(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基材上に少なくともシリコン酸化膜、ポリシリコン膜及び開口部を有するマスク膜がこの順序で形成された基板のエッチング方法であって、
前記開口部に対応する前記ポリシリコン膜を、酸素ガス、臭化水素ガス及び不活性ガスの混合ガスからなる処理ガスをスロットから放射されるマイクロ波により励起して発生させたプラズマを用いてエッチングするポリシリコン膜エッチングステップを有し、
前記ポリシリコン膜エッチングステップでは、雰囲気の圧力を１３．３Ｐａ〜２６．６Ｐａに設定し、且つ、前記基板へ前記プラズマを引き込むためのバイアス電圧の周波数を１３．５６ＭＨｚ以上に設定して前記開口部に対応するポリシリコン膜をエッチングすることを特徴とするエッチング方法。
【請求項２】
前記ポリシリコン膜エッチングステップに先立って前記ポリシリコン膜から生成された自然酸化膜を除去する自然酸化膜除去ステップを有し、
該自然酸化膜除去ステップでは、臭化水素ガス、フルオロカーボンガス又は塩素ガスから発生したプラズマを用いて前記自然酸化膜をエッチングすることを特徴とする請求項１記載のエッチング方法。
【請求項３】
前記シリコン酸化膜をエッチングするシリコン酸化膜エッチングステップを有することを特徴とする請求項１又は２記載のエッチング方法。
【請求項４】
前記マイクロ波はラジアルラインスロットアンテナにより前記プラズマを発生させるための空間へ放射されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のエッチング方法。
【請求項５】
シリコン基材上に少なくともシリコン酸化膜、ポリシリコン膜及び開口部を有するマスク膜がこの順序で形成された基板から半導体デバイスを製造する半導体デバイスの製造方法であって、
前記開口部に対応する前記ポリシリコン膜を、酸素ガス、臭化水素ガス及び不活性ガスの混合ガスからなる処理ガスをスロットから放射されるマイクロ波により励起して発生させたプラズマを用いてエッチングするポリシリコン膜エッチングステップを有し、
前記ポリシリコン膜エッチングステップでは、雰囲気の圧力を１３．３Ｐａ〜２６．６Ｐａに設定し、且つ、前記基板へ前記プラズマを引き込むためのバイアス電圧の周波数を１３．５６ＭＨｚ以上に設定して前記開口部に対応するポリシリコン膜をエッチングすることを特徴とする製造方法。
【請求項６】
前記マイクロ波はラジアルラインスロットアンテナにより前記プラズマを発生させるための空間へ放射されることを特徴とする請求項５記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エッチング方法及び半導体デバイスの製造方法に関し、特に、ゲート酸化膜上に形成されたポリシリコン層をエッチングするエッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスのポリシリコン（多結晶シリコン）単層のゲートを形成する場合、シリコン基材１００上に酸化珪素からなるゲート酸化膜１０１、ポリシリコン膜１０２及びハードマスク膜（ＳｉＮ膜）１０３が順に形成されたウエハを加工する。このウエハでは、ハードマスク膜１０３が所定のパターンに従って形成されて開口部１０４を所定の位置に有し、さらに、ポリシリコン膜１０２は上記開口部１０４に対応した溝（トレンチ）１０５を有する。また、トレンチ１０５内には露出されたポリシリコン膜１０２の一部の自然酸化によって生成された自然酸化膜１０６が形成されている（図７（Ａ））参照。）。
【０００３】
ウエハの加工工程は基板処理室としての或るチャンバにおいて実行されるブレイクスルーエッチングステップ及びメインエッチングステップ、並びに基板処理室としての別のチャンバにおいて実行される酸化膜エッチングステップからなる。或るチャンバにおいて実行されるブレイクスルーエッチングステップでは、トレンチ１０５内の自然酸化膜１０６をエッチングしてポリシリコン膜１０２をトレンチ１０５の底部に露出させる（図７（Ｂ））。また、同チャンバにおいて実行されるメインエッチングステップでは、トレンチ１０５の底部のポリシリコン膜１０２をエッチングして完全に除去し、ゲート酸化膜１０１を露出させる（図７（Ｃ））。そして、ウエハが別のチャンバに移された後、該別のチャンバで実行される酸化膜エッチングステップではゲート酸化膜１０１をエッチングして除去し、シリコン基材１００を露出させる（図７（Ｄ））。なお、露出したシリコン基材１００には後にイオンがドープされる。
【０００４】
通常、ポリシリコン膜１０２のエッチングでは塩素系ガス及び弗素系ガスを含まない臭化水素（ＨＢｒ）系の処理ガスから発生したプラズマが用いられる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
ところで、処理ガスに酸素ガスが混入されるとエッチングにおいてゲート酸化膜１０１に対するポリシリコン膜１０２の選択比を大きくすることができ、ゲート酸化膜１０１のエッチングを抑制することができることが知られている（酸素ガス混入による選択比確保効果）。したがって、通常、メインエッチングステップではゲート酸化膜１０１をエッチングすることがないように処理ガスに酸素ガスを混入させる。
【特許文献１】特開平１０−１７２９５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、トレンチ１０５の底部に露出するゲート酸化膜１０１は厚さが薄いため、メインエッチングステップにおいて、酸素ガスから生じた酸素プラズマ中の陽イオンの最大エネルギーが高いと、陽イオンがゲート酸化膜１０１を透過してシリコン基材１００に到達することがある（図７（Ｃ）））。該シリコン基材１００に到達した酸素の陽イオンはシリコン基材１００の一部１０７を酸化珪素に変質させる。そして、別のチャンバにおいて実行される酸化膜エッチングステップにおいて、ＨＦ系ガスから発生したプラズマがゲート酸化膜１０１だけでなく変質したシリコン基材１００の一部１０７も除去する。その結果、ゲートの両脇にはシリコン基材１００の表面から窪んだリセス１０８が発生する（図７（Ｄ））。
【０００７】
リセス１０８が発生すると露出したシリコン基材１００へのイオンドープの際、イオンが所望の範囲にドープされず、その結果、半導体デバイスにおいて所望の性能を得ることができなくなる。
【０００８】
本発明の目的は、シリコン酸化膜に対するポリシリコン膜の選択比を大きくすることができ、且つシリコン基材におけるリセスの発生を抑制することができるエッチング方法及び半導体デバイスの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１記載のエッチング方法は、シリコン基材上に少なくともシリコン酸化膜、ポリシリコン膜及び開口部を有するマスク膜がこの順序で形成された基板のエッチング方法であって、前記開口部に対応する前記ポリシリコン膜を、酸素ガス、臭化水素ガス及び不活性ガスの混合ガスからなる処理ガスをスロットから放射されるマイクロ波により励起して発生させたプラズマを用いてエッチングするポリシリコン膜エッチングステップを有し、前記ポリシリコン膜エッチングステップでは、雰囲気の圧力を１３．３Ｐａ〜２６．６Ｐａに設定し、且つ、前記基板へ前記プラズマを引き込むためのバイアス電圧の周波数を１３．５６ＭＨｚ以上に設定して前記開口部に対応するポリシリコン膜をエッチングすることを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載のエッチング方法は、請求項１記載のエッチング方法において、前記ポリシリコン膜エッチングステップに先立って前記ポリシリコン膜から生成された自然酸化膜を除去する自然酸化膜除去ステップを有し、該自然酸化膜除去ステップでは、臭化水素ガス、フルオロカーボンガス又は塩素ガスから発生したプラズマを用いて前記自然酸化膜をエッチングすることを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載のエッチング方法は、請求項１又は２記載のエッチング方法において、前記シリコン酸化膜をエッチングするシリコン酸化膜エッチングステップを有することを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載のエッチング方法は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のエッチング方法において、前記マイクロ波はラジアルラインスロットアンテナにより前記プラズマを発生させるための空間へ放射されることを特徴とする。
【００１４】
上記目的を達成するために、請求項５記載の半導体デバイスの製造方法は、シリコン基材上に少なくともシリコン酸化膜、ポリシリコン膜及び開口部を有するマスク膜がこの順序で形成された基板から半導体デバイスを製造する半導体デバイスの製造方法であって、前記開口部に対応する前記ポリシリコン膜を、酸素ガス、臭化水素ガス及び不活性ガスの混合ガスからなる処理ガスをスロットから放射されるマイクロ波により励起して発生させたプラズマを用いてエッチングするポリシリコン膜エッチングステップを有し、前記ポリシリコン膜エッチングステップでは、雰囲気の圧力を１３．３Ｐａ〜２６．６Ｐａに設定し、且つ、前記基板へ前記プラズマを引き込むためのバイアス電圧の周波数を１３．５６ＭＨｚ以上に設定して前記開口部に対応するポリシリコン膜をエッチングすることを特徴とする。
また、請求項６記載の半導体デバイスの製造方法は、請求項５記載の製造方法において、前記マイクロ波はラジアルラインスロットアンテナにより前記プラズマを発生させるための空間へ放射されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１記載のエッチング方法及び請求項５記載の半導体デバイスの製造方法によれば、マスク膜の開口部に対応するポリシリコン膜が、雰囲気の圧力が１３．３Ｐａ〜２６．６Ｐａに設定され、且つ、基板へプラズマを引き込むためのバイアス電圧の周波数が１３．５６ＭＨｚ以上に設定されて、酸素ガス、臭化水素ガス及び不活性ガスの混合ガスからなる処理ガスから発生したプラズマを用いてエッチングされる。バイアス電圧の周波数が１３．５６ＭＨｚ以上であると、プラズマ中の陽イオンがバイアス電圧の電圧変動に追従できないため、プラズマ中の陽イオンの最大エネルギーが低下する。これにより、プラズマのスパッタ力が低下し、ポリシリコン膜のエッチレートに比べてシリコン酸化膜のエッチレートが大幅に低下する。また、処理ガスが酸素ガス、臭化水素ガス及び不活性ガスの混合ガスからなるため、酸素ガス混入による選択比確保効果も得られる。したがって、シリコン酸化膜に対するポリシリコン膜の選択比を大きくすることができる。さらに、陽イオンがシリコン酸化膜を透過してシリコン基材へ到達するのを防止することができ、シリコン酸化膜下のシリコン基材が酸化するのを防止することができる。その結果、リセスの発生を抑制することができる。
【００１６】
また、圧力を１３．３Ｐａ以上とすることで、プラズマ中の陽イオンの最大エネルギーが極端に低下してスパッタ力が極端に弱くなり、シリコン酸化膜に対するポリシリコン膜の選択比を確実に大きくすることができる。その結果、シリコン酸化膜の割れ等の発生を防止することができる。さらに、圧力を２６．６Ｐａ以下とすることで、スループットの低下を抑制することができる。さらにまた、臭化水素ガスから発生したプラズマはポリシリコン膜を効率良くエッチングできる。したがって、スループットを向上することができる。
【００１９】
請求項２記載のエッチング方法によれば、自然酸化膜除去ステップでは、臭化水素ガス、フルオロカーボンガス又は塩素ガスから発生したプラズマを用いて自然酸化膜がエッチングされる。臭化水素ガス、フルオロカーボンガス又は塩素ガスから発生したプラズマは自然酸化膜を効率良くエッチングできる。したがって、スループットをより向上することができる。
【００２０】
請求項３記載のエッチング方法によれば、シリコン酸化膜がエッチングされるので、イオンをドープさせるシリコン基材を確実に露出させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２２】
まず、本発明の実施の形態に係るエッチング方法を実行する基板処理装置について説明する。
【００２３】
図１は、本実施の形態に係るエッチング方法を実行する基板処理装置の概略構成を示す断面図である。
【００２４】
図１において、基板処理装置１０は、略円筒形の処理容器１１と、該処理容器１１内に設けられ、後述するウエハＷを載置する略円柱状の載置台としてのサセプタ１２とを備える。サセプタ１２は静電チャック（図示しない）を有する。静電チャックはウエハＷをクーロン力又はジョンソン・ラーベック(Johnsen-Rahbek)力によって吸着保持する。
【００２５】
処理容器１１は、例えば、アルミニウムを含有するオーステナイトステンレス鋼からなり、その内壁面はアルマイトやイットリア（Ｙ２Ｏ３）の絶縁膜（図示しない）によって覆われている。また、処理容器１１の上部には、サセプタ１２に吸着保持されたウエハＷに対向するように誘電体板、例えば石英板からなるマイクロ波透過窓１３がリング部材１４を介して取り付けられている。該マイクロ波透過窓１３は円板状を呈し、後述するマイクロ波を透過させる。
【００２６】
マイクロ波透過窓１３の外縁部には段差部が形成され、リング部材１４の内周部にはマイクロ波透過窓１３の段差部に対応する段差部が形成される。マイクロ波透過窓１３及びリング部材１４は互いの段差部を係合させることによって接合される。マイクロ波透過窓１３の段差部及びリング部材１４の段差部の間にはＯリングであるシールリング１５が配設され、該シールリング１５はマイクロ波透過窓１３及びリング部材１４からのガスの漏れを防止して処理容器１１内の気密を保持する。
【００２７】
マイクロ波透過窓１３の上にはラジアルラインスロットアンテナ（Radial Line Slot Antenna）１９が配置されている。該ラジアルラインスロットアンテナ１９は、マイクロ波透過窓１３に密接する円板状のスロット板２０と、該スロット板２０を保持し且つ覆う円板状のアンテナ誘電体板２１と、スロット板２０及びアンテナ誘電体板２１の間に狭持された遅波板２２とを備える。該遅波板２２はＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２及びＳｉ３Ｎ４の低損失誘電体材料からなる。
【００２８】
ラジアルラインスロットアンテナ１９はリング部材１４を介して処理容器１１に装着されている。ラジアルラインスロットアンテナ１９及びリング部材１４の間はＯリングであるシールリング２３によって密封されている。また、ラジアルラインスロットアンテナ１９には同軸導波管２４が接続されている。同軸導波管２４は管体２４ａ及び該管体２４ａと同軸に配置されている棒状の中心導体２４ｂからなる。管体２４ａはアンテナ誘電体板２１に接続され、中心導体２４ｂはアンテナ誘電体板２１に形成された開口部を介してスロット板２０に接続されている。
【００２９】
また、同軸導波管２４は外部のマイクロ波源（図示しない）に接続され、周波数が２．４５ＧＨｚ又は８．３ＧＨｚのマイクロ波をラジアルラインスロットアンテナ１９に供給する。供給されたマイクロ波はアンテナ誘電体板２１及びスロット板２０の間を径方向に進行する。遅波板２２は進行するマイクロ波の波長を圧縮する。
【００３０】
図２は、図１におけるスロット板の平面図である。
【００３１】
図２において、スロット板２０は複数のスロット２５ａ及びスロット２５ａの数と同数のスロット２５ｂを有する。複数のスロット２５ａは複数の同心円状に配列され、複数のスロット２５ｂは各スロット２５ａに各スロット２５ｂが対応し且つ直交するように配置されている。スロット２５ａ及び対応するスロット２５ｂからなる一対のスロット組において、スロット２５ａ及びスロット２５ｂのスロット板２０の半径方向における配置間隔は遅波板２２によって圧縮されたマイクロ波の波長に対応する。これにより、該マイクロ波はスロット板２０から略平面波として放射される。また、スロット２５ａ及びスロット２５ｂは互いに直交するように配置されているため、スロット板２０から放射されるマイクロ波は２つの直交する偏波成分を含む円偏波を呈する。
【００３２】
図１に戻り、基板処理装置１０はアンテナ誘電体板２１の上に冷却ブロック体２６を備える。該冷却ブロック体２６は複数の冷却水通路２７を有する。冷却ブロック体２６は冷却水通路２７を循環する冷媒の熱交換により、マイクロ波によって加熱されるマイクロ波透過窓１３に蓄積される熱をラジアルラインスロットアンテナ１９を介して除去する。
【００３３】
さらに、基板処理装置１０は、処理容器１１内においてマイクロ波透過窓１３及びサセプタ１２の間に配置されている処理ガス供給部２８を備える。該処理ガス供給部２８は、例えば、マグネシウム含有アルミニウム合金やアルミニウム添加ステンレススチール等の導体からなり、サセプタ１２上のウエハＷに対向するように配置されている。
【００３４】
また、処理ガス供給部２８は、図３に示すように、同心円状に配置された互いに直径が異なる複数の円形パイプ部２８ａと、各円形パイプ部２８ａ同士を接続する複数の接続パイプ部２８ｂと、最外周の円形パイプ部２８ａ及び処理容器１１の側壁を接続して円形パイプ部２８ａ及び接続パイプ部２８ｂを支持する支持パイプ部２８ｃとを備える。
【００３５】
円形パイプ部２８ａ、接続パイプ部２８ｂ及び支持パイプ部２８ｃは管状を呈し、これら内部には処理ガス拡散通路２９が形成されている。該処理ガス拡散通路２９は、各円形パイプ部２８ａの下面に設けられた複数のガス穴３０により、処理ガス供給部２８及びサセプタ１２の間の処理空間Ｓ２と連通する。また、処理ガス拡散通路２９は処理ガス導入管３１を介して外部処理ガス供給装置（図示しない）に接続されている。処理ガス導入管３１は処理ガス拡散通路２９に処理ガスＧ１を導入する。各ガス穴３０は処理ガス拡散通路２９に導入された処理ガスＧ１を処理空間Ｓ２に供給する。
【００３６】
なお、基板処理装置１０は処理ガス供給部２８を有していなくてもよい。この場合、リング部材１４がガス穴を備えて処理空間Ｓ１，Ｓ２に処理ガスを供給してもよい。
【００３７】
また、基板処理装置１０は、処理容器１１の下部において開口する排気ポート３２を備える。排気ポート３２は、ＡＰＣ（Automatic Pressure Control）バルブ（図示しない）を介してＴＭＰ（Turbo Molecular Pump）やＤＰ（Dry Pump）（いずれも図示しない）に接続される。ＴＭＰやＤＰは処理容器１１内のガス等を排気し、ＡＰＣバルブは処理空間Ｓ１，Ｓ２の圧力を制御する。
【００３８】
さらに、基板処理装置１０では、サセプタ１２に高周波電源３３が整合器（Matcher）３４を介して接続されており、該高周波電源３３は高周波電力をサセプタ１２に供給する。これにより、サセプタ１２は高周波電極として機能する。また、整合器３４は、サセプタ１２からの高周波電力の反射を低減して高周波電力のサセプタ１２への供給効率を最大にする。高周波電源３３からの高周波電流はサセプタ１２を介して処理空間Ｓ１，Ｓ２に供給され、後述するプラズマをサセプタ１２に吸着保持されたウエハＷへ引き込むバイアス電圧を形成する。
【００３９】
なお、マイクロ波透過窓１３及び処理ガス供給部２８の間の距離Ｌ１（すなわち、処理空間Ｓ１の厚さ）は３５ｍｍであり、処理ガス供給部２８及びサセプタ１２の間の距離Ｌ２（すなわち、処理空間Ｓ２の厚さ）は１００ｍｍである。また、処理ガス供給部２８が供給する処理ガスＧ１は臭化水素（ＨＢｒ）ガス、フルオロカーボン（ＣＦ系）ガス、塩素（Ｃｌ２）ガス、弗化水素（ＨＦ）ガス、酸素（Ｏ２）ガス、水素（Ｈ２）ガス、窒素（Ｎ２）ガス、希ガス、例えば、アルゴン（Ａｒ）ガスやヘリウム（Ｈｅ）ガスから選択された単ガス若しくは混合ガス該当する。
【００４０】
基板処理装置１０では、処理空間Ｓ１，Ｓ２の圧力が所望の圧力に制御され、処理ガス供給部２８から処理空間Ｓ２に処理ガスＧ１が供給される。次いで、サセプタ１２を介して処理空間Ｓ１，Ｓ２に高周波電流が供給されると共に、ラジアルラインスロットアンテナ１９はスロット板２０からマイクロ波を放射する。該放射されたマイクロ波はマイクロ波透過窓１３を介して処理空間Ｓ１，Ｓ２に放射されてマイクロ波電界を形成する。該マイクロ波電界は処理空間Ｓ２に供給された処理ガスＧ１を励起してプラズマを発生させる。このとき、周波数の高いマイクロ波によって処理ガスＧ１が励起されるため、高密度のプラズマを得ることができる。処理ガスＧ１のプラズマは、サセプタ１２へ供給された高周波電力に起因するバイアス電圧によってサセプタ１２に吸着保持されたウエハＷへ引き込まれて該ウエハＷにエッチング処理を施す。
【００４１】
ラジアルラインスロットアンテナ１９では外部のマイクロ波源から供給されたマイクロ波がアンテナ誘電体板２１及びスロット板２０の間で均一に拡散するため、スロット板２０はその表面から均一にマイクロ波を放射する。したがって、処理空間Ｓ２では均一なマイクロ波電界が形成され、処理空間Ｓ２においてプラズマは均一に分布する。その結果、ウエハＷの表面に均一にエッチング処理を施すことができ、処理の均一性（Uniformity）を確保することができる。
【００４２】
基板処理装置１０では、サセプタ１２から離れた処理ガス供給部２８の近傍において処理ガスＧ１を励起してプラズマを発生させる。すなわち、ウエハＷから離れた空間においてのみプラズマが発生するため、ウエハＷはプラズマに直接晒されることなく、また、プラズマがウエハＷに到達したときにはプラズマの電子温度が下がる。その結果、ウエハＷ上の半導体デバイスの構造を破壊することがない。また、ウエハＷの近傍において処理ガスＧ１の再解離を防ぐことできるため、ウエハＷを汚染することもない（例えば、“山中、阿刀田、「大口径・高密度プラズマ処理装置の開発」にて産学官連携功労者表彰  内閣総理大臣賞を受賞”、[online]、平成１５年６月９日、新エネルギー・産業技術総合開発機構、[平成１８年５月２２日検索]、インターネット<http://www.nedo.go.jp/informations/press/150609_1/150609_1.html>”参照。）。
【００４３】
上述した基板処理装置１０では、処理ガスＧ１の励起の際、周波数の高いマイクロ波を用いるため、処理ガスＧ１に効率よくエネルギーを伝達することができる。その結果、処理ガスＧ１は励起し易くなり、高圧環境下でもプラズマを発生させることができる。したがって、処理空間Ｓ１，Ｓ２の圧力を極端に低下させることなく、ウエハＷにエッチング処理を施すことができる。
【００４４】
図４は、図１の基板処理装置においてエッチング処理が施されるウエハの構成を示す断面図である。
【００４５】
図４において、半導体デバイス用のウエハＷは、シリコンからなるシリコン基材３５と、該シリコン基材３５上に形成された膜厚が２．０ｎｍのゲート酸化膜３６と、該ゲート酸化膜３６上に形成された膜厚が１００ｎｍのポリシリコン膜３７と、該ポリシリコン膜３７上に形成されたハードマスク膜３８とを備える。このウエハＷでは、ハードマスク膜３８が所定のパターンに従って形成されて開口部３９を所定の位置に有し、さらに、ポリシリコン膜３７は上記開口部３９に対応した溝（トレンチ）４０を有する。また、トレンチ４０内には自然酸化膜４１が形成されている。
【００４６】
シリコン基材３５はシリコンからなる円板状の薄板であり、熱酸化処理が施されて表面にゲート酸化膜３６が形成される。ゲート酸化膜３６は酸化珪素（ＳｉＯ２）からなり、絶縁膜として機能する。ポリシリコン膜３７は多結晶シリコンからなり、成膜処理によって形成される。なお、ポリシリコン膜３７には何もドープされていない。
【００４７】
ハードマスク膜３８は窒化珪素（ＳｉＮ）からなり、ポリシリコン膜３７を全面的に覆う窒化珪素膜がＣＶＤ処理等によって形成された後、該窒化珪素膜をマスク膜等を用いてエッチングすることによって開口部３９を所定の位置に有するように形成される。また、ポリシリコン膜３７のトレンチ４０はハードマスク膜３８を用いたエッチングによって形成される。トレンチ４０内の自然酸化膜４１は、ハードマスク膜３８を用いたエッチングによって露出したポリシリコン膜３７が大気中の酸素と反応する自然酸化によって生成される。
【００４８】
次に、本実施の形態に係るエッチング方法について説明する。
【００４９】
図５は、本実施の形態に係るエッチング方法としての半導体デバイスのゲート構造を得るためのエッチング方法を示す工程図である。
【００５０】
図５において、まず、ウエハＷを基板処理装置１０の処理容器１１内に搬入してサセプタ１２の上面に吸着保持する(図５（Ａ）)。
【００５１】
次いで、処理空間Ｓ１，Ｓ２の圧力を２．６Ｐａ（２０ｍＴｏｒｒ）に設定し、処理ガス供給部２８から処理空間Ｓ２へ処理ガスＧ１としてＣｌ２ガス及びＡｒガスをそれぞれ所定の流量で供給する。また、ラジアルラインスロットアンテナ１９に２．４５ＧＨｚのマイクロ波を供給すると共に、サセプタ１２に１３．５６ＭＨｚの高周波電力を供給する。このとき、Ｃｌ２ガス等がスロット板２０から放射されたマイクロ波によってプラズマになり、陽イオンやラジカルが発生する。これらの陽イオンやラジカルは開口部３９を介してトレンチ４０内の自然酸化膜４１と衝突・反応し、該自然酸化膜４１をエッチングしてポリシリコン膜３７をトレンチ４０の底部に露出させる（自然酸化膜除去ステップ）（図５（Ｂ））（ブレイクスルーエッチング）。
【００５２】
次いで、処理空間Ｓ１，Ｓ２の圧力を１３．３Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ）に設定し、処理空間Ｓ２へ処理ガスＧ１としてＯ２ガス、ＨＢｒガス及びＡｒガスをそれぞれ所定の流量で供給する。また、ラジアルラインスロットアンテナ１９には２．４５ＧＨｚのマイクロ波を供給すると共に、サセプタ１２に１３．５６ＭＨｚの高周波電力を９０Ｗで供給する。このとき、ＨＢｒガス等がスロット板２０から放射されたマイクロ波によってプラズマになり、陽イオンやラジカルが発生する。これらの陽イオンやラジカルはトレンチ４０の底部に露出してゲート酸化膜３６上に残るポリシリコン膜３７（以下、「残留ポリシリコン膜」という。）と衝突・反応し、残留ポリシリコン膜をエッチングして完全に除去する（ポリシリコン膜エッチングステップ）（図５（Ｃ））（メインエッチング）。なお、残留ポリシリコン膜のエッチングは、例えば、３０秒間に亘って行われる。
【００５３】
上記残留ポリシリコン膜のエッチングの際、雰囲気の圧力が１３．３Ｐａと高く設定される。また、サセプタ１２へ供給される高周波電力の周波数が１３．５６ＭＨｚに設定されるので、該高周波電力に起因して形成されるバイアス電圧の周波数も１３．５６ＭＨｚに設定される。雰囲気の圧力が高いとプラズマ中の陽イオンの最大エネルギーが低下する。また、バイアス電圧の周波数が１３．５６ＭＨｚ以上であると、プラズマ中の陽イオンがバイアス電圧の電圧変動に追従できないため、やはり、プラズマ中の陽イオンの最大エネルギーが低下する。これにより、プラズマのスパッタ力が低下する。また、酸化珪素はポリシリコンよりスパッタされにくいため、プラズマのスパッタ力が低下すると、ポリシリコンのエッチング速度（以下、「エッチレート」という。）は多少しか低下しない一方、酸化珪素のエッチレートは大幅に低下する。その結果、ゲート酸化膜３６に対するポリシリコン膜３７の選択比を大きくすることができる。
【００５４】
また、上述したように、雰囲気の圧力が高く、且つバイアス電圧の周波数が１３．５６ＭＨｚ以上であると、プラズマ中の陽イオンの最大エネルギーが低下するので、陽イオンがゲート酸化膜３６を透過してシリコン基材３５へ到達するのを防止することができ、ゲート酸化膜３６下のシリコン基材３５の一部が酸化するのを防止できる。
【００５５】
次いで、ウエハＷを基板処理装置１０の処理容器１１から搬出してウェットエッチング装置の処理容器（図示しない）に搬入し、ポリシリコン膜３７が除去されて露出したゲート酸化膜３６の部分を薬液等によってウェットエッチングする（シリコン酸化膜エッチングステップ）。当該部分のゲート酸化膜３６はシリコン基材３５が露出するまでエッチングされる（図５（Ｄ））。その後、本処理を終了する。
【００５６】
本実施の形態に係るエッチング方法によれば、トレンチ４０内の自然酸化膜４１が残留ポリシリコン膜がトレンチ４０の底部に露出するようにエッチングされ、残留ポリシリコン膜が、雰囲気の圧力が１３．３Ｐａと高く設定され、且つバイアス電圧の周波数が１３．５６ＭＨｚに設定されて、Ｏ２ガス、ＨＢｒガス及びＡｒガスからなる処理ガスＧ１から発生したプラズマを用いてエッチングされる。雰囲気の圧力が高く、バイアス電圧の周波数が１３．５６ＭＨｚ以上であると、プラズマのスパッタ力が低下するため、スパッタされにくいゲート酸化膜３６のエッチレートは大幅に低下する。また、処理ガスＧ１はＯ２ガスを含むため、Ｏ２ガス混入による選択比確保効果も得られる。したがって、ゲート酸化膜３６に対するポリシリコン膜３７の選択比を大きくすることができる。
【００５７】
また、上述したように、雰囲気の圧力が高く、且つバイアス電圧の周波数が１３．５６ＭＨｚ以上であると、プラズマ中の陽イオンの最大エネルギーが低下するので、陽イオンがゲート酸化膜３６を透過せず、ゲート酸化膜３６下のシリコン基材３５の一部が酸化することがない。その結果、ゲート酸化膜３６のエッチングの際にシリコン基材３５の一部が除去されることがなく、リセスの発生を抑制することができる。
【００５８】
上述した本実施の形態に係るエッチング方法では、自然酸化膜４１をエッチングする際、Ｃｌ２ガスから発生したプラズマを用いる。Ｃｌ２ガスから発生したプラズマは自然酸化膜４１を効率良くエッチングできる。また、残留ポリシリコン膜をエッチングする際、Ｏ２ガス、ＨＢｒガス及びＡｒガスからなる処理ガスＧ１を用いる。ＨＢｒガスから発生したプラズマはポリシリコン膜３７を効率良くエッチングできる。したがって、スループットを向上することができる。
【００５９】
また、上述した本実施の形態に係るエッチング方法では、残留ポリシリコン膜のエッチングが３０秒間に亘って行われたが、エッチングの時間はこれに限られない。スループット及びゲート酸化膜３６のエッチング抑制の観点からは残留ポリシリコン膜のエッチングの時間は短いのが好ましく、特に、１０秒〜１８０秒の間であるのが好ましい。
【００６０】
さらに、上述した本実施の形態に係るエッチング方法では、残留ポリシリコン膜のエッチングにおいてサセプタ１２へ供給される高周波電力の大きさは９０Ｗであったが、供給される高周波電力の大きさはこれに限られず、処理空間Ｓ１，Ｓ２の圧力に応じて設定される。処理空間Ｓ１，Ｓ２の圧力が低いほどプラズマのスパッタ力が強くなる一方、供給される高周波電力の大きさが小さいほどプラズマのスパッタ力は弱くなる。したがって、ゲート酸化膜３６のエッチング抑制の観点からは、処理空間Ｓ１，Ｓ２の圧力が低くなれば供給される高周波電力の大きさを小さくするのが好ましく、具体的には、処理空間Ｓ１，Ｓ２の圧力が６．７Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）であれば、供給される高周波電力の大きさは４５Ｗであるのが好ましい。
【００６１】
さらに、上述した本実施の形態に係るエッチング方法では、残留ポリシリコン膜をエッチングする際、処理空間Ｓ１，Ｓ２の圧力（雰囲気の圧力）が１３．３Ｐａに設定されたが、シリコン基材３５の一部酸化を抑制する観点からは、処理空間Ｓ１，Ｓ２の圧力を６．７Ｐａ以上に設定すれば、陽イオンの最大エネルギーを充分に低下させることができ、これにより、陽イオンがゲート酸化膜３６を透過するのを抑制することができる。一方、処理空間Ｓ１，Ｓ２の圧力を高くするとプラズマのスパッタ力がより低下してスループットが低下するため、スループットの低下を抑制する観点からは、処理空間Ｓ１，Ｓ２の圧力を３３．３Ｐａ（２５０ｍＴｏｒｒ）以下に設定するのがよく、より好ましくは、２６．６Ｐａ（２００ｍＴｏｒｒ）以下に設定するのがよい。
【００６２】
また、上述した本実施の形態に係るエッチング方法では、残留ポリシリコン膜のエッチングの際、Ｏ２ガス、ＨＢｒガス及びＡｒガスからなる処理ガスＧ１を用いたが、処理ガスＧ１はこれに限られず、ＨＢｒガスのみからなる処理ガスでもよく、また、Ａｒガスの代わりに、他の不活性ガス、例えば、希ガス（Ｈｅガス）を用いてもよい。
【００６３】
上述した本実施の形態に係るエッチング方法では、自然酸化膜４１をエッチングする際、Ｃｌ２ガス及び不活性ガスの混合ガスを処理ガスＧ１として用いるが、処理ガスはこれに限られない。Ｃｌ２ガスの代わりにＨＢｒガスやＣＦ系ガスを用いてもよい。
【００６４】
上述した本実施の形態に係るエッチング方法では、ゲート酸化膜３６はウェットエッチング装置の処理容器内においてエッチングされたが、ゲート酸化膜３６を基板処理装置１０の処理容器１１内においてエッチングしてもよい。
【００６５】
また、上述した本実施の形態に係るエッチング方法では、残留ポリシリコン膜のエッチングの際、サセプタ１２に１３．５６ＭＨｚの高周波電力を供給したが、さらに高い周波数の高周波電力を供給してもよく、具体的には、２７．１３ＭＨｚの高周波電力を供給してもよい。上述したように、プラズマ中の陽イオン等は高い周波数の電圧変動に追従することができないので、サセプタ１２により高い周波数の高周波電力を供給すると、プラズマ中の陽イオンの最大エネルギーをより低下させてプラズマのスパッタ力をより低下させることができる。
【００６６】
また、本発明の目的は、上述した実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記憶した記憶媒体を、システム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても達成される。
【００６７】
この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が上述した実施の形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード及び該プログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。
【００６８】
また、プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ等の光ディスク、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。または、プログラムコードをネットワークを介してダウンロードしてもよい。
【００６９】
また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、上述した実施の形態の機能が実現されるだけではなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって上述した実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
【００７０】
さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その拡張機能を拡張ボードや拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって上述した実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
【実施例】
【００７１】
次に、本発明の実施例を具体的に説明する。
【００７２】
ここでは、バイアス電圧の周波数がリセスの発生に与える影響を検討した。
【００７３】
実施例
まず、図４のウエハＷを準備し、該ウエハＷを基板処理装置１０の処理容器１１に搬入し、処理ガスＧ１としてＣｌ２ガス及びＡｒガスを処理空間Ｓ２に供給し、処理空間Ｓ１，Ｓ２の圧力を２．５Ｐａに設定し、ラジアルラインスロットアンテナ１９に２．４５ＧＨｚのマイクロ波を供給すると共に、サセプタ１２に１３．５６ＭＨｚの高周波電力を供給して自然酸化膜４１を、ポリシリコン膜３７がトレンチ４０の底部に露出するまでエッチングした。さらに、処理空間Ｓ２へ処理ガスＧ１としてＯ２ガス、ＨＢｒガス及びＡｒガスを供給し、処理空間Ｓ１，Ｓ２の圧力を１３．３Ｐａに設定し、ＨＢｒガス等から発生したプラズマによって残留ポリシリコン膜をエッチングした。このとき、残留ポリシリコン膜が完全に除去される一方、ゲート酸化膜３６が殆どエッチングされていないことが確認された。
【００７４】
そして、ウエハＷをウェットエッチング装置の処理容器に搬入し、残留ポリシリコン膜が完全に除去されることによって露出したゲート酸化膜３６をエッチングした。その後、ウエハＷのゲートを観察したところ、シリコン基材３５にリセスが殆ど発生してないことが確認された（図６（Ａ）参照。）。
【００７５】
シリコン基材３５におけるリセスの発生を完全に排除できなかった訳は、残留ポリシリコン膜のエッチング中に処理容器１１の酸化物から構成された構成部品から、Ｏ２ガスが放出されてシリコン基材３５へ到達したため、処理ガスＧ１におけるＯ２ガスから生じたプラズマ中の陽イオンが多少ではあるがゲート酸化膜３６を透過したため、及び、ゲート酸化膜３６中の酸素原子がノックオン現象によって下層のシリコン基材３５へ到達したためと考えられた。
【００７６】
比較例
まず、実施例と同じ条件で自然酸化膜４１を、ポリシリコン膜３７がトレンチ４０の底部に露出するまでエッチングした。さらに、処理空間Ｓ２へ処理ガスＧ１としてＯ２ガス、ＨＢｒガス及びＡｒガスを供給し、処理空間Ｓ１，Ｓ２の圧力を１３．３Ｐａに設定し、サセプタ１２に４００ＫＨｚの高周波電力を供給してＨＢｒガス等から発生したプラズマによって残留ポリシリコン膜をエッチングした。そして、残留ポリシリコン膜が完全に除去されることによって露出したゲート酸化膜３６を除去した。その後、ウエハＷのゲートを観察したところ、シリコン基材３５に深さが５．０５ｎｍのリセス４１が発生しているのが確認された（図６（Ｂ）参照。）。
【００７７】
以上より、残留ポリシリコン膜のエッチングの際、サセプタ１２に比較的高い周波数の高周波電力を供給してバイアス電圧の周波数を比較的高く設定する、具体的には、１３．５６ＭＨｚ以上に設定するとプラズマ中の陽イオンの最大エネルギーが低下してスパッタ力が弱くなり、ゲート酸化膜３６のエッチレートがに小さくなり、ゲート酸化膜３６に対するポリシリコン膜３７の選択比を大きくすることができると共に、プラズマ中の陽イオンのゲート酸化膜３６の透過を抑制してシリコン基材３５におけるリセスの発生を抑制できることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の実施の形態に係るエッチング方法を実行する基板処理装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１におけるスロット板の平面図である。
【図３】図１における処理ガス供給部を下方から眺めたときの平面図である。
【図４】図１の基板処理装置においてエッチング処理が施されるウエハの構成を示す断面図である。
【図５】本実施の形態に係るエッチング方法としての半導体デバイスのゲート構造を得るためのエッチング方法を示す工程図である。
【図６】エッチングによって得られたウエハにおけるゲートの構造を示す断面図であり、（Ａ）は残留ポリシリコン膜のエッチングの際に処理空間の圧力を１３．３Ｐａに設定し、且つバイアス電圧を１３．５６ＭＨｚに設定したときに得られたゲートの構造であり、（Ｂ）は残留ポリシリコン膜のエッチングの際に処理空間の圧力を１３．３Ｐａに設定し、且つバイアス電圧を４００ＫＨｚに設定したときに得られたゲートの構造である。
【図７】ゲート構造を得るための従来のエッチング方法を示す工程図である。
【符号の説明】
【００７９】
Ｇ１  処理ガス
Ｓ１，Ｓ２  処理空間
Ｗ  ウエハ
１０  基板処理装置
１１  処理容器
１２  サセプタ
１３  マイクロ波透過窓
１４  リング部材
１９  ラジアルラインスロットアンテナ
２０  スロット板
２１  アンテナ誘電体板
２２  遅波板
２４  同軸導波管
２５ａ，２５ｂ  スロット
２８  処理ガス供給部
３３  高周波電源
３５  シリコン基材
３６  ゲート酸化膜
３７  ポリシリコン膜
３９  開口部
４０  トレンチ
４１  自然酸化膜
【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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【図７】
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