(57)【要約】【課題】ウェットエッチング処理工程を含まず、塩素系ガスの専用処理設備を必要としない、安価な装置構成で処理可能な、クロム膜のパターニング方法を提供する。【解決手段】基材１０上にクロム膜１１’を形成するクロム膜形成工程と、クロム膜１１’の上に、後のパターニング工程における酸素プラズマ条件で除去されないマスク材料膜１２’を形成するマスク材料膜形成工程と、マスク材料１２’膜をパターニングして所定のマスクパターン１２を形成するマスクパターン形成工程と、マスクパターン１２が設けられていない部分のクロム膜を、載置されるステージを加熱して酸素プラズマ条件の温度範囲とし且つ塩素原子を含まない酸素プラズマに晒して酸化クロムとして昇華除去するパターニング工程と、を有するように構成して、所定のクロムパターン１１を得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上にクロム膜を形成するクロム膜形成工程と、
前記クロム膜の上に、後のパターニング工程における酸素プラズマ条件で除去されないマスク材料膜を形成するマスク材料膜形成工程と、
前記マスク材料膜をパターニングして所定のマスクパターンを形成するマスクパターン形成工程と、
前記マスクパターンが設けられていない部分のクロム膜を、載置されたステージを加熱して酸素プラズマ条件の温度範囲とし且つ塩素原子を含まない酸素プラズマに晒して酸化クロムとして昇華除去するパターニング工程と、を有することを特徴とするクロム膜のパターニング方法。
【請求項２】
前記マスク材料膜が、前記パターニング工程で酸素プラズマに晒されても昇華反応を起こさないフォトレジストであり、該フォトレジストのパターニングをフォトリソグラフィで行う、請求項１に記載のクロム膜のパターニング方法。
【請求項３】
前記マスク材料膜が、前記パターニング工程で酸素プラズマに晒されても酸化による昇華反応を起こさないアルミニウム、モリブデン、タンタルから選ばれる金属材料膜であり、該金属材料膜のパターニングをウェットエッチングで行う、請求項１に記載のクロム膜のパターニング方法。
【請求項４】
前記マスク材料膜が、前記パターニング工程で酸素プラズマに晒されても酸化による昇華反応を起こさないポリシリコン、アモルファスシリコン、酸化ケイ素、酸窒化ケイ素から選ばれるケイ素系材料膜であり、該ケイ素系材料膜のパターニングをフッ素系ガスを用いたドライエッチングで行う、請求項１に記載のクロム膜のパターニング方法。
【請求項５】
前記基材は、前記クロム膜との間に中間膜が設けられていてもよい、ガラス材、耐熱プラスチック材、酸化ケイ素材、窒化ケイ素材、酸窒化ケイ素材から選ばれるいずれかである、請求項１〜４のいずれか１項に記載のクロム膜のパターニング方法。
【請求項６】
半導体装置を構成するゲート電極、ソース電極、ドレイン電極のいずれか１以上が、請求項１〜５のいずれか１項に記載のクロム膜のパターニング方法によって形成されてなることを特徴とするクロム電極。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クロム膜のパターニング方法及びクロム電極に関し、特に半導体装置を構成するゲート電極、ソース電極、ドレイン電極のいずれか１以上の電極として好ましく形成することができるクロム膜のパターニング方法、及びその方法で得られたクロム電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
クロムは、薄膜トランジスタ等を構成する電極の構成材料としてしばしば用いられている。例えば下記特許文献１には、半導体基板上に形成されたパターン電極として、クロム層からなるパターン電極が記載されている。同文献では、クロム層からなるパターン電極の形成方法として、スパッタ又は蒸着で成膜したクロム層上にレジストパターンを形成し、その後、硫酸セリウムアンモニウムをベースとしたエッチャントでウェットエッチングする方法が記載されている。
【０００３】
また、下記特許文献２には、薄膜トランジスタのゲート電極として、シリコン膜とクロム膜とからなる複合型のパターン電極が記載されている。同文献では、クロム膜のパターニング方法として、スパッタリング法で成膜したクロム膜上にレジストパターンを形成し、その後、硝酸第２セリウムアンモニウム系のエッチング液を用いてウェットエッチングする方法が記載されている。なお、同文献では、ウェットエッチング後の金属クロムのと、クロムシリサイドからなる残存物とを除去する方法として、塩素ガスと酸素ガスとを含む混合ガスを用いたプラズマ処理を採用することを提案している。
【０００４】
また、下記特許文献３には、薄膜トランジスタのソース・ドレイン電極として、クロム膜とアルミニウム膜とを積層してなる複合型のパターン電極が記載されている。同文献では、クロム膜のパターニング方法として、スパッタリング法でクロム膜とアルミニウム膜とを形成した後、レジストパターンをマスクとしてウェットエッチングし、ウェットエッチング後のクロムの残渣とシリサイド等の残渣とを除去する方法として、酸素ガスを含むプラズマ処理を採用することを提案している。
【０００５】
また、下記特許文献４には、絶縁基板上にスパッタリング等で形成したクロム膜のパターニング方法として、クロム膜上にレジストパターンを形成し、その後、硝酸第２セリウムアンモニウム系のエッチング液を用いてウェットエッチングする方法と、前記同様、硝酸第２セリウムアンモニウム系のエッチング液を用いて所定の厚さ残るようにクロム膜をウェットエッチングした後、さらに塩素系ガスと酸素ガスとを含む混合ガスを用いたプラズマ雰囲気でドライエッチングする方法と、を提案している。
【０００６】
【特許文献１】特開昭６３−１１４２１４号公報
【特許文献２】特開２００７−３１１４３１号公報
【特許文献３】特開平５−２８３４２７号公報
【特許文献４】特開平１１−１３１２６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の特許文献１〜４に記載のように、クロム膜のパターニングは、通常、セリウム塩を含むエッチング液を用いたウェットエッチングで行われているが、そのウェットエッチング後においては上記のようにクロムの残渣が製品の歩留まりを悪化させる原因になっている。そのため、特許文献２〜４では、そうした残渣をプラズマ処理で除去するという二重の処理が行われている。さらに、そのエッチング後のリンス工程においては、局部的にｐＨ値が弱酸性になってセリウムが析出することがあり、前記同様、製品の歩留まりを悪化させる原因になっている。
【０００８】
しかしながら、上記従来技術のように、マスクパターンのエッチングに加えてクロムについてもウェットエッチングする場合には、前処理装置、エッチング処理装置、後処理装置、廃水処理装置等からなる専用ラインが重複して必要になるのに加え、上記のような残渣等を除去するためのプラズマ処理工程を加えると、さらに大掛かりな装置構成となり、生産コストに影響するという問題がある。また、上記特許文献２，３に記載のように、塩素系ガスを含む混合ガスでプラズマ処理を行うドライエッチング工程では、腐食性ガスである塩素系ガスを処理するための専用設備が必要になり、装置コストがかかるという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、ウェットエッチング処理工程を含まない安価な装置構成で処理可能な、クロム膜のパターニング方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、そうしたパターニング方法で得られたクロム電極を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するための本発明のクロム膜のパターニング方法は、基材上にクロム膜を形成するクロム膜形成工程と、前記クロム膜の上に、後のパターニング工程における酸素プラズマ条件で除去されないマスク材料膜を形成するマスク材料膜形成工程と、前記マスク材料膜をパターニングして所定のマスクパターンを形成するマスクパターン形成工程と、前記マスクパターンが設けられていない部分のクロム膜を、載置されるステージを加熱して酸素プラズマ条件の温度範囲とし且つ塩素原子を含まない酸素プラズマに晒して酸化クロムとして昇華除去するパターニング工程と、を有することを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、第１に、塩素原子を含まない酸素プラズマでのクロムのパターニングを、ステージを加熱してなる酸素プラズマ条件の温度範囲で行うことにより、酸化クロムとして効率的に昇華除去することができる。そして、第２に、パターニング工程における酸素プラズマ条件で除去されないマスク材料膜を用いたので、クロム膜を選択的にエッチングでき、微細なクロムパターンを形成できる。こうした第１、第２の特徴を有するクロム膜のパターニング方法によれば、クロム膜のパターニング工程においてはウェットエッチング処理も塩素系ガスを含むプラズマ処理も行わないので、安価な装置構成でクロム膜をパターニングすることが可能となる。その結果、従来のような残渣や析出物等の影響による歩留まりの低下が起こらず、また、高価で複雑な装置を用いなくてもよいので、クロム膜のパターニング工程でのコスト低減を実現できる。
【００１２】
本発明のクロム膜のパターニング方法の好ましい態様として、（１）前記マスク材料膜が前記パターニング工程で酸素プラズマに晒されても昇華反応を起こさないフォトレジストであり、該フォトレジストのパターニングをフォトリソグラフィで行うように構成してもよいし、（２）前記マスク材料膜が前記パターニング工程で酸素プラズマに晒されても酸化による昇華反応を起こさないアルミニウム、モリブデン、タンタルから選ばれる金属材料膜であり、該金属材料膜のパターニングをウェットエッチングで行うように構成してもよいし、（３）前記マスク材料膜が前記パターニング工程で酸素プラズマに晒されても酸化による昇華反応を起こさないポリシリコン、アモルファスシリコン、酸化ケイ素、酸窒化ケイ素から選ばれるケイ素系材料膜であり、該ケイ素系材料膜のパターニングをフッ素系ガスを用いたドライエッチングで行うように構成してもよい。
【００１３】
本発明のクロム膜のパターニング方法の好ましい態様として、前記基材は、前記クロム膜との間に中間膜が設けられていてもよい、ガラス材、耐熱プラスチック材、酸化ケイ素材、窒化ケイ素材、酸窒化ケイ素材から選ばれるいずれかであるように構成する。
【００１４】
また、本発明は、半導体装置を構成するゲート電極、ソース電極、ドレイン電極のいずれか１以上が、上記本発明に係るクロム膜のパターニング方法によって形成されてなることを特徴とするクロム電極を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のクロム膜のパターニング方法によれば、クロム膜のパターニング工程において、クロム膜を酸化クロムとして効率的且つ選択的に除去することができるので、微細なクロムパターンを形成できる。そのため、クロム膜のパターニング工程においてはウェットエッチング処理も塩素系ガスを含むプラズマ処理も不要となり、安価な装置構成でクロム膜をパターニングすることが可能となるので、従来のような残渣や析出物等の影響による歩留まりの低下が起こらず、また、高価で複雑な装置を用いなくてもよい。その結果、クロム膜のパターニング工程でのコスト低減を実現できる。
【００１６】
また、本発明のクロム膜のパターニング方法によれば、酸素プラズマによるクロム膜の昇華除去に適した温度を、載置するステージを加熱するという簡便な手段により実現できるので、安価な装置構成で高精度なクロムパターンを形成可能なドライプロセスを提供することができる。
【００１７】
こうした本発明によれば、ＬＳＩやディスプレイ用電極配線等に用いられる微細で高精度のクロムパターンを歩留まりよく形成できるので、半導体装置の電極パターンとして、又は、有機ＥＬ素子や液晶表示素子等の各種ディスプレイパネルの回路電極として適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明のクロム膜のパターニング方法及びその方法によって得られたクロム電極について詳細に説明するが、本発明は図面の形態や以下の実施形態に限定されるものではない。
【００１９】
［クロム膜のパターニング方法］
図１は、本発明のクロム膜のパターニング方法の一例を示す模式的な工程図である。図２は、本発明のクロム膜のパターニング方法を適用する装置の一例を示す模式的な構成図である。本発明のクロム膜のパターニング方法は、図１に示すように、基材１０上にクロム膜１１’を形成するクロム膜形成工程（図１（ａ））と、そのクロム膜１１’の上に、後のパターニング工程（図１（ｄ））における酸素プラズマ条件で除去されないマスク材料膜１２’を形成するマスク材料膜形成工程（図１（ｂ））と、そのマスク材料膜１２’をパターニングして所定のマスクパターン１２を形成するマスクパターン形成工程（図１（ｃ））と、そのマスクパターン１２が設けられていない部分のクロム膜を、載置されるステージを加熱して酸素プラズマ条件の温度範囲とし且つ塩素原子を含まない酸素プラズマに晒して酸化クロムとして昇華除去するパターニング工程（図１（ｄ））と、を有している。なお、図１（ｅ）に示すように、マスクパターン１２は、通常、その後に除去される。
【００２０】
以下、各工程について工程順に詳しく説明する。最初に、図１（ａ）に示すように、基材１０上にクロム膜１１’を形成する（クロム膜形成工程）。
【００２１】
基材１０は、後述する酸素プラズマ条件の要件である例えば１００℃以上２５０℃以下、好ましくは１５０℃以上２００℃以下に加熱されても耐熱性を有する材料で構成される。また、この基材１０上に直接、クロム膜１１’が形成される場合には酸素プラズマと反応しない材料で構成されることが必要である。そうした材料であれば有機基材であっても無機基材であってもよい。
【００２２】
有機基材としては、例えば、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリアミド、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、液晶ポリマー、フッ素樹脂、ポリカーボネート、ポリノルボルネン系樹脂、ポリサルホン、ポリアリレート、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、又は熱可塑性ポリイミド等からなる有機基材、又はそれらの複合基材を挙げることができる。特に、ポリイミドで構成された有機基材は２５０℃程度の温度でも耐熱性を有するので、好ましく用いることができる。こうした有機基材は、剛性を有するものであってもよいし、例えば厚さが５μｍ以上３００μｍ以下程度の薄いフレキシブルなフィルム状のものであってもよい。
【００２３】
無機基材としては、例えば、ガラス材、酸化ケイ素材、窒化ケイ素材、酸窒化ケイ素、その他セラミックス材料のいずれかからなる基材や、ＳＵＳ基材等の金属基材を挙げることができる。例えばガラス基材としては、厚さが０．０５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下程度の液晶ディスプレイ用途のガラス基材であってもよい。
【００２４】
クロム膜１１’は、例えばスパッタリング法や真空蒸着法によって形成する。クロム膜１１’の厚さは、例えば５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下程度とすることができる。なお、クロム膜１１’は、通常、基材１０上の全面に設けられるが、遮蔽マスクを設けてスパッタリングや真空蒸着を行うことにより、任意の部分に設けることもできる。
【００２５】
基材１０とクロム膜１１’との間には中間膜（図示しない）が設けられていてもよい。中間膜は、例えば密着膜、バッファ膜（熱緩衝膜）、応力緩和膜、不純物遮蔽膜等として設けられ、後述する酸素プラズマ条件の要件である例えば１００℃以上２５０℃以下、好ましくは１５０℃以上２００℃以下に加熱されても耐熱性を有する材料で構成され、さらに、酸素プラズマに反応しない材料で構成される。具体的には、酸化ケイ素、酸窒化ケイ素等からなる膜を好ましく挙げることができる。中間膜の厚さはその機能に応じて任意に設定される。なお、この中間膜が基材１０とクロム膜１１’との間に設けられる場合は、基材１０は少なくとも耐熱性を有すれば、酸素プラズマに対する非反応性は必ずしも有していなくてもよい。
【００２６】
次に、図１（ｂ）に示すように、クロム膜１１’の上にマスク材料膜１２’を形成する（マスク材料膜形成工程）。
【００２７】
マスク材料膜１２’としては、後のパターニング工程（図１（ｄ））における酸素プラズマ条件で除去されない材料で構成されている。こうしたマスク材料でマスク材料膜１２’を構成することにより、図１（ｄ）に示すように、クロム膜１１’のみを酸化クロムとして選択的に昇華除去することができ、微細なクロムパターン１１を形成することができる。なお、マスク材料膜１２’が後のパターニング工程で酸素プラズマと反応する場合には、マスク材料膜１２’が昇華除去されてそのエッジが曖昧になり、微細で精度のよいマスクパターン１２を得ることができず、クロム膜のパターニング精度が低下するおそれがある。
【００２８】
マスク材料膜１２’の構成材料としては、後のパターニング工程（図１（ｄ））における酸素プラズマ条件で除去されない材料であれば特に限定されず、各種のもの用いることができる。例えば、フォトレジスト、金属材料、ケイ素系材料を挙げることができるが、特に金属材料とケイ素系材料については、後述するパターニング工程で酸素プラズマに晒されても酸化による昇華反応を起こさない材料であるとともに、ウェットエッチング又はドライエッチングでパターニングすることができるものであることが好ましい。
【００２９】
具体的には、（１）マスク材料膜１２’をフォトレジストとした場合は、そのフォトレジストのパターニングをフォトリソグラフィで行う。又は、（２）マスク材料膜１２’を、パターニング工程で酸素プラズマに晒されても酸化による昇華反応を起こさないアルミニウム、モリブデン、タンタルから選ばれる金属材料膜とした場合は、その金属材料膜のパターニングをウェットエッチングで行う。又は、（３）マスク材料膜１２’を、パターニング工程で酸素プラズマに晒されても酸化による昇華反応を起こさないポリシリコン、アモルファスシリコン、酸化ケイ素、酸窒化ケイ素から選ばれるケイ素系材料膜とした場合は、そのケイ素系材料膜のパターニングをフッ素系ガスを用いたドライエッチングで行う。
【００３０】
マスク材料膜１２’を、後述するパターニング工程で酸素プラズマに晒されても昇華反応を起こさないフォトレジストとした場合、フォトレジストは市販のものを任意に使用でき、スピンコート等の従来公知の手段で形成できる。こうしたフォトレジストは、通常、後述するパターニング工程における酸素プラズマ条件では除去されない。したがって、マスク材料膜１２’をパターニングして所定のマスクパターン１２とした後に後述するパターニング工程で酸素プラズマに晒せば、クロム膜１１’のみを選択的に昇華除去することができる。なお、レジストの厚さは特に限定されないが、通常、１μｍ程度で形成される。
【００３１】
マスク材料膜１２’を上記した金属材料膜とした場合、各金属材料膜はスパッタリングや真空蒸着により形成できる。こうした金属材料膜は、後述するパターニング工程における酸素プラズマ条件では除去されない。したがって、こうしたマスク材料膜１２’をパターニングして所定のマスクパターン１２とした後に後述するパターニング工程で酸素プラズマに晒せば、クロム膜１１’のみを選択的に昇華除去することができる。なお、金属材料膜の厚さは特に限定されないが、通常、５０ｎｍ程度で形成される。
【００３２】
マスク材料膜１２’を上記したケイ素系材料膜とした場合、各ケイ素系材料膜はスパッタリングや真空蒸着により形成できる。こうしたケイ素系材料膜は、後述するパターニング工程における酸素プラズマ条件では除去されない。したがって、こうしたマスク材料膜１２’をパターニングして所定のマスクパターン１２とした後に後述するパターニング工程で酸素プラズマに晒せば、クロム膜１１’のみを選択的に昇華除去することができる。なお、ケイ素系材料膜の厚さは特に限定されないが、通常、５０ｎｍ程度で形成される。
【００３３】
次に、図１（ｃ）に示すように、マスク材料膜１２’をパターニングして所定のマスクパターン１２を形成する（マスクパターン形成工程）。
【００３４】
パターニングの具体的手段は、マスク材料膜１２’の種類に応じて選択される。例えば、マスク材料膜１２’が後のパターニング工程で酸素プラズマに晒されても昇華反応を起こさないフォトレジストである場合には、従来公知のフォトリソグラフィ（遮蔽マスクを用いて露光した後に現像）にてマスクパターン１２を形成できる。
【００３５】
一方、マスク材料膜１２’が、後のパターニング工程で酸素プラズマに晒されても酸化による昇華反応を起こさない金属材料膜又はケイ素系材料膜である場合には、その金属材料膜又はケイ素系材料膜上にフォトレジストをスピンコート等で形成し、そのフォトレジストをフォトリソグラフィにてパターニングし、その後、パターン開口部の金属材料膜やケイ素系材料膜を例えばウェットエッチングやドライエッチングでエッチング除去することにより、金属材料膜やケイ素系材料膜からなるマスクパターン１２を形成する。
【００３６】
ウェットエッチングは、上記の金属材料膜に好ましく適用でき、例えば塩化第二鉄溶液、硝酸・酢酸・リン酸の混合液、過塩素酸・硝酸の混合液等のエッチャントを例示できる。一方、ドライエッチングは、ウェットエッチングと比較すると高解像度パターンを形成できる点で有利であり、例えば、ＣＦ４又はＳＦ６等のフッ素系ガスと酸素ガスとを混合した、塩素を含まないエッチャントを好ましく挙げることができる。こうしたフッ素系ガスは、塩素系のような腐食性ガスではなく、さらに、クロム膜に対してエッチングレートが小さい（表面を荒らす程度）ので、少なくともマスク材料膜１２’である金属材料膜やケイ素系材料膜をエッチング除去することができる。
【００３７】
より微細なクロム膜のパターニングを行うという観点からは、ケイ素系材料膜からなるマスクパターン１２を形成することが好ましい。その理由は、ケイ素系材料膜は、レジストや金属材料膜よりも薄く形成することができるので、ケイ素系材料膜からなるマスクパターン１２の厚さをレジストや金属材料膜からなるマスクパターン１２の厚さよりも薄くすることができる。その結果、後述の酸素プラズマ条件下でのクロム膜のパターニングを微細且つ精度よく行うことができる。
【００３８】
特に精度の高い微細なクロムパターン１１を形成するという観点では、マスク材料膜１２’を、ポリシリコン、アモルファスシリコン、酸化ケイ素、酸窒化ケイ素から選ばれるケイ素系材料膜とすることが好ましい。これらのケイ素系材料膜は、ドライエッチング可能という理由で上記の金属材料膜よりも精度よくパターニングできるので、高精度で微細なマスクパターン１２とすることができる。中でも、ケイ素膜（ポリシリコン又はアモルファスシリコン）は、そのエッチングがラジカル主体のエッチングであるため、下地であるクロム膜を傷つけることが少ないので好ましい。なお、酸化ケイ素膜は、イオン性のエッチングであるため、下地のクロム膜にダメージ（表面を荒らす程度）が生じることがある。
【００３９】
なお、金属材料膜の中で特に好ましいものとしては、アルミニウムを挙げることができる。このアルミニウムは、他の金属に比べて安価で一般的あるとともに、他の材料はエッチャントの選択がやや難しいことがある。
【００４０】
次に、図１（ｄ）に示すように、そのマスクパターン１２が設けられていない部分（開口部分という。）のクロム膜１１’を、載置されるステージ（図２を参照）を加熱して酸素プラズマ条件の温度範囲とし、且つ塩素原子を含まない酸素プラズマに晒して酸化クロムとして昇華除去する（パターニング工程）。
【００４１】
パターニングは、所定の酸素プラズマ条件下で、開口部分のクロム膜１１’を酸化クロムとして昇華除去することによって行われる。酸素プラズマ条件は、（１）プラズマが発生するのに必要な減圧状態であること、（２）塩素を含まない酸素ガスを原料ガスとして用いること、（３）例えば１００℃以上２５０℃以下の温度範囲で行うこと、が要件であり、図２に示す態様の並行平板電極２１，２２間に被処理体２３であるパターニング対象物を置き、こうした条件下で酸素プラズマを発生させることによりクロム膜のパターニングを行うことができる。
【００４２】
並行平板電極２１，２２は、図２に示す態様のドライエッチング装置２０のチャンバー２４内に対向して配置されており、所定の条件下で、両電極２１，２２の間に所定周波数（例えば１３．５６ＭＨｚ）の交流電圧を印加することによって、両電極間の空間２５にプラズマを発生させることができる。なお、図２中には示さないが、ドライエッチング装置２０には、酸素ガスを含む原料ガスを装置２０内に導入するガス導入装置、真空排気装置、交流電源、及びそれらの制御装置等を備えている。並行平板電極２１，２２のうち下側に配置された電極２１は、被処理体２を載置するステージとして用いられる。本発明では、ステージ（電極２１）は加熱装置を備えており、ステージを加熱することにより酸素プラズマ条件の温度範囲（１００℃以上２５０℃以下の温度範囲）にすることができる。
【００４３】
酸素プラズマ条件である減圧条件は、例えば１Ｐａ以上５００Ｐａ以下程度であることが好ましく、後述の実施例に記載の１３３Ｐａ程度とすることが好ましい。また、原料ガスは、塩素を含まない酸素ガスを使用する。この原料ガスには、不活性ガスであるヘリウムガス等が含まれていてもよい。ガス流量は特に限定されず、チャンバーサイズや排気側のバルブ開度にもよるが、通常、５〜１５ｓｃｃｍ（standard  cubic  centimeter  per  minute）程度である。また、温度条件は、被処理体２３を載置するステージ（電極２１）を加熱して酸素プラズマ条件の温度範囲とする。このときの温度は、被処理体２３の温度として測定される温度であり、酸素プラズマが発生した条件下で被処理体２３をその温度範囲内とすることにより、クロムが酸素プラズマと反応して酸化クロムとして昇華する。こうして、マスクパターン１２が設けられていない開口部分のクロムが除去されて、所望のクロムパターン１１を形成することができる。
【００４４】
なお、上記した温度範囲を、１５０℃以上２００℃以下の温度範囲にすると、クロムが酸素プラズマとより反応し易くなるので、クロムパターン１１をより効率的に形成することができる。
【００４５】
最後に、図１（ｅ）に示すように、マスクパターン１２を除去する（マスクパターン除去工程）。この工程は必要に応じて設けられればよく、マスクパターン１２の種類によっては残したままであってもよい。
【００４６】
以上説明したように、本発明のクロム膜のパターニング方法によれば、第１に、塩素原子を含まない酸素プラズマでのクロムのパターニングを、ステージを加熱して酸素プラズマ条件の温度範囲である例えば１００℃以上２５０℃以下の温度範囲で行うことにより、酸化クロムとして効率的に昇華除去することができる。そして、第２に、パターニング工程における酸素プラズマ条件で除去されないマスク材料膜を用いたので、クロム膜を選択的にエッチングでき、微細なクロムパターンを形成できる。こうした第１、第２の特徴を有するクロム膜のパターニング方法によれば、クロム膜のパターニング工程においてはウェットエッチング処理も塩素系ガスを含むプラズマ処理も行わないので、安価な装置構成でクロム膜をパターニングすることが可能となる。その結果、従来のような残渣や析出物等の影響による歩留まりの低下が起こらず、また、高価で複雑な装置を用いなくてもよいので、クロム膜のパターニング工程でのコスト低減を実現できる。
【００４７】
また、本発明のクロム膜のパターニング方法によれば、酸素プラズマによるクロム膜の昇華除去に適した温度を、載置するステージを加熱するという簡便な手段により実現できるので、安価な装置構成で高精度なドライプロセスを提供することができる。
【００４８】
［クロム電極］
本発明のクロム電極は、半導体装置を構成するゲート電極、ソース電極、ドレイン電極のいずれか１以上として用いられ、そのクロム電極が、上記本発明に係るクロム膜のパターニング方法によって形成されてなることを特徴とする。そのため、ＬＳＩやディスプレイ用電極配線等に用いられる微細で高精度のクロム電極パターンを歩留まりよく形成できるので、半導体装置の電極パターンとして、又は、有機ＥＬ素子や液晶表示素子等の各種ディスプレイパネルの回路電極として適用することができる。なお、クロム電極を備えた半導体装置の態様として、以下では、ボトムゲートタイプの薄膜トランジスタとトップゲートタイプの薄膜トランジスタとを代表例として説明するが、本発明がそれらの形態のみに限定されないことは言うまでもない。
【００４９】
図３は、本発明のパターニング方法で形成したクロム膜をゲート電極等とした薄膜トランジスタの例を示す模式的な断面図であり、（Ａ）はボトムゲートタイプの薄膜トランジスタであり、（Ｂ）はトップゲートタイプの薄膜トランジスタである。
【００５０】
図３（Ａ）に示す薄膜トランジスタ３０Ａは、いわゆるボトムゲート・トップコンタクト構造からなる薄膜トランジスタであり、その構造は、基材３１と、基材３１上に形成された窒化ケイ素膜又は酸化ケイ素膜３２と、窒化ケイ素膜又は酸化ケイ素膜３２上に形成されたゲート電極３３と、ゲート電極３３上に又はゲート電極３３を覆うように形成されたゲート絶縁膜３４と、そのゲート絶縁膜３４上に形成された半導体層３５と、その半導体層３５上に離間して形成されたソース電極３６及びドレイン電極３７を有している。符号３９は保護層である。なお、半導体層３５上には、電極形成時のダメージを防止するための薄い保護膜（図示しない）が設けられていてもよい。また、このボトムゲート・トップコンタクト構造では、半導体層３５は、通常、アモルファスシリコンである。
【００５１】
この薄膜トランジスタ３０Ａにおいては、ゲート電極３３が上記本発明のパターニング方法で形成されたクロム膜である。
【００５２】
図３（Ｂ）に示す薄膜トランジスタ３０Ｂは、いわゆるトップゲート・トップコンタクト構造からなる薄膜トランジスタであり、その構造は、基材３１と、基材３１上に形成された窒化ケイ素膜又は酸化ケイ素膜３２と、窒化ケイ素膜又は酸化ケイ素膜３２上に形成された半導体層３８（ソース側拡散膜３８ｓ、チャネル膜３８ｃ及びドレイン側拡散膜３８ｄ）と、半導体層３８のうちソース側拡散膜３８ｓ及びドレイン側拡散膜３８ｄ上にコンタクトホール部を有するように形成したゲート絶縁膜３４と、コンタクトホール部に形成されてソース側拡散膜３８ｓ及びドレイン側拡散膜３８ｄにそれぞれ接続するソース電極３６及びドレイン電極３７と、チャネル膜３８ｃの真上のゲート絶縁膜３４上に形成されたゲート電極３３とを有している。符号３９は保護層である。
【００５３】
この薄膜トランジスタ３０Ｂにおいては、ゲート電極３３とソース電極３６とドレイン電極３７が上記本発明のパターニング方法で形成されたクロム膜である。
【００５４】
図３（Ａ）に示した薄膜トランジスタ３０Ａは、一例として次のように製造できる。先ず、例えばポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）からなる基材３１上に窒化ケイ素膜３２をスパッタリング等で成膜し、その窒化ケイ素膜３２上に上記本発明に係るパターニング方法（図１を参照）で所定のクロムパターンからなるゲート電極３３を形成する。次いで、そのゲート電極３３を覆うように例えば酸化ケイ素からなる絶縁膜を真空蒸着等で形成した後にその絶縁膜をパターニングしてゲート絶縁膜３４を形成する。次いで、そのゲート絶縁膜３４上の所定の部分にマスクを用いて選択的に例えばアモルファスシリコンをスパッタリング等で成膜してシリコン半導体層３５を形成するか、あるいは、そのゲート絶縁膜３４を覆うように例えばアモルファスシリコンをスパッタリング等で成膜した後にパターニングして所定パターンのシリコン半導体層３５を形成する。次に、そのシリコン半導体層３５を覆うように例えばアルミニウム膜を真空蒸着等で成膜した後、そのアルミニウム膜をパターニングして、シリコン半導体層３５上で相互に接触しないように離間してソース電極３６及びドレイン電極３７を形成する。こうして薄膜トランジスタ３０Ａを製造することができる。
【００５５】
図３（Ｂ）に示した薄膜トランジスタ３０Ｂは、一例として次のように製造できる。先ず、例えばポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）からなる基材３１上に窒化ケイ素膜３２をスパッタリング等で成膜し、その窒化ケイ素膜３２上に例えばアモルファスシリコンをスパッタリング等で成膜する。成膜したアモルファスシリコンを必要に応じてレーザーアニール処理してポリシリコンとし、そのポリシリコン上に例えば酸化ケイ素からなるマスクパターンを形成した後にイオン注入を行い、ポリシリコンからなる半導体層３８の各部をソース側拡散膜３８ｓ、チャネル膜３８ｃ及びドレイン側拡散膜３８ｄとする。イオン注入によってアモルファスシリコンになった部分がある場合は必要に応じて再びレーザーアニールを行って再結晶させる。次に、その半導体層３８を覆うように例えば酸化ケイ素からなる絶縁膜を真空蒸着等で形成した後、その絶縁膜をパターニングしてチャネル膜３８ｃ上にはゲート絶縁膜３４を形成するとともに、ソース側拡散膜３８ｓとドレイン側拡散膜３８ｄ上にはコンタクトホール部を形成する。次に、それらゲート絶縁膜３４とコンタクトホール部の上にクロム膜を形成した後、上記本発明に係るパターニング方法（図１を参照）で、所定のクロムパターンからなるゲート電極３３とソース電極３６とドレイン電極３７とを形成する。こうして薄膜トランジスタ３０Ｂを製造することができる。なお、必要に応じて高圧水蒸気処理等を行ってもよい。
【００５６】
こうした本発明のクロム電極によれば、ＬＳＩやディスプレイ用電極配線等に用いられる微細で高精度のクロムパターンを歩留まりよく形成できるので、半導体装置の電極パターンとして、又は、有機ＥＬ素子や液晶表示素子等の各種ディスプレイパネルの回路電極として適用することができる。
【実施例】
【００５７】
以下、実施例と比較例により本発明をさらに詳しく説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００５８】
（実施例１）
試料基材１０として厚さ０．１ｍｍで５０ｍｍ×５０ｍｍのＰＥＳ基板を用い、その基板上に、熱緩衝機能を有する中間膜として厚さ３００〜５００ｎｍの窒化ケイ素膜をＲＦマグネトロンスパッタリング法で形成した。その窒化ケイ素膜上に厚さ１００ｎｍのクロム膜１１’をＲＦマグネトロンスパッタリング法で形成した。次に、そのクロム膜１１’上に酸化ケイ素からなる厚さ１００ｎｍのマスク材料膜１２’をＲＦマグネトロンスパッタリング法で形成し、引き続いて、そのマスク材料膜１２’上に厚さ１２００ｎｍのフォトレジストをスピンコート法により形成し、そのフォトレジストをフォトリソグラフィでパターニングし、所望のレジストパターン（図１中では図示しない）をクロム膜１１’上に形成した。なお、パターニングは、ガラス基板上に所定の遮蔽パターンが形成された遮蔽マスクを用い、露光、現像して行った。得られたレジストパターンは、厚さ１μｍ・幅１０μｍのラインがピッチ１０μｍで並列したものである。
【００５９】
次に、こうした被処理体を、図２に示すチャンバー２４内に置き、レジストパターンが設けられていない開口部で露出した酸化ケイ素膜をドライエッチングした。このときのドライエッチングは、エッチングガスとしてＣＦ４：Ｏ２＝９：１の混合ガスを用い、その混合ガスを１００ｓｃｃｍの流量で雰囲気内に供給することにより行うとともに、ＲＦ５００Ｗ、１０Ｐａ、約１ｍｉｎの条件にして行った。得られたマスクパターン１２は、厚さ０．１μｍ・幅１０μｍのラインがピッチ１０μｍで並列したものである。こうしたドライエッチングで酸化ケイ素膜を除去し、開口部分にクロム膜を露出させた。
【００６０】
次に、チャンバー２４内に置かれた被処理体２３を酸素プラズマ処理した。酸素プラズマ処理は、酸素ガスを導入した１３３Ｐａの減圧雰囲気とし、且つ、チャンバー２４内の下部側電極２１であるステージを加熱して被処理体２３の温度を１５０℃とし、その雰囲気下で、並行平板電極２１，２２間に周波数１３．５６ＭＨｚで５００Ｗの電力を印加することによって行った。こうした条件下で発生した酸素プラズマは、開口部分に露出したクロム膜と反応し、クロム膜を酸化クロムとして昇華除去した。最後に、クロム膜上のマスクパターン１２を上記したのと同様のドライエッチングで除去し、厚さ０．１μｍ・幅１０μｍのラインがピッチ１０μｍで並列したクロムパターン１１を形成することができた。
【００６１】
（実施例２）
実施例１において、酸化ケイ素からなるマスク材料膜の代わりに、アルミニウムからなるマスク材料膜を形成し、そのマスク材料膜のパターニングを硝酸・酢酸・リン酸の混合液でウェットエッチングした以外は、実施例１と同様にしてクロムパターンを形成した。ただし、この実施例２は、実施例１に比較して、マスク材料膜をウェットエッチングする際のオーバーエッチングにより得られたマスクパターンにサイドカット等が入り易く、パターニング精度が低下することがあるため、高精細パターニング（約５μｍ以下）にはやや適さないことがある。
【００６２】
（実施例３）
実施例１において、酸化ケイ素からなるマスク材料膜の代わりに、モリブデンからなるマスク材料膜を形成し、そのマスク材料膜のパターニングを過塩素酸・硝酸の混合液でウェットエッチングした以外は、実施例１と同様にしてクロムパターンを形成した。ただし、この実施例３においても、実施例１に比較して、マスク材料膜をウェットエッチングする際のオーバーエッチングにより得られたマスクパターンにサイドカット等が入り易く、パターニング精度が低下することがあるため、高精細パターニング（約５μｍ以下）にはやや適さないことがある。
【００６３】
（実施例４）
実施例１において、酸化ケイ素からなるマスク材料膜の代わりに、ポリシリコンからなるマスク材料膜を形成し、そのマスク材料膜のパターニングを酸化ケイ素と同様のドライエッチングで行った以外は、実施例１と同様にしてクロムパターンを形成した。この実施例４のパターニング精度は、実施例１と同等であった。
【００６４】
（実施例５）
実施例１において、酸化ケイ素からなるマスク材料膜の代わりに、フォトレジストからなるマスク材料膜を形成し、そのマスク材料膜のパターニングをフォトリソグラフィで行った以外は、実施例１と同様にしてクロムパターンを形成した。ただし、この実施例５においては、上記実施例１〜４で用いた金属膜や無機膜によるマスク材料膜に比べ、フォトレジスト自体がアッシング効果によりマスクパターンのサイドエッジが後退してパターニング精度が悪化することがあるため、実施例１〜５の中で比較した場合、高精細パターニングにはやや適さないことがある。
【００６５】
（結果）
実施例１〜５の結果より、クロム膜のパターニング工程では、ウェットエッチングも塩素系ガスの処理装置も不要とすることができた。特に実施例１，４に示すクロムパ膜のパターニング方法のように、ケイ素系材料膜をマスク材料膜としてドライエッチングした場合には、マスク材料膜のドライエッチング精度が高いので、マスク材料膜をパターニングする際に行うフォトリソグラフィの解像度を維持することができ、その結果、高いパターニング精度のクロムパターンが得られた。一方、実施例２，３に示すクロム膜のパターニング方法のように、アルミ等の金属材料膜をマスク材料膜としてウェットエッチングした場合には、マスク材料膜をウェットエッチングする際の精度に依存してクロム膜のパターニング精度が決まる結果となった。また、実施例５に示すクロム膜のパターニング方法のように、フォトレジストをマスク材料膜とした場合では、クロム膜のパターニング精度は１０μｍ程度が限界であった。
【００６６】
なお、実施例１〜５と、クロム膜のパターニングをウェットエッチングで行う従来例（上記各特許文献に記載のもの）とを比較した結果、実施例１〜５では、析出物による歩留まり悪化の影響がなかった。特に、マスク材料膜をドライエッチングした場合におけるクロム膜のパターニングは高精細化を実現できた。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明のクロム膜のパターニング方法の一例を示す模式的な工程図である。
【図２】本発明のクロム膜のパターニング方法を適用する装置の一例を示す模式的な構成図である。
【図３】本発明のパターニング方法で形成したクロム膜をゲート電極等とした薄膜トランジスタの例を示す模式的な断面図であり、（Ａ）はボトムゲートタイプの薄膜トランジスタであり、（Ｂ）はトップゲートタイプの薄膜トランジスタである。
【符号の説明】
【００６８】
１０  基材
１１  クロムパターン
１１’  クロム膜
１２  マスクパターン
１２’  マスク材料膜
２０  ドライエッチング装置
２１  電極（ステージ）
２２  電極
２３  被処理体
２４  チャンバー
２５  空間
３０Ａ，３０Ｂ  薄膜トランジスタ
３１  基材
３２  窒化ケイ素膜又は酸化ケイ素膜
３３  ゲート電極
３４  ゲート絶縁膜
３５  半導体層（アモルファスシリコン）
３５ａ  半導体層（ポリシリコン）
３５ｂ  半導体層（アモルファスシリコン）
３６  ソース電極
３７  ドレイン電極
３８  半導体層
３８ｃ  チャネル膜
３８ｓ  ソース側拡散膜
３８ｄ  ドレイン側拡散膜
３９  保護膜
【図１】
2010087086.tif 000003
【図２】
2010087086.tif 000004
【図３】
2010087086.tif 000005