JPH06196451A - Dry etching method for amorphous silicon, and manufacture of thin film transistor using thereof - Google Patents

Dry etching method for amorphous silicon, and manufacture of thin film transistor using thereof

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JPH06196451A
JPH06196451A JP4343798A JP34379892A JPH06196451A JP H06196451 A JPH06196451 A JP H06196451A JP 4343798 A JP4343798 A JP 4343798A JP 34379892 A JP34379892 A JP 34379892A JP H06196451 A JPH06196451 A JP H06196451A
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amorphous silicon
dry etching
etching
gas
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Takao Takano
隆男 高野
Yoshifumi Yoritomi
美文 頼富
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Hitachi Ltd
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Abstract

PURPOSE:To decrease the defective products due to disconnection of wire of a TFT source and drain electrode and a drain bus line by a method wherein the gas, which is formed by mixing halogen gas, containing F and Cl atoms, and O2, is used for a dry etching process in which an amorphous silicon film is formed in island shape. CONSTITUTION:A Cr film is formed on a glass substrate 1, and a gate electrode 2 is formed. Then, a gate insulating SiN film 3, a semiconductor layer amorphous silicon (a-Si) film 4, and an ohmic contact layer n-type a-Si film 5 are formed successively. The a-Si film 4 is element-isolated by conducting dry etching in plasma of gas produced by mixing a single or plural halogen gases, containing F and Cl atoms. At that time, the a-Si film 4 is gently tapered. As a result, the disconnection of wire on the TFT source and drain electrode and a drain bus line and defective products due to high resistance can be reduced.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示装置等のスイ
ッチング素子に搭載される薄膜トランジスタ(Thin-Fil
m Transistor,以下TFTと記す)の半導体活性層に用
いる非晶質シリコン(Amorphous Silicon,以下a−S
iと記す)のドライエッチング方法に関する。
The present invention relates to a thin film transistor (T hin- F il to be mounted on the switching element such as a liquid crystal display device
m T ransistor, hereinafter referred to as TFT) semiconductor active layer using amorphous silicon (A morphous Si licon, following a-S
i)).

【0002】[0002]

【従来の技術】a−Siは比較的低温で成膜できること
から、安価なガラス基板上への膜形成が可能であり、液
晶表示装置等に用いられるTFT等の半導体装置の半導
体層として用いられている。
2. Description of the Related Art Since a-Si can be formed at a relatively low temperature, it can be formed on an inexpensive glass substrate and is used as a semiconductor layer of a semiconductor device such as a TFT used in a liquid crystal display device or the like. ing.

【0003】以下、a−Siを用いたTFT(以下、a
−Si・TFTと記す)の一般的な構造を述べる。
Hereinafter, a TFT using a-Si (hereinafter referred to as a
-Si.TFT) will be described below.

【0004】図2に一般的なa−Si・TFTの断面図
を示す。1はガラス基板等の絶縁性基板、2はゲート電
極(例えばCr膜)、3はゲート絶縁層(例えば窒化シ
リコン膜、Silicon Nitride,以下SiN膜と記す)、
4は半導体層(a−Si膜)、5は半導体層と上部金属
電極(Al)とのオーミックコンタクトを得るためのリ
ンをドーピングしたn形a−Si膜、6はソース電極
(例えばAl膜)、7はドレイン電極(例えばAl膜)、
8は表示画素電極(例えばインジウムと錫の酸化膜、In
dium Tin Oxide,以下ITO膜と記す)をそれぞれ示
す。
FIG. 2 is a sectional view of a general a-Si TFT. 1 denotes an insulating substrate such as a glass substrate, 2 denotes a gate electrode (for example, Cr film), 3 (referred for example, a silicon nitride film, Si licon N itride, less SiN film) is a gate insulating layer,
4 is a semiconductor layer (a-Si film), 5 is a phosphorus-doped n-type a-Si film for obtaining ohmic contact between the semiconductor layer and the upper metal electrode (Al), and 6 is a source electrode (for example, Al film). , 7 are drain electrodes (for example, Al film),
8 display pixel electrodes (e.g., indium and tin oxide film, I n
shown dium T in O xide, the following referred to as ITO film), respectively.

【0005】図2で示したゲート絶縁層SiN膜3、半
導体層a−Si膜4、オーミックコンタクト層n形a−
Si膜5は、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposit
ion)法により連続成膜し、通常のホトリソグラフィ工
程とドライエッチング工程により、SiN膜3上のa−
Si膜4とn形a−Si膜5をアイランド状に素子分離
する。このときのドライエッチング工程には、特開平1
−32627号に示されているようにエッチングガスと
してSF6とCCl4の混合ガスを用いる方法が知られて
いる。
The gate insulating layer SiN film 3, semiconductor layer a-Si film 4, ohmic contact layer n-type a- shown in FIG.
Si film 5, a plasma CVD (C hemical V apor D eposit
ion) method for continuous film formation, and a- on the SiN film 3 is formed by an ordinary photolithography process and dry etching process.
The Si film 4 and the n-type a-Si film 5 are separated into islands. The dry etching process at this time is described in JP-A-1
There is known a method of using a mixed gas of SF 6 and CCl 4 as an etching gas as shown in No. 32627.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術であるS
6とCCl4の混合ガスを用いたドライエッチングで
は、半導体層a−Si膜4(n形a−Si膜5を含む)
をアイランド状に形成したとき、その加工断面であるa
−Si膜のテーパ角は75〜85度と急峻になり、その
後アイランド状に形成された半導体層a−Si膜4の段
差を乗り越えるソース・ドレイン電極6,7と、TFT
を平面上に多数個配列し大画面の表示装置に用いるTF
Tマトリクス基板を作製するとき各ドレイン電極7を接
続するドレインバスライン(ここでは図示していない)の
a−Si膜4段差へのカバレッジが十分ではなくなり、
断線および高抵抗化の原因となり、TFTマトリクス基
板の歩留りが低下するという問題があった。
The above-mentioned prior art S
In the dry etching using the mixed gas of F 6 and CCl 4 , the semiconductor layer a-Si film 4 (including the n-type a-Si film 5)
Is a processed cross section when a is formed in an island shape.
The taper angle of the -Si film becomes as steep as 75 to 85 degrees, and thereafter, the source / drain electrodes 6 and 7 that overcome the step of the semiconductor layer a-Si film 4 formed in an island shape and the TFT
TF arrayed on a plane and used for a large screen display device
When the T matrix substrate is manufactured, the coverage of the drain bus line (not shown here) connecting the drain electrodes 7 to the step of the a-Si film 4 becomes insufficient,
There has been a problem that the yield of the TFT matrix substrate decreases due to disconnection and increase in resistance.

【0007】本発明の目的は、スパッタリング等で成膜
する配線材料の非晶質シリコンアイランドへのカバレッ
ジを良好とするために、ドライエッチング加工される非
晶質シリコン膜のエッチング断面形状を緩やかとし、T
FTのソース・ドレイン電極,ドレインバスラインの断
線および高抵抗化による不良を発生させない非晶質シリ
コンのドライエッチング方法を提供することにある。
An object of the present invention is to make the etching cross-sectional shape of the amorphous silicon film to be dry-etched gentle in order to improve the coverage of the wiring material formed by sputtering or the like on the amorphous silicon island. , T
It is an object of the present invention to provide a dry etching method for amorphous silicon which does not cause defects due to disconnection of the source / drain electrodes and drain bus lines of FT and increase in resistance.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、TFTのa−Si膜4(n形a−Si膜
5を含む)をアイランド状に形成するドライエッチング
工程に、F,Cl原子を含む単一もしくは複数のハロゲン
ガスとO2を混合したガス、特にO2添加量を2〜20容
量%の範囲としたガスを用いてドライエッチングしたも
のである。
In order to achieve the above object, the present invention provides a dry etching step of forming an a-Si film 4 (including an n-type a-Si film 5) of a TFT in an island shape. F, is obtained by dry-etched using single or multiple halogen gas and O 2 mixed gas, in particular to the O 2 amount in the range of 2 to 20 volume% gas containing Cl atom.

【0009】[0009]

【作用】一般的にa−Si膜4をプラズマを用いたドラ
イエッチング法でエッチングする場合、エッチングガス
としてF,Clを含むハロゲン系のガスを用いる。この場
合Fラジカルはエッチング形態が等方性になる性質を有
する反応種(Si+4F→SiF4↑)として、Clは陽
イオンとなり異方性を生じやすい性質を有する反応種
(Si+4Cl→SiCl4↑)として働く。
In general, when the a-Si film 4 is etched by a dry etching method using plasma, a halogen-based gas containing F and Cl is used as an etching gas. In this case, the F radical is a reactive species (Si + 4F → SiF 4 ↑) having a property that the etching form is isotropic, and Cl is a cation and a reactive species having a property of easily causing anisotropy.
It works as (Si + 4Cl → SiCl 4 ↑).

【0010】上記ハロゲン系のガスにO2を添加する
と、等方性の反応種であるFラジカルが増加する。ま
た、a−Si膜4を所望の形状および寸法にパターニン
グするためにマスクとして使用するレジストをアッシン
グする。
When O 2 is added to the halogen-based gas, F radicals, which are isotropic reactive species, increase. Further, the resist used as a mask for patterning the a-Si film 4 into a desired shape and size is ashed.

【0011】図3にO2添加によってアッシングされる
レジスト20の後退とa−Si膜4のエッチングの様子
を示す。a−Si膜4のエッチングとレジスト20の後
退が同時に行われ、a−Si膜4のテーパ角を30〜6
0度程度の緩やかな傾斜状に加工することができる。
FIG. 3 shows the state of receding of the resist 20 which is ashed by adding O 2 and the etching of the a-Si film 4. The etching of the a-Si film 4 and the receding of the resist 20 are simultaneously performed, and the taper angle of the a-Si film 4 is set to 30 to 6.
It can be processed into a gentle slope of about 0 degree.

【0012】ここで、O2の添加量が重要である。図4
に単一もしくは複数のハロゲンガスへのO2の添加量と
a−Si膜のテーパ角の関係を示す。図4でθ1はa−
Siと下地膜SiNと接する部分のテーパ角、θ2はa
−Si最上層とa−Siとレジストの接する部分の接線
のテーパ角を示す。この結果O2の添加量は上記ハロゲ
ンガスに対し2〜20容量%の範囲が望ましい。
Here, the amount of O 2 added is important. Figure 4
Shows the relationship between the amount of O 2 added to a single halogen gas or a plurality of halogen gases and the taper angle of the a-Si film. In FIG. 4, θ 1 is a−
The taper angle of the portion in contact with Si and the base film SiN, θ 2 is a
The taper angle of the tangent line of the contact portion between the -Si uppermost layer, a-Si, and the resist is shown. As a result, the amount of O 2 added is preferably in the range of 2 to 20% by volume with respect to the halogen gas.

【0013】O2の添加量が2容量%未満であると等方
性の反応種であるFラジカルの増加効果とレジスト後退
の効果が小さくa−Si膜4のテーパ角は60度より大
きくなり、緩やかな傾斜に加工することはできない。
If the amount of O 2 added is less than 2% by volume, the effect of increasing F radicals, which are isotropic reaction species, and the effect of resist receding are small, and the taper angle of the a-Si film 4 becomes larger than 60 degrees. However, it cannot be processed into a gentle slope.

【0014】また、O2の添加量が20容量%を超える
と図5に示すようなアンダーカットが生じてしまい、a
−Si膜4を乗り越えるTFTのソース・ドレイン電
極,ドレインバスラインの断線および高抵抗化による不
良が発生する。
If the amount of O 2 added exceeds 20% by volume, an undercut as shown in FIG.
-A defect occurs due to disconnection of the source / drain electrodes of the TFT and drain bus line that cross over the Si film 4 and an increase in resistance.

【0015】[0015]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図1から図2によ
り説明する。図1は本発明であるF,Cl原子を含む単一
もしくは複数のハロゲンガスとO2の混合ガスでのエッ
チングを行う平行平板型反応性イオンエッチング装置の
主要部を模式的に示した断面図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a sectional view schematically showing a main part of a parallel plate type reactive ion etching apparatus for etching with a mixed gas of a single or plural halogen gas containing F and Cl atoms and O 2 according to the present invention. Is.

【0016】図1において、10はエッチング室、11
はアノード電極、12は基板ステージとなるカソード電
極、13はエッチングガスの導入管、14はガス排気
口、15は高周波電源(13.56MHz)を示す。エ
ッチングガスはエッチング室10外部に設置したガス供
給系より流量調節器を通じてエッチング室に導入され
る。また、カソード電極12は試料の温度上昇を防止す
るために水冷する構造になっている。
In FIG. 1, 10 is an etching chamber and 11 is an etching chamber.
Is an anode electrode, 12 is a cathode electrode serving as a substrate stage, 13 is an etching gas introduction pipe, 14 is a gas exhaust port, and 15 is a high frequency power supply (13.56 MHz). The etching gas is introduced into the etching chamber from a gas supply system installed outside the etching chamber 10 through a flow rate controller. Further, the cathode electrode 12 has a structure that is water-cooled to prevent the temperature of the sample from rising.

【0017】本実施例で用いた混合ガスは、SF6:2
5sccm,CClF3:25sccm,O2:5sccmで、ガス圧
力は30Pa、電力密度は0.5W/cm2である。エッチ
ングはカソード電極12の上に基板16(TFTマトリ
クス基板)を設置し、混合ガスの高周波プラズマ中で実
施した。図6に上記の条件でエッチングした場合のa−
Si膜の加工断面を示す。このときのa−Si膜のテー
パ角は40度であった。
The mixed gas used in this embodiment is SF 6 : 2.
5 sccm, CClF 3 : 25 sccm, O 2 : 5 sccm, gas pressure: 30 Pa, power density: 0.5 W / cm 2 . The substrate 16 (TFT matrix substrate) was placed on the cathode electrode 12 and the etching was carried out in a high frequency plasma of a mixed gas. In FIG. 6, a- in the case of etching under the above conditions
The processed cross section of a Si film is shown. The taper angle of the a-Si film at this time was 40 degrees.

【0018】本発明のドライエッチング方法を用いて、
図2に示す構造のa−Si・TFTを平面上に多数個配
列し大画面の表示装置に用いるa−Si・TFTマトリ
クス基板を、以下の手順で作製した。
Using the dry etching method of the present invention,
An a-Si.TFT matrix substrate having a large number of a-Si.TFTs having the structure shown in FIG. 2 arranged on a plane and used for a large-screen display device was manufactured by the following procedure.

【0019】(1)ガラス基板1上に、スパッタリング
法によりCr膜を成膜し、通常のホトリソグラフィ工程
と硝酸第2セリウムアンモニウムの水溶液によるエッチ
ングによりゲート電極2を形成する。
(1) A Cr film is formed on a glass substrate 1 by a sputtering method, and a gate electrode 2 is formed by an ordinary photolithography process and etching with an aqueous solution of ceric ammonium nitrate.

【0020】(2)プラズマCVD法によりゲート絶縁
層SiN膜3,半導体層a−Si膜4,オーミックコン
タクト層n形a−Si膜5を連続成膜し、通常のホトリ
ソグラフィ工程と本発明であるドライエッチング方法に
より、a−Si膜4(n形a−Si膜5を含む)をアイ
ランド状に素子分離する。
(2) The gate insulating layer SiN film 3, the semiconductor layer a-Si film 4, and the ohmic contact layer n-type a-Si film 5 are continuously formed by the plasma CVD method. The a-Si film 4 (including the n-type a-Si film 5) is separated into islands by a dry etching method.

【0021】(3)外部のドライバと接続するためのゲ
ート配線端子部(ここでは図示していない)上のSiN
膜3を通常のホトリソグラフィ工程とSF6を用いたド
ライエッチングにより除去する。
(3) SiN on the gate wiring terminal portion (not shown here) for connecting to an external driver
The film 3 is removed by a normal photolithography process and dry etching using SF 6 .

【0022】(4)スパッタリング法によりITO膜を
成膜し、通常のホトリソグラフィ工程と塩酸・硝酸・水
の混合液によるエッチングにより表示画素電極8を形成
する。
(4) An ITO film is formed by a sputtering method, and a display pixel electrode 8 is formed by a normal photolithography process and etching with a mixed solution of hydrochloric acid, nitric acid and water.

【0023】(5)スパッタリング法によりAl膜を成
膜し、通常のホトリソグラフィ工程とリン酸・酢酸・硝
酸・水の混合液によるエッチングによりソース電極6,
ドレイン電極7を形成する。
(5) An Al film is formed by a sputtering method, and the source electrode 6 is formed by a normal photolithography process and etching with a mixed solution of phosphoric acid / acetic acid / nitric acid / water.
The drain electrode 7 is formed.

【0024】(6)ソース電極6,ドレイン電極7をマ
スクにTFTチャネル上のn形a−Si膜をCClF3
用いたドライエッチングにより除去する。
[0024] (6) a source electrode 6, an n-type a-Si film on the TFT channel and the drain electrode 7 as a mask is removed by dry etching using CClF 3.

【0025】このようにして、a−Si・TFTマトリ
クス基板を作製することにより、本実施例では(2)の
a−Si素子分離工程でa−Si膜4を緩やかなテーパ
状に加工することができた(図7にa−Si膜40とし
て図示)。
By manufacturing the a-Si / TFT matrix substrate in this manner, in the present embodiment, the a-Si film 4 is processed into a gentle taper shape in the a-Si element isolation step (2). (FIG. 7 shows an a-Si film 40).

【0026】よって、a−Si膜4を乗り越えるソース
・ドレイン電極,ドレインバスラインの断線および高抵
抗化による不良を減らすことができ、a−Si・TFT
マトリクス基板の歩留りを向上させることができた。
Therefore, it is possible to reduce the defects due to the disconnection of the source / drain electrodes and the drain bus line which cross the a-Si film 4 and the increase in the resistance.
It was possible to improve the yield of the matrix substrate.

【0027】[0027]

【発明の効果】本発明によれば、a−Si・TFTマト
リクス基板作製時のa−Si膜のドライエッチングにお
いて、a−Si膜を30〜60度の範囲のテーパ角で加
工でき、従来a−Si膜の加工断面が急峻であったため
に発生していたa−Si膜を乗り越えるTFTのソース
・ドレイン電極,ドレインバスラインの断線および高抵
抗化による不良を減らすことができ、a−Si・TFT
マトリクス基板の歩留りを向上させる効果がある。
According to the present invention, in dry etching of an a-Si film when manufacturing an a-Si / TFT matrix substrate, the a-Si film can be processed with a taper angle in the range of 30 to 60 degrees. The defects due to the disconnection of the source / drain electrodes and the drain bus line of the TFT and the increase in the resistance, which are generated because the processed cross section of the -Si film is steep, can be reduced. TFT
This has the effect of improving the yield of the matrix substrate.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のドライエッチング方法に用いる装置の
模式説明図である。
FIG. 1 is a schematic explanatory view of an apparatus used in a dry etching method of the present invention.

【図2】a−Si・TFTの断面図である。FIG. 2 is a sectional view of an a-Si TFT.

【図3】レジストをマスクとしてa−Si膜をエッチン
グした場合の、レジスト後退の効果を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an effect of resist receding when an a-Si film is etched using a resist as a mask.

【図4】ハロゲンガスへのO2の添加量とa−Si膜の
テーパ角の関係図である。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the amount of O 2 added to a halogen gas and the taper angle of an a-Si film.

【図5】O2添加量が20容量%を超えた場合のアンダ
ーカットが生じたa−Siの加工断面図である。
FIG. 5 is a processed cross-sectional view of a-Si in which an undercut occurs when the amount of added O 2 exceeds 20% by volume.

【図6】本発明のドライエッチング方法を用いて加工し
たa−Siの断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view of a-Si processed by using the dry etching method of the present invention.

【図7】本発明のドライエッチング方法を用いて作製し
たa−Si・TFTの断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view of an a-Si TFT manufactured by using the dry etching method of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

3…ゲート絶縁層SiN膜、4…半導体層a−Si膜、
5…オーミックコンタクト層n形a−Si膜、6…ソー
ス電極、7…ドレイン電極、10…エッチング室、11
…アノード電極、12…カソード電極、16…基板(a
−Si・TFTマトリクス基板)、20…レジスト、4
0…テーパ状に加工された半導体層a−Si膜。
3 ... Gate insulating layer SiN film, 4 ... Semiconductor layer a-Si film,
5 ... Ohmic contact layer n-type a-Si film, 6 ... Source electrode, 7 ... Drain electrode, 10 ... Etching chamber, 11
... Anode electrode, 12 ... Cathode electrode, 16 ... Substrate (a
-Si / TFT matrix substrate), 20 ... Resist, 4
0 ... Semiconductor layer a-Si film processed into a tapered shape.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】非晶質シリコン膜を、F,Cl原子を含む単
一もしくは複数のハロゲンガスとO2を混合したガスの
プラズマ中でドライエッチングすることを特徴とする非
晶質シリコンのドライエッチング方法。
1. Drying of an amorphous silicon film, characterized by dry-etching the amorphous silicon film in plasma of a gas in which a single or plural halogen gas containing F, Cl atoms and O 2 are mixed. Etching method.
【請求項2】請求項1において、F,Cl原子を含む単一
もしくは複数のハロゲンガスに対しO2を前記ハロゲン
ガスの2〜20容量%の範囲で添加して前記非晶質シリ
コン膜のエッチング断面を30〜60度の範囲のテーパ
角をなす傾斜状に加工することを特徴とする非晶質シリ
コンのドライエッチング方法。
2. The amorphous silicon film according to claim 1, wherein O 2 is added to the single or plural halogen gas containing F and Cl atoms in the range of 2 to 20% by volume of the halogen gas. A dry etching method for amorphous silicon, characterized in that an etched cross section is processed into an inclined shape having a taper angle in the range of 30 to 60 degrees.
【請求項3】絶縁性基板の上に、ゲート電極,ゲート絶
縁層,半導体層,ソース・ドレイン電極と順次積層する
構造の薄膜トランジスタにおいて、ゲート絶縁層窒化シ
リコン膜上の半導体層非晶質シリコン膜のエッチング
に、請求項1又は請求項2のドライエッチング方法を用
いたことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
3. A thin film transistor having a structure in which a gate electrode, a gate insulating layer, a semiconductor layer, and a source / drain electrode are sequentially laminated on an insulating substrate, wherein a semiconductor layer amorphous silicon film on a gate insulating layer silicon nitride film. 3. The method of manufacturing a thin film transistor, wherein the dry etching method according to claim 1 or 2 is used for the etching of.
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