(57)【要約】【課題】チタン、モリブデン、タンタル等の金属膜や、その窒化膜、珪化膜をエッチングする際に、イオンエネルギーを下げて、化学的な作用によるエッチングを増強し、良好なエッチングの行える半導体装置の製造方法およびそれを実施するための半導体製造装置を提供する。【解決手段】真空チャンバ１内のプラズマ形成領域内にタングステン部材７を備え、チタン等の金属膜１０が形成されたウエハ５を塩素ガスを用いてプラズマエッチングする。タングステン元素の触媒的作用により、塩素ラジカルが生成し、チタンのエッチングにおいて化学的作用が増強する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバと、上記チャンバに接続されたガス供給配管および排気口と、プラズマ発生部と、上記チャンバ内にウエハを載置するステージとを備えてなり、上記ガス供給配管よりエッチングガスを導入し、上記チャンバ内に上記プラズマ発生部にてプラズマを発生させて、上記ウエハ上の金属膜をプラズマエッチングする半導体製造装置において、
上記チャンバ内の上記プラズマ発生領域内にタングステン部材を備えたことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
チャンバと、上記チャンバに接続されたガス供給配管および排気口と、プラズマ発生部と、上記チャンバ内にウエハを載置するステージとを備えてなり、上記ガス供給配管よりエッチングガスを導入し、上記チャンバ内に上記プラズマ発生部にてプラズマを発生させて、上記ウエハ上の金属膜をプラズマエッチングする半導体製造装置において、
上記チャンバと上記ガス供給配管との間に接続されている副チャンバと、上記副チャンバ内にプラズマを発生させるための副プラズマ発生部と、上記副チャンバ内のプラズマ発生領域内に配設されたタングステン部材とを備えたことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項３】
チャンバと、上記チャンバに接続されたガス供給配管および排気口と、プラズマ発生部と、上記チャンバ内にウエハを載置するステージとを備えてなり、上記ガス供給配管よりエッチングガスを導入し、上記チャンバ内に上記プラズマ発生部にてプラズマを発生させて、上記ウエハ上の金属膜をプラズマエッチングする半導体製造装置において、
上記チャンバ内へタングステン含有ガスを導入するタングステン含有ガス供給手段を備えたことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項４】
チャンバと、上記チャンバに接続されたガス供給配管および排気口と、プラズマ発生部と、上記チャンバ内にウエハを載置するステージとを備えてなり、上記ガス供給配管よりエッチングガスを導入し、上記チャンバ内に上記プラズマ発生部にてプラズマを発生させて、上記ウエハ上の金属膜をプラズマエッチングする半導体製造装置において、
上記チャンバと上記ガス供給配管との間に接続されている副チャンバと、上記副チャンバ内にプラズマを発生させるための副プラズマ発生部と、上記副チャンバ内へタングステン含有ガスを導入するタングステン含有ガス供給手段とを備えたことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項５】
上記タングステン含有ガスが、六弗化タングステンガスまたは六塩化タングステンガスまたはタングステンの有機物ガスとすることを特徴とする請求項３または４に記載の半導体製造装置。
【請求項６】
チャンバ内にエッチングガスを導入してウエハ上の金属膜をプラズマエッチングする半導体装置の製造方法において、
上記エッチングガスをタングステン元素により解離しラジカルを生成して金属膜のプラズマエッチングを行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
上記金属膜は、チタンまたはモリブデンまたはタンタルのいずれかを有する膜からなり、上記エッチングガスは、ハロゲン系ガスからなることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は半導体装置の製造方法およびそれを実施するための半導体製造装置に関し、特に、チタン、モリブデン、タンタル等の金属膜、それらの金属膜による窒化金属膜および珪化金属膜をエッチングするための半導体装置の製造方法およびそれを実施するための半導体製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のプラズマＣＶＤ装置はチャンバー、シャワー電極、基板加熱ヒータ、原料ガス導入管、真空ポンプ、高周波発生装置、熱触媒体からなる。
原料ガス導入管から導入される原料ガスには、Ｓｉ系ガスとしてはＳｉＨ４やＳｉ２Ｈ４等を，非Ｓｉ系ガスとしての希釈ガスにはＨ２やＣｌ２等を、ｐ型ドーピングガスにはＢ２Ｈ６等を、ｎ型ドーピングガスにはＰＨ３等を用いる。
【０００３】
熱触媒体にはタングステンやタンタルといった高融点材料を用い、直流電流を流すことで発熱高温化させる。熱触媒体の温度はＳｉ系原料ガスとの低温反応を避けるために１６００℃程度以上とする。
【０００４】
本装置では熱触媒体がシャワー電極を挟んで膜形成領域から離れた位置に設置されているので、成膜面への熱輻射が低く抑えられ、基板温度の制御を容易に行うことができる。
また、本装置では、熱触媒体によって原料ガス活性化を効率的に行えるので、低プラズマダメージとするために高周波パワーを比較的低パワーの条件としても高速な成膜が可能となる（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−３１３２７２号公報（段落番号００１７〜００１８、００２２〜００２４、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のプラズマＣＶＤ装置は以上のようであり、原料導入ガスの経路にタングステンもしくはタンタルを配設して原料ガスを活性化したのち、シャワー電極より原料ガスを供給してプラズマ化するものであった。
従来、プラズマは半導体装置の製造におけるエッチング工程においても幅広く用いられ、プラズマＣＶＤ装置と類似した構成のプラズマエッチング装置を用いてエッチングが行われている。
【０００７】
近年、チタン、モリブデン、タンタル等の金属膜や、その窒化膜、珪化膜がその抵抗の低さや耐熱性の高さなどから半導体装置に使用される頻度が高まり、近年ゲート材料に用いられるようになってきた。
ところが、これらの材料をプラズマエッチングする場合、従来用いられていたシリコン膜に比べエッチングされにくいという問題点があった。このため、従来ではイオンエネルギーを上げることにより実用的なエッチングレートを得ていた。
【０００８】
しかしながら、イオンエネルギーを上げたエッチングではパターン側壁にデポジション膜が形成されてテーパ形状となるため、微細化には適さないという問題点があった。
また、半導体装置の微細化に伴い、下地膜やマスク膜厚の薄膜化が進められているため、イオンエネルギーを上げたエッチングでは無選択にエッチングが進み下地をエッチングしてしまうという問題点があった。
【０００９】
この発明は上記のような問題点を解消するために成されたものでチタン、モリブデン、タンタル等の金属膜や、それらの窒化膜、珪化膜をエッチングする際に、イオンエネルギーを下げて、化学的な作用によるエッチングを増強し、異方性と選択性とを向上させ、良好なエッチングの行える半導体装置の製造方法およびそれを実施するための半導体製造装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明の半導体製造装置は、チャンバと、上記チャンバに接続されたガス供給配管および排気口と、プラズマ発生部と、上記チャンバ内にウエハを載置するステージとを備えてなり、上記ガス供給配管よりエッチングガスを導入し、上記チャンバ内に上記プラズマ発生部にてプラズマを発生させて、上記ウエハ上の金属膜をプラズマエッチングする半導体製造装置において、
上記チャンバ内の上記プラズマ発生領域内の任意の箇所にタングステン部材を備えたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１のプラズマエッチング装置を示す断面図である。図１に示すように、真空チャンバ１と、チャンバ１にはプラズマを生成するための誘導結合用のコイル２と、ガス供給配管３と、排気口４とを備えており、ガス供給配管３はエッチングガス用のガスボンベ（図示なし）に連結している。さらに、チャンバ１内には、ウエハ５を載置してイオンを引き込むための高周波を印加する機構を有するステージ６と、タングステン部材７とを備えている。
【００１２】
次に、このエッチング装置を用いたエッチング方法について説明する。図２はウエハのエッチング方法を示す工程図である。図２に従って順次説明を行う。
まず、図２（ａ）に示すように、シリコン基板８上にゲート絶縁膜となるシリコン酸化膜９を形成する。その上に、ＣＶＤ法などによりチタン等の金属膜１０を堆積する。
【００１３】
次に、図２（ｂ）に示すように、フォトレジスト１１をパターニングする。その後、このシリコン基板８とシリコン酸化膜９と金属膜１０とフォトレジスト１１とから成るウエハ５をエッチング装置のチャンバ１内のステージ６上に載置する。次に、コイル２を用いてチャンバ１内にプラズマを発生させ、エッチングに用いるエッチングガスである塩素ガスとハロゲンガスとを混合した後、ガス供給配管３を通してチャンバ１内のプラズマ発生領域内に導入してエッチングを行う。エッチング終了後、エッチングガスはエッチングによって生じた反応生成物とともに排気口４より排出される。
【００１４】
このとき、チャンバ１内のプラズマ発生領域ではタングステン部材７あるいはタングステン部材７から発生するタングステン化合物の触媒的作用により、塩素ガス中の塩素分子（Ｃｌ２）が解離して塩素ラジカル（Ｃｌ）が生成し、チタン等の金属膜１０のエッチングにおいて化学的作用が増強し、エッチングレートが大きくなる。
その結果、図２（ｃ）に示すように、良好なパターン形状の金属膜１０パターンが得られる。
【００１５】
図３は一定時間におけるチタンのエッチング量を示す棒グラフである。Ａはチャンバ１内のプラズマ発生領域内にタングステン部材７を備えた場合であり、Ｂは従来のエッチング条件の場合を示したものである。図２においてＡとＢとを比較してわかるように、タングステンを用いると従来に比べてエッチングレートが３割程度大きくなっている。
【００１６】
これは、エッチング時において、タングステン部材７あるいは、タングステン部材７から発生するタングステン化合物の触媒的作用により、塩素ガス中の塩素分子（Ｃｌ２）を解離して塩素ラジカル（Ｃｌ）を生成し、チタン等のエッチングにおいて化学的作用が増強したことによる。これは、塩素ガス以外の六弗化硫黄や臭化水素といった他のハロゲン系ガスにおいても起こるものである。これにより、チタン等の難エッチング材料である金属膜１０のエッチングを低イオンエネルギーで行うことができる。
【００１７】
ここでは、タングステンはタングステン部材７としてチャンバ１内のプラズマ発生領域内の任意の場所に配設した場合について説明したが、これに限ることなく、チャンバ１内壁の一部あるいは全部がタングステンを含む素材で形成されていても良いし、ステージ６に備えられているリングなどをタングステンを含む素材で形成しても良い。つまり、チャンバ１内のプラズマ発生領域内のいずれかの箇所をタングステンを含む素材で形成しても良い。
【００１８】
また、金属膜１０はチタンに限ることなくモリブデン、タンタル等でも良く、チタン、モリブデン、タンタル等の窒化膜および珪化膜等のエッチングについても同様の効果が得られる。
【００１９】
実施の形態２．
上記実施の形態１ではチャンバ内にタングステン部材を配設したものについて説明したが、タングステン部材を配設する代わりに、タングステン含有ガス供給手段を備えることにより、タングステンを含むガスをチャンバ内に供給する場合について説明する。
【００２０】
図４は実施の形態２のプラズマエッチング装置を示す断面図である。図４に示すように、実施の形態１の図１で示したプラズマエッチング装置のチャンバ１内からタングステン部材７を除去し、ガス供給手段としてガス供給配管３にタングステンを含むガスを充填したガスボンベ１５ａを連結している。このガスボンベ１５ａはエッチングガスのガスボンベ１５ｂ，１５ｃとともにガス供給配管３に連結され、ガスボンベ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ内のガスは流量計１６ａ，１６ｂ，１６ｃにより各々のガス流量を調節してチャンバ１内に導入される。
【００２１】
タングステンを含むガスとしては、六塩化タングステン（ＷＣｌ６）等のタングステン塩化物をガス化したものや六弗化タングステン（ＷＦ６）ガス、更に、タングステンの有機物のガス等を導入しても良い。
この場合、タングステン含有ガス流量を変えることで、タングステンの添加量を変更させることができる。従って、タングステンの添加量をプロセス毎に容易に任意に変化させることができるという効果がある。
【００２２】
実施の形態３．
図５は実施の形態３のプラズマエッチング装置を示す断面図である。図５に示すように、実施の形態１の図１で示したプラズマエッチング装置のチャンバ１内からタングステン部材７を除去し、ガス供給配管３のチャンバ１と反対側に、チャンバ１とは別の副チャンバ１２を繋げ、副チャンバ１２内にタングステン部材７を備えたものである。副チャンバ１２の外側にはプラズマを生成するための誘導結合用のコイル１３と、ガス供給配管１４とを備えている。
【００２３】
次に実施の形態３のエッチング装置を使用したエッチング方法について説明する。
まず、ガス供給配管１４から副チャンバ１２内にエッチングガスであるハロゲン系ガスを導入し、タングステン部材７をエッチングすることにより、副チャンバ１２内にタングステン化合物を生成する。その後、副チャンバ１２内からタングステン化合物をエッチングガスとともにガス供給配管３を通してチャンバ１内に導入してウエハ５上のチタン、モリブデン、タンタル等の金属膜１０またはその窒化膜および珪化膜等をエッチングする。
【００２４】
このようにすれば、例えば、副チャンバ１２内のタングステン部材７を変えなくとも、プラズマのパワーを調整することによりタングステン化合物のタングステンの添加量を変化させることもできる。また、エッチングガス種による副次的な添加物（フッ素元素や塩素元素など）の量をコントロールすることもできる。従って、副チャンバにおいての条件を変えることによりウエハのエッチング条件とは別に独立してエッチングガスのパラメータを変化させることができ、所望のエッチング条件を容易に得ることができる。
【００２５】
また、実施の形態２で説明したように、副チャンバ１２においてもタングステン部材７を配設する代わりに、タングステン含有ガス供給手段を備えることにより、タングステンを含むガス、例えば、六塩化タングステン（ＷＣｌ６）等のタングステン塩化物をガス化したものや六弗化タングステン（ＷＦ６）ガス、更に、タングステンの有機物のガス等をチャンバ内に供給しても良い。
この場合もやはりウエハのエッチング条件とは別に独立してエッチングガスのパラメータを変化させることができるとともに、ガス流量の制御によって容易にタングステンの添加量を変化させることができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、チャンバと、上記チャンバに接続されたガス供給配管および排気口と、プラズマ発生装置と、上記チャンバ内にウエハを載置するステージとを備えてなり、上記ガス供給配管よりエッチングガスを導入し、上記チャンバ内にプラズマを発生させて、上記ウエハ上の金属膜をプラズマエッチングする半導体製造装置において、チャンバ内の任意の箇所にタングステン部材を備えたので、タングステン元素の触媒的作用により、ハロゲンガス中のハロゲン分子が解離してラジカルが生成し、チタン等の金属膜のエッチングにおいて化学的作用が増強し、良好なパターン形状を有する金属膜パターンが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１の半導体製造装置を示す断面図である。
【図２】半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図３】エッチング量を示すグラフである。
【図４】実施の形態２の半導体製造装置を示す断面図である。
【図５】実施の形態３の半導体製造装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１  チャンバ、２，１３  コイル、３，１４  ガス供給配管、４  排気口、５  ウエハ、６  ステージ、７  タングステン部材、１０  金属膜、１２  副チャンバ、１５ａ  ガスボンベ。
【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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