JP2001274411A - 薄膜トランジスタの製造方法 - Google Patents

薄膜トランジスタの製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】シリコン膜及び金属膜の積層膜に対して、金属
膜をパターニングした後、異種膜間に形成される変質膜
は、上層膜の成膜条件及びその条件変動により、変質膜
の厚さ及び組成自体が変動し、異種膜間に形成される変
質膜は、上層膜のオーバーエッチング状態によっても、
変質膜の残存率が変動し、変質膜の厚さ、組成の変動に
よりシリコン膜のエッチング再現性が不安定であった。 【解決手段】金属膜7とシリコン膜6との界面に形成さ
れる変質膜を、O2ガスのCHF3ガスに対する含有率が
30〜500%の範囲の混合ガスを用いてシリコン膜6
のエッチング処理前に除去することで、異種膜間に形成
されエッチングを疎外する変質膜(金属膜の残さ、金属
膜のシリサイド化物、シリコン酸化膜等)を全て除去
し、上層の金属膜7のエッチング後に行う下層のシリコ
ン膜6のエッチングにおいて、スムーズで、均一性、選
択性の良いエッチングが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜トランジスタ
の製造方法、特に、薄膜トランジスタを構成するシリコ
ン膜及びその上の金属膜のエッチング方法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】液晶表示装置用アクティブマトリクスと
して薄膜トランジスタパネルが知られている。その製造
方法として、アモルファスシリコンを用いた逆スタガ構
造が有り、バックチャネルエッチ方式が、特開昭56−
135968号公報、特開昭60−42868号公報等
に記載されている。この構造は、製造工程が少なくて済
み、かつ良好な特性が得やすい利点を有する。
【0003】上記技術では、バックチャネルエッチング
において、エッチングの基板内均一性や再現性について
は、配慮されていない。通常このバックチャネルエッチ
ングにおいては、前工程履歴、即ち、エッチング部に成
膜されていたソース・ドレイン用金属電極の成膜条件の
変動、又その金属膜のエッチング条件の変動の影響を大
きき受け、バックチャネルエッチングの均一性、再現性
も不安定であった。
【0004】その原因として、バックチャネルエッチン
グを疎外している物質、金属膜の残さ、金属膜のシリサ
イド化物、シリコン酸化膜の発生が考えられている。
【0005】このバックチャネルエッチングを疎外して
いる物質の様子を、TFTのチャネル部を形成する前後
の製造工程について、TFTのチャネル部近傍の断面図
である図12を用いて説明する。
【0006】ガラス基板101の表面にはゲート電極1
02、さらに、その上に、プラズマCVD法により、シ
リコン酸化膜(SiO2)からなる絶縁膜103を約1
00nm、さらにその上に、シリコン窒化膜(SiN
x)からなる絶縁膜104を約350nm、アモルファ
スシリコン(a−Si)薄膜105を約200nm、n
型アモルファスシリコン(n+a−Si)薄膜106を
約30nmの厚さに順次堆積する。更に、スパッタ法で
Cr膜を約100nm形成する。
【0007】次に、フォトリソグラフィ法で形成したレ
ジストパターン108をマスクとして、Cr膜をパター
ニングしてCr電極配線107を形成するが、このパタ
ーニングには、硝酸第2セリウムアンモニウム系エッチ
ング液のウェットエッチングを用いるか、又は、ドライ
エッチングを用いる。
【0008】Cr電極配線107をセルフアライメント
に利用し、下層のn+a−Si薄膜106の全膜厚及び
a−Si薄膜105の一部である約20nmをドライエ
ッチングする場合に、n+a−Si薄膜106の露出表
面上のCr残さ、シリサイド金属膜の残さ、シリコン酸
化膜等を除去せず、いきなりn+a−Si薄膜106及
びa−Si薄膜105を、SF6/HClガスを用いた
エッチング処理を行うと、n+a−Si薄膜106及び
a−Si薄膜105をスムーズにエッチングすることが
出来ない。
【0009】即ち、エッチング開始前にn+a−Si薄
膜106の上に図12(a)に示すように、多量の残さ
111が発生しており、n+a−Si薄膜106の表面
にこれらの変質膜が残存したままエッチングを行うと、
図12(b)に示すように、ピラー112状のエッチン
グが起こってしまう。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】このバックチャネルエ
ッチングの均一性、再現性を向上させる方法として、特
開平5−283427号公報及び特開平4−35094
4号公報が提案されている。
【0011】前者は、バックチャネルエッチングの前に
酸素(O2)プラズマ処理により金属残さを除去するも
のであるが、この処理の効果は、純粋に酸素(O2)プ
ラズマ処理による金属膜の酸化・除去という効果より
も、ソース・ドレイン電極金属のエッチングに引き続き
処理するために起る残留エッチングガスと酸素(O2
の組み合わせによるプラズマ処理が起すもので有り、純
粋な酸素(O2)プラズマ処理による金属膜の酸化除去
レートはかなり小さいものであり、処理時間と共に残留
エッチングガスも減少する為、金属膜の酸化除去率は、
不安定である。
【0012】更に、この例の場合、先に指摘したバック
チャネルエッチングを疎外している物質のうちシリコン
酸化膜は除去出来ず残さの除去としては不完全である。
【0013】後者は、バックチャネルエッチング処理自
体のガスに、エッチングガスと8%以上の酸素を含むプ
ラズマによって処理する方法であるが、エッチングガス
の実施例として、CF4/O2=25/2(sccm)以
上(この場合アモルファスシリコンと窒化膜のエッチン
グ選択性が小さくアモルファスシリコン以上に、窒化膜
のエッチングレートが大)等が示され、バックチャネル
部以外(TFTトランジスタのソース・ドレイン金属、
アモルファスシリコン以外の部分)の部分が通常、窒化
膜等の絶縁膜がむき出しの状態でバックチャネルエッチ
ングされることを考えると、この部分がエッチングされ
てしまい問題である。
【0014】又、実際FガスとO2ガスの混合ガスでバ
ックチャネルエッチングを行なうと、Fイオンのアモル
ファスシリコン中残存、及びアモルファスシリコン表面
の酸化により、バックチャネル部のリークが起り易い界
面が形成されると言う欠点があった。
【0015】又、両者は、ソース・ドレイン電極表面
を、その処理のダメージから保護する為、ソース・ドレ
インPR(レジスト)有りの状態で行っても、O2プラ
ズマ、特にCF4/O2プラズマ処理は、PR(レジス
ト)に対するダメージが大きく、処理時間と共に、変形
又は消滅し、ソース・ドレイン金属膜のダメージ保護に
役立たないと言う欠点も有った。
【0016】本発明の目的は、シリコン膜の上に金属膜
を堆積させ、金属膜をパターニングして薄膜トランジス
タのソース・ドレイン電極を含む金属配線を形成する薄
膜トランジスタの製造方法において、スムーズで、均一
性、選択性の良い薄膜トランジスタのバックチャネルの
形成方法を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明の第1の薄膜トラ
ンジスタの製造方法は、シリコン膜の上に堆積した金属
膜をパターニングして金属配線を形成し、前記金属配線
に覆われない前記シリコン膜を前記金属配線の端部に沿
ってエッチングする薄膜トランジスタの製造方法であっ
て、前記金属配線を形成する工程と前記金属配線に覆わ
れない前記シリコン膜を前記金属配線の端部に沿ってエ
ッチングする工程との間に、前記シリコン膜の表面に存
在する残留物を除去するために、CHF3ガス及びO2
スを含み、O2ガスのCHF3ガスに対する含有率が30
〜500%の範囲となる構成の混合ガスにより前記シリ
コン膜をエッチングすることを特徴とし、第1の薄膜ト
ランジスタの製造方法の一適用形態として、基板の上方
にシリコン膜及び金属膜を順次堆積し、前記金属膜をパ
ターニングして前記金属膜が少なくとも前記シリコン膜
の上において電極の両端部を構成すべく分離され、前記
電極間に露出した前記シリコン膜をその表面から前記電
極の端部に沿って一部除去して前記シリコン膜に前記電
極の端部に沿った凹部を形成する薄膜トランジスタの製
造方法であって、前記金属膜が少なくとも前記シリコン
膜の上において電極の両端部を構成すべく分離される工
程と前記電極間に露出した前記シリコン膜をその表面か
ら前記電極の端部に沿って一部除去して前記シリコン膜
に前記電極の端部に沿った凹部を形成する工程との間
に、前記シリコン膜の表面に存在する残留物を除去する
ために、CHF3ガス及びO2ガスを含み、O2ガスのC
HF3ガスに対する含有率が30〜500%の範囲とな
る構成の混合ガスにより前記シリコン膜をエッチングす
ることを特徴とする、という形態が可能である。
【0018】上記第1の薄膜トランジスタの製造方法及
びその一適用形態の薄膜トランジスタの製造方法は、前
記金属膜をパターニングする工程が、前記金属膜の上方
に形成されたレジストパターンをマスクとして前記金属
膜をエッチング除去することにより行われる工程であっ
て、CHF3ガス及びO2ガスを含み、O2ガスのCHF3
ガスに対する含有率が30〜500%の範囲となる構成
の混合ガスにより前記シリコン膜をエッチングする工程
が、前記金属膜の上方の前記レジストパターンを除去し
た状態、或いは、前記金属膜の上方に前記レジストパタ
ーンを有する状態にて行われる、という形態も採り得
る。
【0019】また、上記第1の薄膜トランジスタの製造
方法及びその一適用形態の薄膜トランジスタの製造方法
において、前記混合ガスが、O2ガスのCHF3ガスに対
する含有率が80〜300%の範囲となる構成の混合ガ
スであり、前記混合ガスは、CHF3ガス及びO2ガスに
Heガスを加えることにより構成される、という形態を
採る。
【0020】本発明の第2の薄膜トランジスタの製造方
法は、シリコン膜の上に堆積した金属膜をパターニング
して金属配線を形成し、前記金属配線に覆われない前記
シリコン膜を前記金属配線の端部に沿ってエッチングす
る薄膜トランジスタの製造方法であって、前記金属配線
に覆われない前記シリコン膜を前記金属配線の端部に沿
ってエッチングする工程が、前記金属配線に覆われない
前記シリコン膜をCHF3ガス及びO2ガスの混合ガスで
エッチングすることにより行われることを特徴とし、第
2の薄膜トランジスタの製造方法の一適用形態として、
基板の上方にシリコン膜及び金属膜を順次堆積し、前記
金属膜をパターニングして前記金属膜が少なくとも前記
シリコン膜の上において電極の両端部を構成すべく分離
され、前記電極間に露出した前記シリコン膜をその表面
から前記電極の端部に沿って一部除去して前記シリコン
膜に前記電極の端部に沿った凹部を形成する薄膜トラン
ジスタの製造方法であって、前記電極間に露出した前記
シリコン膜をその表面から前記電極の端部に沿って一部
除去して前記シリコン膜に前記電極の端部に沿った凹部
を形成する工程が、前記電極間に露出した前記シリコン
膜をCHF3ガス及びO2ガスの混合ガスでエッチングす
ることにより行われることを特徴とする、という形態を
採り得る。
【0021】上記第2の薄膜トランジスタの製造方法及
びその一適用形態の薄膜トランジスタの製造方法は、前
記金属膜をパターニングする工程が、前記金属膜の上方
に形成されたレジストパターンをマスクとして前記金属
膜をエッチング除去することにより行われる工程であっ
て、前記シリコン膜をCHF3ガス及びO2ガスの混合ガ
スでエッチングする工程が、前記金属膜の上方の前記レ
ジストパターンを除去した状態、或いは、前記金属膜の
上方に前記レジストパターンを有する状態にて行われ
る、という形態も採り得る。
【0022】また、上記第2の薄膜トランジスタの製造
方法及びその一適用形態の薄膜トランジスタの製造方法
において、前記混合ガスは、O2ガスのCHF3ガスに対
する含有率が30〜500%の範囲となる構成の混合ガ
スであり、望ましくは、O2ガスのCHF3ガスに対する
含有率が80〜300%の範囲となる構成の混合ガスで
ある、というものである。
【0023】上記第1、2の薄膜トランジスタの製造方
法において、前記混合ガスにより、前記シリコン膜をエ
ッチングする工程において、前記シリコン膜の他に絶縁
膜の表面が前記混合ガスに晒され、また、前記絶縁膜
は、シリコン窒化膜(SiNx)であり、さらに、前記
シリコン膜は、下から順にノンドープシリコン膜、ドー
プトシリコン膜からなり、という形態も可能である。
【0024】最後に、上記第1、2の薄膜トランジスタ
の製造方法において、前記金属膜をパターニングする工
程が、前記金属膜の上に形成された透明導電膜のパター
ンに沿って前記金属膜をエッチングすることにより行わ
れ、又は、前記金属膜が、Cr膜、或いは、透明導電膜
である、という形態も採り得る。
【0025】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態の説明に入る前
に、本発明の特徴を簡記しておく。
【0026】本発明の薄膜トランジスタの製造方法で
は、金属膜及びシリコン膜の積層膜に対する金属膜とシ
リコン膜の連続エッチングにおいて、上下層界面に形成
される変質膜をCHF3ガス及びO2ガスを含む混合ガス
を使用し、特にO2ガスの含有率がCHF3ガスに対し3
0〜500%の混合ガスであることを特徴とする。
【0027】この変質膜をエッチング除去するプロセス
を追加することで、金属膜とシリコン膜の積層膜のエッ
チングをスムーズで、均一性、再現性が良好な連続エッ
チングを可能にすることを特徴としている。
【0028】更に、そのドライエッチングプロセスにお
いて、エッチング時に露出している下層膜に対し変質膜
を選択的にエッチング除去するRFパワー、圧力条件を
採用することにより、変質膜のエッチング除去中に下層
シリコン膜も一部同時にエッチングすることを抑制(下
層シリコン膜の膜減り等が小さくなる。)すると、その
後の下層シリコン膜のエッチング時には、下層シリコン
膜に対して単独でエッチング量、均一性制御が可能とな
る。
【0029】積層膜の上層に用いる金属膜の例として、
Cr膜、透明導電膜等(以下、ITO膜と呼ぶ。)
が挙げられる。この場合の変質膜としては、金属膜の残
さ、金属膜のシリサイド化物、シリコン酸化膜等が挙げ
られる。
【0030】更に、フッ素系ガスとしてCHF3ガスを
使用する場合には、例えば、シリコン膜下のゲート絶縁
膜等を構成する窒化膜に対するエッチング選択性もとれ
るので、周辺に窒化膜が剥き出しのパターンで上記変質
膜のエッチング除去プロセスを行うことも出来る。
【0031】次に、本発明の第1の実施形態のシリコン
膜及び金属膜の積層膜エッチング方法について図1〜3
を用いて説明する。それぞれの図において、(a)は平
面図であり、(b)は平面図(a)の切断線X−X’に
沿った断面図である。
【0032】最初に、ガラス基板1の表面に、ゲート電
極2となるアルミニウム膜をスパッタ成膜及びフォトリ
ソグラフィにより形成しておく。
【0033】その上に、プラズマCVD法により、シリ
コン酸化膜(SiO2)からなる絶縁膜3を約100n
m、さらにその上に、シリコン窒化膜(SiNx)から
なる絶縁膜4を約350nm、アモルファスシリコン
(a−Si)薄膜5を約200nm、n型アモルファス
シリコン(n+a−Si)薄膜6を約30nmの厚さに
順次堆積する。更に、スパッタ法でCr膜7を約100
nm形成する。
【0034】次に、フォトリソグラフィ法で形成したレ
ジストパターン8をマスクとして、Cr膜をパターニン
グしてCr電極配線7を形成するが、このパターニング
には、硝酸第2セリウムアンモニウム系エッチング液の
ウェットエッチングを用いるか、又は、Cl2/O2/H
e=150/300/200(ガス混合条件、単位:c
c/min)、20Pa、1500Wのプラズマ放電状
態でのドライエッチングを用いる(図1)。
【0035】その後更に、Cr電極配線7をセルフアラ
イメント用のマスクとして、n+a−Si薄膜6の全膜
厚及びa−Si薄膜5の一部である約20nmをドライ
エッチングにより除去する。この場合のエッチング処理
につき、以下に詳細に説明する。
【0036】まず、1ステップ目に、n+a−Si薄膜
6の露出表面上のCr膜の残さ、シリサイド金属膜の残
さ、シリコン酸化膜等を除去する為、本発明の特徴であ
るCHF3ガス及びO2ガスを含む混合ガスを用い、以下
の条件にてエッチング処理する。 ガス:CHF3/O2/He=200/200/100s
ccm 圧力:10Pa パワー:1000W 処理時間:30秒 なお、上記に示したCHF3ガス及びO2ガスの具体的な
ガス流量は、一例であって、筆者らの種々の実験から、
2ガスのCHF3ガスに対する含有率が30〜500%
の範囲、さらに望ましくは、80〜300%の範囲の混
合ガスであれば、n+a−Si薄膜6の露出表面上の残
さを、上記混合ガスによるエッチングと同様に除去でき
ることが判明している。続いて、2ステップ目にn+
−Si薄膜6の全膜厚及びa−Si薄膜5の一部である
約20nmを除去するため、例として、 ガス:SF6/HCl/He=150/150/200
sccm 圧力:10Pa パワー:600W 処理時間:30秒 の条件にてエッチングする。
【0037】更に、レジストパターン8の剥離性を高め
る為、O2アッシング処理を施すが、例として、 ガス:O2=300sccm 圧力:50Pa パワー:1000W 処理時間:60秒 の条件を用いる。その後、レジストパターン8をウェッ
ト剥離処理する。(図2)。
【0038】次に、再度フォトリソグラフィ法でレジス
トパターン18を形成しa−Si薄膜5の残りを島状に
ドライエッチングすることによりTFTを構成するシリ
コンアイランド15を形成する。
【0039】この時、レジストパターン18は、Cr電
極配線7のソース・ドレイン電極17間の電極間領域2
7(薄膜トランジスタのチャネル部)を少なくとも覆う
ように形成され(図中実線で示す)、レジストパターン
18に覆われないa−Si薄膜5は、ソース・ドレイン
電極17をマスクとしてエッチング除去される。a−S
i薄膜5をエッチングする際に、ソース・ドレイン電極
17がマスクとなるソース・ドレイン電極17の領域
は、エッチングガスに晒されてダメージを少なからず受
けるため、このダメージを防ぐために、より望ましい形
で図中一点鎖線に示すような、ソース・ドレイン電極1
7、Cr電極配線7及び電極間領域27(網目パターン
で示す)を完全に覆うレジストパターンを用いること
も、本実施形態の変形例として適用可能である。
【0040】このときのドライエッチング処理は、例え
ば、 ガス:SF6/HCl/He=150/150/200
sccm 圧力:10Pa パワー:1000W 処理時間:100秒 の条件にて行う(図3)。
【0041】その後、レジストパターン18をウェット
剥離処理し、さらに、プラズマCVD法でSINx膜を
成膜し、フォトエッチングプロセスによりパターンニン
グし、SINx膜を保護膜とすることによりTFT部及
び金属Cr膜電極配線が形成される(図示省略)。
【0042】本発明の第1の実施形態の効果として、ま
ず第一に、金属膜とシリコン膜との界面に形成される変
質膜を完全にエッチング除去するプロセスを、シリコン
膜(a−Si薄膜5及びn+a−Si薄膜6)のエッチ
ング処理前に、O2ガスのCHF3ガスに対する含有率が
30〜500%の範囲となる構成の混合ガスにより行う
ことで、異種膜間に形成されエッチングを疎外する変質
膜(金属膜の残さ、金属膜のシリサイド化物、シリコン
酸化膜等)が全て除去されるので、上層の金属膜のエッ
チング後に行う下層のシリコン膜のエッチングにおい
て、スムーズで、均一性の良いエッチングが可能とな
る。
【0043】次に、本発明の第2の実施形態の第1実施
例について、図4〜8を参照して説明する。図4〜6の
それぞれの図において、(a)は平面図であり、(b)
は平面図(a)の切断線Y−Y’に沿った断面図であ
る。
【0044】本実施形態のエッチング方法では、逆スタ
ガ構造のTFT製造工程を対象とするが、バックチャン
ネルエッチング前処理に、ソース・ドレイン電極となる
金属とオーミックシリコン層の界面に生成されエッチン
グの疎外要因となる変質膜、すなわち金属膜の残さ、金
属膜のシリサイド化物、シリコン酸化膜等を同時に除去
し、更に、エッチング対象でないシリコン窒化膜に対し
てはエッチング選択性持つエッチング処理として、CH
3/O2ガス系で、O2ガスの含有率がCHF3に対し3
0〜500%の範囲となる混合ガスを用いたドライエッ
チング処理を用いる。
【0045】このようにオーミックシリコン層表面のエ
ッチング疎外要因を除去した後のバックチャネルエッチ
ング処理では、エッチング均一性、再現性が向上する。
【0046】又、上記の混合ガスにおいて、特に、O2
ガスの含有率がCHF3に対し80%以上含む混合ガス
を用いると、表面変質層を完全に除去出来、バックチャ
ネルエッチング処理が大幅に向上する。
【0047】本実施形態の第1実施例では、以下の点で
従来例に比較し、利点が有る。
【0048】まず第一に、このCHF3ガスによる処理
の場合、他のフッ素系ガス(CF4、SF6等)使用の場
合に比較し、窒化膜のエッチング選択性が大きく、バッ
クチャネルエッチング時に、周辺にむき出しの窒化膜等
の絶縁膜は、エッチングされず周辺部に悪影響を及ぼさ
ないエッチングである点に効果が見いだされる。
【0049】第二に、従来例のフッ素系ガス(CF4
使用の場合には、バックチャネルエッチング処理中にソ
ース・ドレイン金属膜を保護するPR(レジスト)膜の
エッチングが大きく、バックチャネルエッチング中にソ
ース・ドレイン金属膜がエッチングダメージを受け易い
という問題点があるが、CHF3ガス使用の場合にはP
R膜に対する選択性(PR膜をエッチングしないエッチ
ング選択性)が大きく、ソース・ドレイン金属膜にエッ
チングダメージを及ぼさない点に効果が見いだされる。
【0050】以上2点が、従来の他のフッ素系ガス(C
4、SF6等)使用の場合に比較し有利である。
【0051】本実施形態の第1実施例のバックチャネル
エッチング処理工程前に、CHF3/O2ガス系で、O2
ガスの含有率がCHF3に対し30%以上含む混合ガス
を用いたドライエッチング処理する方法を用いた薄膜ト
ランジスタの製造方法について、図4〜6を用いて説明
する。それぞれの図において、(a)は平面図であり、
(b)は平面図(a)の切断線Y−Y’に沿った断面図
である。
【0052】最初に、ガラス基板31の表面に、ゲート
電極32となるアルミニウム膜をスパッタ成膜及びフォ
トリソグラフィにより形成する。
【0053】その上にプラズマCVD法により、シリコ
ン酸化膜(SiO2)からなる絶縁膜33を約100n
m、さらにその上に、シリコン窒化膜(SiNx)から
なる絶縁膜34を約350nm、アモルファスシリコン
(a−Si)薄膜を約200nm、n型アモルファスシ
リコン(n+a−Si)薄膜を約30nmの厚さに順次
堆積する。その後、n+a−Si薄膜とa−Si薄膜と
を同じマスクパターンでエッチングして、a−SiTF
Tの活性領域を島分離させ、n+a−Siアイランド4
6及びa−Siアイランド45からなるアイランド55
を形成する(図4)。
【0054】更に、スパッタ法でCr膜を約100nm
形成し、フォトリソグラフィ法で形成したレジストパタ
ーン48をマスクとして、Cr膜をパターニングしてソ
ース・ドレイン電極配線47を形成するが、このパター
ニングには、硝酸第2セリウムアンモニウム系エッチン
グ液のウェットエッチングを用いるか、又は、Cl2
2/He=150/300/200(ガス混合条件、
単位:cc/min)、20Pa、1500Wのプラズ
マ放電状態でのドライエッチングを用いる(図5)。
【0055】更に、レジスト膜の剥離性を高める為、 ガス:O2=300sccm 圧力:50Pa パワー:1000W 処理時間:60秒 の条件のO2アッシング処理を行なう。その後、レジス
トパターン48をウェット剥離処理する。
【0056】次に、n+a−Siアイランド46の露出
表面上の電極金属、シリサイド金属膜の残さ、シリコン
酸化膜等を除去する為、本実施形態の第1実施例の特徴
であるバックチャネル部のエッチング前処理として、C
HF3/O2を主に含むプラズマガス処理を行う。処理条
件は、 ガス:CHF3/O2/He=100/100/50sc
cm 圧力:30Pa パワー:500W 処理時間:20秒 として、エッチング前処理した後、チャネル部のエッチ
ング処理を行う。チャネル部のエッチング処理条件とし
て、 ガス:SF6/Cl2=50/100sccm 圧力:30Pa パワー:500W 処理時間:60秒を用いる。
【0057】ここまでの方法においては、n+a−Si
アイランド46の露出表面上の残さと、n+a−Siア
イランド46の全膜厚及びa−Siアイランド45の一
部を除去するためにそれぞれガス条件の異なる2ステッ
プのエッチングにより行ったが、次のエッチング条件を
用いれば、n+a−Siアイランド46の露出表面上の
残さと、n+a−Siアイランド46の全膜厚及びa−
Siアイランド45の一部の合計150nmとを一度に
エッチング処理及び除去して、チャネル部58を形成す
ることも可能である。
【0058】さらに、この一度にエッチング処理及び除
去する方法は、後述する第2の実施形態の第2実施例の
ように、Crエッチング直後に行う場合についても、適
用できることは、言うまでもない。 ガス:CHF3/O2=100/100sccm 圧力:30Pa パワー:500W 処理時間:100秒 上記に示したCHF3及びO2の具体的なガス流量は、一
例であって、筆者らの種々の実験から、O2ガスのCH
3ガスに対する含有率が30〜500%の範囲、より
望ましくは、80〜300%の範囲の混合ガスであれ
ば、同様に一度のエッチングにより、n+a−Siアイ
ランド46の露出表面上の残さと、n+a−Siアイラ
ンド46の全膜厚及びa−Siアイランド45の一部を
除去することが可能である。
【0059】次に、第2の実施形態の第2実施例とし
て、CHF3ガスとCHF3ガスに対して30〜500%
の範囲、より望ましくは、80〜300%の範囲の含有
率のO 2ガスを主として含む混合ガスプラズマで処理す
る方法をCrエッチング直後に行う場合について説明す
る。製造工程は第1実施例とほぼ同じなので、実施例1
の説明に用いた図4〜6を参照して説明する。
【0060】この場合、スパッタ法でCr膜を形成した
後、ソース・ドレイン電極配線47をウェットエッチン
グ又は、ドライエッチングで形成するところ(図5)ま
では第1実施例と同じであるが、その後レジスト膜の剥
離性を高める為のO2アッシング処理及び剥離処理を行
う前に、本実施例の特徴である処理として、CHF3
2を主に含むプラズマガス処理を行う。処理条件は、 ガス:CHF3/O2/He=100/100/50sc
cm 圧力:30Pa パワー:500W 処理時間:20〜60秒 を用いる。これにより、n+a−Siアイランド46の
露出表面上の電極金属、シリサイド金属膜の残さ、シリ
コン酸化膜等を除去できる。
【0061】その後、レジスト膜の剥離性を高める為の
2アッシング処理を行い、フォトレジストパターン4
8をウェット剥離処理する。
【0062】この後のチャネル部のエッチング処理は、
条件として、 ガス:SF6/Cl2=50/100sccm 圧力:30Pa パワー:500W 処理時間:60秒 を用いる。これにより第1実施例同様に、n+a−Si
アイランド46の全膜厚及びa−Siアイランド45の
一部の合計150nmとをエッチング除去し、チャネル
部58を形成する(図6)。
【0063】本実施形態の効果として、まず第一に、バ
ックチャネル部のエッチング前処理、又はバックチャネ
ルエッチング処理自体に、CHF3/O2ガス系で、O2
ガスの含有率がCHF3ガスに対し30〜500%の範
囲、より望ましくは、80〜300%の範囲の混合ガス
を用いたドライエッチング処理を用いることで、ソース
・ドレイン電極となる金属とオーミックシリコン層の界
面に生成され、エッチングの疎外要因となる変質膜、す
なわち金属膜の残さ、金属膜のシリサイド化物、シリコ
ン酸化膜等を同時に除去するようにすることでオーミッ
クシリコン層表面のエッチング疎外要因をすべて除去し
た後又は同時にバックチャネルエッチング処理するよう
にしたので、バックチャネルエッチングの均一性、再現
性が飛躍的に向上する。
【0064】図7に、本実施形態のバックチャネルエッ
チング前処理に、CHF3/O2ガス系で、O2ガスの含
有率がCHF3ガスに対し100%含む混合ガス(すな
わちCHF3/O2/He=100/100/50scc
m)を用いたドライエッチング処理を行った場合と行わ
なかった場合のチャネルエッチング時間とエッチング量
の関係を示す。
【0065】また、図8に、本実施形態のバックチャネ
ルエッチング前処理に、CHF3/O2ガス系で、O2
スの含有率がCHF3ガスに対し100%含む混合ガス
(すなわちCHF3/O2/He=100/100/50
sccm)を用いたドライエッチング処理を行った場合
と行わなかった場合のチャネルエッチング時間とチャネ
ルにおけるエッチング均一性を示す。
【0066】第二の効果として、本実施形態の処理に使
用するフッ素系ガスとして、CF4、SF6等ではなく、
CHF3ガスを選択することにより、バックチャネルエ
ッチング時にエッチング対象で無い周辺部のシリコン窒
化膜に対しては高いエッチング選択性を持たせることが
出来るので、周辺部に悪影響、ダメージを与えないチャ
ネル部のみの選択的処理が可能である。CF4、SF6
を用いた場合には、この選択性がなく、周辺部に大きく
悪影響、ダメージを与え、TFT特性、素子性能(絶縁
膜耐圧等)が劣化する問題が起きる。
【0067】次に、本発明の第3の実施形態について、
図9〜11を参照して説明する。それぞれの図におい
て、(a)は平面図であり、(b)は平面図(a)の切
断線Z−Z’に沿った断面図である。
【0068】最初に、ガラス基板61の表面に、ゲート
電極62となるアルミニウム膜をスパッタ成膜及びフォ
トリソグラフィにより形成する。
【0069】その上に、プラズマCVD法により、シリ
コン酸化膜(SiO2)からなる絶縁膜63を約100
nm、さらにその上に、シリコン窒化膜(SiNx)か
らなる絶縁膜64を約350nm、アモルファスシリコ
ン(a−Si)薄膜65を約200nm、n型アモルフ
ァスシリコン(n+a−Si)薄膜66を約30nmの
厚さに順次堆積する。更に、スパッタ法でCr膜を約1
00nm形成する。
【0070】次に、フォトリソグラフィ法で形成したレ
ジストパターン68をマスクとして、Cr膜、n+a−
Si薄膜66、a−Si薄膜65を順次エッチング除去
して上から順にCr膜アイランド77、n+a−Siア
イランド76、a−Siアイランド75からなるアイラ
ンド85を形成するが、このパターニングには、硝酸第
2セリウムアンモニウム系エッチング液のウェットエッ
チングを用いるか、又は、Cl2/O2/He=150/
300/200(ガス混合条件、単位:cc/mi
n)、20Pa、1500Wのプラズマ放電状態でのド
ライエッチングを用いる(図9)。
【0071】その後、レジストパターン68をウェット
剥離処理する。続いて、スパッタ法でITO膜を形成し
た後、再度レジストパターン78を用いてITO膜パタ
ーン79を形成する(図10)。
【0072】更に、そのITO膜パターン79をセルフ
アライメントマスクに利用して、下層のCr膜アイラン
ド77をパターニングして、Cr電極配線を形成する
が、このパターニングには、硝酸第2セリウムアンモニ
ウム系エッチング液のウェットエッチングを用いるか、
又は、Cl2/O2/He=150/300/200(ガ
ス混合条件、単位:cc/min)、20Pa、150
0Wのプラズマ放電状態でのドライエッチングを用い
る。Cr電極配線は、TFT部のa−Siアイランド7
7の上においては、ソース・ドレイン電極87を構成す
る。
【0073】更に、そのソース・ドレイン電極87をセ
ルフアライメントに利用し、下層のn+a−Siアイラ
ンド76の全膜厚及びa−Siアイランド77の一部を
ドライエッチングすることによりTFTのチャネル部8
8を形成する。
【0074】このチャネル部88を形成する際のエッチ
ング処理時には、1ステップ目に、例えば、 ガス:CHF3/O2/He=180/180/100s
ccm 圧力:10Pa パワー:1000W 処理時間:20秒 の条件を用い、2ステップ目に、例えば、 ガス:SF6/HCl/He=150/150/200
sccm 圧力:10Pa パワー:1000W 処理時間:30秒 の条件を用いる。その後、レジストパターン78をウェ
ット剥離処理する(図11)。
【0075】さらに、プラズマCVD法でSINx膜を
成膜し、フォトエッチングプロセスによりパターンニン
グし、SINx膜を保護膜とすることによりTFT部及
び金属Cr膜電極配線が形成される(図示省略)。
【0076】このように、Cr膜の上にITO膜を積層
した構造に対しても、CHF3/O2ガス系の混合ガスを
用いて、Cr電極配線形成後にn+a−Si薄膜の表面
の残さを除去することにより、下層のシリコン膜のエッ
チングにおいて、スムーズで、均一性の良いエッチング
が可能となる。
【0077】この第3の実施形態の、金属膜の上にIT
O膜を積層した構造において、パターニングしたITO
膜をマスクとして金属膜及びその下のシリコン膜をエッ
チングする方法を、既に説明した第1、2の実施形態の
構造に対しても適用できることは勿論であり、第1、2
の実施形態における金属膜及びその下のシリコン膜をエ
ッチングする方法を、金属膜の上のパターニングされた
ITO膜をマスクとして金属膜及びその下のシリコン膜
をエッチングする方法に置き換えることの出来る製造方
法であれば、本発明の第1、2の実施形態の変形例とし
てのエッチング方法として採用できることは、言うまで
もない。
【0078】最後に、上述した種々の本発明の実施形態
及び実施例は、それらを互いに組み合わせて種々の本発
明の別の実施形態とすることも可能であることは言うま
でもないことである。
【0079】
【発明の効果】上述のように、本発明の薄膜トランジス
タの製造方法によれば、シリコン膜及び金属膜の積層膜
に対して、金属膜をパターニングした後、金属膜とシリ
コン膜との界面に形成される変質膜を完全にエッチング
除去するプロセスを、シリコン膜のエッチング処理前
に、CHF3/O2ガス系で、O2ガスの含有率がCHF3
に対し30〜500%の範囲、より望ましくは、80〜
300%の範囲となる混合ガスを用いてエッチングする
ことにより、異種膜間に形成されエッチングを疎外する
変質膜(金属膜の残さ、金属膜のシリサイド化物、シリ
コン酸化膜等)が全て除去され、上層の金属膜のエッチ
ング後に行う下層のシリコン膜のエッチングにおいて、
スムーズで、均一性、選択性の良いエッチングが可能と
なる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態の薄膜トランジスタの
製造方法を製造工程順に示す平面図及び断面図である。
【図2】図1に続く製造工程を示す平面図及び断面図で
ある。
【図3】図2に続く製造工程を示す平面図及び断面図で
ある。
【図4】本発明の第2の実施形態の薄膜トランジスタの
製造方法を製造工程順に示す平面図及び断面図である。
【図5】図4に続く製造工程を示す平面図及び断面図で
ある。
【図6】図5に続く製造工程を示す平面図及び断面図で
ある。
【図7】本発明の第2の実施形態の効果を、チャネルエ
ッチング量のエッチング時間依存性により示すグラフで
ある。
【図8】本発明の第2の実施形態の効果を、チャネルに
おけるエッチング均一性のエッチング時間依存性により
示すグラフである。
【図9】本発明の第3の実施形態の薄膜トランジスタの
製造方法を工程順に示す平面図及び断面図である。
【図10】図9に続く製造工程を示す平面図及び断面図
である。
【図11】図10に続く製造工程を示す平面図及び断面
図である。
【図12】従来の薄膜トランジスタの製造方法の問題と
なる製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
1、31、61、101 ガラス基板 2、32、62、102 ゲート電極 3、4、33、34、63、64、103、104
絶縁膜 5 a−Si膜 6 n+a−Si膜 7、107 Cr電極配線 8、18、38、48、68、78、108 レジス
トパターン 15 シリコンアイランド 17、47、87 ソース・ドレイン電極配線 27 電極間領域 45、75 a−Siアイランド 46、76 n+a−Siアイランド 55、85 アイランド 58、88 チャネル部 77 Cr膜アイランド 79 ITO膜パターン 87 ソース・ドレイン電極 111 残さ 112 ピラー
フロントページの続き Fターム(参考) 5F004 AA01 AA02 BB13 DA16 DA18 DA22 DA26 DA29 DB01 DB03 DB15 EA01 EA07 EA10 EB02 5F110 AA26 AA30 BB01 CC07 DD02 EE03 EE44 FF02 FF03 FF09 FF30 GG02 GG15 GG24 GG45 HK04 HK07 HK09 HK21 HK22 HK33 HK34 NN02 NN24 NN35 QQ04 QQ30

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリコン膜の上に堆積した金属膜をパタ
    ーニングして金属配線を形成し、前記金属配線に覆われ
    ない前記シリコン膜を前記金属配線の端部に沿ってエッ
    チングする薄膜トランジスタの製造方法であって、前記
    金属配線を形成する工程と前記金属配線に覆われない前
    記シリコン膜を前記金属配線の端部に沿ってエッチング
    する工程との間に、前記シリコン膜の表面に存在する残
    留物を除去するために、CHF3ガス及びO2ガスを含
    み、O2ガスのCHF3ガスに対する含有率が30〜50
    0%の範囲となる構成の混合ガスにより前記シリコン膜
    をエッチングすることを特徴とする薄膜トランジスタの
    製造方法。
  2. 【請求項2】 基板の上方にシリコン膜及び金属膜を順
    次堆積し、前記金属膜をパターニングして前記金属膜が
    少なくとも前記シリコン膜の上において電極の両端部を
    構成すべく分離され、前記電極間に露出した前記シリコ
    ン膜をその表面から前記電極の端部に沿って一部除去し
    て前記シリコン膜に前記電極の端部に沿った凹部を形成
    する薄膜トランジスタの製造方法であって、前記金属膜
    が少なくとも前記シリコン膜の上において電極の両端部
    を構成すべく分離される工程と前記電極間に露出した前
    記シリコン膜をその表面から前記電極の端部に沿って一
    部除去して前記シリコン膜に前記電極の端部に沿った凹
    部を形成する工程との間に、前記シリコン膜の表面に存
    在する残留物を除去するために、CHF3ガス及びO2
    スを含み、O2ガスのCHF3ガスに対する含有率が30
    〜500%の範囲となる構成の混合ガスにより前記シリ
    コン膜をエッチングすることを特徴とする薄膜トランジ
    スタの製造方法。
  3. 【請求項3】 前記シリコン膜の上に堆積した金属膜を
    パターニングして金属配線を形成する工程が、前記金属
    膜の上方に形成されたレジストパターンをマスクとして
    前記金属膜をエッチング除去することにより行われる工
    程であって、前記シリコン膜の表面に存在する残留物を
    除去するために、CHF3ガス及びO2ガスを含み、O2
    ガスのCHF3ガスに対する含有率が30〜500%の
    範囲となる構成の混合ガスにより前記シリコン膜をエッ
    チングする工程が、前記金属膜の上方の前記レジストパ
    ターンを除去した状態、或いは、前記金属膜の上方に前
    記レジストパターンを有する状態にて行われる請求項1
    記載の薄膜トランジスタの製造方法。
  4. 【請求項4】 前記金属膜をパターニングして前記金属
    膜が少なくとも前記シリコン膜の上において電極の両端
    部を構成すべく分離される工程が、前記金属膜の上方に
    形成されたレジストパターンをマスクとして前記金属膜
    をエッチング除去することにより行われる工程であっ
    て、前記シリコン膜の表面に存在する残留物を除去する
    ために、CHF3ガス及びO2ガスを含み、O2ガスのC
    HF3ガスに対する含有率が30〜500%の範囲とな
    る構成の混合ガスにより前記シリコン膜をエッチングす
    る工程が、前記金属膜の上方の前記レジストパターンを
    除去した状態、或いは、前記金属膜の上方に前記レジス
    トパターンを有する状態にて行われる請求項2記載の薄
    膜トランジスタの製造方法。
  5. 【請求項5】 前記混合ガスが、O2ガスのCHF3ガス
    に対する含有率が80〜300%の範囲となる構成の混
    合ガスである請求項1、2、3又は4記載の薄膜トラン
    ジスタの製造方法。
  6. 【請求項6】 前記混合ガスは、CHF3ガス及びO2
    スにHeガスを加えることにより構成される請求項1、
    2、3、4又は5記載の薄膜トランジスタの製造方法。
  7. 【請求項7】 シリコン膜の上に堆積した金属膜をパタ
    ーニングして金属配線を形成し、前記金属配線に覆われ
    ない前記シリコン膜を前記金属配線の端部に沿ってエッ
    チングする薄膜トランジスタの製造方法であって、前記
    金属配線に覆われない前記シリコン膜を前記金属配線の
    端部に沿ってエッチングする工程が、前記金属配線に覆
    われない前記シリコン膜をCHF3ガス及びO2ガスの混
    合ガスでエッチングすることにより行われることを特徴
    とする薄膜トランジスタの製造方法。
  8. 【請求項8】 基板の上方にシリコン膜及び金属膜を順
    次堆積し、前記金属膜をパターニングして前記金属膜が
    少なくとも前記シリコン膜の上において電極の両端部を
    構成すべく分離され、前記電極間に露出した前記シリコ
    ン膜をその表面から前記電極の端部に沿って一部除去し
    て前記シリコン膜に前記電極の端部に沿った凹部を形成
    する薄膜トランジスタの製造方法であって、前記電極間
    に露出した前記シリコン膜をその表面から前記電極の端
    部に沿って一部除去して前記シリコン膜に前記電極の端
    部に沿った凹部を形成する工程が、前記電極間に露出し
    た前記シリコン膜をCHF3ガス及びO2ガスの混合ガス
    でエッチングすることにより行われることを特徴とする
    薄膜トランジスタの製造方法。
  9. 【請求項9】 前記シリコン膜の上に堆積した金属膜を
    パターニングして金属配線を形成する工程が、前記金属
    膜の上方に形成されたレジストパターンをマスクとして
    前記金属膜をエッチング除去することにより行われる工
    程であって、前記金属配線に覆われない前記シリコン膜
    を前記金属配線の端部に沿ってエッチングする工程が、
    前記金属膜の上方の前記レジストパターンを除去した状
    態、或いは、前記金属膜の上方に前記レジストパターン
    を有する状態にて行われる請求項7記載の薄膜トランジ
    スタの製造方法。
  10. 【請求項10】 前記金属膜をパターニングして前記金
    属膜が少なくとも前記シリコン膜の上において電極の両
    端部を構成すべく分離される工程が、前記金属膜の上方
    に形成されたレジストパターンをマスクとして前記金属
    膜をエッチング除去することにより行われる工程であっ
    て、前記電極間に露出した前記シリコン膜をその表面か
    ら前記電極の端部に沿って一部除去して前記シリコン膜
    に前記電極の端部に沿った凹部を形成する工程が、前記
    金属膜の上方の前記レジストパターンを除去した状態、
    或いは、前記金属膜の上方に前記レジストパターンを有
    する状態にて行われる請求項8記載の薄膜トランジスタ
    の製造方法。
  11. 【請求項11】 前記混合ガスは、O2ガスのCHF3
    スに対する含有率が30〜500%の範囲となる構成の
    混合ガスである請求項7、8、9又は10記載の薄膜ト
    ランジスタの製造方法。
  12. 【請求項12】 前記混合ガスが、O2ガスのCHF3
    スに対する含有率が80〜300%の範囲となる構成の
    混合ガスである請求項7、8、9又は10記載の薄膜ト
    ランジスタの製造方法。
  13. 【請求項13】 前記混合ガスにより、前記シリコン膜
    をエッチングする工程において、前記シリコン膜の他に
    絶縁膜の表面が前記混合ガスに晒される請求項1、2、
    3、4、5、6、7、8、9、10又は12記載の薄膜
    トランジスタの製造方法。
  14. 【請求項14】 前記絶縁膜は、シリコン窒化膜(Si
    Nx)である請求項13記載の薄膜トランジスタの製造
    方法。
  15. 【請求項15】 前記シリコン膜は、下から順にノンド
    ープシリコン膜、ドープトシリコン膜からなる請求項
    1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、1
    2、13又は14記載の薄膜トランジスタの製造方法。
  16. 【請求項16】 前記金属膜をパターニングする工程
    が、前記金属膜の上に形成された透明導電膜のパターン
    に沿って前記金属膜をエッチングすることにより行われ
    る請求項1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、
    11、12、13、14又は15記載の薄膜トランジス
    タの製造方法。
  17. 【請求項17】 前記金属膜が、Cr膜、或いは、透明
    導電膜である請求項1、2、3、4、5、6、7、8、
    9、10、11、12、13、14又は15記載の薄膜
    トランジスタの製造方法。
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