JPH05160079A - 非晶質シリコンのドライエッチング方法 - Google Patents

非晶質シリコンのドライエッチング方法

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JPH05160079A
JPH05160079A JP32285091A JP32285091A JPH05160079A JP H05160079 A JPH05160079 A JP H05160079A JP 32285091 A JP32285091 A JP 32285091A JP 32285091 A JP32285091 A JP 32285091A JP H05160079 A JPH05160079 A JP H05160079A
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film
etching
dry etching
dry
chclf
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JP32285091A
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English (en)
Inventor
Takao Takano
隆男 高野
Yoshifumi Yoritomi
美文 頼富
Satoru Todoroki
悟 轟
Mikio Takahashi
幹男 高橋
Ryoji Oritsuki
良二 折付
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【構成】非晶質シリコン薄膜トランジスタ(a−Si・
TFT)でプラズマCVD法で連続成膜したゲート絶縁
膜(窒化シリコン、SiN膜),半導体膜(a−Si
膜)から、SiN膜上にa−Si膜をアイランド状に形
成するドライエッチング工程において、CHClF2
しくはCHCl2Fのいずれか一方とSF6とO2の混合
ガスをエッチングガスとし、エッチングを行った。 【効果】これにより、エッチング速度が大きく、SiN
膜との選択性の高く、残渣のないエッチングを実現し、
ドレイン配線間短絡の不良とオーバエッチングによるT
FTゲート絶縁膜の絶縁破壊電圧の低下を抑え、a−S
i・TFTマトリクス基板の歩留りを向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示装置等に用い
る薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor,以下TF
Tと記す)の半導体層である非晶質シリコン(amorphou
s Silicon,以下a−Siと記す)のドライエッチング
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】a−Siは比較的低温で成膜できること
から、安価なガラス基板を用いることができ、液晶表示
装置等に用いられるTFT等の半導体装置の半導体層と
して用いられている。
【0003】以下、a−Siを用いたTFT(以下、a
−Si・TFTと記す)の一般的な構造を述べる。
【0004】図2に一般的なa−Si・TFTの断面図
を示す。1はガラス基板等の絶縁性基板、2はゲート電
極(例えばCr膜)、3はゲート絶縁層(例えば窒化シ
リコン膜、Silicon Nitride,以下SiN膜と記す)、
4は半導体層(a−Si膜)、5は半導体層と上部金属
電極(Al)とのオーミックコンタクトを得るためのリ
ンをドーピングしたn形a−Si膜、6はソース電極
(例えばAl膜)、7はドレイン電極(例えばAl
膜)、8は表示画素電極(例えばインジウムと錫の酸化
膜、Indium TinOxide,以下ITO膜と記す)をそれぞ
れ示す。
【0005】図2で示したゲート絶縁層のSiN膜3、
半導体層のa−Si膜4、オーミックコンタクト層のn
形a−Si膜5は、プラズマCVD(Chemical Vapor D
epo-sition)法により連続成膜し、通常のホトリソグラ
フィ工程とドライエッチング工程により、SiN膜3上
のa−Si膜4とn形a−Si膜5をアイランド状に素
子分離する。
【0006】このときのドライエッチング工程、すなわ
ち、シリコン系材料のドライエッチング工程では、特開
平3-42824に示されているようにエッチングガスとして
SF6とCHCl2F等の混合ガスを用いる方法が提案さ
れている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術であるS
6とCHCl2F等の混合ガスを用いたドライエッチン
グでは、不飽和種等によるエッチング残渣が生じやす
く、TFTを平面上に多数個配列し大画面の表示装置に
用いるTFTマトリクス基板を作製する場合、前記エッ
チング残渣に起因するドレイン配線間短絡の不良が発生
する。
【0008】また、このようなエッチング残渣が生じや
すい状態で、SiN膜3上のa−Si膜4(n形a−S
i膜5を含む)をエッチングした場合、エッチングの終
点はa−Si膜4の残渣がなくなったときであるため、
残渣として残らない部分はオーバエッチングとなる。S
6とCHCl2F等の混合ガスを用いたドライエッチン
グでは十分な選択比(a−Si膜とSiN膜のエッチン
グ速度比)がないため、オーバエッチング条件ではゲー
ト絶縁膜であるSiN膜が薄くなりTFTのゲート絶縁
膜の絶縁破壊電圧が低下するという問題があった。
【0009】本発明の目的は、非晶質シリコン膜のドラ
イエッチングにおいて、下地膜の窒化シリコン膜との選
択性があり、かつエッチング残渣のない再現性に優れた
エッチング方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、SiN膜3上のa−Si膜4のドライエ
ッチングに、CHClF2もしくはCHCl2Fのいずれ
か一方とSF6とO2との混合ガスをエッチングガスとし
て用いたものである。
【0011】
【作用】a−Si膜4のドライエッチングを行うとき、
エッチングガスがSF6単独の場合は、エッチング速度
は大きいが下地であるSiN膜3との選択比が小さい。
エッチングガスがCHClF2もしくはCHCl2F単独
の場合は、重合膜を形成してしまいエッチングの進行が
妨げられる。
【0012】SF6にO2を添加した場合は、エッチング
速度はSF6単独の場合に比較して大きくなる。
【0013】CHClF2もしくはCHCl2FにO2
添加した場合は、重合膜の形成が抑えられエッチングは
進行するがエッチング速度は小さい。しかし、エッチン
グ残渣が残る。
【0014】そこでa−Siのエッチングガスとして、
a−Si膜4のエッチング速度を大きくするためと不飽
和種による残渣の除去のためにFラジカルを多く発生さ
せるSF6を用い、下地のSiN膜3との選択比を得る
ためにCHClF2もしくはCHCl2Fを用い、重合膜
の除去およびエッチング速度の向上のためにO2を用い
たものである。
【0015】ここで、これらのガスの混合比が重要で、
SF6を15〜50容量%,CHClF2もしくはCHC
2Fを70〜45容量%,O2を15〜5容量%とする
ことが望ましい。
【0016】SF6の混合比がこの範囲を満たさない
と、エッチング速度が不足し、この範囲を越えると選択
比が不十分となる。CHClF2もしくはCHCl2Fの
混合比がこの範囲を満たさないと選択比が不十分とな
り、この範囲を越えるとエッチング速度の不足と共にエ
ッチング残渣が生ずる。また、O2の混合比がこの範囲
を満たさないと、エッチング残渣の抑制とエッチング速
度の増大に寄与せず、この範囲を越えるとa−Si膜表
面へのO2吸着によりエッチング速度の増大が妨げられ
る。
【0017】ガス混合比で、SF6はエッチング速度を
支配し、CHClF2もしくはCHCl2Fは選択比を支
配し、O2はエッチング速度増大の寄与と重合膜等の除
去によるエッチング残渣の抑制に役立っている。
【0018】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1から図2によ
り説明する。図1は本発明であるSF6とCHClF2
2の混合ガスでのエッチングを行う平行平板型反応性
イオンエッチング装置の主要部を模式的に示した断面図
である。
【0019】図1において、10はエッチング室、11
はアノード電極、12は基板ステージとなるカソード電
極、13はエッチングガスの導入管、14はガス排気
口、15は高周波電源(13.56MHz)を示す。エ
ッチングガスはエッチング室10外部に設置したガス供
給系より流量調節器を通じてエッチング室に導入され
る。また、カソード電極12は試料の温度上昇を防止す
るために水冷構造になっている。
【0020】本実施例で用いた混合ガスは、SF6:2
8sccm,CHClF2:36sccm,O2:5sccmで、エッ
チング圧力は30Pa、エッチング電力は300Wであ
る。エッチングはカソード電極12の上に基板16(T
FTマトリクス基板)を設置し、混合ガスの高周波プラ
ズマ中で実施した。
【0021】本発明のエッチング方法を用いて、図2に
示すa−Si・TFTを平面上に多数個配列し大画面の
表示装置に用いるa−Si・TFTマトリクス基板を、
以下の手順で作製した。
【0022】(1)ガラス基板1上に、スパッタリング
法によりCr膜を成膜し、通常のホトエッチング工程に
よりゲート電極2を形成する。
【0023】(2)プラズマCVD法によりゲート絶縁
層SiN膜3,半導体層a−Si膜4,オーミックコン
タクト層n形a−Si膜5を連続成膜し、通常のホトリ
ソグラフィ工程と本発明であるエッチング方法により、
a−Si膜4(n形a−Si膜5を含む)をアイランド
状に素子分離する。
【0024】(3)スパッタリング法によりITO膜を
成膜し、通常のホトエッチング工程により表示画素電極
8を形成する。
【0025】(4)スパッタリング法によりAl膜を成
膜し、通常のホトエッチング工程によりソース電極6,
ドレイン電極7を形成する。
【0026】(5)ソース電極6,ドレイン電極7をマ
スクにTFTチャネル上のn形a−Si膜を本発明であ
るエッチング方法により除去する。
【0027】このようにして、a−Si・TFTマトリ
クス基板を作製することにより、本実施例では(2),
(5)のドライエッチングプロセスで選択性が高く、再
現性が向上しエッチング残渣が生じることがないため、
ドレイン配線間短絡による不良、ゲート絶縁層SiN膜
の絶縁破壊電圧の低下や、n形a−Si膜のエッチング
不良等のドライエッチング工程による不良を減らすこと
ができ、a−Si・TFTマトリクス基板の歩留りを向
上させることができた。
【0028】実施例ではCHClF2を用いたが、CH
ClF2の代わりにCHCl2Fを用いても同様の結果が
得られる。
【0029】
【発明の効果】本発明によれば、a−Si・TFTマト
リクス基板作製時のa−Si膜のドライエッチングにお
いて、エッチング速度が大きく、下地膜SiNとの選択
性が高く、かつエッチング残渣が発生しないエッチング
が可能となる。
【0030】よってエッチング残渣によるドレイン配線
短絡不良がなくせる。また、下地膜SiNとの選択比が
小さいことやエッチング量のばらつきから生ずるオーバ
エッチングによるSiN膜のダメージを小さくでき、ゲ
ート絶縁膜の絶縁破壊電圧の低下やn形a−Si膜のエ
ッチング不良等のドライエッチング工程による不良を減
らすことができ、a−Si・TFTマトリクス基板の歩
留りを向上させる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のドライエッチング方法に用いる装置の
模式説明図である。
【図2】a−Si・TFTの断面図である。
【符号の説明】
10…エッチング室、11…アノード電極、12…カソ
ード電極、16…基板(a−Si・TFTマトリクス基
板)、3…ゲート絶縁層SiN膜、4…半導体層a−S
i膜、5…オーミックコンタクト層n形a−Si膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 幹男 千葉県茂原市早野3300番地株式会社日立製 作所茂原工場内 (72)発明者 折付 良二 千葉県茂原市早野3300番地株式会社日立製 作所茂原工場内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】非晶質シリコン膜を、CHClF2もしく
    はCHCl2Fのいずれか一方とSF6とO2を含む混合
    ガス中でドライエッチングすることを特徴とする非晶質
    シリコンのドライエッチング方法。
  2. 【請求項2】請求項1において、CHClF2もしくは
    CHCl2Fのいずれか一方とSF6とO2のガス組成比
    を、CHClF2もしくはCHCl2Fのいずれかを70
    〜45容量%,SF6を15〜50容量%,O2を15〜
    5容量%としたことを特徴とする非晶質シリコンのドラ
    イエッチング方法。
  3. 【請求項3】絶縁性基板の上に、ゲート電極,ゲート絶
    縁層,半導体層,ソース・ドレイン電極を順次積層する
    構造の薄膜トランジスタにおいて、ゲート絶縁層窒化シ
    リコン膜上の半導体層である非晶質シリコン膜のエッチ
    ングに、請求項1または請求項2のドライエッチング方
    法を用いたことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方
    法。
JP32285091A 1991-12-06 1991-12-06 非晶質シリコンのドライエッチング方法 Pending JPH05160079A (ja)

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