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JP4126517B2 - Vapor processing equipment - Google Patents
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JP4126517B2 - Vapor processing equipment - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多結晶シリコン膜やフォトレジスト膜などを気相エッチング又は気相アッシングする気相加工装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、基板上に形成した多結晶シリコン層をゲート電極に用いたMOSFET(Metal-oxide-semiconductor field effect transistor)である例えばTFT(薄膜トランジスタ)を構成するに際し、上記多結晶シリコン層の気相エッチング法が採用されている。
【0003】
こうした気相エッチング法としては、従来、プラズマ放電を利用して反応ガスを励起させ、それを基板又は基板上の膜に照射して反応させ、反応生成物を気体化してエッチングする。このようなプラズマを用いた反応性エッチングでは、通常は、集合電子とイオンは易動度の違いにより、プラズマポテンシャル(陰極降下)が生じ、その電位勾配によって加速される。この電位による電界は基板に垂直であるため、イオン、ラジカルは基板に垂直に照射され、これによりエッチング選択性が得られる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうしたエッチングは、プラズマを使用することから、次の如き欠点を有している。
【0005】
(1)プラズマ電界の不均一性、ゆらぎ、プラズマ誘起電荷等による基板上の電界不均一性が生じ、これらによってトランジスタへのダメージ、ショート等(ゲート酸化膜などのチャージアップ又は放電破壊、配線間の放電など)が発生することがある。この現象は、特に、プラズマのオン/オフ時に発生し易い傾向にある。
(2)プラズマからの発光による紫外線損傷の可能性がある。
(3)プラズマによって装置内壁の金属がダメージを受け、金属原子のクロスコンタミネーションを発生することがある。
(4)大面積でのプラズマ放電が難しく、定在波の発生もあり、均一性が得にくい。
(5)装置が複雑でかつ高価であり、メンテナンスが繁雑である。
【0006】
こうしたプラズマによる問題点は、プラズマ放電によってフォトレジストのアッシング(灰化)を行う場合にも同様に生じる。
【0007】
そこで、本発明の目的は、イオン、ラジカルなどの反応種の運動エネルギーを十二分にコントロールして、基板にダメージを与えることなしに、エッチング(更にはアッシング)を高選択的に行える装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、反応ガス供給手段と、触媒体この触媒体の加熱手段と、グロー放電開始電圧以下の電界を印加する電界印加手段と、エッチング又はアッシングされるべき基体又は膜付き基体を支持するサセプタとを有する気相加工装置において、
前記電界印加手段が、グロー放電開始電圧以下であって直流電圧に交流電圧を重畳さ せた電圧、又は絶対値がグロー放電開始電圧以下の交流電圧を印加する電源を有してい
ことを特徴とする気相加工装置に係るものである。
【0010】
本発明の装置によれば、反応ガスを加熱された触媒体に接触させ、これによって生成した反応種又はその前駆体に対し、グロー放電開始電圧以下(即ち、パッシェンの法則によるプラズマ発生電圧以下)の、直流電圧に交流電圧を重畳させた電圧、又は絶対値がグロー放電開始電圧以下の交流電圧を印加することによる電界を作用させて運動エネルギーを与えているので、次に示すような顕著な作用効果が得られる。
【0011】
(1)反応種又はその前駆体に対し、触媒体の触媒作用とその熱エネルギーに加えて上記電圧による指向性の加速電圧を与えるため、運動エネルギーが大きくなって基体上に効率良く導け、化学反応及び基体への衝突等によりエッチング又はアッシングが進行する。このために、あたかも反応性イオンエッチングと同じような異方性エッチングとなるので、低ダメージで紫外線損傷なしに高精細なパターンエッチング又はアッシングを行うことができる。従って、従来の反応性エッチングの欠点をカバーし、垂直に入射してくるイオンの衝撃により、高い異方性エッチングが可能となることから、例えば、多結晶Siの選択エッチング、Si上のSiO2 の選択エッチング、スパッタ効果によるAl合金のエッチング、Al上のAl2 O3 の除去、更には銅や高融点金属のエッチング、高ドーズのイオン注入後のレジスト変質層の除去を容易かつ良好に行える。
(2)印加する加速電圧〔直流電圧(DC)に低周波電圧重畳(AC/DC)、直流電圧に高周波電圧重畳(RF/DC)等〕の種類とその値、触媒体の加熱温度、触媒体の種類、反応ガスの選択や条件によって、エッチング選択比を自由に設定でき、高異方性エッチング、等方的なエッチング、更にエッジ部分の傾斜角度のコントロール、選択比を1にして表面の平坦化を行える等の如く、変化に富んだ微細加工が可能である。
(3)プラズマの発生がないので、プラズマによるダメージやショート、紫外線損傷、金属のクロスコンタミネーション等がない。
(4)触媒体で生成された反応種(イオン、ラジカル等)を電界で独立してコントロールし、効率良く基体上に導けるので、反応ガスの利用効率が高く、処理速度を早め、これによって生産性向上と反応ガス削減によるコストダウンを図れる。
(5)プラズマによる反応性エッチングに比べ、はるかにシンプルで安価な装置が実現する。この場合、減圧下又は常圧下で操作を行なえるが、減圧タイプよりも常圧タイプの方がよりシンプルで安価な装置が実現する。
(6)反応種の運動エネルギーが大きいために、大面積での処理が可能になると共に、基体温度を低温化しても処理が可能となり、大型で安価な絶縁基板(ガラス基板、耐熱性樹脂基板等)も使用でき、この点でもコストダウンが可能となる。
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明の装置においては、前記電界として、グロー放電開始電圧以下の直流電圧(即ち、パッシェンの法則により決まるプラズマ発生電圧以下、例えば1kV以下、数10V以上)に交流電圧を重畳させた電圧、又は交流電圧(即ち、パッシェンの法則により決まるプラズマ発生電圧以下(交流電圧の場合はその絶対値で)、例えば1kV以下、数10V以上)を印加すると、直流電圧に重畳させた交流電圧、又は交流電圧により微妙な電界変化での運動エネルギーを反応種(イオン、ラジカル等)に与えることができるため、直流電圧によって前記反応種またはその前駆体を前記基体の側へ指向させること等の上記した作用効果に加えて、複雑な形状を有する基体表面(凹凸段差等)に設けられた膜を任意の選択比、任意の傾斜角度等で微細加工することができる。
【0014】
この場合、前記交流電圧を高周波電圧及び/又は低周波電圧としてよく、また例えば、グロー放電開始電圧以下であって、直流電圧に、高周波電圧と低周波電圧とを重複させた電圧を印加したり、或いは、グロー放電開始電圧以下であって、高周波電圧と低周波電圧とを重複させた電圧を印加してよい。この場合、高周波電圧の周波数を1〜100MHz、低周波電圧の周波数を1MHz以下とするのがよい。
【0015】
本発明の装置においては、前記基体又は前記サセプタと前記電界印加用の電極との間に前記触媒体を設置することができる。この場合、前記反応ガスを導出するガス供給口を前記電極に形成するのがよい。
【0016】
また、前記基体又は前記サセプタと前記反応ガス供給手段との間に前記触媒体と前記電界印加用の電極とを設置してよい。
【0017】
前記触媒体又は前記電界印加用の電極はコイル状、メッシュ状、ワイヤー状又は多孔板状に形成してよく、またガス流に沿って複数個又は複数枚配設してよい。これによってガス流を効果的に形成しつつ、触媒体とガスとの接触面積を増大させ、触媒反応を促進し、反応ガスの利用効率を高め、エッチング速度を向上させ、生産性の向上、コストダウンを図ることができる。
【0018】
また、エッチング又はアッシングによる加工時又は加工中に前記触媒体の触媒作用で反応ガス中にイオンが発生し、これにより基体がチャージアップしてエッチング又はアッシングの加工ムラが生じることがある。これを防止するために、前記反応種又はその前駆体に荷電粒子(電子ビーム又はプロトンなど、特に電子ビーム)を照射してイオンを中和することが望ましい。即ち、前記サセプタの近傍に荷電粒子照射手段が設置されているのがよい。
【0019】
そして、エッチング等の気相加工後に、前記基体を加工室外に取り出し、所定の電極間(例えば前記のサセプタと対向電極との間)に電圧を印加してプラズマ放電を生じさせ、これによって前記加工室内をクリーニングすること(反応ガスはCF4 、C2 6 など)によって、気相加工時に室内の内壁面や各構成部材に付着した異物をエッチング除去することができるので、ダストが低減し、歩留及び品質向上によるコストダウンが可能となる。これは、気相加工を行なう装置をそのまま用いて実現することができるので、室外へ構成部材を取り出してクリーニングする必要がなく、このために作業性が向上し、生産性向上によるコストダウンが可能となる。また、前記触媒体も同時にクリーニングできるが、室外へ取り出して別途クリーニングしてもよい。
【0020】
本発明に基づく上記の気相加工は、具体的には、前記触媒体を800〜2000℃の範囲であってその融点未満の温度に加熱し(例えば触媒体に通電してそれ自体の抵抗加熱によって加熱し)、この加熱された触媒体により前記反応ガスの少なくとも一部を触媒反応又は熱分解反応させて生成した前記反応種又はその前駆体(ラジカルなど)によって、−100℃〜500℃の温度に保持した基板又は基板上の膜を気相エッチング又は気相アッシングするものである。
【0021】
ここで、触媒体の加熱温度が800℃未満であると、反応ガスの触媒反応又は熱分解反応が不十分となってエッチング等の加工速度が低下し易く、また2000℃を超えると触媒体の構成材料が膜中に混入して膜の電気的特性を阻害し、膜質低下を生じ、また、触媒体の融点以上の加熱は、その形態安定性が失われるので、回避するのがよい。触媒体の加熱温度は、その構成材料の融点未満であって1100℃〜1800℃であるのが好ましい。
【0022】
また、基板温度は、−100℃〜500℃が好ましく、より好ましくは常温〜200℃とすれば、効率的で高品質の加工を行なえる。基板温度が500℃を超えると、例えば集積回路装置において活性領域の不純物のドーピング濃度分布が熱の影響で変化し易くなる。
【0023】
本発明に基づく気相加工では、プラズマや光励起を必要とせずに、上記のような低温での熱処理が可能となるため、基板、例えばガラス基板として、歪点が470〜670℃と低いガラスを用いることができる。これは、安価で、薄板化が容易であり、大型化(1m2 以上)が可能であり、また長尺ロール化されたガラス板を作製できる。例えば、長尺ロール化ガラス板上に、上記手法を用いて、連続して又は非連続に処理することができる。
【0024】
本発明による気相加工に使用する前記反応ガスは、不活性のNe、Ar、He等の希釈ガス(キャリアガス)をベースにした、フロン系、塩素系等のハロゲン又はその化合物ガス、又は酸素等の酸化性ガス(例えばCF4 +He希釈O2 )であってよい。
【0025】
上記の如き反応ガスを使用することによって、多結晶シリコン、単結晶シリコン、アモルファスシリコン、シリコン−ゲルマニウム、炭化ケイ素、化合物半導体(ガリウム−ナイトライド、ガリウム−ひ素、ガリウム−リン等の半導体膜をエッチングし、酸化シリコン、PSG(リンシリケートガラス)、BSG(ボロンシリケートガラス)、BPSG(ボロンリンシリケートガラス)等の不純物含有の酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、酸化クロム等の絶縁性膜をエッチングし、タングステン、窒化タングステン、チタン、窒化チタン、モリブデン、窒化モリブデン、タンタル、窒化タンタル等の高融点金属、アルミニウム、アルミニウム合金(1%Si入り、1〜2%Cu入りのものを含む。)、シリサイド、銅等の金属膜をエッチングし、又はフォトレジスト等の有機膜をエッチング又はアッシングすることができる。
【0026】
また、タングステン、トリア含有タングステン、モリブテン、白金、パラジウム、バナジウム、シリコン、アルミナ、金属を付着したセラミックス、及び炭化ケイ素からなる群より選ばれた少なくとも1種の材料によって、前記触媒体を形成することができる。この触媒体は反応ガスによってエッチングされないことが望ましい。なお、触媒反応又は熱分解反応でのエッチングガス、反応性ガスによる触媒体の劣化防止のために、白金、白金コートセラミック、パラジウム、パラジウムコートセラミック等の耐腐食性の材料で触媒体を形成するのがよい。
【0027】
また、本発明に基づく気相加工装置は、前記反応ガスを成膜用の原料ガスに変更し、この原料ガスの供給によって前記基体上に所定の膜を成膜する(即ち、触媒CVD法による気相成膜を行う)ようにもなされるのがよい。例えば、マスクを用いて前記反応ガスによるバイアス触媒エッチングで膜を選択的に除去し、連続して酸化性ガスによるバイアス触媒アッシングでマスクとしてのフォトレジスト膜を除去し、連続して成膜用の原料ガスに変更し、バイアス触媒CVD法により前記基体上に所定の膜を成膜してもよい(即ち、加熱された前記触媒体に原料ガスを接触させ、これによって生成した反応種又はその前駆体にグロー放電開始電圧以下の電界を作用させて運動エネルギーを与え、基体上に所定の膜を成膜してもよい)。この時、バイアスにはAC/DC、RF/DCのいずれを採用してもよい。
【0028】
これによって、気相加工を行う装置をそのまま用い、ガスを変更するだけでCVDにより成膜すること等ができるので、作業性が向上し、生産性向上によるコストダウンが可能となる。即ち、薄膜エッチングとフォトレジストアッシング、更にCVD膜形成が、連続して作業できるので、不純物汚染の低減による膜質向上、作業性向上での生産性向上によるコストダウンが可能となる。
【0029】
この触媒CVD法による気相成長は、具体的には、前記触媒体を800〜2000℃の範囲であってその融点未満の温度に加熱し(例えば触媒体に通電してそれ自体の抵抗加熱によって加熱し)、この加熱された触媒体により前記原料ガスの少なくとも一部を触媒反応又は熱分解反応させて生成した前記堆積種又はその前駆体を原料種として、室温〜550℃に加熱した基板上に減圧又は常圧下で熱CVD法によって薄膜を堆積させるものである。
【0030】
この場合、堆積種又はその前駆体に対し、触媒体の触媒作用とその熱エネルギーに加えて上記電圧(特にグロー放電開始電圧以下、即ちパッシェンの法則によるプラズマ発生電圧以下の直流電圧又は直流電圧に交流電圧を重畳した電圧、例えば1kV以下、数10V以上)による加速電圧を与えるため、運動エネルギーが大きくなって基体上に効率良く導けると共に、基体上での泳動及び生成過程の膜中での拡散が十分となる。従って、従来の触媒CVD法に比べて、触媒体で生成された堆積種(イオン、ラジカル等の反応種)の運動エネルギーを電界で独立してコントロールできるため、生成膜の基体との密着性向上、生成膜密度の向上、生成膜均一性又は平滑性の向上、ビアホールなどへの埋め込み性とステップカバレージの向上、基体温度の更なる低温化、生成膜のストレスコントロール等が可能となり、高品質膜(例えばバルクに近い物性のシリコン膜や金属膜)が実現する。しかも、プラズマの発生がないので、プラズマによるダメージがなく、低ストレスの生成膜が得られる。
【0031】
ここで、触媒体の加熱温度が800℃未満であると、原料ガスの触媒反応又は熱分解反応が不十分となって堆積速度が低下し易く、また2000℃を超えると触媒体の構成材料が堆積膜中に混入して膜の電気的特性を阻害し、膜質低下を生じ、また、触媒体の融点以上の加熱は、その形態安定性が失われるので、回避するのがよい。触媒体の加熱温度は、その構成材料の融点未満であって1100℃〜1800℃であるのが好ましい。
【0032】
また、基板温度は、室温〜550℃が好ましく、より好ましくは150〜400℃とすれば、効率的で高品質の成膜を行なえる。基板温度が550℃を超えると、安価なガラスが使えず、基板材質に制約が生じ、生産性が悪く(スループットダウンとなり)、膜厚、膜質の均一性も悪くなり易く、また集積回路用のパッシベーション膜を成膜するときには、熱の影響によって不純物のドーピング濃度分布が変化し易くなる。
【0033】
通常の熱CVD法でポリシリコン膜(多結晶シリコン膜)を形成する場合では、基板温度を約600〜900℃とする必要があるが、この触媒CVDに基づく成膜では、プラズマや光励起を必要とせずに、上記のような低温での熱CVDが可能となることが極めて有利である。この触媒CVD時の基板温度が上記したように低いため、基板、例えばガラス基板として、歪点が470〜670℃と低いガラスを用いることができる。これは、安価で、薄板化が容易であり、大型化(1m2 以上)が可能であり、また長尺ロール化されたガラス板を作製できる。例えば、長尺ロール化ガラス板上に、上記手法を用いて、薄膜を連続して又は非連続に作製することができる。
【0034】
この気相成長に使用する前記原料ガスは、水素系キャリアガス(H2 、H2 +Ar、H2 +Ne、H2 +He等)をベースにした、下記の(a)〜(o)のいずれかであってよい。
(a)水素化ケイ素又はその誘導体
(b)水素化ケイ素又はその誘導体と、水素、酸素、窒素、ゲルマニウム、炭素又はスズを含有するガスとの混合物
(c)水素化ケイ素又はその誘導体と、周期表第3族又は第5族元素からなる不純物を含有するガスとの混合物
(d)水素化ケイ素又はその誘導体と、水素、酸素、窒素、ゲルマニウム、炭素又はスズを含有するガスと、周期表第3族又は第5族元素からなる不純物を含有するガスとの混合物
(e)アルミニウム化合物ガス
(f)アルミニウム化合物ガスと、水素又は酸素を含有するガスとの混合物
(g)インジウム化合物ガス
(h)インジウム化合物ガスと、酸素を含有するガスとの混合物
(i)高融点金属のフッ化物ガス、塩化物ガス又は有機化合物ガス
(j)高融点金属のフッ化物ガス、塩化物ガス又は有機化合物ガスと、水素化ケイ素又はその誘導体との混合物
(k)チタンの塩化物と、窒素及び/又は酸素を含有するガスとの混合物
(l)銅化合物ガス
(m)アルミニウム化合物ガスと、水素又は水素化合物ガスと、水素化ケイ素又はその誘導体及び/又は銅化合物ガスとの混合物
(n)炭化水素又はその誘導体
(o)炭化水素又はその誘導体と水素ガスとの混合物
【0035】
上記の如き原料ガスを使用することによって、多結晶シリコン、単結晶シリコン、アモルファスシリコン、微結晶シリコン、シリコン−ゲルマニウム、炭化ケイ素(SiC)、化合物半導体(GaAs、GaP、GaN等)等の半導体薄膜、酸化シリコン、PSG(リンシリゲートガラス)、BSG(ボロンシリケートガラス)、BPSG(ボロンリンシリケートガラス)等の不純物含有の酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、酸化モリブデン、酸化チタン、酸化タンタンル、酸化アルミニウム、酸化インジウム等の絶縁性薄膜、タングステン、チタン、タンタル、モリブデン、窒化タングステン、窒化チタン、窒化タンタル、窒化モリブデン等の高融点金属、シリサイド、銅、アルミニウム、アルミニウム−シリコン又はアルミニウム−シリコン−銅等からなる金属薄膜を気相成長させることができる。
【0036】
そして、前記原料ガスを供給する前に、前記触媒体を水素系ガス雰囲気中で加熱処理することが望ましい。これは、原料ガスの供給前に触媒体を加熱すると、酸化されて触媒体の構成材料が放出され、これが成膜された膜中に混入することがあるが、触媒体を水素系ガス雰囲気中で加熱することによってそのような混入を解消することができる。従って、成膜室内に所定の水素系キャリアガスを供給した状態で触媒体を加熱し、次いで原料ガスを供給することがよい。
【0037】
本発明は、シリコン半導体装置、シリコン半導体集積回路装置、シリコン−ゲルマニウム半導体装置、シリコン−ゲルマニウム半導体集積回路装置、化合物半導体装置、化合物半導体集積回路装置、炭化ケイ素半導体装置、炭化ケイ素半導体集積回路装置、液晶表示装置、エレクトロルミネセンス表示装置、プラズマディスプレイパネル(PDP)装置、発光ポリマー表示装置、発光ダイオード表示装置、CCDエリア/リニアセンサ装置、MOSセンサ装置、強誘電体メモリー装置又は太陽電池装置を製造するのに好適である。
【0038】
次に、本発明を好ましい実施の形態について更に詳細に説明する。
【0039】
図1〜図14について、本発明の実施の形態の参考となる第1の例を説明する(但し、本発明の実施の形態で採用可能な構成を含む:以下の他の参考例も同様)
【0040】
<DCバイアス触媒エッチング法とその装置>
では、CF4ガス等の反応ガスを加熱された触媒体に接触させ、これによって生成した反応種又はその前駆体にグロー放電開始電圧以下の電界を作用させて運動エネルギーを与え、基板上の多結晶シリコン等の所定の膜を気相エッチングするに際し、基板と対向電極との間にグロー放電開始電圧以下の直流電圧(パッシェンの法則で決まる1kV以下の直流電圧)を印加し、前記反応種又はその前駆体を基板の側へ指向させる。以下、によるエッチング法をDCバイアス触媒エッチング法と称する。
【0041】
このDCバイアス触媒エッチング法は、図1〜図3に示す如き装置を用いて実施される。
【0042】
この装置(DCバイアス触媒エッチング装置)によれば、フッ化炭素(例えばCF4 )等の反応ガス40は、必要に応じてAr、He、Ne、N2 等の希釈又はキャリアガスと共に、供給導管41からシャワーヘッド42の供給口43を通して気相エッチング室44へ導入される。室44の内部には、エッチングされるべき多結晶シリコン層等の薄膜56を有するガラス等の基板1を支持するためのサセプタ45と、耐熱性の良い(望ましくは触媒体46と同じか或いはそれ以上の融点を有する材質の)シャワーヘッド42と、コイル状の白金コートのセラミックス、タングステン等の触媒体46と、更には開閉可能なシャッター47とがそれぞれ配されている。なお、サセプタ45とエッチング室44との間には磁気シール52が施されている。また、エッチング室44は前工程を行なう前室53に後続され、ターボ分子ポンプ54等でバルブ55を介して排気される。
【0043】
そして、基板1はサセプタ45内のヒーター線51等の加熱手段で必要あれば加熱され、また触媒体46は例えば抵抗線として融点以下(特に800〜2000℃、白金コートセラミックスの場合は約1200℃、セラミックスコートタングステンの場合は約1600〜1700℃)に加熱されて活性化される。触媒体46の両端子は直流又は交流の触媒体電源48に接続され、この電源からの通電により所定温度に加熱される。また、シャワーヘッド42は加速電極として、導管41を介して可変の直流電源(1kV以下、例えば500V)49の正極側に接続され、サセプタ45(従って、基板1)との間に1kV以下の直流バイアス電圧が印加されるようになっている。
【0044】
このDCバイアス触媒エッチング法を実施するには、まず、気相エッチング室44を10-3〜10-1Torrに排気してから基板を約100〜200℃に昇温すると共に、図1に示す状態から、図2に示すように、CF4 等の反応ガス40をシャワーヘッド42の供給口から導入し、800〜2000℃(例えば約1200℃)に加熱された白金コートのセラミックス等の触媒体46に接触させ、その後、シャッター47を開ける。
【0045】
反応ガス40の少なくとも一部は触媒体46と接触して触媒的に分解し、触媒分解反応または熱分解反応によって、高エネルギーを与えられたフッ素等の反応種、ラジカル集団(即ち、反応種又はその前駆体)を形成する。こうして生成した反応種50(又はその前駆体)にグロー放電開始電圧(約1kV)以下、例えば500Vの直流電源49による直流電界を作用させて運動エネルギーを与え、基板1の側へ指向させて、エッチングの選択性を発現せしめ、−100℃〜500℃(例えば常温〜100℃)に保持された基板1上の多結晶シリコン等の所定の膜56を気相エッチングする。
【0046】
こうして、プラズマを発生することなく、反応種(イオン、ラジカル等)に対し、触媒体46の触媒作用とその熱エネルギーに直流電界による加速エネルギーを加えた指向性の運動エネルギーを与えるので、反応ガスを効率良く反応種に変えて基体上に効率良く導け、化学反応及び基板への衝突等によりエッチングを進行する。このために、あたかも反応性イオンエッチングと同じような高い異方性エッチングとなるので、低ダメージで紫外線損傷なしに高精細な微細パターンエッチング(又はアッシング)を行うことができる。
【0047】
従って、従来の反応性エッチングの欠点をカバーし、垂直に入射してくるイオンの衝撃により、異方性エッチングが可能となることから、例えば、多結晶Siの選択エッチング、Si上のSiO2 の選択エッチング、スパッタ効果によるAl合金のエッチング、Al上のAl2 3 の除去、更には銅や高融点金属のエッチング、高ドーズのイオン注入後のレジスト変質層の除去を容易かつ良好に行える。
【0048】
また、印加する加速電圧49、触媒体46の加熱温度、触媒体46の種類、反応ガス40の選択や条件によって、エッチング選択比を自由に設定でき、等方的なエッチング、更にエッジ部分の傾斜角度のコントロール、選択比を1にして表面の平坦化を行える等の如く、変化に富んだ微細加工が可能である。
【0049】
しかも、触媒体46で生成された反応種(イオン、ラジカル等)を直流電界で独立してコントロールし、効率良く基板上に導けるので、反応ガスの利用効率が高く、処理速度を早めて生産性向上と反応ガス削減によるコストダウンを図れる。
【0050】
また、基板温度を低温化しても反応種の運動エネルギーが大きいために、大面積でのエッチングが可能であると共に、基板温度の低温化によって、スループット向上による生産性向上でのコストダウン、基板温度ムラの低減による膜厚及び膜質の均一性向上が可能となり、大型で安価な絶縁基板(ガラス基板、耐熱性樹脂基板等)を使用でき、この点でもコストダウンが可能となる。しかも、上記した反応種の加速のための電極として、反応ガス供給用のシャワーヘッド42を兼用できるので、構造が簡略となる。シャワーヘッド42はまた、均一なガス吹出しが可能であるため、エッチングムラ又はアッシングムラが生じにくい。
【0051】
また、勿論のことであるが、エッチング時にプラズマの発生がないので、プラズマによるダメージやショート、紫外線損傷、金属のクロスコンタミネーション等がなく、プラズマエッチング法(反応性エッチング法)に比べ、はるかにシンプルで安価な装置が実現する。
【0052】
この場合、減圧下(例えば10-3〜数Torr)又は常圧下で操作を行なえるが、減圧タイプよりも常圧タイプの方がよりシンプルで安価な装置が実現する。そして、常圧タイプでも上記の電界を加えるので、高選択性のエッチングを行える。この場合も、減圧タイプよりも常圧タイプの方がスループットが大であり、生産性が高く、コストダウンが可能である。
【0053】
減圧タイプの場合は、直流電圧は真空度(反応ガス流量)や反応ガス種類等によって左右されるが、いずれにしても、グロー放電開始電圧以下の任意の電圧に調整する必要がある。常圧タイプの場合は、反応ガス及び反応種の流れが基板上の膜の膜質に悪影響を及ぼさないように、基板上に排ガス流が接しないように排気を調整することが望ましい。
【0054】
上記のエッチングにおいて、触媒体46による副射熱のために、基板温度は上昇するが、上記したように、必要に応じて温度調節装置、例えば基板加熱用ヒーター51(又は基板冷却用の冷媒供給手段)を設置してよい。また、触媒体46はコイル状(これ以外にメッシュ、ワイヤー状、多孔板状もよい。)としているが、更にガス流方向に複数段(例えば2〜3段)として、ガスとの接触面積を増やすのが、触媒反応の促進による反応ガスの利用効率の向上、処理速度の向上の点で望ましい。なお、このエッチングにおいて、基板1をサセプタ45の下面においてシャワーヘッド42の上方に配しているので、室44内で生じたパーティクルが落下して基板1又はその上の膜に付着することがないので、ダスト低減による歩留及び品質向上が可能となる。もちろん、この逆に、基板1をサセプタ45の上面に置いてシャワーヘッド42の下方に配してもよい(この時は、生産性向上等が可能となる)。
【0055】
更に、において、上記のDCバイアス触媒エッチングを行なった後に、図4に示すように、基板1をエッチング室44外に取り出し、CF4、C26等の反応ガス57を導入し(真空度は10-2〜数Torr)、基板1のサセプタ45と対向電極であるシャワーヘッド42との間に高周波電圧58(又は直流電圧)を印加してプラズマ放電を生じさせ、これによって室44内をクリーニングすることができる。この場合のプラズマ発生電圧は1kV以上、例えば2〜3kWで電圧は1.5〜2.0kVとする。
【0056】
即ち、気相エッチング時に室44内の内壁面やサセプタ45、シャワーヘッド42、シャッター47、更には触媒体46等の各構成部材に付着した異物をエッチング除去することができるので、ダストが低減し、歩留及び品質向上によりコストダウンが可能となる。これは、気相加工を行なう装置をそのまま用いて実現することができるので、室44外へ構成部材を取り出してクリーニングする必要がなく、このために作業性が向上し、生産性向上によるコストダウンが可能となる。なお、触媒体46も同時にクリーニングできる(但し、触媒体電源48はオフとする。)が、室44外へ取り出して別途クリーニングしてもよい。
【0057】
なお、上記したエッチングされるべき薄膜56は、図1〜図3の装置において、反応ガス40の代わりに成膜用の原料ガスを供給し、触媒CVD法によって所定の薄膜56を気相から成膜することができる。即ち、図5に示す状態から、図6に示すように、シランガス等の原料ガス140をシャワーヘッド42の供給口から導入し、800〜2000℃(例えば約1650℃)に加熱されたタングステン等の触媒体46に接触させ、しかる後にシャッター47を開ける。
【0058】
原料ガス140の少なくとも一部は触媒体46と接触して触媒的に分解し、触媒分解反応または熱分解反応によって、高エネルギーをもつシリコン等のイオン、ラジカルの集団(即ち、堆積種又はその前駆体)を形成する。こうして生成したイオン、ラジカル等の堆積種150(又はその前駆体)にグロー放電開始電圧(約1kV)以下、例えば500Vの直流電源49による直流電界を作用させて運動エネルギーを与え、基板1の側へ指向させて、室温〜550℃(例えば200℃)に保持された基板1上に多結晶シリコン等の所定の膜56を気相成長させる。
【0059】
こうして、成膜時もプラズマを発生することなく、反応種(イオン、ラジカル等)に対し、触媒体46の触媒作用とその熱エネルギーに直流電界による加速エネルギーを加えた指向性の運動エネルギーを与えるので、原料ガスを効率良く反応種に変えて、直流電界により基板1上に均一に熱CVDで堆積することができる。この堆積種56は基板1上で泳動し、薄膜中で拡散するので、緻密でステップカバレージの良い平坦かつ均一な薄膜56を形成できる。
【0060】
従って、このようなDCバイアス触媒CVDは、従来の触媒CVDのコントロールファクタである基板温度、触媒体温度、真空度(原料ガス流量)、原料ガス種類等に比べ、独立した任意の直流電界で薄膜生成をコントロールすることを追加するのが特長である。このため、生成膜の基板との密着性をはじめ、生成膜密度、生成膜均一性又は平滑性、ビアホールなどへの埋め込み性とステッップカバレージを向上させ、基板温度を一層低温化し、生成膜のストレスコントロール等が可能となり、高品質膜(例えばバルクに近い物性のシリコン膜や金属膜)が得られる。しかも、触媒体46で生成された反応種(イオン、ラジカル等)を直流電界で独立してコントロールし、効率良く基板上に堆積できるので、原料ガスの利用効率が高く、生成速度を早めて生産性向上と原料ガス削減によるコストダウンを図れる。
【0061】
そして、上述のDCバイアス触媒エッチングと同様に、基板温度を低温化しても堆積種の運動エネルギーが大きいために、目的とする良質の膜が得られ、基板温度の低温化が可能となり、またプラズマの発生がないので、プラズマによるダメージがなく、低ストレスで密度、均一性、密着性のよい高品質膜が得られる。
【0062】
上記のプロセスをまとめると、図7に概略的に示すように、基体S上の絶縁膜などの膜IL上にフォトレジストPRを所定パターンに形成した後、反応ガスによるバイアス触媒エッチングで膜ILの一部を除去し、連続して反応ガスによるバイアス触媒アッシングでフォトレジスト膜PRを除去し、更に連続して成膜用の原料ガスに変更し、バイアス触媒CVDにより基体S上に所定の膜ULを形成することができる。これによって、薄膜のエッチング、フォトレジストのアッシング、CVD膜の形成を基本的に同一構成の装置で連続して行えるので、不純物汚染の低減による膜質向上、作業性向上での生産性向上によるコストダウンが可能となる。
【0063】
この場合、バイアス触媒エッチングにおいては、希釈ガス又はキャリアガスとして、He、Ne、Ar、N2 、又はそれらの混合した不活性ガスに反応ガスを添加したものを使用してよい。バイアス触媒アッシングにおいては、希釈ガス又はキャリアガスとしてHe、Ne、Ar、N2 、又はそれらの混合した不活性ガスに酸化性ガスを添加したものを使用してよい。そして、フォトレジスト膜は完全に除去することが必要である。また、バイアス触媒CVDにおいては、H2 、H2 +Ar、H2 +Ne、H2 +He、H2 +Ar+Ne+He等のように、H2 ガスをベースとした水素系キャリアガスに各原料ガスを添加したものを使用してよい。
【0064】
上記の薄膜56は、特開昭63−40314号公報等に示されている従来の触媒CVD装置で形成することができる。この触媒CVD装置によれば、図8に示すように、例えば水素化ケイ素(例えばモノシラン)ガス140(及び必要に応じてB2 6 やPH3 などのドーピングガス)は供給導管から室141へ導入される。堆積室141の内部には、基板1を支持するためのサセプター142と、このサセプターに対向配置されたコイル状の触媒体46とがそれぞれ配されている。そして、基板1は外部加熱手段144(例えば電熱手段)で加熱され、また触媒体46は例えば抵抗線として融点以下(特に800〜2000℃、タングステンの場合は約1700℃)に加熱して活性化される。
【0065】
そして、堆積室141内では、雰囲気を窒素から水素系ガスに換気(約15〜20分)してから約200〜800℃に昇温し、シランガスが触媒体46と接触して触媒的に分解し、低温(例えば300℃)に保持された基板1上に堆積する。堆積時間は成長させる多結晶シリコン層厚から求め、また成長終了後は降温させ、水素系ガスを窒素に換気し、基板1を取出す。このようにして、触媒体46による触媒反応または熱分解反応によって、高エネルギーをもつシリコン原子又は原子の集団を形成し、絶縁性基板1上に堆積させるので、通常の熱CVD法における堆積可能温度より著しく低い低温の領域で多結晶シリコン層を堆積させることができる。
【0066】
<MOSTFTの製造>
次に、によるDCバイアス触媒エッチング法を用いたMOSTFTの製造例を示す。
【0067】
図8又は図5〜図6に示した成膜装置を用い、まず、図9の(1)に示すように、石英ガラス、結晶化ガラスなどの絶縁基板1(歪点800〜1400℃、厚さ0.1mm〜数mm)の一主面に、特開昭63−40314号公報等に示されている触媒CVD法(基板温度200〜800℃)又は上述したDCバイアス触媒CVD法(基板温度は室温〜550℃、例えば200〜300℃、真空度は10-1〜10-3Torr、例えば10-2Torr、バイアス電圧は1kV以下、例えば500V)によって、多結晶シリコン膜7を数μm〜0.005μm(例えば0.1μm)の厚みに成長させる。
【0068】
この場合、成膜室内の雰囲気を窒素から水素系ガスに換気(約15〜20分)してから基板1を約200〜300℃に昇温し、成膜室内の真空度を10-1〜10-3Torr(例えば10-2Torr)とし、例えば水素系キャリアガス150SCCM(Standard cc per minute :以下、同様) 、モノシラン15〜20SCCM(及び必要に応じてB2 6 や、PH3 などのドーピングガスも含む。)を導入する。
【0069】
基板1は、室温〜550℃(例えば200〜300℃)に加熱し、また触媒体46は例えば抵抗線として融点以下(特に800〜2000℃、例えばタングステン線を約1650℃)に加熱して活性化する。水素系キャリアガスと原料ガスを加熱されたタングステン等の触媒体46に接触させる。
【0070】
水素系キャリアガスと原料ガスの少なくとも一部は触媒体46と接触して触媒的に分解し、触媒分解反応または熱分解反応によって、高エネルギーをもつシリコンイオン、ラジカル、水素イオンの集団(即ち、堆積種又はその前駆体)を形成する。その後、シャッター47を開けて、生成したイオン、ラジカル等の堆積種150(又はその前駆体)を基板1上に堆積させる。或いは、グロー放電開始電圧(約1kV)以下、例えば500Vの直流電源49による直流電界を作用させて運動エネルギーを与え、基板1の側へ指向させて、室温〜550℃(例えば200〜300℃)に保持された基板1上に多結晶シリコン膜7を気相成長させる。
【0071】
こうして、厚さが例えば0.1μm程度の多結晶シリコン膜7を堆積させる。この堆積時間は成長させる層厚から求め、また成長終了後は降温させ、水素系ガスを窒素に換気し、基板1を取出す。
【0072】
そして次に、多結晶シリコン層7をチャンネル領域とするMOSトランジスタ(TFT)の作製を行なう。
【0073】
即ち、図9の(2)に示すように、例えば、熱酸化処理(950℃)、又はヘリウム(He)ガス希釈の酸素ガス及びモノシランガス供給下での上記と同様のDCバイアス触媒CVD法によって多結晶シリコン層7の表面に厚さ例えば350Åのゲート酸化膜8を形成する。DCバイアス触媒CVD法でゲート酸化膜8を形成する場合、基板温度及び触媒体温度等は上記したものと同様であるが、水素系キャリアガス150SCCM、モノシランガス15〜20SCCM、He希釈O2 ガス1〜2SCCMとしてよい。
【0074】
次いで、図9の(3)に示すように、NチャンネルMOSトランジスタ用のチャンネル領域の不純物濃度制御のために、PチャンネルMOSトランジスタ部をフォトレジスト9でマスクし、P型不純物イオン(例えばB+ )10を例えば30kVで2.7×1011atoms/cm2 のドーズ量で打込み、多結晶シリコン膜7の導電型をP型化した多結晶シリコン層11とする。
【0075】
次いで、図9の(4)に示すように、PチャンネルMOSトランジスタ用のチャンネル領域の不純物濃度制御のために、今度はNチャンネルMOSトランジスタ部をフォトレジスト12でマスクし、N型不純物イオン(例えばP+ )13を例えば50kVで1×1011atoms/cm2 のドーズ量で打込み、多結晶シリコン膜7のP型を補償した多結晶シリコン層14とする。
【0076】
次いで、図10の(5)に示すように、ゲート電極材料としてのリンドープド多結晶シリコン膜15を例えば水素系キャリアガス150SCCM、PH3 5〜10SCCM、モノシランガス15SCCMの供給下での上記と同様のDCバイアス触媒CVD法(基板温度200〜300℃)又は通常の減圧CVD法(基板温度620℃)によって厚さ例えば4000Åに堆積させる。
【0077】
次いで、図10の(6)に示すように、フォトレジスト16を所定パターンに形成し、これをマスクにして、図1〜図3に示した上述のDCバイアス触媒エッチング法(希釈ガス(キャリアガス)150SCCM、CF4 +He希釈O2 5〜10SCCM、触媒体温度は白金コートセラミックスで1200℃、基板温度常温〜100℃)によって、多結晶シリコン膜15をゲート電極形状にパターニングする。
【0078】
更に、希釈ガス(キャリアガス)150SCCM、酸化性ガス(例えば、He希釈O2 )5〜10SCCMによるDCバイアス触媒アッシングでフォトレジスト16を除去する。しかる後に図10の(7)に示すように、例えば900℃で60分間、O2 中での酸化処理でゲート多結晶シリコン膜15の表面に酸化膜17を形成する。
【0079】
次いで、図10の(8)に示すように、PチャンネルMOSトランジスタ部をフォトレジスト18でマスクし、N型不純物である例えばAs+ イオン19を例えば70kVで5×1015atoms/cm2 のドーズ量でイオン注入し、950℃で40分間、N2 中でのアニールによって、NチャンネルMOSトランジスタのN+ 型ソース領域20及びドレイン領域21をそれぞれ形成する。
【0080】
次いで、図11の(9)に示すように、NチャンネルMOSトランジスタ部をフォトレジスト22でマスクし、P型不純物である例えばB+ イオン23を例えば30kVで5×1015atoms/cm2 のドーズ量でイオン注入し、900℃で5分間、N2 中でのアニールによって、PチャンネルMOSトランジスタのP+ 型ソース領域24及びドレイン領域25をそれぞれ形成する。
【0081】
次いで、図11の(10)に示すように、全面に通常のCVD法又は上記したと同様の触媒CVD法によって、水素系キャリアガス150SCCMは共通として、1〜2SCCMのHe希釈のO2 、15〜20SCCMのSiH4 供給下でSiO2 膜26を例えば200〜300℃で500Åの厚みに、50〜60SCCMのNH3 、15〜20SCCMのSiH4 供給下でSiN膜27を例えば200〜300℃で2000Åの厚みに積層し、更に、10〜20SCCMのHe希釈のB2 6 、10〜20SCCMのHe希釈のPH3 、10〜20SCCMのHe希釈のO2 、15〜20SCCMのSiH4 供給下でボロン及びリンドープドシリケートガラス(BPSG)膜28をリフロー膜として例えば200〜300℃で6000Åの厚みに形成し、このBPSG膜28を例えば900℃でN2 中でリフローする。
【0082】
次いで、図11の(11)に示すように、上記の絶縁膜の所定位置に上記と同様の条件でDCバイアス触媒エッチング法(但し、希釈ガス又はキャリアガスをベースに反応ガスはCF4 +He希釈のO2 )によりコンタクト窓開けを行い、同様に、DCバイアス触媒アッシング法によりフォトレジスト除去を行い、しかる後に各コンタクトホールを含む全面にアルミニウムなどの電極材料をスパッタ法等で150℃で1μmの厚みに堆積し、これを上記と同様の条件でDCバイアス触媒エッチング法(但し、希釈ガス又はキャリアガスをベースに反応ガスはCCl4 +He希釈のO2 )によりパターニングし、同様に、DCバイアス触媒アッシング法によりフォトレジスト除去を行い、しかる後にPチャンネルMOSTFT及びNチャンネルMOSTFTのそれぞれのソース又はドレイン電極29(S又はD)とゲート取出し電極又は配線30(G)を形成し、トップゲート型の各MOSトランジスタを形成する。
【0083】
なお、上記のアルミニウムをDCバイアス触媒CVDで形成すれば、例えば、DCバイアス触媒エッチング、DCバイアス触媒アッシング、DCバイアス触媒CVDの如き順に連続した作業を同じ装置を用いて行うことができる。
【0084】
<LCDの製造>
次に、によるDCバイアス触媒エッチング法を用いた液晶表示装置(LCD)の液晶駆動基板(以後、TFT基板と称する。)の製造例を示す。
【0085】
図8又は図5〜図6に示した成膜装置を用い、まず、図12の(1)に示すように、画素部及び周辺回路部において、石英ガラス、結晶化ガラスなどの絶縁基板1(歪点800〜1400℃、厚さ0.1mm〜数mm)の一主面に、上述したDCバイアス触媒CVD法(基板温度は室温〜550℃、例えば200〜300℃、真空度は10-1〜10-3Torr、例えば10-2Torr、バイアス電圧印加の場合は1kV以下、例えば500V))によって、多結晶シリコン膜67を数μm〜0.005μm(例えば0.1μm)の厚みに成長させる。
【0086】
この場合、成膜室内の雰囲気を窒素から水素系ガスに換気(約15〜20分)してから成膜室内の真空度を10-1〜10-3Torrとし、例えば水素系キャリアガス150SCCM、モノシランガス15〜20SCCM(及び必要に応じてB2 6 や、PH3 などのドーピングガスも含む。)を上述したと同様にして導入する。
【0087】
基板1は上述したと同様にして室温〜550℃(例えば200〜300℃)に加熱し、また触媒体46は例えば抵抗線として融点以下(特に800〜2000℃、例えばタングステン線を1700〜1800℃)に加熱して活性化する。そして、原料ガスを加熱されたタングステン等の触媒体46に接触させる。
【0088】
原料ガスの少なくとも一部は触媒体46と接触して触媒的に分解し、触媒分解反応または熱分解反応によって、高エネルギーをもつシリコンイオン、ラジカル、水素イオンの集団(即ち、堆積種又はその前駆体)を形成し、基板1上に堆積させる。或いは、生成したイオン、ラジカル等の堆積種150(又はその前駆体)にグロー放電開始電圧(約1kV)以下、例えば500Vの直流電源49による直流電界を作用させて運動エネルギーを与え、基板1の側へ指向させて、室温〜550℃(例えば400℃)に保持された基板1上に多結晶シリコン膜67を気相成長させる。
【0089】
こうして、厚さが例えば0.1μm程度の多結晶シリコン膜67を堆積させる。この堆積時間は成長させる層厚から求め、また成長終了後は降温させ、水素を窒素に換気し、基板1を取出す。
【0090】
次いで、図12の(2)に示すように、フォトレジストマスクを用いて多結晶シリコン膜67をパターニングし、各部のトランジスタ活性層を形成する。
【0091】
次いで、図12の(3)に示すように、例えば、熱酸化処理(950℃)、又はHe希釈の酸素ガス及びモノシランガス供給下での上記と同様のDCバイアス触媒CVD法によって多結晶シリコン膜67の表面に厚さ例えば350Åのゲート酸化膜68を形成する。DCバイアス触媒CVD法でゲート酸化膜68を形成する場合、基板温度及び触媒体温度等は上記したものと同様であるが、水素系キャリアガス150SCCM、モノシランガス15〜20SCCM、He希釈O2 ガス1〜2SCCMとしてよい。
【0092】
次いで、トランジスタ活性層67のチャンネル領域の不純物濃度制御のためにB+ 又はP+ 等の所定の不純物のイオン注入を行なった後、図12の(4)に示すように、ゲート電極材料として、例えばアルミニウムをスパッタリングで厚さ例えば4000Åに堆積させるか、或いは、多結晶シリコン膜を水素系キャリアガスをベースに15〜20SCCMのモノシランガスの供給下での上記と同様のDCバイアス触媒CVD法(基板温度200〜300℃)によって厚さ例えば4000Åに堆積させる。その後、リン拡散等により高濃度、低抵抗多結晶シリコン膜を形成する。そして、フォトレジストマスク160を用いて、ゲート電極材料層を上記と同様の条件でDCバイアス触媒エッチング法によってゲート電極75の形状にパターニングする。なお、DCバイアス触媒アッシング法によるフォトレジストマスクの除去後に、例えば900℃で60分間、O2 中での酸化処理でゲート多結晶シリコン膜75の表面に酸化膜を形成してよい。
【0093】
次いで、図13の(5)に示すように、PチャンネルMOSトランジスタ部をフォトレジスト78でマスクし、N型不純物である例えばAs+ (又はP+ )イオン79を例えば70kVで1×1015atoms/cm2 のドーズ量でイオン注入し、DCバイアス触媒アッシング法によりフォトレジスト膜を除去し、950℃で40分間、N2 中でのアニールによって、NチャンネルMOSトランジスタのN+ 型ソース領域80及びドレイン領域81をそれぞれ形成する。
【0094】
次いで、図13の(6)に示すように、NチャンネルMOSトランジスタ部をフォトレジスト82でマスクし、P型不純物である例えばB+ イオン83を例えば30kVで1×1015atoms/cm2 のドーズ量でイオン注入し、DCバイアス触媒アッシング法によりフォトレジスト膜を除去し、900℃で5分間、N2 中でのアニールによって、PチャンネルMOSトランジスタのP+ 型ソース領域84及びドレイン領域85をそれぞれ形成する。
【0095】
なお、上記の図13の(5)及び(6)に示したフォトレジスト78、82はそれぞれ溶解除去するが、これを良好に行なうために、上述したDCバイアス触媒エッチング装置においてアッシング用の反応ガス(例えばO2 又はCF4 、C2 6 など)を供給し、基板温度約200℃、触媒体温度約1600℃として1kV以下(例えば500V)の直流バイアス電界を印加する。これによって生成したラジカル等の反応種によってフォトレジスト表面の不溶物をアッシング除去する。しかる後、フォトレジストを溶媒で処理して完全に溶解除去する。なお、このようなアッシングは、前述した図9〜図11のMOSTFTの製造においても同様に行なってよい。反応ガスの種類やDCバイアス条件、及びフォトレジストの状態によっては、アッシング除去のみでフォトレジストを完全に除去できるので、その後の溶媒処理は不要である。
【0096】
次いで、図13の(7)に示すように、全面に上記したと同様のDCバイアス触媒CVD法によって、水素系キャリアガス150SCCMは共通とし、1〜2SCCMのHe希釈O2 、15〜20SCCMのSiH4 供給下でSiO2 膜を例えば200〜300℃で500Åの厚みに、50〜60SCCMのNH3 、15〜20SCCMのSiH4 供給下でSiN膜を例えば200〜300℃で2000Åの厚みに積層し、更に、10〜20SCCMのHe希釈のB2 6 、10〜20SCCMのHe希釈のPH3 、10〜20SCCMのHe希釈のO2 、15〜20SCCMのSiH4 供給下でボロン及びリンドープドシリケートガラス(BPSG)膜をリフロー膜として例えば200〜300℃で6000Åの厚みに形成し、このBPSG膜を例えば900℃のN2 中でリフローする。これらの絶縁膜の積層によって層間絶縁膜86を形成する。なお、このような層間絶縁膜は、上記とは別の通常の方法で形成してもよい。
【0097】
次いで、図14の(8)に示すように、上記の絶縁膜86の所定位置に上述したと同様の条件でDCバイアス触媒エッチング法によりコンタクト窓開けを行い、同様に、DCバイアス触媒アッシング法によりフォトレジスト除去を行い、しかる後に各コンタクトホールを含む全面にアルミニウムなどの電極材料をスパッタ法等で150℃で1μmの厚みに堆積し、これを上述したと同様のDCバイアス触媒エッチング法によりパターニングし、同様に、DCバイアス触媒アッシング法によりフォトレジスト除去を行い、しかる後に画素部のNチャンネルMOSTFTのソース電極87、周辺回路部のPチャンネルMOSTFT及びNチャンネルMOSTFTのソース電極88、90とドレイン電極89、91をそれぞれ形成する。
【0098】
なお、上記のアルミニウムをDCバイアス触媒CVDで形成すれば、例えば、DCバイアス触媒エッチング、DCバイアス触媒アッシング、DCバイアス触媒CVDの如き順に連続した作業を同じ装置によって行うことができる。
【0099】
次いで、表面上にSiO2 等の層間絶縁膜92をバイアス触媒CVD法又は触媒CVD法で形成した後、図14の(9)に示すように、画素部において層間絶縁膜92及び86にコンタクトホールを開け、例えばITO(Indium tin oxide:インジウム酸化物にスズをドープした透明電極材料)を真空蒸着法等で全面に堆積させ、パターニングしてドレイン領域81に接続された透明画素電極93を形成する(なお、この時、触媒エッチング及びアッシングでコンタクトホール開けとフォトレジスト膜除去をそれぞれ行ってもよい)。こうして、透過型のLCDのTFT基板を作製することができる。なお、上記した工程は、反射型のLCDのTFT基板の製造にも同様に適用可能である。
【0100】
図15について、本発明の実施の形態の参考となる第2の例を説明する。
【0101】
では、上述した第1の参考例のDCバイアス触媒エッチング法及びその装置において、図15に示すように、基板1又はサセプタ45の近傍に荷電粒子又はイオン(例えばエレクトロン)シャワー100を配設していることが特徴的である。従って、上述した第1の参考例による作用効果に加えて、次の優れた作用効果が得られる。
【0102】
即ち、上述した多結晶シリコン膜等のエッチング時又はエッチング中に触媒体46の触媒作用で反応ガス中にイオン等の反応種又はその前駆体が発生し、これにより基板1がチャージアップしてエッチングムラを生じることがあるが、例えば上記のエレクトロンシャワー100から上記イオン等に電子を照射することによって基板1上のチャージを中和し、そのチャージアップを十分に防止することができる。特に、基板1が絶縁物からなっていると、電荷を蓄積し易いため、エレクトロンシャワー100の使用は効果的である。
【0103】
図16について、本発明の実施の形態の参考となる第3の例を説明する。
【0104】
では、上述した第1の参考例のDCバイアス触媒エッチング法及びその装置において、図16に示すように、反応種を加速するための電極を基板1と触媒体46との間に配されたメッシュ電極101としていることが特徴的である。
【0105】
即ち、基板1と触媒体46との間に、ガス通過孔101cを有する複数のメッシュ電極101aと101bとを配し、これらの間に1kV以下のDC電圧49を印加して、上述したと同様に、触媒体46による反応ガスの分解で生成した反応種に基板1の方向への運動エネルギーを付与している。従って、上述した第1の実施の形態と同様の作用効果に加えて、予め設計、加工した加速電極をメッシュ電極101として基板1と触媒体46との間の間隙内に容易に挿入でき、また、加速電極を加速効率を高める形状に予め加工した後に配設することができる。なお、メッシュ電極101とシャワーヘッド42は共に、耐熱性の良い(望ましくは触媒体46と同じか或いはそれ以上の融点を有する材質)からなっているのがよい。
【0106】
図17について、本発明の実施の形態の参考となる第4の例を説明する。
【0107】
では、上述した第3の参考例と比べ、加速用の一方のメッシュ電極101aを触媒体46とシャワーヘッド42との間に、加速用の他方のメッシュ電極101bを基板1と触媒体46との間にそれぞれ配置している点が異なっている。
【0108】
従って、この例では、上記メッシュ電極101aと101bとが触媒体46の両側に存在していることから、生成した反応種を基板1の方へより指向させ易いものと考えられる。メッシュ電極101a及び101bは、シャワーヘッド42と共に、触媒体46と同じか或いはそれ以上の融点を有する材質の高耐熱性材料で形成されていることが望ましい。
【0109】
図18について、本発明の実施の形態の参考となる第5の例を説明する。
【0110】
では、上述した加速電極101の形状を図18(A)の多孔板状、図18(B)のメッシュ状とし、ガス流を妨げることなしに効率良く加速作用を発揮させている。このような形状は、触媒体46についても同様に適用できるものである。
【0111】
図19について、本発明の実施の形態の参考となる第6の例を説明する。
【0112】
では、上述した第1の参考例のDCバイアス触媒エッチング装置を常圧下で操作する場合において、ガス流が基板1上の膜に接触しないように、例えばサセプタ45に通気孔102を形成し、基板1の周辺域から排ガス103を上方へ導き、排気口(図示せず)へと流動させている。
【0113】
従って、常圧で操作しても、基板1上の膜又は基板を汚染することはない。また、常圧タイプであることから、装置構成がシンプルとなり、スループットも向上する。
【0114】
図20〜図23について、本発明の実施の形態の参考となる第7の例を説明する。
【0115】
上述した各参考例では、基板1をシャワーヘッド42の上方に配したが、では、図20に示すように、基板1をシャワーヘッド42の下方に配している点のみが異なり、他の構成や、操作方法は同様である。従って、基本的には、上述した第1の参考例と同様の作用効果が得られる。
【0116】
具体的な構成例としては、常圧タイプが挙げられ、まず図21に示すように、回転式のヒータ付きサセプタ45上に基板1を自転式の台104を介して複数枚配置し、サセプタ中心孔内に導管兼回転軸105を有する回転式のシャワーヘッド42から反応ガス40を供給し、触媒体46(但し、電源は図示省略:以下、同様)による反応種をDC電源49によるDC電界中で基板1上に導き、その上の膜をエッチングする。排ガスはサセプタ45の周囲から下方へ導かれる。
【0117】
この例の場合、複数の基板1及びシャワーヘッド42を回転させながら反応種を基板方向へ加速してエッチングするため、量産性が良い上にガスの分布が一様となり、エッチングの均一性が向上する。
【0118】
また、図22に示す例では、自転式のヒータ106付きサセプタ45が円錐形のバッファ107の周りで公転する自公転式とし、各サセプタ45上に基板1を固定し、円錐形のベルジャー108上のシャワーヘッド42から反応ガス40を供給し、触媒体46による反応種をサセプタ45(基板1)とメッシュ電極101との間に印加するDC電圧49によって加速し、基板1上の膜をエッチングする。
【0119】
この例の場合、円錐形のベルジャー内で複数の基板1を自公転させながら反応種を基板方向へ加速しているため、量産性が良い上にガスの分布が一様となり、エッチングの均一性が一層向上する。
【0120】
図23は、別の連続式常圧エッチング装置の例を示し、搬送ベルト109上に基板1を配置し、シャワーヘッド42から反応ガス40を供給し、触媒体46による反応種を搬送ベルト109(基板1)とメッシュ電極101との間に印加するDC電圧49によって加速し、基板1上の膜をエッチングする。排ガス103は基板1の上方へ導くので、膜への汚染等の問題はない。
【0121】
この例の場合、基板1を一方向へ搬送しながら反応種を基板方向へ加速し、かつ排ガスを上方へ排出しているので、エッチングの量産性が良く、常圧タイプであってもエッチングし易い。
【0122】
図24について、本発明の実施の形態の参考となる第8の例を説明する。
【0123】
による成膜装置は、例えば5個のチャンバを選択的に用い、順次膜のエッチングが可能である。基板1はサセプタ45に真空吸着され、ロードステーションのロボット110によりロード部111に装入されてティスパージョンヘッド112により各チャンバーに順次送られ、この間に基板面が下方を向く図1の如きフェイスダウンの状態でエッチングが行なわれる。但し、上述した触媒体46や加速電極は図示省略している。
【0124】
この例の場合、積層膜のエッチングに有利であり、また基板1の熱源が上方にあるために対流効果が少なく、また基板1がフェイスダウンのためにパーティクルの付着も抑制できる。
【0125】
第1の実施の形態
図25〜図26について、本発明の第の実施の形態を説明する。
【0126】
<RF/DCバイアス触媒エッチング法とその装置>
本実施の形態では、CF4 ガス等の反応ガスを加熱された触媒体に接触させ、これによって生成した反応種又はその前駆体にグロー放電開始電圧以下の電界を作用させて運動エネルギーを与え、絶縁基板上の多結晶シリコン等の所定の膜を気相エッチングするに際し、基板と対向電極との間にグロー放電開始電圧以下であって直流電圧に高周波電圧を重畳させた電圧(パッシェンの法則で決まる1kV以下の電圧)を印加し、前記反応種又はその前駆体を基板の側へ指向させると共に、微妙な電界変化での運動エネルギーを与える。以下、本実施の形態によるエッチング法をRF/DCバイアス触媒エッチング法と称する。
【0127】
このRF/DCバイアス触媒エッチング法は、図25〜図26に示す如き装置を用いて実施される。
【0128】
この装置(RF/DCバイアス触媒エッチング装置)によれば、図1〜図3で述べたと同様に、フッ化炭素(例えばCF4 )等の反応ガス40は、必要に応じてAr等の希釈又はキャリアガスと共に、供給導管41からシャワーヘッド42の供給口を通して気相エッチング室44へ導入される。室44の内部には、エッチングされるべき多結晶シリコン等の薄膜56を有するガラス等の基板1を支持するためのサセプタ45と、耐熱性の良い(望ましくは触媒体46と同じか或いはそれ以上の融点を有する材質の)シャワーヘッド42と、コイル状の白金コートのセラミックス、タングステン等の触媒体46と、更には開閉可能なシャッター47とがそれぞれ配されている。なお、サセプタ45とエッチング室44との間には磁気シールが施されている。また、室44は前工程を行なう前室に後続され、ターボ分子ポンプ等でバルブを介して排気される。
【0129】
そして、基板1はサセプタ45内のヒーター線等の加熱手段で必要あれば加熱され、また触媒体46は例えば抵抗線として融点以下(特に800〜2000℃、白金コートセラミックスの場合は約1200℃、白金コートタングステンの場合は約1600〜1700℃)に加熱されて活性化される。触媒体46の両端子は直流又は交流の触媒体電源48に接続され、この電源からの通電により所定温度に加熱される。また、シャワーヘッド42は加速電極として、導管41からロウパス(高周波)フィルタ113を介して可変の直流電源(1kV以下、例えば500V)49の正極側に接続され、また整合回路114を介して高周波電源115(100〜200VP-P 及び1〜100MHz、例えば150VP-P 、13.56MHz)に接続され、サセプタ45(従って、基板1)との間に1kV以下の高周波電圧重畳の直流バイアス電圧が印加されるようになっている。
【0130】
このRF/DCバイアス触媒エッチング法を実施するには、まず、気相エッチング室44内を10-3〜10-2Torrに排気してから約100〜200℃に昇温すると共に、図25に示す状態から、図26に示すように、CF4 ガス等の反応ガス40をシャワーヘッド42の供給口から導入し、800〜2000℃(例えば約1200℃)に加熱された白金コートのセラミックス等の触媒体46に接触させ、その後、シャッター47を開ける。
【0131】
反応ガス40の少なくとも一部は触媒体46と接触して触媒的に分解し、触媒分解反応または熱分解反応によって、高エネルギーを与えられたフッ素等の反応種、ラジカルの集団(即ち、反応種又はその前駆体)を形成する。こうして生成した反応種50(又はその前駆体)にグロー放電開始電圧(約1kV)以下、例えば500Vの直流電源49の直流電圧に100〜200VP-P 、13.56MHzの高周波電源115の高周波電圧が重畳されたRF/DCバイアス電界を作用させて微妙な電界変化での運動エネルギーを与え、基板1の側へ指向させると共に、エッチングの選択性を十分に発現させ、−100℃〜500℃(例えば常温〜100℃)に保持された基板1上の多結晶シリコン等の所定の膜56をエッチングする。
【0132】
こうして、プラズマを発生することなく、反応種(イオン、ラジカル等)に対し、触媒体46の触媒作用とその熱エネルギーに(直流+高周波)電界による電界変化を伴う加速エネルギーを加えた指向性の運動エネルギーを与えるので、反応ガスを効率良く反応種に変えて、基板上に効率良く導け、(直流+高周波)電界により化学反応及び基板への衝突等によりエッチングが進行する。このために、あたかも反応性イオンエッチングと同じような高い異方性エッチングとなるので、低ダメージで紫外線損傷なしにパターンエッチング又はアッシングを行うことができると共に、直流電圧に重畳させた高周波電圧により微妙な電界変化での運動エネルギーを反応種(イオン、ラジカル等)に与えることができるため、上述した第1の参考例で述べた作用効果に加えて、複雑な形状を有する基体表面(凹凸段差等)に設けられた膜を任意の選択比、任意の傾斜角度等で微細加工することができる。
【0133】
従って、従来の反応性エッチングの欠点をカバーし、(直流+高周波)電界下で垂直に入射してくるイオンの衝撃により、高い異方性エッチングが可能となることから、高精細な微細加工、例えば、多結晶Siの選択エッチング、Si上のSiO2 の選択エッチング、スパッタ効果によるAl合金のエッチング、Al上のAl2 3 の除去、更には銅や高融点金属のエッチング、高ドーズのイオン注入後のレジスト変質層の除去を容易かつ良好に行える。
【0134】
また、印加する加速電圧49、触媒体46の加熱温度、触媒体46の種類、反応ガス40の選択や条件によって、エッチング選択比を自由に設定でき、等方的なエッチング、更にエッジ部分の傾斜角度のコントロール、選択比を1にして表面の平坦化を行える等の如く、変化に富んだ微細加工が可能である。
【0135】
しかも、触媒体46で生成された反応種(イオン、ラジカル等)を(直流+高周波)電界で独立してコントロールし、効率良く基板上に導けるので、反応ガスの利用効率が高く、処理速度を早め、生産性向上と反応ガス削減によるコストダウンを図れる。
【0136】
また、基板温度を低温化しても反応種の運動エネルギーが大きいために、大面積でのエッチングが可能であると共に、基板温度の低温化によって、スループット向上による生産性向上でのコストダウン、基板温度ムラの低減による膜厚及び膜質の均一性向上が可能となり、また大型で安価な絶縁基板(ガラス基板、耐熱性樹脂基板等)を使用でき、この点でもコストダウンが可能となる。しかも、上記した反応種の加速のための電極として、反応ガス供給用のシャワーヘッド42を兼用できるので、構造が簡略となる。シャワーヘッド42はまた、均一なガス吹出しが可能であるため、エッチングムラ又はアッシングムラが生じにくい。
【0137】
また、勿論のことであるが、プラズマの発生がないので、プラズマによるダメージやショート、紫外線損傷、金属のクロスコンタミネーション等がなく、プラズマエッチング法(反応性エッチング法)に比べ、はるかにシンプルで安価な装置が実現する。
【0138】
この場合、減圧下(例えば10-3〜数Torr)又は常圧下で操作を行なえるが、減圧タイプよりも常圧タイプの方がよりシンプルで安価な装置が実現する。そして、常圧タイプでも上記の電界を加えるので、高選択性のエッチングを行える。この場合も、減圧タイプよりも常圧タイプの方がスループットが大であり、生産性が高く、コストダウンが可能である。
【0139】
減圧タイプの場合は、(直流+高周波)電圧は真空度(反応ガス流量)や反応ガス種類等によって左右されるが、いずれにしても、グロー放電開始電圧以下の任意の電圧に調整する必要がある。常圧タイプの場合は、反応ガス及び反応種の流れが基板上の膜の膜質に悪影響を及ぼさないように、基板上に排ガス流が接しないように排気を調整することが望ましい。
【0140】
上記のエッチングにおいて、触媒体46による副射熱のために、基板温度は上昇するが、上記したように、必要に応じて温度調節装置、例えば基板加熱用ヒーター51(又は基板冷却用の冷媒供給手段)を設置してよい。また、触媒体46はコイル状(これ以外にメッシュ、ワイヤー、多孔板状もよい)としているが、更にガス流方向に複数段(例えば2〜3段)として、ガスとの接触面積を増やすのがよい。なお、このエッチングにおいて、基板1をサセプタ45の下面においてシャワーヘッド42の上方に配しているので、室44内で生じたパーティクルが落下して基板1又はその上の膜に付着することがない。もちろん、この逆に、基板1をサセプタ45の上面に置いてシャワーヘッド42の下方に配してもよい(この時は、生産性向上等が可能となる)。
【0141】
更に、本実施の形態において、上記のRF/DCバイアス触媒エッチングを行なった後に、図4に示したと同様に、基板1を室44外に取り出し、CF4 、C2 6 等の反応ガス57を導入し(真空度は10-2〜数Torr)、基板1のサセプタ45と対向電極であるシャワーヘッド42との間に高周波電圧58(又は直流電圧)を印加してプラズマ放電を生じさせ、これによって室44内をクリーニングすることができる。この場合のプラズマ発生電圧は1kV以上、例えば2〜3kWで1.5〜2.0kVとする。
【0142】
なお、本実施の形態においても、上述した第1の参考例で述べたと同様に、DCバイアス触媒エッチング法の代わりにRF/DCバイアス触媒エッチング法をMOSTFTの製造や液晶表示装置(LCD)のTFT基板の製造に適用することができる。
【0143】
また、図25において、整合回路114の前位に、一点鎖線で示すようにスイッチ116を設け、これをオンすることにより、上記のRF/DCバイアス触媒エッチング法を実施することができる。また、スイッチ116をオフとすれば、直流電源49のみを作動させる上述の第1の参考例のDCバイアス触媒エッチング法を実施することができる。
【0144】
第2の実施の形態
図27について、本発明の第の実施の形態を説明する。
【0145】
本実施の形態では、上述した第の実施の形態のRF/DCバイアス触媒エッチング法及びその装置において、図27に示すように、基板1又はサセプタ45の近傍に荷電粒子又はイオン(例えばエレクトロン)シャワー100を配設していることが特徴的である。従って、上述した第の実施の形態による作用効果に加えて、次の優れた作用効果が得られる。
【0146】
即ち、上述した多結晶シリコン膜等のエッチング時又はエッチング中に触媒体46の触媒作用で反応ガス中にイオンが発生し、これにより基板1がチャージアップしてエッチングムラを生じることがあるが、例えば上記のエレクトロンシャワー100から照射される電子によって基板1上にチャージを中和し、そのチャージアップを十分に防止することができる。特に、基板1が絶縁物からなっていると、電荷を蓄積し易いため、エレクトロンシャワー100の使用は効果的である。
【0147】
なお、上記の第の実施の形態において、第3の参考例〜第6の参考例で述べたと同様に、加速用のメッシュ電極101や通気孔102付きサセプタ45を設けると、同様の作用効果が得られる。
【0148】
第3の実施の形態
図28について、本発明の第の実施の形態を説明する。
【0149】
上述した各実施の形態では、基板1をシャワーヘッド42の上方に配したが、本実施の形態では、基板1をシャワーヘッド42の下方に配している点のみが異なり、他の構成や、操作方法は同様である。従って、基本的には、上述した第9の実施の形態と同様の作用効果が得られる。
【0150】
具体的な構成例としては、常圧タイプが挙げられ、図21〜図24に示した如き構成のエッチング装置に適用してよい。
【0151】
第4の実施の形態
図29について、本発明の第の実施の形態を説明する。
【0152】
<AC/DCバイアス触媒エッチング法とその装置>
本実施の形態では、CF4 ガス等の反応ガスを加熱された触媒体に接触させ、これによって生成した反応種又はその前駆体にグロー放電開始電圧以下の電界を作用させて運動エネルギーを与え、絶縁基板上の多結晶シリコン等の所定の膜を気相エッチングするに際し、基板と対向電極との間にグロー放電開始電圧以下であって直流電圧に低周波電圧を重畳させた電圧(パッシェンの法則で決まる1kV以下の電圧)を印加し、前記反応種又はその前駆体を基板の側へ指向させると共に、電界変化での運動エネルギーを与える。以下、本実施の形態によるエッチング法をAC/DCバイアス触媒エッチング法と称する。
【0153】
このAC/DCバイアス触媒エッチング法は、上述した第9の実施の形態において図29に示す如く高周波電源115に代えて低周波電源125を用い、他は同様の構成のエッチング装置を用いて実施される。
【0154】
即ち、シャワーヘッド42は加速電極として、導管41を介して(周波数によっては上述のロウパスフィルタ113は省略可)可変の直流電源(1kV以下、例えば500V)49の正極側に接続され、また整合回路114を介して低周波電源125(100〜200VP-P 及び1MHz以下、例えば150VP-P 、26kHz)に接続され、サセプタ45(従って、基板1)との間に1kV以下の低周波電圧重畳の直流バイアス電圧が印加されるようになっている。
【0155】
こうして、プラズマを発生することなく、反応種(イオン、ラジカル等)に対し、触媒体46の触媒作用とその熱エネルギーに(直流+低周波)電界による電界変化を伴う加速エネルギーを加えた指向性の運動エネルギーを与えるので、反応ガスを効率良く反応種に変えて、(直流+低周波)電界により基板1上の膜を均一にエッチングすることができる。その他、上述した第の実施の形態と同様の作用効果が得られる。
【0156】
なお、本実施の形態において、上記のAC/DCバイアス触媒エッチングを行なった後に、図4に示したと同様に、基板1を室44外に取り出し、CF4 、C2 6 等の反応ガス57を導入し(真空度は10-2〜数Torr)、基板1のサセプタ45と対向電極であるシャワーヘッド42との間に高周波電圧58(又は直流電圧)を印加してプラズマ放電を生じさせ、これによって室44内をクリーニングすることができる。この場合のプラズマ発生電圧は1kV以上、例えば2〜3kWで1.5〜2.0kVとする。
【0157】
なお、本実施の形態においても、上述した第1の参考例で述べたと同様に、DCバイアス触媒エッチング法の代わりにAC/DCバイアス触媒エッチング法をMOSTFTの製造や液晶表示装置(LCD)の製造に適用することができる。
【0158】
第5の実施の形態
図30について、本発明の第の実施の形態を説明する。
【0159】
本実施の形態では、上述した各実施の形態において、使用する反応ガスを種々に変えて、対応する各種の薄膜をエッチング又はアッシングするものである。ここでは、上述したRF/DCバイアス、AC/DCバイアスのいずれの触媒エッチング又はアッシング法も適用可能である。この時、反応ガスの希釈ガス又はキャリアガスとしては、He、Ne、Ar、N2又はこれらの組み合わせ等の不活性ガスを使用する。
【0160】
また、図31は、上述したCVDにより成膜する際に用いる原料ガス種と、対応する各種の薄膜を示している。
【0161】
以上に述べた本発明の実施の形態は、本発明の技術的思想に基づいて種々変形が可能である。
【0162】
例えば、上述したエッチング又はアッシング条件や装置構成、使用する反応ガスと被加工材料の種類などは様々に変更してよい。
【0163】
また、上述したチャージアップ防止のためのエレクトロンシャワーに代えて、他の負電荷の粒子も照射でき、或いはチャージアップの極性によってはプロトンなどの正電荷の粒子を照射してもよい。
【0164】
また、上述の第及び第の実施の形態においても、上述の第3〜第8の参考例で述べた電界印加手段を採用することができる。電界印加手段は、高周波又は低周波の交流電界のみを形成するものであってよい(但し、高周波又は低周波の交流電圧の絶対値はグロー放電開始電圧以下とする)。絶対値がグロー放電開始電圧以下であれば、直流に高周波電圧と低周波電圧とを重畳させた電圧を印加してもよく、低周波電圧と高周波電圧とを重畳させた電圧を印加してもよい。なお、本発明によるエッチング又はアッシングの対象は、基板上の膜以外にも、ガラスや半導体などの基板自体であってもよい。
【0165】
【発明の作用効果】
本発明によれば、反応ガスを加熱された触媒体に接触させ、これによって生成した反応種又はその前駆体にグロー放電開始電圧以下の、直流電圧に交流電圧を重畳させた電圧、又は絶対値がグロー放電開始電圧以下の交流電圧を印加することによる電界を作用させて運動エネルギーを与え、基体又は基体上の所定の膜を気相エッチング又はアッシングしているので、次に示すような顕著な作用効果が得られる。
【0166】
(1)反応種又はその前駆体に対し、触媒体の触媒作用とその熱エネルギーに加えて上記電圧による加速電圧を与えるため、運動エネルギーが大きくなって基体上に効率良く導け、化学反応及び基体への衝突等によりエッチング又はアッシングが進行する。このために、あたかも反応性イオンエッチングと同じような高い異方性エッチングとなるので、低ダメージで紫外線損傷なしにパターンエッチング又はアッシングを行うことができる。従って、従来の反応性エッチングの欠点をカバーし、垂直に入射してくるイオンの衝撃により、高い異方性エッチングが可能となることから、高精細な微細加工、例えば、多結晶Siの選択エッチング、Si上のSiO2 の選択エッチング、スパッタ効果によるAl合金のエッチング、Al上のAl2 3 の除去、更には銅や高融点金属のエッチング、高ドーズのイオン注入後のレジスト変質層の除去を容易かつ良好に行える。
【0167】
(2)印加する加速電圧(AC/DC、RF/DC等)の種類と値、触媒体の加熱温度、触媒体の種類、反応ガスの選択や条件によって、エッチング選択比を自由に設定でき、高選択比又は等方的なエッチング、更にエッジ部分の傾斜角度のコントロール、選択比を1にして表面の平坦化を行える等の如く、変化に富んだ微細加工が可能である。
【0168】
(3)プラズマの発生がないので、プラズマによるダメージやショート、紫外線損傷、金属のクロスコンタミネーション等がない。
【0169】
(4)触媒体で生成された反応種(イオン、ラジカル等)をRF/DC、AC/DC等の任意の電界で独立してコントロールし、効率良く基体上に導けるので、反応ガスの利用効率が高く、処理速度を早めて生産性向上と反応ガス削減によるコストダウンを図れる。
【0170】
(5)プラズマによる反応性エッチングに比べ、はるかにシンプルで安価な装置が実現する。この場合、減圧下又は常圧下で操作を行なえるが、減圧タイプよりも常圧タイプの方がよりシンプルで安価な装置が実現する。
【0171】
(6)反応種の運動エネルギーが大きいために、大面積での処理が可能になると共に、基体温度を低温化しても処理が可能となり、大型で安価な絶縁基板(ガラス基板、耐熱性樹脂基板等)を使用でき、この点でもコストダウンが可能となる。そして、更なる基板の低温化により、スループット向上による生産性向上でのコストダウン、基板温度ムラ低減による膜厚及び膜質の均一性向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の参考例によるDCバイアス触媒エッチング装置の概略断面図である。
【図2】同、触媒エッチング装置のエッチング時の概略断面図である。
【図3】同、触媒エッチング装置のより詳細な概略断面図である。
【図4】同、触媒エッチング装置のクリーニング時の概略断面図である。
【図5】同、DCバイアス触媒CVD装置の概略断面図である。
【図6】同、DCバイアス触媒CVD装置のCVD時の概略断面図である。
【図7】バイアス触媒エッチング、バイアス触媒アッシング、バイアス触媒CVDを順次行うときの工程を示す概略断面図である。
【図8】同、触媒CVD装置の概略断面図である。
【図9】同、触媒エッチング装置を用いたMOSTFTの製造プロセスを工程順に示す断面図である。
【図10】同、触媒エッチング装置を用いたMOSTFTの製造プロセスを工程順に示す断面図である。
【図11】同、触媒エッチング装置を用いたMOSTFTの製造プロセスを工程順に示す断面図である。
【図12】同、触媒エッチング装置を用いたLCDの製造プロセスを工程順に示す断面図である。
【図13】同、触媒エッチング装置を用いたLCDの製造プロセスを工程順に示す断面図である。
【図14】同、触媒エッチング装置を用いたLCDの製造プロセスを工程順に示す断面図である。
【図15】 本発明の第2の参考例によるDCバイアス触媒エッチング装置の要部の概略断面図である。
【図16】 本発明の第3の参考例によるDCバイアス触媒エッチング装置の要部の概略断面図である。
【図17】 本発明の第4の参考例によるDCバイアス触媒エッチング装置の要部の概略断面図である。
【図18】 本発明の第5の参考例によるDCバイアス触媒エッチング装置に用いる加速電極の概略斜視図である。
【図19】 本発明の第6の参考例によるDCバイアス触媒エッチング装置の要部の概略断面図である。
【図20】 本発明の第7の参考例によるDCバイアス触媒エッチング装置の要部の概略断面図である。
【図21】同、他のDCバイアス触媒エッチング装置の要部の概略断面図である。
【図22】同、他のDCバイアス触媒エッチング装置の概略断面図である。
【図23】同、他のDCバイアス触媒エッチング装置の概略断面図である。
【図24】 本発明の第8の参考例によるDCバイアス触媒エッチング装置の要部の概略平面図である。
【図25】 本発明の第の実施の形態によるRF/DCバイアス触媒エッチング装置の概略断面図である。
【図26】同、触媒エッチング装置のエッチング時の概略断面図である。
【図27】 本発明の第の実施の形態によるRF/DCバイアス触媒エッチング装置の要部の概略断面図である。
【図28】 本発明の第の実施の形態によるRF/DCバイアス触媒エッチング装置の要部の概略断面図である。
【図29】 本発明の第の実施の形態によるAC/DCバイアス触媒エッチング装置の概略断面図である。
【図30】 本発明の第の実施の形態によるRF/DC又はAC/DCバイアス触媒エッチング又はアッシングにおける各種反応ガスと被加工膜との組み合わせを示す図である。
【図31】同、CVDによる薄膜の成膜に用いる原料ガスと薄膜との組み合わせを示す図である。
【符号の説明】
1…ガラスなどの基板、40…反応ガス、41…導管、
42…シャワーヘッド、44…気相エッチング室、45…サセプタ、
46…触媒体、47…シャッター、48…触媒体電源、49…DC電源、
56…薄膜、58、115…高周波電源、100…エレクトロンシャワー、
101、101a、101b…メッシュ電極、113…ロウパスフィルタ、
114…整合回路、125…低周波電源
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a gas phase processing apparatus for performing gas phase etching or gas phase ashing of a polycrystalline silicon film, a photoresist film, or the like.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, when a TFT (thin film transistor), which is a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor) using a polycrystalline silicon layer formed on a substrate as a gate electrode, is formed, a gas phase etching method for the polycrystalline silicon layer is used. Is adopted.
[0003]
As such a gas phase etching method, conventionally, a reactive gas is excited using plasma discharge, and the reaction is performed by irradiating the reaction gas to a substrate or a film on the substrate, and the reaction product is gasified and etched. In reactive etching using such plasma, normally, the collected electrons and ions generate a plasma potential (cathode drop) due to the difference in mobility, and are accelerated by the potential gradient. Since the electric field due to this potential is perpendicular to the substrate, ions and radicals are irradiated perpendicularly to the substrate, thereby obtaining etching selectivity.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, such etching has the following drawbacks because it uses plasma.
[0005]
(1) Electric field non-uniformity on the substrate due to plasma field non-uniformity, fluctuations, plasma-induced charges, etc., resulting in damage to transistors, short-circuiting (charge-up or discharge breakdown of gate oxide film, etc., between wirings May occur). This phenomenon tends to occur particularly when the plasma is turned on / off.
(2) There is a possibility of ultraviolet damage due to light emission from plasma.
(3) The metal on the inner wall of the device may be damaged by the plasma and cross contamination of metal atoms may occur.
(4) Plasma discharge over a large area is difficult, standing waves are generated, and uniformity is difficult to obtain.
(5) The apparatus is complicated and expensive, and maintenance is complicated.
[0006]
Such a problem caused by plasma also occurs when ashing the photoresist by plasma discharge.
[0007]
  Therefore, an object of the present invention is to provide an apparatus capable of highly selectively etching (and further ashing) without damaging the substrate by sufficiently controlling the kinetic energy of reactive species such as ions and radicals. It is to provide.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
  That is, the present invention provides a reactive gasSupply means;Catalyst bodyWhen,Heating means of the catalyst body;Electric field below the glow discharge start voltageElectric field applying means to be applied andEtching or ashingIn a gas phase processing apparatus having a substrate to be processed or a susceptor supporting a substrate with a film,
    The electric field applying means has a glow discharge start voltage or lower and an AC voltage is superimposed on a DC voltage.  Or a power supply that applies an AC voltage whose absolute value is less than or equal to the glow discharge start voltage.  Ru
With featuresVapor phase processingapparatusIt is related to.
[0010]
  According to the apparatus of the present invention, a reaction gas is brought into contact with a heated catalyst body, and a reaction species generated thereby or a precursor thereof is less than a glow discharge start voltage (that is, less than a plasma generation voltage according to Paschen's law). ofBy applying a voltage obtained by superimposing an AC voltage on a DC voltage, or an AC voltage whose absolute value is equal to or lower than the glow discharge start voltageSince kinetic energy is given by applying an electric field, the following remarkable effects can be obtained.
[0011]
  (1) In addition to the catalytic action of the catalyst body and its thermal energy, a directional acceleration voltage is applied to the reactive species or its precursor, and the kinetic energy is increased and efficiently led onto the substrate. Etching or ashing proceeds due to reaction and collision with the substrate. For this reason, since the anisotropic etching is similar to the reactive ion etching, high-definition pattern etching or ashing can be performed with low damage and no ultraviolet damage. Therefore, since it covers the drawbacks of conventional reactive etching and enables highly anisotropic etching by impact of vertically incident ions, for example, selective etching of polycrystalline Si, SiO 2 on Si Selective etching, etching of Al alloy by sputtering effect, removal of Al2 O3 on Al, etching of copper and refractory metal, and removal of the resist altered layer after high dose ion implantation can be performed easily and satisfactorily.
  (2) Types and values of acceleration voltage to be applied (DC voltage (DC) with low frequency voltage superposition (AC / DC), DC voltage with high frequency voltage superposition (RF / DC), etc.), catalyst body heating temperature, touch The etching selectivity can be freely set according to the type of medium and the selection of reaction gas and conditions. High anisotropic etching, isotropic etching, control of the inclination angle of the edge portion, and the selectivity is set to 1, and the surface A variety of fine processing is possible, such as flattening.
  (3) Since no plasma is generated, there is no plasma damage, short circuit, UV damage, metal cross-contamination, etc.
  (4) Reactive species (ions, radicals, etc.) generated by the catalyst body can be independently controlled by an electric field and efficiently guided onto the substrate, so that the reaction gas is used efficiently and the processing speed is increased, thereby producing The cost can be reduced by improving the performance and reducing the reaction gas.
  (5) Compared to reactive etching using plasma, a much simpler and cheaper apparatus is realized. In this case, the operation can be performed under reduced pressure or normal pressure. However, the normal pressure type is simpler and less expensive than the reduced pressure type.
  (6) Since the kinetic energy of the reactive species is large, it is possible to process in a large area, and it is possible to process even if the substrate temperature is lowered, and a large and inexpensive insulating substrate (glass substrate, heat-resistant resin substrate) Etc.) can be used, and the cost can be reduced also in this respect.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  In the apparatus of the present invention, as the electric field, a direct-current voltage equal to or lower than a glow discharge start voltage (that is, a plasma generation voltage or lower determined by Paschen's law, for example, 1 kV or lower, several tens of V or higher).When an AC voltage is superimposed on the AC voltage, or an AC voltage (that is, a plasma generation voltage or less determined by Paschen's law (absolute value in the case of an AC voltage), for example, 1 kV or less, several tens of V or more) is applied. Since the kinetic energy with a subtle electric field change can be given to the reactive species (ion, radical, etc.) by the alternating voltage or the alternating voltage superimposed on the substrate, the reactive species or the precursor thereof is applied to the substrate side by the direct current voltage. In addition to the above-described effects such as directing to the surface, a film provided on the surface of the substrate having a complicated shape (such as an uneven step) can be finely processed with an arbitrary selection ratio, an arbitrary inclination angle, and the like.
[0014]
In this case, the AC voltage may be a high-frequency voltage and / or a low-frequency voltage. For example, a voltage that is equal to or lower than the glow discharge start voltage and that overlaps the high-frequency voltage and the low-frequency voltage may be applied to the DC voltage. Alternatively, a voltage that is equal to or lower than the glow discharge start voltage and overlaps the high-frequency voltage and the low-frequency voltage may be applied. In this case, the frequency of the high frequency voltage is preferably 1 to 100 MHz, and the frequency of the low frequency voltage is preferably 1 MHz or less.
[0015]
  In the apparatus of the present invention, the catalyst body can be installed between the substrate or the susceptor and the electrode for applying an electric field. In this case, it is preferable that a gas supply port for leading out the reaction gas is formed in the electrode.
[0016]
The catalyst body and the electrode for applying an electric field may be installed between the substrate or the susceptor and the reactive gas supply means.
[0017]
The catalyst body or the electrode for applying an electric field may be formed in a coil shape, a mesh shape, a wire shape, or a porous plate shape, and a plurality or a plurality of electrodes may be arranged along the gas flow. This effectively forms a gas flow, increases the contact area between the catalyst body and the gas, promotes the catalytic reaction, increases the utilization efficiency of the reaction gas, improves the etching rate, improves productivity, and costs. You can go down.
[0018]
Further, during or during processing by etching or ashing, ions may be generated in the reaction gas due to the catalytic action of the catalyst body, which may cause the base to be charged up and cause unevenness in etching or ashing. In order to prevent this, it is desirable to neutralize ions by irradiating the reactive species or precursor thereof with charged particles (electron beam or proton, particularly electron beam). That is, it is preferable that charged particle irradiation means be installed in the vicinity of the susceptor.
[0019]
Then, after the gas phase processing such as etching, the substrate is taken out of the processing chamber, and a voltage is applied between predetermined electrodes (for example, between the susceptor and the counter electrode) to generate plasma discharge. Clean the room (reactive gas is CFFour, C2F6Etc.), foreign matter adhering to the inner wall surface and each component in the room during the gas phase processing can be removed by etching, so that dust is reduced and the cost can be reduced by improving the yield and quality. This can be realized by using an apparatus for performing vapor phase processing as it is, so there is no need to take out the components and clean them out of the room. This improves workability and reduces costs by improving productivity. It becomes. The catalyst body can also be cleaned at the same time, but may be taken out of the room and cleaned separately.
[0020]
Specifically, the gas phase processing according to the present invention is performed by heating the catalyst body to a temperature in the range of 800 to 2000 ° C. and lower than its melting point (for example, energizing the catalyst body and heating the resistance body itself. -100 ° C to 500 ° C depending on the reaction species generated by the catalytic reaction or the thermal decomposition reaction of at least a part of the reaction gas with the heated catalyst body or the precursor thereof (radical, etc.). Vapor phase etching or gas phase ashing is performed on a substrate or a film on the substrate held at a temperature.
[0021]
Here, if the heating temperature of the catalyst body is less than 800 ° C., the catalytic reaction or thermal decomposition reaction of the reaction gas becomes insufficient, and the processing rate such as etching tends to decrease. Constituent materials are mixed in the film to inhibit the electrical characteristics of the film, resulting in deterioration of the film quality, and heating above the melting point of the catalyst body is lost in its form stability, and should be avoided. The heating temperature of the catalyst body is preferably below 1100 ° C. to 1800 ° C. below the melting point of its constituent materials.
[0022]
In addition, the substrate temperature is preferably −100 ° C. to 500 ° C., more preferably normal temperature to 200 ° C., so that efficient and high quality processing can be performed. When the substrate temperature exceeds 500 ° C., for example, in an integrated circuit device, the impurity doping concentration distribution in the active region is likely to change due to the influence of heat.
[0023]
  In the gas phase processing based on the present invention, since heat treatment at a low temperature as described above is possible without requiring plasma or photoexcitation, a glass having a low strain point of 470 to 670 ° C. is used as a substrate, for example, a glass substrate. Can be used. This is inexpensive, can be easily thinned, can be increased in size (1 m @ 2 or more), and a long rolled glass plate can be produced. For example, it can process continuously or discontinuously on a long roll glass plate using the said method.
[0024]
The reaction gas used in the gas phase processing according to the present invention is based on a dilute gas (carrier gas) such as inert Ne, Ar, He or the like, a halogen such as CFC-based or chlorine-based, or a compound gas thereof, or oxygen An oxidizing gas such as CFFour+ He dilution O2).
[0025]
Etching of semiconductor films such as polycrystalline silicon, single crystal silicon, amorphous silicon, silicon-germanium, silicon carbide, compound semiconductors (gallium-nitride, gallium-arsenide, gallium-phosphorus, etc.) by using the above reaction gas Etching of insulating films such as silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, and chromium oxide containing impurities such as silicon oxide, PSG (phosphorus silicate glass), BSG (boron silicate glass), and BPSG (boron phosphorus silicate glass) Refractory metals such as tungsten, tungsten nitride, titanium, titanium nitride, molybdenum, molybdenum nitride, tantalum, tantalum nitride, aluminum, aluminum alloys (including those containing 1% Si and 1-2% Cu), Metal film of silicide, copper, etc. Etching, or an organic film such as a photoresist, can be etched or ashing.
[0026]
Further, the catalyst body is formed by at least one material selected from the group consisting of tungsten, tria-containing tungsten, molybdenum, platinum, palladium, vanadium, silicon, alumina, metal-attached ceramics, and silicon carbide. Can do. The catalyst body is preferably not etched by the reaction gas. In order to prevent deterioration of the catalyst body due to etching gas or reactive gas in catalytic reaction or thermal decomposition reaction, the catalyst body is formed of a corrosion-resistant material such as platinum, platinum-coated ceramic, palladium, palladium-coated ceramic. It is good.
[0027]
  In the vapor phase processing apparatus according to the present invention, the reaction gas is changed to a raw material gas for film formation, and a predetermined film is formed on the substrate by supplying the raw material gas (that is, by catalytic CVD method). It is also preferable to perform vapor phase film formation. For example, a film is selectively removed by bias catalytic etching with the reactive gas using a mask, and a photoresist film as a mask is continuously removed by bias catalytic ashing with an oxidizing gas, and the film for continuous film formation is removed. Instead of the source gas, a predetermined film may be formed on the substrate by the bias catalyst CVD method (that is, the source gas is brought into contact with the heated catalyst body, and the reaction species generated thereby or the precursor thereof. A predetermined film may be formed on the substrate by applying kinetic energy by applying an electric field lower than the glow discharge starting voltage to the body. At this time, either AC / DC or RF / DC may be adopted as the bias.
[0028]
As a result, the apparatus for performing vapor phase processing can be used as it is, and a film can be formed by CVD only by changing the gas. Therefore, the workability is improved and the cost can be reduced by improving the productivity. That is, since thin film etching, photoresist ashing, and CVD film formation can be continuously performed, the film quality can be improved by reducing impurity contamination, and the cost can be reduced by improving productivity by improving workability.
[0029]
In the vapor phase growth by this catalytic CVD method, specifically, the catalyst body is heated to a temperature in the range of 800 to 2000 ° C. and lower than its melting point (for example, by energizing the catalyst body and heating itself by resistance). On the substrate heated to room temperature to 550 ° C. using the deposited species or the precursor thereof generated by catalytic reaction or thermal decomposition reaction of at least a part of the source gas with the heated catalyst body. A thin film is deposited by thermal CVD under reduced pressure or normal pressure.
[0030]
In this case, for the deposited species or precursor thereof, in addition to the catalytic action of the catalyst body and its thermal energy, the above voltage (particularly the glow discharge start voltage or lower, that is, the DC voltage or DC voltage lower than the plasma generation voltage according to Paschen's law). Since an acceleration voltage by applying a voltage superimposed with an alternating voltage (for example, 1 kV or less, several tens of volts or more) is given, the kinetic energy is increased and can be efficiently guided onto the substrate. Is enough. Therefore, compared to the conventional catalytic CVD method, the kinetic energy of the deposited species (reactive species such as ions and radicals) generated in the catalyst body can be controlled independently by the electric field, so the adhesion of the generated film to the substrate is improved. High-quality film that can increase the density of the generated film, improve the uniformity or smoothness of the generated film, improve the embedding property in via holes and the step coverage, further lower the substrate temperature, and control the stress of the generated film. (For example, a silicon film or a metal film having physical properties close to the bulk) is realized. Moreover, since no plasma is generated, there is no damage caused by the plasma, and a low-stress production film can be obtained.
[0031]
Here, when the heating temperature of the catalyst body is less than 800 ° C., the catalytic reaction or thermal decomposition reaction of the raw material gas becomes insufficient and the deposition rate tends to decrease. Mixing into the deposited film impairs the electrical characteristics of the film, resulting in film quality degradation, and heating above the melting point of the catalyst body loses its form stability and should be avoided. The heating temperature of the catalyst body is preferably below 1100 ° C. to 1800 ° C. below the melting point of its constituent materials.
[0032]
The substrate temperature is preferably room temperature to 550 ° C., and more preferably 150 to 400 ° C., whereby efficient and high-quality film formation can be performed. When the substrate temperature exceeds 550 ° C., inexpensive glass cannot be used, the substrate material is limited, the productivity is poor (throughput is reduced), the film thickness and the film quality are likely to be poor, and the integrated circuit is used. When forming a passivation film, the impurity doping concentration distribution is likely to change due to the influence of heat.
[0033]
In the case of forming a polysilicon film (polycrystalline silicon film) by a normal thermal CVD method, the substrate temperature needs to be about 600 to 900 ° C. However, in this film formation based on catalytic CVD, plasma or photoexcitation is required. Instead, it is extremely advantageous to be able to perform the thermal CVD at the low temperature as described above. Since the substrate temperature during the catalytic CVD is low as described above, a glass having a low strain point of 470 to 670 ° C. can be used as the substrate, for example, a glass substrate. This is inexpensive, easy to thin, and upsized (1m2The above can be made, and a long rolled glass plate can be produced. For example, a thin film can be produced continuously or discontinuously on a long rolled glass plate using the above method.
[0034]
The source gas used for the vapor phase growth is a hydrogen-based carrier gas (H2, H2+ Ar, H2+ Ne, H2+ He or the like) may be any of the following (a) to (o).
(A) Silicon hydride or its derivative
(B) A mixture of silicon hydride or a derivative thereof and a gas containing hydrogen, oxygen, nitrogen, germanium, carbon, or tin
(C) A mixture of silicon hydride or a derivative thereof and a gas containing an impurity composed of Group 3 or Group 5 elements of the periodic table
(D) A mixture of silicon hydride or a derivative thereof, a gas containing hydrogen, oxygen, nitrogen, germanium, carbon or tin, and a gas containing an impurity composed of Group 3 or Group 5 elements of the periodic table
(E) Aluminum compound gas
(F) Mixture of aluminum compound gas and gas containing hydrogen or oxygen
(G) Indium compound gas
(H) A mixture of an indium compound gas and a gas containing oxygen
(I) Refractory metal fluoride gas, chloride gas or organic compound gas
(J) Mixture of refractory metal fluoride gas, chloride gas or organic compound gas and silicon hydride or derivatives thereof
(K) A mixture of titanium chloride and a gas containing nitrogen and / or oxygen
(L) Copper compound gas
(M) A mixture of an aluminum compound gas, hydrogen or a hydrogen compound gas, and silicon hydride or a derivative thereof and / or a copper compound gas
(N) Hydrocarbon or its derivative
(O) Mixture of hydrocarbon or its derivative and hydrogen gas
[0035]
By using the above source gases, semiconductor thin films such as polycrystalline silicon, single crystal silicon, amorphous silicon, microcrystalline silicon, silicon-germanium, silicon carbide (SiC), compound semiconductors (GaAs, GaP, GaN, etc.) , Silicon oxide, silicon oxide, PSG (phosphorus silicate glass), BSG (boron silicate glass), BPSG (boron phosphorus silicate glass) and other impurity-containing silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, molybdenum oxide, titanium oxide, tantalum oxide, Insulating thin films such as aluminum oxide and indium oxide, refractory metals such as tungsten, titanium, tantalum, molybdenum, tungsten nitride, titanium nitride, tantalum nitride and molybdenum nitride, silicide, copper, aluminum, aluminum-silicon or aluminum Um - silicon - a metal thin film made of copper or the like can be grown in vapor phase.
[0036]
And it is desirable to heat-process the said catalyst body in hydrogen-type gas atmosphere before supplying the said source gas. This is because if the catalyst body is heated before the supply of the raw material gas, it is oxidized and the constituent material of the catalyst body is released, and this may be mixed into the formed film. Such contamination can be eliminated by heating at Therefore, it is preferable to heat the catalyst body in a state where a predetermined hydrogen carrier gas is supplied into the film formation chamber and then supply the source gas.
[0037]
The present invention relates to a silicon semiconductor device, a silicon semiconductor integrated circuit device, a silicon-germanium semiconductor device, a silicon-germanium semiconductor integrated circuit device, a compound semiconductor device, a compound semiconductor integrated circuit device, a silicon carbide semiconductor device, a silicon carbide semiconductor integrated circuit device, Manufactures liquid crystal display devices, electroluminescence display devices, plasma display panel (PDP) devices, light emitting polymer display devices, light emitting diode display devices, CCD area / linear sensor devices, MOS sensor devices, ferroelectric memory devices, or solar cell devices. It is suitable for doing.
[0038]
Next, the present invention will be described in more detail with respect to preferred embodiments.
[0039]
  1 to 14, an embodiment of the present inventionFirst example to serve as a reference forExplain(However, including configurations that can be adopted in the embodiments of the present invention: the same applies to other reference examples below).
[0040]
  <DC bias catalytic etching method and apparatus>
  ThisofExampleThen, CFFourA reaction gas such as a gas is brought into contact with the heated catalyst body, and an electric field lower than the glow discharge start voltage is applied to the reaction species generated thereby or a precursor thereof to give kinetic energy, such as polycrystalline silicon on the substrate. When performing vapor-phase etching of a predetermined film, a direct-current voltage equal to or lower than a glow discharge start voltage (a direct-current voltage equal to or less than 1 kV determined by Paschen's law) is applied between the substrate and the counter electrode, and the reactive species or its precursor is Direct to the side of the board. Less than,ThisofExampleThis etching method is called a DC bias catalytic etching method.
[0041]
This DC bias catalytic etching method is performed using an apparatus as shown in FIGS.
[0042]
According to this apparatus (DC bias catalytic etching apparatus), carbon fluoride (for example, CFFourThe reaction gas 40 such as Ar), He, Ne, N2Together with dilution or carrier gas, the gas is introduced into the gas phase etching chamber 44 from the supply conduit 41 through the supply port 43 of the shower head 42. Inside the chamber 44 is a susceptor 45 for supporting a substrate 1 made of glass or the like having a thin film 56 such as a polycrystalline silicon layer to be etched, and has good heat resistance (preferably the same as or similar to that of the catalyst body 46. A shower head 42 (of a material having the above melting point), a coil-shaped platinum-coated ceramic, a catalyst body 46 such as tungsten, and a shutter 47 that can be opened and closed are arranged. A magnetic seal 52 is provided between the susceptor 45 and the etching chamber 44. The etching chamber 44 follows the front chamber 53 that performs the pre-process, and is evacuated through a valve 55 by a turbo molecular pump 54 or the like.
[0043]
The substrate 1 is heated by heating means such as the heater wire 51 in the susceptor 45 if necessary, and the catalyst body 46 is, for example, a resistance wire below the melting point (especially 800 to 2000 ° C., and about 1200 ° C. in the case of platinum-coated ceramics). In the case of ceramic-coated tungsten, it is heated to about 1600-1700 ° C. and activated. Both terminals of the catalyst body 46 are connected to a DC or AC catalyst body power supply 48 and heated to a predetermined temperature by energization from the power supply. Further, the shower head 42 is connected to the positive side of a variable DC power source (1 kV or less, for example, 500 V) 49 as an accelerating electrode via a conduit 41, and a DC voltage of 1 kV or less between the susceptor 45 (accordingly, the substrate 1). A bias voltage is applied.
[0044]
In order to perform this DC bias catalytic etching method, first, the gas phase etching chamber 44 is set to 10.-3-10-1After evacuating to Torr, the temperature of the substrate is raised to about 100 to 200 ° C., and from the state shown in FIG.FourThe reaction gas 40 is introduced from the supply port of the shower head 42 and is brought into contact with a catalyst body 46 such as a platinum-coated ceramic heated to 800 to 2000 ° C. (for example, about 1200 ° C.), and then the shutter 47 is opened.
[0045]
At least a part of the reaction gas 40 is catalytically decomposed in contact with the catalyst body 46, and a reactive species such as fluorine or a radical group (ie, reactive species or Its precursor). A reactive electric field generated by a direct current power source 49 having a glow discharge starting voltage (about 1 kV) or less, for example, 500 V, is applied to the generated reactive species 50 (or a precursor thereof) to give kinetic energy, which is directed toward the substrate 1. Etching selectivity is developed, and a predetermined film 56 such as polycrystalline silicon on the substrate 1 held at −100 ° C. to 500 ° C. (for example, room temperature to 100 ° C.) is vapor-phase etched.
[0046]
Thus, without generating plasma, the reactive species (ions, radicals, etc.) are given directional kinetic energy obtained by adding the catalytic energy of the catalytic body 46 and its thermal energy to the acceleration energy by the DC electric field, so that the reactive gas Is efficiently guided to the substrate by changing it to a reactive species, and etching proceeds by chemical reaction and collision with the substrate. For this reason, since it becomes high anisotropic etching like reactive ion etching, high-definition fine pattern etching (or ashing) can be performed with low damage and without ultraviolet damage.
[0047]
Therefore, since it covers the drawbacks of conventional reactive etching and enables anisotropic etching by impact of vertically incident ions, for example, selective etching of polycrystalline Si, SiO on Si2Selective etching, Al alloy etching by sputtering effect, Al on Al2OThreeIn addition, it is possible to easily and satisfactorily remove the resist-affected layer after etching of copper and refractory metal and after high-dose ion implantation.
[0048]
Further, the etching selectivity can be freely set according to the acceleration voltage 49 to be applied, the heating temperature of the catalyst body 46, the type of the catalyst body 46, the selection and conditions of the reaction gas 40, isotropic etching, and the inclination of the edge portion. A variety of fine processing is possible, such as controlling the angle and flattening the surface with a selection ratio of 1.
[0049]
In addition, the reaction species (ions, radicals, etc.) generated by the catalyst body 46 can be independently controlled by a direct current electric field and efficiently guided onto the substrate, so that the reaction gas utilization efficiency is high, the processing speed is increased, and the productivity is increased. Reduce costs by improving and reducing reactive gases.
[0050]
In addition, since the kinetic energy of the reactive species is large even when the substrate temperature is lowered, etching in a large area is possible, and lowering the substrate temperature reduces the cost for improving productivity by improving the throughput. The uniformity of film thickness and film quality can be improved by reducing unevenness, and a large and inexpensive insulating substrate (glass substrate, heat-resistant resin substrate, etc.) can be used. In this respect, the cost can be reduced. In addition, since the reaction gas supply showerhead 42 can also be used as an electrode for accelerating the reactive species, the structure is simplified. Since the shower head 42 can blow out gas uniformly, etching unevenness or ashing unevenness hardly occurs.
[0051]
Needless to say, no plasma is generated during etching, so there is no plasma damage, short circuit, UV damage, metal cross-contamination, etc., much more than plasma etching (reactive etching). A simple and inexpensive device is realized.
[0052]
In this case, under reduced pressure (for example 10-3Although the operation can be performed under a few torr) or normal pressure, the normal pressure type is simpler and cheaper than the reduced pressure type. Even in the normal pressure type, the above electric field is applied, so that highly selective etching can be performed. Also in this case, the normal pressure type has a higher throughput than the reduced pressure type, so that the productivity is high and the cost can be reduced.
[0053]
In the case of the decompression type, the DC voltage depends on the degree of vacuum (reaction gas flow rate), the type of reaction gas, and the like, but in any case, it is necessary to adjust the DC voltage to an arbitrary voltage equal to or lower than the glow discharge start voltage. In the case of the normal pressure type, it is desirable to adjust the exhaust so that the exhaust gas flow does not contact the substrate so that the flow of the reaction gas and the reaction species does not adversely affect the film quality of the film on the substrate.
[0054]
In the etching described above, the substrate temperature rises due to the secondary heat generated by the catalyst body 46. As described above, the temperature adjusting device, for example, the substrate heating heater 51 (or the supply of the coolant for cooling the substrate) is used as necessary. Means) may be installed. Further, the catalyst body 46 is in a coil shape (in addition to this, a mesh, a wire shape, or a porous plate shape may also be used). Increasing the number is desirable in terms of improving the reaction gas utilization efficiency by promoting the catalytic reaction and improving the processing speed. In this etching, since the substrate 1 is arranged above the shower head 42 on the lower surface of the susceptor 45, particles generated in the chamber 44 do not fall and adhere to the substrate 1 or a film thereon. Therefore, it is possible to improve the yield and quality by reducing dust. Of course, conversely, the substrate 1 may be placed on the upper surface of the susceptor 45 and disposed below the shower head 42 (in this case, productivity can be improved).
[0055]
  Furthermore,ThisofExampleIn FIG. 4, after performing the above-mentioned DC bias catalytic etching, the substrate 1 is taken out of the etching chamber 44 as shown in FIG.Four, C2F6Etc., and the reaction gas 57 is introduced (the degree of vacuum is 10-2The high frequency voltage 58 (or DC voltage) is applied between the susceptor 45 of the substrate 1 and the shower head 42 as the counter electrode to generate plasma discharge, thereby cleaning the inside of the chamber 44. it can. In this case, the plasma generation voltage is 1 kV or more, for example, 2 to 3 kW, and the voltage is 1.5 to 2.0 kV.
[0056]
That is, foreign substances adhering to the inner wall surface in the chamber 44, the susceptor 45, the shower head 42, the shutter 47, and the catalyst body 46 during the gas phase etching can be removed by etching, so that dust is reduced. The cost can be reduced by improving the yield and quality. This can be realized by using an apparatus for performing vapor phase processing as it is, so there is no need to take out and clean the constituent members outside the chamber 44, which improves workability and reduces costs by improving productivity. Is possible. The catalyst body 46 can also be cleaned at the same time (however, the catalyst body power supply 48 is turned off), but may be taken out of the chamber 44 and separately cleaned.
[0057]
The thin film 56 to be etched is supplied with a film forming raw material gas instead of the reaction gas 40 in the apparatus shown in FIGS. 1 to 3, and a predetermined thin film 56 is formed from a gas phase by catalytic CVD. Can be membrane. That is, from the state shown in FIG. 5, as shown in FIG. 6, a source gas 140 such as silane gas is introduced from the supply port of the shower head 42 and heated to 800 to 2000 ° C. (for example, about 1650 ° C.). The shutter 47 is opened after contacting the catalyst body 46.
[0058]
At least a part of the source gas 140 is catalytically decomposed in contact with the catalyst body 46, and a group of ions such as silicon and radicals having high energy (that is, deposited species or precursor thereof) by catalytic decomposition reaction or thermal decomposition reaction. Body). A kinetic energy is applied to the deposition species 150 (or precursors thereof) such as ions and radicals generated in this manner by applying a direct current electric field by a direct current power source 49 of a glow discharge starting voltage (about 1 kV) or less, for example, 500 V, to the substrate 1 side. Then, a predetermined film 56 such as polycrystalline silicon is vapor-phase grown on the substrate 1 maintained at room temperature to 550 ° C. (for example, 200 ° C.).
[0059]
Thus, directivity kinetic energy obtained by adding the acceleration energy of the direct current electric field to the catalytic action of the catalytic body 46 and its thermal energy is given to the reactive species (ions, radicals, etc.) without generating plasma during film formation. Therefore, the source gas can be efficiently converted into reactive species, and can be uniformly deposited on the substrate 1 by thermal CVD using a DC electric field. Since the deposited species 56 migrate on the substrate 1 and diffuse in the thin film, it is possible to form a flat and uniform thin film 56 with high density and good step coverage.
[0060]
Therefore, such DC bias catalytic CVD is a thin film with an arbitrary DC electric field independent of the control factors of conventional catalytic CVD, such as the substrate temperature, the catalyst body temperature, the degree of vacuum (source gas flow rate), the source gas type, and the like. The feature is to add control over generation. For this reason, the adhesion of the produced film to the substrate, the produced film density, the produced film uniformity or smoothness, the embedding property in the via hole and the step coverage are improved, the substrate temperature is further lowered, and the produced film is Stress control and the like, and a high quality film (for example, a silicon film or a metal film having physical properties close to a bulk) can be obtained. In addition, the reactive species (ions, radicals, etc.) generated by the catalyst body 46 can be independently controlled by a direct current electric field and deposited on the substrate efficiently, so that the utilization efficiency of the source gas is high and the production rate is increased. The cost can be reduced by improving the performance and reducing the raw material gas.
[0061]
Similarly to the above-described DC bias catalytic etching, the kinetic energy of the deposited species is large even when the substrate temperature is lowered, so that a desired high-quality film can be obtained, the substrate temperature can be lowered, and the plasma can be lowered. As a result, there is no damage caused by plasma, and a high quality film with good density, uniformity and adhesion can be obtained with low stress.
[0062]
Summarizing the above processes, as schematically shown in FIG. 7, after a photoresist PR is formed in a predetermined pattern on a film IL such as an insulating film on the substrate S, the film IL is subjected to bias catalytic etching with a reactive gas. The photoresist film PR is continuously removed by bias catalyst ashing with a reactive gas after removing a part, and further changed to a raw material gas for film formation, and a predetermined film UL is formed on the substrate S by bias catalyst CVD. Can be formed. As a result, thin film etching, photoresist ashing, and CVD film formation can be performed continuously with the same configuration of equipment, so the film quality can be improved by reducing impurity contamination, and the productivity can be reduced by improving workability. Is possible.
[0063]
In this case, in bias catalytic etching, He, Ne, Ar, N, or the like is used as a dilution gas or carrier gas.2Alternatively, a mixture of inert gases mixed with the reaction gas may be used. In bias catalyst ashing, He, Ne, Ar, N as dilution gas or carrier gas2Alternatively, an inert gas obtained by adding an oxidizing gas to the mixed inert gas may be used. Then, it is necessary to completely remove the photoresist film. In bias catalytic CVD, H2, H2+ Ar, H2+ Ne, H2+ He, H2H, such as + Ar + Ne + He2A gas based hydrogen carrier gas added with each source gas may be used.
[0064]
The thin film 56 can be formed by a conventional catalytic CVD apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 63-40314. According to this catalytic CVD apparatus, as shown in FIG. 8, for example, a silicon hydride (for example, monosilane) gas 140 (and, if necessary, B2H6And PHThreeEtc.) is introduced into the chamber 141 from the supply conduit. Inside the deposition chamber 141, a susceptor 142 for supporting the substrate 1 and a coil-shaped catalyst body 46 disposed to face the susceptor are arranged. Then, the substrate 1 is heated by an external heating means 144 (for example, an electric heating means), and the catalyst body 46 is heated, for example, as a resistance wire to below the melting point (particularly 800 to 2000 ° C., in the case of tungsten, about 1700 ° C.) and activated. Is done.
[0065]
In the deposition chamber 141, the atmosphere is ventilated from nitrogen to hydrogen gas (about 15 to 20 minutes), and then the temperature is raised to about 200 to 800 ° C., and the silane gas comes into contact with the catalyst body 46 and decomposes catalytically. And deposited on the substrate 1 held at a low temperature (for example, 300 ° C.). The deposition time is determined from the thickness of the polycrystalline silicon layer to be grown. After the growth is completed, the temperature is lowered, the hydrogen-based gas is ventilated with nitrogen, and the substrate 1 is taken out. In this way, high energy silicon atoms or groups of atoms are formed by the catalytic reaction or thermal decomposition reaction by the catalyst body 46 and deposited on the insulating substrate 1, so that the deposition possible temperature in the normal thermal CVD method is achieved. The polycrystalline silicon layer can be deposited in a much lower temperature region.
[0066]
  <Manufacture of MOSTFT>
  next,ThisofExampleAn example of manufacturing a MOSTFT using a DC bias catalytic etching method according to FIG.
[0067]
First, as shown in FIG. 9 (1), an insulating substrate 1 such as quartz glass or crystallized glass (strain point 800 to 1400 ° C., thickness) is used. On one main surface of 0.1 mm to several mm), the catalytic CVD method (substrate temperature 200 to 800 ° C.) disclosed in JP-A-63-40314 or the like, or the above-described DC bias catalytic CVD method (substrate temperature) Is room temperature to 550 ° C., for example, 200 to 300 ° C., and the degree of vacuum is 10-1-10-3Torr, eg 10-2The polycrystalline silicon film 7 is grown to a thickness of several μm to 0.005 μm (for example, 0.1 μm) by using Torr and a bias voltage of 1 kV or less (for example, 500 V).
[0068]
In this case, after the atmosphere in the film formation chamber is ventilated from nitrogen to a hydrogen-based gas (about 15 to 20 minutes), the temperature of the substrate 1 is raised to about 200 to 300 ° C., and the degree of vacuum in the film formation chamber is set to 10 degrees.-1-10-3Torr (eg 10-2Torr), for example, hydrogen carrier gas 150 SCCM (Standard cc per minute: hereinafter the same), monosilane 15-20 SCCM (and B as required)2H6And PHThreeIncluding a doping gas such as ).
[0069]
The substrate 1 is heated to room temperature to 550 ° C. (for example, 200 to 300 ° C.), and the catalyst body 46 is heated to a melting point or less (particularly 800 to 2000 ° C., for example, about 1650 ° C. for a tungsten wire) as a resistance wire. Turn into. The hydrogen carrier gas and the raw material gas are brought into contact with a heated catalyst body 46 such as tungsten.
[0070]
At least a part of the hydrogen-based carrier gas and the source gas is catalytically decomposed in contact with the catalyst body 46, and a group of high-energy silicon ions, radicals, and hydrogen ions (that is, a catalytic decomposition reaction or a thermal decomposition reaction (that is, Deposition species or precursors thereof). Thereafter, the shutter 47 is opened, and the generated species 150 (or precursors thereof) such as ions and radicals are deposited on the substrate 1. Alternatively, a kinetic energy is applied by applying a DC electric field from a DC power source 49 of a glow discharge starting voltage (about 1 kV) or less, for example, 500 V, and directed toward the substrate 1 to be room temperature to 550 ° C. (for example, 200 to 300 ° C.). A polycrystalline silicon film 7 is grown on the substrate 1 held in a vapor phase.
[0071]
Thus, the polycrystalline silicon film 7 having a thickness of, for example, about 0.1 μm is deposited. This deposition time is determined from the thickness of the layer to be grown, and after the growth is completed, the temperature is lowered, the hydrogen-based gas is ventilated with nitrogen, and the substrate 1 is taken out.
[0072]
Then, a MOS transistor (TFT) having the polycrystalline silicon layer 7 as a channel region is manufactured.
[0073]
That is, as shown in (2) of FIG. 9, for example, a thermal oxidation process (950 ° C.) or a DC bias catalytic CVD method similar to the above with oxygen gas diluted with helium (He) gas and monosilane gas supplied. A gate oxide film 8 having a thickness of, eg, 350 mm is formed on the surface of the crystalline silicon layer 7. When the gate oxide film 8 is formed by the DC bias catalytic CVD method, the substrate temperature and the catalyst body temperature are the same as those described above, but the hydrogen carrier gas 150 SCCM, the monosilane gas 15-20 SCCM, He diluted O2The gas may be 1 to 2 SCCM.
[0074]
Next, as shown in FIG. 9 (3), in order to control the impurity concentration of the channel region for the N-channel MOS transistor, the P-channel MOS transistor portion is masked with a photoresist 9, and P-type impurity ions (for example, B+) 10 is 2.7 × 10 at 30 kV, for example.11atoms / cm2A polycrystalline silicon layer 11 in which the conductivity type of the polycrystalline silicon film 7 is changed to the P type is implanted.
[0075]
Next, as shown in FIG. 9 (4), in order to control the impurity concentration of the channel region for the P-channel MOS transistor, this time, the N-channel MOS transistor portion is masked with the photoresist 12, and N-type impurity ions (for example, P+) 13 for example at 50 kV and 1 × 1011atoms / cm2Then, a polycrystalline silicon layer 14 is formed in which the P type of the polycrystalline silicon film 7 is compensated.
[0076]
Next, as shown in FIG. 10 (5), the phosphorus-doped polycrystalline silicon film 15 as the gate electrode material is replaced with, for example, a hydrogen-based carrier gas 150 SCCM, PHThreeThe film is deposited to a thickness of, for example, 4000 mm by the same DC bias catalytic CVD method (substrate temperature 200 to 300 ° C.) as described above under the supply of 5 to 10 SCCM and monosilane gas 15 SCCM (substrate temperature 200 to 300 ° C.).
[0077]
Next, as shown in FIG. 10 (6), a photoresist 16 is formed in a predetermined pattern, and this is used as a mask, and the above-described DC bias catalytic etching method (dilution gas (carrier gas) shown in FIGS. 150SCCM, CFFour+ He dilution O2The polycrystalline silicon film 15 is patterned into a gate electrode shape by 5-10 SCCM, the catalyst body temperature is platinum coated ceramics at 1200 ° C. and the substrate temperature is from room temperature to 100 ° C.
[0078]
Further, dilution gas (carrier gas) 150 SCCM, oxidizing gas (for example, He dilution O2) The photoresist 16 is removed by DC bias catalytic ashing with 5-10 SCCM. Thereafter, as shown in (7) of FIG.2An oxide film 17 is formed on the surface of the gate polycrystalline silicon film 15 by an oxidation process in the inside.
[0079]
Next, as shown in FIG. 10 (8), the P-channel MOS transistor portion is masked with a photoresist 18, and N-type impurities such as As+The ion 19 is 5 × 10 at 70 kV, for example.15atoms / cm2At a dose of 950 ° C. for 40 minutes, N2N channel MOS transistor N by annealing in+A type source region 20 and a drain region 21 are formed.
[0080]
Next, as shown in FIG. 11 (9), the N-channel MOS transistor portion is masked with a photoresist 22, and P-type impurities such as B+For example, the ion 23 is 5 × 10 at 30 kV.15atoms / cm2Ion implantation at 900 ° C. for 5 minutes, N2By annealing in the P channel MOS transistor P+A type source region 24 and a drain region 25 are formed.
[0081]
Next, as shown in FIG. 11 (10), the hydrogen-based carrier gas 150SCCM is commonly used on the entire surface by a normal CVD method or a catalytic CVD method similar to that described above.215-20 SCCM SiHFourSiO under supply2For example, the film 26 is formed to a thickness of 500 mm at 200 to 300 ° C., and NH of 50 to 60 SCCM.Three15-20 SCCM SiHFourUnder supply, the SiN film 27 is laminated to a thickness of 2000 mm at, for example, 200 to 300 ° C., and further, He diluted B of 10 to 20 SCCM.2H6, 10-20 SCCM He diluted PHThree10-20 SCCM He diluted O215-20 SCCM SiHFourUnder supply, a boron and phosphorus-doped silicate glass (BPSG) film 28 is formed as a reflow film to a thickness of 6000 mm at 200 to 300 ° C., for example.2Reflow in.
[0082]
Next, as shown in (11) of FIG. 11, a DC bias catalytic etching method (provided that the reactive gas is CF based on a diluting gas or a carrier gas) at a predetermined position of the insulating film under the same conditions as described above.Four+ He diluted O2In the same way, the photoresist is removed by DC bias catalytic ashing, and then an electrode material such as aluminum is deposited on the entire surface including each contact hole to a thickness of 1 μm at 150 ° C. by sputtering or the like. The DC bias catalytic etching method under the same conditions as above (however, the reaction gas is CCl based on the dilution gas or the carrier gas).Four+ He diluted O2In the same manner, the photoresist is removed by DC bias catalytic ashing, and then the source or drain electrode 29 (S or D) of each of the P channel MOSTFT and N channel MOSTFT and the gate extraction electrode or wiring 30 ( G) to form each top gate type MOS transistor.
[0083]
If the above-mentioned aluminum is formed by DC bias catalytic CVD, for example, DC bias catalytic etching, DC bias catalytic ashing, DC bias catalytic CVD, and the like can be performed using the same apparatus.
[0084]
  <Manufacture of LCD>
  next,ThisofExampleA manufacturing example of a liquid crystal driving substrate (hereinafter referred to as a TFT substrate) of a liquid crystal display device (LCD) using the DC bias catalytic etching method according to FIG.
[0085]
8 or 5 to 6, first, as shown in (1) of FIG. 12, in the pixel portion and the peripheral circuit portion, an insulating substrate 1 (such as quartz glass or crystallized glass) ( The DC bias catalytic CVD method described above (substrate temperature is room temperature to 550 ° C., for example, 200 to 300 ° C., vacuum degree is 10) on one main surface of strain point 800 to 1400 ° C. and thickness 0.1 mm to several mm.-1-10-3Torr, eg 10-2In the case of applying Torr or bias voltage, the polycrystalline silicon film 67 is grown to a thickness of several μm to 0.005 μm (for example, 0.1 μm) by 1 kV or less, for example, 500 V).
[0086]
In this case, after the atmosphere in the film formation chamber is ventilated from nitrogen to a hydrogen-based gas (about 15 to 20 minutes), the degree of vacuum in the film formation chamber is set to 10%.-1-10-3For example, hydrogen carrier gas 150 SCCM, monosilane gas 15-20 SCCM (and B as required)2H6And PHThreeIncluding a doping gas such as ) Is introduced in the same manner as described above.
[0087]
The substrate 1 is heated to room temperature to 550 ° C. (for example, 200 to 300 ° C.) in the same manner as described above, and the catalyst body 46 is, for example, a resistance wire below the melting point (particularly 800 to 2000 ° C., for example, tungsten wire is 1700 to 1800 ° C. ) Is activated by heating. Then, the source gas is brought into contact with a heated catalyst body 46 such as tungsten.
[0088]
At least a part of the raw material gas is catalytically decomposed in contact with the catalyst body 46, and a group of high-energy silicon ions, radicals, and hydrogen ions (that is, a deposition species or a precursor thereof) by a catalytic decomposition reaction or a thermal decomposition reaction. Body) and deposited on the substrate 1. Alternatively, a kinetic energy is applied to the generated species 150 (or its precursor) such as ions and radicals by applying a direct current electric field from a direct current power source 49 of a glow discharge starting voltage (about 1 kV) or less, for example, 500 V, to A polycrystalline silicon film 67 is vapor-phase grown on the substrate 1 held at room temperature to 550 ° C. (for example, 400 ° C.).
[0089]
Thus, a polycrystalline silicon film 67 having a thickness of, for example, about 0.1 μm is deposited. This deposition time is obtained from the thickness of the layer to be grown, and after the growth is finished, the temperature is lowered, hydrogen is ventilated to nitrogen, and the substrate 1 is taken out.
[0090]
Next, as shown in (2) of FIG. 12, the polycrystalline silicon film 67 is patterned using a photoresist mask to form transistor active layers in each part.
[0091]
Next, as shown in FIG. 12 (3), the polycrystalline silicon film 67 is subjected to, for example, a thermal oxidation process (950 ° C.) or a DC bias catalytic CVD method similar to the above under the supply of He-diluted oxygen gas and monosilane gas. A gate oxide film 68 having a thickness of 350 mm, for example, is formed on the surface. When the gate oxide film 68 is formed by the DC bias catalytic CVD method, the substrate temperature and the catalyst body temperature are the same as those described above, but the hydrogen-based carrier gas 150 SCCM, monosilane gas 15-20 SCCM, He diluted O2The gas may be 1 to 2 SCCM.
[0092]
Next, B is used to control the impurity concentration in the channel region of the transistor active layer 67.+Or P+After ion implantation of a predetermined impurity such as, as shown in FIG. 12 (4), as a gate electrode material, for example, aluminum is deposited to a thickness of, for example, 4000 mm by sputtering, or a polycrystalline silicon film is formed. The film is deposited to a thickness of, for example, 4000 mm by a DC bias catalytic CVD method (substrate temperature: 200 to 300 ° C.) similar to the above while supplying a monosilane gas of 15 to 20 SCCM based on a hydrogen carrier gas. Thereafter, a high concentration, low resistance polycrystalline silicon film is formed by phosphorus diffusion or the like. Then, using the photoresist mask 160, the gate electrode material layer is patterned into the shape of the gate electrode 75 by the DC bias catalytic etching method under the same conditions as described above. In addition, after removing the photoresist mask by the DC bias catalytic ashing method, for example, at 900 ° C. for 60 minutes, O2An oxide film may be formed on the surface of the gate polycrystalline silicon film 75 by an oxidation treatment therein.
[0093]
Next, as shown in FIG. 13 (5), the P-channel MOS transistor portion is masked with a photoresist 78, and N-type impurities such as As+(Or P+) The ion 79 is 1 × 10 at 70 kV, for example.15atoms / cm2The ion implantation is performed at a dose of 10%, and the photoresist film is removed by a DC bias catalytic ashing method.2N channel MOS transistor N by annealing in+A type source region 80 and a drain region 81 are formed.
[0094]
Next, as shown in FIG. 13 (6), the N-channel MOS transistor portion is masked with a photoresist 82, and P-type impurities such as B+For example, the ion 83 is 1 × 10 at 30 kV.15atoms / cm2The ion implantation is carried out at a dose of 10%, and the photoresist film is removed by a DC bias catalytic ashing method.2By annealing in the P channel MOS transistor P+A type source region 84 and a drain region 85 are formed.
[0095]
The photoresists 78 and 82 shown in FIGS. 13 (5) and 13 (6) are dissolved and removed. In order to achieve this, the ashing reaction gas is used in the DC bias catalytic etching apparatus described above. (Eg O2Or CFFour, C2F6And a DC bias electric field of 1 kV or less (for example, 500 V) is applied at a substrate temperature of about 200 ° C. and a catalyst body temperature of about 1600 ° C. The insoluble matter on the photoresist surface is removed by ashing by reactive species such as radicals generated thereby. Thereafter, the photoresist is treated with a solvent and completely dissolved and removed. Such ashing may be performed in the same manner in the manufacture of the MOSTFTs shown in FIGS. Depending on the type of reaction gas, the DC bias condition, and the state of the photoresist, the photoresist can be completely removed only by ashing, so that subsequent solvent treatment is unnecessary.
[0096]
Next, as shown in FIG. 13 (7), the hydrogen carrier gas 150SCCM is made common by the same DC bias catalytic CVD method as described above on the entire surface, and He-diluted O of 1-2SCCM.215-20 SCCM SiHFourSiO under supply2For example, the film is formed to a thickness of 500 mm at 200 to 300 ° C.Three15-20 SCCM SiHFourUnder the supply, a SiN film is laminated to a thickness of 2000 mm at, for example, 200 to 300 ° C., and further, He diluted B of 10 to 20 SCCM.2H6, 10-20 SCCM He diluted PHThree10-20 SCCM He diluted O215-20 SCCM SiHFourUnder supply, a boron and phosphorus-doped silicate glass (BPSG) film is formed as a reflow film to a thickness of 6000 mm at, for example, 200 to 300 ° C.2Reflow in. An interlayer insulating film 86 is formed by stacking these insulating films. In addition, you may form such an interlayer insulation film by the normal method different from the above.
[0097]
Next, as shown in FIG. 14 (8), a contact window is opened by a DC bias catalytic etching method at a predetermined position of the insulating film 86 under the same conditions as described above, and similarly by a DC bias catalytic ashing method. After removing the photoresist, an electrode material such as aluminum is deposited on the entire surface including each contact hole to a thickness of 1 μm at 150 ° C. by sputtering or the like, and this is patterned by the same DC bias catalytic etching method as described above. Similarly, the photoresist is removed by DC bias catalytic ashing, and then the source electrode 87 of the N channel MOSTFT in the pixel portion, the source electrodes 88 and 90 of the P channel MOSTFT and N channel MOSTFT in the peripheral circuit portion, and the drain electrode 89. , 91 are formed.
[0098]
If the aluminum is formed by DC bias catalytic CVD, for example, DC bias catalytic etching, DC bias catalytic ashing, DC bias catalytic CVD, and the like can be performed in the same order in the same apparatus.
[0099]
Then the SiO on the surface2After forming the interlayer insulating film 92 such as by the bias catalytic CVD method or the catalytic CVD method, as shown in FIG. 14 (9), contact holes are opened in the interlayer insulating films 92 and 86 in the pixel portion, for example, ITO (Indium) tin oxide: a transparent electrode material in which tin is doped into indium oxide) is deposited on the entire surface by vacuum evaporation or the like, and patterned to form a transparent pixel electrode 93 connected to the drain region 81 (at this time, the catalyst Etching and ashing may be used to open contact holes and remove the photoresist film, respectively). Thus, a TFT substrate for a transmissive LCD can be manufactured. It should be noted that the above-described steps can be similarly applied to the manufacturing of a reflective LCD TFT substrate.
[0100]
  FIG. 15 shows an embodiment of the present invention.Second example to serve as a reference forWill be explained.
[0101]
  ThisofExampleThen, the first mentioned aboveReference exampleIn the DC bias catalytic etching method and apparatus therefor, as shown in FIG. 15, it is characteristic that a charged particle or ion (for example, electron) shower 100 is provided in the vicinity of the substrate 1 or the susceptor 45. Therefore, the first mentioned aboveReference exampleIn addition to the effects of the following, the following excellent effects can be obtained.
[0102]
That is, reactive species such as ions or precursors thereof are generated in the reaction gas by the catalytic action of the catalyst body 46 during the etching of the above-described polycrystalline silicon film or the like, and thereby the substrate 1 is charged up and etched. Although unevenness may occur, the charge on the substrate 1 can be neutralized by, for example, irradiating electrons from the electron shower 100 to the ions and the like, and the charge-up can be sufficiently prevented. In particular, if the substrate 1 is made of an insulator, it is easy to accumulate electric charges, and therefore the use of the electron shower 100 is effective.
[0103]
  FIG. 16 shows an embodiment of the present invention.Third example to serve as a reference forWill be explained.
[0104]
  ThisofExampleThen, the first mentioned aboveReference exampleIn the DC bias catalytic etching method and apparatus therefor, as shown in FIG. 16, the electrode for accelerating the reactive species is a mesh electrode 101 disposed between the substrate 1 and the catalyst body 46. is there.
[0105]
That is, a plurality of mesh electrodes 101a and 101b having gas passage holes 101c are arranged between the substrate 1 and the catalyst body 46, and a DC voltage 49 of 1 kV or less is applied between them, as described above. In addition, kinetic energy in the direction of the substrate 1 is imparted to the reactive species generated by the decomposition of the reactive gas by the catalyst body 46. Therefore, in addition to the same effect as the first embodiment described above, the acceleration electrode designed and processed in advance can be easily inserted into the gap between the substrate 1 and the catalyst body 46 as the mesh electrode 101. The acceleration electrode can be disposed after being previously processed into a shape that increases acceleration efficiency. Both the mesh electrode 101 and the shower head 42 are preferably made of heat resistance (desirably, a material having a melting point equal to or higher than that of the catalyst body 46).
[0106]
  FIG. 17 shows an embodiment of the present invention.Fourth example to serve as a referenceWill be explained.
[0107]
  ThisofExampleThen, the third mentioned aboveReference exampleIn contrast, one acceleration mesh electrode 101a is disposed between the catalyst body 46 and the shower head 42, and the other acceleration mesh electrode 101b is disposed between the substrate 1 and the catalyst body 46. Is different.
[0108]
  Therefore,thisIn the example, since the mesh electrodes 101 a and 101 b exist on both sides of the catalyst body 46, it is considered that the generated reactive species can be more easily directed toward the substrate 1. The mesh electrodes 101 a and 101 b are desirably formed of a high heat resistant material having a melting point equal to or higher than that of the catalyst body 46 together with the shower head 42.
[0109]
  FIG. 18 shows an embodiment of the present invention.5th example to serve as a reference forWill be explained.
[0110]
  ThisofExampleThen, the shape of the acceleration electrode 101 described above is the perforated plate shape of FIG. 18A and the mesh shape of FIG. 18B, and the acceleration action is efficiently exhibited without obstructing the gas flow. Such a shape can be similarly applied to the catalyst body 46.
[0111]
  FIG. 19 shows an embodiment of the present invention.6th example to serve as a reference forWill be explained.
[0112]
  ThisofExampleThen, the first mentioned aboveReference exampleWhen operating the DC bias catalytic etching apparatus under normal pressure, for example, a vent hole 102 is formed in the susceptor 45 so that the gas flow does not contact the film on the substrate 1, and the exhaust gas 103 is moved upward from the peripheral region of the substrate 1. To the exhaust port (not shown).
[0113]
Therefore, even if operated at normal pressure, the film on the substrate 1 or the substrate is not contaminated. Moreover, since it is a normal pressure type, the apparatus configuration is simplified and the throughput is improved.
[0114]
  20-23, the embodiment of the present inventionSeventh example to serve as a reference forWill be explained.
[0115]
  Each of the aboveReference exampleThen, although the board | substrate 1 was distribute | arranged above the shower head 42,ThisofExampleHowever, as shown in FIG. 20, the only difference is that the substrate 1 is arranged below the shower head 42, and the other configuration and operation method are the same. Therefore, basically, the first mentioned aboveReference exampleThe same effect can be obtained.
[0116]
As a specific configuration example, there is a normal pressure type. First, as shown in FIG. 21, a plurality of substrates 1 are arranged on a rotating susceptor 45 with a heater via a rotating table 104, and the center of the susceptor is arranged. A reaction gas 40 is supplied from a rotary shower head 42 having a conduit / rotating shaft 105 in the hole, and a reaction species by a catalyst body 46 (power supply is not shown: the same applies hereinafter) is converted into a DC electric field by a DC power supply 49. Then, the film is guided onto the substrate 1 and the film thereon is etched. The exhaust gas is guided downward from the periphery of the susceptor 45.
[0117]
In this example, etching is performed by accelerating the reactive species in the direction of the substrate while rotating the plurality of substrates 1 and the shower head 42, so that the mass distribution is good and the gas distribution becomes uniform and the etching uniformity is improved. To do.
[0118]
Further, in the example shown in FIG. 22, the susceptor 45 with the rotation-type heater 106 revolves around the conical buffer 107, the substrate 1 is fixed on each susceptor 45, and the conical bell jar 108 is The reactive gas 40 is supplied from the shower head 42, the reactive species by the catalyst body 46 is accelerated by the DC voltage 49 applied between the susceptor 45 (substrate 1) and the mesh electrode 101, and the film on the substrate 1 is etched. .
[0119]
In this example, the reaction species are accelerated in the direction of the substrate while rotating and revolving a plurality of substrates 1 in a conical bell jar, so that the mass distribution is good and the gas distribution is uniform and the etching uniformity. Is further improved.
[0120]
FIG. 23 shows an example of another continuous atmospheric pressure etching apparatus, in which the substrate 1 is arranged on the transport belt 109, the reaction gas 40 is supplied from the shower head 42, and the reaction species by the catalyst body 46 is transferred to the transport belt 109 ( The film is accelerated by the DC voltage 49 applied between the substrate 1) and the mesh electrode 101, and the film on the substrate 1 is etched. Since the exhaust gas 103 is guided upward of the substrate 1, there is no problem such as contamination of the film.
[0121]
In the case of this example, the reactive species are accelerated in the direction of the substrate while the substrate 1 is transported in one direction, and the exhaust gas is discharged upward. Therefore, the mass productivity of etching is good, and even the normal pressure type is etched. easy.
[0122]
  FIG. 24 shows an embodiment of the present invention.Eighth example for referenceWill be explained.
[0123]
  ThisofExampleFor example, the film forming apparatus can selectively etch, for example, five chambers and sequentially etch the film. The substrate 1 is vacuum-sucked by the susceptor 45, loaded into the load unit 111 by the robot 110 of the load station, and sequentially sent to each chamber by the tission head 112, while the substrate surface faces downward as shown in FIG. Etching is performed in this state. However, the catalyst body 46 and the acceleration electrode described above are not shown.
[0124]
In the case of this example, it is advantageous for etching of the laminated film, the convection effect is small because the heat source of the substrate 1 is above, and the adhesion of particles can be suppressed because the substrate 1 faces down.
[0125]
  First embodiment
  25 to 26, the first of the present invention.1The embodiment will be described.
[0126]
<RF / DC bias catalytic etching method and apparatus>
In this embodiment, CFFourA reactive gas such as a gas is brought into contact with a heated catalyst body, and an electric field lower than the glow discharge starting voltage is applied to the reaction species generated thereby or its precursor to give kinetic energy, and polycrystalline silicon on an insulating substrate, etc. When a predetermined film is etched in a gas phase, a voltage (a voltage of 1 kV or less determined by Paschen's law) is applied between the substrate and the counter electrode, which is equal to or lower than the glow discharge start voltage and a high-frequency voltage superimposed on a DC voltage. Then, the reactive species or the precursor thereof is directed to the substrate side, and kinetic energy is given by a subtle electric field change. Hereinafter, the etching method according to the present embodiment is referred to as an RF / DC bias catalyst etching method.
[0127]
This RF / DC bias catalytic etching method is carried out using an apparatus as shown in FIGS.
[0128]
According to this apparatus (RF / DC bias catalytic etching apparatus), as described with reference to FIGS.FourThe reaction gas 40 is introduced into the gas phase etching chamber 44 from the supply conduit 41 through the supply port of the showerhead 42 together with a dilution or carrier gas such as Ar as necessary. Inside the chamber 44 is a susceptor 45 for supporting the substrate 1 made of glass or the like having a thin film 56 such as polycrystalline silicon to be etched, and has good heat resistance (preferably the same as or higher than the catalyst body 46). A shower head 42 (of a material having a melting point of), a catalyst body 46 such as a coiled platinum-coated ceramic, tungsten, and a shutter 47 that can be opened and closed. A magnetic seal is provided between the susceptor 45 and the etching chamber 44. Moreover, the chamber 44 is followed by the front chamber which performs a pre-process, and is exhausted through a valve by a turbo molecular pump or the like.
[0129]
The substrate 1 is heated if necessary by a heating means such as a heater wire in the susceptor 45, and the catalyst body 46 is, for example, a resistance wire below the melting point (particularly 800 to 2000 ° C., in the case of platinum-coated ceramics, about 1200 ° C., In the case of platinum-coated tungsten, it is heated to about 1600 to 1700 ° C.) and activated. Both terminals of the catalyst body 46 are connected to a DC or AC catalyst body power supply 48 and heated to a predetermined temperature by energization from the power supply. The shower head 42 is connected to the positive side of a variable DC power source (1 kV or less, for example, 500 V) 49 from the conduit 41 through a low-pass (high frequency) filter 113 as an accelerating electrode. 115 (100-200VPP1-100 MHz, for example 150VPPAnd a DC bias voltage superimposed with a high frequency voltage of 1 kV or less is applied to the susceptor 45 (accordingly, the substrate 1).
[0130]
In order to perform this RF / DC bias catalytic etching method, first, the inside of the gas phase etching chamber 44 is 10-3-10-2After exhausting to Torr, the temperature is raised to about 100 to 200 ° C., and from the state shown in FIG. 25, as shown in FIG.FourA reactive gas 40 such as a gas is introduced from the supply port of the shower head 42 and is brought into contact with a catalyst body 46 such as a platinum-coated ceramic heated to 800 to 2000 ° C. (for example, about 1200 ° C.), and then the shutter 47 is opened. .
[0131]
At least a part of the reaction gas 40 comes into contact with the catalyst body 46 and is catalytically decomposed. By the catalytic decomposition reaction or the thermal decomposition reaction, a reactive species such as fluorine or a group of radicals (ie, reactive species) given high energy. Or a precursor thereof). The reaction species 50 (or its precursor) thus generated has a glow discharge starting voltage (about 1 kV) or less, for example, a DC voltage of a DC power supply 49 of 500 V is 100 to 200 V.PPAn RF / DC bias electric field on which a high-frequency voltage of a 13.56 MHz high-frequency power supply 115 is superimposed is applied to give kinetic energy due to a subtle electric field change, directing the substrate 1 side, and sufficient etching selectivity. Then, a predetermined film 56 such as polycrystalline silicon on the substrate 1 held at −100 ° C. to 500 ° C. (for example, normal temperature to 100 ° C.) is etched.
[0132]
  Thus, without generating plasma, directivity of reactive species (ions, radicals, etc.) by adding the catalytic energy of the catalyst body 46 and its thermal energy to acceleration energy accompanied by electric field change due to (DC + RF) electric field. Since kinetic energy is applied, the reactive gas is efficiently converted into a reactive species and efficiently guided onto the substrate, and etching proceeds due to a chemical reaction, collision with the substrate, etc. by a (direct current + high frequency) electric field. For this reason, since it is as highly anisotropic etching as reactive ion etching, pattern etching or ashing can be performed with low damage and without UV damage, and subtle by high-frequency voltage superimposed on DC voltage. Since kinetic energy due to a change in electric field can be given to reactive species (ions, radicals, etc.), the firstReference exampleIn addition to the functions and effects described above, a film provided on the surface of a substrate having a complicated shape (such as an uneven step) can be finely processed with an arbitrary selection ratio, an arbitrary inclination angle, and the like.
[0133]
Therefore, it covers the shortcomings of conventional reactive etching and enables high anisotropic etching by impact of ions incident vertically under a (DC + high frequency) electric field. For example, selective etching of polycrystalline Si, SiO on Si2Selective etching, Al alloy etching by sputtering effect, Al on Al2OThreeIn addition, it is possible to easily and satisfactorily remove the resist-affected layer after etching of copper and refractory metal and after high-dose ion implantation.
[0134]
Further, the etching selectivity can be freely set according to the acceleration voltage 49 to be applied, the heating temperature of the catalyst body 46, the type of the catalyst body 46, the selection and conditions of the reaction gas 40, isotropic etching, and the inclination of the edge portion. A variety of fine processing is possible, such as controlling the angle and flattening the surface with a selection ratio of 1.
[0135]
In addition, the reaction species (ions, radicals, etc.) generated by the catalyst body 46 can be independently controlled by a (DC + RF) electric field and efficiently guided onto the substrate, so that the reaction gas utilization efficiency is high and the processing speed is increased. Earlier, cost can be reduced by improving productivity and reducing reactive gases.
[0136]
In addition, since the kinetic energy of the reactive species is large even when the substrate temperature is lowered, etching in a large area is possible, and lowering the substrate temperature reduces the cost for improving productivity by improving the throughput. The uniformity of film thickness and film quality can be improved by reducing unevenness, and a large and inexpensive insulating substrate (such as a glass substrate or a heat-resistant resin substrate) can be used. In this respect, the cost can be reduced. In addition, since the reaction gas supply showerhead 42 can also be used as an electrode for accelerating the reactive species, the structure is simplified. Since the shower head 42 can blow out gas uniformly, etching unevenness or ashing unevenness hardly occurs.
[0137]
Of course, since no plasma is generated, there is no plasma damage, short circuit, UV damage, metal cross-contamination, etc., which is much simpler than plasma etching (reactive etching). An inexpensive device is realized.
[0138]
In this case, under reduced pressure (for example 10-3Although the operation can be performed under a few torr) or normal pressure, the normal pressure type is simpler and cheaper than the reduced pressure type. Even in the normal pressure type, the above electric field is applied, so that highly selective etching can be performed. Also in this case, the normal pressure type has a higher throughput than the reduced pressure type, so that the productivity is high and the cost can be reduced.
[0139]
In the case of the decompression type, the (DC + high frequency) voltage depends on the degree of vacuum (reaction gas flow rate), the type of reaction gas, etc., but in any case, it is necessary to adjust it to an arbitrary voltage below the glow discharge start voltage. is there. In the case of the normal pressure type, it is desirable to adjust the exhaust so that the exhaust gas flow does not contact the substrate so that the flow of the reaction gas and the reaction species does not adversely affect the film quality of the film on the substrate.
[0140]
In the etching described above, the substrate temperature rises due to the secondary heat generated by the catalyst body 46. As described above, the temperature adjusting device, for example, the substrate heating heater 51 (or the supply of the coolant for cooling the substrate) is used as necessary. Means) may be installed. Further, the catalyst body 46 is coiled (other than this, mesh, wire, or porous plate may be used). Further, the catalyst body 46 has a plurality of stages (for example, 2 to 3 stages) in the gas flow direction to increase the contact area with the gas. Is good. In this etching, since the substrate 1 is arranged above the shower head 42 on the lower surface of the susceptor 45, particles generated in the chamber 44 do not fall and adhere to the substrate 1 or a film thereon. . Of course, conversely, the substrate 1 may be placed on the upper surface of the susceptor 45 and disposed below the shower head 42 (in this case, productivity can be improved).
[0141]
Further, in the present embodiment, after performing the above RF / DC bias catalytic etching, the substrate 1 is taken out of the chamber 44 as shown in FIG.Four, C2F6Etc., and the reaction gas 57 is introduced (the degree of vacuum is 10-2The high frequency voltage 58 (or DC voltage) is applied between the susceptor 45 of the substrate 1 and the shower head 42 as the counter electrode to generate plasma discharge, thereby cleaning the inside of the chamber 44. it can. In this case, the plasma generation voltage is 1 kV or more, for example, 2 to 3 kW and 1.5 to 2.0 kV.
[0142]
  In the present embodiment also, the above-mentioned firstReference exampleAs described above, the RF / DC bias catalytic etching method can be applied to the manufacture of MOS TFTs and the TFT substrates of liquid crystal display devices (LCDs) instead of the DC bias catalytic etching method.
[0143]
  Also figure25In FIG. 2, the RF / DC bias catalytic etching method described above can be performed by providing a switch 116 as shown by a one-dot chain line in front of the matching circuit 114 and turning it on. Further, when the switch 116 is turned off, only the first DC power source 49 is operated.Reference exampleThe DC bias catalytic etching method can be performed.
[0144]
  Second embodiment
  With reference to FIG.2The embodiment will be described.
[0145]
  In the present embodiment, the above-described first1In the RF / DC bias catalytic etching method and apparatus of the embodiment, as shown in FIG. 27, a charged particle or ion (for example, electron) shower 100 is disposed in the vicinity of the substrate 1 or the susceptor 45. It is characteristic. Therefore, the above-mentioned number1In addition to the operational effects of the embodiment, the following excellent operational effects can be obtained.
[0146]
That is, ions are generated in the reaction gas by the catalytic action of the catalyst body 46 during or during the etching of the above-described polycrystalline silicon film, etc., which may cause the substrate 1 to be charged up and cause etching unevenness. For example, it is possible to neutralize the charge on the substrate 1 by electrons irradiated from the electron shower 100 and sufficiently prevent the charge-up. In particular, if the substrate 1 is made of an insulator, it is easy to accumulate electric charges, and therefore the use of the electron shower 100 is effective.
[0147]
  Note that the above1In the embodiment of the thirdReference example~ 6thReference exampleIn the same manner as described above, if the mesh electrode 101 for acceleration and the susceptor 45 with the vent hole 102 are provided, the same effect can be obtained.
[0148]
Third embodiment
  With respect to FIG.3The embodiment will be described.
[0149]
In each of the embodiments described above, the substrate 1 is disposed above the shower head 42. However, in the present embodiment, only the substrate 1 is disposed below the shower head 42, and other configurations, The operation method is the same. Accordingly, basically, the same operational effects as those of the ninth embodiment described above can be obtained.
[0150]
As a specific configuration example, there is a normal pressure type, which may be applied to an etching apparatus having a configuration as shown in FIGS.
[0151]
  Fourth embodiment
  With reference to FIG.4The embodiment will be described.
[0152]
<AC / DC bias catalytic etching method and apparatus>
In this embodiment, CFFourA reactive gas such as a gas is brought into contact with a heated catalyst body, and an electric field lower than the glow discharge starting voltage is applied to the reaction species generated thereby or its precursor to give kinetic energy, and polycrystalline silicon on an insulating substrate, etc. When the predetermined film is subjected to gas phase etching, a voltage (a voltage of 1 kV or less determined by Paschen's law) between the substrate and the counter electrode is a glow discharge starting voltage or lower and a low-frequency voltage superimposed on a DC voltage. Applying and directing the reactive species or precursor thereof to the substrate side, and giving kinetic energy in the electric field change. Hereinafter, the etching method according to the present embodiment is referred to as an AC / DC bias catalytic etching method.
[0153]
This AC / DC bias catalytic etching method is carried out by using an etching apparatus having the same configuration except that the low frequency power source 125 is used instead of the high frequency power source 115 as shown in FIG. 29 in the ninth embodiment. The
[0154]
That is, the shower head 42 is connected to the positive electrode side of a variable DC power supply (1 kV or less, for example, 500 V) 49 as an accelerating electrode via the conduit 41 (the above-mentioned low-pass filter 113 may be omitted depending on the frequency) and matched. The low frequency power supply 125 (100 to 200 V) is supplied via the circuit 114.PPAnd 1 MHz or less, for example 150 VPP, 26 kHz), and a DC bias voltage with a low frequency voltage of 1 kV or less is applied to the susceptor 45 (accordingly, the substrate 1).
[0155]
  In this way, directivity obtained by adding the acceleration energy accompanied by the electric field change due to the (DC + low frequency) electric field to the catalytic action of the catalyst body 46 and its thermal energy to the reactive species (ions, radicals, etc.) without generating plasma. Thus, the reactive gas is efficiently changed to reactive species, and the film on the substrate 1 can be uniformly etched by a (direct current + low frequency) electric field. In addition, the above-mentioned1The same effect as the embodiment can be obtained.
[0156]
In the present embodiment, after performing the AC / DC bias catalytic etching described above, the substrate 1 is taken out of the chamber 44 as shown in FIG.Four, C2F6Etc., and the reaction gas 57 is introduced (the degree of vacuum is 10-2The high frequency voltage 58 (or DC voltage) is applied between the susceptor 45 of the substrate 1 and the shower head 42 as the counter electrode to generate plasma discharge, thereby cleaning the inside of the chamber 44. it can. In this case, the plasma generation voltage is 1 kV or more, for example, 2 to 3 kW and 1.5 to 2.0 kV.
[0157]
  In the present embodiment also, the above-mentioned firstReference exampleAs described above, the AC / DC bias catalytic etching method can be applied to the manufacture of MOSTFTs and liquid crystal display devices (LCDs) instead of the DC bias catalytic etching method.
[0158]
  Fifth embodiment
  With reference to FIG.5The embodiment will be described.
[0159]
  In the present embodiment, in each of the above-described embodiments, the reactive gas used is changed in various ways to etch or ash various corresponding thin films. Here, any of the above-described catalytic etching or ashing methods of RF / DC bias and AC / DC bias can be applied. At this time, the reaction gas dilution gas or carrier gas may be He, Ne, Ar, N2Alternatively, an inert gas such as a combination of these is used.
[0160]
FIG. 31 shows the source gas species used in the above-described CVD film formation and various corresponding thin films.
[0161]
The embodiment of the present invention described above can be variously modified based on the technical idea of the present invention.
[0162]
For example, the above-described etching or ashing conditions and apparatus configuration, the reaction gas used, and the type of material to be processed may be variously changed.
[0163]
Further, instead of the above-described electron shower for preventing charge-up, other negatively charged particles can be irradiated, or positively charged particles such as protons may be irradiated depending on the polarity of charge-up.
[0164]
  In addition, the above1And the second4Also in the above embodiment, the above-mentioned third to eighthReference exampleThe electric field applying means described in the above can be employed. The electric field applying means may form only a high frequency or low frequency AC electric field (however, the absolute value of the high frequency or low frequency AC voltage is equal to or lower than the glow discharge start voltage). If the absolute value is equal to or lower than the glow discharge start voltage, a voltage obtained by superimposing a high frequency voltage and a low frequency voltage on DC may be applied, or a voltage obtained by superimposing a low frequency voltage and a high frequency voltage may be applied. Good. The object of etching or ashing according to the present invention may be a substrate itself such as glass or a semiconductor other than a film on the substrate.
[0165]
[Effects of the invention]
  According to the present invention, a reaction gas is brought into contact with a heated catalyst body, and a reaction species generated thereby or a precursor thereof is less than a glow discharge start voltage.By applying a voltage obtained by superimposing an AC voltage on a DC voltage, or an AC voltage whose absolute value is equal to or lower than the glow discharge start voltageSince an electric field is applied to give kinetic energy and a substrate or a predetermined film on the substrate is subjected to gas phase etching or ashing, the following remarkable effects can be obtained.
[0166]
(1) In addition to the catalytic action of the catalyst body and its thermal energy, the accelerating voltage by the above voltage is applied to the reactive species or precursor thereof, so that the kinetic energy increases and can be efficiently guided onto the substrate. Etching or ashing proceeds due to collision with the surface. For this reason, since it becomes high anisotropic etching like reactive ion etching, pattern etching or ashing can be performed with low damage and without ultraviolet damage. Therefore, since it covers the drawbacks of conventional reactive etching and enables highly anisotropic etching by impact of vertically incident ions, high-precision microfabrication, for example, selective etching of polycrystalline Si , SiO on Si2Selective etching, Al alloy etching by sputtering effect, Al on Al2OThreeIn addition, it is possible to easily and satisfactorily remove the resist-affected layer after etching of copper and refractory metal and after high-dose ion implantation.
[0167]
  (2) The etching selectivity can be freely set according to the type and value of the acceleration voltage (AC / DC, RF / DC, etc.) to be applied, the heating temperature of the catalyst body, the type of catalyst body, the selection of the reaction gas, and the conditions, Fine processing with a wide variety of changes is possible, such as high selectivity or isotropic etching, control of the inclination angle of the edge portion, and flattening of the surface with a selectivity of 1.
[0168]
(3) Since no plasma is generated, there is no plasma damage, short circuit, UV damage, metal cross-contamination, etc.
[0169]
  (4) The reaction species (ions, radicals, etc.) generated by the catalyst body can be independently controlled by any electric field such as RF / DC, AC / DC, etc., and can be efficiently guided to the substrate, so that the reaction gas utilization efficiency The process speed can be increased to improve productivity and reduce reaction gas.
[0170]
(5) Compared to reactive etching using plasma, a much simpler and cheaper apparatus is realized. In this case, the operation can be performed under reduced pressure or normal pressure. However, the normal pressure type is simpler and less expensive than the reduced pressure type.
[0171]
(6) Since the kinetic energy of the reactive species is large, it is possible to process in a large area, and it is possible to process even if the substrate temperature is lowered, and a large and inexpensive insulating substrate (glass substrate, heat-resistant resin substrate) Etc.), and in this respect, the cost can be reduced. Further, by further reducing the temperature of the substrate, it is possible to reduce the cost by improving the productivity by improving the throughput and to improve the uniformity of the film thickness and the film quality by reducing the substrate temperature unevenness.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows the first of the present invention.Reference example1 is a schematic cross-sectional view of a DC bias catalytic etching apparatus according to FIG.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the catalyst etching apparatus during etching.
FIG. 3 is a more detailed schematic sectional view of the catalyst etching apparatus.
FIG. 4 is a schematic sectional view of the catalyst etching apparatus during cleaning.
FIG. 5 is a schematic sectional view of the DC bias catalytic CVD apparatus.
FIG. 6 is a schematic sectional view of the DC bias catalytic CVD apparatus during CVD.
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a process when bias catalyst etching, bias catalyst ashing, and bias catalyst CVD are sequentially performed.
FIG. 8 is a schematic sectional view of the catalytic CVD apparatus.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a MOSTFT using a catalytic etching apparatus in the order of steps.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the MOSTFT using the catalytic etching apparatus in the order of steps.
11 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the MOSTFT using the catalytic etching apparatus in the order of steps. FIG.
FIG. 12 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the LCD using the catalyst etching apparatus in the order of steps.
13 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the LCD using the catalyst etching apparatus in the order of steps. FIG.
FIG. 14 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the LCD using the catalyst etching apparatus in the order of steps.
FIG. 15 shows the second of the present invention.Reference exampleIt is a schematic sectional drawing of the principal part of the DC bias catalyst etching apparatus by.
FIG. 16 shows the third of the present invention.Reference exampleIt is a schematic sectional drawing of the principal part of the DC bias catalyst etching apparatus by.
FIG. 17 shows the fourth of the present invention.Reference exampleIt is a schematic sectional drawing of the principal part of the DC bias catalyst etching apparatus by.
FIG. 18 shows the fifth of the present inventionReference example1 is a schematic perspective view of an acceleration electrode used in a DC bias catalytic etching apparatus according to FIG.
FIG. 19 shows the sixth of the present invention.Reference exampleIt is a schematic sectional drawing of the principal part of the DC bias catalyst etching apparatus by.
FIG. 20 shows the seventh aspect of the present invention.Reference exampleIt is a schematic sectional drawing of the principal part of the DC bias catalyst etching apparatus by.
FIG. 21 is a schematic cross-sectional view of the main part of another DC bias catalyst etching apparatus.
FIG. 22 is a schematic sectional view of another DC bias catalytic etching apparatus.
FIG. 23 is a schematic sectional view of another DC bias catalytic etching apparatus.
FIG. 24 shows the eighth embodiment of the present invention.Reference exampleIt is a schematic plan view of the principal part of the DC bias catalyst etching apparatus by.
FIG. 25 shows the first of the present invention.1It is a schematic sectional drawing of the RF / DC bias catalyst etching apparatus by embodiment of this.
FIG. 26 is a schematic cross-sectional view of the catalyst etching apparatus during etching.
FIG. 27 shows the first of the present invention.2It is a schematic sectional drawing of the principal part of the RF / DC bias catalyst etching apparatus by embodiment of this.
FIG. 28 shows the first of the present invention.3It is a schematic sectional drawing of the principal part of the RF / DC bias catalyst etching apparatus by embodiment of this.
FIG. 29 shows the first of the present invention.4It is a schematic sectional drawing of the AC / DC bias catalyst etching apparatus by embodiment of this.
FIG. 30 shows the first of the present invention.5It is a figure which shows the combination of the various reaction gas and to-be-processed film in RF / DC or AC / DC bias catalyst etching or ashing by embodiment of this.
FIG. 31 is a diagram showing a combination of a source gas and a thin film used for forming a thin film by CVD.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate, such as glass, 40 ... Reaction gas, 41 ... Conduit,
42 ... Shower head, 44 ... Gas phase etching chamber, 45 ... Susceptor,
46 ... Catalyst body, 47 ... Shutter, 48 ... Catalyst body power supply, 49 ... DC power supply,
56 ... thin film, 58, 115 ... high frequency power supply, 100 ... electron shower,
101, 101a, 101b ... mesh electrode, 113 ... low pass filter,
114 ... matching circuit, 125 ... low frequency power supply

Claims (14)

反応ガス供給手段と、触媒体と、この触媒体の加熱手段と、グロー放電開始電圧以下の電界を印加する電界印加手段と、エッチング又はアッシングされるべき基体又は膜付き基体を支持するサセプタとを有する気相加工装置において、
前記電界印加手段が、グロー放電開始電圧以下であって直流電圧に交流電圧を重畳さ せた電圧、又は絶対値がグロー放電開始電圧以下の交流電圧を印加する電源を有してい
ことを特徴とする気相加工装置
A reaction gas supply means; a catalyst body; a heating means for the catalyst body; an electric field application means for applying an electric field equal to or lower than a glow discharge start voltage; and a susceptor for supporting a substrate to be etched or ashed or a substrate with a film. in the vapor phase processing apparatus having,
Electric field applying means, that has a power supply voltage is an AC voltage superimposed on a DC voltage equal to or lower than the glow discharge starting voltage, or the absolute value is applied to the following AC voltage glow discharge starting voltage
A gas phase processing apparatus characterized by that .
グロー放電開始電圧以下であって、直流電圧に、高周波電圧と低周波電圧とを重畳させた電圧が印加される、請求項に記載した気相加工装置。The vapor phase processing apparatus according to claim 1 , wherein a voltage that is equal to or lower than a glow discharge start voltage and in which a high-frequency voltage and a low-frequency voltage are superimposed on a DC voltage is applied. グロー放電開始電圧以下であって、高周波電圧と低周波電圧とを重畳させた電圧が印加される、請求項に記載した気相加工装置。The vapor phase processing apparatus according to claim 1 , wherein a voltage that is equal to or lower than a glow discharge start voltage and is a superposition of a high frequency voltage and a low frequency voltage is applied. 前記高周波電圧の周波数が1〜100MHz、前記低周波電圧の周波数が1MHz以下である、請求項2又は3に記載した気相加工装置。The vapor phase processing apparatus according to claim 2 or 3 , wherein the frequency of the high-frequency voltage is 1 to 100 MHz and the frequency of the low-frequency voltage is 1 MHz or less. 前記サセプタと前記電界印加用の電極との間に前記触媒体が設置される、請求項に記載した気相加工装置。Wherein the catalyst is placed between the susceptor and the electrode for the electric field application, vapor processing apparatus according to claim 1. 前記サセプタと前記反応ガス供給手段との間に前記触媒体と前記電界印加用の電極とが設置されている、請求項に記載した気相加工装置。Wherein the catalyst and the electrode for the electric field application is installed, vapor processing apparatus according to claim 1 between said reactive gas supplying means and the susceptor. 前記触媒体又は前記電界印加用の電極がコイル状、メッシュ状、ワイヤー状又は多孔板状に形成されている、請求項に記載した気相加工装置。The vapor phase processing apparatus according to claim 1 , wherein the catalyst body or the electrode for applying an electric field is formed in a coil shape, a mesh shape, a wire shape, or a porous plate shape. 前記サセプタの近傍に荷電粒子照射手段が設置されている、請求項に記載した気相加工装置。The vapor phase processing apparatus according to claim 1 , wherein charged particle irradiation means is installed in the vicinity of the susceptor. 所定の電極間に電圧を印加して気相加工室内をクリーニングするためのプラズマ放電形成手段が設けられている、請求項に記載した気相加工装置。The gas phase processing apparatus according to claim 1 , further comprising plasma discharge forming means for applying a voltage between predetermined electrodes to clean the inside of the gas phase processing chamber. 前記気相加工が減圧又は常圧下で行なわれる、請求項に記載した気相加工装置。The vapor phase processing apparatus according to claim 1 , wherein the vapor phase processing is performed under reduced pressure or normal pressure. 前記触媒体が800〜2000℃の範囲であってその融点未満の温度に加熱され、この加熱された触媒体により前記反応ガスの少なくとも一部を触媒反応又は熱分解反応させて生成した反応種又はラジカルによって、−100℃〜500℃の温度に保持した基板又は基板上の膜が気相エッチング又は気相アッシングされる、請求項に記載した気相加工装置。The catalyst body is heated to a temperature in the range of 800 to 2000 ° C. and lower than its melting point, and the reaction species generated by catalytic reaction or thermal decomposition reaction of at least a part of the reaction gas with the heated catalyst body or The vapor phase processing apparatus according to claim 1 , wherein the substrate or the film on the substrate held at a temperature of −100 ° C. to 500 ° C. is subjected to vapor phase etching or gas phase ashing by radicals. 前記反応ガスとして、ハロゲン又はその化合物ガス、又は酸化性ガスが使用される、請求項に記載した気相加工装置。The vapor phase processing apparatus according to claim 1 , wherein halogen, a compound gas thereof, or an oxidizing gas is used as the reaction gas. タングステン、トリア含有タングステン、モリブテン、白金、パラジウム、バナジウム、シリコン、アルミナ、金属を付着したセラミックス、及び炭化ケイ素からなる群より選ばれた少なくとも1種の材料によって、前記触媒体が形成されている、請求項に記載した気相加工装置。The catalyst body is formed of at least one material selected from the group consisting of tungsten, tria-containing tungsten, molybdenum, platinum, palladium, vanadium, silicon, alumina, metal-attached ceramics, and silicon carbide. The vapor phase processing apparatus according to claim 1 . 前記反応ガスを成膜用の原料ガスに変更し、この原料ガスの供給によって前記基体上に所定の膜を成膜するようにも構成された、請求項に記載した気相加工装置。2. The vapor phase processing apparatus according to claim 1 , wherein the reactive gas is changed to a film forming raw material gas, and a predetermined film is formed on the substrate by supplying the raw material gas.
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