JPH06196701A - Thin film transistor and manufacture thereof - Google Patents

Thin film transistor and manufacture thereof

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JPH06196701A
JPH06196701A JP25198493A JP25198493A JPH06196701A JP H06196701 A JPH06196701 A JP H06196701A JP 25198493 A JP25198493 A JP 25198493A JP 25198493 A JP25198493 A JP 25198493A JP H06196701 A JPH06196701 A JP H06196701A
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thin film
substrate
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Abstract

PURPOSE:To provide a TFT which is suitable for mass-production at a low price by providing a semiconductor film with a silicon film including the conductivity of a specific micro-crystal phase in the part distant from an i-type insulating film by within a limited value. CONSTITUTION:Plasma 9 is generated by a high-frequency power supply 8 between an anode electrode 6 and a cathode electrode 7, and while raw material gas and hydrogen gas are introduced in a reaction chamber, the raw material gas and the hydrogen gas are dissolved in the plasma 9 to form an a-Si film in a substrate 10. While only hydrogen gas is introduced therein, a dark conductivity of 1X10<-3>S/cm or more is obtained by applying hydrogen plasma treatment to the a-Si film formed on the substrate for about 50 seconds per one cycle. Therefor, a silicon film including the micro-crystal phase having conductivity of 50X10<-9>S/cm or more can be formed in the part of within 500Angstrom from the beginning of film formation.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示装置に用いら
れる薄膜トランジスタ(以下TFTと称する)およびそ
の製造方法、並びに液晶表示装置、並びにこのTFTを
製造するために用いられる装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film transistor (hereinafter referred to as a TFT) used in a liquid crystal display device, a method for manufacturing the thin film transistor, a liquid crystal display device, and a device used for manufacturing the TFT.

【0002】[0002]

【従来の技術】液晶表示装置においては、解像度の高い
映像を表示するために、各々の画素に対してTFT等の
能動素子が設けられる。このTFTは大面積に渡って多
数形成することができ、非常に大量の画素を制御するこ
とができる。
2. Description of the Related Art In a liquid crystal display device, an active element such as a TFT is provided for each pixel in order to display a high resolution image. A large number of this TFT can be formed over a large area, and a very large number of pixels can be controlled.

【0003】従来、このTFTの半導体膜としては、高
周波(RF)放電を用いた反応性プラズマ化学的気相成
長法(RF−PCVD法)により形成されるアモルファ
スシリコン(a−Si)膜や、熱化学的気相成長法(熱
CVD法)等により形成したa−Si膜を、固相成長法
またはレーザーアニール法により再結晶化した多結晶シ
リコン(poly−Si)膜等が用いられてきた。
Conventionally, as a semiconductor film of this TFT, an amorphous silicon (a-Si) film formed by a reactive plasma chemical vapor deposition method (RF-PCVD method) using a radio frequency (RF) discharge, A polycrystalline silicon (poly-Si) film or the like obtained by recrystallizing an a-Si film formed by a thermochemical vapor deposition method (thermal CVD method) or the like by a solid phase growth method or a laser annealing method has been used. .

【0004】一方、微結晶相を含むシリコン(μc(マ
イクロクリスタル)−Si)膜が、RF−PCVD法に
より、高RF電力および高水素希釈条件を用いて作製さ
れている。このμc−Si膜をpin構造を有するアモ
ルファス太陽電池に用いることにより、アモルファス太
陽電池の開放電圧が増大し、光電変換効率が向上するこ
とが知られている。また、RF電力が高く、水素希釈率
が高いほどμc−Si膜が形成され易いことが知られて
いる。
On the other hand, a silicon (μc (microcrystal) -Si) film containing a microcrystalline phase is produced by the RF-PCVD method under high RF power and high hydrogen dilution conditions. It is known that by using this μc-Si film for an amorphous solar cell having a pin structure, the open circuit voltage of the amorphous solar cell is increased and the photoelectric conversion efficiency is improved. Further, it is known that the higher the RF power and the higher the hydrogen dilution ratio, the easier the formation of the μc-Si film.

【0005】微結晶相を含むシリコン膜を高RF電力お
よび高水素希釈条件を用いて作製する場合に、シリコン
の結晶化は基板の種類と膜厚に依存する。例えばB25
を0.7%含んだSiH4を20sccm、H2を800
sccm、基板温度を260℃、RFパワー密度を0.
04W/cm2、圧力を100Paとする成膜条件で作
製したp型シリコン膜の膜厚と暗導電率との関係は、以
下の表1に示すようになる。
When a silicon film containing a microcrystalline phase is produced under high RF power and high hydrogen dilution conditions, the crystallization of silicon depends on the type and thickness of the substrate. For example, B 2 H 5
20% of SiH 4 containing 0.7% of H2 and 800 of H 2
sccm, substrate temperature 260 ° C., RF power density 0.
The relationship between the film thickness and the dark conductivity of the p-type silicon film produced under the film forming conditions of 04 W / cm 2 and the pressure of 100 Pa is shown in Table 1 below.

【0006】[0006]

【表1】 [Table 1]

【0007】上記表1から、上述の条件で形成したp型
シリコン膜は、膜厚が1000オングストローム以上に
なると、膜厚500オングストローム以下のものより*
**桁程度大きい暗導電率を有することがわかる。この
ことから、上述の条件で形成したp型シリコン膜は、膜
厚が500オングストローム以下の場合にはa−Siと
なり、1000オングストローム以上の場合には、50
0オングストローム以上の膜厚のa−Siが形成された
上にμc−Siが形成されていると考えられる。
From Table 1 above, when the film thickness of the p-type silicon film formed under the above conditions is 1000 angstroms or more, the film thickness is 500 angstroms or less.
It can be seen that it has a dark conductivity that is on the order of ** orders of magnitude. From this, the p-type silicon film formed under the above conditions becomes a-Si when the film thickness is 500 angstroms or less, and 50 when it is 1000 angstroms or more.
It is considered that μc-Si is formed on the a-Si having a film thickness of 0 angstrom or more.

【0008】また、PH3を0.5%含んだSiH4を2
0sccm、H21400sccm、基板温度260
℃、RFパワー密度0.05W/cm2、圧力110P
aの成膜条件で作製したn型シリコン膜の膜厚と暗導電
率との関係は、以下の表2に示すようになる。
Further, SiH 4 containing 0.5% of PH 3 is added to 2
0 sccm, H 2 1400 sccm, substrate temperature 260
℃, RF power density 0.05W / cm 2 , pressure 110P
The relationship between the film thickness and the dark conductivity of the n-type silicon film produced under the film forming condition a is shown in Table 2 below.

【0009】[0009]

【表2】 [Table 2]

【0010】表2から、このn型シリコン膜は、膜厚が
200オングストローム以下の場合にはa−Siとな
り、それ以上の膜厚では、約200オングストローム程
度の膜厚のa−Siが形成されて、その上に、μc−S
iが形成されていると考えられる。
From Table 2, this n-type silicon film becomes a-Si when the film thickness is 200 angstroms or less, and when it is more than 200 angstroms, a-Si having a film thickness of approximately 200 angstroms is formed. And on top of that, μc-S
It is considered that i is formed.

【0011】このように、μc−Siが形成され易い条
件である、高RF電力、高水素希釈条件下でも、通常の
P−CVD装置を用いて連続成膜する場合には、成膜開
始より500オングストローム以内で、a−Siを微結
晶化してμc−Siを得るのは困難であった。
As described above, when continuous film formation is performed using a normal P-CVD apparatus even under conditions of high RF power and high hydrogen dilution, which are conditions under which μc-Si is easily formed, the film formation is started from the start. Within 500 Å, it was difficult to microcrystallize a-Si to obtain μc-Si.

【0012】一般に、TFTにおいては、絶縁膜に接触
した非常に薄い半導体膜での電界効果移動度(field-ef
fect mobility)が、TFTのオン電流の大きさを決定
する。この半導体膜の厚みは、通常のTFTでは、10
00オングストローム以下であり、好ましくは約200
〜600オングストロームである。従って、上述したよ
うな高RF電力および高水素希釈条件の下でTFTの半
導体膜を形成した場合には、この半導体膜はa−Siと
なるため、TFTのオン電流を大きくすることができな
いと考えられる。
Generally, in a TFT, a field-effect mobility (field-ef) in a very thin semiconductor film in contact with an insulating film.
fect mobility) determines the magnitude of the on-current of the TFT. The thickness of this semiconductor film is 10 in a normal TFT.
00 angstroms or less, preferably about 200
~ 600 Angstroms. Therefore, when the semiconductor film of the TFT is formed under the conditions of high RF power and high hydrogen dilution as described above, this semiconductor film becomes a-Si, so that the ON current of the TFT cannot be increased. Conceivable.

【0013】また、以下の文献(1)には、通常のRF
−PCVD装置を用いて、シリコン膜の形成と水素プラ
ズマ処理とを繰り返すことにより、μc−Si膜を形成
することができることが示されている。
Further, in the following document (1), a normal RF
It is shown that a μc-Si film can be formed by repeating the formation of a silicon film and the hydrogen plasma treatment using a -PCVD apparatus.

【0014】(1)K. Nomoto, Y. Urano, J. L. Guizo
t, G. Ganguly and A. Matsuda:Japanese Journal of A
pplied PhysicsVol. 29, No. 8, August, 1990, pp. L1
372-L1375."Role of Hydrogen Atoms in the Formation
Process ofHydrogenated Microcrystalline Silicon" 文献(1)に記載されている方法では、SiH4のみを
用いてa−Si膜を形成し、そのa−Si膜に水素プラ
ズマ処理を行い、さらに水素プラズマ処理から一定時間
が経った後に次のa−Si膜の形成を行っている。しか
し、この方法をTFTに用いた例は報告されていない。
(1) K. Nomoto, Y. Urano, JL Guizo
t, G. Ganguly and A. Matsuda: Japanese Journal of A
pplied Physics Vol. 29, No. 8, August, 1990, pp. L1
372-L1375. "Role of Hydrogen Atoms in the Formation
Process of Hydrogenated Microcrystalline Silicon "In the method described in the literature (1), an a-Si film is formed using only SiH 4 , hydrogen plasma treatment is performed on the a-Si film, and a certain period of time is elapsed from the hydrogen plasma treatment. After that, the next a-Si film is formed, but no example of using this method for a TFT has been reported.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】ところで、大型で高精
細な液晶表示を作成するには、短時間のゲートスイッチ
ング時間で液晶層および蓄積コンデンサからなる容量を
充電する必要がある。しかし、半導体膜として上記a−
Si膜を用いたTFTでは、半導体膜の電界効果移動度
が小さいため、オン電流を大きくすることができない。
このようなTFTにおいては、オン電流を大きくするた
めにTFTを大きくする必要があるが、これは液晶表示
装置の開口率の減少につながる。
By the way, in order to produce a large-sized and high-definition liquid crystal display, it is necessary to charge the capacity consisting of the liquid crystal layer and the storage capacitor in a short gate switching time. However, a-
In a TFT using a Si film, the on-current cannot be increased because the field effect mobility of the semiconductor film is low.
In such a TFT, it is necessary to increase the size of the TFT in order to increase the on-current, but this leads to a reduction in the aperture ratio of the liquid crystal display device.

【0016】一方、半導体膜としてpoly−Si膜を
用いたTFTでは、半導体膜の電界効果移動度が大きい
ためにTFTのオン電流を大きくすることができる。し
かし、a−Si膜を固相成長法によって結晶化してpo
ly−Si膜を得るためには、600℃以上で10時間
程度の熱処理を行う必要がある。このため、通常のガラ
ス基板を用いることが困難であり、大面積のTFTを得
ることができない。また、a−Si膜をレーザーアニー
ル法により再結晶化してpoly−Si膜を得る場合に
は、高価で処理速度の遅いレーザーアニール装置を用い
る必要があり、大量生産には適さない。
On the other hand, in a TFT using a poly-Si film as a semiconductor film, the on-current of the TFT can be increased because the field effect mobility of the semiconductor film is large. However, if the a-Si film is crystallized by the solid phase growth method and the po
In order to obtain a ly-Si film, it is necessary to perform heat treatment at 600 ° C. or higher for about 10 hours. For this reason, it is difficult to use an ordinary glass substrate, and a large-area TFT cannot be obtained. Further, in the case of recrystallizing the a-Si film by the laser annealing method to obtain the poly-Si film, it is necessary to use an expensive laser annealing device having a low processing speed, which is not suitable for mass production.

【0017】本発明は、このような現状に鑑みてなされ
たものであり、その目的はオン電流を向上でき、安価で
大量生産に適したTFT及びその製造方法、並びにこの
TFTを備えた大型かつ高精細な液晶表示装置の製造方
法、さらにこのTFTを製造するために用いられる装置
を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to improve the on-current and to provide a TFT that is inexpensive and suitable for mass production, a manufacturing method thereof, and a large-sized TFT including the TFT. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a high-definition liquid crystal display device and a device used for manufacturing the TFT.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】本発明の薄膜トランジス
タは、基板と、該基板上に形成されたゲート電極と、該
ゲート電極を覆って該基板上に形成された絶縁膜と、該
絶縁膜上に形成された半導体膜と、該半導体膜上に形成
されたソース電極及びドレイン電極とを備えた薄膜トラ
ンジスタであって、該半導体膜が、i型であって該絶縁
膜から500オングストローム以内の部分に、導電率が
5×10-9S/cm以上の微結晶相を含むシリコン膜を
有しており、そのことによって上記目的が達成される。
A thin film transistor of the present invention comprises a substrate, a gate electrode formed on the substrate, an insulating film formed on the substrate to cover the gate electrode, and an insulating film on the insulating film. A thin film transistor comprising: a semiconductor film formed on a semiconductor film; and a source electrode and a drain electrode formed on the semiconductor film, wherein the semiconductor film is i-type and is located within 500 angstroms from the insulating film. Further, it has a silicon film containing a microcrystalline phase having an electric conductivity of 5 × 10 −9 S / cm or more, and thereby the above object is achieved.

【0019】本発明の他の薄膜トランジスタは、基板
と、該基板上に形成されたゲート電極と、該ゲート電極
を覆って該基板上に形成された絶縁膜と、該絶縁膜上に
形成された半導体膜と、該半導体膜上に形成されたソー
ス電極及びドレイン電極とを備えた薄膜トランジスタで
あって、該半導体膜が、p型またはn型であって該絶縁
膜から500オングストローム以内の部分に、導電率が
1×10-3S/cm以上の微結晶相を含むシリコン膜を
有しており、そのことによって上記目的が達成される。
Another thin film transistor of the present invention comprises a substrate, a gate electrode formed on the substrate, an insulating film formed on the substrate so as to cover the gate electrode, and formed on the insulating film. A thin film transistor comprising a semiconductor film and a source electrode and a drain electrode formed on the semiconductor film, wherein the semiconductor film is a p-type or an n-type and is within 500 angstroms from the insulating film, It has a silicon film containing a microcrystalline phase having an electric conductivity of 1 × 10 −3 S / cm or more, and thereby the above object is achieved.

【0020】本発明の他の薄膜トランジスタは、基板
と、該基板上に形成されたゲート電極と、該ゲート電極
を覆って該基板上に形成された絶縁膜と、該絶縁膜上に
形成された半導体膜と、該半導体膜上に形成されたソー
ス電極及びドレイン電極とを備えた薄膜トランジスタで
あって、該半導体膜が、該絶縁膜から500オングスト
ローム以内の部分に、結合水素量が10原子%以下の微
結晶相を含むシリコン膜を有しており、そのことによっ
て上記目的が達成される。
Another thin film transistor of the present invention is a substrate, a gate electrode formed on the substrate, an insulating film formed on the substrate so as to cover the gate electrode, and formed on the insulating film. A thin film transistor comprising a semiconductor film and a source electrode and a drain electrode formed on the semiconductor film, wherein the semiconductor film has a bonded hydrogen amount of 10 atomic% or less in a portion within 500 angstroms from the insulating film. Has a silicon film containing the microcrystalline phase of, thereby achieving the above object.

【0021】本発明の他の薄膜トランジスタは、基板
と、該基板上に形成されたゲート電極と、該ゲート電極
を覆って該基板上に形成された絶縁膜と、該絶縁膜上に
形成された半導体膜と、該半導体膜上に形成されたソー
ス電極及びドレイン電極とを備えた薄膜トランジスタで
あって、該半導体膜が、該絶縁膜から500オングスト
ローム以内の部分に、結晶体積分率が10%以上の微結
晶相を含むシリコン膜を有しており、そのことによって
上記目的が達成される。
Another thin film transistor of the present invention comprises a substrate, a gate electrode formed on the substrate, an insulating film formed on the substrate so as to cover the gate electrode, and formed on the insulating film. A thin film transistor including a semiconductor film and a source electrode and a drain electrode formed on the semiconductor film, wherein the semiconductor film has a crystal volume fraction of 10% or more in a portion within 500 angstroms from the insulating film. Has a silicon film containing the microcrystalline phase of, thereby achieving the above object.

【0022】本発明の半導体膜の製造方法は、プラズマ
化学的気相成長装置の反応室に導入したシリコン元素を
含む原料ガス、及び水素ガスをプラズマにより分解し
て、絶縁膜上にアモルファスシリコン層を形成する工程
と、該反応室に水素ガスを導入して、該アモルファスシ
リコン層に水素プラズマ処理を行い、該アモルファスシ
リコン層を微結晶化する工程とを繰り返すことにより微
結晶相を含むシリコン層を有する半導体膜を形成する工
程を包含する半導体膜の製造方法。
In the method for producing a semiconductor film of the present invention, the source gas containing a silicon element and the hydrogen gas introduced into the reaction chamber of the plasma chemical vapor deposition apparatus are decomposed by plasma to form an amorphous silicon layer on the insulating film. A silicon layer containing a microcrystalline phase by repeating the step of forming hydrogen gas into the reaction chamber, performing hydrogen plasma treatment on the amorphous silicon layer, and microcrystallizing the amorphous silicon layer. A method of manufacturing a semiconductor film, the method including the step of forming a semiconductor film having:

【0023】前記絶縁膜の上に前記半導体膜を形成する
前に、該絶縁膜の上側表面に水素プラズマ処理を施す工
程をさらに包含してもよい。
Before forming the semiconductor film on the insulating film, a step of subjecting the upper surface of the insulating film to hydrogen plasma treatment may be further included.

【0024】前記絶縁膜上に前記アモルファスシリコン
層を形成する工程において、該アモルファスシリコン層
は1オングストロームから1000オングストロームの
範囲内の厚さに形成してもよい。
In the step of forming the amorphous silicon layer on the insulating film, the amorphous silicon layer may be formed to a thickness within the range of 1 angstrom to 1000 angstrom.

【0025】本発明の他の半導体膜の製造方法は、水素
希釈率200以上で100オングストローム以下の厚さ
の微結晶相を含むシリコン層を形成する第1の成膜工程
と、形成された該シリコン層上に、水素希釈率2〜10
0で微結晶相を有するシリコン層を形成する第2の成膜
工程とを包含しており、そのことによって上記目的が達
成される。
Another method of manufacturing a semiconductor film according to the present invention comprises: a first film forming step of forming a silicon layer containing a microcrystalline phase having a hydrogen dilution ratio of 200 or more and a thickness of 100 angstroms or less; Hydrogen dilution ratio of 2 to 10 on the silicon layer
And a second film forming step of forming a silicon layer having a microcrystalline phase at 0, whereby the above object is achieved.

【0026】する半導体膜の製造方法。A method of manufacturing a semiconductor film, comprising:

【0027】本発明の液晶表示装置の製造方法は、薄膜
トランジスタを有する液晶表示装置を製造する方法であ
って、該薄膜トランジスタのための半導体膜を形成する
工程が、プラズマ化学的気相成長装置の反応室に導入し
たシリコン元素を含む原料ガスをプラズマにより分解し
て基板上にアモルファスシリコン層を形成する工程と、
該反応室に水素ガスを導入して該アモルファスシリコン
層に水素プラズマ処理を行う工程とを繰り返すことによ
り微結晶相を含むシリコン層からなる半導体膜を形成す
る工程を包含しており、そのことによって上記目的が達
成される。
A method of manufacturing a liquid crystal display device according to the present invention is a method of manufacturing a liquid crystal display device having a thin film transistor, wherein the step of forming a semiconductor film for the thin film transistor is a reaction of a plasma chemical vapor deposition apparatus. A step of decomposing a source gas containing a silicon element introduced into the chamber by plasma and forming an amorphous silicon layer on the substrate;
It includes a step of forming a semiconductor film made of a silicon layer containing a microcrystalline phase by repeating a step of introducing hydrogen gas into the reaction chamber and performing a hydrogen plasma treatment on the amorphous silicon layer. The above object is achieved.

【0028】本発明のプラズマ化学的気相成長装置は、
半導体薄膜を形成し、該半導体薄膜に水素プラズマ処理
を行うための反応室と、該反応室に連結されており、水
素ガスを該反応室に導入するための第1のラインと、該
反応室に連結されており、該半導体薄膜を形成するため
に用いられる原料ガスを該反応室に導入するための第2
のラインと、該第2のラインに連結されており、該原料
ガスを該第2のラインから排出するための第3のライン
と、該原料ガスを該反応室へ導入することと該第3のラ
インへ排出することとを切り換える手段とを備えてお
り、そのことにより上記目的が達成される。
The plasma chemical vapor deposition apparatus of the present invention comprises:
A reaction chamber for forming a semiconductor thin film and subjecting the semiconductor thin film to hydrogen plasma treatment, a first line connected to the reaction chamber for introducing hydrogen gas into the reaction chamber, and the reaction chamber For introducing a source gas used for forming the semiconductor thin film into the reaction chamber.
And a third line connected to the second line for discharging the raw material gas from the second line, and introducing the raw material gas into the reaction chamber and the third line. And means for switching the discharge to the line.

【0029】本発明の他のプラズマ化学的気相成長装置
は、半導体薄膜を形成し、該半導体薄膜に水素プラズマ
処理を行うための反応室と、該反応室に連結されてお
り、水素ガスを該反応室に導入するための第1のライン
と、該反応室に連結されており、該半導体薄膜を形成す
るために用いられる原料ガスを該反応室に導入するため
の第2のラインと、該第2のラインに連結されており、
該原料ガスを該第2のラインから排出するための第3の
ラインと、該第2のラインと該第3のラインとの連結部
と、該反応室との間の該第2のラインに設けられた第1
のバルブと、該第3のラインに設けられた第2のバルブ
と、該第1のバルブ及び該第2のバルブの開閉を制御す
るための制御手段とを備えたプラズマ化学的気相成長装
置であって、該制御手段は、該半導体薄膜を形成すると
きには該第1のバルブを開状態にし、かつ、該第2のバ
ルブを閉状態にすることにより該原料ガスを該反応室に
導入し、該半導体薄膜に該水素プラズマ処理を行うとき
には該第2のバルブを開状態にし、かつ、該第1のバル
ブを閉状態にすることにより該原料ガスの該反応室への
導入を遮断しており、そのことによって上記目的が達成
される。
Another plasma-enhanced chemical vapor deposition apparatus of the present invention is a reaction chamber for forming a semiconductor thin film and subjecting the semiconductor thin film to hydrogen plasma treatment, and a reaction chamber connected to the reaction chamber for supplying hydrogen gas. A first line for introducing into the reaction chamber, a second line connected to the reaction chamber for introducing a source gas used for forming the semiconductor thin film into the reaction chamber, Is connected to the second line,
A third line for discharging the raw material gas from the second line, a connecting portion between the second line and the third line, and the second line between the reaction chamber First provided
Apparatus, a second valve provided in the third line, and a control means for controlling opening / closing of the first valve and the second valve. The control means introduces the source gas into the reaction chamber by opening the first valve and closing the second valve when forming the semiconductor thin film. When the semiconductor thin film is subjected to the hydrogen plasma treatment, the second valve is opened and the first valve is closed to shut off the introduction of the source gas into the reaction chamber. Therefore, the above object is achieved.

【0030】[0030]

【作用】本発明のTFTでは、微結晶相を有するシリコ
ン膜を非常に薄く形成し、これを半導体膜として用い
る。この微結晶相を有するシリコン膜、即ちμc−Si
膜は、a−Si膜の形成と、a−Si膜への水素プラズ
マ処理とを繰り返すことにより形成される。また、ま
ず、水素希釈率200以上の条件でシリコン膜を形成
し、水素希釈率を2〜100に変更して、先に形成した
シリコン膜上で正膜を続けることによっても形成するこ
とができる。
In the TFT of the present invention, a silicon film having a microcrystalline phase is formed very thin and used as a semiconductor film. A silicon film having this microcrystalline phase, that is, μc-Si
The film is formed by repeating the formation of the a-Si film and the hydrogen plasma treatment on the a-Si film. Further, it can be also formed by first forming a silicon film under the condition that the hydrogen dilution ratio is 200 or more, changing the hydrogen dilution ratio to 2 to 100, and continuing the normal film on the previously formed silicon film. .

【0031】このようにして形成したμc−Si膜をT
FTの半導体膜として用いると、a−Si膜からなる半
導体膜と比べて電界効果移動度が大きいために、TFT
の御電流が向上する。また、成膜にはRF−CVD装置
を用いるため、低温でμc−Si膜が形成される。よっ
て、ガラス基板を使用することができ大面積の基板にT
FTを形成することができる。
The μc-Si film formed in this way is
When used as a semiconductor film of FT, the field effect mobility is larger than that of a semiconductor film made of an a-Si film, and therefore, the TFT
The control current is improved. Further, since the RF-CVD apparatus is used for film formation, the μc-Si film is formed at low temperature. Therefore, it is possible to use a glass substrate,
An FT can be formed.

【0032】[0032]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0033】(実施例1)まず、μc−Si膜の形成工
程について以下に説明する。
Example 1 First, the step of forming the μc-Si film will be described below.

【0034】この工程においては、通常のRF−PCV
D装置ではなく、図1に示すようなRF−PCVD成膜
装置を用いる。この成膜装置は、通常のRF−PCVD
装置の構成に加え、水素ガス導入ライン1と原料ガス導
入ライン2の2つのガス導入ラインを備える。
In this step, the usual RF-PCV is used.
An RF-PCVD film forming apparatus as shown in FIG. 1 is used instead of the D apparatus. This film forming apparatus is a standard RF-PCVD
In addition to the configuration of the apparatus, it is provided with two gas introduction lines, a hydrogen gas introduction line 1 and a source gas introduction line 2.

【0035】この装置では、原料ガス導入ライン2の圧
空バルブ3が開状態で、圧空バルブ4が閉状態のときに
は、水素ガスと共に原料ガスも反応室30に導入され
る。逆に、圧空バルブ3が閉状態で、圧空バルブ4が開
状態のときには、原料ガスは、直接排気ポンプ5により
排出され、反応室30に導入されるのは水素ガスのみで
ある。圧空バルブ3及び4は、タイマ31に接続された
制御装置32によって制御される。その制御により、圧
空バルブ3及び4は、ある設定時間は原料ガスと水素ガ
スの両方が反応室30に導入され、その導入に続いて、
ある設定時間は水素ガスのみが反応室30に導入される
ように開閉する。
In this apparatus, when the compressed air valve 3 of the raw material gas introduction line 2 is open and the compressed air valve 4 is closed, the raw material gas is introduced into the reaction chamber 30 together with the hydrogen gas. On the contrary, when the compressed air valve 3 is closed and the compressed air valve 4 is open, the source gas is directly discharged by the exhaust pump 5 and only hydrogen gas is introduced into the reaction chamber 30. The pneumatic valves 3 and 4 are controlled by a control device 32 connected to a timer 31. By the control, the pneumatic valves 3 and 4 allow both the raw material gas and the hydrogen gas to be introduced into the reaction chamber 30 for a set time, and following the introduction,
It is opened and closed for a certain set time so that only hydrogen gas is introduced into the reaction chamber 30.

【0036】図1に示すRF−PCVD成膜装置におい
て、アノード電極6とカソード電極7との間には、高周
波電源8によって電力が供給され、プラズマ9が発生す
る。原料ガス及び水素ガスが反応室30に導入されてい
る間には、原料ガス、水素ガス共にプラズマ9中で分解
され、基板10上にa−Si膜が形成される。また、水
素ガスのみが導入されている間には、基板10上に形成
されたa−Si膜が水素プラズマ処理される。このよう
なa−Si膜の形成と水素プラズマ処理とを繰り返すこ
とにより、所望の厚さのμc−Si膜を得ることができ
る。
In the RF-PCVD film forming apparatus shown in FIG. 1, a high frequency power source 8 supplies power between the anode electrode 6 and the cathode electrode 7 to generate plasma 9. While the source gas and the hydrogen gas are being introduced into the reaction chamber 30, both the source gas and the hydrogen gas are decomposed in the plasma 9 and an a-Si film is formed on the substrate 10. Further, while only hydrogen gas is being introduced, the a-Si film formed on the substrate 10 is subjected to hydrogen plasma treatment. By repeating the formation of such an a-Si film and the hydrogen plasma treatment, a μc-Si film having a desired thickness can be obtained.

【0037】本実施例におけるμc−Si膜の形成を、
以下に、より詳細に説明する。まず、図1に示すRF−
PCVD装置の原料導入ライン2から、原料ガスとして
モノシラン(SiH4)1sccm、並びにドーピング
ガスとしてガスドーピング比1%のジボラン(B26
を反応室30に導入した。同時に、水素ガス導入ライン
1から水素(H2)100sccmを反応室30に導入
し、基板温度を300℃、RFパワー密度を1W/cm
2、圧力を100Paとする条件下で、基板10上に1
0オングストロームのSi膜を形成した。続いて、圧空
バルブ3を閉状態に、圧空バルブ4を開状態に切り替え
て原料ガスの導入を停止し、H2100sccmのみを
導入して、先に形成されたSi膜に水素プラズマ処理を
行った。このようなSi膜の形成と水素プラズマ処理か
らなるサイクルを繰り返して、最終的に膜厚500オン
グストロームのSi膜を形成した。
The formation of the μc-Si film in this embodiment is
The details will be described below. First, RF- shown in FIG.
From the raw material introduction line 2 of the PCVD apparatus, monosilane (SiH 4 ) 1 sccm as a raw material gas and diborane (B 2 H 6 ) with a gas doping ratio of 1% as a doping gas.
Was introduced into the reaction chamber 30. At the same time, 100 sccm of hydrogen (H 2 ) was introduced into the reaction chamber 30 from the hydrogen gas introduction line 1, the substrate temperature was 300 ° C., and the RF power density was 1 W / cm.
2 , 1 on the substrate 10 under the condition that the pressure is 100 Pa
A Si film of 0 angstrom was formed. Subsequently, the compressed air valve 3 is closed and the compressed air valve 4 is switched to the open state to stop the introduction of the raw material gas, introduce only H 2 100 sccm, and perform the hydrogen plasma treatment on the previously formed Si film. It was The cycle of the formation of the Si film and the hydrogen plasma treatment was repeated to finally form a Si film having a film thickness of 500 angstrom.

【0038】図2に、1サイクルにおいて水素プラズマ
処理が行われる時間と、上述のようにして形成されたシ
リコン膜の暗導電率との関係を示す。ここでは、200
Wの電力を供給した。この図から、水素プラズマ処理を
1サイクルあたり50秒程度行うことにより、シリコン
膜の暗導電率は約7桁程度急激に上昇し、1×10-3
/cm以上の暗導電率が得られることがわかる。このこ
とは、非常に薄い膜中では、50秒程度の水素プラズマ
処理によって結晶構造が変化し、従来の連続成膜では微
結晶化が困難であった成膜開始から500オングストロ
ーム以内の領域においても、シリコン膜が微結晶化され
ていることを示している。
FIG. 2 shows the relationship between the time for which the hydrogen plasma treatment is performed in one cycle and the dark conductivity of the silicon film formed as described above. Here, 200
W power was supplied. From this figure, by performing the hydrogen plasma treatment for about 50 seconds per cycle, the dark conductivity of the silicon film sharply increases by about 7 digits, and 1 × 10 −3 S
It can be seen that a dark conductivity of not less than / cm is obtained. This means that in a very thin film, the crystal structure is changed by hydrogen plasma treatment for about 50 seconds, and even in a region within 500 angstroms from the start of film formation, which was difficult to microcrystallize by conventional continuous film formation. , Shows that the silicon film is microcrystallized.

【0039】本実施例では、1サイクルにつきSi膜を
10オングストローム形成したが、上述のように水素プ
ラズマ処理により膜の結晶構造を変化させる場合の膜厚
は1〜1000オングストローム、好ましくは、5〜1
00オングストロームであればよい。
In this embodiment, the Si film is formed to have a thickness of 10 Å per cycle, but when the crystal structure of the film is changed by the hydrogen plasma treatment as described above, the film thickness is 1 to 1000 Å, preferably 5 Å. 1
It may be 00 angstrom.

【0040】上述したサイクルを繰り返すことにより形
成されたμc−Si膜における結合水素量を、赤外吸収
スペクトル法により定量したところ、通常のa−Si膜
における結合水素量は13〜20原子%であるのに対
し、4〜10原子%となった。これは、μc−Si膜中
に混在するa−Siと結晶Siのうち、結晶Siの結合
水素量がほぼ0%となるためである。
When the amount of bound hydrogen in the μc-Si film formed by repeating the above-mentioned cycle was quantified by the infrared absorption spectroscopy, the amount of bound hydrogen in the ordinary a-Si film was 13 to 20 atomic%. However, the content was 4 to 10 atomic%. This is because, of a-Si and crystalline Si mixed in the μc-Si film, the amount of bound hydrogen in crystalline Si is approximately 0%.

【0041】さらに、上述のようにして形成された膜の
組成分析を行い、また、この膜を反射電子線回折及びラ
マン分光法によって分析した。この結果、上述のように
して形成された膜が微結晶相を含むシリコン膜であるこ
とを確認した。
Further, the composition of the film formed as described above was analyzed, and the film was analyzed by backscattered electron diffraction and Raman spectroscopy. As a result, it was confirmed that the film formed as described above was a silicon film containing a microcrystalline phase.

【0042】このμc−Si膜のラマンスペクトルを、
480cm-1付近のa−Siに特有のブロードなピーク
と、520cm-1の結晶Siのピーク、すなわちSi−
Si結合のシャープなピークとに分割して、これらの積
分強度比からこのμc−Si膜における結晶Siの比率
を表す結晶体積分率を測定した。この結果、通常のCV
D法により通常のa−Si膜成膜条件の下で形成したa
−Si膜、及び前述したように水素プラズマ処理を行わ
ずにP−CVD法により500μm以下の厚さに形成さ
れたシリコン膜では結晶体積分率が0%であるのに対
し、上述のように高RF電力、高水素希釈率でのa−S
i膜の形成と水素プラズマ処理とを繰り返して形成され
たμc−Si膜においては結晶体積分率が10%以上と
なり、最高では70%のμc−Si膜が得られた。
The Raman spectrum of this μc-Si film is
And peak unique broad to a-Si in the vicinity of 480 cm -1, a peak of the crystal Si of 520 cm -1, i.e. Si-
It was divided into a sharp peak of Si bond and a crystal volume fraction representing the ratio of crystalline Si in this μc-Si film was measured from these integrated intensity ratios. As a result, normal CV
A formed by the D method under normal a-Si film forming conditions
The crystal volume fraction is 0% in the -Si film and the silicon film formed by the P-CVD method to a thickness of 500 μm or less without performing the hydrogen plasma treatment as described above. High RF power, high hydrogen dilution rate aS
In the μc-Si film formed by repeating the formation of the i film and the hydrogen plasma treatment, the crystal volume fraction was 10% or more, and the maximum μc-Si film was obtained.

【0043】上述の方法では、a−Si膜を形成する際
に、ドーピングガスとしてジボラン(B26)を用いる
ことによりp型のμc−Si膜を形成したが、ジボラン
(B26)に代えてホスフィン(PH3)ガスを用いる
ことにより、n型のμc−Si膜を形成することができ
る。また、ドーピングガスを用いなければ、i型のμc
−Si膜が得られる。このi型のμc−Si膜の導電率
は5×10-9S/cm以上である。
[0043] In the above method, when forming the a-Si film has formed the p-type [mu] c-Si film by using diborane (B 2 H 6) as the doping gas, diborane (B 2 H 6 By using a phosphine (PH 3 ) gas in place of), an n-type μc-Si film can be formed. If no doping gas is used, i-type μc
-Si film is obtained. The conductivity of this i-type μc-Si film is 5 × 10 −9 S / cm or more.

【0044】上述の文献(1)では、H2がシリコン膜
の微結晶化に及ぼす影響を解析するために、水素プラズ
マ処理の終了後、ある程度の時間が経ってから次のシリ
コン膜の形成を開始している。このため、文献(1)の
方法ではスループットが低下する。これに対して、本実
施例の方法によると、a−Si膜の形成と水素プラズマ
処理との間に時間をおかずに行うので、スループットが
低下することはない。
In the above-mentioned document (1), in order to analyze the influence of H 2 on the microcrystallization of the silicon film, the next silicon film is formed after a certain time has passed after the hydrogen plasma treatment. It has started. For this reason, the method of Document (1) reduces the throughput. On the other hand, according to the method of the present embodiment, since the a-Si film formation and the hydrogen plasma treatment are performed without time, the throughput does not decrease.

【0045】また、上述の文献(1)では、SiH4
2の導入を切り替えて、a−Si膜形成時にはSiH4
のみを、水素プラズマ処理時にはH2のみを反応室に導
入するために、反応室内の圧力変動が大きくなってしま
うという問題がある。しかし、本実施例では、通常のR
F−PCVD装置に水素ガス導入ライン1、原料ガス導
入ライン2を設け、原料ガス導入ライン2のバルブ3、
4の開閉をタイマ31に接続されている制御装置32に
よって制御するので、原料ガスの導入のみを停止させる
ことが可能になる。これにより、反応室30に導入され
る原料ガス、水素ガスの総流量は、a−Si膜形成時と
水素プラズマ処理時とでは1%程度しか変化せず、反応
室30内の圧力変動を抑えることができる。
Further, in the above-mentioned document (1), introduction of SiH 4 and H 2 is switched, and SiH 4 is formed at the time of forming the a-Si film.
However, since only H 2 is introduced into the reaction chamber during the hydrogen plasma treatment, there is a problem that the pressure fluctuation in the reaction chamber becomes large. However, in this embodiment, a normal R
A hydrogen gas introduction line 1 and a raw material gas introduction line 2 are provided in the F-PCVD apparatus, and a valve 3 of the raw material gas introduction line 2 is provided.
Since the opening / closing of No. 4 is controlled by the control device 32 connected to the timer 31, it is possible to stop only the introduction of the raw material gas. As a result, the total flow rate of the raw material gas and the hydrogen gas introduced into the reaction chamber 30 changes only about 1% between the time of forming the a-Si film and the time of the hydrogen plasma treatment, and suppresses the pressure fluctuation in the reaction chamber 30. be able to.

【0046】(実施例2)成膜開始時点から微結晶相を
含んだシリコン膜を形成する他の方法について以下に説
明する。
Example 2 Another method of forming a silicon film containing a microcrystalline phase from the start of film formation will be described below.

【0047】まず、RF−PCVD装置の反応室にSi
4を含む原料ガスと水素ガスとを導入し、水素希釈率
(SiH4/H2比)200以上、パワー密度0.03〜
1.5W/cm2(好ましくは0.1〜0.3W/c
2)の条件で、シリコン膜を約100オングストロー
ム形成する。その後、水素希釈率が2〜100になるよ
うに水素ガス流量を変更し、パワー密度0.03〜1.
5W/cm2の条件で、先に形成したシリコン膜上でシ
リコン膜の形成を行う。
First, Si is placed in the reaction chamber of the RF-PCVD apparatus.
A raw material gas containing H 4 and hydrogen gas are introduced, the hydrogen dilution ratio (SiH 4 / H 2 ratio) is 200 or more, and the power density is 0.03 to
1.5 W / cm 2 (preferably 0.1 to 0.3 W / c
The silicon film is formed to a thickness of about 100 Å under the condition of m 2 ). After that, the hydrogen gas flow rate is changed so that the hydrogen dilution ratio becomes 2 to 100, and the power density is 0.03 to 1.
A silicon film is formed on the previously formed silicon film under the condition of 5 W / cm 2 .

【0048】本実施例では、最初に、SiH4の流量を
1sccm、H2の流量を1000sccmとし、パワ
ー密度1W/cm2、基板温度300℃、圧力100P
aの条件でシリコン膜を約100オングストローム形成
した。続いて、H2の流量を70sccmに変更して、
先に形成したシリコン膜の上で、シリコン膜を形成し、
最終的に膜厚100オングストロームのシリコン膜を形
成した。
In this embodiment, first, the flow rate of SiH 4 is 1 sccm, the flow rate of H 2 is 1000 sccm, the power density is 1 W / cm 2 , the substrate temperature is 300 ° C., and the pressure is 100 P.
A silicon film having a thickness of about 100 Å was formed under the condition a. Then, change the flow rate of H 2 to 70 sccm,
A silicon film is formed on the previously formed silicon film,
Finally, a silicon film having a film thickness of 100 angstrom was formed.

【0049】上述のようにして形成したシリコン膜を、
実施例1と同じように赤外吸収スペクトル法、反射電子
線回折、ラマン分光法等によって解析したところ、この
シリコン膜がμc−Si膜であることが確認された。こ
のμc−Si膜の結合水素量は0原子%、結晶体積分率
は30%以上となった。また、このi型μc−Si膜の
暗導電率を測定したところ2×10ー8S/cm以上とな
り、上述の方法によって非常に良好な暗導電率が得られ
た。
The silicon film formed as described above is
When analyzed by infrared absorption spectroscopy, backscattered electron diffraction, Raman spectroscopy and the like as in Example 1, it was confirmed that this silicon film was a μc-Si film. The amount of bound hydrogen in this μc-Si film was 0 atomic%, and the crystal volume fraction was 30% or more. Further, the i-type [mu] c-Si film dark conductivity to be 2 × 10 over 8 S / cm or more was measured, and a very good dark conductivity obtained by the method described above.

【0050】本実施例では、まず、水素希釈率を200
以上と非常に高くしてシリコン膜の形成を行うため、成
膜速度は0.05オングストローム/sec以下と非常
に遅くなるが、成膜開始から約100オングストローム
以下のところからμc−Si膜を得ることができる。こ
のように、最初に、非常に高い水素希釈率で、成膜開始
から約100オングストロームのところまでμc−Si
膜を形成するため、続いて形成されるシリコン膜も、先
に形成されたμc−Si膜の影響を受けて微結晶相を含
むものとなる。また、μc−Si膜が成膜開始から約1
00オングストローム形成されたところで水素希釈率を
2〜100に変更するため、成膜速度も0.2〜0.3
オングストローム/secに上げることができる。この
ようにして、成膜開始から100オングストローム以下
より微結晶化されたシリコン膜を、所望の厚さに形成す
ることができる。
In this embodiment, first, the hydrogen dilution ratio is set to 200.
Since the silicon film is formed at an extremely high value as described above, the film formation rate is very slow at 0.05 angstrom / sec or less, but a μc-Si film is obtained from about 100 angstrom or less from the start of film formation. be able to. Thus, first, with a very high hydrogen dilution ratio, μc-Si is formed from the film formation start to about 100 angstroms.
Since the film is formed, the subsequently formed silicon film also contains a microcrystalline phase under the influence of the previously formed μc-Si film. In addition, the μc-Si film is about 1
Since the hydrogen dilution ratio is changed to 2 to 100 after the formation of 00 angstrom, the film forming rate is also 0.2 to 0.3.
Can be increased to Angstrom / sec. In this way, a silicon film finely crystallized from 100 angstroms or less from the start of film formation can be formed to a desired thickness.

【0051】図3に、上述の実施例1に示す方法により
半導体膜が形成されたTFTを備えている液晶表示装置
の要部を示す。
FIG. 3 shows a main part of a liquid crystal display device provided with a TFT having a semiconductor film formed by the method shown in the first embodiment.

【0052】この液晶表示装置は、ガラス基板11の上
に、ゲート電極12が形成され、ゲート電極12の表面
には陽極酸化膜13が形成されている。このような状態
の基板11全面を覆ってゲート絶縁膜14が形成されて
いる。ゲート絶縁膜14の上でゲート電極12と重畳す
るように、p型μc−Si半導体層15が形成されてい
る。半導体層15上の中央部には、エッチングストッパ
16が形成され、エッチングストッパ16の端部と半導
体層15の一部とを覆って、エッチングストッパ16上
で分断された状態で、ソース薄膜17aおよびドレイン
薄膜17bが形成されている。
In this liquid crystal display device, a gate electrode 12 is formed on a glass substrate 11, and an anodized film 13 is formed on the surface of the gate electrode 12. The gate insulating film 14 is formed so as to cover the entire surface of the substrate 11 in such a state. A p-type μc-Si semiconductor layer 15 is formed on the gate insulating film 14 so as to overlap the gate electrode 12. An etching stopper 16 is formed in the central portion on the semiconductor layer 15, and the source thin film 17a and the source thin film 17a are formed in a state where the etching stopper 16 covers an end portion of the etching stopper 16 and a part of the semiconductor layer 15 and is divided on the etching stopper 16. The drain thin film 17b is formed.

【0053】ソース薄膜17a上にはソース電極18a
が形成され、ドレイン薄膜17b上にはドレイン電極1
8bが形成されている。ソース電極の上には保護膜20
aが形成され、ドレイン電極18bの上には絵素電極2
0bが形成され、さらに、最上層として基板11全面を
覆って、保護膜21が形成されている。
A source electrode 18a is formed on the source thin film 17a.
And the drain electrode 1 is formed on the drain thin film 17b.
8b is formed. A protective film 20 is formed on the source electrode.
a is formed, and the pixel electrode 2 is formed on the drain electrode 18b.
0b is formed, and a protective film 21 is further formed as the uppermost layer so as to cover the entire surface of the substrate 11.

【0054】上述するような液晶表示装置は、以下のよ
うにして作製される。
The liquid crystal display device as described above is manufactured as follows.

【0055】まず、ガラス基板11上にスパッタリング
により、厚み約300nmにタンタル(Ta)薄膜を形
成し、それをホトリソグラフィーとエッチングによりパ
ターンニングして、ゲート電極12を形成する。その
後、その状態の基板11を酒石酸アンモニウム溶液中に
浸漬し、外部より電流を流して陽極酸化する。これによ
り、ゲート電極12上に厚み300nmの陽極酸化絶縁
膜13が形成される。
First, a tantalum (Ta) thin film having a thickness of about 300 nm is formed on the glass substrate 11 by sputtering, and the thin film is patterned by photolithography and etching to form the gate electrode 12. Then, the substrate 11 in that state is immersed in an ammonium tartrate solution, and an electric current is applied from the outside to anodize. Thus, the anodic oxide insulating film 13 having a thickness of 300 nm is formed on the gate electrode 12.

【0056】次に、図4に示すような、インライン式C
VD装置を用いて、窒化シリコン(Si34)膜14、
μc−Si膜15及びエッチングストッパ16用のSi
34膜を形成する。まず、ロード室22からガラス基板
11をSiN4成膜室23に搬入し、SiN4成膜室にお
いて、モノシラン(SiH4)、アンモニア(NH3)及
び水素(H2)を導入してプラズマ放電する。これによ
り、300nmの厚さのSi34ゲート絶縁膜14が形
成される。
Next, as shown in FIG. 4, an in-line type C
Using a VD device, a silicon nitride (Si 3 N 4 ) film 14,
Si for the μc-Si film 15 and the etching stopper 16
A 3 N 4 film is formed. First, the glass substrate 11 is carried into the SiN 4 film forming chamber 23 from the load chamber 22, the SiN 4 film forming chamber, monosilane (SiH 4), ammonia (NH 3) and introduced to the plasma discharge hydrogen (H 2) To do. As a result, the Si 3 N 4 gate insulating film 14 having a thickness of 300 nm is formed.

【0057】次に、ガラス基板11をμc−Si成膜室
24に搬入し、先に形成したゲート絶縁膜14上にμc
−Si膜15を形成する。形成条件は、原料ガスとして
モノシラン(SiH4)1sccm、ドーピングガスと
してガスドーピング比1%のジボラン(B26)を用
い、水素(H2)の流量を100sccmとし、パワー
密度は0.7W/cm2、基板温度は300℃、圧力は
100Paとした。このような条件の下で、まず、1サ
イクル当り20オングストロームのa−Si膜を成長さ
せる。続いて、パワー密度0.7W/cm2の電力を印
加して、水素プラズマ処理を50秒程度行う。このよう
なa−Si膜の形成と水素プラズマ処理とを繰り返し
て、膜厚300オングストロームのp型μc−Si膜1
5を形成する。
Next, the glass substrate 11 is loaded into the μc-Si film forming chamber 24, and μc is formed on the gate insulating film 14 formed previously.
-Si film 15 is formed. The formation conditions are as follows: monosilane (SiH 4 ) 1 sccm as a source gas, diborane (B 2 H 6 ) with a gas doping ratio of 1% as a doping gas, the flow rate of hydrogen (H 2 ) is 100 sccm, and the power density is 0.7 W. / Cm 2 , the substrate temperature was 300 ° C., and the pressure was 100 Pa. Under such conditions, first, an a-Si film having a thickness of 20 Å per cycle is grown. Subsequently, electric power having a power density of 0.7 W / cm 2 is applied and hydrogen plasma treatment is performed for about 50 seconds. The formation of such an a-Si film and the hydrogen plasma treatment are repeated to obtain a p-type μc-Si film 1 having a film thickness of 300 Å.
5 is formed.

【0058】その後、ガラス基板11をSi34成膜室
25に搬入し、成膜室25にモノシラン(SiH4)、
アンモニア(NH3)および水素(H2)を導入し、プラ
ズマ放電により厚み300nmのSi34膜をμc−S
i膜15上に形成する。Si34膜の形成が完了する
と、ガラス基板11をアンロード室26より搬出し、S
34膜をパターニングして、エッチングストッパ16
とする。続いて、CVD法などによりn+−ドープSi
膜を形成し、パターニングして、ソース薄膜17a、ド
レイン薄膜17bとする。
Then, the glass substrate 11 is loaded into the Si 3 N 4 film forming chamber 25, and monosilane (SiH 4 ) is introduced into the film forming chamber 25.
Ammonia (NH 3 ) and hydrogen (H 2 ) were introduced, and a Si 3 N 4 film having a thickness of 300 nm was formed by μc-S.
It is formed on the i film 15. When the formation of the Si 3 N 4 film is completed, the glass substrate 11 is unloaded from the unload chamber 26, and S
The etching stopper 16 is formed by patterning the i 3 N 4 film.
And Then, n + -doped Si is formed by a CVD method or the like.
A film is formed and patterned to form a source thin film 17a and a drain thin film 17b.

【0059】次に、スパッタリング法により、チタン
(Ti)を厚み約300nmに積層し、パターニングし
てソース電極18aおよびドレイン電極18bを形成す
る。ここでは、チャネル長を10μm、チャネル幅を4
0μmとして形成した。
Next, titanium (Ti) is laminated to a thickness of about 300 nm by a sputtering method and patterned to form a source electrode 18a and a drain electrode 18b. Here, the channel length is 10 μm and the channel width is 4
It was formed as 0 μm.

【0060】その後、錫(Sn)5%を含む酸化インジ
ウムのターゲットを用いて、酸素雰囲気下でスパッタリ
ングして、酸化インジウムを厚さ約70nmに形成し、
パターニングすることにより、ソース電極18a上には
保護膜20aを、ドレイン電極18b上には絵素電極2
0bを形成した。そして、Si34膜を330nmの厚
さに形成し、パターニングして保護膜21を形成した。
Then, using a target of indium oxide containing 5% of tin (Sn), sputtering was performed in an oxygen atmosphere to form indium oxide with a thickness of about 70 nm.
By patterning, the protective film 20a is formed on the source electrode 18a, and the pixel electrode 2 is formed on the drain electrode 18b.
0b was formed. Then, a Si 3 N 4 film having a thickness of 330 nm was formed and patterned to form a protective film 21.

【0061】以上により、図3に示すようなTFTを有
する液晶表示装置の一方の基板11が形成される。
As described above, one substrate 11 of the liquid crystal display device having the TFT as shown in FIG. 3 is formed.

【0062】この状態で、上述するような方法で形成し
たTFTの特性を測定すると、ゲート電圧10Vを印加
した際のオン電流は、1.5×10-6A以上であり、半
導体膜としてa−Si膜を用いた場合の1.5倍の値と
することができた。
In this state, when the characteristics of the TFT formed by the above-mentioned method are measured, the on-current when a gate voltage of 10 V is applied is 1.5 × 10 −6 A or more, which means that the semiconductor film a The value could be 1.5 times as large as when the -Si film was used.

【0063】その後、カラーフィルターとブラックマト
リックス、さらにITO電極を形成した液晶表示装置の
他方の基板であるガラス板を、上記の一方の基板である
ガラス基板11と隙間を設けて貼り合わせ、その隙間に
液晶を注入する。そして、これらの基板に偏光板を貼り
付け、バックライトを取り付けることにより液晶表示装
置を作製する。
After that, a glass plate which is the other substrate of the liquid crystal display device on which a color filter, a black matrix, and an ITO electrode are formed is bonded to the glass substrate 11 which is the above-mentioned one substrate with a gap, and the gap is formed. Inject liquid crystal into. Then, a polarizing plate is attached to these substrates and a backlight is attached to manufacture a liquid crystal display device.

【0064】以上のように、上述する方法によると、T
FTのオン電流を向上することができるので、従来は困
難であった16インチの1280×3×1024の絵素
をもつエンジニアリングワークステーション用の液晶表
示装置を作製することができるようになる。
As described above, according to the above method, T
Since the ON current of the FT can be improved, it becomes possible to manufacture a liquid crystal display device for an engineering workstation having 16-inch 1280 × 3 × 1024 picture elements, which has been difficult in the past.

【0065】また、TFTの半導体膜を低温で形成する
ことができるので、基板として安価なガラス基板を用い
ることができる。
Since the semiconductor film of the TFT can be formed at a low temperature, an inexpensive glass substrate can be used as the substrate.

【0066】上記実施例においては、TFTの半導体膜
としてp型のμc−Si膜を用いた例について述べた
が、本発明はこれに限られず、i型またはn型のμc−
Si膜を用いることもできる。
In the above embodiment, an example in which a p-type μc-Si film is used as a semiconductor film of a TFT has been described, but the present invention is not limited to this, and an i-type or n-type μc-Si film is used.
A Si film can also be used.

【0067】また、ここでは、TFTの半導体膜となる
μc−Si膜を、実施例1に示す方法により形成した
が、実施例2に示す方法によって形成してもよい。
Further, although the μc-Si film serving as the semiconductor film of the TFT is formed here by the method shown in the first embodiment, it may be formed by the method shown in the second embodiment.

【0068】上記実施例では、逆スタガ構造のTFTを
用いて説明したが、スタガ構造のTFTでも同様の効果
が得られる。
In the above-mentioned embodiment, the TFT having the reverse stagger structure is used for explanation, but the same effect can be obtained also with the stagger structure TFT.

【0069】[0069]

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、成膜開始から500オングストローム以内のと
ころから微結晶相を含むシリコン膜を形成することがで
きる。従って、このようなシリコン膜をTFTの半導体
膜として用いることにより、電界効果移動度の優れたT
FTを、大型基板上に大量に、しかも安価に形成するこ
とができる。よって、エンジニアリングワークステーシ
ョン用に用いられる大型化・高精細化された液晶表示装
置を実現することができる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, a silicon film containing a microcrystalline phase can be formed within 500 Å from the start of film formation. Therefore, by using such a silicon film as a semiconductor film of a TFT, a T film having excellent field effect mobility can be obtained.
It is possible to form a large number of FTs on a large-sized substrate at low cost. Therefore, a large-sized and high-definition liquid crystal display device used for an engineering workstation can be realized.

【0070】また、通常のRF−PCVD装置に、反応
室に水素ガスを導入するためのラインと原料ガスを導入
するためのラインとを独立に設け、原料ガス導入ライン
に設けられたバルブの開閉を制御することにより原料ガ
スの導入のみを停止させることができるため、反応室の
圧力変動を極力抑えることができる。
In addition, a line for introducing hydrogen gas into the reaction chamber and a line for introducing raw material gas are independently provided in a normal RF-PCVD apparatus, and a valve provided in the raw material gas introducing line is opened and closed. Since it is possible to stop only the introduction of the raw material gas by controlling the above, it is possible to suppress the pressure fluctuation in the reaction chamber as much as possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に用いられる水素プラズマ処理が可能な
RF−PCVD装置の一例を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an example of an RF-PCVD apparatus capable of hydrogen plasma treatment used in the present invention.

【図2】水素プラズマ処理時間に対するシリコン膜の暗
導電率の変化を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a change in dark conductivity of a silicon film with respect to a hydrogen plasma treatment time.

【図3】本発明の一実施例である液晶表示装置の要部断
面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of essential parts of a liquid crystal display device that is an embodiment of the present invention.

【図4】本発明に用いられるインラインCVD装置の図
である。
FIG. 4 is a diagram of an in-line CVD apparatus used in the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 水素ガスライン 2 原料ガスライン 3、4 圧空バルブ 5 排気ポンプ 8 高周波電源 9 プラズマ 10 基板 11 ガラス基板 12 ゲート電極 14 ゲート絶縁膜 15 μc−Si半導体膜 18a ソース電極 18b ドレイン電極 31 タイマ 32 制御装置 1 Hydrogen Gas Line 2 Raw Material Gas Line 3, 4 Pneumatic Valve 5 Exhaust Pump 8 High Frequency Power Supply 9 Plasma 10 Substrate 11 Glass Substrate 12 Gate Electrode 14 Gate Insulating Film 15 μc-Si Semiconductor Film 18a Source Electrode 18b Drain Electrode 31 Timer 32 Control Device

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/336 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Internal reference number FI technical display location H01L 21/336

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板と、 該基板上に形成されたゲート電極と、 該ゲート電極を覆って該基板上に形成された絶縁膜と、 該絶縁膜上に形成された半導体膜と、 該半導体膜上に形成されたソース電極及びドレイン電極
とを備えた薄膜トランジスタであって、 該半導体膜が、i型であって該絶縁膜から500オング
ストローム以内の部分に、導電率が5×10-9S/cm
以上の微結晶相を含むシリコン膜を有する薄膜トランジ
スタ。
1. A substrate, a gate electrode formed on the substrate, an insulating film formed on the substrate to cover the gate electrode, a semiconductor film formed on the insulating film, and the semiconductor. A thin film transistor having a source electrode and a drain electrode formed on a film, wherein the semiconductor film is i-type and has a conductivity of 5 × 10 −9 S in a portion within 500 Å from the insulating film. / Cm
A thin film transistor having a silicon film containing the above microcrystalline phase.
【請求項2】 基板と、 該基板上に形成されたゲート電極と、 該ゲート電極を覆って該基板上に形成された絶縁膜と、 該絶縁膜上に形成された半導体膜と、 該半導体膜上に形成されたソース電極及びドレイン電極
とを備えた薄膜トランジスタであって、 該半導体膜が、p型またはn型であって該絶縁膜から5
00オングストローム以内の部分に、導電率が1×10
-3S/cm以上の微結晶相を含むシリコン膜を有する薄
膜トランジスタ。
2. A substrate, a gate electrode formed on the substrate, an insulating film formed on the substrate to cover the gate electrode, a semiconductor film formed on the insulating film, and the semiconductor. A thin film transistor comprising a source electrode and a drain electrode formed on a film, wherein the semiconductor film is a p-type or an n-type,
Conductivity is 1 x 10 within the range of 00 angstrom
-3 A thin film transistor having a silicon film containing a microcrystalline phase of 3 S / cm or more.
【請求項3】 基板と、 該基板上に形成されたゲート電極と、 該ゲート電極を覆って該基板上に形成された絶縁膜と、 該絶縁膜上に形成された半導体膜と、 該半導体膜上に形成されたソース電極及びドレイン電極
とを備えた薄膜トランジスタであって、 該半導体膜が、該絶縁膜から500オングストローム以
内の部分に、結合水素量が10原子%以下の微結晶相を
含むシリコン膜を有する薄膜トランジスタ。
3. A substrate, a gate electrode formed on the substrate, an insulating film formed on the substrate to cover the gate electrode, a semiconductor film formed on the insulating film, and the semiconductor. A thin film transistor having a source electrode and a drain electrode formed on a film, wherein the semiconductor film includes a microcrystalline phase having a bonded hydrogen amount of 10 atomic% or less in a portion within 500 angstroms of the insulating film. A thin film transistor having a silicon film.
【請求項4】 基板と、 該基板上に形成されたゲート電極と、 該ゲート電極を覆って該基板上に形成された絶縁膜と、 該絶縁膜上に形成された半導体膜と、 該半導体膜上に形成されたソース電極及びドレイン電極
とを備えた薄膜トランジスタであって、 該半導体膜が、該絶縁膜から500オングストローム以
内の部分に、結晶体積分率が10%以上の微結晶相を含
むシリコン膜を有する薄膜トランジスタ。
4. A substrate, a gate electrode formed on the substrate, an insulating film formed on the substrate so as to cover the gate electrode, a semiconductor film formed on the insulating film, and the semiconductor. A thin film transistor having a source electrode and a drain electrode formed on a film, wherein the semiconductor film includes a microcrystalline phase having a crystal volume fraction of 10% or more in a portion within 500 angstroms from the insulating film. A thin film transistor having a silicon film.
【請求項5】 プラズマ化学的気相成長装置の反応室に
導入したシリコン元素を含む原料ガス、及び水素ガスを
プラズマにより分解して、絶縁膜上にアモルファスシリ
コン層を形成する工程と、 該反応室に水素ガスを導入して、該アモルファスシリコ
ン層に水素プラズマ処理を行い、該アモルファスシリコ
ン層を微結晶化する工程とを繰り返すことにより微結晶
相を含むシリコン層を有する半導体膜を形成する工程を
包含する半導体膜の製造方法。
5. A step of decomposing a source gas containing a silicon element and a hydrogen gas, which are introduced into a reaction chamber of a plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus, by plasma to form an amorphous silicon layer on an insulating film, and the reaction. A step of forming a semiconductor film having a silicon layer containing a microcrystalline phase by repeating a step of introducing hydrogen gas into a chamber, performing hydrogen plasma treatment on the amorphous silicon layer, and microcrystallizing the amorphous silicon layer. A method for manufacturing a semiconductor film, including:
【請求項6】 前記絶縁膜の上に前記半導体膜を形成す
る前に、該絶縁膜の上側表面に水素プラズマ処理を施す
工程をさらに包含する請求項5に記載の半導体膜の製造
方法。
6. The method of manufacturing a semiconductor film according to claim 5, further comprising a step of subjecting an upper surface of the insulating film to a hydrogen plasma treatment before forming the semiconductor film on the insulating film.
【請求項7】 前記絶縁膜上に前記アモルファスシリコ
ン層を形成する工程において、該アモルファスシリコン
層は1オングストロームから1000オングストローム
の範囲内の厚さに形成される、請求項5に記載の薄膜ト
ランジスタの製造方法。
7. The method of manufacturing a thin film transistor according to claim 5, wherein, in the step of forming the amorphous silicon layer on the insulating film, the amorphous silicon layer is formed to a thickness in the range of 1 Å to 1000 Å. Method.
【請求項8】 水素希釈率200以上で100オングス
トローム以下の厚さの微結晶相を含むシリコン層を形成
する第1の成膜工程と、 形成された該シリコン層上に、水素希釈率2〜100で
微結晶相を有するシリコン層を形成する第2の成膜工程
とを包含する半導体膜の製造方法。
8. A first film forming step of forming a silicon layer containing a microcrystalline phase having a hydrogen dilution ratio of 200 or more and a thickness of 100 angstroms or less, and a hydrogen dilution ratio of 2 to 2 on the formed silicon layer. And a second film forming step of forming a silicon layer having a microcrystalline phase at 100.
【請求項9】 薄膜トランジスタを有する液晶表示装置
を製造する方法であって、該薄膜トランジスタのための
半導体膜を形成する工程が、 プラズマ化学的気相成長装置の反応室に導入したシリコ
ン元素を含む原料ガスをプラズマにより分解して基板上
にアモルファスシリコン層を形成する工程と、 該反応室に水素ガスを導入して該アモルファスシリコン
層に水素プラズマ処理を行う工程とを繰り返すことによ
り微結晶相を含むシリコン層からなる半導体膜を形成す
る工程を包含する液晶表示装置の製造方法。
9. A method for manufacturing a liquid crystal display device having a thin film transistor, wherein the step of forming a semiconductor film for the thin film transistor comprises a raw material containing a silicon element introduced into a reaction chamber of a plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus. By including a step of decomposing gas by plasma to form an amorphous silicon layer on a substrate and a step of introducing hydrogen gas into the reaction chamber and performing hydrogen plasma treatment on the amorphous silicon layer, a microcrystalline phase is contained. A method of manufacturing a liquid crystal display device, which includes the step of forming a semiconductor film made of a silicon layer.
【請求項10】 半導体薄膜を形成し、該半導体薄膜に
水素プラズマ処理を行うための反応室と、 該反応室に連結されており、水素ガスを該反応室に導入
するための第1のラインと、 該反応室に連結されており、該半導体薄膜を形成するた
めに用いられる原料ガスを該反応室に導入するための第
2のラインと、 該第2のラインに連結されており、該原料ガスを該第2
のラインから排出するための第3のラインと、 該原料ガスを該反応室へ導入することと該第3のライン
へ排出することとを切り換える手段とを備えたプラズマ
化学的気相成長装置。
10. A reaction chamber for forming a semiconductor thin film and performing hydrogen plasma treatment on the semiconductor thin film, and a first line connected to the reaction chamber for introducing hydrogen gas into the reaction chamber. A second line connected to the reaction chamber for introducing a source gas used for forming the semiconductor thin film into the reaction chamber, and a second line connected to the second line, The source gas is the second
Plasma chemical vapor deposition apparatus provided with a third line for discharging from the above line and means for switching between introducing the source gas into the reaction chamber and discharging to the third line.
【請求項11】 半導体薄膜を形成し、該半導体薄膜に
水素プラズマ処理を行うための反応室と、 該反応室に連結されており、水素ガスを該反応室に導入
するための第1のラインと、 該反応室に連結されており、該半導体薄膜を形成するた
めに用いられる原料ガスを該反応室に導入するための第
2のラインと、 該第2のラインに連結されており、該原料ガスを該第2
のラインから排出するための第3のラインと、 該第2のラインと該第3のラインとの連結部と、該反応
室との間の該第2のラインに設けられた第1のバルブ
と、 該第3のラインに設けられた第2のバルブと、 該第1のバルブ及び該第2のバルブの開閉を制御するた
めの制御手段とを備えたプラズマ化学的気相成長装置で
あって、 該制御手段は、該半導体薄膜を形成するときには該第1
のバルブを開状態にし、かつ、該第2のバルブを閉状態
にすることにより該原料ガスを該反応室に導入し、該半
導体薄膜に該水素プラズマ処理を行うときには該第2の
バルブを開状態にし、かつ、該第1のバルブを閉状態に
することにより該原料ガスの該反応室への導入を遮断す
る装置。
11. A reaction chamber for forming a semiconductor thin film and subjecting the semiconductor thin film to a hydrogen plasma treatment, and a first line connected to the reaction chamber for introducing hydrogen gas into the reaction chamber. A second line connected to the reaction chamber for introducing a source gas used for forming the semiconductor thin film into the reaction chamber, and a second line connected to the second line, The source gas is the second
Third line for discharging from the line, a connecting portion between the second line and the third line, and a first valve provided in the second line between the reaction chamber. And a second valve provided in the third line, and a control means for controlling opening / closing of the first valve and the second valve. When the semiconductor thin film is formed, the control means controls the first
The second valve is opened and the second valve is closed to introduce the source gas into the reaction chamber, and when the semiconductor thin film is subjected to the hydrogen plasma treatment, the second valve is opened. And a device for shutting off the introduction of the source gas into the reaction chamber by closing the first valve and closing the first valve.
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