JP4397899B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、表面にバリア型の陽極酸化膜を有する金属配線電極と、その上に酸化珪素等の層間絶縁膜を有する積層体に対し、陽極酸化膜と層間絶縁膜をエッチングして開孔を形成する方法に関する。 The present invention provides a metal wiring electrode having a barrier type anodic oxide film on its surface and a laminated body having an interlayer insulating film such as silicon oxide formed thereon by etching the anodic oxide film and the interlayer insulating film to form holes. It relates to a method of forming.
本発明は、陽極酸化を施した電極を有する薄膜トランジスタのコンタクトホールの作製方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a contact hole of a thin film transistor having an anodized electrode.
近年、薄膜トランジスタは、液晶ディスプレイやイメージセンサーの動作素子として重要な役割を果たしている。特に、電子移動度の高い結晶系薄膜トランジスタはこれまでシリコン半導体のＬＳＩが行ってきたドライバー回路をガラス、セラミックなどの絶縁性基板上に直接形成することが出来る。配線回路の自由度も上がり、幅１〜５ｍｍ以下でシフトレジスター等のドライバー回路を形成出来る。その結果パネル周辺部のデッドスペースをほとんどなくせると言った特徴を有している。 In recent years, thin film transistors have played an important role as operating elements of liquid crystal displays and image sensors. In particular, a crystalline thin film transistor having a high electron mobility can directly form a driver circuit, which has been performed by a silicon semiconductor LSI, on an insulating substrate such as glass or ceramic. The degree of freedom of the wiring circuit is increased, and a driver circuit such as a shift register can be formed with a width of 1 to 5 mm or less. As a result, there is a feature that the dead space around the panel can be almost eliminated.
従来より、タンタルやアルミニウムが半導体回路等において微細な配線電極として使われている。特にアルミニウムは比較的安価な材料であり，体積抵抗が低いため大面積基板でも低抵抗かつ微細パターンを形成できる。しかし、これらの金属材料は、加熱プロセスでは安定でなく、金属が粒状に異常成長するヒロックや髭状に成長するホィスカー等が生じ、これらの材料を加熱プロセスを有する半導体回路等の微細な電極構成に使用することは難しかった。 Conventionally, tantalum and aluminum have been used as fine wiring electrodes in semiconductor circuits and the like. In particular, aluminum is a relatively inexpensive material and has a low volume resistance, so that it is possible to form a fine pattern with a low resistance even on a large area substrate. However, these metal materials are not stable in the heating process, and hillocks and whiskers that grow abnormally in the form of grains are generated, and these materials are used to form fine electrodes such as semiconductor circuits having a heating process. It was difficult to use.
加熱プロセスにおいて金属を安定化させるために、原子半径が比較的大きな、チタン、スカンジウム、シリコン、パラジウム、タンタル、イットリウム等がドーパント金属として０．１〜５％程度添加し、配線金属の安定化を計ることがおこなわれていた。しかしながら、少しでも高温プロセスを目指したい結晶系シリコンの分野では３５０℃迄の耐熱性が要求される。それを満足するためにはドーパント金属の効果だけでは難しかった。 In order to stabilize the metal in the heating process, titanium, scandium, silicon, palladium, tantalum, yttrium, etc. having a relatively large atomic radius are added as dopant metals in an amount of 0.1 to 5% to stabilize the wiring metal. It was being measured. However, heat resistance up to 350 ° C. is required in the field of crystalline silicon that aims at a high-temperature process. In order to satisfy it, it was difficult only by the effect of the dopant metal.
その他の対策として、これらの金属表面を酸化し、安定な絶縁膜で被覆すると、金属の加熱プロセスに対する耐久性が向上することが知られている。酸化物は金属化合物に比べて融点が高く安定であるために、金属の異常成長を防ぐことができた。また、この安定な絶縁膜で被覆された金属を多層配線に用いると、その表面の絶縁性が充分に取れるため、配線間のショート防止に有効であった。 As another countermeasure, it is known that when these metal surfaces are oxidized and covered with a stable insulating film, durability against the heating process of the metal is improved. Since the oxide has a higher melting point than the metal compound and is stable, the abnormal growth of the metal could be prevented. In addition, when the metal covered with the stable insulating film is used for the multilayer wiring, the insulation of the surface can be sufficiently obtained, which is effective in preventing a short circuit between the wirings.
金属表面の酸化方法としては陽極酸化法が、簡便で有力な手法である。化成溶液（陽極酸化を行なうための電解液）としては３〜１０％の酒石酸アンモニウムやほう酸アンモニウム水溶液またはそれらをエチレングリコール中に３〜３０％程添加した溶液が利用される。化成溶液の中に基板を入れ、基板上の金属配線を電源の陽極（プラス）側に接続する。陰極（マイナス）側には白金やステンレス等の安定した材料が用いられる。この状態で陽極・陰極間に定電流が流すと、供給された電荷によりアルミニウム等の配線材料が酸化する。形成される酸化物は絶縁性が高いため、酸化が進むと配線材料の電気抵抗が次第に高くなり、電極間の電圧は徐々に増加し、電圧は１００〜２００Ｖに達する。その時の陽極酸化膜の膜厚は約１４００〜２８００Åとなり、配線金属は緻密な安定した酸化膜で被覆される。このようにして形成された緻密な安定した陽極酸化膜をバリア型陽極酸化膜という。 An anodic oxidation method is a simple and effective method for oxidizing the metal surface. As the chemical conversion solution (electrolytic solution for anodizing), 3 to 10% ammonium tartrate or ammonium borate aqueous solution or a solution obtained by adding 3 to 30% of them in ethylene glycol is used. The substrate is placed in the chemical solution, and the metal wiring on the substrate is connected to the anode (plus) side of the power source. A stable material such as platinum or stainless steel is used on the cathode (minus) side. When a constant current flows between the anode and the cathode in this state, the wiring material such as aluminum is oxidized by the supplied charge. Since the formed oxide has high insulation, the electrical resistance of the wiring material gradually increases as the oxidation proceeds, the voltage between the electrodes gradually increases, and the voltage reaches 100 to 200V. The thickness of the anodic oxide film at that time is about 1400 to 2800 mm, and the wiring metal is covered with a dense and stable oxide film. The dense and stable anodic oxide film thus formed is called a barrier type anodic oxide film.
一方、近年は図１に示されるような構造の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が提案されている。図１に薄膜トランジスタの構造を示す。すなわち、電極とくにゲイト電極に、表面にバリア型の陽極酸化膜が形成されたアルミニウム、タンタル等の金属電極を用いた薄膜トランジスタである。 On the other hand, in recent years, a thin film transistor (TFT) having a structure as shown in FIG. 1 has been proposed. FIG. 1 shows a structure of a thin film transistor. That is, a thin film transistor using a metal electrode such as aluminum or tantalum having a barrier type anodic oxide film formed on the surface of the electrode, particularly a gate electrode.
図１の薄膜トランジスタ（プレーナー型）の構成を説明する。
半導体からなる活性層（ソース部４０３、チャネル部４０４、ドレイン部４０５）を設け、その上にゲイト絶縁膜４０６を設け、その上に、緻密なバリア型の陽極酸化膜４０８を有したゲイト電極４０７が形成されている。図１に示す薄膜トランジスタにはバリア型陽極酸化膜４０８だけでなく、その側面部にポーラス型（多孔質型）の陽極酸化膜４０９が形成されている。
The structure of the thin film transistor (planar type) in FIG. 1 will be described.
An active layer (source portion 403, channel portion 404, drain portion 405) made of a semiconductor is provided, a
４０８や４０９のような薄膜トランジスタのゲイト電極における陽極酸化膜は配線の熱安定性を増加させるだけでなく、ゲイト側面の酸化物の厚さを利用してオフセット領域４１３、４１４を形成する事ができる。その上に層間絶縁膜４１０が形成されている。層間絶縁膜４１０には酸化珪素または窒化珪素の膜が利用される。
The anodic oxide film in the gate electrode of the thin film transistor such as 408 and 409 not only increases the thermal stability of the wiring, but also can form the offset regions 413 and 414 by utilizing the thickness of the oxide on the side surface of the gate. . An interlayer
このような、表面に陽極酸化膜を有する金属を電極に用いた構成の薄膜トランジスタにおいて問題となるのは、ソース部活性層（ソース領域）４０３と接続電極４１１、ドレイン部活性層（ドレイン領域）４０５と接続電極４１２、及びゲイト電極４０７と接続電極４１５を、それぞれ接続するためのコンタクトホールの形成である。
In such a thin film transistor in which a metal having an anodic oxide film on the surface is used as an electrode, the problem is that the source part active layer (source region) 403, the connection electrode 411, and the drain part active layer (drain region) 405 And contact electrodes 412, and contact holes for connecting the
このとき、ソース部、ドレイン部では層間絶縁膜４１０とゲイト絶縁膜４０６（ゲイト絶縁膜がソース部、ドレイン部に無い構成のときは層間絶縁膜４１０のみ）に対してエッチングをし、また、ゲイト電極部では層間絶縁膜４１０と陽極酸化膜４０８に対してエッチングを行なって、接続用のコンタクトホールが設けることになる。
At this time, in the source and drain portions, the
このような場合、従来の工程では、水で１／１０〜１／１００に希釈したフッ化水素酸（ＨＦ）がエッチャントとして用いられていた。このエッチャントは酸化珪素または窒化珪素からなる層間絶縁膜やゲイト絶縁膜のエッチングに用いられる。さらに、アルミニウムよりなるゲイト電極の場合、その陽極酸化膜（バリア型陽極酸化アルミニウム）に対してもエッチングが行なわれる。 In such a case, in the conventional process, hydrofluoric acid (HF) diluted to 1/10 to 1/100 with water was used as an etchant. This etchant is used for etching an interlayer insulating film or a gate insulating film made of silicon oxide or silicon nitride. Further, in the case of a gate electrode made of aluminum, the anodic oxide film (barrier type anodic aluminum oxide) is also etched.
フッ化水素酸をエッチャントとして用いた場合、フッ化水素酸は層間絶縁膜やゲイト絶縁膜を構成する酸化珪素に対するエッチング速度が、陽極酸化アルミニウムに対するエッチング速度と余り差が無く、エッチング選択比が低い。そのため、ソース部およびドレイン部に対するコンタクトホールの形成と、ゲイト部のコンタクトホールの形成を、レジストにより共に開孔を設けて同工程でエッチングを行なおうとすると、ソース／ドレイン部とゲイト部のどちらかにおいて、オーバエッチングやエッチング不足といった事態が発生しやすかった。 When hydrofluoric acid is used as an etchant, hydrofluoric acid has an etching rate for silicon oxide constituting the interlayer insulating film and the gate insulating film that is not much different from that for anodized aluminum and has a low etching selectivity. . Therefore, when the contact hole is formed in the source part and the drain part and the contact hole in the gate part is formed with a resist and etching is performed in the same process, either the source / drain part or the gate part is formed. However, over-etching and insufficient etching were likely to occur.
したがって、従来は２段階のエッチングが行なわれていた。図８に従来のエッチング工程を示す。まず図８（Ａ）に示すように、ゲイト部をレジスト３０３で覆いソース部３０１及びドレイン部３０２のみをレジストで開孔して層間絶縁膜４１０及びゲイト絶縁膜４０６までのエッチングを行いシリコン活性層４０５を露出させる。次に図８（Ｂ）に示すように、ゲイト部３０４のみをレジストで開孔し、層間絶縁膜４１０と陽極酸化アルミニウム４０８のエッチングを行なうといった２段階エッチングが行なわれていた。
Therefore, conventionally, two-stage etching has been performed. FIG. 8 shows a conventional etching process. First, as shown in FIG. 8A, the gate portion is covered with a resist 303, and only the
この方法では、開孔部のエッチングを行なうのに２枚のマスク工程が必要とされた。さらにフッ化水素酸の陽極酸化アルミニウムのエッチング速度は、陽極酸化アルミニウム４０８がエッチング除去された後の、アルミニウム４０７のエッチング速度に比して遅いため、十分な選択比がとれない。すなわち、陽極酸化アルミニウムのエッチングが終了した時点でエッチング速度が加速されてしまうため、アルミニウム４０７をオーバエッチングしてしまう結果を招きやすい。
In this method, two mask processes are required to etch the opening. Further, the etching rate of hydrofluoric acid anodized aluminum is slower than the etching rate of
アルミニウムのエッチャントとして通常用いられている燐酸、酢酸、硝酸を含んだアルミ混酸でもほぼ同様で陽極酸化アルミニウム／アルミニウムに対して選択比を取るのは難しかった。 The aluminum mixed acid containing phosphoric acid, acetic acid and nitric acid, which is usually used as an etchant for aluminum, is almost the same, and it is difficult to obtain a selective ratio with respect to anodized aluminum / aluminum.
本発明は、酸化珪素膜または窒化珪素膜下の、表面に陽極酸化アルミニウム膜を有しているアルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする電極に対して、酸化珪素膜または窒化珪素膜と酸化アルミニウム膜をエッチング除去して行なわれるコンタクトホールの形成を、容易かつ確実に実施できる方法を提供する。 According to the present invention, a silicon oxide film or a silicon nitride film and an aluminum oxide film are formed on an aluminum or aluminum-based electrode having an anodized aluminum film on the surface under a silicon oxide film or a silicon nitride film. Provided is a method by which contact holes can be easily and reliably formed by etching away.
また本発明は、酸化珪素膜または窒化珪素膜下であって、陽極酸化アルミニウム膜を表面に有するアルミニウム電極へのコンタクトホールの形成と、酸化珪素膜下または酸化珪素膜と窒化珪素膜下の半導体へのコンタクトホールの形成を、一度のレジスト形成工程（マスク行程）にて行なえる方法を提供する。 In addition, the present invention provides a contact hole to an aluminum electrode having an anodized aluminum film on the surface under a silicon oxide film or a silicon nitride film, and a semiconductor under the silicon oxide film or between the silicon oxide film and the silicon nitride film. A method is provided in which contact holes can be formed in a single resist formation process (mask process).
上記課題を解決するために、本明細書で開示する発明の一つは、
表面に陽極酸化アルミニウムを有するアルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする金属と、
該アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする金属を覆っている酸化珪素膜とを有する積層体に対し、
酢酸とフッ化アンモニウム（ＮＨ4 Ｆ）とフッ化水素酸（ＨＦ）とを含んだ酢酸入り緩衝フッ酸溶液（ＡＢＨＦ）でエッチングする工程と、
該工程の後、無水クロム酸と燐酸を含んだクロム燐酸溶液でエッチングする工程とにより、
前記酸化珪素膜と前記陽極酸化アルミニウムとをエッチングし、前記アルミニウムの少なくとも一部を露呈することを特徴とするコンタクトホールの作製方法である。
In order to solve the above problems, one of the inventions disclosed in this specification is:
Aluminum with anodized aluminum on the surface or a metal based on aluminum;
For a laminate having a silicon oxide film covering the aluminum or a metal mainly composed of aluminum,
Etching with a buffered hydrofluoric acid solution (ABHF) containing acetic acid, ammonium fluoride (NH 4 F) and hydrofluoric acid (HF);
Etching with chromic phosphoric acid solution containing chromic anhydride and phosphoric acid after the step,
The contact hole manufacturing method is characterized in that the silicon oxide film and the anodized aluminum are etched to expose at least part of the aluminum.
他の発明の一つは、
陽極酸化アルミニウムで被覆されたアルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする金属よりなるゲイト電極を有するゲイト部と、
半導体よりなるソース部またはドレイン部と、
前記ゲイト部、ソース部、ドレイン部を覆って設けられた酸化珪素膜とを少なくとも有する薄膜トランジスタにおいて、
前記酸化珪素膜に対し、前記ソース部、ドレイン部およびゲイト部の上部に開孔領域を有してレジストを形成する工程と、
前記開孔領域内を、フッ化アンモニウム（ＮＨ4 Ｆ）とフッ化水素酸（ＨＦ）とを含んだ酢酸入り緩衝フッ酸溶液（ＡＢＨＦ）に浸す工程と
該工程の後、前記開孔領域内を、無水クロム酸と燐酸を含んだクロム燐酸溶液に浸す工程とにより、
前記開孔領域内の酸化珪素膜および陽極酸化アルミニウム膜を除去すること
を特徴とするコンタクトホールの作製方法である。
One of the other inventions is
A gate portion having a gate electrode made of aluminum coated with anodized aluminum or a metal mainly composed of aluminum;
A source part or a drain part made of a semiconductor;
In a thin film transistor having at least a silicon oxide film provided to cover the gate portion, the source portion, and the drain portion,
Forming a resist having an opening region above the source part, the drain part and the gate part with respect to the silicon oxide film;
A step of immersing the pore region in a buffered hydrofluoric acid solution (ABHF) containing ammonium fluoride (NH 4 F) and hydrofluoric acid (HF); and after the step, in the pore region Is immersed in a chromic phosphoric acid solution containing chromic anhydride and phosphoric acid,
The contact hole manufacturing method is characterized in that the silicon oxide film and the anodized aluminum film in the hole region are removed.
また、他の発明の一つは、
陽極酸化アルミニウムで被覆されたアルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする金属よりなるゲイト電極を有するゲイト部と、
半導体よりなるソース部またはドレイン部と、
前記ゲイト部、ソース部、ドレイン部を覆って設けられた酸化珪素膜とを少なくとも有する薄膜トランジスタにおいて、
前記酸化珪素膜に対し、フッ化アンモニウム（ＮＨ4 Ｆ）とフッ化水素酸（ＨＦ）とを含んだ酢酸入り緩衝フッ酸溶液（ＡＢＨＦ）により、開孔を形成する工程と、
無水クロム酸と燐酸を含んだクロム燐酸溶液により、前記開孔より小さい口径を有する開孔を、前記陽極酸化アルミニムウム膜に設けること、
を特徴とするコンタクトホールの作製方法である。
One of the other inventions is
A gate portion having a gate electrode made of aluminum coated with anodized aluminum or a metal mainly composed of aluminum;
A source part or a drain part made of a semiconductor;
In a thin film transistor having at least a silicon oxide film provided to cover the gate portion, the source portion, and the drain portion,
Forming a hole in the silicon oxide film with a buffered hydrofluoric acid solution (ABHF) containing acetic acid containing ammonium fluoride (NH 4 F) and hydrofluoric acid (HF);
Providing an opening having a smaller diameter than the opening in the anodic aluminum oxide film with a chromium phosphoric acid solution containing chromic anhydride and phosphoric acid;
This is a method for manufacturing a contact hole.
また他の発明は、上記した構成において、酸化珪素膜は、酸化珪素膜と窒化珪素膜との積層膜であることを特徴とするコンタクトホールの作製方法である。 Another invention is a method for manufacturing a contact hole, characterized in that, in the above structure, the silicon oxide film is a laminated film of a silicon oxide film and a silicon nitride film.
また、他の発明の一つは、
表面に陽極酸化アルミニウムを有するアルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする金属と、
該アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする金属を覆っている酸化珪素膜または窒化珪素膜または酸化珪素膜と窒化珪素膜との積層膜と、
を有する積層体に対し、
ドライエッチングする工程と、
該工程の後、無水クロム酸と燐酸を含んだクロム燐酸溶液でエッチングする工程とにより、
前記酸化珪素膜または窒化珪素膜または酸化珪素膜と窒化珪素膜との積層膜と前記陽極酸化アルミニウムとをエッチングして、前記アルミニウムの少なくとも一部を露呈させ、
該工程の後、前記積層体上に、前記露呈したアルミニウムと電気的に接続するアルミニウム配線を設けること
を特徴とするコンタクトホールの作製方法である。
One of the other inventions is
Aluminum with anodized aluminum on the surface or a metal based on aluminum;
A silicon oxide film or a silicon nitride film or a laminated film of a silicon oxide film and a silicon nitride film covering the aluminum or a metal containing aluminum as a main component;
For a laminate having
A process of dry etching;
Etching with chromic phosphoric acid solution containing chromic anhydride and phosphoric acid after the step,
Etching the silicon oxide film or the silicon nitride film or the laminated film of the silicon oxide film and the silicon nitride film and the anodized aluminum to expose at least a part of the aluminum,
After the step, the contact hole manufacturing method is characterized in that an aluminum wiring electrically connected to the exposed aluminum is provided on the laminated body.
また、他の発明の一つは、
表面に陽極酸化アルミニウムを有するアルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする金属と、
該アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする金属を覆っている酸化珪素膜または窒化珪素膜または酸化珪素膜と窒化珪素膜との積層膜と、
を有する積層体に対し、
ドライエッチングする工程と、
該工程の後、イオンミリングすることにより、
前記酸化珪素膜または窒化珪素膜または酸化珪素膜と窒化珪素膜との積層膜と前記陽極酸化アルミニウムとをエッチングして、前記アルミニウムの少なくとも一部を露呈させ、
該工程の後、前記積層体上に、前記露呈したアルミニウムと電気的に接続するアルミニウム配線を設けること
を特徴とするコンタクトホールの作製方法である。
One of the other inventions is
Aluminum with anodized aluminum on the surface or a metal based on aluminum;
A silicon oxide film or a silicon nitride film or a laminated film of a silicon oxide film and a silicon nitride film covering the aluminum or a metal containing aluminum as a main component;
For a laminate having
A process of dry etching;
After the step, by ion milling,
Etching the silicon oxide film or the silicon nitride film or the laminated film of the silicon oxide film and the silicon nitride film and the anodized aluminum to expose at least a part of the aluminum,
After the step, the contact hole manufacturing method is characterized in that an aluminum wiring electrically connected to the exposed aluminum is provided on the laminated body.
また、他の発明の一つは、
表面に陽極酸化アルミニウムを有するアルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする金属と、
該アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする金属を覆っている酸化珪素膜または窒化珪素膜または酸化珪素膜と窒化珪素膜との積層膜と、
を有する積層体に対し、
酢酸とフッ化アンモニウム（ＮＨ4 Ｆ）とフッ化水素酸（ＨＦ）とを含んだ酢酸入り緩衝フッ酸溶液（ＡＢＨＦ）でエッチングする工程と、
該工程の後、イオンミリングすることにより、
前記酸化珪素膜または窒化珪素膜または酸化珪素膜と窒化珪素膜との積層膜と前記陽極酸化アルミニウムとをエッチングして、前記アルミニウムの少なくとも一部を露呈させ、
該工程の後、前記積層体上に、前記露呈したアルミニウムと電気的に接続するアルミニウム配線を設けること
を特徴とするコンタクトホールの作製方法である。
One of the other inventions is
Aluminum with anodized aluminum on the surface or a metal based on aluminum;
A silicon oxide film or a silicon nitride film or a laminated film of a silicon oxide film and a silicon nitride film covering the aluminum or a metal containing aluminum as a main component;
For a laminate having
Etching with a buffered hydrofluoric acid solution (ABHF) containing acetic acid, ammonium fluoride (NH 4 F) and hydrofluoric acid (HF);
After the step, by ion milling,
Etching the silicon oxide film or the silicon nitride film or the laminated film of the silicon oxide film and the silicon nitride film and the anodized aluminum to expose at least a part of the aluminum,
After the step, the contact hole manufacturing method is characterized in that an aluminum wiring electrically connected to the exposed aluminum is provided on the laminated body.
また、他の発明の一つは、
表面に陽極酸化アルミニウムを有するアルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする金属と、
該アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする金属を覆っている窒化珪素膜または酸化珪素膜と窒化珪素膜との積層膜とを有する積層体に対し、
酢酸とフッ化アンモニウム（ＮＨ4 Ｆ）とフッ化水素酸（ＨＦ）とを含んだ酢酸入り緩衝フッ酸溶液（ＡＢＨＦ）でエッチングする工程と、
該工程の後、無水クロム酸と燐酸を含んだクロム燐酸溶液でエッチングする工程とにより、
前記窒化珪素膜と前記陽極酸化アルミニウムとをエッチングし、前記アルミニウムの少なくとも一部を露呈することを特徴とするコンタクトホールの作製方法。
One of the other inventions is
Aluminum with anodized aluminum on the surface or a metal based on aluminum;
For a laminated body having a silicon nitride film or a laminated film of a silicon nitride film and a silicon nitride film covering the aluminum or a metal containing aluminum as a main component,
Etching with a buffered hydrofluoric acid solution (ABHF) containing acetic acid, ammonium fluoride (NH 4 F) and hydrofluoric acid (HF);
Etching with chromic phosphoric acid solution containing chromic anhydride and phosphoric acid after the step,
Etching the silicon nitride film and the anodized aluminum to expose at least a part of the aluminum.
また、他の発明の一つは、
陽極酸化アルミニウムで被覆されたアルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする金属よりなるゲイト電極と、
前記ゲイト電極を覆って設けられたゲイト絶縁膜とを少なくとも有する薄膜トランジスタにおいて、
前記ゲイト絶縁膜に対し、フッ化アンモニウム（ＮＨ4 Ｆ）とフッ化水素酸（ＨＦ）とを含んだ酢酸入り緩衝フッ酸溶液（ＡＢＨＦ）により、開孔を形成する工程と、
無水クロム酸と燐酸を含んだクロム燐酸溶液により、前記開孔より小さい口径を有する開孔を、前記陽極酸化アルミニウム膜に設けること
を特徴とするコンタクトホールの作製方法。
One of the other inventions is
A gate electrode made of aluminum coated with anodized aluminum or a metal mainly composed of aluminum;
In a thin film transistor having at least a gate insulating film provided to cover the gate electrode,
Forming a hole in the gate insulating film with a buffered hydrofluoric acid solution (ABHF) containing acetic acid containing ammonium fluoride (NH 4 F) and hydrofluoric acid (HF);
A method for producing a contact hole, wherein an opening having a smaller diameter than the opening is formed in the anodized aluminum film by a chromium phosphoric acid solution containing chromic anhydride and phosphoric acid.
また、他の発明は、上記構成において、ゲイト絶縁膜は、酸化珪素膜であることを特徴とするコンタクトホールの作製方法である。 According to another aspect of the present invention, in the above structure, the gate insulating film is a silicon oxide film.
また、他の発明は、上記構成において、ゲイト絶縁膜は、窒化珪素膜であること特徴とするコンタクトホールの作製方法である。 According to another aspect of the present invention, in the above structure, the gate insulating film is a silicon nitride film.
また、他の発明は、上記構成において、ゲイト絶縁膜は、酸化珪素膜と窒化珪素膜との積層膜であることを特徴とするコンタクトホールの作製方法である。 According to another invention, in the above structure, the gate insulating film is a stacked film of a silicon oxide film and a silicon nitride film.
また、上記構成において、酢酸入り緩衝フッ酸溶液（ＡＢＨＦ）は、酢酸（９８％）と４０％フッ化アンモニウム（ＮＨ4 Ｆ）と５０％フッ化水素酸（ＨＦ）を ０：１：１〜１００：１００：１好ましくは０：１０：１〜６０：６０：１（体積比）で混合したものである事を特徴とするものである。 In the above structure, the buffered hydrofluoric acid solution (ABHF) contains acetic acid (98%), 40% ammonium fluoride (NH 4 F), and 50% hydrofluoric acid (HF). 100: 100: 1, preferably 0: 10: 1 to 60: 60: 1 (volume ratio).
また、他の発明は、断面がテーパー形状であるアルミニウムゲイト電極と、前記ゲイト電極上のゲイト絶縁膜と、前記ゲイト絶縁膜上のチャネル形成領域を構成するＩ型のアモルファスシリコン膜と、前記Ｉ型のアモルファスシリコン膜上の保護膜と、前記Ｉ型のアモルファスシリコン膜及び保護膜上のｎ型のアモルファスシリコン膜からなるソース領域及びドレイン領域と、前記ソース領域に電気的に接続されたアルミニウムソース電極と、前記ドレイン領域に電気的に接続されたアルミニウムドレイン電極と、前記ゲイト絶縁膜上の画素電極と、前記ゲイト電極に電気的に接続されたアルミニウムゲイト配線と、を有し、前記ドレイン領域と前記画素電極とはアルミニウムを介して電気的に接続されている半導体装置である。 According to another aspect of the invention, an aluminum gate electrode having a tapered cross section, a gate insulating film on the gate electrode, an I-type amorphous silicon film constituting a channel formation region on the gate insulating film, and the I A protective film on the amorphous silicon film of the type, a source region and a drain region made of the n-type amorphous silicon film on the I-type amorphous silicon film and the protective film, and an aluminum source electrically connected to the source region An electrode, an aluminum drain electrode electrically connected to the drain region, a pixel electrode on the gate insulating film, and an aluminum gate wiring electrically connected to the gate electrode, and the drain region The pixel electrode is a semiconductor device electrically connected via aluminum.
また、上記構成において、前記ゲイト絶縁膜は前記ゲイト電極の陽極酸化膜と窒化珪素膜の積層膜である。 In the above structure, the gate insulating film is a laminated film of an anodic oxide film and a silicon nitride film of the gate electrode.
また、他の発明は、アルミニウム膜を形成し、前記アルミニウム膜をエッチングして断面がテーパー形状であるアルミニウムゲイト電極を形成し、前記ゲイト電極上にゲイト絶縁膜を形成し、前記ゲイト絶縁膜上にＩ型のアモルファスシリコン膜を形成し、前記Ｉ型のアモルファスシリコン膜上に保護膜を形成し、前記Ｉ型のアモルファスシリコン膜及び保護膜上にｎ型のアモルファスシリコン膜を形成し、前記Ｉ型のアモルファスシリコン膜をエッチングするとともに前記ｎ型のアモルファスシリコン膜をエッチングしてソース領域及びドレイン領域を形成し、前記ゲイト絶縁膜上に画素電極を形成し、前記ゲイト絶縁膜に対してエッチングをして前記ゲイト電極へのコンタクトホールを形成し、アルミニウム膜を形成し、前記アルミニウム膜をエッチングして、前記ソース領域と電気的に接続するソース電極、前記ドレイン領域及び前記画素電極と電気的に接続するドレイン電極、前記ゲイト電極と電気的に接続するゲイト配線電極を形成することを特徴とする。 In another aspect of the invention, an aluminum film is formed, the aluminum film is etched to form an aluminum gate electrode having a tapered cross section, a gate insulating film is formed on the gate electrode, and the gate insulating film is formed on the gate insulating film. An I-type amorphous silicon film is formed on the I-type amorphous silicon film, a protective film is formed on the I-type amorphous silicon film, and an n-type amorphous silicon film is formed on the I-type amorphous silicon film and the protective film. Etching the n-type amorphous silicon film and etching the n-type amorphous silicon film to form a source region and a drain region, forming a pixel electrode on the gate insulating film, and etching the gate insulating film; Forming a contact hole to the gate electrode, forming an aluminum film, The film is etched to form a source electrode electrically connected to the source region, a drain electrode electrically connected to the drain region and the pixel electrode, and a gate wiring electrode electrically connected to the gate electrode. It is characterized by.
また、上記構成において、前記ゲイト絶縁膜は、前記アルミニウムを陽極酸化した陽極酸化膜及び前記陽極酸化膜上に形成した窒化珪素膜の積層膜からなり、前記ゲイト絶縁膜に対してエッチングをして前記ゲイト電極へのコンタクトホールを形成するに際し、前記窒化珪素膜を酢酸、フッ化アンモニウム及びフッ化水素酸を含んだ溶液によってエッチングする、又は前記窒化珪素膜をＣＨＦ３を用いてドライエッチングし、前記陽極酸化膜をリン酸及び無水クロム酸を含んだ溶液でエッチングして前記ゲイト電極へのコンタクトホールを形成することを特徴とする。 In the above structure, the gate insulating film includes a laminated film of an anodized film obtained by anodizing the aluminum and a silicon nitride film formed on the anodized film, and the gate insulating film is etched. In forming the contact hole to the gate electrode, the silicon nitride film is etched with a solution containing acetic acid, ammonium fluoride and hydrofluoric acid, or the silicon nitride film is dry-etched using CHF 3 , The anodic oxide film is etched with a solution containing phosphoric acid and chromic anhydride to form a contact hole to the gate electrode.
本発明により、酸化珪素膜または窒化珪素膜下の、陽極酸化アルミニウム膜を表面に有するアルミニウムに対する、酸化珪素膜、窒化珪素膜および陽極酸化アルミニウム膜をエッチング除去して形成されるコンタクトホールを、極めて容易に制御性良く形成することが可能となった。 According to the present invention, a contact hole formed by etching and removing a silicon oxide film, a silicon nitride film and an anodized aluminum film with respect to aluminum having an anodized aluminum film on the surface under a silicon oxide film or a silicon nitride film It was possible to easily form with good controllability.
また、本発明により、薄膜トランジスタにおいては、ソース部とドレイン部では層間絶縁膜とゲイト絶縁膜のエッチングを、ゲイト部では層間絶縁膜と陽極酸化アルミニウムのエッチングを、１回のレジスト形成工程で行なってコンタクトホールを形成することができた。また、オーバーエッチ等の心配も極めて少なくなり、容易にコンタクトホールを形成することができるようになった。 Further, according to the present invention, in the thin film transistor, the interlayer insulating film and the gate insulating film are etched in the source portion and the drain portion, and the interlayer insulating film and the anodized aluminum are etched in the gate portion in one resist forming step. A contact hole could be formed. In addition, there is very little concern about overetching, and contact holes can be formed easily.
本発明方法は、液晶電気光学装置や、イメージセンサ、集積回路等、微細な配線を有する回路に対して幅広く応用できる。 The method of the present invention can be widely applied to circuits having fine wiring such as a liquid crystal electro-optical device, an image sensor, and an integrated circuit.
（作用）
本出願人は、フッ化アンモニウム（ＮＨ4 Ｆ）とフッ化水素酸（ＨＦ）とを含んだ酢酸入り緩衝フッ酸溶液（以下ＡＢＨＦと略す）が、酸化珪素膜や窒化珪素膜をエッチングし、かつ陽極酸化アルミニウムに対しては、ある程度エッチングが進行した段階で、エッチングが停止する性質を有していることを見出した。
(Function)
The applicant of the present invention is that a buffered hydrofluoric acid solution (hereinafter abbreviated as ABHF) containing acetic acid containing ammonium fluoride (NH 4 F) and hydrofluoric acid (HF) etches a silicon oxide film or a silicon nitride film, It was also found that the anodized aluminum has a property that the etching stops when the etching proceeds to some extent.
すなわち、ＡＢＨＦによってソース部、ドレイン部、ゲイト部上の酸化珪素膜または窒化珪素膜よりなる層間絶縁膜は、それぞれ同じようにエッチングされる。次にソース部及びドレイン部にゲイト絶縁膜（酸化珪素膜または窒化珪素膜）があれば、ゲイト絶縁膜がＡＢＨＦでエッチング除去され、シリコン活性層が露出した段階でＡＢＨＦのエッチングを終了し、水洗してエッチャントによる反応を停止する。一方ゲイト部では、このエッチング工程の間に酸化珪素膜または窒化珪素膜下の陽極酸化アルミニウムが露出しており、この陽極酸化アルミニウムはＡＢＨＦの作用によりエッチングされる。ただしこのとき、陽極酸化アルミニウムは当初３００〜６００Å程度まではエッチングが進行するがそれ以上の進行は停止する。 That is, the interlayer insulating film made of the silicon oxide film or the silicon nitride film on the source portion, the drain portion, and the gate portion is etched in the same manner by ABHF. Next, if there is a gate insulating film (silicon oxide film or silicon nitride film) in the source part and the drain part, the gate insulating film is etched away by ABHF, and the etching of ABHF is finished when the silicon active layer is exposed and washed with water. Then stop the reaction by the etchant. On the other hand, in the gate portion, anodized aluminum under the silicon oxide film or silicon nitride film is exposed during this etching process, and this anodized aluminum is etched by the action of ABHF. At this time, however, the anodized aluminum is initially etched up to about 300 to 600 mm, but further progress is stopped.
図２に、ＡＢＨＦによる陽極酸化アルミニウム膜のエッチング特性の一例を示す。図２においては、ＡＢＨＦでは３５０Å程度エッチングした後は、それ以上エッチングが進まないことが分かる。 FIG. 2 shows an example of etching characteristics of an anodized aluminum film by ABHF. In FIG. 2, it can be seen that after ABHF is etched by about 350 mm, the etching does not proceed further.
その時の陽極酸化アルミニウムのエッチングされた表面には四角形の結晶が密集した状態が観察できる。このような四角形が観察される時には、必ずといってよいほどエッチングは陽極酸化アルミニウムの途中で停止している。この現象は、陽極酸化アルミニウムがエッチャントと反応し不溶性の新たな化合物が形成されるのか、電解質のカチオンがアルミナ膜に進入する表層の部分が同エッチャントで除去され易く、その奥のカチオンの到達しない純アルミナの部分が同エッチャントに対して安定であるのか、その当たりの原因については余り明らかになっていない。 At this time, a dense state of square crystals can be observed on the etched surface of the anodized aluminum. When such a square is observed, the etching is stopped in the middle of the anodized aluminum. This phenomenon is caused by the fact that anodized aluminum reacts with the etchant to form a new insoluble compound, or the surface layer portion where the electrolyte cations enter the alumina film is easily removed by the etchant, and the cations behind it do not reach. Whether the pure alumina part is stable against the etchant is not clear.
何れにしろ、ＡＢＨＦによっては陽極酸化アルミニウムは途中までしかエッチングされず、したがって陽極酸化アルミニウムより内部にあるアルミニウムまでエッチングが行なわれることはない。 In any case, depending on the ABHF, the anodized aluminum is etched only halfway, and therefore, the aluminum inside the anodized aluminum is not etched.
なお、ＡＢＨＦでエッチング後に水洗浄し、乾燥させ、再度ＡＢＨＦエッチャントに浸漬させるとエッチングは再度進行し、新たに数１００Åのエッチング深さが進行する。これを数回繰り返すとエッチングは徐々に進行してアルミニウムまで達しさらに進行していく。このようなエッチング／水洗を繰り返しの作業を行なわない限り、エッチングがアルミニウムまで達することはない。 In addition, when it etches with ABHF, it wash | cleans with water, it is made to dry and it is made to immerse in an ABHF etchant again, an etching will progress again and the etching depth of several hundreds of inches will advance newly. If this is repeated several times, the etching proceeds gradually until it reaches aluminum and further proceeds. Unless the etching / water washing is repeated, the etching does not reach the aluminum.
このように、ＡＢＨＦを用いて酸化珪素膜または窒化珪素膜をエッチングすることによって、陽極酸化アルミニウムに対するエッチングを自己制御的に停止させることができるため、ゲイト部のオーバエッチングやエッチング不足など問題が無くなり、エッチングを実施する者は、ソース部、ドレイン部のゲイト絶縁膜が除去出来たかどうかに対して注意を払うだけで済み、極めて容易に実施できる。 As described above, by etching the silicon oxide film or silicon nitride film using ABHF, the etching of the anodized aluminum can be stopped in a self-controlling manner, so that problems such as overetching of the gate portion and insufficient etching are eliminated. The person who performs the etching only needs to pay attention to whether or not the gate insulating film in the source part and the drain part has been removed, and can be carried out very easily.
また、陽極酸化アルミニウムのエッチングに関しては、日本工業規格ＪＩＳ
Ｈ ８６８０「アルミニウム及びアルミニウム合金の陽極酸化被膜厚さ試験方法」の被膜質量法の中で、またはＪＩＳ Ｈ ９５００「アルミニウム及びアルミニウム合金の陽極酸化処理作業標準」の酸化膜除去方法の中で詳細が述べられている。１リットル溶液中に燐酸（８５０ｇ／ｌ）３５ｍｌと無水クロム酸２０ｇを添加した溶液の中で６０〜９５℃に加熱した状態でエッチングを行なうと記されている。この溶液を、表面が陽極酸化されたアルミニウムに用いると、表面の陽極酸化アルミニウムの皮膜のみがエッチングされ、素地のアルミニウムの部分はエッチングされない。すなわち、陽極酸化アルミニウム／アルミニウム界面でのエッチング選択比を高くとれる。
Regarding the etching of anodized aluminum, Japanese Industrial Standard JIS
Details in the coating mass method of H 8680 “Anodic oxidation film thickness test method of aluminum and aluminum alloy” or in the oxide film removal method of JIS H 9500 “Anodic oxidation work standard of aluminum and aluminum alloy” It is stated. It is described that the etching is performed in a solution in which 35 ml of phosphoric acid (850 g / l) and 20 g of chromic anhydride are added to a 1 liter solution while being heated to 60 to 95 ° C. When this solution is used for aluminum whose surface is anodized, only the surface of the surface of the anodized aluminum is etched, and the aluminum portion of the substrate is not etched. That is, the etching selectivity at the anodized aluminum / aluminum interface can be increased.
例えば、ＡＢＨＦのエッチングで四角形の結晶が見えたままエッチング停止していた陽極酸化アルミニウム表面は、クロム燐酸溶液で完全に除去され、アルミニウム界面（陽極酸化アルミニウムとアルミニウムとの界面）に達した時点でエッチングは止まる。 For example, the surface of the anodized aluminum that was stopped while the ABHF etching was visible while a square crystal was visible was completely removed with a chromium phosphoric acid solution and reached the aluminum interface (interface between anodized aluminum and aluminum). Etching stops.
また、クロム燐酸をエッチャントとして陽極酸化アルミニウムをエッチングしている最中には、同エッチャントに酸化珪素または窒化珪素のゲイト絶縁膜及びシリコン活性層も接しているが、これらは同エッチャントに対してエッチング速度は小さく、材料的にはほとんど変化はない。 During etching of anodized aluminum using chromium phosphoric acid as an etchant, a gate insulating film of silicon oxide or silicon nitride and a silicon active layer are also in contact with the etchant, and these are etched with respect to the etchant. The speed is small and there is almost no change in material.
したがって、酸化珪素膜または窒化珪素膜下の、陽極酸化アルミニウム膜を表面に有するアルミニウムに接触するコンタクトホールは、ＡＢＨＦで酸化珪素をエッチングし、次にクロム燐酸溶液で陽極酸化アルミニウムのエッチングを行なうという本発明方法により、極めて容易に制御性良く形成することが可能となる。 Therefore, the contact hole in contact with the aluminum having the anodized aluminum film on the surface under the silicon oxide film or the silicon nitride film is etched with ABHF, and then etched with chromic phosphoric acid solution. The method of the present invention makes it possible to form the film very easily and with good controllability.
図３に、クロム燐酸溶液による陽極酸化アルミニウム膜のエッチング特性の一例を示す。所定の時間エッチングしその時に進行する深さを段差計で測定している。アルミニウムを被覆しているの膜厚１５００Åの陽極酸化アルミニウムは時間経過に対して直線的に除去され、アルミニウム界面でエッチング深さの進行は良好に停止している。確認の為にクロムリン酸溶液エッチング後にオージェ分光分析法で深さ分析を行なった。表層約５０Åの範囲には酸素が検出されていて、それより深層には酸化されていない金属アルミニウムのみしか認められない。陽極酸化をしていないアルミニウム表面の自然酸化物の厚さは約５０Åであり、前記エッチング表面の厚さとほぼ一致する。従ってクロム燐酸で陽極酸化アルミニウムのみがエッチングされ、アルミニウム表面が露出した後、大気雰囲気のなかでさらに表面酸化した物と考えられる。 FIG. 3 shows an example of the etching characteristics of the anodized aluminum film with a chromium phosphoric acid solution. Etching is carried out for a predetermined time, and the depth at that time is measured with a step gauge. The anodized aluminum having a thickness of 1500 mm covering aluminum is removed linearly with the passage of time, and the progress of the etching depth is well stopped at the aluminum interface. For confirmation, depth analysis was performed by Auger spectroscopic analysis after chrome phosphate solution etching. Oxygen is detected in the range of about 50% of the surface layer, and only non-oxidized metallic aluminum is recognized in the deeper layer. The thickness of the native oxide on the non-anodized aluminum surface is about 50 mm, which is almost equal to the thickness of the etched surface. Therefore, it is considered that only the anodized aluminum is etched with chromium phosphoric acid, and the surface of the aluminum is exposed, and then further oxidized in the atmosphere.
また、エッチング中のレジストの密着性を確保する意味では、ＪＩＳ規格の濃度より２倍程度希釈した方が安定した工程とすることができる。この場合において、膜厚２０００Å程度までの陽極酸化アルミニウムにおけるエッチング時間内でのレジスト剥離は無かった。また、陽極酸化アルミニウムのエッチングも、アルミニウム界面にて問題なく停止する。 Further, in terms of ensuring the adhesion of the resist during etching, a process that is more diluted by about twice the concentration of JIS standard can be a stable process. In this case, there was no resist peeling within the etching time in anodized aluminum having a film thickness of about 2000 mm. Also, the etching of the anodized aluminum is stopped without any problem at the aluminum interface.
このようにして、本発明により、薄膜トランジスタにおいては、ソース部とドレイン部では層間絶縁膜とゲイト絶縁膜のエッチングを、ゲイト部では層間絶縁膜と陽極酸化アルミニウムのエッチングを、１回のレジスト形成工程で行なってコンタクトホールを形成することができる。また、オーバーエッチ等の心配も極めて少なくなり、容易にコンタクトホールを形成することができる。そして上部に接続する電極を成膜することにより、コンタクトホールを介して上部電極とアルミニウムのゲイト電極やソース部、ドレイン部との接続ができる。 Thus, according to the present invention, in the thin film transistor, the interlayer insulating film and the gate insulating film are etched in the source portion and the drain portion, and the interlayer insulating film and the anodized aluminum are etched in the gate portion in one resist forming step. Can be performed to form a contact hole. In addition, there is very little concern about overetching, and contact holes can be easily formed. Then, by forming an electrode connected to the upper portion, the upper electrode can be connected to the aluminum gate electrode, the source portion, and the drain portion through the contact hole.
本実施例は、表面に陽極酸化膜を有する第１の配線上に、層間絶縁膜を介して第２の配線を設け、陽極酸化膜と層間絶縁膜に対してコンタクトホールを設けて第１および第２の配線を接続した例を示す。本実施例の構成は、液晶ディスプレイやイメージセンサ等の半導体回路における微細配線に用いることができる。 In the present embodiment, a second wiring is provided on the first wiring having an anodic oxide film on the surface via an interlayer insulating film, and contact holes are provided for the anodic oxide film and the interlayer insulating film. The example which connected the 2nd wiring is shown. The configuration of this embodiment can be used for fine wiring in a semiconductor circuit such as a liquid crystal display or an image sensor.
本実施例では配線材料として、アルミニウムを主成分とした例を示す。アルミニウム以外の材料としては、タンタル、チタン、さらにはこれらの混合材料やこれらの材料を主成分とする材料を利用することができる。 In this embodiment, an example in which aluminum is the main component is shown as a wiring material. As a material other than aluminum, tantalum, titanium, a mixed material thereof, or a material mainly composed of these materials can be used.
図４に本実施例によって作製した微細配線の接続状態を示す。図４は基板１０１上に、図においては紙面に対し垂直な方向に延びているアルミニウムの第１の電極１０２、陽極酸化アルミニウム膜１０３、酸化珪素よりなる層間絶縁膜１０４、図においては第１の電極と直交方向に設けられている第２の電極１０５を有する。第１の電極１０２と第２の電極１０５は、層間絶縁膜１０５と陽極酸化膜１０３がエッチングされて露呈した第１の電極の上面１０６にて電気的に接続されている。以下にその作製工程を示す。
FIG. 4 shows the connection state of the fine wiring produced by this example. 4 shows an aluminum
まず、適当な基板１０１（一般には絶縁膜や絶縁材料である）上に配線を形成する材料となるアルミニウムの膜をここでは６０００Åの厚さにスパッタ法で形成した。このアルミニウムの厚さは、必要とする厚さに形成すればよく、特に限定されるものではない。また、アルミニウム中にはＳｃ（スカンジウム）を０．２ｗｔ％添加したものを用いる。これは、後の陽極酸化工程において、アルミニウムのヒロックが起こらないようにするためである。また、高温でのアルミの異常成長防止用にはＳｃ以外の添加物（例えばＹ）を用いてもよい。 First, an aluminum film serving as a material for forming wiring on an appropriate substrate 101 (generally an insulating film or an insulating material) was formed to a thickness of 6000 mm here by sputtering. The thickness of the aluminum is not particularly limited as long as it is formed to a required thickness. Aluminum with 0.2 wt% Sc (scandium) added is used. This is to prevent aluminum hillocks from occurring in the subsequent anodizing step. In addition, additives other than Sc (for example, Y) may be used for preventing abnormal growth of aluminum at high temperatures.
アルミニウムは通常のフォトリソ工程でパターニングした。エッチングにはドライエッチングやウエットエッチングが行なわれる。ドライエッチングではエッチング断面が直角に近くなる。またウエットエッチングでは断面の基板との成す角度が９０°より小さくほぼ４０〜６０°となる。配線電極の場合に、エッチング断面が９０°に近いとその上に形成する層間絶縁膜や２層目配線のステップカバレッジが悪くなり、断線や上下配線間でショートを起こす確率が高くなるといった問題が発生する。従って本実施例ではウエットエッチングを採用した。燐酸と酢酸と硝酸を混合した溶液を３５〜４５℃に加熱したものを用いた。これによりアルミニウム膜を６０μｍ幅のストライプ状の配線に加工し、第１の配線を形成した。 Aluminum was patterned by a normal photolithography process. For the etching, dry etching or wet etching is performed. In dry etching, the etching cross section is close to a right angle. In wet etching, the angle formed by the cross-sectional substrate is less than 90 ° and is approximately 40-60 °. In the case of a wiring electrode, if the etching cross section is close to 90 °, the step coverage of the interlayer insulating film and the second layer wiring formed thereon deteriorates, and there is a problem that the probability of disconnection and short circuit between the upper and lower wirings increases. appear. Therefore, wet etching is employed in this embodiment. A solution in which phosphoric acid, acetic acid and nitric acid were mixed and heated to 35 to 45 ° C. was used. Thus, the aluminum film was processed into a striped wiring having a width of 60 μm to form a first wiring.
次に陽極酸化に関する説明を行なう。３％の酒石酸をエチレングルコールに溶解し、そこに１／１０アンモニア水を添加し、溶液のｐｈを６．８〜７．０に調整した。溶液を、恒温槽に入れ、液温を０〜２０℃、望ましくは１０±１℃にする。その溶液のなかに加工する基板と陰極となる金属電極材料を３０〜５０ｍｍ隔てて、アルミニウムを内側対向させた。陰極材料としては溶液に対して安定な材料ならば良い。本実施例では、白金板を用いた。電源より陽極側に加工基板を、陰極側に白金板を接続した。 Next, anodization will be described. 3% tartaric acid was dissolved in ethylene glycol, and 1/10 ammonia water was added thereto to adjust the pH of the solution to 6.8 to 7.0. The solution is placed in a thermostatic bath, and the liquid temperature is set to 0 to 20 ° C., desirably 10 ± 1 ° C. The substrate to be processed in the solution was separated from the metal electrode material to be the cathode by 30 to 50 mm, and the aluminum was opposed to the inside. The cathode material may be any material that is stable to the solution. In this example, a platinum plate was used. A processed substrate was connected to the anode side from the power source, and a platinum plate was connected to the cathode side.
陽極側に接続されたアルミニウムはプラスの電荷の供給を受けて酸化し、絶縁膜が形成される電源を定電流モードにしておくと陽極と陰極間の電位差は暫時増加する。到達電圧が１２０Ｖになった時点で電源モードを定電圧に切替え更に３０分の化成を行なった。このモードの場合には電流は急激に低下し膜抵抗が引き続き上昇していくことがわかる。この工程により形成した陽極酸化アルミニウム１０３の厚さは１５００Åであった。ここで形成される陽極酸化アルミニウム膜は緻密な組成を有し、素地のアルミニウムの外側に、素地のアルミニウムとほぼ同じ膜厚の陽極酸化アルミニウム膜が等方的に形成された。当然、アルミニウム配線の断面パターンがテーパー（台形）形状をしている為、アルミナ形成後においても同様にテーパー（台形）形状になっている。１５０〜３５０℃で焼成した後の膜に電圧を印加し永久破壊が生じる時の耐電圧は１００〜１１０Ｖであり極めて良好な絶縁膜でアルミニウムが被覆されているのがわかる。このようにして陽極酸化アルミニウムを表面に有するアルミニウム配線として第１の配線を形成した。
The aluminum connected to the anode side is oxidized by receiving a positive charge, and the potential difference between the anode and the cathode increases for a while when the power source for forming the insulating film is set to the constant current mode. When the ultimate voltage reached 120V, the power supply mode was switched to a constant voltage and the formation was further performed for 30 minutes. In this mode, it can be seen that the current decreases rapidly and the membrane resistance continues to increase. The thickness of the anodized
次の層間絶縁膜の形成について説明する。層間絶縁膜には酸化珪素や窒化珪素を用いるのが通常である。本実施例では化学的気相反応法（ＣＶＤ法）による酸化珪素を用いた。対向するプラズマ電極間に加工基板を平行に配置し、高真空下に排気し、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）及び酸素ガスを供給し、プラズマ電極間に１３．５６ＭＨｚ、５０Ｖの高周波を印加し電極間にプラズマ放電した。加工基板上全面に良好な絶縁性を有する酸化珪素膜が形成された。 Next, the formation of the interlayer insulating film will be described. In general, silicon oxide or silicon nitride is used for the interlayer insulating film. In this embodiment, silicon oxide by a chemical vapor reaction method (CVD method) is used. The processing substrate is arranged in parallel between the opposing plasma electrodes, evacuated under high vacuum, tetraethoxysilane (TEOS) and oxygen gas are supplied, and high frequency of 13.56 MHz and 50 V is applied between the plasma electrodes. Plasma discharge. A silicon oxide film having good insulation was formed on the entire surface of the processed substrate.
層間絶縁膜としては、酸化珪素膜より緻密な膜質を有し、絶縁の確実性が得られる窒化珪素膜を用いてもよいが、窒化珪素膜のみを層間絶縁膜として用いると、窒化珪素膜が有する強い応力により、特にガラス基板を用いた場合など、層間絶縁膜下の配線や素子に歪みが生じ、不良発生を招きやすい。
そこで、層間絶縁膜として、窒化珪素膜を５００〜１５００Å程度と、５０００〜６０００Åの酸化珪素膜とを積層した２層構造とし、絶縁性が高くかつ応力の影響を抑えたものとしてもよい。
As the interlayer insulating film, a silicon nitride film having a finer film quality than the silicon oxide film and capable of obtaining insulation reliability may be used. However, when only the silicon nitride film is used as the interlayer insulating film, the silicon nitride film Due to the strong stress possessed, especially when a glass substrate is used, the wiring and the elements under the interlayer insulating film are distorted, which tends to cause defects.
Therefore, the interlayer insulating film may have a two-layer structure in which a silicon nitride film is laminated with a silicon oxide film of about 500 to 1500 Å and a silicon oxide film of 5000 to 6000 、 so as to have high insulation and suppress the influence of stress.
次にコンタクトホールを形成するために、酸化珪素膜とその下の陽極酸化アルミニウム膜に対しエッチングを施した。
エッチングは、酸化珪素膜上にコンタクトホールのパターンにレジストを形成し、まず酸化珪素のエッチングをＡＢＨＦで行い、次に陽極酸化アルミニウムに対しクロム燐酸溶液でエッチングを行なった。ＡＢＨＦは、酢酸と４０％フッ化アンモニウム（ＮＨ4 Ｆ）と５０％フッ化水素酸（ＨＦ）を５０：５０：１（体積比）で混合したものを用いた。
Next, in order to form a contact hole, the silicon oxide film and the anodized aluminum film below the silicon oxide film were etched.
Etching was performed by forming a resist in a contact hole pattern on the silicon oxide film, first etching silicon oxide with ABHF, and then etching anodized aluminum with a chromium phosphoric acid solution. ABHF used was a mixture of acetic acid, 40% ammonium fluoride (NH 4 F) and 50% hydrofluoric acid (HF) in a 50: 50: 1 (volume ratio).
ＡＢＨＦによって層間絶縁膜である酸化珪素膜または窒化珪素膜がエッチングされ、その下の陽極酸化アルミニウムが露出する。この陽極酸化アルミニウム膜はＡＢＨＦによりエッチングされるが、初めの３００〜６００Åはエッチング進行するがそれ以上は進行せずエッチングは停止する。 The silicon oxide film or silicon nitride film that is an interlayer insulating film is etched by ABHF, and the anodized aluminum underneath is exposed. This anodized aluminum film is etched by ABHF, but the first 300 to 600 mm progresses in etching, but does not progress further, and the etching stops.
その時に陽極酸化アルミニウム膜のエッチング表面には四角形の結晶が密集した状態が観察できる。このような四角形が観察される時には必ずといってよいほどエッチングは陽極酸化アルミニウムの途中で停止している。この現象は、陽極酸化アルミニウムがエッチャントと反応し不溶性の新たな化合物が形成されるのか、電解質のカチオンがアルミナ膜に進入する表層の部分が同エッチャントで除去され易く、その奥のカチオンの到達しない純アルミナの部分が同エッチャントに対して安定であるのか、その当たりの原因については余り明らかになっていない。何れにしろＡＢＨＦで陽極酸化アルミニウムは途中までしかエッチングされずその下の素地であるアルミニウムまでエッチングが達する事はない。 At this time, a dense state of square crystals can be observed on the etched surface of the anodized aluminum film. When such a square is observed, the etching is stopped in the middle of the anodized aluminum. This phenomenon is caused by the fact that anodized aluminum reacts with the etchant to form a new insoluble compound, or the surface layer portion where the electrolyte cations enter the alumina film is easily removed by the etchant, and the cations behind it do not reach. Whether the pure alumina part is stable against the etchant is not clear. In any case, the anodized aluminum is etched only halfway with ABHF, and the etching does not reach the underlying aluminum.
次にクロム燐酸溶液でエッチングを行なった。クロム燐酸溶液は、２リットル溶液中に燐酸（８５０ｇ／ｌ）３５ｍｌと無水クロム酸２０ｇを添加した溶液の中で６５℃に加熱したものである。ＡＢＨＦのエッチングで、四方形の結晶が表面に見えたままエッチング停止していた陽極酸化アルミニウムは、クロム燐酸溶液で完全に除去され、アルミニウム界面に達した時点でエッチングは止まった。時間を長く溶液に浸漬してもエッチング深さが進行してオーバーエッチになることはなかった。このようにしてコンタクトホールが形成された。 Next, etching was performed with a chromium phosphoric acid solution. The chromium phosphoric acid solution was heated to 65 ° C. in a solution obtained by adding 35 ml of phosphoric acid (850 g / l) and 20 g of chromic anhydride to a 2 liter solution. In the etching of ABHF, the anodized aluminum that had stopped etching while the tetragonal crystals were visible on the surface was completely removed with the chromium phosphoric acid solution, and the etching stopped when the aluminum interface was reached. Even if it was immersed in the solution for a long time, the etching depth did not progress and overetching did not occur. A contact hole was thus formed.
次に、第２の配線として金属電極を形成した。第１の配線と同様にスカンジウム入りのアルミニウム膜をスパッタ法で形成した。厚さは８０００Åであった。これを通常のフォトリソ工程で６０μｍ幅に加工し、図４の接続状態を得た。 Next, a metal electrode was formed as a second wiring. Similarly to the first wiring, an aluminum film containing scandium was formed by sputtering. The thickness was 8000 mm. This was processed to a width of 60 μm by a normal photolithography process, and the connection state of FIG. 4 was obtained.
第１の配線と第２の配線とのあいだで抵抗測定をした。ヒューレットパカード製４１４０ｂを用いて０．１〜２Ｖの間を０．１Ｖ間隔で電圧を印加し、その時の電流を測定した。電圧に対して電流は直線的に変化し、両電極間は形成されたコンタクトホールにてオーム接触していた。したがって電極間に電気的弊害となる絶縁物等と存在しなかったことがわかる。ＡＢＨＦ及びクロム燐酸溶液を用いて、陽極酸化アルミニウムと層間絶縁膜のエッチング除去が良好に行なわれたことを示す。また第１の配線の断面パターンがテーパー形状になっているため第２の配線の断線等もなかった。 Resistance measurement was performed between the first wiring and the second wiring. Using Hewlett-Packard 4140b, a voltage of 0.1 to 2 V was applied at 0.1 V intervals, and the current at that time was measured. The current changed linearly with respect to the voltage, and the electrodes were in ohmic contact with the formed contact hole. Therefore, it can be seen that there is no insulator or the like that causes an electrical problem between the electrodes. It shows that the anodized aluminum and the interlayer insulating film were satisfactorily removed by etching using ABHF and chromium phosphate solution. Further, since the cross-sectional pattern of the first wiring is tapered, there is no disconnection of the second wiring.
本実施例は、陽極酸化を施したアルミニウムゲイト電極及びその上に層間絶縁膜を形成した薄膜トランジスタにおいて、層間絶縁膜を介したコンタクトホールの形成方法に関する実施例である。図５に本実施例で作製する薄膜トランジスタの作製工程を示す。
本実施例で示す薄膜トランジスタは、図５（Ｅ）に示すように、低濃度の不純物領域５１１と５１２、さらには高濃度の不純物領域５１０と５１３とを有した構造を有し、さらにゲイト電極周囲の陽極酸化物層５０８の厚さで決定されるオフセットゲイト領域を有している。また画素電極が接続された、液晶電気光学装置の画素用スイッチング素子としての構成を有している。
This embodiment relates to a method for forming a contact hole through an interlayer insulating film in an anodized aluminum gate electrode and a thin film transistor having an interlayer insulating film formed thereon. FIG. 5 shows a manufacturing process of a thin film transistor manufactured in this embodiment.
As shown in FIG. 5E, the thin film transistor shown in this embodiment has a structure having low-
まず、基板（コーニング７０５９、３００ｍｍ×４００ｍｍもしくは１００ｍｍ×１００ｍｍ）５０１上に下地酸化膜５０２として厚さ１０００〜３０００Åの酸化珪素膜を形成した。この酸化膜の形成方法としては、酸素雰囲気中でのスパッタ法を使用した。しかし、より量産性を高めるには、ＴＥＯＳをプラズマＣＶＤ法で分解・堆積した膜を用いてもよい。
First, a silicon oxide film having a thickness of 1000 to 3000 mm was formed as a
その後、プラズマＣＶＤ法やＬＰＣＶＤ法によって非晶質珪素膜を３００〜５０００Å、好ましくは５００〜１０００Å堆積し、これを、５５０〜６００℃の還元雰囲気に２４時間放置して、結晶化せしめた。この工程は、レーザー照射によっておこなってもよい。そして、このようにして結晶化させた珪素膜をパターニングして島状領域５０３を形成した。さらに、この上にスパッタ法によって厚さ７００〜１５００Åの酸化珪素膜５０４を形成した。
Thereafter, an amorphous silicon film was deposited by a plasma CVD method or an LPCVD method to a thickness of 300 to 5000, preferably 500 to 1000, and left to stand in a reducing atmosphere at 550 to 600 ° C. for 24 hours for crystallization. This step may be performed by laser irradiation. Then, the silicon film crystallized in this manner was patterned to form
その後、厚さ１０００Å〜３μｍ（ここでは６０００Å）のアルミニウム（１ｗｔ％のＳｉ、もしくは０．１〜０．３ｗｔ％のＳｃ（スカンジウム）を含む）膜を電子ビーム蒸着法もしくはスパッタ法によって形成した。 After that, an aluminum (containing 1 wt% Si or 0.1 to 0.3 wt% Sc (scandium)) film having a thickness of 1000 to 3 μm (here, 6000 mm) was formed by an electron beam evaporation method or a sputtering method.
そして、フォトレジスト５０６の形成前に、陽極酸化法によって厚さ１００〜１０００Å（ここでは２００Å）の酸化アルミニウム膜（陽極酸化物層）５００を形成する。この工程は、３％の酒石酸を含むエチレングルコール溶液中において１０〜３０Ｖの電圧を印加することによって行われる。この酸化アルミニウム膜は、緻密でこの上に形成されるフォトレジスト５０６との密着性が良く、また、フォトレジストからの電流のリークを抑制することになるので、後の陽極酸化工程において、多孔質陽極酸化物を側面のみに形成するうえで極めて有効である。
Then, before forming the
そして、フォトレジスト５０６（例えば、東京応化製、ＯＦＰＲ８００／３０ｃｐ）をスピンコート法によって形成した。その後、フォトレジストとアルミニウム膜をパターニングして、ゲイト電極５０５、マスク膜５０６とした。（図５（Ａ））
A photoresist 506 (for example, OFPR 800/30 cp, manufactured by Tokyo Ohka) was formed by spin coating. Thereafter, the photoresist and the aluminum film were patterned to form a
さらにこれに電解液中で電流を通じて陽極酸化し、厚さ１０００〜５０００Å、例えば、厚さ５０００Åの多孔質型（ポーラス型）陽極酸化アルミニウム５０７を形成した。陽極酸化は、３〜２０％のクエン酸もしくはショウ酸、燐酸、クロム酸、硫酸等の酸性水溶液を用いておこない、１０〜３０Ｖの一定電流をゲイト電極に印加すればよい。本実施例ではシュウ酸溶液（３０℃）中で電圧を１０Ｖとし、２０〜４０分、陽極酸化した。陽極酸化物の厚さは陽極酸化時間によって制御した。（図５（Ｂ））
Further, this was anodized through an electric current in an electrolytic solution to form a porous (porous)
上記の工程は、緻密な陽極酸化アルミニウム膜５００が形成されているために、図５に示すように横方向のみに進行し、またその厚さも必要とするだけ得ることができる。
Since the dense anodic
次に、マスクを除去し、再び電解溶液中において、ゲイト電極に電流を印加した。今回は、３〜１０％の酒石液、硼酸、硝酸が含まれたエチレングルコール溶液を用いた。溶液の温度は１０℃前後の室温より低い方が良好な酸化膜が得られた。このため、ゲイト電極の上面および側面にバリヤ型の陽極酸化アルミニウム膜５０８が形成された。陽極酸化アルミニウム膜５０８の厚さは印加電圧に比例し、印加電圧が２００Ｖで２５００Åの陽極酸化物が形成された。陽極酸化アルミニウム膜５０８の厚さは必要とされるオフセット、オーバーラップの大きさによって決定したが、３０００Å以上の厚さの陽極酸化アルミニウムを得るには２５０Ｖ以上の高電圧が必要であり、薄膜トランジスタの特性に悪影響を及ぼすので３０００Å以下の厚さとすることが好ましい。本実施例では８０〜１５０Ｖまで上昇させ、必要とする陽極酸化アルミニウム膜５０８の厚さによって電圧を選択した。（図５（Ｃ））
Next, the mask was removed, and a current was applied to the gate electrode again in the electrolytic solution. This time, an ethylene glycol solution containing 3 to 10% tartaric acid solution, boric acid and nitric acid was used. A better oxide film was obtained when the temperature of the solution was lower than room temperature of around 10 ° C. Therefore, a barrier type anodized
その後、ドライエッチング法によって酸化珪素膜５０４をエッチングした。このエッチングにおいては、等方性エッチングのプラズマモードでも、あるいは異方性エッチングの反応性イオンエッチングモードでもよい。ただし、珪素と酸化珪素の選択比を十分に大きくすることによって、活性層を深くエッチングしないようにすることが重要である。例えば、エッチングガスとしてＣＦ4 を使用すれば多孔質陽極酸化アルミニウムはエッチングされず、酸化珪素膜５０４のみがエッチングされる。また、多孔質陽極酸化アルミニウム５０７の下の酸化珪素膜５０４’はエッチングされずに残した。（図５（Ｄ））
Thereafter, the
その後、燐酸、酢酸、硝酸の混酸を用いて多孔質陽極酸化アルミニウム５０７をエッチングした。このエッチングでは多孔質陽極酸化アルミニウム５０７のみがエッチングされ、エッチングレートは約６００Å／分であった。その下のゲイト絶縁膜５０４’はそのまま残存した。そして、イオンドーピング法によって、薄膜トランジスタの活性層５０３に、ゲイト電極部（すなわちゲイト電極とその周囲の陽極酸化膜）およびゲイト絶縁膜をマスクとして自己整合的に不純物を注入し、低抵抗不純物領域（ソース／ドレイン領域）５１０、５１３、高抵抗不純物領域５１１、５１２を形成した。
ドーピングガスとしてはここではフォスフィン（ＰＨ3 ）を用いたためＮ型の不純物領域となった。ドーピングガスとしてジボラン（Ｂ2 Ｈ6 ）を用いてＰ型の不純物領域を形成してもよい。
ドーズ量は５×１０14〜５×１０15ｃｍ-2、加速エネルギーは１０〜３０ｋｅＶとした。その後、ＫｒＦエキシマーレーザー（波長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を照射して、活性層中に導入された不純物イオンの活性化を行なった。
Thereafter, porous
Here, since phosphine (PH 3 ) is used as the doping gas, it becomes an N-type impurity region. A p-type impurity region may be formed using diborane (B 2 H 6 ) as a doping gas.
The dose amount was 5 × 10 14 to 5 × 10 15 cm −2 , and the acceleration energy was 10 to 30 keV. Thereafter, irradiation with KrF excimer laser (wavelength 248 nm,
ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析法）の結果によると、領域５１０、５１３の不純物濃度は１×１０20〜２×１０21ｃｍ-3、領域５１１、５１２では１×１０17〜２×１０18ｃｍ-3であった。ドーズ量換算では、前者は５×１０14〜５×１０15ｃｍ-2、後者は２×１０13〜５×１０14ｃｍ-2であった。この違いはゲイト絶縁膜５０４’の有無によってもたらされたのであって、一般的には、低抵抗不純物領域の不純物濃度は、高抵抗不純物領域のものより０．５〜３桁大きくなる。（図５（Ｅ））
According to the results of SIMS (secondary ion mass spectrometry), the impurity concentration of the
次に、全面に層間絶縁物５１４として、ＣＶＤ法によって酸化珪素膜を厚さ８０００Å形成した。そして、薄膜トランジスタのソース部、ドレイン部、ゲイト部のコンタクトホールを形成する。マスクパターンはそれぞれの部分が同時に開孔しているパターンを用いてレジストを形成した。
Next, a silicon oxide film having a thickness of 8000 mm was formed as an
層間絶縁膜としては、酸化珪素膜より緻密な膜質を有し、絶縁の確実性が得られる窒化珪素膜を用いてもよいが、窒化珪素膜のみを層間絶縁膜として用いると、窒化珪素膜が有する強い応力により、特にガラス基板を用いた場合など、層間絶縁膜下の配線や素子に歪みが生じ、不良発生を招きやすい。
そこで、層間絶縁膜として、窒化珪素膜を５００〜１５００Å程度と、該膜上に５０００〜６０００Åの酸化珪素膜を設ける２層構造のものを設けて、絶縁性が高くかつ応力の影響を抑えたものとしてもよい。
As the interlayer insulating film, a silicon nitride film having a finer film quality than the silicon oxide film and capable of obtaining insulation reliability may be used. However, when only the silicon nitride film is used as the interlayer insulating film, the silicon nitride film Due to the strong stress possessed, especially when a glass substrate is used, the wiring and the elements under the interlayer insulating film are distorted, which tends to cause defects.
Therefore, as the interlayer insulating film, a silicon nitride film having a thickness of about 500 to 1500 mm and a two-layer structure having a silicon oxide film of 5000 to 6000 mm on the film is provided, which has high insulation and suppresses the influence of stress. It may be a thing.
エッチングはまず酸化珪素膜である層間絶縁膜５１４に対し、ＡＢＨＦをエッチャントとして行い、次に陽極酸化アルミニウム膜５０８に対し、クロム燐酸溶液でエッチングを行なった。ＡＢＨＦは、酢酸と４０％フッ化アンモニウム（ＮＨ4 Ｆ）と５０％フッ化水素酸（ＨＦ）を５０：５０：１（体積比）で混合したものを用いた。
Etching was first performed on the
ＡＢＨＦによって層間絶縁膜５１４をエッチングした時のエッチング速度は３４００Å／分であった。こうして層間絶縁膜を介してソース領域５１５、ドレイン領域５１６に至るコンタクトホールが形成された。
The etching rate when the
本実施例の薄膜トランジスタにおいては、ゲイト絶縁膜５０４’がソース領域５１０、ドレイン領域５１３上に延在していないが、該領域上にゲイト絶縁膜が延在している場合、層間絶縁膜５１４のエッチング終了と同時にソース領域５１０とドレイン領域５１３上では（延在した）ゲイト絶縁膜のエッチングが始まる。本実施例のゲイト絶縁膜に対し、前述のＡＢＨＦによってエッチングした場合そのエッチング速度は、１７００Å／分であった。一方、ゲイト部では層間絶縁膜エッチング終了の時点で陽極酸化アルミニウム膜５０８の上部が露出しておりＡＢＨＦにより３００〜６００Å程度エッチング進行したが、それ以上進行しなかった。
In the thin film transistor of this embodiment, the
次にクロム燐酸溶液でエッチングを行なった。クロム燐酸溶液は、２リットル溶液中に燐酸（８５０ｇ／ｌ）３５ｍｌと無水クロム酸２０ｇを添加した溶液の中で６５℃に加熱したものである。ＡＢＨＦのエッチングで四角形の結晶が見えたままエッチング停止していた陽極酸化アルミニウム膜５０８表面は、クロム燐酸溶液で完全に除去され、アルミニウム界面に達した時点でエッチングは止まる。このようにして陽極酸化アルミニウム膜５０８にコンタクトホールが形成された。陽極酸化アルミニウム膜に対するエッチング速度は約１００Å／分であった。エッチング深さは、長時間溶液に浸漬しても進行せず、オーバーエッチになることはなかった。
Next, etching was performed with a chromium phosphoric acid solution. The chromium phosphoric acid solution was heated to 65 ° C. in a solution obtained by adding 35 ml of phosphoric acid (850 g / l) and 20 g of chromic anhydride to a 2 liter solution. The surface of the anodized
次に、画素電極５１８をＩＴＯ（酸化インジューム・スズ）で形成した。
さらに、アルミニウム配線として電極５１５、５１６、５１７を、層間絶縁膜および陽極酸化アルミニウム膜に形成されたコンタクトホールを介してゲイト電極、ソース領域、ドレイン領域にそれぞれ接続するように形成した。さらに２００〜４００℃で水素アニールをおこなった。
以上によって、薄膜トランジスタが完成した。（図５（Ｆ））
Next, the
Further,
Thus, the thin film transistor was completed. (Fig. 5 (F))
本実施例では、層間絶縁膜に設けたコンタクトホールと、陽極酸化アルミニウム膜に設けたコンタクトホールを、同一のマスク工程により、同一の大きさに設けたが、図７（Ａ）に示すように、異なるマスクを用いて、陽極酸化アルミニウム膜に設けるコンタクトホールの口径を、層間絶縁膜に設けるものより小さくなるようにし、層間絶縁膜のコンタクトホール開孔内に陽極酸化アルミニウム膜の小さいコンタクトホールを設ける構成としてもよい。
このようにすることで、コンタクトホールが擬似的なテーパー形状を有し、その結果コンタクトホール内に設けられるアルミニウム配線電極５１７の断線等を防ぐことができ、ゲート電極との良好なコンタクトが得られる。
In this embodiment, the contact hole provided in the interlayer insulating film and the contact hole provided in the anodized aluminum film are provided in the same size by the same mask process, but as shown in FIG. Using a different mask, the diameter of the contact hole provided in the anodized aluminum film is made smaller than that provided in the interlayer insulating film, and a small contact hole of the anodized aluminum film is formed in the contact hole opening of the interlayer insulating film. It is good also as a structure to provide.
By doing so, the contact hole has a pseudo taper shape, and as a result, disconnection of the
本実施例は、逆スタガ型の薄膜トランジスタにおいて、ゲイト絶縁膜を介したコンタクトホールの形成方法に関する実施例である。
図６に本実施例で作製する薄膜トランジスタの作製工程を示す。本実施例の薄膜トランジスタは、画素電極が接続された、液晶電気光学装置の画素用スイッチング素子としての構成を有している。該素子をマトリクス構成をして各画素に絶縁ゲイト型薄膜トランジスタを設けたアクティブマトリス回路を形成できる。
This embodiment relates to a method for forming a contact hole through a gate insulating film in an inverted staggered thin film transistor.
FIG. 6 shows a manufacturing process of a thin film transistor manufactured in this embodiment. The thin film transistor of this embodiment has a configuration as a pixel switching element of a liquid crystal electro-optical device to which a pixel electrode is connected. An active matrix circuit in which the elements are arranged in a matrix and an insulating gate type thin film transistor is provided in each pixel can be formed.
本実施例では配線材料として、アルミニウムを主成分とした例を示す。アルミニウム以外の材料としては、タンタル、チタン、さらにはこれらの混合材料やこれらの材料を主成分とする材料を利用することができる。 In this embodiment, an example in which aluminum is the main component is shown as a wiring material. As a material other than aluminum, tantalum, titanium, a mixed material thereof, or a material mainly composed of these materials can be used.
図６に、本実施例で作製したガラス基板上の絶縁ゲイト型薄膜トランジスタの作製工程を示す。図においては１つの薄膜トランジスタのみが示されているが、基板上には接続される画素電極と対になりマトリクス状に形成されている。
まず、基板（コーニング７０５９、２００ｍｍ×２００ｍｍ）７０１上に下地膜７０２として厚さ１０００〜３０００Å、例えば２０００Åの窒化珪素膜をスパッタ法により形成した。窒化珪素膜の代わりに酸化珪素膜を同程度の厚さに設けてもよい。この場合、酸化珪素膜の形成方法としては、酸素雰囲気中でのスパッタ法を使用する。しかしより量産性を高めるためには、ＴＥＯＳをプラズマＣＶＤ法で分解・堆積した膜を用いてもよい。
FIG. 6 shows a manufacturing process of an insulated gate thin film transistor over a glass substrate manufactured in this example. Although only one thin film transistor is shown in the figure, it is formed in a matrix on the substrate in pairs with pixel electrodes to be connected.
First, a silicon nitride film having a thickness of 1000 to 3000 mm, for example, 2000 mm, was formed as a
次に、厚さ１０００Å〜２μｍ、例えば、６０００Åのアルミニウム膜（１ｗｔ％のＳｉ、もしくは０．１〜０．３％ｗｔのＳｃを含む）を電子ビーム蒸着法もしくはスパッタ法で形成した。
形成したアルミニウム膜に対し、リン酸、硝酸、酢酸の混合溶液を用いたウェットプロセスによるフォトエッチングにより、断面をテーパー状にしてパターニングし、ゲイト電極部７０３を形成した。（図６（Ａ））
Next, an aluminum film (containing 1 wt% Si or 0.1 to 0.3 wt% Sc) having a thickness of 1000 to 2 μm, for example, 6000 mm was formed by electron beam evaporation or sputtering.
The
次に、このゲイト電極部７０３に対し陽極酸化を施した。
３％の酒石酸をエチレングルコールに溶解し、そこに１／１０アンモニア水を添加し、溶液のｐｈを６．８〜７．０に調整した。溶液を、恒温槽に入れ、液温を０〜２０℃、望ましくは１０±１℃にする。その溶液のなかに加工する基板と陰極となる金属電極材料を３０〜５０ｍｍ隔てて、アルミニウムを内側対向させた。陰極材料としては溶液に対して安定な材料ならば良い。本実施例では、白金板を用いた。電源より陽極側に加工基板を、陰極側に白金板を接続した。
Next, the
3% tartaric acid was dissolved in ethylene glycol, and 1/10 ammonia water was added thereto to adjust the pH of the solution to 6.8 to 7.0. The solution is placed in a thermostatic bath, and the liquid temperature is set to 0 to 20 ° C., desirably 10 ± 1 ° C. The substrate to be processed in the solution was separated from the metal electrode material to be the cathode by 30 to 50 mm, and the aluminum was opposed to the inside. The cathode material may be any material that is stable to the solution. In this example, a platinum plate was used. A processed substrate was connected to the anode side from the power source, and a platinum plate was connected to the cathode side.
陽極側に接続されたアルミニウムはプラスの電荷の供給を受けて酸化し、絶縁膜が形成される電源を定電流モードにしておくと陽極と陰極間の電位差は暫時増加する。到達電圧が１２０Ｖになった時点で電源モードを定電圧に切替え更に３０分の化成を行なった。このモードの場合には電流は急激に低下し膜抵抗が引き続き上昇していくことがわかる。この工程により形成した陽極酸化アルミニウム１０３の厚さは１５００Åであった。ここで形成される陽極酸化アルミニウム膜は緻密な組成を有し、素地のアルミニウムの外側に、陽極酸化アルミニウム膜７０５が等方的に形成された。
The aluminum connected to the anode side is oxidized by receiving a positive charge, and the potential difference between the anode and the cathode increases for a while when the power source for forming the insulating film is set to the constant current mode. When the ultimate voltage reached 120V, the power supply mode was switched to a constant voltage and the formation was further performed for 30 minutes. In this mode, it can be seen that the current decreases rapidly and the membrane resistance continues to increase. The thickness of the anodized
アルミニウム配線の断面パターンがテーパー（台形）形状をしている為、陽極酸化アルミニウム膜７０５形成後においても同様にテーパー（台形）形状になっている。１５０〜３５０℃で焼成した後の膜に電圧を印加し永久破壊が生じる時の耐電圧は１００〜１１０Ｖであり極めて良好な絶縁膜でアルミニウムが被覆されているのがわかる。
この後、大気中２００〜３００℃例えば２００℃で数〜数十分加熱すると、陽極酸化アルミニウムのリーク電流が一桁以上減少し、好ましかった。
このようにして、ゲイト電極部７０３は、ゲイト電極７０４の上面および側面にバリヤ型の陽極酸化アルミニウムよりなるゲイト絶縁膜７０５が形成された。（図６（Ｂ））
Since the cross-sectional pattern of the aluminum wiring has a tapered (trapezoidal) shape, it is similarly tapered (trapezoidal) after the anodized
Thereafter, heating at a temperature of 200 to 300 ° C., for example, 200 ° C. in the atmosphere, for several to several tens of minutes was preferable because the leakage current of anodized aluminum decreased by one digit or more.
Thus, in the
次にシランとアンモニアを１：３〜１：８ここでは１：５の割合で用いてプラズマＣＶＤ法により、２層目のゲイト絶縁膜７０６として窒化珪素膜を１０００〜３０００Å、例えば２０００Å形成した。
窒化珪素膜の代わりに酸化珪素膜を同程度の厚さに設けてもよい。
酸化珪素膜の場合、その形成方法としては、酸素雰囲気中でのスパッタ法またプラズマＣＶＤ法を使用する。プラズマＣＶＤ法を用いる場合には、ＴＥＯＳを原料とし、酸素とともに基板温度１５０〜４００℃、好ましくは２００〜２５０℃で、ＲＦ放電させて、原料ガスを分解・堆積した。ＴＥＯＳと酸素の圧力比は、１：１〜１：１０また、また、圧力は０．０５〜０．５ｔｏｒｒ、ＲＦパワーは１００〜２５０Ｗとした。あるいはＴＥＯＳを原料としてオゾンガスとともに、減圧ＣＶＤ法もしくは常圧ＣＶＤ法によって、基板温度を１５０〜４００℃、好ましくは２００〜２５０℃として形成してもよい。
このゲイト絶縁膜７０６は設けなくてもよいが、設けることにより、電極間短絡の減少、および薄膜トランジスタの相互コンダクタンスの改善等を図ることができる。
Next, a silicon nitride film was formed as a second
Instead of the silicon nitride film, a silicon oxide film may be provided with the same thickness.
In the case of a silicon oxide film, a sputtering method or a plasma CVD method in an oxygen atmosphere is used as a method for forming the silicon oxide film. In the case of using the plasma CVD method, TEOS was used as a raw material, and RF discharge was performed at a substrate temperature of 150 to 400 ° C., preferably 200 to 250 ° C. together with oxygen, to decompose and deposit the raw material gas. The pressure ratio between TEOS and oxygen was 1: 1 to 1:10, the pressure was 0.05 to 0.5 torr, and the RF power was 100 to 250 W. Alternatively, the substrate temperature may be set to 150 to 400 ° C., preferably 200 to 250 ° C. by TEOS as a raw material together with ozone gas by a low pressure CVD method or a normal pressure CVD method.
Although the
また、ゲイト絶縁膜７０６として、酸化珪素膜を４００〜３０００Åと、該膜上に窒化珪素膜を３００〜２０００Å積層した２層構造とし、絶縁性が高くかつ応力の影響を抑えたものとしてもよい。
The
ゲイト絶縁膜７０６上に、チャネル形成領域を構成するＩ型のアモルファスシリコン膜７０７を２００〜２０００Å、例えば１０００Å形成した。
さらにその上に、５００〜３０００Å、ここでは１０００Åの窒化珪素膜を形成した。形成した窒化珪素膜に対して純水にて１／１０〜１／５０に希釈したフッ酸にてエッチングを行ない、保護膜７０８を形成した。
さらにその上に、リンを含んだｎ+ アモルファスシリコン膜７０９をプラズマＣＶＤ法により２００〜１０００Å、ここでは３００Å厚に形成した。このアモルファスシリコン膜７０９は、ホウ素を含んだｐ+ アモルファスシリコン膜にしてもよい。（図６（Ｃ））
On the
Further, a silicon nitride film of 500 to 3000 mm, here 1000 mm, was formed thereon. The formed silicon nitride film was etched with hydrofluoric acid diluted 1/10 to 1/50 with pure water to form a
Furthermore, an n +
次に、Ｉ型のアモルファスシリコン膜７０７とｎ+ アモルファスシリコン膜７０９に対しドライエッチングを行ない、パターニングした。
一方、画素電極７１０となるＩＴＯ（酸化インジウム・スズ）薄膜も形成し、パターニングした。
Next, the I-type
On the other hand, an ITO (indium tin oxide) thin film to be the
次にコンタクトホールを形成するために、窒化珪素膜よりなるゲイト絶縁膜７０６とその下の陽極酸化アルミニウム膜よりなるゲイト絶縁膜７０５に対しエッチングを施した。
エッチングは、まずゲイト絶縁７０６に対し、コンタクトホールのパターンにレジストを形成し、ＡＢＨＦによるウェットエッチングにより行った。
ＡＢＨＦは、酢酸と４０％フッ化アンモニウム（ＮＨ4 Ｆ）と５０％フッ化水素酸（ＨＦ）を５０：５０：１（体積比）で混合したものを用いた。
エッチング終了の時点で陽極酸化アルミニウム膜７０５の上部が露出しておりＡＢＨＦにより３００〜６００Å程度エッチング進行したが、それ以上進行しなかった。
Next, in order to form a contact hole, the
Etching was first performed on the
ABHF used was a mixture of acetic acid, 40% ammonium fluoride (NH 4 F) and 50% hydrofluoric acid (HF) in a 50: 50: 1 (volume ratio).
At the end of etching, the upper part of the anodized
次に陽極酸化アルミニウム膜よりなるゲイト絶縁膜７０５に対しクロム燐酸溶液でエッチングを行なった。クロム燐酸溶液は、２リットル溶液中に燐酸（８５０ｇ／ｌ）３５ｍｌと無水クロム酸２０ｇを添加した溶液の中で６５℃に加熱したものである。陽極酸化アルミニウムは、クロム燐酸溶液で完全に除去され、アルミニウム界面に達した時点でエッチングは止まった。時間を長く溶液に浸漬してもエッチング深さが進行してオーバーエッチになることはなかった。このようにしてコンタクトホールが形成された。
Next, the
次に、アルミニウム膜を電子ビーム蒸着法またはスパッタ法にて１０００〜２μｍここでは３０００Å厚に形成した。そして、このアルミニウム膜をドライエッチングによりパターニングし、ソース電極７１１、ドレイン電極７１２、ゲイト配線電極７１３を形成した。ゲイト配線電極７１３はゲイト電極７０４と良好なコンタクトを形成できた。
またｎ+ アモルファスシリコン膜をドライエッチングによりエッチング、パターニングし、ソース領域とドレイン領域に分割した。
このようにして薄膜トランジスタが完成した。（図６（Ｄ）、図６（Ｄ’）（図６（Ｄ）の点線における断面図））
Next, an aluminum film was formed to a thickness of 1000-2 μm, here 3000 Å, by electron beam evaporation or sputtering. The aluminum film was patterned by dry etching to form a
Further, the n + amorphous silicon film was etched and patterned by dry etching, and divided into a source region and a drain region.
In this way, a thin film transistor was completed. (FIG. 6D, FIG. 6D ′ (cross-sectional view taken along the dotted line in FIG. 6D))
本実施例では、ゲイト絶縁膜に設けたコンタクトホールと、陽極酸化アルミニウム膜に設けたコンタクトホールを、同一のマスク工程により、同一の大きさに設けたが、図７（Ｂ）に示すように、異なるマスクを用いて、陽極酸化アルミニウム膜に設けるコンタクトホールの口径を、ゲイト絶縁膜に設けるものより小さくなるようにし、ゲイト絶縁膜のコンタクトホール開孔内に陽極酸化アルミニウム膜の小さいコンタクトホールを設ける構成としてもよい。
このようにすることで、コンタクトホールが擬似的にテーパー形状となり、その結果コンタクトホール内に設けられるアルミニウム配線電極７１３の断線等を防ぐことができ、ゲート電極との良好なコンタクトが得られる。
In this embodiment, the contact hole provided in the gate insulating film and the contact hole provided in the anodized aluminum film are provided in the same size by the same mask process, but as shown in FIG. Using a different mask, the diameter of the contact hole provided in the anodized aluminum film is made smaller than that provided in the gate insulating film, and a small contact hole of the anodized aluminum film is formed in the contact hole opening of the gate insulating film. It is good also as a structure to provide.
By doing so, the contact hole becomes a pseudo taper shape, and as a result, disconnection of the
本実施例は、実施例２と同じく、陽極酸化を施したアルミニウムゲイト電極及びその上に層間絶縁膜を形成した薄膜トランジスタにおいて、層間絶縁膜を介したコンタクトホールの形成方法に関する実施例である。
本実施例においては、層間絶縁膜をドライエッチングした例を示す。
図５に本実施例で作製する薄膜トランジスタの作製工程を示す。本実施例で示す薄膜トランジスタは、図５（Ｅ）に示すように、低濃度の不純物領域５１１と５１２、さらには高濃度の不純物領域５１０と５１３とを有した構造を有し、さらにゲイト電極周囲の陽極酸化物層５０８の厚さで決定されるオフセットゲイト領域を有している。また画素電極が接続された、液晶電気光学装置の画素用スイッチング素子としての構成を有している。
This embodiment is an embodiment relating to a method for forming a contact hole through an interlayer insulating film in an anodized aluminum gate electrode and a thin film transistor having an interlayer insulating film formed thereon, as in the second embodiment.
In this embodiment, an example in which an interlayer insulating film is dry etched is shown.
FIG. 5 shows a manufacturing process of a thin film transistor manufactured in this embodiment. As shown in FIG. 5E, the thin film transistor shown in this embodiment has a structure having low-
まず、基板（コーニング７０５９、３００ｍｍ×４００ｍｍもしくは１００ｍｍ×１００ｍｍ）５０１上に下地酸化膜５０２として厚さ１０００〜３０００Åの酸化珪素膜を形成した。この酸化膜の形成方法としては、酸素雰囲気中でのスパッタ法を使用した。しかし、より量産性を高めるには、ＴＥＯＳをプラズマＣＶＤ法で分解・堆積した膜を用いてもよい。
First, a silicon oxide film having a thickness of 1000 to 3000 mm was formed as a
その後、プラズマＣＶＤ法やＬＰＣＶＤ法によって非晶質珪素膜を３００〜５０００Å、好ましくは５００〜１０００Å堆積し、これを、５５０〜６００℃の還元雰囲気に２４時間放置して、結晶化せしめた。この工程は、レーザー照射によっておこなってもよい。そして、このようにして結晶化させた珪素膜をパターニングして島状領域５０３を形成した。さらに、この上にスパッタ法によって厚さ７００〜１５００Åの酸化珪素膜５０４を形成した。
Thereafter, an amorphous silicon film was deposited by a plasma CVD method or an LPCVD method to a thickness of 300 to 5000, preferably 500 to 1000, and left to stand in a reducing atmosphere at 550 to 600 ° C. for 24 hours for crystallization. This step may be performed by laser irradiation. Then, the silicon film crystallized in this manner was patterned to form
その後、厚さ１０００Å〜３μｍ（ここでは６０００Å）のアルミニウム（１ｗｔ％のＳｉ、もしくは０．１〜０．３ｗｔ％のＳｃ（スカンジウム）を含む）膜を電子ビーム蒸着法もしくはスパッタ法によって形成した。 After that, an aluminum (containing 1 wt% Si or 0.1 to 0.3 wt% Sc (scandium)) film having a thickness of 1000 to 3 μm (here, 6000 mm) was formed by an electron beam evaporation method or a sputtering method.
そして、フォトレジスト５０６の形成前に、陽極酸化法によって厚さ１００〜１０００Å（ここでは２００Å）の酸化アルミニウム膜（陽極酸化物層）５００を形成する。この工程は、３％の酒石酸を含むエチレングルコール溶液中において１０〜３０Ｖの電圧を印加することによって行われる。この酸化アルミニウム膜は、緻密でこの上に形成されるフォトレジスト５０６との密着性が良く、また、フォトレジストからの電流のリークを抑制することになるので、後の陽極酸化工程において、多孔質陽極酸化物を側面のみに形成するうえで極めて有効である。
Then, before forming the
そして、フォトレジスト５０６（例えば、東京応化製、ＯＦＰＲ８００／３０ｃｐ）をスピンコート法によって形成した。その後、フォトレジストとアルミニウム膜をパターニングして、ゲイト電極５０５、マスク膜５０６とした。（図５（Ａ））
A photoresist 506 (for example, OFPR 800/30 cp, manufactured by Tokyo Ohka) was formed by spin coating. Thereafter, the photoresist and the aluminum film were patterned to form a
さらにこれに電解液中で電流を通じて陽極酸化し、厚さ１０００〜５０００Å、例えば、厚さ５０００Åの多孔質型（ポーラス型）陽極酸化アルミニウム５０７を形成した。陽極酸化は、３〜２０％のクエン酸もしくはショウ酸、燐酸、クロム酸、硫酸等の酸性水溶液を用いておこない、１０〜３０Ｖの一定電流をゲイト電極に印加すればよい。本実施例ではシュウ酸溶液（３０℃）中で電圧を１０Ｖとし、２０〜４０分、陽極酸化した。陽極酸化物の厚さは陽極酸化時間によって制御した。（図５（Ｂ））
Further, this was anodized through an electric current in an electrolytic solution to form a porous (porous)
上記の工程は、緻密な陽極酸化アルミニウム膜５００が形成されているために、図５に示すように横方向のみに進行し、またその厚さも必要とするだけ得ることができる。
Since the dense anodic
次に、マスクを除去し、再び電解溶液中において、ゲイト電極に電流を印加した。今回は、３〜１０％の酒石液、硼酸、硝酸が含まれたエチレングルコール溶液を用いた。溶液の温度は１０℃前後の室温より低い方が良好な酸化膜が得られた。このため、ゲイト電極の上面および側面にバリヤ型の陽極酸化アルミニウム膜５０８が形成された。陽極酸化アルミニウム膜５０８の厚さは印加電圧に比例し、印加電圧が２００Ｖで２５００Åの陽極酸化物が形成された。陽極酸化アルミニウム膜５０８の厚さは必要とされるオフセット、オーバーラップの大きさによって決定したが、３０００Å以上の厚さの陽極酸化アルミニウムを得るには２５０Ｖ以上の高電圧が必要であり、薄膜トランジスタの特性に悪影響を及ぼすので３０００Å以下の厚さとすることが好ましい。本実施例では８０〜１５０Ｖまで上昇させ、必要とする陽極酸化アルミニウム膜５０８の厚さによって電圧を選択した。（図５（Ｃ））
Next, the mask was removed, and a current was applied to the gate electrode again in the electrolytic solution. This time, an ethylene glycol solution containing 3 to 10% tartaric acid solution, boric acid and nitric acid was used. A better oxide film was obtained when the temperature of the solution was lower than room temperature of around 10 ° C. Therefore, a barrier type anodized
その後、ドライエッチング法によって酸化珪素膜５０４をエッチングした。このエッチングにおいては、等方性エッチングのプラズマモードでも、あるいは異方性エッチングの反応性イオンエッチングモードでもよい。ただし、珪素と酸化珪素の選択比を十分に大きくすることによって、活性層を深くエッチングしないようにすることが重要である。例えば、エッチングガスとしてＣＦ4 を使用すれば多孔質陽極酸化アルミニウムはエッチングされず、酸化珪素膜５０４のみがエッチングされる。また、多孔質陽極酸化アルミニウム５０７の下の酸化珪素膜５０４’はエッチングされずに残した。（図５（Ｄ））
Thereafter, the
その後、燐酸、酢酸、硝酸の混酸を用いて多孔質陽極酸化アルミニウム５０７をエッチングした。このエッチングでは多孔質陽極酸化アルミニウム５０７のみがエッチングされ、エッチングレートは約６００Å／分であった。その下のゲイト絶縁膜５０４’はそのまま残存した。そして、イオンドーピング法によって、薄膜トランジスタの活性層５０３に、ゲイト電極部（すなわちゲイト電極とその周囲の陽極酸化膜）およびゲイト絶縁膜をマスクとして自己整合的に不純物を注入し、低抵抗不純物領域（ソース／ドレイン領域）５１０、５１３、高抵抗不純物領域５１１、５１２を形成した。
ドーピングガスとしてはここではフォスフィン（ＰＨ3 ）を用いたためＮ型の不純物領域となった。ドーピングガスとしてジボラン（Ｂ2 Ｈ6 ）を用いてＰ型の不純物領域を形成してもよい。
ドーズ量は５×１０14〜５×１０15ｃｍ-2、加速エネルギーは１０〜３０ｋｅＶとした。その後、ＫｒＦエキシマーレーザー（波長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を照射して、活性層中に導入された不純物イオンの活性化を行なった。
Thereafter, porous
Here, since phosphine (PH 3 ) is used as the doping gas, it becomes an N-type impurity region. A p-type impurity region may be formed using diborane (B 2 H 6 ) as a doping gas.
The dose amount was 5 × 10 14 to 5 × 10 15 cm −2 , and the acceleration energy was 10 to 30 keV. Thereafter, irradiation with KrF excimer laser (wavelength 248 nm,
ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析法）の結果によると、領域５１０、５１３の不純物濃度は１×１０20〜２×１０21ｃｍ-3、領域５１１、５１２では１×１０17〜２×１０18ｃｍ-3であった。ドーズ量換算では、前者は５×１０14〜５×１０15ｃｍ-2、後者は２×１０13〜５×１０14ｃｍ-2であった。この違いはゲイト絶縁膜５０４’の有無によってもたらされたのであって、一般的には、低抵抗不純物領域の不純物濃度は、高抵抗不純物領域のものより０．５〜３桁大きくなる。（図５（Ｅ））
According to the results of SIMS (secondary ion mass spectrometry), the impurity concentration of the
次に、全面に層間絶縁物５１４として、ＣＶＤ法によって酸化珪素膜を厚さ８０００Å形成した。そして、薄膜トランジスタのソース部、ドレイン部、ゲイト部のコンタクトホールを形成する。レジストパターンはそれぞれの部分が同時に開孔しているパターンを用いた。
Next, a silicon oxide film having a thickness of 8000 mm was formed as an
層間絶縁膜としては、酸化珪素膜より緻密な膜質を有し、絶縁の確実性が得られる窒化珪素膜を用いてもよいが、窒化珪素膜のみを層間絶縁膜として用いると、窒化珪素膜が有する強い応力により、特にガラス基板を用いた場合など、層間絶縁膜下の配線や素子に歪みが生じ、不良発生を招きやすい。
そこで、層間絶縁膜として、窒化珪素膜を５００〜１５００Å程度と、５０００〜６０００Åの酸化珪素膜を設ける２層構造、特に窒化珪素膜上に酸化珪素膜を有するものを設けて、絶縁性が高くかつ応力の影響を抑えたものとしてもよい。
As the interlayer insulating film, a silicon nitride film having a finer film quality than the silicon oxide film and capable of obtaining insulation reliability may be used. However, when only the silicon nitride film is used as the interlayer insulating film, the silicon nitride film Due to the strong stress possessed, especially when a glass substrate is used, the wiring and the elements under the interlayer insulating film are distorted, which tends to cause defects.
Therefore, as an interlayer insulating film, a silicon nitride film having a silicon oxide film of about 500 to 1500 mm and a silicon oxide film having a thickness of 5000 to 6000 mm, particularly a silicon nitride film on the silicon nitride film is provided, and the insulating property is high. And it is good also as what suppressed the influence of stress.
エッチングはまず酸化珪素膜である層間絶縁膜５１４に対しドライエッチングにより行い、次に陽極酸化アルミニウム膜５０８に対し、クロム燐酸溶液でエッチングを行なった。
Etching was first performed by dry etching on the
ドライエッチングは、ＣＨＦ3 を用いて、出力１０００Ｗにて行った。エッチング速度は３００Å／ｍｉｎであった。
こうして層間絶縁膜を介してソース領域５１５、ドレイン領域５１６に至るコンタクトホールが形成された。
Dry etching was performed using CHF 3 at an output of 1000 W. The etching rate was 300 Å / min.
Thus, contact holes reaching the
本実施例の薄膜トランジスタにおいては、ゲイト絶縁膜５０４’がソース領域５１０、ドレイン領域５１３上に延在していないが、該領域上にゲイト絶縁膜が延在している場合、層間絶縁膜５１４のエッチング終了と同時にソース領域５１０とドレイン領域５１３上では（延在した）ゲイト絶縁膜のエッチングが始まる。
In the thin film transistor of this embodiment, the
次にクロム燐酸溶液でエッチングを行なった。クロム燐酸溶液は、２リットル溶液中に燐酸（８５０ｇ／ｌ）３５ｍｌと無水クロム酸２０ｇを添加した溶液の中で６５℃に加熱したものである。
陽極酸化アルミニウム膜５０８表面は、クロム燐酸溶液で完全に除去され、アルミニウム界面に達した時点でエッチングは止まる。このようにして陽極酸化アルミニウム膜５０８にコンタクトホールが形成された。陽極酸化アルミニウム膜に対するエッチング速度は約１００Å／分であった。エッチング深さは、長時間溶液に浸漬しても進行せず、オーバーエッチになることはなかった。
Next, etching was performed with a chromium phosphoric acid solution. The chromium phosphoric acid solution was heated to 65 ° C. in a solution obtained by adding 35 ml of phosphoric acid (850 g / l) and 20 g of chromic anhydride to a 2 liter solution.
The surface of the anodized
次に、画素電極５１８をＩＴＯ（酸化インジューム・スズ）で形成した。
さらに、アルミニウム配線として電極５１５、５１６、５１７を、層間絶縁膜および陽極酸化アルミニウム膜に形成されたコンタクトホールを介してゲイト電極、ソース領域、ドレイン領域にそれぞれ接続するように形成した。さらに２００〜４００℃で水素アニールをおこなった。以上によって、薄膜トランジスタが完成した。（図５（Ｆ））
Next, the
Further,
本実施例では、層間絶縁膜に設けたコンタクトホールと、陽極酸化アルミニウム膜に設けたコンタクトホールを、同一のマスク工程により、同一の大きさに設けたが、図７（Ａ）に示すように、異なるマスクを用いて、陽極酸化アルミニウム膜に設けるコンタクトホールの口径を、層間絶縁膜に設けるものより小さくなるようにし、層間絶縁膜のコンタクトホール開孔内に陽極酸化アルミニウム膜の小さいコンタクトホールを設ける構成としてもよい。
このようにすることで、コンタクトホールが擬似的にテーパー形状となり、その結果コンタクトホール内に設けられるアルミニウム配線電極５１７の断線等を防ぐことができ、ゲート電極との良好なコンタクトが得られる。
In this embodiment, the contact hole provided in the interlayer insulating film and the contact hole provided in the anodized aluminum film are provided in the same size by the same mask process, but as shown in FIG. Using a different mask, the diameter of the contact hole provided in the anodized aluminum film is made smaller than that provided in the interlayer insulating film, and a small contact hole of the anodized aluminum film is formed in the contact hole opening of the interlayer insulating film. It is good also as a structure to provide.
By doing so, the contact hole becomes a pseudo taper shape, and as a result, disconnection of the
本実施例は、実施例３と同じく、逆スタガ型の薄膜トランジスタにおいて、ゲイト絶縁膜（層間絶縁膜）をしたコンタクトホールの形成方法に関する実施例である。
本実施例においては、ゲイト絶縁膜をドライエッチングした例を示す。
図６に本実施例で作製する薄膜トランジスタの作製工程を示す。本実施例の薄膜トランジスタは、画素電極が接続された、液晶電気光学装置の画素用スイッチング素子としての構成を有している。該素子をマトリクス構成をして各画素に絶縁ゲイト型薄膜トランジスタを設けたアクティブマトリス回路を形成できる。
This embodiment is an embodiment relating to a method of forming a contact hole having a gate insulating film (interlayer insulating film) in an inverted staggered thin film transistor, as in the third embodiment.
In this embodiment, an example in which the gate insulating film is dry etched is shown.
FIG. 6 shows a manufacturing process of a thin film transistor manufactured in this embodiment. The thin film transistor of this embodiment has a configuration as a pixel switching element of a liquid crystal electro-optical device to which a pixel electrode is connected. An active matrix circuit in which the elements are arranged in a matrix and an insulating gate type thin film transistor is provided in each pixel can be formed.
本実施例では配線材料として、アルミニウムを主成分とした例を示す。アルミニウム以外の材料としては、タンタル、チタン、さらにはこれらの混合材料やこれらの材料を主成分とする材料を利用することができる。 In this embodiment, an example in which aluminum is the main component is shown as a wiring material. As a material other than aluminum, tantalum, titanium, a mixed material thereof, or a material mainly composed of these materials can be used.
図６に、本実施例で作製したガラス基板上の絶縁ゲイト型薄膜トランジスタの作製工程を示す。図においては１つの薄膜トランジスタのみが示されているが、基板上には接続される画素電極と対になりマトリクス状に形成されている。
まず、基板（コーニング７０５９、２００ｍｍ×２００ｍｍ）７０１上に下地膜７０２として厚さ１０００〜３０００Å、例えば２０００Åの窒化珪素膜をスパッタ法により形成した。窒化珪素膜の代わりに酸化珪素膜を同程度の厚さに設けてもよい。この場合、酸化珪素膜の形成方法としては、酸素雰囲気中でのスパッタ法を使用する。しかしより量産性を高めるためには、ＴＥＯＳをプラズマＣＶＤ法で分解・堆積した膜を用いてもよい。
FIG. 6 shows a manufacturing process of an insulated gate thin film transistor over a glass substrate manufactured in this example. Although only one thin film transistor is shown in the figure, it is formed in a matrix on the substrate in pairs with pixel electrodes to be connected.
First, a silicon nitride film having a thickness of 1000 to 3000 mm, for example, 2000 mm, was formed as a
次に、厚さ１０００Å〜２μｍ、例えば、６０００Åのアルミニウム膜（１ｗｔ％のＳｉ、もしくは０．１〜０．３％ｗｔのＳｃを含む）を電子ビーム蒸着法もしくはスパッタ法で形成した。
形成したアルミニウム膜に対し、リン酸、硝酸、酢酸の混合溶液を用いたウェットプロセスによるフォトエッチングにより、断面をテーパー状にしてパターニングし、ゲイト電極部７０３を形成した。（図６（Ａ））
Next, an aluminum film (containing 1 wt% Si or 0.1 to 0.3 wt% Sc) having a thickness of 1000 to 2 μm, for example, 6000 mm was formed by electron beam evaporation or sputtering.
The
次に、このゲイト電極部７０３に対し陽極酸化を施した。
３％の酒石酸をエチレングルコールに溶解し、そこに１／１０アンモニア水を添加し、溶液のｐｈを６．８〜７．０に調整した。溶液を、恒温槽に入れ、液温を０〜２０℃、望ましくは１０±１℃にする。その溶液のなかに加工する基板と陰極となる金属電極材料を３０〜５０ｍｍ隔てて、アルミニウムを内側対向させた。陰極材料としては溶液に対して安定な材料ならば良い。本実施例では、白金板を用いた。電源より陽極側に加工基板を、陰極側に白金板を接続した。
Next, the
3% tartaric acid was dissolved in ethylene glycol, and 1/10 ammonia water was added thereto to adjust the pH of the solution to 6.8 to 7.0. The solution is placed in a thermostatic bath, and the liquid temperature is set to 0 to 20 ° C., desirably 10 ± 1 ° C. The substrate to be processed in the solution was separated from the metal electrode material to be the cathode by 30 to 50 mm, and the aluminum was opposed to the inside. The cathode material may be any material that is stable to the solution. In this example, a platinum plate was used. A processed substrate was connected to the anode side from the power source, and a platinum plate was connected to the cathode side.
陽極側に接続されたアルミニウムはプラスの電荷の供給を受けて酸化し、絶縁膜が形成される電源を定電流モードにしておくと陽極と陰極間の電位差は暫時増加する。到達電圧が１２０Ｖになった時点で電源モードを定電圧に切替え更に３０分の化成を行なった。このモードの場合には電流は急激に低下し膜抵抗が引き続き上昇していくことがわかる。この工程により形成した陽極酸化アルミニウム１０３の厚さは１５００Åであった。ここで形成される陽極酸化アルミニウム膜は緻密な組成を有し、素地のアルミニウムの外側に、陽極酸化アルミニウム膜７０５が等方的に形成された。
The aluminum connected to the anode side is oxidized by receiving a positive charge, and the potential difference between the anode and the cathode increases for a while when the power source for forming the insulating film is set to the constant current mode. When the ultimate voltage reached 120V, the power supply mode was switched to a constant voltage and the formation was further performed for 30 minutes. In this mode, it can be seen that the current decreases rapidly and the membrane resistance continues to increase. The thickness of the anodized
アルミニウム配線の断面パターンがテーパー（台形）形状をしている為、陽極酸化アルミニウム膜７０５形成後においても同様にテーパー（台形）形状になっている。１５０〜３５０℃で焼成した後の膜に電圧を印加し永久破壊が生じる時の耐電圧は１００〜１１０Ｖであり極めて良好な絶縁膜でアルミニウムが被覆されているのがわかる。
この後、大気中２００〜３００℃例えば２００℃で数〜数十分加熱すると、陽極酸化アルミニウムのリーク電流が一桁以上減少し、好ましかった。
このようにして、ゲイト電極部７０３は、ゲイト電極７０４の上面および側面にバリヤ型の陽極酸化アルミニウムよりなるゲイト絶縁膜７０５が形成された。（図６（Ｂ））
Since the cross-sectional pattern of the aluminum wiring has a tapered (trapezoidal) shape, it is similarly tapered (trapezoidal) after the anodized
Thereafter, heating at a temperature of 200 to 300 ° C., for example, 200 ° C. in the atmosphere, for several to several tens of minutes was preferable because the leakage current of anodized aluminum decreased by one digit or more.
Thus, in the
次にシランとアンモニアを１：３〜１：８ここでは１：５の割合で用いてプラズマＣＶＤ法により、２層目のゲイト絶縁膜７０６として窒化珪素膜を１０００〜３０００Å、例えば２０００Å形成した。
窒化珪素膜の代わりに酸化珪素膜を同程度の厚さに設けてもよい。
酸化珪素膜の場合、その形成方法としては、酸素雰囲気中でのスパッタ法またプラズマＣＶＤ法を使用する。プラズマＣＶＤ法を用いる場合には、ＴＥＯＳを原料とし、酸素とともに基板温度１５０〜４００℃、好ましくは２００〜２５０℃で、ＲＦ放電させて、原料ガスを分解・堆積した。ＴＥＯＳと酸素の圧力比は、１：１〜１：１０また、また、圧力は０．０５〜０．５ｔｏｒｒ、ＲＦパワーは１００〜２５０Ｗとした。あるいはＴＥＯＳを原料としてオゾンガスとともに、減圧ＣＶＤ法もしくは常圧ＣＶＤ法によって、基板温度を１５０〜４００℃、好ましくは２００〜２５０℃として形成してもよい。
このゲイト絶縁膜７０６は設けなくてもよいが、設けた場合、電極間短絡の減少、および薄膜トランジスタの相互コンダクタンスの改善等を図ることができる。
Next, a silicon nitride film was formed as a second
Instead of the silicon nitride film, a silicon oxide film may be provided with the same thickness.
In the case of a silicon oxide film, a sputtering method or a plasma CVD method in an oxygen atmosphere is used as a method for forming the silicon oxide film. In the case of using the plasma CVD method, TEOS was used as a raw material, and RF discharge was performed at a substrate temperature of 150 to 400 ° C., preferably 200 to 250 ° C. together with oxygen, to decompose and deposit the raw material gas. The pressure ratio between TEOS and oxygen was 1: 1 to 1:10, the pressure was 0.05 to 0.5 torr, and the RF power was 100 to 250 W. Alternatively, the substrate temperature may be set to 150 to 400 ° C., preferably 200 to 250 ° C. by TEOS as a raw material together with ozone gas by a low pressure CVD method or a normal pressure CVD method.
The
また、ゲイト絶縁膜７０６として、酸化珪素膜を４００〜３０００Åと、該膜上に窒化珪素膜を３００〜２０００Å積層した２層構造とし、絶縁性が高くかつ応力の影響を抑えたものとしてもよい。
The
ゲイト絶縁膜７０６上に、チャネル形成領域を構成するＩ型のアモルファスシリコン膜７０７を２００〜２０００Å、例えば１０００Å形成した。
さらにその上に、５００〜３０００Å、ここでは１０００Åの窒化珪素膜を形成した。形成した窒化珪素膜に対して純水にて１／１０〜１／５０に希釈したフッ酸にてエッチングを行ない、保護膜７０８を形成した。
さらにその上に、リンを含んだｎ+ アモルファスシリコン膜７０９をプラズマＣＶＤ法により２００〜１０００Å、ここでは３００Å厚に形成した。このアモルファスシリコン膜７０９は、ホウ素を含んだｐ+ アモルファスシリコン膜にしてもよい。（図６（Ｃ））
On the
Further, a silicon nitride film of 500 to 3000 mm, here 1000 mm, was formed thereon. The formed silicon nitride film was etched with hydrofluoric acid diluted 1/10 to 1/50 with pure water to form a
Furthermore, an n +
次に、Ｉ型のアモルファスシリコン膜７０７とｎ+ アモルファスシリコン膜７０９に対しドライエッチングを行ない、パターニングした。
一方、画素電極７１０となるＩＴＯ（酸化インジウム・スズ）薄膜も形成し、パターニングした。
Next, the I-type
On the other hand, an ITO (indium tin oxide) thin film to be the
次にコンタクトホールを形成するために、窒化珪素膜よりなるゲイト絶縁膜７０６とその下の陽極酸化アルミニウム膜よりなるゲイト絶縁膜７０５に対しエッチングを施した。
エッチングは、まずゲイト絶縁７０６に対し、コンタクトホールのパターンにレジストを形成し、ドライエッチングにより行った。
ドライエッチングは、ＣＨＦ3 を用いて、出力１０００Ｗにて行った。エッチング速度は２５０Å／ｍｉｎであった。
Next, in order to form a contact hole, the
Etching was performed by forming a resist in a contact hole pattern on the
Dry etching was performed using CHF 3 at an output of 1000 W. The etching rate was 250 Å / min.
次に陽極酸化アルミニウム膜よりなるゲイト絶縁膜７０５に対しクロム燐酸溶液でエッチングを行なった。クロム燐酸溶液は、２リットル溶液中に燐酸（８５０ｇ／ｌ）３５ｍｌと無水クロム酸２０ｇを添加した溶液の中で６５℃に加熱したものである。陽極酸化アルミニウムは、クロム燐酸溶液で完全に除去され、アルミニウム界面に達した時点でエッチングは止まった。時間を長く溶液に浸漬してもエッチング深さが進行してオーバーエッチになることはなかった。このようにしてコンタクトホールが形成された。
Next, the
次に、アルミニウム膜を電子ビーム蒸着法またはスパッタ法にて１０００〜２μｍここでは３０００Å厚に形成した。そして、このアルミニウム膜をドライエッチングによりパターニングし、ソース電極７１１、ドレイン電極７１２、ゲイト配線電極７１３を形成した。ゲイト配線電極７１３はゲイト電極７０４と良好なコンタクトを形成できた。
またｎ+ アモルファスシリコン膜をドライエッチングによりエッチング、パターニングし、ソース領域とドレイン領域に分割した。
このようにして薄膜トランジスタが完成した。（図６（Ｄ）、図６（Ｄ’）（図６（Ｄ）の点線における断面図））
Next, an aluminum film was formed to a thickness of 1000-2 μm, here 3000 Å, by electron beam evaporation or sputtering. The aluminum film was patterned by dry etching to form a
Further, the n + amorphous silicon film was etched and patterned by dry etching, and divided into a source region and a drain region.
In this way, a thin film transistor was completed. (FIG. 6D, FIG. 6D ′ (cross-sectional view taken along the dotted line in FIG. 6D))
本実施例では、ゲイト絶縁膜に設けたコンタクトホールと、陽極酸化アルミニウム膜に設けたコンタクトホールを、同一のマスク工程により、同一の大きさに設けたが、図７（Ｂ）に示すように、異なるマスクを用いて、陽極酸化アルミニウム膜に設けるコンタクトホールの口径を、ゲイト絶縁膜に設けるものより小さくなるようにし、ゲイト絶縁膜のコンタクトホール開孔内に陽極酸化アルミニウム膜の小さいコンタクトホールを設ける構成としてもよい。
このようにすることで、コンタクトホールが擬似的にテーパー形状となり、その結果コンタクトホール内に設けられるアルミニウム配線電極７１３の断線等を防ぐことができ、ゲート電極との良好なコンタクトが得られる。
In this embodiment, the contact hole provided in the gate insulating film and the contact hole provided in the anodized aluminum film are provided in the same size by the same mask process, but as shown in FIG. Using a different mask, the diameter of the contact hole provided in the anodized aluminum film is made smaller than that provided in the gate insulating film, and a small contact hole of the anodized aluminum film is formed in the contact hole opening of the gate insulating film. It is good also as a structure to provide.
By doing so, the contact hole becomes a pseudo taper shape, and as a result, disconnection of the
本実施例は、実施例２、実施例４で示した薄膜トランジスタの作製工程において、陽極酸化アルミニウム膜の開孔の形成を、イオンミリング法により行った例を示す。 In this example, in the thin film transistor manufacturing steps shown in Example 2 and Example 4, an opening of the anodized aluminum film is formed by an ion milling method.
まず、基板（コーニング７０５９、３００ｍｍ×４００ｍｍもしくは１００ｍｍ×１００ｍｍ）５０１上に下地酸化膜５０２として厚さ１０００〜３０００Åの酸化珪素膜を形成した。この酸化膜の形成方法としては、酸素雰囲気中でのスパッタ法を使用した。しかし、より量産性を高めるには、ＴＥＯＳをプラズマＣＶＤ法で分解・堆積した膜を用いてもよい。
First, a silicon oxide film having a thickness of 1000 to 3000 mm was formed as a
その後、プラズマＣＶＤ法やＬＰＣＶＤ法によって非晶質珪素膜を３００〜５０００Å、好ましくは５００〜１０００Å堆積し、これを、５５０〜６００℃の還元雰囲気に２４時間放置して、結晶化せしめた。この工程は、レーザー照射によっておこなってもよい。そして、このようにして結晶化させた珪素膜をパターニングして島状領域５０３を形成した。さらに、この上にスパッタ法によって厚さ７００〜１５００Åの酸化珪素膜５０４を形成した。
Thereafter, an amorphous silicon film was deposited by a plasma CVD method or an LPCVD method to a thickness of 300 to 5000, preferably 500 to 1000, and left to stand in a reducing atmosphere at 550 to 600 ° C. for 24 hours for crystallization. This step may be performed by laser irradiation. Then, the silicon film crystallized in this manner was patterned to form
その後、厚さ１０００Å〜３μｍ（ここでは６０００Å）のアルミニウム（１ｗｔ％のＳｉ、もしくは０．１〜０．３ｗｔ％のＳｃ（スカンジウム）を含む）膜を電子ビーム蒸着法もしくはスパッタ法によって形成した。 After that, an aluminum (containing 1 wt% Si or 0.1 to 0.3 wt% Sc (scandium)) film having a thickness of 1000 to 3 μm (here, 6000 mm) was formed by an electron beam evaporation method or a sputtering method.
そして、フォトレジスト５０６の形成前に、陽極酸化法によって厚さ１００〜１０００Å（ここでは２００Å）の酸化アルミニウム膜（陽極酸化物層）５００を形成する。この工程は、３％の酒石酸を含むエチレングルコール溶液中において１０〜３０Ｖの電圧を印加することによって行われる。この酸化アルミニウム膜は、緻密でこの上に形成されるフォトレジスト５０６との密着性が良く、また、フォトレジストからの電流のリークを抑制することになるので、後の陽極酸化工程において、多孔質陽極酸化物を側面のみに形成するうえで極めて有効である。
Then, before forming the
そして、フォトレジスト５０６（例えば、東京応化製、ＯＦＰＲ８００／３０ｃｐ）をスピンコート法によって形成した。その後、フォトレジストとアルミニウム膜をパターニングして、ゲイト電極５０５、マスク膜５０６とした。（図５（Ａ））
A photoresist 506 (for example, OFPR 800/30 cp, manufactured by Tokyo Ohka) was formed by spin coating. Thereafter, the photoresist and the aluminum film were patterned to form a
さらにこれに電解液中で電流を通じて陽極酸化し、厚さ１０００〜５０００Å、例えば、厚さ５０００Åの多孔質型（ポーラス型）陽極酸化アルミニウム５０７を形成した。陽極酸化は、３〜２０％のクエン酸もしくはショウ酸、燐酸、クロム酸、硫酸等の酸性水溶液を用いておこない、１０〜３０Ｖの一定電流をゲイト電極に印加すればよい。本実施例ではシュウ酸溶液（３０℃）中で電圧を１０Ｖとし、２０〜４０分、陽極酸化した。陽極酸化物の厚さは陽極酸化時間によって制御した。（図５（Ｂ））
Further, this was anodized through an electric current in an electrolytic solution to form a porous (porous)
上記の工程は、緻密な陽極酸化アルミニウム膜５００が形成されているために、図５に示すように横方向のみに進行し、またその厚さも必要とするだけ得ることができる。
Since the dense anodic
次に、マスクを除去し、再び電解溶液中において、ゲイト電極に電流を印加した。今回は、３〜１０％の酒石液、硼酸、硝酸が含まれたエチレングルコール溶液を用いた。溶液の温度は１０℃前後の室温より低い方が良好な酸化膜が得られた。このため、ゲイト電極の上面および側面にバリヤ型の陽極酸化アルミニウム膜５０８が形成された。陽極酸化アルミニウム膜５０８の厚さは印加電圧に比例し、印加電圧が２００Ｖで２５００Åの陽極酸化物が形成された。陽極酸化アルミニウム膜５０８の厚さは必要とされるオフセット、オーバーラップの大きさによって決定したが、３０００Å以上の厚さの陽極酸化アルミニウムを得るには２５０Ｖ以上の高電圧が必要であり、薄膜トランジスタの特性に悪影響を及ぼすので３０００Å以下の厚さとすることが好ましい。本実施例では８０〜１５０Ｖまで上昇させ、必要とする陽極酸化アルミニウム膜５０８の厚さによって電圧を選択した。（図５（Ｃ））
Next, the mask was removed, and a current was applied to the gate electrode again in the electrolytic solution. This time, an ethylene glycol solution containing 3 to 10% tartaric acid solution, boric acid and nitric acid was used. A better oxide film was obtained when the temperature of the solution was lower than room temperature of around 10 ° C. Therefore, a barrier type anodized
その後、ドライエッチング法によって酸化珪素膜５０４をエッチングした。このエッチングにおいては、等方性エッチングのプラズマモードでも、あるいは異方性エッチングの反応性イオンエッチングモードでもよい。ただし、珪素と酸化珪素の選択比を十分に大きくすることによって、活性層を深くエッチングしないようにすることが重要である。例えば、エッチングガスとしてＣＦ4 を使用すれば多孔質陽極酸化アルミニウムはエッチングされず、酸化珪素膜５０４のみがエッチングされる。また、多孔質陽極酸化アルミニウム５０７の下の酸化珪素膜５０４’はエッチングされずに残した。（図５（Ｄ））
Thereafter, the
その後、燐酸、酢酸、硝酸の混酸を用いて多孔質陽極酸化アルミニウム５０７をエッチングした。このエッチングでは多孔質陽極酸化アルミニウム５０７のみがエッチングされ、エッチングレートは約６００Å／分であった。その下のゲイト絶縁膜５０４’はそのまま残存した。そして、イオンドーピング法によって、薄膜トランジスタの活性層５０３に、ゲイト電極部（すなわちゲイト電極とその周囲の陽極酸化膜）およびゲイト絶縁膜をマスクとして自己整合的に不純物を注入し、低抵抗不純物領域（ソース／ドレイン領域）５１０、５１３、高抵抗不純物領域５１１、５１２を形成した。
ドーピングガスとしてはここではフォスフィン（ＰＨ3 ）を用いたためＮ型の不純物領域となった。ドーピングガスとしてジボラン（Ｂ2 Ｈ6 ）を用いてＰ型の不純物領域を形成してもよい。
ドーズ量は５×１０14〜５×１０15ｃｍ-2、加速エネルギーは１０〜３０ｋｅＶとした。その後、ＫｒＦエキシマーレーザー（波長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を照射して、活性層中に導入された不純物イオンの活性化を行なった。
Thereafter, porous
Here, since phosphine (PH 3 ) is used as the doping gas, it becomes an N-type impurity region. A p-type impurity region may be formed using diborane (B 2 H 6 ) as a doping gas.
The dose amount was 5 × 10 14 to 5 × 10 15 cm −2 , and the acceleration energy was 10 to 30 keV. Thereafter, irradiation with KrF excimer laser (wavelength 248 nm,
ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析法）の結果によると、領域５１０、５１３の不純物濃度は１×１０20〜２×１０21ｃｍ-3、領域５１１、５１２では１×１０17〜２×１０18ｃｍ-3であった。ドーズ量換算では、前者は５×１０14〜５×１０15ｃｍ-2、後者は２×１０13〜５×１０14ｃｍ-2であった。この違いはゲイト絶縁膜５０４’の有無によってもたらされたのであって、一般的には、低抵抗不純物領域の不純物濃度は、高抵抗不純物領域のものより０．５〜３桁大きくなる。（図５（Ｅ））
According to the results of SIMS (secondary ion mass spectrometry), the impurity concentration of the
次に、全面に層間絶縁物５１４として、ＣＶＤ法によって酸化珪素膜を厚さ８０００Å形成した。そして、薄膜トランジスタのソース部、ドレイン部、ゲイト部のコンタクトホールを形成する。マスクパターンはそれぞれの部分が同時に開孔しているパターンを用いてレジストを形成した。
Next, a silicon oxide film having a thickness of 8000 mm was formed as an
層間絶縁膜としては、酸化珪素膜より緻密な膜質を有し、絶縁の確実性が得られる窒化珪素膜を用いてもよいが、窒化珪素膜のみを層間絶縁膜として用いると、窒化珪素膜が有する強い応力により、特にガラス基板を用いた場合など、層間絶縁膜下の配線や素子に歪みが生じ、不良発生を招きやすい。
そこで、層間絶縁膜として、窒化珪素膜を５００〜１５００Å程度と、５０００〜６０００Åの酸化珪素膜を設ける２層構造、特に窒化珪素膜上に酸化珪素膜を有するものを設けて、絶縁性が高くかつ応力の影響を抑えたものとしてもよい。
As the interlayer insulating film, a silicon nitride film having a finer film quality than that of the silicon oxide film and capable of obtaining insulation reliability may be used. However, when only the silicon nitride film is used as the interlayer insulating film, the silicon nitride film Due to the strong stress possessed, especially when a glass substrate is used, the wiring and the elements under the interlayer insulating film are distorted, which tends to cause defects.
Therefore, as the interlayer insulating film, a silicon nitride film having a silicon oxide film of about 500 to 1500 mm and a silicon oxide film having a thickness of 5000 to 6000 mm is provided. And it is good also as what suppressed the influence of stress.
まず酸化珪素膜である層間絶縁膜５１４に対し、ＡＢＨＦによるウェットエッチング、またはドライエッチングにより行い、次に陽極酸化アルミニウム膜５０８に対し、イオンミリング法で開孔を形成した。
First, the
ウェットエッチングの場合、エッチャントであるＡＢＨＦは、酢酸と４０％フッ化アンモニウム（ＮＨ4 Ｆ）と５０％フッ化水素酸（ＨＦ）を５０：５０：１（体積比）で混合したものを用いた。
ＡＢＨＦによって層間絶縁膜５１４をエッチングした時のエッチング速度は３４００Å／分であった。こうして層間絶縁膜を介してソース領域５１５、ドレイン領域５１６に至るコンタクトホールが形成された。
In the case of wet etching, ABHF which is an etchant is a mixture of acetic acid, 40% ammonium fluoride (NH 4 F) and 50% hydrofluoric acid (HF) in a ratio of 50: 50: 1 (volume ratio). .
The etching rate when the
本実施例の薄膜トランジスタにおいては、ゲイト絶縁膜５０４’がソース領域５１０、ドレイン領域５１３上に延在していないが、該領域上にゲイト絶縁膜が延在している場合、層間絶縁膜５１４のエッチング終了と同時にソース領域５１０とドレイン領域５１３上では（延在した）ゲイト絶縁膜のエッチングが始まる。本実施例のゲイト絶縁膜に対し、前述のＡＢＨＦによってエッチングした場合そのエッチング速度は、１７００Å／分であった。一方、ゲイト部では層間絶縁膜エッチング終了の時点で陽極酸化アルミニウム膜５０８の上部が露出しておりＡＢＨＦにより３００〜６００Å程度エッチング進行したが、それ以上進行しなかった。
In the thin film transistor of this embodiment, the
ドライエッチングの場合、ここではＣＨＦ3 を用いて、出力１０００Ｗにて行った。エッチング速度は３００Å／ｍｉｎであった。 In the case of dry etching, here, CHF 3 was used and the output was 1000 W. The etching rate was 300 Å / min.
次にイオンミリング法により陽極酸化アルミニムウム膜５０８に開孔を形成した。
まずレジストを除去し、新たにゲイト電極部のみ開孔したパターンを有するレジストを設ける。
次に、イオン飛翔方向に対して垂直より３０°傾いた回転ターゲット上に基板を設置し、圧力１．７×１０-4Ｔｏｒｒ、アルゴンガスを１０ｓｃｃｍで流入させ、加速電圧６００ｅＶで、陽極酸化アルミニウム膜５０８に対しイオンミリングを施した。
約１０分で、陽極酸化アルミニウム膜５０８に対し開孔を設け、内部のアルミニウムを露呈させることができた。
レジストを除去し、陽極酸化アルミニウム膜５０８にコンタクトホールが形成された。
Next, an opening was formed in the anodized
First, the resist is removed, and a resist having a pattern in which only the gate electrode portion is opened is provided.
Next, the substrate is placed on a rotating target inclined at 30 ° from the perpendicular to the ion flight direction, pressure is 1.7 × 10 −4 Torr, argon gas is introduced at 10 sccm, and an anodic oxide aluminum is applied at an acceleration voltage of 600 eV. The
In about 10 minutes, an opening was formed in the anodized
The resist was removed, and contact holes were formed in the anodized
次に、画素電極５１８をＩＴＯ（酸化インジューム・スズ）で形成した。
さらに、アルミニウム配線として電極５１５、５１６、５１７を、層間絶縁膜および陽極酸化アルミニウム膜に形成されたコンタクトホールを介してゲイト電極、ソース領域、ドレイン領域にそれぞれ接続するように形成した。さらに２００〜４００℃で水素アニールをおこなった。以上によって、薄膜トランジスタが完成した。（図５（Ｆ））
Next, the
Further,
本実施例では、層間絶縁膜に設けたコンタクトホールと、陽極酸化アルミニウム膜に設けたコンタクトホールを、同一のマスク工程により、同一の大きさに設けたが、図７（Ａ）に示すように、異なるマスクを用いて、陽極酸化アルミニウム膜に設けるコンタクトホールの口径を、層間絶縁膜に設けるものより小さくなるようにし、層間絶縁膜のコンタクトホール開孔内に陽極酸化アルミニウム膜の小さいコンタクトホールを設ける構成としてもよい。
このようにすることで、コンタクトホールが擬似的にテーパー形状となり、その結果コンタクトホール内に設けられるアルミニウム配線電極５１７の断線等を防ぐことができ、ゲート電極との良好なコンタクトが得られる。
In this embodiment, the contact hole provided in the interlayer insulating film and the contact hole provided in the anodized aluminum film are provided in the same size by the same mask process, but as shown in FIG. Using a different mask, the diameter of the contact hole provided in the anodized aluminum film is made smaller than that provided in the interlayer insulating film, and a small contact hole of the anodized aluminum film is formed in the contact hole opening of the interlayer insulating film. It is good also as a structure to provide.
By doing so, the contact hole becomes a pseudo taper shape, and as a result, disconnection of the
１０１・・・・基板
１０２・・・・第１の電極（アルミニウム）
１０３・・・・陽極酸化アルミニウム
１０４・・・・層間絶縁膜
１０５・・・・第２の電極
１０６・・・・第１の電極の上面
３０１・・・・ソース部開孔
３０２・・・・ドレイン部開孔
３０３・・・・レジスト
３０４・・・・ゲイト部開孔
４０１・・・・基板
４０２・・・・下地膜
４０３・・・・ソース部活性層
４０４・・・・チャネル部活性層
４０５・・・・ドレイン部活性層
４０６・・・・ゲイト絶縁膜
４０７・・・・ゲイト電極（アルミニウム）
４０８・・・・陽極酸化アルミニウム膜（バリア型）
４０９・・・・陽極酸化アルミニウム膜（ポーラス型）
４１０・・・・層間絶縁膜
４１１・・・・ソース部接続電極
４１２・・・・ドレイン部接続電極
４１３、４１４・・・・オフセット領域
４１５・・・・ゲイト部接続電極
５００・・・・酸化アルミニウム膜
５０１・・・・基板
５０２・・・・下地酸化膜
５０３・・・・島状領域
５０４・・・・酸化珪素膜
５０４・・・・ゲイト絶縁膜
５０５・・・・ゲイト電極
５０６・・・・マスク膜
５０７・・・・多孔質型（ポーラス型）陽極酸化アルミニウム膜
５０８・・・・バリア型陽極酸化アルミニウム膜
５１０・・・・低抵抗不純物領域（ソース領域）
５１３・・・・低抵抗不純物領域（ドレイン領域）
５１１、５１２・・・・高抵抗不純物領域
５１４・・・・層間絶縁膜
５１５、５１６、５１７・・・・電極
５１８ 画素電極
７０１ 基板
７０２ 下地膜
７０３ ゲイト電極部
７０４ ゲイト電極
７０５ ゲイト絶縁膜（陽極酸化アルミニウム）
７０６ ゲイト絶縁膜
７０７ Ｉ型アモルファスシリコン膜
７０８ 保護膜
７０９ ｎ+ アモルファスシリコン膜
７１０ 画素電極
７１１ ソース電極
７１２ ドレイン電極
７１３ ゲート配線電極
101...
103 ... Anodized aluminum 104 ...
408 ... ・ Anodized aluminum film (barrier type)
409... Anodized aluminum film (porous type)
410... Interlayer insulating film 411... Source portion connection electrode 412... Drain portion connection electrode 413, 414.
513... Low resistance impurity region (drain region)
511, 512... High
706 Gate insulating film 707 I-type
Claims (1)
前記アルミニウム膜をエッチングして断面がテーパー形状であるアルミニウムゲイト電極を形成し、
前記ゲイト電極上にゲイト絶縁膜を形成し、
前記ゲイト絶縁膜上にＩ型のアモルファスシリコン膜を形成し、
前記Ｉ型のアモルファスシリコン膜上に保護膜を形成し、
前記Ｉ型のアモルファスシリコン膜及び保護膜上にｎ型のアモルファスシリコン膜を形成し、
前記Ｉ型のアモルファスシリコン膜をエッチングするとともに前記ｎ型のアモルファスシリコン膜をエッチングしてソース領域及びドレイン領域を形成し、
前記ゲイト絶縁膜上に画素電極を形成し、
前記ゲイト絶縁膜に対してエッチングをして前記ゲイト電極へのコンタクトホールを形成し、
アルミニウム膜を形成し、前記アルミニウム膜をエッチングして、前記ソース領域と電気的に接続するソース電極、前記ドレイン領域及び前記画素電極と電気的に接続するドレイン電極、前記ゲイト電極と電気的に接続するゲイト配線電極を形成する半導体装置の作製方法であって、
前記ゲイト絶縁膜は、前記アルミニウムを陽極酸化した陽極酸化膜及び前記陽極酸化膜上に形成した窒化珪素膜の積層膜からなり、
前記ゲイト絶縁膜に対してエッチングをして前記ゲイト電極へのコンタクトホールを形成するに際し、
前記窒化珪素膜を酢酸、フッ化アンモニウム及びフッ化水素酸を含んだ溶液によってエッチングする、又は前記窒化珪素膜をＣＨＦ３を用いてドライエッチングし、
前記陽極酸化膜をリン酸及び無水クロム酸を含んだ溶液でエッチングして前記ゲイト電極へのコンタクトホールを形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。 Forming an aluminum film,
Etching the aluminum film to form an aluminum gate electrode having a tapered cross section;
Forming a gate insulating film on the gate electrode;
Forming an I-type amorphous silicon film on the gate insulating film;
Forming a protective film on the I-type amorphous silicon film;
Forming an n-type amorphous silicon film on the I-type amorphous silicon film and the protective film;
Etching the I-type amorphous silicon film and etching the n-type amorphous silicon film to form a source region and a drain region;
Forming a pixel electrode on the gate insulating film;
Etching the gate insulating film to form a contact hole to the gate electrode,
Forming an aluminum film, etching the aluminum film, and electrically connecting the source electrode electrically connected to the source region, the drain electrode electrically connected to the drain region and the pixel electrode, and the gate electrode; A method of manufacturing a semiconductor device for forming a gate wiring electrode,
The gate insulating film comprises a laminated film of an anodized film obtained by anodizing the aluminum and a silicon nitride film formed on the anodized film.
When forming a contact hole to the gate electrode by etching the gate insulating film,
Etching the silicon nitride film with a solution containing acetic acid, ammonium fluoride and hydrofluoric acid, or dry-etching the silicon nitride film with CHF 3 ;
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the contact hole to the gate electrode is formed by etching the anodic oxide film with a solution containing phosphoric acid and chromic anhydride.
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