JP2004064060A - 薄膜トランジスタ及び積層膜パターンの形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザアニールされた半導体膜とその上の上層酸化膜とを含み、パターニングされた積層膜構造に対し、その上を覆う各膜の物理的ストレスを緩和し、クラックや断線を防止する。
【解決手段】（ａ）〜（ｄ）ステップを具備する積層膜パターンの形成方法を用いる。（ａ）ステップは、基板１０１上に第１酸化膜１０２、半導体膜１０３及び第２酸化膜１０４を順に成膜する工程である。（ｂ）ステップは、半導体膜１０３をレーザアニールする工程である。（ｃ）ステップは、第２酸化膜１０４上にレジストパターンを形成する工程である。（ｄ）ステップは、そのレジストパターンをマスクとして、第２酸化膜１０４ａ及び半導体膜１０３にドライエッチングを行い、第２酸化膜１０４及び半導体膜１０３を含む積層膜パターンを形成する工程である。そのドライエッチングに用いるエッチングガスは、フッ素系ガスである。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は薄膜トランジスタ及び積層膜パターンの形成方法に関し、特に、信頼性を向上することが可能な薄膜トランジスタ及び積層膜パターンの形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１３及び図１４は、従来の薄膜トランジスタにおけるアイランド部分の概略図をに示す平面図及び断面図である。図１３（ａ）はアイランド部分の平面図であり、図１３（ｂ）は図１３（ａ）のアイランド部分におけるＡ−Ａ方向の断面図である。また、図１４（ａ）はアイランド部分の平面図であり、図１４（ｂ）は図１４（ａ）のアイランド部分におけるＢ−Ｂ方向の断面図である。
【０００３】
ガラス基板５０１上に下層酸化膜（ＳｉＯ_２）５０２を３００ｎｍ程度成膜する。その上にアイランド部分としてのシリコン膜５０３を６０ｎｍ、及び、上層酸化膜５０４を１０ｎｍ成膜する。その後、シリコン膜をエキシマレーザにより結晶化させポリシリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）膜とする。
【０００４】
次に、シリコン膜５０３及び上層酸化膜５０４の２層構造膜を同時にドライエッチングする。それにより、６０ｎｍ厚のポリシリコン膜５０３と１０ｎｍ厚の上層酸化膜５０４の２層構造膜のアイランド部分を形成する。そのとき、ドライエッチングにより、２層構造膜の側壁と下層酸化膜５０２とがなす角が９０°（垂直形状）となるように形成する。
【０００５】
アイランド部分をポリシリコン膜５０３と上層酸化膜５０４の２層構造膜とした理由は、活性層であるポリシリコン膜５０３の表面を清浄に保つ為である。又、２層構造膜の膜厚をそれぞれ上層酸化膜５０４＝１０ｎｍ、ポリシリコン膜５０３＝６０ｎｍとした理由は、上層酸化膜５０４膜厚を極力薄くし、アイランドをドライエッチングする際の加工性を向上する（加工を容易にする）為である。この内容については後のアイランド部分の形成方法の項で詳述する。
【０００６】
上記アイランド形成工程後、高濃度リンイオンドーピング及びＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ　Ｄｏｐｅｄ　Ｄｒａｉｎ）用リンイオンドーピングを行う。次に、ゲート酸化膜５０５を４５ｎｍ形成した後、ゲート配線としてのＣｒ膜５０７／マイクロ・クリスタル・シリコン（μｃ−Ｓｉ）膜５０６の２層膜を成膜する。そして、エッチング加工することによりゲート電極を形成する。ゲート電極としては、耐熱性に優れ低抵抗な高融点金属としてＣｒ膜５０７を用いる。又、仕事関数の観点からのしきい値制御性の良いμｃ−Ｓｉ膜５０６を層間膜として用いる。ゲート材料としての高融点金属は、Ｃｒの他にＷ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｔａ乃至そのシリサイド膜に例示される。その後、さらにゲート酸化膜を１００ｎｍ成膜後、３５０℃以上の熱処理を行う。この熱処理により、アイランドポリシリコン部分にドーピングされた不純物が活性化される。そして、ドーピングされた部分のポリシリコン膜が低抵抗化される。
【０００７】
上記工程後に、３００ｎｍ厚のゲート酸化膜をさらに成膜する。そして、アイランド活性化部分へのコンタクト開口を行い、Ａｌ配線を加工することにより所望の薄膜トランジスタ装置が形成される。
【０００８】
次に、薄膜トランジスタの上記アイランド部分の形成方法について説明する。図１５は、従来の薄膜トランジスタにおけるアイランド部分の形成方法を示す断面図である。上記アイランド部分のエッチング方法としては、ＣＦ_４＋Ｏ_２ガス系にてＣＦ_４とＯ_２とのガス比を４：１とし、上層酸化膜６０４とポリシリコン膜６０３とを同時に反応性イオンエッチングする。この場合、最初にＣＦ_４とＯ_２ガス系でＣＦ_４：Ｏ_２＝４：１、ＲＦ　ｐｏｗｅｒ＝７００Ｗのエッチング条件にて上層酸化膜６０４及びポリシリコン膜６０３の一部をエッチング加工する。本エッチング条件においては、上記２層構造膜のエッチング形状はほぼ垂直形状となる。
【０００９】
次に、残りのポリシリコン膜をＣＦ_４＋Ｏ_２ガス系でＣＦ_４：Ｏ_２＝４：１、ＲＦ　ｐｏｗｅｒ＝３００Ｗの上記エッチング条件よりも低ＲＦパワー条件に切り替える。低ＲＦパワー条件においては、下層酸化膜６０２に対するポリシリコン膜６０３のエッチング速度比が高いことにより、下層酸化膜６０２のエッチングを最小限に抑えることができる。ただし、その一方で、ポリシリコン膜６０３上の上層酸化膜６０４のエッチングも同時に抑えられることになる為に、エッチングが終了したポリシリコン膜６０３が横方向にエッチングされることにより、上層酸化膜６０４がポリシリコン膜６０３に対して張り出したアイランド形状となる。
【００１０】
しかし、実際の製品プロセスにおいては、アイランド形成後、希フッ酸処理１０秒程度による表面清浄化を行う。希フッ酸処理プロセスでは、上層酸化膜の膜厚が１０ｎｍである為に、アイランドエッチングで形成された酸化膜張り出し部を希フッ酸処理によってエッチング除去することができる。なぜならば、張り出し部分の上層酸化膜６０４の希フッ酸処理によるエッチング速度は数ｎｍ／ｍｉｎであり、フッ酸エッチング液に１０秒間浸漬している間にひさし酸化膜部分が上下（左右）からエッチングされ除去されてしまうからである。従って、２層構造膜の膜厚を各々上層酸化膜＝１０ｎｍ、ポリシリコン＝６０ｎｍとすることが必要である。なぜならば、酸化膜膜厚を１０ｎｍより厚くするとひさしを除去する為に希フッ酸処理が１０秒以上必要であり、この場合ポリシリコン膜６０３と下層酸化膜６０２との界面のくびれや、下層酸化膜６０２の過剰な掘り込みを誘発することになるからである。又ポリシリコンを６０ｎｍより厚くすると、アイランドのエッチングにばらつきが増大して、寸法制御性が悪化し、ＴＦＴのＯＦＦ特性の悪化を招くことになる。
【００１１】
上記プロセス内容により、従来技術においては、アイランド下の下層酸化膜の掘り込みやくびれのない垂直なアイランド形状が形成されていた。
【００１２】
薄膜トランジスタをガラスや石英などの透光性基板の上に形成する大きな目的は、光透過型の光学デバイスの実現にある。アクティブマトリクス型液晶ディスプレイは、画素のスイッチに薄膜トランジスタを使用した代表例である。そして、パソコンのディスプレイ、ノート型パソコン、携帯電話、ＰＤＡなどの携帯機器、最近では薄型のＴＶとしても利用が進んでいる。これらはディスプレイの表示をそのまま肉眼で直視する形態をとる。しかし、拡大投射光学系の中に液晶ディスプレイを組み込んだプロジェクタとしての利用も盛んになってきている。
【００１３】
直視型のディスプレイの場合は、ディスプレイの背面にバックライトを置いてディスプレイを直視するが、プロジェクタに液晶ディスプレイ（液晶ライトバルブ）を使用する場合、直視型に比べてはるかに強い光が照射される。例えば、１型のパネルを１００型相当の画面に拡大投射して、１５型の直視型パネルと同じ明るさにした場合を単純に面積比で計算すると、パネルの単位面積では直射方に比較して２００万倍を超える光量が入射することになる。
【００１４】
光が影響するアクティブマトリクス型液晶ディスプレイでの問題のひとつに、薄膜トランジスタに光が届いて光励起でキャリアが発生することによるリーク電流（光リーク電流）がある。画素のスイッチとしての薄膜トランジスタは、所定の電圧を画素電極に書き込んだ後はＯＦＦになり、次の書き込みまで電圧を保持しなければならない。しかし、光リーク電流が大きいと書き込んだ電圧が低下してしまいコントラストの低下をもたらす。
【００１５】
このような光リーク電流を抑制するためには、薄膜トランジスタの活性層として機能する半導体層（島状に形成されるのでアイランドと呼ぶこともある）を透光性基板の上に下地絶縁膜を介して直接形成するのではなく、下地絶縁膜の上に金属材料等の遮光性材料による遮光膜を形成した後に、さらに下地絶縁層を重ね、その上に半導体層を形成している。すなわち、透光性基板の下方からの光を遮光膜を用いて遮断するという構造をとっていた。
【００１６】
関連する技術として、特開平９−２６３９７４号公報（特許文献１）にＣｒ膜のエッチング方法が開示されている。この技術のＣｒ膜のエッチング方法は、基板上に形成されたＣｒ膜のエッチング方法であり、３つの工程を具備する。第１の工程は、Ｃｒ膜の所定の領域上にレジストを形成する工程である。第２の工程は、ウエットエッチングによりそのレジストが形成されていない領域のそのＣｒ膜を除去する工程である。第３の工程は、ドライエッチングによりそのレジストとその下に残されたそのＣｒ膜の露出された表面を適量除去することで、そのＣｒ膜の断面をテーパー化する工程である。そのドライエッチングは、エッチャントとして塩素系ガスと酸素の混合ガスを用いても良い。
【００１７】
この技術の目的は、Ｃｒ膜の断面をテーパー形状にして、上層の被覆性を向上し、良好な特性を得ることにある。
【００１８】
【特許文献１】
特開平９−２６３９７４号公報
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の薄膜トランジスタを作成するアイランド部分においては、図１４（ｂ）に示すように上層酸化膜５０４及びポリシリコン５０３が下地に対して垂直なアイランド形状となる。従って、アイランド上にゲート酸化膜５０５及びゲート電極用マイクロ・クリスタル・シリコン（μｃ−Ｓｉ）５０６、ゲート電極用Ｃｒ膜５０７を成膜する際、アイランド側壁部分の膜厚が他のアイランド上部及びアイランド以外の下層酸化膜上の部分に比較して薄く形成される。故に後工程のゲート酸化膜５０５及びゲート電極用μｃ−Ｓｉ５０６、ゲート電極用Ｃｒ膜５０７のカバレッジを悪化させる。その結果として、アイランド側壁部におけるゲート酸化膜及びゲート電極用Ｃｒ／μｃ−Ｓｉ電極への応力集中でクラック５１５が発生する。それにより、後工程のレーザ活性化等のダメージで図１４（ａ）、（ｂ）に示すアイランドをクロスオーバーする部分でのゲート断線が発生する恐れがある。特に、本発明のように柱状構造のＣｒ等の高融点金属をゲート電極材料として用いる場合には、ゲート電極の機械的強度に対する脆弱性によりクラック５１５の発生がより起こりやすいという欠点がある。
【００２０】
又、従来のアイランド部分のポリシリコン膜は、電極表面に凹凸が発生しておりモフォロジーが悪い。そのため、アイランド上のゲート酸化膜及びゲート電極の不均一性を助長することになる。従って、さらにクラックを生じさせやすくしていると考えられる。さらに詳細に説明すると、以下のようになる。
【００２１】
従来の薄膜トランジスタのアイランド形成におけるＣＦ_４とＯ_２とのガス比４：１のエッチング条件においては、レジストの後退は起こらずレジストに対して忠実に異方性エッチングがなされる。そのため、上記アイランド部分は垂直形状となる。この状態でアイランド上にゲート酸化膜５０５、ゲート電極用μｃ−Ｓｉ５０６及びゲート電極用Ｃｒ５０７を成膜するとアイランド側壁部分の表面被覆性が悪化する。それにより、この部分の膜厚が薄くなる。特に、ゲート電極用Ｃｒ膜をスパッタ成膜する場合、シャドー効果により垂直形状の段差上にマッシュルーム型のような形状に成膜されることとなる。従って、段差部にはくさびが入ったような状態となり、このくさび部に沿ってクラックが生じやすくなる。
【００２２】
また、アイランドの下層に遮光膜を有する構造をとる薄膜トランジスタ及びそれを利用した半導体装置においては、遮光膜の電位がアイランドに作用し薄膜トランジスタの動作に影響を及ぼすこともある。
【００２３】
従って、本発明の目的は、下層酸化膜、半導体膜、上層酸化膜の積層構造で半導体膜をレーザアニールしたものに対して、半導体膜、上層酸化膜の積層膜パターンの上を覆う絶縁膜、配線に与える物理的ストレスを緩和し、絶縁膜クラック、断線を防止できる薄膜トランジスタ及び積層膜パターンの形成方法を提供することにある。
【００２４】
本発明の他の目的は、アイランドの下層に遮光膜を有する構造の薄膜トランジスタにおいて、遮光層の電位が薄膜トランジスタの動作に与える影響をも抑制できる薄膜トランジスタ及び積層膜パターンの形成方法を提供することにある。
【００２５】
本発明の更に他の目的は、動作異常及び表示欠陥を大幅に低減し、良品率及び信頼性を向上して、コストを削減することが可能な薄膜トランジスタ及び積層膜パターンの形成方法を提供することにある。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
以下に、［発明の実施の形態］で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］との対応関係を明らかにするために括弧付きで付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００２７】
従って、上記課題を解決するために、本発明の積層膜パターンの形成方法は、（ａ）〜（ｄ）ステップを具備する。（ａ）ステップは、基板（１０１）上に第１酸化膜（１０２）、半導体膜（１０３ａ）及び第２酸化膜（１０４ａ）を順に成膜する工程である。（ｂ）ステップは、半導体膜（１０３ａ）をレーザアニールする工程である。（ｃ）ステップは、第２酸化膜（１０４ａ）上にレジストパターンを形成する工程である。（ｄ）ステップは、そのレジストパターンをマスクとして、第２酸化膜（１０４ａ）及び半導体膜（１０３ａ）にドライエッチングを行い、第２酸化膜（１０４）及び半導体膜（１０３）を含む積層膜パターンを形成する工程である。そのドライエッチングに用いるエッチングガスは、フッ素系ガスである。
【００２８】
上記の積層膜パターンの形成方法において、（ｄ）工程は、（ｄ１）そのフッ素系ガスによるそのドライエッチングにより第１酸化膜（１０２）が露出した時点で、そのエッチングガスを塩素系ガスに切り替えてそのドライエッチングを行う工程を備える。
【００２９】
上記の積層膜パターンの形成方法において、その塩素系ガスはＣｌ_２とＯ_２との混合ガスである。
【００３０】
上記の積層膜パターンの形成方法において、そのフッ素系ガスはＣＦ_４とＯ_２との混合ガスである。
【００３１】
上記の積層膜パターンの形成方法において、（ｄ）工程は、その混合ガスのＣＦ_４とＯ_２とのガス比を１：１としてドライエッチングを行い、その積層膜パターンにおける第２酸化膜（１０４）の側壁と基板（１０１）の表面とがなす第１テーパ角を、その積層膜パターンにおける半導体膜（１０３）の側壁と基板（１０１）の表面とがなす第２テーパ角よりも大きくするよう制御する。
【００３２】
上記の積層膜パターンの形成方法において、第１テーパ角θは４５＜θ＜６０°であり、第２テーパ角γは１０°＜γ＜６０°である。
【００３３】
上記の積層膜パターンの形成方法において、（ｂ）工程後の半導体膜（１０３ａ、１０３）はポリシリコン膜であり、第２酸化膜（１０４ａ）とポリシリコン膜（１０３ａ、１０３）の膜厚比は、概ね１：６である。
【００３４】
上記の積層膜パターンの形成方法において、（ｅ）その積層膜パターンを覆うゲート絶縁膜（１０５）を被覆し、ゲート絶縁膜（１０５）の上にその積層膜パターンをクロスオーバーする配線（１０６＋１０７）を形成する工程を更に具備する。
【００３５】
上記の積層膜パターンの形成方法において、配線（１０７）を構成する材料はＣｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａからなる金属材料群及びこれらのシリサイドからなるシリサイド材料群のうちのいずれか一つの金属又はシリサイドを含む。
【００３６】
上記課題を解決するために本発明の積層膜パターンの形成方法は、（ｆ）〜（ｊ）ステップを具備する。（ｆ）ステップは、透光性の基板（７０１）上に第１下地絶縁層（７２１）及び遮光材料（７２０ａ）を順に成膜する工程である。（ｇ）ステップは、遮光材料（７２０ａ）をパターニングして所定のパターンを有する遮光膜（７２０）を形成する工程である。（ｈ）ステップは、第１下地絶縁層（７２１）及び遮光膜（７２０）上に第２下地絶縁膜（７２２）、半導体膜（７３０ａ）及び第１酸化膜（７０４ａ）の順に積層された第２下地絶縁膜（７２２）、半導体膜（７３０ａ）及び第１酸化膜（７０４ａ）を形成する工程である。（ｉ）ステップは、第１酸化膜（７０４ａ）上にレジストパターンを形成する工程である。（ｊ）ステップは、そのレジストパターンをマスクとして、第１酸化膜（７０４ａ）及び半導体膜（７３０ａ）にドライエッチングを行い、第１酸化膜（７０４）及び半導体膜（７３０）を含む積層膜パターンを形成する工程である。そのドライエッチングに用いるエッチングガスは、フッ素系ガスである。その積層膜パターンは遮光膜（７２０）の上方にある。
【００３７】
上記の積層膜パターンの形成方法において、そのフッ素系ガスはＣＦ_４とＯ_２との混合ガスである。
【００３８】
上記の積層膜パターンの形成方法において、その混合ガスのＣＦ_４とＯ_２との流量比は、１００：１００よりもＯ_２が少ない。
【００３９】
上記の積層膜パターンの形成方法において、（ｊ）工程は、その混合ガスのＣＦ_４とＯ_２との流量比を１１５：８５としてドライエッチングを行い、その積層膜パターンにおける半導体膜（７３０）の側壁と基板（７０１）の表面とがなすテーパ角を４０゜以上６０゜以下の範囲に制御する。
【００４０】
上記の積層膜パターンの形成方法において、（ｈ）ステップは、（ｈ１）〜（ｈ２）ステップを具備する。（ｈ１）ステップは、第２下地絶縁膜（７２２）上に、アモルファスシリコン膜（７３０ａ）を成膜する工程である。（ｈ２）ステップは、アモルファスシリコン膜（７３０ａ）にレーザーを照射して、アモルファスシリコン膜（７３０ａ）を結晶化した半導体膜（７３０ａ）としての多結晶シリコン膜（７３０ａ）を形成する工程である。
【００４１】
上記の積層膜パターンの形成方法において、（ｈ）ステップは、（ｈ３）〜（ｈ４）ステップを具備する。（ｈ３）ステップは、第２下地絶縁膜（７２２）上に、アモルファスシリコン膜（７３０ａ）を成膜する工程である。（ｈ４）ステップは、アモルファスシリコン膜（７３０ａ）上に、第１酸化膜（７０４ａ）を成膜する工程である。（ｈ５）ステップは、アモルファスシリコン膜（７３０ａ）にレーザーを照射して、アモルファスシリコン膜（７３０ａ）を結晶化した半導体膜（７３０ａ）としての多結晶シリコン膜（７３０ａ）を形成する工程である。
【００４２】
上記の積層膜パターンの形成方法において、（ｋ）その積層膜パターンを覆うゲート絶縁膜（７０５）を被覆し、ゲート絶縁膜（７０５）の上にその積層膜パターンをクロスオーバーする配線（７０７）を形成する工程を更に具備する。
【００４３】
上記の積層膜パターンの形成方法において、配線（１０７）を構成する材料はＣｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａからなる金属材料群及びこれらのシリサイドからなるシリサイド材料群のうちのいずれか一つの金属又はシリサイドを含む。
【００４４】
上記課題を解決するために本発明の薄膜トランジスタは、下地絶縁層（７２１＋７２２）と、多結晶シリコン膜（７３０）とを具備する。下地絶縁層（７２１＋７２２）は、透光性の基板（７０１）上に設けられ、遮光材料（７２０ａ）で形成された遮光膜（７２０）を含む。多結晶シリコン膜（７３０）は、下地絶縁層（７２１＋７２２）上に所定のパターンで形成され、活性層（７３３）を含む。多結晶シリコン膜（７３０）を基板（７０１）表面に投影した第１射影は、遮光膜（７２０）を基板（７０１）表面に投影した第２射影に含まれる。多結晶シリコン膜（７３０ａ）の有効側面と多結晶シリコン膜（７３０）下部の基板（７０１）表面とがなす角としてのテーパ角は、直角よりも小さい。
ただし、有効側面とは、多結晶シリコン膜（７３０）における仮想的な側面であって、現実の側面を代表する平均的な一定の傾き（テーパ角）を有する。
【００４５】
上記の薄膜トランジスタにおいて、テーパ角θは、４０°≦θ≦６０゜である。
【００４６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明である薄膜トランジスタ及び積層膜パターンの形成方法の実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。
【００４７】
（第１の実施の形態）
本発明の積層膜パターンの形成方法及び薄膜トランジスタにおける第１の実施の形態について説明する。まず、本発明の薄膜トランジスタにおける第１の実施の形態の構成について説明する。図３は、本発明の薄膜トランジスタにおける第１の実施の形態の構成を示す断面図である。薄膜トランジスタは、ガラス基板１０１上に設けられ、下層酸化膜１０２、ポリシリコン膜１０３、上層酸化膜１０４、ゲート酸化膜１０５、マイクロ・クリスタル・シリコン（μｃ−Ｓｉ）膜１０６、Ｃｒ膜１０７、第１ゲート酸化膜１０９、第２ゲート酸化膜１１２コンタクト１１３及びアルミニウム配線１１４を具備する。
【００４８】
下層酸化膜１０２は、ガラス基板１０１を覆うように設けられる。例えば、３００ｎｍ厚の酸化シリコン膜である。ポリシリコン膜１０３は、下層酸化膜１０２上に、アイランド部分として行列状に設けられる。例えば、６０ｎｍ厚のアモルファスシリコン膜をエキシマレーザにより結晶化させ、所定のパターンでパターンニングして形成する。上層酸化膜１０４は、ポリシリコン膜１０３上に同じ形状で設けられる。例えば、１０ｎｍ厚の酸化シリコン膜である。
【００４９】
アイランド部分のポリシリコン膜１０３と上層酸化膜１０４との２層構造膜は、２層構造膜の同時ドライエッチングにより、アイランド部分の上層酸化膜１０４のテーパ角が４５＜θ＜６０°、ポリシリコン膜１０３のテーパ角が１０°＜γ＜６０°となっている。ただし、テーパー角θは、アイランド部分の上層酸化膜１０４の側壁（側面）を代表する有効平面と、下層酸化膜１０２（又はガラス基板１０１）のアイランド部分下方における表面とのなす角である。テーパー角γは、アイランド部分のポリシリコン膜１０３の側壁（側面）を代表する有効平面と、下層酸化膜１０２（又はガラス基板１０１）のアイランド部分下方における表面とのなす角である。
【００５０】
ポリシリコン膜１０３は、高濃度にリンをイオンドーピングされたソース領域１１０ａ及びドレイン領域１１０ｂと、低濃度にリンをイオンドーピングされたＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ　Ｄｏｐｅｄ　Ｄｒａｉｎ）領域１１１ａ及びＬＤＤ領域１１１ｂと、ドーピングされていないチャネル領域１３０を含む。
【００５１】
ゲート酸化膜１０５は、下地酸化膜１０２、ポリシリコン膜１０３及び上層酸化膜１０４とを覆うように設けられる。例えば、４５ｎｍ厚の酸化シリコン膜である。μｃ−Ｓｉ膜１０６及びＣｒ膜１０７は、ゲート配線としてゲート酸化膜１０５上のチャネル領域１３０と対向する位置に所定のパターンで設けられる。ゲート電極としては、耐熱性に優れ低抵抗の高融点金属としてＣｒ膜１０７を用い、又仕事関数の観点からのしきい値制御性よりμｃ−Ｓｉ膜１０６をゲート酸化膜１０５とＣｒ膜１０７との間の層間材料膜として用いる。ゲート電極材料としての高融点金属としては、Ｃｒの他にＷ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｔａ乃至そのシリサイド膜を用いる。
【００５２】
第１ゲート酸化膜１０９は、ゲート酸化膜１０５、μｃ−Ｓｉ膜１０６及びＣｒ膜１０７を覆うように設けられる。例えば、１００ｎｍ厚の酸化シリコン膜である。第２ゲート酸化膜１１２は、第１ゲート酸化膜１０９を覆うように設けられる。例えば、３００ｎｍ厚の酸化シリコン膜である。コンタクト１１３は、ソース領域１１０ａ及びドレイン領域１１０ｂに達するように第２ゲート酸化膜１１２、第１ゲート酸化膜１０９、ゲート酸化膜１０５及び上層酸化膜１０４を開口した孔に設けられた配線である。例えば、アルミニウムである。アルミニウム配線１１４は、コンタクト１１３に接続した所定のパターンを有する配線である。を施すことにより所望の薄膜トランジスタが形成される。
【００５３】
次に、図３の薄膜トランジスタの製造方法について説明する。図１〜図４は、本発明の薄膜トランジスタの第１の実施の形態における製造方法を示す図である。
【００５４】
図４において、ガラス基板１０１上に下層酸化膜１０２を３００ｎｍ程度成膜する。そして、下層酸化膜１０２を覆うように、６０ｎｍ厚のシリコン膜１０３ａと１０ｎｍ厚の上層酸化膜１０４ａとを成膜する（図４（ａ））。
【００５５】
次に、シリコン膜１０３ａをエキシマレーザにより結晶化させる。そして、結晶化されたシリコン膜１０３ａと上層酸化膜１０４ａとの２層構造膜について、所定のパターンにドライエッチングして、ポリシリコン膜１０３と上層酸化膜１０４とする（図４（ｂ））。エッチング後のポリシリコン膜１０３と上層酸化膜１０４との２層構造膜をアイランド部分ともいう。このシリコン膜１０３ａ及び上層酸化膜１０４ａの２層同時エッチングにより、アイランド部分の上層酸化膜１０４のテーパ角が４５＜θ＜６０°、ポリシリコン膜１０３のテーパ角が１０°＜γ＜６０°に設定される。
【００５６】
続いて、アイランド部分を形成後、高濃度リンイオンドーピング及び低濃度（ＬＤＤ）リンイオンドーピングを行い、ソース領域１１０ａ、ドレイン領域１１０ｂ、ＬＤＤ領域１１１ａ及びＬＤＤ領域１１１ｂを形成する。その後、４５ｎｍ厚のゲート酸化膜１０５を形成する（図４（ｃ）、ただし、ソース領域１１０ａ、ドレイン領域１１０ｂ、ＬＤＤ領域１１１ａ及びＬＤＤ領域１１１ｂを図示せず）。
【００５７】
次に、ゲート配線としてのＣｒ膜１０７／μｃ−Ｓｉ膜１０６の２層膜を成膜する。そして、エッチング加工することによりチャネル領域１３０の上方を通過するように所定のパターンでゲート電極を形成する。この状態が図１及び図２である。図１（ａ）は製造途中の薄膜トランジスタの平面図である。ゲート配線及びアイランド以外は省略している。図１（ｂ）は図１（ａ）の平面図におけるＡ−Ａ方向の断面図である。同じく、図２（ａ）は製造途中の薄膜トランジスタの平面図である。図１（ａ）と同じである。ゲート配線及びアイランド以外は省略している。図２（ｂ）は図２（ａ）の平面図におけるＢ−Ｂ方向の断面図である。各符号の説明は上述のとおりである。アイランド部分の上層酸化膜１０４のテーパ角が４５＜θ＜６０°、ポリシリコン膜１０３のテーパ角が１０°＜γ＜６０°に設定される。
【００５８】
その後、ゲート酸化膜１０５及びゲート配線を覆うように、１００ｎｍ厚の第１ゲート酸化膜１０９を成膜する。その後、３５０℃以上の熱処理を行いリンドーピングされたアイランド部分のポリシリコン膜１０３中の不純物を活性化する。これにより、ポリシリコン膜が低抵抗化される。
【００５９】
上記工程後に、第１ゲート酸化膜１０９を覆うように３００ｎｍ厚の第２ゲート酸化膜１１２を成膜する。続いて、第２ゲート酸化膜１１２、第１ゲート酸化膜１０９、ゲート酸化膜１０５及び上層酸化膜１０４を開口してアイランド活性化部分へのコンタクト１１３を形成する。そして、アルミニウム配線１１４を施すことにより所望の薄膜トランジスタが形成される（図３）。
【００６０】
次に、上記の薄膜トランジスタの製造方法に適用した、本発明の積層膜パターンの形成方法の第１の実施の形態を説明する。この積層膜パターンの形成方法は、アイランド部分の２層構造膜の同時エッチングにより、アイランド部分の上層酸化膜のテーパ角を４５＜θ＜６０°、ポリシリコン膜のテーパ角を１０°＜γ＜６０°に制御する反応性イオンエッチング方法である。
【００６１】
図５は、本発明の積層膜パターンの形成方法の第１の実施の形態を示す断面図である。図５は、上述した図４（ａ）から図４（ｂ）へ進むプロセスを取り出して、詳細に説明している。
【００６２】
初めに、図５（ａ）に示すように、下層酸化膜２０２上に形成された２層構造膜（上層酸化膜２０４とポリシリコン膜２０３）上にフォトレジスト２０８のパターンを形成する。
【００６３】
続いて、図５（ｂ）に示すように、フォトレジスト２０８をエッチングマスクとして、ＣＦ_４とＯ_２のガス系にて上層酸化膜２０４とポリシリコン膜２０３とを反応性イオンエッチングする。このエッチングでＣＦ_４とＯ_２とのガス比を１：１とすることにより、２層構造膜の側面を４５＜θ_０＜６０°のテーパ形状に加工する。ここで、テーパー角θ_０は、エッチングされた２層構造膜の側壁（側面：下層酸化膜２０２表面と平行な面ではない）を代表する有効平面と、下層酸化膜１０２（又はガラス基板１０１）の２層構造膜部分下方における表面とのなす角である。なお、ＣＦ_４とＯ_２のガス系以外にもＣＨＦ_３、ＳＦ_６等フッ素系のガスとＯ_２との混合ガス系を用いることも可能である。
【００６４】
次に、図５（ｃ）に示すように、ポリシリコン膜２０３がエッチングされ下層酸化膜が露出した時点でエッチングガス系をＣｌ_２とＯ_２のガス系に切り替える。Ｃｌ_２とＯ_２のガス系は、酸化膜（下層酸化膜２０２、上層酸化膜２０４）に対するポリシリコン膜２０３のエッチングレートが大きい。そのため、下層酸化膜２０２のエッチングを最小限に抑えることができる。又、Ｃｌ_２とＯ_２のガス系でＣｌ_２とＯ_２とのガス比を１：１とすることによりポリシリコン膜２０３が同様にテーパ化される。それと共に、レジスト側壁、及び上層酸化膜２０４／ポリシリコン膜２０３の２層構造膜の側壁に堆積反応生成物２１４が生成される。そのため、ポリシリコン膜２０３のサイドエッチングが防止されることになる。従って、ＣＦ_４とＯ_２とのガス比１：１のエッチング条件にて形成した上層酸化膜２０４／ポリシリコン膜２０３の２層構造膜のテーパ形状を維持しつつ、ガラス基板内でのエッチングばらつきにより下層酸化膜２０２上に残留するポリシリコン膜２０３をＣｌ_２とＯ_２のガス系により取り除くことができる。なお、特にポリシリコン膜２０３と下層酸化膜２０４との界面におけるポリシリコン膜のテーパ角は、ガラス基板内でのエッチングばらつきにより１０°＜γ＜６０°と幅をもった角度となる。
【００６５】
上述のように、本発明の第１の実施の形態では、上層酸化膜／ポリシリコン膜の２層構造膜を形成するに当たって、ポリシリコン膜がエッチングされ下層酸化膜が露出した時点でエッチングガス系をＣｌ_２とＯ_２のガス系に切り替えている。しかし、下層酸化膜がある程度エッチングされても、混合比１：１のＣＦ_４／Ｏ_２のみで上層酸化膜／ポリシリコン膜の２層構造膜を形成することも可能である。
【００６６】
本発明の薄膜トランジスタの第１の実施の形態において、アイランドテーパ角を９０°から４５°に減少させていくと、図２（ｂ）に示すように、アイランド上に成膜されるゲート酸化膜１０５及びゲートＣｒ膜１０７／μｃ−Ｓｉ膜１０６におけるアイランド側壁部分の膜厚が厚くなる。従って、アイランド側壁部におけるゲート酸化膜１０５及びゲート電極への応力集中が緩和される。それにより、後工程のレーザ活性化等のダメージで誘発されるアイランド部分をクロスオーバーする部分でのゲート電極の断線を防止することができる。
【００６７】
次に、本発明の積層膜パターンの形成方法の第１の実施の形態において、アイランドの２層構造膜の同時エッチングによりテーパ角度を制御する方法について以下に詳細に説明する。
【００６８】
図６は、反応性イオンエッチングにおけるＣＦ_４とＯ_２とのガス流量比とエッチング速度との変化を示すグラフである。縦軸は酸化膜、ポリシリコン膜及びレジストのエッチング速度、横軸はＣＦ_４とＯ_２とのガス流量比を４：１から１：１とＯ_２流量割合を増加させた各ガス流量条件を示す。エッチング条件として、ガス総流量は２００ｓｃｃｍ、ガス圧力は２０ｐａ、ＲＦパワーは３００Ｗとする。
【００６９】
ＣＦ_４とＯ_２とのガス流量比が４：１の場合、酸化膜エッチング速度は約１７ｎｍ／ｍｉｎ、ポリシリコンエッチング速度は約５０ｎｍ／ｍｉｎである。すなわち、ポリシリコンエッチング速度が酸化膜エッチング速度の３倍程度である。それに対して、Ｏ_２流量割合を増加させていくと、ポリシリコンエッチング速度は減少し、一方、酸化膜エッチング速度は微増する。そして、ＣＦ_４とＯ_２とのガス比１：１では、酸化膜エッチング速度は約２２ｎｍ／ｍｉｎ、ポリシリコンエッチング速度は約２５ｎｍ／ｍｉｎとなる。すなわち、エッチング速度比がほぼ１：１に等しくなる。このエッチング特性により上部酸化膜がポリシリコン膜に対して突き出た断面形状が緩和され、上部酸化膜とポリシリコン膜の界面がなだらかな良好な断面形状が得られる。
【００７０】
一方、レジストのエッチング速度においても、ＣＦ_４とＯ_２とのガス流量比が４：１の場合はレジストのエッチング速度は７５ｎｍ／ｍｉｎである。それに対して、Ｏ_２ガス流量比を増加させていくとレジストのエッチング速度が増加していく。そして、ガス流量比１：１の場合、１４０ｎｍ／ｍｉｎとエッチング速度が２倍程度増加する。これにより、酸化膜、及びポリシリコン膜に比較してレジストのエッチング速度の割合が多くなる。そして、レジスト側面へも積極的にエッチングが進行することにより、レジストの後退が進行する。Ｏ_２ガス流量比増加に伴うレジストエッチング速度の増加の理由については以下の通りである。
【００７１】
すなわち、レジストの組成はフェノールノボラック樹脂というベンゼン環にＣＨ_２、ＣＨ_３、ＯＨ基が結合した化学組成となっており、Ｏ_２プラズマの酸素ラジカルがＣＨ_２、ＣＨ_３基を攻撃して結合手を乖離することによりレジストのエッチングが進行するからである。上記のエッチング特性により、レジストが横方向へ後退しつつ、酸化膜とポリシリコン膜が均等にエッチングされることにより、上層酸化膜／ポリシリコン膜の２層構造膜を４５°＜θ_０＜６０°のなだらかなテーパ形状とすることができる。
【００７２】
本実施形態においては、ＣＦ_４とＯ_２のガス系においての特性を記述したが、ＣＦ_４の代りにＣＨＦ_３、ＳＦ_６等フッ素系のガスを用いても良い。この場合も本実施形態と同様にＯ_２流量割合を増加させていくと、ポリシリコンエッチング速度は減少し、一方で酸化膜エッチング速度は増加していく特性は同じである。ただし、Ｏ_２とのガス比とテーパ角度の関係についてはフッ素系ガス各々の特性によりその数値に相違があると考えられる。
【００７３】
次に、エッチングガス系をＣｌ_２とＯ_２のガス系に切り替える際のエッチング特性について述べる。エッチング条件は、
・ガス総流量：４００ｓｃｃｍ
・ガス流量比：Ｃｌ_２：Ｏ_２＝１：１
・ガス圧力：４０ｐａ
・ＲＦ　ｐｏｗｅｒ：４００Ｗ
である。Ｃｌ_２とＯ_２のガス系によるエッチングでは、酸化膜に対するポリシリコン膜のエッチングレート比が約１０程度と大きい。そのため、下層酸化膜のエッチングを最小限に抑えることができる。又、Ｃｌ_２とＯ_２のガス系でのガス流量比１：１によるエッチングでは、ＣＦ_４とＯ_２のガス流量比１：１でのエッチングと同様に、レジスト後退によるポリシリコン膜の低テーパエッチングが行われる。それと共に、堆積性反応生成物としてのＳｉＣｌｘＯｙの生成により上層酸化膜／ポリシリコン膜の２層構造膜の側壁へサイドウォールを形成しやすい作用がある。従って、ポリシリコン膜のテーパ化が進行すると共に、上層酸化膜／ポリシリコン膜２層構造膜のサイドエッチングが防止されることになる。また、上層酸化膜／ポリシリコン膜の２層構造膜のテーパ形状を維持しつつ下層酸化膜のエッチング量を最小限に抑制することができる。
【００７４】
上記のポリシリコン膜がエッチングされ下層酸化膜が露出する時期についての作用を以下に述べる。ガラス基板内において、エッチングの進行の早い部分でポリシリコン膜がエッチングされ下層酸化膜が露出する時点では、エッチングの進行の遅い部分では未だポリシリコン膜のエッチングが進行している段階である。この時点でＣｌ_２とＯ_２のガス系に切り替えることにより、前述の通りエッチングの進行の遅い部分におけるポリシリコン膜の進行方向（基板に垂直な方向）のエッチングでは、それ迄のＣＦ_４とＯ_２のエッチング条件と同様に、レジスト後退によるポリシリコン膜の低テーパエッチングが行われる。それと共に、既にエッチングされている上層酸化膜／ポリシリコン膜の２層構造膜には、エッチング側壁面にエッチング生成物であるサイドウォールが堆積する。上記の作用として、進行方向（基板に垂直な方向）のエッチングについては反応性イオンエッチングにおける加速イオン成分によるエッチングが行われる。既にエッチングされたエッチング側壁面については、エッチング生成物が堆積されることにより反応性イオンエッチングにおけるラジカル成分によるサイドエッチングを防止する。
【００７５】
又、Ｃｌ_２とＯ_２のガス系によるエッチングにおいては、エッチング生成物形成によってそれ迄のＣＦ_４とＯ_２のエッチング条件で形成した４５°＜θ_０＜６０°のテーパ角度よりさらにテーパ角度が減少すると考えられる。なぜならば、Ｃｌ_２とＯ_２のガス系によるエッチングにおいてはエッチング生成物がほぼ一様に堆積し、引き続き反応性イオンの入射によりエッチング表面の堆積物はエッチングされ、被エッチング物が露出するとエッチングが進む。ところが、垂直に入射するイオンは、レジスト及び上層酸化膜／ポリシリコン膜２層構造膜側壁部のエッチング生成物が厚い為に全てをエッチングすることができない。そのため、側壁にはエッチング生成物が残留する。従って、入射するイオンから見るとエッチング生成物の存在により、あたかも２層構造膜の幅が広がった状態と等しくなり、エッチングはエッチング生成物の下端部から進む。このようにしてエッチング生成物が堆積し、レジストの幅がエッチングの進行と共に２層構造膜のすその方から広がることによりテーパが形成される。
【００７６】
また、Ｃｌ_２とＯ_２の流量比１：１のガス系においては、サイドウォ−ルの端部から進むエッチングの角度についても４５°＜θ_０＜６０°のテーパ角度を持っている。そのため、テーパ角度が前記のパターン幅広がりの効果によるテーパ角度からさらに減少すると考えられる。上記の反応メカニズムの為に、エッチング進行が早い部分においては、それ迄のＣＦ_４とＯ_２のエッチング条件で形成した４５°＜θ_０＜６０°のテーパ角度がエッチング生成物によるサイドウォール堆積により維持される。すなわち、そのテーパ角をθとすると、４５°＜θ＜６０°となる。エッチング進行が遅い部分においては、ポリシリコン膜と下層酸化膜の界面部分のポリシリコン膜（Ｃｌ_２とＯ_２のガス系でエッチングされたポリシリコン膜）はそれ迄のＣＦ_４とＯ_２のエッチング条件で形成した４５°＜θ_０＜６０°のテーパ角度よりさらにテーパ角度が減少する。そして、その部分のポリシリコン膜のテーパ角度は１０°程度まで減少すると考えられる。従って、ポリシリコン膜のテーパ角をγとすると、ガラス基板内のエッチング進行具合の分布により、基板全体では１０°＜γ＜６０°と幅をもった角度となる。
【００７７】
次に、本発明におけるアイランド部分のパターン形成において、上層酸化膜／ポリシリコン膜の２層構造膜を反応性イオンエッチングによりテーパ形状にすることにより、パターン精度に及ぼす影響について以下に説明する。
【００７８】
ＣＦ_４＋Ｏ_２のガス比１：１の反応性イオンエッチング条件でのレジストのエッチング速度１４０ｎｍ／ｍｉｎは、エッチングの垂直方向のエッチング速度を表したものである。ここで、横方向のエッチング速度が垂直方向の２／３程度であると推定する。そのとき、上層酸化膜／ポリシリコン膜の２層構造膜をＣＦ_４＋Ｏ_２ガス１：１のエッチング条件で全てエッチングした場合のレジストの横方向後退量は、各膜エッチング速度から算出すると、およそ０．２７μｍと見積もられる。よって、上層酸化膜／ポリシリコン膜の２層構造膜を垂直にエッチングした場合のパターン精度は同じく０．２７μｍである。
【００７９】
ここで、上層酸化膜／ポリシリコン膜のエッチング加工テーパ角が６０°の場合、パターン後退量は、およそ０．２３μｍと見積もられる。従って、上層酸化膜／ポリシリコン膜の２層構造膜を反応性イオンエッチングにより６０°以下のテーパ形状にすることにより、パターン精度を少なくとも０．２３μｍ以内に制御することができる。
【００８０】
本発明におけるＣＦ_２とＯ_４とのガス流量比についてはガス流量比１：１としており、Ｏ_２ガス流量比をさらに多くすればテーパ角のさらなる低減が見込めると考えられる。しかし、その場合はポリシリコンエッチング速度の減少により、エッチング時間が大幅に増加する。そして、レジストエッチング速度の増加による寸法制御性の悪化を引き起こすことになる。そのため、ＣＦ_４とＯ_２とのガス流量比１：１が妥当と考えられる。
【００８１】
本発明におけるポリシリコン膜は、エキシマレーザ結晶化法を用いることにより、単結晶シリコンやアモルファスシリコンとは膜の結晶性が異なり、表面が凹凸の激しい膜となっている。この場合ＣＦ_４とＯ_２のガス流量比が４：１のアイランドエッチング条件において、上述したエッチング特性によりエッチング加工側面は垂直形状の部分だけでなく逆テーパ形状部分も混在することになる。それは以下の理由による。表面形状が凸（突き出た）部においてはエッチングするポリシリコン膜の膜厚が厚いので、エッチングする時間が長い。一方、凹部はポリシリコン膜の膜厚が薄くエッチングが早く終了するので、ポリシリコン膜のエッチング終了後、凸部のエッチングが終了する迄の間に横方向にエッチングが進行していく。そのために垂直形状と逆テーパ形状との混在が起きる。上記の表面モフォロジー及びアイランド形状の悪化により、アイランド上に成膜されるゲート酸化膜及びゲートＣｒ電極において、アイランド側壁部分の膜厚が、凹凸のない部分の側面の場合に比べてさらに薄くなる。そのために、アイランド側壁部におけるゲート酸化膜及びゲートＣｒ電極への応力集中がさらに激しくなる。そして、アイランド段越え部分でのゲート断線の発生がさらに増加することになる。
【００８２】
それに対してＣＦ_４とＯ_２のガス流量比が１：１のアイランドエッチングにおいては、酸化膜とポリシリコン膜がほぼ同じエッチング速度であり上部酸化膜が突き出ることなくほぼ均等にエッチングされる。それにより、被エッチング物表面の凹凸により下層の酸化膜に凹凸が生じることがあってもテーパ角が悪化することはない。すなわち、アイランド上に成膜されるゲート酸化膜及びゲートＣｒ電極においてアイランド側壁部分の膜厚が薄くなることはない。従って、アイランド段越え部分でのゲート断線が発生することはない。よって、本発明の実施形態におけるレーザ結晶化されたポリシリコン膜のように表面に凹凸の激しい膜の場合においても、上層酸化膜／ポリシリコン膜の２層構造膜のテーパ形状化がアイランド段越え部分でのゲート断線防止に効果がある。２層構造膜の膜厚については、所定の誤差範囲で、各々上層酸化膜＝１０ｎｍ、ポリシリコン膜＝６０ｎｍとすることが好ましい。すなわち、上層酸化膜の膜厚：ポリシリコン膜の膜厚は、概ね１：６である。上層酸化膜膜厚を１０ｎｍより厚く、又は、ポリシリコン膜を６０ｎｍより厚くするとアイランドエッチングばらつきの増大による寸法制御性の悪化や、ＴＦＴのＯＦＦ特性の悪化を招くことになるからである。
【００８３】
次に、ゲート電極材料としてＣｒ膜に代表される高融点金属とμｃ−Ｓｉ膜の２層積層膜を用いる場合の作用及び本発明による利点について述べる。
【００８４】
Ｃｒ膜に代表される高融点金属は一般に低抵抗材料であり、又電気的に安定で耐腐食性のあるシリサイド膜を形成しやすいという利点がある。ゲート材料としての高融点金属としては、Ｃｒの他にＷ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｔａ乃至そのシリサイド膜が用いられる。さらに、ゲート電極のしきい値制御性、安定化の観点からＣｒ膜と絶縁酸化膜の間にμｃ−Ｓｉ膜を介在させて仕事関数をシリコン膜に近づけることが電気特性上好ましい。しかしながら、高融点金属は膜組織が柱状（針状）であり堅く脆い上に酸化しやすいという性質がある為に、厚く堆積させると膜剥がれやクラックを生じさせやすいという欠点がある。尤も高融点金属の中にはＡｌやＣｕ等の延性、展性に富んでおりクラックを生じにくい金属も存在する。しかし、反面エッチング加工性や耐腐食性に乏しいという問題がありゲート材料として使いにくいという難点がある。このように、柱状構造のＣｒ等の高融点金属をゲート材料として用いる場合、本発明におけるアイランド部のように上層酸化膜／ポリシリコン膜の２層構造膜のテーパ形状化を用いることによってゲート電極の機械的強度に対する脆弱性がもたらすクラックの発生を防止することができる。
【００８５】
本実施形態においてはゲート電極はＣｒ／μｃ−Ｓｉの積層構造を用いているが、トランジスタのしきい値制御性がさほど要求されない場合においては、ゲート電極をＣｒ膜等高融点金属の単層構造としても良い。この場合、２層構造の場合に比して成膜工程が簡略化されることにより、製造工程の短縮化がはかれるという利点がある。又、ゲート電極をＣｒ膜とμｃ−Ｓｉ膜の２層構造膜とした場合、μｃ−Ｓｉ膜を成膜後Ｃｒ膜を成膜する間にμｃ−Ｓｉ膜の表面に数ｎｍ程度の膜厚で自然酸化膜が成膜される。自然酸化膜はゲート電極の導通性及び密着性を悪化させる為に希ＨＦ溶液により除去する必要があり、工程の煩雑さを招く。この自然酸化膜成膜を防止する為には、μｃ−Ｓｉ膜を成膜後直ちにＣｒ膜を成膜する必要があり、装置運用上の制約をもたらすことになる。以上の理由により、ゲート電極を高融点金属の単層構造とすることは、製造工程上の負荷を低減するという観点からは利点があるといえる。
【００８６】
以上述べたように、本発明内容により、アイランド部の２層膜においてアイランド部の上層酸化膜のテーパ角を４５＜θ＜６０°、ポリシリコン層のテーパ角を１０°＜γ＜６０°に制御する。これにより、アイランド部分形成後のゲート酸化膜及びゲートＣｒ／μｃ−Ｓｉ電極のステップカバレッジが向上する。これによりアイランド段越え部分でのゲート断線の発生を防止することができる。又、本内容よりアイランド部分の下層酸化膜のエッチングを防止することができる為、アイランド部の下層酸化膜の掘り込みやサイドエッチングによるゲート酸化膜のカバレッジ不良、ゲート電極の断線等を防止することができる。
【００８７】
また、Ｃｒ等の柱状構造の高融点金属をゲート材料として用いる場合には、本発明におけるアイランド部の下層酸化膜／ポリシリコン膜の２層構造膜のテーパ形状化を用いることによってゲート電極の機械的強度に対する脆弱性がもたらすクラックの発生を防止することができる。
【００８８】
さらに、本実施形態におけるレーザ結晶化されたポリシリコン膜のような表面凹凸の激しい膜の場合においては、表面の平坦な単結晶シリコン膜やアモルファスシリコン膜と比較して上層酸化膜／ポリシリコン膜の２層構造膜のテーパ形状化がアイランド段越え部分でのゲート断線防止に更に効果的である。
【００８９】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の薄膜トランジスタの製造方法に適用した、本発明の積層膜パターンの形成方法の第２の実施の形態を説明する。
【００９０】
図７は、反応性イオンエッチングにおける投入電力とエッチング速度又は選択比との関係を示すグラフである。縦軸は酸化膜、ポリシリコン膜、レジスト及びそれらの組み合わせのエッチング速度、又は、選択比である。横軸はエッチングにおける投入電力である。ただし、［白丸：○、アスタリスク：＊、ばつ：×］は、エッチング速度、［黒ひし形：◆、黒三角：▲］は選択比を示す。
【００９１】
第１の実施の形態と同様、フォトレジストをエッチングマスクとして、ＣＦ_４とＯ_２のガス系にて上層酸化膜とポリシリコン膜を下層酸化膜が露出する時点まで反応性イオンエッチングする。このとき第２の実施の形態においてはエッチング条件を、ＣＦ_４とＯ_２とのガス流量比は１：１、ガス総流量は２００ｓｃｃｍ、ガス圧力は２０Ｐａとし、ＲＦ出力（投入電力）を３００ｗから５００ｗまで変化させる。この条件にてエッチングすることにより、５００Ｗでのポリシリコン膜のエッチング速度（４２ｎｍ／ｍｉｎ＝４２０Å／ｍｉｎ）は、３００Ｗでのそれ（２２ｎｍ／ｍｉｎ＝２２０Å／ｍｉｎ）と比較して約２倍となる。このとき、下層酸化膜との選択比の変化はほとんど無く（＝約１）、フォトレジストとの選択比の変化もほとんど無い（＝約６）。そのため、アイランド部の上層酸化膜のテーパ角を４５＜θ＜６０°、ポリシリコン層のテーパ角を１０＜γ＜６０°に制御したまま、エッチング時間を短縮することができる。そして、エッチング処理枚数の増加により装置の処理能力を向上させることができる。また、エッチング速度が上昇することによって、エッチングの終点検出に利用している、プラズマ発光強度の変化の割合を大きくすることができるため、より確実な終点検出が行えるという利点がある。
【００９２】
下層酸化膜が露出した時点からは、第１の実施の形態と同様、エッチングガスをＣｌ_２とＯ_２のガス系に切り替えることによって、下層酸化膜のエッチング量を最小限にとどめ、ポリシリコン膜のサイドエッチングも抑制することができる。そのため、ＣＦ_４とＯ_２のガス系にて加工したテーパ形状を維持することができる。従って、アイランド部分形成後のゲート酸化膜及び配線のステップカバレッジが向上し、それによりアイランド段越え部分でのゲート断線の発生を防止することができる。
【００９３】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の積層膜パターンの形成方法及び薄膜トランジスタにおける第３の実施の形態について説明する。
【００９４】
まず、本発明の積層膜パターンの形成方法及び薄膜トランジスタにおける第３の実施の形態の構成について説明する。図８は、本発明の積層膜パターンの形成方法及び薄膜トランジスタにおける第３の実施の形態を適用した液晶ライトバルブの構成を示す断面図である。液晶ライトバルブ７００は、ＴＦＴアレイ基板７７０と、対向基板７７１と、液晶７８０とを具備する。
【００９５】
ＴＦＴアレイ基板７７０は、マトリックス上に配列された複数の薄膜トランジスタと、薄膜トランジスタによりオン又はオフされる複数の画素電極を有する。対向基板７７１は、ＴＦＴアレイ基板の複数の画素電極に対向する共通の対向電極を有する。液晶７８０は、ＴＦＴアレイ基板７７０と対向基板７７１との間に挟まれて保持されている。なお、図８は液晶ライトバルブ７００の遮光に関する概念を説明するための断面図であり、構成要素を一部省略してあり、寸法膜厚の関係など、現実のものとは異なっている。
【００９６】
上記の第１及び第２の実施の形態では、ガラス基板上の絶縁層上に設けられた薄膜トランジスタに、本発明の積層膜パターンの形成方法及び薄膜トランジスタを適用している。しかし、本実施の形態では、薄膜トランジスタの下層に更に導電層を有する液晶ライトバルブ７００を一例として説明する。ここで、導電層は、薄膜トランジスタを応用するデバイスに依り、薄膜トランジスタに必要とされる特性を満足するために、薄膜トランジスタの下層に設けられる。
【００９７】
ＴＦＴアレイ基板７７０は、透光性基板７０１、第１下地絶縁膜７２１、遮光膜７２０、第２下地絶縁膜７２２、多結晶シリコン膜７３０、酸化シリコン膜７０４、ゲート絶縁膜７０５、複数のゲート線７０７、第１の層間絶縁７０８、複数のデータ線７２４、第２層間絶縁膜７０９、平坦化膜７０６、複数の画素電極７１２を備える。
【００９８】
透光性基板７０１は、ガラスのような絶縁性を持ち光を透過する材料で形成されている。
【００９９】
第１下地絶縁膜７２１は、透光性基板７０１の表面を覆うように設けられている。例えばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法のような方法で形成される。透光性基板７０１に含まれる重金属の拡散を防止する。ここでは、３００ｎｍの膜厚を有する酸化シリコン膜である。
【０１００】
遮光膜７２０は、第１下地絶縁膜７２１上の薄膜トランジスタが形成される位置に対応して設けられる。導電性を有する。例えばスパッタ法のような方法で成膜された膜をパターンニングされ形成される。薄膜トランジスタの特性を向上させる。ここでは、１７５ｎｍの膜厚を有するタングステンシリサイド膜である。ただし、遮光膜７２０は、タングステンシリサイド膜と、その上に積層されたアモルファスシリコン膜との２層構造にすることも可能である。又は、タングステンシリサイド膜と、酸化シリコン膜を介してその上に積層されたアモルファスシリコン膜との３層構造にすることも可能である。その選択は、必要とする性能によって決定する。
【０１０１】
第２下地絶縁膜７２２は、第１下地絶縁膜７２１及び遮光膜７２０を覆うように設けられている。例えばＣＤＶ法のような方法で形成される。遮光膜７２０と薄膜トランジスタとを絶縁する。ここでは、２５０ｎｍの膜厚を有する酸化シリコン膜である。ただし、第２下地絶縁膜７２２の膜厚は、遮光膜７２０と薄膜トランジスタの多結晶シリコン膜７３０との距離を規定する。そのため、遮光特性に対して重要な意味をもっている。従って、所望の薄膜トランジスタの性能に応じて１００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲で選択する。さらに望ましくは、１５０ｎｍ〜３００ｎｍの範囲で選択する。
【０１０２】
多結晶シリコン膜７３０は、第２下地絶縁膜７２２上の遮光膜７２０が形成される位置に対応して、行列状に設けられている。例えばＬＰＣＶＤ（Ｌｏｗ　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ＣＶＤ）法やＰＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ　Ｅｎｈａｎｃｅｄ　ＣＶＤ）法のような方法で形成されたアモルファス・シリコン膜を、レーザ・アニール法のような方法により結晶化させ、それをパターンニングされ形成される。薄膜トランジスタの活性層として機能する。ここでは、６０ｎｍの膜厚を有する多結晶シリコン膜である。
【０１０３】
多結晶シリコン膜７３０は、高濃度に不純物をドープされたソース領域７３１ａ及びドレイン領域７３１ｂ、低濃度に不純物をドープされたＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ　Ｄｏｐｅｄ　Ｄｒａｉｎ）領域７３２ａ及び７３２ｂ、不純物をドーピングされていないチャネル領域７３３を含む。
【０１０４】
酸化シリコン膜７０４は、多結晶シリコン膜７３０上に設けられており、絶縁性を有する。例えばＣＤＶ法のような方法で、アモルファス・シリコン膜に続いて連続的に形成され、アモルファス・シリコン膜の結晶化後、多結晶シリコン膜と共にパターンニングされ形成される。多結晶シリコン膜７３０（アモルファス・シリコン膜）の表面を保護する。ここでは、１０ｎｍの膜厚を有する酸化シリコン膜である。
【０１０５】
ここで、多結晶シリコン膜７３０及び酸化シリコン膜７０４のパターンニングにより、多結晶シリコン膜７３０端部及び酸化シリコン膜７０４の断面形状のテーパー角は、４０゜〜６０゜の範囲となる。図８では一断面のみを示しているが、多結晶シリコン膜７３０及び酸化シリコン膜７０４の全周囲にテーパー角が形成される。
【０１０６】
ゲート絶縁膜７０５は、第２下地絶縁膜７２２、多結晶シリコン膜７３０及び酸化シリコン膜７０４を覆うように設けられている。例えばＣＶＤ法のような方法で形成される。薄膜トランジスタのゲート絶縁膜となる。ここでは、９０ｎｍの膜厚を有する酸化シリコン膜である。
【０１０７】
ここでは、アモルファスシリコン膜と酸化シリコン膜（７０４）の積層膜に対してレーザ・アニールを行い、酸化シリコン膜７０４をそのままゲート絶縁膜の一部として使用している。しかし、アモルファスシリコン膜に対して直接レーザーアニールを行い、酸化シリコン膜７０４を設けずにゲート絶縁膜７０５を形成することも可能である。この場合、酸化シリコン膜７０４を形成する工程を削減できる。又は、アモルファスシリコン膜と酸化シリコン膜（７０４）の積層膜に対してレーザ・アニールを行い、一旦、酸化シリコン膜７０４をウエットエッチングで除去した後、ゲート絶縁膜７０５を形成することも可能である。この場合、レーザ・アニールの影響を受けた酸化シリコン膜７０４を用いなくて済む。いずれの場合にも、ゲート絶縁膜７０５の膜厚を１００ｎｍとする。
【０１０８】
ゲート線７０７は、ゲート絶縁膜７０５上に多結晶シリコン膜７３０にクロスオーバーするように、チャネル領域７３３に対応して設けられており、導電性を有する。例えばＣＶＤ法やスパッタ法のような方法で形成した導電膜を、パターンニングして形成される。薄膜トランジスタをオン／オフ（選択）する信号を供給する。ここでは、不純物のドープされた１００ｎｍ厚の多結晶シリコン膜と、その上に積層された１５０ｎｍ厚のタングステンシリサイド膜とを有する２層構造である。
【０１０９】
第１層間絶縁膜７０８は、ゲート絶縁膜７０５及びゲート線７０７を覆うように設けられている。例えばＣＶＤ法のような方法で形成される。ゲート線７０７とデータ線とを絶縁する。ここでは、４００ｎｍの膜厚を有する酸化シリコン膜である。
【０１１０】
データ線７２４は、第１層間絶縁膜７０８上に、多結晶シリコン膜７３０のソース領域７３１ａと電気的に接続するように設けられており、導電性を有する。例えばソース領域７３１ａ上部の酸化シリコン膜７０４とゲート絶縁膜７０５と第１層間絶縁膜７０８とを選択的に除去してコンタクト孔７１３を形成し、コンタクト孔７１３を埋め且つ第１層間絶縁膜７０８を覆うようにスパッタ法のような方法で導電膜を成膜し、それがパターンニングされ形成される。薄膜トランジスタにデータ信号を供給する。ここでは、４００ｎｍの膜厚を有するアルミニウム膜である。
【０１１１】
第２層間絶縁膜７０９は、第１層間絶縁膜７０８及びデータ線７２４を覆うように設けられている。例えばＣＶＤ法のような方法で形成される。データ線７２４と画素電極７１２とを絶縁する。ここでは、４００ｎｍの膜厚を有する酸化シリコン膜である。
【０１１２】
平坦化膜７０６は、第２層間絶縁膜７０９を覆うように設けられており、絶縁性を有する。例えば、有機塗布膜をスピンコート法で塗布し、加熱して硬化して形成する。第２層間絶縁膜７０９の表面の凹凸をなだらかにする。ここでは、有機膜である。
【０１１３】
画素電極７１２は、平坦化膜７０６上に、多結晶シリコン膜７３０のドレイン領域７３１ｂと電気的に接続するように設けられており、導電性を有する。例えばドレイン領域７３１ｂ上部の酸化シリコン膜７０４、ゲート絶縁膜７０５、第１層間絶縁膜７０８、第２層間絶縁膜７０９及び平坦化膜７０６を選択的に除去してコンタクト孔７１４を形成し、コンタクト孔７１４の側面及び平坦化膜７０６を覆うようにスパッタ法のような方法で導電膜を成膜し、それがパターンニングされ形成される。薄膜トランジスタのオン時に、データ信号を供給される。ここでは、１００ｎｍの膜厚を有するＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　Ｏｘｉｄｅ）膜である。
【０１１４】
ここでは、第２層間絶縁膜７０９の上に有機塗布膜による平坦化膜７０６を形成して、凹凸を滑らかにした後、画素電極７１２となるＩＴＯ膜を成膜している。しかし、平坦化の手段はこれに限らずＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ）を用いることも可能である。この場合、平坦性の精度が向上する。また、平坦化の手段を用いずに第２層間絶縁膜７０９の上に直接ＩＴＯ膜を成膜することも可能である。その場合、平坦化膜７０６を形成する工程を削減できる。各方法は、所望の特性に応じて選択可能である。
【０１１５】
また、第２層間絶縁膜７０９の上に遮光性の膜により、ブラックマトリクスを形成することもできる。その場合にはさらに層間絶縁膜を介して上部の構造（ＩＴＯ膜等）を形成することになる。平坦化手段との組み合わせることも可能である。
【０１１６】
対向基板７７１は、透光性基板７５０、ブラックマトリクス７５１、対向電極７５２を具備する。
【０１１７】
透光性基板７５０は、ガラスのような絶縁性を持ち光を透過する材料で形成されている。
【０１１８】
ブラックマトリクス７５１は、透光性基板７５０上に升目状に設けられている。遮光性を有する膜である。例えばスパッタ法のような方法で形成される。
【０１１９】
対向電極７５２は、画素電極７１２に対向する位置に、ＴＦＴアレイ基板７７０の全画素に共通して設けられ、一定の電位に保たれている。導電性を有する。例えばスパッタ法のような方法で成膜された膜をパターンニングされ形成される。
【０１２０】
液晶７８０は、ＴＦＴアレイ基板７７０と対向基板７７１との間に挟まれて保持されている。画素電極７１２と対向電極７５２とに印加される電圧の大きさに対応して、その分子の配列を変化させ、その度合いにより階調を制御する。
【０１２１】
次に、図８の液晶ライトバルブ７００の製造方法について説明する。図８〜図１０は、本発明の積層膜パターンの形成方法及び薄膜トランジスタにおける第３の実施の形態を適用した液晶ライトバルブ７００の製造方法を示すフロー図である。ここで述べる製造方法は本発明の実施の形態の一例であって、本発明の本質に関わる以外の部分の膜厚等の寸法や構造、手順等は本発明に制限を加えるものではない。
【０１２２】
まず、図９を参照して、一般的なＣＶＤ法により、透光性基板７０１の表面全体を覆うように第１下地絶縁膜７２１として３００ｎｍ厚の酸化シリコン膜を堆積する。次に、スパッタ法により第１下地絶縁膜７２１を覆うように１７５ｎｍ厚のタングステンシリサイド膜７２０ａを形成する（図９（ａ））。
【０１２３】
続いて、一般的なフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、そのタングステンシリサイド膜７２０ａをパターン化することにより、遮光膜７２０を形成する（図９（ｂ））。
【０１２４】
その後、ＣＶＤ法により、遮光膜７２０と第１下地絶縁膜７２１とを覆うように、第２下地絶縁膜７２２として２５０ｎｍ厚の酸化シリコン膜を堆積する。次に、ＬＰＣＶＤ法により、第２下地絶縁膜７２２を覆うように、６０ｎｍ厚のアモルファス・シリコン膜７３０ａを堆積する。続いて、ＣＶＤ法により、１０ｎｍ厚の酸化シリコン膜７０４ａを堆積する。その後、そのアモルファス・シリコン膜７３０ａをレーザ・アニール法により結晶化させる（図９（ｃ））。
【０１２５】
次に、酸化シリコン膜７０４とその結晶化した膜をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術によりパターン化する。こうして、薄膜トランジスタの活性層として機能する複数の多結晶シリコン膜７３０と、酸化シリコン膜７０４とを形成する（図９（ｄ））。
【０１２６】
ここでのエッチング条件は、ＣＦ_４＋Ｏ_２のトータル流量を２００ｓｃｃｍ、圧力を２０Ｐａに制御して、投入電力密度を０．３Ｗ／ｃｍ^２とし、ＣＦ_４とＯ_２との流量比を１１５：８５とする。それにより、多結晶シリコン膜７３０端部の断面形状のテーパー角が４０゜未満と成る部分を実質的に排除できる。そして、テーパー角４０゜〜６０゜の範囲とすることができる。
【０１２７】
次に、図１０を参照して、ＣＶＤ法により、第２下地絶縁膜７２２、多結晶シリコン膜７３０及び酸化シリコン膜７０４を覆うように、ゲート絶縁膜７０５として９０ｎｍ厚の酸化シリコン膜を堆積する（図１０（ａ））。
【０１２８】
続いて、ＣＶＤ法により、ゲート絶縁膜７０５を覆うように不純物のドープされた１００ｎｍ厚の多結晶シリコン膜（図示せず）を堆積する。更に、スパッタ法により、その多結晶シリコン膜を覆うように１５０ｎｍ厚のタングステンシリサイド膜（図示せず）を堆積する。その後、それらの膜をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術によりパターン化して、多結晶シリコン膜７３０にクロスオーバーする複数のゲート線７０７を形成する（図１０（ｂ））。
【０１２９】
続いて、ゲート線７０７の各々をマスクに使用して、イオン照射法により、多結晶シリコン膜７３０の所定の位置（ソース領域７３１ａ、ＬＤＤ領域７３２ａ、７３２ｂ及びドレイン領域７３１ｂとなる部分）に低濃度の不純物を選択的にドープする。さらに、パターン化されたフォトレジスト膜（図示せず）をマスクとして、多結晶シリコン膜７３０の所定の位置（ソース領域７３１ａ及びドレイン領域７３１ｂとなる部分）に高濃度の不純物を選択的にドープする。こうして、多結晶シリコン膜７３０にソース領域７３１ａ、ＬＤＤ領域７３２ａ及び７３２ｂ、チャネル領域７３３及びドレイン領域７３１ｂが形成される（図１０（ｃ））。
【０１３０】
次に、ＣＶＤ法により、ゲート線７０７及びゲート絶縁膜７０５を覆うように、第１の層間絶縁７０８としての４００ｎｍ厚の酸化シリコン膜を形成する。その後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により第１層間絶縁膜７０８、ゲート絶縁膜７０５及び酸化シリコン膜７０４を選択的に除去し、ソース領域７３１ａを露出するコンタクト孔７１３を形成する。続いて、スパッタ法により、第１層間絶縁膜７０８を覆うように４００ｎｍ厚のアルミニウム膜（図示せず）を形成する。そして、そのアルミニウム膜をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術によりパターン化して複数のデータ線７２４を形成する。データ線７２４は、コンタクト孔７１３の内部にも形成されて、ソース領域７３１ａに電気的に接続される。
【０１３１】
続いて、ＣＶＤ法により、データ線７２４及び第１層間絶縁膜７０８を覆うように第２層間絶縁膜７０９としての４００ｎｍ厚の酸化シリコン膜を形成する。次に、スピンコート及び加熱硬化により、第２層間絶縁膜７０９を覆うように平坦化膜７０６を形成する。続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、平坦化膜７０６、第２層間絶縁膜７０９、第１層間絶縁膜７０８、ゲート絶縁膜７０５及び酸化シリコン膜７０４を選択的に除去し、ドレイン領域７３１ｂを露出するコンタクト孔７１４を形成する。その後、スパッタ法により、平坦化膜７０６を覆うように１００ｎｍ厚のＩＴＯ膜（図示せず）を形成し、そのＩＴＯ膜をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術によりパターン化して複数の画素電極７１２を形成する。画素電極７１２は、コンタクト孔７１４の内部にも形成されて、ドレイン領域７３１ｂに電気的に接続される。上記の工程により、図８のＴＦＴアレイ基板７７０が得られる。
【０１３２】
次に、スパッタ法により、別の透光性基板７５０を覆うように、遮光性膜（図示せず）を形成し、その遮光性膜をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術によりパターン化して複数のブラックマトリクス７５１を形成する。次に、スパッタ法により、別の透光性基板７５０とブラックマトリクス７５１とを覆うようにＩＴＯ膜（図示せず）を形成し、そのＩＴＯ膜をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術によりパターン化して複数の対向電極７５２を形成する。この工程により、図８の対向基板７７１が得られる。
【０１３３】
そして、ＴＦＴアレイ基板７７０と対向基板７７１とを貼り合わせて、その間隙に液晶７８０を充填して、図８の液晶ライトバルブ７００が完成する。
【０１３４】
次に、薄膜トランジスタに対する光の影響を抑制する方法について、以下に詳細に説明する。
【０１３５】
図８において、光源（図示せず）からの光は、図の上方の対向基板７７１側の開口部７７２ａから入射する。その後、図の下方のＴＦＴアレイ基板７７０側へ向い、開口部７７２ｂを透過する。そして、拡大投射光学系（図示せず）によってスクリーンに投射される。入射側の光は、図８では金属薄膜等からなる遮光性のブラックマトリクス７５１やデータ線７２４でさえぎられる。図示していないが、その他の金属配線層や画素蓄積容量を形成する層のような非透光性の層を用いて遮光構造を構成することも可能である。一方、出射側からも拡大投射光学系の部材で反射された光（以下、「侵入光」ともいう）が侵入してくる。これは、薄膜トランジスタの下層に配置した遮光膜７２０でさえぎられる。図８では、遮光膜７２０は一層の単層膜であるが、場合によっては２層以上を組み合わせたり、異種材料を積層した層で構成することも可能である。
【０１３６】
侵入光は複雑な系を経て入射してくるので、入射角度分布に広がりをもっている。侵入光が薄膜トランジスタに達することを抑制するために、特に、斜めの浅い角度で入射してくる侵入光をさえぎるには、次のような方法が効果的である。第１の方法は、遮光膜７２０の面積を大きくする。第２の方法は、遮光膜７２０を多結晶シリコン膜７３０に接近させる。これらの方法は、出射側に対して、多結晶シリコン膜７３０下面を遮光膜７２０との間隙から見通せる角度を小さくすることができる。それにより、侵入光が薄膜トランジスタに達することを抑制することが可能となる。
【０１３７】
しかし、遮光膜７２０の面積を大きくすることは、開口部７７２をさえぎることになり、液晶ライトバルブ７００の透過率（開口率）を低下させる。そのため、第２の方法には限度がある。したがって、ある程度以上の効果は、第１の方法である遮光膜７２０の多結晶シリコン膜７３０への接近を適用する。
【０１３８】
遮光膜７２０と多結晶シリコン膜７３０との間隔、すなわち第１の下地絶縁層７２１の厚さは、上記効果を奏するために約１μｍ以下に設定される。より遮光を効果的にするには、特願２００２−２２６０５４に記載があるように、第１の下地絶縁層７２１の厚さを１００ｎｍ〜５００ｎｍにすることが好ましい。さらに好ましくは１５０ｎｍ〜３００ｎｍである。
【０１３９】
遮光膜７２０は、光をさえぎる必要があるので、通常、導電性を有する材料で形成される。遮光膜７２０を絶縁性の透光性基板７０１と絶縁性の第１下地絶縁膜７２１との中に孤立させた場合、遮光膜７２０の電位が定まらない。そのため、外部から何らかの電圧を加えて電位を制御する構造（図示せず）を設ける。与える電位は一定でも良い。その場合、電位制御が容易である。与える電位は、ディスプレイの動作に応じて変化する電圧でも良い。その場合、より安定的に動作させることができる。
【０１４０】
ただし、遮光の効果を高めるために遮光膜７２０を多結晶シリコン膜７３０下面に接近させていった場合、遮光膜７２０の電位による電界が多結晶シリコン膜７３０に作用してしまう。そのため、遮光膜７２０が擬似的にゲート電極ような働きをして、薄膜トランジスタの動作に影響を与えることがある。上記の第１の下地絶縁層７２１の厚さの下限は、主にこの理由から設定される。
【０１４１】
実際に遮光膜７２０と多結晶シリコン膜７３０との間の第１下地絶縁膜７２１を２５０ｎｍ厚の厚さの酸化シリコンで形成し、第１の実施の形態の製法に倣って多結晶シリコン膜７３０を形成して、液晶ライトバルブ７００を製作した。そして、その液晶ライトバルブ７００を動作させたところ、白点欠陥が発生した。このときの液晶の動作はノーマリーホワイトであり、電圧を印加した画素が黒く表示される。白点欠陥とは、電圧が印加されていないか、印加された電圧が保持されていないかを示す。
【０１４２】
白点欠陥の原因調査を行ったところ、遮光膜７２０に加える電圧によってその明るさが変化することがわかった。また、多結晶シリコン膜７３０のエッチング条件を変えて製作した液晶ライトバルブ７００で同様な調査を行ったところ、遮光膜７２０の電圧範囲によっては白点欠陥の出ない場合があり、その電圧範囲が多結晶シリコン膜７３０のエッチング条件と相関があることが判明した。ただし、白点欠陥の原因には、ここで対象とするモード以外にも、他の複数のモードが発生し得る。しかし、本明細書の中では特に断りなく、「白点欠陥」と記述した場合には、遮光膜７２０に与える電位に依存して明るさが変化するモードのみを指すこととする。
【０１４３】
次に、多結晶シリコン膜７３０のエッチング条件と白点欠陥の発生と遮光膜７２０に加える電圧との関係について説明する。図１１は、白点欠陥が発生しない多結晶シリコン膜のエッチング条件と遮光膜に加える電圧との関係を示すグラフである。縦軸は、遮光膜７２０に加える電圧（Ｖ_{ＳＨＩＥＬＤ}）、横軸は、エッチング条件の異なるサンプル名を示す。
【０１４４】
多結晶シリコン膜７３０は、レーザー・アニール法で結晶化したポリシリコン膜と酸化シリコン膜とを積層し、それらをフォトレジストパターンによってアイランド（島）状にエッチング加工して得られる。サンプルＡ−１及びＡ−２は、酸化シリコン膜及とポリシリコン膜とを連続してエッチングする際、エッチングガスのＣＦ_４とＯ_２の流量比を１００：１００に設定して製作している。サンプルＢ−１及びＢ−２は、ＣＦ_４とＯ_２の流量比を１１５：８５に設定して製作している。ドライエッチングの基本条件は、ＣＦ_４＋Ｏ_２のトータル流量：２００ｓｃｃｍ、圧力：２０Ｐａ、投入電力密度：０．３Ｗ／ｃｍ^２である。
【０１４５】
図１１は、ある動作条件で液晶ライトバルブ７００を動作させながら、遮光膜７２０の電圧Ｖ_{ＳＨＩＥＬＤ}を変化させたときの白点欠陥の増減（発生／消滅）の状況を示している。ここでは、白点欠陥が発生しないＶ_{ＳＨＩＥＬＤ}の範囲における上限の電圧値（黒三角：▲）と下限の電圧値（黒逆三角：▼）、及び、白点欠陥が消滅しない場合には最も白点欠陥が少なくなる電圧（黒丸：●）を示している。白点欠陥が見えなくなる電圧は、全サンプルとも上限がほぼ一定している。しかし、サンプルＡ−１及びＡ−２では、許容範囲がないか、又は１Ｖ未満の非常に狭い範囲しか存在しない。いずれにせよ、その特性が製作上の変動によって影響を受けやすいことが分かる。一方、サンプルＢ−１及びＢ−２では約５Ｖの許容範囲をもっており、製作上の変動の影響を受けにくいことが分かる。さらに、図１１にはないが、断面が垂直になるような条件で製作した別サンプルにおいても、安定して１０Ｖを越える許容範囲があることが分かっている。
【０１４６】
次に、多結晶シリコン膜７３０のエッチング条件と断面のテーパー角との関係について説明する。図１２は、多結晶シリコン膜のエッチングにおけるＯ_２ガス流量と断面のテーパー角との関係を示すグラフである。縦軸はテーパー角、横軸はＯ_２ガス流量である。
【０１４７】
多結晶シリコン膜７３０のエッチング条件は、エッチングガスのＣＦ_４とＯ_２との流量比を変化させ、多結晶シリコン膜７３０のエッチング断面のテーパー角（基板面とエッチングで生じた被エッチング膜の側壁面がなす角度）を変化させることを目的としたものである。図１２を参照して、平均的なテーパー角の典型例は、ＣＦ_４とＯ_２とのトータル圧力、トータル流量を一定にした場合、Ｏ_２の流量の比率が高いほどテーパー角は小さく（側壁が寝る方向）なる。逆にＯ_２流量の比率が低いほどテーパー角は大きく（側壁が垂直に近づく方向）なる。しかし、多結晶シリコン膜７３０の形状をより詳細に観察するために、観察点を増やしていったところ、平均的形状から外れた部分もあることが判明した。特にＣＦ_４とＯ_２との流量比を１００：１００に設定した場合、テーパー角の小さな形状が頻度は低いながら見つかっている。その傾向は図１２のエラーバーで示したとおりである。すなわち、ＣＦ_４とＯ_２との流量比を同量の１００：１００から、Ｏ_２の流量比を少ない条件にしていくことで、テーパー角の小さい部分が発生する頻度が激減する。
【０１４８】
多結晶シリコン膜７３０のテーパー角は、ＴＦＴアレイ基板７７０面内の位置によって多少の範囲をもって分布している。ここで使用したようなレーザーアニール法で結晶化したポリシリコン膜は、一般的に表面に比較的大きな凹凸をもっている。そのため、多結晶シリコン膜７３０のパターンの境界線と凹凸との位置関係、また、パターンの境界線とポリシリコン膜の結晶粒界との位置関係によっても断面形状は影響を受ける。さらに、制御しきれないあらゆる条件変動による形状変化、ばらつきもある。そのため、局部的にみたテーパー角はある範囲をもって形成される。このような条件が重なり合って生じる形状の不均一が、ＣＦ_４とＯ_２との流量比を１００：１００に設定した場合、テーパー角の小さい断面形状を頻度は低いながらも基板面内で発生させていた。
【０１４９】
エッチングガスのＣＦ_４とＯ_２との流量比を１００：１００に設定して製作したサンプルでは、断面のテ−パ−角が小さい部分が低い頻度ながら発生しており、遮光膜７２０への印加電圧によって白点欠陥が消えない、あるいは消える電圧範囲が非常に狭い。一方、エッチングガスのＣＦ_４とＯ_２との流量比を１１５：８５に設定して製作したサンプルでは、平均的な断面のテーパー角は大きくなっている。加えて、テーパー角４０゜未満の部分は見つかっておらず、白点欠陥が消える電圧範囲が比較的広い。また、さらに垂直な断面形状で製作したサンプルにおいては、さらに広い電圧許容範囲を持っている。これらの実験事実から、白点欠陥の原因は、各条件の平均的なテーパー角の箇所ではなく、同一条件で製作したにもかかわらず、頻度が低いながらも存在するテーパ角の小さい部分が存在することにある、ということが明らかである。
【０１５０】
したがって、薄膜トランジスタを構成する多結晶シリコン膜７３０の下に遮光膜７２０が効果的に配置されている場合、多結晶シリコン膜７３０をアイランド状に加工する際のドライエッチングは、以下のような条件とする。すなわち、基本条件としてＣＦ_４＋Ｏ_２のトータル流量を２００ｓｃｃｍ、圧力を２０Ｐａ、投入電力密度を０．３Ｗ／ｃｍ^２としたときに、ＣＦ_４とＯ_２との流量比を１００：１００よりはＯ_２が少ない条件で酸化シリコン膜、レーザーアニール法で結晶化されたポリシリコン膜を連続してエッチングする。これにより、断面のテーパー角が４０゜未満になる部分を実質的に排除することができ、白点欠陥の発生を抑制できる遮光膜７２０への印加電圧に実用的な許容範囲をもたせることが可能となる。
【０１５１】
また、より好ましくは、ＣＦ_４とＯ_２との流量比を１１５：８５とする。それにより、多結晶シリコン膜７３０の断面のテーパー角がおよそ４０゜〜６０゜の範囲になり、ゲート線７０７のカバレッジ改善、断線防止の観点からも好ましい断面形状が得られる。
【０１５２】
なお、ここでいう白点欠陥とは、遮光膜７２０への印加電圧に依存して明るさが変化するモードを指す。
【０１５３】
以上、本発明の積層膜パターンの形成方法を適用することにより、多結晶シリコン膜７３０の下層に遮光膜７２０をもつ構造において、多結晶シリコン膜７３０の断面のテーパ角を４０゜〜６０゜の範囲に制御することができる。したがって、多結晶シリコン膜７３０の上をクロスオーバーするゲート線７０７をカバレッジよく形成することができる。それにより、ゲート線７０７の多結晶シリコン膜７３０による段部での断線を防止することができる。さらには、多結晶シリコン膜７３０の断面のテーパ角の４０゜未満の部分が排除されているので、遮光膜７２０に与える電圧による白点欠陥の発生を抑制することができる。
【０１５４】
【発明の効果】
以上のように、本発明の積層膜パターンの形成方法は、基板上に第１の酸化膜、半導体膜、第２の酸化膜を順に堆積させ、半導体膜をレーザアニールした後に、第２の酸化膜上にレジストパターンを形成してこれをマスクとして第２の酸化膜、半導体膜をドライエッチングして半導体膜及び第２の酸化膜からなる積層膜パターンを形成する。そして、その際、第２の酸化膜、半導体膜のドライエッチングガスをフッ素系ガスとし、第１の酸化膜が露出する時点でエッチングガスをフッ素系ガスから塩素系ガスに切り替えることとする。ただし、フッ素系ガスにはＣＦ_４とＯ_２との混合ガスを用い、好適には、混合ガスのＣＦ_４とＯ_２のガス比を１：１としてドライエッチングを行う。これにより、積層膜パターンの第２の酸化膜のテーパ角を半導体膜のテーパ角よりも大きくすることができる。そして、第２の酸化膜のテーパ角を４５＜θ＜６０°、半導体膜のテーパ角を１０°＜γ＜６０°に制御することができる。従って、この積層膜パターンの上をクロスオーバーする配線の段切れを防止することができる。
【０１５５】
また、アイランドの下層に遮光膜を有する構造の薄膜トランジスタにおいては、積層膜パターン形成用の主たるドライエッチングガスとしてのフッ素系ガスについて、ＣＦ_４とＯ_２とのガス流量比が１：１よりもＣＦ_４が多くなるようにする。そのような条件でドライエッチングを行うことにより、積層膜パターンの半導体膜のテーパ角の小さい角度の部分の生成を抑制できる。さらに好ましくはＣＦ_４とＯ_２とのガス流量比をおよそ１１５：８５とする。それにより、半導体膜のテーパ角の４０°未満の部分の生成を実質的に排除して、半導体膜のテーパ角４０°以上６０°以下の範囲で形成することができる。それにより、この上をクロスオーバーするゲート線の断線を防止できる。加えて、遮光膜の電位が薄膜トランジスタの動作に与える影響をも抑制できる。したがって、本発明の方法によって製造した薄膜トランジスタを表示デバイスに適用した場合、動作異常、表示欠陥等の問題を大幅に低減できる。そして、良品率、信頼性を向上し、コストを削減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の薄膜トランジスタの第１の実施の形態における製造方法を示す図である。（ａ）は製造途中の薄膜トランジスタの平面図である。（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ方向の断面図である。
【図２】図２は、本発明の薄膜トランジスタの第１の実施の形態における製造方法を示す図である。（ａ）は製造途中の薄膜トランジスタの平面図である。（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ方向の断面図である。
【図３】図３は、本発明の薄膜トランジスタにおける第１の実施の形態の構成を示す断面図である。
【図４】図４（ａ）〜（ｃ）は、本発明の薄膜トランジスタの第１の実施の形態における製造方法を示す図である。
【図５】図５（ａ）〜（ｃ）は、本発明の積層膜パターンの形成方法の第１の実施の形態を示す断面図である。
【図６】図６は、反応性イオンエッチングにおけるＣＦ_４とＯ_２とのガス流量比とエッチング速度との変化を示すグラフである。
【図７】図７は、反応性イオンエッチングにおける投入電力とエッチング速度又は選択比との関係を示すグラフである。
【図８】図８は、本発明の積層膜パターンの形成方法及び薄膜トランジスタにおける第３の実施の形態を適用した液晶表示パネルの画素領域の構成を示す断面図である。
【図９】図９は、本発明の積層膜パターンの形成方法及び薄膜トランジスタにおける第３の実施の形態を適用した液晶ライトバルブ７００の製造方法を示すフロー図である。
【図１０】図１０は、本発明の積層膜パターンの形成方法及び薄膜トランジスタにおける第３の実施の形態を適用した液晶ライトバルブ７００の製造方法を示すフロー図である。
【図１１】図１１は、白点欠陥が発生しない多結晶シリコン膜のエッチング条件と遮光膜に加える電圧との関係を示すグラフである。
【図１２】図１２は、多結晶シリコン膜のエッチングにおけるＯ_２ガス流量と断面のテーパー角との関係を示すグラフである。
【図１３】図１３は、従来の薄膜トランジスタにおけるアイランド部分の概略図をに示す平面図及び断面図である。（ａ）は平面図であり、（ｂ）はＡ−Ａ方向の断面図である。
【図１４】図１４は、従来の薄膜トランジスタにおけるアイランド部分の概略図をに示す平面図及び断面図である。（ａ）は平面図であり、（ｂ）はＢ−Ｂ方向の断面図である。
【図１５】図１５は、従来の薄膜トランジスタにおけるアイランド部分の形成方法を示す断面図である。
【符号の説明】
１０１、５０１　　ガラス基板
１０２、２０２、５０２、６０２　　下層酸化膜
１０３、２０３、５０３、６０３　　ポリシリコン膜
１０４、２０４、５０４、６０４　　上層酸化膜
１０５、５０５　　ゲート酸化膜
１０６、５０６　　マイクロ・クリスタル・シリコン
１０７、５０７　　Ｃｒ
１０９　　第１ゲート酸化膜
１１２　　第２ゲート酸化膜
１１３　　コンタクト
２０８、６０８　　フォトレジスト
２１４　　堆積反応生成物
５１５　　クラック
７０１，７５０　透光性基板
７０４（ａ）　酸化シリコン膜
７０５　ゲート絶縁膜
７０６　平坦化膜
７０７　ゲート線
７０８　第１層間絶縁膜
７０９　第２層間絶縁膜
７１３，７１４　コンタクト孔
７１２　画素電極
７２０　遮光膜
７２０ａ　タングステンシリサイド膜
７２１　第１下地絶縁膜
７２２　第２下地絶縁膜
７２４　データ線
７３０　多結晶シリコン膜
７３０ａ　アモルファス・シリコン膜
７３１ａ　ソース領域
７３１ｂ　ドレイン領域
７３２ａ，ｂ　ＬＤＤ領域
７３３　チャネル領域
７５１　ブラックマトリクス
７５２　対向電極
７７０　ＴＦＴアレイ基板
７７１　対向基板
７７２（ａ、ｂ）　開口部
７８０　液晶

Claims (19)

1. （ａ）基板上に第１酸化膜、半導体膜及び第２酸化膜を順に成膜する工程と、
   （ｂ）前記半導体膜をレーザアニールする工程と、
   （ｃ）前記第２酸化膜上にレジストパターンを形成する工程と、
   （ｄ）前記レジストパターンをマスクとして、前記第２酸化膜及び前記半導体膜にドライエッチングを行い、前記第２酸化膜及び前記半導体膜を含む積層膜パターンを形成する工程と
   を具備し、
   前記ドライエッチングに用いるエッチングガスは、フッ素系ガスである
   積層膜パターンの形成方法。
2. 請求項１に記載の積層膜パターンの形成方法において、
   前記（ｄ）工程は、
   （ｄ１）前記フッ素系ガスによる前記ドライエッチングにより前記第１酸化膜が露出した時点で、前記エッチングガスを塩素系ガスに切り替えて前記ドライエッチングを行う工程を備える
   積層膜パターンの形成方法。
3. 請求項２に記載の積層膜パターンの形成方法において、
   前記塩素系ガスはＣｌ_２とＯ_２との混合ガスである
   積層膜パターンの形成方法。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の積層膜パターンの形成方法において、
   前記フッ素系ガスはＣＦ_４とＯ_２との混合ガスである
   積層膜パターンの形成方法。
5. 請求項４に記載の積層膜パターンの形成方法において、
   前記（ｄ）工程は、前記混合ガスのＣＦ_４とＯ_２とのガス比を１：１としてドライエッチングを行い、前記積層膜パターンにおける前記第２酸化膜の側壁と前記基板の表面とがなす第１テーパ角を、前記積層膜パターンにおける前記半導体膜の側壁と前記基板の表面とがなす第２テーパ角よりも大きくするよう制御する
   積層膜パターンの形成方法。
6. 請求項５に記載の積層膜パターンの形成方法において、
   前記第１テーパ角θは４５＜θ＜６０°であり、前記第２テーパ角γは１０°＜γ＜６０°である
   積層膜パターンの形成方法。
7. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の積層膜パターンの形成方法において、前記（ｂ）工程後の前記半導体膜はポリシリコン膜であり、前記第２酸化膜と前記ポリシリコン膜の膜厚比は、概ね１：６である
   積層膜パターンの形成方法。
8. 請求項１又は２に記載の積層膜パターンの形成方法において、
   （ｅ）前記積層膜パターンを覆うゲート絶縁膜を被覆し、前記ゲート絶縁膜の上に前記積層膜パターンをクロスオーバーする配線を形成する工程を更に具備する
   積層膜パターンの形成方法。
9. 請求項８に記載の積層膜パターンの形成方法において、
   前記配線を構成する材料はＣｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａからなる金属材料群及びこれらのシリサイドからなるシリサイド材料群のうちのいずれか一つを含む
   積層膜パターンの形成方法。
10. （ｆ）透光性の基板上に第１下地絶縁層及び遮光材料を順に成膜する工程と、（ｇ）前記遮光材料をパターニングして所定のパターンを有する遮光膜を形成する工程と、
    （ｈ）前記第１下地絶縁層及び前記遮光膜上に第２下地絶縁膜、半導体膜及び第１酸化膜の順に積層された前記第２下地絶縁膜、前記半導体膜及び前記第１酸化膜を形成する工程と、
    （ｉ）前記第１酸化膜上にレジストパターンを形成する工程と、
    （ｊ）前記レジストパターンをマスクとして、前記第１酸化膜及び前記半導体膜にドライエッチングを行い、前記第１酸化膜及び前記半導体膜を含む積層膜パターンを形成する工程と
    を具備し、
    前記ドライエッチングに用いるエッチングガスは、フッ素系ガスであり、
    前記積層膜パターンは遮光膜の上方にある
    積層膜パターンの形成方法。
11. 請求項１０に記載の積層膜パターンの形成方法において、
    前記フッ素系ガスはＣＦ_４とＯ_２との混合ガスである
    積層膜パターンの形成方法。
12. 請求項１１に記載の積層膜パターンの形成方法において、
    前記混合ガスのＣＦ_４とＯ_２との流量比は、１００：１００よりもＯ_２が少ない
    積層膜パターンの形成方法。
13. 請求項１２に記載の積層膜パターンの形成方法において、
    前記（ｊ）工程は、前記混合ガスのＣＦ_４とＯ_２との流量比を１１５：８５としてドライエッチングを行い、前記積層膜パターンにおける前記半導体膜の側壁と前記基板の表面とがなすテーパ角を４０゜以上６０゜以下の範囲に制御する
    積層膜パターンの形成方法。
14. 請求項１０乃至１３のいずれか一項に記載の積層膜パターンの形成方法において、
    前記（ｈ）ステップは、
    （ｈ１）前記第２下地絶縁膜上に、アモルファスシリコン膜を成膜する工程と、
    （ｈ２）前記アモルファスシリコン膜にレーザーを照射して、前記アモルファスシリコン膜を結晶化した前記半導体膜としての多結晶シリコン膜を形成する工程と
    を備える
    積層膜パターンの形成方法。
15. 請求項１０乃至１３のいずれか一項に記載の積層膜パターンの形成方法において、
    前記（ｈ）ステップは、
    （ｈ３）前記第２下地絶縁膜上に、アモルファスシリコン膜を成膜する工程と、
    （ｈ４）前記アモルファスシリコン膜上に、前記第１酸化膜を成膜する工程と、
    （ｈ５）前記アモルファスシリコン膜にレーザーを照射して、前記アモルファスシリコン膜を結晶化した前記半導体膜としての多結晶シリコン膜を形成する工程と
    を備える
    積層膜パターンの形成方法。
16. 請求項１０乃至１５のいずれか一項に記載の積層膜パターンの形成方法において、
    （ｋ）前記積層膜パターンを覆うゲート絶縁膜を被覆し、前記ゲート絶縁膜の上に前記積層膜パターンをクロスオーバーする配線を形成する工程を更に具備する
    積層膜パターンの形成方法。
17. 請求項１６に記載の積層膜パターンの形成方法において、
    前記配線を構成する材料はＣｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａからなる金属材料群及びこれらのシリサイドからなるシリサイド材料群のうちのいずれか一つを含む
    積層膜パターンの形成方法。
18. 透光性の基板上に設けられ、遮光材料で形成された遮光膜を含む下地絶縁層と、
    前記下地絶縁層上に所定のパターンで形成され、活性層を含む多結晶シリコン膜と
    を具備し、
    前記多結晶シリコン膜を前記基板表面に投影した第１射影は、前記遮光膜を前記基板表面に投影した第２射影に含まれ、
    前記多結晶シリコン膜の有効側面と前記多結晶シリコン膜下部の前記基板表面とがなす角としてのテーパ角は、直角よりも小さい
    薄膜トランジスタ。
19. 請求項１８に記載の薄膜トランジスタにおいて、
    前記テーパ角θは、４０°≦θ≦６０゜である
    薄膜トランジスタ。

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