(57)【要約】【課題】  層間絶縁膜としてシリコン窒化膜を用いた場合に、エッチング残りの無いコンタクトエッチング及び多結晶半導体層を消失させることのない安定したコンタクトエッチングを可能とする。【解決手段】  多結晶半導体層３上にゲート絶縁膜４を介してゲート電極５が形成され、さらに層間絶縁膜６が形成されてなる薄膜トランジスタである。層間絶縁膜６及びゲート絶縁膜４にコンタクトホール７が形成され、信号線電極８がコンタクトホール７を介して多結晶半導体層３と接続されている。層間絶縁膜６は、シリコン酸化膜６ａと、その上に形成されるシリコン窒化膜６ｂとを有する。コンタクトホールのエッチングに際しては、シリコン酸化膜に到達するまでコンタクトホールをエッチング形成する第１のエッチングを行い、この第１のエッチングと連続してシリコン酸化膜とゲート絶縁膜にコンタクトホールをエッチング形成する第２のエッチングを行う。【選択図】  図１
2007019393.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多結晶半導体層上にゲート絶縁膜を介してゲート電極が形成されてなる薄膜トランジスタであって、
前記ゲート絶縁膜及びゲート電極を覆って層間絶縁膜が形成されるとともに、当該層間絶縁膜及びゲート絶縁膜にコンタクトホールが形成され、信号線電極が前記コンタクトホールを介して多結晶半導体層と接続されており、
前記層間絶縁膜が、シリコン酸化膜と、その上に形成されるシリコン窒化膜とを有して構成されていることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項２】
前記シリコン窒化膜が水素を含有し、前記水素の濃度が５×１０２１〜５×１０２２／ｃｍ３であることを特徴とする請求項１記載の薄膜トランジスタ。
【請求項３】
前記ゲート絶縁膜がシリコン酸化膜であり、当該ゲート絶縁膜と前記層間絶縁膜を構成するシリコン酸化膜の合計膜厚が１５０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１または２記載の薄膜トランジスタ。
【請求項４】
多結晶半導体層上にゲート絶縁膜及びゲート電極を形成する工程と、層間絶縁膜としてシリコン酸化膜及びシリコン窒化膜を順次成膜する工程と、前記層間絶縁膜及びゲート絶縁膜をエッチングしてコンタクトホールを形成する工程とを有し、
前記コンタクトホールを形成する工程において、前記シリコン酸化膜に到達するまでコンタクトホールをエッチング形成する第１のエッチングを行い、当該第１のエッチングと連続して前記シリコン酸化膜とゲート絶縁膜にコンタクトホールをエッチング形成する第２のエッチングを行う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のエッチングとして、炭素、フッ素、酸素を含む混合ガスをエッチングガスとするプラズマエッチングを行い、
前記第２のエッチングとして、炭素、フッ素、水素を含む混合ガスをエッチングガスとするプラズマエッチングを行うことを特徴とする請求項４記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項６】
前記第１のエッチングの終点は、プラズマ発光分析法でＣＮに由来する波長成分の変化により判定することを特徴とする請求項４または５記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主としてアクティブマトリックス型液晶表示に用いられる薄膜トランジスタ及びその製造方法に関するものであり、特に、ガラス基板上に多結晶半導体層（ポリシリコン層）が形成された多結晶薄膜トランジスタの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
多結晶薄膜トランジスタの代表例を図３に示す。この多結晶薄膜トランジスタにおいては、ガラス基板１０１上にアンダーコート層１０２を介して多結晶シリコンからなる多結晶半導体層１０３が形成されるとともに、この多結晶半導体層１０３上にゲート絶縁膜１０４を介してゲート電極１０５が形成されている。多結晶半導体層１０３には、不純物注入によりソース領域１０３ａ及びドレイン領域１０３ｂ、さらにはＬＤＤ領域（低濃度不純物拡散領域）１０３ｃ、１０３ｄが形成されている。また、多結晶半導体層１０３上にはゲート絶縁膜１０４を介してゲート電極１０５が形成されるとともに、これらが層間絶縁膜１０６によって覆われており、この層間絶縁膜１０６に形成されたコンタクトホール１０７を介して信号配線１０８と前記ソース領域１０３ａ、ドレイン領域１０３ｂとのオーミック接触が取られている。
【０００３】
前述の多結晶薄膜トランジスタを作製するには、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、さらにこれを覆って全面にゲート絶縁膜及びゲート電極用金属膜を成膜する。その後、金属膜をエッチングして所定のパターンを有するゲート電極を形成し、多結晶半導体層のソース領域、ドレイン領域にＰＨ３、若しくはＢ２Ｈ５を不純物注入する。次いで、層間絶縁膜を形成し、当該層間絶縁膜にコンタクトホールを形成し、コンタクトホールの底部に露呈するソース領域、ドレイン領域と信号配線とのコンタクトを取る。
【０００４】
この種の薄膜トランジスタにおいては、多結晶半導体層が例えばガラス基板の影響を受け易く、これを回避する技術が検討されている（例えば、特許文献１等を参照）。多結晶薄膜トランジスタにおいては、ガラス基板表面にアンダーコート層としてシリコン酸化膜やシリコン窒化膜等を成膜し、その上に多結晶半導体層を形成している。特許文献１記載の発明では、ガラス基板上に、リン若しくはホウ素を含み熱流動性を有するシリコン酸化膜を成膜し、熱処理によりシリコン酸化膜を流動化して平坦化層を形成する。その後、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜を均一な膜厚で積層する。
【特許文献１】特開２００１−３２００５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前述の構造を有する薄膜トランジスタでは、ソース領域・ドレイン領域と信号配線のコンタクトをとるため、層間絶縁膜にコンタクトホールを開ける必要がある。この場合、コンタクトホールの加工は、微細化の要求等からプラズマエッチングにより行われることが多い。また、高移動度の薄膜トランジスタを実現するためには、多結晶半導体層には非結晶シリコン膜を成膜してレーザアニールにより結晶化させた多結晶シリコン膜を用い、その膜厚を５０ｎｍ前後と非常に薄くしなければならない。したがって、前記コンタクトホールの加工は、層間絶縁膜と多結晶半導体層に対して高選択比となるようなエッチング条件で行わなければならない。
【０００６】
一方、前記層間絶縁膜は、１層のシリコン酸化膜のみから構成することが多いが、近年、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の２層構造とすることも行われるようになってきている。前記層間絶縁膜にシリコン窒化膜を用いることにより、層間絶縁膜がパッシベーション膜としての役割も果たすようになるので不純物の拡散防止が可能になり、また、薄膜トランジスタの閾値電圧の制御が可能になるからである。
【０００７】
しかしながら、本発明者らが検討したところ、前記層間絶縁膜にシリコン窒化膜を用い、多結晶半導体層との高選択比エッチング条件でコンタクトホール加工を行うと、コンタクトホール側壁の形状制御が困難となり、いわゆるアンダーカットが入るという問題が生ずることがわかってきた。さらには、例えば図４に示すように層間絶縁膜１０６をシリコン窒化膜１０６ａ、シリコン酸化膜１０６ｂの順に積層すると、局所的なエッチングストップによりエッチング残り１０９が発生し、その結果、コンタクトホール加工不良の問題が生ずることもわかってきた。
【０００８】
前述のように、層間絶縁膜にシリコン窒化膜を用いた場合、形状制御や残渣の無いエッチングと、多結晶半導体層を消失させない安定したコンタクトエッチングを両立することは困難である。本発明は、このような困難を解消することを目的に提案されたものであり、層間絶縁膜としてシリコン窒化膜を用いた場合にも、アンダーカット形状となることがなく、しかもエッチング残りの無いエッチングを可能とするとともに、多結晶半導体層を消失させることのない安定したコンタクトエッチングを可能とし、コンタクトホール不良の無い信頼性の高い薄膜トランジスタ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述の目的を達成するために、本発明に係る薄膜トランジスタは、多結晶半導体層上にゲート絶縁膜を介してゲート電極が形成されてなる薄膜トランジスタであって、前記ゲート絶縁膜及びゲート電極を覆って層間絶縁膜が形成されるとともに、当該層間絶縁膜及びゲート絶縁膜にコンタクトホールが形成され、信号線電極が前記コンタクトホールを介して多結晶半導体層と接続されており、前記層間絶縁膜が、シリコン酸化膜と、その上に形成されるシリコン窒化膜とを有して構成されていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の製造方法は、多結晶半導体層上にゲート絶縁膜及びゲート電極を形成する工程と、層間絶縁膜としてシリコン酸化膜及びシリコン窒化膜を順次成膜する工程と、前記層間絶縁膜及びゲート絶縁膜をエッチングしてコンタクトホールを形成する工程とを有し、前記コンタクトホールを形成する工程において、前記シリコン酸化膜に到達するまでコンタクトホールをエッチング形成する第１のエッチングを行い、当該第１のエッチングと連続して前記シリコン酸化膜とゲート絶縁膜にコンタクトホールをエッチング形成する第２のエッチングを行うことを特徴とする。
【００１１】
本発明の薄膜トランジスタでは、前記の通り、層間絶縁膜をシリコン酸化膜とシリコン窒化膜の２層構造としている。この場合、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の積層順次が重要であり、ゲート絶縁膜上にシリコン酸化膜、次にシリコン窒化膜となるような順次で成膜する。
【００１２】
例えば、層間絶縁膜をシリコン窒化膜、次にシリコン酸化膜の順に積層すると、多結晶半導体層の直前にシリコン窒化膜をエッチングする必要があり、シリコン窒化膜のエッチング条件を多結晶半導体層に対して高選択比のエッチング条件とする必要がある。この場合、シリコン窒化膜に含まれる水素の影響により、シリコン窒化膜のエッチング中に局所的なエッチングストップが起き、エッチング残りが発生する。エッチング残りを解消するために、オーバーエッチングを行うと、多結晶半導体層を消失させる原因となる。また、シリコン窒化膜のエッチングレートがシリコン酸化膜のエッチングレートよりも大であるので、シリコン窒化膜が後退し、上部のシリコン酸化膜がオーバーハングした形状になり易い。
【００１３】
これに対して、層間絶縁膜をシリコン酸化膜、次にシリコン窒化膜の順に積層すると、多結晶半導体層の直前にシリコン酸化膜をエッチングすることになる。シリコン酸化膜を多結晶半導体層に対して高選択比エッチングした場合、前記シリコン窒化膜の場合と異なり、前記エッチングストップが起こることはなく、エッチング残りが発生することはない。また、多結晶半導体層に対して高選択比でのエッチングが可能であるので、オーバーエッチングにより多結晶半導体層が消失することもない。さらに、上部のシリコン窒化膜において側壁が後退するので、コンタクトホールがオーバーハング形状となることもない。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、アンダーカット形状となることがなくエッチング残りの無いエッチングと、多結晶半導体層を消失させることのない安定したコンタクトエッチングとを両立することが可能であり、コンタクトホール不良の無い信頼性の高い薄膜トランジスタを提供することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を適用した薄膜トランジスタ及びその製造方法について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
本実施形態の薄膜トランジスタは、図１に示すように、ガラス基板１上にアンダーコート層２を介して多結晶半導体層（ポリシリコン層）３を形成し、当該多結晶半導体層３をチャンネル層として利用してなるものである。
【００１７】
前記アンダーコート層２上に形成される多結晶半導体層３は、例えばプラズマＣＶＤ法により成膜された非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）をアニールした後、レーザ照射等によって多結晶化することにより形成されるものである。この多結晶半導体層３は、エッチングにより島状に素子分離され、マトリクス状に配列されている。また、前記多結晶半導体層３には、不純物注入によりソース領域３ａ及びドレイン領域３ｂ、さらにはＬＤＤ領域（低濃度不純物拡散領域）３ｃ、３ｄが形成されている。
【００１８】
一方、前記多結晶半導体層３上には、ゲート絶縁膜４を介してゲート電極５が所定の線幅で形成されている。前記ゲート絶縁膜４は、前記ゲート電極５と多結晶半導体層３の間に介在する形で形成されており、また、多結晶半導体層３はゲート絶縁膜４で覆われる形になっている。
【００１９】
前記ゲート絶縁膜４及びゲート電極５は、さらに層間絶縁膜６によって覆われており、この層間絶縁膜６に形成されたコンタクトホール７を介して信号電極８が多結晶半導体層３（ソース領域３ａ及びドレイン領域３ｂ）に接続されている。ここで、層間絶縁膜６は、２層構造を有し、前記ゲート絶縁膜４に接して形成されるシリコン酸化膜６ａと、その上に積層形成されるシリコン窒化膜６ｂとから構成されている。
【００２０】
以上のような構成を有する本実施形態の薄膜トランジスタにおいては、前記の通り、層間絶縁膜６を２層構造とし、またゲート絶縁膜４側にシリコン酸化膜６ａを、その上にシリコン窒化膜６ｂを形成しているので、コンタクトホール７にエッチング残りが生じたり、コンタクトホール７がアンダーカット形状となることがない。また、多結晶半導体層３が消失することもない。以下、前記薄膜トランジスタの製造プロセスについて説明する。
【００２１】
図２は、図１に示す薄膜トランジスタの製造プロセスを工程順に従って示す図面である。薄膜トランジスタを作製するには、先ず、ガラス基板１上にアンダーコート層２を形成し、アンダーコート層２上に多結晶半導体層３を形成する。多結晶半導体層３は、例えばＣＶＤ等の手法によりアモルファスシリコン膜を形成し、これをレーザアニール等の手法によって多結晶化することにより形成する。なお、多結晶半導体層３は、薄膜トランジスタの配列に応じてエッチングし、島状に分離する。
【００２２】
次に、多結晶半導体層３を島状に分離した後、これら多結晶半導体層３を覆って、ゲート絶縁膜４及び金属膜を全面に成膜する。なお、前記金属膜はゲート電極に対応するものである。次に、金属膜をエッチングしてゲート電極５を形成する。ここで、金属膜は、ゲート電極５のパターン形状に対応したレジストをマスクとしてエッチングする。
【００２３】
前記ゲート絶縁膜４のエッチングの後、多結晶半導体層３に対してゲート電極５をマスクとして不純物注入を行い、ソース領域３ａ及びドレイン領域３ｂ、さらにはＬＤＤ領域（低濃度不純物拡散領域）３ｃ、３ｄを形成する。次いで、前記ゲート絶縁膜４及びゲート電極５上に、シリコン酸化膜６ａ及びシリコン窒化膜６ｂをこの順に成膜し、２層構造の層間絶縁膜６とする。シリコン窒化膜６ｂを形成することで、例えば当該シリコン窒化膜６ｂに含まれる水素により多結晶半導体層３の水素化が可能であり、移動度を向上して作製される薄膜トランジスタのトランジスタ特性を向上することができる。
【００２４】
シリコン窒化膜６ｂの水素濃度としては、５×１０２１〜５×１０２２／ｃｍ３の範囲が好ましい。水素濃度が５×１０２１／ｃｍ３未満であると、多結晶半導体層３へ拡散する水素量が少なくなってトランジスタ特性が劣化する。水素濃度が５×１０２２／ｃｍ３  を超えると、水素が過剰になってストレス試験でのトランジスタ信頼性が低下するとともに、コンタクトホールの開口エッチング時にエッチングレートが早くなりすぎてエッチング制御が困難となり、コンタクト穴径が大きくなりすぎることがある。
【００２５】
以上により薄膜トランジスタ構造を形成した後、層間絶縁膜６にコンタクトホールを形成し、信号配線と多結晶半導体層３（ソース領域３ａ及びドレイン領域３ｂ）との電気的な接続を図る。
【００２６】
コンタクトホールの形成に際しては、先ず、図２（ａ）に示すように、層間絶縁膜６上にコンタクトホールに対応して開口部１１ａを有するレジストパターン１１を形成する。このレジストパターン１１は、通常のフォトリソ技術によって形成することができる。
【００２７】
次に、前記レジストパターン１１をマスクとしてコンタクトホールのエッチングを行うが、本実施形態では、このコンタクトホールのエッチングを２段階エッチングで行う。すなわち、図２（ｂ）に示すように、シリコン窒化膜６ｂとシリコン酸化膜６ａの一部にコンタクトホール７ａを形成する第１のエッチングと、この第１のエッチングに引き続いて行われ、図２（ｃ）に示すように残りのシリコン酸化膜６ａとゲート絶縁膜４を除去してコンタクトホール７を完成する第２のエッチングである。
【００２８】
ここで、前記第１のエッチングは、ポリシリコンからなる多結晶半導体層３との高選択比を必要としないので、水素を含むエッチングガスを用いる必要がない。したがって、エッチングガスとしては、例えば炭素、フッ素、酸素を含むエッチングガスを用いることができる。この第１のエッチングにおいては、前記シリコン窒化膜６ｂのエッチングにおいて、エッチングストップが起こることはない。
【００２９】
一方、前記第２エッチングは、多結晶半導体層３に対して高選択比のエッチングでなければならず、例えば、多量のフロロカーボンを堆積させながらエッチングを進行させる条件等を採用する必要がある。このため、炭素とフッ素と水素を含むエッチングガスを用いてエッチングを行うことが好ましい。具体的には、第２エッチングのエッチングガスとして、Ｃ２ＨＦ５ガス、Ｈ２ガス、Ａｒガスの混合ガス等を挙げることができる。
【００３０】
コンタクトホール７のエッチングには、一般にＲＩＥと呼ばれるリアクティブ・イオン・エッチング装置が用いられる。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。誘導結合型やＥＣＲプラズマもこの中に入る。層間絶縁膜６にシリコン酸化膜のみ用いた場合、多結晶半導体層３との高選択エッチングでは、エッチングガスにＣＦ４、Ｃ２ＨＦ５と水素の混合ガスを用いる。これらのガスを用いると、基板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Ｆイオンによるエッチングとの競争反応によって反応が進行する。そして、酸素を含むシリコン酸化膜をエッチングしている間は、シリコン酸化膜からの酸素供給によって炭素主体の重合膜が酸素と結合して二酸化炭素等になり、デポジションが進行しない。一方、Ｓｉからなる多結晶半導体層３をエッチングしようとすると、多結晶半導体層３からの酸素供給が無いために、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。水素ガス比が大きいほど、デポジションがより優勢になる。こうして層間絶縁膜（ＳｉＯ２）のみをエッチングし、コンタクトに必要な多結晶半導体層３を残存させることができる。
【００３１】
これに対して、層間絶縁膜６にシリコン酸化膜６ａと水素を含んだシリコン窒化膜６ｂの積層構造を用いた場合には、多結晶半導体層３との高選択比条件では形状制御及び残渣の無いエッチングを行うことが困難であることがわかった。
【００３２】
例えば、シリコン窒化膜のエッチングレートは、シリコン酸化膜よりも１．５〜２倍程度高速であることから、コンタクトホールの側壁において、シリコン酸化膜に対応する部分よりもシリコン窒化膜に対応する部分の方が後退し易い。そのため、下層となる層間絶縁膜（ゲート絶縁膜４と接する側の層間絶縁膜）にシリコン窒化膜を用いると、コンタクトホールのボトムに近い部分で側壁形状は垂直に立ち易く、上部のシリコン酸化膜の側壁がオーバーハングした形状になってしまう。このような形状のコンタクトホールに信号線となる金属膜を形成すると、金属膜のカバレッジが悪くなり、コンタクト不良が発生する。
【００３３】
また、多結晶半導体層３が消失しない高選択比条件を用いると、シリコン窒化膜のエッチング中に局所的なエッチングストップが起きて、コンタクトホール内に一部エッチング残りが発生することがわかった。この現象は、被エッチング膜にシリコン酸化膜のみを用いる場合には発生せず、エッチングガスに少なくとも水素を含む高選択比エッチング条件で水素を含むシリコン窒化膜をエッチングすると発生する。これは、シリコン窒化膜を多量にエッチングしている最中では、シリコン窒化膜中から水素が放出されて、エッチングガス中の水素と同じ役割をし、コンタクトホール内の一部の水素濃度が高くなり、生成されるフロロカーボンが過剰となって、前記エッチングストップが発生するものと考えられる。エッチング残り（残渣）が発生する位置は、ほぼコンタクトホール底部の側壁近傍である。
【００３４】
これを解消するためには、エッチングガスの水素添加量を減らし、残渣を少なくすればよいものと考えられるが、この場合には、多結晶半導体層３を消失させないオーバーエッチングマージンが少なく、工程ばらつきを考慮すると安定したエッチングを提供することができないという問題がある。
【００３５】
以上の事項を踏まえ、本実施形態では、層間絶縁膜６をシリコン酸化膜６ａ（下層）とシリコン窒化膜６ｂ（上層）の２層構造とし、前記の通りコンタクトホール７形成のためのエッチングを２段階エッチングとしている。
【００３６】
層間絶縁膜６に水素を含んだシリコン窒化膜６ｂを用いた場合でも、エッチングレートの早いシリコン窒化膜６ｂを上層として形成し、２ステップエッチングの切り替えのタイミングをシリコン窒化膜６ｂのエッチング中に行わない設定とすることによって、アンダーカット形状になることなく、エッチング残りの無いエッチングと、多結晶半導体層３を消失させない安定したコンタクトエッチングを両立することが可能となり、それによって生じるコンタクトホール不良を無くすことができる。
【００３７】
そして、前記コンタクトホール７の形成の後、図２（ｄ）に示すように信号電極８を形成し、前記多結晶半導体層３のソース領域３ａ、あるいはドレイン領域３ｂとのオーミックコンタクトを取る。以上により形成される薄膜トランジスタは、コンタクトホール不良の無い信頼性に優れたものである。
【実施例】
【００３８】
以下、本発明の具体的な実施例について説明する。
【００３９】
本実施例で使用したガラス基板は、４００×５００ｍｍである。このガラス基板上に非結晶シリコン（アモルファスシリコン）をＣＶＤ法にて膜厚５０ｎｍ程度成膜した後、エキシマレーザアニールで結晶化し多結晶シリコンを形成した。多結晶シリコンを島状にエッチングした後に、ゲート絶縁膜としてシリコン酸化膜を膜厚１０ｎｍで成膜した。
【００４０】
次に、ゲート電極を成膜してパターニングした。さらに、ゲート電極をマスクとして、ソース・ドレインとなる部分にホスフィン（ＰＨ３）を注入した。これは多結晶シリコンの抵抗を下げ、金属とのオーミックコンタクトを取るためである。
【００４１】
次いで、ＣＶＤ法で層間絶縁膜の第一層目にシリコン酸化膜を膜厚３００ｎｍで成膜した。成膜ガスには、ＳｉＨ４、Ｎ２Ｏを用いた。また、シリコン酸化膜であれば、ＴＥＯＳ−ＳｉＯ膜などでも良い。シリコン酸化膜の成膜後、ＣＶＤ法で第２層目にシリコン窒化膜を膜厚３７０ｎｍで成膜した。成膜ガスには、ＳｉＨ４、ＮＨ３、Ｎ２を用いた。成膜条件（ガス比、圧力、温度等）により、水素含有量を変えることができる。
【００４２】
前記層間絶縁膜の成膜の後、コンタクトホールに対応する開口を有するレジストパターンを形成した。そして、このレジストパターンをマスクとして、コンタクトホールのエッチングを行った。コンタクトホールのエッチングは、２段階エッチングで行い、エッチング装置には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た。第１のエッチングには、ＣＦ４ガスおよびＯ２ガスを３：２で混合させたガスを用いてプラズマエッチングした。上部のＲＦパワー／基板バイアスパワーは、３ｋＷ／１ｋＷに設定した。この条件で、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜の途中までエッチングした。
【００４３】
エッチング時間は、それぞれの膜厚を考慮してエッチングレートから算出して、一定のエッチング時間で処理を行ってもよいが、ここではプラズマの発光分光法によって終点検出を行うことによって制御を行った。例えばＣＮ（例えば３８８ｎｍ）の発光波長の変化によってシリコン窒化膜から酸化膜へ切り替わる時間がわかる。この時間を検出してエンドポイントとし、さらにオーバーエッチングとしてシリコン酸化膜が１５０ｎｍエッチングされる時間に設定した。この方法により、シリコン窒化膜のエッチング中に第２のエッチング条件へ切り替わるのを防ぐことができる。
【００４４】
第１のエッチングでは、多結晶シリコンとの高選択比を必要としないので、エッチングガスに水素を含んだ条件を用いることはなく、エッチングストップが起きることはない。ここでは、多結晶シリコン膜選択比は概ね１〜２となる条件を用いており、シリコン窒化膜のエッチングレートは４５０ｎｍ／ｍｉｎ、シリコン酸化膜のエッチングレートは２８０ｎｍ／ｍｉｎであった。添加ガスとして酸素を入れているが、信号線のカバレッジを良好にするため、及びコンタクトホールにマスクレジスト後退を利用したテーパー加工を施すためである。
【００４５】
次に、連続エッチングでガス種を切り替えて、第２のエッチングを行った。第２のエッチングには、多結晶シリコンとの選択比をとるために、Ｃ２ＨＦ５ガス、Ｈ２ガス、Ａｒガスを２：２：１で混合させたガスを用いて、ゲートシリコン酸化膜、及び第１のエッチングで残したシリコン酸化膜をプラズマエッチングした。上部のＲＦパワー／基板バイアスパワーは、２ｋＷ／２ｋＷに設定した。エッチング時間は、層間膜の面内分布を考慮して、エッチング残りが無いように、残膜量から算出したジャストエッチング時間に加えて当該エッチング時間の３０％の時間を同一エッチング条件で追加エッチングした。このとき、多結晶シリコンは最大２０ｎｍ削れた。
【００４６】
ここで、多結晶シリコンは５０ｎｍと薄膜であるので、高選択比にしておかなければならない。このため、多量のフロロカーボンを堆積させながら、エッチングを進行させる条件を選択した。選択比は１０〜２０であった。工程ばらつき（被エッチング膜の膜厚、エッチングレートばらつき）を考慮すると、少なくとも第２のエッチングへの切り替え時の残膜は、２００ｎｍ以上であれば多結晶シリコンが消失することはない。２００ｎｍ以下では、第１のエッチングに多結晶シリコンが晒される可能性がある。第２のエッチング条件では、コンタクトホールの側壁はほぼ垂直テーパーに加工されるが、第１のエッチングのテーパー形状が残るため、最終的にはコンタクトのボトムのみテーパー形状となる。本実施例のように、層間絶縁膜に水素を含んだシリコン窒化膜を用いた場合でも、層間絶縁膜の層構造と、２ステップのエッチング条件とその切り替えのタイミングを適正に設定することによって、アンダーカット形状による信号線カバレッジ不良や、エッチング残り、多結晶シリコンの消失によって生じるコンタクトホール加工不良を無くすことができた。
【００４７】
次に、コンタクトホール内の多結晶シリコン上やレジスト上に堆積したフロロカーボンを除去するためにＯ２ガスでエッチング（Ｏ２アッシング）した。コンタクトホールのエッチングの後、レジスト用剥離液にて処理しパターニング用のレジストを除去した。その後、信号線をスパッタにて成膜し、パターニングした。信号線には、Ａｌ，Ｍｏ，Ｔｉ等の金属を用いた。ボトムのＴｉやＭｏの膜厚は５０〜１００ｎｍとして、Ａｌの膜厚４００〜６００ｎｍとした。特に、ボトムにＴｉを用いた場合には、ＴｉとＡｌは熱アニ−ルすると反応しやすく、少しでもＴｉのカバレッジが悪いと、Ａｌが多結晶シリコン側に拡散して、コンタクト不良を起こしやすい。本実施例のように良好なコンタクト加工を行えば、このような不良も発生しない。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明を適用した薄膜トランジスタの構成例を示す要部概略断面図である。
【図２】薄膜トランジスタの製造プロセスを工程順に示す要部概略断面図であり、（ａ）は層間絶縁膜形成及びレジスト形成工程、（ｂ）はコンタクトホールの第１のエッチング工程、（ｃ）はコンタクトホールの第２のエッチング工程、（ｄ）は信号電極形成工程を示す。
【図３】従来の薄膜トランジスタの構成例を示す要部概略断面図である。
【図４】コンタクトホールのエッチング残りの様子を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  ガラス基板、２  アンダーコート層、３  多結晶半導体層、３ａ  ソース領域、３ｂ  ドレイン領域、３ｃ，３ｄ  ＬＤＤ領域、４  ゲート絶縁膜、５  ゲート電極、６  層間絶縁膜、６ａ  シリコン酸化膜、６ｂ  シリコン窒化膜、７  コンタクトホール、８  信号電極、１１  レジストパターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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