(57)【要約】【課題】下地のＳｉＯ２膜に対して選択的にＨｉｇｈ−ｋ膜をエッチングすることのできる半導体装置の製造方法およびドライエッチング装置を提供する。【解決手段】ドライエッチング装置３００において、上部電極３０３は内部に中空部を有するとともに、上部電極３０３の半導体基板３０６に対向する面には複数のガス噴出し口が設けられている。エッチングガスＧは、エッチングガス供給管３０８、中空部を順に経て、ガス噴出し口から真空チャンバ３０１内に導入される。ガス噴出し口の周囲にはシリコンからなる板状部材４０３が設けられており、半導体基板３０６の周囲にはシリコンからなる下部リング３０７が設けられている。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上にシリコンを含む酸化膜を介して形成された高誘電率絶縁膜をドライエッチング装置を用いてエッチングする半導体装置の製造方法において、
エッチングガスとして臭素および酸素を含むガスを用い、
前記ドライエッチング装置の中にシリコン供給源を設け、前記高誘電率絶縁膜をエッチングする際に前記シリコン供給源もエッチングすることによってエッチング雰囲気中にシリコンを供給することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記シリコン供給源は、前記エッチングガスの噴出し口および前記半導体基板の周囲の少なくとも一方に設けられたシリコン部材である請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記エッチングガスの噴出し口に設けられたシリコン部材はシリコンからなる板状部材である請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記半導体基板の周囲に設けられたシリコン部材はシリコンリングである請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記エッチングガスは、ＨＢｒガスとＯ２ガスとの混合ガスまたはＳｉＢｒ４ガスとＯ２ガスとの混合ガスである請求項１〜４のいずれか１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
半導体基板上にシリコンを含む酸化膜を介して形成された高誘電率絶縁膜をドライエッチングする半導体装置の製造方法において、
エッチングガスとして、シリコン、臭素および酸素を含むガスを用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記エッチングガスはＳｉＢｒ４ガスとＯ２ガスとの混合ガスである請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記高誘電率絶縁膜は、ＨｆＯ２膜、ＨｆＡｌＯｘ膜およびＨｆＳｉＯｘ膜よりなる群から選ばれる１の膜である請求項１〜７のいずれか１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
真空チャンバ内に導入したエッチングガスをプラズマ化し、半導体基板上にシリコンを含む酸化膜を介して形成された高誘電率絶縁膜に所望のエッチングを施すドライエッチング装置であって、
前記半導体基板を載置する第１の電極と、
前記半導体基板の前記高誘電率絶縁膜が形成された面と対向する位置に所定の間隔をおいて設けられた第２の電極と、
前記エッチングガスを前記真空チャンバ内に供給するエッチングガス供給管とを備え、
前記第２の電極は内部に中空部を有するとともに、前記第２の電極の前記半導体基板に対向する面には複数のガス噴出し口が設けられており、
前記エッチングガスは、前記エッチングガス供給管、前記中空部を順に経て前記ガス噴出し口から前記真空チャンバ内に導入され、
前記ガス噴出し口および前記半導体基板の少なくとも一方の周囲にシリコン部材が設けられていることを特徴とするドライエッチング装置。
【請求項１０】
前記ガス噴出し口の周囲に設けられたシリコン部材はシリコンからなる板状部材である請求項９に記載のドライエッチング装置。
【請求項１１】
前記被加工基板の周囲に設けられたシリコン部材はシリコンリングである請求項９に記載のドライエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法およびドライエッチング装置に関し、より詳細には、高誘電率絶縁膜を有する半導体装置の製造方法および高誘電率絶縁膜に所望のエッチングを施すドライエッチング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路装置における高集積化が大きく進展しており、ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型半導体装置では高集積化に対応するためのトランジスタ等の素子の微細化、高性能化が図られている。特に、ＭＯＳ構造を構成する要素の一つであるゲート絶縁膜に関しては、上記トランジスタの微細化、高速動作および低電圧化に対応すべく薄膜化が急速に進んでいる。
【０００３】
ゲート絶縁膜を構成する材料としては、従来よりシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）が用いられてきた。一方、ゲート電極の微細化に伴いゲート絶縁膜の薄膜化が進むと、キャリア（電子および正孔）がゲート絶縁膜を直接トンネリングすることによって生じるトンネル電流、すなわちゲートリーク電流が増大するようになる。例えば、１３０ｎｍノードのデバイスで要求されるゲート絶縁膜の膜厚はＳｉＯ２膜で２ｎｍ程度であるが、この領域はトンネル電流が流れ始める領域である。したがって、ゲート絶縁膜としてＳｉＯ２膜を用いた場合には、ゲートリーク電流を抑制することができずに消費電力の増大を招くことになる。
【０００４】
そこで、ＳｉＯ２膜に代えて、より誘電率の高い材料をゲート絶縁膜として使用する研究が行われている。高誘電率の絶縁膜（以下、Ｈｉｇｈ−ｋ膜という。）としては、従来、ＴｉＯ２膜、Ｔａ２Ｏ５膜およびＡｌ２Ｏ５膜などが検討されてきたが、最近では、ＨｆＯ２膜、ＨｆＡｌＯｘ膜およびＨｆＳｉＯｘ膜などがシリコン上での安定性に優れていることから注目されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図５は、ゲート絶縁膜としてＨｉｇｈ−ｋ膜を用いた場合の従来法による電界効果トランジスタ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）の製造工程を示す断面図である。
【０００６】
シリコン基板５０１上に公知の方法を用いて素子分離領域５０２，５０３を形成した後、熱酸化法によってＳｉＯ２膜５０４を形成する。次に、Ｈｉｇｈ−ｋ膜５０５、ゲート電極としての多結晶シリコン膜５０６およびマスク材としてのＳｉＯ２膜５０７を順に成長させる。その後、ゲート電極の寸法均一性向上を目的として反射防止膜５０８を形成してから、フォトリソグラフィ法を用いてレジストパターン５０９を形成する（図５（ａ））。
【０００７】
次に、レジストパターン５０９をマスクとして反射防止膜５０８、ＳｉＯ２膜５０７をドライエッチングし、ＳｉＯ２膜パターン５１０を形成する（図５（ｂ））。
【０００８】
次に、ＳｉＯ２膜パターン５１０をマスクとして多結晶シリコン膜５０６をドライエッチングし、多結晶シリコン膜パターン５１１を形成する（図５（ｃ））。
【０００９】
最後に、Ｈｉｇｈ−ｋ膜５０５およびＳｉＯ２膜５０４をエッチングすることによってゲート電極が完成するが、この際に次のような問題があった。
【００１０】
図５（ｃ）の構造において、Ｈｉｇｈ−ｋ膜５０５が存在しない場合には、多結晶シリコン膜パターン５１１と下地のＳｉＯ２膜５０４との間の選択比が大きいために、ＳｉＯ２膜５０４が露出したところでエッチングが停止する。そして、希フッ酸などを用いたウェットエッチングによってＳｉＯ２膜５０４を除去することによりゲート電極を形成することができる。
【００１１】
一方、Ｈｉｇｈ−ｋ膜５０５がある場合には、上記のようにして多結晶シリコン膜パターン５１１を形成した後、ＢＣｌ３、ＨＢｒ、Ｏ２若しくはフルオロカーボンなどのエッチングガスを用いたドライエッチング法または適当なエッチング液を用いたウェットエッチング法によって、Ｈｉｇｈ−ｋ膜パターンを形成する。
【００１２】
しかしながら、Ｈｉｇｈ−ｋ膜パターンを形成する際に、Ｈｉｇｈ−ｋ膜５０５と下地のＳｉＯ２膜５０４との選択比が０．５〜０．８程度の値でしか得られないために、ＳｉＯ２膜５０４に対して選択的にＨｉｇｈ−ｋ膜５０５をエッチングすることが困難であるという問題があった。また、Ｈｉｇｈ−ｋ膜５０５とシリコン基板５０１との選択比は上記の選択比よりもさらに小さいために、シリコン基板５０１もエッチングされてしまうという問題もあった（図５（ｄ））。このことは、所望のエクステンションおよびソース・ドレイン領域の形成を阻害することになる。
【００１３】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものである。即ち、本発明の目的は、下地のＳｉＯ２膜に対して選択的にＨｉｇｈ−ｋ膜をエッチングすることのできる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１４】
本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、半導体基板上にシリコンを含む酸化膜を介して形成された高誘電率絶縁膜をドライエッチング装置を用いてエッチングする半導体装置の製造方法において、エッチングガスとして臭素および酸素を含むガスを用い、ドライエッチング装置の中にシリコン供給源を設け、高誘電率絶縁膜をエッチングする際にシリコン供給源もエッチングすることによってエッチング雰囲気中にシリコンを供給することを特徴としている。シリコン供給源は、エッチングガスの噴出し口および半導体基板の周囲の少なくとも一方に設けられたシリコン部材とすることができる。ここで、エッチングガスの噴出し口に設けられたシリコン部材は、シリコンからなる板状部材とすることができる。また、半導体基板の周囲に設けられたシリコン部材は、シリコンリングとすることができる。エッチングガスは、ＨＢｒガスとＯ２ガスとの混合ガスまたはＳｉＢｒ４ガスとＯ２ガスとの混合ガスとすることが好ましい。
【００１６】
また、本発明は、半導体基板上にシリコンを含む酸化膜を介して形成された高誘電率絶縁膜をドライエッチングする半導体装置の製造方法において、エッチングガスとして、シリコン、臭素および酸素を含むガスを用いることを特徴としている。エッチングガスはＳｉＢｒ４ガスとＯ２ガスとの混合ガスとすることが好ましい。
【００１７】
本発明の半導体装置の製造方法において、高誘電率絶縁膜は、ＨｆＯ２膜、ＨｆＡｌＯｘ膜およびＨｆＳｉＯｘ膜よりなる群から選ばれる１の膜とすることが好ましい。
【００１８】
さらに、本発明のドライエッチング装置は、真空チャンバ内に導入したエッチングガスをプラズマ化し、半導体基板上にシリコンを含む酸化膜を介して形成された高誘電率絶縁膜に所望のエッチングを施すドライエッチング装置であって、半導体基板を載置する第１の電極と、半導体基板の高誘電率絶縁膜が形成された面と対向する位置に所定の間隔をおいて設けられた第２の電極と、エッチングガスを真空チャンバ内に供給するエッチングガス供給管とを備え、第２の電極は内部に中空部を有するとともに、第２の電極の半導体基板に対向する面には複数のガス噴出し口が設けられており、エッチングガスは、エッチングガス供給管、中空部を順に経てガス噴出し口から真空チャンバ内に導入され、ガス噴出し口および半導体基板の少なくとも一方の周囲にシリコン部材が設けられていることを特徴としている。ここで、ガス噴出し口の周囲に設けられたシリコン部材は、シリコンからなる板状部材とすることができる。また、被加工基板の周囲に設けられたシリコン部材は、シリコンリングとすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明者は、鋭意研究を行った結果、臭素および酸素を含むエッチングガスを用いるとともに、エッチング雰囲気中にシリコンを供給することによって、Ｈｉｇｈ−ｋ膜のエッチング速度を上昇させ、ＳｉＯ２膜（シリコン酸化膜）との選択比を１より大きくすることができることを見出した。このことについて、以下に詳細に説明する。
【００２０】
図１は、エッチング雰囲気中にシリコンが供給される場合とされない場合とで、Ｈｉｇｈ−ｋ膜のエッチング速度をＳｉＯ２膜および多結晶シリコン膜のエッチング速度と比較した結果を示したものである。図１の例では、Ｈｉｇｈ−ｋ膜としてＨｆＯ２膜を使用している。具体的には、シリコン基板上にＳｉＯ２膜を介してＨｆＯ２膜を形成したもの（サンプルＡ）、シリコン基板上にＳｉＯ２膜のみを形成したもの（サンプルＢ）、およびシリコン基板上にＳｉＯ２膜を介して多結晶シリコン膜を形成したもの（サンプルＣ）を準備し、これらをシリコン基板の上またはシリコン基板上に形成されたＳｉＯ２膜の上にそれぞれ貼り付けてエッチング速度を測定した。尚、エッチングガスとしては、ＨＢｒとＯ２との混合ガスを用いた。図において、シリコン基板の上にサンプルＡ〜Ｃを貼り付けたサンプルがシリコンが供給される場合に相当する。また、シリコン基板上に形成されたＳｉＯ２膜の上にサンプルＡ〜Ｃを貼り付けたサンプルがシリコンが供給されない場合に相当する。
【００２１】
図１から分かるように、ＨｆＯ２膜のエッチング速度は、ＳｉＯ２膜上に比較してシリコン基板上では１８倍程度大きくなっている。また、ＳｉＯ２膜に対するＨｆＯ２膜のエッチング選択比はシリコン基板上で２．２２程度であり、従来に比較して３倍程度大きくなることが認められた。
【００２２】
以上の事実は、Ｓｉがエッチングガスと結合してエッチング速度の向上に寄与する物質が生成することによると考えられる。例えば、図１の例では、シリコンとエッチングガス中の臭素および酸素とが反応してＳｉＯｘＢｒを生成し、これによってＨｆＯ２膜のエッチング速度が向上すると考えられる。一方、ＳｉＯｘＢｒはＳｉＯ２膜に対して選択性のある材料として知られており、このためエッチング選択比が大きくなると考えられる。
【００２３】
上記の知見から、本発明者は、エッチング雰囲気中にシリコンを供給することを考え、本発明に至った。以下、シリコンを供給する方法について具体的に示しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００２４】
実施の形態１．
本実施の形態では、ドライエッチング装置内にシリコン供給源を設けることを特徴とする。
【００２５】
図２（ａ）〜（ｅ）は、本実施の形態による半導体装置の製造工程を示す断面図である。まず、シリコン基板２０１上に公知の方法を用いて素子分離領域２０２，２０３を形成した後、素子分離領域２０２と素子分離領域２０３によって挟まれた領域に熱酸化法によってＳｉＯ２膜２０４を形成する。ＳｉＯ２膜２０４の膜厚は、例えば１ｎｍ程度とすることができる。ここで、ＳｉＯ２膜２０４は、熱酸化法に限らず他の方法によって形成されてもよい。
【００２６】
次に、素子分離領域２０２，２０３およびＳｉＯ２膜２０４の上にＨｉｇｈ−ｋ膜２０５を形成する。Ｈｉｇｈ−ｋ膜２０５としては、例えば、ＨｆＯ２膜、ＨｆＡｌＯｘ膜またはＨｆＳｉＯｘ膜などを用いることができる。尚、Ｈｉｇｈ−ｋ膜２０５の膜厚は、例えば２ｎｍ〜３ｎｍ程度とすることができる。
【００２７】
Ｈｉｇｈ−ｋ膜２０５を形成した後は、この上に、ゲート電極となる多結晶シリコン膜２０６、マスク材となるＳｉＯ２膜２０７を順に形成する。多結晶シリコン膜２０６の膜厚は、例えば１５０ｎｍ程度とすることができる。また、ＳｉＯ２膜２０７の膜厚は、例えば１００ｎｍ程度とすることができる。
【００２８】
ＳｉＯ２膜２０７を形成した後は、この上に反射防止膜２０８を形成する。反射防止膜２０８は、次に形成するレジスト膜をパターニングする際に、レジスト膜を透過した露光光を吸収することによって、レジスト膜と反射防止膜との界面における露光光の反射をなくす役割を果たす。反射防止膜２０８としては有機物を主成分とする膜を用いることができ、例えば、スピンコート法などによって形成することができる。尚、本発明においては、反射防止膜はなくてもよい。
【００２９】
次に、反射防止膜２０８の上にレジスト膜（図示せず）を形成し、フォトリソグラフィ法によって所望の線幅を有するレジストパターン２０９を形成する。以上の工程によって、図２（ａ）の構造が得られる。
【００３０】
次に、図２（ｂ）に示すように、ゲートマスクとなるＳｉＯ２膜パターン２１０を形成する。
【００３１】
まず、図２（ａ）のレジストパターン２０９をマスクとして反射防止膜２０８，ＳｉＯ２膜２０７をエッチングする。その後、不要となったレジストパターン２０９を除去する。尚、反射防止膜２０８のエッチングが進行してＳｉＯ２膜２０７が露出すると略同時に、レジストパターン２０９がエッチングによって消失するようにエッチング条件を設定してもよい。この場合、ＳｉＯ２膜２０７のエッチングは、反射防止膜パターン（図示せず）をマスクとして行う。ＳｉＯ２膜パターン２１０が形成された後は、例えば、酸素ガスを用いたプラズマ処理を行うことによって反射防止膜パターンを除去することができる。
【００３２】
次に、ＳｉＯ２膜パターン２１０をマスクとして、多結晶シリコン膜２０６のエッチングを行うことによって、図２（ｃ）に示す構造が得られる。図において、多結晶シリコン膜パターン２１１はゲート電極である。
【００３３】
次に、ＳｉＯ２膜パターン２１０をマスクとしてＨｉｇｈ−ｋ膜２０５のエッチングを行う。エッチングは、例えば、誘導結合による低圧高密度プラズマによって行うことができる。本実施の形態においては、ドライエッチング装置内にシリコンを供給できる材料を設けることによって、エッチング雰囲気中にシリコンを供給することを特徴としている。
【００３４】
図３は、本実施の形態におけるドライエッチング装置の一例である。図に示すように、ドライエッチング装置３００は、真空チャンバ３０１内に、第１の電極としての下部電極３０２と、下部電極３０２と対向する位置に所定の間隔をおいて配置された、第２の電極としての上部電極３０３とを有する。下部電極３０２は高周波（ＲＦ）電源３０４に接続し、上部電極３０３は高周波（ＲＦ）電源３０５に接続している。
【００３５】
下部電極３０２は基板載置台を兼ねており、半導体基板３０６は、下部リング３０７によって周囲を囲まれた状態で下部電極３０２の上に載置される。この際、半導体基板３０６は、Ｈｉｇｈ−ｋ膜（図示せず）が形成されている面が上部電極３０３に対向するようにして置かれる。下部リング３０７は、下部電極３０２上で半導体基板３０６を位置決めする役割を有しているが、本実施の形態においては、下部リング３０７をシリコンで形成されたシリコンリングとすることによって、シリコン供給源としての役割も有するようにする。
【００３６】
真空チャンバ３０１には、エッチングガスＧを供給するエッチングガス供給管３０８が接続している。本実施の形態において、真空チャンバ３０１の内部にエッチングガスＧを導入する方法を図３および図４を用いて具体的に説明する。尚、これらの図において、同じ符号を付した箇所は同じ部分であることを示している。
【００３７】
図４は、図３における上部電極３０３の部分を拡大した図である。上部電極３０３は内部に中空部４０１を有し、エッチングガス供給管３０８から中空部４０１にエッチングガスＧが導入されるようになっている。また、上部電極３０３の半導体基板に対向する面３０３ａには複数のガス噴出し口４０２が設けられていて、中空部４０１内のエッチングガスＧはガス噴出し口４０２から真空チャンバ３０１内に導入される。本実施の形態においては、ガス噴出し口４０２の周囲であって上部リング４０４の内側に、シリコンからなる板状部材４０３が設けられていることを特徴としている。板状部材４０３は、下部リング３０７と同様にシリコン供給源としての役割を有している。
【００３８】
このように、本実施の形態においては、下部リング３０７および板状部材４０３をシリコンによって形成することを特徴としている。これにより、下部リング３０７および板状部材４０３をシリコン供給源として作用させることができる。尚、本実施の形態においては、半導体基板の近傍であってプラズマに曝される領域にシリコン部材が設けられていればよく、その形状に特に制限はない。すなわち、リング形状以外の他の形状を有するシリコン部材が半導体基板の周囲に設けられていてもよい。また、ガス噴出し口の周囲には、板状以外の他の形状のシリコン部材が設けられていてもよい。
【００３９】
図３および図４を参照しながら、Ｈｉｇｈ−ｋ膜のエッチングを行う工程について説明する。
【００４０】
まず、下部電極３０２の上に半導体基板３０６を載置する。この際、下部リング３０７は、半導体基板３０６の近傍に半導体基板３０６の周囲を囲むようにして置かれるので、効果的にエッチング箇所にシリコンを供給することができる。ここで、半導体基板３０６は、本実施の形態により形成されたＳｉＯ２膜（図示せず）と、このＳｉＯ２膜の上に形成されたＨｉｇｈ−ｋ膜（図示せず）とを有している。また、Ｈｉｇｈ−ｋ膜の上には多結晶シリコン膜パターン（図示せず）およびＳｉＯ２膜パターン（図示せず）が形成されている。半導体基板３０６は、これらの膜が形成されている面が上部電極３０３の側を向くようにして置かれる。
【００４１】
次に、エッチングガスＧを所定の流量で真空チャンバ３０１内に導入する。本実施の形態においては、エッチングガスＧは、エッチングガス供給管３０８を通り、上部電極３０３の内部に設けられた中空部４０１を経て、ガス噴出し口４０２から真空チャンバ３０１内に入る。エッチングガスＧとしては、臭素および酸素を含むガスを用いることが好ましい。例えば、ＨＢｒ（臭化水素）ガスとＯ２（酸素）ガスとの混合ガスを用いることができる。
【００４２】
次に、上部電極３０３および下部電極３０２にそれぞれ高周波を印加すると、プラズマ放電域３０９に到達したエッチングガスがプラズマ化する。この際、プラズマ雰囲気中には、エッチングガスに由来する臭素および酸素とともにシリコンが存在する。ここで、シリコンの供給源は、ガス噴出し口４０２に取り付けられた板状部材４０３および下部リング３０７の２つである。すなわち、ガス噴出し口４０２は上部電極３０３の下部電極３０２に対向する面に設けられているので、エッチングガスＧから発生した活性種（ＢｒラジカルおよびＯラジカルなど）によって板状部材４０３がエッチングされてシリコンを発生する。同様に、下部リング３０７もエッチングされてシリコンを発生する。ここで、特に、下部リング３０７は半導体基板３０６の周囲に設けられているので、エッチング箇所近傍に高い濃度でシリコンを供給することができる。
【００４３】
発生したシリコンは、臭素および酸素と結合してＳｉＯｘＢｒを生成する。したがって、ＳｉＯ２膜に対し選択的にＨｉｇｈ−ｋ膜をエッチングすることができる。
【００４４】
尚、エッチングにより発生したガスや余剰のエッチングガスＧは、排気口３１０から真空チャンバ３０１の外へ排出される。
【００４５】
このようにして、Ｈｉｇｈ−ｋ膜２０５をエッチングすることによって、図２（ｄ）に示す構造を得ることができる。この後、適当なエッチング液を用いた公知のウェットエッチング法によりＳｉＯ２膜２０４を剥離することによって、図２（ｅ）に示すゲート電極が完成する。
【００４６】
本実施の形態によれば、エッチングガスの噴出し口にシリコンからなる板状部材を設け、これをプラズマに曝される領域に置くことによって、エッチング雰囲気中にシリコンを供給することができる。また、半導体基板の周囲にシリコンからなる下部リングを設けることによって、エッチング箇所の近傍にシリコンを供給することができる。したがって、エッチングガスとして臭素および酸素を含むガスを用いることによってＳｉＯｘＢｒを生成することができ、これによって、Ｈｉｇｈ−ｋ膜のエッチング速度およびＳｉＯ２膜に対するエッチング選択比を大きくすることができる。
【００４７】
また、本実施の形態によれば、シリコン供給源は、半導体基板上ではなく半導体基板以外の箇所に設けられる。ここで、半導体基板上にシリコン供給源を設ける場合には、シリコン供給源パターンを形成するための新たなマスクが必要となる。しかしながら、本実施の形態によればこのようなマスクは不要であり、従来のマスクを用いてパターンを作成すればよいので、コストアップすることなく簡便に本発明の目的を達成することができる。
【００４８】
尚、上記の効果を得るために必要な量のシリコンをエッチング雰囲気中に供給できるのであれば、ガス噴出し口および下部リングのいずれか一方のみをシリコンで形成してもよい。但し、エッチング箇所の近傍にシリコンを供給できる点を考慮すると、下部リングをシリコンで形成する方が効果的である。また、半導体基板の近傍であってプラズマに曝される領域に設置できるのであれば、これら以外の他のシリコン供給源を設けてもよい。
【００４９】
実施の形態２．
本実施の形態では、エッチングガスとして、シリコンを含むガスを用いることを特徴とする。
【００５０】
実施の形態１で説明した図２（ａ）〜図２（ｃ）に示す方法に従って、半導体基板２０１上に素子分離領域２０２，２０３を形成した後、ＳｉＯ２膜２０４、Ｈｉｇｈ−ｋ膜２０５を介して、多結晶シリコン膜パターン２１１およびＳｉＯ２膜パターン２１０を形成する。ここで、Ｈｉｇｈ−ｋ膜２０５としては、実施の形態１と同様に、ＨｆＯ２膜、ＨｆＡｌＯｘ膜またはＨｆＳｉＯｘ膜などを用いることができる。
【００５１】
次に、Ｈｉｇｈ−ｋ膜２０５のエッチングを行う。本発明においては、汎用のドライエッチング装置を用いることができる。また、実施の形態１で説明したドライエッチング装置を用いてもよい。但し、図３および図４の装置において、エッチングガスの噴出し口にシリコンからなる部材を設ける必要はなく、また、下部リングをシリコンで形成する必要もない。
【００５２】
図３および図４を用いて、本実施の形態によるＨｉｇｈ−ｋ膜のエッチング方法を説明する。
【００５３】
まず、下部電極３０２の上に半導体基板３０６を載置する。本実施の形態においては、半導体基板３０６の周囲に設けられる下部リング３０７をシリコン以外の他の材料で形成することができる。例えば、下部リング３０７を石英で形成することができる。尚、半導体基板３０６は、ＳｉＯ２膜パターン（図示せず）が上部電極３０３の側を向くようにして載置される。
【００５４】
次に、エッチングガスＧを所定の流量で真空チャンバ３０１内に導入する。本実施の形態においては、エッチングガスＧとして、シリコン、臭素および酸素を含むガスを用いることを特徴としている。例えば、四臭化ケイ素（ＳｉＢｒ４）ガスと酸素（Ｏ２）ガスとの混合ガスを用いることができる。
【００５５】
図４に示すように、エッチングガスＧは、エッチングガス供給管３０８を通り、上部電極３０３の内部に設けられた中空部４０１を経て、ガス噴出し口４０２から真空チャンバ３０１内に入る。本実施の形態においては、ガス噴出し口４０２の周囲に設けられた板状部材４０３をシリコン以外の他の材料で形成することができる。例えば、板状部材４０３を石英で形成することができる。尚、本実施の形態においては板状部材４０３はなくてもよい。
【００５６】
次に、上部電極３０３および下部電極３０２にそれぞれ高周波を印加すると、プラズマ放電域３０９に到達したエッチングガスがプラズマ化する。この際、プラズマ雰囲気中には、エッチングガスに由来するシリコン、臭素および酸素が存在する。そして、これらが結合してＳｉＯｘＢｒを生成することによって、ＳｉＯ２膜に対し選択的にＨｉｇｈ−ｋ膜をエッチングすることが可能となる。
【００５７】
このように、本実施の形態においては、シリコンを含むエッチングガスを用いてＨｉｇｈ−ｋ膜のエッチングを行うので、ドライエッチング装置内にシリコン供給源を設ける必要がない。すなわち、エッチングガスの噴出し口や半導体基板の周囲に、シリコン供給源としてのシリコン部材を設ける必要がない。したがって、既存のドライエッチング装置を用いてエッチングを行うことができる。さらに、ドライエッチング装置の部品をシリコン供給源とする場合には、エッチングによって部品が急激に消耗するようになるが、本実施の形態によれば、このような部品の消耗を生じさせることなしにエッチングを行うことが可能である。
【００５８】
エッチングにより発生したガスや余剰のエッチングガスＧは、実施の形態１と同様に、図３に示す排気口３１０から真空チャンバ３０１の外へ排出される。
【００５９】
以上の工程によって、図２（ｄ）に示す構造を得ることができる。この後、適当なエッチング液を用いたウェットエッチング法によりＳｉＯ２膜２０４を剥離することによってゲート電極構造が完成する（図２（ｅ））。
【００６０】
本実施の形態によれば、シリコン、臭素および酸素を含むガスをエッチングガスとして使用することによって、エッチング雰囲気中にＳｉＯｘＢｒを生成させて、Ｈｉｇｈ−ｋ膜のエッチング速度を向上させることができるとともに、ＳｉＯ２膜に対する選択比を大きくすることが可能となる。したがって、Ｈｉｇｈ−ｋ膜を選択的にエッチングして、半導体装置を安定的に製造することができるようになる。
【００６１】
実施の形態１と実施の形態２とは、組み合わせて行ってもよい。すなわち、実施の形態１に示す方法に従って図２（ｃ）に示す構造を形成した後、実施の形態１および実施の形態２を組み合わせた方法によってＨｉｇｈ−ｋ膜のエッチングを行う。具体的には、図３および図４のドライエッチング装置において、ガス噴出し口４０２の周囲に設けられた板状部材４０３および下部電極３０２の上に設けられた下部リング３０７をそれぞれシリコンで形成するとともに、シリコン、臭素および酸素を含むガスをエッチングガスとして使用する。これにより、シリコンを多量に供給してエッチング雰囲気中のＳｉＯｘＢｒの濃度を大きくすることができる。したがって、Ｈｉｇｈ−ｋ膜のエッチング速度およびＳｉＯ２膜に対する選択比を一層大きくすることが可能となる。
【００６２】
実施の形態１および２においては、Ｈｉｇｈ−ｋ膜の下地膜としてＳｉＯ２膜を用いた例について示したが、本発明はこれに限られるものではない。Ｈｉｇｈ−ｋ膜の下地膜はシリコンを含む酸化膜であればよく、例えばシリコン酸窒化膜やシリケート膜などを用いてもよい。
【００６３】
また、実施の形態１および２においては、ゲート電極材料として多結晶シリコン膜を用いた例について述べたが、本発明はこれに限られるものではない。アモルファスシリコンまたはシリコンゲルマニウムなどのシリコンを含む膜であれば、ゲート電極材料として用いることができる。
【００６４】
さらに、実施の形態１および２においては、トランジスタのゲート絶縁膜にＨｉｇｈ−ｋ膜を用いた例について述べたが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、受動素子としてのキャパシタ膜にＨｉｇｈ−ｋ膜を用いた例にも適用することが可能である。
【００６５】
【発明の効果】
本発明によれば、ドライエッチング装置内にシリコン供給源を設けるとともに、臭素および酸素を含むガスをエッチングガスとして使用することによって、Ｈｉｇｈ−ｋ膜のエッチング速度を向上させることができるとともに、ＳｉＯ２膜に対する選択比を大きくすることが可能となる。
【００６６】
また、本発明によれば、シリコン、臭素および酸素を含むガスをエッチングガスとして用いることによって、Ｈｉｇｈ−ｋ膜のエッチング速度を向上させることができるとともに、ＳｉＯ２膜に対する選択比を大きくすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｈｉｇｈ−ｋ膜、ＳｉＯ２膜および多結晶シリコン膜のエッチング速度を比較した図である。
【図２】（ａ）〜（ｅ）は、本発明による半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図３】本発明で使用されるドライエッチング装置の一例である。
【図４】図３のドライエッチング装置の一部拡大図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、従来の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
２０１，５０１  半導体基板、  ２０２，２０３，５０２，５０３  素子分離領域、  ２１１，５１１  多結晶シリコン膜パターン、  ２０４，２０７，５０４，５０７  ＳｉＯ２膜、  ２０５，５０５  Ｈｉｇｈ−ｋ膜、  ２０６，５０６  多結晶シリコン膜、  ２０８，５０８  反射防止膜、  ２０９，５０９  レジストパターン、  ２１０，５１０  ＳｉＯ２膜パターン、  ３００  ドライエッチング装置、  ３０１  真空チャンバ、  ３０２  下部電極、  ３０３  上部電極、  ３０４，３０５  高周波電源、  ３０６  半導体基板、  ３０７  下部リング、  ３０８  エッチングガス供給管、  ３０９  プラズマ放電域、  ３１０  排気口、  ４０１  中空部、  ４０２  ガス噴出し口、  ４０３  板状部材、  ４０４  上部リング。
【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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