(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下地としての絶縁膜の上に成膜された、導電性半導体からなる下層膜と金属からなる上層膜とから構成される、積層膜をエッチングして、所望の積層膜パターンを得る方法であって、
前記金属からなる前記上層膜の所定領域をウェットエッチング法を用いて除去する第１のエッチング工程と、
前記第１のエッチング工程の終了後、塩素ガスと酸素ガスとを含む混合ガスによるプラズマを用いて、前記金属の残滓又は前記金属と前記導電性半導体との化合物を除去する第２のエッチング工程と、
前記第２のエッチング工程の終了後、前記導電性半導体からなる前記下層膜をドライエッチング法を用いて除去する第３のエッチング工程とを有してなると共に、
前記第２のエッチング工程では、前記塩素ガスに対する前記酸素ガスの流量比率を３０％以上３００％以下の範囲内に設定し、その結果として、前記酸素ガスの作用による副産物として前記下層膜の表面が酸化して酸化層が生成され、
前記第３のエッチング工程では、
まず、前記第２のエッチング工程の際に、前記下層膜の表面に生成された前記酸化層に対して選択性の低いエッチングガスを用いて、前記酸化層を含む前記下層膜の途中までエッチングし、この後、下地としての前記絶縁膜に対して選択性が強いエッチングガスを用いて、残りの前記下層膜をエッチングすることを特徴とする積層膜パターン形成方法。
【請求項２】
前記下層膜は、多結晶シリコン又は微結晶シリコンからなり、前記上層膜は、クロム、モリブデン、タングステン、及びタンタルの群から選択された金属、又は該金属を含む合金からなることを特徴とする請求項１記載の積層膜パターン形成方法。
【請求項３】
前記流量比率を、７０％以上１５０％以下の範囲内に設定することを特徴とする請求項１記載の積層膜パターン形成方法。
【請求項４】
基板上に順に形成された半導体膜及びゲート絶縁膜の上に、ポリシリコンからなる下層膜と、金属からなる上層膜とから構成される積層膜を形成し、該積層膜をエッチングして所望のゲート電極パターンを得る方法であって、
前記金属からなる前記上層膜の所定領域をウェットエッチング法を用いて除去する第１のエッチング工程と、
前記第１のエッチング工程の終了後、塩素ガスと酸素ガスとを含む混合ガスによるプラズマを用いて、前記金属の残滓又は前記金属と前記ポリシリコンとの化合物を除去する第２のエッチング工程と、
前記第２のエッチング工程の終了後、前記ポリシリコンからなる前記下層膜をドライエッチング法を用いて除去する第３のエッチング工程とを有してなると共に、
前記第２のエッチング工程では、前記塩素ガスに対する前記酸素ガスの流量比率を３０％以上３００％以下の範囲内に設定し、その結果として、前記酸素ガスの作用による副産物として前記下層膜の表面が酸化して酸化層が生成され、
前記第３のエッチング工程では、
まず、前記第２のエッチング工程の際に、前記酸素ガスによって前記下層膜の表面に生成された酸化層に対して選択性の低いエッチングガスを用いて、前記酸化層を含む前記下層膜の途中までエッチングし、この後、前記ゲート絶縁膜に対して選択性が高いエッチングガスを用いて、残りの前記下層膜をエッチングすることを特徴とするゲート電極形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、積層膜パターン形成方法及びゲート電極形成方法に係り、例えば、液晶表示装置を構成する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）基板の製造方法において用いられ、シリコン膜に金属膜が積層されてなる２層構造の積層膜を、例えば電極層として形成するための積層膜パターン形成方法、及び例えば薄膜トランジスタのゲート電極形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、薄膜トランジスタの構造には、主としてアモルファスシリコン薄膜トランジスタにおいて用いられるボトムゲート型のものと、主としてポリシリコン薄膜トランジスタにおいて用いられるトップゲート型のものとがある。
トップゲート型の薄膜トランジスタのゲート電極を、シリコン膜、金属膜、金属シリサイド膜をそれぞれ単層で用いるほか、信頼性向上と、低抵抗化とのために、シリコン膜上に、金属膜又は金属シリサイド膜を形成してなる積層膜を用いて形成することが提案されている。
【０００３】
ずなわち、ゲート電極として、例えば、ポリシリコン膜上に、金属シリサイド膜を形成してなる積層膜を用いたり（例えば、特許文献１参照。）、微結晶シリコン（マイクロクリスタルシリコン）膜上に、金属膜又は金属シリサイド膜を形成してなる積層膜を用いることが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
例えば、特許文献１及び特許文献２には、ゲート電極をパターン形成する際に、上層の金属膜又は金属シリサイド膜の金属系材料と、下層のポリシリコン膜又は微結晶シリコン膜のシリコン系材料の両方に対してドライエッチング法を用いることが記載されている。
【０００４】
しかしながら、金属材料のなかには、ドライエッチングにおけるエッチングレートが小さい材料や、ドライエッチング時の反応生成物がチャンバ内に堆積して、ごみを発生させやすい材料があるため、金属膜をパターン形成する際に、ドライエッチング法よりもウェットエッチング法を用いた方が生産性の面で有利な場合がある。
【０００５】
例えば、クロム膜の場合、ドライエッチングによるエッチングレートは、最大で４０［ｎｍ／ｍｉｎ］程度であるのに対して、ウェットエッチングでは、例えば、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ると、１００［ｎｍ／ｍｉｎ］程度のエッチングレートを得ることができる。
このため、シリコン膜上にクロム膜を形成して積層膜を形成し、ゲート電極をパターン形成する場合には、クロム膜のエッチングにウェットエッチング法を用い、シリコン膜のエッチングにドライエッチング法を用いることによって、スループット（処理能力）を高めることができる。
【０００６】
しかしながら、クロム膜をウェットエッチングした後に、シリコン膜をドライエッチングする方法では、クロム膜をウェットエッチングした際の残存物がシリコン膜のドライエッチングを阻害し、エッチング均一性が悪化し、シリコンの残さが発生するという問題があった。
トップゲート型のポリシリコン薄膜トランジスタのゲート電極形成時に、均一性が悪化し、残さが発生する問題について、薄膜トランジスタの製造工程の初期段階を含めて説明する。
まず、図７（ａ）に示すように、ガラス基板１０１上に、プラズマＤＶＤ法によって、二酸化シリコンや窒化シリコンからなる下地絶縁膜１０２を、３００［ｎｍ］程度の厚さに成膜する。
【０００７】
次に、下地絶縁膜１０２上に、プラズマＤＶＤ法によって、アモルファスシリコン膜を５０［ｎｍ］程度の厚さに成膜する。次に、このアモルファスシリコン膜に、例えば、エキシマレーザを照射してアモルファスシリコン膜を結晶化させて、ポリシリコン膜１０４を形成する。
次に、レジストをマスクとして、ドライエッチング法によって、ポリシリコン膜１０４を島状にパターニングして、薄膜トランジスタの活性層を形成する。
【０００８】
次に、島状にパターニングされたポリシリコン膜１０４上に、プラズマＤＶＤ法によって、二酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜１０５を１００［ｎｍ］程度の厚さに成膜する。次に、ゲート電極の下層となり、リンを不純物として含むｎ型の微結晶シリコン膜１０６を１００［ｎｍ］程度の厚さに成膜する。次に、スパッタリング法によって、ゲート電極１０９の上層となるクロム膜１０７を２００［ｎｍ］程度の厚さに成膜する。
【０００９】
次に、レジスト膜１０８をマスクとして、例えば、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たウェットエッチング法によって、クロム膜１０７をパターニングして、ゲート電極の上層を形成する。
ここで、露出した微結晶シリコン膜１０６の表面は、ウェットエッチングで除去できなかった金属クロムの残さや、クロムとシリコンとの化合物であるクロムシリサイドからなる残存物１１０が不均一に発生した状態となる。
【００１０】
次に、図７（ｂ）に示すように、ドライエッチング法によって、微結晶シリコン膜１０６をパターニングして、ゲート電極１０９の下層を形成する。
しかしながら、微結晶シリコン膜１０６の表面に、金属クロムの残さや、クロムシリサイドからなる残存物１１０が残存した状態では、これらの物質がマスクとなって、エッチングの進行を阻害する。このため、エッチングの均一性が悪化すると共に、ゲート絶縁膜１０５上に柱状のシリコンの残さ１１１が発生する。
このシリコンの残さ１１１は、この後のポリシリコン膜１０４への不純物注入工程や、コンタクトホール形成工程で、バリアとなるために、良好な特性を有する薄膜トランジスタを得ることができなくなる。
【００１１】
このため、シリコン膜と金属膜とからなる積層膜を、ウェットエッチング法と、ドライエッチング法とを併用して、ゲート電極をパターン形成する場合に、エッチング不良が発生することを防止するために、金属膜をウェットエッチングした後、シリコン膜をドライエッチングする前に、エッチングを阻害する残存物を除去する工程を設ける技術が提案されている。
【００１２】
残存物を除去する方法として、例えば、酸素ガスのプラズマを用いたエッチング処理を行う方法（例えば、特許文献３参照。）や、フッ酸を含む溶液を用いたウェットエッチング処理、アルゴン等の不活性ガスのプラズマを用いたスパッタエッチング処理を行う方法（例えば、特許文献４参照。）、ＣＨＦ３と酸素ガスとの混合ガスのプラズマを用いたエッチング処理を行う方法（例えば、特許文献５参照。）等が提案されている。
【００１３】
なお、特許文献３、特許文献４、特許文献５に記載された技術は、ボトムゲート型のアモルファスシリコン薄膜トランジスタにおいて、金属膜からなるソース・ドレイン電極をウェットエッチング法で形成した後、バックチャネル部のｎ型のアモルファスシリコン膜をドライエッチング法で除去する際に、残存物によるエッチング不良が発生することを防止することを目的としている。
【特許文献１】特開平０５−２３５３５３号公報
【特許文献２】特開平１１−３０７７７７号公報
【特許文献３】特開平０５−２８３４２７号公報
【特許文献４】特開平０６−２８３５４７号公報
【特許文献５】特開２００１−２７４４１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
解決しようとする第１の問題点は、上記従来技術では、金属膜をエッチングした後の残存物を確実に除去することができず、このため、シリコン膜のエッチング均一性が悪化し、かつ、エッチング残さが生成されてしまうという点である。
例えば、特許文献３に記載された技術では、残存物をエッチング除去することは困難である。
【００１５】
すなわち、金属やシリコンの酸化物の蒸気圧は低いので、酸素のプラズマだけで残存物をエッチング除去することは困難である。また、酸素プラズマ処理と、これに続くシリコン膜のエッチングとが繰り返し行われることによって、酸素と、シリコン膜のエッチングに用いたガスの残留分とが混ざり、残存物を除去する効果が現れるが、シリコン膜のエッチングに用いたガスの残留分は、次の基板の処理が始まるまでの真空引き及び酸素プラズマ処理中に減少していくため、残存物を除去する能力が安定せず、処理時間の経過と共に、減少してしまう。
【００１６】
また、特許文献５に記載された技術を、トップゲート型のポリシリコン薄膜トランジスタのゲート電極形成のために適用しようとすると、アモルファスシリコンよりも結晶性の高いポリシリコン膜や微結晶シリコン膜等のシリコン膜上に金属膜を形成してなる積層膜のパターニングにおいて残存物を十分に除去できない。
すなわち、ポリシリコン膜や微結晶シリコン膜は、小さな結晶が集合した膜であり、この表面には、結晶性に由来する微細な凹凸が現れる。また、トップゲート型のポリシリコン薄膜トランジスタのゲート電極で、下部にゲート絶縁膜を挟んで活性層のポリシリコン膜が存在する領域では、活性層のポリシリコン膜の凹凸の影響を受けて、ゲート電極のシリコン膜の表面の凹凸は、より大きく複雑となる。
【００１７】
このように、その表面に微細な凹凸を有するシリコン膜上に成膜された金属膜を、ウェットエッチング法によってパターン形成した場合、露出したシリコン膜の表面には多くの残存物が発生し、シリサイド化していない金属状態の残存物も増加する。金属状態の残存物が増加すると、ＣＨＦ３と酸素ガスとの混合ガスのプラズマを用いたエッチング処理では、残存物を十分に除去できなくなる。例えば、金属膜がクロム膜の場合には、クロムのフッソ系化合物の蒸気圧が低いため、金属状態で残存しているクロムは殆ど除去することができない。
【００１８】
また、第２の問題点は、上記従来技術では、スループットが低下してしまうという点である。
例えば、特許文献４に記載された技術で、フッ酸を含む溶液を用いたウェットエッチング処理を行う場合に、次に行うシリコン膜をエッチングする工程と連続した処理ができないので、スループットが低下してしまう。
【００１９】
また、第３の問題点は、上記従来技術では、残すべき領域もエッチングしてしまう等正確に残存物を除去することができないという点である。
例えば、特許文献４に記載された技術で、フッ酸を含む溶液を用いたウェットエッチング処理を行う場合に、金属や金属シリサイドの残存物を除去する能力の高い溶液を用いると、処理中に金属膜のサイドエッチングが進行して、金属膜のパターン形状を保つことができない。
【００２０】
また、アルゴン等の不活性ガスのプラズマを用いたスパッタエッチング処理を行う場合には、レジストがダメージを受けて剥離性が悪化することを防ぐために、スパッタエッチング処理前にレジストを除去する必要がある。この場合、スパッタエッチング処理の際に、パターンとして残すべき領域の金属膜の表面もエッチングされてしまう。さらに、スパッタエッチングは、異方性が非常に強いので、段差のある箇所で、段差部の側面の残存物を除去することが困難である。
【００２１】
この発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、金属膜をエッチングした後の残存物を確実に除去し、シリコン膜のエッチング均一性を向上させ、かつ、エッチング残さの生成を防止し、例えば、信頼性が高く、良好な特性を有する薄膜トランジスタを得ることができる積層膜パターン形成方法及びゲート電極形成方法を提供することを第１の目的としている。
また、金属膜をエッチングした後の残存物を効率的に除去して、高スループットを維持することができる積層膜パターン形成方法及びゲート電極形成方法を提供することを第２の目的としている。
また、例えば、残すべき領域もエッチングしてしまうような不具合を防止し、金属膜をエッチングした後の残存物を正確に除去し、例えば、信頼性が高く、良好な特性を有する薄膜トランジスタを得ることができる積層膜パターン形成方法及びゲート電極形成方法を提供することを第３の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、下地としての絶縁膜の上に成膜された、導電性半導体からなる下層膜と金属からなる上層膜とから構成される、積層膜をエッチングして、所望の積層膜パターンを得る方法に係り、上記金属からなる上記上層膜の所定領域をウェットエッチング法を用いて除去する第１のエッチング工程と、上記第１のエッチング工程の終了後、塩素ガスと酸素ガスとを含む混合ガスによるプラズマを用いて、上記金属の残滓又は上記金属と上記導電性半導体との化合物を除去する第２のエッチング工程と、上記第２のエッチング工程の終了後、上記導電性半導体からなる上記下層膜をドライエッチング法を用いて除去する第３のエッチング工程とを有してなると共に、上記第２のエッチング工程では、上記塩素ガスに対する上記酸素ガスの流量比率を３０％以上３００％以下の範囲内に設定し、その結果として、上記酸素ガスの作用による副産物として上記下層膜の表面が酸化して酸化層が生成され、上記第３のエッチング工程では、まず、上記第２のエッチング工程の際に、上記下層膜の表面に生成された上記酸化層に対して選択性の低いエッチングガスを用いて、上記酸化層を含む上記下層膜の途中までエッチングし、この後、下地としての上記絶縁膜に対して選択性が強いエッチングガスを用いて、残りの上記下層膜をエッチングすることを特徴としている。
これにより、第１のエッチング工程で、上層膜を、ウェットエッチング法によってエッチングし、第２のエッチング工程で、塩素ガスと酸素ガスとを含む混合ガスによるプラズマを用いて、エッチング残さを除去し、第３のエッチング工程で、下層膜をドライエッチング法によってエッチングするので、上層膜をエッチングした後の残存物を確実に除去し、下層膜のエッチング均一性を向上させ、かつ、エッチング残さの生成を防止することができる。
加えて、混合ガス中の塩素ガスに対する酸素ガスの流量比率を、３０％〜３００％の範囲内に設定するので、下層膜の表面の残存物を選択的にエッチング除去し、下層膜のエッチング均一性を向上させ、かつ、エッチング残さの生成を防止することができる。
【００２４】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の積層膜パターン形成方法に係り、上記下層膜は、多結晶シリコン又は微結晶シリコンからなり、上記上層膜は、クロム、モリブデン、タングステン、及びタンタルの群から選択された金属、又は該金属を含む合金からなることを特徴としている。
これにより、下層膜の材料として、多結晶シリコン又は微結晶シリコンを用い、上層膜の材料として、クロム、モリブデン、タングステン、及びタンタルの群から選択された金属、又はこれらの金属を主成分とする合金を用いるので、下層膜の表面に残存物が残らないようにすることができるので、下層膜のエッチング均一性を向上させ、かつ、エッチング残さの生成を防止することができる。
【００２６】
また、請求項３記載の発明は、請求項１記載の積層膜パターン形成方法に係り、上記流量比率を、７０％以上１５０％以下の範囲内に設定することを特徴としている。
これにより、混合ガス中の塩素ガスに対する酸素ガスの流量比率を、７０％以上１５０％以下の範囲内に設定するので、下層膜の表面の残存物を選択的にエッチング除去し、下層膜のエッチング均一性を一段と向上させ、かつ、エッチング残さの生成を防止することができる。
【００２８】
また、請求項４記載の発明は、基板上に順に形成された半導体膜及びゲート絶縁膜の上に、ポリシリコンからなる下層膜と、金属からなる上層膜とから構成される積層膜を形成し、該積層膜をエッチングして所望のゲート電極パターンを得る方法に係り、上記金属からなる上記上層膜の所定領域をウェットエッチング法を用いて除去する第１のエッチング工程と、上記第１のエッチング工程の終了後、塩素ガスと酸素ガスとを含む混合ガスによるプラズマを用いて、上記金属の残滓又は上記金属と上記ポリシリコンとの化合物を除去する第２のエッチング工程と、上記第２のエッチング工程の終了後、上記ポリシリコンからなる上記下層膜をドライエッチング法を用いて除去する第３のエッチング工程とを有してなると共に、上記第２のエッチング工程では、上記塩素ガスに対する上記酸素ガスの流量比率を３０％以上３００％以下の範囲内に設定し、その結果として、上記酸素ガスの作用による副産物として上記下層膜の表面が酸化して酸化層が生成され、上記第３のエッチング工程では、まず、上記第２のエッチング工程の際に、上記酸素ガスによって上記下層膜の表面に生成された酸化層に対して選択性の低いエッチングガスを用いて、上記酸化層を含む上記下層膜の途中までエッチングし、この後、上記ゲート絶縁膜に対して選択性が高いエッチングガスを用いて、残りの上記下層膜をエッチングすることを特徴としている。
これにより、ゲート電極を形成する工程で、下部に活性層の半導体膜が存在する領域で、この半導体膜表面の凹凸の影響を受けて、ゲート電極を構成する下層膜表面の凹凸が大きくなり、上層膜をウェットエッチングした後の残存物に多くの金属が含まれるような状況でも、塩素ガス及び酸素ガスを含む混合ガスによるプラズマを用いてエッチングするので、残存物を無くし、下層膜のエッチング均一性を向上させ、かつ、エッチング残さの生成を防止することができる。
【発明の効果】
【００２９】
この発明の構成によれば、第１のエッチング工程で、金属からなる上層膜の所定領域を除去し、第１のエッチング工程の終了後、第２のエッチング工程で、塩素ガスと酸素ガスとを含む混合ガスによるプラズマを用いて、金属の残滓又は金属と導電性半導体との化合物を除去し、第２のエッチング工程の終了後、第３のエッチング工程で、導電性半導体からなる下層膜を除去するので、上層膜をエッチングした後の残存物を確実に除去し、下層膜のエッチング均一性を向上させ、かつ、エッチング残さの生成を防止し、例えば、信頼性が高く、良好な特性を有する薄膜トランジスタを得ることができる。
【００３０】
すなわち、塩素及び酸素を含むプラズマによるエッチングは、金属と、導電性半導体との化合物のみならず、金属に対しても高い除去能力があるため、導電性半導体膜の表面に微細な凹凸があって、金属膜をウェットエッチングした後に、金属の残さが多く残存するような状況でも、導電性半導体膜をドライエッチングする前に、塩素及び酸素を含むプラズマによるエッチングを実施することによって、導電性半導体膜の表面のエッチングを阻害する残存物を確実に除去することができるので、導電性半導体膜のエッチング均一性を向上させ、かつ、エッチング残さの生成を防止することができる。
【００３１】
また、下層膜をドライエッチング法によってエッチングする場合に、少なくとも下層膜と上層膜との界面領域を、塩素及び酸素を含むプラズマ雰囲気に晒してエッチングする工程と、下層膜をエッチングする工程とは、同一のドライエッチング装置を用いて連続的に実施することが可能であるので、上層膜をエッチングした後の残存物を効率的に除去して、高スループットを維持することができる。
【００３２】
また、プラズマによるエッチングは、比較的異方性が強いので、金属膜のサイドエッチングの進行を防止することができ、また、レジストへ与えるダメージも比較的小さくて済むので、金属膜をウェットエッチングした後、プラズマによるエッチングの前に、レジストを除去する必要がないため、パターンとして残す領域の金属膜の表面がエッチングされることがなく、さらに、若干の等方性もあるので、段差がある箇所でも、段差部の側面の残存物も除去することができるので、金属膜をエッチングした後の残存物を正確に除去し、例えば、信頼性が高く、良好な特性を有する薄膜トランジスタを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
第１のエッチング工程で、金属からなる上層膜の所定領域を除去し、第１のエッチング工程の終了後、第２のエッチング工程で、塩素ガスと酸素ガスとを含む混合ガスによるプラズマを用いて、金属の残滓又は金属と導電性半導体との化合物を除去し、第２のエッチング工程の終了後、第３のエッチング工程で、導電性半導体からなる下層膜を除去することによって、上層膜をエッチングした後の残存物を確実に除去し、下層膜のエッチング均一性を向上させ、かつ、エッチング残さの生成を防止し、例えば、信頼性が高く、良好な特性を有する薄膜トランジスタを得るという第１の目的を実現した。
【００３４】
また、下層膜をドライエッチング法によってエッチングする場合に、少なくとも下層膜と上層膜との界面領域を、塩素及び酸素を含むプラズマ雰囲気に晒してエッチングする工程と、下層膜をエッチングする工程とは、同一のドライエッチング装置を用いて連続的に実施することが可能であるので、上層膜をエッチングした後の残存物を効率的に除去して、高スループットを維持するという第２の目的を実現した。
【００３５】
また、プラズマによるエッチングは、比較的異方性が強いことにより、金属膜のサイドエッチングの進行を防止することができ、また、レジストへ与えるダメージも比較的小さくて済むことにより、金属膜をウェットエッチングした後、プラズマによるエッチングの前に、レジストを除去する必要がないため、パターンとして残す領域の金属膜の表面がエッチングされることがなく、さらに、若干の等方性もあることにより、段差がある箇所でも、段差部の側面の残存物も除去することができるので、金属膜をエッチングした後の残存物を正確に除去し、例えば、信頼性が高く、良好な特性を有する薄膜トランジスタを得るという第３の目的を実現した。
【実施例１】
【００３６】
図１及び図２は、この発明の第１の実施例である積層膜パターニング方法を説明するための工程図、また、図３は、同積層膜パターニング方法を実施する際に用いられるドライエッチング装置の概略構成を示す図である。
この例の積層膜パターニング方法は、例えば、基板の上に形成された絶縁膜１の上に、シリコン膜に金属膜が積層されてなる２層構造の積層膜を、電極層６として形成するために用いられる（図２（ｃ）参照。）。
【００３７】
まず、図１（ａ）に示すように、基板の上に形成された下地となる二酸化シリコン等からなる絶縁膜１上に、例えば、プラズマＤＶＤ法（プラズマ増速化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ：Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）法）によって、シリコン膜として、リン（Ｐ）を不純物として含むｎ型の微結晶シリコン（マイクロクリスタルシリコン）膜２を、１００［ｎｍ］程度の厚さに成膜する。
微結晶シリコン膜は、粒径が１０［ｎｍ］以下の極めて微細な結晶粒とアモルファスとが混在したシリコン膜であり、プラズマＣＶＤ法等によって形成される。
次に、スパッタリング法によって、金属膜として、クロム膜３を２００［ｎｍ］程度の厚さに成膜する。
【００３８】
次に、図１（ｂ）に示すように、クロム膜３上に所定のマスクパターンのレジスト４を形成する。
次に、図１（ｃ）に示すように、レジスト４をマスクとして、例えば、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を行い、クロム膜３をパターニングする。この状態で、露出した微結晶シリコン膜２の表面には、ウェットエッチングで除去できなかった金属クロムの残さや、クロムとシリコンとの化合物（上層膜と下層膜との境界層を構成する金属と導電性半導体との化合物）であるクロムシリサイドからなる残存物５が存在している。
【００３９】
次に、塩素（Ｃｌ２）ガスと、酸素（Ｏ２）ガスとを含む混合ガスを、原料ガスとして用い、プラズマ反応によって活性ガスを生成し、残存物５が存在している微結晶シリコン膜２に対してプラズマ処理を行うことによって、図２（ａ）に示すように、微結晶シリコン膜２の表面の残存物５を選択的にエッチングし除去する。
このプラズマ処理では、例えば、図３に示すような並行平板型のドライエッチング装置を用い、所定のエッチング条件下で、残存物５をエッチング除去する。
【００４０】
このドライエッチング装置１１は、ガス導入装置に接続され塩素ガス及び酸素ガスを含む混合ガスＧを導入するためのガス導入部１２及び真空排気装置に接続された排出部１３が設けられた真空容器１４と、真空容器１４内に互いに平行に配置され、接地電位に接続され、下部電極を兼ね、被処理体Ｓが載置される平板状のステージ１５、及び平板状の上部電極１６と、上部電極１６とステージ１５との間に所定の周波数の交流電圧（例えば、１３．５６［ＭＨｚ］）を印加するための交流電源１７とを有している。
なお、ドライエッチング装置としては、プラズマエッチング型のほか、反応性イオンエッチング型の装置を用いても良い。
【００４１】
エッチング条件として、ガス流量は、塩素（Ｃｌ２）ガスに対する酸素（Ｏ２）ガスの流量比が、３０［％］〜３００［％］（さらに好適には、７０［％］〜１５０［％］）となるようにする。
残存物５としてのクロムは、塩素ガスと酸素ガスとの両者と反応し、揮発性が比較的高い化合物が生成されて除去される。このため、塩素ガスと酸素ガスとは、両者とも同時に十分な流量が必要であり、上記流量比が、３０［％］より小さいような酸素ガスが少な過ぎる場合でも、上記流量比が、３００［％］より大きいような塩素ガスが少な過ぎる場合でも、クロムの除去が十分になされない。
【００４２】
この例では、ガス流量：（Ｃｌ２／Ｏ２）＝（２４０［ｓｃｃｍ（standard cubic centimeter per minute）］／１６０［ｓｃｃｍ］）とする。
ここで、例えば、２４０［ｓｃｃｍ］は、標準状態換算時で２４０［ｃｃ／ｍｉｎ］（２４０［ｃｍ３／ｍｉｎ］）を意味する。
また、圧力は、１０［Ｐａ］、パワーは、１０００［Ｗ］、処理時間は、６０［ｓｅｃ］として、実施する。なお、エッチングガスに、ヘリウム（Ｈｅ）ガス等の不活性ガスを添加しても良い。
【００４３】
次に、上記プラズマ処理で用いたドライエッチング装置を用いて、図２（ｂ）に示すように、微結晶シリコン膜２のドライエッチングを行う。ここで、微結晶シリコン膜２の表面の残存物５は除去されており、高い均一性でエッチングが行われ、エッチング残さも発生させない。
このドライエッチングでは、エッチングガスとして、例えば、Ｃｌ２とＣＦ４との混合ガスや、ＨＣｌとＳＦ６との混合ガス等の下地としての絶縁膜１に対して高選択エッチングが可能なガスを用いる。
【００４４】
但し、微結晶シリコン膜２の表面は、残存物５のエッチング除去の際に用いた酸素ガスによって、酸化した状態となっているため、最初の工程で、例えば、ＣＦ４とＯ２との混合ガスや、ＳＦ６とＯ２との混合ガス等の酸化したシリコン膜に対して選択性の低いガスを用いて、微結晶シリコン膜２の表面の酸化した層を含めて、微結晶シリコン膜２の途中まで（微結晶シリコン膜２の厚さのうち、所定の厚さ（深さ）まで）エッチングし、この後、次の工程で、下地としての絶縁膜１に対して高選択性エッチングが可能なガスを用いて、残りの微結晶シリコン膜２をエッチングする。この方法によって、円滑にかつ高い均一性を維持してエッチングがなされる。
次に、図２（ｃ）に示すように、レジスト４を除去する。このようにして、例えば、基板の上に形成された絶縁膜の上に、シリコン膜に金属膜が積層されてなる２層構造の積層膜が、電極層６として形成される。
【００４５】
このように、この例の構成によれば、クロム膜３をウェットエッチングしてから、微結晶シリコン膜２をドライエッチングする際に、クロム膜３をウェットエッチングした後に、塩素（Ｃｌ２）ガスと、酸素（Ｏ２）ガスとを含む混合ガスを、原料ガスとして用い、プラズマ反応によって活性ガスを生成し、残存物５が存在している微結晶シリコン膜２に対してプラズマ処理を行う工程を設けているので、残存物５としてのクロムとクロムシリサイドとの両者を確実にエッチング除去することができる。
【００４６】
このように、クロムに対しても高い除去能力が得られることによって、微結晶シリコン膜２のように表面に微細な凹凸を有するシリコン膜の上に成膜されたクロム膜３を、ウェットエッチングした後のように、残存物５のなかにシリサイド化していない金属状態のクロムが多く含まれている場合であっても、残存物５を確実にかつ安定的にエッチング除去することができる。
【００４７】
特に、エッチング条件のうち、ガス流量を、塩素ガスに対する酸素ガスの流量比が、３０［％］〜３００［％］の範囲となるようにすることによって、残存物５としてのクロムは、塩素ガスと酸素ガスとの両者と十分に反応し、揮発性が比較的高い化合物が生成されて除去され、かつ、クロムと反応していない微結晶シリコンはエッチングされずに、微結晶シリコン膜２のエッチング工程で、均一性悪化や、残さ発生の原因となる残存物５としてのクロムとクロムシリサイドとの両者を選択的にエッチング除去することができる。
このため、プラズマ処理を行った後の微結晶シリコン膜２の厚さに不均一な分布を生じさせることなく、残存物５を除去することができる。
したがって、金属膜をエッチングした後の残存物を確実に除去し、シリコン膜のエッチング均一性を向上させ、かつ、エッチング残さの生成を防止することができる。また、これにより、信頼性が高い電極層を得ることができる。
【００４８】
プラズマ処理で用いたドライエッチング装置と同一のドライエッチング装置を用いて、引き続き連続して微結晶シリコン膜２のドライエッチングを行うことができるので、プラズマ処理を追加することによるスループットの低下を抑制し、金属膜をウェットエッチングすることによって得られた高スループットを維持することができる。
また、プラズマ処理は、ウェットエッチングよりも高い異方性を示すので、プラズマ処理中に、クロム膜３のサイドエッチングが進行して、クロム膜３のパターンが崩れることがない。しかも、プラズマ処理は、スパッタエッチングほどの高い異方性はなく、若干の等方性もあるので、段差がある箇所でも、段差部の側面の残存物５も除去することができる。
【００４９】
また、プラズマ処理では、レジスト４へ与えるダメージも比較的小さくて済むので、クロム膜３をウェットエッチングした後、塩素ガスと酸素ガスとを含む混合ガスを原料ガスとするプラズマで処理する前に、レジスト４を除去する必要がなく、パターンとして残す領域のクロム膜３の表面がエッチングされることがない。
したがって、例えば、残すべき領域もエッチングしてしまうような不具合を防止し、金属膜をエッチングした後の残存物を正確に除去することができる。また、これにより、信頼性が高い電極層を得ることができる。
【実施例２】
【００５０】
図４は、この発明の第２の実施例の積層膜パターニング方法を説明するための説明図である。
この例が上述した第１の実施例と大きく異なるところは、クロム膜を途中まで（所定の厚さ分だけ）ウェットエッチングする点である。
これ以外の構成は、上述した第１の実施例の構成と略同一であるので、第１の実施例と同一の構成要素については、図４において、図１で用いた符号と同一の符号を用いて、その説明を簡略に行う。
【００５１】
まず、図４（ａ）に示すように、二酸化シリコン等からなる絶縁膜１の上に、シリコン膜として微結晶シリコン膜２を、１００［ｎｍ］程度の厚さに成膜する。次に、金属膜として、クロム膜３を２００［ｎｍ］程度の厚さに成膜する。
【００５２】
次に、レジストをマスクとして、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、クロム膜３を、最後まで（微結晶シリコン膜２の表面を露出させるまで）エッチングせずに、１０［ｎｍ］〜５０［ｎｍ］の厚さ分だけ、ウェットエッチングを行い、所定の厚さ分のクロム膜３ａを残存させておく。
次に、塩素ガスと、酸素ガスとを含む混合ガスを、原料ガスとして用い、プラズマ反応によって活性ガスを生成し、残存させたクロム膜３ａに対してプラズマ処理を行うことによって、図４（ｂ）に示すように、クロム膜３を、ドライエッチングして、パターニングする。
【００５３】
このプラズマ処理でも、第１の実施例の場合と同様に、並行平板型のドライエッチング装置を用い、エッチング条件として、ガス流量は、塩素（Ｃｌ２）ガスに対する酸素（Ｏ２）ガスの流量比が、３０［％］〜３００［％］（さらに好適には、７０［％］〜１５０［％］）となるようにする。この例では、ガス流量：（Ｃｌ２／Ｏ２／Ｈｅ）＝（４５０［ｓｃｃｍ］／３００［ｓｃｃｍ］／２００［ｓｃｃｍ］）とする。また、圧力は、３０［Ｐａ］、パワーは、１５００［Ｗ］の条件で実施する。
【００５４】
この条件でのクロム膜３ａのエッチングでは、エッチングレートは、３５［ｎｍ／ｍｉｎ］程度であり、残存させるクロム膜３ａの膜厚によって、処理時間を調節するか、又は終点検出手段を用いてエッチングを行う。終点検出手段としては、例えば、レーザビーム干渉法等の光学的反射を用いる方法や、プラズマから放出される発光スペクトルの強度変化を測定する分光分析等の方法を用いる。
【００５５】
次に、プラズマ処理で用いたドライエッチング装置を用いて、図４（ｃ）に示すように、微結晶シリコン膜２のドライエッチングを行う。このようにして、例えば、基板の上に形成された絶縁膜の上に、シリコン膜に金属膜が積層されてなる２層構造の積層膜を、電極層として形成される。
【００５６】
このように、この例の構成によれば、上述した第１の実施例と略同様の効果を得ることができる。
加えて、クロム膜３を途中まで（所定の厚さ分だけ）ウェットエッチングして、残存させたクロム膜３ａをドライエッチングする際に、塩素ガスと、酸素ガスとを含む混合ガスを、原料ガスとして用い、プラズマ反応によって活性ガスを生成して、プラズマ処理を行うので、微結晶シリコン膜２表面に、金属クロムの残さや、クロムシリサイドからなる残存物の生成を防止して、エッチングを行うことができる。
【００５７】
したがって、微結晶シリコン膜２の厚さに不均一な分布を生じさせることなく、かつ、エッチング残さを生成することなく、微結晶シリコン膜２のドライエッチングを行うことができる。
さらに、クロム膜３のエッチングを、ウェットエッチング法とドライエッチング法とを併用して行っているので、クロム膜３を最後まで（微結晶シリコン膜２の表面を露出させるまで）ウェットエッチング法を実施する第１の実施例と比べて、クロム膜３のサイドエッチングを減少させることができる。
【実施例３】
【００５８】
図５及び図６は、この発明の第３の実施例のポリシリコン薄膜トランジスタの製造方法を説明するための工程図である。
この例では、ポリシリコン薄膜トランジスタの製造方法のうち、ゲート電極を形成する工程で、第１の実施例又は第２の実施例の積層膜パターニング方法を用いて、ゲート電極層として、シリコン膜に金属膜が積層されてなる２層構造の積層膜を、ゲート絶縁膜上にパターニングし半導体層にはポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）を用いる。
【００５９】
まず、図５（ａ）に示すように、ガラス基板２１上に、プラズマＣＶＤ法又は減圧ＣＶＤ法によって、ガラス基板２１の金属等による汚染を防止するための二酸化シリコンや窒化シリコン等からなる下地絶縁膜２２を３００［ｎｍ］程度の厚さに成膜する。
次に、この下地保護膜２２上に、プラズマＣＶＤ法又は減圧ＣＶＤ法によって、半導体膜としてアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）膜２３を５０［ｎｍ］程度の厚さに成膜する。
次に、図５（ｂ）に示すように、このアモルファスシリコン膜２３に、例えば、エキシマレーザ光Ａをスキャン照射し、多結晶化させて半導体膜としてのポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）膜２４を形成する。
次に、図５（ｃ）に示すように、レジストをマスクとして、ドライエッチング法によって、ポリシリコン膜２４を島状にパターニングし、薄膜トランジスタの活性層を形成する。
【００６０】
次に、図６（ａ）に示すように、島状にパターニングされたポリシリコン膜２４上に、プラズマＣＶＤ法又は減圧ＣＶＤ法によって、二酸化シリコンからなるゲート絶縁膜２５を、１００［ｎｍ］程度の厚さに成膜する。
次に、上述した第１の実施例又は第２の実施例の積層膜パターニング方法を用いて、図６（ｂ）に示すように、ゲート絶縁膜２５上に、ゲート電極２６を形成する。このゲート電極２６は、１０［ｎｍ］程度の厚さのリンを不純物として含むｎ型の微結晶シリコン膜２７と、微結晶シリコン膜２７上に形成された２００［ｎｍ］程度の厚さのクロム膜２８とから構成される積層膜からなっている。
【００６１】
次に、ゲート電極２６をマスクとして、イオン注入法又はイオンドーピング法によって、ポリシリコン膜２４に、リン（Ｐ）イオンやボロン（Ｂ）イオン等の不純物イオンを注入し、炉アニールやレーザアニール等の加熱処理によって、注入した不純物イオンを活性化し、ソース領域２９及びドレイン領域３１を形成する。ここで、ゲート電極２６の直下には、不純物イオンが注入されないチャネル領域３２が形成される。
【００６２】
次に、プラズマＣＶＤ法によって、図６（ｃ）に示すように、二酸化シリコンや窒化シリコンからなる層間絶縁膜３３を、４００［ｎｍ］程度の厚さに成膜する。
次に、レジストをマスクとして、ドライエッチング法、又はドライエッチング法とウェットエッチング法との併用によって、ソース領域２９及びドレイン領域３１の上方に位置するゲート絶縁膜２５及び層間絶縁膜３３を、ソース領域２９及びドレイン領域３１のポリシリコン膜に対して選択的にエッチングして、コンタクトホール３４，３５を形成する。
【００６３】
次に、スパッタリング法によって、Ａｌ−２ａｔｍ％Ｓｉ等のＡｌ合金や、他の金属材料からなる金属膜を５００［ｎｍ］程度の厚さに成膜する。
次に、レジストをマスクとして、ドライエッチング法又はウェットエッチング法によって、この金属膜をパターニングして、ソース領域２９及びドレイン領域３１にそれぞれ接続するソース電極３６ドレイン電極３７をそれぞれ形成する。
こうして、半導体層にポリシリコンを用いたトップゲート型のポリシリコン薄膜トランジスタ３８を得る。
【００６４】
このように、この例の構成によれば、信頼性の高い良好な特性を有する薄膜トランジスタを得ることができる。
すなわち、トップゲート型のポリシリコン薄膜トランジスタの製造方法のうち、積層構造のゲート電極を形成する工程で、下部に活性層のポリシリコン膜が存在する領域では、ポリシリコン膜表面の凹凸の影響を受けて、微結晶シリコン膜表面の凹凸が大きくなり、上層のクロム膜をウェットエッチングした後の残存物に多くの金属状態のクロムが含まれるようになる。
【００６５】
このような状況でも、上述した第１の実施例又は第２の実施例の積層膜パターニング方法を用いて、ゲート絶縁膜上に、ゲート電極を形成することによって、塩素ガスと、酸素ガスとを含む混合ガスを、原料ガスとして用い、プラズマ反応によって活性ガスを生成し、プラズマ処理を行う工程で、微結晶シリコン膜の厚さに不均一な分布を生じさせることなく、残存物をエッチング除去することができるので、下層の微結晶シリコン膜のエッチングを、エッチング均一性を向上させ、かつ、エッチング残さを生成することなく行うことができる。
【００６６】
また、微結晶シリコン膜のエッチング均一性を向上させることができることによって、下地のゲート絶縁膜の掘込む量の均一性を向上させることができる。さらに、ポリシリコン膜への不純物注入工程や、コンタクトホール形成工程で、バリアとなる微結晶シリコンのエッチング残さをなくすことができる。
したがって、良好な特性を有する薄膜トランジスタを得ることができる。
【００６７】
以上、この発明の実施例を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。
例えば、上述の実施例では、ゲート電極を構成する金属膜として、クロムを用いる場合について述べたが、これに限らず、塩素ガスと酸素ガスとを含む混合ガスを原料ガスとするプラズマによってエッチングが可能な金属又は合金を用いて良い。クロムに代えて、例えば、モリブデン、タングステン、タンタル等の金属や、クロムを含めてこれらの金属を主成分とする合金を用いても良い。
【００６８】
また、ゲート電極を構成する導電性半導体膜として、微結晶シリコンを用いる場合について述べたが、ポリシリコンやアモルファスシリコン等の他の種類のシリコンを用いても良い。また、ポリシリコンに代えて、ポリシリコンゲルマニウムを用いても良い。
また、ＣＶＤ法としては、プラズマＣＶＤや減圧ＣＶＤ法のほか、例えば、常圧ＣＶＤ法等を選択することができる。
また、塩素系ガスとして、塩素ガスに限らず、例えば、四塩化炭素等を用いても良い。
また、第２の実施例で、クロム膜を、途中までウェットエッチングを行い、所定の厚さ分のクロム膜を残存させ、この後、塩素ガス及び酸素ガスの混合ガスのプラズマによって、エッチングを行う場合について述べたが、このプラズマによって、クロム膜を全厚さに亘ってエッチングするようにしても良い。
また、プラズマ処理で、並行平板型のドライエッチング装置を用いる場合について述べたが、バレル型（円筒型）の装置を用いても良い。また、プラズマエッチング装置では、発生域分離型の装置でも良い。また、反応性イオンエッチング装置では、トライオード構造の装置でも良いし、マグネトロンを応用した装置、マイクロウェーブを応用した装置でも良い。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
半導体層を、ポリシリコンを用いて形成する場合のほか、アモルファスシリコンを用いて形成する場合に適用できる。また、ゲート電極のほか、一般に、導電性半導体膜と金属膜とからなる２層構造の配線パターンを形成する場合に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】この発明の第１の実施例である積層膜パターニング方法を説明するための工程図である。
【図２】同積層膜パターニング方法を説明するための工程図である。
【図３】同積層膜パターニング方法を実施する際に用いられるドライエッチング装置の概略構成を示す図である。
【図４】この発明の第２の実施例の積層膜パターニング方法を説明するための説明図である。
【図５】この発明の第３の実施例のポリシリコン薄膜トランジスタの製造方法を説明するための工程図である。
【図６】同ポリシリコン薄膜トランジスタの製造方法を説明するための工程図である。
【図７】従来技術を説明するための説明図であって、ポリシリコン薄膜トランジスタの製造方法を説明するための工程図である。
【符号の説明】
【００７１】
１      絶縁膜
２          微結晶シリコン膜（下層膜）
３            クロム膜（金属膜、上層膜）
５      残存物（残滓）
６      電極層（積層膜）
１１      ドライエッチング装置
２４      ポリシリコン膜（半導体膜）
２５      ゲート絶縁膜
２６      ゲート電極（電極層、積層膜）
２７        微結晶シリコン膜（下層膜）
２８      クロム膜（上層膜）
３８      薄膜トランジスタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0005578389.tif 000007
【図７】
0005578389.tif 000008