JP2003282591A

JP2003282591A - 薄膜トランジスタの製造方法

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Publication number: JP2003282591A
Application number: JP2002087569A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Takami; 見明宏高; Arichika Ishida; 田有親石; Yuki Matsuura; 浦由紀松
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2003-10-03
Anticipated expiration: 2022-03-27
Also published as: JP4053326B2

Abstract

(57)【要約】【課題】歩留まりが高い薄膜トランジスタの製造方法
を提供する。【解決手段】シリコン層上のシリコン酸化膜へのコン
タクトホール形成工程において、高速エッチングと、選
択エッチングと、の間に酸素プラズマ処理を行う。ま
た、シリコン層上のシリコン酸化膜へのコンタクトホー
ル形成工程の最終工程において、所定の分圧の酸素ガス
の雰囲気中にプラズマを立てて基板を基板ステージから
デチャックする。

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
の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶表示装置などでは、非晶質シ
リコンを活性層に用いたトランジスタに代わり、高移動
度の多結晶シリコンを活性層に用いた薄膜トランジスタ
が用いられている。この薄膜トランジスタを図１０に示
す。ガラス基板５００上には、多結晶シリコンからなる
活性層５２０が形成されている。活性層５２０は、ソー
ス・ドレイン領域５２１、５２３、チャネル領域５２
２、を含む。この活性層５２０上には、シリコン酸化膜
からなるゲート絶縁膜５４０が形成されている。このゲ
ート絶縁膜５４０上の一部には、ゲート電極５５１が形
成され、このゲート電極５５１上にはシリコン酸化膜か
らなる層間絶縁膜５６０が形成されている。シリコン酸
化膜５６０、５４０の一部には、エッチングによりコン
タクトホールが形成される。このエッチングには、ＲＩ
Ｅと呼ばれるリアクティブ・イオン・エッチング装置が
多く用いられている。特に、プラズマ生成のための電圧
と、イオンを引き込むための電圧と、が分離した２週波
の電源を持つリアクタが用いられることが多い。誘導結
合型やＥＣＲプラズマもこの間かに入る。そして、この
エッチングにより形成されたコンタクトホールを介し
て、電極５７１、５７２が形成される。なお、後述のよ
うに、図１０はコンタクトホールの形成が不十分な状態
を示している。

【０００３】上記活性層５２０は、通常、基板５００上
に非晶質シリコンを成膜した後、ビームアニールにより
多結晶化して形成される。このため、ビームアニールが
容易なように、活性層５２０は５０ｎｍ前後の薄膜にさ
れる。このように活性層５２０が薄膜であるため、上記
トランジスタのコンタクトホールの形成では、活性層５
２０に対するエッチング速度がシリコン酸化膜（絶縁
膜）５６０、５４０に対するエッチング速度よりも遅い
選択エッチングを行う必要がある。

【０００４】上記の選択エッチングには、炭素およびフ
ッ素を含むエッチングガスを用いたプラズマエッチング
が用いられる。これらのエッチングガスを用いると、炭
素主体の重合膜によるデポジションと、プラズマで生成
したフッ素ラジカルによるエッチングと、の競争反応に
よって反応が進行する。膜中に酸素を含むシリコン酸化
膜５６０、５４０をエッチングしている間は、膜からの
酸素供給によって炭素主体の重合膜が酸素と結合して二
酸化炭素などとなり、デポジションが進行しにくくな
る。このため、エッチング速度が速くなる。これに対
し、多結晶シリコン層５２０をエッチングしようとする
と、膜中からの酸素供給が無いために、デポジションが
優勢となる。このため、エッチング速度が遅くなる。こ
のようにして、選択エッチングが行われる。なお、この
選択エッチングでは、選択比を高めるために、圧力、温
度等を適切な条件に調整している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の選択エ
ッチングは、エッチング速度が遅かった。このため、エ
ッチングの最初から最後まで選択比が高い条件にする
と、エッチング時間が長くなりすぎてしまい、生産性が
低下するという問題が生じた。

【０００６】そこで、生産性を向上させるため、エッチ
ングを、高速エッチング工程と、選択エッチング工程
と、の２段階に分ける方法も考えられている。この方法
では、例えば、層間絶縁膜５６０を選択比を無視した条
件で高速エッチングし、ゲート絶縁膜５４０を選択比が
高い条件で選択エッチングする。

【０００７】しかしながら、エッチングを２段階に分け
ると、歩留まりが低下するという問題が生じてしまっ
た。すなわち、例えば上述した２周波の電源をもつリア
クタにおいては、１段階目の高速エッチングと、２段階
目の選択エッチングと、の間は排気・調圧を行うため
に、一旦、プラズマ生成のための電圧と、イオンを引き
込むための電圧と、をオフにする。そして、２段階目の
選択エッチング開始時に、これらをオンにする。もっと
も、これらをオンにする際には、マッチングを安定化さ
せるため、プラズマ生成のための電圧をオンした後、あ
る時間差をおいてイオンを引き込むための電圧をオンさ
せる必要がある。ところが、この時間差の間は、エッチ
ングレートが非常に遅く、デポジションが優勢になって
おり、フロロカーボンがゲート絶縁膜５４０上に付着し
てしまう。そして、この間のデポジションのレートが全
体的に増加したり、もしくはレートの分布が悪くなり局
所的にデポジションのレートが大きくなると、そのデポ
ジションのレートが大きくなった場所において、後にイ
オンを引き込むための電圧をオンさせてからのゲート絶
縁膜５４０のエッチングレートが大きく減少してしま
う。その結果、図１０のように、局所的にゲート絶縁膜
５４０のエッチング残りが生じ、電極５７１、５７２の
コンタクトが取れなくなり、歩留まりが低下してしま
う。

【０００８】このように、従来、薄膜トランジスタの製
造方法では、生産性が高く、かつ、歩留まりが高い製造
方法を得ることは困難であると考えられていた。

【０００９】本発明はかかる課題の認識に基づくもの
で、その目的は、生産性と歩留まりが高い薄膜トランジ
スタの製造方法を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の薄膜トランジス
タの製造方法は、シリコンからなる活性層上に形成され
た絶縁膜としてのシリコン酸化膜にコンタクトホールを
形成するコンタクトホール形成工程を備える薄膜トラン
ジスタの製造方法であって、前記コンタクトホール形成
工程が、少なくとも炭素とフッ素を含むエッチングガス
を用いて、前記シリコン酸化膜に対するエッチング速度
が速い条件で、前記シリコン酸化膜の第１段階のプラズ
マエッチングを行う高速エッチング工程と、前記高速エ
ッチング工程後、所定の分圧の酸素を含む雰囲気でプラ
ズマを立てる酸素プラズマ処理工程と、前記酸素プラズ
マ処理工程後、炭素とフッ素を含むエッチングガスを用
いて、前記シリコン酸化膜に対するエッチング速度が前
記高速エッチング工程よりも遅く、前記シリコン酸化膜
に対するエッチング速度が前記活性層に対するエッチン
グ速度よりも速い条件で、前記シリコン酸化膜の第２段
階のプラズマエッチングを行う選択エッチング工程と、
を有することを特徴とする。

【００１１】また、本発明の薄膜トランジスタの製造方
法によれば、シリコンからなる活性層上に形成された絶
縁膜としてのシリコン酸化膜にコンタクトホールを形成
するコンタクトホール形成工程を備える薄膜トランジス
タの製造方法であって、前記コンタクトホール形成工程
が、炭素とフッ素を含むエッチングガスを用いて、前記
シリコン酸化膜に対するエッチング速度が前記活性層に
対するエッチング速度よりも８倍以上速い条件で、前記
シリコン酸化膜のプラズマエッチングを行う選択エッチ
ング工程を含み、前記選択エッチング工程の直前の工程
におけるプラズマ放電を、所定の分圧の酸素を含む雰囲
気で終わることを特徴とする。

【００１２】また、本発明の薄膜トランジスタの製造方
法によれば、シリコンらなる活性層とシリコン酸化膜と
が順次形成された基板を、プラズマエッチング装置の基
板ステージ上に配置する工程と、処理室にプラズマを生
成した状態で、前記基板ステージにプラスの直流電圧を
印加して、前記基板を前記ステージに吸着するチャッキ
ング工程と、炭素とフッ素を含むエッチングガスを用い
たプラズマエッチングにより前記活性層上の前記シリコ
ン酸化膜にコンタクトホールを形成する工程と、処理室
にプラズマを生成した状態で、所定の分圧の酸素を含む
雰囲気で、前記ステージの直流電圧を切り、前記基板を
前記基板ステージから離すデチャック工程と、を順次繰
り返して複数の基板にコンタクトホールを形成すること
を特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照にしつつ、本発
明の第１および第２の実施の形態の薄膜トランジスタの
製造方法について説明する。第１の実施の形態の特徴の
１つは、多結晶シリコン層上のシリコン酸化膜にコンタ
クトホールを形成する工程において、高速エッチング工
程と選択エッチング工程との２段階のエッチングを行
い、さらにこの２段階のエッチングの間に酸素プラズマ
処理工程を設けた点である。これにより、生産性と歩留
まりが高い製造方法を提供することができる。第２の実
施の形態では、コンタクトホール形成終了後の基板のデ
チャック工程を酸素雰囲気中で行う方法について説明す
る。これにより、薄膜トランジスタの歩留まりをさらに
高くすることができる。

【００１４】（第１の実施の形態）図１は、本発明の第
１の実施の形態の薄膜トランジスタを示す断面図であ
る。ガラス基板１００上には、アンダーコート層１１０
を介して、多結晶シリコンからなる活性層１２０が形成
されている。この活性層は、５０ｎｍの薄膜である。こ
の活性層１２０は、ｎ型不純物イオンが注入されたソー
ス領域１２１及びドレイン領域１２３と、これに挟まれ
低濃度のｐ型不純物イオンが注入されたチャネル領域１
２２と、を含む。ソース領域１２１及びドレイン領域１
２３の幅は、１０μｍである。この活性層１２０は、シ
リコン酸化膜からなる膜厚１００ｎｍのゲート絶縁膜１
４０で覆われている。このゲート絶縁膜１４０上の一部
には、ゲート電極１５１が形成され、このゲート電極１
５１は、シリコン酸化膜からなる膜厚６００ｎｍの層間
絶縁膜１６０で覆われている。この層間絶縁膜１６０お
よびゲート絶縁膜１４０にはコンタクトホールが形成さ
れ、このコンタクトホールを介して、ソース１２１、ド
レイン１２３に接するソース電極１７１、ドレイン電極
１７２が形成されている。なお、図１では、説明をし易
くするため、倍率を変えて示している。

【００１５】次に、図１の薄膜トランジスタの製造方法
を、図２〜図８を参照にして説明する。本実施形態の薄
膜トランジスタの製造方法の特徴の１つは、図５〜図７
のコンタクトホール形成工程に着目した点であるが、こ
のコンタクトホール形成工程について詳細に説明する前
に、まず、薄膜トランジスタの製造方法の全体について
説明する。なお、この製造方法では、４００ｍｍ×５０
０ｍｍの大型基板上に多数の薄膜トランジスタを製造し
ているが、図２〜図８は、このうちの１つの薄膜トラン
ジスタを拡大した断面図である。

【００１６】（１）まず、図２から分かるように、ガラ
ス基板１００上に、ＣＶＤ法により、アンダーコート層
１１０を介して、膜厚５０ｎｍの非晶質シリコン薄膜を
形成する。そして、この非晶質シリコン薄膜にボロンを
低濃度に注入した後、この非晶質シリコンを、エキシマ
レーザーアニール法により多結晶化し、フォトリソグラ
フィ工程により島状にエッチング加工して、活性層（多
結晶シリコン層）１２０を形成する。次に、この活性層
１２０上に、膜厚１００ｎｍのゲート絶縁膜（シリコン
酸化膜）１４０を形成し、このゲート絶縁膜１４０上に
ゲート電極１５１を形成する。その後、このゲート電極
１５１をマスクとして、ＰＨ_３をソースガスとして、活
性層１２０のチャネル１２２を除く部分にリンを注入
し、ソース１２１、ドレイン１２３を形成する。そし
て、ＣＤＶ法により、膜厚６００ｎｍの層間絶縁膜（シ
リコン酸化膜）１６０を被着する。

【００１７】（２）次に、図３に示すように、層間絶縁
膜１６０上に、マスクとなるレジストＲを約１〜２μｍ
の厚さで形成する。

【００１８】（３）次に、図４に示すように、フォトリ
ソグラフィー工程により、レジストＲを所定の形状にパ
ターニングし、開口Ｍを形成する。

【００１９】（４）次に、コンタクトホール形成工程を
行う。すなわち、まず、図４の基板１００を、プラズマ
エッチング装置の基板ステージ（後述の図９の２０２）
に設置する。そして、図５に示すように、第１段階のプ
ラズマエッチングによりシリコン酸化膜１６０を５００
ｎｍエッチングする。この第１段階でのエッチングは、
シリコン酸化膜４の下地である多結晶シリコン層３との
選択比を無視し、エッチングレートが大きくなるような
高速エッチングとする。エッチングレートは、例えば、
５００ｎｍ／ｍｉｎ〜６００ｎｍ／ｍｉｎである。な
お、レジストＲ上には、フロロカーボンＣＦが堆積す
る。

【００２０】（５）次に、第１の酸素プラズマ処理を行
う。すなわち、図５の状態で、分圧２．６Ｐａ（２０ｍ
Ｔｏｒｒ）の酸素雰囲気にて３０秒のプラズマ放電を行
う。

【００２１】（６）次に、図６に示すように、第２段階
のプラズマエッチングによりシリコン酸化膜１６０、１
４０をエッチングする。エッチングレートは、第１段階
のエッチングよりも遅く、例えば２００ｎｍ／ｍｉｎで
ある。この第２段階のエッチングでは、エッチングが進
行しすぎて薄膜の活性層１２０までエッチングされてし
まうことを防止する必要がある。このため、シリコン酸
化膜１６０、１４０のエッチング速度に比べて活性層３
のエッチング速度が遅くなるような条件にし、選択エッ
チングを行う。選択エッチング終了後は、後述のよう
に、活性層１２０上、レジストＲ上、にフロロカーボン
ＣＦが堆積する。

【００２２】（６）次に、図７に示すように、コンタク
トホールＨ形成と同一エッチングチャンバー内で、第２
の酸素プラズマ処理を行い、フロロカーボンＣＦを除去
する。

【００２３】（７）次に、基板１００をエッチング装置
の基板ステージ（後述の図９の２０２）から外し、コン
タクトホール形成工程を終了させる。

【００２４】（８）次に、図８に示すように、レジスト
Ｒを有機アルカリ溶液で取り除く。その後、ソース・ド
レイン電極１７１、１７２となる導電層としてモリブデ
ンとアルミニウムの積層膜をスパッタ法により成膜す
る。そしてこの積層膜をパターニングして、図１の薄膜
トランジスタが完成する。

【００２５】以上説明した薄膜トランジスタの製造方法
では、図５〜図７で、プラズマエッチングを用いたコン
タクトホール形成工程を行っている。本実施形態は、こ
のコンタクトホール形成工程に着目している。そこで、
以下、このコンタクトホール形成工程について詳細に説
明する。

【００２６】図９は、本実施形態のコンタクトホール形
成工程に用いるプラズマエッチング装置である。図９の
装置は、イオン引き込み電源２０８を有する誘導結合型
プラズマエッチング装置である。この装置を用いて、図
５〜図７のコンタクトホール形成工程を、以下のように
行う。

【００２７】（１）まず、シリコンからなる活性層１２
０と、シリコン酸化膜１４０、１６０と、が順次形成さ
れた図４の基板１００を、処理室２０１の基板ステージ
２０２上にセットし、プラズマ生成のための電圧２０５
をオンにする。そして、基板１００の下部に位置する電
極２０２にプラスのＤＣ電圧を印加し、この電極２０２
にプラスの電位を発生させ、基板１００にプラズマ中の
電子をクーロン力に寄り引き寄せることにより、基板１
００を基板ステージ２０２に吸着、固定して、基板１０
０のチャッキングを行う。このチャキング方法は、クラ
ンピング圧力が基板１００全体に均等にかかるため、本
実施形態のように基板１００が大型化した際において
も、加工中での基板１００の冷却効果が高く、基板１０
０の温度分布を小さくでき、加工精度を上げられる。こ
のチャキング後、図５に示す第１段階のエッチングを行
う。この第１段階のエッチングでは、まず、ＣＦ_４ガス
からなるエッチングガスを、ガスノズル２０３から処理
室内に導入する。次に、ガスを流した状態で、排気口２
０４に設けられたプレッシャーコントロールバルブ２０
４Ａを調整して、処理室内を所定の圧力になるように調
整する。そして、上部ＲＦ電源２０５からコイル２０６
にＲＦ電力を印加して、誘電体窓２０６を介して、処理
室内にプラズマを生成する。また、イオンを引き込む電
源２０８からも、ＲＦ電力を印加する。この状態で所定
の時間プラズマエッチングを行い、図５のように、膜厚
６００ｎｍのシリコン酸化膜１６０を５００ｎｍエッチ
ングする。前述のように、この第１段階では、エッチン
グ条件として、シリコン酸化膜１６０、１４０の下地で
ある多結晶シリコン層１２０との選択比を無視し、エッ
チング速度が速くなるような条件を用いる。第１段階の
エッチング終了後は、プラズマ生成のための電圧２０
５、イオンを引き込む電圧２０８を一旦オフにする。

【００２８】（２）次に、処理室２０１内で所定の排
気、調圧を行った後、プラズマ生成のための電圧２０
５、イオンを引き込む電圧２０８を再びオンにし、図５
の状態で、第１の酸素プラズマ処理を行う。これらをオ
ンにする際には、マッチングを安定化させるため、プラ
ズマ生成のための電圧２０５をオンした後、ある時間差
をおいてイオンを引き込むための電圧２０８をオンさせ
る。その後、図５の状態で、分圧２．６Ｐａ（２０ｍＴ
ｏｒｒ）の酸素雰囲気にて３０秒のプラズマ放電を行
う。この第１の酸素プラズマ処理が、本実施形態の特徴
の１つである。第１の酸素プラズマ処理終了後は、プラ
ズマ生成のための電圧２０５、イオンを引き込む電圧２
０８を再度オフにする。

【００２９】（３）次に、処理室２０１内で所定の排
気、調圧を行った後、プラズマ生成のための電圧２０
５、イオンを引き込む電圧２０８を再びオンにし、図６
に示すように、第２段階のエッチングを行う。この第２
段階のエッチングでは、Ｃ_２ＨＦ_５ガスと、Ｈ_２ガス
と、Ａｒガスと、を２：２：１で混合させたエッチング
ガスを用いて、シリコン酸化膜１６０、１４０をプラズ
マエッチングする。この第２段階のエッチングは、活性
層１２０が５０ｎｍの薄膜であるので、シリコン酸化膜
１６０、１４０のエッチング速度に比べて活性層３のエ
ッチング速度が遅くなるような条件、つまり選択比が高
い条件でなければならない。この第２段階のエッチング
中の圧力は、高すぎると、基板１００上にて全体的にデ
ポジションのレートが上がるだけでなく、デポジション
のレートの分布が悪くなり局所的にデポジションのレー
トが上がりやすくなるため、局所的に多結晶シリコン１
２０上にてシリコン酸化膜１４０が残りやすくなる。ま
た、圧力が低すぎるとデポジションのレートが下がるた
め、多結晶シリコン１２０に対するシリコン酸化膜１４
０のエッチングの選択比が下がり、オーバーエッチング
により多結晶シリコン１２０を打ち抜きやすくなる。こ
のため、ここでは、第２段階のエッチング中の圧力は１
Ｐａ（８ｍＴｏｒｒ）とした。この条件では、選択比は
約１０となった。

【００３０】この第２段階のエッチングのエッチング時
間は、削れて生成したガスのプラズマ発光をモニター
し、エッチングの終点（エッチングすべきシリコン酸化
膜１４０無くなった時点）を検出して調整する。このエ
ッチング時間は、面内分布を考慮して、最もエッチング
速度が遅くなる部分でもエッチング残りが無いように、
エッチング開始から最もエッチング速度が速い部分でエ
ッチングの終点が検出されるまでの時間の１．３倍の時
間とする。この時、最もエッチング速度が速い部分の多
結晶シリコン層１２０は、図６のように、５０ｎｍ中、
約２０ｎｍ削れる。

【００３１】上記のように、図６の第２段階のエッチン
グでは、フロロカーボンを堆積させながらエッチングを
進行させる。このため、コンタクトホールＨ形成後、図
６に示すように、活性層１２０上、レジストＲ上、にフ
ロロカーボンＣＦが堆積する。

【００３２】（４）次に、第２段階のエッチング終了
後、プラズマ生成のための電圧２０５、イオンを引き込
む電圧２０８を一旦オフにする。そして、処理室２０１
内で所定の排気、調圧を行った後、プラズマ生成のため
の電圧２０５、イオンを引き込む電圧２０８を再びオン
にし第２の酸素プラズマ処理を行う。この第２の酸素プ
ラズマ処理により、コンタクトホールＨ内の多結晶シリ
コン層１２０上やレジストＲ上に堆積したフロロカーボ
ンＣＦ（図５）を除去する。この際、フロロカーボンか
ら生成するフッ素ラジカルにより多結晶シリコン１２０
が削れて消失しないように処理時間は３０秒程度にとど
める。第２の酸素プラズマ処理終了後は、プラズマ生成
のための電圧２０５、イオンを引き込む電圧２０８をオ
フにする。

【００３３】（５）次に、処理室２０１内で所定の排
気、調圧を行った後、プラズマ生成のための電圧２０５
を再びオンにし、デチャック工程を行う。すなわち、ア
ルゴンなどの不活性ガスによるプラズマ中に図７の基板
１００をさらしながら、基板ステージ２０２のＤＣ電圧
を切る。これにより、基板１００から電子がプラズマ中
に逃げ、基板１００が基板ステージ２０２からデチャッ
クされる。

【００３４】以上説明した本実施形態の薄膜トランジス
タの製造方法では、図５の第１段階のエッチングとし
て、高速エッチングを行ったので、製造時間を短くし、
生産性を高くすることができる。また、図６の第２段階
のエッチングとして、選択比が高い選択エッチングを行
ったので、活性層１２０の削れ過ぎを防止し、薄膜トラ
ンジスタの信頼性を高くすることができる。

【００３５】さらに、本実施形態の薄膜トランジスタの
製造方法では、図５の第１段階の高速エッチングと、図
６の第２段階の選択エッチングと、の間に第１の酸素プ
ラズマ処理工程を設けたので、第２段階の選択エッチン
グのエッチング速度の面内分布を減らすことができる。
この結果、シリコン酸化膜１４０のエッチング残りを減
らして、歩留まりを高くすることができる。この理由に
ついて、本発明者は、以下のように解析している。

【００３６】すなわち、上記の第１の酸素プラズマ処理
により、処理室２０１内に付着したフロロカーボンの表
面層が取り除かれ、さらに、残ったフロロカーボン膜の
表面も酸化される。この状態でフロロカーボンのデポジ
ションが優勢となるＣＦラジカルおよびＣＦ_２ラジカル
リッチな条件で放電すると、これらのラジカルの一部が
処理室２０１の内壁付近で酸化されるため、基板１００
条に堆積するフロロカーボンが減少する。このため、第
１の酸素プラズマ処理を追加することによって、第２段
階の選択エッチングの初めにおこる、プラズマ生成のた
めの電圧２０５はオンしたが放電を安定化させるために
イオンを引き込むための電圧２０８はオフになっている
時間におけるフロロカーボンのデポジションに、ＣＦラ
ジカルおよびＣＦ_２ラジカルが処理室２０１の内壁で酸
化される分だけ時間遅れが生じる。その結果、基板１０
０表面に付着するフロロカーボンの量が減少し、局所的
に多結晶シリコン１２０上にシリコン酸化膜１４０が残
ることがなくなる。このようにして、歩留まりが高くな
る。

【００３７】しかしながら、プラズマエッチング工程の
途中で酸素プラズマ処理を行うのは通常の技術者にとっ
て思いもよらぬことである。なぜなら、酸素プラズマ処
理はレジストＲにダメージを与えるおそれがあるからで
る。しかし、本発明者は、さまざまな実験を繰り返した
結果、適当な圧力で酸素プラズマ処理を行えば、レジス
トＲへのダメージが少なくなることを知得し、本発明を
なすに至った。すなわち、本発明者の実験によれば、分
圧を５．０Ｐａ以下、好ましくは４．０Ｐａ以下とすれ
ば、レジストＲにダメージが発生しにくく、コンタクト
ホールＨの形状に大きなずれが発生しないことが分かっ
た。また、本発明者の実験によれば、分圧を０．４Ｐａ
以上、好ましくは０．６Ｐａ以上、さらに好ましくは約
２．６Ｐａにするとエッチング速度の面内部分が良くな
り、歩留まりを高くする効果が大きくなった。

【００３８】以上から、第１段階の高速エッチング工程
と、第２段階の選択エッチング工程と、の間に、０．４
Ｐａ以上５．０Ｐａ以下、好ましくは０．６Ｐａ以上
４．０Ｐａ以下、さらに好ましくは約２．６Ｐａの分圧
の酸素を含む雰囲気でプラズマを立てる酸素プラズマ処
理工程を設けることで、歩留まりを高くすることができ
ることが分かった。

【００３９】また、上記の酸素プラズマ処理工程と同様
の効果は、第１段階の高速エッチング工程の最後におけ
る放電が、酸素分圧が０．４Ｐａ以上５．０Ｐａ以下、
好ましくは０．６Ｐａ以上４．０Ｐａ以下、さらに好ま
しくは約２．６Ｐａになるような条件で行われていれ
ば、得ることができた。この理由は、上記の酸素プラズ
マ処理工程と同様であると解析される。

【００４０】以上説明した第１の実施の形態では、図６
の選択エッチングの選択比を１０としたが、本発明者の
実験によれば、選択比を８以上にした場合には、歩留ま
りを高くする効果が特に大きくなった。

【００４１】また、本発明者の実験によれば、上述のコ
ンタクトホール形成工程が、炭素とフッ素を含むエッチ
ングガスを用いて選択比が８以上の条件でシリコン酸化
膜１４０、１６０のプラズマエッチングを行う選択エッ
チング工程を含み、この選択エッチング工程の直前の工
程におけるプラズマ放電を、上記の所定の分圧の酸素を
含む雰囲気で終わるようにすれば、本実施形態と同様の
効果が得られることが分かった。

【００４２】（第２の実施の形態）第２の実施の形態の
薄膜トランジスタの製造方法の特徴の１つは、前述のコ
ンタクトホール形成工程において、コンタクトホール形
成後（図７）、基板１００を基板ステージ２０２（図
９）からデチャックする工程を、所定の分圧の酸素ガス
の雰囲気中にプラズマを立てて行った点である。本発明
者の実験によれば、このように酸素雰囲気中でデチャッ
ク工程を行うことで、薄膜トランジスタの歩留まりをさ
らに高くすることができる。

【００４３】すなわち、本発明者の実験によれば、図９
のプラズマエッチング装置を用いて複数の基板に順次コ
ンタクトホールを形成する場合、１枚前にコンタクトホ
ールを形成した基板を酸素ガス雰囲気中でプラズマを立
ててデチャックすると、次の基板１００のコンタクトホ
ール形成時のエッチングレートの面内分布が少なくなっ
た。この結果、シリコン酸化膜１４０のエッチング残り
を無くし、歩留まりを高くすることができた。本発明者
の実験によれば、このデチャック時の酸素の分圧を０．
４Ｐａ以上５．０Ｐａ以下、好ましくは０．６Ｐａ以上
４．０Ｐａ以下、さらに好ましくは約２．６Ｐａにする
と、特に歩留まりを高くすることができた。これは、デ
チャック工程を酸素雰囲気中で行うことにより、処理室
２０１（図９）の壁面に付着したフロロカーボンの表面
を酸化し、このフロロカーボンの影響を次の製造ロット
で少なくすることができるからと解析される。

【００４４】これに対し、通常のデチャック工程は、第
１の実施の形態のように、アルゴン等の不活性ガス中で
行われる。これは、酸素のような活性ガス中でデチャッ
クを行うと、コンタクトホールＨ形成後の基板１００
（図９）に何らかの悪影響を与えるおそれがあると考え
られていたからである。しかしながら、本発明者の実験
によれば、懸念されたような悪影響は特に生じなかっ
た。この理由について、本発明者は、デチャック工程で
はイオンを引き込むための電源２０８がオフであるた
め、基板１００に対する影響が少なくなるからであると
考えている。

【００４５】以上説明した第２の実施の形態では、コン
タクトホール形成工程で、高速エッチング（図５）と選
択エッチング（図６）との２段階のエッチングを行う場
合について説明したが、２段階に分けずにエッチングを
行う場合でも、歩留まりを高くする効果が得られた。

【００４６】

【発明の効果】本発明の薄膜トランジスタの製造方法に
よれば、シリコン層上のシリコン酸化膜へのコンタクト
ホール形成工程において、高速エッチングと、選択エッ
チングと、の間に酸素プラズマ処理を行ったので、歩留
まりを高くすることができる。また、本発明の薄膜トラ
ンジスタの製造方法によれば、シリコン層上のシリコン
酸化膜へのコンタクトホール形成工程の最終工程におい
て、所定の分圧の酸素ガスの雰囲気中にプラズマを立て
て基板を基板ステージからデチャックしたので、歩留ま
りを高くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の薄膜トランジスタ
を示す図。

【図２】本発明の第１の実施の形態の薄膜トランジスタ
の製造方法を示す図。

【図３】本発明の第１の実施の形態の薄膜トランジスタ
の製造方法を示す図で、図２に続く図。

【図４】本発明の第１の実施の形態の薄膜トランジスタ
の製造方法を示す図で、図３に続く図。

【図５】本発明の第１の実施の形態の薄膜トランジスタ
の製造方法を示す図で、図４に続く図。

【図６】本発明の第１の実施の形態の薄膜トランジスタ
の製造方法を示す図で、図５に続く図。

【図７】本発明の第１の実施の形態の薄膜トランジスタ
の製造方法を示す図で、図６に続く図。

【図８】本発明の第１の実施の形態の薄膜トランジスタ
の製造方法を示す図で、図７に続く図。

【図９】本発明の第１の実施の形態の薄膜トランジスタ
のコンタクトホール形成工程に用いるプラズマエッチン
グ装置を示す図。

【図１０】従来の薄膜トランジスタを示す図。

【符号の説明】

１００基板１２０活性層（半導体薄膜）１４０ゲート絶縁膜（シリコン酸化膜）１６０層間絶縁膜（シリコン絶縁膜）２０１処理室２０２基板ステージＨコンタクトホールＲレジスト

フロントページの続き (72)発明者松浦由紀埼玉県深谷市幡羅町一丁目９番地２株式会社東芝深谷工場内Ｆターム(参考） 5F004 AA03 BB22 CA01 CA02 CB02 CB15 DA00 DA01 DA23 DA24 DA26 DB03 EA13 EA28 EB01 EB03 5F110 AA26 BB01 CC02 DD02 DD11 FF02 GG02 GG13 GG25 GG32 GG44 GG52 HJ01 HJ13 HL03 HL04 HL11 HL23 NN04 NN23 NN35 PP03 QQ04 QQ30

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリコンからなる活性層上に形成された絶
縁膜としてのシリコン酸化膜にコンタクトホールを形成
するコンタクトホール形成工程を備える薄膜トランジス
タの製造方法であって、前記コンタクトホール形成工程
が、少なくとも炭素とフッ素を含むエッチングガスを用い
て、前記シリコン酸化膜に対するエッチング速度が速い
条件で、前記シリコン酸化膜の第１段階のプラズマエッ
チングを行う高速エッチング工程と、前記高速エッチング工程後、所定の分圧の酸素を含む雰
囲気でプラズマを立てる酸素プラズマ処理工程と、前記酸素プラズマ処理工程後、炭素とフッ素を含むエッ
チングガスを用いて、前記シリコン酸化膜に対するエッ
チング速度が前記高速エッチング工程よりも遅く、前記
シリコン酸化膜に対するエッチング速度が前記活性層に
対するエッチング速度よりも速い条件で、前記シリコン
酸化膜の第２段階のプラズマエッチングを行う選択エッ
チング工程と、を有することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方
法。
【請求項２】前記選択エッチング工程における、前記シ
リコン酸化膜と、前記活性層と、のエッチング速度の選
択比が８以上であることを特徴とする請求項１記載の薄
膜トランジスタの製造方法。
【請求項３】シリコンからなる活性層上に形成された絶
縁膜としてのシリコン酸化膜にコンタクトホールを形成
するコンタクトホール形成工程を備える薄膜トランジス
タの製造方法であって、前記コンタクトホール形成工程が、炭素とフッ素を含むエッチングガスを用いて、前記シリ
コン酸化膜に対するエッチング速度が前記活性層に対す
るエッチング速度よりも８倍以上速い条件で、前記シリ
コン酸化膜のプラズマエッチングを行う選択エッチング
工程を含み、前記選択エッチング工程の直前の工程におけるプラズマ
放電を、所定の分圧の酸素を含む雰囲気で終わることを
特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項４】前記酸素の前記所定の分圧が０．４Ｐａ以
上５．０Ｐａ以下であることを特徴とする請求項１乃至
請求項３のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方
法。
【請求項５】シリコンらなる活性層とシリコン酸化膜と
が順次形成された基板を、プラズマエッチング装置の基
板ステージ上に配置する工程と、処理室にプラズマを生成した状態で、前記基板ステージ
にプラスの直流電圧を印加して、前記基板を前記ステー
ジに吸着するチャッキング工程と、炭素とフッ素を含むエッチングガスを用いたプラズマエ
ッチングにより前記活性層上の前記シリコン酸化膜にコ
ンタクトホールを形成する工程と、処理室にプラズマを生成した状態で、所定の分圧の酸素
を含む雰囲気で、前記ステージの直流電圧を切り、前記
基板を前記基板ステージから離すデチャック工程と、を順次繰り返して複数の基板にコンタクトホールを形成
することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項６】前記所定の分圧が０．４Ｐａ以上５．０Ｐ
ａ以下であることを特徴とする請求項５記載の薄膜トラ
ンジスタの製造方法。