量でペルジャー３０１内に導入しメインパルプ３１
Ｇを絞ってペルジャー内圧をＯ−０５Ｔｏｒｒに設定し
九〇ペルジャー内圧が安定してから、下部カソード電極
３１３に１λ５６　ＭＨｚの高周波電源３１４によって
、２゜ＯＫＶ印加してカソード−８１２上Ω多結晶シリ
ヲン板とアノード（基板加熱ホルダー）３０２間にグロ
ー放電を生起させ九。ＲＦ放電パワー（進行波−反射波
）は２００Ｗであった。この条件でのシリコン膜の成長
速度は０．３λ／ｓｅｃでちゃ、４時間成長させて約０
．４μ膜を形成した。

シリコン層中に含有するＨ量は、０．２１％、シ（続い
て実施例ｌと同様に第４図に示す１慢（に）〜−）従り
てＴＦＴを作製した。この素子の実効モビリティ−は１
．０（−ｖ７；ｃ）であｌ）　ｓ　ｖＧ−４０Ｖ、ＶＤ
＝４０Ｖ（Ｄ条件テＩＤ　＆　Ｕ　Ｖｔｈ　Ｏｉ＆　化
ｔ１１１定Ｌタカ、５００時ｆｉｌテＩＤｔｉ、　０．
１−以下、Ｖｔｋは全く不変であり経時のＤＣ動作特性
は爽好であった。

又１２０閣ｘ１２０−のコーニングガラス基板上の同一
形状のＴＰＴ素子でグー）　ＩＪ−りして素子特性を充
分発揮できない素子の車は０．２−であｐ実用上使用可
能な範囲に入りていた。

基板上にシリコン膜全形成するに際して、　ＡＪ／Ｈ＠
（５／９５比）ｔ−５０８ＣＣＭ　　Ｋ対しテＨｔ、／
／１４！量を第１１１に示す如く変化させて作製され九
各々のＨ量、表面凹凸性を有する０、４μ膜厚のシリコ
ン膜の各々を用いて実施例ＩＪと同様の１福によってＴ
ＰＴを作製しその特性全測定した結果を第１表に示した
。

嬉　Ｉｌｌ 畳経時変化鵬実ｊｌｌｆｌｌと同様ＫｖＧ＝ｖＤ知ρ　
　Ｏ ＝　４０　Ｖ　、　５００　＃ｌ　１１４１　（Ｄ　（
ＩＤ（７）　−Ｉｎ（曽の％ｎ（ｆ）値り タクク　　タρＱ Ｉｔ＋（ｍ）　ニヤ←ｈ後のドレイン電流第１表に示さ
れた通り、シリコンｌ［Ｋ含有するｎｆ。

が得られ良。

実施例６ 実施ｆ４１と同様にしてコーニングガ・ラス上にシリコ
ン膜を形成するに際して、ペルジャー内８Ｅ＜ｐｒ＞を
第２表の如くに変化させた場合の各々約０．４μ膜のＨ
量、表面凹凸及ＴＩＰＴｑ性を示したり 第　　２　　表 １１１２表に示される様に形成された多結晶シリコン薄
膜の表面凹凸が、８００１以下においてゲート素子リー
ク率が実゛用範囲内にあり、かつＴＦ？キャ゛リアー実
効モビリティ−゛においても棗好であることが示された
。　。

実施１１７ 実施例３と同様に鳩ゲートを有し大基板を用い、同様に
８ｉＮＨｌ［ｔ２５００Ａ　積Ｎ　Ｌ九ｏ　更Ｋｍ施例
６と同様にペルジャー内圧（Ｐｒ）を変化させた多結晶
シリコン薄膜を各々約０．４ｇ積層し。

ｎ土層、　ｊＬＪ　！Ｉｔ−積層、ホトリソグラフィー
エ鴇をへて’１’Ｆ’ｒを作製し、結果を第３表に示し
喪。

第　　３　　表 ９３表に示される様形成された多結晶シリコン薄膜の表
面凹凸が８００Ａ以下において実効キャリアモビリティ
−及５００時閣連動動作経時変化が良好であった。

実施例８ 実施例１と同様にしてコーニングガラス上にシリコン膜
を形成するに際して、入力ＲＦパワー　（Ｐｏ）　を第
４表の如くに変化させた場合の各々約０．４μ膜の１■
量、凹凸、　（２２０）配向強度及びＴＰＴ特性を示し
たつ 第　　４　　表 に４ｆＲｆｌＣ示すしｂ様に、　（２２０）ノ配向が３
０４以下においてＦｉ、ＴＰＴのキャリア実効モビリテ
ィが低下し、かつＴＰＴ経時変化が大きくなることが示
された。

ｓｍ例９ 実１１１１１１と同様に１．シてコーニングガラス上に
シリコン膜を形成するに際して、成長時間を変化させて
第５表に示された各膜厚偵のシリコン膜につ＾でのＨｌ
　ｍ表面凹凸、　（２２０）配向強度。

平均ｇｒａ１ｎ　５ｉｚｅ　　及びＴＦＴ％性を示した
。

第　　５　　表 嬉５表に示される様に、　ｇｒａｌｍ　５ｉｚｅ　　が
２００ム以上で’１’ＦＴキャリア夷効モビリティが良
好であることが示され九。

実施例１０ 第７図に示すイオンブレーティング堆積装置を用いて作
製した多結晶シリコン薄膜半導体層を用いて薄膜トラン
ジスタの形成した例を以下に記す。

初めに減圧にしうる堆積室７０１内Ｋ　ｎｏｎｄｏｐｃ
＆ｏｚ 多結晶シリコンのシリコン蒸発体側嗜をボート７０３内
に置きコーニング÷７０５９基板を支持体７０４−１，
７０４−２　Ｋ設置し堆積室内をベースプレッシャーが
約１×１０−νＴｏｒｒ　Ｋなるまで排気した後、ガス
導入管７０５を通じて純度９９．９９９−の■重ガスを
水素分圧ＰＨが３　Ｘ　１０−’　Ｔｏｒｒ　になる様
にして堆積室内に導入した。使用し九ガス導入管社内径
２閣で先のループ状の部分にガス吹き出し口が２Ｃ１１
間隔で０．５閣の孔が開いているのを用い九〇 次に高周波コイル７０６（直１［！５■）に１１５６Ｍ
Ｈｇの高周波を印加して出力を４０ＷＫ設定してコイル
内部分に高周波プラズマ雰囲気を形成した。他方、支持
体７０４−１，７０４−２　は回転させながら、加熱装
置７０７動作状態にして約４３０℃に加熱しておいた。

次に蒸発体７０２にエレクトロンガン７０８よ抄照射し
、加熱し、シリコン粒子を飛翔させた０ζノトキのエレ
クトロンガンのパワーは約０．３ＫＷであ一九〇 この様にして２時間で４０００五の多結晶シリコン薄膜
が形成された。この薄膜管用いて夷膣例１と同様なプ胃
セスで薄膜トランジスタを作製した。シリコン層中に含
有するＨ量は、０．５−、シリコン膜表面の凹凸は約４
５０五でＴｏ−）良。

この索子Ｏ実効モビリティ（μｅｆｆ　）は”−”　ヘ
ｒｉ−）であり　ｓ　Ｖ（１＝４　ＧＶ　、　ＶＢ＝４
０Ｖ　ＯＩ＆件テＩＤ　及ヒｖｔｈの変化を一定したが
５００時間でＩＤは０．１以下ｓ　Ｖｓｂ　ａ全く不変
でＴｏり経時のＤＣ動作特性は良好であった。

又１２０　ｍＸ　１２０鴎のコーニングガラス基板上の
同一形状のＴＦ’ｌ’素子でゲートリークして素子特性
を充分発揮できまい素子の率は約０．３−であり実用上
使用可能なＩＩ囲（入っていた。

実施例１１ 実施例１と同様に準備されたコーニング７０５９ガラス
基板ｓｏｏ　ｔ−第８図に示された超高真空槽８０１内
の基板ホルダー８０２に装填し真空槽内の圧力が２Ｘ１
０’″”　Ｔｏｒｒの圧力に減圧した後タンタルヒータ
ー８０３により基板温度を４ＱＯ℃に設定した。続いて
、高純度水素ガス（９９，９９９９チ）７′′ をバリアグルリークバルブ８０８　Ｋよシ真空槽内圧力
ｔ５　Ｘ　１０−’　Ｔａｒｔに設定した。つづいて電
子銃８０４をｆ３ＫＶの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８０５Ｋｌｌ射させシリコ
ン蒸発体ｔ−蒸発させつづいてシャシター８０７を開き
基板８００に膜厚０．４・μ厚Ｋｆｋるよう水晶振動子
膜厚計８０６でコントロールし、多結晶シリコン膜を形
成した。このときの番瞥中９−　　　　　ＴＭ着速度は
１．４　Ａ／ｓｅｃでありえ。この薄膜を用いて実施例
１と同様なプロセスで薄膜トランジスタを作製した。シ
リコン層中に含有するＨ量Ｆｉ、０．１５１ｓ、シリコ
ン膜表面の凹凸は約３００ムであり九。この素子の実効
モビリティ（μｅｆｆ）は２．１　（ｉ）であり。

Ｖ□＝４０Ｖ、ＶＢ＝＝４０Ｖの条件テＩｏ　及（ｉ　
Ｖｔｈ　Ｏ変化を測定したが、５００時間でＩｎａＯ，
１嘔以下。

ｖｔｈは全く不変であり経時のＤＣ動作特性は良好であ
った。

又１２０　ｍＸ　１２０　ｗｓのコーニングガラス基板
上の同一形状のＴＰＴ素子でゲートリークして素子特性
を充分発揮できない素子の率は約０．２−であり実用上
使用可能な範囲に入っていたう

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の半導体素子の構造を説明する為の模
式的説明図、第２図は、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た説明図、＠３図、第７
図、第８図は各々本発明に係わる半導体膜作製装置のｆ
Ｉを説明する為の模式的説明図、第４図及び第５図は各
々本発明の半導体素子を作成する為の工程を模式的Ｋａ
明する為の工穫図、第６図は本発明の半導体素子のｖＤ
−ＩＤ　　特性の一例を示す説明図である０ １０１・・・基板、１０２・・・薄Ｉｌ［＃Ｐ導体層％
　１０３・・・ソース電ｌｉ、　　１０４−・・ドレイ
ン電極、１０５・−絶縁層１０６　・・・ゲート電極、
　　１０７　、１０８　・ｎ土層。 出願人　　キャノン株式金社 第７臣

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ８００五以下であ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半導体素子。 ｒ２）　　前記半導体層のｘｉｕｉ析パターン又は電子
   １１回析パターンの（２２０”）配向強度が全体の配向
   強度に対してＳＯＳ以上である特許請求の範囲第１項に
   記載され先生導体素子。 １３）　　前記半導体層の、平均結晶粒径が２００λ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）前記基板が、ガラスである特許請求の範囲第１項
   に記載の半導体素子。