(57)【要約】      （修正有）【課題】ドライエッチングなど塩素系ガスを用いて基板処理を行う基板処理装置に、基板上の残留塩素除去専用のチャンバを追加することなく、効率的かつ確実に塩素除去できる基板処理方法を提供する。【解決手段】基板処理装置の処理室で塩素系のガスを用いてドライエッチングなどの基板処理を行い、続いて同一の処理室内で炭化水素を含む混合ガスのプラズマ、例えばＣ２Ｈ４とＡｒの混合ガスのプラズマにより基板上の残留塩素を除去（Ｓ４）した後、処理済の基板をロードロック室に搬送して大気開放し、取り出す。【選択図】図２
2011066291.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板を基板処理装置の処理室内に設置する工程と、
前記処理室内で塩素を含む混合ガスを用いて前記半導体基板を処理する第１工程と、
前記第１工程の後、炭化水素を含む混合ガスのプラズマで前記半導体基板をプラズマ処理する第２工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記基板処理装置は、前記処理室と、ロードロック室と、前記処理室と前記ロードロック室との間における前記半導体基板の搬送を減圧状態を維持して行うことができる機構とを有し、
前記第２工程の後、前記機構により前記半導体基板をロードロック室へ搬送し、前記ロードロック室を大気開放する第３工程をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第１工程と前記第２工程を共に前記処理室で行うことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記半導体基板は、その上に絶縁膜を介して導電膜が形成されており、
前記第１工程は、前記塩素を含む混合ガスを用いて前記導電膜を選択的にエッチングし、前記導電膜のパターンを形成する工程であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記半導体基板は、その上に絶縁膜を介して形成された導電膜と、前記導電膜上に形成されたレジスト膜のパターンとを有し、
前記第１工程は、前記塩素を含む混合ガスを用い、前記レジスト膜のパターンをマスクとして前記導電膜を選択的にエッチングし、前記導電膜のパターンを形成する工程であり、
前記第３工程の後に、前記レジスト膜のパターンをプラズマアッシングで除去する工程および前記半導体基板を薬液で処理する工程を行う第４工程をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記炭化水素を含む混合ガスは、炭化水素と、希ガスまたは不活性ガスとの混合ガスであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記導電膜のパターンはＭＯＳ型トランジスタのゲート電極のパターンであることを特徴とする請求項４または５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記絶縁膜は比誘電率が１０〜２５のゲート絶縁膜であり、前記導電膜は高融点金属膜または高融点金属を含む導電膜であることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記炭化水素を含む混合ガスは酸素を含まないことを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記炭化水素はＣｎＨ２ｎ＋２で表されるアルカン炭化水素であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記炭化水素はＣＨ４（メタン）、Ｃ２Ｈ６（エタン）、Ｃ３Ｆ８（プロパン）であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記炭化水素はＣｎＨ２ｎで表されるアルケン炭化水素であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記炭化水素はＣ２Ｈ４（エチレン）、Ｃ３Ｈ６（プロピレン）であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板から放出される腐食性物質によって基板処理装置の部材が腐食されること、およびその腐食に起因するパーティクル発生を防止できる半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路装置は、それを構成する半導体素子パターンの寸法が微細化され、高集積化が継続して行われている。それに伴い、半導体集積回路の製造工程中に発生し、半導体基板に付着するパーティクルはそのサイズが非常に小さいものであってもパターン不良や製造歩留りを低下させる要因となってきており、問題がますます深刻化している。半導体集積回路の製造工程の中で、塩素系混合ガスを用いるプラズマエッチングはポリシリコン膜、金属膜のような導電性膜を微細加工するのに広く用いられている。このプラズマエッチングの終了後に半導体基板をドライエッチング装置のロードロック室（予備排気室）に搬送し大気開放した際、半導体基板の表面からエッチング残留塩素が放出され大気中の水分と反応して塩酸(ＨＣｌ)を生じる。この塩酸によってロードロック室の金属製内壁面が腐食を受け、そこから発生するパーティクルが半導体基板表面に付着することが製造不良の1つに繋がることは一般に知られている。
【０００３】
以下、図面を参照しながらロードロック室の内壁面腐食によるパーティクル発生メカニズムについて簡単に説明する。図４は代表的なドライエッチング装置に付随しているロードロック室の概略構成例を示す図である。ロードロック室１６内部にはトランスファーチャンバ１０を通過し、図示していないエッチング処理室から搬送されてきたウエハ２０がウエハカセット１８に収納されて一時的に置かれている。ゲートバルブ１４および１５はロードロック室１６とトランスファーチャンバ１０とを隔離するように閉じた状態にある。そして図４ではロードロック室１６を大気開放するドア１９が開いているので、ウエハカセット１８の取り出し口にはドア１９がない状態を示すために点線で表示している。またロードロック室１６内部には排気管１７の入口が開口しており、排気管１７の先にはバルブを介して真空ポンプが接続されている。
【０００４】
ドライエッチング工程において、エッチング処理室に塩素を含むガスを導入してプラズマを発生させ、被処理基板であるウエハ２０に対してエッチング処理を行うと、塩素を含むガスとウエハ２０上に設けられた被エッチング材料との反応で生じる反応生成物や上記のガス自体がウエハ２０の表面にエッチング終了後も残留する。反応生成物は堆積し、エッチングに用いたガスはプラズマから得たエネルギーによりごく浅い表面層に打ち込まれてウエハ２０表面に残留すると考えられる。エッチング処理終了後、ウエハ２０は真空状態となっているトランスファーチャンバ１０内を搬送され、さらに排気管１７によって真空状態に維持されているロードロック室１６内のウエハカセット１８に収納される。そしてエッチング処理済の最後のウエハ２０がウエハカセット１８に収納されるとゲートバルブ１５が閉じられ、ロードロック室１６内に窒素ガスが封入され、続いてドア１９が開放されて大気圧になることで図４に示すように複数のウエハ２０がドライエッチング装置から取り出し可能となる。
【０００５】
このとき各ウエハ２０上に残留している塩素成分は少量ではあるが図４に示すようにロードロック室１６内に放出され、アルミニウム、ステンレスなどの金属からなるロードロック室１６の内壁に付着し、大気中に含まれる水分との反応で塩酸に変化する。上記のようなエッチングサイクルが長期間にわたって繰り返されると内壁の腐食が顕在化し、腐食生成物質が剥れてパーティクル２１となりウエハ２０上に落下する頻度が増大する。
【０００６】
以上のような半導体製造処理装置内部で発生するパーティクルの低減手法の一つが特許文献１に示されている。特許文献１によれば、エッチングプロセスが終了した半導体基板をエッチングチャンバとは別途にドライエッチング装置に設けた後処理用チャンバに搬送し、そこでプラズマ処理することにより半導体基板上に残留した残留塩素を除去する工程を行う。これによりロードロック室への残留塩素の持ち込みを低減し、パーティクルの発生を防止する。特許文献１にはプラズマ処理の具体例として、酸素と窒素との混合ガスプラズマによる処理が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３１９５４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら特許文献１に記載されたドライエッチング装置のように、塩素系の処理ガスを用いる基板処理装置に処理後の基板上に残留する塩素成分を除去するための専用の後処理チャンバを付加し、さらに後処理チャンバにプラズマ処理用ガス導入手段およびプラズマ発生手段とその付属構成部材を設けることは基板処理装置のコストを高め、最終的には半導体集積回路装置の製造コストを上昇させるという課題を有している。
【０００９】
前記に鑑み、本発明は塩素系ガスを用いて基板を処理するための処理室に、基板上の残留塩素除去を目的とした専用チャンバを追加せず、かつ基板上の残留塩素放出によるロードロック室の経年的腐食の進行とそれによるパーティクル発生を従来より効率よく確実に防止できる半導体装置の製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するための、本発明に係る半導体装置の製造方法は基本的に、半導体基板を基板処理装置の処理室内に設置する工程と、前記処理室内で塩素を含む混合ガスを用いて前記半導体基板を処理する第１工程と、前記第１工程の後、炭化水素を含む混合ガスのプラズマで前記半導体基板をプラズマ処理する第２工程とを含むことを特徴とするものである。
【００１１】
そして前記基板処理装置は、前記処理室と、ロードロック室と、前記処理室と前記ロードロック室との間における前記半導体基板の搬送を減圧状態を維持して行うことができる機構とを有し、上記半導体装置の製造方法は、前記第２工程の後、前記機構により前記半導体基板をロードロック室へ搬送し、前記ロードロック室を大気開放する第３工程をさらに備える。
【００１２】
上記半導体装置の製造方法においては前記第１工程と前記第２工程を共に前記処理室で行うことができる。
【００１３】
また、上記半導体装置の製造方法に適用して好ましい前記半導体基板は、その上に絶縁膜を介して導電膜が形成されている半導体基板であり、さらに前記第１工程が、前記塩素を含む混合ガスを用いて前記導電膜を選択的にエッチングし、前記導電膜のパターンを形成する工程であることが望ましい。
【００１４】
また前記第１工程における選択的なエッチングを前記導電膜上に形成されたレジスト膜のパターンをマスクとして行い、前記第３工程の後に、前記レジスト膜のパターンをプラズマアッシングで除去する工程および前記半導体基板を薬液で処理する工程を行う第４工程をさらに備えることが望ましい。
【００１５】
また前記導電膜のパターンを形成する場合、そのパターンをＭＯＳ型トランジスタのゲート電極のパターンとすることができる。
【００１６】
さらに前記絶縁膜を比誘電率が１０〜２５のゲート絶縁膜とし、前記導電膜は高融点金属膜または高融点金属を含む導電膜とすることができる。この場合、前記炭化水素を含む混合ガスは酸素を含まないものとすることが望ましい。
【００１７】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記炭化水素を含む混合ガスは、炭化水素と、希ガスまたは不活性ガスとの混合ガスとすることができる。この前記炭化水素として、第１にＣｎＨ２ｎ＋２で表されるアルカン炭化水素を挙げることができ、特にＣＨ４（メタン）、Ｃ２Ｈ６（エタン）、Ｃ３Ｆ８（プロパン）であることが望ましい。
【００１８】
また前記炭化水素として、第２にＣｎＨ２ｎで表されるアルケン炭化水素を挙げることができ、特にＣ２Ｈ４（エチレン）、Ｃ３Ｈ６（プロピレン）であることが望ましい。
【発明の効果】
【００１９】
以上に述べた本発明に係る半導体装置の製造方法では、第２工程で行う炭化水素を含む混合ガスのプラズマ処理が、第１工程における処理で半導体基板上に残留した塩素成分をほぼ除去する作用をする。従って第１工程が終了した半導体基板を基板処理装置のロードロック室に搬送し、前記半導体基板を取り出すために大気開放しても半導体基板から塩素が放出されず、塩素に起因するロードロック室などの基板処理装置を構成する部材の腐食進行、パーティクル発生を防止できるので、半導体装置の製造歩留まりの向上と製造コストの低減が実現できる。
【００２０】
これに加えて本発明に係る半導体装置の製造方法では、第１工程と第２工程とを同一の処理室で行うことができるので、半導体基板上の残留塩素除去工程専用のチャンバを追加する必要がなく、これも製造コスト低減に寄与するものである。
【００２１】
また、本発明が第２工程で用いる炭化水素を含む混合ガスのプラズマは若干の膜堆積性を有するので、残留塩素が除去された半導体基板表面をＣとＨとを含むポリマー膜で薄く被覆保護すると考えられる。このように本発明に係る製造方法では、炭化水素を含む混合ガスのプラズマからポリマー膜が生成されることにより残留塩素が十分除去し切れなかったとしても半導体基板表面からの塩素放出を抑制できるという効果も有する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る製造方法を適用するためのドライエッチング装置の構成図。
【図２】本発明に係る製造方法の工程フロー図。
【図３】ＭＯＳ型トランジスタの断面図。
【図４】従来の問題点を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係る半導体装置の製造方法の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施形態による半導体集積回路装置のドライエッチング工程に用いるドライエッチング装置の構成図であり、まずこの構成について説明する。図１において、ドライエッチングを行う処理室１の内部には被処理半導体基板（ウエハ）２０を載置することができる下部電極２および上部電極３が設けられている。下部電極２および上部電極３にはそれぞれ配線６、配線５が接続され、これらを通じて互いに異なる条件の高周波電力が独立に印加される。例えば上部電極３に配線５を通じて印加される高周波電力はドライエッチング用ガスのプラズマを処理室１の内部に発生させ、下部電極２には必要に応じて配線６を通じて高周波電力が印加され、エッチング用ガスプラズマ中のイオンがウエハ２０へ入射する時の入射エネルギーを制御する。塩素を含むエッチング用混合ガスはガス導入口４から処理室１に導入され、図示していないが真空ポンプに接続する排気管７から排気される。また排気管７により処理室は常に減圧状態にされている。
【００２４】
一方ロードロック室１６は予備排気を行うチャンバであり、内部にエッチング処理待ちまたは処理済の複数ウエハ２０を収納するフッ素樹脂などからなるウエハカセット１８が設置される。ロードロック室１６内部は図示していない真空ポンプに接続される排気管１７によって減圧状態とされ、またウエハカセット１８はドア１９を開閉することによって出し入れされる。
【００２５】
処理室１とロードロック室１６とはトランスファーチャンバ１０を介して接続されており、トランスファーチャンバ１０の内部にはウエハ２０を載置して搬送できるアーム１２を備えた搬送ロボット１１が設けられている。アーム１２はウエハ２０を載置したまま任意の方向へ回転可能である。トランスファーチャンバ１０内部は図示していない真空ポンプと接続される排気管１３により減圧され、常に真空に近い状態に維持されている。またロードロック室１６とトランスファーチャンバ１０、トランスファーチャンバ１０と処理室１との間にはそれぞれのチャンバに設定された真空度に保ち、他のチャンバ雰囲気を互いに隔絶するためのゲートバルブ１４、１５、８、９が設けられ、ウエハ２０の搬送に対応して開閉される。そしてウエハ２０は搬送ロボット１１と各ゲートバルブ８、９、１４、１５の動作によりロードロック室１６と処理室１間を減圧状態を保ったまま直接搬送される。
【００２６】
次に以上のような構成を有するドライエッチング装置を用いて複数のウエハ２０上に形成された被処理膜をドライエッチング加工する、本発明による製造方法を図１および図２を参照して具体的に説明する。図２は半導体基板上にＭＯＳ型トランジスタのポリシリコンゲート電極パターンを形成する工程を説明するための工程フロー図である。本実施形態におけるウエハ２０は、シリコン基板の主面上にシリコン窒化酸化膜からなる極薄いゲート絶縁膜（膜厚約２〜３ｎｍ）を介して約１５０ｎｍの厚さのＮ型またはＰ型不純物がドープされたポリシリコン膜が形成され、さらにその上にゲート電極パターンを有するレジスト膜が形成されたものとする。
【００２７】
まず、図１および図２を参照して複数のウエハ２０を収納したウエハカセット１８を大気開放状態にしたロードロック室１６内に載置し、ドア１９を閉じた後、排気管１７を通じて内部をほぼ真空に近い圧力まで減圧する（ステップＳ１）。次にゲートバルブ１５および１４を開き、搬送ロボット１１が有するアーム１２でウエハカセット１８からウエハ２０を１枚トランスファーチャンバ１０内に取り出した後にゲートバルブ１４および１５を閉じる。そしてゲートバルブ９および８を開き、搬送ロボット１１によってアーム１２上のウエハ２０を処理室１内に搬送し、下部電極２上に設置した後ゲートバルブ８および９を閉じる（ステップＳ２）。
【００２８】
次にガス導入口４からエッチングガスである塩素系のＣｌ２、ＨＢｒ、Ｏ２の混合ガスを処理室１内に供給し、上部電極３に印加した高周波電力によりエッチングガスプラズマを発生させるとともに下部電極２に印加した高周波電力によりウエハ２０にバイアス電圧を与え、前記不純物がドープされたポリシリコン膜をレジスト膜をマスクとして選択的にエッチングし、ゲート電極パターンを形成する（ステップＳ３）。
【００２９】
続いて上記エッチングガスを遮断し、ガス導入口４からＣ２Ｈ４（エチレンガス）とＡｒの混合ガスで処理室１内部を置換する。その後下部電極２にバイアス電力を印加せず、上部電極３に高周波電力を供給してＣ２Ｈ４＋Ａｒ混合ガスプラズマを生成し（混合ガス流量に対するＣ２Ｈ４の流量比：１０％〜５０％程度）、ウエハ２０の少なくとも表面に対してプラズマ処理を行うことによって、ポリシリコン膜のエッチング直後にウエハ２０の表面に吸着、堆積あるいは残留した、エッチングガスに基づく塩素成分を除去する。Ｃ２Ｈ４のような炭化水素およびＡｒのような希ガスの混合ガスは本来ウエハ２０の表面に対し化学反応性のエッチングを行わないガスであるが、エッチングのスパッタ性成分によりゲート電極パターンがエッチングされないように少なくともステップ３のポリシリコン膜エッチング時よりもかなりの低電力（例えば数分の一）、短時間という条件で処理を行うことが望ましい（ステップＳ４）。
【００３０】
次にゲートバルブ８および９を開き、搬送ロボット１１のアーム１２を用いて処理済のウエハ２０をトランスファーチャンバ１０内へ移動させ、ゲートバルブ８および９を閉じ、代わってゲートバルブ１４および１５を開きウエハ２０をロードロック室１６内で待機しているウエハカセット１８に収納する。この時ロードロック室１６内は排気管１７により排気され真空に近い状態を維持している（ステップＳ５）。ウエハカセット１８に未処理のウエハが残っている場合はステップＳ２〜ステップＳ５までの工程を未処理ウエハがなくなるまで繰り返す。ウエハカセット１８に収納されている全てのウエハ２０のエッチング処理が終了した場合はゲートバルブ１４および１５を閉じ、ロードロック室１６内に乾燥窒素を導入して大気圧にした後、ドア１９を開いて大気開放する。そしてウエハカセット１８を外部へ取り出す（ステップＳ６）。
【００３１】
次にドライエッチング装置とは別に用意されているアッシング装置にウエハカセット１８を移し、各ウエハ２０上のレジスト膜をプラズマなどでアッシング除去し（ステップＳ７）、さらに硫酸と過酸化水素水の混合薬液のような酸を含む酸化性薬液および／またはＨＦの純水希釈溶液のような薬液で洗浄しウエハ２０を乾燥させる（ステップＳ８）。
【００３２】
以上のように本発明の実施形態による塩素系ガスを用いたドライエッチング方法は、ドライエッチング処理したのと同一の処理室内部でＣ２Ｈ４＋Ａｒ混合ガスのような炭化水素の希釈ガスでウエハ表面をプラズマ処理し、ウエハ表面に残留する塩素を除去した後にロードロック室にそのウエハを搬送し、大気開放することが特徴である。これにより塩素系エッチング処理済ウエハがロードロック室に搬送されてもウエハの表面から残留塩素がほとんど放出されなくなる。その上従来のように、エッチング処理室以外に、残留塩素除去を目的とした専用チャンバをドライエッチング装置に追加する必要がなくなり、安価な装置を用いて残留塩素によるロードロック室の内壁面の経年的腐食進行、パーティクル発生を防止することができるようになる。
【００３３】
本発明の実施形態で述べた炭化水素を含む混合ガスによる塩素成分の除去作用は次のように考えられる。ウエハ上に残留した塩素の結合エネルギー（Ｃｌ−Ｃｌ）が２４３ｋＪ／ｍｏｌであるのに対し、塩化水素の結合エネルギー（Ｈ−Ｃｌ）は４３２ｋＪ／ｍｏｌと塩素に比較して充分高いため、ウエハ表面の近傍に活性な水素原子（Ｈ）が存在するならば残留塩素成分はＨと優先的に相互作用・結合しＨＣｌを生成する確率が高くなると考えられる。
【００３４】
一方上記実施形態によるプラズマ処理で用いたＣ２Ｈ４（エチレン）のような炭化水素は、プラズマ励起に基づく解離反応により多種類のＣｘＨｙイオンと水素原子を生成するのでプラズマ状態で効果的な水素供給源となることができるので、ウエハ表面に吸着・堆積あるいは残留した塩素とプラズマから供給された水素とが結合してＨＣｌが生じ、図１に示すドライエッチング装置の排気管７を通って処理室１の外部に容易に排気される。こうしてウエハ上の残留塩素成分が除去される。また、Ｃ２Ｈ４を希釈するＡｒも励起されたプラズマからエネルギーを得てスパッタリング作用により残留塩素をウエハ表面から処理室空間へ強制的に叩き出す塩素除去効果を有する。
【００３５】
また本発明が用いる炭化水素のプラズマは多種類のＣｘＨｙ種を含んでいる堆積作用のあるプラズマであるから、ステップＳ４で行う残留塩素の除去工程中、プラズマ中のＨにより塩素を除去すると同時に塩素が除去されたウエハ表面をＣとＨとを含むポリマー膜で薄く被覆保護する作用をすると考えられる。このポリマー被覆保護膜はステップＳ４における塩素除去処理後もなお塩素が少量ではあるがウエハ表面に残る場合であってもウエハ面を被覆し、ロードロック室における塩素放出や大気中の水分がエッチング後のウエハ面に直接接触することを抑制する。このように炭化水素のプラズマを用いることは、たとえ残留塩素が十分に除去されていない処理済のウエハがロードロック室に搬送されて来ても、それによってロードロック室の壁面を腐食させることがないという優れた効果を発揮する。上記ポリマー被覆保護膜はゲート電極パターンや完成した半導体集積回路にとっては不要なものであるが、本発明の製造方法によればステップＳ４実施後のレジスト膜のアッシング工程（ステップＳ７）および洗浄工程（ステップＳ８）で自動的に除去されるのでデバイス特性には影響を及ぼさない。
【００３６】
上記実施形態では炭化水素ガスとしてＣ２Ｈ４を用いたがこれ以外の炭化水素も使用可能である。その第１は鎖状分子構造を有しＣｎＨ２ｎ＋２で表されるアルカン炭化水素である。具体的にはＣＨ４（メタン）、Ｃ２Ｈ６（エタン）Ｃ３Ｈ８（プロパン）が挙げられ、これらは炭素に対する水素の原子数比が大きく、沸点もきわめて低く常にガス状であるから取り扱い易さおよび基板処理装置への供給量制御という点から望ましい材料である。
【００３７】
また第２の炭化水素はＣの２重結合を有し、ＣｎＨ２ｎで表されるアルケン炭化水素である。具体的にはＣ２Ｈ４（エチレン）、Ｃ３Ｈ６（プロピレン）が挙げられ、炭素に対する水素の原子数比が大きい点から望ましい。アルケン炭化水素が有する炭素の２重結合は他の元素と化合し易いという性質を有するので残留塩素とも効率的に反応すると考えられる。また上に具体的に例示したアルカン、アルケン炭化水素は炭素原子数が少ないので不必要に厚いポリマー被覆保護膜を形成せず除去が容易であるという点からも望ましい材料である。
【００３８】
また上記実施の形態では炭化水素の希釈ガスとして希ガスであるＡｒを用いたがＨｅや不活性ガスであるＮ２を用いてもよい。またステップＳ４におけるプラズマ処理ガスとして希ガスのみからなるガスを用いても残留塩素除去効果が期待できる。
【００３９】
上に詳述した本発明による製造方法ではＭＯＳ型トランジスタのポリシリコンゲート電極を形成する工程を例示したが、以下のようなゲートスタック構造を有するＭＯＳ型トランジスタにも適用されてその効果を発揮できる。図３は高誘電率（Ｈｉｇｈ-ｋ）ゲート絶縁膜を有するＭＯＳ型トランジスタの断面図である。このようなトランジスタは、素子パターン寸法を縮小するためにスケーリング則にしたがって従来のシリコン酸化膜またはシリコン窒化酸化膜からなるゲート絶縁膜の厚さを１〜２ｎｍ程度に低減させると、ゲート絶縁膜を通じたリーク電流が無視できなくなるという問題を解決するために開発が進められているものである。ゲート絶縁膜に少なくともシリコン酸化膜より高い比誘電率（約１０〜２５）材料を採用することにより、電気的特性上のＳｉＯ２換算膜厚を１〜２ｎｍ程度に薄く維持しながら実際の膜厚を厚くしてリーク電流を１桁〜２桁程度減少させることができるので、Ｈｉｇｈ-ｋゲート絶縁膜は３２ｎｍノード以下のプロセス技術を用いるＭＯＳ型トランジスタに適用されようとしている。
【００４０】
図３において、シリコン基板３０の表面にＨｉｇｈ−ｋゲート絶縁膜３１が形成されている。このゲート絶縁膜３１にはＨｆＳｉＯｘ、ＨｆＳｉＯＮ、ＨｆＯ２などの高融点金属酸化物が用いられる。ゲート絶縁膜３１上には高融点金属あるいは高融点金属の窒化物または炭化物などの高融点金属を含み金属伝導を有する導電膜３３が形成され、ゲート絶縁膜３１にＨｉｇｈ−ｋ材料を用いた時の有効仕事関数を調整し、ＭＯＳ型トランジスタを低閾値電圧に設定する役目をする。具体的にはＭｏ、Ｗ、ＴａＳｉＮ、ＴａＣ、ＴａＮ、ＴｉＮなどが採用される。導電膜３３上にはさらに不純物がドープされた導電性を有するポリシリコン膜３４が形成されており、導電膜３３とポリシリコン膜３４とでゲート電極を構成し、ゲート長は３５ｎｍ以下である。
【００４１】
ゲート絶縁膜３１の上部は金属原子を拡散させたキャップ層３２となっており、ＮチャネルとＰチャネルＭＯＳ型トランジスタそれぞれの閾値電圧をさらに最適値にシフトさせる。キャップ層３２は具体的にはＬａのような希土類元素の酸化物（Ｎチャネル）、Ａｌの酸化物（Ｐチャネル）が用いられることが多い。ゲート電極の側壁にはシリコン酸化膜とシリコン窒化膜の積層膜からなるサイドウオール３５が形成され、ゲート電極両側のシリコン基板３０にはソース・ドレイン領域３６が設けられている。
【００４２】
このようなトランジスタのゲート電極形成工程に図２のフローで示す本発明によるドライエッチング工程を適用する際には、半導体基板３０上にＨｉｇｈ-ｋ絶縁膜３１を介して堆積された金属伝導性導電膜３３、ポリシリコン膜３４の積層膜をＨｉｇｈ−ｋ絶縁膜に対して選択的にエッチングし、ゲート長３５ｎｍ以下の微細なゲート電極パターンを形成することになる。その際塩素を含むエッチング混合ガスが用いられる。例えばＣｌ２＋ＨＢｒ、Ｃｌ２＋ＳＦ２＋ＣＨＦ３＋Ｎ２、ＣＨＦ３＋ＳＦ６＋Ｃｌ２＋Ｎ２などである。
【００４３】
本発明による製造方法はこのような金属を含むゲート電極エッチングにおいてもポリシリコンゲート電極の場合と同様の効果を奏する。すなわち、ステップ４の炭化水素を含有するプラズマ処理で残留塩素成分を有効に除去し、長期間にわたる残留塩素放出の繰り返しに起因するロードロック室内壁面の腐食進行を防止する。金属を含むゲート電極の場合、従来の酸素プラズマによる塩素除去法を用いると、ゲート電極側壁において金属酸化層形成が進み易く、所定の寸法に加工された３５ｎｍ以下というような微細なゲート電極ではゲート長の減少割合が無視できなくなり、閾値電圧の変動などのトランジスタ特性に悪影響を与える。これに対して本発明による塩素除去処理では本質的に酸素を含まないガスのプラズマを用いるので上記問題は発生しないという利点も有する。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明に係る半導体装置の製造方法は以上のようなゲート電極エッチングに適用できるだけでなく、高融点金属や高融点金属シリサイドなどの化合物、アルミニウムを主成分とする合金、導電性半導体のような導電膜からなる電極・配線、その他の島状パターンなどの形成、薄膜の堆積など、半導体集積回路装置の製造において塩素系ガスを用いる各種処理工程に応用することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１  処理室
２  下部電極
３  上部電極
４  ガス導入口
５、６配線
７、１３、１７  排気管
８，９、１４、１５  ゲートバルブ
１０  トランスファーチャンバ
１１  搬送ロボット
１２  アーム
１６  ロードロック室
１８  ウエハカセット
１９  ドア
２０  ウエハ
２１  パーティクル
３０  シリコン基板
３１  ゲート絶縁膜
３２  キャップ層
３３  導電膜
３４  ポリシリコン膜
３５  サイドウオール
３６  ソース・ドレイン領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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