(57)【要約】【課題】寸法制御性を向上させ、生産性の低下を抑制することができる半導体基板の製造方法を提供すること。【解決手段】本発明に係る半導体基板の製造方法は、第１の半導体膜及び前記第１の半導体膜上に形成される第２の半導体膜を含む積層膜を有する半導体基板の製造方法であって、積層膜上にレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、フッ素原子を含むガス及び塩素原子を含むガスを含む混合ガスを用いたドライエッチングにより、レジストパターンを介して第１の半導体膜の端部をテーパ形状にエッチングするエッチング工程とを有し、エッチング工程では、第１の半導体膜の端部のテーパ形状の表面は、庇状のレジストパターンに覆われてエッチングされ、第２の半導体膜の縦方向のエッチングレートが、第１の半導体膜の縦方向のエッチングレートより大きい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の半導体膜及び前記第１の半導体膜上に形成される第２の半導体膜を含む積層膜を有する半導体基板の製造方法であって、
前記積層膜上にレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、
フッ素原子を含むガス及び塩素原子を含むガスを含む混合ガスを用いたドライエッチングにより、前記レジストパターンを介して前記第１の半導体膜の端部をテーパ形状にエッチングするエッチング工程とを有し、
前記エッチング工程では、前記第１の半導体膜の端部のテーパ形状の表面は、庇状の前記レジストパターンに覆われてエッチングされ、前記第２の半導体膜の縦方向のエッチングレートが、前記第１の半導体膜の縦方向のエッチングレートより大きい半導体基板の製造方法。
【請求項２】
前記混合ガスには、さらに酸素ガスが添加されていることを特徴とする請求項１記載の半導体基板の製造方法。
【請求項３】
前記酸素ガスは、前記混合ガスに対して２０％以下の割合で添加されていることを特徴とする請求項２記載の半導体基板の製造方法。
【請求項４】
前記フッ素原子を含むガスは、前記塩素原子を含むガスの２／３倍以上含まれていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の半導体基板の製造方法。
【請求項５】
前記エッチング工程は、前記第１の半導体膜が除去され、当該第１の半導体膜の下層に形成されている下地膜が露出するまでのエッチングである第１の段階と、前記下地膜が露出した後のオーバーエッチングである第２の段階とを有し、
前記第１の段階では、前記第１の半導体膜の縦方向のエッチングレートと、前記第２の半導体膜の横方向のエッチングレートが等しく、かつ、前記第１の半導体膜の横方向のエッチングレートが前記第２の半導体膜の横方向のエッチングレートより小さく、
前記第２の段階における前記第１の半導体膜の横方向のエッチグレートが、前記第１の段階における前記第１の半導体膜の横方向のエッチングレートから増加し、かつ、前記第２の段階における前記第２の半導体膜の横方向のエッチングレートが、前記第１の段階における前記第２の半導体膜の横方向のエッチングレートから増加することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の半導体基板の製造方法。
【請求項６】
前記第１の段階と前記第２の段階とを比較して、前記第１の半導体膜のエッチングレートが増加した割合を示す増加率が、前記第２の半導体膜のエッチングレートが増加した割合を示す増加率よりも大きいことを特徴とする請求項５記載の半導体基板の製造方法。
【請求項７】
前記混合ガスを用いたドライエッチングにおいて、前記レジストパターンのエッチングレートが前記第１の半導体膜の縦方向のエッチングレートより小さいことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の半導体基板の製造方法。
【請求項８】
前記ドライエッチングを行うドライエッチング装置のプロセス圧力は２０Ｐａより大きいことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の半導体基板の製造方法。
【請求項９】
前記ドライエッチング終了の際、前記テーパ形状に形成された前記第１の半導体膜の外形と、前記レジストパターンの外形とが一致していることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１０】
基板上に第１の金属膜を含むパターンを形成する工程と、
前記第１の金属膜上に第１の絶縁膜、第１の半導体膜、及び第２の半導体膜を順に形成する工程と、
前記第２の半導体膜上に第１のレジストパターンを形成する工程と、
フッ素原子を含むガス及び塩素原子を含むガスを含む混合ガスを用いたドライエッチングにより、前記第１のレジストパターンを介して、前記第１の半導体膜の端部をテーパ形状にエッチングする工程と、
前記第１のレジストパターンを除去し、前記第２の半導体膜上に第２の金属膜を形成する工程と、
前記第２の金属膜上に第２のレジストパターンを形成し、前記第２のレジストパターンを介して、前記第２の金属膜及び前記第２の半導体膜をパターニングする工程とを有し、
前記第１の半導体膜の端部のテーパ形状の表面は、庇状の前記第１のレジストパターンに覆われてエッチングされ、前記第２の半導体膜の縦方向のエッチングレートが、前記第１の半導体膜の縦方向のエッチングレートより大きい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、電気光学表示装置に用いられる半導体基板の製造方法及び薄膜トランジスタの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気光学素子として液晶や有機ＥＬ（Electro Luminescence）等を用いた電気光学表示装置には、アクティブマトリクス型のＴＦＴアレイ基板が広く用いられている。アクティブマトリクス型のＴＦＴアレイ基板は、基板上に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）等のスイッチング素子がアレイ状に設けられていて、当該スイッチング素子を用いて各表示画素に独立して映像信号を印加するものである。
【０００３】
このような電気光学表示装置の製造では、基板上に薄膜を順次形成してパターニングをすることを繰り返す手法が用いられている。この場合、例えばソース配線を形成するに際し、当該ソース配線の歩留まり及び信頼性を向上させるために、ソース配線下層の膜のパターン端部における段差の良好なステップカバレッジが重要となる。この理由を図９（ａ）及び（ｂ）を用いて説明する。図９（ａ）に、基板上に形成されるシリコン層の端部が８０度程度のテーパ角度を有するテーパ形状の場合のＴＦＴの断面図を示す。また、図９（ｂ）に、（ａ）に示すＴＦＴのソース電極が断線している様子を示す。
【０００４】
図９（ａ）に示すＴＦＴは、基板９１上にゲート電極９２が形成されている。その上に、ゲート絶縁膜９３が形成されている。そして、ゲート絶縁膜９３上にシリコン膜９４及びオーミックコンタクト膜９５が順に形成されている。シリコン膜９４及びオーミックコンタクト膜９５は島状に形成されている。オーミックコンタクト膜９５上にソース電極９６ａ及びドレイン電極９６ｂが形成されている。その上に、パッシベーション膜９７が形成されている。このパッシベーション膜９７にドレイン電極９６ｂに到達するコンタクトホール９８が形成されている。そして、パッシベーション膜９７上に画素電極９９が形成されている。画素電極９９はコンタクトホール９８を介してドレイン電極９６ｂと接続される。このＴＦＴにおいて、シリコン膜９４の端部が８０度程度のテーパ形状を有する場合、当該シリコン膜９４端部の段差部において、シリコン膜９４上に形成されるソース電極９６ａ及びドレイン電極９６ｂのステップカバレッジが不良となることがある。これは、ソース電極９６ａ及びドレイン電極９６ｂ上にフォトレジストを形成しソース電極９６ａ及びドレイン電極９６ｂをパターニングする際、シリコン膜９４端部の段差部においてフォトレジストの密着性が低下し、エッチング液が染み込むためである。これにより、図９（ｂ）に示すように、例えばドレイン電極９６ｂの断線１００が生じる。
【０００５】
そこで、従来、膜の様々な平坦化方法により段差部におけるステップカバレッジの不良を抑制している。しかしながら、前述の膜の平坦化方法を液晶等の電気光学表示装置に適用することは、製造コスト等を考慮すると困難である。このため、電気光学表示装置を製造する際、各膜のパターニングにおいて、膜の端部の形状を、例えば略４５度以下の順テーパ形状に加工する手法がしばしば用いられている。例えば、特許文献１には、ゲート線にテーパを形成するプラズマエッチング方法が記載されている。
【０００６】
ここで、薄膜トランジスタ液晶表示装置では、一般的にソース電極及びドレイン電極の下層にゲート電極が形成される逆スタガ構造（ボトムゲート構造）が用いられている。この逆スタガ構造では、シリコン膜上に形成される配線の断線が大きな問題となる。例えば、ゲート配線の端部の段差部及び島状に形成されたシリコン膜（以下、シリコンアイランド部という。）の端部の段差部におけるソース配線の断線が問題となる。特に、シリコンアイランド部では、ゲート配線と異なり、当該シリコンアイランド部上に絶縁膜等が形成されず、シリコンアイランド部上に直接金属膜が乗り上げて形成される。このため、シリコンアイランド部の端部の形状をテーパ化することはソース配線の歩留まり向上において特に重要である。
【０００７】
このような問題を解決するために、シリコン膜の端部をテーパ形状にする薄膜トランジスタの製造方法が特許文献２に記載されている。特許文献２に記載の薄膜トランジスタの製造方法は、エッチングガス中に酸素ガスを導入し、レジストのエッチングレートを増加させる。そして、レジストを後退させながらシリコン膜をエッチングすることにより、シリコン膜のテーパ加工を行っている。
【０００８】
しかしながら、特許文献２に記載の薄膜トランジスタの製造方法では、例えば、基板へのダメージが少ないプラズマエッチング（Plasma Etching：ＰＥ）モードの装置を用いる場合、酸素ガスを導入してもレジストのエッチングレートを十分に上げることは困難である。また、レジストのエッチングレートを向上させるために、酸素ガスの比率を上げる場合、被エッチング膜であるシリコン膜表面が酸化し、エッチングが停止する場合がある。このため、特許文献２に記載の薄膜トランジスタの製造方法を用いてシリコン膜をテーパ形状に加工するためには、基板側にバイアス電圧が印加されるＲＩＥ(Reactive Ion Etching)モードの装置を用いることが考えられる。この場合、シリコン膜のテーパ部は、直接プラズマからのイオンの衝撃に曝される。このため、シリコン膜に不純物が打ち込まれ、トランジスタのリーク特性が悪化等する。また、ＲＩＥモードの装置はＰＥモードの装置と比較して、異方性が高いため、シリコン膜の下層に形成される下地絶縁膜との選択性を確保することが困難である。さらに、シリコン膜上に形成されるレジストのテーパ角度がばらつく場合、最終的に形成されるシリコン膜のテーパ角度もばらつく。また、オーバーエッチングの際の寸法変動が激しく、十分な寸法制御性が得られない。
【０００９】
そこで、特許文献３には、等方的なエッチングモードを用いて、レジストの下部から横方向にエッチングを進行させる液晶表示装置の製造方法が記載されている。特許文献３に記載の液晶表示装置の製造方法では、エッチングを段階的に切替えながら縦方向のエッチングレートと横方向のエッチングレートを制御し、テーパ加工を行う。エッチングの際、エッチングされる膜のテーパ部はレジストにより覆われているため、当該膜がドライエッチングを用いてエッチングする際のプラズマからのダメージを軽減することができる。また、等法性エッチングモードを用いるため、下地の絶縁膜との選択比の確保が容易となる。そして、テーパ角度がレジストのパターン形状に依存しない。
【特許文献１】特許平６−１７７０８３号公報
【特許文献２】特開平６−１９６４５１号公報
【特許文献３】特開平９−３３９４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献３に記載の液晶表示装置の製造方法では、エッチングの後半において、縦方向のエッチングレートと比較して横方向のエッチングレートを大きくするようにエッチング速度の調整を行う。すなわち、縦方向と横方向のエッチングレートを切替えるために、ウェットエッチングを用いる場合は薬液層の切替え、ドライエッチングを用いる場合はエッチングチャンバの切替えを行う。この場合、薬液層の切替え、及びエッチングチャンバの切替えにより液晶表示装置の生産性が大きく低下するという問題点がある。また、ドライエッチングを用いる場合、同一チャンバ内でガスの切替えを行うことが提案されている。この場合も、エッチングチャンバの切替えほどではないが、処理時間の延長により生産性が低下する。また、エッチングの後半において、縦方向のエッチングレートと比較して横方向のエッチングレートを大きくするよう調節するため、寸法制御性が必ずしも有利ではない。
【００１１】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、寸法制御性を向上させ、生産性の低下を抑制することができる半導体基板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】
【００１２】
上述した課題を解決するために、本発明に係る半導体基板の製造方法は、第１の半導体膜及び前記第１の半導体膜上に形成される第２の半導体膜を含む積層膜を有する半導体基板の製造方法であって、前記積層膜上にレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、フッ素原子を含むガス及び塩素原子を含むガスを含む混合ガスを用いたドライエッチングにより、前記レジストパターンを介して前記第１の半導体膜の端部をテーパ形状にエッチングするエッチング工程とを有し、前記エッチング工程では、前記第１の半導体膜の端部のテーパ形状の表面は、庇状の前記レジストパターンに覆われてエッチングされ、前記第２の半導体膜の縦方向のエッチングレートが、前記第１の半導体膜の縦方向のエッチングレートより大きいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る半導体基板の製造方法によれば、寸法制御性を向上させ、生産性の低下を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
実施の形態１．
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。本実施の形態は、本発明を、例えば、電気光学表示装置に用いられる薄膜トランジスタの製造方法に適用することができる。本発明の実施の形態にかかる薄膜トランジスタは、ＴＦＴアレイ基板１を構成する。図１に、ＴＦＴアレイ基板１の構成を示す平面模式図を示す。
【００１５】
図１に示すように、ＴＦＴアレイ基板１は、表示領域２と、表示領域２を囲んで設けられた額縁領域３とを有する。この表示領域２には、複数のゲート電極配線４及び複数のソース配線５が形成されている。複数のゲート電極配線４はそれぞれ平行に設けられている。同様に、複数のソース配線５はそれぞれ平行に設けられている。また、ゲート電極配線４とソース配線５とは直交している。ゲート電極配線４とソース配線５とに囲まれた領域が画素６となる。すなわち、ＴＦＴアレイ基板１上では、画素６がマトリクス状に配列される。
【００１６】
さらに、ＴＦＴアレイ基板１の額縁領域３には、ゲート信号駆動回路７とソース信号駆動回路８とが設けられている。ゲート電極配線４及びソース配線５は、それぞれ表示領域２から額縁領域３まで延設されている。ゲート電極配線４は、ＴＦＴアレイ基板１の端部でゲート信号駆動回路７と接続される。ゲート信号駆動回路７の近傍には、図示せぬ外部配線が形成されていて、ゲート信号駆動回路７と接続されている。ソース配線５は、ＴＦＴアレイ基板１の端部で、ソース信号駆動回路８と接続される。また、ソース信号駆動回路８の近傍には、図示せぬ外部配線が形成されていて、ソース信号駆動回路８と接続される。
【００１７】
画素６内には、少なくとも１つのＴＦＴ９と保持容量部１０が形成されている。ＴＦＴ９はゲート電極配線４とソース配線５が交差する位置の近傍に形成されている。また、ＴＦＴ９には保持容量部１０が直列に接続されている。
【００１８】
このように構成されたＴＦＴアレイ基板１について、更に詳細に説明する。図２に本実施の形態にかかるＴＦＴアレイ基板１を構成するＴＦＴ９の断面図を示す。図２に示すように、ガラス基板等の絶縁性基板１１上にゲート電極１２ｂが形成されている。そして、ゲート電極１２ｂが形成された絶縁性基板１１上にゲート絶縁膜１３が形成されている。ゲート絶縁膜１３上に半導体膜１４及びオーミックコンタクト膜１５が順に形成されている。そして、オーミックコンタクト膜１５上にソース電極１６ａ及びドレイン電極１６ｂが形成されている。ソース電極１６ａ及びドレイン電極１６ｂ上にパッシベーション膜１７が形成されている。パッシベーション膜１７にはコンタクトホール１８が形成されていて、当該コンタクトホール１８に画素電極１９が形成されている。
【００１９】
次に、図３（ａ）乃至（ｅ）及び図４（ａ）乃至（ｃ）を用いて図２に示すＴＦＴの製造方法を説明する。まず。図３（ａ）に示すように、ガラス基板等の絶縁性基板１１上に第１の金属膜１２ａを形成する。第１の金属膜１２ａとしては、電気的比抵抗値の低い、例えば、Ａｌ、Ｍｏ、及びＣｒ、又はこれらを主成分とする合金を用いることが好ましい。本実施の形態では、第１の金属膜１２ａを、公知のＡｒガスを用いたスパッタリング法を用いて形成する。例えば、Ｃｒ合金膜を膜厚略２００ｎｍに形成する。その後、図３（ｂ）に示すように、１回目の写真製版工程及びエッチング工程により、ゲート電極１２ｂを形成する。写真製版工程では、第１の金属膜１２ａ上にフォトレジストパターンを形成し、公知のエッチング液を用いたウェットエッチングにより、第１の金属膜１２ａをテーパ形状に加工する。公知のエッチング液は、例えば、硝酸及び硝酸セリウムのうち少なくとも１種を含む。そして、フォトレジストパターンを除去することにより、ゲート電極１２ｂを形成する。このゲート電極１２ｂは、図１に示すゲート電極配線４と接続される。
【００２０】
そして、図３（ｃ）に示すように、ゲート電極１２ｂが形成された絶縁性基板１１上にゲート絶縁膜１３、第１の半導体膜として半導体膜１４、及び第２の半導体膜としてオーミックコンタクト膜１５を順次形成する。ゲート絶縁膜１３は、半導体膜１４の下層に形成される下地膜となる。本実施の形態では、化学的気相成膜（ＣＶＤ）法を用いて、ゲート絶縁膜１３、半導体膜１４、及びオーミックコンタクト膜１５を、同一装置内で連続して形成する。ゲート絶縁膜１３は、例えば窒化シリコン膜（以下、ＳｉＮ膜という。）を膜厚略４００ｎｍに形成する。半導体膜１４は、例えばアモルファスシリコン膜（以下、ａ−Ｓｉ膜という。）を膜厚略１８０ｎｍに形成する。オーミックコンタクト膜１５は、例えばリンを不純物として注入したｎ＋型のａ−Ｓｉ膜を膜厚略２０ｎｍに形成する。そして、図３（ｄ）に示すように、２回目の写真製版工程及びエッチング工程により、半導体膜１４及びオーミックコンタクト膜１５を島状に形成する（以下、シリコンアイランド部という。）。写真製版工程では、オーミックコンタクト膜１５上にフォトレジストパターンを形成する。この後、エッチング工程において、ドライエッチングを用いて半導体膜１４及びオーミックコンタクト膜１５を加工する。すなわち、半導体膜１４の端部をテーパ形状にし、シリコンアイランド部を形成する。このドライエッチングの詳細は後述する。
【００２１】
次に、図３（ｅ）に示すように、シリコンアイランド部上に第２の金属膜１６を形成する。本実施の形態では、第２の金属膜１６を、公知のＡｒガスを用いたスパッタリング法を用いて形成する。例えば、Ａｌ合金膜を膜厚略３００ｎｍに形成する。そして、図４（ａ）に示すように、３回目の写真製版工程及びエッチング工程により、ソース電極１６ａ及びドレイン電極１６ｂを形成する。写真製版工程では、第２の金属膜１６上にフォトレジストパターンを形成する。その後、エッチング工程において、公知のエッチング液を用いたウェットエッチングにより、第２の金属膜１６を加工する。これにより、ソース電極１６ａ及びドレイン電極１６ｂを形成する。ここで、公知のエッチング液は、例えば、リン酸、硝酸、及び酢酸のうち少なくとも１種を含む。
【００２２】
その後、図４（ｂ）に示すように、公知のＳＦ６及びＨＣｌの混合ガスを用いたドライエッチングにより、半導体膜１４のチャネル部のオーミックコンタクト膜１５を加工する。このエッチングをバックチャネルエッチという。そして、フォトレジストパターンを除去する。次に、図４（ｃ）に示すように、ソース電極１６ａ及びドレイン電極１６ｂ上にパッシベーション膜１７を形成する。そして、４回目の写真製版工程及びエッチング工程により、パッシベーション膜１７にコンタクトホール１８を形成する。写真製版工程では、パッシベーション膜１７上にフォトレジストパターンを形成する。その後、エッチング工程において、パッシベーション膜１７を加工し、コンタクトホール１８を形成する。そして、コンタクトホール１８に透明導電膜を形成し、５回目の写真製版工程及びエッチング工程により画素電極１９を形成する。写真製版工程では、透明導電膜上にフォトレジストパターンを形成する。その後、エッチング工程において、透明導電膜を加工し画素電極１９を形成する。以上により、ＴＦＴが完成する。
【００２３】
ここで、半導体膜１４及びオーミックコンタクト膜１５のドライエッチングについて図５乃至図７を参照して詳細に説明する。まず、図５に示す、半導体膜１４及びオーミックコンタクト膜１５のドライエッチングに用いるドライエッチング装置５０について説明する。
【００２４】
図５に示すように、ドライエッチング装置５０は、アノード５１及びカソード５２となる２枚の電極が対向して配置されている。アノード５１は絶縁性基板１１を載置するステージとなっている。従って、１対の電極間に絶縁性基板１１が配置される。本実施の形態では、絶縁性基板１１がアノード５１上に載置されるＰＥモードのドライエッチング装置５０を用いる。ＰＥモードのドライエッチング装置５０を用いることにより、オーミックコンタクト膜１５上に形成されるフォトレジストパターンのエッチングレートを引き下げると供に、等方的なエッチングを行うことができる。そして、カソード５２側に取り付けられたシャワープレート５３からエッチングガスがエッチングチャンバ５４内に導入され、高周波電源５５により、電力が印加される。これにより、アノード５１とカソード５２との間の空間にプラズマが発生する。そして、発生したプラズマ中のラジカル及びイオンがアノード５１上の絶縁性基板１１に衝突し、当該絶縁性基板１１上に形成された膜がエッチングされる。本実施の形態では、エッチングガスとして、フッ素原子を含むガス及び塩素原子を含むガスを含んだ混合ガスを用いる。そして、フッ素原子を含むガスが、塩素原子を含むガスの約２／３倍以上含まれているものを用いる。すなわち、フッ素原子を含むガスは、フッ素原子を含むガス及び塩素原子を含むガスの合計に対して約４０％（ｍｏｌ％）以上含まれているものを用いる。本実施の形態では、例えば、ＳＦ６及びＨＣｌを含む混合ガスを用いる。また、混合ガスに酸素ガス（Ｏ２）を添加することが好ましく、Ｏ２を添加する場合、Ｏ２の添加量は混合ガスの合計に対して約２０％以下とする。ここで、酸素ガスはエッチングガスの希釈ガスとして用いられる。酸素ガスはプラズマの均一性を向上させることができる。また、電気的負性ガスである酸素ガスを希釈ガスに用いることにより、等方的なエッチングを実現することができる。すなわち、酸素ガスは、プラズマ中の電子を吸着してプラズマ電位を引き下げ、基板への入射粒子の角度分布をよりブロードにする。これにより、後述するように、従来用いられている、例えばＨｅ等の希ガスと比較してより等方的なエッチングを行うことができる。以上に示した条件の下、本実施の形態では、例えば、ＳＦ６を３．３８×１０−１Ｐａ・ｍ３／ｓ（２００ｓｃｃｍ）、ＨＣｌを３．３８×１０−１Ｐａ・ｍ３／ｓ（２００ｓｃｃｍ）、及びＯ２を０．８４５×１０−１Ｐａ・ｍ３／ｓ（５０ｓｃｃｍ）含む混合ガスを用いる。また、エッチング装置のプロセス圧力（処理圧力）は、２０Ｐａより大きいことが好ましく、本実施の形態では、例えば３５Ｐａとする。そして、印加電力は、例えば、０．４Ｗ／ｃｍ２とし、電極間隔は３５ｍｍとする。
【００２５】
次に、図６及び図７を用いて、半導体膜１４及びオーミックコンタクト膜１５のドライエッチングの様子を詳細に説明する。図６（ａ）にエッチングを開始する前の初期状態の様子を示す。図６（ｂ）に、半導体膜１４を途中までエッチングした様子を示す。図６（ｃ）に、半導体膜１４がジャストエッチングされた様子を示す。図６（ｄ）に、オーバーエッチングされた様子を示す。そして、図６（ｅ）に、オーバーエッチングが完了した際の様子を示す。後述するが、図６（ｃ）において、半導体膜１４がジャストエッチングされることにより、半導体膜１４の下層に形成されているゲート絶縁膜１３が露出する。このゲート絶縁膜１３が露出するまでのエッチングをドライエッチングの第１の段階とし、ゲート絶縁膜１３が露出した後のオーバーエッチングをドライエッチングの第２の段階とする。さらに、図７に、ゲート絶縁膜１３であるＳｉＮ膜が露出する前後のオーミックコンタクト膜１５及び半導体膜１４の横方向のエッチングレートを示す。すなわち、ドライエッチングにおける第１の段階及び第２の段階のオーミックコンタクト膜１５の横方向のエッチングレート、並びに、第１の段階及び第２の段階の半導体膜１４の横方向のエッチングレートをそれぞれ示す。また、参考として、ガラス基板が露出した場合のオーミックコンタクト膜１５及び半導体膜１４の横方向のエッチングレートも示す。さらに、半導体膜１４及びレジストの縦方向のエッチングレートも示す。図７に示すｎ層はオーミックコンタクト膜１５を示し、ｉ層は半導体膜１４を示すこととする。オーミックコンタクト膜１５のエッチングレートは半導体膜１４のエッチングレートより大きい。
【００２６】
まず、ドライエッチング開始前では、図６（ａ）に示すように、ゲート絶縁膜１３上に、半導体膜１４及びオーミックコンタクト膜１５が形成されている。また、オーミックコンタクト膜１５上にフォトレジスト２０がパターニングされている。フォトレジスト２０はテーパ状に形成されている。次に、ドライエッチングが開始されると、図６（ｂ）に示すように、半導体膜１４が縦方向にエッチングされると供に、オーミックコンタクト膜１５は横方向にエッチングされる。これは、半導体膜１４をエッチングする際に、プラズマ中のフッ素ラジカルが大部分消費され、供給律速の状態であるためである。このため、半導体膜１４は横方向にはほとんどエッチングされず、よりエッチングされやすいオーミックコンタクト膜１５のみが、選択的に横方向にエッチングされる。すなわち、本実施の形態では、エッチングガスにＳＦ６及びＨＣｌが含まれており、当該ＨＣｌから供給されるＨが、過剰なフッ素ラジカルをＨＦとして消費し、半導体膜１４の横方向のエッチングを抑制する。また、ＨＣｌから供給されるＣｌにより異方性形状が得られやすくなるため、半導体膜１４の過剰な横方向へのエッチングが抑制される。そして、半導体膜１４と比較してエッチングされやすいオーミックコンタクト膜１５のみが、選択的に横方向にエッチングされる。これにより、オーミックコンタクト膜１５に楔部２１が形成される。楔部２１では、オーミックコンタクト膜１５の側端面が、半導体膜１４及びフォトレジスト２０の側端面よりも内側に形成されている。ここでは、ゲート絶縁膜１３は露出していない。
【００２７】
図７に示すように、ゲート絶縁膜１３が露出する前の第１の段階において、オーミックコンタクト膜１５の横方向のエッチングレートは約１６０ｎｍ／ｍｉｎであり、半導体膜１４の横方向のエッチングレートは約１０ｎｍ／ｍｉｎである。このことから、オーミックコンタクト膜１５の横方向のエッチングレートが半導体膜１４のエッチングレートと比較して１桁以上大きい。すなわち、オーミックコンタクト膜１５のエッチングレートは半導体膜１４のエッチングレートの１０倍以上である。また、上述したように、本実施の形態では、ＰＥモードのエッチング装置５０を用いる。ＰＥモードのエッチング装置５０は等方的なエッチングを行うことができる。すなわち、フッ素ラジカルが供給律速状態でない場合、エッチングされる膜の縦方向と横方向とのエッチングレートが略等しい。このことから、オーミックコンタクト膜１５の縦方向のエッチングレートは半導体膜１４の縦方向のエッチングレートと比較して大きい。また、フッ素ラジカルが供給律速状態の場合、半導体膜１４の横方向のエッチングレートは約１０ｎｍと小さい。しかしながら、図７に示すように当該半導体膜１４の縦方向のエッチングレートは約１８５〜１８６ｎｍ／ｍｉｎであり、横方向のエッチングレートと比較して大きいため、半導体膜１４は異方性エッチングされる。
【００２８】
この結果、図６（ｃ）に示すように、半導体膜１４がジャストエッチングされ、ゲート絶縁膜１３であるＳｉＮ膜が露出する。このとき、オーミックコンタクト膜１５にサイドエッチが形成された状態であり、当該オーミックコンタクト膜１５は逆テーパ形状に形成されている。このとき、オーミックコンタクト膜１５の側端面は、フォトレジスト２０の側端面よりも内側に形成されている。また、フォトレジスト２０の側端面と半導体膜１４の側端面は上面視で略同じ位置である。この場合、図７に示すように、半導体膜１４の縦方向のエッチングレートは約１８５〜１８６ｎｍ／ｍｉｎであり、半導体膜１４がジャストエッチングされた時点におけるオーミックコンタクト膜１５の楔部２１の深さａは半導体膜１４の膜厚にほぼ等しく約１７０ｎｍとなる。ここで、楔部２１の深さａは、半導体膜１４の側端面からオーミックコンタクト膜１５の側端面までの距離をいう。そして、さらにエッチングが進みオーバーエッチングを行う第２の段階に入る。
【００２９】
図６（ｄ）に示すように、半導体膜１４の横方向へのエッチングが始まる。これは、第２の段階において、ゲート絶縁膜１３が露出しており、半導体膜１４の縦方向のエッチングにフッ素ラジカルが消費されず、余剰なフッ素ラジカルが生じるためである。また、ゲート絶縁膜１３の縦方向のエッチングレートが、半導体膜１４の縦方向のエッチングレートと比較して約１／１０以下であり、余剰のフッ素ラジカルが生じる。これにより、半導体膜１４の横方向へのエッチングが始まる。ここで、ゲート絶縁膜１３が露出した後の第２の段階におけるオーミックコンタクト膜１５の横方向のエッチングレートは、図７に示すように、約１９０ｎｍ／ｍｉｎであり、半導体膜１４の横方向のエッチングレートは約９０ｎｍ／ｍｉｎである。このことから、半導体膜１４の横方向のエッチングレートが、ゲート絶縁膜１３が露出する前と比較して１桁向上する。すなわち、半導体膜１４の第１の段階におけるエッチングレートは、第２の段階におけるエッチングレートの１０倍程度である。また、オーミックコンタクト膜１５に形成された楔部２１からも半導体膜１４のエッチングが進行し、当該半導体膜１４は肩部からエッチングされる。ここでは、後述するフォトレジスト２０の庇部分の直下でも半導体膜１４がエッチングされる。本実施の形態では、エッチングガスにＳＦ６を含み、当該ＳＦ６から供給される硫黄は、希釈ガスである酸素によって酸化された半導体膜１４の表面を還元する。これにより、半導体膜１４のエッチングレートの低下を抑制することができる。また、本実施の形態では、プラズマエッチングモードのドライエッチング装置を用いているため、フォトレジスト２０のエッチングレートが低く抑えられる。そして、フッ素原子を含むガス及び塩素原子を含むガスを含む混合ガスを用いることにより、半導体膜１４が肩部からエッチングされる際、当該半導体膜１４のテーパ部がフォトレジスト２０により庇状に覆われてエッチングされる。このとき、フォトレジスト２０のパターンがオーミックコンタクト膜１５より大きく、当該フォトレジスト２０のパターンが上面視でオーミックコンタクト膜１５より外側にはみ出している。このはみ出した部分が庇部分である。そして、庇部分の直下の半導体膜１４が、肩部からエッチングされる。すなわち、半導体膜１４のテーパ部がフォトレジスト２０に庇状に覆われてエッチングされる。これにより、プラズマによる半導体膜１４へのダメージを低減することができ、リーク電流の増加を抑制することができる。
【００３０】
次に、図６（ｅ）に示すように、オーバーエッチングが完了すると、半導体膜１４がテーパ形状に形成され、ドライエッチングが終了する。このとき、テーパ形状に形成された半導体膜１４の外形と、フォトレジストパターンの外形とが、一致している。すなわち、上面視において、フォトレジスト２０の下方側端部と半導体膜１４の下方側端部とが一致している。ここで、第１の段階から第２の段階を比較して、半導体膜１４のエッチングレートが増加した割合を示す増加率（上昇率）が、オーミックコンタクト膜１５のエッチングレートが増加した割合を示す増加率（上昇率）よりも大きい。すなわち、第１の段階と第２の段階とを比較して、オーミックコンタクト膜１５のエッチングレートの増加率は、半導体膜１４のエッチングレートの増加率と比較して小さい。例えば、半導体膜１４の増加率は１５００％（＝（（１６０−１０）／１０）×１００）であり、オーミックコンタクト膜１５の増加率は約１０８％（＝（（１９５．３−９３．８）／９３．８）×１００）である。これは、オーミックコンタクト膜１５の表面が楔部２１の奥に位置しているため、フッ素ラジカルが到達しにくいことに起因する。このことは、半導体膜１４及びオーミックコンタクト膜１５のドライエッチングにおけるテーパ角度及び寸法の制御性に大きく寄与している。
【００３１】
本実施の形態にかかる薄膜トランジスタ装置の製造方法における半導体膜１４及びオーミックコンタクト膜１５のドライエッチングにおいて、フッ素原子を含むガス及び塩素原子を含むガスを含む混合ガスを用いる。例えば、フッ素原子を含むガスは、塩素原子を含むガスに対して約２／３倍以上含むものとする。これにより、図７に示すように、半導体膜１４の横方向のエッチングレートは、ジャストエッチングを境にして、自動的に切り替わる。すなわち、ゲート絶縁膜１３が露出するまでのエッチングである第１の段階において、半導体膜１４の縦方向のエッチングレートと、オーミックコンタクト膜１５の横方向のエッチングレートとがほぼ等しい。また、第１の段階における半導体膜１４の横方向のエッチングレートが、オーミックコンタクト膜１５の横方向のエッチングレートと比較して十分小さい。そして、ゲート絶縁膜１３が露出した後のオーバーエッチングである第２の段階における半導体膜１４の横方向のエッチングレートが、第１の段階における半導体膜１４の横方向のエッチングレートより大きい。さらに、第２の段階におけるオーミックコンタクト膜１５の横方向のエッチングレートが、第１の段階におけるオーミックコンタクト膜１５の横方向のエッチングレートより大きい。ここで、半導体膜１４の横方向のエッチングレートの増加率は、オーミックコンタクト膜１５の横方向のエッチングレートの増加率よりも大きい。このように、エッチングチャンバ又はエッチングガスを切替えずに、ジャストエッチング前後のエッチャント量の増減を利用することにより、半導体膜１４の横方向のエッチングレートが制御される。以上から、エッチング中におけるエッチングチャンバ又はガス等の切替えを行わなくてもよく、薄膜トランジスタ装置の生産性の低下を抑制することができる。
【００３２】
ここで、従来のＰＥモードのエッチング装置を用いて半導体層及びオーミックコンタクト膜をエッチングした際のそれぞれの膜の横方向のエッチングレートを図８に示す。図８に示すエッチングは、ＳＦ６を１．６９×１０−１Ｐａ・ｍ３／ｓ（１００ｓｃｃｍ）、ＨＣｌを８．４５×１０−１Ｐａ・ｍ３／ｓ（５００ｓｃｃｍ）、及びＨｅを３．３８×１０−１Ｐａ・ｍ３／ｓ（２００ｓｃｃｍ）を含むエッチングガスを用いたものである。プロセス圧力は３０Ｐａ、印加電力は０．４Ｗ／ｃｍ２、電極間隔は３５ｍｍである。この場合、図８に示すように、半導体膜及びオーミックコンタクト膜はそれぞれ横方向のエッチングレートが低く、レジストのエッチングレートも低い。このため、半導体膜のテーパ化が困難である。そこで、本実施の形態にかかる半導体膜１４及びオーミックコンタクト膜１５の積層膜を有する半導体基板の製造方法を用いる。すなわち、第１の半導体膜である半導体膜１４及び第２の半導体膜であるオーミックコンタクト膜１５の積層膜のエッチングの際に、フッ素原子を含むガス及び塩素原子を含むガスを含む混合ガスを用いる。これにより、半導体膜１４の横方向のエッチングレートは、ジャストエッチングを境にして、自動的に切り替わり、半導体膜１４もテーパ化する。また、エッチング中において、エッチングチャンバ等の切替えを行わなくてもよく、薄膜トランジスタの生産性の低下を抑制することができる。
【００３３】
さらに、エッチングガスの希釈ガスとして酸素ガスを用いてもよい。酸素ガスを含めることにより、プラズマの均一性を向上させるのみではなく、例えば、希釈ガスとしてＨｅ等の希ガスを用いる場合と比較してより等方的なエッチングを行うことができる。そして、第２の段階では、オーミックコンタクト膜１５の楔部２１からも半導体膜１４がエッチングされ、当該半導体膜１４の肩部を削ることができる。これにより、半導体膜１４の端部をテーパ形状とすることができ、半導体膜１４の段差部上に形成される金属配線等の断線不良を抑制することができる。さらに、本実施の形態における半導体膜１４のドライエッチングにおいて、ＰＥモードのエッチング装置５０を用いることにより、フォトレジスト２０のエッチングレートが低く抑えられていて、半導体膜１４及びオーミックコンタクト膜１５のエッチングの際に、フォトレジスト２０のパターンが当該半導体膜１４及びオーミックコンタクト膜１５上に庇状に形成される。すなわち、被エッチング材の側壁である半導体膜１４のテーパ面は庇状のフォトレジスト２０のパターンにより覆われている。これにより、分子量の大きい反応生成物が半導体膜１４に付着しにくい。また、イオンによる衝撃も受けないため、半導体膜１４のテーパ面表面は非常に平滑で良好な状態で形成することができる。以上から、プラズマによる半導体膜１４へのダメージを低減することができる。さらに、ジャストエッチングまでの半導体膜１４の横方向への過剰なエッチングも抑制される。これにより、良好な半導体膜１４の寸法制御性を得ることができる。また、半導体膜１４のテーパ角はフォトレジスト２０の形状に依存せずに、テーパ角を安定させることができる。本実施の形態にかかる薄膜トランジスタ装置の半導体膜１４のテーパ角度は約３０°±１°と安定していた。そして、本実施の形態では、オーミックコンタクト膜１５は、半導体膜１４に先立ち横方向にエッチングされる。このため、オーミックコンタクト膜１５のテーパ角度は半導体膜１４のテーパ角度と比較して大きくなるが、当該オーミックコンタクト膜１５の膜厚は半導体膜１４の膜厚と比較して薄く、約２０ｎｍである。このため、オーミックコンタクト膜１５上に形成される金属膜のカバレッジ性に対する問題は生じない。さらに、エッチング前のフォトレジスト２０のパターン寸法から、エッチング完了後の半導体膜１４のパターン寸法を減じた値であるＣＤロスは約０．１５μｍと安定していた。すなわち、フォトレジスト２０の側端面と半導体膜１４の側端面は上面視で略同じ位置である。そして、ゲート絶縁膜１３の削れ量は約５０ｎｍ±１５％であった。
【００３４】
なお、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施の形態１にかかるＴＦＴアレイ基板の構成を示す平面模式図である。
【図２】実施の形態１にかかるＴＦＴを示す断面図である。
【図３】実施の形態１にかかるＴＦＴの製造方法を示す製造工程断面図である。
【図４】実施の形態１にかかるＴＦＴの製造方法を示す製造工程断面図である。
【図５】実施の形態１にかかるＴＦＴのドライエッチングを行うドライエッチング装置を示す断面図である。
【図６】図５に示すドライエッチング装置を用いたドライエッチングの様子を示す断面図である。
【図７】ゲート絶縁膜であるＳｉＮ膜が露出する前後のオーミックコンタクト膜及び半導体膜の横方向のエッチングレートを示す図である。
【図８】従来のＰＥモードのエッチング装置を用いてエッチングを行った場合のオーミックコンタクト膜及び半導体膜のエッチングレートを示す図である。
【図９】（ａ）従来のＴＦＴを示す断面図である。    （ｂ）従来のＴＦＴを示す断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  ＴＦＴアレイ基板、２  表示領域、３  額縁領域、４  ゲート電極配線、５  ソース配線、６  画素、７  ゲート信号駆動回路、８  ソース信号駆動回路、９  ＴＦＴ、１０  保持容量部、１１  絶縁性基板、１２ａ  第１の金属膜、１２ｂ、９２  ゲート電極、１３、９３  ゲート絶縁膜、１４  半導体膜、１５、９５  オーミックコンタクト膜、１６  第２の金属膜、１６ａ、９６ａ  ソース電極、１６ｂ、９６ｂ  ドレイン電極、１７、９７  パッシベーション膜、１８、９８  コンタクトホール、１９、９９  画素電極、２０  フォトレジスト、２１  楔部、５１  アノード、５２  カソード、５３  シャワープレート、５４  エッチングチャンバ、５５  高周波電源、９１  基板、９４  シリコン膜、１００  断線
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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