(57)【要約】      （修正有）【課題】４００℃程度の耐熱性を有するＮｄ添加量２ａｔ％のＡｌＮｄ層をプラズマエッチングにおいてフェンスと呼ばれる反応生成物の堆積を抑制できるエッチング方法を提供する。【解決手段】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、エッチング速度を２５０ｎｍ／分以下のエッチング速度でエッチングが行われるよう塩素ガスを供給する。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、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、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、フェンスの発生を抑えることが可能となる。【選択図】図３
2010141082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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
。
【請求項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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【請求項１１】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−５５８４２号公報
【特許文献２】特開２００４−２９６２９７号公報
【非特許文献１】神戸製鋼技報／Ｖｏｌ．５２．Ｎｏ．２（Ｓｅｐ．２００２）・２頁−１１頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
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。
【００１４】
［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。
【００１５】
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。
【００１６】
［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。
【００１７】
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。
【００１８】
［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。
【００１９】
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。
【００２０】
［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。
【００２１】
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。
【００２２】
［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。
【００２３】
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。
【００２４】
［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。
【００２５】
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。
【００２６】
［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。
【００２７】
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。
【００２８】
［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
。
【００２９】
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
。
【００３０】
［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。
【００３１】
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。
【００３２】
［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
。
【００３３】
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。
【００３４】
［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。
【００３５】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
（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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
（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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
（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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】ＩＣＰエッチング装置の構成を示す外略図。
【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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】ＥＣＲプラズマエッチング装置の外略図。
【図６】ＨＷＰエッチング装置の外略図。
【図７】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。
【符号の説明】
【００７４】
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
。
【図１】
2010141082.tif 000003
【図２】
2010141082.tif 000004
【図４】
2010141082.tif 000005
【図５】
2010141082.tif 000006
【図６】
2010141082.tif 000007
【図３】
2010141082.tif 000008
【図７】
2010141082.tif 000009