JP4936709B2 - プラズマエッチング方法および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）製造用のガラス基板などの被処理体を、処理ガスのプラズマを用いてエッチング処理するプラズマエッチング方法および半導体装置の製造方法に関する。

液晶表示装置（ＬＣＤ）に代表されるＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）に使用される薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を製造するに際しては、ガラス基板上にゲート電極が形成され、その上に窒化ケイ素などからなるゲート絶縁膜が形成される。そして、その上に半導体層ならびにソース電極およびドレイン電極を形成するための膜が順次形成され、エッチングによりソース電極およびドレイン電極ならびにチャネル部が形成される。

そして、上記のようにゲート電極やソース・ドレイン電極を形成した後では、配線接続用のコンタクトホールを形成する目的でゲート絶縁膜や表面保護膜（パッシベーション膜）のエッチングが行なわれる。この際、マスク消費削減と製造工程の削減を図る目的から、深さの異なる複数のコンタクトホール、つまり、ゲート電極に接続するコンタクトホールと、ソース・ドレイン電極に接続するコンタクトホールを、１回のフォトリソグラフィー工程により得られたマスクパターンによって形成することが行なわれている（例えば、特許文献１）。

ところで、ソース・ドレイン電極は、低抵抗な配線材料であるＡｌや、ＡｌＮｄを母材とし、さらにバリアメタルとしてモリブデン（Ｍｏ）またはその合金を積層した構造として、例えばＭｏ／Ａｌ／Ｍｏ構造や、Ｍｏ／ＡｌＮｄ／Ｍｏ構造が採用される。この場合、上層のＭｏは窒化ケイ素膜中へのスパイク防止、およびテーパー制御のため、下層Ｍｏは、配線層の下地となるＳｉとの相互拡散を防止するために用いられる。そして、上層のＭｏは、ウエットエッチングの際の形状制御性を確保するため、通常５０ｎｍ程度に薄膜形成される。
特開２００３−２２４１３８号公報

上記のように、１回のフォトリソグラフィー工程により得られたマスクパターンによって、ゲート電極に接続するコンタクトホールと、ソース・ドレイン電極に接続するコンタクトホールという深さの異なる２種類のコンタクトホールを形成するエッチング処理においては、被エッチング膜である窒化ケイ素膜をエッチングする際に、ソース・ドレイン電極上層のバリアメタルであるＭｏに対して十分なエッチング選択比が得られないと、Ｍｏ層がエッチングされて消失してしまい、ＴＦＴ特性や表示特性に悪影響を与えるおそれがある。このため、従来はＳＦ_６とＯ_２、ＳＦ_６とＯ_２とＨｅ、ＳＦ_６とＮ_２などの処理ガスを用いて、高エッチングレート、高エッチング選択比でのエッチングが実施されてきた。

しかし、近年ではＦＰＤ用ガラス基板が益々大型化する傾向にあり、長辺が２ｍを超えるものまで登場している。基板サイズが大きくなるに伴い、基板面内全てで十分なエッチング選択性を確保することは困難になる。図６は、ＳＦ_６／Ｏ_２／Ｈｅガスを用いて、サイズの異なる基板Ｇに対してプラズマエッチング処理を行なった場合の基板面積と、Ｍｏ膜に対する窒化ケイ素膜のエッチング選択比、およびＭｏ膜のエッチングレートの関係を示している。この図６から、基板面積が大きくなるに従い、Ｍｏ膜のエッチングレートが上昇し、逆に窒化ケイ素膜のエッチング選択比（窒化ケイ素膜のエッチングレート／Ｍｏ膜のエッチングレート）は低下していく傾向が読み取れる。特に、基板面積が２７０００ｃｍ^２（１５００ｍｍ×１８００ｍｍ）になると、窒化ケイ素膜／Ｍｏ膜のエッチング選択比が１０を下回り、Ｍｏ膜が高エッチングレートでエッチングされてしまうことから、ＴＦＴ特性に悪影響を与えることが懸念される。

従って、本発明は、大型ガラス基板を処理する場合でも、Ｍｏなどの高融点金属材料膜を含むソース・ドレイン電極に対して窒化ケイ素膜のエッチング選択比が十分に得られるエッチング方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の観点は、プラズマ処理装置の処理室内で、高融点金属材料膜を含むゲート電極と、高融点金属材料膜を含むソース・ドレイン電極とを有する薄膜トランジスタが形成された被処理体に対し、ＣＦ_４とＯ_２とを含む処理ガスのプラズマを用いてエッチング処理を行い、前記ゲート電極および前記ソース・ドレイン電極より上層の窒化ケイ素膜をエッチングして、前記ゲート電極および前記ソース・ドレイン電極にそれぞれ到達する複数の深さの異なるコンタクトホールを一度に形成するプラズマエッチング方法であって、前記高融点金属材料膜がモリブデンまたはモリブデン合金からなる膜であり、前記ＣＦ _４ ガスと前記Ｏ _２ ガスの流量比率は、
０％＜ ［Ｏ _２ ／（ＣＦ _４ ＋Ｏ _２ ）］×１００ ≦３０％
を満たすことを特徴とする、プラズマエッチング方法を提供する。

上記第１の観点において、前記ＣＦ _４ ガスと前記Ｏ _２ ガスの流量比率は、
２％≦ ［Ｏ _２ ／（ＣＦ _４ ＋Ｏ _２ ）］×１００ ≦２０％
を満たすことが好ましい。
また、前記ゲート電極上には、窒化ケイ素からなるゲート絶縁膜および窒化ケイ素からなる表面保護膜が積層形成され、前記ソース・ドレイン電極上には、窒化ケイ素からなる表面保護膜が形成されていてもよく、
前記深さの異なるコンタクトホールにおいて、前記ゲート電極に到達するコンタクトホールの深さＤ_１と、前記ソース・ドレイン電極に到達するコンタクトホールの深さＤ_２との比は、Ｄ_１：Ｄ_２＝１．８〜３．０：１であってもよい。
また、前記ソース・ドレイン電極に対する前記ゲート絶縁膜のエッチング選択比が、１０以上であることが好ましい。
また、前記ＣＦ_４ガスの流量が、２Ｌ／ｍｉｎ以上であることが好ましい。

また、メインエッチング時間に対して、１０〜５０％のオーバーエッチングを行なうことが好ましい。
また、処理圧力が２〜６６．７Ｐａの範囲であることが好ましい。
また、前記プラズマ処理装置は平行平板型プラズマ処理装置であり、被処理体面積１ｃｍ^２当り０．１〜１．５Ｗの高周波を供給してプラズマ処理を行なうものであることが好ましい。

また、前記被処理体は、フラットパネルディスプレイ用基板であることが好ましい。この場合、被処理体の面積が２７０００ｃｍ^２以上であることが好ましい。

本発明の第２の観点は、コンピュータ上で動作し、実行時に、上記第１の観点のプラズマエッチング方法が行なわれるように前記プラズマ処理装置を制御することを特徴とする、制御プログラムを提供する。

本発明の第３の観点は、コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ読み取り可能な記憶媒体であって、
前記制御プログラムは、実行時に、上記第１の観点のプラズマエッチング方法が行なわれるように前記プラズマ処理装置を制御するものであることを特徴とする、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体を提供する。

本発明の第４の観点は、被処理体に対しプラズマエッチング処理を行なうための処理室と、
前記処理室内で被処理体を載置する支持体と、
前記処理室内を減圧するための排気手段と、
前記処理室内にＣＦ_４とＯ_２とを含む処理ガスを供給するためのガス供給手段と、
前記処理室内で上記第１の観点のプラズマエッチング方法が行なわれるように制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする、プラズマ処理装置を提供する。

本発明の第５の観点は、プラズマ処理装置の処理室内で、高融点金属材料膜を含むゲート電極と、高融点金属材料膜を含むソース・ドレイン電極とを有する薄膜トランジスタが形成された被処理体に対し、ＣＦ_４とＯ_２とを含む処理ガスのプラズマを用いてエッチング処理を行い、前記ゲート電極および前記ソース・ドレイン電極より上層の窒化ケイ素膜をエッチングして、前記ゲート電極および前記ソース・ドレイン電極にそれぞれ到達する複数の深さの異なるコンタクトホールを一度に形成する工程を含み、前記高融点金属材料膜がモリブデンまたはモリブデン合金からなる膜であり、前記ＣＦ _４ ガスと前記Ｏ _２ ガスの流量比率は、
０％＜ ［Ｏ _２ ／（ＣＦ _４ ＋Ｏ _２ ）］×１００ ≦３０％
を満たすことを特徴とする、半導体装置の製造方法を提供する。

本発明によれば、高融点金属材料膜を含むゲート電極と、高融点金属材料膜を含むソース・ドレイン電極とを有する薄膜トランジスタが形成された被処理体に対し、ＣＦ_４とＯ_２とを含む処理ガスのプラズマを用いてエッチング処理を行うことにより、ソース・ドレイン電極表面の高融点金属材料膜のエッチングを抑制しながら、高いエッチング選択比で上層の窒化ケイ素膜をエッチングすることができる。このため、ＦＰＤ用ガラス基板などの大型の被処理体上においても、エッチングの面内均一性を確保しながら、下地のゲート電極およびソース・ドレイン電極にそれぞれ到達する複数のコンタクトホールを一度のエッチング処理で形成することが可能になる。

また、ＣＦ_４とＯ_２とを含む処理ガスは、高融点金属材料膜に対する窒化ケイ素膜のエッチング選択比が高いことから、ソース・ドレイン電極表面の高融点金属材料膜だけでなく、ゲート電極表面の高融点金属材料膜が露出した状態でも、該高融点金属材料膜のエッチングを抑制できる。従って、被処理体に対して十分なオーバーエッチングを実施することが可能であり、特に大型の被処理体において実現困難であったエッチングの面内均一性を確保できる。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るエッチング方法を実施するためのプラズマエッチング装置を示す断面図である。このプラズマエッチング装置１は、ＦＰＤ用ガラス基板（以下、「基板」と記す）Ｇにエッチングを行う容量結合型平行平板プラズマエッチング装置として構成されている。ここで、ＦＰＤとしては、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）ディスプレイ、エレクトロルミネセンス（Electro Luminescence；ＥＬ）ディスプレイ、蛍光表示管（Vacuum Fluorescent Display；ＶＦＤ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）等が例示される。

このプラズマエッチング装置１は、例えば表面がアルマイト処理（陽極酸化処理）されたアルミニウムからなる角筒形状に成形されたチャンバー２を有している。前記チャンバー２内の底部には絶縁材からなる角柱状のサセプタ支持台３が設けられており、さらにこのサセプタ支持台３の上には、被処理基板である基板Ｇを載置するためのサセプタ５が設けられている。このサセプタ５はアルマイト処理（陽極酸化処理）されたアルミニウムからなり、下部電極として機能する。また、サセプタ５の外周および上面周縁には絶縁部材４が設けられている。

また、サセプタ５には、基板Ｇを静電吸着するための静電吸着機構と、基板Ｇの裏面に熱媒体ガスを供給するガス流路が設けられている（いずれも図示せず）。

サセプタ５には、高周波電力を供給するための給電線１２が接続されており、この給電線１２には整合器１３ａおよび第１の高周波電源１４ａが接続されている。第１の高周波電源１４ａからは例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力がサセプタ５に供給される。この第１の高周波電源１４ａからの給電により、処理ガスがプラズマ化されるとともに、下部電極であるサセプタ５にバイアスパワーが供給される。また、第１の高周波電源１４ａの給電線１２には、整合器１３ｂを介して第２の高周波電源１４ｂが接続されている。第２の高周波電源１４ｂは、第１の高周波電源１４ａの周波数よりも低い周波数例えば３．２ＭＨｚの高周波電力を供給し、プラズマ形成用の高周波電力に重畳されるようになっている。

前記サセプタ５の上方には、このサセプタ５と平行に対向して上部電極として機能するシャワーヘッド１５が設けられている。このシャワーヘッド１５は、チャンバー２の上部に支持されており、内部に空間１７を有するとともに、サセプタ５との対向面に処理ガスを吐出する多数の吐出孔１８が形成されている。このシャワーヘッド１５は接地されており、サセプタ５とともに一対の平行平板電極を構成している。

シャワーヘッド１５の上面にはガス導入口１９が設けられ、このガス導入口１９には、ガス供給管２０が接続されており、このガス供給管２０には、処理ガス供給機構２１が接続されている。処理ガス供給機構２１は、ＣＦ_４ガスを供給するＣＦ_４供給源２２と、Ｏ_２ガスを供給するＯ_２供給源２３と、を有している。処理ガスとして、ＣＦ_４とＯ_２を用いることにより、放電安定領域が広くなるため（具体的には、高圧力、低パワー条件でのエッチングが可能になる）、安定的なエッチング処理が実現する。

ＣＦ_４供給源２２およびＯ_２供給源２３には、それぞれガスライン２２ａ，２３ａが接続されている。これらガスラインはガス供給管２０に繋がっており、各供給源からのガスが各ガスライン、ガス供給管２０を経てシャワーヘッド１５に至り、シャワーヘッドの吐出孔１８から吐出されるようになっている。各ガスラインにはバルブ３２とマスフローコントローラ３３とが設けられている。

前記チャンバー２の側壁底部には排気管３４が接続されており、この排気管３４には排気装置３５が接続されている。排気装置３５はターボ分子ポンプなどの真空ポンプを備えており、これによりチャンバー２内を所定の減圧雰囲気まで真空引き可能なように構成されている。また、チャンバー２の側壁には基板搬入出口３６と、この基板搬入出口３６を開閉するゲートバルブ３７が設けられており、このゲートバルブ３７を開にした状態で基板Ｇが隣接するロードロック室（図示せず）との間で搬送されるようになっている。

プラズマエッチング装置１の各構成部は、ＣＰＵを備えたプロセスコントローラ５０に接続されて制御される構成となっている。プロセスコントローラ５０には、工程管理者がプラズマエッチング装置１を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プラズマエッチング装置１の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース５１が接続されている。

また、プロセスコントローラ５０には、プラズマエッチング装置１で実行される各種処理をプロセスコントローラ５０の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や処理条件データ等が記録されたレシピが格納された記憶部５２が接続されている。

そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース５１からの指示を受けて、任意のレシピを記憶部５２から呼び出してプロセスコントローラ５０に実行させることで、プロセスコントローラ５０の制御下で、プラズマエッチング処理装置１での所望の処理が行われる。また、前記制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、フラッシュメモリなどに格納された状態のものを利用したり、あるいは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。

次に、上記プラズマエッチング装置１により本発明の一実施形態を実施する際の処理動作について説明する。
図２に示すように、ＴＦＴが形成された基板Ｇを準備する。この基板Ｇは、ガラスパネル（基板）１０１上に部分的にゲート電極１０２が形成されている。このゲート電極１０２は、高融点金属材料を含み、下から順に、Ｍｏ層１０２ａ、Ａｌ層１０２ｂ、Ｍｏ層１０２ｃが積層された構造をなしている。そして、ゲート電極１０２およびガラスパネル１０１の表面の全面に窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）からなるゲート絶縁膜１０３が形成されている。ゲート絶縁膜１０３上にはトランジスタを形成するためのＳｉ系膜としてａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）膜１０４が形成されており、かつゲート電極の上部にはチャンネル部１０５が形成されている。ａ−Ｓｉ膜１０４の上には、高融点金属材料としてＭｏを含むソース電極１０６およびドレイン電極１０７が形成されている。このソース電極１０６およびドレイン電極１０７は、下から順に、Ｍｏ層１０６ａおよび１０７ａ、Ａｌ層１０６ｂおよび１０７ｂ、Ｍｏ層１０６ｃおよび１０７ｃが積層された構造をなしている。そして、ソース電極１０６およびドレイン電極１０７の上には、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）からなるパッシベーション膜１０８が形成され、ＴＦＴの表面保護がなされている。なお、高融点金属材料としては、モリブデン以外に、例えばモリブデン合金、タングステン、タングステン合金などを用いることもできる。ここで、モリブデン合金としては、窒化モリブデンやチタンとモリブデンの合金が例示され、タングステン合金としては、チタン・タングステン合金、タングステンシリサイド、窒化タングステンなどが例示される。

まず、ゲートバルブ３７を開放した後、上記構造の基板Ｇを図示しないロードロック室から基板搬入出口３６を介してチャンバー２内へと搬入し、サセプタ５上に載置する。この場合に、基板Ｇの受け渡しはサセプタ５の内部を挿通しサセプタ５から突出可能に設けられたリフターピン（図示せず）によって行われる。その後、ゲートバルブ３７を閉じ、排気装置３５によって、チャンバー２内が所定の真空度まで真空引きされ、エッチング処理が開始される。

エッチング処理は、例えば図３に示すように、予めパターニングされたフォトレジスト膜ＰＲをマスクとして行なわれ、複数の深さの異なるコンタクトホールを一度に形成する目的で行なわれる。
すなわち、１回のフォトリソグラフィー工程により得られたフォトレジスト膜ＰＲのマスクパターンを用いたエッチング処理によって、ゲート電極１０２に接続するコンタクトホールと、ソース・ドレイン電極１０６・１０７に接続するコンタクトホールとの、深さの異なる２種類のコンタクトホールを形成する。

まず、チャンバー２内に処理ガスとしてＣＦ_４ガスおよびＯ_２ガスを所定流量で導入する。すなわち、ＣＦ_４供給源２２およびＯ_２供給源２３のバルブ３２を開き、マスフローコントローラ３３により流量を所定量に制御しつつ、ＣＦ_４ガスおよびＯ_２ガスをガス供給管２０、ガス導入口１９を介してシャワーヘッド１５の空間１７へ導入する。処理ガスは、この空間１７から、吐出孔１８を介して、基板Ｇに対して均一に吐出される。これによりチャンバー２内は所定圧力に制御される。

ＣＦ_４ガスの流量は、十分なエッチング選択比を得る観点から、例えば、基板Ｇのサイズが３３００〜３９００ｃｍ^２（より具体的には３６００ｃｍ^２程度）であるときは、０．２〜０．４Ｌ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）とすることが好ましく、基板Ｇのサイズが２５０００〜３００００ｃｍ^２（より具体的には、２７０００ｃｍ^２程度）であるときは、２〜３Ｌ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）とすることが好ましい。さらに基板Ｇのサイズが４００００〜４５０００ｃｍ^２（より具体的には４２０００ｃｍ^２程度）であるときは、３〜４Ｌ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）とすることが好ましい。また、チャンバー２内の圧力は、エッチングにおける高選択性並びに形状制御性および面内均一性を確保する観点から、２〜６６．７Ｐａが好ましく、６．７〜４６．７Ｐａがより好ましい。

この状態で第１の高周波電源１４ａ（および必要により、第２の高周波電源１４ｂ）から高周波電力が整合器１３ａ（整合器１３ｂ）を介して下部電極としてのサセプタ５に印加され、これにより、下部電極としてのサセプタ５と上部電極としてのシャワーヘッド１５との間に高周波電界が生じ、処理ガスが解離してプラズマ化し、これにより基板Ｇにエッチング処理が施される。高周波電力は、エッチングレートの確保と形状制御性および面内均一性を確保する観点から、基板Ｇの面積１ｃｍ^２当り０．１〜１．５Ｗとすることが好ましい。

エッチング処理によって、基板Ｇには、図４に示すようにパッシベーション膜１０８とゲート絶縁膜１０３を貫通し、ゲート電極１０２に到達するホール１１１と、パッシベーション膜１０８を貫通して例えばドレイン電極１０７（あるいはソース電極１０６）に到達するホール１１２とが一度に形成される。
通常、パッシベーション膜１０８の膜厚を１とした場合、ゲート絶縁膜１０３の膜厚は０．８〜２．０程度であるため、深さの異なる２種類のホール１１１，１１２において、ゲート電極１０２に到達するホール１１１の深さＤ_１と、ドレイン電極１０７（あるいはソース電極１０６）に到達するホール１１２の深さＤ_２との比は、例えばＤ_１：Ｄ_２＝１．８〜３．０：１である。

このようにしてエッチング処理を施した後、第１の高周波電源１４ａ（および第２の高周波電源１４ｂ）からの高周波電力の印加を停止し、ガス導入を停止した後、チャンバー２内の圧力を所定の圧力まで減圧する。そして、ゲートバルブ３７が開放され、基板Ｇが基板搬入出口３６を介してチャンバー２内から図示しないロードロック室へ搬出されることにより基板Ｇのエッチング処理が終了する。

図４に示すように、ホール１１１はパッシベーション膜１０８とゲート絶縁膜１０３とをエッチングすることによって形成され、ホール１１２は、パッシベーション膜１０８のみをエッチングすることにより形成される。従って、ホール１１１とホール１１２を一括エッチングにより形成するには、パッシベーション膜１０８がエッチオフし、ホール１１２が形成された後、つまり、ドレイン電極１０７のＭｏ層１０７ｃが露出した後でもエッチング処理を継続することが必要である。このため、露出したドレイン電極１０７のＭｏ層１０７ｃは、ゲート絶縁膜１０３がエッチオフし、ホール１１１が形成されるまでの間、引き続きプラズマに曝されることになる。

また、基板サイズの大型化が進展し、特に２７０００ｃｍ^２以上の大型基板では、基板面内でのエッチングの均一性を確保することが難しくなりつつあるため、基板面内でのエッチングむらの発生を回避するために、十分なオーバーエッチングが行なわれる。このオーバーエッチングは、ゲート絶縁膜１０３がエッチオフし、ホール１１１が露出するまでを基準に定められるメインエッチング時間に対して、例えば１０〜５０％程度の時間で実施される。このようにメインエッチングに加えてオーバーエッチングを行なうことにより、露出したドレイン電極１０７（あるいはソース電極１０６）は、さらに所定時間に亘りプラズマに曝されることになる。

以上の理由から、図４に例示するようなＴＦＴ構造を有する基板Ｇに対して、ホール１１１とホール１１２とをエッチングによって同時に形成するには、ドレイン電極１０７の表面のＭｏ層１０７ｃに対し、ゲート絶縁膜１０３を構成する窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）のエッチングレートを十分に高くすること、すなわちエッチング選択性を高めることが必要である。

そのため、本実施形態では、処理ガスとしてＣＦ_４とＯ_２を用い、プラズマエッチング処理の条件を制御することにより、１５００ｍｍ×１８００ｍｍサイズ以上の大型基板に対しても、ソース電極１０６やドレイン電極１０７の材料であるＭｏに対して、窒化ケイ素を１０以上の高い選択比でエッチングを行なうことが可能である。

図５は、図２と同様の構造のＴＦＴ構造を有するガラス基板に対して、図１に示すものと同様の構成のプラズマエッチング装置１を使用し、処理ガスの流量比を変化させてプラズマエッチング処理を行なった場合のエッチングレートと、エッチング選択比を示している。なお、図中の括弧内の数値は、流量比と、そのときのエッチングレートまたは選択比を示している。また、各プロットの意味は以下のとおりである。
Ｓ−ＳｉＮ Ｅ／Ｒ：ガラス基板Ｓの窒化ケイ素膜（ゲート絶縁膜１０３）に対するエッチングレート。
Ｓ−Ｍｏ Ｅ／Ｒ：ガラス基板ＳのＭｏ（Ｍｏ層１０７ｃ）に対するエッチングレート。
Ｌ−ＳｉＮ Ｅ／Ｒ：ガラス基板Ｌの窒化ケイ素膜（ゲート絶縁膜１０３）に対するエッチングレート。
Ｌ−Ｍｏ Ｅ／Ｒ：ガラス基板ＬのＭｏ（Ｍｏ層１０７ｃ）に対するエッチングレート。
Ｓ−Ｓｅｌ（ＳｉＮ／Ｍｏ）：ガラス基板ＳにおけるＭｏに対する窒化ケイ素膜のエッチング選択比。
Ｌ−Ｓｅｌ（ＳｉＮ／Ｍｏ）：ガラス基板ＬにおけるＭｏに対する窒化ケイ素膜のエッチング選択比。

この試験では、サイズの異なる二種類のガラス基板（Ｓ，Ｌ）を使用した。各ガラス基板に対するプラズマエッチング処理条件は、以下のとおりである。なお、この試験では、メインエッチングの後に、メインエッチング時間に対して２０％のオーバーエッチングを実施した。
＜ガラス基板Ｓ；サイズ５５０ｍｍ×６５０ｍｍ＞
上下部電極間ギャップ：２１０ｍｍ
高周波パワー：１５６０Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）
処理圧力：２０Ｐａ（１５０ｍＴｏｒｒ）
処理ガス流量：ＣＦ_４流量を３００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）に固定し、Ｏ_２流量を変化させた。
下部電極温度：２５℃

＜ガラス基板Ｌ；サイズ１５００ｍｍ×１８００ｍｍ＞
上下部電極間ギャップ：２１０ｍｍ
高周波パワー（下部電極に２周波印加）：６０００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）／１５００Ｗ（３．２ＭＨｚ）
処理圧力：３３．３Ｐａ（２５０ｍＴｏｒｒ）
処理ガス流量：ＣＦ_４流量を２４００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）に固定し、Ｏ_２流量を変化させた。
下部電極温度：２５℃

図５より、ガラス基板Ｓの場合には、処理ガスの流量比Ｏ_２／（ＣＦ_４＋Ｏ_２）の百分率が２％〜１０％の範囲であれば、選択比が１０以上となることが読み取れる。また、ガラス基板Ｌの場合には、処理ガスの流量比Ｏ_２／（ＣＦ_４＋Ｏ_２）の百分率が２０％以下であれば、選択比が１０以上となることが読み取れる。
従って、処理ガスの流量比としては、
０％＜ ［Ｏ_２／（ＣＦ_４＋Ｏ_２）］×１００ ≦３０％
とすることが好ましく、
２％≦ ［Ｏ_２／（ＣＦ_４＋Ｏ_２）］×１００ ≦２０％
とすることがより好ましい。また、２７０００ｃｍ^２以上のサイズの大型の基板Ｇを処理する場合には、前記ＣＦ_４ガスの流量が、２Ｌ／ｍｉｎ以上であることが好ましい。

次に、処理ガスとして、ＳＦ_６／Ｏ_２／ＨｅまたはＣＦ_４／Ｏ_２を用い、図２と同様の構造のＴＦＴ構造を有するガラス基板（サイズ；１５００ｍｍ×１８００ｍｍ）に対して、図１に示すものと同様の構成のプラズマエッチング装置１を使用し、表１に示す条件でエッチングを実施した。ゲート絶縁膜のエッチングレートおよびＭｏのエッチングレートを測定し、エッチング選択比（ゲート絶縁膜のエッチングレート／Ｍｏのエッチングレート）を求めた。その結果を併せて表１に示した。

表１から、処理ガスとしてＣＦ_４とＯ_２を［Ｏ_２／（ＣＦ_４＋Ｏ_２）］×１００＝約１４％の流量比で使用することによって、２６．５〜４１．３という良好なエッチング選択比が得られることが示された。これに対し、ＳＦ_６系の処理ガスを用いた場合には、エッチング選択比は１０程度であり、これ以上の基板の大型化には対応できないと考えられた。

さらに、上記試験と同様に、処理ガスとして、ＳＦ_６／Ｏ_２／ＨｅまたはＣＦ_４／Ｏ_２を用い、図２と同様の構造のＴＦＴ構造を有する、より大型のガラス基板（サイズ；１８７０ｍｍ×２２００ｍｍ）に対して、図１に示すものと同様の構成のプラズマエッチング装置１を使用し、以下に示す条件でエッチングを実施した。

＜実施例４＞
高周波パワー：１２ｋＷ（１３．５６ＭＨｚ）
処理圧力：２６．７Ｐａ（２００ｍＴｏｒｒ）
処理ガス流量：ＣＦ_４流量３６００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、Ｏ_２流量６００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）

＜比較例４＞
高周波パワー：１２ｋＷ（１３．５６ＭＨｚ）
処理圧力：２０Ｐａ（１５０ｍＴｏｒｒ）
処理ガス流量：ＳＦ_６流量１５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、Ｏ_２流量１５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、Ｈｅ流量３０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）

この試験におけるエッチング選択比は、比較例４が１０、実施例４が２３であった。この結果から、大型のガラス基板（サイズ；１８７０ｍｍ×２２００ｍｍ）に対しては、ＣＦ_４／Ｏ_２ガスを用いることにより、高い選択比が得られるが、ＳＦ_６／Ｏ_２／Ｈｅガスでは十分な選択比が得られないことが確認された。

以上、本発明の実施形態を述べたが、本発明は上記実施形態に制約されることはなく、種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では容量結合型の平行平板エッチング装置を用いたが、本発明のガス種でプラズマを形成することができれば装置は問わず、例えば、誘導結合型等の種々のプラズマ処理装置を用いることができる。

本発明は、例えばＦＰＤなどの製造過程で好適に利用できる。

プラズマエッチング装置の概略構成を示す断面図。 本発明のエッチング方法が適用される基板の断面構造を示す図面。 基板にプラズマエッチング処理をしている状態を説明する図面。 プラズマエッチング処理後の基板の断面構造を示す図面。 処理ガス流量比とエッチングレートとエッチング選択性との関係を示すグラフ図。 従来の処理ガスによるエッチングレートとエッチング選択比と基板面積の関係を示すグラフ図。

符号の説明

１；プラズマエッチング装置
２；チャンバー
５；サセプタ
１４ａ；第１の高周波電源
１４ｂ；第２の高周波電源
１５；シャワーヘッド
２１；処理ガス供給機構
２２；ＣＦ_４供給源
２３；Ｏ_２供給源
５０；プロセスコントローラ
１０１；ガラスパネル
１０２；ゲート電極
１０２ａ；Ｍｏ層
１０２ｂ；Ａｌ層
１０２ｃ；Ｍｏ層
１０３；ゲート絶縁膜
１０４；ａ−Ｓｉ膜
１０５；チャンネル部
１０６；ソース電極
１０６ａ；Ｍｏ層
１０６ｂ；Ａｌ層
１０６ｃ；Ｍｏ層
１０７；ドレイン電極
１０７ａ；Ｍｏ層
１０７ｂ；Ａｌ層
１０７ｃ；Ｍｏ層
１０８；パッシベーション膜

Claims (14)

1. プラズマ処理装置の処理室内で、高融点金属材料膜を含むゲート電極と、高融点金属材料膜を含むソース・ドレイン電極とを有する薄膜トランジスタが形成された被処理体に対し、ＣＦ_４とＯ_２とを含む処理ガスのプラズマを用いてエッチング処理を行い、前記ゲート電極および前記ソース・ドレイン電極より上層の窒化ケイ素膜をエッチングして、前記ゲート電極および前記ソース・ドレイン電極にそれぞれ到達する複数の深さの異なるコンタクトホールを一度に形成するプラズマエッチング方法であって、
   前記高融点金属材料膜がモリブデンまたはモリブデン合金からなる膜であり、
   前記ＣＦ _４ ガスと前記Ｏ _２ ガスの流量比率は、
   ０％＜ ［Ｏ _２ ／（ＣＦ _４ ＋Ｏ _２ ）］×１００ ≦３０％
   を満たすことを特徴とする、プラズマエッチング方法。
2. 前記ＣＦ _４ ガスと前記Ｏ _２ ガスの流量比率は、
   ２％≦ ［Ｏ _２ ／（ＣＦ _４ ＋Ｏ _２ ）］×１００ ≦２０％
   を満たすことを特徴とする、請求項１に記載のプラズマエッチング方法。
3. 前記ゲート電極上には、窒化ケイ素からなるゲート絶縁膜および窒化ケイ素からなる表面保護膜が積層形成され、前記ソース・ドレイン電極上には、窒化ケイ素からなる表面保護膜が形成されており、
   前記深さの異なるコンタクトホールにおいて、前記ゲート電極に到達するコンタクトホールの深さＤ_１と、前記ソース・ドレイン電極に到達するコンタクトホールの深さＤ_２との比は、Ｄ_１：Ｄ_２＝１．８〜３．０：１であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のプラズマエッチング方法。
4. 前記ソース・ドレイン電極に対する前記ゲート絶縁膜のエッチング選択比が、１０以上であることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法。
5. 前記ＣＦ_４ガスの流量が、２Ｌ／ｍｉｎ以上であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法。
6. メインエッチング時間に対して、１０〜５０％のオーバーエッチングを行なうことを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法。
7. 処理圧力が２〜６６．７Ｐａの範囲であることを特徴とする、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法。
8. 前記プラズマ処理装置は平行平板型プラズマ処理装置であり、被処理体面積１ｃｍ^２当り０．１〜１．５Ｗの高周波を供給してプラズマ処理を行なうことを特徴とする、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法。
9. 前記被処理体が、フラットパネルディスプレイ用基板であることを特徴とする、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法。
10. 被処理体の面積が２７０００ｃｍ^２以上であることを特徴とする、請求項９に記載のプラズマエッチング方法。
11. コンピュータ上で動作し、実行時に、請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載されたプラズマエッチング方法が行なわれるように前記プラズマ処理装置を制御することを特徴とする、制御プログラム。
12. コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ読み取り可能な記憶媒体であって、
    前記制御プログラムは、実行時に、請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載されたプラズマエッチング方法が行なわれるように前記プラズマ処理装置を制御するものであることを特徴とする、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
13. 被処理体に対しプラズマエッチング処理を行なうための処理室と、
    前記処理室内で被処理体を載置する支持体と、
    前記処理室内を減圧するための排気手段と、
    前記処理室内にＣＦ_４とＯ_２とを含む処理ガスを供給するためのガス供給手段と、
    前記処理室内で請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載されたプラズマエッチング方法が行なわれるように制御する制御部と、
    を備えたことを特徴とする、プラズマ処理装置。
14. プラズマ処理装置の処理室内で、高融点金属材料膜を含むゲート電極と、高融点金属材料膜を含むソース・ドレイン電極とを有する薄膜トランジスタが形成された被処理体に対し、ＣＦ_４とＯ_２とを含む処理ガスのプラズマを用いてエッチング処理を行い、前記ゲート電極および前記ソース・ドレイン電極より上層の窒化ケイ素膜をエッチングして、前記ゲート電極および前記ソース・ドレイン電極にそれぞれ到達する複数の深さの異なるコンタクトホールを一度に形成する工程を含み、
    前記高融点金属材料膜がモリブデンまたはモリブデン合金からなる膜であり、
    前記ＣＦ _４ ガスと前記Ｏ _２ ガスの流量比率は、
    ０％＜ ［Ｏ _２ ／（ＣＦ _４ ＋Ｏ _２ ）］×１００ ≦３０％
    を満たすことを特徴とする、半導体装置の製造方法。

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