JPH1055963A - Method for forming non-single crystal semiconductor thin film and forming device - Google Patents

Method for forming non-single crystal semiconductor thin film and forming device

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Publication number
JPH1055963A
JPH1055963A JP20943796A JP20943796A JPH1055963A JP H1055963 A JPH1055963 A JP H1055963A JP 20943796 A JP20943796 A JP 20943796A JP 20943796 A JP20943796 A JP 20943796A JP H1055963 A JPH1055963 A JP H1055963A
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JP
Japan
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film
gas
thin film
reaction chamber
forming
Prior art date
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Pending
Application number
JP20943796A
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Japanese (ja)
Inventor
Mitsuo Nakajima
充雄 中島
Yoshiki Ishizuka
芳樹 石塚
Yasuto Kawahisa
慶人 川久
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPH1055963A publication Critical patent/JPH1055963A/en
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  • Thin Film Transistor (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To form a semiconductor layer with high resistance at such a temperature that a glass substrate is used by dissolving a non-film formation gas by plasma and introducing into a reaction chamber a film formation gas containing atoms constituting mainly a non-single crystal semiconductor thin film a specified time after the non-film formation gas is introduced. SOLUTION: A non-film formation gas is introduced into a reaction chamber 10, and it is applied with high frequency while synchronizing it with the introduction of the non-film formation gas. As a result, a plasma is formed and a non- film formation gas is dissolved by the plasma. Next, a film formation gas is introduced into the reaction chamber 10 a specified time after the introduction of non-film formation gas. The film formation gas reacts with a dissolved substance of the non-film formation gas and a non-single crystal semiconductor thin film is formed on a substrate 13 to be treated which is housed in the reaction chamber 10. The film formation gas contains atoms constituting mainly a non-single crystal semiconductor thin film, and an SiH4 , etc., are used for forming film of polycrystal silicon. The non-film formation gas is an inactive gas or hydrogen, or halogen.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、化学気相反応を利
用して被処理基板に非単結晶半導体薄膜を形成する方法
および形成装置に係り、特に、そのような方法および装
置により形成された非単結晶半導体薄膜を用いた薄膜ト
ランジスタ、および薄膜トランジスタを用いたアクティ
ブマトリクス型液晶表示装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for forming a non-single-crystal semiconductor thin film on a substrate to be processed by utilizing a chemical vapor reaction, and more particularly, to a method and an apparatus formed by such a method and apparatus. The present invention relates to a thin film transistor using a non-single-crystal semiconductor thin film and an active matrix liquid crystal display device using the thin film transistor.

【0002】[0002]

【従来の技術】エレクトロ・ルミネッセンス、発光ダイ
オード、プラズマディスプレ−、蛍光表示管、液晶表示
素子等の表示デバイスは、表示部の薄型化が可能である
ため、事務機器やコンピュータ等の表示装置あるいは特
殊な表示装置への用途として要求が高まっている。
2. Description of the Related Art Since display devices such as electroluminescence, light emitting diodes, plasma displays, fluorescent display tubes, and liquid crystal display devices can be made thinner, display devices such as office equipment and computers or special display devices. There is a growing demand for applications to various display devices.

【0003】これらの表示装置のなかでも、薄膜トラン
ジスタ(Thin Film Transistor:
TFT)を画素スイッチング素子として用いたアクティ
ブマトリクス型液晶ディスプレイ(Active Ma
trix−Liquid Crystal Displ
ay:AM−LCD)は、高画質・高品位・低消費電力
のディスプレイとして期待され、各社で研究開発が行わ
れている。
[0003] Among these display devices, a thin film transistor (Thin Film Transistor:
An active matrix type liquid crystal display (Active Ma) using a TFT as a pixel switching element.
trix-Liquid Crystal Displ
ay: AM-LCD) is expected as a display with high image quality, high quality, and low power consumption, and is being researched and developed by each company.

【0004】AM−LCD用TFTのチャネル活性層と
して多結晶シリコン(poly−Si)を用いたpol
y−SiTFTは、チャネル活性層の移動度が高く、画
素TFTに適用した場合に高精細化が可能であり、ま
た、画素スイッチング素子だけでなく、画素TFTを制
御するための周辺駆動回路としても用いることができる
という移転がある。従って、poly−SiTFTは、
周辺駆動回路部を画素部と同時に形成することが可能で
あり(駆動回路一体型LCD)、駆動回路チップの実装
コスト削減や狭額縁化が可能である。
A pol using polycrystalline silicon (poly-Si) as a channel active layer of a TFT for AM-LCD.
The y-SiTFT has a high mobility of a channel active layer and can have high definition when applied to a pixel TFT. Further, the y-SiTFT can be used not only as a pixel switching element but also as a peripheral driving circuit for controlling the pixel TFT. There is a transfer that can be used. Therefore, the poly-Si TFT is
The peripheral driving circuit portion can be formed simultaneously with the pixel portion (a driving circuit integrated LCD), so that the mounting cost of the driving circuit chip can be reduced and the frame can be narrowed.

【0005】現在、市販されている駆動回路一体型LC
Dは、プロジェクション型ディスプレイやビューファイ
ンダーに用いられる中小型ディスプレイである。その製
造プロセスは、poly−Si膜の形成に固相成長法
(600℃程度のプロセス)や熱酸化膜(900℃以上
のプロセス)を使用するため、高温プロセスを用いるこ
とになる。そのため、高価な石英基板や高耐熱基板を使
用することが要求される。
At present, commercially available drive circuit integrated type LC
D is a small and medium-sized display used for a projection type display and a viewfinder. In the manufacturing process, a high-temperature process is used because a solid-phase growth method (a process of about 600 ° C.) or a thermal oxide film (a process of 900 ° C. or more) is used for forming a poly-Si film. Therefore, it is required to use an expensive quartz substrate or a high heat-resistant substrate.

【0006】そこで、高温プロセスで得られたものと同
等のpoly−Si膜およびゲート酸化膜が、a−Si
(アモルファスシリコン)TFTLCDで用いている低
コスト大面積ガラス基板が使用可能な450℃以下の低
温プロセス(ガラス基板が耐える温度)において形成可
能となれば、LCDパネル多面取りなど、コストダウン
やスループット向上など、その効果は大きい。
Therefore, a poly-Si film and a gate oxide film equivalent to those obtained by a high-temperature process are formed by a-Si film.
(Amorphous silicon) If low-cost large-area glass substrates used in TFTLCDs can be formed in a low-temperature process of 450 ° C or less (temperature that glass substrates can withstand), cost reduction and throughput improvement such as multi-panel LCD panels The effect is great.

【0007】低温プロセスによるpoly−Si膜形成
技術および不純物活性化技術として、エキシマレーザー
アニール(Excimer Laser Annea
l:ELA)によるa−Si膜の結晶化技術・活性化技
術が研究されている。この技術によると、a−Si膜が
瞬時溶融し、結晶化するため、基板の熱損傷が少なく、
低コストガラス基板の使用が可能となる。
[0007] Excimer laser annealing (Excimer Laser Anneal) is used as a poly-Si film forming technique and an impurity activating technique by a low temperature process.
1: The crystallization technology and activation technology of an a-Si film by ELA) have been studied. According to this technique, the a-Si film is instantaneously melted and crystallized, so that heat damage to the substrate is small,
Use of a low-cost glass substrate becomes possible.

【0008】poly−SiTFTを用いた一般的な液
晶表示装置の断面構造の一部を図11を参照して説明す
る。この液晶表示装置は、次のようにして製造される。
まず、透明絶縁性基板100上に透明絶縁膜101をコ
ートした後、透明絶縁膜101上にa−Si:H膜を例
えば従来のプラズマCVD法により50nmの膜厚に形
成し、このa−Si:H膜に熱アニールを施すことによ
り脱水素をおこない、次いで、ELAによりa−Si膜
を瞬時加熱溶融し、poly−Si膜に変化させること
により、チャネルとなる高抵抗半導体層102が形成さ
れる。
A part of a cross-sectional structure of a general liquid crystal display device using a poly-Si TFT will be described with reference to FIG. This liquid crystal display device is manufactured as follows.
First, after a transparent insulating film 101 is coated on a transparent insulating substrate 100, an a-Si: H film is formed on the transparent insulating film 101 to a thickness of 50 nm by, for example, a conventional plasma CVD method. : Dehydrogenation is performed by performing thermal annealing on the H film, and then the a-Si film is instantaneously heated and melted by ELA to be changed to a poly-Si film, whereby the high-resistance semiconductor layer 102 serving as a channel is formed. You.

【0009】この高抵抗半導体層102に接して低抵抗
半導体層103,104があり、これは、poly−S
i膜にPなどの不純物を注入したのち、熱などにより活
性化することにより形成される。高抵抗半導体層102
上には、常圧CVD(APCVD)やプラズマCVD
(PECVD)、電子サイクロトロン共鳴(ECR)−
PECVDなどにより、ゲート絶縁膜106が、70n
m〜100nmno膜厚に形成されている。
[0010] In contact with the high-resistance semiconductor layer 102, there are low-resistance semiconductor layers 103 and 104, which are made of poly-S
It is formed by injecting impurities such as P into the i-film and then activating it by heat or the like. High resistance semiconductor layer 102
On top are normal pressure CVD (APCVD) and plasma CVD
(PECVD), electron cyclotron resonance (ECR)-
The gate insulating film 106 has a thickness of 70 n
It is formed to a thickness of m to 100 nm.

【0010】ゲート絶縁膜106上には、ゲート電極1
08が設けられている。また、低抵抗半導体層103,
104には、それぞれソース電極109、ドレイン電極
110が接続されている。ゲート電極108とソース電
極109およびドレイン電極110とを絶縁するため
に、層間絶縁膜111が形成されている。また、ドレイ
ン電極110には、ITOのような透明導電膜からなる
画素電極113が接続されている。
The gate electrode 1 is formed on the gate insulating film 106.
08 is provided. Further, the low-resistance semiconductor layer 103,
A source electrode 109 and a drain electrode 110 are connected to 104, respectively. An interlayer insulating film 111 is formed to insulate the gate electrode 108 from the source electrode 109 and the drain electrode 110. The pixel electrode 113 made of a transparent conductive film such as ITO is connected to the drain electrode 110.

【0011】以上のように構成される液晶表示装置に
は、次のような問題点がある。すなわち、エキシマレー
ザーアニールによるa−Si膜の結晶化工程では、エキ
シマレーザーの大口径化が困難であり、レーザーを重ね
て照射する必要が生ずる。その際、ショット間のレーザ
ーのふらつきによる照射むらが発生する。その結果、液
晶表示装置には画面のみだれ(むら)が生じ、良好な表
示が得にくいと言う問題点がある。このような問題点の
改善策として、ELA工程を使用せずに高抵抗半導体層
を形成する方法が検討されているが、未だ満足すべき方
法は得られていない。
The liquid crystal display device configured as described above has the following problems. That is, in the crystallization step of the a-Si film by excimer laser annealing, it is difficult to increase the diameter of the excimer laser, and it is necessary to irradiate the laser repeatedly. At that time, irradiation unevenness occurs due to fluctuation of the laser between shots. As a result, the liquid crystal display device has a problem in that the screen is blurred (uneven) and it is difficult to obtain a good display. As a measure for solving such a problem, a method of forming a high-resistance semiconductor layer without using an ELA process has been studied, but a satisfactory method has not yet been obtained.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
事情の下になされ、ガラス基板を使用することができる
程度の温度で高抵抗半導体層を形成することができると
ともに、表示の劣化のない良好な表示特性をもつ液晶表
示素子を得ることを可能とする薄膜形成方法および装置
を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and it has been possible to form a high-resistance semiconductor layer at a temperature at which a glass substrate can be used, and to reduce display deterioration. It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus for forming a thin film, which make it possible to obtain a liquid crystal display device having excellent display characteristics.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明(請求項1)は、非単結晶半導体薄膜が成膜
される被処理基板を収容する反応室内に、非単結晶半導
体薄膜を主として構成する原子を含まない非成膜ガスを
導入する工程、前記非成膜ガスの導入に同期させて非成
膜ガスに高周波を印加してプラズマを形成し、このプラ
ズマにより非成膜ガスを分解する工程、および前記非成
膜ガスの導入から所定時間後に、前記反応室内に、非単
結晶半導体薄膜を主として構成する原子を含む成膜ガス
を導入し、被処理基板上に非単結晶半導体薄膜を形成す
る工程を具備することを特徴とする非単結晶半導体薄膜
の形成方法が提供される。
In order to solve the above problems, the present invention (claim 1) provides a non-single-crystal semiconductor thin film in a reaction chamber for accommodating a substrate on which a non-single-crystal semiconductor thin film is formed. Introducing a non-film-forming gas that does not contain atoms mainly comprising forming a plasma by applying a high frequency to the non-film-forming gas in synchronization with the introduction of the non-film-forming gas; A predetermined time after the introduction of the non-film-forming gas and the introduction of the non-film-forming gas, a film-forming gas containing atoms mainly constituting the non-single-crystal semiconductor thin film is introduced into the reaction chamber, and the non-single-crystal There is provided a method for forming a non-single-crystal semiconductor thin film, comprising a step of forming a semiconductor thin film.

【0014】また、本発明(請求項2)は、非単結晶半
導体薄膜が成膜される被処理基板を収容する反応室内
に、非単結晶半導体薄膜を主として構成する原子を含む
成膜ガスを導入する工程、前記成膜ガスの導入に同期さ
せて、成膜ガスに高周波を印加してプラズマを形成し、
このプラズマにより成膜ガスを分解する工程、および前
記成膜ガスの導入から所定時間後に、前記反応室内に、
非単結晶半導体薄膜を主として構成する原子を含まない
非成膜ガスを導入する工程を具備することを特徴とする
非単結晶半導体薄膜の形成方法が提供される。
Further, according to the present invention (claim 2), a film forming gas containing atoms mainly constituting a non-single-crystal semiconductor thin film is supplied into a reaction chamber for accommodating a substrate on which a non-single-crystal semiconductor thin film is formed. Introducing, in synchronization with the introduction of the film forming gas, applying a high frequency to the film forming gas to form a plasma,
A step of decomposing the film forming gas by this plasma, and after a predetermined time from the introduction of the film forming gas, into the reaction chamber,
There is provided a method for forming a non-single-crystal semiconductor thin film, comprising a step of introducing a non-film-forming gas not containing atoms mainly constituting the non-single-crystal semiconductor thin film.

【0015】また、本発明(請求項3)は、上述の非単
結晶半導体薄膜の形成方法(請求項1または2)におい
て、一連の各工程を複数回繰り返すことを特徴とする。
また、本発明(請求項4)は、被処理基板が収容される
反応室と、前記反応室に、非単結晶半導体薄膜を主とし
て構成する原子を含む成膜ガスを供給する成膜ガス供給
流路と、前記成膜ガス供給流路に接続され、前記成膜ガ
スを排気する成膜ガス排気流路と、前記反応室に、非単
結晶半導体薄膜を主として構成する原子を含まない非成
膜ガスを供給する非成膜ガス供給流路と、前記非成膜ガ
ス供給流路に接続され、前記非成膜ガスを排気する非成
膜ガス排気流路と、前記成膜ガスおよび/または非成膜
ガスに高周波またはマイクロ波を導入してプラズマを形
成する手段と、前記成膜ガスおよび非成膜ガスの反応室
への供給を交互に行い、かつ反応室内の圧力の変動を少
なくするように、前記成膜ガスおよび非成膜ガスの反応
室への供給の切り替え、成膜ガスおよび/または非成膜
ガスの反応室への供給および排気の切り替えを行う手段
とを具備することを特徴とする非単結晶半導体薄膜の形
成装置を提供する。
Further, the present invention (Claim 3) is characterized in that in the above-described method for forming a non-single-crystal semiconductor thin film (Claim 1 or 2), a series of steps is repeated a plurality of times.
Further, the present invention (claim 4) provides a reaction chamber in which a substrate to be processed is accommodated, and a deposition gas supply flow for supplying a deposition gas containing atoms mainly constituting a non-single-crystal semiconductor thin film to the reaction chamber. A passage, a film-forming gas exhaust passage connected to the film-forming gas supply passage for exhausting the film-forming gas, and a non-film-forming film containing no atoms mainly constituting a non-single-crystal semiconductor thin film in the reaction chamber. A non-deposition gas supply flow path for supplying gas; a non-deposition gas exhaust flow path connected to the non-deposition gas supply flow path for discharging the non-deposition gas; Means for forming a plasma by introducing high frequency or microwave into the film forming gas, and alternately supplying the film forming gas and the non-film forming gas to the reaction chamber, and reducing the pressure fluctuation in the reaction chamber. Then, the supply of the film forming gas and the non-film forming gas to the reaction chamber is cut off. For example, to provide a forming apparatus of a non-single-crystal semiconductor thin film characterized by comprising a means for switching the supply and exhaust of the reaction chamber of the film forming gas and / or non-film gas.

【0016】また、本発明(請求項5)は、基板上に形
成された高抵抗半導体層と、この高抵抗半導体層上にゲ
ート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、前記高抵
抗半導体層の両側に形成された低抵抗半導体層と、この
低抵抗半導体層に電気的に接続されたソース電極および
ドレイン電極とを具備し、前記高抵抗半導体層が、上述
の非単結晶半導体薄膜の形成方法(請求項1、2または
3)により形成されたことを特徴とする薄膜トランジス
タを提供する。
The present invention (claim 5) provides a high-resistance semiconductor layer formed on a substrate, a gate electrode formed on the high-resistance semiconductor layer via a gate insulating film, and the high-resistance semiconductor layer. A low-resistance semiconductor layer formed on both sides of the layer, and a source electrode and a drain electrode electrically connected to the low-resistance semiconductor layer, wherein the high-resistance semiconductor layer is formed of the non-single-crystal semiconductor thin film described above. There is provided a thin film transistor formed by a forming method (claim 1, 2 or 3).

【0017】また、本発明(請求項6)は、対向して配
置された1対の基板と、前記一対の基板のいずれか一方
の対向面にマトリクス状に配置された画素表示部電極
と、前記一方の基板の画素表示部に形成され、前記画素
表示部電極に接続された、スイッチングトランジスタ
と、前記1対の基板間に封入された液晶層と、を具備
し、前記スイッチングトランジスタは、上述の薄膜トラ
ンジスタ(請求項4)であることを特徴とする液晶表示
素子を提供する。
Further, according to the present invention (claim 6), a pair of substrates arranged to face each other, a pixel display portion electrode arranged in a matrix on one of the opposing surfaces of the pair of substrates, A switching transistor formed on a pixel display portion of the one substrate and connected to the pixel display portion electrode; and a liquid crystal layer sealed between the pair of substrates. A liquid crystal display element characterized by the above-mentioned thin film transistor (claim 4).

【0018】以下、本発明について、より詳細に説明す
る。成膜ガスとは、非単結晶半導体薄膜を主として構成
する原子を含むガスを意味し、アモルファスシリコンま
たは多結晶シリコンを成膜する場合には、Si H4のよ
うなシリコンの水素誘導体、Si F4 のようなシリコン
のハロゲン誘導体が挙げられる。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail. The deposition gas refers to a gas containing atoms mainly constituting a non-single-crystal semiconductor thin film. When amorphous silicon or polycrystalline silicon is deposited, a hydrogen derivative of silicon such as SiH 4 or SiF And halogen derivatives of silicon such as 4 .

【0019】非成膜ガスとは、非単結晶半導体薄膜を主
として構成する原子を含まないガスを意味し、窒素、ヘ
リウム、アルゴンなどの不活性ガス、水素、または弗素
などのハロゲンが挙げられる。
The non-film-forming gas means a gas which does not contain atoms mainly constituting the non-single-crystal semiconductor thin film, and includes an inert gas such as nitrogen, helium, and argon, and a halogen such as hydrogen and fluorine.

【0020】非成膜ガスに導入される高周波は、13.
56MHz、27.12MHz、400MHzとするこ
とができる。13.56MHzの高周波の場合、パワ−
は、20W〜1500、パワー密度は、50mW/cm
2 〜100mW/cm2 であるのが好ましい。また、デ
ューティー比5〜95%程度、周波数5kHzから20
0kHzのパルス状にパワーが変化するパルス変調され
た高周波を用いることも可能である。
The high frequency introduced into the non-film-forming gas is 13.
It can be 56 MHz, 27.12 MHz, or 400 MHz. In case of 13.56 MHz high frequency, power
Is 20 W to 1500, and the power density is 50 mW / cm
It is preferably 2 to 100 mW / cm 2 . The duty ratio is about 5 to 95%, and the frequency is 5 kHz to 20%.
It is also possible to use a pulse-modulated high frequency whose power changes like a 0 kHz pulse.

【0021】第1の発明は、非単結晶半導体薄膜の形成
方法を提供する。この方法では、最初に反応室に非成膜
ガスを導入し、次いで、この非成膜ガスの導入に同期さ
せて非成膜ガスに高周波を印加する。その結果、プラズ
マが形成され、このプラズマにより非成膜ガスが分解す
る。次に、非成膜ガスの導入から所定時間後に、反応室
内に成膜ガスを導入する。すると、非成膜ガスの分解物
と成膜ガスとが反応して、反応室内に収容された被処理
基板上に非単結晶半導体薄膜が形成される。
The first invention provides a method for forming a non-single-crystal semiconductor thin film. In this method, a non-deposition gas is first introduced into a reaction chamber, and then a high frequency is applied to the non-deposition gas in synchronization with the introduction of the non-deposition gas. As a result, plasma is formed, and the non-film-forming gas is decomposed by the plasma. Next, a predetermined time after the introduction of the non-film-forming gas, the film-forming gas is introduced into the reaction chamber. Then, a decomposition product of the non-film-forming gas reacts with the film-forming gas to form a non-single-crystal semiconductor thin film on the substrate to be processed accommodated in the reaction chamber.

【0022】第1の発明の好ましい態様としては、以下
のものが挙げられる。 (1)分解した非成膜ガスと成膜ガスとの反応により、
被処理基板上に非単結晶質半導体薄膜が形成されるこ
と。
Preferred embodiments of the first invention include the following. (1) By the reaction between the decomposed non-film-forming gas and the film-forming gas,
A non-single-crystal semiconductor thin film is formed on a substrate to be processed.

【0023】(2)成膜ガスの導入と同時に非成膜ガス
の導入が停止されること。 (3)高周波は、パルス状に印加されること。 (4)パルス状高周波のONに同期して非成膜ガスが導
入され、OFFに同期して非成膜ガスの導入が停止さ
れ、かつ成膜ガスが導入され、次のONに同期して成膜
ガスの導入が停止されること。
(2) The introduction of the non-deposition gas is stopped simultaneously with the introduction of the deposition gas. (3) The high frequency is applied in a pulse form. (4) The non-deposition gas is introduced in synchronization with ON of the pulsed high frequency, the introduction of the non-deposition gas is stopped in synchronization with OFF, and the deposition gas is introduced, and in synchronization with the next ON. The introduction of the deposition gas is stopped.

【0024】(5)パルス状高周波のONに同期して非
成膜ガスが導入され、OFFから5秒以内に非成膜ガス
の導入が停止され、かつ成膜ガスが導入されこと。 (6)非成膜ガスの導入、停止、および成膜ガスの導
入、停止は、複数回繰り返し行われること。
(5) The non-film-forming gas is introduced in synchronization with the ON of the pulsed high frequency, the introduction of the non-film-forming gas is stopped within 5 seconds after the OFF, and the film-forming gas is introduced. (6) The introduction and stop of the non-film-forming gas and the introduction and stop of the film-forming gas are repeatedly performed a plurality of times.

【0025】(7)非成膜ガスはH2 であり、成膜ガス
はSiH4 、またはSiH4 とSiF4 の混合ガスであ
ること。 (8)非成膜ガスはH2 であり、成膜ガスはSiH4
あり、H2 とSiH4の流量比は、2:1〜200:1
であること。
(7) The non-film forming gas is H 2 , and the film forming gas is SiH 4 or a mixed gas of SiH 4 and SiF 4 . (8) non-film gas is H 2, the film forming gas is SiH 4, the flow rate ratio of the H 2 and SiH 4 is 2: 1 to 200: 1
That.

【0026】第2の発明は、非単結晶半導体薄膜の形成
方法を提供する。この方法では、最初に反応室内に成膜
ガスが導入され、この成膜ガスの導入に同期させて、成
膜ガスに高周波が印加される。その結果、プラズマが形
成され、このプラズマにより成膜ガスが分解される。そ
の後、成膜ガスの導入から所定時間後に、反応室内に、
非成膜ガスが導入され、基板上に多結晶質半導体薄膜が
形成される。
A second invention provides a method for forming a non-single-crystal semiconductor thin film. In this method, a deposition gas is first introduced into a reaction chamber, and a high frequency is applied to the deposition gas in synchronization with the introduction of the deposition gas. As a result, plasma is formed, and the film-forming gas is decomposed by the plasma. Thereafter, a predetermined time after the introduction of the deposition gas,
A non-deposition gas is introduced to form a polycrystalline semiconductor thin film on the substrate.

【0027】第2の発明の好ましい態様としては、以下
のものが挙げられる。 (1)プラズマによる成膜ガスの分解により、被処理基
板上に非晶質半導体および多結晶質半導体が堆積され、
非成膜ガスの供給により非晶質半導体が除去され、被処
理基板上に多結晶質半導体薄膜が形成されること。
Preferred embodiments of the second invention include the following. (1) An amorphous semiconductor and a polycrystalline semiconductor are deposited on a substrate to be processed by decomposition of a deposition gas by plasma,
Amorphous semiconductor is removed by supplying a non-deposition gas, and a polycrystalline semiconductor thin film is formed on a substrate to be processed.

【0028】(2)前記非成膜ガスの導入と同時に前記
成膜ガスの導入が停止されること。 (3)高周波は、パルス状に印加されること。 (4)パルス状高周波のONに同期して成膜ガスが導入
され、OFFに同期して成膜ガスの導入が停止され、か
つ非成膜ガスが導入されること。
(2) The introduction of the film forming gas is stopped simultaneously with the introduction of the non-film forming gas. (3) The high frequency is applied in a pulse form. (4) The film forming gas is introduced in synchronization with the ON of the pulsed high frequency, the introduction of the film forming gas is stopped in synchronization with the OFF, and the non-film forming gas is introduced.

【0029】(5)パルス状高周波のONに同期して成
膜ガスが導入され、OFFから5秒以内に成膜ガスの導
入が停止され、かつ非成膜ガスが導入されること。 (6)前記非成膜ガスの導入、停止、および成膜ガスの
導入、停止は、複数回繰り返し行われること。
(5) The film forming gas is introduced in synchronization with the ON of the pulsed high frequency, the introduction of the film forming gas is stopped within 5 seconds from the OFF, and the non-film forming gas is introduced. (6) The introduction and stop of the non-film-forming gas and the introduction and stop of the film-forming gas are repeatedly performed a plurality of times.

【0030】(7)非成膜ガスはSiF4 であり、成膜
ガスはSiH4 であり、H2 とSiH4 の流量比は、
2:1〜200:1であること。 第3の発明は、非単結晶半導体薄膜の形成装置を提供す
る。この装置には、被処理基板が収容される反応室と、
この反応室に成膜ガスおよび非成膜ガスを供給するガス
供給系と、成膜ガスおよび/または非成膜ガスに高周波
またはマイクロ波を導入してプラズマを形成する手段と
が設けられている。
(7) The non-film-forming gas is SiF 4 , the film-forming gas is SiH 4 , and the flow rate ratio between H 2 and SiH 4 is:
2: 1 to 200: 1. A third invention provides an apparatus for forming a non-single-crystal semiconductor thin film. The apparatus includes a reaction chamber in which a substrate to be processed is stored,
A gas supply system for supplying a film-forming gas and a non-film-forming gas to the reaction chamber, and means for introducing a high frequency or microwave to the film-forming gas and / or the non-film-forming gas to form plasma are provided. .

【0031】特に、ガス供給系は、反応室に成膜ガスを
供給する経路と、反応室に非成膜ガスを供給する経路の
2経路が設けられていて、それぞれが切り替えられるよ
うにバルブが取付けられている。また、それぞれの経路
には、排気経路が接続されていて、反応室への供給と排
気とが切り替えられるようにバルブが取付けられてい
る。
In particular, the gas supply system is provided with two paths, a path for supplying a deposition gas to the reaction chamber and a path for supplying a non-deposition gas to the reaction chamber, and a valve is provided so that each can be switched. Installed. An exhaust path is connected to each path, and a valve is attached so that supply and exhaust to the reaction chamber can be switched.

【0032】すなわち、このようなバルブの操作によ
り、成膜ガスを供給する経路と、反応室に非成膜ガスを
供給する経路とが切り替えられるとともに、そのような
切り替えに際して、反応室内の圧力の変動を低く抑える
ように、成膜ガスおよび非成膜ガスの反応室への供給と
排気とが切り替えられ、各流路を流れるガスのト−タル
の流量が常に一定にされている。
That is, by operating such a valve, a path for supplying the film-forming gas and a path for supplying the non-film-forming gas to the reaction chamber are switched. The supply and exhaust of the film-forming gas and the non-film-forming gas to and from the reaction chamber are switched so as to suppress the fluctuation, and the total flow rate of the gas flowing through each flow path is always kept constant.

【0033】なお、各流路を流れるガスのト−タルの流
量を常に一定にするためには、反応室への流路と排気流
路のコンダクタンスが同じになるようしておくことが好
ましい。
In order to keep the total flow rate of the gas flowing through each flow path constant, it is preferable that the conductance of the flow path to the reaction chamber and the conductance of the exhaust flow path be the same.

【0034】本発明の非単結晶半導体薄膜形成装置は、
高周波すなわちRFを用いた通常のプラズマCVD装置
に限らず、マイクロ波により形成したプラズマと、磁気
コイルによる電子の衝撃作用とを組み合わせたマイクロ
波電子サイクロトロン(ECR)プラズマを利用したプ
ラズマCVDに適用することも可能である。
An apparatus for forming a non-single-crystal semiconductor thin film according to the present invention comprises:
The present invention is not limited to a normal plasma CVD apparatus using a high frequency, that is, RF, but is applied to a plasma CVD using a microwave electron cyclotron (ECR) plasma in which a plasma formed by a microwave and an electron impact action by a magnetic coil are combined. It is also possible.

【0035】第4の発明は、上述の第1または第2の発
明に係る方法により成膜された高抵抗半導体層を具備す
る薄膜トランジスタを提供する。また、第5の発明は、
かかる薄膜トランジスタをスイッチングトランジスタと
して用いた液晶表示素子を提供する。
According to a fourth aspect, there is provided a thin film transistor including a high-resistance semiconductor layer formed by the method according to the first or second aspect. In a fifth aspect,
A liquid crystal display element using such a thin film transistor as a switching transistor is provided.

【0036】以上説明したように、本発明によると、E
LAによるpoly−Si形成工程を用いることなく、
ガラス基板を使用できる程度の温度で、プラズマCVD
法により高抵抗半導体層を形成することが可能であり、
それによって、ELAのショットむらに起因する表示装
置の表示劣化のない良好な表示特性を有する液晶表示素
子を効率よく得ることができる。
As described above, according to the present invention, E
Without using the poly-Si forming process by LA,
Plasma CVD at a temperature at which glass substrates can be used
It is possible to form a high resistance semiconductor layer by the method,
This makes it possible to efficiently obtain a liquid crystal display element having good display characteristics without display deterioration of the display device due to uneven shot of ELA.

【0037】[0037]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施例について説明する。 実施例1 図1は本実施例に係る非単結晶半導体薄膜製造装置の概
略を示す図である。図1において、薄膜形成が行われる
反応室10内には、上部電極11および下部電極12が
配置されており、下部電極12上には、透明な絶縁基板
であるガラスや石英基板のような被処理基板13が載置
されている。また、反応室10には、薄膜形成に用いら
れる原料ガスを供給するためのガス供給部14、および
反応室10を真空に排気する排気部15が接続されてい
る。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Embodiment 1 FIG. 1 is a view schematically showing a non-single-crystal semiconductor thin film manufacturing apparatus according to this embodiment. In FIG. 1, an upper electrode 11 and a lower electrode 12 are disposed in a reaction chamber 10 in which a thin film is formed. On the lower electrode 12, a transparent insulating substrate such as a glass or quartz substrate is provided. The processing substrate 13 is placed. Further, a gas supply unit 14 for supplying a source gas used for forming a thin film and an exhaust unit 15 for evacuating the reaction chamber 10 to a vacuum are connected to the reaction chamber 10.

【0038】ガス供給部14は、複数の配管と、これら
配管に取付けられた、ガス流量を制御する3つの質量流
量コントロ−ラ(MFC−1〜MFC−3)および5つ
のバルブ(バルブ−1〜バルブ−5)と、これらMFC
およびバルブの作動を制御するガス系コントロ−ラ16
とから構成される。
The gas supply unit 14 includes a plurality of pipes, three mass flow controllers (MFC-1 to MFC-3) attached to these pipes for controlling the gas flow rate, and five valves (valve-1). ~ Valve-5) and these MFCs
And a gas controller 16 for controlling the operation of the valve
It is composed of

【0039】上部電極11には、反応室10に導入され
た原料ガスを分解するためのエネルギーを供給する高周
波電源およびその高周波電源のON/OFFを時間的に
制御するが接続されている。また、下部電極12内に
は、被処理基板13を加熱するためのヒ−タ−18が内
蔵されている。
The upper electrode 11 is connected to a high-frequency power supply for supplying energy for decomposing the raw material gas introduced into the reaction chamber 10 and a control for temporally controlling ON / OFF of the high-frequency power supply. A heater 18 for heating the substrate 13 to be processed is built in the lower electrode 12.

【0040】ガス供給部14のガス系コントロ−ラ16
および制御部17は、これらをコントロ−ルするための
高周波電源・制御装置19に接続されている。次に、以
上のように構成される非単結晶半導体薄膜製造装置の動
作について、図2に示す、原料ガスの流れ方(バルブの
開閉手順)および高周波電源のオン・オフのタイムチャ
ートを用いて説明する。
The gas controller 16 of the gas supply unit 14
The control unit 17 is connected to a high-frequency power supply / control device 19 for controlling these. Next, the operation of the non-single-crystal semiconductor thin film manufacturing apparatus configured as described above will be described with reference to the flow chart of the source gas (opening / closing procedure of the valve) and the on / off time chart of the high frequency power supply shown in FIG. explain.

【0041】まず、基板13を反応室10内の下部電極
12上にセットした後、バルブ21を介して排気系15
により反応室10内を所望の真空度、例えば5×10-6
Torr以下まで排気する。次いで、バルブ−1、バル
ブ2aおよびバルブ3bを開ける。この状態で、反応室
10には、ガス1およびガス2が導入される。同時にガ
ス3は、排気系22により反応室10を経由することな
しに排気される。
First, after setting the substrate 13 on the lower electrode 12 in the reaction chamber 10, the exhaust system 15 is
To a desired degree of vacuum in the reaction chamber 10, for example, 5 × 10 −6.
Exhaust to Torr or less. Next, the valve-1, the valve 2a, and the valve 3b are opened. In this state, gas 1 and gas 2 are introduced into the reaction chamber 10. At the same time, the gas 3 is exhausted by the exhaust system 22 without passing through the reaction chamber 10.

【0042】ここで、ガス2とガス3の流量は、切り替
えたときに反応室10内の圧力変動がないように、同じ
流量としておく。また、切り替えたときにガスの流れ方
が乱れないように、反応室10へのラインと排気系22
へのラインのコンダクタンスが同じになるようしておい
た方がよい。
Here, the flow rates of the gas 2 and the gas 3 are set to be the same so that the pressure in the reaction chamber 10 does not fluctuate when switching. In addition, a line to the reaction chamber 10 and an exhaust system 22 are provided so that the gas flow is not disturbed when switching.
It is better to keep the conductance of the line to the same.

【0043】次に、排気系15を調節して、反応室10
内を例えば0.5Torrにする。同時に、電極12内
に内蔵3されたヒーター18により、基板13を所望の
温度、たとえば、350℃程度まで加熱する。基板13
が所望の温度に達し、温度が安定すると、高周波電源を
時間Aだけオンする。時間Aが経過したら、同時に、バ
ルブ2Aを閉じ、2Bを開ける、またバルブ3Aを開
け、バルブ3Bを閉じる。この状態で時間Bだけ保持す
る。
Next, the exhaust system 15 is adjusted to
Is set to 0.5 Torr, for example. At the same time, the substrate 13 is heated to a desired temperature, for example, about 350 ° C. by the heater 18 built in the electrode 12. Substrate 13
Reaches a desired temperature, and when the temperature is stabilized, the high-frequency power supply is turned on for a time A. When the time A elapses, at the same time, the valve 2A is closed, the valve 2B is opened, and the valve 3A is opened and the valve 3B is closed. In this state, only the time B is maintained.

【0044】時間Bが経過した後、高周波電源をオン
し、同時にバルブ2Aを開け、バルブ2Bを閉じる。ま
た、バルブ3Aを閉じ、バルブ3Bを開ける。この状態
でA時間だけ保持する。
After the lapse of time B, the high frequency power supply is turned on, and at the same time, the valve 2A is opened and the valve 2B is closed. Further, the valve 3A is closed and the valve 3B is opened. In this state, it is held for the time A.

【0045】以上の操作を所望の回数だけ繰り返し、膜
を基板上に形成する。時間A,Bおよびガス流量などを
適当に選択することにより、さまざまな膜質を有する薄
膜を形成することができる。例えば、MFC−1および
MFC−2から水素、MFC−3からシランを供給する
場合について以下に説明する。
The above operation is repeated a desired number of times to form a film on the substrate. By appropriately selecting the times A and B, the gas flow rate, and the like, thin films having various film qualities can be formed. For example, a case where hydrogen is supplied from MFC-1 and MFC-2 and silane is supplied from MFC-3 will be described below.

【0046】まず、高周波電源がオンされる期間Aで
は、下記式に示すように、高周波により水素分子は分解
され、水素ラジカルH・が形成される。 H2 →H・+H・ この期間Aでは、膜を構成する原子が存在しないため、
成膜は起こらない。
First, in a period A during which the high-frequency power supply is turned on, as shown in the following equation, hydrogen molecules are decomposed by high frequency to form hydrogen radicals H. H 2 → H ・ + H ・ In this period A, there are no atoms constituting the film,
No film formation occurs.

【0047】次いで、ガスを切り替え、高周波をオフし
た場合、つまり期間Bでは、期間Aで生成されたH・と
SiH4 の反応が、下記式に示すように起こる。 SiH4 +H・→SiH3 ・+H2 生成しているH・と導入するSiH4 の比を、H・の方
を大きくしておくことにより、生成するSiを含むフラ
グメントは、SiH3 が大部分を占めるようになる。こ
れまでの研究から、良質のa−Si膜を得るためには、
SiH3 が多いほうが良いと言われている。よって、こ
のような方法を選択することにより、良質のa−Si膜
を有する良質のデバイスを形成することができる。
Next, when the gas is switched and the high frequency is turned off, that is, in the period B, the reaction between H. generated in the period A and SiH 4 occurs as shown in the following equation. SiH 4 + H.fwdarw.SiH 3. + H 2 By increasing the ratio of generated H. and introduced SiH 4 to H., the generated Si-containing fragments are mostly SiH 3. Will occupy. From previous studies, to obtain a high quality a-Si film,
It is said that more SiH 3 is better. Therefore, by selecting such a method, a high-quality device having a high-quality a-Si film can be formed.

【0048】この場合、例えば、MFC−1により水素
を80sccm、MFC−2により水素を20scc
m、MFC−3によりSiH4 を20sccm導入す
る。また、高周波は、13.56MHzであり、20W
から1500W程度のパワーを投入する。パワー密度に
して、50mW/cm2 から100mW/cm2 程度が
よい。パワーを多くし過ぎると、膜内のトラップ準位密
度が多くなり、良好な性能のデバイスを得ることができ
ない。
In this case, for example, hydrogen is 80 sccm by MFC-1 and hydrogen is 20 scc by MFC-2.
m, 20 sccm of SiH 4 is introduced by MFC-3. The high frequency is 13.56 MHz and 20 W
Power of about 1500W is supplied. The power density is preferably about 50 mW / cm 2 to 100 mW / cm 2 . If the power is too high, the trap level density in the film increases, and a device with good performance cannot be obtained.

【0049】なお、期間Aと期間Bは、10秒〜10分
程度がよく、同じ時間である必要はない。高周波を投入
するタイミングは、図2に示したように、ガス2とガス
3を切り替えたと同時、もしくは図3に示すように、R
FがOFFとなった後、たとえば、5秒以内に、すなわ
ち、ラジカルが消滅しない時間内に切り替えることが望
ましい。その時間は、ラジカルの寿命、もしくは反方室
の容積およびガス流量、圧力などから決まるレジデンス
タイム(ガスが反応室内に平均的にとどまっている時
間)以内であることがよい。
The period A and the period B are preferably about 10 seconds to 10 minutes, and need not be the same time. As shown in FIG. 2, the timing of applying the high frequency is the same as when gas 2 and gas 3 are switched, or as shown in FIG.
After F is turned off, it is desirable to switch within, for example, 5 seconds, that is, within a time period in which radicals do not disappear. The time is preferably within the residence time (time during which the gas stays in the reaction chamber on average) determined by the lifetime of the radical, the volume of the reverse chamber, the gas flow rate, the pressure, and the like.

【0050】投入されるRFは、CWの高周波でもよい
が、生成する反応種を制御するために、デューティー比
5〜95%程度、周波数5kHz〜200kHzのパル
ス状にパワーが変化する変調された高周波でもよい。
The input RF may be a CW high frequency, but in order to control the reactive species to be generated, a modulated high frequency modulated pulse whose power changes in a pulse shape having a duty ratio of about 5 to 95% and a frequency of 5 kHz to 200 kHz. May be.

【0051】微結晶性の半導体膜を形成するための条件
の一例としては、たとえば、MFC−1により水素を1
98sccm、MFC−2により水素を2sccm、M
FC−3によりSiH4 を2sccm導入する。また、
高周波は13.56MHzで20W〜1500W程度の
パワーを投入する。パワー密度にして、50mW/cm
2 〜100mW/cm2 程度がよい。
As an example of conditions for forming a microcrystalline semiconductor film, for example, hydrogen is converted to 1 by MFC-1.
98 sccm, 2 sccm hydrogen by MFC-2, M
2 sccm of SiH 4 is introduced by FC-3. Also,
The high frequency is 13.56 MHz and a power of about 20 W to 1500 W is applied. Power density, 50mW / cm
It is preferably about 2 to 100 mW / cm 2 .

【0052】多結晶性の半導体膜を形成するための一例
としては、たとえば、MFC−1により水素を190s
ccm、MFC−2によりSiF4 を10sccm、M
FC−3によりSiH4 を10sccm導入する。ま
た、高周波は13.56MHzで20W〜1500W程
度のパワーを投入する。パワー密度にして、50mW/
cm2 〜100mW/cm2 程度がよい。
As an example for forming a polycrystalline semiconductor film, for example, hydrogen is applied for 190 seconds by MFC-1.
cF, 10 sccm of SiF 4 by MFC-2, M
10 sccm of SiH 4 is introduced by FC-3. The high frequency is 13.56 MHz and a power of about 20 W to 1500 W is applied. In terms of power density, 50mW /
It is preferably about cm 2 to 100 mW / cm 2 .

【0053】実施例2 実施例1で用いた図1に示す非単結晶半導体薄膜製造装
置と同様の装置を用いて、以下のように非単結晶半導体
薄膜を形成する。
Example 2 Using a device similar to the non-single-crystal semiconductor thin film manufacturing apparatus shown in FIG. 1 used in Example 1, a non-single-crystal semiconductor thin film is formed as follows.

【0054】MFC−1からは、水素を50sccm〜
500sccm、MFC−2からは、SiH4 をたとえ
ば50sccm、MFC−3からは、SiF4 を50s
ccm流す。MFC−2とMFC−3の流量は、一致さ
せておく。
From MFC-1, 50 sccm of hydrogen was supplied.
From 500 sccm, MFC-2, SiH 4 is, for example, 50 sccm, and from MFC-3, SiF 4 is 50 s, for example.
Flow ccm. The flow rates of the MFC-2 and the MFC-3 are set to be the same.

【0055】各々の動作手順について、図4に示す、原
料ガスの流れ方(バルブの開閉手順)および高周波電源
のオン・オフのタイムチャートを用いて説明する。ま
ず、基板13を反応室10内の下部電極12上にセット
した後、バルブ21を介して排気系15により反応室1
0内を所望の真空度、例えば5×10-6Torr以下ま
で排気する。次いで、バルブ−1、バルブ2Aおよびバ
ルブ3Bを開ける。この状態で、反応室10には、ガス
1(水素)およびガス2(SiH4 )が導入される。同
時にガス3(SiF4 )は、排気系22により反応室1
0を経由することなしに排気される。
Each operation procedure will be described with reference to the flow chart of the flow of the source gas (opening / closing procedure of the valve) and the ON / OFF timing of the high frequency power supply shown in FIG. First, after the substrate 13 is set on the lower electrode 12 in the reaction chamber 10, the reaction system 1 is
The inside of 0 is evacuated to a desired degree of vacuum, for example, 5 × 10 −6 Torr or less. Next, the valve-1, the valve 2A and the valve 3B are opened. In this state, gas 1 (hydrogen) and gas 2 (SiH 4 ) are introduced into the reaction chamber 10. At the same time, gas 3 (SiF 4 ) is supplied to the reaction chamber 1 by the exhaust system 22.
It is exhausted without passing through zero.

【0056】次に、排気系15を調節して、反応室10
内をたとえば1Torrにする。同時に、電極12内に
内蔵3されたヒーター18により、基板13を所望の温
度、例えば400℃程度まで加熱する。基板13が所望
の温度に達し、温度が安定すると、高周波電源を時間A
だけオンする。時間Aが経過した後、同時に、バルブ2
Aを閉じ、2Bを開ける、またバルブ3Aを開け、バル
ブ3Bを閉じる。この状態で時間Bだけ保持する。
Next, the exhaust system 15 is adjusted to
Is set to 1 Torr, for example. At the same time, the substrate 13 is heated to a desired temperature, for example, about 400 ° C. by the heater 18 built in the electrode 12. When the substrate 13 reaches a desired temperature and the temperature is stabilized, the high frequency power
Just turn on. After the time A has elapsed, the valve 2
A is closed, 2B is opened, and valve 3A is opened, and valve 3B is closed. In this state, only the time B is maintained.

【0057】時間Bが経過した後、バルブ2Aを開け、
バルブ2Bを閉じる。また、バルブ3Aを閉じ、バルブ
3Bを開ける、同時に高周波電源をオンし、この状態で
A時間だけ保持する。
After the time B has elapsed, the valve 2A is opened,
Close the valve 2B. Further, the valve 3A is closed and the valve 3B is opened, and at the same time, the high frequency power supply is turned on, and this state is maintained for the time A.

【0058】以上の操作を所望の回数だけ繰り返し、膜
を基板上に形成する。時間A,Bおよびガス流量などを
適当に選択することにより、さまざまな膜質を有する薄
膜を形成することができる。
The above operation is repeated a desired number of times to form a film on the substrate. By appropriately selecting the times A and B, the gas flow rate, and the like, thin films having various film qualities can be formed.

【0059】期間Aと期間Bは、1:1〜1:100程
度がよい、望ましくは1:25〜1:75程度がよい。
最初の期間Aでは、非結晶質と多結晶質が形成され、次
の期間Bでは、形成された膜のうち非結晶質が除去され
る、次の期間Aでは、残った結晶性の膜のうえにそれを
核として多結晶性の薄膜が多く形成され、ある部分では
非晶質が形成される。次の期間Bでは、非結晶性の部分
が除去され、次の期間Aでは、また結晶性の膜が形成さ
れる。
The period A and the period B are preferably about 1: 1 to 1: 100, more preferably about 1:25 to 1:75.
In the first period A, amorphous and polycrystalline are formed, and in the next period B, the amorphous film is removed from the formed film. In the next period A, the remaining crystalline film is removed. Furthermore, many polycrystalline thin films are formed using the nuclei as a nucleus, and amorphous is formed in a certain portion. In the next period B, the amorphous portion is removed, and in the next period A, a crystalline film is formed again.

【0060】期間Aとしては、5秒〜1000秒程度で
あり、期間Bは、さきほどの比に対応する時間がよい。
従来の方法のように、SiH4 とSiF4 と同時に流し
て膜を形成する場合には、SiF4 に対してSiH4
流量を非常に小さくしなければならず、たとえば1:5
0にしなければならず、流量の制御性に難点があった。
これに対し、SiH4 とSiF4 とを交互に流す、本実
施例に係る方法によると、SiF4 とSiH4 の流量は
同様の値とすることができ、流量の制御性が改善され
る。
The period A is about 5 seconds to 1000 seconds, and the period B is preferably a time corresponding to the above ratio.
When a film is formed by flowing SiH 4 and SiF 4 at the same time as in the conventional method, the flow rate of SiH 4 relative to SiF 4 must be very small, for example, 1: 5.
It must be set to 0, and there is a problem in the controllability of the flow rate.
On the other hand, according to the method according to the present embodiment in which SiH 4 and SiF 4 are alternately flowed, the flow rates of SiF 4 and SiH 4 can be set to the same value, and the controllability of the flow rate is improved.

【0061】高周波を投入するタイミングは、図4に示
すように、ガス2とガス3を切り替えたと同時、もしく
は図3に示すように、RFがOFFとなった後、例え
ば、5秒以内に、すなわちラジカルが消滅しない時間内
に切り替えることが望ましい。この時間は、ラジカルの
寿命、もしくは反方室の容積およびガス流量、圧力など
から決まるレジデンスタイム(ガスが反応室内に平均的
にとどまっている時間)以内であることがよい。
As shown in FIG. 4, the high-frequency is applied at the same time as switching between the gas 2 and the gas 3 or, as shown in FIG. 3, after the RF is turned off, for example, within 5 seconds. That is, it is desirable to switch within a time period in which radicals do not disappear. This time is preferably within the residence time (time during which the gas remains in the reaction chamber on average) determined by the life of the radical, the volume of the reverse chamber, the gas flow rate, the pressure, and the like.

【0062】投入されるRFは、CWの高周波でもよい
が、生成する反応種を制御するために、デューティー比
5〜95%程度、周波数5kHz〜200kHzのパル
ス状にパワーが変化するパルス変調された高周波でもよ
い。
The input RF may be a high frequency of CW. However, in order to control the generated reactive species, the power is changed into a pulse having a duty ratio of about 5 to 95% and a frequency of 5 kHz to 200 kHz. High frequency may be used.

【0063】多結晶性の半導体膜を形成するための一例
としては、高周波は13.56MHzで20Wから15
00W程度のパワーを投入する。パワー密度にして、5
0mW/cm2 〜100mW/cm2 程度がよい。
As an example for forming a polycrystalline semiconductor film, a high frequency is 13.56 MHz and is 20 W to 15 W.
Input power of about 00W. Power density is 5
0mW / cm 2 ~100mW / cm 2 about is good.

【0064】また、非晶質領域を除去する量を早くする
ために、図5に示すように、期間Bにおいて、エッチン
グに最適な高周波電力を供給するようにしても良い。 実施例3 図6は、本実施例に係る非単結晶半導体薄膜製造装置の
概略を示す図である。この非単結晶半導体薄膜製造装置
は、排気系22が設けられていないことを除いて、図1
に示す非単結晶半導体薄膜製造装置と同様であり、その
説明は省略する。
In order to speed up the removal of the amorphous region, a high-frequency power optimum for etching may be supplied in the period B as shown in FIG. Third Embodiment FIG. 6 is a view schematically showing an apparatus for manufacturing a non-single-crystal semiconductor thin film according to the present embodiment. This non-single-crystal semiconductor thin film manufacturing apparatus has the same structure as that of FIG. 1 except that the exhaust system 22 is not provided.
Is similar to the non-single-crystal semiconductor thin film manufacturing apparatus shown in FIG.

【0065】各々の動作手順について、図7に示す、原
料ガスの流れ方(ガスの流量)および高周波電源のオン
・オフのタイムチャートを用いて説明する。まず、基板
13を反応室10内の下部電極12上にセットした後、
バルブ21を介して排気系15により反応室10内を所
望の真空度、例えば5×10-6Torr以下まで排気す
る。次いで、バルブ−1、バルブ2Aを開ける。この状
態で反応室には、ガス1およびガス2が導入される。
Each operation procedure will be described with reference to the flow chart of the source gas flow (gas flow rate) and the ON / OFF timing of the high frequency power supply shown in FIG. First, after setting the substrate 13 on the lower electrode 12 in the reaction chamber 10,
The inside of the reaction chamber 10 is evacuated to a desired degree of vacuum, for example, 5 × 10 −6 Torr or less by the exhaust system 15 via the valve 21. Next, the valve-1 and the valve 2A are opened. In this state, gas 1 and gas 2 are introduced into the reaction chamber.

【0066】次に、排気系15を調節して、反応室10
内をたとえば0.5Torrにする。同時に、電極12
内に内蔵されたヒーター18により基板13を所望の温
度、たとえば、350℃程度まで加熱する。基板13が
所望の温度に達し、安定すると、高周波電源を時間Aだ
けオンする。
Next, the exhaust system 15 is adjusted to
Is set to 0.5 Torr, for example. At the same time, the electrode 12
The substrate 13 is heated to a desired temperature, for example, about 350 ° C. by a heater 18 built therein. When the substrate 13 reaches a desired temperature and is stabilized, the high frequency power supply is turned on for a time A.

【0067】時間Aが経過したら、MFC−2の流量を
下げ、同時に、MFC−3の流量を上げ、ガス2とガス
3を切り替える。ここで、ガス2とガス3の流量は、切
り替えたときの反応室10内の圧力変動がないように、
トータルの流量を一定としておく。切り替えが終了する
と、その状態で時間Bだけ保持する。
When the time A has elapsed, the flow rate of the MFC-2 is decreased, and at the same time, the flow rate of the MFC-3 is increased, and the gas 2 and the gas 3 are switched. Here, the flow rates of the gas 2 and the gas 3 are set such that there is no pressure fluctuation in the reaction chamber 10 when switching.
Keep the total flow rate constant. When the switching is completed, the state is maintained for the time B in that state.

【0068】時間Bが経過したら、先ほどと逆に、MF
C−2の流量を増加させ、同時にMFC−3の流量を減
少させる。ガスの切り替えが終了すると、高周波電源を
時間Aだけオンする。
After the time B has elapsed, the MF
The flow rate of C-2 is increased while the flow rate of MFC-3 is decreased. When the gas switching is completed, the high frequency power supply is turned on for a time A.

【0069】次に、時間Aが経過すると、MFC−2の
流量を下げ、同時に、MFC−3の流量を上げ、ガス2
とガス3とを切り替える。ここで、ガス2とガス3の流
量は、切り替えたときの反応室10内の圧力変動がない
ように、トータルの流量を一定としておく。切り替えが
終了すると、その状態で時間Bだけ保持する。
Next, when the time A elapses, the flow rate of the MFC-2 is decreased, and at the same time, the flow rate of the MFC-3 is increased.
And gas 3. Here, the total flow rate of the gas 2 and the gas 3 is kept constant so that there is no pressure fluctuation in the reaction chamber 10 when switching. When the switching is completed, the state is maintained for the time B in that state.

【0070】時間Bが経過すると、先ほどと逆に、MF
C2の流量をあげ、同時にMFC−3の流量を下げる。
ガスの切り替えが終了すると、高周波電源を時間Aだけ
オンする。
When the time B has elapsed, the MF
Increase the flow rate of C2 and at the same time decrease the flow rate of MFC-3.
When the gas switching is completed, the high frequency power supply is turned on for a time A.

【0071】以上の操作を所望の回数だけ繰り返し、薄
膜を基板13上に形成する。時間A,Bおよびガス流量
などを適当に選択することにより、さまざまな膜質をも
つ薄膜が形成できる。たとえば、MFC−1,MFC−
2から水素、MFC−3からシランを供給する場合につ
いて示す。
The above operation is repeated a desired number of times to form a thin film on the substrate 13. By appropriately selecting the times A and B, the gas flow rate, and the like, thin films having various film qualities can be formed. For example, MFC-1, MFC-
The case where hydrogen is supplied from 2 and silane is supplied from MFC-3 will be described.

【0072】この場合、たとえば、MFC−1により水
素を80sccm、MFC−2により水素を20scc
m、MFC−3によりSiH4 を20sccm導入す
る。また、高周波は、13.56MHzであり、20W
〜1500W程度のパワーを投入する。パワー密度にし
て、50mW/cm2 〜100mW/cm2 程度がよ
い。あまり、パワーを多くすると、膜内のトラップ準位
密度が多くなり、良好な性能のデバイスを得ることがで
きない。期間Aと期間Bは、10秒〜10分程度がよ
く、同じ時間である必要はない。
In this case, for example, hydrogen is 80 sccm by MFC-1 and hydrogen is 20 scc by MFC-2.
m, 20 sccm of SiH 4 is introduced by MFC-3. The high frequency is 13.56 MHz and 20 W
A power of about 1500 W is supplied. In the power density, 50mW / cm 2 ~100mW / cm 2 about good. If the power is too high, the trap level density in the film increases, and a device with good performance cannot be obtained. Period A and period B are preferably about 10 seconds to 10 minutes, and need not be the same time.

【0073】高周波を投入する期間は、図7に示したよ
うに、ガス2とガス3の切り替えが終了している期間が
よく、高周波をOFFにする期間は、図8に示すよう
に、ガス3の流量が一定になってからでもよい。たとえ
ば、5秒以内にガスが切り替わるならば、RFはそれ以
上の期間、印加されていてもよい。いずれにせよ、活性
種が有効に発生するようなタイミングで、ON/OFF
することが重要である。その時間は、ラジカルの寿命も
しくは、反方室の容積およびガス流量、圧力などから決
まるレジデンスタイム(ガスが反応室内に平均的にとど
まっている時間)以内であることがよい。
As shown in FIG. 7, the period during which the high frequency is applied is preferably a period in which the switching between the gas 2 and the gas 3 is completed, and the period during which the high frequency is turned off is as shown in FIG. It may be after the flow rate of 3 becomes constant. For example, if the gas switches within 5 seconds, RF may be applied for a longer period of time. In any case, ON / OFF at timing when active species are generated effectively.
It is important to. The time is preferably within the residence time (time during which gas remains in the reaction chamber on average) determined by the life of the radical, the volume of the reverse chamber, the gas flow rate, the pressure, and the like.

【0074】投入されるRFは、CWの高周波でもよい
が、生成する反応種を制御するために、デューティー比
5〜95%程度、周波数5kHz〜200kHzのパル
ス状にパワーが変化するパルス変調された高周波でもよ
い。
The input RF may be a high frequency of CW, but in order to control the generated reactive species, a pulse-modulated pulse whose power changes in the form of a pulse having a duty ratio of about 5 to 95% and a frequency of 5 kHz to 200 kHz is used. High frequency may be used.

【0075】微結晶性の半導体膜を形成するための条件
の一例としては、たとえば、MFC−1により水素を1
98sccm、MFC−2により水素を2sccm、M
FC−3によりSiH4 を2sccm導入する。また、
高周波は13.56MHzで20Wから1500W程度
のパワーを投入する。パワー密度にして、50mW/c
2 から100mW/cm2 程度がよい。
As an example of conditions for forming a microcrystalline semiconductor film, for example, hydrogen is converted to 1 by MFC-1.
98 sccm, 2 sccm hydrogen by MFC-2, M
2 sccm of SiH 4 is introduced by FC-3. Also,
The high frequency is 13.56 MHz and a power of about 20 W to 1500 W is applied. 50mW / c in power density
The range is preferably from m 2 to 100 mW / cm 2 .

【0076】多結晶性の半導体膜を形成するための一例
としては、たとえば、MFC−1により水素を190s
ccm、MFC−2によりSiF4 を10sccm、M
FC−3によりSiH4 を10sccm導入する。ま
た、高周波は13.56MHzで20Wから1500W
程度のパワーを投入する。パワー密度にして、50mW
/cm2 から100mW/cm2 程度がよい。
As an example for forming a polycrystalline semiconductor film, for example, hydrogen is applied for 190 seconds by MFC-1.
cF, 10 sccm of SiF 4 by MFC-2, M
10 sccm of SiH 4 is introduced by FC-3. The high frequency is 13.56 MHz and is 20 W to 1500 W.
Input about power. 50mW in power density
/ Cm 2 to 100 mW / cm 2 .

【0077】実施例4 実施例3で用いた図6に示す非単結晶半導体薄膜製造装
置と同様の装置を用いて、以下のように非単結晶半導体
薄膜を形成する。
Example 4 A non-single-crystal semiconductor thin film is formed as follows using an apparatus similar to the non-single-crystal semiconductor thin film manufacturing apparatus shown in FIG. 6 used in Example 3.

【0078】MFC−1からは、水素を50sccm〜
500sccm、MFC−2からはSiH4 をたとえば
50sccm、MFC−3からはSiF4 を50scc
m流す。MFC−2とMFC−3の流量は一致させてお
く。
From MFC-1, hydrogen was added at 50 sccm
500 sccm, for example, 50 sccm of SiH 4 from MFC-2, and 50 sccc of SiF 4 from MFC-3.
m. The flow rates of MFC-2 and MFC-3 are set to be the same.

【0079】各々の動作手順について、図7に示す原料
ガスの流れ方(バルブの開閉手順)および高周波電源の
オン・オフのタイムチャートを用いて説明する。まず、
基板13を反応室10内の下部電極12上にセットした
後、バルブ21を介して排気系15により反応室10内
を所望の真空度、例えば5×10-6Torr以下まで排
気する。次いで、バルブ−1、バルブ2Aを開ける。こ
の状態で反応室10には、ガス1(水素)およびガス2
(SiH4 )が導入される。
Each operation procedure will be described with reference to the flow chart of the source gas flow (opening / closing procedure of the valve) and the ON / OFF time chart of the high frequency power supply shown in FIG. First,
After the substrate 13 is set on the lower electrode 12 in the reaction chamber 10, the inside of the reaction chamber 10 is evacuated to a desired degree of vacuum, for example, 5 × 10 −6 Torr or less by the exhaust system 15 via the valve 21. Next, the valve-1 and the valve 2A are opened. In this state, gas 1 (hydrogen) and gas 2
(SiH 4 ) is introduced.

【0080】次に、排気系15を調節して反応室10内
をたとえば1Torrにする。同時に、電極12内に内
蔵されたヒーター18により、基板13を所望の温度、
たとえば、400℃程度まで加熱する。基板が所望に温
度に達し、安定したら、高周波電源を時間Aだけオンす
る。
Next, the inside of the reaction chamber 10 is adjusted to, for example, 1 Torr by adjusting the exhaust system 15. At the same time, the substrate 13 is heated to a desired temperature by a heater 18 built in the electrode 12.
For example, it is heated to about 400 ° C. When the substrate reaches a desired temperature and stabilizes, the high frequency power supply is turned on for a time A.

【0081】時間Aが経過した後、MFC−2の流量を
下げ、同時に、MFC−3の流量を上げ、ガス2とガス
3(SiF4 )とを切り替える。ここで、ガス2とガス
3の流量は、切り替えたときの反応室10内の圧力変動
がないように、トータルの流量を一定としておく。切り
替えが終了したら、その状態で時間Bだけ保持する。
After the lapse of time A, the flow rate of MFC-2 is decreased, and at the same time, the flow rate of MFC-3 is increased to switch between gas 2 and gas 3 (SiF 4 ). Here, the total flow rate of the gas 2 and the gas 3 is kept constant so that there is no pressure fluctuation in the reaction chamber 10 when switching. When the switching is completed, the state is maintained for the time B.

【0082】時間Bが経過したら、先ほどと逆に、MF
C−2の流量をあげ、同時にMFC−3の流量を下げ
る。ガスの切り替えが終了すると、高周波電源を時間A
だけオンする。
After the time B has elapsed, the MF
Increase the flow rate of C-2 and simultaneously decrease the flow rate of MFC-3. When the gas switching is completed, the high frequency power
Just turn on.

【0083】次に、時間Aが経過したら、MFC−2の
流量を下げ、同時に、MFC−3の流量を上げ、ガス2
とガス3とを切り替える。ここで、ガス2とガス3の流
量は、切り替えたときの反応室10内の圧力変動がない
ように、トータルの流量を一定としておく。切り替えが
終了すると、その状態で時間Bだけ保持する。
Next, after the time A has elapsed, the flow rate of the MFC-2 is reduced, and at the same time, the flow rate of the MFC-3 is increased.
And gas 3. Here, the total flow rate of the gas 2 and the gas 3 is kept constant so that there is no pressure fluctuation in the reaction chamber 10 when switching. When the switching is completed, the state is maintained for the time B in that state.

【0084】時間Bが経過したら、先ほどと逆に、MF
C−2の流量をあげ、同時にMFC−3の流量を下げ
る。ガスの切り替えが終了すると、高周波電源を時間A
だけオンする。
After the time B has elapsed, the MF
Increase the flow rate of C-2 and simultaneously decrease the flow rate of MFC-3. When the gas switching is completed, the high frequency power
Just turn on.

【0085】以上の操作を所望の回数だけ繰り返し、膜
を基板13上に形成する。時間A,Bおよびガス流量な
どを適当に選択することにより、さまざまな膜質をもつ
薄膜が形成できる。
The above operation is repeated a desired number of times to form a film on the substrate 13. By appropriately selecting the times A and B, the gas flow rate, and the like, thin films having various film qualities can be formed.

【0086】高周波を投入する期間は、図7に示したよ
うに、ガス2とガス3を切り替え終わっている期間、も
しくは図8にしめすように、RFがOFF時点は、ガス
3の流量が一定になってからでもよい。たとえば、5秒
以内にガスが切り替わるならば、RFはそれ以上かかっ
ている場合でも良い。活性種が有効に発生するようなタ
イミングで、ON/OFFすることが重要である。その
時間は、ラジカルの寿命もしくは、反応室の容積および
ガス流量、圧力などから決まるレジデンスタイム(ガス
が反応室内に平均的にとどまっている時間)以内である
ことがよい。
The high frequency is applied during the period when the switching between the gas 2 and the gas 3 is completed, as shown in FIG. 7, or as shown in FIG. 8, when the RF is OFF, the flow rate of the gas 3 is constant. It may be after it becomes. For example, if the gas switches within 5 seconds, the RF may take longer. It is important to turn ON / OFF at a timing at which active species are effectively generated. The time is preferably within the residence time (time during which the gas stays in the reaction chamber on average) determined by the lifetime of the radical, the volume of the reaction chamber, the gas flow rate, the pressure, and the like.

【0087】投入されるRFは、CWの高周波でもよい
が、生成する反応種を制御するために、デューティー比
5〜95%程度、周波数5kHz〜200kHzのパル
ス状にパワーが変化するパルス変調された高周波でもよ
い。
The input RF may be a high frequency of CW. However, in order to control the generated reactive species, the power is changed into a pulse having a duty ratio of about 5 to 95% and a frequency of 5 kHz to 200 kHz. High frequency may be used.

【0088】期間Aと期間Bは、1:1から100程度
がよい、望ましくは1:25〜75程度がよい。最初の
期間Aでは、非結晶質と多結晶質が形成され、次の期間
Bでは、形成された膜のうち非結晶質が除去される、更
に次の期間Aでは、残った結晶性の膜のうえにそれを核
として多結晶性の薄膜が多く形成され、ある部分では非
晶質が形成される。更にまた次の期間Bでは、非結晶性
の部分が除去され、また更に次の期間Aでは、結晶性の
膜が形成される。
The period A and the period B are preferably about 1: 1 to 100, more preferably about 1:25 to 75. In the first period A, amorphous and polycrystalline are formed, and in the next period B, the amorphous film is removed from the formed film. In the next period A, the remaining crystalline film is formed. On top of that, many polycrystalline thin films are formed using the nuclei as a nucleus, and amorphous is formed in a certain portion. In the next period B, the non-crystalline portion is removed, and in the next period A, a crystalline film is formed.

【0089】期間Aとしては、5秒から1000秒程度
であり、期間Bは、さきほどの比に対する時間がよい。
従来の方法のように、SiH4 とSiF4 とを同時に流
して膜を形成する場合には、SiF4 に対してSiH4
の流量を、例えば1:50と非常に小さくしなければな
らず、流量の制御性に難点があった。これに対し、本実
施例に係る方法によると、SiF4 とSiH4 の流量を
同じにすることができ、流量の制御性が改善される。
The period A is about 5 to 1000 seconds, and the period B has a good time with respect to the above ratio.
As in the conventional method, when forming a film by flowing SiH 4 and SiF 4 at the same time, SiH 4 relative SiF 4
Has to be made very small, for example, 1:50, and there is a problem in the controllability of the flow rate. On the other hand, according to the method according to the present embodiment, the flow rates of SiF 4 and SiH 4 can be made the same, and the controllability of the flow rate is improved.

【0090】投入されるRFは、CWの高周波でもよい
が、生成する反応種を制御するために、デューティー比
5〜95%程度、周波数5kHz〜200kHzのパル
ス状にパワーが変化するパルス変調された高周波でもよ
い。
The input RF may be a CW high frequency, but in order to control the generated reactive species, a pulse-modulated pulse whose power changes in the form of a pulse having a duty ratio of about 5 to 95% and a frequency of 5 kHz to 200 kHz is used. High frequency may be used.

【0091】多結晶性の半導体膜を形成するための条件
の一例としては、高周波は13.56MHzで20W〜
1500W程度のパワーを投入する。パワー密度にし
て、50mW/cm2 〜100mW/cm2 程度がよ
い。
As an example of conditions for forming a polycrystalline semiconductor film, a high frequency is 13.56 MHz and 20 W to 20 W.
Power of about 1500W is applied. In the power density, 50mW / cm 2 ~100mW / cm 2 about good.

【0092】また、非晶質領域を除去する量を早くする
ために、図9に示すように、期間Bにおいて、エッチン
グに最適な高周波電力を供給するようにしても良い。 実施例5 実施例1〜4では、13.56MHz、27.12MH
z、400MHzの高周波によりガスを分解する場合に
ついて示した。これに対し、実施例5は、図10に示
す、マイクロ波によりガスを分解するマイクロ波CV
D、ECR(マイクロ波電子サイクロトロン共鳴)−C
VD法による成膜装置を用いた例である。即ち、実施例
1〜4が、平行平板型のプラズマCVD装置であった
が、本実施例では、マイクロ波もしくはECRによりガ
スを分解するようにしている。パワーの投入方法、およ
びタイミングチャートは、実施例1〜4と同様である。
In order to speed up the removal of the amorphous region, a high frequency power optimal for etching may be supplied in the period B as shown in FIG. Example 5 In Examples 1 to 4, 13.56 MHz, 27.12 MH
The case where the gas is decomposed by the high frequency of 400 MHz is shown. On the other hand, in Example 5, the microwave CV shown in FIG.
D, ECR (microwave electron cyclotron resonance) -C
This is an example in which a film forming apparatus using a VD method is used. That is, the first to fourth embodiments are parallel plate type plasma CVD apparatuses, but in the present embodiment, the gas is decomposed by microwave or ECR. The power input method and the timing chart are the same as in the first to fourth embodiments.

【0093】図10に示す成膜装置は、ガスの供給系お
よび排気系は、図1に示す装置と同様であるが、以下の
点において異なる。即ち、図1に示す装置では、高周波
電源・制御部17が高周波を印加するのに対し、図10
に示す成膜装置は、マイクロ波を印加するものである。
また、反応室は次のように構成されている。
The film forming apparatus shown in FIG. 10 has the same gas supply system and exhaust system as the apparatus shown in FIG. 1, but differs in the following points. That is, in the device shown in FIG. 1, while the high-frequency power supply / control unit 17 applies a high frequency,
Is a device for applying microwaves.
The reaction chamber is configured as follows.

【0094】反応室30は、プラズマ生成室31と成膜
室32とにより構成され、両者は、プラズマ引き出し窓
33を介して接続されている。マイクロ波は、導波管3
4を介してプラズマ生成室31に導入され、プラズマ生
成室31の周囲には磁気コイル35が配置されている。
The reaction chamber 30 includes a plasma generation chamber 31 and a film formation chamber 32, both of which are connected via a plasma extraction window 33. The microwave is applied to the waveguide 3
The magnetic coil 35 is introduced into the plasma generation chamber 31 through the space 4, and is arranged around the plasma generation chamber 31.

【0095】本実施例において、重要な点は、ガス流お
よび分解のためのエネルギーを時間とともにパルス状に
変化させることができる点である。 実施例6 本実施例は、本発明を薄膜トランジスタの製造に適用し
た例である。
An important point in this embodiment is that the energy for gas flow and decomposition can be changed in a pulsed manner with time. Embodiment 6 This embodiment is an example in which the present invention is applied to the manufacture of a thin film transistor.

【0096】実施例1で用いた図1に示す非単結晶半導
体薄膜製造装置と同様の装置を用いて、図2に示す、原
料ガスの流れ方(バルブの開閉手順)および高周波電源
のオン・オフのタイムチャートに沿って、以下のように
非単結晶半導体薄膜を形成する。まず、透明な絶縁膜が
コートされた透明絶縁性基板13を、反応室10内の下
部電極12上にセットした後、バルブ21を介して排気
系15により反応室10内を所望の真空度、例えば5×
10-6Torr以下まで排気する。次いで、バルブ1、
バルブ2Aおよびバルブ3Bを開ける。この状態で、反
応室10には、ガス1およびガス2が導入される。同時
にガス3は、もう一方に排気系22により反応室10を
経由することなしに排気される。
Using the same apparatus as the non-single-crystal semiconductor thin film manufacturing apparatus shown in FIG. 1 used in Example 1, the flow of the source gas (opening / closing procedure of the valve) and the turning on / off of the high frequency power supply shown in FIG. Along the off-time chart, a non-single-crystal semiconductor thin film is formed as follows. First, after setting a transparent insulating substrate 13 coated with a transparent insulating film on the lower electrode 12 in the reaction chamber 10, the interior of the reaction chamber 10 is evacuated to a desired degree of vacuum by an exhaust system 15 through a valve 21. For example, 5x
Exhaust to 10 -6 Torr or less. Then, valve 1,
The valve 2A and the valve 3B are opened. In this state, gas 1 and gas 2 are introduced into the reaction chamber 10. At the same time, the gas 3 is exhausted to the other side by the exhaust system 22 without passing through the reaction chamber 10.

【0097】ここで、ガス2とガス3の流量は、切り替
えたときの反応室10の圧力変動がないように同じ流量
としておく。そして、排気系15を調節して反応室10
内をたとえば1Torrにする。同時に、電極12内に
内蔵されたヒーター18により、基板13を所望の温
度、例えば350℃程度まで加熱する。基板13が所望
の温度に達し、安定したら、高周波電源を時間Aだけオ
ンする。
Here, the flow rates of the gas 2 and the gas 3 are set to be the same so that the pressure in the reaction chamber 10 does not fluctuate when switching. Then, the exhaust system 15 is adjusted to adjust the reaction chamber 10.
Is set to 1 Torr, for example. At the same time, the substrate 13 is heated to a desired temperature, for example, about 350 ° C. by the heater 18 built in the electrode 12. When the substrate 13 reaches a desired temperature and is stabilized, the high frequency power supply is turned on for a time A.

【0098】時間Aが経過したら、同時に、バルブ2A
を閉じ、2Bを開ける、またバルブ3Aを開け、バルブ
3Bを閉じる。その状態で時間Bだけ保持する。時間B
が経過したら、高周波電源をオンし、同時にバルブ2A
を開け、バルブ2Bを閉じる。また、バルブ3Aを閉
じ、バルブ3Bを開ける。その状態でA時間を保持す
る。
When the time A has elapsed, at the same time, the valve 2A
Is closed, 2B is opened, and valve 3A is opened, and valve 3B is closed. In that state, it is held for the time B. Time B
Is turned on, the high frequency power is turned on, and at the same time, the valve 2A
Is opened, and the valve 2B is closed. Further, the valve 3A is closed and the valve 3B is opened. In this state, the time A is held.

【0099】以上の操作を所望の回数だけ、例えば10
00回繰り返し行い、膜を基板上に形成する。ここで、
それぞれのラインを流すガスは、たとえば、MFC−1
から水素、MFC−2からSiF4 、MFC−3からシ
ランを供給する場合、期間Aでは、SiF4 および水素
の分解物により、形成された膜のうち、非結晶成分がエ
ッチングされる。期間Bでは、SiH4 と水素によりシ
リコン膜が形成される。その後、次の期間Aで堆積した
シリコン膜のうち、非晶質成分が除去される。このよう
な操作を繰り返すことにより、良質の結晶性の高い多結
晶シリコンを形成することができる。
The above operation is repeated a desired number of times, for example, 10 times.
This is repeated 00 times to form a film on the substrate. here,
The gas flowing through each line is, for example, MFC-1
When hydrogen is supplied from the MFC-2, SiF 4 is supplied from the MFC-2, and silane is supplied from the MFC-3, in the period A, the amorphous component of the formed film is etched by the decomposition product of the SiF 4 and hydrogen. In the period B, a silicon film is formed with SiH 4 and hydrogen. Thereafter, the amorphous component is removed from the silicon film deposited in the next period A. By repeating such operations, high-quality polycrystalline silicon with high crystallinity can be formed.

【0100】このようにして、基板13上に多結晶シリ
コン膜をたとえば50nmの厚さに形成する。次いで、
この多結晶シリコン膜をパターニングし、薄膜トランジ
スタの高抵抗半導体層とする。次に、この高抵抗半導体
層のうえに、APCVDやPECVD、ECR−PEC
VDなどにより、ゲート絶縁膜を形成する。ゲート絶縁
膜の上に、例えばMoTa合金、MoW合金、アルミニ
ウムなどによりゲート電極が形成される。
Thus, a polycrystalline silicon film is formed on substrate 13 to a thickness of, for example, 50 nm. Then
This polycrystalline silicon film is patterned to form a high resistance semiconductor layer of a thin film transistor. Next, on this high resistance semiconductor layer, APCVD, PECVD, ECR-PEC
A gate insulating film is formed by VD or the like. On the gate insulating film, a gate electrode is formed of, for example, a MoTa alloy, a MoW alloy, aluminum, or the like.

【0101】その後、ゲート電極をマスクとして用い
て、高抵抗半導体層の一部にイオン注入などにより不純
物を注入し、更に不純物の活性化を行い、低抵抗半導体
層を形成する。次いで、層間絶縁膜を形成し、コンタク
トホールを開口して、ソース・ドレイン電極を形成し、
薄膜トランジスタが完成する。
After that, using the gate electrode as a mask, an impurity is implanted into a part of the high-resistance semiconductor layer by ion implantation or the like, and the impurity is activated to form a low-resistance semiconductor layer. Next, an interlayer insulating film is formed, a contact hole is opened, a source / drain electrode is formed,
The thin film transistor is completed.

【0102】このような方法で形成した薄膜トランジス
タは、ELAにより形成した高抵抗半導体層を用いたも
のよりも膜厚が均一で、移動度、Vthとも揃ったもの
が得られた。このデバイスを液晶表示装置の画素TFT
および駆動回路用のTFTとして用いたところ、むらの
ない均一な画像が得られた。
The thin film transistor formed by such a method had a film thickness more uniform than that of the thin film transistor using the high resistance semiconductor layer formed by ELA, and was uniform in both mobility and Vth. This device is used as a pixel TFT for liquid crystal display
In addition, when the TFT was used as a TFT for a driving circuit, a uniform image without unevenness was obtained.

【0103】なお、以上の説明では、コプラナ型TFT
について説明したが、本発明の主旨を逸脱しない範囲に
おいて、さまざまに変形して実施することができる。例
えば、nチャネルTFTとpチャネルTFTで形成され
るCMOSの場合であってもかまわない。特に、CMO
Sにより駆動回路を形成した場合には、低消費電力の液
晶表示装置がえられる。
In the above description, the coplanar type TFT is used.
Has been described, but various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, a CMOS formed by an n-channel TFT and a p-channel TFT may be used. In particular, CMO
When a driving circuit is formed by S, a liquid crystal display device with low power consumption can be obtained.

【0104】画素TFTについては、リーク電流(TF
TがOFFのとき流れてしまう電流)を低くするために
LDD構造でもよいし、ゲート電極を複数とするマルチ
ゲート(ダブルゲート)TFTでもよい。
For the pixel TFT, the leakage current (TF
An LDD structure may be used to reduce the current flowing when T is OFF, or a multi-gate (double-gate) TFT having a plurality of gate electrodes may be used.

【0105】それぞれのラインを流れるガスの種類、流
量、時間A,時間B、反応室の圧力、基板温度などは、
所望する膜・膜質にあわせて、適宜変更することが可能
である。SiH4 の代わりに、Si26 のような高次
シランでもよい。また、SiH4 の代わりに、Si2
6 のような高次シランのハロゲン誘導体でもよい。
The type of gas flowing through each line, the flow rate, time A and time B, the pressure in the reaction chamber, the substrate temperature, etc.
It can be appropriately changed according to the desired film and film quality. Instead of SiH 4 , a higher silane such as Si 2 H 6 may be used. Also, instead of SiH 4 , Si 2 H
A halogen derivative of a higher silane such as 6 may be used.

【0106】[0106]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によると、
ELAによるpoly−Si形成工程を用いることな
く、ガラス基板が使用できる程度の温度で、プラズマC
VD法により高抵抗半導体層を形成することが可能であ
り、それによって、ELAのショットむらに起因する表
示装置の表示劣化のない良好な表示特性を有する液晶表
示素子を効率よく得ることができる。
As described in detail above, according to the present invention,
Without using a poly-Si forming process by ELA, the plasma C is used at a temperature at which a glass substrate can be used.
A high-resistance semiconductor layer can be formed by a VD method, whereby a liquid crystal display element having good display characteristics without display deterioration of a display device due to uneven shot of ELA can be efficiently obtained.

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

【図1】本発明の第1の実施例で用いた非単結晶半導体
薄膜製造装置を示す図。
FIG. 1 is a view showing an apparatus for manufacturing a non-single-crystal semiconductor thin film used in a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施例に係るバルブの開閉およ
び高周波電源のオン・オフのタイミングチャートを示す
図。
FIG. 2 is a diagram showing a timing chart of opening / closing a valve and turning on / off a high-frequency power supply according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施例に係るバルブの開閉およ
び高周波電源のオン・オフのタイミングチャートの他の
例を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing another example of a timing chart of opening / closing a valve and turning on / off a high-frequency power supply according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第2の実施例に係るバルブの開閉およ
び高周波電源のオン・オフのタイミングチャートを示す
図。
FIG. 4 is a diagram showing a timing chart for opening and closing a valve and turning on / off a high-frequency power supply according to a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第2の実施例に係るバルブの開閉およ
び高周波電源のオン・オフのタイミングチャートの他の
例を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing another example of a timing chart for opening / closing a valve and turning on / off a high-frequency power supply according to a second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第3の実施例で用いた非単結晶半導体
薄膜製造装置を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing an apparatus for manufacturing a non-single-crystal semiconductor thin film used in a third embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第3の実施例に係るバルブの開閉およ
び高周波電源のオン・オフのタイミングチャートを示す
図。
FIG. 7 is a diagram showing a timing chart of opening / closing a valve and turning on / off a high-frequency power supply according to a third embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第4の実施例に係るバルブの開閉およ
び高周波電源のオン・オフのタイミングチャートの他の
例を示す図。
FIG. 8 is a diagram showing another example of a timing chart for opening / closing a valve and turning on / off a high-frequency power supply according to a fourth embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第4の実施例に係るバルブの開閉およ
び高周波電源のオン・オフのタイミングチャートの更に
他の例を示す図。
FIG. 9 is a diagram showing still another example of a timing chart for opening / closing a valve and turning on / off a high-frequency power supply according to a fourth embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第5の実施例で用いた非単結晶半導
体薄膜製造装置を示す図。
FIG. 10 is a diagram showing an apparatus for manufacturing a non-single-crystal semiconductor thin film used in a fifth embodiment of the present invention.

【図11】poly−SiTFTを用いた一般的な液晶
表示装置の構造の一部を示す断面図。
FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a part of a structure of a general liquid crystal display device using a poly-Si TFT.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…反応室 11…上部電極 12…下部電極 13…基板 14…ガス供給部 15,22…排気系 16…ガス供給部と高周波電源制御部を制御する制御装
置 17…高周波電源およびそのON/OFFを制御する制
御部 18…ヒ−タ 19… 21…バルブ 30…反応室 31…プラズマ生成室 32…成膜室 33…プラズマ引き出し窓 34…導波管 35…磁気コイル 101…基板保護膜 102…高抵抗半導体層 103…ソース領域 104…ドレイン領域 106…ゲート絶縁膜 108…ゲート電極 109…ソース電極 110…ドレイン電極 111…層間絶縁膜 113…画素電極。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Reaction chamber 11 ... Upper electrode 12 ... Lower electrode 13 ... Substrate 14 ... Gas supply part 15, 22 ... Exhaust system 16 ... Control device which controls a gas supply part and a high frequency power supply control part 17 ... High frequency power supply and its ON / OFF Control unit 18 ... heater 19 ... 21 ... valve 30 ... reaction chamber 31 ... plasma generation chamber 32 ... film formation chamber 33 ... plasma extraction window 34 ... waveguide 35 ... magnetic coil 101 ... substrate protection film 102 ... High resistance semiconductor layer 103 Source region 104 Drain region 106 Gate insulating film 108 Gate electrode 109 Source electrode 110 Drain electrode 111 Interlayer insulating film 113 Pixel electrode.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 非単結晶半導体薄膜が成膜される被処理
基板を収容する反応室内に、非単結晶半導体薄膜を主と
して構成する原子を含まない非成膜ガスを導入する工
程、 前記非成膜ガスの導入に同期させて非成膜ガスに高周波
またはマイクロ波を印加してプラズマを形成し、このプ
ラズマにより非成膜ガスを分解する工程、および前記非
成膜ガスの導入から所定時間後に、前記反応室内に、非
単結晶半導体薄膜を主として構成する原子を含む成膜ガ
スを導入し、被処理基板上に非単結晶半導体薄膜を形成
する工程を具備することを特徴とする非単結晶半導体薄
膜の形成方法。
A step of introducing a non-film-forming gas not containing atoms mainly constituting the non-single-crystal semiconductor thin film into a reaction chamber containing a substrate to be processed on which the non-single-crystal semiconductor thin film is formed; Applying a high frequency or microwave to the non-deposition gas in synchronization with the introduction of the film gas to form a plasma, decomposing the non-deposition gas by the plasma, and after a predetermined time from the introduction of the non-deposition gas Introducing a film-forming gas containing atoms mainly constituting the non-single-crystal semiconductor thin film into the reaction chamber to form a non-single-crystal semiconductor thin film on the substrate to be processed. A method for forming a semiconductor thin film.
【請求項2】 非単結晶半導体薄膜が成膜される被処理
基板を収容する反応室内に、非単結晶半導体薄膜を主と
して構成する原子を含む成膜ガスを導入する工程、 前記成膜ガスの導入に同期させて、成膜ガスに高周波ま
たはマイクロ波を印加してプラズマを形成し、このプラ
ズマにより成膜ガスを分解する工程、および前記成膜ガ
スの導入から所定時間後に、前記反応室内に、非単結晶
半導体薄膜を主として構成する原子を含まない非成膜ガ
スを導入する工程を具備することを特徴とする非単結晶
半導体薄膜の形成方法。
2. A step of introducing a deposition gas containing atoms mainly constituting the non-single-crystal semiconductor thin film into a reaction chamber containing a substrate to be processed on which the non-single-crystal semiconductor thin film is deposited; Synchronously with the introduction, a high frequency or microwave is applied to the film forming gas to form a plasma, a step of decomposing the film forming gas by the plasma, and a predetermined time after the introduction of the film forming gas, into the reaction chamber. And a step of introducing a non-film-forming gas not containing atoms that mainly constitute the non-single-crystal semiconductor thin film.
【請求項3】 前記一連の各工程を複数回繰り返すこと
を特徴とする請求項1または2に記載の非単結晶半導体
薄膜の形成方法。
3. The method for forming a non-single-crystal semiconductor thin film according to claim 1, wherein each of the series of steps is repeated a plurality of times.
【請求項4】 被処理基板が収容される反応室と、 前記反応室に、非単結晶半導体薄膜を主として構成する
原子を含む成膜ガスを供給する成膜ガス供給流路と、 前記成膜ガス供給流路に接続され、前記成膜ガスを排気
する成膜ガス排気流路と、 前記反応室に、非単結晶半導体薄膜を主として構成する
原子を含まない非成膜ガスを供給する非成膜ガス供給流
路と、 前記成膜ガス供給流路に接続され、前記成膜ガスを排気
する成膜ガス排気流路と、前記非成膜ガス供給流路に接
続され、前記非成膜ガスを排気する非成膜ガス排気流路
と、 前記成膜ガスおよび/または非成膜ガスに高周波または
マイクロ波を導入してプラズマを形成する手段と、 前記成膜ガスおよび非成膜ガスの反応室への供給を交互
に行い、かつ反応室内の圧力の変動を少なくするよう
に、前記成膜ガスおよび非成膜ガスの反応室への供給の
切り替え、成膜ガスおよび/または非成膜ガスの反応室
への供給および排気の切り替えを行う手段とを具備する
ことを特徴とする非単結晶半導体薄膜の形成装置。
4. A reaction chamber accommodating a substrate to be processed, a film formation gas supply flow path for supplying a film formation gas containing atoms mainly constituting a non-single-crystal semiconductor thin film to the reaction chamber, A film formation gas exhaust passage connected to a gas supply passage for exhausting the film formation gas, and a non-film formation gas supplying an atom-free non-film formation gas mainly constituting the non-single-crystal semiconductor thin film to the reaction chamber. A film-forming gas supply channel, a film-forming gas exhaust channel connected to the film-forming gas supply channel and exhausting the film-forming gas, and a non-film-forming gas connected to the non-film-forming gas supply channel. A non-film-forming gas exhaust passage for exhausting gas; a means for introducing high frequency or microwave into the film-forming gas and / or the non-film-forming gas to form plasma; and a reaction between the film-forming gas and the non-film-forming gas Supply to the chamber alternately and minimize pressure fluctuations in the reaction chamber Means for switching between supplying the film-forming gas and the non-film-forming gas to the reaction chamber and switching between supplying and exhausting the film-forming gas and / or the non-film-forming gas to the reaction chamber. An apparatus for forming a non-single-crystal semiconductor thin film.
【請求項5】 基板上に形成された高抵抗半導体層と、 この高抵抗半導体層上にゲート絶縁膜を介して形成され
たゲート電極と、 前記高抵抗半導体層の両側に形成された低抵抗半導体層
と、 この低抵抗半導体層に電気的に接続されたソース電極お
よびドレイン電極とを具備し、前記高抵抗半導体層が、
請求項1、2または3に記載の非単結晶半導体薄膜の形
成方法により形成されたことを特徴とする薄膜トランジ
スタ。
5. A high-resistance semiconductor layer formed on a substrate, a gate electrode formed on the high-resistance semiconductor layer via a gate insulating film, and a low-resistance semiconductor formed on both sides of the high-resistance semiconductor layer. A semiconductor layer, comprising: a source electrode and a drain electrode electrically connected to the low-resistance semiconductor layer;
A thin film transistor formed by the method for forming a non-single-crystal semiconductor thin film according to claim 1.
【請求項6】 対向して配置された1対の基板と、 前記一対の基板のいずれか一方の対向面にマトリクス状
に配置された画素表示部電極と、 前記一方の基板の画素表示部に形成され、前記画素表示
部電極に接続された、スイッチングトランジスタと、 前記1対の基板間に封入された液晶層と、 を具備し、前記スイッチングトランジスタは、請求項5
に記載の薄膜トランジスタであることを特徴とする液晶
表示素子。
6. A pair of substrates arranged to face each other, a pixel display portion electrode arranged in a matrix on one of the opposite surfaces of the pair of substrates, and a pixel display portion of the one substrate. 6. A switching transistor formed and connected to the pixel display section electrode, and a liquid crystal layer sealed between the pair of substrates, wherein the switching transistor is
A liquid crystal display device, which is the thin film transistor according to claim 1.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009117405A (en) * 2007-11-01 2009-05-28 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Semiconductor layer and method of manufacturing semiconductor apparatus
JP2012033902A (en) * 2010-06-29 2012-02-16 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Manufacturing method of microcrystalline semiconductor film and manufacturing method of semiconductor device

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