JP2010141082A - Method of manufacturing semiconductor device, and semiconductor device - Google Patents

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JP2010141082A JP2008315308A JP2008315308A JP2010141082A JP 2010141082 A JP2010141082 A JP 2010141082A JP 2008315308 A JP2008315308 A JP 2008315308A JP 2008315308 A JP2008315308 A JP 2008315308A JP 2010141082 A JP2010141082 A JP 2010141082A
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Tomokazu Umeno
智和 梅野
Hiroshi Sera
博 世良
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an etching method with which deposition of reaction products called a fence can be suppressed when an AlNd layer to which Nd having heat resistance of approximately 400°C is added by 2 atom% is plasma etched. <P>SOLUTION: A chlorine gas is used as an etching gas for plasma etching and supplied so that the etching is carried out at an etching rate of ≤250 nm/minute. A neodymium chloride has lower vapor pressure than an aluminum chloride, but can be vaporized simultaneously with the aluminum chloride by carrying out the plasma etching at an etching rate of ≤250 nm/minute, thereby suppressing production of the fence. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置の製造方法ならびに半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method and a semiconductor device.

アルミニウム(以下Alと記載する)にネオジム(以下Ndと記載する)を添加した合
金(以下、AlNdと記載する)は、熱処理時に発生するヒロック(微細な突起状欠陥)
の発生を純Alを用いた場合と比べ、抑えることができる。非特許文献1に示されるよう
に、Ndを2at%程度添加することで400℃1時間の熱処理に耐える特性を有してい
る。また、Ndの添加量が少なくてもヒロックの発生を抑えられることから、他の物質を
加えてヒロックを抑えた場合と比べ、合金散乱による抵抗率上昇を最低限に抑えることが
できる。
An alloy (hereinafter referred to as AlNd) in which neodymium (hereinafter referred to as Nd) is added to aluminum (hereinafter referred to as Al) is a hillock (fine protrusion defect) generated during heat treatment.
Can be suppressed as compared with the case of using pure Al. As shown in Non-Patent Document 1, by adding about 2 at% of Nd, it has a characteristic to withstand heat treatment at 400 ° C. for 1 hour. Further, since the generation of hillocks can be suppressed even if the amount of Nd added is small, the increase in resistivity due to alloy scattering can be suppressed to a minimum as compared with the case where hillocks are suppressed by adding other substances.

たとえばAlNd層を用い、このAlNd層をマスクとして薄膜トランジスタ(以下、
TFTと呼称する)にイオン注入された不純物を活性化する熱処理として、400℃程度
の熱処理が必要となるが、2at%程度のNdを含むAlNd層はこの工程に耐える耐熱
性を有している。そのため、液晶パネル等の配線材料として好適に用いられている。2a
t%程度のNdを含むAlNdをエッチングする工程では、特許文献2に示すように、主
にウェットエッチングが用いられている。
For example, an AlNd layer is used, and a thin film transistor (hereinafter, referred to as an AlNd layer) is used as a mask.
As a heat treatment for activating the impurities ion-implanted into the TFT), a heat treatment of about 400 ° C. is required, but an AlNd layer containing about 2 at% of Nd has heat resistance that can withstand this step. . Therefore, it is suitably used as a wiring material for liquid crystal panels and the like. 2a
In the process of etching AlNd containing about t% of Nd, as shown in Patent Document 2, wet etching is mainly used.

近年、ディスプレイパネルに求められてきている高精細化に対応するため、ウェットエ
ッチング法で得られる寸法精度では不足となり、寸法精度が高いドライエッチング法が研
究されてきている。そして、選択的な方向にエッチング反応種を基板に導入させることが
できるプラズマエッチング法が好適な方法として活用されてきている。たとえば、プラズ
マエッチング法を用いて2at%程度のNdを含むAlNdをエッチングする方法として
、非特許文献1に示すエッチング方法が知られている。これは、エッチングガスとして、
アルゴン300sccm、三塩化硼素ガスを約160sccm、塩素ガスを約20scc
mの流量で供給される硼素リッチなエッチングガスを用いてプラズマエッチングを行うも
のである。
In recent years, in order to cope with the high definition required for display panels, the dimensional accuracy obtained by the wet etching method is insufficient, and a dry etching method with high dimensional accuracy has been studied. A plasma etching method that can introduce etching reactive species into the substrate in a selective direction has been utilized as a suitable method. For example, the etching method shown in Non-Patent Document 1 is known as a method of etching AlNd containing about 2 at% Nd using a plasma etching method. This is an etching gas
Argon 300 sccm, boron trichloride gas about 160 sccm, chlorine gas about 20 scc
Plasma etching is performed using a boron-rich etching gas supplied at a flow rate of m.

特開2004−55842号公報JP 2004-55842 A 特開2004−296297号公報JP 2004-296297 A 神戸製鋼技報/Vol.52.No.2(Sep.2002)・2頁−11頁Kobe Steel Engineering Reports / Vol. 52. No. 2 (Sep. 2002), pp. 2-11

2at%程度のNdを含むAlNdに対しプラズマエッチングを行うと、エッチングに
より得られたパターン側面にフェンスと呼ばれる、反応生成物が堆積した領域が生じる場
合がある。これは、三塩化硼素ガスの流量比を多くした条件を用いてプラズマエッチング
を行う場合に頻発する。
When plasma etching is performed on AlNd containing about 2 at% of Nd, a region where a reaction product is deposited, called a fence, may be formed on the side surface of the pattern obtained by the etching. This frequently occurs when plasma etching is performed using conditions in which the flow ratio of boron trichloride gas is increased.

図7は、基板上に形成されたAlNdパターン側面に反応生成物が付着した状態を示す
SEM写真である。これは、ヒドロキシルアミン系の溶剤に可溶であることから、AlN
dがスパッタされて再付着したものではなく、AlやNdの塩化物や酸化物が堆積された
ものと推測されている。フェンスの存在により、AlNd層をゲート電極としてTFTを
形成した場合、ゲート電極脇に電気的に不安定な領域ができることから、TFTの電気的
特性が不安定になるおそれがある。また、フェンス内には活性の高い塩素ガスや酸素が含
まれるため、AlNd層を用いたゲート電極や他の配線層を徐々に腐蝕し、信頼性を低下
させる要因となる課題がある。
FIG. 7 is an SEM photograph showing a state in which the reaction product is attached to the side surface of the AlNd pattern formed on the substrate. Since it is soluble in hydroxylamine-based solvents, AlN
It is estimated that d was not sputtered and reattached, but Al or Nd chloride or oxide was deposited. When a TFT is formed using an AlNd layer as a gate electrode due to the presence of a fence, an electrically unstable region is formed on the side of the gate electrode, so that the electrical characteristics of the TFT may become unstable. In addition, since the fence contains highly active chlorine gas and oxygen, there is a problem that the gate electrode using the AlNd layer and other wiring layers are gradually corroded to cause a decrease in reliability.

また、プラズマエッチング装置内に反応生成物(たとえば酸化硼素)が付着するため、
頻繁にプラズマエッチング装置のクリーニングを行う必要が生じ、量産性が低下するとい
う課題がある。
In addition, since reaction products (for example, boron oxide) adhere to the plasma etching apparatus,
There is a need to frequently clean the plasma etching apparatus, and there is a problem that mass productivity decreases.

また、プラズマエッチングを行う場合の雰囲気ガスとして、非特許文献1にあるように
、塩素ガスに加えられる三塩化硼素ガスの添加比率を低下させることでフェンスの形成を
抑制できるが、特許文献1(段落0028)に記載されているように、1at%超のNd
を添加したAlNd層のプラズマエッチングを行う場合には、実用的な条件範囲では三塩
化硼素ガスの添加比率を下げることが困難となる。
In addition, as described in Non-Patent Document 1, as an atmospheric gas for performing plasma etching, the formation ratio of a fence can be suppressed by reducing the addition ratio of boron trichloride gas added to chlorine gas. Nd greater than 1 at% as described in paragraph 0028)
When performing plasma etching of an AlNd layer to which is added, it is difficult to lower the boron trichloride gas addition ratio within a practical range of conditions.

さらに特許文献1(段落0067)では、「塩素ガス/塩化硼素ガス=120sccm
/60sccm」と、塩化硼素ガスが1/3を占めるガス流量比を用いた例について記載
しているが、よりエッチングが困難な条件となる塩化硼素ガスの比率を低下させた場合の
対応については一切触れられていない。
Further, in Patent Document 1 (paragraph 0067), “chlorine gas / boron chloride gas = 120 sccm”.
/ 60 sccm ”and an example using a gas flow rate ratio in which boron chloride gas accounts for 1/3, but the response when the ratio of boron chloride gas that makes etching more difficult is reduced It is not touched at all.

そのため、塩化硼素ガスの比率を低下させた場合、あるいは塩素ガスのみを用いる場合
の対応についての説明はなく、塩化硼素ガスの比率が少ない、あるいは純塩素ガスによる
AlNd層のプラズマエッチング方法についての技術が開示されておらず、Ndの添加量
が高い場合のプラズマエッチングが行えないという課題がある。
For this reason, there is no explanation for the case where the ratio of the boron chloride gas is reduced or when only the chlorine gas is used, and the technique for the plasma etching method of the AlNd layer with a small ratio of the boron chloride gas or with pure chlorine gas. Is not disclosed, and there is a problem that plasma etching cannot be performed when the amount of Nd added is high.

また、非特許文献1に示されるように、Ndの添加量が0.7at%程度の場合、耐熱
性としては250℃1時間程度となり、TFTにイオン注入された不純物を活性化しうる
温度に耐えられなくなる。そのため、不純物の活性化に有効な400℃の熱処理に耐えう
る、Ndを2at%程度含むAlNd層をエッチングする場合にはウェットエッチングを
用いることが現状であるが、上述したように、ウェットエッチングは寸法精度が低く、近
年求められている高精細ディスプレイに対しての適用は困難であるという課題がある。
In addition, as shown in Non-Patent Document 1, when the amount of Nd added is about 0.7 at%, the heat resistance is about 250 ° C. for about 1 hour, and it can withstand a temperature at which impurities implanted into the TFT can be activated. It becomes impossible. Therefore, in the case of etching an AlNd layer containing about 2 at% of Nd that can withstand a heat treatment at 400 ° C. effective for impurity activation, wet etching is currently used. There is a problem that the dimensional accuracy is low and it is difficult to apply to a high-definition display that has been demanded in recent years.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり以下の形
態または適用例として実現することが可能である。なお、「上」とは、基板内部からネオ
ジムが添加されたアルミニウム合金層側に向かう方向と定義する。
SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples. “Upper” is defined as the direction from the inside of the substrate toward the aluminum alloy layer to which neodymium is added.

[適用例1]本適用例にかかる半導体装置の製造方法は、ネオジムが添加されたアルミ
ニウム合金層上に、マスクパターンが形成された基板をプラズマエッチングする半導体装
置の製造方法であって、プラズマエッチングを行うエッチングガスとして塩素ガスを用い
、エッチング速度が150nm/分以上250nm/分以下の範囲でエッチングが行われ
るよう塩素ガスを供給することを特徴とする。
Application Example 1 A semiconductor device manufacturing method according to this application example is a semiconductor device manufacturing method in which a substrate having a mask pattern formed on an aluminum alloy layer to which neodymium is added is plasma-etched. A chlorine gas is used as an etching gas for performing the etching, and the chlorine gas is supplied so that the etching is performed at an etching rate of 150 nm / min to 250 nm / min.

これによれば、ネオジム塩化物の蒸発速度と比較して遅い速度でエッチングを行うこと
が可能となる。ネオジム塩化物は蒸気圧がアルミニウム塩化物に比べて低いが、250n
m/分以下のエッチング速度となるようプラズマエッチングすることで、アルミニウム塩
化物と同時に蒸発させることができるため、フェンス(エッチングにより露出した配線層
側面に反応生成物が堆積したもの)の発生を抑えることが可能となる。また、エッチング
速度を150nm/分以上とすることで、短いエッチング時間で加工を行うことが可能と
なり、量産性を確保することが可能となる。
According to this, it becomes possible to perform etching at a slower rate than the evaporation rate of neodymium chloride. Neodymium chloride has a lower vapor pressure than aluminum chloride, but 250n
Since plasma etching can be performed at an etching rate of m / min or less, it can be evaporated at the same time as aluminum chloride, thereby suppressing the generation of a fence (a reaction product deposited on the side of the wiring layer exposed by etching). It becomes possible. Further, by setting the etching rate to 150 nm / min or more, processing can be performed in a short etching time, and mass productivity can be ensured.

[適用例2]上記適用例にかかる半導体装置の製造方法であって、前記アルミニウム合
金層の前記基板側にチタン、窒化チタン、モリブデン、クロム、タンタル、タングステン
からなる層を密着形成していることを特徴とする。
Application Example 2 In the method of manufacturing a semiconductor device according to the application example, a layer made of titanium, titanium nitride, molybdenum, chromium, tantalum, and tungsten is formed in close contact with the substrate side of the aluminum alloy layer. It is characterized by.

上記した適用例によれば、ネオジムが添加されたアルミニウム合金層に発生するボイド
(空洞状の欠陥)や、ヒロックの発生を抑えることが可能となる。ボイドや、ヒロックの
発生を抑える機構は明確には把握していないが、金属層が、密接する他の層との間に生じ
る製造工程中の熱応力を緩和する緩衝層として機能しているものと推測している。
According to the application example described above, it is possible to suppress the generation of voids (hollow defects) and hillocks generated in the aluminum alloy layer to which neodymium is added. The mechanism that suppresses the generation of voids and hillocks is not clearly understood, but the metal layer functions as a buffer layer that relieves thermal stress during the manufacturing process that occurs between other layers in close contact with the metal layer. I guess.

[適用例3]上記適用例にかかる半導体装置の製造方法であって、前記アルミニウム合
金層の前記基板と反対側にチタン、窒化チタン、モリブデン、クロム、タンタル、タング
ステンからなる層を密着形成していることを特徴とする。
Application Example 3 A method of manufacturing a semiconductor device according to the application example, wherein a layer made of titanium, titanium nitride, molybdenum, chromium, tantalum, and tungsten is formed in close contact with the aluminum alloy layer on the side opposite to the substrate. It is characterized by being.

上記した適用例によれば、ネオジムが添加されたアルミニウム合金層に発生するボイド
や、ヒロックの発生を抑えることが可能となる。ボイドや、ヒロックの発生が押えられる
機構については明確ではないが、金属層が、密接する他の層との間に生じる製造工程中の
熱応力を緩和する緩衝層として機能しているものと推測している。また、適用例2と適用
例3を合わせて、アルミニウム合金層を挟むように上記した金属層を密着形成しても良い
。この場合、より確実にボイドや、ヒロックの発生を抑制することが可能となる。
According to the application example described above, it is possible to suppress the generation of voids and hillocks generated in the aluminum alloy layer to which neodymium is added. The mechanism that suppresses the generation of voids and hillocks is not clear, but it is assumed that the metal layer functions as a buffer layer that relieves thermal stress that occurs between other layers in close contact with the manufacturing process. is doing. In addition, in the application example 2 and the application example 3, the above-described metal layer may be formed so as to sandwich the aluminum alloy layer. In this case, generation of voids and hillocks can be more reliably suppressed.

[適用例4]上記適用例にかかる半導体装置の製造方法であって、前記エッチングガス
として塩素ガスに代え、塩素ガスを標準状態に換算した流量に対して、塩化硼素ガスを標
準状態に換算した流量で20%以下の比率で添加したエッチングガスを用いたことを特徴
とする。
[Application Example 4] A method of manufacturing a semiconductor device according to the above application example, wherein the etching gas is replaced with chlorine gas, and boron chloride gas is converted into a standard state with respect to a flow rate obtained by converting chlorine gas into a standard state. An etching gas added at a rate of 20% or less at a flow rate is used.

上記した適用例によれば、プラズマエッチングを行う処理室内に堆積される硼素起因の
反応生成物の付着を抑えることができる。塩化硼素ガスは、残留酸素等に起因するネオジ
ム酸化物を還元する機能を有しており、ネオジム酸化物残りを抑えた状態でプラズマエッ
チングを行うことが可能となる。塩素ガスを標準状態に換算した流量に対して、標準状態
に換算した流量で、20%以下の塩化硼素ガスを添加した場合では、プラズマエッチング
は塩素イオンや塩素ラジカルを主としてエッチングが進められ、さらに残留酸素分との反
応に伴うネオジム残渣を除去できる。また、塩化硼素ガスの標準状態換算での流量比率は
塩素ガスの20%と比べ少ないため、フェンスの発生を抑えることが可能となる。
According to the application example described above, it is possible to suppress adhesion of reaction products due to boron deposited in the processing chamber in which plasma etching is performed. Boron chloride gas has a function of reducing neodymium oxide caused by residual oxygen and the like, and plasma etching can be performed in a state where the remaining neodymium oxide is suppressed. In the case where 20% or less of boron chloride gas is added at a flow rate converted to the standard state with respect to the flow rate converted to the standard state, the plasma etching mainly proceeds with chlorine ions and chlorine radicals. Neodymium residue accompanying reaction with residual oxygen can be removed. Further, since the flow rate ratio of boron chloride gas in terms of the standard state is less than 20% of chlorine gas, the generation of fences can be suppressed.

[適用例5]上記適用例にかかる半導体装置の製造方法であって、前記エッチングガス
に希ガスを加えてプラズマエッチングを行うことを特徴とする。
Application Example 5 A method of manufacturing a semiconductor device according to the application example, wherein plasma etching is performed by adding a rare gas to the etching gas.

上記した適用例によれば、ネオジム塩化物濃度を、プラズマエッチングに対する寄与が
小さい希ガスの導入により相対的に薄めることが可能となる。そのため、フェンスの発生
を抑えることが可能となる。
According to the application example described above, the neodymium chloride concentration can be relatively reduced by introducing a rare gas that has a small contribution to plasma etching. Therefore, it becomes possible to suppress the occurrence of a fence.

[適用例6]上記適用例にかかる半導体装置の製造方法であって、ネオジムの添加量は
、アルミニウムに対して0.5at%以上3.0at%以下であることを特徴とする。
Application Example 6 A method for manufacturing a semiconductor device according to the application example described above, wherein the amount of neodymium added is 0.5 at% or more and 3.0 at% or less with respect to aluminum.

上記した適用例によれば、ネオジムの添加量を0.5at%以上にすることで、純アル
ミニウムを用いた場合と比べ、熱処理に伴うヒロック(微細な突起状欠陥)の発生を抑制
することが可能となる。そして、ネオジムの添加量を3.0at%以下に抑えることで、
フェンスの発生を抑えることを可能とする半導体装置の製造方法を提供することが可能と
なる。さらに、塩化硼素ガスの標準状態での流量を塩素ガスの標準状態の20%以下に抑
えることで、プラズマエッチング装置内に付着する反応生成物の量を抑えることが可能と
なるため、プラズマエッチング装置のクリーニング頻度を下げることが可能となり、プラ
ズマエッチング装置の稼働率を上げることが可能となる。
According to the application example described above, by making the addition amount of neodymium 0.5 at% or more, generation of hillocks (fine protrusion defects) associated with heat treatment can be suppressed as compared with the case where pure aluminum is used. It becomes possible. And by suppressing the addition amount of neodymium to 3.0 at% or less,
It is possible to provide a method of manufacturing a semiconductor device that can suppress the generation of a fence. Furthermore, since the flow rate of boron chloride gas in the standard state is suppressed to 20% or less of the standard state of chlorine gas, the amount of reaction products adhering to the plasma etching apparatus can be suppressed. It is possible to reduce the frequency of cleaning, and to increase the operating rate of the plasma etching apparatus.

[適用例7]上記適用例にかかる半導体装置の製造方法であって、ネオジムの添加量は
、アルミニウムに対して1.0at%超2.5at%以下であることを特徴とする。
Application Example 7 In the method of manufacturing a semiconductor device according to the application example, the amount of neodymium added is more than 1.0 at% and not more than 2.5 at% with respect to aluminum.

上記した適用例によれば、ネオジムの添加量を1.0at%超とすることで、350℃
程度の熱処理を行ってもヒロック(微細な突起状欠陥)の発生を抑制することが可能とな
る。特に、1.8at%以上2.2at%以下のネオジムを添加することで、400℃1
時間の熱処理を行ってもヒロックの発生が抑えられ、高い不純物活性化効率を有する熱処
理が可能となる。そして、ネオジムの添加量を2.5at%以下に抑えることで、フェン
スの発生や、合金散乱による導電率の低下を防いだ条件で半導体装置の製造方法を提供す
ることが可能となる。
According to the application example described above, the addition amount of neodymium is more than 1.0 at%, and 350 ° C.
Even if heat treatment is performed to a certain extent, generation of hillocks (fine protrusion defects) can be suppressed. In particular, by adding neodymium of 1.8 at% or more and 2.2 at% or less,
Even if heat treatment is performed for a long time, generation of hillocks is suppressed, and heat treatment having high impurity activation efficiency becomes possible. Then, by suppressing the amount of neodymium added to 2.5 at% or less, it becomes possible to provide a method for manufacturing a semiconductor device under the conditions that prevent the generation of fences and the decrease in conductivity due to alloy scattering.

[適用例8]上記適用例にかかる半導体装置の製造方法であって、プラズマを発生させ
るためのパワー密度を0.4W/cm2以上1.0W/cm2以下とすることを特徴とする
Application Example 8 In the method of manufacturing a semiconductor device according to the application example, characterized by a power density to generate plasma 0.4 W / cm 2 or more 1.0 W / cm 2 or less.

上記した適用例によれば、0.4W/cm2以上の出力でプラズマを発生させることで
、実用的なエッチング速度(塩素ガス流量範囲)でネオジムが添加されたアルミニウム合
金層をプラズマエッチングすることが可能となる。また、1.0W/cm2以下の出力で
プラズマを発生させることで、60°以下程度の順テーパー角をもってプラズマエッチン
グすることが可能となる。順テーパー角をもってネオジムが添加されたアルミニウム合金
層をエッチングすることで、ネオジム反応生成物を滞留させることなく放出させることが
可能となる。そのため、ネオジムに起因するフェンスの発生を抑制することが可能となる
According to the application example described above, plasma etching is performed on the aluminum alloy layer to which neodymium is added at a practical etching rate (chlorine gas flow rate range) by generating plasma at an output of 0.4 W / cm 2 or more. Is possible. Further, by generating plasma with an output of 1.0 W / cm 2 or less, it becomes possible to perform plasma etching with a forward taper angle of about 60 ° or less. By etching the aluminum alloy layer to which neodymium is added with a forward taper angle, the neodymium reaction product can be released without stagnation. Therefore, it is possible to suppress the generation of a fence due to neodymium.

[適用例9]上記適用例にかかる半導体装置の製造方法であって、プラズマを基板側に
引き出すバイアス電力を0.75W/cm2以上1.5W/cm2以下とすることを特徴と
する。
Application Example 9 In the method of manufacturing a semiconductor device according to the application example, wherein the bias power to draw plasma toward the substrate to 0.75 W / cm 2 or more 1.5 W / cm 2 or less.

上記した適用例によれば、0.75W/cm2以上のバイアス電力を用いることで、実
用的なエッチング速度(塩素ガス流量範囲)を得ることができる。そして1.5W/cm
2以下のバイアス電力を用いることで、プラズマの過剰な引き込みによるネオジム塩化物
の基板からの放出を妨げることなくエッチングを行うことができ、ネオジムに起因するフ
ェンスの発生を抑制することが可能となる。
According to the application example described above, a practical etching rate (chlorine gas flow rate range) can be obtained by using a bias power of 0.75 W / cm 2 or more. And 1.5W / cm
By using a bias power of 2 or less, etching can be performed without hindering the release of neodymium chloride from the substrate due to excessive entrainment of plasma, and the generation of fences due to neodymium can be suppressed. .

[適用例10]上記適用例にかかる半導体装置の製造方法であって、プラズマを基板側
に引き出すバイアス周波数を2.0MHz以上6.0MHz以下とすることを特徴とする
[Application Example 10] A semiconductor device manufacturing method according to the above application example, characterized in that a bias frequency for extracting plasma to the substrate side is set to 2.0 MHz or more and 6.0 MHz or less.

上記した適用例によれば、2.0MHz以上の周波数を用いることで過剰な物理的イオ
ンの衝突(イオンボンバード)による損傷を抑制することができる。そして、6.0MH
z以下の周波数を用いることで蒸気圧が低いネオジム塩化物を機械的(イオンの衝突)に
より除去することで、フェンスの発生を抑制することが可能となる。
According to the application example described above, damage caused by excessive physical ion collision (ion bombardment) can be suppressed by using a frequency of 2.0 MHz or higher. And 6.0MH
By using a frequency equal to or lower than z to remove neodymium chloride having a low vapor pressure by mechanical (ion collision), generation of a fence can be suppressed.

[適用例11]上記適用例にかかる半導体装置の製造方法を用いて形成されることを特
徴とする半導体装置。
Application Example 11 A semiconductor device formed using the method for manufacturing a semiconductor device according to the application example.

これによれば、ネオジムが添加されたアルミニウム合金層をフェンスを残すことなく加
工した電極や、配線を用いて半導体装置を形成することが可能となるため、基板内での面
内分布を抑え、かつ信頼性の高い半導体装置を形成することが可能となる。
According to this, since it becomes possible to form a semiconductor device using an electrode or wiring processed with an aluminum alloy layer added with neodymium without leaving a fence, the in-plane distribution in the substrate is suppressed, In addition, a highly reliable semiconductor device can be formed.

(第1実施形態:プラズマエッチング装置の構成)
以下、第1実施形態としてプラズマエッチング装置の構成について図面を用いて説明す
る。図1は、本実施形態にかかるプラズマエッチング装置として好適に用いられるICP
(誘導結合プラズマ)エッチング装置の構成を示す外略図である。ICPエッチング装置
100は、基板200を搬送する搬送系101、ゲートバルブ102、処理室103、対
向電極104、基板支持部105、結合コンデンサ106、ACバイアス電源107、ア
ンテナ108、ガス供給系109、ガス排気系110、RF電源111、予備排気系11
2、予備排気室113を含み、基板200を処理する。
(First Embodiment: Configuration of Plasma Etching Apparatus)
Hereinafter, the configuration of a plasma etching apparatus will be described as a first embodiment with reference to the drawings. FIG. 1 shows an ICP suitably used as a plasma etching apparatus according to this embodiment.
(Inductively coupled plasma) It is the outline figure which shows the structure of an etching apparatus. The ICP etching apparatus 100 includes a transport system 101 for transporting a substrate 200, a gate valve 102, a processing chamber 103, a counter electrode 104, a substrate support unit 105, a coupling capacitor 106, an AC bias power source 107, an antenna 108, a gas supply system 109, and a gas. Exhaust system 110, RF power supply 111, preliminary exhaust system 11
2. The substrate 200 is processed including the preliminary exhaust chamber 113.

搬送系101は、基板200を大気中から、処理室103へと搬送する機能を有してい
る。ゲートバルブ102は、大気と処理室103との間を気密封止し、基板200を処理
室103から挿入/排出する場合に開放される。予備排気室113は、基板200を大気
中から搬送した際に入る大気を予備排気系112より排出し、処理室103への大気の混
入を抑制する機能を果たしている。
The transport system 101 has a function of transporting the substrate 200 from the atmosphere to the processing chamber 103. The gate valve 102 is hermetically sealed between the atmosphere and the processing chamber 103, and is opened when the substrate 200 is inserted / extracted from the processing chamber 103. The preliminary exhaust chamber 113 has a function of exhausting the atmosphere that is entered when the substrate 200 is transported from the atmosphere from the preliminary exhaust system 112 and suppressing the mixture of the atmosphere into the processing chamber 103.

アンテナ108は、処理室103内で、ガス供給系109から供給されるエッチングガ
スを励起し、誘導結合によりプラズマを発生させる機能を有している。そして、ガス供給
系109は、図示せぬガス流量コントローラから供給されるエッチングガスを処理室10
3に導入する機能を有している。ガス排気系110は、図示せぬターボ分子ポンプや圧力
制御機構により、処理室103内の圧力を制御している。
The antenna 108 has a function of exciting the etching gas supplied from the gas supply system 109 in the processing chamber 103 and generating plasma by inductive coupling. The gas supply system 109 supplies an etching gas supplied from a gas flow rate controller (not shown) to the processing chamber 10.
3 has a function to be introduced. The gas exhaust system 110 controls the pressure in the processing chamber 103 by a turbo molecular pump or a pressure control mechanism (not shown).

RF電源111は、13.56MHzの高周波電力をアンテナ108に供給することで
、処理室103内でのプラズマを発生、維持するためのエネルギーを供給している。
The RF power supply 111 supplies energy for generating and maintaining plasma in the processing chamber 103 by supplying high-frequency power of 13.56 MHz to the antenna 108.

ACバイアス電源107は、結合コンデンサ106を介して、対向電極104と基板2
00との間にDCバイアスを発生させ、異方性エッチングのアスペクト比や、プラズマ中
からのイオンの引き込みによるエッチング(イオンボンバードメント)状態の制御を行っ
ている。結合コンデンサ106は、ACバイアス電源107からの高周波電力を受けて、
プラズマ中に発生するDC電位を保持する機能を有している。
The AC bias power source 107 is connected to the counter electrode 104 and the substrate 2 via the coupling capacitor 106.
A DC bias is generated between 0 and 00 to control the aspect ratio of anisotropic etching and the etching (ion bombardment) state by drawing ions from the plasma. The coupling capacitor 106 receives the high frequency power from the AC bias power source 107, and
It has a function of holding a DC potential generated in plasma.

図中、アンテナ108として2ターンの構成を有するものを用いているが、これは1タ
ーン型のものや、多ターン型のものを用いても良い。また、ここではICPエッチング装
置について説明したが、これはECR(電子サイクロトロンスピン共鳴)プラズマエッチ
ング装置や、HWP(ヘリコン波励起プラズマ)エッチング装置等、プラズマ励起エネル
ギーとプラズマ引き込みエネルギーとを独立して扱えるプラズマエッチング装置を用いて
も良い。また、図1において、対向電極104は省略可能であり、プラズマと基板200
との間にバイアス電力を供給するようにしても良い。
In the figure, an antenna 108 having a two-turn configuration is used, but a one-turn type or a multi-turn type may be used. In addition, although the ICP etching apparatus has been described here, this can handle the plasma excitation energy and the plasma drawing energy independently, such as an ECR (electron cyclotron spin resonance) plasma etching apparatus or an HWP (helicon wave excited plasma) etching apparatus. A plasma etching apparatus may be used. In FIG. 1, the counter electrode 104 can be omitted, and the plasma and the substrate 200 can be omitted.
Bias power may be supplied between the two.

次にECRプラズマエッチング装置の概要について説明する。図5は、ECRプラズマ
エッチング装置の外略図である。給排気系や搬送系は省略している。石英窓から入射され
たマイクロ波により励起されたプラズマは、磁石からの磁気と協働して電子サイクロトロ
ン共鳴を起こし、高効率なプラズマを発生する。プラズマは、ACバイアス電源との間に
挿入された、直流成分を遮るためのコンデンサを介して処理室内に配置された基板にAC
バイアスが与えられる。このACバイアスにより、プラズマ内にDC電位が発生し(電子
とイオンとの速度差により生じている)、基板のエッチング状態を制御している。即ち、
プラズマを生成する電力と、プラズマを引き込む電力とは、独立して制御されている。
Next, an outline of the ECR plasma etching apparatus will be described. FIG. 5 is a schematic view of an ECR plasma etching apparatus. The supply / exhaust system and the transport system are omitted. The plasma excited by the microwave incident from the quartz window causes electron cyclotron resonance in cooperation with the magnetism from the magnet to generate highly efficient plasma. The plasma is supplied to the substrate disposed in the processing chamber through a capacitor inserted between the AC bias power source and blocking DC components.
A bias is given. This AC bias generates a DC potential in the plasma (generated by the speed difference between electrons and ions) and controls the etching state of the substrate. That is,
Electric power for generating plasma and electric power for drawing in plasma are controlled independently.

次に、HWPエッチング装置の概要について説明する。図6は、HWPエッチング装置
の外略図である。給排気系や搬送系は省略している。RF電源からアンテナに供給された
高周波電力は、磁石と協働してヘリコン波を発生させる。ヘリコン波により励起されたプ
ラズマは、ACバイアス電源との間に挿入された、直流成分を遮るためのコンデンサを介
して処理室内に配置された基板にACバイアスが与えられる。このACバイアスにより、
プラズマ内にDC電位が発生し(電子とイオンとの速度差により生じている)、基板のエ
ッチング状態を制御している。即ち、プラズマを生成する電力と、プラズマを引き込む電
力とは、独立して制御されている。
Next, an outline of the HWP etching apparatus will be described. FIG. 6 is a schematic view of the HWP etching apparatus. The supply / exhaust system and the transport system are omitted. The high frequency power supplied from the RF power source to the antenna generates a helicon wave in cooperation with the magnet. The plasma excited by the helicon wave is given an AC bias to a substrate placed in the processing chamber through a capacitor inserted between the AC bias power source and blocking a DC component. With this AC bias,
A DC potential is generated in the plasma (generated by the speed difference between electrons and ions) to control the etching state of the substrate. That is, the power for generating plasma and the power for drawing in plasma are controlled independently.

このように、生成する電力とプラズマを引き込む電力とが、独立に制御できるプラズマ
エッチング装置を用いる場合、以下に示すプラズマエッチング法が適用可能である。
As described above, when using a plasma etching apparatus in which the power to be generated and the power to draw plasma can be controlled independently, the following plasma etching method can be applied.

(第2実施形態:プラズマエッチング工程)
以下、第2実施形態としてプラズマエッチング工程について図面を用いて説明する。プ
ラズマエッチング工程に用いる装置としては、たとえば第1実施形態で説明したICPエ
ッチング装置や、ECRプラズマエッチング装置、HWPエッチング装置等、プラズマ励
起エネルギーとプラズマ引き込みエネルギーとを独立して扱えるプラズマエッチングを用
いることが好適である。本実施形態では、例としてECRプラズマエッチング装置を用い
た例について説明する。
(Second Embodiment: Plasma Etching Step)
Hereinafter, a plasma etching process will be described as a second embodiment with reference to the drawings. As an apparatus used for the plasma etching process, for example, the ICP etching apparatus described in the first embodiment, the ECR plasma etching apparatus, the HWP etching apparatus, or the like, which uses plasma etching that can independently handle plasma excitation energy and plasma drawing energy, is used. Is preferred. In this embodiment, an example using an ECR plasma etching apparatus will be described as an example.

図2(a)〜(c)は、プラズマエッチング工程を行うパターンとして、典型的な例と
なるゲート電極の形成を行う工程を示す工程断面図である。図2(a)は、プラズマエッ
チングを行う前の状態の工程断面図を示している。図2(a)に示されるように、無アル
カリガラスを用い、バッファ層として酸化珪素が堆積された基板200上には、多結晶シ
リコン層201が島状に配置されている。そして、多結晶シリコン層201上には、ゲー
ト絶縁層202として層厚100nm程度の酸化珪素層が形成されている。ゲート絶縁層
202の厚みは、後述するTFTの耐圧に依存するため、この層厚は一例を示すべく目安
として記載している。ゲート絶縁層202上には、2at%程度のNdが添加されたAl
Nd層203が形成されている。AlNd層203は、たとえばスパッタ法を用いて形成
することができる。ここで、Ndの添加量としては、0.5at%超3.0at%以下で
あることが好適で、純アルミニウムと比べ、熱処理を行ってもヒロック(微細な突起状欠
陥)の発生が抑制される。
2A to 2C are process cross-sectional views illustrating a process of forming a typical gate electrode as a pattern for performing a plasma etching process. FIG. 2A shows a process cross-sectional view in a state before performing plasma etching. As shown in FIG. 2A, a polycrystalline silicon layer 201 is arranged in an island shape on a substrate 200 using non-alkali glass and having silicon oxide deposited as a buffer layer. A silicon oxide layer having a thickness of about 100 nm is formed as the gate insulating layer 202 on the polycrystalline silicon layer 201. Since the thickness of the gate insulating layer 202 depends on the breakdown voltage of the TFT described later, this layer thickness is described as a guide for illustrating an example. On the gate insulating layer 202, Al containing about 2 at% of Nd is added.
An Nd layer 203 is formed. The AlNd layer 203 can be formed using, for example, a sputtering method. Here, the addition amount of Nd is preferably more than 0.5 at% and not more than 3.0 at%, and generation of hillocks (fine projection defects) is suppressed even when heat treatment is performed, compared with pure aluminum. The

また、1.0at%超2.5at%以下のNdを添加することで、350℃程度の熱処
理を行ってもヒロック(微細な突起状欠陥)の発生を抑制することが可能となる。そして
、Ndの添加量を2.5at%以下に抑えることで、フェンスの発生や、合金散乱による
導電率の低下を防いだ条件で半導体装置の製造方法を提供することが可能となる。
In addition, by adding Nd of more than 1.0 at% and not more than 2.5 at%, it is possible to suppress the generation of hillocks (fine projection defects) even when heat treatment at about 350 ° C. is performed. Then, by suppressing the amount of Nd added to 2.5 at% or less, it is possible to provide a method for manufacturing a semiconductor device under the conditions that prevent the generation of fences and the decrease in conductivity due to alloy scattering.

特に、1.8at%以上2.2at%以下のNdを添加することで、400℃1時間の
熱処理を行ってもヒロックの発生が抑えられ、高い不純物活性化効率を有する熱処理が可
能となる。そして、Ndの添加量を3.0at%以下に抑えることで、フェンスの発生や
、合金散乱による導電率の低下を抑制することが可能となる。
In particular, by adding Nd of 1.8 at% or more and 2.2 at% or less, generation of hillocks can be suppressed even when heat treatment is performed at 400 ° C. for 1 hour, and heat treatment having high impurity activation efficiency is possible. And it becomes possible by suppressing the addition amount of Nd to 3.0 at% or less to suppress the generation | occurrence | production of a fence and the electrical conductivity fall by alloy scattering.

AlNd層203上には、マスクパターンとしてのフォトレジスト層230が形成され
ている。ここで、フォトレジスト層230の形状としては、40°以上90°未満程度の
テーパー角を持って形成されていることが好ましい。90°未満程度のテーパー角にする
と、AlNd層203をプラズマエッチングする際にフォトレジスト層230やAlNd
層203をプラズマエッチングすると同時に発生する反応生成物ガスを滞留させることな
く処理室103(図1参照)を介してガス排気系110(図1参照)に排気させることが
できる。また、40°以上のテーパー角にすることで、フォトレジスト層230の加工が
容易となる上、パターン精度を落とすことなくAlNd層203を加工することが可能と
なる。
A photoresist layer 230 as a mask pattern is formed on the AlNd layer 203. Here, the photoresist layer 230 is preferably formed with a taper angle of about 40 ° or more and less than 90 °. When the taper angle is less than 90 °, the photoresist layer 230 and the AlNd layer are etched when the AlNd layer 203 is plasma etched.
The reaction product gas generated simultaneously with the plasma etching of the layer 203 can be exhausted to the gas exhaust system 110 (see FIG. 1) through the processing chamber 103 (see FIG. 1) without stagnation. In addition, by setting the taper angle to 40 ° or more, the photoresist layer 230 can be easily processed, and the AlNd layer 203 can be processed without reducing the pattern accuracy.

また、プラズマエッチングの進行に伴い、フォトレジスト層230の一部も同時に進行
し、AlNd層203にもテーパー角が形成され、反応生成物ガスの排出を妨げることな
くプラズマエッチングを行うことが可能となる。AlNd層203のテーパー角としては
、50°以上80°以下程度が好ましい。80°以下のテーパー角をとることで、AlN
d層203をプラズマエッチングする際にフォトレジスト層230やAlNd層203を
プラズマエッチングすると同時に発生する反応生成物ガスを滞留させることなく処理室1
03(図1参照)を介してガス排気系110(図1参照)に排気させることができる。ま
た50°以上のテーパー角にすることで、AlNd層203の加工が容易となる上、パタ
ーン精度を落とすことなくAlNd層203を加工することが可能となる。図2(b)は
、プラズマエッチング途中での状態を示す工程断面図である。
そして、プラズマエッチング終了後、フォトレジスト層230をたとえばアッシング等
の処理により、除去する。図2(c)は、フォトレジスト層230を除去し、ゲート電極
として機能するAlNd層203のプラズマエッチング工程を終えた状態での工程断面図
である。
Further, as the plasma etching progresses, a part of the photoresist layer 230 also advances at the same time, and a taper angle is formed in the AlNd layer 203, so that the plasma etching can be performed without hindering the discharge of the reaction product gas. Become. The taper angle of the AlNd layer 203 is preferably about 50 ° to 80 °. By taking a taper angle of 80 ° or less, AlN
The processing chamber 1 without retaining the reaction product gas generated simultaneously with the plasma etching of the photoresist layer 230 and the AlNd layer 203 when the d layer 203 is plasma etched.
The gas can be exhausted to the gas exhaust system 110 (see FIG. 1) via 03 (see FIG. 1). Further, by setting the taper angle to 50 ° or more, the AlNd layer 203 can be easily processed, and the AlNd layer 203 can be processed without reducing the pattern accuracy. FIG. 2B is a process cross-sectional view showing a state in the middle of plasma etching.
After the plasma etching, the photoresist layer 230 is removed by a process such as ashing. FIG. 2C is a process cross-sectional view in a state in which the photoresist layer 230 is removed and the plasma etching process of the AlNd layer 203 functioning as a gate electrode is finished.

プラズマエッチング条件としては、エッチングガスとして塩素ガスを用い、150nm
/分以上250nm/分以下のエッチング速度でエッチングされるように塩素ガス流量を
制御することが好ましい。Nd塩化物は蒸気圧がAl塩化物に比べて低いが、250nm
/分以下のエッチング速度となるようプラズマエッチングすることで、Al塩化物と同時
に蒸発させることができるため、フェンスの発生を抑えることが可能となる。また、エッ
チング速度を150nm/分以上とすることで、短いエッチング時間で加工を行うことが
可能となり、量産性を確保することが可能となる。
As plasma etching conditions, chlorine gas is used as an etching gas and 150 nm is used.
It is preferable to control the chlorine gas flow rate so that etching is performed at an etching rate of at least 250 nm / min. Nd chloride has a lower vapor pressure than Al chloride, but 250 nm
By performing plasma etching so that the etching rate is less than or equal to 1 minute, it is possible to evaporate simultaneously with the Al chloride, so that the generation of a fence can be suppressed. Further, by setting the etching rate to 150 nm / min or more, processing can be performed in a short etching time, and mass productivity can be ensured.

また、上記した工程を行う場合に、塩素ガスに加えて塩素ガスの流量に対して20%以
下の流量の塩化硼素ガスを添加しても良い。この程度の塩化硼素ガスの添加では、プラズ
マエッチングを行う処理室103(図1参照)内に堆積される硼素起因の反応生成物の付
着量は塩素ガスや、塩素ガスと希ガスを混入したガスを用いた場合に準ずる程度に抑える
ことができる。塩化硼素ガスは、残留酸素等に起因するNd酸化物を還元する機能を有し
ており、Nd酸化物の残渣を除去しうる条件でプラズマエッチングを行うことが可能とな
る。
Moreover, when performing the above-mentioned process, you may add the boron chloride gas of the flow volume of 20% or less with respect to the flow volume of chlorine gas in addition to chlorine gas. When boron chloride gas is added to such a degree, the amount of boron-derived reaction product deposited in the processing chamber 103 (see FIG. 1) in which plasma etching is performed is chlorine gas or a gas in which chlorine gas and rare gas are mixed. It can be suppressed to the extent similar to the case where is used. Boron chloride gas has a function of reducing Nd oxide caused by residual oxygen or the like, and plasma etching can be performed under conditions that can remove the residue of Nd oxide.

また、塩素ガスや、塩素ガスに塩化硼素を添加したエッチングガスに、アルゴンやヘリ
ウム、ネオン、クリプトン、キセノンに代表される希ガスを混入しても良い。この場合、
Nd塩化物濃度を、プラズマエッチングに対する寄与が小さい希ガスの導入により相対的
に薄めることが可能となる。そのため、フェンスの発生を抑えることが可能となる。
Further, a rare gas typified by argon, helium, neon, krypton, or xenon may be mixed into chlorine gas or an etching gas obtained by adding boron chloride to chlorine gas. in this case,
It is possible to relatively reduce the Nd chloride concentration by introducing a rare gas that has a small contribution to plasma etching. Therefore, it becomes possible to suppress the occurrence of a fence.

そして、プラズマを励起する条件としては、パワー密度として0.4W/cm2以上1
.0W/cm2以下程度の値を用いることが好適である。0.4W/cm2以上の出力でプ
ラズマを発生させることで、実用的なエッチング速度でAlNdをプラズマエッチングす
ることが可能となる。また、1.0W/cm2以下の出力でプラズマを発生させることで
、60°以下程度の順テーパー角をもってプラズマエッチングすることが可能となる。順
テーパー角をもってAlNd層をエッチングすることで、Ndを含む反応生成物を滞留さ
せることなく放出させることが可能となる。そのため、Ndに起因するフェンスの発生を
抑制することが可能となる。
As a condition for exciting the plasma, the power density is 0.4 W / cm 2 or more and 1
. It is preferable to use a value of about 0 W / cm 2 or less. By generating plasma with an output of 0.4 W / cm 2 or more, AlNd can be plasma etched at a practical etching rate. Further, by generating plasma with an output of 1.0 W / cm 2 or less, it becomes possible to perform plasma etching with a forward taper angle of about 60 ° or less. By etching the AlNd layer with a forward taper angle, the reaction product containing Nd can be released without stagnation. Therefore, it becomes possible to suppress the generation of a fence due to Nd.

そして、プラズマを基板側に引き出すバイアス電力は、0.75W/cm2以上1.5
W/cm2以下であることが好適である。0.75W/cm2以上のバイアス電力を用いる
ことで、実用的なエッチング速度を得ることができる。そして1.5W/cm2以下のバ
イアス電力を用いることで、プラズマの過剰な引き込みによるNd塩化物の基板からの放
出を妨げることなくエッチングを行うことができ、Ndに起因するフェンスの発生を抑制
することが可能となる。
The bias power for drawing the plasma to the substrate side is 0.75 W / cm 2 or more and 1.5.
It is preferable that it is W / cm 2 or less. A practical etching rate can be obtained by using a bias power of 0.75 W / cm 2 or more. By using a bias power of 1.5 W / cm 2 or less, etching can be performed without hindering the release of Nd chloride from the substrate due to excessive entrainment of plasma, and the generation of fences due to Nd is suppressed. It becomes possible to do.

また、プラズマを基板側に引き出すバイアス周波数は2.0MHz以上6.0MHz以
下程度とすることが好適である。2.0MHz以上の周波数を用いることで過剰な物理的
イオンの衝突(イオンボンバード)による損傷を抑制することができる。そして、6.0
MHz以下の周波数を用いることで蒸気圧が低いNd塩化物を機械的(イオンの衝突)に
より除去することで、フェンスの発生を抑制することが可能となる。
In addition, it is preferable that the bias frequency for drawing the plasma to the substrate side is about 2.0 MHz to 6.0 MHz. By using a frequency of 2.0 MHz or higher, damage due to excessive physical ion collision (ion bombardment) can be suppressed. And 6.0
By using a frequency of MHz or lower to remove Nd chloride having a low vapor pressure by mechanical (ion collision), generation of a fence can be suppressed.

そして、上記した条件範囲の一例として、以下の条件でプラズマエッチングを行った。
図3は、以下に示す条件で図1に示すICPエッチング装置100を用いてプラズマエッ
チングを行った場合の断面SEM写真である。
As an example of the above condition range, plasma etching was performed under the following conditions.
FIG. 3 is a cross-sectional SEM photograph when plasma etching is performed using the ICP etching apparatus 100 shown in FIG. 1 under the following conditions.

電極間距離(図1に示す対向電極104と基板支持部105との距離):150mm、
処理室103内の圧力:0.6Pa、プラズマ励起出力:1500W、プラズマ引き込み
出力:2500W、プラズマ引き込み周波数:3.0MHz、塩素ガス流量:200sc
cm、プラズマ励起周波数:13.56MHz、基板200には400mm×500mm
の寸法を有する無アルカリガラスを用いている。図3に示すように、図7で見られたフェ
ンスは無く、テーパー形状を有するAlNd層203をプラズマエッチング法で加工する
ことが可能である。
Distance between electrodes (distance between the counter electrode 104 and the substrate support 105 shown in FIG. 1): 150 mm,
Pressure in the processing chamber 103: 0.6 Pa, plasma excitation output: 1500 W, plasma drawing output: 2500 W, plasma drawing frequency: 3.0 MHz, chlorine gas flow rate: 200 sc
cm, plasma excitation frequency: 13.56 MHz, 400 mm × 500 mm for the substrate 200
A non-alkali glass having the following dimensions is used. As shown in FIG. 3, there is no fence seen in FIG. 7, and the AlNd layer 203 having a tapered shape can be processed by the plasma etching method.

ここで、同様の条件を用いることで、図5に示したECRプラズマエッチング装置や、
図6に示したHWPエッチング装置等、プラズマ励起エネルギーとプラズマ引き込みエネ
ルギーとを独立して扱えるプラズマエッチング装置を用いた場合でも、図3に示すように
フェンス形成を抑えた形状にプラズマエッチングを行うことが可能である。なお、図1に
示した対向電極104を有さない装置を用いる場合には、上記した電極間距離という記載
は無効となる。これは、対向電極を有さない他のプラズマエッチング装置を用いた場合に
おいても同様である。この場合においては、対向電極104に代えてプラズマと基板20
0との間に、プラズマ引き込みエネルギーが印加されることとなる。すなわち、プラズマ
と基板との平均距離が電極間距離として存在するものとしてエッチングが進行する。
Here, by using similar conditions, the ECR plasma etching apparatus shown in FIG.
Even when a plasma etching apparatus capable of independently handling plasma excitation energy and plasma drawing energy such as the HWP etching apparatus shown in FIG. 6 is used, plasma etching is performed in a shape that suppresses fence formation as shown in FIG. Is possible. In addition, when using the apparatus which does not have the counter electrode 104 shown in FIG. 1, the above description of the distance between electrodes becomes invalid. The same applies to the case where another plasma etching apparatus having no counter electrode is used. In this case, instead of the counter electrode 104, the plasma and the substrate 20
Plasma entrapment energy is applied between 0 and 0. That is, etching proceeds on the assumption that the average distance between the plasma and the substrate exists as the distance between the electrodes.

図5に示したECRプラズマエッチング装置や、図6に示したHWPエッチング装置等
を用いても、図3に示すように、図7で見られたフェンスは無く、テーパー形状を有する
AlNd層203をプラズマエッチング法で加工することが可能である。
Even if the ECR plasma etching apparatus shown in FIG. 5 or the HWP etching apparatus shown in FIG. 6 is used, as shown in FIG. 3, there is no fence seen in FIG. 7, and the AlNd layer 203 having a tapered shape is formed. It can be processed by plasma etching.

本実施形態の特徴としては、たとえば塩素ガスの標準状態での流量に対して、塩化硼素
ガスを標準状態の流量で20%以下(0%を含む)の比率で添加したエッチングガスを用
いていることが挙げられる。塩素ガスが占める割合が高いエッチングガスを用いることで
、フェンスの発生や処理室103内に付着する反応生成物の量を抑えることが可能となる
。また、処理室103内のクリーニング頻度を下げることが可能となる。
As a feature of the present embodiment, for example, an etching gas in which boron chloride gas is added at a ratio of 20% or less (including 0%) at a standard flow rate with respect to a standard flow rate of chlorine gas is used. Can be mentioned. By using an etching gas with a high proportion of chlorine gas, it is possible to suppress the generation of fences and the amount of reaction products adhering to the inside of the processing chamber 103. In addition, the cleaning frequency in the processing chamber 103 can be reduced.

また、上記した実施形態では、AlNd層203を単層で用いた例について述べたが、
これは、AlNd層203の基板200側に、チタン、窒化チタン、モリブデン、クロム
、タンタル、タングステンを含む層を形成しても良い。この場合、AlNd層203に発
生するボイド(空洞状の欠陥)や、ヒロックの発生を抑えることが可能となる。ボイドや
、ヒロックの発生を抑える機構は明確には把握していないが、金属層が、基板との間に生
じる製造工程中の熱応力を緩和する緩衝層として機能しているものと推測している。
In the above-described embodiment, the example in which the AlNd layer 203 is used as a single layer has been described.
In this case, a layer containing titanium, titanium nitride, molybdenum, chromium, tantalum, or tungsten may be formed on the substrate 200 side of the AlNd layer 203. In this case, generation of voids (hollow defects) and hillocks generated in the AlNd layer 203 can be suppressed. Although the mechanism to suppress the generation of voids and hillocks is not clearly understood, it is assumed that the metal layer functions as a buffer layer that relieves thermal stress that occurs between the substrate and the manufacturing process. Yes.

AlNd層203の、基板200と対向する方向にチタン、窒化チタン、モリブデン、
クロム、タンタル、タングステンを含む層を形成しても良い。この場合でも、AlNd層
203に発生するボイドや、ヒロックの発生を抑えることが可能となる。ボイドや、ヒロ
ックの発生が抑えられる機構については明確ではないが、金属層が密接する他の層との間
に生じる製造工程中の熱応力を緩和する緩衝層として機能しているものと推測している。
In the direction of the AlNd layer 203 facing the substrate 200, titanium, titanium nitride, molybdenum,
A layer containing chromium, tantalum, or tungsten may be formed. Even in this case, generation of voids and hillocks generated in the AlNd layer 203 can be suppressed. The mechanism that suppresses the occurrence of voids and hillocks is not clear, but it is assumed that the metal layer functions as a buffer layer that relieves thermal stress during the manufacturing process that occurs between other layers in close contact with the metal layer. ing.

また、AlNd層203の両側にチタン、窒化チタン、モリブデン、クロム、タンタル
、タングステンを含む層を形成しても良い。この場合、より確実にボイドや、ヒロックの
発生を抑えることが可能となる。
Alternatively, a layer containing titanium, titanium nitride, molybdenum, chromium, tantalum, or tungsten may be formed on both sides of the AlNd layer 203. In this case, generation of voids and hillocks can be suppressed more reliably.

(第3実施形態:半導体装置)
以下、第3実施形態として、半導体装置としてのTFTについて説明する。本実施形態
のTFTは、第2実施形態で例示したプラズマエッチング法を用いてエッチングしたAl
Nd層203をゲート電極として用いている。図4は、第2実施形態で例示したプラズマ
エッチング法を用いて形成したTFTの断面図である。
(Third Embodiment: Semiconductor Device)
Hereinafter, a TFT as a semiconductor device will be described as a third embodiment. The TFT of this embodiment is an Al film etched using the plasma etching method exemplified in the second embodiment.
The Nd layer 203 is used as a gate electrode. FIG. 4 is a cross-sectional view of a TFT formed using the plasma etching method exemplified in the second embodiment.

なお、第2実施形態で例示したように、ECRプラズマエッチング装置や、HWPエッ
チング装置等、プラズマ励起エネルギーとプラズマ引き込みエネルギーとを独立して扱え
るプラズマエッチング装置を用いてAlNd層203をエッチングしたものを用いても良
い。TFT220は、基板200、多結晶シリコン層201、ゲート絶縁層202、ゲー
ト電極としてのAlNd層203、ソース204、ソース側LDD205、チャネル20
6、ドレイン側LDD207、ドレイン208、を含む。
In addition, as illustrated in the second embodiment, an AlNd layer 203 is etched using a plasma etching apparatus that can handle plasma excitation energy and plasma drawing energy independently, such as an ECR plasma etching apparatus or an HWP etching apparatus. It may be used. The TFT 220 includes a substrate 200, a polycrystalline silicon layer 201, a gate insulating layer 202, an AlNd layer 203 as a gate electrode, a source 204, a source side LDD 205, a channel 20.
6, a drain side LDD 207 and a drain 208.

基板200上には、多結晶シリコン層201を用いたソース204、ソース側LDD2
05、チャネル206、ドレイン側LDD207、ドレイン208、ソース側電極209
、ドレイン側電極210が形成される。ここで、AlNd層203のNd濃度を2at%
程度としている。
On the substrate 200, a source 204 using a polycrystalline silicon layer 201, a source side LDD 2
05, channel 206, drain side LDD 207, drain 208, source side electrode 209
The drain side electrode 210 is formed. Here, the Nd concentration of the AlNd layer 203 is 2 at%.
It is about.

ソース204とドレイン208は、チャネル206を通して伝達されるキャリアを供給
する機能を有している。ソース204とドレイン208は、図示せぬ電極に対してオーム
性接触を可能とすべく、高い不純物濃度が与えられている。
The source 204 and the drain 208 have a function of supplying carriers transmitted through the channel 206. The source 204 and the drain 208 are given a high impurity concentration so as to enable ohmic contact with an electrode (not shown).

ソース側LDD205、ドレイン側LDD207は、チャネル206の端部近傍に配置
され、ソース204とドレイン208と、チャネル206との間の不純物濃度を備え、A
lNd層203(ゲートとして機能する)の端部で生じる電界集中を緩和するために形成
されている。
The source-side LDD 205 and the drain-side LDD 207 are disposed in the vicinity of the end of the channel 206, and have an impurity concentration between the source 204, the drain 208, and the channel 206.
It is formed to alleviate electric field concentration occurring at the end of the lNd layer 203 (functioning as a gate).

チャネル206は、AlNd層203(ゲートとして機能する)からゲート絶縁層20
2を介して印加される電界に応じたキャリアを誘起し、TFT220のコンダクタンスを
変調する機能を有している。
The channel 206 extends from the AlNd layer 203 (functioning as a gate) to the gate insulating layer 20.
2 has a function of inducing carriers according to the electric field applied through 2 and modulating the conductance of the TFT 220.

ソース側電極209はソース204と、ドレイン側電極210はドレイン208と、そ
れぞれ接続され、図示せぬ外部回路とTFT220とを電気的に接続させる機能を有して
いる。
The source side electrode 209 is connected to the source 204, and the drain side electrode 210 is connected to the drain 208, and has a function of electrically connecting an external circuit (not shown) and the TFT 220.

上記したように、AlNd層203のNd濃度を2at%程度にすることで、400℃
1時間のアニールがヒロックを発生させることなく行えるため、高い濃度の不純物が添加
されたソース204とドレイン208中の不純物を活性化させることが可能となる。その
ため、ソース側電極209とソース204とのコンタクト抵抗、およびドレイン側電極2
10とドレイン208とのコンタクト抵抗を低い値で、かつ面内分布を抑えて電気的に接
続することが可能となる。
As described above, by setting the Nd concentration of the AlNd layer 203 to about 2 at%, 400 ° C.
Since annealing for one hour can be performed without generating hillocks, it is possible to activate the impurities in the source 204 and the drain 208 to which high-concentration impurities are added. Therefore, the contact resistance between the source side electrode 209 and the source 204 and the drain side electrode 2
10 and the drain 208 can be electrically connected with a low value while suppressing in-plane distribution.

ICPエッチング装置の構成を示す外略図。The outline figure which shows the structure of an ICP etching apparatus. (a)〜(c)は、プラズマエッチング工程を行うパターンとして、典型的な例となるゲート電極の形成を行う工程を示す工程断面図。(A)-(c) is process sectional drawing which shows the process of forming the gate electrode used as a typical example as a pattern which performs a plasma etching process. 本実施形態のエッチング条件でICPエッチング装置を用いてプラズマエッチングを行った場合の断面SEM写真。The cross-sectional SEM photograph at the time of performing plasma etching using the ICP etching apparatus on the etching conditions of this embodiment. 第2実施形態で示したプラズマエッチング法を用いて形成したTFTの断面図。Sectional drawing of TFT formed using the plasma etching method shown in 2nd Embodiment. ECRプラズマエッチング装置の外略図。FIG. 3 is a schematic view of an ECR plasma etching apparatus. HWPエッチング装置の外略図。FIG. 3 is a schematic view of an HWP etching apparatus. 基板上に形成されたAlNdパターン側面に反応生成物が付着した状態を示すSEM写真。The SEM photograph which shows the state which the reaction product adhered to the AlNd pattern side surface formed on the board | substrate.

符号の説明Explanation of symbols

100…ICPエッチング装置、101…搬送系、102…ゲートバルブ、103…処
理室、104…対向電極、105…基板支持部、106…結合コンデンサ、107…AC
バイアス電源、108…アンテナ、109…ガス供給系、110…ガス排気系、111…
RF電源、112…予備排気系、113…予備排気室、200…基板、201…多結晶シ
リコン層、202…ゲート絶縁層、203…AlNd層、204…ソース、205…ソー
ス側LDD、206…チャネル、207…ドレイン側LDD、208…ドレイン、209
…ソース側電極、210…ドレイン側電極、220…TFT、230…フォトレジスト層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... ICP etching apparatus, 101 ... Conveyance system, 102 ... Gate valve, 103 ... Processing chamber, 104 ... Counter electrode, 105 ... Substrate support part, 106 ... Coupling capacitor, 107 ... AC
Bias power supply, 108 ... antenna, 109 ... gas supply system, 110 ... gas exhaust system, 111 ...
RF power source, 112 ... preliminary exhaust system, 113 ... preliminary exhaust chamber, 200 ... substrate, 201 ... polycrystalline silicon layer, 202 ... gate insulating layer, 203 ... AlNd layer, 204 ... source, 205 ... source side LDD, 206 ... channel 207: drain side LDD 208: drain 209
... Source side electrode, 210 ... Drain side electrode, 220 ... TFT, 230 ... Photoresist layer.

Claims (11)

ネオジムが添加されたアルミニウム合金層上に、マスクパターンが形成された基板をプ
ラズマエッチングする半導体装置の製造方法であって、プラズマエッチングを行うエッチ
ングガスとして塩素ガスを用い、エッチング速度が150nm/分以上250nm/分以
下の範囲でエッチングが行われるよう塩素ガスを供給することを特徴とする半導体装置の
製造方法。
A method for manufacturing a semiconductor device in which a substrate on which a mask pattern is formed is plasma-etched on an aluminum alloy layer to which neodymium is added, wherein chlorine gas is used as an etching gas for performing plasma etching, and an etching rate is 150 nm / min or more. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising supplying chlorine gas so that etching is performed in a range of 250 nm / min or less.
請求項1に記載の半導体装置の製造方法であって、前記アルミニウム合金層の前記基板
側にチタン、窒化チタン、モリブデン、クロム、タンタル、タングステンからなる層を密
着形成していることを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a layer made of titanium, titanium nitride, molybdenum, chromium, tantalum, and tungsten is formed in close contact with the substrate side of the aluminum alloy layer. A method for manufacturing a semiconductor device.
請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法であって、前記アルミニウム合金層の
前記基板と反対側にチタン、窒化チタン、モリブデン、クロム、タンタル、タングステン
からなる層を密着形成していることを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a layer made of titanium, titanium nitride, molybdenum, chromium, tantalum, and tungsten is formed in close contact with the side of the aluminum alloy layer opposite to the substrate. A method of manufacturing a semiconductor device.
請求項1〜3のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法であって、前記エッチング
ガスとして塩素ガスに代え、塩素ガスを標準状態に換算した流量に対して、塩化硼素ガス
を標準状態に換算した流量で20%以下の比率で添加したエッチングガスを用いたことを
特徴とする半導体装置の製造方法。
It is a manufacturing method of the semiconductor device as described in any one of Claims 1-3, Comprising: It replaces with chlorine gas as said etching gas, Boron chloride gas is a standard state with respect to the flow volume which converted chlorine gas into the standard state A method for manufacturing a semiconductor device, wherein an etching gas added at a rate of 20% or less at a flow rate converted to is used.
請求項1〜4のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法であって、前記エッチング
ガスに希ガスを加えてプラズマエッチングを行うことを特徴とする半導体装置の製造方法
5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein plasma etching is performed by adding a rare gas to the etching gas. 6.
請求項1〜5のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法であって、ネオジムの添加
量は、アルミニウムに対して0.5at%以上3.0at%以下であることを特徴とする
半導体装置の製造方法。
6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the amount of neodymium added is 0.5 at% or more and 3.0 at% or less with respect to aluminum. Device manufacturing method.
請求項1〜6のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法であって、ネオジムの添加
量は、アルミニウムに対して1.0at%超2.5at%以下であることを特徴とする半
導体装置の製造方法。
The semiconductor device manufacturing method according to claim 1, wherein the amount of neodymium added is more than 1.0 at% and not more than 2.5 at% with respect to aluminum. Device manufacturing method.
請求項1〜7のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法であって、プラズマを発生
させるためのパワー密度を0.4W/cm2以上1.0W/cm2以下とすることを特徴と
する半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the power density to generate plasma 0.4 W / cm 2 or more 1.0 W / cm 2 or less A method for manufacturing a semiconductor device.
請求項1〜8のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法であって、プラズマを基板
側に引き出すバイアス電力を0.75W/cm2以上1.5W/cm2以下とすることを特
徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1-8, characterized in that the bias power to draw plasma toward the substrate 0.75 W / cm 2 or more 1.5 W / cm 2 or less A method for manufacturing a semiconductor device.
請求項1〜9のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法であって、プラズマを基板
側に引き出すバイアス周波数を2.0MHz以上6.0MHz以下とすることを特徴とす
る半導体装置の製造方法。
10. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a bias frequency for drawing plasma to the substrate side is set to 2.0 MHz or more and 6.0 MHz or less. 11. Method.
請求項1〜10のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法を用いて形成されること
を特徴とする半導体装置。
It forms using the manufacturing method of the semiconductor device as described in any one of Claims 1-10, The semiconductor device characterized by the above-mentioned.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US9443879B2 (en) 2013-08-21 2016-09-13 Samsung Display Co., Ltd. Display substrate and method of manufacturing the display substrate
US9552996B2 (en) 2014-07-10 2017-01-24 Seiko Epson Corporation Semiconductor device, having conductive pattern and electronic apparatus

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