JP3201492B2 - 非晶質シリコン膜の製造方法、非晶質窒化シリコン膜の製造方法、微結晶シリコン膜の製造方法、及び非単結晶半導体装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非晶質膜の製造方法に
関するものであり、特に、薄膜トランジスタ、薄膜トラ
ンジスタ型光センサー、太陽電池等の薄膜デバイスに好
適に利用される非晶質シリコン膜の製造方法に関する。

【０００２】また本発明は、非晶質窒化シリコン膜の製
造方法に関するものであり、特に、薄膜トランジスタ、
薄膜トランジスタ型光センサー等の非晶質シリコン薄膜
デバイスに好適に利用される非晶質窒化シリコン膜の製
造方法に関する。

【０００３】また本発明は、微結晶シリコン膜の製造方
法に関するものであり、特にプラズマＣＶＤ法を用い
て、微結晶シリコン膜を作成する製造方法に関するもの
である。ここで微結晶とは膜中に結晶粒を含む構造のシ
リコン膜を意味し、ポリシリコン（多結晶）も含むもの
とする。

【０００４】また本発明は、非単結晶半導体装置に関す
るものであり、特にプラズマＣＶＤ法により作成された
非単結晶半導体層を有する非単結晶半導体装置に関す
る。

【０００５】ここで、非単結晶半導体とは、単結晶半導
体以外の非晶質半導体、微結晶（多結晶を含む）半導体
等をいうものとする。

【０００６】

【従来の技術】まず、非晶質シリコン膜の製造方法に係
る従来の技術について説明する。

【０００７】従来、非晶質シリコン薄膜（以下ａ−Ｓｉ
薄膜と略記）の製造方法としては、モノシランガス（Ｓ
ｉＨ₄ ）に代表される珪素化合物を原料ガスとした、プ
ラズマＣＶＤ法がある。一般に、プラズマＣＶＤ法は１
３．５６ＭＨｚのＲＦ帯域、又は、２．５４ＧＨｚのマ
イクロ波帯域による高周波放電を用いている。

【０００８】その他、光ＣＶＤ法、或は、ＥＣＲ−ＣＶ
Ｄ法などが知られているが、この様な製造方法の内で、
ａ−Ｓｉ薄膜の品質・大面積対応・価格等をバランス良
く満足する成膜方法として、一般的に普及しているの
は、１３．５６ＭＨｚのＲＦ放電によるプラズマＣＶＤ
法である。このプラズマＣＶＤ法は、多くの場合モノシ
ランガス（ＳｉＨ₄ ）を用い、必要に応じて水素ガス
（Ｈ₂ ）で希釈して、１３．５６ＭＨｚのＲＦ放電によ
り原料ガスを分解して反応性のある活性種を作り、基板
上にａ−Ｓｉ膜を堆積させるものである。この種の方法
により製造したａ−Ｓｉ薄膜は、薄膜トランジスタ、薄
膜トランジスタ型光センサー、太陽電池等のａ−Ｓｉ薄
膜デバイスに用いられている。

【０００９】次に非晶質窒化シリコンの製造方法に係る
従来の技術について説明する。

【００１０】近年、非単結晶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
る太陽電池や複写機の感光体ドラムの開発、液晶ディス
プレイ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が盛んである。特に
薄膜トランジスタのゲート絶縁膜用や、これらのデバイ
スのパッシベーション膜用に非晶質窒化シリコン膜が用
いられている。従来これらの半導体装置に使われる非晶
質窒化シリコン膜の堆積方法としては、シランＳｉＨ₄
またはフッ化シランＳｉＦ₄ とアンモニアＮＨ₃ や窒素
Ｎ₂ を混合させたものを成膜ガスとするＲＦプラズマＣ
ＶＤ法が用いられてきた。窒化シリコンの製造方法には
ほかに熱ＣＶＤ法があるが、成長温度が８５０℃程度と
高く、耐熱性が４００℃程度と低い非晶質シリコン半導
体を用いる上記デバイスのプロセスとしては採用できな
い。ＲＦプラズマＣＶＤ法では、成長温度を３００℃程
度にできるので、十分利用できる。窒素よりアンモニア
を用いる場合の方が分解しやすく、反応が起こりやすい
ので、多くの場合シランＳｉＨ₄ とアンモニアＮＨ₃ の
混合ガスを用い、必要に応じて水素ガスで稀釈を行い１
３．５６ＭＨｚ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、基板上に非晶質窒化シリコン膜を堆積させるプラズ
マＣＶＤ法が用いられる。しかしながら、アンモニアガ
スは腐食性があり、取り扱いが難しく特に生産装置にと
って好ましくない場合がある。その点窒素ガスは取り扱
いが楽であり有利である。また窒素ガスはアンモニアガ
スより純化しやすく、成膜中の不純物の取り込みが少な
くできる。膜中の不純物は非晶質窒化シリコン絶縁膜の
電気的特性に悪影響を与えるので、好ましくない。また
アンモニアガスを用いて成膜すると、窒素ガスを用いる
場合より、膜中水素濃度が増加することが知られてい
る。膜中の水素が多くなると、密度が低下し、緻密性や
耐熱性が悪くなる。またこの水素が膜中を拡散して行
き、種々の不安定現象を引き起こすもとにもなるので、
膜中水素は少ないほうが良い。このようにシランガスと
窒素ガスの混合ガスを利用した場合には種々の有利な点
がある。さらにこの観点からすると、水素を含まないフ
ッ化シランと窒素ガスとの混合ガスを利用する方が有利
と考えられる。

【００１１】さらに、非晶質窒化シリコンの製造方法に
係る従来の技術について説明する。

【００１２】非晶質窒化シリコン薄膜は製造方法及びそ
の条件に依存して組成が変化するため、ＳｉＮ_X 膜と表
記されている。このＳｉＮ_X 膜の物性は、組成・含有水
素量などにより大きく変化する。代表的なＳｉＮ_X 膜の
堆積方法としては、ＳｉＨ₄−ＮＨ₃ 混合系気体による
常圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法等があ
る。その中で、大面積のガラス基板を用いた低温プロセ
ス、具体的には４００℃程度で利用できるものは、特
に、ＳｉＨ₄ −ＮＨ₃ 混合系気体の１３．５６ＭＨｚの
放電周波数を利用したＲＦプラズマＣＶＤ法であり、反
応が起こり易く、又その制御性が良いという利点から最
も広く利用されている。

【００１３】しかしながら、このＳｉＮ_X 膜をａ−Ｓｉ
薄膜を用いた薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴと略記す
る）のゲート絶縁膜として利用した場合、ａ−Ｓｉ薄膜
ＴＦＴの特性は、ゲート絶縁膜ＳｉＮ_X 膜に依存してデ
バイス特性に変化を与える。特に、閾値電圧の変動、オ
ン・オフ比の低下、応答性の悪化と言った場合には、歩
留を低下させ、大きな問題をとなる。同様に、ＴＦＴ型
の光センサーにおいても、閾値電圧の変化により、その
基本特性である光電流及び暗電流の変化を引き起こす。
この様なデバイス特性上の問題は、一般にはゲート絶縁
膜又はゲート絶縁膜とａ−Ｓｉ膜との界面特性に起因し
ていると考えられている。

【００１４】具体的に述べると、閾値電圧の変化は、電
子や正孔がａ−ＳｉからＳｉＮ_X へ注入されたり、Ｓｉ
Ｎ_X のトラップ準位に捕獲されたりするためであり、Ｓ
ｉＮ_X 膜の光学バンドギャップが大きく、また、電子ス
ピン密度が小さい高品質膜が変化を最少限に抑えるため
に有効であると考えられている。

【００１５】また、ＳｉＮ_X 膜中の含有水素が多くなる
と、密度が低下し、耐電圧が低くなる。更に、この水素
が膜中を拡散して行き、種々の不安定現象を引き起こす
ため、膜中水素は少ない方が望ましいとも考えられてい
る。

【００１６】更に、ＳｉＮ_X 膜の応力を若干の圧縮側に
することによりＴＦＴ特性の向上が期待できるとも考え
られている。

【００１７】即ち、現在まで、ＳｉＮ_X 薄膜の基本物性
を成膜条件、試験条件など様々な角度から検討され、Ｓ
ｉＮ_X 薄膜としては、光学バンドギャップが大きく、ス
ピン密度が小さく、水素濃度が小さく、更に、応力が若
干圧縮側であることが望ましいと推定されている。

【００１８】次に微結晶シリコン膜の製造方法に係る従
来の技術について説明する。

【００１９】近年、微結晶シリコンや非晶質シリコンを
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や複写機の感光体ドラムの開
発、液晶ディスプレイ用薄膜トランジスタの開発、軽量
小型に作られる、ファクシミリ用固体撮像装置の開発が
盛んである。従来これらの半導体装置に使われる非単結
晶シリコン膜の堆積方法としては、シランＳｉＨ₄ また
はジシランＳｉ₂ Ｈ₆を成膜ガスとするＲＦプラズマＣ
ＶＤ法やあるいは水素ガス存在下でＳｉターゲットをＡ
ｒ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。これらの方法により得られる微結
晶シリコンや非晶質シリコンはほとんど水素を１０％以
上含んでいる。このような微結晶シリコンや非晶質シリ
コンの堆積方法としてもっとも普及しているのはプラズ
マＣＶＤ法で、シランＳｉＨ₄ またはジシランＳｉ₂ Ｈ
₆ を用い、必要に応じて水素ガスで希釈を行い１３．５
６ＭＨｚのＲＦ帯域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、基板上に微結晶シリコンや非晶質シリコンを堆
積させる。特に成膜ガスにホスフィンＰＨ₃ 、ジボラン
Ｂ₂ Ｈ₆ 、フッ化ボロンＢＦ₃ などのドーピングガスを
混ぜ、成膜することにより、自由に膜のｎ型またはｐ型
を制御した微結晶シリコン膜を形成することができる。
これらのｐｎ制御を行った膜は、半導体デバイスのオー
ミック層やブロッキング層として重要であり、これらの
膜を用いてｐｉｎ型の太陽電池やフォトダイオードが作
成されている。

【００２０】以上、非晶質シリコン膜の製造方法、非晶
質窒化シリコンの製造方法、微結晶シリコン膜の製造方
法に係る従来技術について説明したが、各従来技術にお
いて述べたＲＦプラズマＣＶＤ法を改良する方法とし
て、これまでのＲＦ帯域の高周波放電に対して、周波数
を上げて検討した例が報告されている。

【００２１】即ち、９０年秋、９１年春の応用物理学関
係連合講演会（２８ｐ−ＭＦ−１４、２８ｐ−Ｓ−４
）では東工大の小田らが周波数１４４ＭＨｚの高周波
で放電を行い、これにより非晶質シリコンを作成して評
価している。

【００２２】しかしながら、この報告では１３．５６Ｍ
Ｈｚと１４４ＭＨｚのみでの検討であり、大面積化や生
産を考えた場合ＶＨＦ帯での周波数の十分な最適化まで
は至っていない。

【００２３】また周波数の効果として、周波数を上げる
ことにより成膜面にわたって空間的に均一な放電を作り
出すことができ、均一な成膜速度を実現できたことが特
開平３−６４４６６号公報に開示されている。しかしな
がら、この発明では単に均一成膜についてだけ言及して
あり、ＶＨＦ帯の高周波が膜質等に対してどのような影
響、技術的効果を持っているか述べられていない。

【００２４】また、特開平２−２２５６７４号公報で
は、周波数１ｋＨｚから１００ＭＨｚの記述があるが、
ＶＨＦ帯での技術的作用効果につては何等記述されてお
らず、これはＲＦ帯での技術延長に過ぎない。

【００２５】また米国特許第４９３３２０３号ではＶＨ
Ｆ帯の高周波を用いて、膜の検討を行い、周波数と電極
間距離の関係を最適化しているが、この関係は後述する
我々の解決しようとしている課題に対して、不十分であ
る。

【００２６】

【発明が解決しようとする課題】まず、非晶質シリコン
膜の製造方法に係る課題について説明する。

【００２７】最近の技術発展に伴って、太陽電池、液晶
テレビ、光センサー等のあらゆる分野において、ａ−Ｓ
ｉ薄膜の高品質化が求められているが、従来の様に、１
３．５６ＭＨｚのＲＦ放電を利用したａ−Ｓｉ薄膜で
は、ａ−Ｓｉ薄膜デバイスに応用した場合、次の様な問
題が依然としてある。 （１）薄膜の基本特性に対して、薄膜トランジスタにお
いては、キャリア移動度が小さいこと、光センサーにお
いては、光導電率と暗導電率との比で定義されるＳ／Ｎ
比が小さいこと、太陽電池においては、光照射により光
導電率（σ_P ）の特性が低下する光劣化が大きいことな
どが挙げられる。 （２）生産歩留りに対して、大面積デバイスにおいて
は、膜厚・膜質分布に起因するデバイス特性の分布等に
よる歩留の低下がある。 （３）価格に対して、薄膜デバイスに利用できる高品位
な膜は、成膜速度が小さいため生産能力が上がらず価格
の低減が困難である。

【００２８】つまり、大面積ａ−Ｓｉ薄膜のデバイス特
性を改良し、同時に歩留を向上させ、且つ、低価格を実
現するためには、ａ−Ｓｉ薄膜の基本特性を向上させつ
つ、同時に、高速に成膜する必要がある。

【００２９】その目的のため、１３．５６ＭＨｚのプラ
ズマＣＶＤ法において、原料ガス流量・圧力・投入電力
等の製造条件の改良が一般に試みられているが、成膜速
度を上げると、ａ−Ｓｉ薄膜特性を低下させると推定さ
れている膜内水素の増加、歩留低下を引き起こす異物
（ポリシラン）の発生等がある。例えば、図６５に示し
た様に、成膜速度の増加に従い、薄膜の基本特性である
光導電率σ_P （Ｓ／ｃｍ）が低下し、薄膜トランジスタ
型光センサー等のデバイス化を行なう上で、その特性を
向上できるものは現在未だ製造できていない。結局、こ
のａ−Ｓｉ薄膜の製造方法では、デバイス特性を維持で
きる成膜速度は概０．２〜２Å／ｓｅｃ程度である。

【００３０】即ち、１３．５６ＭＨｚのＲＦ放電での特
徴としては、大面積での成膜は容易に行なうことができ
る利点はあるが、成膜速度が小さく、又、基板、更に
は、薄膜自体へのイオンダメージが大きい等の欠点があ
る。一方、２．５４ＧＨｚのマイクロ波放電では、成膜
速度は大きく、基板へのイオンダメージは無いが、大面
積化に困難であるという欠点がある。又、光ＣＶＤ法
は、成膜されたａ−Ｓｉ薄膜の品質はもとより、大面積
化においても問題があり、開発途上の方法である。同様
に、ＥＣＲ−ＣＶＤ法においても、基板へのダメージを
自由に制御でき、ａ−Ｓｉ薄膜を高品質化できる可能性
があるが、大面積成膜が困難であるという欠点がある。

【００３１】以上述べた様に、ａ−Ｓｉ薄膜デバイスを
製造する上で、ａ−Ｓｉ薄膜を高品質化させ、デバイス
特性を向上させることと、成膜速度に代表される生産性
は同時に満足できないと言う欠点がある。

【００３２】次に、非晶質窒化シリコンの製造方法に係
る課題について説明する。

【００３３】上述した従来のシランガスあるいはフッ化
シランと窒素ガスとの混合ガスを用い、必要に応じて水
素ガスで稀釈を行い１３．５６ＭＨｚ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、基
板上に非晶質窒化シリコン膜を堆積させる方法では、以
下の問題があった。

【００３４】窒素ガスはアンモニアガスに比べて分解し
にくいので、投入する高周波電力をより大きくする必要
がある。しかし投入電力を上げると、チャンバー壁から
脱ガスが多くなり、膜中に取り込まれる不純物が多くな
り、またプラズマダメージが増えて、膜の特性を悪化さ
せる。またフッ化シリコンはシランよりも化学的に安定
なため、プラズマ中での分解効率が低く、これを用いた
場合、ガスの利用効率が悪い。さらに膜の成長速度が遅
くなってしまう。

【００３５】さらに非晶質窒化シリコンの製造方法に係
る課題について説明する。

【００３６】上述の薄膜物性を満たすために、従来の１
３．５６ＭＨｚを用いたＲＦプラズマＣＶＤ法において
種々の方法が試みられているが次の様な問題を生じてい
る。

【００３７】先ず、従来より、膜内水素濃度Ｃ_H （％）
は基板温度Ｔ_S に最も依存性が高く、また、原料ガス種
にも大きく依存する。この関係を図６６に示す。同図よ
り明らかな様に、単純に水素濃度を減少させるためには
原料ガスをＮＨ₃ からＮ₂ へ変え、更に、温度を上げれ
ば良いことが解る。しかし、実際には、大板ガラスの使
用等、また、装置構造上・生産性を考えると４００℃程
度が上限である。また、逆にデバイス特性を考えると２
５０℃程度が下限である。何故ならば、低温側での薄膜
はスピン密度が大きくなり、デバイス特性の信頼性を著
しく低下させるからである。即ち、同図において、黒プ
ロットの範囲がデバイス特性上及び生産上満足できる範
囲であると考えられている。

【００３８】ここで、応力Ｓｔｒｅｓｓ（ｄｙｎ／ｃｍ
² ）と水素濃度Ｃ_H （％）との関係を図６７に示す。水
素濃度が減少するに従い応力は引張り応力から圧縮応力
へ移行する。しかし、先述の基板温度範囲２５０℃以上
４００℃以下で得られる高品位なＳｉＮ_X 薄膜におい
て、ＮＨ₃ を用いたＳｉＮ_X 膜の応力は概引張応力を示
す。また、Ｎ₂ を用いた場合には、大きな圧縮応力を示
す。図中の黒プロットは高品位なＳｉＮ_X 薄膜を実現で
きる点であり、斜線の領域は制御できる水素濃度範囲と
応力範囲である。即ち、応力を若干の圧縮応力、つま
り、デバイス・クオリティーがあると考えられている５
×１０⁹ ｄｙｎ／ｃｍ² 以下の圧縮応力を示すＳｉＮ_X
薄膜はできないことが解る。

【００３９】そこで、ＮＨ₃ を用いた場合、膜内水素濃
度は、ＮＨ₃ ／ＳｉＨ₄ 比を変化させることにより制御
できる。その関係を図６８に示す。同図から確認できる
様に、水素濃度を低下させるとＮ／Ｓｉが低下し、光学
バンドギャップの低下等、膜質の低下が生じるためＮＨ
₃ ／ＳｉＨ₄ 比を下げることはできない。同様にＮ₂を
用いた場合、水素濃度を増加して、応力を制御するとＮ
／Ｓｉ比などの膜質の低下を生じる。

【００４０】即ち、水素濃度を低くして、応力を若干圧
縮側にし、更に、その時のＮ／Ｓｉ比を化学量論比に近
く、光学バンドギャップを大きく、スピン密度を小さく
できる成膜条件を得ることができないといった問題があ
る。

【００４１】次に、微結晶シリコン膜の製造方法に係る
課題について説明する。

【００４２】上述した従来の製造方法では、特に不純物
を含む微結晶シリコンを作成する場合、次のような問題
点があった。シランガスを用い、必要に応じて水素ガス
で希釈を行い１３．５６ＭＨｚＲＦ帯域の高周波でプラ
ズマを発生させ、プラズマにより成膜ガスを分解して、
基板上に微結晶シリコンを堆積させる方法では一般にガ
スの利用効率が悪い。そのため不純物ガスを導入して、
不純物を含む微結晶シリコンを作成する場合、ドーピン
グ効率が悪い問題があった。さらに従来の方法では、膜
中に微結晶化を起こす条件が厳しく、また希望の微結晶
膜を作ることが困難であった。そのためなかなかドーピ
ング効率を上げることができなかった。従来の平行平板
型の成膜装置において、ｎ型の微結晶シリコン膜を作る
場合を考える。シランガス３ｓｃｃｍ、水素ガスで１０
０ｐｐｍに希釈したフォスフィンガス１５０ｓｃｃｍ、
圧力０．５Ｔｏｒｒ、ＲＦパワー５０ｍＷ／ｃｍ² の標
準的な条件で成膜した場合、そのドーピング効率は１０
％であった。これは膜中の９割のリン原子はドーパント
として働いていないことになる。

【００４３】なお、前述したＶＨＦ帯域を用いてＲＦプ
ラズマＣＶＤ法を改良する方法（９０年秋、９１年春の
応用物理学関係連合講演会（２８ｐ−ＭＦ−１４ 、２
８ｐ−Ｓ−３ ）、東工大、小田等、特開平３−６４４
６６号公報等）についても、条件の最適化がなされてお
らず、非晶質シリコン膜の製造方法、非晶質窒化シリコ
ンの製造方法、微結晶シリコン膜の製造方法に係る課題
の解決には不十分であった。

【００４４】本発明の目的は、従来例のＶＨＦ成膜法を
改善し、本発明者らが解決しようとしている課題に対し
て、最適な条件を提供することにある。

【００４５】また本発明の目的は、窒素ガスやフッ化シ
リコンガスの分解効率を上げ、成膜用ガスの利用効率を
高め、プラズマ中のイオンの効果によるチャンバーから
の脱ガスを防止し、プラズマダメージを低減し、製造コ
ストの低減とさらに良質の非晶質窒化シリコン膜を容易
に作成せしめ、良好な半導体デバイスを得ることができ
る製造方法を提供することにある。

【００４６】また本発明の目的は、従来のＲＦプラズマ
ＣＶＤ法での周波数１３．５６ＭＨｚを見直し、高周波
放電を用いて原料ガスの分解効率を高め、その結果、従
来のＮＨ₃ を用いたＳｉＮ_X 薄膜の水素濃度を低減し、
同時に応力を制御して、大面積デバイスに対応した、よ
り高品質なＳｉＮ_X 薄膜を更に安価に得る製造方法を提
供することにある。

【００４７】また本発明の目的は、成膜用ガスの利用効
率を高め、製造コストの低減とさらに好適の微結晶シリ
コン膜を容易に作成せしめ、良好な半導体デバイスを得
ることができる製造方法を提供することにある。

【００４８】また本発明の目的は、高品質で、低コスト
な非単結晶半導体装置を得ることにある。

【００４９】

【課題を解決するための手段】本発明の非晶質シリコン
膜の製造方法は、プラズマＣＶＤ法において、少なくと
も、珪素化合物を原料ガスとして、成膜圧力Ｐ（Ｔｏｒ
ｒ）を０．２５Ｔｏｒｒ以上２．５Ｔｏｒｒ以下に設定
し、高周波電源の周波数ｆ（ＭＨｚ）を３０ＭＨｚ以上
１２０ＭＨｚ以下、望ましくは、５０ＭＨｚ以上１００
ＭＨｚ以下に設定し、且つ、投入電力Ｐ_W （Ｗ／ｃ
ｍ² ）を１０／ｆ（ＭＨｚ）の関係で規定される値以下
とし、電極間距離ｄ（ｃｍ）をｆ／３０で規定される値
より大きい値とすることにより、ａ−Ｓｉ膜の大面積化
に対応でき、且つ、膜特性を改善して高速成膜が可能と
なり、更に、デバイス特性を左右する界面特性を向上さ
せることをも可能にするものである。

【００５０】本発明の非晶質窒化シリコン膜の製造方法
は、プラズマＣＶＤ法により、Ｓｉ、あるいはＳｉとＦ
とを含むガスと窒素ガス、さらには水素ガスを加えた混
合ガスを用いて、非晶質窒化シリコン膜を堆積させる製
造方法において、周波数ｆが３０ＭＨｚ以上のＶＨＦ高
周波を電極間距離をｄ（ｃｍ）とするときｆ／ｄ＜３０
を満たすように印加し、プラズマを発生させることを特
徴とする非晶質シリコンの製造方法であり、３０ＭＨｚ
以上のＶＨＦ高周波、好適には５０ＭＨｚから１００Ｍ
Ｈｚの高周波を、電極間距離をｄ（ｃｍ）とするときｆ
／ｄ＜３０を満たすように印加することにより、プラズ
マ中の電子密度を上昇させ、分解しにくい窒素ガスやフ
ッ化シリコンガスの分解効率を上げ、容易に良質の分布
の改良された非晶質窒化シリコン膜を提供するものであ
る。更にプラズマ中でのイオンのトラッピングを利用し
て、チャンバーからの不必要な脱ガスを押え、膜中への
酸素などの不純物の混入を防ぎ、膜へのイオンダメージ
の少ない良質の膜を提供するものである。

【００５１】また、本発明の非晶質窒化シリコン膜の製
造方法は、膜質を低下させることなく、応力を若干圧縮
側へ移行させるために、プラズマＣＶＤ法において、少
なくとも、珪素化合物及びアンモニアを含有する混合気
体を原料ガスとして、高周波電源の周波数を３０ＭＨｚ
以上１２０ＭＨｚ以下、望ましくは、５０ＭＨｚ以上１
００ＭＨｚ以下とし、電極間距離ｄ（ｃｍ）をｆ／３０
で規定される値より大きい値とし、投入電力を３０ｍＷ
／ｃｍ ² 以上とすることにより、膜特性を改良し、大面
積化に対応しつつ高速成膜が可能となり、更に、デバイ
ス特性を向上させることをも可能にしたものである。

【００５２】また、本発明の微結晶シリコン膜の製造方
法は、プラズマＣＶＤ法により、Ｓｉを含むガスを用い
て、微結晶シリコン膜を堆積させる製造方法において、
印加高周波数ｆが３０ＭＨｚ以上のＶＨＦ高周波を、１
／ｆ（Ｗ／ｃｍ² ）（ｆ：ＭＨｚ）以上の電力で、電極
間距離をｄ（ｃｍ）とするときｆ／ｄ＜３０を満たすよ
うに印加し、水素ラジカルの発光強度［Ｈ^* ］とシラン
ラジカルの発光強度［ＳｉＨ^* ］とが［Ｈ^* ］≧［Ｓｉ
Ｈ^* ］となるようにプラズマを発生させることを特徴と
する微結晶シリコン膜の製造方法であり、３０ＭＨｚ以
上のＶＨＦ高周波、好適には５０ＭＨｚから１００ＭＨ
ｚの高周波を用いることにより、プラズマ中の電子密度
を上昇させ、ガスの分解効率を上げ、更にプラズマ中で
のイオンのトラッピングを利用して、高いドーピング効
率とイオンダメージの少ない良質の微結晶シリコン膜を
提供するものである。

【００５３】また、本発明の非単結晶半導体装置は、上
記本発明の非晶質シリコン膜の製造方法、又は／及び非
晶質窒化シリコン膜の製造方法をＴＦＴ等の絶縁ゲート
型トランジスタ構成の半導体装置に用いたものであり、
この場合ゲート絶縁層又は／及びオーミックコンタクト
層は周波数３０ＭＨｚ以上の高周波放電を利用したプラ
ズマＣＶＤ法により作成されることが望ましい。また各
層を大気解放することなく、連続して成膜すれば、各層
の品質等を考慮して放電周波数を適切に選択することが
できる。

【００５４】

【実施例】以下、本発明の詳細な説明及び実施例につい
て図面を用いて説明する。

【００５５】なお、本願に係る非単結晶半導体装置の構
成説明は、以下に示す本発明に係る各非晶質シリコン膜
の製造方法の説明において行う。

【００５６】まず、本発明の非晶質シリコン膜の製造方
法について説明する。

【００５７】ここで、先ず、プラズマＣＶＤ法での膜成
長過程を概略述べた後、本発明の詳細を述べる。

【００５８】一般に、ａ−Ｓｉ薄膜の成長過程は、次の
様な過程に分類して考えることができる。ここでは原料
ガスとしてＳｉＨ₄ を例にとる。 （１）ＳｉＨ₄ のグロー放電プラズマ中でのラジカル生
成過程 この過程では、プラズマ内での電子のエネルギー分布は
数ｅＶにピークを持つＭａｘｗｅｌｌ−Ｂｏｌｔｚｍａ
ｎｎ分布に近い形をしており、この様な電子がＳｉＨ₄
分子と非弾性衝突を繰り返して種々のラジカル、イオ
ン、原子を生成していく。膜成長の主な前駆体はＳｉＨ
₂ ，ＳｉＨ₃ ラジカルの可能性が高い。 （２）生成されたラジカルの基板への輸送過程 この過程では、プラズマ内で生成された中性ラジカル
が、種々の２次化学反応を、主としてＳｉＨ₄ 分子と起
こしながら拡散によって基板表面へ輸送される。プラズ
マ中でのラジカルの生成率と、輸送過程における反応寿
命から考えると、基板表面へ到達する多くはＳｉＨ₃ ラ
ジカルであると推定される。しかし、Ｓｉ，ＳｉＨ，Ｓ
ｉＨ₂ の様なラジカルの到達密度が増加する様になる
と、表面における反応様式の違いにより膜質の低下を招
く。 （３）基板表面での膜成長過程 この過程では、膜成長表面へ到達したラジカルは表面に
吸着され、表面を拡散して、安定なサイトと化学結合を
作り、アモルファス・ネットワークを形成する。水素被
覆表面であればＳｉＨ₃ ラジカルは、表面拡散が十分行
なわれ、安定なサイトと化学結合をし、高品質な膜を得
ることができる。

【００５９】上述の各過程をプラズマの外部パラメータ
ーを制御して、膜成長表面へＳｉＨ₃ ラジカルを主に到
達させ、基板表面をラジカルが拡散する様に水素被覆し
ていれば、高品質なａ−Ｓｉ薄膜を作成できる。

【００６０】本発明者等は、高品質のａ−Ｓｉ薄膜を作
成するためには、ラジカルを制御することが重要である
という認識から、具体的には、成膜プロセスでの重要な
モニタリング手法として、プラズマ発光分析を用いて検
討を行なった。この分析により、珪素化合物プラズマに
おいて重要な、Ｓｉ^* ，ＳｉＨ^* ，Ｈ₂ ^* ，Ｈ^* の発光
ラインが確認でき、この中でＳｉＨ^* （４１４ｎｍ）と
Ｈ^* （６５６ｎｍ）との発光強度の関係、即ち、強度の
大小がａ−Ｓｉ薄膜の品質と深く関係があることが明ら
かになった。特に、発光強度比［Ｈ^* ］／［ＳｉＨ^* ］
（ＳｉＨ^* ，Ｈ^* ラジカルの発光強度をそれぞれ［Ｓｉ
Ｈ^* ］，［Ｈ^* ］で表す）が最小値となる様な成膜条件
を採用することが望ましいが、発光強度の関係が［Ｓｉ
Ｈ^* ］≧［Ｈ^* ］であれば概満足できるａ−Ｓｉ薄膜を
得ることができる。

【００６１】図１に発光強度比［Ｈ^* ］／［ＳｉＨ^* ］
と薄膜中の水素結合様式との関係、即ち、膜質との関係
を示す。

【００６２】一般に、ａ−Ｓｉ薄膜における赤外吸収分
析において２０００ｃｍ^-1〜２１００ｃｍ^-1に現れる吸
収ピークは、Ｓｉ−Ｈ結合の伸縮振動（２０００ｃ
ｍ^-1）及び、Ｓｉ−Ｈ₂ 結合の伸縮振動（２１００ｃｍ
^-1）によるものであり、２０００ｃｍ^-1〜２１００ｃｍ
^-1に現れる吸収ピークの中央値Ｒｍ（ｃｍ^-1）は薄膜中
に含まれるＳｉＨ結合とＳｉＨ₂ 結合の比を表すものと
考えることができる。ここで、例えば、中央値Ｒｍが２
０００ｃｍ^-1から２１００ｃｍ^-1へ移行していれば、Ｓ
ｉＨ₂ 結合の増加でありＳｉの鎖状結合、又は、環状結
合が膜中に含まれる欠陥を生成し、膜質を低下している
こととなる。

【００６３】つまり、図１に示す様に、発光強度比［Ｈ
^* ］／［ＳｉＨ^* ］が増加するに従い中央値Ｒｍも２１
００ｃｍ^-1側へ移行していることは、言い換えれば、発
光強度比［Ｈ^* ］／［ＳｉＨ^* ］が増加すれば、ａ−Ｓ
ｉ膜質は低下すると言える。本発明者等の見解では［Ｓ
ｉＨ^* ］≧［Ｈ^* ］であれば、概満足できるａ−Ｓｉ薄
膜を得ることができる。

【００６４】次に本発明の前提となる電極間距離につい
て述べる。

【００６５】図２に記されているように、ある電極間距
離ｄに対して周波数が大きいと基板内の膜厚分布が大き
くなる。これは大面積化に対して大きな問題となる。そ
こで本発明者らは、種々の成膜パラメーターに対して、
改良を試みたところ、電極間距離が膜厚分布に影響を与
えていることを見出し、さらに電極間距離を大きくする
ことにより、膜厚分布が小さくなることを見出した。本
発明の種々の条件下で基板内の膜厚分布Ｔ（％）が１０
％に納まる条件下で、その関係を求めたところ、ｄ＝２
ｃｍでは分布が著しく大きく、使用できる範囲ではな
く、ｄが３ｃｍより大きいところでは、ｆ（ＭＨｚ）／
ｄ（ｃｍ）＜３０を満たすｄであれば、おおむね良好な
分布を得ることができることが判明した。

【００６６】図３には種々の条件下での電極間距離と膜
中の欠陥準位密度の関係を示す。電極間距離が４ｃｍを
超えると欠陥の密度は漸次減少しているのがわかるが、
電極間距離が４ｃｍより小さくなると急激に増加してい
るのが分かる。電極間距離は好適には４ｃｍ以上が望ま
しいことが分かる。そこ本実施例では電極間距離を４ｃ
ｍとして検討を行なった。

【００６７】先述の成膜機構を考慮すると、高品質なａ
−Ｓｉ膜質を得るためには、基板表面を水素により充分
に被覆する必要がある。そこで、ＳｉＨ₄ をＨ₂ にて希
釈した混合ガスをＳｉＨ₄ ：Ｈ₂ ＝１：９にてプラズマ
反応室へ導入して、周波数ｆ＝８０ＭＨｚとして、投入
電力Ｐ_W ＝０．０７Ｗ／ｃｍ² にて、放電させた。この
時の圧力Ｐ（Ｔｏｒｒ）とＳｉＨ^* ，Ｈ^* ラジカルの発
光強度との関係を図４に示す。満足できるａ−Ｓｉ膜質
を得るためには、先述の如く、発光強度の関係が［Ｓｉ
Ｈ^* ］≧［Ｈ^* ］となる圧力Ｐ（Ｔｏｒｒ）はＰ≧０．
２５Ｔｏｒｒの領域であるが、Ｐ＞２．５Ｔｏｒｒにな
ると歩留を低下させる異物（ポリシラン）の発生が起こ
る。一方、圧力ＰがＰ＜０．２５Ｔｏｒｒの領域では、
薄膜内の水素量の増加、ＳｉＨ₂ 結合の増加など膜質の
低下を招く。即ち、圧力Ｐが０．２５Ｔｏｒｒ以上２．
５Ｔｏｒｒ以下で高品質なａ−Ｓｉ膜質を得ることがで
きる。同様に周波数ｆ＝１３．５６，３０，５０，１０
０，１２０，１５０の発光強度との関係を求めるとｆの
増加に伴ない各発光強度は増加するが［ＳｉＨ］／
［Ｈ］比は大きく変わらなかった。

【００６８】次に、一例として、圧力ＰをＰ＝０．５Ｔ
ｏｒｒに固定して、高周波電源の周波数ｆ＝１３．５
６，８０，１５０ＭＨｚそれぞれにおいて、投入電力Ｐ
_W とＳｉＨ^* ，Ｈ^* ラジカルの発光強度の関係を図５、
図６に示す。なお、図中、白の○，△プロットは［Ｓｉ
Ｈ^* ］≧［Ｈ^* ］なる条件であり、黒の○，△プロット
は、［ＳｉＨ^* ］＜［Ｈ^* ］なる条件である。発光強度
の関係が［ＳｉＨ^* ］≧［Ｈ^* ］となる、各周波数ｆと
投入電力Ｐ_W との関係を図７に示す。同図より、ａ−Ｓ
ｉ薄膜を得るための条件としては、物理的意味は未だ不
明であるが、各周波数ｆに対して投入電力Ｐ_W （Ｗ／ｃ
ｍ² ）は、１０／ｆ（ＭＨｚ）の関係で規定される値以
下である必要があり、この範囲を斜線で示す。図中の白
の○プロットは高品位ａ−Ｓｉ薄膜を得ることができた
条件であり、黒の○プロットは、低品位なａ−Ｓｉ薄膜
の条件であった。また、高品質ａ−Ｓｉ薄膜の最適条件
として、各周波数において発光強度比［Ｈ^* ］／［Ｓｉ
Ｈ^* ］が最小値を示す投入電力Ｐ_W を選定し成膜を行な
った。

【００６９】ａ−Ｓｉ薄膜の各成膜圧力における電源周
波数ｆと赤外吸収分析での中央値Ｒｍとの関係を図８に
示す。この時の投入電力は先述の様に［Ｈ^* ］／［Ｓｉ
Ｈ^*］比が最小となる最適投入電力である。例えば８０
ＭＨｚ，０．５Ｔｏｒｒでは０．０４Ｗ／ｃｍ² であ
る。周波数ｆが３０ＭＨｚ未満の領域では、基板に入射
するイオンダメージが大きく、膜内のＳｉＨ₂ 結合の含
有量が多く、欠陥の多い膜となっており、又、周波数ｆ
が１２０ＭＨｚを超える領域においても、膜内のＳｉＨ
₂ 結合の含有量が多くなり、膜質が低下する。その理由
としては、高周波放電に移行するに従い、ＳｉＨ₄ 分子
が過分解されるＳｉ，ＳｉＨ，ＳｉＨ₂ ラジカルが増加
し、逆にＳｉＨ₃ ラジカルが減少したためと推定してい
る。更に、この領域は、大面積化を考えた場合、膜厚・
膜質分布の問題などの問題がでてくる。

【００７０】成膜圧力が０．２５〜２．５Ｔｏｒｒの範
囲では同図より高品位なａ−Ｓｉ膜が得られるが、それ
以外の成膜圧力で高品位なａ−Ｓｉ膜が得られないの
は、ｐ＜０．２５の範囲では基板入射イオンのダメージ
が増加するためと考えており、またｐ＞２．５の範囲で
はポリシランの発生が始まるためと考えられる。同様に
図９に各成膜圧力をパラメーターとして周波数ｆとスピ
ン密度の関係を示した。

【００７１】また一例として圧力０．５Ｔｏｒｒ、投入
電力０．０４Ｗ／ｃｍ² での周波数ｆと成膜速度ＤＲと
の関係を図１０に示し、また、光導電率σ_p （Ｓ／ｃ
ｍ）と暗導電率σ_d （Ｓ／ｃｍ）との比であるＳ／Ｎ比
との周波数依存を図１１に示す。また図１２に成膜速度
とＳ／Ｎ比との関係を各周波数に対しまとめた。

【００７２】これらの結果により、周波数は３０ＭＨｚ
以上１２０ＭＨｚ以下の範囲であれば高品質で、且つ、
生産性の高いａ−Ｓｉ薄膜が作成でき、望ましくは、５
０ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下であれば、光電特性の向
上が期待できる。

【００７３】次に、圧力Ｐ＝０．５Ｔｏｒｒ、周波数ｆ
＝８０ＭＨｚ、投入電力Ｐ_W ＝０．０４Ｗ／ｃｍ² と
し、滞留時間τ（ｓｅｃ）について確認した。ここで、
滞留時間τ（ｓｅｃ）とは、放電空間Ｖ（ｃｍ³ ）内に
原料ガスＱ（ｓｃｃｍ）が導入され、圧力Ｐ（Ｔｏｒ
ｒ）を一定に保つ様に制御されている場合、原料ガスが
放電空間内に滞留している時間であり、次式で表わされ
る。

【００７４】τ＝７８．９４７×１０^-3×Ｖ×Ｐ／Ｑ 滞留時間τとＳｉＨ^* ，Ｈ^* ラジカルの発光強度との関
係を図１３に示した。先述の様に、高品質なａ−Ｓｉ薄
膜を得るためには、発光強度の関係が［ＳｉＨ^*］≧
［Ｈ^* ］であることから、滞留時間τは２．５ｓｅｃ以
下である必要がある。図中において、白の○，△プロッ
トは［ＳｉＨ］≧［Ｈ］なる条件であり、黒の○，△プ
ロットは［ＳｉＨ］＜［Ｈ］なる条件である。この時の
滞留時間τによる膜質の変化を、赤外吸収分析での中央
値Ｒｍで表すと図１４の様になる。滞留時間τ＞２．５
の領域において、ａ−Ｓｉ薄膜内にはＳｉＨ_２結合の比
が大きくなり、膜質の低下が起こっていることが確認で
きる。同様に、図１５に示した光導電率σ_p （Ｓ／ｃ
ｍ）と暗導電率σ_d （Ｓ／ｃｍ）との比であるＳ／Ｎ比
においても、滞留時間τ＞２．５ｓｅｃにおいて低下が
確認された。

【００７５】即ち、滞留時間τは２．５ｓｅｃ以下であ
ることが望ましいことが確認できる。

【００７６】また、滞留時間τと成膜速度ＤＲとの関係
を図１６に示し、基板内膜厚分布Ｔ_E （％）との関係を
図１７に示す。ここでは、基板内膜厚分布を最大膜厚と
最小膜厚をそれぞれＴ_MAX ，Ｔ_MIN とした場合、Ｔ_E ＝
（１−Ｔ_MIN ／Ｔ_MAX ）×１００で表している。なお、
基板サイズは、３０ｃｍ□である。図１６において、滞
留時間τが０．０５ｓｅｃより少ないと成膜速度が低下
し始め、また、５ｓｅｃ以上から同様に成膜速度が低下
する。これは、滞留時間τが小さい場合は、放電により
生成された反応性ラジカルが基板表面に到達する前に系
外へ排気されてしまい、逆に、滞留時間τが大きい場合
には、単純に原料不足のため、成膜速度が低下すると考
えられる。図１７においても、同様に考えることができ
る。滞留時間τが０．０５ｓｅｃより少ない場合は、原
料ガス流に従う分布が発生し、また、滞留時間τが５ｓ
ｅｃより大きい場合は、原料ガスの導入部から分布が生
じる。分布は、目安として１０％以下が望ましい。

【００７７】即ち、滞留時間τは、τ＜０．０５ｓｅｃ
の領域では成膜速度は減少し、膜厚分布は大きくなるた
め、大面積・生産性を考慮すれば、滞留時間τは０．０
５ｓｅｃ以上となる。

【００７８】これらの結果により、大面積薄膜デバイス
を歩留良く、均一に製造するためには滞留時間τ（ｓｅ
ｃ）は０．０５ｓｅｃ以上２．５ｓｅｃ以下である必要
があり、望ましくは、０．１ｓｅｃ以上２．５ｓｅｃ以
下であれば図１５に示した様に光電特性の向上が望め
る。

【００７９】次に、本発明に係る成膜方法により製造さ
れたａ−Ｓｉ薄膜を用いた電界効果型トランジスタの実
施例について述べる。

【００８０】図１８は逆スタガー型ＴＦＴの断面図であ
る。

【００８１】絶縁性基板１１上にゲート電極１２が形成
されており、更にその上に、絶縁層１３と半導体層１４
が積層されている。半導体層１４上には、オーミックコ
ンタクト層１５を介してソース・ドレイン電極１６が形
成されている。そして、保護膜１７により被膜されてい
る。次に、このＴＦＴの作製方法を図１９（ａ）〜
（ｄ）を用いて説明する。

【００８２】第１に、図１９（ａ）の様に、コーニング
製７０５９ガラス基板２１にスパッタリング装置によ
り、Ｃｒ薄膜（約１０００Å）を形成し、パターニング
してゲート電極２２を形成する。

【００８３】その後、プラズマＣＶＤ装置により、ゲー
ト絶縁層２３として、窒化シリコン、ＳｉＮ_X （約３０
００Å）薄膜を成膜し、次いで、半導体層２４として、
ノンドープ非晶質シリコン、ｉ型ａ−Ｓｉ（約６０００
Å）薄膜、オーミック・コンタクト層２５として、リン
ドープ微結晶シリコン、ｎ⁺ 型μｃ−Ｓｉ（約１０００
Å）薄膜を同一装置で順次成膜する。

【００８４】第２に、図１９（ｂ）の様に、スパッタリ
ング装置により、Ａｌ薄膜（約１μｍ）を形成し、パタ
ーニングしてソース・ドレイン電極２６を形成する。チ
ャンネル幅Ｗとチャンネル長ＬはＷ／Ｌ＝１００とし
た。

【００８５】第３に、図１９（ｃ）の様に、リアクティ
ブ・イオン・エッチングにより、不要なｎ⁺ 型μｃ−Ｓ
ｉ層をエッチングし、ギャップ部２８を形成する。

【００８６】第４に、図１９（ｄ）の様に、更に不要な
ＳｉＮ_X ／ｉ型ａ−Ｓｉ／ｎ⁺ 型μｃ−Ｓｉ層をアイソ
レーションした後、保護膜２７を堆積して、図１８の薄
膜トランジスタが作成される。

【００８７】ここで、本発明のポイントとなるａ−Ｓｉ
薄膜の製造方法について詳細に述べる。

【００８８】上述の第１で述べた様に、ａ−Ｓｉ薄膜の
作成は図２０に示した様な平行平板型プラズマＣＶＤ装
置により行なわれる。同図はｉ型ａ−Ｓｉ薄膜の成膜室
であり、ＳｉＮ_X ／ｉ型ａ−Ｓｉ／ｎ⁺ 型μｃ−Ｓｉ層
を連続成膜するための機構、及び、その他成膜室は不図
示である。同図において、３００は真空チャンバーであ
り、３０１は基板、３０２はアノード電極、３０３はカ
ソード電極、３０４は基板加熱用ヒーター、３０５は接
地用端子、３０６はマッチングボックス、３０７は高周
波電源、３０８は排気口、３０９は排気ポンプ、３１０
は原料ガス導入口、３２０，３４０，３２２，３４２は
バルブ、３２１，３４１はマスフローコントローラーを
示す。

【００８９】前室の不図示のＳｉＮ_X 成膜室から基板が
搬入され、同チャンバーが１×１０^-6Ｔｏｒｒ以下にな
るまで真空引きする。次に、原料ガスＳｉＨ₄ ，Ｈ₂ を
マスフローコントローラー３２１，３４１により２，１
８ｓｃｃｍ供給し、圧力を０．５Ｔｏｒｒに維持し、基
板加熱ヒーター３０４を設定して、基板温度が２００℃
になるまで保持した後、高周波電源３０７より、周波数
を８０ＭＨｚ、電力０．０４Ｗ／ｃｍ² を投入して、ｉ
型ａ−Ｓｉ膜を６０００Å成膜する。成膜後、同チャン
バーを同様に１×１０^-6Ｔｏｒｒ以下まで真空引きす
る。次に、不図示の次室のｎ⁺ 型μ−Ｓｉ成膜室へ移動
する。

【００９０】この様にして薄膜トランジスタを作製する
ことができる。本発明の一実施例として８０ＭＨｚの高
周波放電を例にとったが、勿論、周波数ｆを変えた場合
には、投入電力Ｐ_W （Ｗ／ｃｍ² ）は１０／ｆ（ＭＨ
ｚ）の関係で規定される値以下であり、望ましくは、発
光強度比［Ｈ^* ］／［ＳｉＨ^* ］が最小値となる投入電
力に変更する。各周波数ｆにより成膜したａ−Ｓｉ薄膜
を用いたＴＦＴの電界移動度μ（ｃｍ² ／Ｖｓｅｃ）の
周波数ｆ（ＭＨｚ）依存を図２１に示す。同図におい
て、周波数ｆが３０ＭＨｚ以上１２０ＭＨｚ以下におい
て、電界移動度μが向上し、従来の１３．５６ＭＨｚの
放電のａ−Ｓｉ薄膜の０．４７ｃｍ² ／Ｖｓｅｃに比べ
８０ＭＨｚでは最大値０．８８ｃｍ² ／Ｖｓｅｃと約２
倍となった。その理由は、一般的に明らかにされている
図２２に示すアルゴン（Ａｒ）放電での基板入射イオン
・エネルギーの差異から考えることができる。本発明の
８０ＭＨｚで高周波放電では、従来の１３．５６ＭＨｚ
での放電に比べて、基板へ入射到達するイオン・エネル
ギーが小さく、またエネルギー分散も少ないと言う特徴
があり、そのため、ａ−Ｓｉ薄膜を積層する場合に、ゲ
ート絶縁膜であるＳｉＮ_X 薄膜にイオン・ダメージを与
えず、界面特性が改良されたためと考えられる。

【００９１】また、膜特性・生産性・デバイス特性など
の何れかに重点を置くかによって、周波数を決定するこ
とも可能である。

【００９２】次に、本発明に係る参考例となる成膜方法
により製造されたａ−Ｓｉ薄膜を用いた電界効果型トラ
ンジスタの実施例について述べる。

【００９３】なお、作製しようとする逆スタガー型ＴＦ
Ｔの構成、その作製工程、及びａ−Ｓｉ薄膜の作成に用
いる平行平板型プラズマＣＶＤ装置の構成は図１８〜図
２０に示したものと同じなので、説明を省略するものと
し、差異を生ずるａ−Ｓｉ膜膜の製造方法についてのみ
以下に説明する。

【００９４】前室の不図示のＳｉＮ_X 成膜室から基板が
搬入され、同チャンバーが１×１０^-6Ｔｏｒｒ以下にな
るまで真空引きする。次に、原料ガスＳｉＨ₄ ，Ｈ₂ を
マスフローコントローラー３２１，３４１によりＳｉＨ
₄ ：Ｈ₂ ＝１：９にて供給し、圧力を０．５Ｔｏｒｒに
維持し、滞留時間τが１．０ｓｅｃとなる様に流量を調
節した。基板加熱ヒーター３０４を設定して、基板温度
が２００℃になるまで保持した後、高周波電源３０７よ
り、周波数を８０ＭＨｚ、電力０．０４Ｗ／ｃｍ² を投
入して、ｉ型ａ−Ｓｉ膜を６０００Å成膜する。成膜
後、同チャンバーを同様に１×１０^-6Ｔｏｒｒ以下まで
真空引きする。次に、不図示の次室のｎ⁺型μ−Ｓｉ成
膜室へ移動する。

【００９５】この様にして薄膜トランジスタを作製する
ことができる。本発明の一実施例として８０ＭＨｚの高
周波放電を例にとったが、勿論、周波数ｆを変えた場合
には、発光強度比［ＳｉＨ^* ］≧［Ｈ^* ］の関係を満た
す範囲で、望ましくは、発光強度比［Ｈ^* ］／［ＳｉＨ
^* ］が最小値を示す投入電力等の条件に変更する。滞留
時間τ（ｓｅｃ）と基板内平均の電界移動度μ（ｃｍ²
／Ｖｓｅｃ）との関係を図２３に示す。特性分布を考慮
すると、滞留時間τ（ｓｅｃ）が０．０５ｓｅｃ以上
２．５ｓｅｃ以下において、良好な電界移動度μ（ｃｍ
² ／Ｖｓｅｃ）を得ることができる。

【００９６】次に、本発明の非晶質窒化シリコン膜の製
造方法について説明する。

【００９７】図２４に本発明の実施例に用いた製造装置
を示す。基本的構造としては従来の平行平板型のプラズ
マＣＶＤ装置と同様である。

【００９８】同図において４００は真空チャンバー、４
０１はアノード電極、４０２は基板、４０３はカソード
電極である。アノード電極４０１は４０６でアースされ
ている。４０４は整合器、４０５は高周波電源である。
４０７はゲートバルブ、４０８はターボ分子ポンプ、４
０９はロータリーポンプである。また４１０，４２０は
シランガスラインバルブ、４１１，４２１は水素ガスラ
インバルブ、４１２，４２２はホスフィンガスラインバ
ルブ、４１３，４２３はジボランガスラインバルブ、４
１４，４２４はフッ化シリコンガスラインバルブ、４１
５〜４１９はマスフローメータである。高周波の印加の
しかたと取り扱いに注意すれば、本実施例におけるよう
な平行平板型ばかりでなく、感光体ドラムの製造に使わ
れている、カルーセル電極型においても、本実施例は適
用できる。

【００９９】まず本発明になる製造方法の原理を述べ
る。図２５にＳｉＨ^* ラジカル（４１４ｎｍ）の発光強
度［ＳｉＨ^* ］と、窒素ラジカルの発光強度［Ｎ^* ］の
印加高周波数ｆ依存を示す。図２９に成膜速度Ｒの印加
高周波数ｆ依存性を示す。図２６にＳｉＨ^* ラジカルの
発光強度［ＳｉＨ^* ］と、窒素ラジカルの発光強度［Ｎ
^* ］の印加高周波電力Ｐｗ依存性を示す。このときの条
件はＳｉＨ₄ ３ｓｃｃｍ、水素３０ｓｃｃｍ、窒素６０
ｓｃｃｍ、圧力０．２Ｔｏｒｒである。なお、図２５で
はＰｗ＝１０ｍＷ／ｃｍ² 、図２６ではｆ＝８０ＭＨｚ
とした。

【０１００】図２５より印加高周波数ｆを大きくする
と、プラズマ中のＳｉＨ^* ラジカル、窒素ラジカルは、
それに応じて増加している。しかしながら、ｆ＝８０Ｍ
Ｈｚあたりで極大値を持ち、それ以後は減少傾向にある
ことが分かる。シランガスや窒素ガスの分解率はプラズ
マ中の電子密度ｎ_e に依存するので、分解によって生じ
るＳｉＨ^* ラジカルやＮ^* ラジカルも電子密度ｎ_e に依
存する。よってプラズマ中の電子密度ｎ_e が印加高周波
数ｆ依存を示し、それに応じてラジカルの発光強度が、
図２５のような依存を示しているものと思われる。

【０１０１】図２９より成膜速度Ｒも印加高周波数ｆを
大きくするに従い増加し、ｆ＝１００ＭＨｚあたりで極
大を持っている。しかしながら１００ＭＨｚを超える領
域では基板上の膜厚分布が大きくなり、またポリシラン
ができやすくなり、これがゴミとなってピンホールが生
じ安くなった。また膜特性も均一に良好なものは得られ
なかった。よって好適には３０ＭＨｚから１００ＭＨｚ
の周波数帯で本発明の効果が十分に発揮できる。一般に
シランガス中での成膜速度は［ＳｉＨ^* ］に比例してお
り、図２９での傾向は図２５での［ＳｉＨ^* ］の傾向に
依存しているものと思われる。

【０１０２】図２６より印加高周波電力を増すと、［Ｓ
ｉＨ^* ］、［Ｎ^* ］も、ともに増加する傾向がある。

【０１０３】印加高周波数を上げることで、成膜速度を
稼ぐことができる。それに応じて印加電力を減らすこと
も可能である。これは装置を大型化し、大面積で成膜を
行う場合など特に効果的である。つまり装置の大型の割
に、高周波電源は小型化を図ることができ、装置コスト
の低減を図ることができる。また膜の特性への影響から
言っても、印加電力の少ない領域で作成することができ
れば、プラズマ中のイオンの総体的なエネルギーは減少
するので、膜表面に入射するイオンによるダメージを低
減することができ、良好な膜特性を有した膜を作成する
ことができる。またイオンのダメージを減らすという観
点から、プラズマ中のイオンの動きに注目してみる。一
般に高周波プラズマ中のイオンは、プラズマ中の高周波
による振動する電界に従い、プラズマ中を振動してい
る。この様子を式に表わせば以下のようになる。ここで
Ａはイオンの振動する振幅である。

【０１０４】 Ａ≒Ｖ／ｗ Ｖ：高周波１周期中の最高速度 ｗ：高周波の角周波数：ｆ＝２πｗ 今考えている成膜装置を平行平板型の装置とし、その電
極間距離をｄとする。そうすると ｄ＞Ａ という条件が満たされれば、プラズマ中のイオンは基板
上に達することなく、プラズマ中を行き来することにな
る。このような状態を一般に、プラズマ中に捕獲あるい
はトラップされた状態という。この関係式から明らかな
ように、印加高周波数を上げることにより、装置の大き
さにかかわりなく、イオンのトラップされた状態を作り
だすことができる。そうすることにより、基板上に入射
するイオンの量を低減することができた。そのために膜
表面や膜中へのイオンダメージが低減できた。

【０１０５】既に説明した図２２にこの様子を描いてい
る。基板位置に質量分析計を設置し、ここに飛び込んで
くるイオンの入射エネルギーと入射量の分布をもとめ
た。このデータは解析を容易にするためにアルゴンガス
について求めたものである。本発明の反応ガスについて
も本質的には同様な傾向を示す。従来の印加高周波数ｆ
＝１３．５６ＭＨｚと本発明になるｆ＝８０ＭＨｚの条
件では、基板に入射するイオンの入射エネルギーと入射
量が異なっている。ｆ＝８０ＭＨｚの条件での方が明ら
かに、平均入射エネルギーは低くなり、入射量は減少し
ている。

【０１０６】また以上の効果は基板ばかりでなく、チャ
ンバー壁に対しても当てはまり、チャンバーを叩くイオ
ンの数と、エネルギーを低減できるので、真空装置に特
別な処置を施すことなく、チャンバー壁からの脱ガスを
減らすことができた。本発明はこのような状態を積極的
に活用しようとするものである。

【０１０７】なお既に図２を用いて説明したように、あ
る電極間距離ｄに対して周波数が大きいと分布が大きく
なる。これは大面積化に対して大きな問題となる。そこ
で本発明者らは、種々の成膜パラメーターに対して、改
良を試みたところ、電極間距離が膜厚分布に影響を与え
ていることを見出し、さらに電極間距離を大きくするこ
とにより、分布が小さくなることを見出した。本発明の
種々の条件下で基板内の膜厚分布Ｔ（％）が１０％に納
まる条件下で、その関係を求めたところ、ｄ＝２ｃｍで
は分布が著しく大きく、使用できる範囲ではなく、ｄが
３ｃｍより大きいところでは、ｆ／ｄ＜３０を満たすｄ
であれば、おおむね良好な分布を得ることができること
が判明した。

【０１０８】また図３の種々の条件下での電極間距離と
膜中の欠陥準位密度の関係図に示されるように、電極間
距離が４ｃｍを超えると欠陥の密度は漸次減少している
のがわかるが、電極間距離が４ｃｍより小さくなると急
激に増加しているのが分かる。電極間距離は好適には４
ｃｍ以上が望ましいことが分かる。そこで本実施例では
電極間距離を４ｃｍとして検討を行った。

【０１０９】以上の実験事実と考察を踏まえ本発明の製
造方法によりシランガス、水素ガス、窒素ガスの混合ガ
スを用いて非晶質窒化シリコンを作成した。

【０１１０】図２４に示した様に、ガラス基板４０２を
チャンバー４００の中のアノード電極４０１上に取りつ
け、排気ポンプ４０９により排気し、１０^-6Ｔｏｒｒと
した。基板温度を３５０℃に設定し、ＳｉＨ₄ ガスを３
ｓｃｃｍ流し、Ｈ₂ ガスを３０ｓｃｃｍ、窒素ガスを６
０ｓｃｃｍ流し、チャンバー内圧を０．２Ｔｏｒｒにし
て、３０分の間保持した。然るのちに高周波電力を投入
し、整合器を調整することで放電を開始し、必要な時間
放電し成膜を行った。

【０１１１】印加高周波数はｆ＝１３．５６ＭＨｚ（従
来例）とｆ＝８０ＭＨｚ（実施例１）とした。このとき
の高周波電力はｆ＝１３．５６ＭＨｚで３０ｍＷ／ｃｍ
² 、ｆ＝８０ＭＨｚで２ｍＷ／ｃｍ² とした。膜の特性
比較のため成膜速度を１Å／ｓｅｃに揃えた。

【０１１２】この膜にアルミニウムの櫛型電極を蒸着
し、室温（２５℃）において、抵抗率を測定した。光学
的バンドギャップＥ_goptもこれらのサンプルを用いて測
定した。膜中の不純物量は２次イオン質量分析計で測定
した。

【０１１３】表１に、この条件でつけた膜の抵抗率と光
学的バンドギャップＥ_goptを示す。酸素の膜中濃度、水
素濃度、膜中のスピン密度を示す。

【０１１４】

【表１】 これは印加高周波数ｆを上げることにより、プラズマ中
のイオンはトラップされた状態にあり、基板表面やチャ
ンバー壁に入射するイオンのフラックスは減少する。膜
中の不純物は、チャンバー壁からの叩出しがない分、確
実に減少している。膜中のスピン密度については膜中の
不純物が減少したことと、成膜中のイオンダメージが減
少したことにより実現したものと思われる。本実施例で
抵抗率がより高くなっているのは、Ｓｉ−Ｓｉ、Ｓｉ−
Ｎなどの結合の不整合性が、イオンダメージが減少した
ことで改善されたためと思われる。

【０１１５】次に上記の条件での非晶質窒化シリコン膜
を薄膜トランジスタのゲート絶縁膜に使い評価した。図
３５にデバイス構成を示す。

【０１１６】ガラス基板１３１上に、真空蒸着法により
アルミを１０００Å成膜し、パターニングを施して、ゲ
ート電極１３２とした。

【０１１７】次にこのガラス基板１３１を図２４のチャ
ンバー４００の中のアノード電極上に取りつけ、排気ポ
ンプ４０８，４０９により、１０^-6Ｔｏｒｒまで排気し
た。基板温度を３５０℃に設定し、ＳｉＨ₄ ガスを３ｓ
ｃｃｍ流し、Ｈ₂ ガスを３０ｓｃｃｍ流し、窒素ガスを
６０ｓｃｃｍ流し、チャンバー内圧を０．２Ｔｏｒｒに
して、３０分の間保持して、基板温度が安定するのを待
った。然るのちに高周波電力を投入し、整合器を調整す
ることで放電を開始し、必要な時間放電し成膜を行っ
た。このとき周波数はｆ＝８０ＭＨｚを中心に何点かふ
った。高周波電力は、成膜速度を１０Å／ｓｅｃに揃う
ように設定した。放電終了後、ガスを排気して、１０^-6
Ｔｏｒｒまで高真空引きした。

【０１１８】次に、基板温度を２５０℃に設定し、Ｓｉ
Ｈ₄ ガスを３ｓｃｃｍ流し、Ｈ₂ ガスを３０ｓｃｃｍ流
し、チャンバー内圧を０．５Ｔｏｒｒにして、３０分の
間保持して、基板温度が安定するのを待った。然るのち
に通常の１３．５６ＭＨｚの高周波を１０ｍＷ／ｃｍ²
の電力で投入し、整合器を調整することで放電を開始
し、必要な時間放電し成膜を行った。３．５時間放電し
て５０００Åのイントリンシックな非晶質シリコン１３
４を成膜した。その後ガスを排気して、１０^-6Ｔｏｒｒ
まで高真空引きした。

【０１１９】次に、基板温度を２５０℃に設定し、Ｓｉ
Ｈ₄ ガスを３ｓｃｃｍ流し、Ｈ₂ ガスで１００ｐｐｍに
稀釈したホスフィンガスを１５０ｓｃｃｍ流し、チャン
バー内圧を０．５Ｔｏｒｒにして、３０分の間保持し
て、基板温度が安定するのを待った。然るのちに通常の
１３．５６ＭＨｚの高周波を３０ｍＷ／ｃｍ² の電力で
投入し、整合器を調整することで放電を開始し、必要な
時間放電し成膜を行った。３０分間放電して１５００Å
のｎ⁺ 型非晶質シリコン１３５を成膜した。その後ガス
を排気して、１０^-6Ｔｏｒｒまで高真空引きした。

【０１２０】次に、この基板を成膜装置から取り出し、
真空蒸着法によりアルミ１３６を１μｍ成膜した。

【０１２１】然る後、このアルミをパターニングし、ソ
ース、ドレイン電極とした。最後にこの電極をマスクに
して、ｎ⁺ 型非晶質シリコン１３５をエッチング除去し
た。

【０１２２】このように作成した薄膜トランジスタの内
代表的なｆ＝８０ＭＨｚで窒化シリコンを成膜した薄膜
トランジスタの特性を図３０（ａ）に示す。十分に良好
な特性を示している。図３１（ｂ）にＯＮ状態を１００
時間まで維持したときのスレショールド電圧Ｖ_thの変化
を示す。図中（ａ）は従来のデバイスのデータである。
従来は時間とともに正側にシフトしていたが、本実施例
によると、このシフトはかなり改善された。一般にこの
Ｖ_thシフトはＯＮ動作中にキャリア、この場合Ｎチャン
ネル動作なので電子が絶縁膜中に入り、膜中の捕獲準位
に捕獲され、ここに固定電荷が形成されることによる。
よって本発明の製造方法によれば、膜中の不純物が低減
され、また成膜中のイオンダメージも低減され膜中の欠
陥が減少し、この特性が改善されたものと思われる。ま
たこのＶ_thシフトの印加高周波数依存を図３４（ａ）に
示す。ｆ＝３０ＭＨｚあたりから上記の効果が現われて
いることが分かる。

【０１２３】次に同じ条件での非晶質窒化シリコン膜を
薄膜トランジスタのパッシベーション膜に使い評価し
た。ただし基板温度は薄膜トランジスタへの悪影響を避
けるため２５０℃に設定した。図３６にデバイスの構成
を示す。

【０１２４】ガラス基板１４１上に、真空蒸着法により
アルミを１０００Å成膜し、パターニングを施して、ゲ
ート電極１４２とした。

【０１２５】次にこのガラス基板１４１を図２４のチャ
ンバー４００の中のアノード電極上に取りつけ、排気ポ
ンプ４０８，４０９により、１０^-6Ｔｏｒｒまで排気し
た。基板温度を２５０℃に設定し、ＳｉＨ₄ ガスを３ｓ
ｃｃｍ流し、Ｈ₂ ガスを３０ｓｃｃｍ流し、窒素ガスを
６０ｓｃｃｍ流し、チャンバー内圧を０．５Ｔｏｒｒに
して、３０分の間保持して、基板温度が安定するのを待
った。然るのちに高周波電力を投入し、整合器を調整す
ることで放電を開始し、必要な時間放電しゲート絶縁膜
１４３の成膜を行った。このとき周波数はｆ＝１３．５
６ＭＨｚ、高周波電力は３０ｍＷ／ｃｍ² とした。放電
終了後、ガスを排気して、１０^-6Ｔｏｒｒまで高真空引
きした。

【０１２６】次に、基板温度を２５０℃に設定し、Ｓｉ
Ｈ₄ ガスを３ｓｃｃｍ流し、Ｈ₂ ガスを３０ｓｃｃｍ流
し、チャンバー内圧を０．５Ｔｏｒｒにして、３０分の
間保持して、基板温度が安定するのを待った。然るのち
に通常の１３．５６ＭＨｚの高周波を１０ｍＷ／ｃｍ²
の電力で投入し、整合器を調整することで放電を開始
し、必要な時間放電し成膜を行った。３．５時間放電し
て５０００Åのイントリンシックな非晶質シリコン１４
４を成膜した。その後ガスを排気して、１０^-6Ｔｏｒｒ
まで高真空引きした。

【０１２７】次に、基板温度を２５０℃に設定し、Ｓｉ
Ｈ₄ ガスを３ｓｃｃｍ流し、Ｈ₂ ガスで１００ｐｐｍに
稀釈したホスフィンガスを１５０ｓｃｃｍ流し、チャン
バー内圧を０．５Ｔｏｒｒにして、３０分の間保持し
て、基板温度が安定するのを待った。然るのちに通常の
１３．５６ＭＨｚの高周波を３０ｍＷ／ｃｍ² の電力で
投入し、整合器を調整することで放電を開始し、必要な
時間放電し成膜を行った。３０分間放電して１５００Å
のｎ⁺ 型非晶質シリコン１４５を成膜した。その後ガス
を排気して、１０^-6Ｔｏｒｒまで高真空引きした。

【０１２８】次に、この基板を成膜装置から取り出し、
真空蒸着法によりアルミ１４６を１μｍ成膜した。然る
後、このアルミをパターニングし、ソース、ドレイン電
極とした。

【０１２９】最後にこの電極をマスクにして、ｎ⁺ 型非
晶質シリコン１４５をエッチング除去した。この工程ま
では従来の薄膜トランジスタの作成工程である。

【０１３０】次にこの工程まで終了した基板上に、本発
明になる製造方法によりパッシベーション膜１４７を堆
積させた。まず基板を再びチャンバー４００の中のアノ
ード電極上に取りつけ、排気ポンプ４０８，４０９によ
り、１０^-6Ｔｏｒｒまで排気した。基板温度を２００℃
に設定し、ＳｉＨ₄ ガスを３ｓｃｃｍ流し、Ｈ₂ ガスを
３０ｓｃｃｍ流し、窒素ガスを６０ｓｃｃｍ流し、チャ
ンバー内圧を０．２Ｔｏｒｒにして、３０分の間保持し
て、基板温度が安定するのを待った。然るのちに高周波
電力を投入し、整合器を調整することで放電を開始し、
必要な時間放電し成膜を行った。このとき周波数はｆ＝
８０ＭＨｚを中心に何点かふった。放電終了後、ガスを
排気して、１０^-6Ｔｏｒｒまで高真空引きした。比較サ
ンプルとして同等の薄膜トランジスタ上に、周波数はｆ
＝１３．５６ＭＨｚ、高周波電力３０ｍＷ／ｃｍ² のパ
ッシベーション膜を付けたサンプルも用意した。このよ
うに作成した薄膜トランジスタの内代表的なｆ＝８０Ｍ
Ｈｚでパッシベーション膜を成膜した時の特性を図３３
（ｃ）に示す。図中（ｂ）は従来の方法で作成した場合
である。図中（ａ）はパッシベーション膜なしの初期特
性である。従来はプラズマ中のイオンによるダメージの
ためスレショールド電圧が、パッシベーション膜を付け
ることにより初期状態より正にシフトしていたが、本発
明のパッシベーション膜では、そのシフトをかなり低減
することができた。またこのＶ_thシフトの印加高周波数
依存を図３４（ｅ）に示す。ｆ＝３０ＭＨｚあたりから
上記の効果が現われているのが分かる。この実験結果よ
り、ｆ＝３０ＭＨｚあたりから印加高周波数を上げるこ
とにより、基板入射イオンが低減し、成膜時のイオンダ
メージも低減されているものと思われる。

【０１３１】次に本発明の非晶質窒化シリコン膜の製造
方法に係る第２の実施例について説明する。

【０１３２】フッ化シリコンと水素ガスと窒素ガスの混
合ガスを利用して本発明に成る製造方法で非晶質窒化シ
リコン膜を作成した。

【０１３３】先ずこのときのプラズマの様子を示す。図
２７にＳｉＦ^* ラジカルの発光強度の周波数依存性を示
す。印加高周波数を上げることにより、発光強度も上昇
していることが分かる。これはシランガスの場合と同様
にプラズマ中の電子密度が大きくなり、分解効率が上が
ったためと思われる。図２８にＳｉＦ^* ラジカルの発光
強度の印加電力依存性を示す。印加電力を上げるに従
い、発光強度も上昇していることが分かる。本実施例で
の印加高周波数は１３．５６ＭＨｚから１５０ＭＨｚと
した。

【０１３４】これらのプラズマ状態を示す条件でサンプ
ルを作成した。ガラス基板を図２４のチャンバー内のア
ノード電極に取り付け、排気ポンプ４０８，４０９で１
０^-6Ｔｏｒｒ以下に排気した。基板温度を３５０℃に設
定した後、バルブ４１４，４２４を開けてフッ化シリコ
ンガス３ｓｃｃｍ、バルブ４１１，４２１を開けてＨ₂
ガスを４０ｓｃｃｍ、窒素ガス１２０ｓｃｃｍを流し、
３０分保持した。然るのちに高周波電力を投入し、整合
器を調整することでプラズマ放電を開始し、成膜した。
全てのサンプルでその膜厚は１μｍ程度とした。

【０１３５】図２９（ｂ）に成膜速度Ｒの印加周波数ｆ
依存を示す。上記プラズマ発光で見たように、ガスは印
加高周波数を上げることで十分分解され、従来よりも高
い成膜速度を実現できた。

【０１３６】ここで作成した膜を使って、薄膜トランジ
スタのゲート絶縁膜として利用し評価した。このときの
単膜特性は表１の実施例２に示す。基本的にデバイス作
成工程は実施例１中の工程と同じなので省略する。ｆ＝
８０ＭＨｚで窒化シリコン膜を成膜した場合のデバイス
特性を図３０（ｂ）に示す。図３１（ｃ）にＯＮ動作を
１００時間維持したときのスレショールド電圧Ｖ_thの変
化を示す。図３２（ｃ）に熱処理をかけたときのスレシ
ョールド電圧Ｖ_thの変化を示す。図中は従来のデバイス
のデータである。基本特性は従来のものと同様に良好な
ものが得られた。またＯＮ動作によるＶ_thシフトは低減
された。これは膜中の不純物が減少し、これに伴う欠陥
や、成膜時のプラズマダメージによる欠陥が減少し、全
体的にキャリアの捕獲準位が低減され、これにトラップ
される電子が少なくなったためと思われる。本実施例で
のデバイスは膜中水素が抑えられている分、熱による水
素の拡散が起こりにくく、熱処理による負側へのＶ_thシ
フトが小さかった。またこのＯＮ動作によるＶ_thシフト
の印加高周波数依存を図３４（ｂ）に、熱によるＶ_thシ
フトの印加高周波数依存を図３４（ｄ）に示す。ｆ＝３
０ＭＨｚあたりから上記の効果が現われているのが分か
る。この実験結果より、ｆ＝３０ＭＨｚあたりから印加
高周波数を上げることにより、基板入射イオンが低減
し、成膜時のイオンダメージも低減されているものと思
われる。

【０１３７】次に別の本発明の非晶質窒化シリコン膜の
製造方法について説明する。

【０１３８】まず本発明の実施例の前提とする電極間距
離について述べる。

【０１３９】既に図２を用いて説明したように、ある電
極間距離ｄに対して周波数が大きいと分布が大きくな
る。これは大面積化に対して大きな問題となる。そこで
本発明者らは、種々の成膜パラメーターに対して、改良
を試みたところ、電極間距離が膜厚分布に影響を与えて
いることを見出し、さらに電極間距離を大きくすること
により、分布が小さくなることを見出した。本発明の種
々の条件下で基板内の膜厚分布Ｔ（％）が１０％に納ま
る条件下で、その関係を求めたところ、ｄ＝２ｃｍでは
分布が著しく大きく、使用できる範囲ではなく、ｄが３
ｃｍより大きいところでは、ｆ／ｄ＜３０を満たすｄで
あれば、おおむね良好な分布を得ることができることが
判明した。

【０１４０】また図３の種々の条件下での電極間距離と
膜中の欠陥準位密度の関係図に示されるように、電極間
距離が４ｃｍを超えると欠陥の密度は漸次減少している
のがわかるが、電極間距離が４ｃｍより小さくなると急
激に増加しているのが分かる。電極間距離は好適には４
ｃｍ以上が望ましいことが分かる。そこで本実施例では
電極間距離を４ｃｍとして検討を行った。

【０１４１】図３７に本実施例に用いた製造装置を示
す。基本構造としては、従来の平行平板型のプラズマＣ
ＶＤ装置と同様である。

【０１４２】同図に示すように、５００は真空チャンバ
ー、５０１はアノード電極、５０２は基板、５０３はカ
ソード電極である。アノード電極５０１はアースされて
いる。５０４は整合器、５０５は高周波電源である。５
０７はゲートバルブ、５０８はターボ分子ポンプ、５０
９はロータリーポンプである。

【０１４３】先ず、ＳｉＨ₄−ＮＨ₃ 系混合ガスを必要
に応じてＨ₂ で希釈して真空チャンバー５００内へ導入
する。本実施例ではＳｉＨ₄ を１０ｓｃｃｍ、ＮＨ₃ を
２００ｓｃｃｍ、Ｈ₂ を１００ｓｃｃｍそれぞれマスフ
ローコントローラー５１５，５１６，５１７を用いて導
入し、圧力を０．２Ｔｏｒｒに維持した。高周波電源の
周波数ｆを１３．５６ＭＨｚから１５０ＭＨｚまで変化
させた。この時、成膜には投入電力は１０ｍＷ／ｃｍ²
以上あれば十分であるが、本実施例では分布等を考慮し
て３０ｍＷ／ｃｍ² とした。

【０１４４】電源周波数ｆと成膜速度ＤＲとの関係を図
３８に示した。同図は基板温度Ｔ_Ｓ３５０℃でのもので
ある。成膜速度は基板温度に依存しないが、周波数に対
してピークを持っている。その理由は、放電周波数の増
加に従い、原料ガスの分解が促進され、一旦成膜速度は
増加するが、更に周波数を増加すると、原料ガス及び前
駆体が過分解し始めるため成膜速度が低下するためであ
ると推定している。次に、各成膜温度における電源周波
数ｆと膜内水素量Ｃ_H を図３９に示した。また、各基板
温度３５０℃，２５０℃，１５０℃におけるそれぞれの
膜内水素量と応力との関係を図４０、図４１、図４２に
示した。同図より、若干圧縮応力（具体的には本発明で
は最適値として１×１０⁹ ｄｙｎ／ｃｍ² 以上４×１０
⁹ ｄｙｎ／ｃｍ² 以下である）を示すには、従来の高品
質膜を実現する基板温度２５０℃以上３５０℃以下で
は、高周波電源の周波数を３０ＭＨＨｚ以上１２０ＭＨ
ｚ以下にすることにより、実現できる。

【０１４５】次に、周波数と膜内スピン密度との関係を
図４３に示す。同図は基板温度３５０℃での周波数依存
を示したものであるが、１５０℃以上であれば同様な傾
向を示した。即ち、周波数ｆが３０ＭＨｚ未満の低い領
域では、基板に入射するイオンダメージが大きく、欠陥
の多い膜となると推定している。既に述べた様に、基板
位置に質量分析計を設置し、ここに飛び込んでくるイオ
ンの入射エネルギーと入射量の分布を求めた図２２がそ
の根拠の一例となる。これはデータ解析を容易にするた
めにアルゴンガスを用いたものである。これにより明ら
かな様に、１３．５６ＭＨｚでのＲＦ放電では高エネル
ギー成分が基板へ入射している。又、周波数ｆが１２０
ＭＨｚ超える領域においても、膜質が低下する。その理
由としては、高周波放電に移行するに従い、原料ガス及
び前駆体が過分解されたためと推定している。更に、こ
の領域は、大面積化を考えた場合、膜厚・膜質分布の問
題などの問題がでてくる。

【０１４６】これらの結果により、周波数は３０ＭＨｚ
以上１２０ＭＨｚ以下の範囲であれば、応力を若干圧縮
側で、且つ、Ｎ／Ｓｉ比、光学バンドギャップ、スピン
密度など損わず高品質で、且つ、生産性の高いＳｉＮ_X
薄膜が作成できる。

【０１４７】次に、この様な成膜方法により製造された
ＳｉＮ_X 薄膜を用いた電界効果型トランジスタの実施例
について述べる。

【０１４８】図４４は逆スタガー型ＴＦＴの断面図であ
る。

【０１４９】絶縁性基板３１上にゲート電極３２が形成
されており、更にその上に、絶縁層３３と半導体層３４
が積層されている。半導体層３４上には、オーミックコ
ンタクト層３５を介してソース・ドレイン電極３６が形
成されている。そして、保護膜３７により被膜されてい
る。次に、このＴＦＴの作製方法を図４５（ａ）〜
（ｄ）を用いて記す。

【０１５０】第１に、図４５（ａ）の様に、コーニング
製７０５９ガラス基板４１にスパッタリング装置によ
り、Ｃｒ薄膜（約１０００Å）を形成し、パターニング
してゲート電極４２を形成する。

【０１５１】その後、プラズマＣＶＤ装置により、ゲー
ト絶縁層４３として、窒化シリコン、ＳｉＮ_X （約３０
００Å）薄膜を成膜し、次いで、半導体層４４として、
ノンドープ非晶質シリコン、ｉ型ａ−Ｓｉ（約６０００
Å）薄膜、オーミック・コンタクト層４５として、リン
ドープ微結晶シリコン、ｎ⁺ 型μｃ−Ｓｉ（約１０００
Å）薄膜を同一装置で順次成膜する。

【０１５２】第２に、図４５（ｂ）の様に、スパッタリ
ング装置により、Ａｌ薄膜（約１μｍ）を形成し、パタ
ーニングしてソース・ドレイン電極４６を形成する。チ
ャンネル幅Ｗとチャンネル長ＬはＷ／Ｌ＝１００とし
た。

【０１５３】第３に、図４５（ｃ）の様に、リアクティ
ブ・イオン・エッチングにより、不要なｎ⁺ 型μｃ−Ｓ
ｉ層をエッチングし、ギャップ部４８を形成する。

【０１５４】第４に、図４５（ｄ）の様に、更に不要な
ＳｉＮ_X ／ｉ型ａ−Ｓｉ／ｎ⁺ 型μｃ−Ｓｉ層をアイソ
レーションした後、保護膜４７を堆積して、図４４の薄
膜トランジスタが作成される。

【０１５５】ここで、本発明のポイントとなるＳｉＮ_X
薄膜の製造方法について詳細に述べる。

【０１５６】上述の第１で述べた様に、ａ−Ｓｉ薄膜の
作成は図４６に示した様な平行平板型プラズマＣＶＤ装
置により行われる。同図はＳｉＮ_X 薄膜の成膜室であ
り、ＳｉＮ_X ／ｉ型ａ−Ｓｉ／ｎ⁺ 型μｃ−Ｓｉ層を連
続成膜するための機構、及び、その他成膜室は不図示で
ある。同図において、６００は真空チャンバーであり、
６０１は基板、６０２はアノード電極、６０３はカソー
ド電極、６０４は基板加熱用ヒーター、６０５は接地用
端子、６０６はマッチングボックス、６０７は高周波電
源、６０８は排気口、６０９は排気ポンプ、６１０は原
料ガス導入口、６２０，６３０，６４０，６２２，６３
２，６４２はバルブ、６２１，６３１，６４１はマスフ
ローコントローラーを示す。

【０１５７】前室の不図示のロード室にて予備加熱され
た後、基板が搬入され、同チャンバーが１×１０^-6Ｔｏ
ｒｒ以下になるまで真空引きする。次に、原料ガスＳｉ
Ｈ₄，ＮＨ₃ ，Ｈ₂ をマスフローコントローラー６２
１，６３１，６４１により１０，２００，１００ｓｃｃ
ｍ供給し、圧力を０．２Ｔｏｒｒに維持し、基板加熱ヒ
ーター６０４を設定して、基板温度が３５０℃になるま
で保持した後、高周波電源６０７より、周波数を８０Ｍ
Ｈｚ、電力３０ｍＷ／ｃｍ² を投入して、ＳｉＮ_X 膜を
３０００Å成膜する。成膜後、同チャンバーを同様に１
×１０^-6Ｔｏｒｒ以下まで真空引きする。次に、不図示
の次室のｉ型ａ−Ｓｉ成膜室へ移動する。

【０１５８】この様にして薄膜トランジスタを作製する
ことができる。本発明の一実施例として８０ＭＨｚの高
周波放電を例にとった。各周波数ｆにより成膜したＳｉ
Ｎ_X薄膜を用いたＴＦＴの電界移動度μ（ｃｍ² ／Ｖｓ
ｅｃ）を、その薄膜の応力に対してまとめると図４７の
様になる。従来の１３．５６ＭＨｚを用いた場合に比べ
て、電界移動度μは周波数ｆ＝８０ＭＨｚで最大とな
り、約２倍の向上が認められた。従来の１３．５６ＭＨ
ｚのＲＦプラズマＣＶＤ法により作成したＳｉＮ_X 薄膜
での電界移動度をＮＨ₃ 、Ｎ₂ をそれぞれ黒の○△プロ
ットで表した。

【０１５９】すなわち、周波数は３０ＭＨｚ以上１２０
ＭＨｚ以下、望ましくは５０ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以
下において電界移動度が向上する。

【０１６０】また、従来の１３．５６ＭＨｚと８０ＭＨ
ｚで作成された、このＴＦＴの安定性について比較し
た。図４８にＯＮ状態を１００時間まで維持した場合の
閾値電圧の変化を示した。信頼性も向上していることが
解る。

【０１６１】次に、本発明の微結晶シリコン膜の製造方
法について説明する。

【０１６２】図４９に本実施例に用いた製造装置を示
す。基本的構造としては従来の平行平板型のプラズマＣ
ＶＤ装置と同様である。

【０１６３】同図において、７００は真空チャンバー、
７０１はアノード電極、７０２は基板、７０３はカソー
ド電極である。アノード電極７０１は７０６でアースさ
れている。７０４は整合器、７０５は高周波電源であ
る。７０７はゲートバルブ、７０８はターボ分子ポン
プ、７０９はロータリーポンプである。また、７１０，
７１８はシランガスラインバルブ、７１１，７１９は水
素ガスラインバルブ、７１２，７２０はホスフィンガス
ラインバルブ、７１３，７２１はジボランガスラインバ
ルブ、７１４〜７１７はマスフローメータである。

【０１６４】なお、高周波の印加のしかたと取り扱いに
注意すれば、本実施例におけるような平行平板型ばかり
でなく、感光体ドラムの製造に使われている、カルーセ
ル電極型においても、本実施例は適用できる。

【０１６５】まず本実施例になる製造方法の原理を述べ
る。図５０にＳｉＨ^* ラジカル（４１４ｎｍ）の発光強
度［ＳｉＨ^* ］と、水素ラジカルの発光強度［Ｈ^* ］
（６５６ｎｍ）の印加高周波数ｆ依存を示す。図５１に
成膜速度Ｒの印加高周波数ｆ依存を示す。図５２、５３
にＳｉＨ^* ラジカルの発光強度［ＳｉＨ^* ］と、水素ラ
ジカルの発光強度［Ｈ^* ］の印加高周波電力Ｐｗ依存を
示す。このときの条件はＳｉＨ₄ ３ｓｃｃｍ、水素１５
０ｓｃｃｍ、圧力０．５Ｔｏｒｒである。

【０１６６】図５０より印加高周波数ｆを大きくする
と、ｆ＝３０ＭＨｚあたりからプラズマ中のＳｉＨ^* ラ
ジカル、水素ラジカルは、それに応じて増加し始める。
しかしながら、ｆ＝８０ＭＨｚあたりで極大値を持ち、
それ以後は減少傾向にあり１２０ＭＨｚを超えると急激
に減少し始めていることが分かる。シランガスや水素ガ
スの分解率はプラズマ中の電子密度ｎ_e に依存するの
で、分解によって生じるＳｉＨ^* ラジカルやＨ^* ラジカ
ルも電子密度ｎ_e に依存する。よってプラズマ中の電子
密度ｎ_e が印加高周波数ｆ依存を示し、それに応じてラ
ジカルの発光強度が、図５０のような依存を示している
ものと思われる。

【０１６７】図５１より成膜速度Ｒも印加高周波数ｆを
大きくするに従い増加し、ｆ＝８０ＭＨｚあたりで極大
を持っている。しかしながら１００ＭＨｚを超える領域
では基板上の膜厚分布が大きくなり、またポリシランが
できやすくなり、これがゴミとなってピンホールが生じ
安くなった。また膜特性も均一に良好なものは得られな
かった。よって好適には３０ＭＨｚから１００ＭＨｚの
周波数帯で本発明の効果が十分に発揮できる。一般にシ
ランガス中での成膜速度は［ＳｉＨ^* ］に比例してお
り、図５１での傾向は図５０での［ＳｉＨ^* ］の傾向に
依存しているものと思われる。

【０１６８】図５２、５３より印加高周波電力を増す
と、［ＳｉＨ^* ］、［Ｈ^* ］も、ともに増加するが、
［ＳｉＨ^* ］に比べて、［Ｈ^* ］の方が依存が大きい。

【０１６９】一般に微結晶シリコン作成する場合、いく
つかの条件がある。まずプラズマ中の［Ｈ^* ］と成膜速
度Ｒとの間に［Ｈ^* ］／Ｒ＞ａ（ａはある定数）の関係
が成立する必要がある。これは成膜表面を覆う水素があ
る一定量以上ないと結晶化しにくいことを示している。
またシランガスを用いるプラズマにおいては、成膜速度
Ｒは［ＳｉＨ^* ］に比例するので、この条件は［Ｈ^* ］
／［ＳｉＨ^* ］＞ａ′とも書き換えることができる。本
発明の実際の条件下ではこの値がａ′＝１であった。通
常の系では水素ガスの希釈率を上げ、この比率を稼いで
いる。

【０１７０】しかしながらそうすることにより、シラン
ガスの分圧が低下し、成膜速度が極端に落ちていた。そ
こで本発明のように、印加高周波数を上げることで、ガ
スの分解効率を上げ、成膜速度の低下を防ぐことができ
る。さらにより高い成膜速度を実現することができ、成
膜時間の短縮化を図ることもできる。これが本発明の第
１の効果である。

【０１７１】図５２、５３において［Ｈ^* ］／［ＳｉＨ
^* ］＝１となる点Ｐに注目すると、Ｐ点は印加高周波数
ｆを上げるに従い、左上に移動していく。この点での印
加電力Ｐｗと印加高周波数ｆは、およそＰｗ＝ｋ／ｆ
（Ｐｗ：Ｗ／ｃｍ² 、ｆ：ＭＨｚ）の関係で変化する。
この点ばかりでなく、［Ｈ^* ］／［ＳｉＨ^* ］＝ａ′を
満たす点も同様の変化を示す。つまりある一定比率以上
の［Ｈ^* ］／［ＳｉＨ^*］比をある印加高周波数ｆで実
現するためには、印加高周波電力の加減が存在すること
になる。

【０１７２】これを今回種々の条件下で求めたところ、
図５４に示されたようなｋ＝１の曲線を下限として、好
適には、境界領域を若干外れたｋ＝１０として図の斜線
で示された領域が本発明の実現できる領域であることが
判明した。この点が本発明の第２の効果である。つまり
印加高周波数を高くすることで、微結晶シリコンを作成
する条件を崩さずに、より広い印加高周波電力範囲で層
所望の膜が得られるということである。これは装置を大
型化し、大面積で成膜を行う場合など特に効果的であっ
た。つまり装置の大型の割に、高周波電源は小型化を図
ることができ、装置コストの低減を図ることができた。
また膜の特性への影響から言っても、印加電力の少ない
領域で作成することができれば、プラズマ中のイオンの
総体的なエネルギーは減少するので、膜表面に入射する
イオンによるダメージを低減することができ、良好な膜
特性を有した膜を作成することができる。

【０１７３】またイオンのダメージを減らすという観点
から、プラズマ中のイオンの動きに注目してみる。一般
に高周波プラズマ中のイオンは、プラズマ中の高周波に
よる振動する電界に従い、プラズマ中を振動している。
この様子を式に表わせば以下のようになる。ここでＡは
イオンの振動する振幅である。

【０１７４】 Ａ≒Ｖ／ｗ Ｖ：高周波１周期中の最高速度 ｗ：高周波の角周波数：ｆ＝２πｗ 今考えている成膜装置を平行平板型の装置とし、その電
極間距離をｄとする。そうすると ｄ＞Ａ という条件が満たされれば、プラズマ中のイオンは基板
上に達することなく、プラズマ中を行き来することにな
る。このような状態を一般に、プラズマ中に捕獲あるい
はトラップされた状態という。この関係式から明らかな
ように、印加高周波数を上げることにより、装置の大き
さにかかわりなく、イオンのトラップされた状態を作り
だすことができる。そうすることにより、基板上に入射
するイオンの量を低減することができた。また後述する
ようにイオンは微結晶生成上悪影響を及ぼすと思われる
ので、単純なイオンダメージばかりでなく、良質な微結
晶を効率良く作成するためにも効果的である。本発明は
このような状態を積極的に活用しようというものであ
る。

【０１７５】既に説明した図２２にこの様子を描いてい
る。基板位置に質量分析計を設置し、ここに飛び込んで
くるイオンの入射エネルギーと入射量の分布をもとめ
た。このデータは解析を容易にするためにアルゴンガス
について求めたものである。本発明の反応ガスについて
も本質的には同様な傾向を示す。従来の印加高周波数ｆ
＝１３．５６ＭＨｚと本発明になるｆ＝８０ＭＨｚの条
件では、基板に入射するイオンの入射エネルギーと入射
量が異なっている。ｆ＝１００ＭＨｚの条件での方が明
らかに、平均入射エネルギーは低くなり、入射量は減少
している。

【０１７６】図２に示されているように、ある電極間距
離ｄに対して周波数が大きいと分布が大きくなる。これ
は大面積化に対して大きな問題となる。そこで本発明者
らは、種々の成膜パラメーターに対して、改良を試みた
ところ、電極間距離が膜厚分布に影響を与えていること
を見出し、さらに電極間距離を大きくすることにより、
分布が小さくなることを見出した。本発明の種々の条件
下で基板内の膜厚分布Ｔ（％）が１０％に納まる条件下
で、その関係を求めたところ、ｄ＝２ｃｍでは分布が著
しく大きく、使用できる範囲ではなく、ｄが３ｃｍより
大きいところでは、ｆ／ｄ＜３０を満たすｄであれば、
おおむね良好な分布を得ることができることが判明し
た。

【０１７７】図３には種々の条件下での電極間距離と膜
中の欠陥準位密度の関係を示す。電極間距離が４ｃｍを
超えると欠陥の密度は漸次減少しているのがわかるが、
電極間距離が４ｃｍより小さくなると急激に増加してい
るのが分かる。電極間距離は好適には４ｃｍ以上が望ま
しいことが分かる。そこで本実施例では電極間距離を４
ｃｍとして検討を行った。

【０１７８】以上の実験事実と考察を踏まえ本発明の製
造方法により不純物を含まない微結晶シリコンを作成し
た。

【０１７９】ガラス基板７０２をチャンバー７００の中
のアノード電極上に取りつけ、排気ポンプ７０９により
排気し、１０^-6Ｔｏｒｒとした。基板温度を２５０℃に
設定し、ＳｉＨ₄ ガスを３ｓｃｃｍ流し、Ｈ₂ ガスを１
５０ｓｃｃｍ流し、チャンバー内圧を０．５Ｔｏｒｒに
して、３０分の間保持した。然るのちに高周波電力を投
入し、整合器を調整することで放電を開始し、必要な時
間放電し成膜を行った。

【０１８０】印加高周波数はｆ＝１３．５６ＭＨｚから
ｆ＝１５０ＭＨｚの間を変化させてサンプルを作成し
た。このときの高周波電力は７ｍＷ／ｃｍ² から０．１
Ｗ／ｃｍ² とした。

【０１８１】Ｘ線回折で結晶性を評価したところ、全て
のサンプルで結晶化を起こしていた。この膜にアルミニ
ウムの櫛型電極を蒸着し、室温（２５℃）において、暗
導電率と活性化エネルギーを測定した。光学的バンドギ
ャップＥ_goptもこれらのサンプルを用いて作成した。

【０１８２】図５７中の（ａ）で示した実線でこの条件
でつけた膜の暗導電率の印加高周波数依存を示す。図５
８中の（ａ）に活性化エネルギーの印加高周波数依存を
示す。図中破線で示したのは、膜にごみが多く特性の再
現性が十分でないものである。これは１００ＭＨｚ、特
に１２０ＭＨｚを超えると、シランガスの過分解が起こ
りやすくなり、ポリシランができやすく、これがごみの
原因と思われる。

【０１８３】図５７、５８より印加高周波数を上げるに
従い、暗導電率は上昇し、活性化エネルギーは低下して
いることが分かる。これは膜の結晶化にともなう現象で
あり、堆積する膜が結晶化する条件として、基板表面に
入射するイオンの量を低減することが従来指摘されてお
り、この実験結果から印加高周波数をあげることによ
り、プラズマ中のイオンはトラップされた状態にあり、
図２２で述べたように、基板に入射するイオンの数とそ
のエネルギーが減少したため、実際結晶化が進んだもの
と考えられる。

【０１８４】また本発明の更なる効果として、初期膜の
改善がある。一般に微結晶シリコンを成膜する場合、５
００Å程の初期膜は微結晶の成長が不十分でかつ欠陥の
多い領域となっていることが分かっている。これは成膜
初期の絶縁基板上は負のバイアスがかかり、これにとも
ない、基板上にイオンが入射し、これが上記のような不
都合を生じさせているものと考えられる。微結晶シリコ
ンは半導体デバイスのブロッキング層やオーミック層と
して用いられることが多く、せいぜいその膜厚は１００
０Å程度であることが多く、そうするとこの厚さの半分
ほどが良好な膜質になっていないことになる。

【０１８５】こういった初期膜は成膜条件やプロセスの
不安定性から変動を起こし、最終的なデバイス特性の悪
化や不安定性を引き起こすことが分かっている。特に生
産現場でのこういったトラブルは重大である。

【０１８６】そこで本発明の製造方法を利用すれば、そ
もそもイオンはプラズマ中にトラップされ、基板上に入
射する量を低減化することができる。よって本発明の方
法による微結晶シリコン初期膜から良好な膜になってい
ることが確認された。

【０１８７】次に本発明の微結晶シリコン膜の製造方法
で不純物を含むｎ⁺ 型微結晶シリコン膜を作成した他の
実施例を示す。まずこのときのプラズマの様子を示す。
図５５にホスフィンラジカルの発光強度の周波数依存性
を示す。図５６にホスフィンラジカルの印加電力依存性
を示す。このときの高周波電力は３ｍＷ／ｃｍ² から１
００ｍＷ／ｃｍ² の間を変化させたサンプルを作成し
た。また印加高周波数は１３．５６ＭＨｚから１５０Ｍ
Ｈｚまで変化させた。

【０１８８】ガラス基板７０２をチャンバー７００の中
のアノード電極上に取りつけ、排気ポンプ７０８，７０
９により、１０^-6Ｔｏｒｒまで排気した。次に、基板温
度を２５０℃に設定した後、バルブ７１０，７１８を開
けてＳｉＨ₄ ガスを３ｓｃｃｍ流し、バルブ７１２，７
２０を開けてＨ₂ ガスで１００ｐｐｍに希釈したＰＨ₃
ガス１５０ｓｃｃｍを流し、チャンバー内圧を０．５Ｔ
ｏｒｒにして、３０分の間保持して、基板温度が安定す
るのを待った。然るのちに高周波電力を投入し、整合器
を調整することで放電を開始し、必要な時間放電し成膜
を行った。１μｍの膜を成膜した。その後ガスを排気し
て、１０^-6Ｔｏｒｒまで高真空引きした。

【０１８９】Ｘ線回折で結晶性を評価したところ、全て
のサンプルで結晶化を起こしていた。この膜にアルミニ
ウムの櫛型電極を蒸着し、室温（２５℃）において、暗
導電率と活性化エネルギーを測定した。

【０１９０】図５７中の（ｂ）にこの条件でつけた膜の
暗導電率の印加高周波数依存を示す。図５８中の（ｂ）
に活性化エネルギーの印加高周波数依存を示す。図５９
にドーピング効率の印加高周波数依存を示す。図５７、
５８より印加高周波数を上げるに従い、暗導電率は上昇
し、活性化エネルギーは低下していることが分かる。こ
れは図中の（ａ）のノンドーピング膜の動きから分かる
ように、ドーピング効率も印加高周波数をあげると、膜
の結晶化が促進され、それにともない、膜中へのリンの
取り込みが盛んに行われているものと思われる。しかも
図５９から分かるように、ドーピング効率も印加高周波
数を上げるに従い上昇しているので、これも結晶性の向
上によるものと思われる。

【０１９１】次にここで作成した膜の内、印加高周波数
８０ＭＨｚの膜を、イントリンシックな非晶質シリコン
を光導電膜とした光導電型センサーデバイスのオーミッ
ク層として用い評価した。図６０にデバイス構成を示
す。

【０１９２】ガラス基板７０２を図４９に示したチャン
バー７００の中のアノード電極上に取りつけ、排気ポン
プ７０８，７０９により、１０^-6Ｔｏｒｒまで排気し
た。次に、基板温度を２５０℃に設定し、ＳｉＨ₄ ガス
を３ｓｃｃｍ流し、Ｈ₂ ガスを３０ｓｃｃｍ流し、チャ
ンバー内圧を０．５Ｔｏｒｒにして、３０分の間保持し
て、基板温度が安定するのを待った。然るのちに通常の
１３．５６ＭＨｚの高周波を１０ｍＷ／ｃｍ² の電力で
投入し、整合器を調整することで放電を開始し、必要な
時間放電し成膜を行った。３．５時間放電して５０００
Åのイントリンシックな非晶質シリコンを成膜した。そ
の後ガスを排気して、１０^-6Ｔｏｒｒまで高真空引きし
た。

【０１９３】次に、本発明の製造方法でこのイントリン
シック非晶質シリコン上にｎ⁺ 型微結晶シリコンを堆積
した。基板をチャンバー７００の中のアノード電極上に
保持し、基板温度を２５０℃に設定したまま、ＳｉＨ₄
ガスを３ｓｃｃｍ流し、Ｈ₂ガスで１００ｐｐｍに希釈
したホスフィンガスを１５０ｓｃｃｍ流し、チャンバー
内圧を０．５Ｔｏｒｒにして、３０分の間保持して、基
板温度が安定するのを待った。然るのちに８０ＭＨｚの
高周波を投入し、整合器を調整することで放電を開始
し、必要な時間放電し１５００Åのｎ⁺ 型非晶質シリコ
ンを成膜した。その後ガスを排気して、１０^-6Ｔｏｒｒ
まで高真空引きした。

【０１９４】次に、この基板を成膜装置から取り出し、
真空蒸着法によりアルミを１μｍ成膜した。

【０１９５】然る後、このアルミをパターニングし、電
極とした。

【０１９６】最後にこの電極をマスクにして、ｎ⁺ 型非
晶質シリコンをエッチング除去した。

【０１９７】このように作成したデバイスの暗電流のバ
イアス依存を図６１（ｂ）に示す。図６２（ｂ）に波長
５６０（ｎｍ）、２００（ｌｘ）の光源のもとでの光電
流のバイアス依存を示す。図中（ａ）は従来のデバイス
のデータである。従来は低バイアス時の特に暗電流が非
オーミックな特性を示していた。光電流でも若干同様な
特性を示していた。これはイントリンシック非晶質シリ
コン層とｎ⁺ 微結晶シリコン層との接合が良好でないた
めに起こると思われる。しかしながら本発明の方法でｎ
⁺ 微結晶シリコン層を作成すると、上記のような非オー
ミック特性は改善された。ｎ⁺ 微結晶シリコンが改善さ
れたことで、接合が良好に形成され、さらにイオンによ
るイントリック非結晶質シリコン層へのダメージも軽減
され、光電特性も改善された。

【０１９８】次に本発明の微結晶シリコン膜の製造方法
でｐ⁺ 型微結晶シリコン膜を作成したさらに他の実施例
を示す。

【０１９９】先ずこのときのプラズマの様子を示す。図
５５にボロンラジカルの発光強度の周波数依存性を示
す。通常は発光が見えないボロンラジカルの発光が観測
されており、印加高周波数を上げることにより、発光強
度も上昇していることが分かる。これはシランガスの場
合と同様にプラズマ中の電子密度が大きくなり、分解効
率が上がったためと思われる。図５６にボロンラジカル
の発光強度の印加電力依存性を示す。印加電力を上げる
に従い、発光強度も上昇していることが分かる。本実施
例での印加高周波数は１３．５６ＭＨｚから１５０ＭＨ
ｚとした。これらのプラズマ状態を示す条件でサンプル
を作成した。

【０２００】図４９に示したガラス基板７０２をチャン
バー内のアノード電極に取り付け、排気ポンプ７０８、
７０９で１０^-6Ｔｏｒｒ以下に排気した。基板温度を２
００℃に設定した後、バルブ７１０，７１８を開けてシ
ランガスを３ｓｃｃｍ、バルブ７１３，７２１を開けて
Ｈ₂ ガスで１％に希釈したジボラン１５０ｓｃｃｍを流
し、３０分保持した。然るのちに高周波電力を投入し、
整合器を調整することでプラズマ放電を開始し、成膜し
た。全てのサンプルでその膜厚は１μｍ程度とした。

【０２０１】Ｘ線回折で結晶性を評価したところ、全て
のサンプルで結晶化を起こしていた。この膜にアルミニ
ウムの櫛型電極を蒸着し、室温（２５℃）において、暗
導電率と活性化エネルギーを測定した。

【０２０２】図５７中（ｃ）にこの条件でつけた膜の暗
導電率の印加高周波数依存を示す。図５８中（ｃ）に活
性化エネルギーの印加高周波数依存を示す。図５９にド
ーピング効率の印加高周波数依存を示す。図５７、５８
より印加高周波数を上げるに従い、暗導電率は上昇し、
活性化エネルギーは低下していることが分かる。これは
（ａ）のノンドーピング膜の動きから分かるように、ド
ーピング効率も印加高周波数をあげると、膜の結晶化が
促進され、それにともない、膜中へのボロンの取り込み
が盛んに行われているものと思われる。しかも図５９
（ｂ）から分かるように、ドーピング効率も印加高周波
数を上げるに従い上昇しているので、これも結晶性の向
上によるものと思われる。

【０２０３】次にここで作成した膜の内、印加高周波数
８０ＭＨｚの膜を使って、ＰＩＮ型フォトダイオードを
作成しデバイス評価した。図６３にデバイス構成を示
す。

【０２０４】まずこの下電極２６２を形成した基板２６
１上にｎ⁺ 型微結晶シリコン２６３を堆積した。基板を
図４９のチャンバー７００の中のアノード電極上に保持
し、基板温度を２５０℃に設定したまま、ＳｉＨ₄ ガス
を３ｓｃｃｍ流し、Ｈ₂ ガスで１００ｐｐｍに希釈した
ホスフィンガスを１５０ｓｃｃｍ流し、チャンバー内圧
を０．５Ｔｏｒｒにして、３０分の間保持して、基板温
度が安定するのを待った。然るのちに通常の１３．５６
ＭＨｚの高周波を３０ｍＷ／ｃｍ² の電力で投入し、整
合器を調整することで放電を開始し、必要な時間放電し
１５００Åのｎ⁺ 型非晶質シリコンを成膜した。その後
ガスを排気して、１０^-6Ｔｏｒｒまで高真空引きした。

【０２０５】次に、基板をチャンバー中に保持し、基板
温度を２５０℃に設定したまま、ＳｉＨ₄ ガスを３ｓｃ
ｃｍ流し、Ｈ₂ ガスで３０ｓｃｃｍ流し、チャンバー内
圧を０．５Ｔｏｒｒにして、３０分の間保持して、基板
温度が安定するのを待った。然るのちに通常の１３．５
６ＭＨｚの高周波を１０ｍＷ／ｃｍ² の電力で投入し、
整合器を調整することで放電を開始し、必要な時間放電
し成膜を行った。３．５時間放電して５０００Åのイン
トリンシックな非晶質シリコン２６４を成膜した。その
後ガスを排気して、１０^-6Ｔｏｒｒまで高真空引きし
た。

【０２０６】次に本発明の製造方法でイントリンシック
非晶質シリコン２６４上にｐ^- 微結晶シリコン層２６５
を堆積した。基板をチャンバー内のアノード電極に取り
付けたまま、基板温度を２００℃に設定した後、バルブ
７１０，７１８を開けてシランガス３ｓｃｃｍ、バルブ
７１３，７２１を開けてＨ₂ ガスで１％に希釈したジボ
ラン１５０ｓｃｃｍを流し、３０分保持した。然るのち
に印加高周波数８０ＭＨｚで高周波電力を投入し、整合
器を調整することでプラズマ放電を開始し、５００Å成
膜した。

【０２０７】次に、この基板を成膜装置から取り出し、
真空蒸着法により透明導電膜２６６を成膜した。

【０２０８】図６４中（ｂ）にこのデバイスのダイオー
ド特性を示す。図中（ａ）は従来の製造方法でｐ⁺ 微結
晶シリコン層を形成した場合のデータである。逆バイア
ス時の電流がかなり低減できた。また順方向の電流の立
ち上がりも改善できた。これはｐ^- 微結晶シリコン層と
下地のイントリンシック非晶質シリコン層との接合が十
分に形成され、ブロッキング特性が改善されたためと、
イオンによるダメージが低減されたためと思われる。

【０２０９】これらの実施例ではホスフィン、ジボラン
のみを取り上げて説明したが、その他ドーピングガスと
して、アルシン等を使っても同様な効果を上げることが
できる。

【０２１０】なお、以上説明した各実施例は、本発明の
非晶質シリコン膜の製造方法、非晶質窒化シリコンの製
造方法、微結晶シリコン膜の製造方法の各製造方法を各
々実施例した場合についてのものであるが、本発明の製
造方法を任意に組み合わせることも可能である。例え
ば、薄膜トランジスタ等のゲート絶縁層に本発明の非晶
質窒化シリコンの製造方法を用い、ｉ型半導体層に本発
明の非晶質シリコン膜の製造方法を用いることができ
る。ここで、各層（ｉ型半導体層、ｎ⁺ 半導体層、絶縁
層等）の全てが本発明の製造方法で形成されることが望
ましいことは勿論である。

【０２１１】以下に、非晶質シリコン膜の製造方法、非
晶質窒化シリコンの製造方法、微結晶シリコン膜の製造
方法を組み合わせて非単結晶半導体装置を作成した場合
について説明する。

【０２１２】先述のごとく、図１８に示された様な電界
効果型トランジスタ、またＰ−Ｉ−Ｎ型の半導体デバイ
ス等では各機能膜を連続して積層することが望ましい。
特性に重要な因子である界面制御を行うために問題とな
ることは各膜全て成膜速度が同じではなく、また必要な
厚みも異なることである。その結果連続成膜時に律速段
階が生じ、それがタクトタイムとなる。

【０２１３】図１８のような上述のデバイスでは、従来
ｉ型ａ−Ｓｉ層の成膜が律速段階となっていた。本発明
においては、その放電周波数を適切に選択することによ
り律速段階をなくし、スループットを向上させ、コスト
ダウンを実現することができる。また、更に各層の放電
周波数を品質を考慮して上げることにより、スループッ
トを上げることができる。

【０２１４】もちろん、スループットを上げるだけでな
く、本発明に係る非晶質窒化シリコン膜をゲート絶縁層
として用い、また本発明の非晶質シリコン膜又は微結晶
シリコン膜等の非単結晶膜を半導体層として用いた場合
には先述のように、信頼性の高い、優れた特性のＴＦＴ
が実現できる。

【０２１５】即ち、連続成膜において、先述のそれぞれ
の膜がデバイス特性に与える影響と、スループットに代
表されるコストダウン効果を考慮して、それぞれの放電
周波数を決めることができる。

【０２１６】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明の非晶質シリ
コン膜の製造方法によれば、プラズマＣＶＤ法におい
て、高周波電源の周波数と、その周波数に依存した投入
電力と、圧力と、電極間距離とを規定することにより、
ａ−Ｓｉ膜を大面積においても、安価に高歩留りで、更
に、高品質で製造できる。特に、薄膜トランジスタ、薄
膜トランジスタ型光センサー、太陽電池等においては、
電界移動度、光電特性等、種々の特性の向上が達成でき
る。

【０２１７】また、本発明の非晶質窒化シリコン膜の製
造方法によれば、成膜速度の低下を抑えて、十分な成膜
速度を得ることができる。その結果製造のスループット
を上げることができる。また成膜ガスの分解効率を上昇
させ、ガスの使用量を低減することができ、ガスの利用
効率を大幅に上げることができる。これらの結果製造コ
ストを下げることができる。さらに膜の特性を悪化させ
るイオンをプラズマ中に閉じ込めた形で成膜するために
欠陥の生成を抑え、良好な特性を持つ膜を提供できる。
また界面でのプラズマダメージを低減できるので、安定
的に良質の膜を提供できる。またチャンバーからの脱ガ
スを抑えることができ、膜中への不純物の取り込みも少
なくなり、これに基ずく欠陥も低減することができ、良
質の膜を提供できる。また従来の装置に対して、小さな
電力で成膜を行うことができるので、電源装置の小型化
を容易にし、特に生産用の大型の装置に対して装置コス
トの低減を図ることができる。

【０２１８】また本発明の非晶質窒化シリコン膜の製造
方法によれば、プラズマＣＶＤ法において、高周波電源
の周波数、電極間距離及び投入電力を規定することによ
り、ＳｉＮ_X 薄膜を大面積においても、安価に高歩留り
で、更に、高品質で製造できる。特に、薄膜トランジス
タ、薄膜トランジスタ型光センサー等においては、電界
移動度、光電特性等、種々の特性とその安定性の向上が
達成できる。

【０２１９】また本発明の微結晶シリコン膜の製造方法
によれば、成膜速度の低下を抑えて、十分な成膜速度を
得ることができる。その結果製造のスループットを上げ
ることができる。また成膜ガスの分解効率を上昇させ、
ガスの使用量を低減することができ、ガスの利用効率を
大幅に上げることができる。これらの結果製造コストを
下げることができる。さらに膜の特性を悪化させるイオ
ンをプラズマ中に閉じ込めた形で成膜するために欠陥の
生成を抑え、良好な特性を持つ膜を提供できる。また界
面でのプラズマダメージを低減できるので、安定的に良
質の膜を提供できる。しかも初期膜の改善を行うことが
でき、界面特性の不安定な要因を取り去ることにより、
安定的に良質の膜を提供できる。また従来の成膜装置に
たいして、小さな電力で成膜を行うことができるので、
電源装置の小型化を容易にし、特に生産用の大型の装置
に対して装置コストの低減を図ることができる。

【０２２０】また本発明の非単結晶半導体装置によれ
ば、大面積化に対応でき、且つ、膜特性を改善して高速
成膜が可能となり、更に、デバイス特性を左右する界面
特性を向上することができる非単結晶半導体装置を提供
することができる。なお、本発明はＴＦＴ等の絶縁ゲー
ト型トランジスタ構成の半導体装置に用いることがで
き、この場合ゲート絶縁層又は／及びオーミックコンタ
クト層を周波数３０ＭＨｚ以上の高周波放電を利用した
プラズマＣＶＤ法により作成すれば、更に高品質の非単
結晶半導体装置を提供することができる。さらに、各層
の品質等を考慮して、放電周波数を適切に選択すること
により各層の律速段階をなくし、スループットを向上さ
せ、コストダウンを実現することができる。また、更に
各層の放電周波数を品質を考慮して上げることにより、
スループットを上げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】発光強度比と水素結合状態との関係を示す特性
図である。

【図２】印加高周波数ｆと膜厚分布の関係を示す特性図
である。

【図３】電極間距離と、膜中欠陥準位密度の関係を示す
特性図である。

【図４】圧力と発光強度との関係を示す特性図である。

【図５】パワーと発光強度との関係を示す特性図であ
る。

【図６】パワーと発光強度との関係を示す特性図であ
る。

【図７】周波数とパワーとの関係を示す特性図である。

【図８】周波数と水素結合状態との関係を示す特性図で
ある。

【図９】周波数とスピン密度との関係を示す特性図であ
る。

【図１０】周波数と成膜速度との関係を示す特性図であ
る。

【図１１】周波数と光電特性との関係を示す特性図であ
る。

【図１２】成膜速度と光電特性との関係を示す特性図で
ある。

【図１３】滞留時間と発光強度との関係を示す特性図で
ある。

【図１４】滞留時間と水素結合状態との関係を示す特性
図である。

【図１５】滞留時間と光電特性との関係を示す特性図で
ある。

【図１６】滞留時間と成膜速度との関係を示す特性図で
ある。

【図１７】滞留時間と膜厚分布との関係を示す特性図で
ある。

【図１８】薄膜トランジスタの断面図である。

【図１９】薄膜トランジスタの製造方法を示す工程図で
ある。

【図２０】プラズマＣＶＤ装置を示す構成図である。

【図２１】本発明の非晶質シリコン薄膜を用いたＴＦＴ
の初期特性を示す図である。

【図２２】周波数の差異による基板入射エネルギーを示
す特性図である。

【図２３】本発明の非晶質シリコン薄膜を用いたＴＦＴ
の電界移動度を示す図である。

【図２４】本発明による製造方法を実現するための装置
である。

【図２５】ＳｉＨ^* ラジカルの発光強度［ＳｉＨ^* ］
と、窒素ラジカルの発光強度［Ｎ^*］の印加高周波数ｆ
依存を示す特性図である。

【図２６】ＳｉＨ^* ラジカルの発光強度［ＳｉＨ^* ］
と、窒素ラジカルの発光強度［Ｎ^*］の印加高周波電力
Ｐｗ依存を示す特性図である。

【図２７】ＳｉＦ^* ラジカルの発光強度［ＳｉＦ^* ］
と、窒素ラジカルの発光強度［Ｎ^*］の印加高周波数ｆ
依存を示す特性図である。

【図２８】ＳｉＦ^* ラジカルの発光強度［ＳｉＦ^* ］
と、窒素ラジカルの発光強度［Ｎ^*］の印加高周波電力
Ｐｗ依存を示す特性図である。

【図２９】成膜速度Ｒの印加高周波数ｆ依存を示す特性
図である。

【図３０】本実施例の薄膜トランジスタの特性図であ
る。

【図３１】ＯＮ動作時のＶ_thシフトを示す特性図であ
る。

【図３２】熱処理によるＶ_thシフトを示す特性図であ
る。

【図３３】本実施例によるパッシベーション膜の効果を
示す薄膜トランジスタの特性図である。

【図３４】Ｖ_thシフトの周波数依存性を示す特性図であ
る。

【図３５】薄膜トランジスタの断面図である。

【図３６】パッシベーション膜を設けた薄膜トランジス
タの断面図である。

【図３７】プラズマＣＶＤ装置を示す構成図である。

【図３８】周波数と成膜速度との関係を示す特性図であ
る。

【図３９】周波数と水素量との関係を示す特性図であ
る。

【図４０】水素量と応力との関係を示す特性図である。

【図４１】水素量と応力との関係を示す特性図である。

【図４２】水素量と応力との関係を示す特性図である。

【図４３】周波数とスピン密度との関係を示す特性図で
ある。

【図４４】薄膜トランジスタの断面図である。

【図４５】薄膜トランジスタの製造方法を示す工程図で
ある。

【図４６】プラズマＣＶＤ装置を示す構成図である。

【図４７】本実施例のＳｉＮ_X 薄膜を用いたＴＦＴの電
界移動度の応力依存性を示す図である。

【図４８】本実施例での閾値電圧の変化を示す特性図で
ある。

【図４９】本発明による製造方法を実現するための装置
である。

【図５０】ＳｉＨ^* ラジカルの発光強度［ＳｉＨ^* ］
と、水素ラジカルの発光強度［Ｈ^*］の印加高周波数ｆ
依存を示す特性図である。

【図５１】成膜速度Ｒの印加高周波数ｆ依存を示す特性
図である。

【図５２】ＳｉＨ^* ラジカルの発光強度［ＳｉＨ^* ］
と、水素ラジカルの発光強度［Ｈ^*］の印加高周波電力
Ｐｗ依存を示す特性図である。

【図５３】ＳｉＨ^* ラジカルの発光強度［ＳｉＨ^* ］
と、水素ラジカルの発光強度［Ｈ^*］の印加高周波電力
Ｐｗ依存を示す特性図である。

【図５４】印加高周波電力Ｐｗと印加高周波数ｆとの関
係を示す特性図である。

【図５５】ドーピングガスラジカルの印加高周波数ｆ依
存を示す特性図である。

【図５６】ドーピングガスラジカルの印加高周波電力Ｐ
ｗ依存を示す特性図である。

【図５７】暗導電率の印加高周波数ｆ依存を示す特性図
である。

【図５８】活性化エネルギーの印加高周波数ｆ依存を示
す特性図である。

【図５９】ドーピングレベルの印加高周波数ｆ依存を示
す特性図である。

【図６０】本実施例の光導電型センサの構成を示す図で
ある。

【図６１】光導電型センサの暗電流のバイアス依存を示
す特性図である。

【図６２】光導電型センサの光電流のバイアス依存を示
す特性図である。

【図６３】ＰＩＮ型フォトダイオードの構成を示す図で
ある。

【図６４】ＰＩＮ型フォトダイオードのダイオード特性
を示す特性図である。

【図６５】成膜速度と光電特性との関係を示す特性図で
ある。

【図６６】基板温度と水素量との関係を示す特性図であ
る。

【図６７】基板温度と応力との関係を示す特性図であ
る。

【図６８】ガス比と組成比及び水素量との関係を示す特
性図である。

【符号の説明】

１１，２１ ガラス基板 １２，２２ ゲート電極 １３，２３ ゲート絶縁層 １４，２４ ｉ型半導体層 １５，２５ ｎ⁺ 型半導体層 １６，２６ ソース・ドレイン電極 １７，２７ 保護膜 ３００ 真空チャンバー ３０２ アノード電極 ３０４ 基板加熱ヒーター ３０６ マッチングボックス ３０７ 高周波電源 ３０９ 排気ポンプ ３２１，３４１ マスフローコントローラー ４００ 真空チャンバー ４０１ アノード電極 ４０２ 基板 ４０３ カソード電極 ４０４ 整合器 ４０５ 高周波数電源 ４０６ 接地 ４０７ ゲートバルブ ４０８ ターボ分子ポンプ ４０９ ロータリポンプ ４１０，４２０ シランガスラインバルブ ４１１，４２１ 水素ガスラインバルブ ４１２，４２２ ホスフィンガスラインバルブ ４１３，４２３ ジボランガスラインバルブ ４１４，４２４ フッ化シリコンガスラインバルブ ４１５，４１６，４１７，４１８，４１９ マスフロー
メータ １３１ 基板 １３２ ゲート電極 １３３ 非晶質窒化シリコン層 １３４ イントリンシック非晶質シリコン層 １３５ ｎ⁺ 型微結晶シリコン層 １３６ アルミ電極 １４１ 基板 １４２ ゲート電極 １４３ 非晶質窒化シリコン層 １４４ イントリンシック非晶質シリコン層 １４５ ｎ⁺ 型微結晶シリコン層 １４６ アルミ電極 １４７ パッシベーション用非晶質窒化シリコン膜 ３１，４１ ガラス基板 ３２，４２ ゲート電極 ３３，４３ ゲート絶縁層 ３４，４４ ｉ型半導体層 ３５，４５ ｎ⁺ 型半導体層 ３６，４６ ソース・ドレイン電極 ３７，４７ 保護膜 ６００ 真空チャンバー ６０２ アノード電極 ６０４ 基板加熱ヒーター ６０６ マッチングボックス ６０７ 高周波電源 ６０９ 排気ポンプ ６２１，６４１ マスフローコントローラー ７００ 真空チャンバー ７０１ アノード電極 ７０２ 基板 ７０３ カソード電極 ７０４ 整合器 ７０５ 高周波数電源 ７０６ 接地 ７０７ ゲートバルブ ７０８ ターボ分子ポンプ ７０９ ロータリポンプ ７１０，７１８ シランガスラインバルブ ７１１，７１９ 水素ガスラインバルブ ７１２，７２０ ホスフィンガスラインバルブ ７１３，７２１ ジボランガスラインバルブ ７１４，７１５，７１６，７１７ マスフローメータ ２３１ 基板 ２３２ イントリンシック非晶質シリコン層 ２３３ ｎ⁺ 型微結晶シリコン層 ２３４ アルミ電極 ２６１ 基板 ２６２ 下電極 ２６３ ｎ⁺ 型微結晶シリコン層 ２６４ イントリンシック非晶質シリコン層 ２６５ ｐ⁺ 型微結晶シリコン層 ２６６ 透明導電膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水谷 英正 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−197329（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−223178（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−38570（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−65120（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−278481（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/205

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高周波放電を利用したプラズマＣＶＤ法
   による非晶質シリコン膜の製造方法において、少なくと
   も、珪素化合物ガスを原料ガスとして、成膜圧力Ｐ（Ｔ
   ｏｒｒ）を０．２５Ｔｏｒｒ以上２．５Ｔｏｒｒ以下に
   設定し、高周波電源の周波数ｆ（ＭＨｚ）を３０ＭＨｚ
   以上１２０ＭＨｚ以下に設定し、投入電力Ｐｗ（Ｗ／ｃ
   ｍ²）を１０／ｆ（ＭＨｚ）で規定される値以下とし、
   電極間距離ｄ（ｃｍ）をｆ／３０で規定される値より大
   きい値としたことを特徴とする非晶質シリコン膜の製造
   方法。
2. 【請求項２】 プラズマＣＶＤ法により、少なくとも、
   Ｓｉ又はＳｉとＦとを含むガスと、水素ガスと、窒素ガ
   スとを含む混合ガス、又は少なくとも、ＳｉとＦとを含
   むガスと、窒素ガスとを含む混合ガスを用いて、非晶質
   窒化シリコン膜を堆積させる製造方法であって、 周波数ｆが３０ＭＨｚ以上のＶＨＦ高周波を、電極間距
   離をｄ（ｃｍ）とするときｆ／ｄ＜３０を満たすように
   印加し、プラズマを発生させる非晶質窒化シリコン膜の
   製造方法。
3. 【請求項３】 プラズマＣＶＤ法により、少なくとも珪
   素化合物及びアンモニアを含有する混合気体を原料ガス
   として非晶質窒化シリコン膜を堆積させる製造方法にお
   いて、周波数ｆが３０ＭＨｚ以上１２０ＭＨｚ以下のＶ
   ＨＦ高周波を、電極間距離をｄ（ｃｍ）とするときｆ／
   ｄ＜３０を満たし、かつ投入電力が３０ｍＷ／ｃｍ ² 以
   上となるように印加し、プラズマを発生させることを特
   徴とする非晶質窒化シリコン膜の製造方法。
4. 【請求項４】 前記非晶質窒化シリコン膜の製造方法
   は、非晶質シリコン膜との積層構造において用いられる
   ことを特徴とする請求項３記載の非晶質窒化シリコン膜
   の製造方法。
5. 【請求項５】 前記非晶質窒化シリコン膜の応力が１×
   １０⁹ｄｙｎ／ｃｍ²以上、４×１０⁹ｄｙｎ／ｃｍ²以下
   の圧縮応力を示すことを特徴とする請求項４記載の非晶
   質窒化シリコン膜の製造方法。
6. 【請求項６】 プラズマＣＶＤ法により、Ｓｉを含むガ
   スを用いて、微結晶シリコン膜を堆積させる製造方法に
   おいて、周波数ｆが３０ＭＨｚ以上のＶＨＦ高周波を、
   １／ｆ（Ｗ／ｃｍ²）（ｆ：ＭＨｚ）以上の電力で、電
   極間距離をｄ（ｃｍ）とするときｆ／ｄ＜３０を満たす
   ように印加し、プラズマを発生させることを特徴とする
   微結晶シリコン膜の製造方法。
7. 【請求項７】 請求項６記載の微結晶シリコン膜の製造
   方法において、Ｓｉを含むガスに対して、ボロンを含む
   ガス、リンを含むガス、ヒソを含むガスを不純物ガスと
   して用いることを特徴とする微結晶シリコン膜の製造方
   法。
8. 【請求項８】 請求項６又は請求項７記載の微結晶シリ
   コンの製造方法において、水素ラジカルの発光強度［Ｈ
   ^*］とシランラジカルの発光強度［ＳｉＨ^*］との比が
   ［Ｈ^*］／［ＳｉＨ^*］≧１であることを特徴とする微結
   晶シリコン膜の製造方法。
9. 【請求項９】 基板上に、少なくとも、ゲート電極と、
   ゲート絶縁層と、非単結晶半導体層と、一対のソース・
   ドレイン電極とを順次積層し、前記非単結晶半導体層と
   前記ソース・ドレイン電極との間にオーミックコンタク
   ト層を設けた非単結晶半導体装置であって、 前記非単結晶半導体層は請求項１記載の製造方法により
   形成された非晶質シリコン膜である非単結晶半導体装
   置。
10. 【請求項１０】 基板上に、少なくとも、ゲート電極
    と、ゲート絶縁層と、非単結晶半導体層と、一対のソー
    ス・ドレイン電極とを順次積層し、前記非単結晶半導体
    層と前記ソース・ドレイン電極との間にオーミックコン
    タクト層を設けた非単結晶半導体装置であって、前記ゲ
    ート絶縁層は請求項３記載の製造方法により形成された
    非晶質窒化シリコン膜である非単結晶半導体装置。
11. 【請求項１１】 基板上に、少なくとも、ゲート電極
    と、ゲート絶縁層と、非単結晶半導体層と、一対のソー
    ス・ドレイン電極とを順次積層し、前記非単結晶半導体
    層と前記ソース・ドレイン電極との間にオーミックコン
    タクト層を設けた非単結晶半導体装置であって、前記非
    単結晶半導体層は請求項１記載の製造方法により形成さ
    れた非晶質シリコン膜であり、前記ゲート絶縁層は請求
    項３記載 の製造方法により形成された非晶質窒化シリコ
    ン膜である非単結晶半導体装置。
12. 【請求項１２】 少なくとも、前記ゲート絶縁層、前記
    非単結晶半導体層、前記オーミックコンタクト層は大気
    解放されることなく、連続して成膜されることを特徴と
    する請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載の非
    単結晶半導体装置。