(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器とその中にプラズマを発生させる手段、及び該プラズマにより表面加工される試料を設置する試料台と、前記試料台に高周波バイアス電圧を印加するための電源からなるプラズマ処理装置を用い、半導体基板上に堆積されたシリコン酸化膜上のシリコン窒化膜をプラズマ処理する方法であって、
前記真空容器内のプラズマに晒される一部分または全面を、アルミニウムを主成分とする材質で形成し、前記プラズマ処理圧力と前記高周波電力とを調整し、塩素ガスと前記アルミニウムを主成分とする材質からプラズマ中に供給されるアルミニウムとの混合ガスを前記真空容器でプラズマ化し、該プラズマで前記シリコン窒化膜を前記シリコン酸化膜に対して選択的にエッチングすることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２】
請求項１記載のプラズマ処理方法において、前記プラズマを発生させるガスの処理圧力は、０.５Ｐａ〜５０Ｐａであることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項３】
請求項１記載のプラズマ処理方法において、前記高周波バイアス電圧は連続的もしくは周期的にオン，オフしてプラズマ処理することを特徴とするプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子の表面加工方法に係わり、特にプラズマを用いて、シリコン窒化膜をエッチングする方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子の加工には、プラズマを利用した装置や方法が広く用いられている。本発明は、このようなプラズマを利用した装置に適用する。従来、シリコン窒化膜をエッチングするプラズマとしては、Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ５，７５６，４０２に記載されているように、フッ素元素を含むガスを主成分として、水素元素を含むガス、または酸素元素を含むガスを混合して利用されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
半導体素子の高集積化に伴い、微細化が必要となっている。このため、ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）素子のゲートチャネル長に影響するＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ  Ｄｏｐｅｄ  Ｄｒａｉｎ、以下「ＬＤＤ」と略す）  ＳＰＡＣＥＲエッチングの寸法精度が重要となっている。また、近年では、半導体素子の高集積化に伴って、ＳＡＣ（Ｓｅｌｆ  Ａｌｉｍｅｎｔ  Ｃｏｎｔａｃｔ）技術を適用するために、このＬＤＤ  ＳＰＡＣＥＲをシリコン窒化膜で形成する方法が用いられている。従って、前記ＬＤＤ  ＳＰＡＣＥＲエッチングの際には、異方性に寸法精度よく、且つ下地であるシリコン酸化膜と選択性の高いエッチング技術が要求される。
【０００４】
従来技術であるフッ素元素を含むガスを主成分として前記シリコン窒化膜をエッチングすると、異方性な寸法精度のよい加工や、下地シリコン酸化膜との選択性に優れたエッチングが難しかった。図１は試料の断面図であり、初期状態は図１（ａ）に示すように半導体基板１０１上にゲート酸化膜１０２，多結晶シリコンとゲート被覆絶縁膜１０３とからなるゲート電極１０４を形成後、その上にシリコン窒化膜１０５が形成されている。フッ素元素を含むガスをエッチングガスとして用いると、シリコン窒化膜のシリコン酸化膜に対する選択比は大きくなるが、図１（ｂ）のように等方性が強くなり、シリコン窒化膜１０５にサイドエッチングが発生し、寸法加工精度が悪くなる。
【０００５】
本発明の目的は、これらの課題の解決策を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、フッ素元素を含まない塩素ガスでエッチングすることによりシリコン窒化膜の等方的なエッチングを防止し、シリコン酸化膜のエッチング速度を抑制するためにアルミニウムを混合したプラズマで処理することで、前記課題を解決するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図２により説明する。
【０００８】
図２は、本発明を適用するプラズマ処理装置のプラズマ生成部の詳細を示した図である。本実施例はプラズマを生成する手段としてＵＨＦ波と磁界を利用した例である。ＵＨＦ波電源２０１から同軸ケーブル２０２，アンテナ２０３とＵＨＦ波透過窓（例えば石英平板）２０４を介して真空容器２１０にＵＨＦ波が導入される。真空容器２１０の廻りは、石英もしくはアルミナの円筒２１１で覆い、磁場を発生するソレノイドコイル２０５が設置されており、磁場とＵＨＦ波の相乗作用を利用して、プラズマ２０６を発生させる構造となっている。φ２００ｍｍの試料２０７は試料台２０８上に設置され、直流電源２１３により印加された直流電圧により誘電膜２０９と前記試料２０７を静電吸着している。前記試料台２０８には連続的もしくは周期的にオン，オフできる高周波電源２１２と前記試料台２０８温度調整のための冷媒温度コントローラ２１５が接続されている。また、前記真空容器２１０内のプラズマ２０６に晒される一部分または全面を、アルミニウムを主成分とするリング２１４で形成し、これらの部分からアルミニウムを前記プラズマ２０６に供給する。
【０００９】
上述のエッチング装置を用いて、真空容器２１０内に塩素ガスを導入し、真空容器２１０内にプラズマ２０６を発生させることで前記リング２１４からアルミニウムが供給される。この塩素ガスとアルミニウムの混合ガスを用いてシリコン窒化膜をエッチングしたところ、シリコン酸化膜に対するシリコン窒化膜の選択比（シリコン窒化膜／シリコン酸化膜）を大きくした状態で、シリコン窒化膜の垂直方向の異方性エッチングが可能であることがわかった。
【００１０】
図３は、真空容器２１０内に塩素ガスプラズマを発生させた状態でアルミニウムを主成分とするリング２１４の有無の状態で、高周波電力を変化させて調べた例である。本実施例における塩素ガス流量は１７０ｍＬ／分、処理圧力は３．０Ｐａ、ＵＨＦ波の電力は５００Ｗ、高周波電力は７０Ｗである。図３において、アルミニウムを主体とする前記リング２１４が無い状態のシリコン窒化膜のエッチング速度を図３の曲線３ａに示し、シリコン酸化膜のエッチング速度を図３の曲線３ｂに示す。前記リング２１４を設置した状態のシリコン窒化膜のエッチング速度は図３の曲線３ｃ、シリコン酸化膜のエッチング速度を図３の曲線３ｄに示す。この結果によれば真空容器２１０内にアルミニウムが供給されるとシリコン窒化膜のエッチング速度は殆ど変化しないが、シリコン酸化膜のエッチング速度を低下させる効果がある。
【００１１】
図４は、真空容器２１０内に塩素ガスプラズマを発生させた状態でアルミニウムを主成分とするリング２１４が設置された状態で処理圧力を変化させて調べた例である。この実施例における塩素ガスは１７０ｍＬ／分、ＵＨＦ波の電力は５００Ｗ、高周波電力は７０Ｗである。図４（ａ）において、シリコン窒化膜のエッチング速度を図４の曲線４ａに示し、シリコン酸化膜のエッチング速度を図４の曲線４ｂに示す。図４（ａ）に示すように、エッチング速度は処理圧力が高くなるにつれてシリコン窒化膜，シリコン酸化膜共にエッチング速度が低下することがわかる。したがって、図４（ｂ）に示すように、処理圧力を調整することで選択比を容易にコントロールできる。
【００１２】
図５に、真空容器２１０内に塩素ガスプラズマを発生させた状態でアルミニウムを主成分とするリング２１４が設置された状態で高周波電力を変化させて調べた例である。この実施例における塩素ガスは１７０ｍＬ／分、処理圧力は１．０Ｐａ、ＵＨＦ波の電力は５００Ｗである。図５（ａ）において、シリコン窒化膜のエッチング速度を図５の曲線５ａに示し、シリコン酸化膜のエッチング速度を図５の曲線５ｂに示す。図５（ａ）に示すように、エッチング速度は高周波電力が低くなるにつれてシリコン窒化膜，シリコン酸化膜共にエッチング速度が低下することがわかる。したがって、図５（ｂ）に示すように高周波電力を調整することでシリコン酸化膜に対するシリコン窒化膜の選択比を容易にコントロールできる。
【００１３】
図６は加工形状を調べた例である。図６（ａ）に示すφ２００ｍｍの半導体基板１０１上にゲート酸化膜１０２，多結晶シリコンとゲート被覆絶縁膜１０３とからなるゲート電極１０４を形成後、その上にシリコン窒化膜１０５が形成されている試料を塩素ガス５０〜５００ｍＬ／分，処理圧力０．５〜５０．０Ｐａ，ＵＨＦ波の電力は３００〜８００Ｗ、高周波電力は２０〜１００Ｗで前記塩素ガス流量，前記処理圧力，前記高周波電力を適正化して処理すると、図６（ｂ）の異方性加工ができる。
【００１４】
本実施例のように、塩素ガスを真空容器２１０に導入し、前記真空容器２１０内にアルミニウムが供給された状態で前記処理圧力と前記高周波電力を変えることで、シリコン酸化膜に対するシリコン窒化膜の選択比を高くし、シリコン窒化膜を異方性形状加工できる。さらに、前記処理圧力と前記高周波電力の調整によりシリコン酸化膜に対するシリコン窒化膜の選択比を任意で調整できる。
【００１５】
尚、本技術はＥＣＲプラズマ方式の装置のみならず、反応性イオンエッチング，マグネトロンエッチング，誘導結合型プラズマエッチング等の処理装置にも応用可能である。
【００１６】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体基板上に堆積されたシリコン酸化膜上のシリコン窒化膜の加工時に、ハロゲン元素を含むガスとアルミニウムの混合雰囲気をプラズマ化することで、シリコン酸化膜のエッチング速度を抑制し、優れた加工特性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）から（ｂ）は、従来技術のプラズマ処理方法により加工した場合の例である。
【図２】本発明の一実施例のプラズマ処理室構成を示す構成図である。
【図３】本発明の効果を説明するための一実施例であって、真空容器内にアルミニウム有無での各膜のエッチング速度と高周波電力の関係を示す図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は、本発明の一実施例を説明するための例であって、各膜のエッチング速度と処理圧力との関係を示す図である。
【図５】（ａ），（ｂ）は、本発明の一実施例を説明するための例であって、各膜のエッチング速度と高周波電力との関係を示す図である。
【図６】（ａ）から（ｂ）は、本発明の一実施例のプラズマ処理方法による加工特性を説明する断面図である。
【符号の説明】
１０１…半導体基板、１０２…ゲート酸化膜、１０３…ゲート被覆絶縁膜、１０４…ゲート電極、１０５…シリコン窒化膜、２０１…ＵＨＦ波電源、２０２…同軸ケーブル、２０３…アンテナ、２０４…ＵＨＦ波透過窓、２０５…ソレノイドコイル、２０６…プラズマ、２０７…試料、２０８…試料台、２０９…誘電膜、２１０…真空容器、２１１…円筒、２１２…高周波電源、２１３…直流電源、２１４…リング、２１５…冷媒温度コントローラ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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