JP2010177708A - 窒化シリコン膜のドライエッチング方法および薄膜トランジスタの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＳＦ₆等の地球温暖化の一因となるガスを用いずに、真性アモルファスシリコン膜上の窒化シリコン膜を良好にドライエッチングする。
【解決手段】 成膜された真性アモルファスシリコン膜21の上面には窒化シリコン膜22が成膜され、その上面にはレジスト膜23が形成されている。そして、エッチングガスとしてフッ素ガス（１００ｓｃｃｍ）および酸素ガス（１００〜４００ｓｃｃｍ）の混合ガスを用いた反応性イオンエッチングを行なうと、レジスト膜23下以外の領域における窒化シリコン膜22がドライエッチングされ、そのエッチングレートは約２０００Å／ｍｉｎであった。この場合、窒化シリコン膜22が完全に除去されると、下地の真性アモルファスシリコン膜21が露出され、この露出された真性アモルファスシリコン膜21がある程度ドライエッチングされるが、そのエッチングレートは約４００Å／ｍｉｎであった。したがって、この場合の選択比は約５である。
【選択図】 図２

Description

この発明は窒化シリコン膜のドライエッチング方法に関する。

例えば、従来の薄膜トランジスタには、逆スタガ型でチャネル保護膜型のものがある（例えば、特許文献１参照）。この場合、チャネル保護膜の形成方法としては、まず、成膜された真性アモルファスシリコン膜の上面に窒化シリコンからなるチャネル保護膜形成用膜を成膜する。次に、チャネル保護膜形成用膜の上面にレジスト膜をパターン形成する。次に、エッチングガスとしてＳＦ₆（六フッ化イオウ）ガスと酸素ガスとの混合ガスを用い、レジスト膜下以外の領域におけるチャネル保護膜形成用膜をドライエッチングして除去すると、レジスト膜下にチャネル保護膜が形成される。

特開平１１−２７４１４３号公報

しかしながら、上記従来のドライエッチング方法で使用するエッチングガス中のＳＦ₆は、近年、地球温暖化の一因として問題視されるようになってきており、したがってこれに替わる代替ガスの選択が重要な課題となっている。

そこで、この発明は、ＳＦ₆等の地球温暖化の一因となるガスを用いずに窒化シリコン膜を良好にドライエッチングすることができる窒化シリコン膜のドライエッチング方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、フッ素ガスおよび酸素ガスを含む混合ガスを用いた反応性イオンエッチングにより窒化シリコン膜をドライエッチングすることを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記窒化シリコン膜はアモルファスシリコン膜上に形成されていることを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記混合ガスはさらに不活性ガスを含むことを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記フッ素ガスに対する前記酸素ガスの流量比は０．５〜２０であることを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記フッ素ガスに対する前記酸素ガスの流量比は１〜４であることを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、ドライエッチングは、１〜１００Ｐａの真空雰囲気下で行うことを特徴とするものである。

この発明によれば、フッ素ガスおよび酸素ガスを含む混合ガスを用いた反応性イオンエッチングにより窒化シリコン膜をドライエッチングすることにより、ＳＦ₆等の地球温暖化の一因となるガスを用いずに窒化シリコン膜を良好にドライエッチングすることができる。

この発明のドライエッチング方法を含む製造方法により製造された薄膜トランジスタパネルの一例の断面図。 図１に示す薄膜トランジスタパネルの製造方法の一例において、当初の工程の断面図。 図２に続く工程の断面図。 図３に続く工程の断面図。 図４に続く工程の断面図。 図５に続く工程の断面図。 ＲＩＥ装置の一例の概略構成図。

図１はこの発明のドライエッチング方法を含む製造方法により製造された薄膜トランジスタパネルの一例の断面図を示す。この薄膜トランジスタパネルはガラス基板１を備えている。ガラス基板１の上面の所定の箇所にはクロム等からなるゲート電極２が設けられている。ゲート電極２を含むガラス基板１の上面には窒化シリコンからなるゲート絶縁膜３が設けられている。

ゲート電極２上におけるゲート絶縁膜３の上面の所定の箇所には真性アモルファスシリコンからなる半導体薄膜４が設けられている。半導体薄膜４の上面の所定の箇所には窒化シリコンからなるチャネル保護膜５が設けられている。チャネル保護膜５の上面両側およびその両側における半導体薄膜４の上面にはｎ型アモルファスシリコンからなるオーミックコンタクト層６、７が設けられている。オーミックコンタクト層６、７の各上面にはクロム等からなるソース電極８およびドレイン電極９が設けられている。

ここで、ゲート電極２、ゲート絶縁膜３、半導体薄膜４、チャネル保護膜５、オーミックコンタクト層６、７、ソース電極８およびドレイン電極９により、逆スタガ型でチャネル保護膜型の薄膜トランジスタ１０が構成されている。

薄膜トランジスタ１０を含むゲート絶縁膜３の上面には窒化シリコンからなるオーバーコート膜１１が設けられている。ソース電極８の所定の箇所に対応する部分におけるオーバーコート膜１１にはコンタクトホール１２が設けられている。オーバーコート膜１１の上面の所定の箇所にはＩＴＯからなる画素電極１３がコンタクトホール１２を介してソース電極８に接続されて設けられている。

次に、この薄膜トランジスタパネルの製造方法の一例について説明する。まず、図２に示すように、ガラス基板１の上面の所定の箇所に、スパッタ法により成膜されたクロム等からなる金属膜をフォトリソグラフィ法によりパターニングすることにより、ゲート電極２を形成する。

次に、ゲート電極２を含むガラス基板１の上面に、プラズマＣＶＤ法により、窒化シリコンからなるゲート絶縁膜３、真性アモルファスシリコン膜（半導体薄膜形成用膜）２１および窒化シリコン膜（チャネル保護膜形成用膜）２２を連続して成膜する。次に、窒化シリコン膜２２の上面のチャネル保護膜形成領域に、印刷法等により塗布されたレジスト膜をフォトリソグラフィ法によりパターニングすることにより、レジスト膜２３を形成する。

次に、レジスト膜２３をマスクとして窒化シリコン膜２２を後述する如くドライエッチングすると、レジスト膜２３下以外の領域における窒化シリコン膜２２が除去され、図３に示すように、レジスト膜２３下にチャネル保護膜５が形成される。次に、レジスト膜２３を剥離する。

次に、図４に示すように、チャネル保護膜５を含む真性アモルファスシリコン膜２１の上面に、プラズマＣＶＤ法により、ｎ型アモルファスシリコン膜（オーミックコンタクト層形成用膜）２４を成膜する。次に、ｎ型アモルファスシリコン膜２４の上面に、スパッタ法により、クロム等からなるソース・ドレイン電極形成用膜２５を成膜する。

次に、ソース・ドレイン電極形成用膜２５の上面のソース電極形成領域およびドレイン電極形成領域に、印刷等により塗布されたレジスト膜をフォトリソグラフィ法によりパターニングすることにより、レジスト膜２６、２７を形成する。

次に、レジスト膜２６、２７をマスクとしてソース・ドレイン電極形成用膜２５をウェットエッチングすると、レジスト膜２６、２７下以外の領域におけるソース・ドレイン電極形成用膜２５が除去され、図５に示すように、レジスト膜２６、２７下にソース電極８およびドレイン電極９が形成される。

次に、レジスト膜２６、２７およびチャネル保護膜５をマスクとしてｎ型アモルファスシリコン膜２４および真性アモルファスシリコン膜２１を連続してドライエッチングすると、レジスト膜２６、２７下以外の領域におけるｎ型アモルファスシリコン膜２４が除去され、且つ、レジスト膜２６、２７およびチャネル保護膜５下以外の領域における真性アモルファスシリコン膜２１が除去され、図６に示すように、ソース電極８およびドレイン電極９下にオーミックコンタクト層６、７が形成され、且つ、オーミックコンタクト層６、７およびチャネル保護膜５下に半導体薄膜４が形成される。次に、レジスト膜２６、２７を剥離する。

次に、図１に示すように、薄膜トランジスタ１０を含むゲート絶縁膜３の上面に、プラズマＣＶＤ法により、窒化シリコンからなるオーバーコート膜１１を成膜する。次に、オーバーコート膜１１の所定の箇所に、フォトリソグラフィ法により、コンタクトホール１２を形成する。

次に、オーバーコート膜１１の上面の所定の箇所に、スパッタ法により成膜されたＩＴＯ膜をフォトリソグラフィ法によりパターニングすることにより、画素電極１３をコンタクトホール１２を介してソース電極８に接続させて形成する。かくして、図１に示す薄膜トランジスタパネルが得られる。

次に、上記製造方法においてドライエッチングを行なうための反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置の一例について、図７に示す概略構成図を参照して説明する。このＲＩＥ装置は、平行平板型であり、反応容器３１を備えている。反応容器３１内の下部には高周波電極３２が設けられ、上部には対向電極３３が設けられている。高周波電極３２は高周波電源３４に接続され、対向電極３３は接地されている。高周波電極３２の上面には被加工物３５が載置されるようになっている。反応容器３１の下部の所定の箇所は配管３６を介して真空ポンプ３７に接続されている。

反応容器３１の上部中央部にはガス導入管３８が対向電極３３の中央部を貫通して設けられている。ガス導入管３６は共通配管３９に接続されている。共通配管３９には第１、第２の配管４０、４１が接続されている。第１、第２の配管４０、４１には第１、第２の電磁弁４２、４３および第１、第２のマスフローコントローラ４４、４５が介在されている。第１、第２の配管４０、４１の各先端部にはボンベ等からなるフッ素ガス供給源４６および酸素ガス供給源４７が接続されている。

次に、上記構成のＲＩＥ装置を用いて、高周波電極３２の上面に載置された被加工物３５が図２に示す状態にあり、真性アモルファスシリコン膜２１上の窒化シリコン膜２２をドライエッチングする場合について説明する。まず、真空ポンプ３７の駆動により、反応容器３１内のガスを排出し、反応容器３１内の圧力を１０Ｐａとした。

次に、第１、第２の電磁弁４２、４３を開弁し、フッ素ガス供給源４６および酸素ガス供給源４７から供給されるフッ素ガスおよび酸素ガスの混合ガスをガス導入管３８から反応容器３１内に導入する。この場合、第１、第２のマスフローコントローラ４４、４５によりフッ素ガスおよび酸素ガスの各流量を調整し、フッ素ガスの流量を１００ｓｃｃｍとし、酸素ガスの流量を１００〜４００ｓｃｃｍとした。また、高周波電源３４から１３．５６ＭＨｚの高周波電力７００Ｗを印加した。

すると、レジスト膜２３下以外の領域における窒化シリコン膜２２がドライエッチングされて除去され、そのエッチングレートは約２０００Å／ｍｉｎであった。この場合、窒化シリコン膜２２が完全に除去されると、下地の真性アモルファスシリコン膜２１が露出され、この露出された真性アモルファスシリコン膜２１がある程度ドライエッチングされて除去されるが、そのエッチングレートは約４００Å／ｍｉｎであった。したがって、この場合の選択比は約５倍であり、実用可能である。しかも、フッ素ガスの温暖化係数はゼロであり、温暖化ガスの排出量の抑制に大きく寄与することができる。

なお、フッ素ガス供給源４６は、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン等の不活性ガスのいずれか１種または複数種のガスで希釈された希釈フッ素ガスを供給するものであってもよい。例えば、窒素ガスで２０ｖｏｌ％に希釈された希釈フッ素ガスの流量を５００ｓｃｃｍ（フッ素ガスのみの流量は１００ｓｃｃｍ）とし、酸素ガスの流量を１００〜４００ｓｃｃｍとしてもよい。

また、フッ素ガス供給源４６とは別に不活性ガス供給源を設けるようにしてもよい。また、上記のいずれの場合でも、フッ素ガスに対する酸素ガスの流量比は１〜４であるが、０．５〜２０の範囲内であればよい。さらに、反応容器３１内の圧力は１〜１００Ｐａの範囲内であればよい。

１ ガラス基板
２ ゲート電極
３ ゲート絶縁膜
４ 半導体薄膜
５ チャネル保護膜
６、７ オーミックコンタクト層
８ ソース電極
９ ドレイン電極
１０ 薄膜トランジスタ
１１ オーバーコート膜
１２ コンタクトホール
１３ 画素電極
２１ 真性アモルファスシリコン膜
２２ 窒化シリコン膜
２３ レジスト膜
２４ ｎ型アモルファスシリコン膜
２５ ソース・ドレイン電極形成用膜
２６、２７ レジスト膜
３１ 反応容器
３２ 高周波電極
３３ 対向電極
３４ 高周波電源
３５ 被加工物
３７ 真空ポンプ
３８ ガス導入管
４２、４３ 電磁弁
４４、４５ マスフローコントローラ
４６ フッ素ガス供給源
４７ 酸素ガス供給源

Claims (6)

1. フッ素ガスおよび酸素ガスを含む混合ガスを用いた反応性イオンエッチングにより窒化シリコン膜をドライエッチングすることを特徴とする窒化シリコン膜のドライエッチング方法。
2. 請求項１に記載の発明において、前記窒化シリコン膜はアモルファスシリコン膜上に形成されていることを特徴とする窒化シリコン膜のドライエッチング方法。
3. 請求項１または２に記載の発明において、前記混合ガスはさらに不活性ガスを含むことを特徴とする窒化シリコン膜のドライエッチング方法。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記フッ素ガスに対する前記酸素ガスの流量比は０．５〜２０であることを特徴とする窒化シリコン膜のドライエッチング方法。
5. 請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記フッ素ガスに対する前記酸素ガスの流量比は１〜４であることを特徴とする窒化シリコン膜のドライエッチング方法。
6. 請求項１に記載の発明において、ドライエッチングは、１〜１００Ｐａの真空雰囲気下で行うことを特徴とする窒化シリコン膜のドライエッチング方法。

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