JPH07335560A - Forming of amorphous silicon film and thin-film transistor element - Google Patents
Forming of amorphous silicon film and thin-film transistor elementInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、アモルファスシリコン
膜の成膜方法、及び、薄膜トランジスタ素子に関し、特
にアモルファスシリコン膜の高速成膜時にゴミの発生が
少ない成膜方法、及び、ゴミの発生が少ない成膜方法に
より形成したアモルファスシリコン膜を用いた薄膜トラ
ンジスタの構造に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming an amorphous silicon film and a thin film transistor element, and particularly to a method for forming an amorphous silicon film in which dust is hardly generated during high speed film formation, and in which dust is hardly generated. The present invention relates to a thin film transistor structure using an amorphous silicon film formed by a film forming method.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、水素化アモルファスシリコン膜を
用いた薄膜トランジスタを各表示画素のスイッチ素子と
して用いる、アクティブマトリックス型液晶ディスプレ
イが量産化されている。水素化アモルファスシリコン膜
を堆積させる方法としては、連続的な高周波放電を行わ
せてシラン系のガスを分解することで成膜するプラズマ
CVD法が広く用いられている。2. Description of the Related Art In recent years, active matrix type liquid crystal displays using thin film transistors using a hydrogenated amorphous silicon film as switch elements of respective display pixels have been mass-produced. As a method for depositing a hydrogenated amorphous silicon film, a plasma CVD method is widely used in which continuous high-frequency discharge is performed to decompose a silane-based gas to form a film.
【0003】この連続放電プラズマCVD法を拡張した
形成法として、高周波放電を間欠的に行わせて原料ガス
を分解させるCVD法(以下、間欠放電プラズマCVD
と略す。)が提案されている。間欠放電プラズマCVD
法とは、ゲートパルス信号を入力することで発振状態と
停止状態を高速で切り替えできる高周波発振器を高周波
発生源に用い、ゲートパルスがオンの時に高周波電力が
出力され放電を起こすオン状態と、ゲートパルスがオフ
の時に高周波電力を切り放電が休止するオフ状態とを繰
り返す間欠的な高周波放電でアモルファスシリコン膜を
堆積する方法である。この成膜方法では、ゴミ発生の要
因となるプラズマ中の活性ラジカルがオフ状態で消滅す
るため、従来の連続放電成膜に比べてゴミの発生が抑え
られる特徴がある。間欠放電プラズマCVD法に関して
は、例えば、白谷等(「RF電圧振幅変調によるプロセ
スプラズマの反応制御」、白谷、松尾、平野、渡辺著、
九州大学工学集報、第62巻、第6号、平成元年12月
発行、677頁)は、その原理について考察した。竹知
等(「A−Si:H TFTs Fabricated
with Gated rf−discharge
Pl asma−CVD Technology」、
K.Takechi、H.Uchida、H.Haya
ma、Extended Abstract of 1
993 International Confere
nce on Solid StateDevices
and Materials、1993、970−9
71)は、数百から数千ヘルツで変調した間欠放電成膜
により放電中のゴミが2桁減少したと報告した。また、
これらの変調周波数以外の領域での変調ではゴミ発生の
抑制効果がないことが報告されている。例えば、ジャー
ナル・オブ・アプライド・フィジックス、第69巻、第
15号、632〜638頁(JOURNAL OF A
PPLIED PHYSICS、69(2)、15、J
ANUARY 1991)では、40Hz以下の低い変
調周波数では従来の連続放電の場合と同様、ゴミの発生
が抑えられないと報告されている。As a forming method which is an extension of the continuous discharge plasma CVD method, a CVD method of intermittently performing high frequency discharge to decompose a raw material gas (hereinafter referred to as intermittent discharge plasma CVD
Abbreviated. ) Is proposed. Intermittent discharge plasma CVD
The method uses a high-frequency oscillator that can switch between an oscillating state and a stopped state at high speed by inputting a gate pulse signal as a high-frequency source.When the gate pulse is on, high-frequency power is output and discharge occurs, and This is a method of depositing an amorphous silicon film by intermittent high-frequency discharge in which the high-frequency power is cut off when the pulse is off and the discharge is stopped. In this film forming method, active radicals in plasma, which cause dust generation, are extinguished in an off state, so that the generation of dust is suppressed as compared with the conventional continuous discharge film formation. Regarding the intermittent discharge plasma CVD method, for example, Shiratani et al. (“Reaction control of process plasma by RF voltage amplitude modulation”, Shiratani, Matsuo, Hirano, Watanabe,
Kyushu University Engineering Bulletin, Vol. 62, No. 6, December 1989, p. 677) discussed its principle. Takechi et al. (“A-Si: H TFTs Fabricated
with Gated rf-discharge
Plasma-CVD Technology ",
K. Takechi, H .; Uchida, H .; Haya
ma, Extended Abstract of 1
993 International Confere
nce on Solid State Devices
and Materials, 1993, 970-9.
71) reported that dust during discharge was reduced by two orders of magnitude due to intermittent discharge film formation modulated at hundreds to thousands of hertz. Also,
It has been reported that modulation in a region other than these modulation frequencies has no effect of suppressing dust generation. For example, Journal of Applied Physics, Vol. 69, No. 15, pp. 632-638 (JOURNAL OF A
PPLIED PHYSICS, 69 (2), 15, J
In ANUARY 1991), it is reported that the generation of dust cannot be suppressed at a low modulation frequency of 40 Hz or less as in the case of the conventional continuous discharge.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】アモルファスシリコン
薄膜トランジスタアレイの量産プロセスにおいて、エッ
チング装置等の製造装置に対してプラズマCVD装置の
スループットが悪く、そのためプラズマCVD装置を多
数台設置することでラインバランスを確保している。製
造設備の投資コストの面から、プラズマCVD装置のス
ループット向上が重要であり、そのためには成膜速度の
大幅な高速化技術開発が急務となっている。In a mass production process of an amorphous silicon thin film transistor array, the throughput of a plasma CVD apparatus is poor with respect to a manufacturing apparatus such as an etching apparatus. Therefore, a large number of plasma CVD apparatuses are installed to secure a line balance. is doing. From the viewpoint of the investment cost of manufacturing equipment, it is important to improve the throughput of the plasma CVD apparatus, and for that purpose, there is an urgent need to develop a technique for significantly increasing the film forming speed.
【0005】上述の公知例では、間欠放電CVD法によ
り、従来の連続放電成膜で用いられている成膜速度(2
00〜300A/min)領域で、連続放電成膜に比べ
ゴミ発生が2桁程度減少することが報告されている。し
かし、スループットを向上させるため成膜速度を400
A/min程度にすると、間欠放電成膜を用いても発生
するゴミの量が増加し、連続放電成膜で200A/mi
n〜300A/minの成膜速度で成膜を行った場合と
同程度の発生量となってしまう。500A/min以上
にするとゴミの量は急激に増加し、歩留まりの点から製
品の製造には使えない。成膜速度の大幅な高速化により
プラズマCVD装置のスループット向上を実現するため
には、400A/minでは不十分であり500A/m
in以上の高速成膜時でもゴミを発生させないアモルフ
ァスシリコン膜の形成方法の開発が強く望まれている。In the above-mentioned known example, the film-forming speed (2) which is used in the conventional continuous discharge film-forming by the intermittent discharge CVD method.
It has been reported that dust generation is reduced by about two orders of magnitude in the region (00-300 A / min) as compared with continuous discharge film formation. However, in order to improve the throughput, the film formation speed is set to 400
At about A / min, the amount of dust generated increases even if intermittent discharge film formation is used, and 200 A / mi is obtained by continuous discharge film formation.
The amount of generation is about the same as when the film is formed at the film formation rate of n to 300 A / min. If it is 500 A / min or more, the amount of dust increases rapidly, and it cannot be used for manufacturing products from the viewpoint of yield. In order to realize the improvement of the throughput of the plasma CVD apparatus by significantly increasing the film formation rate, 400 A / min is insufficient and 500 A / m.
It is strongly desired to develop a method for forming an amorphous silicon film that does not generate dust even when the film is formed at a high speed of in or more.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明では、高周波電力により放電を維持するオン
状態と、高周波電力を切り放電が停止しているオフ状態
とを繰り返す間欠的な放電でアモルファスシリコン膜を
堆積させるアモルファスシリコン膜の形成方法におい
て、前記オン状態の継続期間が3秒間以下であり、且
つ、前記オフ状態の継続時間が15ミリ秒間以上である
ことを特徴とするアモルファスシリコン膜の形成方法を
提供する。In order to solve the above-mentioned problems, in the present invention, an intermittent discharge in which an ON state in which discharge is maintained by high frequency power and an OFF state in which high frequency power is cut off and discharge is stopped are repeated. In the method for forming an amorphous silicon film by depositing an amorphous silicon film, the on-state duration is 3 seconds or less, and the off-state duration is 15 milliseconds or more. A method for forming a film is provided.
【0007】また、オン状態の継続期間が3秒間以下で
あり、且つ、前記オフ状態の継続時間が15ミリ秒間以
上である間欠的な放電で堆積したアモルファスシリコン
膜を少なくともチャネル活性層、あるいはソース・ドレ
イン層の一部に用いたことを特徴とする薄膜トランジス
タ素子を提供する。An amorphous silicon film deposited by intermittent discharge having an on-state duration of 3 seconds or less and an off-state duration of 15 milliseconds or more is at least used as a channel active layer or a source. -Providing a thin film transistor element characterized by being used for a part of a drain layer.
【0008】また、500A/min以上の高速成膜を
実現するためには、オン状態の継続期間は1ミリ秒以
上、オフ状態の継続期間は15秒以下であることが望ま
しい。Further, in order to realize a high-speed film formation of 500 A / min or more, it is desirable that the on-state duration is 1 millisecond or more and the off-state duration is 15 seconds or less.
【0009】[0009]
【作用】プラズマCVD法において、ゴミの発生する原
因は、気相中でSi系活性ラジカルの重合反応が急激に
起こることに起因していると考えられている。従来の間
欠放電プラズマCVD法における気相中でのゴミの発生
が抑制されるメカニズムは必ずしも明らかになっていな
いが、変調周波数としてオフ状態の期間が活性ラジカル
の寿命程度となる数百から数千Hzで間欠的に放電を繰
り返しているためであると言われている。なお、以下で
は放電を維持するオン状態の期間はオン時間、放電を停
止しているオフ状態の期間をオフ時間と記述することに
する。In the plasma CVD method, it is considered that the cause of dust generation is that the polymerization reaction of Si-based active radicals rapidly occurs in the gas phase. The mechanism by which the generation of dust in the gas phase in the conventional intermittent discharge plasma CVD method is suppressed has not been clarified, but the period of the OFF state as the modulation frequency is about the lifetime of active radicals. It is said that this is because the discharge is repeated intermittently at Hz. In the following, the on-state period during which the discharge is maintained is referred to as an on-time, and the off-state period during which the discharge is stopped is referred to as an off-time.
【0010】ところが、図1に示すような、15ミリ秒
間以上のオフ時間を有する放電が停止している休止期間
と、3秒間以下の高周波放電しているオン時間を有する
放電期間を繰り返す間欠的な放電により、発生するゴミ
の量が極端に減少することを発見した。このオン時間、
オフ時間は、変調周波数としては、10Hz〜0.3H
z程度の範囲であり、従来はゴミの発生が多いと思われ
ていた周波数領域である。今回初めて、前述したような
特定の条件ではゴミが極端に減少することを発明した。
このとき、オン時間/(オン時間+オフ時間)で定義さ
れるオンデューティ比は、90%程度以上の値になり、
成膜速度は600A/min以上が容易に得られる。つ
まり、ゴミ発生量が少ないまま、500A/min以上
の高速成膜が実現できる。However, as shown in FIG. 1, an intermittent period in which a discharge having an off time of 15 milliseconds or longer is stopped and a discharge period having an on time of high frequency discharge of 3 seconds or less is repeated intermittently. It has been discovered that the amount of dust generated is extremely reduced by such a large discharge. This on time,
The off time is 10 Hz to 0.3 H as the modulation frequency.
It is a range of about z, which is a frequency region where it has been thought that dust is often generated in the past. For the first time, we invented that dust is extremely reduced under the specific conditions described above.
At this time, the on-duty ratio defined by on-time / (on-time + off-time) becomes a value of about 90% or more,
A film forming rate of 600 A / min or more can be easily obtained. That is, high-speed film formation of 500 A / min or more can be realized while the amount of dust generated is small.
【0011】本発明の成膜法においてゴミが減少するメ
カニズムは、オフ時間がシラン系の活性ラジカルの寿命
に比べ2桁から3桁長いので、公知技術である変調周波
数1KHz前後でゴミが減る現象とは違うメカニズムに
起因していると思われる。例えば、気相中で発生したゴ
ミの核が成長する途中でこれが死滅するのに15ミリ秒
以上のオフ時間と必要とする。また、オン時間が長くな
りすぎると一回のオン時間内でゴミが大きくなりすぎ、
オフ状態で死滅させることができなくなるというような
メカニズムが考えられる。本発明は、従来の1KHz前
後でのパーティクル減少とは異なったメカニズムに基づ
いた全く新しい現象であると考えられる。The mechanism of dust reduction in the film forming method of the present invention is that the off time is two to three orders of magnitude longer than the life of silane-based active radicals, so that the phenomenon of dust reduction at a modulation frequency of about 1 KHz, which is a known technique, is reduced. It seems to be caused by a mechanism different from. For example, the off time of 15 milliseconds or more is required for the dust core generated in the vapor phase to die while it is growing. Also, if the on-time becomes too long, the dust will grow too large within one on-time,
A possible mechanism is that it cannot be killed in the off state. The present invention is considered to be a completely new phenomenon based on a mechanism different from the conventional particle reduction around 1 KHz.
【0012】また、オン状態における高周波放電の発振
周波数は、特に限定されない。例えば、数百KHzで
も、通常のプラズマCVDでよく用いられる13.56
MHzでも、より周波数の高いVHF帯(30MHz〜
300MHz)でも、ほぼ同じオン時間、オフ時間でゴ
ミ発生量が抑制される効果がある。The oscillation frequency of the high frequency discharge in the ON state is not particularly limited. For example, even at several hundred KHz, 13.56 which is often used in ordinary plasma CVD.
Even in MHz, higher frequency VHF band (30MHz ~
Even at 300 MHz), there is an effect that the amount of dust generation is suppressed at almost the same on time and off time.
【0013】[0013]
【実施例】次に請求項1に記載の発明の第一の実施例に
ついて述べる。本実施例で用いたアモルファスシリコン
膜の形成装置は、ゲートパルスにより周波数13.56
MHzの高周波電力の出力をオン・オフできるパルスモ
ード付きの高周波電源と応答時間100マイクロ秒以内
の高速マッチング回路を持つマッチングボックスを使用
している。高周波電極の大きさは、600mm角である。Next, a first embodiment of the invention described in claim 1 will be described. The amorphous silicon film forming apparatus used in this example has a frequency of 13.56 by a gate pulse.
It uses a high-frequency power supply with a pulse mode that can turn on / off the high-frequency power of MHz and a matching box that has a high-speed matching circuit with a response time of 100 microseconds or less. The size of the high frequency electrode is 600 mm square.
【0014】本実施例で用いた成膜条件は、シラン流量
200SCCM、水素流量400SCCM、ガス圧力1
20Pa、基盤温度300℃である。高周波電力を制御
するゲートパルスの波形を図2に示す。オン時間を3
秒、オフ時間を15ミリ秒繰り返すパルス列を用いた。The film forming conditions used in this embodiment are: silane flow rate 200 SCCM, hydrogen flow rate 400 SCCM, gas pressure 1
It is 20 Pa and the substrate temperature is 300 ° C. The waveform of the gate pulse for controlling the high frequency power is shown in FIG. On time 3
A pulse train was used in which the second and off times were repeated for 15 milliseconds.
【0015】ゴミの評価には、基板に付着しているゴミ
をレーザー光の散乱現象を利用したゴミ検査装置を利用
して、成膜前後の基板に付着しているゴミの数を測定し
て、その増加量によりプラズマCVD装置内で付着する
ゴミの数を評価した。オン状態の時の高周波電力として
400Wとしたところ、成膜速度は800A/minが
得られた。For the evaluation of dust, the number of dusts adhering to the substrate before and after film formation was measured by using a dust inspection device utilizing the scattering phenomenon of laser light for the dust adhering to the substrate. The number of dust particles attached in the plasma CVD apparatus was evaluated based on the increased amount. When the high frequency power in the on state was set to 400 W, the film forming rate was 800 A / min.
【0016】比較のために、オン時間を3秒、オフ時間
を500マイクロ秒としたパルス列を用いて、他の成膜
条件は全て同一にした従来条件による間欠放電プラズマ
CVD法でアモルファスシリコン膜を形成したところ、
成膜速度は750A/minであった。For comparison, an amorphous silicon film is formed by an intermittent discharge plasma CVD method under the conventional conditions in which all other film forming conditions are the same using a pulse train having an on time of 3 seconds and an off time of 500 microseconds. When formed,
The film forming rate was 750 A / min.
【0017】一方、基板に付着するゴミの数は、オン時
間3秒、オフ時間500マイクロ秒のパルス列を用いて
成膜した場合は、基板の240mm×290mmの範囲での
2μm 以上の大きさのゴミの数は2500個と非常に多
いのに対して、本実施例であるオン時間が3秒、オフ時
間が15ミリ秒を有するパルス列を用いた場合にはわず
か21個であり、800A/minという高速成膜時の
ゴミ発生量が劇的に減少する効果が示された。さらに、
本条件で液晶ディスプレイ用薄膜トランジスタアレイを
形成したところ、プラズマCVD装置内で発生するゴミ
に起因したゲート線とデータ線との短絡による不良率
が、0.1%となり、従来連続放電で形成した場合の不
良率である2%に比べて大きく改善した。On the other hand, when the film is formed by using a pulse train having an on time of 3 seconds and an off time of 500 microseconds, the number of dust particles adhering to the substrate is 2 μm or more in a 240 mm × 290 mm area of the substrate. The number of dust particles is 2,500, which is extremely large, whereas the number of dust particles is 21 when the pulse train having the on-time of 3 seconds and the off-time of 15 milliseconds according to the present embodiment is used, which is 800 A / min. That is, the effect of dramatically reducing the amount of dust generated during high-speed film formation was shown. further,
When a thin film transistor array for a liquid crystal display was formed under these conditions, the defective rate due to a short circuit between the gate line and the data line due to dust generated in the plasma CVD apparatus was 0.1%, and it was formed by conventional continuous discharge. This is a significant improvement over the defect rate of 2%.
【0018】次に本発明の第二の実施例について述べ
る。本実施例でアモルファスシリコン膜の形成装置は、
第一の実施例と同一である。アモルファスシリコン膜形
成条件は、原料ガスとしてシラン流量200SCCM、
水素ガス400SCCM、真空度120Pa、基板温度
300℃である。周波数13.56MHzの高周波電力
を制御するゲートパルスとして、オン時間を3秒一定と
し、オン状態の高周波電力として400W導入した。こ
こで、本発明の特徴であるオフ時間を100マイクロ秒
から100ミリ秒まで変化させてゴミの個数の測定を行
った。ここでオフ時間100ミリ秒で成膜速度は550
A/minであった。結果を図3に示す。縦軸は基板の
240mm×290mmの範囲で2μm 以上の大きさのゴミ
の数である。図3より、オフ時間が15ミリ秒より長く
なるとゴミの数が激減していることが分かる。これは、
長いオフ時間挿入の効果である。Next, a second embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, the amorphous silicon film forming apparatus is
It is the same as the first embodiment. Amorphous silicon film formation conditions are as follows.
Hydrogen gas is 400 SCCM, vacuum degree is 120 Pa, and substrate temperature is 300 ° C. As a gate pulse for controlling high-frequency power having a frequency of 13.56 MHz, an ON time was kept constant for 3 seconds, and 400 W was introduced as high-frequency power in an ON state. Here, the number of dusts was measured by changing the off time, which is a feature of the present invention, from 100 microseconds to 100 milliseconds. Here, the off time is 100 milliseconds and the film formation rate is 550.
It was A / min. The results are shown in Fig. 3. The vertical axis represents the number of dust particles having a size of 2 μm or more in the range of 240 mm × 290 mm of the substrate. From FIG. 3, it can be seen that when the off time is longer than 15 milliseconds, the number of dusts is drastically reduced. this is,
This is the effect of long off-time insertion.
【0019】本発明の第三の実施例について述べる。本
実施例でアモルファスシリコン膜の形成装置は、実施例
一の場合と同一である。アモルファスシリコン膜形成条
件は、原料ガスとしてシラン流量200SCCM、水素
ガス400SCCM、真空度120Pa、基板温度30
0℃である。周波数13.56MHzの高周波電源を用
い、オフ時間を15ミリ秒とし、オン状態の時の高周波
電力として400W導入した。ここで、本オン時間を1
0ミリ秒から10秒まで変化させてゴミの個数の測定を
行った。結果を図4に示す。縦軸は基板の240mm×2
90mmの範囲で2μm 以上の大きさのゴミの数である。
図4より、オン時間が3秒より短くなるとゴミの数が激
減していることが分かる。オン時間が3秒以上またはオ
フ時間が15ミリ秒以下の場合に比べ、500A/mi
n以上の高速成膜速度で約2桁のゴミ数低減が実現さ
れ、本発明の有効性が実証された。A third embodiment of the present invention will be described. The apparatus for forming an amorphous silicon film in this embodiment is the same as that in the first embodiment. Amorphous silicon film formation conditions are as follows: silane flow rate 200 SCCM as raw material gas, hydrogen gas 400 SCCM, vacuum degree 120 Pa, substrate temperature 30.
It is 0 ° C. A high frequency power source with a frequency of 13.56 MHz was used, the off time was set to 15 milliseconds, and 400 W was introduced as the high frequency power in the on state. Here, the on time is 1
The number of dusts was measured while changing from 0 millisecond to 10 seconds. The results are shown in Fig. 4. The vertical axis is the substrate 240 mm x 2
It is the number of dust particles with a size of 2 μm or more in the range of 90 mm.
From FIG. 4, it can be seen that when the on-time is shorter than 3 seconds, the number of dusts is drastically reduced. Compared to the case where the on-time is 3 seconds or more or the off-time is 15 milliseconds or less, 500 A / mi
A reduction in the number of dust particles of about 2 digits was realized at a high film forming speed of n or more, and the effectiveness of the present invention was verified.
【0020】本発明の第四の実施例について述べる。本
実施例で用いたアモルファスシリコン膜の形成装置は、
高周波信号源として高速任意波形信号発生器を用い、こ
の高速任意波形信号発生器からの出力信号を高速電力増
幅器により増幅し、マッチング回路を経由してCVD装
置に導入し、プラズマを形成する構成になっている。高
周波電極の大きさは、600mm角である。この装置構成
で使用可能な高周波の周波数範囲は、10KHzから1
50MHzまでである。本実施例では、この高周波電力
の発振周波数として100KHzおよび100MHzの
2つの周波数について検討した。アモルファスシリコン
膜形成条件は、原料ガスとしてシラン流量400SCC
M、水素ガス400SCCM、真空度140Pa、基板
温度300℃である。オン時間を300ミリ秒一定と
し、オン時の高周波電力として400W導入した。ここ
で、オフ時間を0.1ミリ秒から200ミリ秒まで変化
させてゴミの個数の測定を行った。結果を図5に示す。
ゴミが急激な減少を示すオフ時間は15ミリ秒であり、
高周波電力の周波数による差はわずかである。成膜速度
は、例えば高周波電力の周波数が100MHzの場合、
オフ時間が70ミリ秒の時成膜速度は850A/min
が得られ、高速成膜でかつプラズマ中で発生するゴミが
少なく、本発明の有効性が証明された。A fourth embodiment of the present invention will be described. The amorphous silicon film forming apparatus used in this embodiment is
A high-speed arbitrary waveform signal generator is used as a high-frequency signal source, and an output signal from this high-speed arbitrary waveform signal generator is amplified by a high-speed power amplifier and introduced into a CVD device via a matching circuit to form plasma. Has become. The size of the high frequency electrode is 600 mm square. The high frequency range that can be used with this device configuration is from 10 KHz to 1
Up to 50 MHz. In this example, two frequencies of 100 KHz and 100 MHz were examined as the oscillation frequencies of the high frequency power. Amorphous silicon film formation conditions are silane flow rate 400SCC as a source gas.
M, hydrogen gas 400 SCCM, vacuum degree 140 Pa, substrate temperature 300 ° C. The on-time was kept constant for 300 milliseconds, and 400 W was introduced as high-frequency power at the time of on. Here, the off time was changed from 0.1 ms to 200 ms to measure the number of dust particles. Results are shown in FIG.
The off time is 15 ms, which shows a sharp decrease in dust.
The difference between the frequencies of the high frequency power is small. The deposition rate is, for example, when the frequency of the high frequency power is 100 MHz,
When the off time is 70 milliseconds, the film formation rate is 850 A / min
Was obtained, and the amount of dust generated in the plasma was high in the high-speed film formation, demonstrating the effectiveness of the present invention.
【0021】本発明の第五の実施例について述べる。本
実施例でアモルファスシリコン膜の形成装置は、実施例
四と同一である。アモルファスシリコン膜形成条件は、
原料ガスとしてシラン流量400SCCM、水素ガス4
00SCCM、真空度140Pa、基板温度300℃で
ある。オフ時間を300ミリ秒一定とし、オン時の高周
波電力として400W導入した。ここで、オン時間を1
0ミリ秒から15秒まで変化させてゴミの個数の測定を
行った。結果を図6に示す。基板に付着するゴミの数
は、放電を起こす高周波の周波数にはあまり依存せず、
オン時間が3秒以上で急激に増加している。このことか
ら、オン時間を3秒以下にすれば、ゴミの付着は少な
く、本発明の有効性が証明された。A fifth embodiment of the present invention will be described. The apparatus for forming the amorphous silicon film in this embodiment is the same as that in the fourth embodiment. Amorphous silicon film formation conditions are
Silane flow rate 400SCCM, hydrogen gas 4 as source gas
00 SCCM, vacuum degree 140 Pa, substrate temperature 300 ° C. The off time was kept constant for 300 milliseconds, and 400 W was introduced as high-frequency power when on. Where the on time is 1
The number of dusts was measured while changing from 0 millisecond to 15 seconds. Results are shown in FIG. The number of dust particles attached to the substrate does not depend much on the frequency of the high frequency that causes discharge,
The on-time is sharply increasing over 3 seconds. From this, when the on-time was set to 3 seconds or less, the adhesion of dust was small and the effectiveness of the present invention was proved.
【0022】図7は、請求項2に記載の薄膜トランジス
タの構造の一実施例を示したものである。まず、絶縁性
基板としてガラス基板10上に、ゲート金属としてクロ
ミウムを膜厚100nmスパッタリング法により成膜しパ
ターンニングしてゲート電極11を形成する。この上に
ゲート絶縁膜である窒化シリコン膜12を膜厚400nm
をプラズマCVD法により成膜する。引き続き、シラン
流量200SCCM、水素流量400SCCM、ガス圧
力120Pa、基板温度300℃で、13.56MHz
の高周波電力を制御するゲートパルスとしてオン時間3
秒、オフ時間25ミリ秒を有するパルス列を用いた間欠
放電CVD法により活性層であるアモルファスシリコン
膜13を膜厚300nm形成し、さらにソース・ドレイン
領域を形成するためにn型化したドーピング層15を5
0nmプラズマCVD法により成膜する。つづいてドーピ
ング層15とアモルファスシリコン膜13を島状の所望
の形状にパターンニングする。さらに、ソース・ドレイ
ン金属としてクロミウムを70nmスパッタリング法によ
り成膜し所望の形状にパターンニングすることによりソ
ース・ドレイン電極16を形成する。最後にチャネル上
のドーピング層15をエッチング除去することにより薄
膜トランジスタが完成する。このようにして、請求項2
に記載の薄膜トランジスタ素子の構造が形成される。FIG. 7 shows an embodiment of the structure of the thin film transistor according to the second aspect. First, a gate electrode 11 is formed on a glass substrate 10 serving as an insulating substrate by depositing chromium as a gate metal by a sputtering method with a film thickness of 100 nm and patterning. A silicon nitride film 12, which is a gate insulating film, is formed on this to a thickness of 400 nm.
Is formed by a plasma CVD method. Subsequently, silane flow rate 200 SCCM, hydrogen flow rate 400 SCCM, gas pressure 120 Pa, substrate temperature 300 ° C., 13.56 MHz
ON time 3 as a gate pulse to control the high frequency power of
Second, an amorphous silicon film 13 as an active layer having a thickness of 300 nm is formed by an intermittent discharge CVD method using a pulse train having an off time of 25 milliseconds, and an n-type doping layer 15 is formed to form source / drain regions. 5
A film is formed by the 0 nm plasma CVD method. Subsequently, the doping layer 15 and the amorphous silicon film 13 are patterned into a desired island shape. Further, source / drain electrodes 16 are formed by forming a film of chromium as a source / drain metal by a 70 nm sputtering method and patterning it into a desired shape. Finally, the thin film transistor is completed by etching away the doping layer 15 on the channel. Thus, claim 2
The structure of the thin film transistor element described in 1. is formed.
【0023】このようにして形成した薄膜トランジスタ
の電界効果移動度として0.45cm2 /V/s、しきい
値電圧として3Vが得られ、これらの値は液晶ディスプ
レイ用の画素のスイッチング素子として十分適用できる
ものである。The thin film transistor thus formed has a field effect mobility of 0.45 cm 2 / V / s and a threshold voltage of 3 V. These values are sufficiently applied as a switching element of a pixel for a liquid crystal display. It is possible.
【0024】図8は、請求項2に記載の薄膜トランジス
タの製造方法の第二の実施例を示したものである。ま
ず、絶縁性基板としてガラス基板10上に、ゲート金属
としてクロミウムを膜厚100nmスパッタリング法によ
り成膜しパターンニングしてゲート電極11を形成す
る。この上にゲート絶縁膜である窒化シリコン膜12を
膜厚400nmをプラズマCVD法により成膜する。引き
続き、シラン流量200SCCM、水素流量400SC
CM、ガス圧力120Pa、基板温度300℃で、発振
周波数100MHzの高周波電力を用い時間300ミリ
秒、オフ時間15ミリ秒とした間欠放電CVD法により
活性層であるアモルファスシリコン膜13を膜厚100
nm形成し、さらにチャネルパッシベーション膜である窒
化シリコン膜14を膜厚100nmプラズマCVD法によ
り形成する。窒化シリコン膜14を所望の形状にパター
ンニングした後、ソース・ドレイン領域を形成するため
にn型化したドーピング層15を膜厚50nm成膜する。
本実施例では、このドーピング層15の形成には、本発
明のアモルファスシリコンの成膜法を用いた。成膜条件
は、シラン流量50SCCM、水素ベース0.2%フォ
スフィン流量20SCCM、水素流量500SCCM、
ガス圧力120Pa、基板温度300℃で、高周波電力
を制御するゲートパルスとしてオン時間300ミリ秒、
オフ時間50ミリ秒、オン時の高周波電力200Wであ
る。つづいてドーピング層15とアモルファスシリコン
膜13を島状の所望の形状にパターンニングする。さら
に、ソース・ドレイン金属としてクロミウムを70nmス
パッタリング法により成膜し所望の形状にパターンニン
グすることによりソース・ドレイン電極16を形成す
る。最後にソース電極16とドレイン電極19間のドー
ピング層15をエッチング除去することにより薄膜トラ
ンジスタが完成する。このようにして、請求項2に記載
の薄膜トランジスタの構造は容易に実施できた。FIG. 8 shows a second embodiment of the method of manufacturing a thin film transistor according to the second aspect. First, a gate electrode 11 is formed on a glass substrate 10 serving as an insulating substrate by depositing chromium as a gate metal by a sputtering method with a film thickness of 100 nm and patterning. A silicon nitride film 12, which is a gate insulating film, is formed thereon with a film thickness of 400 nm by a plasma CVD method. Continuously, silane flow rate 200SCCM, hydrogen flow rate 400SC
CM, gas pressure 120 Pa, substrate temperature 300 ° C., high-frequency power having an oscillation frequency of 100 MHz was used, and the amorphous silicon film 13 as an active layer was formed to a thickness of 100 by an intermittent discharge CVD method with a time of 300 ms and an off time of 15 ms.
Then, a silicon nitride film 14 which is a channel passivation film is formed by a 100 nm-thickness plasma CVD method. After patterning the silicon nitride film 14 into a desired shape, an n-type doped layer 15 having a film thickness of 50 nm is formed to form source / drain regions.
In this embodiment, the amorphous silicon film forming method of the present invention is used for forming the doping layer 15. The film forming conditions are: silane flow rate 50 SCCM, hydrogen-based 0.2% phosphine flow rate 20 SCCM, hydrogen flow rate 500 SCCM,
At a gas pressure of 120 Pa, a substrate temperature of 300 ° C., a on-time of 300 milliseconds as a gate pulse for controlling high frequency power,
The off time is 50 milliseconds, and the high frequency power at the time of on is 200 W. Subsequently, the doping layer 15 and the amorphous silicon film 13 are patterned into a desired island shape. Further, source / drain electrodes 16 are formed by forming a film of chromium as a source / drain metal by a 70 nm sputtering method and patterning it into a desired shape. Finally, the doping layer 15 between the source electrode 16 and the drain electrode 19 is removed by etching to complete the thin film transistor. In this way, the structure of the thin film transistor described in claim 2 could be easily implemented.
【0025】本実施例の薄膜トランジスタの電気特性を
測定したところ、電界効果移動度として0.7cm2 /V
/s、しきい値電圧として2.0Vが得られ、これらの
値は液晶ディスプレイ用の駆動素子として十分適用でき
るものである。The electrical characteristics of the thin film transistor of this example were measured, and it was found that the field effect mobility was 0.7 cm 2 / V.
/ S and a threshold voltage of 2.0 V are obtained, and these values are sufficiently applicable as a driving element for a liquid crystal display.
【0026】オン時間やオフ時間はパルス発生器を調節
することにより、請求項1に記載の範囲を容易に実現で
き、それを用いてアモルファスシリコン膜を形成し薄膜
トランジスタを作成することは容易である。The on-time and the off-time can be easily realized within the range described in claim 1 by adjusting the pulse generator, and it is easy to form an amorphous silicon film to form a thin film transistor. .
【0027】以上の実施例は、逆スタガ型薄膜トランジ
スタについて述べてきたが、順スタガ型やコプレーナ型
薄膜トランジスタ等、そのほかの構造の薄膜トランジス
タに実施できることは以上の説明により明白である。Although the above embodiments have been described with respect to the inverted staggered type thin film transistor, it is apparent from the above description that the invention can be applied to a thin film transistor of other structure such as a forward staggered type or a coplanar type thin film transistor.
【0028】また、ゲート絶縁膜として、図9に示すよ
うな酸化膜と窒化膜の2層構造でも実現可能である。ア
モルファスシリコン活性層として、図10に示すよう
に、初めに通常の連続放電により低速成膜で形成した高
品質アモルファスシリコン層を用い、引き続いて本発明
による間欠放電高速成膜法でアモルファスシリコン層を
形成するように、本発明の請求項1の成膜方法でアモル
ファスシリコン層の一部を成膜した薄膜トランジスタを
形成しても良い。The gate insulating film can also be realized by a two-layer structure of an oxide film and a nitride film as shown in FIG. As the amorphous silicon active layer, as shown in FIG. 10, first, a high-quality amorphous silicon layer formed by low-speed film formation by normal continuous discharge is used, and then the amorphous silicon layer is formed by the intermittent discharge high-speed film formation method according to the present invention. As in the formation, a thin film transistor in which a part of the amorphous silicon layer is formed by the film forming method according to the first aspect of the present invention may be formed.
【0029】[0029]
【発明の効果】以上説明したように、本発明による3秒
以下のオン時間、15ミリ秒以上オフ時間での間欠放電
プラズマCVD法を用いたアモルファスシリコン膜の形
成方法によれば、アモルファスシリコン膜の高速成膜時
にゴミの発生量が従来の間欠放電法に比較してさらに2
桁程度減少し、液晶ディスプレイ用薄膜トランジスタア
レイ等のプラズマCVD工程のスループットが向上し、
歩留まりの改善にも大きな効果が確認できた。As described above, according to the method of forming an amorphous silicon film using the intermittent discharge plasma CVD method with the ON time of 3 seconds or less and the OFF time of 15 milliseconds or more according to the present invention, the amorphous silicon film is formed. In comparison with the conventional intermittent discharge method, the amount of dust generated during high-speed film formation is 2 more
Decrease by an order of magnitude, improving the throughput of plasma CVD processes such as thin film transistor arrays for liquid crystal displays,
A large effect was confirmed in improving the yield.
【図1】本発明のゲートパルスと高周波電力の発振状態
を示す波形図。FIG. 1 is a waveform diagram showing an oscillation state of a gate pulse and high frequency power of the present invention.
【図2】本発明の第一の実施例で用いたゲートパルスを
示す波形図。FIG. 2 is a waveform diagram showing a gate pulse used in the first embodiment of the present invention.
【図3】本発明の第二の実施例の効果を示す特性図。FIG. 3 is a characteristic diagram showing the effect of the second embodiment of the present invention.
【図4】本発明の第三の実施例の効果を示す特性図。FIG. 4 is a characteristic diagram showing the effect of the third embodiment of the present invention.
【図5】本発明の第四の実施例の効果を示す特性図。FIG. 5 is a characteristic diagram showing the effect of the fourth embodiment of the present invention.
【図6】本発明の第五の実施例の効果を示す特性図。FIG. 6 is a characteristic diagram showing the effect of the fifth embodiment of the present invention.
【図7】本発明の実施例に係る薄膜トランジスタを示す
断面構造図。FIG. 7 is a sectional structural view showing a thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
【図8】本発明の実施例に係る薄膜トランジスタを示す
断面構造図。FIG. 8 is a sectional structural view showing a thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
【図9】本発明の実施例に係る薄膜トランジスタを示す
断面構造図。FIG. 9 is a sectional structural view showing a thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
【図10】本発明の実施例に係る薄膜トランジスタを示
す断面構造図。FIG. 10 is a sectional structural view showing a thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
1 3秒以下の放電期間 2 15ミリ秒以上の放電休止期間 10 ガラス基板 11 ゲート電極 12 窒化シリコン膜 13 本発明による間欠放電法で成膜したアモルファス
シリコン膜 14 パッシベーション窒化シリコン膜 15 ドーピング層 16 ソース電極 17 酸化膜 18 低速成膜で形成した高品質アモルファスシリコン
膜 19 ドレイン電極1 Discharge period of 13 seconds or less 2 Discharge period of 15 milliseconds or more 10 Glass substrate 11 Gate electrode 12 Silicon nitride film 13 Amorphous silicon film formed by the intermittent discharge method according to the present invention 14 Passivation silicon nitride film 15 Doping layer 16 Source Electrode 17 Oxide film 18 High quality amorphous silicon film formed by low speed film formation 19 Drain electrode
Claims (2)
と、高周波電力を切り放電が停止しているオフ状態とを
繰り返す間欠的な放電でアモルファスシリコン膜を堆積
させるアモルファスシリコン膜の形成方法において、前
記オン状態の継続期間が3秒間以下であり、且つ、前記
オフ状態の継続時間が15ミリ秒間以上であることを特
徴とするアモルファスシリコン膜の形成方法。1. A method for forming an amorphous silicon film, wherein an amorphous silicon film is deposited by intermittent discharge in which an ON state in which discharge is maintained by high frequency power and an OFF state in which discharge is stopped by cutting off high frequency power are repeated. A method for forming an amorphous silicon film, characterized in that the duration of the on-state is 3 seconds or less and the duration of the off-state is 15 milliseconds or more.
アモルファスシリコン膜を少なくともチャネル活性層、
あるいはソース・ドレイン層の一部に用いたことを特徴
とする薄膜トランジスタ素子。2. An amorphous silicon film formed by the film forming method according to claim 1, at least a channel active layer,
Alternatively, a thin film transistor element characterized by being used as part of a source / drain layer.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12553394A JPH07335560A (en) | 1994-06-07 | 1994-06-07 | Forming of amorphous silicon film and thin-film transistor element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP12553394A JPH07335560A (en) | 1994-06-07 | 1994-06-07 | Forming of amorphous silicon film and thin-film transistor element |
Publications (1)
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---|---|
JPH07335560A true JPH07335560A (en) | 1995-12-22 |
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ID=14912549
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JP12553394A Pending JPH07335560A (en) | 1994-06-07 | 1994-06-07 | Forming of amorphous silicon film and thin-film transistor element |
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---|---|
JP (1) | JPH07335560A (en) |
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1994
- 1994-06-07 JP JP12553394A patent/JPH07335560A/en active Pending
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