(57)【要約】【課題】高誘電率ゲート絶縁膜時のゲートモジュールを構成するＰｏｌｙ−Ｓｉ層側壁サイドエッチングや下地Ｓｉ層のロス量を低減させるプラズマエッチング処理方法を提供する。【解決手段】Ａｒガス、Ｈｅガス、Ａｒ＋Ｈｅ混合ガス、及びこれらのガスにＣＨ４を混合したガスを用い、４０℃以上の温度を維持してＨｆＯ２等の高誘電率ゲート絶縁膜３２をガスプラズマエッチング処理することによって、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層３３、下地Ｓｉ層３１、ＳｉＯ２マスク３４と、ＨｆＯ２３２のエッチング選択比を確保し、ＨｆＯ２プラズマエッチング時のＰｏｌｙ−Ｓｉゲート部側壁３３のサイドエッチングや下地Ｓｉ層３１のロス量を低減させる。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＨｆＯ２，ＨｆＳｉＯ２，ＨｆＳｉｘＮｙ，ＨｆＳｉＯＮ，ＨｆＡｌｘＯｙ，ＺｒＯ２，Ｌａ２Ｏ３，（Ａｌ，Ｈｆ）Ｏｘ，Ｙ２Ｏ３のいずれかからなる高誘電率ゲート絶縁膜を用いたトランジスタモジュールを形成する試料を電極に静電吸着してプラズマ処理するプラズマ処理方法において、
前記高誘電率ゲート絶縁膜のエッチング処理に、不活性ガスを用いたプラズマ処理を行うことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２】
ＨｆＯ２，ＨｆＳｉＯ２，ＨｆＳｉｘＮｙ，ＨｆＳｉＯＮ，ＨｆＡｌｘＯｙ，ＺｒＯ２，Ｌａ２Ｏ３，（Ａｌ，Ｈｆ）Ｏｘ，Ｙ２Ｏ３のいずれかからなる高誘電率ゲート絶縁膜を用いたトランジスタモジュールを形成する試料を電極に静電吸着してプラズマ処理するプラズマ処理方法において、
前記高誘電率ゲート絶縁膜のエッチング処理に、不活性ガスとＣＨ基を含むガスの混合ガスを用いたプラズマ処理を行うことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載のプラズマ処理方法において、前記不活性ガスが、ＡｒガスまたはＨｅガスもしくはＡｒガスとＨｅガスの混合ガスであることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項４】
請求項２記載のプラズマ処理方法において、前記ＣＨ基を含むガスが、ＣＨ４であることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項５】
請求項１または請求項２記載のプラズマ処理方法において、試料若しくは試料を保持する電極温度を４０℃以上に温調することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項６】
請求項１または請求項２記載のプラズマ処理方法において、前記不活性ガスが、ＡｒガスまたはＨｅガスもしくはＡｒガスとＨｅガスの混合ガスであり、試料若しくは試料を保持する電極温度を４０℃以上に温調することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項７】
請求項２記載のプラズマ処理方法において、前記ＣＨ基を含むガスが、ＣＨ４であり、試料若しくは試料を保持する電極温度を４０℃以上に温調することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項８】
請求項１または請求項２記載のプラズマ処理方法において、前記試料が、Ｓｉ基盤上に導電性ゲート電極および高誘電率ゲート絶縁膜が積層された構造であることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項９】
請求項８記載のプラズマ処理方法において、不活性ガスとＦを含まないＣＨ基を含むガスの混合ガスを用いて、高誘電率ゲート絶縁膜を下地Ｓｉ膜への高選択比状態下においてエッチング処理するプラズマ処理方法。
【請求項１０】
不活性ガスもしくは不活性ガスとＣＨ基を含むガスとの混合ガスを真空容器内に導入する手段と、試料を静電吸着する電極と、前記電極に静電吸着した試料のＨｆＯ２，ＨｆＳｉＯ２，ＨｆＳｉｘＮｙ，ＨｆＳｉＯＮ，ＨｆＡｌｘＯｙ，ＺｒＯ２，Ｌａ２Ｏ３，（Ａｌ，Ｈｆ）Ｏｘ，Ｙ２Ｏ３のいずれかからなる高誘電率ゲート絶縁膜を前記ガスのプラズマでプラズマ処理する手段と、プラズマ処理する時間を管理する手段とを具備したことを特徴とするプラズマエッチング処理装置。
【請求項１１】
請求項１０記載のプラズマエッチング処理装置において、前記不活性ガスが、ＡｒガスまたはＨｅガスもしくはこれらの混合ガスであり、ＣＨ基を含むガスがＣＨ４であることを特徴とする請求項１０記載のプラズマエッチング処理装置。
【請求項１２】
請求項１１記載のプラズマエッチング処理装置において、前記絶縁膜が、基板に形成された高誘電率ゲート絶縁膜を少なくとも１層含む２層以上の積層膜であり、この積層膜をエッチングすることを特徴とするプラズマエッチング処理装置。
【請求項１３】
大気ローダと、真空搬送ロボットをその中に有する真空搬送室と、前記大気ローダと前記真空搬送室とを連結する２つのロック室と、不活性ガスもしくは不活性ガスとＣＨ基を含むガスとの混合ガスを真空容器内に導入する手段、試料を静電吸着する電極、前記電極に静電吸着した試料のＨｆＯ２，ＨｆＳｉＯ２，ＨｆＳｉｘＮｙ，ＨｆＳｉＯＮ，ＨｆＡｌｘＯｙ，ＺｒＯ２，Ｌａ２Ｏ３，（Ａｌ，Ｈｆ）Ｏｘ，Ｙ２Ｏ３のいずれかからなる高誘電率ゲート絶縁膜を前記ガスのプラズマでプラズマ処理する手段、プラズマ処理する時間を管理する手段とを具備したプラズマエッチング処理装置が複数個前記真空搬送室に接続されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＨｆＯ２，ＨｆＳｉＯ２，ＨｆＳｉｘＮｙ，ＨｆＳｉＯＮ，ＨｆＡｌｘＯｙ，ＺｒＯ２，Ｌａ２Ｏ３，（Ａｌ，Ｈｆ）Ｏｘ，Ｙ２Ｏ３のいずれかからなる高誘電率ゲート絶縁膜を用いたＣＭＯＳゲートトランジスタモジュールを形成する試料において、高誘電率ゲート絶縁膜をエッチング処理するのに効果的なプラズマ処理方法およびプラズマエッチング処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＭＯＳトランジスタ微細化の進展により、トランジスタゲート絶縁膜は、ＳｉＯ２／ＳｉＯｘＮｙに代わるゲート絶縁膜を遅くとも数年以内には導入することが必須の情勢となっている。現時点では、高誘電率材料としては、Ｓｉ界面での安定性と比誘電率の値からＨｆＯ２，ＺｒＯ２などの材料（比誘電率２０−３０）とそれらのＳｉｌｉｃａｔｅ（比誘電率１０−２０）などに絞られてきている。
【０００３】
この状況に反して、高誘電率ゲート絶縁膜のプラズマエッチング技術に関しては、エッチング速度／均一性、形状制御性、サイドウオール付着状況等の経時変化について未知な部分が多く、今後の開発課題となっている。
【０００４】
従来の高誘電率ゲート絶縁膜の加工方法には、薬液（ＨＦ）を用いたＷＥＴエッチング処理、Ｏ２プラズマエッチングとＷＥＴエッチング（ＨＦ溶液）の組合せ処理やＣｌ２／Ｏ２／ＨＢｒガスによるドライエッチングがあったが、ゲートトランジスタを構成するＰｏｌｙ−Ｓｉ膜へのサイドエッチングの発生、ＣＤロスや高誘電率ゲート絶縁膜エッチング後の下地Ｓｉロス量の増大が課題となっていた（例えば、非特許文献１，２参照）。
【０００５】
すなわち、従来の高誘電率ゲート絶縁膜を用いたＣＭＯＳトランジスタの製造方法を、図４を用いて説明する。例えばＨｆＯ２からなる高誘電率ゲート絶縁膜を用いたＣＭＯＳトランジスタは、下地Ｓｉ層（Ｓｉ−Ｓｕｂ）３１の上に、ＨｆＯ２からなりおよそ３，５ｎｍの厚みを有する高誘電率ゲート絶縁膜３２と、１５０ｎｍ程度の厚みを有するＰｏｌｙ−Ｓｉ層３３と、５０ｎｍ程度の厚みを有するＳｉＯ２マスク３４を積層生成した試料３０を用いて作製される。ＳｉＯ２マスク３４を、例えば、Ｃ５Ｆ８その他の液を用いて終了点を検出（ＥＰＤ）するまでウエットエッチング（処理Ａ）し、次いでＰｏｌｙ−Ｓｉ層３３を、Ｃｌ２／Ｏ２／ＨＢｒ液を用いて終了点を検出するまでウエットエッチング（処理Ｂ）した（図４（Ａ））後、ＨｆＯ２からなる高誘電率ゲート絶縁膜３２を、ＨＦ液などの酸性溶液を用いてウエットエッチング（処理Ｃ）して、製造される。この高誘電率ゲート絶縁膜３２のウエットエッチング工程（処理Ｃ）においては、図４（Ｂ）に示すように、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層３３がサイドエッチング（３３Ｓ）されてしまい、ＣＭＯＳゲートとしての形状を確保することができないという問題を有している。
【０００６】
また、処理Ａおよび処理Ｂの後、高誘電率ゲート絶縁膜３２をエッチング（処理Ｃ）するにあたって、Ｃｌ２／Ｏ２プラズマによってドライエッチングする方法も考えられるが、この方法では、Ｃｌ２／Ｏ２プラズマの下地Ｓｉ層３１と高誘電率ゲート絶縁膜３２とのエッチング選択比（高誘電率ゲート絶縁膜／下地Ｓｉ層）が小さく、かつ高誘電率ゲート絶縁膜３２のエッチング終了点（ＥＰＤ）を検出することが困難であることから、図４（Ｃ）に示すように、下地Ｓｉ層３１が大きくエッチング（３２Ｅ）されること（下地Ｓｉ層ロス）、およびＰｏｌｙ−Ｓｉ層３３がサイドエッチング（３３Ｓ）されＣＭＯＳゲートの形状を確保することができないという問題を有している。
【０００７】
【非特許文献１】
ＩＢＭ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｒｅｐｏｒｔ／ＲＣ２２６４２（Ｗ０２０６−０８３）Ｊｕｎｅ  １７，２００２
【非特許文献２】
第５０回応用物理学関係連合講演会講演予稿集、２８ａ−ＺＸ−９、ｐ８７７（２００３−３）ドライエッチングによるＨｉｇｈ−ｋ膜加工技術、前田毅、伊藤浩之、三橋理一郎、堀内淳、川原孝昭、武藤彰良、鳥居和功、北島洋
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術においては、ＣＭＯＳゲートモジュールの側壁サイドエッチング量や下地Ｓｉ層ロス量を低減させる具体的なプラズマエッチング方法については十分な検討が行われていない。
【０００９】
そこで、本発明は、プラズマエッチング処理における高誘電率ゲート絶縁膜エッチングに対して、高い加工寸法制御性およびゲートモジュール材料であるＰｏｌｙ−Ｓｉ層および下地Ｓｉ層に対し、高誘電率ゲート絶縁膜エッチング選択比を確保して、従来課題であった高誘電率ゲート絶縁膜エッチング時のゲートモジュール側壁サイドエッチングや下地Ｓｉ層のロス量を低減させることができるプラズマ処理方法を具体的に提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、ＨｆＯ２，ＨｆＳｉＯ２，ＨｆＳｉｘＮｙ，ＨｆＳｉＯＮ，ＨｆＡｌｘＯｙ，ＺｒＯ２，Ｌａ２Ｏ３，（Ａｌ，Ｈｆ）Ｏｘ，Ｙ２Ｏ３のいずれかからなる高誘電率ゲート絶縁膜を用いたトランジスタモジュールを形成する試料を試料台に静電吸着してプラズマエッチング処理するプラズマ処理方法において、ＡｒガスまたはＨｅガスもしくはＡｒガスとＨｅガスの混合ガスを用いてプラズマ処理することによって、達成することができる。
【００１１】
また、上記課題は、ＨｆＯ２，ＨｆＳｉＯ２，ＨｆＳｉｘＮｙ，ＨｆＳｉＯＮ，ＨｆＡｌｘＯｙ，ＺｒＯ２，Ｌａ２Ｏ３，（Ａｌ，Ｈｆ）Ｏｘ，Ｙ２Ｏ３のいずれかからなる高誘電率ゲート絶縁膜を用いたトランジスタモジュールを形成する試料を試料台に静電吸着してプラズマエッチング処理するプラズマ処理方法において、ＡｒガスまたはＨｅガスもしくはＡｒガスとＨｅガスの混合ガスにさらに、ＣＨ基を含有するガス（ＣＨ４）を加えた混合ガス（Ａｒ＋ＣＨ４／Ｈｅ＋ＣＨ４／Ａｒ＋Ｈｅ＋ＣＨ４）を用いてプラズマ処理することによって、達成することができる。
【００１２】
さらに、上記課題は、上記プラズマ処理方法において、試料若しくは試料を保持する電極温度を４０℃以上で前記電極の耐用温度以下に温調することによって、達成することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。本発明のプラズマ処理方法は、プラズマエッチング処理装置として、基板上に高誘電率ゲート絶縁膜を含む複数の層を積層した試料をエッチングするプラズマ処理装置であって、プラズマ形成ガスの供給を受け、ガスプラズマを発生し、基板上に形成された高誘電率ゲート絶縁膜をガスプラズマによりエッチングするプラズマ処理装置を使用した。この、プラズマ処理装置は、誘導結合型プラズマエッチング装置、ヘリコン型プラズマエッチング装置、２周波励起平行平板型プラズマエッチング装置、マイクロ波型プラズマエッチング装置等を採用することができる。
【００１４】
図１の断面図を用いて、本発明にかかるプラズマ処理方法が適用されるプラズマエッチング処理装置の構成を説明する。プラズマエッチング処理装置１は、真空容器１１と、電極１２と、ガス供給装置１３と、排気装置１４と、整合器１５と、第１の高周波電源１６と、第２の高周波電源１７と、ファラデーシールド１８と、誘導結合アンテナ１９ａ，１９ｂとを有して構成される。
【００１５】
真空容器１１は、内部にプラズマ生成部を形成する絶縁材料（例えば、石英、セラミック等の非導電性材料）で成る放電部１１１と、被処理物である試料３０を配置するための電極１２が配置された処理部１１２とから成る。処理部１１２はアースに接地されており、電極１２は絶縁材を介して処理部１１２に取り付けられる。放電部１１１には、プラズマ２０を生成するため、整合器１５を介して第１の高周波電源１６に接続される誘導結合アンテナ１９ａ、１９ｂがファラデーシールド１８を介してとりつけられている。
【００１６】
本実施例では、典型的な例として、放電部１１１の外周にコイル状の誘導結合アンテナ１９ａ，１９ｂを配置したエッチング装置１を使用した。真空容器１１内にはガス供給装置１３から処理ガスが供給される一方で、排気装置１４によって所定の圧力に減圧排気される。ガス供給装置１３から真空容器１１内に供給された処理ガスを、誘導結合アンテナ１９ａ、１９ｂにより発生する電界の作用によってプラズマ２０化する。
【００１７】
また、プラズマ２０中に存在するイオンを試料３０上に引き込むために電極１２に第２の高周波電源１７によりバイアス電圧を印加する。試料３０はプラズマ２０によってエッチング処理される。
【００１８】
図２の模式図を用いて、電極１２の構成を説明する。電極１２は、上下動作する支持軸１２１により支持されており、電極１２の温度を制御するために循環冷媒１２２若しくはセラミックヒータ１２３にて温度制御し、冷却ガス導入管１２４から冷却ガスを導入して電極１２と試料３０の熱伝導を行い、試料の温度を制御している。電極１２表面にはセラミック材料の絶縁体１２５が装着されている。また、試料３０を電極１２に固定させるため、電極１２には静電吸着用直流電源１２６により電圧が印加され、試料吸着／保持している。
【００１９】
図３を用いて図１に示したプラズマエッチング処理装置１を用いたプラズマ処理装置の構成の概要を説明する。プラズマ処理装置は、大気ローダ４１と、アンロードロック室４２と、ロードロック室４３と、真空搬送室４４と、複数のプラズマエッチング処理装置１とを有して構成される。
【００２０】
大気ローダ４１は、アンロードロック室４２およびロードロック室４３と連結している。アンロードロック室４２およびロードロック室４３は、真空搬送室４４と連結した構成となっている。また、真空搬送室４４には、２台のプラズマエッチング処理装置１が接続されている。試料は、大気ローダ４１によって、ロードロック室４１に搬送され、ロードロック室４１から真空搬送室４４内に配置された真空搬送ロボット４４１により真空搬送室４４を経由してプラズマエッチング処理装置１に搬送されエッチング処理される。エッチング処理された試料は、真空搬送ロボット４４１によりプラズマエッチング処理装置１から取り出され真空搬送室４４を経由してアンロードロック室４２へ搬送される。試料は、アンロードロック室４２から大気ローダ４１によって取り出される。
【００２１】
上記のように構成されたプラズマ処理装置を用いて、図４（Ａ）に示す試料３０をエッチング処理した。試料３０は、下地Ｓｉ層３１上に高誘電率ゲート絶縁膜（ＨｆＯ２膜）３２が成膜される。この後、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層３３をＨｆＯ２膜３２上に成膜させた。さらに、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層３３上にＳｉＯ２マスク３４でライン状のマスクパターンを形成し（処理Ａ）、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層３３エッチングを実施し、ＳｉＯ２マスク３４／Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層３３でライン状パターンを形成した。
【００２２】
高誘電率ゲート絶縁膜３２のエッチング処理ガスとして、Ａｒ＋ＣＨ４ガスを使用した。
【００２３】
ＨｆＯ２膜３２のエッチング処理条件としては、Ａｒ＋ＣＨ４（０〜１０％）：５０〜１０００ｍｌ／ｍｉｎ、処理圧力：０．５〜３Ｐａ、ソース高周波電力：６００〜１５００Ｗ，バイアス高周波電力：３０〜３００Ｗ、電極温度：２５〜５５０℃である。このエッチング処理条件は、エッチング装置の設定で変更可能である。
【００２４】
表１に、本発明におけるＨｆＯ２エッチング条件を示す。ＨｆＯ２エッチング条件は、エッチングガスとしてＡｒ＋４％ＣＨ４混合ガスを用い、その流量を２００ｍｌ／ｍｉｎ、圧力を１Ｐａ、Ｓ−ＲＦの出力を６００Ｗ、Ｂ−ＲＦの出力を２００Ｗ、ＦＳＶを１００Ｖ、ＶＣ４を４０％、電極温度を４００℃、ＥＬを９６ｍｍ、処理時間を１５０秒とした。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
表１に示すＨｆＯ２エッチング条件によるプラズマエッチング処理方法を適用した本発明の実施例と、従来条件（Ｃｌ２／ＨＢｒ／Ｏ２ガス等）における、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ、ＳｉＯ２、ＨｆＯ２のエッチング速度およびＨｆＯ２／Ｐｏｌｙ−Ｓｉの選択比についての比較結果を、表２を用いて説明する。
【００２７】
【表２】
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【００２８】
本発明の実施例の条件によるＡｒガス＋ＣＨ４（４％）ガスを用いた場合、Ｐｏｌｙ−Ｓｉのエッチング速度は４．３ｎｍ／ｍｉｎ、ＳｉＯ２のエッチング速度は５．３ｎｍ／ｍｉｎ、ＨｆＯ２のエッチング速度は１．８ｎｍ／ｍｉｎであった。したがって、ＨｆＯ２／Ｐｏｌｙ−Ｓｉの選択比は、０．４であった。一方、従来のＣｌ２／ＨＢｒ／Ｏ２ガスを用いた場合、Ｐｏｌｙ−Ｓｉのエッチング速度は１００ｎｍ／ｍｉｎ以上、ＳｉＯ２のエッチング速度は１．０ｎｍ／ｍｉｎ、ＨｆＯ２のエッチング速度は１．０ｎｍ／ｍｉｎであった。したがって、ＨｆＯ２／Ｐｏｌｙ−Ｓｉの選択比は、０．０１以下であった。
【００２９】
すなわち、表１に示す条件で、高誘電率ゲート絶縁膜（ＨｆＯ２）３２をエッチングすると、高いＰｏｌｙ−Ｓｉ（Ｓｉ）／ＨｆＯ２エッチング選択比（ＨｆＯ２：１．８ｎｍ／ｍｉｎ，Ｐｏｌｙ−Ｓｉ：４．３ｎｍ／ｍｉｎ，ＨｆＯ２／Ｐｏｌｙ−Ｓｉ選択比：０．４）を確保することができる。
【００３０】
図５に示すように、Ａｒにより、ＨｆＯ２膜をスパッタエッチングすることによって、高いエッチング速度でＨｆＯ２膜３２をエッチングし、下地Ｓｉ層３１はＨｆＯ２膜３２に比してエッチング速度が小さくなり、下地Ｓｉ層３１の削り込みが小さい段階でＨｆＯ２層３２のエッチングを停止することができ、下地Ｓｉ層３１のロスを低減することができる。
【００３１】
さらに、ＡｒガスにＣＨ基を含むガス（ＣＨ４）を添加することによって、ＨｆＯ２膜３２をエッチングする際、反応生成物およびＣＨ基がＳｉＯ２膜マスク３４およびＰｏｌｙ−Ｓｉ層３３の側壁に析出して側壁保護層３５を形成し、サイドエッチングの発生を抑制するとともに、ＣＨ基による下地Ｓｉ層３１への反応生成物付着によって、下地Ｓｉ層３１に対し選択比を確保することが可能となる。
【００３２】
これにより、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層３３におけるサイドエッチングの発生および下地Ｓｉ層３１におけるロスの発生量を抑制することが可能となる。
【００３３】
図６および表３を用いて、試料３０の温度（電極１２の温度）と、Ｐｏｌｙ―ＳｉおよびＨｆＯ２のエッチング速度およびＨｆＯ２／Ｐｏｌｙ―Ｓｉ選択比の関係を説明する。
【００３４】
【表３】
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【００３５】
試料温度４０℃では、Ｐｏｌｙ−Ｓｉエッチング速度は１．０ｎｍ／ｍｉｎ、ＨｆＯ２エッチング速度は０．５ｎｍ／ｍｉｎ、ＨｆＯ２／Ｐｏｌｙ―Ｓｉ選択比は０．５であった。試料温度２００℃では、Ｐｏｌｙ−Ｓｉエッチング速度は１．３ｎｍ／ｍｉｎ、ＨｆＯ２エッチング速度は０．９ｎｍ／ｍｉｎ、ＨｆＯ２／Ｐｏｌｙ―Ｓｉ選択比は０．７であった。試料温度４００℃では、Ｐｏｌｙ−Ｓｉエッチング速度は４．３ｎｍ／ｍｉｎ、ＨｆＯ２エッチング速度は１．８ｎｍ／ｍｉｎ、ＨｆＯ２／Ｐｏｌｙ―Ｓｉ選択比は０．４であった。このように、電極温度が４０℃以上であれば良好なＨｆＯ２／Ｐｏｌｙ―Ｓｉ選択比を得ることができるが、温度の上限は、電極の耐用温度に依存する。例えば、ＡｌＮ電極を用いた場合には、最高５５０℃間で用いることができる。
【００３６】
また、側壁保護効果のあるガスとしては、ＣＨＦ３／ＣＨ２Ｆ２があるがこれらのガスはＦを含有しており、プラズマ中にてＦイオン／ラジカルを生成するためＨｆＯ２膜とＳｉＯ２膜やＰｏｌｙ−Ｓｉ膜との選択比を取りにくく、形状制御性において高誘電率ゲート絶縁膜加工には適していない。
【００３７】
従来の、Ｃｌ２／Ｏ２／ＨＢｒやＨＦウエット等による高誘電率ゲート絶縁膜エッチングでは、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ／ＨｆＯ２エッチング選択比やＳｉ／ＨｆＯ２エッチング選択比は０．１以下であり、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層のサイドエッチングを抑制するためには、ウエハバイアス高周波パワーを上げること、および電極の温度低下、または側壁保護効果のあるガス添加する必要がある。しかし、ウエハバイアス高周波パワーを増加させると上層レジストおよびＳｉＯ２マスク３４との選択比が取れずパターン形成できないことや、ＨｆＯ２エッチング後のＳｉロス（３２Ｅ）量の増大に繋がる。また、ＨｆＯ２等の高誘電率ゲート絶縁膜は沸点が非常に高く安定しているため、電極温度を極端に低下させるとエッチングが進行しないことも懸念される。
【００３８】
以上の説明では、高誘電率ゲート絶縁膜の材料として、ＨｆＯ２を用いる例を説明したが、高誘電率ゲート絶縁膜の材料としては、ＨｆＯ２の他にＨｆＳｉＯ２，ＨｆＳｉＯＮ，ＨｆＳｉＮ，ＨｆＡｌｘＯｙ，ＺｒＯ２，Ｌａ２Ｏ３，（Ａｌ，Ｈｆ）Ｏｘ等を使用することができる。
【００３９】
また、以上の説明では、不活性ガスとしてＡｒガスを例にとって説明したが、不活性ガスとしてはＨｅガスを用いても同様の効果を得ることができる。さらに、不活性ガスとして、Ｘｅガス、Ｋｒガスを用いることもできる。
【００４０】
さらに、不活性ガスに添加するＣＨ基を有するガスとしてＣＨ４ガスを用いる例を示したが、ＣＨ２−ＣＨ２ガスを用いても同様な効果を奏することができる。
【００４１】
本発明にて用いるプラズマエッチング用ガスとしては、Ａｒ単ガス、Ｈｅ単ガス、Ａｒ＋ＣＨ４混合ガス、Ｈｅ＋ＣＨ４混合ガス、およびＡｒ＋Ｈｅ＋ＣＨ４混合ガスが特に有効である。これらの混合ガスでは、不活性ガス（Ａｒ，Ｈｅ）によるＨｆＯ２膜スパッタエッチング効果および反応生成物の側壁保護に加え、ＣＨ基によるＰｏｌｙ−Ｓｉ／Ｓｉ膜／ＳｉＯ２膜への反応生成物付着によって、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜／Ｓｉ膜／ＳｉＯ２膜に対し選択比を確保することが可能である。
【００４２】
以上に説明したように、本発明によれば、Ａｒ単ガス、Ｈｅ単ガス、Ａｒ＋ＣＨ４混合ガス、Ｈｅ＋ＣＨ４混合ガスおよびＡｒ＋Ｈｅ＋ＣＨ４混合ガスを用いたプラズマエッチング処理および高温処理により、ＨｆＯ２等の高誘電率ゲート絶縁膜をガスプラズマエッチングするに際して、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜、Ｓｉ膜、ＳｉＯ２膜に対し、高いエッチング選択比を確保することが可能となる。これにより、ＨｆＯ２等の高誘電率ゲート絶縁膜エッチング時のＰｏｌｙ−Ｓｉゲート部側壁サイドエッチングや下地Ｓｉロス量を低減させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施に用いるプラズマエッチング処理装置の構成を説明する縦断面図
【図２】図１のプラズマエッチング処理装置を構成する電極の模式的な断面図
【図３】本発明実施に用いるプラズマエッチング装置を用いたプラズマ処理装置の構成の概要を説明する上面図
【図４】本発明が適用される高誘電率ゲート絶縁膜を使用したＣＭＯＳトランジスタの電極製造過程を説明する図
【図５】本発明にかかるプラズマ処理方法の効果を説明する図
【図６】本発明にかかるプラズマ処理方法における温度とエッチング速度の関係を説明する図
【符号の説明】
１  プラズマエッチング装置
１１  真空容器
１２  電極
１３  ガス供給装置
１４  排気装置
１５  整合器（マッチングボックス）
１６  第１の高周波電源
１７  第２の高周波電源
１８  ファラデーシールド
１９  誘導結合アンテナ
２０  プラズマ
３０  試料
３１  下地Ｓｉ層
３２  ＨｆＯ２膜
３３  Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層
３４  ＳｉＯ２マスク
３５  側壁保護層
１２１  支持脚
１２２  循環冷媒
１２３  セラミックヒータ
１２４  冷却ガス導入管
１２５  絶縁体
１２６  静電吸着用電源
【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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