JP2012138573A - エッチング方法及び薄膜トランジスタの作製方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】絶縁膜上に微結晶シリコン膜を形成し、前記微結晶シリコン膜上にアモルファスシリコン膜を形成し、前記アモルファスシリコン膜に1000Paより高圧力のH2とArの混合ガス雰囲気中でプラズマ処理を行うことにより前記微結晶シリコン膜を露出させてエッチングを行う。該エッチングは、アモルファスシリコン膜と微結晶シリコン膜とのエッチングレートの差が大きい。
【選択図】なし
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基板101上にゲート電極102を形成し、このゲート電極102上にゲート絶縁膜103を形成する。次に、このゲート絶縁膜103上に微結晶シリコン膜104、アモルファスシリコン膜105、n+アモルファスシリコン膜106を順に積層したSiアイランドを選択的に形成し、このSiアイランドを覆うようにソース配線及びドレイン配線110となる導電膜を形成する。
前記ゲート電極上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上に微結晶シリコン膜を形成し、
前記微結晶シリコン膜上にアモルファスシリコン膜を形成し、
前記アモルファスシリコン膜に1000Paより高圧力のH2とArの混合ガス雰囲気中でプラズマ処理を行うことにより前記微結晶シリコン膜を露出させることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法である。
前記ゲート電極上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上に微結晶シリコン膜を形成し、
前記微結晶シリコン膜上にアモルファスシリコン膜を形成し、
前記アモルファスシリコン膜上に不純物シリコン膜を形成し、
前記不純物シリコン膜上に導電膜を形成し、
前記導電膜及び前記不純物シリコン膜をエッチングすることにより、前記導電膜からなるソース配線及びドレイン配線を形成するとともに前記アモルファスシリコン膜を露出させ、
露出した前記アモルファスシリコン膜に1000Paより高圧力のH2とArの混合ガス雰囲気中でプラズマ処理を行うことにより前記微結晶シリコン膜を露出させることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法である。
アモルファスシリコン膜と微結晶シリコン膜とのエッチングレートの差を大きくするには、1000Paよりも高圧力でH2とArの混合ガス雰囲気中でプラズマ処理を行うことが有効であることを実験により検証した結果を以下に説明する。
(アモルファスシリコン膜の成膜条件)
流量:SiH4/H2=280sccm/330sccm
圧力:170Pa
RF電力:60W
電極間隔(上部電極下面と下部電極上面の間隔):24.5mm
基板温度:280℃
成膜レート:23nm/min.
流量:SiH4/H2/Ar=10sccm/1500sccm/1500sccm
圧力:280Pa
RF電力:50W
電極間隔(上部電極下面と下部電極上面の間隔):24.5mm
基板温度:280℃
成膜レート:1.71nm/min.
H2の流量 : 1500sccm
Arの流量 : 1500sccm
圧力 : 1000Pa、2000Pa、3000Pa、4000Pa、5000Pa、10000Pa
電極間隔(上部電極下面と下部電極上面の間隔) : 7mm
上部電極温度 : 250℃
下部電極温度 : 290℃
RF電力の周波数 : 13.56MHz
RF電力 : 50W、100W、150W
処理時間 : 600sec
次に、科学技術計算結果に基づき、アモルファスシリコン膜と微結晶シリコン膜とのエッチングレートの差を大きくするには、1000Paよりも高圧力でH2とArの混合ガス雰囲気中でプラズマ処理を行うことが有効である理由の考察について説明する。
粒子を剛体と仮定したとき、粒子1の衝突半径をd1(m)、粒子2の衝突半径をd2(m)とし、衝突断面積σ(m2)は下記式により表される。
σ=π(d1+d2)2
λ12=1/(nσ)
ここで、ガスの流量比は分圧に比例するとして、微結晶シリコン膜の成膜で用いられるガスに対するイオンの平均自由行程を計算する。ここでの計算は下記の条件で行った。
チャンバー内圧力(Pa)=500−5000
チャンバー内温度=280℃(553K)
図2は、微結晶シリコン膜の成膜時の圧力を変化させたときのH2 +とAr+の平均自由行程について科学技術計算を行った結果を示す図である。
図2によれば、平均自由行程は1000Paから3000Paの間で急激に減少している。また、3000Pa以上では圧力の増加分に対し、平均自由行程の減少分は緩やかに低下する。
次に、微結晶シリコン膜のエッチングについて考えると、イオン化した各種水素イオン(H+、H2 +、H3 +)やAr+が微結晶シリコン膜に衝突することで格子不整合を生成しアモルファス化した部分のエッチングが早く進むと考えられる。そこで、高圧力下で生成されるイオンのエネルギー分布関数を科学技術計算により求めた。その結果を図3と図4に示す。
図3によれば、1000Paの条件では20eVまでの高いエネルギーを持ったイオンが存在し、幅広いエネルギー分布を持つことが示されている。しかし、3000Paの条件では低エネルギー側に分布が偏り、5eV以下のエネルギー分布しか持たないことがわかった。これは、前述したように高圧力下ではイオンの平均自由行程が減少し、電界により加速されたイオンがすぐに他のイオンと衝突してしまい十分な運動エネルギーを得ることができないためであると考えられる。
同様に図4でも、1000Paの条件では高いエネルギーを持ったイオンが存在し、幅広いエネルギー分布を持つことが示されているが、3000Paでは5eV以下の低エネルギー側に分布が偏っていることがわかる。
次に、上記「1000Paよりも高圧力でH2とArの混合ガス雰囲気中でのプラズマ処理」を用いたTFTの作製方法について説明する。
このTFTの作製方法は、微結晶シリコン膜を用いた逆スタガ型TFTの作製プロセスの一例であり、図5及び図6を参照して説明する。
なお、SiNX膜の成膜方法の一例は下記のとおりである。
流量:SiH4/NH3/N2/H2=15sccm/500sccm/180sccm/200sccm
圧力:100Pa
RF電力:200W
電極間隔(上部電極下面と下部電極上面の間隔):30mm
基板温度:250℃
なお、N2Oプラズマ処理の一例は下記のとおりである。
流量:N2O=400sccm
圧力:60Pa
RF電力:300W
電極間隔(上部電極下面と下部電極上面の間隔):30mm
シリコンを含む堆積性気体の代表例としては、SiH4、Si2H6等がある。
流量:SiH4/H2/Ar=4sccm/750sccm/750sccm
圧力:532Pa
RF電力:150W
電極間隔(上部電極下面と下部電極上面の間隔):15mm
基板温度:250℃
第2の微結晶シリコン膜は、プラズマCVD装置の処理室内において、原料ガスとしてシリコンを含む堆積性気体と、水素とを混合し、グロー放電プラズマにより形成する。または、シリコンを含む堆積性気体と、水素と、ヘリウム、ネオン、クリプトン等の希ガスとを混合し、グロー放電プラズマにより形成する。なお、プラズマCVD装置の上部電極及び下部電極の間隔は、プラズマが発生しうる間隔とすればよい。
流量:SiH4/H2/Ar=1.8sccm/750sccm/750sccm
圧力:5000Pa
RF電力:125W
電極間隔(上部電極下面と下部電極上面の間隔):7mm
基板温度:250℃
また、1000Paよりも高圧力でH2とArの混合ガス雰囲気中でのプラズマ処理を用いることにより、アモルファスシリコン膜5と微結晶シリコン膜4のエッチングレートの差を拡大することができる。そして、薄膜トランジスタの作製工程のチャネルエッチングにこの効果を利用することで、生産性を低下させることなく電気的特性が良好なシングルゲート型の薄膜トランジスタを作製することができる。
2,102 ゲート電極
3,103 ゲート絶縁膜
4,104 微結晶シリコン膜
5,105 アモルファスシリコン膜
6,106 n+アモルファスシリコン膜
10,110 ソース配線及びドレイン配線
11,111 パッシベーション膜
12 マスク
Claims (3)
- 絶縁膜上に設けられた、微結晶シリコン膜上にアモルファスシリコン膜が積層された積層膜に対して1000Paより高圧力のH2とArの混合ガス雰囲気中でプラズマ処理を行うことにより前記微結晶シリコン膜を露出させることを特徴とするエッチング方法。
- 基板上にゲート電極を形成し、
前記ゲート電極上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上に微結晶シリコン膜を形成し、
前記微結晶シリコン膜上にアモルファスシリコン膜を形成し、
前記アモルファスシリコン膜に1000Paより高圧力のH2とArの混合ガス雰囲気中でプラズマ処理を行うことにより前記微結晶シリコン膜を露出させることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 基板上にゲート電極を形成し、
前記ゲート電極上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上に微結晶シリコン膜を形成し、
前記微結晶シリコン膜上にアモルファスシリコン膜を形成し、
前記アモルファスシリコン膜上に不純物シリコン膜を形成し、
前記不純物シリコン膜上に導電膜を形成し、
前記導電膜及び前記不純物シリコン膜をエッチングすることにより、前記導電膜からなるソース配線及びドレイン配線を形成するとともに前記アモルファスシリコン膜を露出させ、
露出した前記アモルファスシリコン膜に1000Paより高圧力のH2とArの混合ガス雰囲気中でプラズマ処理を行うことにより前記微結晶シリコン膜を露出させることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
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