(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン酸化膜上にシリコン窒化膜が形成された被処理基板に対して、ＣＨｘＦｙ（ｘ，ｙは１以上の整数）ガスとＯ２ガスとＣｍＦｎ（ｍ，ｎは１以上の整数）ガスを用いて、前記シリコン酸化膜に対して前記シリコン窒化膜を選択的にプラズマエッチングするプラズマエッチング工程を有する半導体装置の製造方法であって、
前記ＣｍＦｎ（ｍ，ｎは１以上の整数）ガスの添加量を、前記Ｏ２ガスの流量の１０％以下かつ１％以上の流量として前記シリコン酸化膜に対して前記シリコン窒化膜を選択的にプラズマエッチングすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、
前記被処理基板にゲート電極が形成され、前記シリコン窒化膜を選択的にプラズマエッチングして、前記ゲートにシリコン窒化膜のスペーサを形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の半導体装置の製造方法であって、
前記ＣＨｘＦｙ（ｘ，ｙは１以上の整数）ガスが、ＣＨＦ３ガス又はＣＨ２Ｆ２ガスであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３いずれか１項記載の半導体装置の製造方法であって、
前記ＣｍＦｎ（ｍ，ｎは１以上の整数）ガスの添加量が、前記Ｏ２ガスの流量の８％以下かつ１％以上であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜３いずれか１項記載の半導体装置の製造方法であって、
前記ＣｍＦｎ（ｍ，ｎは１以上の整数）ガスの添加量が、前記Ｏ２ガスの流量の６％以下かつ１％以上であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５いずれか１項記載の半導体装置の製造方法であって、
前記ＣｍＦｎ（ｍ，ｎは１以上の整数）ガスが、Ｃ２Ｆ６ガス、Ｃ３Ｆ８ガス、Ｃ４Ｆ６ガス、Ｃ４Ｆ８ガス、Ｃ５Ｆ８ガスのいずれかであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６いずれか１項記載の半導体装置の製造方法であって、
前記エッチングガスが、さらに希ガスを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
被処理基板を収容する処理チャンバーと、
前記処理チャンバー内に前記エッチングガスを供給するエッチングガス供給手段と、
前記エッチングガス供給手段から供給された前記エッチングガスをプラズマ化して前記被処理基板をプラズマエッチングするプラズマ生成手段と、
前記処理チャンバー内で請求項１から請求項７いずれか１項記載の半導体装置の製造方法が行われるように制御する制御部と
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項９】
コンピュータ上で動作し、実行時に、請求項１から請求項７いずれか１項記載の半導体装置の製造方法が行われるように半導体装置の製造装置を制御することを特徴とする制御プログラム。
【請求項１０】
コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ記憶媒体であって、前記制御プログラムは、実行時に請求項１から請求項７いずれか１項記載の半導体装置の製造方法が行われるように半導体装置の製造装置を制御することを特徴とするコンピュータ記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン窒化膜をシリコン酸化膜に対して選択的にプラズマエッチングする工程を有する半導体装置の製造方法、半導体装置の製造装置、制御プログラム及びコンピュータ記憶媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体装置の製造工程においては、ＳｉＮ膜等のシリコン窒化膜を、その下側に形成されたＳｉＯ2膜、ＳｉＯＣ膜（酸素添加シリコン酸化膜）等のシリコン酸化膜に対して選択的にプラズマエッチングすることが行われている。このようなプラズマエッチングにおいては、エッチングガスとして例えば、ＣＨ3ＦとＯ2の混合ガスを使用し、エッチングにおけるシリコン酸化膜に対するシリコン窒化膜の選択比（シリコン窒化膜のエッチングレート／シリコン酸化膜のエッチングレート）を高める技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００３−２２９４１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記のとおり、従来からエッチングガスとして、ＣＨ3ＦとＯ2の混合ガス等を使用し、シリコン酸化膜に対してシリコン窒化膜を選択的にエッチングすることが知られている。また、このようなエッチングガスにＡｒ等の希ガスを希釈ガスとして加えてプラズマを安定化させることも知られている。
【０００４】
上記の技術においては、エッチングガス中のＯ2は、シリコン酸化膜のエッチングにほとんど寄与しないことから、Ｏ2の添加が、シリコン酸化膜に対するシリコン窒化膜の選択比を高める要因となっている。しかしながら、このようにＯ2を添加してシリコン酸化膜に対するシリコン窒化膜の選択比を高めると、シリコン窒化膜の表面の酸化と推測されるマイクロマスクが形成され、シリコン窒化膜の表面に、微細な凹凸形状となった荒れが発生し、半導体装置における特性の低下を招くおそれがあることが判明した。
【０００５】
本発明は、上記従来の事情に対処してなされたもので、シリコン酸化膜に対するシリコン窒化膜の高い選択比を得ることができるとともに、シリコン窒化膜表面に荒れが生じることを防止することのできる半導体装置の製造方法、半導体装置の製造装置、制御プログラム及びコンピュータ記憶媒体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の半導体装置の製造方法は、シリコン酸化膜上にシリコン窒化膜が形成された被処理基板に対して、ＣＨｘＦｙ（ｘ，ｙは１以上の整数）ガスとＯ２ガスとＣｍＦｎ（ｍ，ｎは１以上の整数）ガスを用いて、前記シリコン酸化膜に対して前記シリコン窒化膜を選択的にプラズマエッチングするプラズマエッチング工程を有する半導体装置の製造方法であって、前記ＣｍＦｎ（ｍ，ｎは１以上の整数）ガスの添加量を、前記Ｏ２ガスの流量の１０％以下かつ１％以上の流量として前記シリコン酸化膜に対して前記シリコン窒化膜を選択的にプラズマエッチングすることを特徴とする。
【０００７】
請求項２の半導体装置の製造方法は、請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、前記被処理基板にゲート電極が形成され、前記シリコン窒化膜を選択的にプラズマエッチングして、前記ゲートにシリコン窒化膜のスペーサを形成することを特徴とする。
【０００８】
請求項３の半導体装置の製造方法は、請求項１又は２記載の半導体装置の製造方法であって、前記ＣＨxＦy（ｘ，ｙは１以上の整数）ガスが、ＣＨ3Ｆガス又はＣＨ2Ｆ2ガスであることを特徴とする。
【０００９】
請求項４の半導体装置の製造方法は、請求項１〜３いずれか１項記載の半導体装置の製造方法であって、前記ＣｍＦｎ（ｍ，ｎは１以上の整数）ガスの添加量が、前記Ｏ２ガスの流量の８％以下かつ１％以上であることを特徴とする。
【００１０】
請求項５の半導体装置の製造方法は、請求項１〜３いずれか１項記載の半導体装置の製造方法であって、前記ＣｍＦｎ（ｍ，ｎは１以上の整数）ガスの添加量が、前記Ｏ２ガスの流量の６％以下かつ１％以上であることを特徴とする。
【００１１】
請求項６の半導体装置の製造方法は、請求項１〜５いずれか１項記載の半導体装置の製造方法であって、前記ＣｍＦｎ（ｍ，ｎは１以上の整数）ガスが、Ｃ２Ｆ６ガス、Ｃ３Ｆ８ガス、Ｃ４Ｆ６ガス、Ｃ４Ｆ８ガス、Ｃ５Ｆ８ガスのいずれかであることを特徴とする。
【００１２】
請求項７の半導体装置の製造方法は、請求項１〜６いずれか１項記載の半導体装置の製造方法であって、前記エッチングガスが、さらに希ガスを含むことを特徴とする。
【００１３】
請求項８の半導体装置の製造装置は、被処理基板を収容する処理チャンバーと、前記処理チャンバー内に前記エッチングガスを供給するエッチングガス供給手段と、前記エッチングガス供給手段から供給された前記エッチングガスをプラズマ化して前記被処理基板をプラズマエッチングするプラズマ生成手段と、前記処理チャンバー内で請求項１から請求項７いずれか１項記載の半導体装置の製造方法が行われるように制御する制御部とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
請求項９の制御プログラムは、コンピュータ上で動作し、実行時に、請求項１から請求項７いずれか１項記載の半導体装置の製造方法が行われるように半導体装置の製造装置を制御することを特徴とする。
【００１５】
請求項１０のコンピュータ記憶媒体は、コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ記憶媒体であって、前記制御プログラムは、実行時に請求項１から請求項７いずれか１項記載の半導体装置の製造方法が行われるように半導体装置の製造装置を制御することを特徴とする。  
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、シリコン酸化膜に対するシリコン窒化膜の高い選択比を得ることができるとともに、シリコン窒化膜表面に荒れが生じることを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法における被処理基板としての半導体ウエハの断面構成を拡大して示すものである。また、図２は、本実施形態に係る半導体装置の製造装置としてのプラズマエッチング装置の構成を示すものである。まず、図２を参照してプラズマエッチング装置の構成について説明する。
【００１８】
プラズマエッチング装置は、気密に構成され、電気的に接地電位とされたチャンバー１を有している。このチャンバー１は、円筒状とされ、例えばアルミニウム等から構成されている。チャンバー１内には、被処理基板である半導体ウエハ３０を水平に支持する支持テーブル２が設けられている。支持テーブル２は例えばアルミニウム等で構成されており、絶縁板３を介して導体の支持台４に支持されている。また、支持テーブル２の上方の外周には、例えば単結晶シリコンで形成されたフォーカスリング５が設けられている。
【００１９】
支持テーブル２には、マッチングボックス１１を介してＲＦ電源１０が接続されている。ＲＦ電源１０からは所定周波数（例えば１３．５６ＭＨｚ）の高周波電力が支持テーブル２に供給されるようになっている。一方、支持テーブル２に対向してその上方にはシャワーヘッド１６が互いに平行に設けられており、このシャワーヘッド１６は接地されている。したがって、これらの支持テーブル２とシャワーヘッド１６は、一対の電極として機能するようになっている。
【００２０】
支持テーブル２の上面には、半導体ウエハ３０を静電吸着するための静電チャック６が設けられている。この静電チャック６は絶縁体６ｂの間に電極６ａを介在させて構成されており、電極６ａには直流電源１２が接続されている。そして電極６ａに直流電源１２から直流電圧が印加されることにより、クーロン力によって半導体ウエハ３０が吸着されるよう構成されている。
【００２１】
支持テーブル２の内部には、図示しない冷媒流路が形成されており、その中に適宜の冷媒を循環させることによって、半導体ウエハ３０を所定の温度に制御可能となっている。また、フォーカスリング５の外側には排気リング１３が設けられている。排気リング１３は支持台４を通してチャンバー１と導通している。
【００２２】
チャンバー１の天壁部分には、支持テーブル２に対向するようにシャワーヘッド１６が設けられている。シャワーヘッド１６は、その下面に多数のガス吐出孔１８が設けられており、かつその上部にガス導入部１６ａを有している。そして、その内部には空間１７が形成されている。ガス導入部１６ａにはガス供給配管１５ａが接続されており、このガス供給配管１５ａの他端には、エッチング用の処理ガス（エッチングガス）を供給する処理ガス供給系１５が接続されている。
【００２３】
処理ガス供給系１５から供給される処理ガスは、ガス供給配管１５ａ、ガス導入部１６ａを介してシャワーヘッド１６内部の空間１７に至り、ガス吐出孔１８から半導体ウエハ３０に向けて吐出される。本実施形態において、処理ガス供給系１５からは、少なくとも、ＣＨxＦy（ｘ，ｙは１以上の整数）ガスとＯ2ガスとを含む混合ガスに、Ｏ2ガスの流量の１０％以下の流量のＣmＦn（ｍ，ｎは１以上の整数）ガスを添加したエッチングガス又はこのエッチングガスにさらにＡｒガスやＨｅガス等の希ガスを加えたエッチングガスが供給される。
【００２４】
チャンバー１の下部には、排気ポート１９が形成されており、この排気ポート１９には排気系２０が接続されている。そして排気系２０に設けられた真空ポンプを作動させることによりチャンバー１内を所定の真空度まで減圧することができるようになっている。一方、チャンバー１の側壁には、ウエハ３０の搬入出口を開閉するゲートバルブ２４が設けられている。
【００２５】
一方、チャンバー１の周囲には、同心状に、リング磁石２１が配置されており、支持テーブル２とシャワーヘッド１６との間の空間に磁界を及ぼすようになっている。このリング磁石２１は、図示しないモータ等の回転手段により回転可能となっている。
【００２６】
上記構成のプラズマエッチング装置は、制御部６０によって、その動作が統括的に制御される。この制御部６０には、ＣＰＵを備えプラズマエッチング装置の各部を制御するプロセスコントローラ６１と、ユーザインタフェース６２と、記憶部６３とが設けられている。
【００２７】
ユーザインタフェース６２は、工程管理者がプラズマエッチング装置を管理するためにコマンドの入力操作を行うキーボードや、プラズマエッチング装置の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等から構成されている。
【００２８】
記憶部６３には、プラズマエッチング装置で実行される各種処理をプロセスコントローラ６１の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や処理条件データ等が記憶されたレシピが格納されている。そして、必要に応じて、ユーザインタフェース６２からの指示等にて任意のレシピを記憶部６３から呼び出してプロセスコントローラ６１に実行させることで、プロセスコントローラ６１の制御下で、プラズマエッチング装置での所望の処理が行われる。また、制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータで読取り可能なコンピュータ記憶媒体（例えば、ハードディスク、ＣＤ、フレキシブルディスク、半導体メモリ等）などに格納された状態のものを利用したり、或いは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。
【００２９】
このように構成されたプラズマエッチング装置で、半導体ウエハ３０に形成されたシリコン窒化膜を下地膜であるシリコン酸化膜に対して選択的にプラズマエッチングする手順について説明する。まず、ゲートバルブ２４が開かれ、半導体ウエハ３０が図示しない搬送ロボット等により、図示しないロードロック室を介してチャンバー１内に搬入され、支持テーブル２上に載置される。この後、搬送ロボットをチャンバー１外に退避させ、ゲートバルブ２４を閉じる。そして、排気系２０の真空ポンプにより排気ポート１９を介してチャンバー１内が排気される。
【００３０】
チャンバー１内が所定の真空度になった後、チャンバー１内には処理ガス供給系１５から所定の処理ガス（エッチングガス）が導入され、チャンバー１内が所定の圧力、例えば８．０Ｐａに保持され、この状態でＲＦ電源１０から支持テーブル２に、周波数が例えば１３．５６ＭＨｚ、パワーが例えば１００〜５０００Ｗの高周波電力が供給される。このとき、直流電源１２から静電チャック６の電極６ａに所定の直流電圧が印加され、半導体ウエハ３０はクーロン力により吸着される。
【００３１】
この場合に、上述のようにして下部電極である支持テーブル２に高周波電力が印加されることにより、上部電極であるシャワーヘッド１６と下部電極である支持テーブル２との間には電界が形成される。一方、チャンバー１の上部１ａにはリング磁石２１により水平磁界が形成されているから、半導体ウエハ３０が存在する処理空間には電子のドリフトによりマグネトロン放電が生じ、それによって形成された処理ガスのプラズマにより、半導体ウエハ３０上に形成されたシリコン窒化膜がエッチング処理される。
【００３２】
そして、所定のエッチング処理が終了すると、高周波電力の供給及び処理ガスの供給が停止され、上記した手順とは逆の手順で、半導体ウエハ３０がチャンバー１内から搬出される。
【００３３】
次に、図１を参照して、本実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。図１（Ａ）、図１（Ｂ）は、本実施形態における被処理基板としての半導体ウエハの要部構成を拡大して示すものである。同図において、１０１は、半導体ウエハを構成するシリコン基板を示している。シリコン基板１０１上の所定部位には、所定形状にパターニングされたポリシリコン膜１０２が形成されており、このポリシリコン膜１０２及びシリコン基板１０１の表面を覆うようにシリコン酸化膜（例えばＳｉＯ2膜、ＳｉＯＣ膜等）１０３が形成されている。そして、図１（Ａ）に示す状態では、このシリコン酸化膜１０３の全面を覆うように窒化シリコン膜（例えば、ＳｉＮ膜）１０４が形成されている。
【００３４】
そして、図１（Ａ）に示す状態から、プラズマエッチングを行い、窒化シリコン膜１０４をエッチングして、図１（Ｂ）に示すように、ポリシリコン膜１０２の周囲にのみ窒化シリコン膜１０４を残した状態とする。このような構造は、例えば、半導体装置のゲートに窒化膜スペーサを形成する場合に利用される。このプラズマエッチングには、少なくとも、ＣＨxＦy（ｘ，ｙは１以上の整数）ガスとＯ2ガスとを含む混合ガスに、Ｏ2ガスの流量の１０％以下の流量のＣmＦn（ｍ，ｎは１以上の整数）ガスを添加したエッチングガス又はこのエッチングガスにさらに希ガスを加えたエッチングガスを使用する。
【００３５】
ＣＨxＦyガスとしては、例えば、ＣＨ3Ｆガス又はＣＨ2Ｆ2ガス等を好適に使用することができる。また、ＣmＦnガスとしては、例えば、Ｃ2Ｆ6ガス、Ｃ3Ｆ8ガス、Ｃ4Ｆ6ガス、Ｃ4Ｆ8ガス、Ｃ5Ｆ8ガス等を好適に使用することができる。ＣmＦnガスを添加することによって、シリコン窒化膜の表面の荒れの発生を防止することができるが、その添加量を多くし過ぎると、シリコン窒化膜のシリコン酸化膜に対する選択比が低下する。このためＣmＦnガスの添加量の上限は、Ｏ2ガスの流量の１０％以下とする。また、シリコン窒化膜のシリコン酸化膜に対する選択比の観点からは、ＣmＦnガスの添加量は、Ｏ2ガスの流量の８％以下とすることが好ましく、６％以下とすることがさらに好ましい。ＣmＦnガスの添加量の下限については、プラズマエッチング装置のガス流量制御範囲の下限が通常１ｓｃｃｍ程度であること、等によって制限されるが、シリコン窒化膜の酸化を抑制して表面荒れを防止する作用を得るためには、Ｏ2ガスの流量の１％以上とすることが好ましく、３％以上とすることがさらに好ましい。また、希釈ガスとしての希ガスとしては、例えば、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ等のガスを使用することができる。
【００３６】
実施例として、図２に示したプラズマ処理装置を使用し、図１に示した構造の半導体ウエハに、上記したプラズマエッチング工程を、以下に示すようなレシピにより実施した。
【００３７】
なお、以下に示される実施例の処理レシピは、制御部６０の記憶部６３から読み出されて、プロセスコントローラ６１に取り込まれ、プロセスコントローラ６１がプラズマ処理装置の各部を制御プログラムに基づいて制御することにより、読み出された処理レシピ通りのエッチング工程が実行される。
エッチングガス：ＣＨ3Ｆ／Ａｒ／Ｏ2／Ｃ4Ｆ8＝６０／９０／３８／２  ｓｃｃｍ
圧力：８．０Ｐａ（６０ｍTorr）
電力：２００Ｗ
【００３８】
上記プラズマエッチング工程におけるシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）のエッチングレートは、５０．４ｎｍ／ｍｉｎであり、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）に対する選択比（シリコン窒化膜のエッチングレート／シリコン酸化膜のエッチングレート）は、１１．０であった。また、エッチング後のシリコン窒化膜の表面を、電子顕微鏡で拡大して観察したところ、図１（Ｂ）に示されるように、シリコン窒化膜１０４の表面は滑らかであり、荒れは見られなかった。
【００３９】
比較例として、エッチングガスにＣ4Ｆ8を添加せず、プラズマエッチング工程を、以下に示すようなレシピにより実施した。
エッチングガス：ＣＨ3Ｆ／Ａｒ／Ｏ2＝６０／９０／３２  ｓｃｃｍ
圧力：６．６Ｐａ（５０ｍTorr）
電力：２００Ｗ
【００４０】
上記プラズマエッチング工程におけるシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）のエッチングレートは、３７．２ｎｍ／ｍｉｎであり、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）に対する選択比（シリコン窒化膜のエッチングレート／シリコン酸化膜のエッチングレート）は、１１．０であった。また、エッチング後のシリコン窒化膜の表面を、電子顕微鏡で拡大して観察したところ、図３に示すように、シリコン窒化膜１０４の表面には、凹凸状になった荒れ１１０が発生していた。
【００４１】
上記の結果から分かるように、上記実施例では、比較例の場合と同様なシリコン窒化膜のシリコン酸化膜に対する選択比が得られ、かつ、比較例の場合のようなシリコン窒化膜の表面の荒れは、発生しなかった。
【００４２】
以上説明したとおり、本実施形態によれば、半導体製造装置の製造方法におけるプラズマエッチング工程において、シリコン酸化膜に対するシリコン窒化膜の高い選択比を得ることができるとともに、シリコン窒化膜表面に荒れが生じることを防止することができる。なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、各種の変形が可能である。例えば、プラズマエッチング装置は、図２に示した平行平板型の下部１周波印加型に限らず、上下２周波印加型のプラズマエッチング装置や、下部２周波印加型のプラズマエッチング装置等の他、各種のプラズマエッチング装置を使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の半導体装置の製造方法の実施形態に係る半導体ウエハの断面構成を示す図。
【図２】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造装置の概略構成を示す図。
【図３】比較例におけるシリコン窒化膜の表面状態を説明するための図。
【符号の説明】
【００４４】
１０１……シリコン基板、１０２……ポリシリコン膜、１０３……シリコン酸化膜、１０４……シリコン窒化膜。
【図１】
0004772456.tif 000002
【図２】
0004772456.tif 000003
【図３】
0004772456.tif 000004