(57)【要約】【課題】薄膜トランジスタにおける配線間の層間絶縁膜として有機絶縁膜を用いつつもソース・ドレイン領域へのコンタクトホール加工不良を可及的に低減させる。【解決手段】薄膜トランジスタにおけるシリコン酸化膜によるゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成されたシリコン窒化膜による第１層間絶縁膜部と、前記第１層間絶縁膜部上に形成された有機絶縁膜による第２層間絶縁膜部とを備える薄膜トランジスタの、前記第２及び第１の層間絶縁膜部を、炭素、フッ素、窒素ガスを少なくとも含んだ混合ガスで、前記ゲート絶縁膜を、前記第炭素、フッ素、水素ガスを少なくとも含んだ混合ガスでエッチングをする、あるいは、前記第２の層間絶縁膜部を炭素、フッ素ガスを少なくとも含んだ混合ガスで、前記第１の層間絶縁膜部を、炭素、フッ素、窒素ガスを少なくとも含んだ混合ガスで、前記ゲート絶縁膜を炭素、フッ素、水素ガスを少なくとも含んだ混合ガスでエッチングする。【選択図】　図２
2004146442.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板の上方にアンダーコートを介して形成された半導体層による、チャネル領域、及びそれを挟むソース・ドレイン領域と、
前記チャネル領域及び前記ソース・ドレイン領域上に形成されたシリコン酸化膜によるゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、
前記ゲート電極及び前記ゲート絶縁膜を覆うように順次形成された、シリコン窒化膜による第１層間絶縁膜部及び有機絶縁膜による第２層間絶縁膜部を有する層間絶縁膜と、
を備えることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項２】
前記層間絶縁膜及び前記ゲート絶縁膜に形成されたコンタクトホール内に埋め込み形成された前記ソース・ドレイン領域に接続する信号線電極を備えることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項３】
前記有機絶縁膜は、メチルポリシロキサンあるいは有機シロキサン樹脂を含む材料により形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項４】
薄膜トランジスタにおけるシリコン酸化膜によるゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成されたシリコン窒化膜による第１層間絶縁膜部と、前記第１層間絶縁膜部上に形成された有機絶縁膜による第２層間絶縁膜部とをエッチングし、ソース・ドレイン領域に通じるコンタクトホールを形成する工程を有する薄膜トランジスタの製造方法において、
前記第２層間絶縁膜部及び前記第１層間絶縁膜部に第１のホールを形成する第１のエッチング工程と、
前記ゲート絶縁膜に、前記第１のホールに連通し、この第１のホールとでコンタクトホールをなす、第２のホールを形成する第２のエッチング工程とを備え、
前記第１のエッチング工程では、炭素、フッ素、窒素ガスを少なくとも含んだ混合ガスでエッチングをし、前記第２のエッチング工程では、炭素、フッ素、水素ガスを少なくとも含んだ混合ガスでエッチングをする、
ことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項５】
前記第１のエッチング工程において、前記炭素、フッ素、窒素ガスを少なくとも含んだ混合ガスとしてＣＦ４／Ｏ２／Ｎ２ガスを用い、
前記第２のエッチング工程において、前記炭素、フッ素、水素ガスを少なくとも含んだ混合ガスとしてＣ２ＨＦ５／Ｈ２／Ａｒガス、ＣＨＦ３／Ｈ２／Ａｒガス及びＣ４Ｆ８／Ｈ２／Ａｒガスのいずれかを用いる
ことを特徴とする請求項４に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項６】
薄膜トランジスタにおけるシリコン酸化膜によるゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成されたシリコン窒化膜による第１層間絶縁膜部と、前記第１層間絶縁膜部上に形成された有機絶縁膜による第２層間絶縁膜部とをエッチングして、ソース・ドレイン領域に通ずるコンタクトホールを形成する工程を有する薄膜トランジスタの製造方法において、
前記第２層間絶縁膜部に第１のホールを形成する第１のエッチング工程と、
前記第１層間絶縁膜部に、前記第１のホールに連通する第２のホールを形成する第２のエッチング工程と、
前記ゲート絶縁膜に、前記第２のホールに連通し、前記第１のホール及び前記第２のホールとでコンタクトホールをなす、第３のホールを形成する第３のエッチング工程とを備え、
前記第１のエッチング工程では、炭素、フッ素ガスを少なくとも含んだ混合ガスでエッチングをし、前記第２のエッチング工程では、炭素、フッ素、窒素ガスを少なくとも含んだ混合ガスでエッチングをし、前記第３のエッチング工程では、炭素、フッ素、水素ガスを少なくとも含んだ混合ガスでエッチングをする、
ことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項７】
前記第１のエッチング工程において、前記炭素、フッ素ガスを少なくとも含んだ混合ガスとしてＣＦ４／Ｏ２ガスを用い、
前記第２のエッチング工程において、前記炭素、フッ素、窒素ガスを少なくとも含んだ混合ガスとしてＣＦ４／Ｏ２／Ｎ２ガスを用い、
前記第３のエッチング工程において、前記炭素、フッ素、水素ガスを少なくとも含んだ混合ガスとしてＣ２ＨＦ５／Ｈ２／Ａｒガス、ＣＨＦ３／Ｈ２／Ａｒガス及びＣ４Ｆ８／Ｈ２／Ａｒガスのいずれかを用いる
ことを特徴とする請求項６に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜トランジスタ及び薄膜トランジスタの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アクティブマトリックス型液晶表示装置においては、１画素の液晶を駆動するのに１つの薄膜トランジスタを用いている。この薄膜トランジスタは以下のようにして製造されている。
【０００３】
まず、ガラス基板上に、島状に加工された多結晶半導体層を形成し、多結晶半導体層を覆うようにゲート絶縁膜を形成する。ゲート絶縁膜上に、ゲート電極、ゲート線及び補助容量配線（Ｃｓ線）としてのメタル電極を形成する。次に、ゲート電極をマスクとして、多結晶半導体層にＰＨ３もしくはＢ２Ｈ５を不純物として注入して、ソース・ドレイン部を形成する。次に、上記ゲート電極等を覆うように、層間絶縁膜を成膜する。
【０００４】
上記層間絶縁膜についてもう少し詳しく説明する。
【０００５】
現在、アクティブマトリクス型液晶表示装置は高速応答及び高精細化が進んでおり、ゲート線と信号線との間、及び補助容量線と信号線との間の寄生容量を小さくする必要がある。これは以下の理由による。ゲート線と信号線との間、及び補助容量線と信号線との間の寄生容量が大きくなると、画素書き込みに大きく影響する信号線の時定数が大きくなって補助容量への書き込み不足を生じさせる。また、ゲート線と信号線との間、及び補助容量線と信号線との間の寄生容量が大きくなると大きなクロストークを生じさせる。これら補助容量への書き込み不足及びクロストークの結果、いわゆるゴースト等の表示不良が引き起こされるのである。このような表示不良を招く原因の一つである寄生容量を小さくするため、層間絶縁膜として、寄生容量を小さくできる、誘電率の低い膜を用いるのが望ましい。以前は、層間絶縁膜として、誘電率が例えば４．２前後と高い値を有するシリコン酸化膜が用いられることが多かった。しかし近年では、上記のように配線間の寄生容量を小さくするため、誘電率の低い膜、例えばポーラス酸化シリコン膜やフッ素化シリコン酸化膜、シリコン原子及び酸素原子にメチル基（ＣＨ３基）を付した有機絶縁膜（例えば、有機シロキサン膜、メチルポリシロキサン膜）等が注目されている。中でも特に、低誘電率の層間絶縁膜として、上記メチル基を含む有機絶縁膜が広く用いられるようになってきている。このメチル基を含む有機絶縁膜の誘電率は例えば２．２〜３．５であり、上記シリコン酸化膜の誘電率４．２と比べて低いものである。
【０００６】
上記のような層間絶縁膜を前述のように前記ゲート電極等を覆うように形成した後、この層間絶縁膜の表面から内部に向けてエッチングして、ソース・ドレイン部へ通ずるコンタクトホールをそれぞれ形成する。コンタクトホールを微細なものとするため、コンタクトホールはプラズマエッチングによって形成されることが多い。プラズマエッチングとは、真空中においてエッチングガスを電離させることで活性種を発生させ、活性種が被エッチング物と気層−固層反応して生じる揮発性生成物を形成除去する技術である。このプラズマエッチングを用いてコンタクトホールを形成した後は、それぞれのコンタクトホール内にソース・ドレイン電極（信号線電極）を埋め込み形成する。このとき、層間絶縁膜上には、ソース電極と電気的に接続された信号線等を形成する。信号線等はアルミニウム（Ａｌ）等の金属で構成されることが多い。
【０００７】
このようにコンタクトホール内にソース・ドレイン電極を形成した後は、上記層間絶縁膜上の信号線等を覆うように保護膜を成膜する。そして、この保護膜の表面から内部に向けて上記ドレイン電極に通ずるコンタクトホールを形成し、このコンタクトホールを介して前記ドレイン電極と電気的に接続した画素電極を上記保護膜上に形成する。
【０００８】
さて、以上のような工程を経て形成される薄膜トランジスタの半導体層の移動度を高速化させるためには、上記のように非結晶シリコン膜をビームアニールによって結晶化させて多結晶シリコン膜とし、さらにこの多結晶シリコン膜の膜厚を例えば５０ｎｍ前後と非常に薄くする必要がある。従って、このように膜厚の薄くされた多結晶シリコン膜（ソース・ドレイン部）へのコンタクトホールを形成するエッチングでは、ソース・ドレイン部に対しての高選択比エッチングが必要とされる。ここで、コンタクトホール形成にはリアクティブ・イオン・エッチング（ＲＩＥ）装置が用いられることが少なくない。特にイオンの引き込み電圧とプラズマ生成のための電圧発生装置とが分離した２周波の電源をもつリアクタが用いられることが多い。誘導結合型プラズマによるエッチングや、ＥＣＲプラズマによるエッチングもこの装置を用いて行われることが多い。
【０００９】
上記したように、ソース・ドレイン部に通ずるコンタクトホールを形成するには、ソース・ドレイン部に対する高選択比エッチングが必要となる。薄膜トランジスタの層間絶縁膜として誘電率の高いシリコン酸化膜を用いた場合、このシリコン酸化膜をソース・ドレイン部に対して高選択比エッチングするため、エッチングガスとして例えばＣＦ４、Ｃ２ＨＦ５、ＣＨＦ３及びＣ４Ｆ８のいずれかとＨ２との混合ガスを用いる。このＣＦ４、Ｃ２ＨＦ５、ＣＨＦ３及びＣ４Ｆ８のいずれかとＨ２との混合ガスを用いると、エッチング対象としてのシリコン酸化膜（層間絶縁膜及びゲート絶縁膜）の表面では、ガス自身の重合によるデポジションと、プラズマで生成したフッ素イオンによるエッチングとによる競争反応が高選択比エッチングとして行われる。よって、上記ＣＦ４、Ｃ２ＨＦ５、ＣＨＦ３及びＣ４Ｆ８のいずれかとＨ２との混合ガスを用いると、シリコン酸化膜をジャストエッチングできるので、ソース・ドレイン電極とのコンタクトに必要なソース・ドレイン部をエッチングさせることなくコンタクトホールを形成できる。ここで、このＣＦ４、Ｃ２ＨＦ５、ＣＨＦ３及びＣ４Ｆ８のいずれかとＨ２との混合ガスを用いた高選択比エッチングのメカニズムについて詳しく述べると以下の通りである。即ち、この混合ガスを用いてシリコン酸化膜をエッチングすると、シリコン酸化膜中に酸素が含まれているため、エッチング時にシリコン酸化膜から酸素が供給され、この酸素が炭素主体の重合膜と結合して二酸化炭素などになる。従って、このエッチング工程ではデポジションよりもエッチングが優勢になり、この結果エッチングが進行する。一方、シリコン酸化膜の下地層のソース・ドレイン部をエッチングする段になると、ソース・ドレイン部中からの酸素供給が無いため、炭素主体の重合膜が上記のようにして気化されずに堆積し、この結果、デポジションが優勢になりエッチングが進行しなくなる。なお、混合ガスに対する水素ガスの比が大きいほどデポジションは優勢になる。このようなメカニズムによりシリコン酸化膜のソース・ドレイン部に対しての高選択比エッチングがなされる。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００２−２８９８６４号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
一方、ソース・ドレイン部へのコンタクトホールの形成に当たり、薄膜トランジスタの層間絶縁膜として誘電率の低い有機絶縁膜、例えばメチルポリシロキサン膜を用いた場合は、メチルポリシロキサン膜とシリコン酸化膜（ゲート絶縁膜）との２種類の膜をエッチングする必要がある。ここで、一般に、シリコン酸化膜の膜厚は、薄膜トランジスタの高速化のため１００ｎｍ以下、メチルポリシロキサン膜の膜厚は、低容量化のため５００〜７００ｎｍ以上とされている。しかし、このメチルポリシロキサン膜及びシリコン酸化膜（ゲート絶縁膜）を、上記シリコン酸化膜のエッチングに用いたのと同じＣＦ４、Ｃ２ＨＦ５、ＣＨＦ３及びＣ４Ｆ８のいずれかとＨ２との混合ガスを用いてエッチングしようとすると、デポジションが優勢となりエッチングが進行しなくなり、コンタクトホール３０ａ、３０ｂがソース・ドレイン部２６ａ、２６ｂに達しないものとなる（図５（ａ）参照）。より詳しくは以下の通りである。即ち、一般にメチルポリシロキサン膜中には１２％以上のメチル基が存在し、メチルポリシロキサン膜のエッチング中にはこのメチル基から炭素や水素が発生する。これら炭素や水素がエッチングガス中のフッ素ラジカル等と反応して例えばＣｘＦｙ（フロロカーボン）となって堆積し、この結果デポジションがエッチングに勝って、図５（ａ）に示すように、途中でエッチングが進行しなくなる。なお、エッチング進行時のメチルポリシロキサン膜のエッチングレートの平均は、例えば上記シリコン酸化膜のエッチングレートのおよそ１０分の１以下であり極めて遅いものである。このように、上記ＣＦ４、Ｃ２ＨＦ５、ＣＨＦ３及びＣ４Ｆ８のいずれかとＨ２との混合ガスを用いてメチルポリシロキサン膜をエッチングエッチングしようとすると、途中でエッチングが停止してコンタクトホールを形成できない。このことは、図５（ａ）に示される。このＴＦＴについて簡単に説明する。ガラス基板２１上にアンダーコート層２２が形成されており、アンダーコート層２２上には、半導体層２３、ゲート絶縁膜２４、ゲート電極２５、ソース・ドレイン部２６ａ、２６ｂからなるＴＦＴが形成されている。そして、ＴＦＴを覆うように有機絶縁膜２７が形成されており、途中まで形成されたコンタクトホール内にはソース・ドレイン電極２８ａ、２８ｂが形成されている。
【００１２】
上述のように、メチルポリシロキサン膜及びシリコン酸化膜のエッチングガスとしてＣＦ４、Ｃ２ＨＦ５、ＣＨＦ３及びＣ４Ｆ８のいずれかとＨ２との混合ガスを用いると、メチルポリシロキサン膜のエッチングが途中で停止してしまう。そこで、メチルポリシロキサン膜及びシリコン酸化膜のエッチングガスとして、上記ＣＦ４、Ｃ２ＨＦ５、ＣＨＦ３及びＣ４Ｆ８のいずれかとＨ２との混合ガスとは異なり、デポジションの大きな原因の一つと考えられるＨ２を含まないガス、例えばＣやＦからなるＣＦ４等のガスを用いる場合を考える。このようにＨ２を含まないＣＦ４等からなるエッチングガスを用いた場合、確かにメチルポリシロキサン膜及びシリコン酸化膜（ゲート絶縁膜）はそれぞれ速いレートでエッチングされる。しかし、このＨ２を含まないＣＦ４等からなるガスでのメチルポリシロキサン膜及びシリコン酸化膜のエッチングではソース・ドレイン部に対しての高選択比エッチングができない。このため、図５（ｂ）に示すように、ソース・ドレイン部が貫通するエッチングが行われ、結果的にコンタクトホール３０ａ’、３０ｂ’に不良が発生する。そして、ここにソース・ドレイン電極２９ａ、２９ｂを形成すると、図５（ｂ）のような装置となる。
【００１３】
このように、ＣＦ４、Ｃ２ＨＦ５、ＣＨＦ３及びＣ４Ｆ８のいずれかとＨ２との混合ガスではエッチングが進行せずアンダーエッチングとなり、また、Ｈ２を含まないＣＦ４等のエッチングガスではソース・ドレイン部を貫通してオーバーエッチングとなる。そこで、メチルポリシロキサン膜とシリコン酸化膜とをそれぞれ別のガスを用いてエッチングする、いわゆる２段階エッチングを用いてコンタクトホールを形成することが考えられる。即ち、この２段階エッチングは以下の通りである。例えば、まず、Ｈ２を含まないＣ、Ｆ等を含んだガスを用いてメチルポリシロキサン膜を低選択比エッチング（高速エッチング）する。次いで、メチルポリシロキサン膜とシリコン酸化膜との界面近傍までメチルポリシロキサン膜のエッチングが進んだら、エッチングガスをＣＦ４、Ｃ２ＨＦ５、ＣＨＦ３及びＣ４Ｆ８のいずれかとＨ２との混合ガスに切り替えてシリコン酸化膜をソース・ドレイン部に対して高選択比エッチングする。而して、一般に、液晶表示素子用の大面積のガラス基板上に形成された膜の膜厚は面内で不均一であるため、上記メチルポリシロキサン膜のエッチングでは、エッチング残りを確実に防ぐべく、２５％程度のオーバーエッチングをする必要がある。ところが、このようにオーバーエッチングをやると、メチルポリシロキサン膜の下地層のシリコン酸化膜は膜厚が薄いため、上記メチルポリシロキサン膜のオーバーエッチング中にシリコン酸化膜が貫通させられてシリコン酸化膜の下側のソース・ドレイン部が部分的にエッチングされてしまう（図５（ｂ）参照）。このように２段階エッチングを用いても、オーバーエッチングによりソース・ドレイン部がエッチングされ、不良のないコンタクトホールを形成することができなかった。
【００１４】
以上に述べたところをまとめると以下にようになる。
【００１５】
画素への書き込み等に大きく影響を与える配線間の寄生容量を小さくするために、配線間の層間絶縁膜として、配線間の寄生容量を小さくできる、低誘電率の有機絶縁膜を用いる必要がある。しかしながら、配線間の層間絶縁膜として、低誘電率の有機絶縁膜を用いると、ソース・ドレイン部へ通ずるコンタクトホールの形成工程で、エッチング残りやソース・ドレイン部の貫通エッチング等を生じさせる。このため、配線間の層間絶縁膜として、低誘電率の有機絶縁膜を用いた場合、不良のないコンタクトホールを形成するのは非常に困難であった。
【００１６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、配線間の層間絶縁膜として有機絶縁膜を用いつつもコンタクトホール加工不良を可及的に低減させた薄膜トランジスタ及びその製造方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の薄膜トランジスタは、絶縁基板の上方にアンダーコートを介して形成された半導体層による、チャネル領域、及びそれを挟むソース・ドレイン領域と、前記チャネル領域及び前記ソース・ドレイン領域上に形成されたシリコン酸化膜によるゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、前記ゲート電極及び前記ゲート絶縁膜を覆うように順次形成された、シリコン窒化膜による第１層間絶縁膜部及び有機絶縁膜による第２層間絶縁膜部を有する層間絶縁膜と、を備えるものとして構成される。
【００１８】
本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、薄膜トランジスタにおけるシリコン酸化膜によるゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成されたシリコン窒化膜による第１層間絶縁膜部と、前記第１層間絶縁膜部上に形成された有機絶縁膜による第２層間絶縁膜部とをエッチングし、ソース・ドレイン領域に通じるコンタクトホールを形成する工程を有する薄膜トランジスタの製造方法において、前記第２層間絶縁膜部及び前記第１層間絶縁膜部に第１のホールを形成する第１のエッチング工程と、前記ゲート絶縁膜に、前記第１のホールに連通し、この第１のホールとでコンタクトホールをなす、第２のホールを形成する第２のエッチング工程とを備え、前記第１のエッチング工程では、炭素、フッ素、窒素ガスを少なくとも含んだ混合ガスでエッチングをし、前記第２のエッチング工程では、炭素、フッ素、水素ガスを少なくとも含んだ混合ガスでエッチングをする、ものとして構成される。
【００１９】
また、本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、薄膜トランジスタにおけるシリコン酸化膜によるゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成されたシリコン窒化膜による第１層間絶縁膜部と、前記第１層間絶縁膜部上に形成された有機絶縁膜による第２層間絶縁膜部とをエッチングして、ソース・ドレイン領域に通ずるコンタクトホールを形成する工程を有する薄膜トランジスタの製造方法において、前記第２層間絶縁膜部に第１のホールを形成する第１のエッチング工程と、前記第１層間絶縁膜部に、前記第１のホールに連通する第２のホールを形成する第２のエッチング工程と、前記ゲート絶縁膜に、前記第２のホールに連通し、前記第１のホール及び前記第２のホールとでコンタクトホールをなす、第３のホールを形成する第３のエッチング工程とを備え、前記第１のエッチング工程では、炭素、フッ素ガスを少なくとも含んだ混合ガスでエッチングをし、前記第２のエッチング工程では、炭素、フッ素、窒素ガスを少なくとも含んだ混合ガスでエッチングをし、前記第３のエッチング工程では、炭素、フッ素、水素ガスを少なくとも含んだ混合ガスでエッチングをする、ものとして構成される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。
【００２１】
先ず、本発明の一実施の形態によって製造しようとする薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）について説明する。
【００２２】
このＴＦＴの一例を、図２（ｄ）として示す。
【００２３】
即ち、ガラス基板１上にアンダーコート層２を介して、チャネル層（多結晶シリコン膜）３が形成されている。このチャネル層（多結晶シリコン膜）３ｃの両側にソース・ドレイン部６ａ、６ｂが形成されている。このチャネル層（多結晶シリコン膜）３ｃの上方にはゲート絶縁膜４を介してゲート電極５が形成されている。ソース・ドレイン部６ａ、６ｂには、有機絶縁膜９、シリコン窒化膜８、前記ゲート絶縁膜４に形成したコンタクトホール７（１）、７（２）を通るソース・ドレイン電極１１ａ、１１ｂが接続されている。
【００２４】
以下、図面を参照しながら、本発明の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の製造方法の一実施の形態について説明する。ここでは、１つのＴＦＴに着目して説明する。
【００２５】
図１（ａ）−（ｃ）及び図２（ａ）−（ｄ）は、本発明の実施の形態としてのＴＦＴの製造工程断面図である。
【００２６】
まず、図１（ａ）から分かるように、例えば、４００×５００ｍｍのガラス基板１上にアンダーコート層２を形成する。アンダーコート層２は、ガラス基板１に含まれるナトリウムやカリウム等の不純物が、熱拡散によって、この後の工程でガラス基板１上に形成される多結晶シリコン膜３ｃに入り込むのを防ぐためのものである。次に、アンダーコート層２上にＣＶＤ法を用いて非結晶シリコン膜３ａを例えば膜厚５０ｎｍ程度成膜する。この非結晶シリコン３ａをエキシマレーザアニールにより結晶化して、多結晶シリコン膜３ｂとする。この多結晶シリコン膜３ｂをパターニングして、島状の多結晶シリコン膜３ｃ、３ｃ、３ｃ・・・を形成する。
【００２７】
次に、図１（ｂ）から分かるように、周知の方法で、各多結晶シリコン膜３ｃを覆うゲート絶縁膜（シリコン酸化膜）４を、例えば膜厚１０ｎｍにて形成する。次いで、シリコン酸化膜４上にゲート電極５形成用の金属膜を塗布し、これをパターニングして、ゲート電極５、５、５・・・とする。
【００２８】
次に、図１（ｃ）から分かるように、各ゲート電極５をマスクとして、多結晶シリコン膜３ｃにホスフィン（ＰＨ３）を注入し、ソース・ドレイン部６ａ、６ｂを形成する。この注入は、多結晶シリコン膜３ｃの抵抗を下げて、後工程で形成されるソース・コンタクト電極（信号線電極）とオーミック接触させるために行われるものである。さらに、この注入は、図中、ソース・ドレイン部６ａ、６ｂの内側部６ａ’、６ｂ’を、リーク電流の低減、信頼性の向上を図るための低濃度領域となるように行われる。
【００２９】
次に、図２（ａ）から分かるように、各ゲート電極５を覆うように、シリコン窒化物をＣＶＤ法によって例えば膜厚２００ｎｍで成膜して、第１層目の層間絶縁膜（シリコン窒化膜）８を形成する。このシリコン窒化膜８の成膜ガスとして、例えばＳｉＨ４、ＮＨ３、Ｎ２の混合ガスを用いる。次いで、シリコン窒化膜８上に、第２層目の層間絶縁膜（有機絶縁膜）、例えばメチルポリシロキサン膜９をＣＶＤ法によって形成する。メチルポリシロキサン膜９の成膜ガスとして、例えばトリメチルシランと、酸素もしくは一酸化二窒素とからなる混合ガスを用いる。このメチルポリシロキサン膜９は、質量比で、シリコン原子（Ｓｉ）及び酸素原子（Ｏ）に対して炭素原子（Ｃ）及び水素原子（Ｈ）を１２％以上含んだものとして構成されている。このメチルポリシロキサン膜を形成する方法としては、上記のようなＣＶＤ法に代えて、例えば塗布法を用いて形成してもよい。この塗布法によるメチルポリシロキサン膜の形成工程としては、まず、上記第１層目の層間絶縁膜としてのシリコン窒化膜８の表面にメチルポリシロキサン溶液を塗布する。次に、このメチルポリシロキサン溶液中の溶媒をとばすために、このメチルポリシロキサン溶液を８０℃から段階的に２００℃までベークする。そして、このように段階的にベークされたメチルポリシロキサン溶液を最後に３００℃にて焼成処理し、これによりメチルポリシロキサン膜を得る。このようなＣＶＤ法や塗布法を用いて形成されたメチルポリシロキサン膜は、後工程で用いられる剥離液や現像液などでダメージを受けやすいため、このメチルポリシロキサン膜上に、例えばシリコン窒化膜によるキャップ層を形成しておいてもよい。次に、図２（ｂ）から分かるように、メチルポリシロキサン膜９上にフォトリソグラフィ技術を用いてコンタクトホール形成のためのレジストパターン（図示せず）を形成する。このコンタクトホールを形成するためのレジストパターンを用いてメチルポリシロキサン膜９及びシリコン窒化膜８を順次連続してエッチングしてホール７ａ（１）、７ｂ（１）及びホール７ａ（２）、７ｂ（２）を形成する（第１のエッチング工程）。引き続いて、ホール７ｂ（１）、７ｂ（２）の底面に露呈されたシリコン酸化膜４をエッチングして、図２（ｃ）に示すように、上記ホール７ｂ（１）、７ｂ（２）に連通するコンタクトホール７ｃ（１）、７ｃ（２）を形成する（第２のエッチング工程）。このような第１及び第２のエッチング工程とからなる２段階エッチングによって、ソース部・ドレイン部６ａ、６ｂへのコンタクトホール７（１）、７（２）（図２（ｃ）参照）を最終的に完成させる。なお、上記第１及び第２のエッチング工程で用いるエッチング装置としては、例えばイオン引き込み電源を有する誘導結合型プラズマエッチング装置を用いる。
【００３０】
以上のような第１及び第２のエッチング工程についてさらに詳しく説明する。
【００３１】
先ず、この第１及び第２のエッチング工程の特徴について簡単に説明する。
【００３２】
表１は、上記第１及び第２のエッチング工程で用いる各ガス種のエッチング膜に対するレートの一例を示す。表１は、本発明者らの独自の実験に基づいて得た結果を示すものである。
【表１】
2004146442.tif 000003
表１に示すように、ガス種の覧の中段のＣＦ４／Ｏ２／Ｎ２ガスによれば、メチルポリシロキサン膜９及びシリコン窒化膜８を高速エッチングでき、且つ、シリコン酸化膜４に対するシリコン窒化膜８の選択比を例えば６（＝６００／１００）と大きくとれる。従って、このようなＣＦ４／Ｏ２／Ｎ２ガスの特徴を用いて、第１のエッチングでは、メチルポリシロキサン膜９及びシリコン窒化膜８を連続してエッチングして、高速且つ高選択比エッチングを行う。
【００３３】
また、表１のガス種の覧の下段のＣ２ＨＦ５／Ｈ２／Ａｒガスでは、多結晶シリコン膜（ソース・ドレイン部６ａ、６ｂ）に対するシリコン酸化膜４の選択比を例えば１０（＝２００／２０）と大きくとれる。従って、このようなＣ２ＨＦ５／Ｈ２／Ａｒガスの特徴を用いて、第２のエッチングでは、シリコン酸化膜４をソース・ドレイン部６ａ、６ｂに対して高選択比エッチングする。
【００３４】
このような２段階エッチングによってソース・ドレイン部６ａ、６ｂへ通ずるコンタクトホールを不良を生じさせることなく形成する。
【００３５】
まず、第１のエッチング工程について説明する。
【００３６】
図２（ｂ）から分かるように、この第１のエッチング工程は、メチルポリシロキサン膜９及びシリコン窒化膜８を順次エッチングして、ホール７ａ（１）、７ｂ（１）とホール７ａ、７ｂ（２）とを形成する工程である。より詳しくは、表１のガス種の覧の中段に示すＣＦ４ガス、Ｏ２ガス、Ｎ２ガスを３：２：１で混合したガスを用いてメチルポリシロキサン膜９とシリコン窒化膜８とを連続してプラズマエッチングする。このＣＦ４ガス、Ｏ２ガス、Ｎ２ガスの混合ガスは、表１の中段に示すように、メチルポリシロキサン膜９とシリコン窒化膜８とをそれぞれエッチングレート３００〜４００、６００（ｎｍ／ｍｉｎ）で高速エッチングできる。また、この混合ガスは、シリコン窒化膜８のシリコン酸化膜４に対する選択比を上記したように例えば６（＝６００／１００）と大きくとれる。従って、この混合ガスを用いれば、メチルポリシロキサン膜９とシリコン窒化膜８のエッチング速度を高速でエッチングでき、且つ、高選択比でシリコン窒化膜８をシリコン酸化膜４に対してエッチングできる。なお、上記プラズマエッチングで用いるプラズマエッチング装置の上部のＲＦパワー／基板バイアスパワーは例えば３ｋＷ／０．５ｋＷに設定するものとする。また、メチルポリシロキサン膜９及びシリコン窒化膜８のそれぞれのエッチング時間は、メチルポリシロキサン膜９及びシリコン窒化膜８のそれぞれの膜厚等を考慮して算出するものとする。
【００３７】
ここで、上記ＣＦ４ガス、Ｏ２ガス、Ｎ２ガスの混合ガスによってシリコン窒化膜８がシリコン酸化膜４に対して高選択比エッチングされるメカニズムについて説明すると以下の通りである。
【００３８】
即ち、上記ＣＦ４ガス、Ｏ２ガス、Ｎ２ガスの混合ガスを用いてシリコン窒化膜８をエッチングすると、このシリコン窒化膜８に含まれるシリコン原子がエッチングガス中のフッ素ラジカルによって引き抜かれて、四フッ化シリコンガスとされる。シリコン原子が引き抜かれた後シリコン窒化膜８に残った窒素原子は、放電によって窒素ガスから生成された窒素原子と急速に再結合して窒素ガスとなり除去される。このようにシリコン窒化膜８中のシリコン原子及び窒素原子がフッ素ラジカルや窒素原子と結びついて順次気化されることでシリコン窒化膜８は高速でエッチングされる。これに対し、シリコン窒化膜８の下地層としてのシリコン酸化膜４は、このＣＦ４ガス、Ｏ２ガス、Ｎ２ガスの混合ガスではエッチングレートが遅いためシリコン酸化膜４の膜厚はほとんど減少しない。以上のようなメカニズムによって、シリコン窒化膜８はその下地層としてのシリコン酸化膜４に対して高選択比エッチングされる。なお、当然ながら、シリコン酸化膜４に対しての選択比が低いエッチングガスを用いてシリコン窒化膜８をエッチングすれば、シリコン窒化膜８の下地層としてのシリコン酸化膜４がオーバーエッチングされ、シリコン酸化膜４の下側のソース・ドレイン部６ａ、６ｂもエッチングにより貫通する。
【００３９】
次に、第２のエッチング工程について説明する。
【００４０】
図２（ｃ）から分かるように、第２のエッチング工程は、ホール７ｂ（１）、７ｂ（２）の底面に露呈されたシリコン酸化膜４をエッチングして、ホール７ｂ（１）、７ｂ（２）に連通するコンタクトホール７ｃ（１）、７ｃ（２）をそれぞれ形成する工程である。
【００４１】
このため、第２のエッチング工程では、ソース・ドレイン部６ａ、６ｂに対するシリコン酸化膜４の選択比を大きいものとする必要がある。ソース・ドレイン部６ａ、６ｂに対する選択比を大きくするため、シリコン酸化膜４のエッチングガスとして、表１のガス種の覧の下段に示すＣ２ＨＦ５ガス、Ｈ２ガス、Ａｒガスを２：２：１で混合した混合ガスを用いる。つまり、このＣ２ＨＦ５ガス、Ｈ２ガス、Ａｒガスの混合ガスによれば、シリコン酸化膜４のソース・ドレイン部６ａ、６ｂに対する選択比を、表１の下段に示すように、例えば１０（＝２００／２０）と大きくとれる。従って、このＣ２ＨＦ５ガス、Ｈ２ガス、Ａｒガスを用いることによりシリコン酸化膜４をソース・ドレイン部６ａ、６ｂに対して高選択比エッチングが可能となる。ここで、ホール７ｃ（１）、７ｃ（２）を形成するためのシリコン酸化膜４のエッチング終了時点の捻出は、シリコン酸化膜４のエッチング時に生成されるガスのプラズマ発光をエッチング中にモニターすることによって行う。但し、この第２のエッチング工程においては、基板の不均一性に基づくシリコン酸化膜４の面内分布をも考慮した上で、シリコン酸化膜４のエッチング残りを確実に防ぐ必要がある。従って、このエッチング残りを確実に防ぐため、上記終了時点の検出までに要したエッチング時間の例えば３０％の時間だけ、上記終了時点の検出後も、さらにシリコン酸化膜４を追加エッチングする。但し、ソース・ドレイン部６ａ、６ｂの膜厚は例えば５０ｎｍと薄いため、この追加エッチングでは、ソース部・ドレイン部６ａに対する選択比を十分に高いものにしておく必要があり、上記選択比を例えば１０〜２０となる条件にする。本発明者らの実際に行った実験によれば、この追加エッチングによりソース・ドレイン部６ａ、６ｂが例えば最大で２０ｎｍ削れたが、この２０ｎｍという値は、上記したソース・ドレイン部６ａ、６ｂの膜厚の５０ｎｍに比べて薄く十分実用に耐え得る値であるといえる。なお、第２のエッチング工程で用いるエッチング装置の上部のＲＦパワー／基板バイアスパワーは例えば２ｋＷ／２ｋＷに設定するものとする。以上により、コンタクトホール７（１）、７（２）を完成させる。
【００４２】
以上に説明した２段階エッチングによってコンタクトホール７（１）、７（２）を完成させた後は、図２（ｃ）に示すように、エッチング時に、ソース・ドレイン部６ａ、６ｂ上、及びレジスト（図示せず）上に堆積したフロロカーボンを、酸素ガスを用いたエッチング（Ｏ２アッシング）等より除去する。次いで、レジスト用剥離液を用いて４５秒、基板を洗浄処理して、上記レジストを除去する。その後、コンタクトホール７（１）、７（２）内を含めて、全面に導電性材料を被覆形成し、パターニングすることによりソース・ドレイン電極１１ａ、１１ｂ及び信号線（図示せず）を形成する。即ち、図２（ｄ）に示すように、ソース・ドレイン部６ａ、６ｂにつながるソース・ドレイン電極１１ａ、１１ｂをコンタクトホール７（１）、７（２）内に埋め込み形成する。また、これと同一工程において、メチルポリシロキサン膜９上に上記ソース電極１１ａに接続された信号線（図示）等を形成する。信号線の材料としては、例えばアルミニウム（Ａｌ），モリブデン（Ｍｏ），チタン（Ｔｉ）等の金属を用いる。
【００４３】
以上のように、本発明の第１の実施形態によれば、図２（ｄ）から分かるように、メチルポリシロキサン膜９とシリコン酸化膜４との間にシリコン窒化膜８を形成したので、メチルポリシロキサン膜９のエッチング速度を高いものとしつつ、シリコン酸化膜４に対する高選択比エッチングが可能となる。従って、シリコン酸化膜４に対する高選択エッチングを行った後、このシリコン酸化膜４をソース・ドレイン部６ａ、６ｂに対して高選択エッチングすることで、ソース・ドレイン部６ａ、６ｂへ通ずるコンタクトホールを不良の発生を可及的に抑えて形成することができる。
【００４４】
図３（ａ）−（ｃ）及び図４（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２の実施の形態としてのＴＦＴの製造工程を示す断面図である。図３及び図４中、図１及び図２に示されるのと同等部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【００４５】
本実施の形態が、上記の第１の実施形態と異なる点は、第１の実施形態ではソース・ドレイン部へ通ずるコンタクトホールを２段階エッチングにより形成しているのに対して、本実施の形態では３段階エッチングにより形成している点にある。
【００４６】
以下、この３段階エッチングによるコンタクトホールの形成工程を中心に、薄膜トランジスタの製造工程について説明する。
【００４７】
図３（ａ）は、前述の図２（ａ）と同じ工程を示す。即ち、第１の実施形態における図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の工程を経て、図３（ａ）に示すように、ゲート電極５を覆うように、シリコン窒化膜８及びメチルポリシロキサン膜９を順次形成する。
【００４８】
次に、図３（ｂ）、図３（ｃ）及び図４（ａ）から分かるように、メチルポリシロキサン膜９、シリコン窒化膜８及びシリコン酸化膜４を３段階でエッチング（３段階エッチング）し、最終的に図４（ａ）に示すソース部・ドレイン部６ａ、６ｂに通ずるコンタクトホール１０（１）、１０（２）を完成させる。
【００４９】
以下、この３段階エッチングについて詳しく述べる。
【００５０】
まず、第１番目のエッチング工程では、図３（ｂ）から分かるように、メチルポリシロキサン膜９をエッチングして、ホール１０ａ（１）、１０ａ（２）を形成する。前述の第１の実施形態では、メチルポリシロキサン膜９及びシリコン窒化膜８を連続してエッチングしたので、エッチングガスとして、シリコン酸化膜４に対しての選択比が大きなＣＦ４ガス、Ｏ２ガス、Ｎ２ガスの混合ガス（表１中段参照）を用いた。しかし、この第１番目のエッチング工程では、最上層のメチルポリシロキサン膜９のみをエッチングするため、全体としてのコンタクトホールの形成時間を短縮すべく、メチルポリシロキサン膜９のエッチングレートが速いガスを用いる。具体的には、例えば表１の上段に示すように、メチルポリシロキサン膜９のエッチングレートが５５０〜７００ｎｍ／ｍｉｎの、ＣＦ４ガス、Ｏ２ガスの混合ガスを用いる。このＣＦ４ガス、Ｏ２ガスの混合ガスを用いることによって、メチルポリシロキサン膜９のエッチングレートを、第１の実施の形態に比べて、３００〜４００ｎｍ／ｍｉｎから５５０〜７００ｎｍ／ｍｉｎへと向上させて（表１上段参照）、メチルポリシロキサン膜９のより高速なエッチングを実現させる。
【００５１】
続いて、第２番目のエッチングでは、図３（ｃ）に示すように、ホール１０ａ（１）、１０ａ（２）の底面に露呈したシリコン窒化膜８をエッチングして、ホール１０ａ（１）、１０ａ（２）に連通するホール１０ｂ（１）、１０ｂ（２）を形成する。このシリコン窒化膜８のエッチングガスとしては、シリコン酸化膜４に対しての選択比を大きくとるため、第１の実施の形態と同様に、ＣＦ４ガス、Ｏ２ガス、Ｎ２ガスの混合ガス（表１中段参照）を用いる。
【００５２】
続いて、第３番目のエッチングでは、図４（ａ）から分かるように、ホール１０ｂ（１）、１０ｂ（２）の底面に露呈したシリコン酸化膜４をエッチングして、ホール１０ｂ（１）、１０ｂ（２）に連通するコンタクトホール１０ｃ（１）、１０ｃ（２）を形成する。このシリコン酸化膜４のエッチングガスとしては、ソース・ドレイン部６ａ、６ｂに対しての選択比を大きくとるため、第１の実施の形態と同様に、Ｃ２ＨＦ５ガス、Ｈ２ガス、Ａｒガスの混合ガス（表１下段参照）を用いる。
【００５３】
以上のようにしてコンタクトホール１０（１）、１０（２）を完成させた後は、図４（ｂ）から分かるように、ソース部・ドレイン部６ａ、６ｂにつながるソース・ドレイン電極１１ａ、１１ｂをコンタクトホール１０（１）、１０（２）内に埋め込み形成等する。
【００５４】
以上のように、本発明の第２の実施形態によれば、メチルポリシロキサン膜９をエッチングレートの速いガスを用いてエッチングするようにしたので、コンタクトホールを短時間で効率よく形成することができる。
【００５５】
上述した第１及び第２の実施形態においては、誘電率の低い有機絶縁膜としてメチルポリシロキサン膜を用いたが、他の有機材料膜、例えば有機シロキサン樹脂膜等を用いてもよい。また、炭素、フッ素、水素ガスを少なくとも含んだ混合ガスとしては、Ｃ２ＨＦ５ガス、Ｈ２ガス、Ａｒガスの混合ガスに代えて、ＣＨＦ３ガス、Ｈ２ガス、Ａｒガスの混合ガス、或いはＣ４Ｆ８ガス、Ｈ２ガス、Ａｒガスの混合ガスを用いてもよい。
【００５６】
以上のように、本発明の第１及び第２の実施の形態によれば、メチルポリシロキサン膜９とシリコン酸化膜４との間にシリコン窒化膜８を挟んで形成したので、メチルポリシロキサン膜９のエッチングレートを高いものとしつつ、シリコン酸化膜４に対しての高選択比エッチングが可能となる。そして、このエッチングにより形成されたホールの底面に露呈されたシリコン酸化膜４をさらに多結晶シリコン膜（ソース・ドレイン部）に対して高選択比エッチングすることで、ソース・ドレイン部への不良のないコンタクトホールを最終的に形成することができる。つまり、大型の基板の全面にわたって、エッチング残りによるコンタクト抵抗の増加やオーバーエッチングによるソース・ドレイン部の消失等のない、ソース・ドレイン部へのコンタクトホールを形成することができる。
【００５７】
また、配線間の層間絶縁膜として低誘電率である有機絶縁膜を用いたので、配線間の寄生容量は低減され、これによりゴースト等の表示不良を効果的に回避することができる。
【００５８】
以上により、コンタクトホール不良及び表示不良の低減された、高速且つ高精細のアクティブマトリクス型液晶表示素子を歩留良く製造することができる。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、薄膜トランジスタにおけるシリコン酸化膜によるゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜の上方に形成する有機絶縁膜による層間絶縁膜との間に、ゲート絶縁膜（シリコン酸化膜）に対する選択比を大きくとれるシリコン窒化膜による層間絶縁膜を形成したので、ゲート絶縁膜（シリコン酸化膜）の下地層としての多結晶シリコン膜（ソース・ドレイン領域）に対しての適正なコンタクトホールを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態としてのＴＦＴの製造工程を途中まで示す断面図である。
【図２】図１に続いて、ＴＦＴの製造工程を示す断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態としてのＴＦＴの製造工程を途中まで示す断面図である。
【図４】図３に続いて、ＴＦＴの製造工程を示す断面図である。
【図５】従来のＴＦＴの縦断面図を示す。
【符号の説明】
１　ガラス基板（絶縁基板）
２　アンダーコート層
３ａ　非晶質シリコン膜
３ｂ、３ｃ　多結晶シリコン膜
４　シリコン酸化膜（ゲート絶縁膜）
５　ゲート電極
６ａ、６ｂ　ソース／ドレイン部（ソース／ドレイン領域）
７（１）、７（２）、１０（１）、１０（２）　コンタクトホール
７ａ（１）〜７ｃ（１）、７ａ（２）〜７ｃ（２）、１０ａ（１）〜１０ｃ（１）、１０ａ（２）〜１０ｃ（２）　ホール
８　シリコン窒化膜（第１層間絶縁膜部）
９　メチルポリシロキサン膜（有機絶縁膜、第２層間絶縁膜部）
１１ａ　ソース電極（信号線電極）
１１ｂ　ドレイン電極（信号線電極）
【図１】
2004146442.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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