JP2003234325A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JP2003234325A JP2003234325A JP2002322755A JP2002322755A JP2003234325A JP 2003234325 A JP2003234325 A JP 2003234325A JP 2002322755 A JP2002322755 A JP 2002322755A JP 2002322755 A JP2002322755 A JP 2002322755A JP 2003234325 A JP2003234325 A JP 2003234325A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 熱処理等によって表面が変質した絶縁性金属
酸化膜をウェットエッチングによって確実に除去できる
ようにする。 【解決手段】 ＨｆＯ2 膜１２が堆積されたシリコン基
板１１に対して熱処理を行なった後、熱処理後のＨｆＯ
2 膜１２ａの表面をプラズマに暴露し、その後、熱処理
後のＨｆＯ2 膜１２ａの表面部、つまりダメージ層１２
ｂをウェットエッチングにより除去する。
酸化膜をウェットエッチングによって確実に除去できる
ようにする。 【解決手段】 ＨｆＯ2 膜１２が堆積されたシリコン基
板１１に対して熱処理を行なった後、熱処理後のＨｆＯ
2 膜１２ａの表面をプラズマに暴露し、その後、熱処理
後のＨｆＯ2 膜１２ａの表面部、つまりダメージ層１２
ｂをウェットエッチングにより除去する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関し、特に、高誘電率を有するゲート絶縁膜とな
る金属酸化膜に対してウェットエッチングを行なう方法
に関する。
方法に関し、特に、高誘電率を有するゲート絶縁膜とな
る金属酸化膜に対してウェットエッチングを行なう方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＭＩＳ型半導体装置のゲート絶縁膜とし
て、現在、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）が用いられて
いる。一方、近年、半導体集積回路の高集積化が大きく
進展してきているが、２ｎｍ程度以下の極薄シリコン酸
化膜をゲート絶縁膜として用いると、トンネル現象等に
よってゲートリーク特性が悪化し、その結果、低消費電
力のＬＳＩを実現することが困難になる。
て、現在、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）が用いられて
いる。一方、近年、半導体集積回路の高集積化が大きく
進展してきているが、２ｎｍ程度以下の極薄シリコン酸
化膜をゲート絶縁膜として用いると、トンネル現象等に
よってゲートリーク特性が悪化し、その結果、低消費電
力のＬＳＩを実現することが困難になる。
【０００３】そこで、次世代のゲート絶縁膜として、シ
リコン酸化膜に代わり、ハフニウム等の金属の酸化物か
らなる高誘電率金属酸化膜が期待されている。例えば、
ハフニウムの金属酸化膜（ＨｆＯ2 膜）の比誘電率は２
０程度であるので、ＨｆＯ2膜をゲート絶縁膜として利
用した場合、ＳｉＯ2 膜に換算した膜厚が２ｎｍ以下の
ＨｆＯ2 膜であっても、ＳｉＯ2 膜と同等以上の容量を
有することができる。しかも、ＨｆＯ2 膜をゲート絶縁
膜として利用することにより、ＳｉＯ2 膜と比較してリ
ーク電流が３桁以上低減されたトランジスタを実現する
ことができる。
リコン酸化膜に代わり、ハフニウム等の金属の酸化物か
らなる高誘電率金属酸化膜が期待されている。例えば、
ハフニウムの金属酸化膜（ＨｆＯ2 膜）の比誘電率は２
０程度であるので、ＨｆＯ2膜をゲート絶縁膜として利
用した場合、ＳｉＯ2 膜に換算した膜厚が２ｎｍ以下の
ＨｆＯ2 膜であっても、ＳｉＯ2 膜と同等以上の容量を
有することができる。しかも、ＨｆＯ2 膜をゲート絶縁
膜として利用することにより、ＳｉＯ2 膜と比較してリ
ーク電流が３桁以上低減されたトランジスタを実現する
ことができる。
【０００４】ＨｆＯ2 膜は、通常、スパッタ法又はＣＶ
Ｄ（chemical vapor deposition ）法等を用いて成膜さ
れる。成膜直後のＨｆＯ2 膜（つまりアズデポ状態の
膜）は希フッ酸（ＤＨＦ）溶液によって容易に溶解され
る。このため、ＤＨＦ溶液はＨｆＯ2 膜をウェットエッ
チングするためのエッチング液（以下、薬液と称するこ
ともある）として用いることができる。ところが、Ｈｆ
Ｏ2 膜の成膜後にＨｆＯ 2 膜に対して熱処理を行なう
と、ＨｆＯ2 膜のＤＨＦ溶液に対する溶解性が低下する
（非特許文献１参照）。これは、成膜後の熱処理によっ
て、ＨｆＯ2 膜の表面が変質したためと考えられる。
Ｄ（chemical vapor deposition ）法等を用いて成膜さ
れる。成膜直後のＨｆＯ2 膜（つまりアズデポ状態の
膜）は希フッ酸（ＤＨＦ）溶液によって容易に溶解され
る。このため、ＤＨＦ溶液はＨｆＯ2 膜をウェットエッ
チングするためのエッチング液（以下、薬液と称するこ
ともある）として用いることができる。ところが、Ｈｆ
Ｏ2 膜の成膜後にＨｆＯ 2 膜に対して熱処理を行なう
と、ＨｆＯ2 膜のＤＨＦ溶液に対する溶解性が低下する
（非特許文献１参照）。これは、成膜後の熱処理によっ
て、ＨｆＯ2 膜の表面が変質したためと考えられる。
【０００５】
【非特許文献１】ジェイ・ジェイ・チャンバース （J.
J. Chambers）他、希フッ酸におけるハフニウム及びジ
ルコニウムシリケートのエッチ速度の成分及び膜堆積後
熱処理依存性（Effect of Composition and Post-Depos
ition Annealing on the Etch Rateof Hafnium and Zir
conium Silicates in Dilute HF）、米国電気化学会第
２００回講演会予稿集（The Electrochemical Society
200th Meeting abs.）、2001年 9月、1434ページ
J. Chambers）他、希フッ酸におけるハフニウム及びジ
ルコニウムシリケートのエッチ速度の成分及び膜堆積後
熱処理依存性（Effect of Composition and Post-Depos
ition Annealing on the Etch Rateof Hafnium and Zir
conium Silicates in Dilute HF）、米国電気化学会第
２００回講演会予稿集（The Electrochemical Society
200th Meeting abs.）、2001年 9月、1434ページ
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＨｆＯ
2 膜をゲート絶縁膜として用いようとする場合、成膜後
の熱処理を行なった後においてＨｆＯ2 膜をウェットエ
ッチングにより除去したい場合も多い。
2 膜をゲート絶縁膜として用いようとする場合、成膜後
の熱処理を行なった後においてＨｆＯ2 膜をウェットエ
ッチングにより除去したい場合も多い。
【０００７】そこで、本願発明者らは、熱処理後のＨｆ
Ｏ2 膜をウェットエッチングにより除去できる薬液を調
べるため、熱処理後のＨｆＯ2 膜を様々な薬液に浸した
場合におけるＨｆＯ2 膜の膜厚変化を調べた。その結果
を図１に示す。尚、図１において、「時間」はＨｆＯ2
膜を薬液に浸す時間を示しており、「Δ」はＨｆＯ2膜
の膜厚変化を示している。ここで、「Δ」がマイナスの
値であることは、ＨｆＯ2 膜の膜厚が増加していること
を意味している。また、薬液名の「フッ化アンモ」、
「過水」、「Ｐ．Ｓ．エッチ液」はそれぞれ「フッ化ア
ンモニウム」、「過酸化水素水」、「ポリシリコンエッ
チング液」を意味している。また、ＫＯＨ以外の薬液の
濃度は全て体積％である。また、「ＨＦ＋ＮＨ4 ＯＨ」
の濃度１％は、備考欄に示す原液を純水で１体積％に希
釈したことを意味する。また、「Ｐ．Ｓ．エッチ液」の
備考欄に示す混合比は体積比である。さらに、備考欄の
「はがれ」とは、ＨｆＯ2 膜の下地層がリフトオフされ
てはがれたことを意味している。
Ｏ2 膜をウェットエッチングにより除去できる薬液を調
べるため、熱処理後のＨｆＯ2 膜を様々な薬液に浸した
場合におけるＨｆＯ2 膜の膜厚変化を調べた。その結果
を図１に示す。尚、図１において、「時間」はＨｆＯ2
膜を薬液に浸す時間を示しており、「Δ」はＨｆＯ2膜
の膜厚変化を示している。ここで、「Δ」がマイナスの
値であることは、ＨｆＯ2 膜の膜厚が増加していること
を意味している。また、薬液名の「フッ化アンモ」、
「過水」、「Ｐ．Ｓ．エッチ液」はそれぞれ「フッ化ア
ンモニウム」、「過酸化水素水」、「ポリシリコンエッ
チング液」を意味している。また、ＫＯＨ以外の薬液の
濃度は全て体積％である。また、「ＨＦ＋ＮＨ4 ＯＨ」
の濃度１％は、備考欄に示す原液を純水で１体積％に希
釈したことを意味する。また、「Ｐ．Ｓ．エッチ液」の
備考欄に示す混合比は体積比である。さらに、備考欄の
「はがれ」とは、ＨｆＯ2 膜の下地層がリフトオフされ
てはがれたことを意味している。
【０００８】図１から明らかなように、熱処理後のＨｆ
Ｏ2 膜は、ＤＨＦ溶液のみならず、半導体装置製造工程
で一般的に使用される様々な薬品、例えば色々な濃度の
フッ酸（ＨＦ）溶液等にもほとんど溶けない。すなわ
ち、様々な薬液を用いたとしても、熱処理後のＨｆＯ2
膜をウェットエッチングにより除去することは困難であ
る。その理由は次のように考えられている。一般的に、
ＨｆＯ2 膜等の金属酸化膜は、堆積後の熱処理によって
アモルファスからMonoclinic結晶に変化する。この変化
により、ＨｆＯ2 膜の表面にはＨｆＯ2 の不動態膜が形
成され、その結果、ＨｆＯ2 膜をウェットエッチングに
より除去することが困難になる。
Ｏ2 膜は、ＤＨＦ溶液のみならず、半導体装置製造工程
で一般的に使用される様々な薬品、例えば色々な濃度の
フッ酸（ＨＦ）溶液等にもほとんど溶けない。すなわ
ち、様々な薬液を用いたとしても、熱処理後のＨｆＯ2
膜をウェットエッチングにより除去することは困難であ
る。その理由は次のように考えられている。一般的に、
ＨｆＯ2 膜等の金属酸化膜は、堆積後の熱処理によって
アモルファスからMonoclinic結晶に変化する。この変化
により、ＨｆＯ2 膜の表面にはＨｆＯ2 の不動態膜が形
成され、その結果、ＨｆＯ2 膜をウェットエッチングに
より除去することが困難になる。
【０００９】尚、ＨｆＯ2 の不動態膜は、熱濃硫酸等の
非常に酸化力の強い酸でなければ、溶解させることがで
きないことが知られている。しかし、そのような酸を半
導体装置製造工程に利用することは現実的でなく、従っ
て、熱処理後のＨｆＯ2 膜をウェットエッチングにより
除去することは非常に困難になる。このため、今後、Ｈ
ｆＯ2 膜をトランジスタに利用するにあたって、ＨｆＯ
2 膜の完全な除去は大きな課題になると考えられる。ま
た、ＨｆＯ2 以外の金属酸化膜、例えばジルコニウム
（Ｚｒ）、ランタン（Ｌａ）、タンタル（Ｔａ）又はア
ルミニウム（Ａｌ）等の高融点金属の酸化膜について
も、ＨｆＯ2 と同様の傾向を示すものと考えられる。
非常に酸化力の強い酸でなければ、溶解させることがで
きないことが知られている。しかし、そのような酸を半
導体装置製造工程に利用することは現実的でなく、従っ
て、熱処理後のＨｆＯ2 膜をウェットエッチングにより
除去することは非常に困難になる。このため、今後、Ｈ
ｆＯ2 膜をトランジスタに利用するにあたって、ＨｆＯ
2 膜の完全な除去は大きな課題になると考えられる。ま
た、ＨｆＯ2 以外の金属酸化膜、例えばジルコニウム
（Ｚｒ）、ランタン（Ｌａ）、タンタル（Ｔａ）又はア
ルミニウム（Ａｌ）等の高融点金属の酸化膜について
も、ＨｆＯ2 と同様の傾向を示すものと考えられる。
【００１０】前記に鑑み、本発明は、熱処理等によって
表面が変質した絶縁性金属酸化膜をウェットエッチング
によって確実に除去できるようにすることを目的とす
る。
表面が変質した絶縁性金属酸化膜をウェットエッチング
によって確実に除去できるようにすることを目的とす
る。
【００１１】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに様々な試行錯誤を重ねた結果、本願発明者らは、熱
処理後のＨｆＯ2 膜に対してウェットエッチングを行な
う前に、ＨｆＯ2 膜をプラズマに暴露することによっ
て、ＨｆＯ2 膜を、ＤＨＦ溶液等を用いたウェットエッ
チングによって容易に除去できるようになることを見出
した。その理由は、ＨｆＯ2 膜をプラズマに暴露するこ
とによって、ＨｆＯ2 膜における厚さ１乃至３ｎｍ程度
の表面部がプラズマダメージを受け、その結果生じたダ
メージ層がウェットエッチングされやすくなるからであ
ると考えられる。
めに様々な試行錯誤を重ねた結果、本願発明者らは、熱
処理後のＨｆＯ2 膜に対してウェットエッチングを行な
う前に、ＨｆＯ2 膜をプラズマに暴露することによっ
て、ＨｆＯ2 膜を、ＤＨＦ溶液等を用いたウェットエッ
チングによって容易に除去できるようになることを見出
した。その理由は、ＨｆＯ2 膜をプラズマに暴露するこ
とによって、ＨｆＯ2 膜における厚さ１乃至３ｎｍ程度
の表面部がプラズマダメージを受け、その結果生じたダ
メージ層がウェットエッチングされやすくなるからであ
ると考えられる。
【００１２】図２は、本願発明者らにより得られた、熱
処理後のＨｆＯ2 膜のＤＨＦ溶液によるウェットエッチ
ング量の、プラズマ処理時間（ウェットエッチング前に
行なうプラズマ処理の処理時間）に対する依存性の調査
結果を示す図である。ここで、プラズマガス種として
は、ＨＢｒガスとＣｌ2 ガスとＯ2 ガスとの混合ガス、
及びＨＢｒガスとＣｌ2 ガスとの混合ガスをそれぞれ用
いた。図２に示すように、いずれのプラズマガス種を用
いた場合にも、ＨｆＯ2 膜のウェットエッチングが可能
となっている。このことから、本願発明者らは、ウェッ
トエッチング前のプラズマ処理の働き、つまり、熱処理
されたＨｆＯ2 膜にダメージ層を形成するという働き
は、プラズマガス種に限定されずに得られるものと考え
ている。但し、ＨｆＯ2 膜をゲート絶縁膜として用いる
場合においてドライエッチングによるゲート電極形成か
ら連続してＨｆＯ2 膜（ゲート電極の外側部分）にダメ
ージ層を形成する場合等においては、ゲート電極のサイ
ドエッチングを防止できるようなプラズマガス種を用い
ることが好ましい。
処理後のＨｆＯ2 膜のＤＨＦ溶液によるウェットエッチ
ング量の、プラズマ処理時間（ウェットエッチング前に
行なうプラズマ処理の処理時間）に対する依存性の調査
結果を示す図である。ここで、プラズマガス種として
は、ＨＢｒガスとＣｌ2 ガスとＯ2 ガスとの混合ガス、
及びＨＢｒガスとＣｌ2 ガスとの混合ガスをそれぞれ用
いた。図２に示すように、いずれのプラズマガス種を用
いた場合にも、ＨｆＯ2 膜のウェットエッチングが可能
となっている。このことから、本願発明者らは、ウェッ
トエッチング前のプラズマ処理の働き、つまり、熱処理
されたＨｆＯ2 膜にダメージ層を形成するという働き
は、プラズマガス種に限定されずに得られるものと考え
ている。但し、ＨｆＯ2 膜をゲート絶縁膜として用いる
場合においてドライエッチングによるゲート電極形成か
ら連続してＨｆＯ2 膜（ゲート電極の外側部分）にダメ
ージ層を形成する場合等においては、ゲート電極のサイ
ドエッチングを防止できるようなプラズマガス種を用い
ることが好ましい。
【００１３】本発明は、以上の知見に基づきなされたも
のであって、具体的には、本発明に係るウェットエッチ
ング方法は、金属酸化膜が堆積された基板に対して熱処
理を行なう第１の工程と、熱処理が行なわれた金属酸化
膜の表面をプラズマに暴露する第２の工程と、プラズマ
に暴露された金属酸化膜の少なくとも表面部をウェット
エッチングにより除去する第３の工程とを備えている。
のであって、具体的には、本発明に係るウェットエッチ
ング方法は、金属酸化膜が堆積された基板に対して熱処
理を行なう第１の工程と、熱処理が行なわれた金属酸化
膜の表面をプラズマに暴露する第２の工程と、プラズマ
に暴露された金属酸化膜の少なくとも表面部をウェット
エッチングにより除去する第３の工程とを備えている。
【００１４】本発明のウェットエッチング方法による
と、金属酸化膜が堆積された基板に対して熱処理を行な
った後、金属酸化膜の表面をプラズマに暴露し、その
後、金属酸化膜の少なくとも表面部をウェットエッチン
グにより除去する。すなわち、熱処理により変質された
金属酸化膜、つまりウェットエッチングされにくくなっ
た金属酸化膜の表面をプラズマに暴露する。このため、
金属酸化膜の少なくとも表面部に、ウェットエッチング
されやすいダメージ層が形成される。従って、該ダメー
ジ層、つまり金属酸化膜の少なくとも表面部をウェット
エッチングによって確実に除去することができる。
と、金属酸化膜が堆積された基板に対して熱処理を行な
った後、金属酸化膜の表面をプラズマに暴露し、その
後、金属酸化膜の少なくとも表面部をウェットエッチン
グにより除去する。すなわち、熱処理により変質された
金属酸化膜、つまりウェットエッチングされにくくなっ
た金属酸化膜の表面をプラズマに暴露する。このため、
金属酸化膜の少なくとも表面部に、ウェットエッチング
されやすいダメージ層が形成される。従って、該ダメー
ジ層、つまり金属酸化膜の少なくとも表面部をウェット
エッチングによって確実に除去することができる。
【００１５】尚、ウェットエッチング可能なダメージ層
は、金属酸化膜のうち表面から数ｎｍ程度の深さまでし
か形成されないので、熱処理後の金属酸化膜の膜厚が大
きい場合、ウェットエッチング後に金属酸化膜の一部が
残ってしまう。すなわち、金属酸化膜を完全には除去で
きない。この場合、プラズマ処理によって金属酸化膜に
ダメージ層を形成する際に、例えばドライエッチングガ
スを用いて金属酸化膜に対してエッチングを行なって予
め金属酸化膜を薄膜化しておくことが好ましい。このよ
うにすると、金属酸化膜全体にダメージ層を形成でき、
それにより金属酸化膜をウェットエッチングにより完全
に除去することが可能となる。従って、後工程において
金属酸化膜残りに起因して金属汚染が生じるという問題
を回避できる等の効果を奏することができる。
は、金属酸化膜のうち表面から数ｎｍ程度の深さまでし
か形成されないので、熱処理後の金属酸化膜の膜厚が大
きい場合、ウェットエッチング後に金属酸化膜の一部が
残ってしまう。すなわち、金属酸化膜を完全には除去で
きない。この場合、プラズマ処理によって金属酸化膜に
ダメージ層を形成する際に、例えばドライエッチングガ
スを用いて金属酸化膜に対してエッチングを行なって予
め金属酸化膜を薄膜化しておくことが好ましい。このよ
うにすると、金属酸化膜全体にダメージ層を形成でき、
それにより金属酸化膜をウェットエッチングにより完全
に除去することが可能となる。従って、後工程において
金属酸化膜残りに起因して金属汚染が生じるという問題
を回避できる等の効果を奏することができる。
【００１６】本発明のウェットエッチング方法におい
て、第２の工程は、基板にバイアス電力を印加する工程
を含むことが好ましい。
て、第２の工程は、基板にバイアス電力を印加する工程
を含むことが好ましい。
【００１７】このようにすると、プラズマ中のイオンが
効率よく基板まで到達するため、金属酸化膜に対してよ
り大きなプラズマダメージを与えることができるので、
金属酸化膜のウェットエッチングがより簡単に行なえ
る。
効率よく基板まで到達するため、金属酸化膜に対してよ
り大きなプラズマダメージを与えることができるので、
金属酸化膜のウェットエッチングがより簡単に行なえ
る。
【００１８】本発明のウェットエッチング方法におい
て、プラズマは、ＨＢｒを含むガスよりなるプラズマで
あることが好ましい。
て、プラズマは、ＨＢｒを含むガスよりなるプラズマで
あることが好ましい。
【００１９】このようにすると、熱処理等によって表面
が変質した金属酸化膜に対して、ＨＢｒを含むガスがド
ライエッチング作用を持つので、金属酸化膜にダメージ
層を形成すると同時に金属酸化膜を薄膜化することがで
きる。これにより、金属酸化膜の全体にダメージ層を形
成できるので、金属酸化膜をウェットエッチングにより
完全に除去することが可能となる。但し、ＨＢｒを含む
ガスは、基板に対してもダメージを与えるため、ウェッ
トエッチングの前に、ＨＢｒを含むガスよりなるプラズ
マに金属酸化膜の表面を暴露する場合、該プラズマ処理
によって任意の膜厚まで金属酸化膜をエッチングした
後、金属酸化膜に対してウェットエッチングを行なうこ
とが好ましい。このようにすると、基板へのダメージを
低減しながら、ウェットエッチングによる金属酸化膜の
除去を行なうことができる。
が変質した金属酸化膜に対して、ＨＢｒを含むガスがド
ライエッチング作用を持つので、金属酸化膜にダメージ
層を形成すると同時に金属酸化膜を薄膜化することがで
きる。これにより、金属酸化膜の全体にダメージ層を形
成できるので、金属酸化膜をウェットエッチングにより
完全に除去することが可能となる。但し、ＨＢｒを含む
ガスは、基板に対してもダメージを与えるため、ウェッ
トエッチングの前に、ＨＢｒを含むガスよりなるプラズ
マに金属酸化膜の表面を暴露する場合、該プラズマ処理
によって任意の膜厚まで金属酸化膜をエッチングした
後、金属酸化膜に対してウェットエッチングを行なうこ
とが好ましい。このようにすると、基板へのダメージを
低減しながら、ウェットエッチングによる金属酸化膜の
除去を行なうことができる。
【００２０】本発明のウェットエッチング方法におい
て、第３の工程は、フッ素を含む溶液を用いて行なわれ
ることが好ましい。
て、第３の工程は、フッ素を含む溶液を用いて行なわれ
ることが好ましい。
【００２１】このようにすると、ウェットエッチングに
よって金属酸化膜を確実に除去することができる。
よって金属酸化膜を確実に除去することができる。
【００２２】本発明のウェットエッチング方法におい
て、金属酸化膜は、ハフニウム、ジルコニウム、ランタ
ン、タンタル及びアルミニウムのうちの少なくとも１つ
を含む酸化膜であってもよい。
て、金属酸化膜は、ハフニウム、ジルコニウム、ランタ
ン、タンタル及びアルミニウムのうちの少なくとも１つ
を含む酸化膜であってもよい。
【００２３】本発明に係る第１の半導体装置の製造方法
は、金属酸化膜が堆積された基板に対して熱処理を行な
う第１の工程と、熱処理が行なわれた金属酸化膜の上に
導電膜を堆積する第２の工程と、導電膜をパターニング
してゲート電極を形成すると共に金属酸化膜におけるゲ
ート電極の外側部分を露出させる第３の工程と、金属酸
化膜の露出部分の表面をプラズマに暴露する第４の工程
と、プラズマに暴露された金属酸化膜の露出部分をウェ
ットエッチングにより除去する第５の工程とを備えてい
る。
は、金属酸化膜が堆積された基板に対して熱処理を行な
う第１の工程と、熱処理が行なわれた金属酸化膜の上に
導電膜を堆積する第２の工程と、導電膜をパターニング
してゲート電極を形成すると共に金属酸化膜におけるゲ
ート電極の外側部分を露出させる第３の工程と、金属酸
化膜の露出部分の表面をプラズマに暴露する第４の工程
と、プラズマに暴露された金属酸化膜の露出部分をウェ
ットエッチングにより除去する第５の工程とを備えてい
る。
【００２４】第１の半導体装置の製造方法によると、高
誘電率ゲート絶縁膜となる金属酸化膜におけるゲート電
極の外側部分の除去に、本発明のウェットエッチング方
法を用いるため、金属酸化膜の除去対象部分を完全に除
去することが可能となる。このため、次工程以降のプロ
セスにおいて、金属酸化膜を構成する金属に起因して汚
染が生じる事態を確実に回避することができる。従っ
て、従来のＭＯＳプロセスにおけるゲート絶縁膜とし
て、シリコン酸化膜に代えて高誘電率金属酸化膜を用い
た場合にも、高信頼性を有する半導体装置を歩留まり良
く製造することができる。
誘電率ゲート絶縁膜となる金属酸化膜におけるゲート電
極の外側部分の除去に、本発明のウェットエッチング方
法を用いるため、金属酸化膜の除去対象部分を完全に除
去することが可能となる。このため、次工程以降のプロ
セスにおいて、金属酸化膜を構成する金属に起因して汚
染が生じる事態を確実に回避することができる。従っ
て、従来のＭＯＳプロセスにおけるゲート絶縁膜とし
て、シリコン酸化膜に代えて高誘電率金属酸化膜を用い
た場合にも、高信頼性を有する半導体装置を歩留まり良
く製造することができる。
【００２５】尚、第１の半導体装置の製造方法におい
て、ゲート電極となる導電膜は、例えば金属膜とシリコ
ン膜との積層構造を有していてもよい。この場合、導電
膜をパターニングするためのドライエッチングにおい
て、エッチング対象毎に必要に応じてエッチング条件を
変更してもよい。また、シリコン膜（ポリシリコン膜）
がゲート電極の一部又は全部に用いられる場合には、金
属酸化膜の表面改質のためのプラズマ処理の際に、ゲー
ト電極を構成するポリシリコン膜の側面がエッチングさ
れることを防止する必要がある。従って、この場合の表
面改質プラズマ処理に用いられるガスは酸素を含まない
ことが好ましい。
て、ゲート電極となる導電膜は、例えば金属膜とシリコ
ン膜との積層構造を有していてもよい。この場合、導電
膜をパターニングするためのドライエッチングにおい
て、エッチング対象毎に必要に応じてエッチング条件を
変更してもよい。また、シリコン膜（ポリシリコン膜）
がゲート電極の一部又は全部に用いられる場合には、金
属酸化膜の表面改質のためのプラズマ処理の際に、ゲー
ト電極を構成するポリシリコン膜の側面がエッチングさ
れることを防止する必要がある。従って、この場合の表
面改質プラズマ処理に用いられるガスは酸素を含まない
ことが好ましい。
【００２６】また、第１の半導体装置の製造方法におい
て、第３の工程は、ゲート電極形成領域を覆うマスクパ
ターンを用いて導電膜及び金属酸化膜に対して順次プラ
ズマエッチングを行ない、それによって金属酸化膜にお
けるゲート電極の外側部分を薄くする工程を含むことが
好ましい。
て、第３の工程は、ゲート電極形成領域を覆うマスクパ
ターンを用いて導電膜及び金属酸化膜に対して順次プラ
ズマエッチングを行ない、それによって金属酸化膜にお
けるゲート電極の外側部分を薄くする工程を含むことが
好ましい。
【００２７】このようにすると、金属酸化膜の除去対象
部分を薄膜化することにより、該除去対象部分の全体に
ダメージ層を形成できるので、該除去対象部分をウェッ
トエッチングにより完全に除去することが可能となる。
部分を薄膜化することにより、該除去対象部分の全体に
ダメージ層を形成できるので、該除去対象部分をウェッ
トエッチングにより完全に除去することが可能となる。
【００２８】本発明に係る第２の半導体装置の製造方法
は、基板上にダミーゲート電極を形成する第１の工程
と、ダミーゲート電極の側面に絶縁性のサイドウォール
を形成する第２の工程と、ダミーゲート電極及びサイド
ウォールが形成された基板の上に層間絶縁膜を、ダミー
ゲート電極の上面が露出するように形成する第３の工程
と、ダミーゲート電極を除去し、それによりサイドウォ
ールを壁面とする凹部を層間絶縁膜に形成する第４の工
程と、層間絶縁膜の上に金属酸化膜を、凹部が途中まで
埋まるように堆積する第５の工程と、金属酸化膜が堆積
された基板に対して熱処理を行なう第６の工程と、熱処
理が行なわれた金属酸化膜の上に導電膜を、凹部が完全
に埋まるように堆積する第７の工程と、導電膜における
凹部の外側部分を除去することによって、凹部にゲート
電極を形成すると共に金属酸化膜における凹部の外側部
分を露出させる第８の工程と、金属酸化膜の露出部分の
表面をプラズマに暴露する第９の工程と、プラズマに暴
露された金属酸化膜の露出部分をウェットエッチングに
より除去する第１０の工程とを備えている。
は、基板上にダミーゲート電極を形成する第１の工程
と、ダミーゲート電極の側面に絶縁性のサイドウォール
を形成する第２の工程と、ダミーゲート電極及びサイド
ウォールが形成された基板の上に層間絶縁膜を、ダミー
ゲート電極の上面が露出するように形成する第３の工程
と、ダミーゲート電極を除去し、それによりサイドウォ
ールを壁面とする凹部を層間絶縁膜に形成する第４の工
程と、層間絶縁膜の上に金属酸化膜を、凹部が途中まで
埋まるように堆積する第５の工程と、金属酸化膜が堆積
された基板に対して熱処理を行なう第６の工程と、熱処
理が行なわれた金属酸化膜の上に導電膜を、凹部が完全
に埋まるように堆積する第７の工程と、導電膜における
凹部の外側部分を除去することによって、凹部にゲート
電極を形成すると共に金属酸化膜における凹部の外側部
分を露出させる第８の工程と、金属酸化膜の露出部分の
表面をプラズマに暴露する第９の工程と、プラズマに暴
露された金属酸化膜の露出部分をウェットエッチングに
より除去する第１０の工程とを備えている。
【００２９】第２の半導体装置の製造方法によると、リ
プレイスメント型のＭＩＳトランジスタの形成におい
て、高誘電率ゲート絶縁膜となる金属酸化膜におけるゲ
ート電極形成用凹部の外側部分の除去に、本発明のウェ
ットエッチング方法を用いるため、金属酸化膜の除去対
象部分を完全に除去することが可能となる。このため、
次工程以降のプロセスにおいて、金属酸化膜を構成する
金属に起因して汚染が生じる事態を確実に回避すること
ができる。従って、ゲート絶縁膜として、シリコン酸化
膜に代えて高誘電率金属酸化膜を用いた場合にも、信頼
性が高いリプレイスメント型のＭＩＳトランジスタを有
する半導体装置を歩留まり良く製造することができる。
プレイスメント型のＭＩＳトランジスタの形成におい
て、高誘電率ゲート絶縁膜となる金属酸化膜におけるゲ
ート電極形成用凹部の外側部分の除去に、本発明のウェ
ットエッチング方法を用いるため、金属酸化膜の除去対
象部分を完全に除去することが可能となる。このため、
次工程以降のプロセスにおいて、金属酸化膜を構成する
金属に起因して汚染が生じる事態を確実に回避すること
ができる。従って、ゲート絶縁膜として、シリコン酸化
膜に代えて高誘電率金属酸化膜を用いた場合にも、信頼
性が高いリプレイスメント型のＭＩＳトランジスタを有
する半導体装置を歩留まり良く製造することができる。
【００３０】第２の半導体装置の製造方法において、第
１の工程は、基板とダミーゲート電極との間にダミーゲ
ート絶縁膜を形成する工程を含み、第４の工程は、ダミ
ーゲート絶縁膜を除去する工程を含んでいてもよい。
１の工程は、基板とダミーゲート電極との間にダミーゲ
ート絶縁膜を形成する工程を含み、第４の工程は、ダミ
ーゲート絶縁膜を除去する工程を含んでいてもよい。
【００３１】第２の半導体装置の製造方法において、第
９の工程は、金属酸化膜の露出部分に対してプラズマエ
ッチングを行ない、それによって金属酸化膜の露出部分
を薄くする工程を含むことが好ましい。
９の工程は、金属酸化膜の露出部分に対してプラズマエ
ッチングを行ない、それによって金属酸化膜の露出部分
を薄くする工程を含むことが好ましい。
【００３２】このようにすると、金属酸化膜の除去対象
部分を薄膜化することにより、該除去対象部分の全体に
ダメージ層を形成できるので、該除去対象部分をウェッ
トエッチングにより完全に除去することが可能となる。
部分を薄膜化することにより、該除去対象部分の全体に
ダメージ層を形成できるので、該除去対象部分をウェッ
トエッチングにより完全に除去することが可能となる。
【００３３】
【発明の実施の形態】（第１の実施形態）以下、本発明
の第１の実施形態に係るウェットエッチング方法につい
て図面を参照しながら説明する。
の第１の実施形態に係るウェットエッチング方法につい
て図面を参照しながら説明する。
【００３４】図３（ａ）〜（ｄ）は、第１の実施形態に
係るウェットエッチング方法の各工程を示す断面図であ
る。
係るウェットエッチング方法の各工程を示す断面図であ
る。
【００３５】まず、例えばスパッタ蒸着装置を用いて、
図３（ａ）に示すように、シリコン基板１１の上に、Ｈ
ｆＯ2 膜（堆積直後のＨｆＯ2 膜）１２を堆積する。
図３（ａ）に示すように、シリコン基板１１の上に、Ｈ
ｆＯ2 膜（堆積直後のＨｆＯ2 膜）１２を堆積する。
【００３６】次に、シリコン基板１１に対して熱処理、
例えば高速熱窒化処理（ＲＴＮ処理）を行なう。これに
より、図３（ｂ）に示すように、堆積直後のＨｆＯ2 膜
１２が変質して、ウェットエッチング不可能なＨｆＯ2
膜（熱処理後のＨｆＯ2 膜）１２ａとなる。ここで、具
体的な熱処理条件は、チャンバー内雰囲気が窒素雰囲
気、熱処理温度が８００℃、熱処理時間が６０秒であ
る。
例えば高速熱窒化処理（ＲＴＮ処理）を行なう。これに
より、図３（ｂ）に示すように、堆積直後のＨｆＯ2 膜
１２が変質して、ウェットエッチング不可能なＨｆＯ2
膜（熱処理後のＨｆＯ2 膜）１２ａとなる。ここで、具
体的な熱処理条件は、チャンバー内雰囲気が窒素雰囲
気、熱処理温度が８００℃、熱処理時間が６０秒であ
る。
【００３７】次に、例えば誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）
型ドライエッチング装置を用いて、熱処理後のＨｆＯ2
膜１２ａをプラズマに暴露し、それによって、熱処理後
のＨｆＯ2 膜１２ａの表面にプラズマダメージを与え
る。具体的なプラズマ処理条件は、プラズマガス種がＨ
ＢｒガスとＣｌ2 ガスとＯ2 ガスとの混合ガス（流量比
はＨＢｒ：Ｃｌ2 ：Ｏ2 ＝１００：１５：１０）、ドラ
イエッチング装置のチャンバー内の全圧力が８Ｐａ、シ
リコン基板１１に印加するバイアス電力が６０Ｗ、プラ
ズマ発生用のソースパワーが５００Ｗである。このよう
なプラズマ処理を行なうことによって、図３（ｃ）に示
すように、プラズマ中のイオン１３等により、熱処理後
のＨｆＯ2 膜１２ａにおける表面から１〜３ｎｍ程度の
深さまでの領域に、ウェットエッチング可能なダメージ
層１２ｂが形成される。
型ドライエッチング装置を用いて、熱処理後のＨｆＯ2
膜１２ａをプラズマに暴露し、それによって、熱処理後
のＨｆＯ2 膜１２ａの表面にプラズマダメージを与え
る。具体的なプラズマ処理条件は、プラズマガス種がＨ
ＢｒガスとＣｌ2 ガスとＯ2 ガスとの混合ガス（流量比
はＨＢｒ：Ｃｌ2 ：Ｏ2 ＝１００：１５：１０）、ドラ
イエッチング装置のチャンバー内の全圧力が８Ｐａ、シ
リコン基板１１に印加するバイアス電力が６０Ｗ、プラ
ズマ発生用のソースパワーが５００Ｗである。このよう
なプラズマ処理を行なうことによって、図３（ｃ）に示
すように、プラズマ中のイオン１３等により、熱処理後
のＨｆＯ2 膜１２ａにおける表面から１〜３ｎｍ程度の
深さまでの領域に、ウェットエッチング可能なダメージ
層１２ｂが形成される。
【００３８】次に、図３（ｄ）に示すように、例えば１
質量％濃度程度のフッ酸が含まれた希フッ酸（ＤＨＦ）
溶液を用いてダメージ層１２ｂに対してウェットエッチ
ングを行ない、それによってダメージ層１２ｂ、つまり
熱処理後のＨｆＯ2 膜１２ａの表面部を除去する。
質量％濃度程度のフッ酸が含まれた希フッ酸（ＤＨＦ）
溶液を用いてダメージ層１２ｂに対してウェットエッチ
ングを行ない、それによってダメージ層１２ｂ、つまり
熱処理後のＨｆＯ2 膜１２ａの表面部を除去する。
【００３９】第１の実施形態によると、ＨｆＯ2 膜１２
が堆積されたシリコン基板１１に対して熱処理を行なっ
た後、熱処理後のＨｆＯ2 膜１２ａの表面をプラズマに
暴露し、その後、熱処理後のＨｆＯ2 膜１２ａの表面部
をウェットエッチングにより除去する。すなわち、熱処
理により変質されてウェットエッチングされにくくなっ
たＨｆＯ2 膜１２ａの表面をプラズマに暴露する。この
ため、熱処理後のＨｆＯ2 膜１２ａの表面部に、ウェッ
トエッチングされやすいダメージ層１２ｂが形成され
る。従って、ダメージ層１２ｂ、つまり熱処理後のＨｆ
Ｏ2 膜１２ａの表面部をウェットエッチングによって確
実に除去できる。
が堆積されたシリコン基板１１に対して熱処理を行なっ
た後、熱処理後のＨｆＯ2 膜１２ａの表面をプラズマに
暴露し、その後、熱処理後のＨｆＯ2 膜１２ａの表面部
をウェットエッチングにより除去する。すなわち、熱処
理により変質されてウェットエッチングされにくくなっ
たＨｆＯ2 膜１２ａの表面をプラズマに暴露する。この
ため、熱処理後のＨｆＯ2 膜１２ａの表面部に、ウェッ
トエッチングされやすいダメージ層１２ｂが形成され
る。従って、ダメージ層１２ｂ、つまり熱処理後のＨｆ
Ｏ2 膜１２ａの表面部をウェットエッチングによって確
実に除去できる。
【００４０】また、第１の実施形態によると、熱処理後
のＨｆＯ2 膜１２ａの表面をプラズマに暴露する際に、
シリコン基板１１にバイアス電力を印加する。このた
め、プラズマ中のイオン１３が効率よくシリコン基板１
１まで到達するため、ＨｆＯ2膜１２ａに対してより大
きなプラズマダメージを与えることができるので、Ｈｆ
Ｏ2 膜１２ａのウェットエッチングがより簡単に行なえ
る。
のＨｆＯ2 膜１２ａの表面をプラズマに暴露する際に、
シリコン基板１１にバイアス電力を印加する。このた
め、プラズマ中のイオン１３が効率よくシリコン基板１
１まで到達するため、ＨｆＯ2膜１２ａに対してより大
きなプラズマダメージを与えることができるので、Ｈｆ
Ｏ2 膜１２ａのウェットエッチングがより簡単に行なえ
る。
【００４１】尚、第１の実施形態においては、ダメージ
層１２ｂの除去後に、熱処理後のＨｆＯ2 膜１２ａの一
部分が残存する。すなわち、ウェットエッチング可能な
ダメージ層は、ＨｆＯ2 膜のうち表面から数ｎｍ程度の
深さまでしか形成されないので、熱処理後のＨｆＯ2 膜
の膜厚が大きい場合、ウェットエッチング後にＨｆＯ 2
膜の一部が残ってしまう。言い換えると、ＨｆＯ2 膜を
完全には除去できない。この場合、プラズマ処理によっ
てＨｆＯ2 膜にダメージ層を形成する際に、例えばドラ
イエッチングガスを用いてＨｆＯ2 膜に対してエッチン
グを行なって予めＨｆＯ2 膜を薄膜化しておくことが好
ましい。このようにすると、ＨｆＯ2 膜全体にダメージ
層を形成でき、それによりＨｆＯ2 膜をウェットエッチ
ングにより完全に除去することが可能となる。従って、
後工程においてＨｆＯ2 膜残りに起因して金属汚染が生
じるという問題を回避できる等の効果を奏することがで
きる。
層１２ｂの除去後に、熱処理後のＨｆＯ2 膜１２ａの一
部分が残存する。すなわち、ウェットエッチング可能な
ダメージ層は、ＨｆＯ2 膜のうち表面から数ｎｍ程度の
深さまでしか形成されないので、熱処理後のＨｆＯ2 膜
の膜厚が大きい場合、ウェットエッチング後にＨｆＯ 2
膜の一部が残ってしまう。言い換えると、ＨｆＯ2 膜を
完全には除去できない。この場合、プラズマ処理によっ
てＨｆＯ2 膜にダメージ層を形成する際に、例えばドラ
イエッチングガスを用いてＨｆＯ2 膜に対してエッチン
グを行なって予めＨｆＯ2 膜を薄膜化しておくことが好
ましい。このようにすると、ＨｆＯ2 膜全体にダメージ
層を形成でき、それによりＨｆＯ2 膜をウェットエッチ
ングにより完全に除去することが可能となる。従って、
後工程においてＨｆＯ2 膜残りに起因して金属汚染が生
じるという問題を回避できる等の効果を奏することがで
きる。
【００４２】また、第１の実施形態において、熱処理後
のＨｆＯ2 膜１２ａに対するプラズマ処理で用いるプラ
ズマガス種は特に限定されるものではないが、ＨＢｒを
含むガスよりなるプラズマを用いると次のような効果が
得られる。すなわち、熱処理等によって表面が変質した
ＨｆＯ2 膜に対して、ＨＢｒを含むガスがドライエッチ
ング作用を持つので、ＨｆＯ2 膜にダメージ層を形成す
ると同時にＨｆＯ2 膜を薄膜化することができる。これ
により、ＨｆＯ2 膜の全体にダメージ層を形成できるの
で、ＨｆＯ2 膜をウェットエッチングにより完全に除去
することが可能となる。但し、ＨＢｒを含むガスは、基
板に対してもダメージを与えるため、ウェットエッチン
グの前に、ＨＢｒを含むガスよりなるプラズマにＨｆＯ
2 膜の表面を暴露する場合、該プラズマ処理によって任
意の膜厚までＨｆＯ2 膜をエッチングした後、ＨｆＯ2
膜に対してウェットエッチングを行なうことが好まし
い。このようにすると、基板へのダメージを低減しなが
ら、ウェットエッチングによるＨｆＯ2 膜の除去を行な
うことができる。
のＨｆＯ2 膜１２ａに対するプラズマ処理で用いるプラ
ズマガス種は特に限定されるものではないが、ＨＢｒを
含むガスよりなるプラズマを用いると次のような効果が
得られる。すなわち、熱処理等によって表面が変質した
ＨｆＯ2 膜に対して、ＨＢｒを含むガスがドライエッチ
ング作用を持つので、ＨｆＯ2 膜にダメージ層を形成す
ると同時にＨｆＯ2 膜を薄膜化することができる。これ
により、ＨｆＯ2 膜の全体にダメージ層を形成できるの
で、ＨｆＯ2 膜をウェットエッチングにより完全に除去
することが可能となる。但し、ＨＢｒを含むガスは、基
板に対してもダメージを与えるため、ウェットエッチン
グの前に、ＨＢｒを含むガスよりなるプラズマにＨｆＯ
2 膜の表面を暴露する場合、該プラズマ処理によって任
意の膜厚までＨｆＯ2 膜をエッチングした後、ＨｆＯ2
膜に対してウェットエッチングを行なうことが好まし
い。このようにすると、基板へのダメージを低減しなが
ら、ウェットエッチングによるＨｆＯ2 膜の除去を行な
うことができる。
【００４３】また、第１の実施形態において、熱処理後
のＨｆＯ2 膜１２ａ（ダメージ層１２ｂ）に対するウェ
ットエッチングで用いる薬液は特に限定されるものでは
ないが、フッ素を含む薬液を用いると次のような効果が
得られる。すなわち、ウェットエッチングによってダメ
ージ層１２ｂを確実に除去することができる。
のＨｆＯ2 膜１２ａ（ダメージ層１２ｂ）に対するウェ
ットエッチングで用いる薬液は特に限定されるものでは
ないが、フッ素を含む薬液を用いると次のような効果が
得られる。すなわち、ウェットエッチングによってダメ
ージ層１２ｂを確実に除去することができる。
【００４４】また、第１の実施形態において、ウェット
エッチング対象としてＨｆＯ2 膜を用いたが、ウェット
エッチング対象となる金属酸化膜は特に限定されるもの
ではない。具体的には、ハフニウム、ジルコニウム、ラ
ンタン、タンタル及びアルミニウムのうちの少なくとも
１つを含む酸化膜、例えばジルコニウム酸化膜、ランタ
ン酸化膜、タンタル酸化膜又はアルミニウム酸化膜等で
あれば、本実施形態と同様の効果が得られる。
エッチング対象としてＨｆＯ2 膜を用いたが、ウェット
エッチング対象となる金属酸化膜は特に限定されるもの
ではない。具体的には、ハフニウム、ジルコニウム、ラ
ンタン、タンタル及びアルミニウムのうちの少なくとも
１つを含む酸化膜、例えばジルコニウム酸化膜、ランタ
ン酸化膜、タンタル酸化膜又はアルミニウム酸化膜等で
あれば、本実施形態と同様の効果が得られる。
【００４５】（第２の実施形態）以下、本発明の第２の
実施形態に係る半導体装置の製造方法、具体的にはＨｆ
Ｏ2 膜等の金属酸化膜をゲート絶縁膜として備えた半導
体装置の製造方法について図面を参照しながら説明す
る。ここで、ＨｆＯ2 膜等の金属酸化膜はシリコン酸化
膜よりも高い誘電率を持つため、シリコン酸化膜に代わ
る次世代のゲート絶縁膜として特に期待されている。
尚、本実施形態では、高誘電率ゲート絶縁膜となる金属
酸化膜におけるゲート電極の外側部分の除去に、本発明
のウェットエッチング方法（第１の実施形態参照）を用
いる。
実施形態に係る半導体装置の製造方法、具体的にはＨｆ
Ｏ2 膜等の金属酸化膜をゲート絶縁膜として備えた半導
体装置の製造方法について図面を参照しながら説明す
る。ここで、ＨｆＯ2 膜等の金属酸化膜はシリコン酸化
膜よりも高い誘電率を持つため、シリコン酸化膜に代わ
る次世代のゲート絶縁膜として特に期待されている。
尚、本実施形態では、高誘電率ゲート絶縁膜となる金属
酸化膜におけるゲート電極の外側部分の除去に、本発明
のウェットエッチング方法（第１の実施形態参照）を用
いる。
【００４６】図４（ａ）〜（ｃ）及び図５（ａ）〜
（ｃ）は、第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法
の各工程を示す断面図である。
（ｃ）は、第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法
の各工程を示す断面図である。
【００４７】まず、図４（ａ）に示すように、素子分離
絶縁膜２２が形成されたシリコン基板２１上に、例えば
スパッタ法により、ゲート絶縁膜となる厚さ５ｎｍ程度
のＨｆＯ2 膜（堆積直後のＨｆＯ2 膜）２３を堆積す
る。ここで、スパッタ条件は、使用ターゲットがＨｆタ
ーゲット、ＲＦパワーが２００Ｗ、チャンバー内圧力が
０．４ｋＰａ、使用ガスが、アルゴン（Ａｒ）ガスと酸
素（Ｏ2 ）ガスとの混合ガス（流量は両方とも１０ｍｌ
／ｍｉｎ（標準状態））である。
絶縁膜２２が形成されたシリコン基板２１上に、例えば
スパッタ法により、ゲート絶縁膜となる厚さ５ｎｍ程度
のＨｆＯ2 膜（堆積直後のＨｆＯ2 膜）２３を堆積す
る。ここで、スパッタ条件は、使用ターゲットがＨｆタ
ーゲット、ＲＦパワーが２００Ｗ、チャンバー内圧力が
０．４ｋＰａ、使用ガスが、アルゴン（Ａｒ）ガスと酸
素（Ｏ2 ）ガスとの混合ガス（流量は両方とも１０ｍｌ
／ｍｉｎ（標準状態））である。
【００４８】次に、シリコン基板２１に対して熱処理、
例えばＲＴＮ処理を行なう。ここで、具体的な熱処理条
件は、熱処理温度が８００℃、熱処理時間が６０秒であ
る。この熱処理は、堆積したＨｆＯ2 膜２３を緻密化
し、それによりＨｆＯ2 膜２３を安定化させると共にそ
の電気的特性を向上させるために行なうものである。こ
の熱処理により、ＨｆＯ2 膜２３はアモルファスからMo
noclinic結晶に変質する。その結果、図４（ｂ）に示す
ように、堆積直後のＨｆＯ2 膜２３は、ウェットエッチ
ング不可能なＨｆＯ2 膜（熱処理後のＨｆＯ2 膜）２３
ａとなる。
例えばＲＴＮ処理を行なう。ここで、具体的な熱処理条
件は、熱処理温度が８００℃、熱処理時間が６０秒であ
る。この熱処理は、堆積したＨｆＯ2 膜２３を緻密化
し、それによりＨｆＯ2 膜２３を安定化させると共にそ
の電気的特性を向上させるために行なうものである。こ
の熱処理により、ＨｆＯ2 膜２３はアモルファスからMo
noclinic結晶に変質する。その結果、図４（ｂ）に示す
ように、堆積直後のＨｆＯ2 膜２３は、ウェットエッチ
ング不可能なＨｆＯ2 膜（熱処理後のＨｆＯ2 膜）２３
ａとなる。
【００４９】次に、図４（ｃ）に示すように、熱処理後
のＨｆＯ2 膜２３ａの上に、ゲート電極となるポリシリ
コン膜２４を形成する。その後、図５（ａ）に示すよう
に、ポリシリコン膜２４の上に、ゲート電極形成領域を
覆うマスクパターン２５を形成する。具体的には、ポリ
シリコン膜２４の上に、マスクパターン２５つまりハー
ドマスクとなるシリコン窒化膜（図示省略）を形成した
後、該シリコン窒化膜をパターニングするためのレジス
ト膜（図示省略）を塗布する。その後、公知のリソグラ
フィー法等により該レジスト膜をパターニングした後、
パターン化されたレジスト膜をマスクとしてシリコン窒
化膜をパターニングにし、それによってマスクパターン
２５を形成する。その後、レジスト膜をアッシング処理
により除去する。
のＨｆＯ2 膜２３ａの上に、ゲート電極となるポリシリ
コン膜２４を形成する。その後、図５（ａ）に示すよう
に、ポリシリコン膜２４の上に、ゲート電極形成領域を
覆うマスクパターン２５を形成する。具体的には、ポリ
シリコン膜２４の上に、マスクパターン２５つまりハー
ドマスクとなるシリコン窒化膜（図示省略）を形成した
後、該シリコン窒化膜をパターニングするためのレジス
ト膜（図示省略）を塗布する。その後、公知のリソグラ
フィー法等により該レジスト膜をパターニングした後、
パターン化されたレジスト膜をマスクとしてシリコン窒
化膜をパターニングにし、それによってマスクパターン
２５を形成する。その後、レジスト膜をアッシング処理
により除去する。
【００５０】次に、例えばＩＣＰ型ドライエッチング装
置を用いて、図５（ｂ）に示すように、マスクパターン
２５を用いてポリシリコン膜２４に対してドライエッチ
ングを行なうことにより、ゲート電極２４ａを形成す
る。ここで、具体的なドライエッチング条件は、プラズ
マガス種がＨＢｒガスとＣｌ2 ガスとの混合ガス（流量
比はＨＢｒ：Ｃｌ2 ＝１００：１５）、ドライエッチン
グ装置のチャンバー内の全圧力が８Ｐａ、シリコン基板
２１に印加するバイアス電力が６０Ｗ、プラズマ発生用
のソースパワーが５００Ｗである。
置を用いて、図５（ｂ）に示すように、マスクパターン
２５を用いてポリシリコン膜２４に対してドライエッチ
ングを行なうことにより、ゲート電極２４ａを形成す
る。ここで、具体的なドライエッチング条件は、プラズ
マガス種がＨＢｒガスとＣｌ2 ガスとの混合ガス（流量
比はＨＢｒ：Ｃｌ2 ＝１００：１５）、ドライエッチン
グ装置のチャンバー内の全圧力が８Ｐａ、シリコン基板
２１に印加するバイアス電力が６０Ｗ、プラズマ発生用
のソースパワーが５００Ｗである。
【００５１】本実施形態においては、前述のドライエッ
チングにより、ポリシリコン膜２４におけるマスクパタ
ーン２５の外側部分を除去して、熱処理後のＨｆＯ2 膜
２３ａにおけるマスクパターン２５（つまりゲート電極
２４ａ）の外側部分を露出させた後、引き続いて、Ｈｆ
Ｏ2 膜２３ａの露出部分に対してドライエッチングを行
なう。そして、ＨｆＯ2 膜２３ａの露出部分、つまりＨ
ｆＯ2 膜２３ａにおけるゲート電極２４ａの外側部分の
厚さが３ｎｍ程度になったところでドライエッチングを
停止する。これにより、ＨｆＯ2 膜２３ａにおけるゲー
ト電極２４ａの外側部分の全体がプラズマ中のイオン等
によるダメージを受ける結果、図５（ｂ）に示すよう
に、シリコン基板２１におけるゲート電極２４ａの外側
部分の上には、ウェットエッチング可能なダメージ層２
３ｂのみが残される。
チングにより、ポリシリコン膜２４におけるマスクパタ
ーン２５の外側部分を除去して、熱処理後のＨｆＯ2 膜
２３ａにおけるマスクパターン２５（つまりゲート電極
２４ａ）の外側部分を露出させた後、引き続いて、Ｈｆ
Ｏ2 膜２３ａの露出部分に対してドライエッチングを行
なう。そして、ＨｆＯ2 膜２３ａの露出部分、つまりＨ
ｆＯ2 膜２３ａにおけるゲート電極２４ａの外側部分の
厚さが３ｎｍ程度になったところでドライエッチングを
停止する。これにより、ＨｆＯ2 膜２３ａにおけるゲー
ト電極２４ａの外側部分の全体がプラズマ中のイオン等
によるダメージを受ける結果、図５（ｂ）に示すよう
に、シリコン基板２１におけるゲート電極２４ａの外側
部分の上には、ウェットエッチング可能なダメージ層２
３ｂのみが残される。
【００５２】ここで、ＨｆＯ2 膜の膜厚制御について図
６を用いて説明する。図６は、本願発明者らにより得ら
れた、熱処理後のＨｆＯ2 膜及び熱処理なしのＨｆＯ2
膜（つまりアズデポ状態の膜）のそれぞれのドライエッ
チングレートの比較結果を示す図である。ここで、該比
較結果は、図５（ｂ）に示すゲート電極２４ａの形成工
程における前述のドライエッチング条件を用いて得られ
たものである。図６において、横軸はエッチング時間を
示しており、縦軸はエッチングされたＨｆＯ2膜の膜厚
を示している。また、参考のため、図６において、熱酸
化膜（ＳｉＯ2膜）のドライエッチングレートも示して
いる。図６の実験結果に示すように、熱処理なし（熱処
理前）のＨｆＯ2 膜のドライエッチングレートは約３０
Å／ｍｉｎであり、熱処理後のＨｆＯ2 膜のドライエッ
チングレートは約２５Å／ｍｉｎである。すなわち、熱
処理前後でＨｆＯ2 膜のドライエッチングレートがほぼ
同じであるため、熱処理後のＨｆＯ2 膜に対してドライ
エッチングによる膜厚制御を比較的簡単に行なえること
が分かる。従って、予め厚さ１乃至３ｎｍ程度のＨｆＯ
2 膜が基板表面に残るようなドライエッチング条件を予
め抽出しておくことにより、後工程のウェットエッチン
グにより除去可能な厚さを持つダメージ層（ＨｆＯ
2 膜）が残るようにドライエッチングを行なうことがで
きる。
６を用いて説明する。図６は、本願発明者らにより得ら
れた、熱処理後のＨｆＯ2 膜及び熱処理なしのＨｆＯ2
膜（つまりアズデポ状態の膜）のそれぞれのドライエッ
チングレートの比較結果を示す図である。ここで、該比
較結果は、図５（ｂ）に示すゲート電極２４ａの形成工
程における前述のドライエッチング条件を用いて得られ
たものである。図６において、横軸はエッチング時間を
示しており、縦軸はエッチングされたＨｆＯ2膜の膜厚
を示している。また、参考のため、図６において、熱酸
化膜（ＳｉＯ2膜）のドライエッチングレートも示して
いる。図６の実験結果に示すように、熱処理なし（熱処
理前）のＨｆＯ2 膜のドライエッチングレートは約３０
Å／ｍｉｎであり、熱処理後のＨｆＯ2 膜のドライエッ
チングレートは約２５Å／ｍｉｎである。すなわち、熱
処理前後でＨｆＯ2 膜のドライエッチングレートがほぼ
同じであるため、熱処理後のＨｆＯ2 膜に対してドライ
エッチングによる膜厚制御を比較的簡単に行なえること
が分かる。従って、予め厚さ１乃至３ｎｍ程度のＨｆＯ
2 膜が基板表面に残るようなドライエッチング条件を予
め抽出しておくことにより、後工程のウェットエッチン
グにより除去可能な厚さを持つダメージ層（ＨｆＯ
2 膜）が残るようにドライエッチングを行なうことがで
きる。
【００５３】次に、図５（ｃ）に示すように、例えば１
重量％濃度程度のフッ酸が含まれた希フッ酸（ＤＨＦ）
溶液を用いてダメージ層２３ｂに対してウェットエッチ
ングを行ない、それによってダメージ層２３ｂ（つまり
ＨｆＯ2 膜２３ａの露出部分）を除去する。これによ
り、ドライエッチングダメージをシリコン基板２１に与
えることなく、ＨｆＯ2 膜２３ａにおけるゲート電極２
４ａの外側部分をウェットエッチングによって完全に除
去できる。その結果、シリコン基板２１上に、ＨｆＯ2
膜２３ａよりなる高誘電率ゲート絶縁膜を介してゲート
電極２４ａが形成された構造が完成する。尚、マスクパ
ターン２５の除去は、図５（ｃ）に示すウェットエッチ
ング工程の前に行なってもよいし又は該ウェットエッチ
ング工程の後に行なってもよい。
重量％濃度程度のフッ酸が含まれた希フッ酸（ＤＨＦ）
溶液を用いてダメージ層２３ｂに対してウェットエッチ
ングを行ない、それによってダメージ層２３ｂ（つまり
ＨｆＯ2 膜２３ａの露出部分）を除去する。これによ
り、ドライエッチングダメージをシリコン基板２１に与
えることなく、ＨｆＯ2 膜２３ａにおけるゲート電極２
４ａの外側部分をウェットエッチングによって完全に除
去できる。その結果、シリコン基板２１上に、ＨｆＯ2
膜２３ａよりなる高誘電率ゲート絶縁膜を介してゲート
電極２４ａが形成された構造が完成する。尚、マスクパ
ターン２５の除去は、図５（ｃ）に示すウェットエッチ
ング工程の前に行なってもよいし又は該ウェットエッチ
ング工程の後に行なってもよい。
【００５４】その後、図示は省略しているが、従来から
知られている通常のＭＯＳトランジスタ製造プロセスに
従ってトランジスタを形成する。具体的には、イオン注
入技術により、ソース領域及びドレイン領域となるエク
ステンション用の不純物拡散層を形成した後、シリコン
窒化膜等よりなるゲート側壁絶縁膜を形成する。続い
て、ソース領域及びドレイン領域となる高濃度不純物拡
散層を形成した後、サリサイドプロセス及び層間絶縁膜
形成等を行なう。
知られている通常のＭＯＳトランジスタ製造プロセスに
従ってトランジスタを形成する。具体的には、イオン注
入技術により、ソース領域及びドレイン領域となるエク
ステンション用の不純物拡散層を形成した後、シリコン
窒化膜等よりなるゲート側壁絶縁膜を形成する。続い
て、ソース領域及びドレイン領域となる高濃度不純物拡
散層を形成した後、サリサイドプロセス及び層間絶縁膜
形成等を行なう。
【００５５】以上に説明したように、第２の実施形態に
よると、ＨｆＯ2 膜２３が堆積されたシリコン基板２１
に対して熱処理を行なった後、熱処理後のＨｆＯ2 膜２
３ａの上にポリシリコン膜２４を形成する。その後、ポ
リシリコン膜２４をパターニングしてゲート電極２４ａ
を形成すると共にＨｆＯ2 膜２３ａにおけるゲート電極
２４ａの外側部分を露出させる。その後、ＨｆＯ2 膜２
３ａの露出部分の表面をプラズマに暴露した後、該露出
部分をウェットエッチングにより除去する。すなわち、
第２の実施形態においては、高誘電率ゲート絶縁膜とな
るＨｆＯ2 膜２３ａにおけるゲート電極２４ａの外側部
分の除去に、本発明のウェットエッチング方法を用いる
ため、ＨｆＯ2 膜２３ａの除去対象部分を完全に除去す
ることが可能となる。このため、次工程以降のプロセス
において、ＨｆＯ2 膜２３ａを構成する金属（Ｈｆ）に
起因して汚染が生じる事態を確実に回避することができ
る。従って、従来のＭＯＳプロセスにおけるゲート絶縁
膜として、シリコン酸化膜に代えてＨｆＯ2 膜つまり高
誘電率金属酸化膜を用いた場合にも、高信頼性を有する
半導体装置を歩留まり良く製造することができる。
よると、ＨｆＯ2 膜２３が堆積されたシリコン基板２１
に対して熱処理を行なった後、熱処理後のＨｆＯ2 膜２
３ａの上にポリシリコン膜２４を形成する。その後、ポ
リシリコン膜２４をパターニングしてゲート電極２４ａ
を形成すると共にＨｆＯ2 膜２３ａにおけるゲート電極
２４ａの外側部分を露出させる。その後、ＨｆＯ2 膜２
３ａの露出部分の表面をプラズマに暴露した後、該露出
部分をウェットエッチングにより除去する。すなわち、
第２の実施形態においては、高誘電率ゲート絶縁膜とな
るＨｆＯ2 膜２３ａにおけるゲート電極２４ａの外側部
分の除去に、本発明のウェットエッチング方法を用いる
ため、ＨｆＯ2 膜２３ａの除去対象部分を完全に除去す
ることが可能となる。このため、次工程以降のプロセス
において、ＨｆＯ2 膜２３ａを構成する金属（Ｈｆ）に
起因して汚染が生じる事態を確実に回避することができ
る。従って、従来のＭＯＳプロセスにおけるゲート絶縁
膜として、シリコン酸化膜に代えてＨｆＯ2 膜つまり高
誘電率金属酸化膜を用いた場合にも、高信頼性を有する
半導体装置を歩留まり良く製造することができる。
【００５６】また、第２の実施形態によると、ＨｆＯ2
膜２３ａにおけるゲート電極２４ａの外側部分をプラズ
マに暴露する際に、ゲート電極形成領域を覆うマスクパ
ターン２５を用いてポリシリコン膜２４及びＨｆＯ2 膜
２３ａに対して順次プラズマエッチングを行ない、それ
によってＨｆＯ2 膜２３ａにおけるゲート電極２４ａの
外側部分を薄くする。このため、ＨｆＯ2 膜２３ａにお
けるゲート電極２４ａの外側部分、つまりＨｆＯ2 膜２
３ａの除去対象部分を薄膜化することにより、該除去対
象部分の全体にダメージ層２３ｂを形成できるので、該
除去対象部分をウェットエッチングにより完全に除去す
ることが可能となる。
膜２３ａにおけるゲート電極２４ａの外側部分をプラズ
マに暴露する際に、ゲート電極形成領域を覆うマスクパ
ターン２５を用いてポリシリコン膜２４及びＨｆＯ2 膜
２３ａに対して順次プラズマエッチングを行ない、それ
によってＨｆＯ2 膜２３ａにおけるゲート電極２４ａの
外側部分を薄くする。このため、ＨｆＯ2 膜２３ａにお
けるゲート電極２４ａの外側部分、つまりＨｆＯ2 膜２
３ａの除去対象部分を薄膜化することにより、該除去対
象部分の全体にダメージ層２３ｂを形成できるので、該
除去対象部分をウェットエッチングにより完全に除去す
ることが可能となる。
【００５７】尚、第２の実施形態において、ＨｆＯ2 膜
２３の堆積にスパッタ法を用いたが、これに代えて、Ｃ
ＶＤ法等の他の方法を用いてもよい。ＣＶＤ法を用いる
場合、通常の熱ＣＶＤ法を用いてもよいし、又はソース
ガスをパルス状に供給することによりｈｉｇｈ−ｋ層
（ＨｆＯ2 層）を原子１層分ずつ堆積するＡＬＤ（Atom
ic Layer Deposition ）法を用いてもよい。
２３の堆積にスパッタ法を用いたが、これに代えて、Ｃ
ＶＤ法等の他の方法を用いてもよい。ＣＶＤ法を用いる
場合、通常の熱ＣＶＤ法を用いてもよいし、又はソース
ガスをパルス状に供給することによりｈｉｇｈ−ｋ層
（ＨｆＯ2 層）を原子１層分ずつ堆積するＡＬＤ（Atom
ic Layer Deposition ）法を用いてもよい。
【００５８】また、第２の実施形態において、ゲート電
極となる導電膜の種類は特に限定されるものではない。
ゲート電極となる導電膜は、例えば金属膜とシリコン膜
との積層構造を有していてもよい。この場合、導電膜を
パターニングするためのドライエッチングにおいて、エ
ッチング対象毎に必要に応じてエッチング条件を変更し
てもよい。但し、シリコン膜（ポリシリコン膜）がゲー
ト電極の一部又は全部に用いられる場合には、金属酸化
膜（本実施形態ではＨｆＯ2 膜）の表面改質のためのプ
ラズマ処理の際に、ゲート電極を構成するポリシリコン
膜の側面がエッチングされることを防止する必要があ
る。従って、この場合の表面改質プラズマ処理に用いら
れるガスは酸素を含まないことが好ましい。
極となる導電膜の種類は特に限定されるものではない。
ゲート電極となる導電膜は、例えば金属膜とシリコン膜
との積層構造を有していてもよい。この場合、導電膜を
パターニングするためのドライエッチングにおいて、エ
ッチング対象毎に必要に応じてエッチング条件を変更し
てもよい。但し、シリコン膜（ポリシリコン膜）がゲー
ト電極の一部又は全部に用いられる場合には、金属酸化
膜（本実施形態ではＨｆＯ2 膜）の表面改質のためのプ
ラズマ処理の際に、ゲート電極を構成するポリシリコン
膜の側面がエッチングされることを防止する必要があ
る。従って、この場合の表面改質プラズマ処理に用いら
れるガスは酸素を含まないことが好ましい。
【００５９】具体的には、第２の実施形態において、図
５（ｂ）に示すドライエッチング工程では酸素ガスを使
用していない。これは、ゲート電極２４ａとなるポリシ
リコン膜２４がサイドエッチングされないように考慮し
たためである。金属酸化膜にダメージ層を形成するため
のプラズマ処理においては、エッチング作用を特に有し
ていないガス等を含めて、多くの種類のガスが使用可能
である。しかし、金属酸化膜上にポリシリコン膜が形成
されているような場合、エッチングガスが酸素ガスを含
むと、酸素ガスよりなるプラズマがポリシリコン膜をそ
の側面からエッチングしてしまう恐れがある。そこで、
金属酸化膜（本実施形態ではＨｆＯ2 膜）に対するプラ
ズマ処理（本実施形態ではエッチングを含む）の際に
は、ポリシリコン膜がサイドエッチングされないように
酸素ガスを用いないようにすることが好ましい。また、
この点に留意して、ゲート電極となるポリシリコン膜に
対するエッチング工程と、ＨｆＯ2 膜に対するエッチン
グ工程とを、互いに異なるエッチング条件で行なっても
よい。
５（ｂ）に示すドライエッチング工程では酸素ガスを使
用していない。これは、ゲート電極２４ａとなるポリシ
リコン膜２４がサイドエッチングされないように考慮し
たためである。金属酸化膜にダメージ層を形成するため
のプラズマ処理においては、エッチング作用を特に有し
ていないガス等を含めて、多くの種類のガスが使用可能
である。しかし、金属酸化膜上にポリシリコン膜が形成
されているような場合、エッチングガスが酸素ガスを含
むと、酸素ガスよりなるプラズマがポリシリコン膜をそ
の側面からエッチングしてしまう恐れがある。そこで、
金属酸化膜（本実施形態ではＨｆＯ2 膜）に対するプラ
ズマ処理（本実施形態ではエッチングを含む）の際に
は、ポリシリコン膜がサイドエッチングされないように
酸素ガスを用いないようにすることが好ましい。また、
この点に留意して、ゲート電極となるポリシリコン膜に
対するエッチング工程と、ＨｆＯ2 膜に対するエッチン
グ工程とを、互いに異なるエッチング条件で行なっても
よい。
【００６０】また、第２の実施形態において、熱処理後
のＨｆＯ2 膜２３ａに対するプラズマ処理で用いるプラ
ズマガス種は特に限定されるものではないが、ＨＢｒを
含むガスよりなるプラズマを用いると次のような効果が
得られる。すなわち、熱処理等によって表面が変質した
ＨｆＯ2 膜に対して、ＨＢｒを含むガスがドライエッチ
ング作用を持つので、ＨｆＯ2 膜にダメージ層を形成す
ると同時にＨｆＯ2 膜を薄膜化することができる。これ
により、ＨｆＯ2 膜の全体にダメージ層を形成できるの
で、ＨｆＯ2 膜をウェットエッチングにより完全に除去
することが可能となる。但し、ＨＢｒを含むガスは、基
板に対してもダメージを与えるため、ウェットエッチン
グの前に、ＨＢｒを含むガスよりなるプラズマにＨｆＯ
2 膜の表面を暴露する場合、該プラズマ処理によって任
意の膜厚までＨｆＯ2 膜をエッチングした後、ＨｆＯ2
膜に対してウェットエッチングを行なうことが好まし
い。このようにすると、基板へのダメージを低減しなが
ら、ウェットエッチングによるＨｆＯ2 膜の除去を行な
うことができる。
のＨｆＯ2 膜２３ａに対するプラズマ処理で用いるプラ
ズマガス種は特に限定されるものではないが、ＨＢｒを
含むガスよりなるプラズマを用いると次のような効果が
得られる。すなわち、熱処理等によって表面が変質した
ＨｆＯ2 膜に対して、ＨＢｒを含むガスがドライエッチ
ング作用を持つので、ＨｆＯ2 膜にダメージ層を形成す
ると同時にＨｆＯ2 膜を薄膜化することができる。これ
により、ＨｆＯ2 膜の全体にダメージ層を形成できるの
で、ＨｆＯ2 膜をウェットエッチングにより完全に除去
することが可能となる。但し、ＨＢｒを含むガスは、基
板に対してもダメージを与えるため、ウェットエッチン
グの前に、ＨＢｒを含むガスよりなるプラズマにＨｆＯ
2 膜の表面を暴露する場合、該プラズマ処理によって任
意の膜厚までＨｆＯ2 膜をエッチングした後、ＨｆＯ2
膜に対してウェットエッチングを行なうことが好まし
い。このようにすると、基板へのダメージを低減しなが
ら、ウェットエッチングによるＨｆＯ2 膜の除去を行な
うことができる。
【００６１】また、第２の実施形態において、熱処理後
のＨｆＯ2 膜２３ａ（ダメージ層２３ｂ）に対するウェ
ットエッチングで用いる薬液は特に限定されるものでは
ないが、フッ素を含む薬液を用いると次のような効果が
得られる。すなわち、ウェットエッチングによってダメ
ージ層２３ｂを確実に除去することができる。
のＨｆＯ2 膜２３ａ（ダメージ層２３ｂ）に対するウェ
ットエッチングで用いる薬液は特に限定されるものでは
ないが、フッ素を含む薬液を用いると次のような効果が
得られる。すなわち、ウェットエッチングによってダメ
ージ層２３ｂを確実に除去することができる。
【００６２】また、第２の実施形態において、ゲート絶
縁膜としてＨｆＯ2 膜を用いたが、ゲート絶縁膜となる
金属酸化膜は特に限定されるものではない。具体的に
は、ハフニウム、ジルコニウム、ランタン、タンタル及
びアルミニウムのうちの少なくとも１つを含む酸化膜、
例えばジルコニウム酸化膜、ランタン酸化膜、タンタル
酸化膜又はアルミニウム酸化膜等であれば本実施形態と
同様の効果が得られる。
縁膜としてＨｆＯ2 膜を用いたが、ゲート絶縁膜となる
金属酸化膜は特に限定されるものではない。具体的に
は、ハフニウム、ジルコニウム、ランタン、タンタル及
びアルミニウムのうちの少なくとも１つを含む酸化膜、
例えばジルコニウム酸化膜、ランタン酸化膜、タンタル
酸化膜又はアルミニウム酸化膜等であれば本実施形態と
同様の効果が得られる。
【００６３】（第３の実施形態）以下、本発明の第３の
実施形態に係る半導体装置の製造方法、具体的には本発
明のウェットエッチング方法（第１の実施形態参照）を
用いて、ＨｆＯ2 膜等の金属酸化膜をゲート絶縁膜とし
て備えたリプレイスメント型トランジスタを製造する方
法について図面を参照しながら説明する。
実施形態に係る半導体装置の製造方法、具体的には本発
明のウェットエッチング方法（第１の実施形態参照）を
用いて、ＨｆＯ2 膜等の金属酸化膜をゲート絶縁膜とし
て備えたリプレイスメント型トランジスタを製造する方
法について図面を参照しながら説明する。
【００６４】図７（ａ）〜（ｄ）及び図８（ａ）〜
（ｃ）は、第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法
の各工程を示す断面図である。
（ｃ）は、第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法
の各工程を示す断面図である。
【００６５】まず、図７（ａ）に示すように、シリコン
基板５１上に例えばＳＴＩ（shallow trench isolatio
n）構造を持つ素子分離絶縁膜５２を形成する。続い
て、シリコン基板５１上に、例えば厚さ１〜５ｎｍ程度
のシリコン酸化膜よりなるダミーゲート絶縁膜５３（最
終的に除去される）を形成する。続いて、ダミーゲート
絶縁膜５３の上に、例えば厚さ１５０ｎｍ程度のポリシ
リコン膜よりなるダミーゲート電極５４（最終的に除去
される）を形成する。ダミーゲート絶縁膜５３及びダミ
ーゲート電極５４は、通常の半導体プロセスで使用され
る、酸化法又はＣＶＤ法等の各種成膜技術、リソグラフ
ィー技術及びエッチング技術等を用いて形成される。続
いて、ダミーゲート電極５４をマスクとしてシリコン基
板５１に対してイオン注入を行なうことにより、ソース
領域及びドレイン領域となるエクステンション用の不純
物拡散層（図示省略）を形成する。続いて、ＣＶＤ法及
びドライエッチング法により、ダミーゲート電極５４の
側面に、例えばシリコン酸化膜等よりなる幅２０〜４０
ｎｍ程度のゲート側壁絶縁膜（サイドウォール）５５を
形成する。次に、ダミーゲート電極５４及びゲート側壁
絶縁膜５５をマスクとしてシリコン基板５１に対してイ
オン注入を行なうことにより、ソース領域及びドレイン
領域となる高濃度不純物拡散層（図示省略）を形成す
る。さらに、ダミーゲート電極５４をマスクとして、サ
リサイドプロセス技術により、ソース領域及びドレイン
領域のそれぞれの上のみに、例えば厚さ４０ｎｍ程度の
コバルトシリサイド膜（図示省略）を形成する。その
後、ダミーゲート電極５４等の上を含むシリコン基板５
１の上に、例えばＣＶＤ法によりシリコン酸化膜等より
なる層間絶縁膜５６を堆積した後、例えば化学機械研磨
（ＣＭＰ）法により層間絶縁膜５６を平坦化してダミー
ゲート電極５４の上面を露出させる。
基板５１上に例えばＳＴＩ（shallow trench isolatio
n）構造を持つ素子分離絶縁膜５２を形成する。続い
て、シリコン基板５１上に、例えば厚さ１〜５ｎｍ程度
のシリコン酸化膜よりなるダミーゲート絶縁膜５３（最
終的に除去される）を形成する。続いて、ダミーゲート
絶縁膜５３の上に、例えば厚さ１５０ｎｍ程度のポリシ
リコン膜よりなるダミーゲート電極５４（最終的に除去
される）を形成する。ダミーゲート絶縁膜５３及びダミ
ーゲート電極５４は、通常の半導体プロセスで使用され
る、酸化法又はＣＶＤ法等の各種成膜技術、リソグラフ
ィー技術及びエッチング技術等を用いて形成される。続
いて、ダミーゲート電極５４をマスクとしてシリコン基
板５１に対してイオン注入を行なうことにより、ソース
領域及びドレイン領域となるエクステンション用の不純
物拡散層（図示省略）を形成する。続いて、ＣＶＤ法及
びドライエッチング法により、ダミーゲート電極５４の
側面に、例えばシリコン酸化膜等よりなる幅２０〜４０
ｎｍ程度のゲート側壁絶縁膜（サイドウォール）５５を
形成する。次に、ダミーゲート電極５４及びゲート側壁
絶縁膜５５をマスクとしてシリコン基板５１に対してイ
オン注入を行なうことにより、ソース領域及びドレイン
領域となる高濃度不純物拡散層（図示省略）を形成す
る。さらに、ダミーゲート電極５４をマスクとして、サ
リサイドプロセス技術により、ソース領域及びドレイン
領域のそれぞれの上のみに、例えば厚さ４０ｎｍ程度の
コバルトシリサイド膜（図示省略）を形成する。その
後、ダミーゲート電極５４等の上を含むシリコン基板５
１の上に、例えばＣＶＤ法によりシリコン酸化膜等より
なる層間絶縁膜５６を堆積した後、例えば化学機械研磨
（ＣＭＰ）法により層間絶縁膜５６を平坦化してダミー
ゲート電極５４の上面を露出させる。
【００６６】次に、図７（ｂ）に示すように、例えばＨ
Ｂｒ等のハロゲン原子を含むガスを用いて、ダミーゲー
ト電極５４を、層間絶縁膜５６及びゲート側壁絶縁膜５
５に対して選択的に除去する。さらに、例えば希フッ酸
溶液等を用いたウェットエッチングにより、ダミーゲー
ト絶縁膜５３を除去する。これにより、層間絶縁膜５６
に、ゲート側壁絶縁膜５５を壁面とする凹部（ゲート電
極形成用溝）５７が形成される。
Ｂｒ等のハロゲン原子を含むガスを用いて、ダミーゲー
ト電極５４を、層間絶縁膜５６及びゲート側壁絶縁膜５
５に対して選択的に除去する。さらに、例えば希フッ酸
溶液等を用いたウェットエッチングにより、ダミーゲー
ト絶縁膜５３を除去する。これにより、層間絶縁膜５６
に、ゲート側壁絶縁膜５５を壁面とする凹部（ゲート電
極形成用溝）５７が形成される。
【００６７】次に、図７（ｃ）に示すように、例えばス
パッタ法又はＣＶＤ法により、層間絶縁膜５６の上に、
ゲート絶縁膜となる厚さ５ｎｍ程度のＨｆＯ2 膜（堆積
直後のＨｆＯ2 膜）５８を形成する。これにより、凹部
５７が途中まで埋まる。
パッタ法又はＣＶＤ法により、層間絶縁膜５６の上に、
ゲート絶縁膜となる厚さ５ｎｍ程度のＨｆＯ2 膜（堆積
直後のＨｆＯ2 膜）５８を形成する。これにより、凹部
５７が途中まで埋まる。
【００６８】次に、シリコン基板５１に対して熱処理、
例えばＲＴＮ処理を行なう。ここで、具体的な熱処理条
件は、チャンバー内雰囲気が窒素雰囲気、熱処理温度が
８００℃、熱処理時間が６０秒である。この熱処理によ
り、ＨｆＯ2 膜（堆積直後のＨｆＯ2 膜）５８は、図７
（ｄ）に示すように、ウェットエッチング不可能なＨｆ
Ｏ2 膜（熱処理後のＨｆＯ2 膜）５８ａとなる。
例えばＲＴＮ処理を行なう。ここで、具体的な熱処理条
件は、チャンバー内雰囲気が窒素雰囲気、熱処理温度が
８００℃、熱処理時間が６０秒である。この熱処理によ
り、ＨｆＯ2 膜（堆積直後のＨｆＯ2 膜）５８は、図７
（ｄ）に示すように、ウェットエッチング不可能なＨｆ
Ｏ2 膜（熱処理後のＨｆＯ2 膜）５８ａとなる。
【００６９】尚、本実施形態において、以上に説明した
図７（ａ）〜（ｄ）に示す工程は、Ｎ型ＭＩＳトランジ
スタ形成領域及びＰ型ＭＩＳトランジスタ形成領域の双
方に対して行なわれるが、各図面においては一方のトラ
ンジスタ形成領域のみを示しており、他方のトランジス
タ形成領域については図示を省略している。
図７（ａ）〜（ｄ）に示す工程は、Ｎ型ＭＩＳトランジ
スタ形成領域及びＰ型ＭＩＳトランジスタ形成領域の双
方に対して行なわれるが、各図面においては一方のトラ
ンジスタ形成領域のみを示しており、他方のトランジス
タ形成領域については図示を省略している。
【００７０】次に、図８（ａ）に示すように、熱処理後
のＨｆＯ2 膜５８ａの上に、例えばＣＶＤ法等を用い
て、ゲート電極となるタングステン膜５９を、凹部５７
が完全に埋まるように堆積する。
のＨｆＯ2 膜５８ａの上に、例えばＣＶＤ法等を用い
て、ゲート電極となるタングステン膜５９を、凹部５７
が完全に埋まるように堆積する。
【００７１】次に、図８（ｂ）に示すように、例えばＣ
ＭＰ技術又はドライエッチング技術を用いて、タングス
テン膜５９における凹部５７の外側部分を除去すること
によって、凹部５７にゲート電極５９ａを形成する。こ
れにより、ＨｆＯ2 膜５８ａにおける凹部５７の外側部
分が露出する。続いて、ＨｆＯ2 膜５８ａの露出部分に
対してプラズマドライエッチングを行ない、それにより
該露出部分の厚さを３ｎｍ程度まで薄くする。このと
き、シリコン基板５１にバイアス電力を印加することに
より、プラズマ中のイオン６０等により、ＨｆＯ2 膜５
８ａの露出部分の全体がダメージを受ける。その結果、
図８（ｂ）に示すように、層間絶縁膜５６における凹部
５７の外側部分の上には、ウェットエッチング可能なダ
メージ層５８ｂのみが残される。
ＭＰ技術又はドライエッチング技術を用いて、タングス
テン膜５９における凹部５７の外側部分を除去すること
によって、凹部５７にゲート電極５９ａを形成する。こ
れにより、ＨｆＯ2 膜５８ａにおける凹部５７の外側部
分が露出する。続いて、ＨｆＯ2 膜５８ａの露出部分に
対してプラズマドライエッチングを行ない、それにより
該露出部分の厚さを３ｎｍ程度まで薄くする。このと
き、シリコン基板５１にバイアス電力を印加することに
より、プラズマ中のイオン６０等により、ＨｆＯ2 膜５
８ａの露出部分の全体がダメージを受ける。その結果、
図８（ｂ）に示すように、層間絶縁膜５６における凹部
５７の外側部分の上には、ウェットエッチング可能なダ
メージ層５８ｂのみが残される。
【００７２】次に、図８（ｃ）に示すように、例えば１
重量％濃度程度のフッ酸が含まれた希フッ酸（ＤＨＦ）
溶液を用いてダメージ層５８ｂに対してウェットエッチ
ングを行ない、それによってダメージ層５８ｂ（つまり
ＨｆＯ2 膜５８ａの露出部分）を除去する。これによ
り、ＨｆＯ2 膜をＣＭＰ法によって除去した場合のよう
にＨｆによる金属汚染を発生させてしまうことなく、Ｈ
ｆＯ2 膜５８ａにおける凹部５７の外側部分をウェット
エッチングによって完全に除去できる。その結果、Ｈｆ
Ｏ2 膜５８ａよりなる高誘電率ゲート絶縁膜を介してゲ
ート電極５９ａが凹部５７に形成された、リプレイスメ
ント型トランジスタ構造が完成する。
重量％濃度程度のフッ酸が含まれた希フッ酸（ＤＨＦ）
溶液を用いてダメージ層５８ｂに対してウェットエッチ
ングを行ない、それによってダメージ層５８ｂ（つまり
ＨｆＯ2 膜５８ａの露出部分）を除去する。これによ
り、ＨｆＯ2 膜をＣＭＰ法によって除去した場合のよう
にＨｆによる金属汚染を発生させてしまうことなく、Ｈ
ｆＯ2 膜５８ａにおける凹部５７の外側部分をウェット
エッチングによって完全に除去できる。その結果、Ｈｆ
Ｏ2 膜５８ａよりなる高誘電率ゲート絶縁膜を介してゲ
ート電極５９ａが凹部５７に形成された、リプレイスメ
ント型トランジスタ構造が完成する。
【００７３】以上に説明したように、第３の実施形態に
よると、シリコン基板５１上にダミーゲート絶縁膜５３
を介してダミーゲート電極５４を形成した後、ダミーゲ
ート電極５４の側面にゲート側壁絶縁膜５５を形成し、
その後、ダミーゲート電極５４及びゲート側壁絶縁膜５
５のそれぞれの上を含むシリコン基板５１の上に層間絶
縁膜５６を、ダミーゲート電極５４が露出するように形
成する。その後、ダミーゲート電極５４及びダミーゲー
ト絶縁膜５３を除去し、それによりゲート側壁絶縁膜５
５を壁面とする凹部５７を層間絶縁膜５６に形成した
後、層間絶縁膜５６の上にＨｆＯ2 膜５８を、凹部５７
が途中まで埋まるように堆積する。その後、ＨｆＯ2 膜
５８が堆積されたシリコン基板５１に対して熱処理を行
なった後、熱処理後のＨｆＯ2 膜５８ａの上にタングス
テン膜５９を、凹部５７が完全に埋まるように堆積す
る。その後、タングステン膜５９における凹部５７の外
側部分を除去することによって、凹部５７にゲート電極
５９ａを形成すると共にＨｆＯ 2 膜５８ａにおける凹部
５７の外側部分を露出させる。その後、ＨｆＯ2 膜５８
ａの露出部分の表面をプラズマに暴露した後、該露出部
分をウェットエッチングにより除去する。すなわち、第
３の実施形態では、リプレイスメント型のＭＩＳトラン
ジスタの形成において、高誘電率ゲート絶縁膜となるＨ
ｆＯ2 膜５８ａにおける凹部５７（ゲート電極形成用凹
部）の外側部分の除去に、本発明のウェットエッチング
方法を用いるため、ＨｆＯ2 膜５８ａの除去対象部分を
完全に除去することが可能となる。具体的には、ＨｆＯ
2 膜をＣＭＰ法によって除去した場合のようにＨｆによ
る金属汚染を発生させてしまうことを確実に防止でき
る。このため、次工程以降のプロセスにおいて、ＨｆＯ
2 膜５８ａを構成する金属に起因して汚染が生じる事態
を確実に回避することができる。従って、ゲート絶縁膜
として、シリコン酸化膜に代えてＨｆＯ2 膜つまり高誘
電率金属酸化膜を用いた場合にも、信頼性が高いリプレ
イスメント型のＭＩＳトランジスタを有する半導体装置
を歩留まり良く製造することができる。
よると、シリコン基板５１上にダミーゲート絶縁膜５３
を介してダミーゲート電極５４を形成した後、ダミーゲ
ート電極５４の側面にゲート側壁絶縁膜５５を形成し、
その後、ダミーゲート電極５４及びゲート側壁絶縁膜５
５のそれぞれの上を含むシリコン基板５１の上に層間絶
縁膜５６を、ダミーゲート電極５４が露出するように形
成する。その後、ダミーゲート電極５４及びダミーゲー
ト絶縁膜５３を除去し、それによりゲート側壁絶縁膜５
５を壁面とする凹部５７を層間絶縁膜５６に形成した
後、層間絶縁膜５６の上にＨｆＯ2 膜５８を、凹部５７
が途中まで埋まるように堆積する。その後、ＨｆＯ2 膜
５８が堆積されたシリコン基板５１に対して熱処理を行
なった後、熱処理後のＨｆＯ2 膜５８ａの上にタングス
テン膜５９を、凹部５７が完全に埋まるように堆積す
る。その後、タングステン膜５９における凹部５７の外
側部分を除去することによって、凹部５７にゲート電極
５９ａを形成すると共にＨｆＯ 2 膜５８ａにおける凹部
５７の外側部分を露出させる。その後、ＨｆＯ2 膜５８
ａの露出部分の表面をプラズマに暴露した後、該露出部
分をウェットエッチングにより除去する。すなわち、第
３の実施形態では、リプレイスメント型のＭＩＳトラン
ジスタの形成において、高誘電率ゲート絶縁膜となるＨ
ｆＯ2 膜５８ａにおける凹部５７（ゲート電極形成用凹
部）の外側部分の除去に、本発明のウェットエッチング
方法を用いるため、ＨｆＯ2 膜５８ａの除去対象部分を
完全に除去することが可能となる。具体的には、ＨｆＯ
2 膜をＣＭＰ法によって除去した場合のようにＨｆによ
る金属汚染を発生させてしまうことを確実に防止でき
る。このため、次工程以降のプロセスにおいて、ＨｆＯ
2 膜５８ａを構成する金属に起因して汚染が生じる事態
を確実に回避することができる。従って、ゲート絶縁膜
として、シリコン酸化膜に代えてＨｆＯ2 膜つまり高誘
電率金属酸化膜を用いた場合にも、信頼性が高いリプレ
イスメント型のＭＩＳトランジスタを有する半導体装置
を歩留まり良く製造することができる。
【００７４】また、第３の実施形態によると、ＨｆＯ2
膜５８ａにおける凹部５７の外側部分、つまりＨｆＯ2
膜５８ａの露出部分をプラズマに暴露する際に、該露出
部分に対してプラズマエッチングを行ない、それによっ
て該露出部分を薄くする。このため、ＨｆＯ2 膜５８ａ
の露出部分、つまりＨｆＯ2 膜５８ａの除去対象部分を
薄膜化することにより、該除去対象部分の全体にダメー
ジ層５８ｂを形成できるので、該除去対象部分をウェッ
トエッチングにより完全に除去することが可能となる。
膜５８ａにおける凹部５７の外側部分、つまりＨｆＯ2
膜５８ａの露出部分をプラズマに暴露する際に、該露出
部分に対してプラズマエッチングを行ない、それによっ
て該露出部分を薄くする。このため、ＨｆＯ2 膜５８ａ
の露出部分、つまりＨｆＯ2 膜５８ａの除去対象部分を
薄膜化することにより、該除去対象部分の全体にダメー
ジ層５８ｂを形成できるので、該除去対象部分をウェッ
トエッチングにより完全に除去することが可能となる。
【００７５】尚、第３の実施形態において、ＨｆＯ2 膜
５８の堆積方法は特に限定されるものではない。
５８の堆積方法は特に限定されるものではない。
【００７６】また、第３の実施形態において、ゲート電
極となる導電膜の種類は特に限定されるものではない。
極となる導電膜の種類は特に限定されるものではない。
【００７７】また、第３の実施形態において、熱処理後
のＨｆＯ2 膜５８ａに対するプラズマ処理（本実施形態
ではプラズマドライエッチング）で用いるプラズマガス
種は特に限定されるものではないが、ＨＢｒを含むガス
よりなるプラズマを用いると次のような効果が得られ
る。すなわち、熱処理等によって表面が変質したＨｆＯ
2 膜に対して、ＨＢｒを含むガスがドライエッチング作
用を持つので、ＨｆＯ2膜にダメージ層を形成すると同
時にＨｆＯ2 膜を薄膜化することができる。これによ
り、ＨｆＯ2 膜の全体にダメージ層を形成できるので、
ＨｆＯ2 膜をウェットエッチングにより完全に除去する
ことが可能となる。但し、ＨＢｒを含むガスは、基板に
対してもダメージを与えるため、ウェットエッチングの
前に、ＨＢｒを含むガスよりなるプラズマにＨｆＯ2 膜
の表面を暴露する場合、該プラズマ処理によって任意の
膜厚までＨｆＯ2 膜をエッチングした後、ＨｆＯ2 膜に
対してウェットエッチングを行なうことが好ましい。こ
のようにすると、基板へのダメージを低減しながら、ウ
ェットエッチングによるＨｆＯ2 膜の除去を行なうこと
ができる。
のＨｆＯ2 膜５８ａに対するプラズマ処理（本実施形態
ではプラズマドライエッチング）で用いるプラズマガス
種は特に限定されるものではないが、ＨＢｒを含むガス
よりなるプラズマを用いると次のような効果が得られ
る。すなわち、熱処理等によって表面が変質したＨｆＯ
2 膜に対して、ＨＢｒを含むガスがドライエッチング作
用を持つので、ＨｆＯ2膜にダメージ層を形成すると同
時にＨｆＯ2 膜を薄膜化することができる。これによ
り、ＨｆＯ2 膜の全体にダメージ層を形成できるので、
ＨｆＯ2 膜をウェットエッチングにより完全に除去する
ことが可能となる。但し、ＨＢｒを含むガスは、基板に
対してもダメージを与えるため、ウェットエッチングの
前に、ＨＢｒを含むガスよりなるプラズマにＨｆＯ2 膜
の表面を暴露する場合、該プラズマ処理によって任意の
膜厚までＨｆＯ2 膜をエッチングした後、ＨｆＯ2 膜に
対してウェットエッチングを行なうことが好ましい。こ
のようにすると、基板へのダメージを低減しながら、ウ
ェットエッチングによるＨｆＯ2 膜の除去を行なうこと
ができる。
【００７８】また、第３の実施形態において、熱処理後
のＨｆＯ2 膜５８ａ（ダメージ層５８ｂ）に対するウェ
ットエッチングで用いる薬液は特に限定されるものでは
ないが、フッ素を含む薬液を用いると次のような効果が
得られる。すなわち、ウェットエッチングによってダメ
ージ層５８ｂを確実に除去することができる。
のＨｆＯ2 膜５８ａ（ダメージ層５８ｂ）に対するウェ
ットエッチングで用いる薬液は特に限定されるものでは
ないが、フッ素を含む薬液を用いると次のような効果が
得られる。すなわち、ウェットエッチングによってダメ
ージ層５８ｂを確実に除去することができる。
【００７９】また、第３の実施形態において、ゲート絶
縁膜としてＨｆＯ2 膜を用いたが、ゲート絶縁膜となる
金属酸化膜は特に限定されるものではない。具体的に
は、ハフニウム、ジルコニウム、ランタン、タンタル及
びアルミニウムのうちの少なくとも１つを含む酸化膜、
例えばジルコニウム酸化膜、ランタン酸化膜、タンタル
酸化膜又はアルミニウム酸化膜等であれば本実施形態と
同様の効果が得られる。
縁膜としてＨｆＯ2 膜を用いたが、ゲート絶縁膜となる
金属酸化膜は特に限定されるものではない。具体的に
は、ハフニウム、ジルコニウム、ランタン、タンタル及
びアルミニウムのうちの少なくとも１つを含む酸化膜、
例えばジルコニウム酸化膜、ランタン酸化膜、タンタル
酸化膜又はアルミニウム酸化膜等であれば本実施形態と
同様の効果が得られる。
【００８０】
【発明の効果】本発明によると、熱処理により変質され
た金属酸化膜、つまりウェットエッチングされにくくな
った金属酸化膜の表面をプラズマに暴露する。このた
め、金属酸化膜に、ウェットエッチングされやすいダメ
ージ層が形成される。従って、ダメージ層が形成された
金属酸化膜をウェットエッチングによって確実に除去す
ることができる。
た金属酸化膜、つまりウェットエッチングされにくくな
った金属酸化膜の表面をプラズマに暴露する。このた
め、金属酸化膜に、ウェットエッチングされやすいダメ
ージ層が形成される。従って、ダメージ層が形成された
金属酸化膜をウェットエッチングによって確実に除去す
ることができる。
【図１】本願発明者らにより得られた、熱処理後のＨｆ
Ｏ2 膜を様々な薬液に浸した場合におけるＨｆＯ2 膜の
膜厚変化の調査結果を示す図である。
Ｏ2 膜を様々な薬液に浸した場合におけるＨｆＯ2 膜の
膜厚変化の調査結果を示す図である。
【図２】本願発明者らにより得られた、熱処理後のＨｆ
Ｏ2 膜のウェットエッチング量のプラズマ処理時間に対
する依存性の調査結果を示す図である。
Ｏ2 膜のウェットエッチング量のプラズマ処理時間に対
する依存性の調査結果を示す図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１の実施形態に係
るウェットエッチング方法の各工程を示す断面図であ
る。
るウェットエッチング方法の各工程を示す断面図であ
る。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第２の実施形態に係
る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第２の実施形態に係
る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図６】本願発明者らにより得られた、熱処理後のＨｆ
Ｏ2 膜及び熱処理なしのＨｆＯ 2 膜のそれぞれのドライ
エッチングレートの比較結果を示す図である。
Ｏ2 膜及び熱処理なしのＨｆＯ 2 膜のそれぞれのドライ
エッチングレートの比較結果を示す図である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第３の実施形態に係
る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第３の実施形態に係
る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
１１ シリコン基板
１２ 堆積直後のＨｆＯ2 膜
１２ａ 熱処理後のＨｆＯ2 膜
１２ｂ ダメージ層
１３ プラズマ中のイオン
２１ シリコン基板
２２ 素子分離絶縁膜
２３ 堆積直後のＨｆＯ2 膜
２３ａ 熱処理後のＨｆＯ2 膜
２３ｂ ダメージ層
２４ ポリシリコン膜
２４ａ ゲート電極
２５ マスクパターン
５１ シリコン基板
５２ 素子分離絶縁膜
５３ ダミーゲート絶縁膜
５４ ダミーゲート電極
５５ ゲート側壁絶縁膜
５６ 層間絶縁膜
５７ 凹部
５８ 堆積直後のＨｆＯ2 膜
５８ａ 熱処理後のＨｆＯ2 膜
５８ｂ ダメージ層
５９ タングステン膜
５９ａ ゲート電極
６０ プラズマ中のイオン
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 林 重徳
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器
産業株式会社内
Ｆターム(参考） 5F043 AA37 BB25 DD02 GG10
5F140 AA00 AA24 AA39 BA01 BD11
BD12 BE09 BE10 BE14 BE17
BF01 BF04 BF07 BG03 BG04
BG08 BG09 BG11 BG12 BG14
BG22 BG36 BG38 BG40 BG52
BG53 BH14 BJ01 BJ08 BK02
BK05 BK13 BK34 CB04 CC03
CE07
Claims (10)
- 【請求項１】 金属酸化膜が堆積された基板に対して熱
処理を行なう第１の工程と、 前記熱処理が行なわれた前記金属酸化膜の表面をプラズ
マに暴露する第２の工程と、 前記プラズマに暴露された前記金属酸化膜の少なくとも
表面部をウェットエッチングにより除去する第３の工程
とを備えていることを特徴とするウェットエッチング方
法。 - 【請求項２】 前記第２の工程は、前記基板にバイアス
電力を印加する工程を含むことを特徴とする請求項１に
記載のウェットエッチング方法。 - 【請求項３】 前記プラズマは、ＨＢｒを含むガスより
なるプラズマであることを特徴とする請求項１に記載の
ウェットエッチング方法。 - 【請求項４】 前記第３の工程は、フッ素を含む溶液を
用いて行なわれることを特徴とする請求項１に記載のウ
ェットエッチング方法。 - 【請求項５】 前記金属酸化膜は、ハフニウム、ジルコ
ニウム、ランタン、タンタル及びアルミニウムのうちの
少なくとも１つを含む酸化膜であることを特徴とする請
求項１に記載のウェットエッチング方法。 - 【請求項６】 金属酸化膜が堆積された基板に対して熱
処理を行なう第１の工程と、 前記熱処理が行なわれた前記金属酸化膜の上に導電膜を
堆積する第２の工程と、 前記導電膜をパターニングしてゲート電極を形成すると
共に前記金属酸化膜における前記ゲート電極の外側部分
を露出させる第３の工程と、 前記金属酸化膜の露出部分の表面をプラズマに暴露する
第４の工程と、 前記プラズマに暴露された前記金属酸化膜の露出部分を
ウェットエッチングにより除去する第５の工程とを備え
ていることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項７】 前記第３の工程は、ゲート電極形成領域
を覆うマスクパターンを用いて前記導電膜及び金属酸化
膜に対して順次プラズマエッチングを行ない、それによ
って前記金属酸化膜における前記ゲート電極の外側部分
を薄くする工程を含む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。 - 【請求項８】 基板上にダミーゲート電極を形成する第
１の工程と、 前記ダミーゲート電極の側面に絶縁性のサイドウォール
を形成する第２の工程と、 前記ダミーゲート電極及び前記サイドウォールが形成さ
れた前記基板の上に層間絶縁膜を、前記ダミーゲート電
極の上面が露出するように形成する第３の工程と、 前記ダミーゲート電極を除去し、それにより前記サイド
ウォールを壁面とする凹部を前記層間絶縁膜に形成する
第４の工程と、 前記層間絶縁膜の上に金属酸化膜を、前記凹部が途中ま
で埋まるように堆積する第５の工程と、 前記金属酸化膜が堆積された基板に対して熱処理を行な
う第６の工程と、 前記熱処理が行なわれた前記金属酸化膜の上に導電膜
を、前記凹部が完全に埋まるように堆積する第７の工程
と、 前記導電膜における前記凹部の外側部分を除去すること
によって、前記凹部にゲート電極を形成すると共に前記
金属酸化膜における前記凹部の外側部分を露出させる第
８の工程と、 前記金属酸化膜の露出部分の表面をプラズマに暴露する
第９の工程と、 前記プラズマに暴露された前記金属酸化膜の露出部分を
ウェットエッチングにより除去する第１０の工程とを備
えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項９】 前記第１の工程は、前記基板と前記ダミ
ーゲート電極との間にダミーゲート絶縁膜を形成する工
程を含み、 前記第４の工程は、前記ダミーゲート絶縁膜を除去する
工程を含むことを特徴とする請求項８に記載の半導体装
置の製造方法。 - 【請求項１０】 前記第９の工程は、前記金属酸化膜の
露出部分に対してプラズマエッチングを行ない、それに
よって前記金属酸化膜の露出部分を薄くする工程を含む
ことを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002322755A JP3727299B2 (ja) | 2001-12-04 | 2002-11-06 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001-369825 | 2001-12-04 | ||
| JP2001369825 | 2001-12-04 | ||
| JP2002322755A JP3727299B2 (ja) | 2001-12-04 | 2002-11-06 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003234325A true JP2003234325A (ja) | 2003-08-22 |
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Cited By (11)
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-
2002
- 2002-11-06 JP JP2002322755A patent/JP3727299B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
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| US7670891B2 (en) | 2004-09-10 | 2010-03-02 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method of manufacturing semiconductor device |
| US8158509B2 (en) | 2004-09-10 | 2012-04-17 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method of manufacturing semiconductor device |
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| JP2006186244A (ja) * | 2004-12-28 | 2006-07-13 | Tokyo Electron Ltd | 半導体装置の製造方法 |
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| JP2021531661A (ja) * | 2018-07-26 | 2021-11-18 | 東京エレクトロン株式会社 | 半導体デバイス用の結晶学的に安定化された強誘電性ハフニウムジルコニウムベースの膜を形成する方法 |
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