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非晶質シリコン膜のドライエッチング方法及び該方法を用いて作製した薄膜トランジスタ - 株式会社日立製作所
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発明の名称 非晶質シリコン膜のドライエッチング方法及び該方法を用いて作製した薄膜トランジスタ
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平6−252106
公開日 平成6年(1994)9月9日
出願番号 特願平5−39710
出願日 平成5年(1993)3月1日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】中村 純之助
発明者 高野 隆男 / 高橋 幹男 / 頼富 美文 / 轟 悟
要約 目的
TFT の a‐Si エッチング加工において、オゾン層の破壊物質に指定されていないガスを用いた有効なエッチング方法、および、該方法を用いて作製した薄膜トランジスタを提供すること。

構成
上記目的は、SF6と BCl3との混合ガス系中、もしくは、該ガス系に Ar、He 等のガスを添加、混合したガス系中で非晶質シリコン膜を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、および、この方法を用いて作製したことを特徴とするとする薄膜トランジスタとすることによって達成することができる。
特許請求の範囲
【請求項1】SF6と BCl3との混合ガス系中、もしくは、該ガス系に Ar、He 等のガスを添加、混合したガス系中で非晶質シリコン膜を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膜のドライエッチング方法。
【請求項2】上記 SF6と BCl3とを含むガス系の SF6と BCl3との組成比を、SF6を30〜70容量%、BCl3を70〜30容量%としたことを特徴とする請求項1記載の非晶質シリコン膜のドライエッチング方法。
【請求項3】上記非晶質シリコン膜のエッチング断面を、30度から 60度の範囲のテーパ角をなす傾斜状に加工することを特徴とする請求項1及び2記載の非晶質シリコン膜のドライエッチング方法。
【請求項4】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が存在し、それらが積層されて構成される薄膜トランジスタにおいて、請求項1及び2記載のドライエッチング方法を用いて作製したことを特徴とする薄膜トランジスタ。
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 TFT と略称する)の半導体層である非晶質シリコン(amorphous Silicon、以下 a‐Si と略称する)膜のドライエッチング方法及び該方法を用いて作製した薄膜トランジスタに関する。
【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 などの半導体装置の半導体層材料として用いられている。
【0003】以下、a‐Si を用いて作成した TFT (以下、a‐SiTFT と略称する)の一般的な構造及びその製造方法について説明する。まず、図2は一般的な a‐SiTFT の構造を示す断面図で、ガラス基板等の絶縁性基板1、ゲート電極(例えば Cr 膜)2、ゲート絶縁層(例えば窒化シリコン膜、Silicon Nitride、以下 SiN 膜と略称する)3、半導体層(a‐Si膜)4、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5、ソース電極(例えば Al 膜)6、ドレイン電極(例えば Al膜)7、表示画素電極(例えばインジウムと錫との酸化物からなる膜、Indium Tin Oxide 膜、以下 ITO 膜と略称する)からなることを示す。
【0004】ここで、図2のゲート絶縁層 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は、プラズマ CVD (Chemical Vapor Deposition)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とにより、SiN 膜3上の a‐Si 膜4とn形 a‐Si 膜をアイランド状に素子分離する。このエッチング工程で、下地 SiN 膜3と a‐Si 膜4のエッチング選択性が小さいと、ゲート絶縁膜である SiN 膜3を多くエッチングしてしまい、SiN 膜の絶縁破壊電圧の低下による不良が発生することになる。また、アイランド加工後のa‐Si 膜3のエッチング断面形状が逆テーパもしくは急峻であると、その後 a‐Si 膜3を乗り越えるソース電極6、ドレイン電極7でカバレッジ不良が生じて断線不良が発生するため、テーパ状に加工する必要がある。
【0005】上記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については、特開平 1‐32627号記載のように、エッチングガスとして SFと CCl 等の混合ガスを用いる方法が提案されている。しかし、上記従来技術で提案されている CCl4ガスは地球のオゾン層破壊物質であり、その使用は地球環境破壊の一因をなしていると言われ、製造・消費の制限及び近い将来の全廃が決まっており、TFT の a‐Si 膜のエッチング加工について、CCl4に代わるエッチングガスの選定が緊急の課題であり、代替ガスとして Cl2、H2、HCl を SF6の添加ガスとする研究が盛んに行われている。
【0006】TFT 以外の半導体分野、例えば TiW 、TiN 膜等の配線材料のエッチングには、SF6とBCl3との混合ガスによるエッチングが提案されている(特開平4‐87332号)が、非晶質シリコン膜等のシリコン系薄膜のエッチングに関しては考慮されていなかった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従来技術の方法においては、CCl4の代替となり得る Cl2は毒性の危険、H2 は爆発性の危険、HCl は毒性と腐食性の危険等の問題があり、それぞれ取扱いに難があった。
【0008】本発明の目的は、上記従来技術の有していた課題を解決して、TFT の a‐Si膜のエッチング加工において、オゾン層の破壊物質に指定されていないガスを用いるエッチング方法、および、該方法を用いて作製した薄膜トランジスタを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的は、SF6と BCl3との混合ガス系中、もしくは、該ガス系に Ar、He 等のガスを添加、混合したガス系中で非晶質シリコン膜を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とすることによって達成することができる。
【0010】
【作用】BCl3 は、僅かの毒性と腐食性があるものの、爆発の危険性がないため、Cl2、H2、HCl に比べて、取扱いが比較的容易である。
【0011】a‐Si 膜4のドライエッチングの際に、エッチングガスが SF6 単独の場合には、プラズマ中で F ラジカルが多く発生することから、エッチング速度は大きいが、下地である SiN 膜3エッチングとの選択比が小さくなる。また、エッチングガスが BCl3 単独の場合には、下地である SiN 膜3エッチングとの選択比は大きいが、エッチング速度が極めて小さい。
【0012】TFT における a‐Si 膜のエッチング加工には、エッチングの高速性と共に、下地膜となる SiN エッチングとの選択性を確保する必要がある。そこで、本発明においては、エッチング速度を確保するための SF6と、SiN エッチングとの選択性を確保するための BCl3 とを混合したエッチングガスを用いることにしたものである。
【0013】この場合、これらのガスの混合比が重要で、SF6 を30〜70容量%、BCl3 を70〜30容量%とすることが望ましい。
【0014】SF6の混合比が上記の範囲以下の場合には、エッチング速度が不足し、また、この範囲を越えた場合には選択比が不十分となる。また、BCl3の混合比が上記の範囲以下の場合には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を生じる。すなわち、SF6 はエッチング速度を支配し、BCl3は選択比を支配している。
【0015】なお、SF6、BCl3の他に、Ar、He 等のガスを添加して、エッチング速度の向上と a‐Si の加工形状の制御を行うことができる。
【0016】
【実施例】以下、本発明の内容につき、実施例によって具体的に説明する。本発明の一実施例を図1及び図2によって説明する。図1は、本発明の SF6と BCl3 との混合ガスを用いてエッチングを行った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、エッチング室10、アノード電極11、基板ステージとなるカソード電極12、エッチングガス導入管13、ガス排気口14、高周波電源(13.56 MHz)15 からなることを示す。ここで、エッチングガスはエッチング室外に設置したガス供給系(図示せず)から流量調節器を経由してエッチング室10に導入される。
【0017】また、本実施例においては、エッチングガスとして SF6流量25sccm、BCl3流量25sccm、He 流量20sccmを用い、エッチング圧力 26 Pa 、エッチング電力 300Wで、TFT 用 a‐Si 膜のエッチングを行った。エッチングは、カソード電極12の上に基板16(TFT マトリクス基板)を設置し、高周波プラズマ中で行った。なお、ここに挙げた条件は一例であり、ガス系等のエッチング条件、装置構成等はこれに限るものではない。
【0018】図2に示す a‐Si TFT を平面上に多数個配列して、大画面の表示装置に用いる a‐Si TFT マトリクス基板を、下記の手順によって作製した。
【0019】(1) ガラス基板1上に Cr 膜をスパッタリング法によって成膜し、通常のホトエッチング工程によりゲート電極2を形成した。
【0020】(2) 次いで、ゲート絶縁層 SiN 膜3、半導体 a‐Si 膜4、オーミックコンタクト層n形 a‐Si 膜5をプラズマ CVD 法により連続成膜し、通常のホトリソグラフィ工程と本発明のエッチング方法とによって、a‐Si 膜4(n形 a‐Si幕5を含む)をアイランド状に素子分離した。
【0021】(3) 次いで、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って表示画素電極8を形成した。
【0022】(4) 次に、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ってソース電極6、ドレイン電極7を形成した。
【0023】(5)さらに、ソース電極6、ドレイン電極7をマスクとして、本発明のエッチング方法によって、TFT チャンネル上のn形 a‐Si 膜を除去した。
【0024】以上の工程により a‐Si TFT マトリクス基板を作製することによって、(2)、(5) のドライエッチング工程において、エッチング速度が大きく、また、下地との選択性の高いエッチングを実現し、ゲート絶縁層 SiN 膜の絶縁破壊電圧の低下等による不良を発生させることのない a‐Si TFT マトリクス基板を作製することができた。また、a‐Si 膜のエッチング形状は30度〜60度の角度をなすテーパ状に加工することができ、上記 (4) の工程で形成するソース電極6、ドレイン電極7が a‐Si 膜4を乗り越える際にカバレッジが良好となり、a‐Si膜段差で断線等の不良を発生させることなく、a‐Si TFT マトリクス基板を製作することができた。
【0025】
【発明の効果】非晶質シリコンのドライエッチング方法を本発明構成のエッチング方法とすることによって、従来技術の有していた課題を解決して、TFT の a‐Si エッチング加工において、オゾン層の破壊物質に指定されていないガスを用いた有効なエッチング方法を提供することができた。すなわち、規制物質である CCl4を用いることなく、エッチング速度が大きく、下地 SiN との選択性が高いエッチングが可能となり、ゲート絶縁層 SiN 膜の絶縁破壊電圧の低下等による不良を発生させることなく a‐Si TFT マトリクス基板を製造することができ、歩留り向上に効果がある。また、a‐Si 膜をテーパ状に加工できることから、a‐Si 膜を乗り越えるソース電極、ドレイン電極部で断線を生じることがなく、歩留り向上に効果がある。
【0026】また、BCl3には H2O、O2のゲッタ作用があるため、エッチングが安定し、再現性が向上するという効果がある。




 

 


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