JP2007201215A - プラズマエッチング装置、プラズマエッチング方法及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シリコン基板上に形成された希土類元素の酸化物を高い選択比でエッチングすることができるプラズマエッチング装置、及びシリコン基板上に希土類元素の酸化膜が形成された半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】プラズマエッチング装置１において、真空チャンバー２内の雰囲気に対して硼素、弗素、炭素及び珪素を供給する供給手段２１を設ける。供給手段２１は、硼素、弗素、炭素及び珪素を含有する固体状の供給材５２を保持するものである。この装置１により、シリコン基板上に形成されたランタン酸化膜をプラズマエッチングすると、ランタン酸化膜のエッチング速度をシリコン基板のエッチング速度よりも大きくすることができ、高い選択比を得ることができる。これにより、ゲート絶縁膜として誘電率が高いランタン酸化膜を備えたＣＭＯＳを容易に製造することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマエッチング装置、プラズマエッチング方法及び半導体装置の製造方法に関し、特に、シリコン上に形成された希土類元素の酸化物を選択的にエッチングするプラズマエッチング装置、プラズマエッチング方法及びシリコン上に希土類元素の酸化物からなる膜が局所的に形成された半導体装置の製造方法に関する。

現在、トランジスタの主流はＭＯＳ（Metal Oxide Silicon）構造のトランジスタである。しかしながら、絶縁膜としてＳｉＯ_２膜を用いた従来のＭＯＳＦＥＴでは、低消費電力化及び動作速度の高速化のためにトランジスタを微細化すると、スケーリング則により同じ割合でゲート絶縁膜も薄膜化することが求められる。例えば、ゲート長を０．１ミクロン（μｍ）とする場合、ＳｉＯ_２からなるゲート絶縁膜の膜厚は２ナノメートル（ｎｍ）以下としなくてはならず、膜厚が物理的な薄膜限界に近づいている。

そこで、ゲート絶縁膜の材料として、ＳｉＯ_２に替わって、ゲート絶縁膜の物理的な膜厚を厚くすることができる高誘電体材料を適用することが検討されている。ゲート絶縁膜に利用可能な高誘電体材料としては、遷移金属酸化物及び希土類酸化物などが有力と考えられている。上述のＭＯＳＦＥＴの作製フローにおいて、ゲート絶縁膜の材料をＳｉＯ_２から高誘電体材料に置き換える場合、シリコン層の上に堆積した高誘電体材料からなるゲート絶縁膜をパターニングする際に、下地のシリコンに対して高誘電率材料のエッチング速度が速くなるような選択性を有するエッチング方法が必要となる（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４−０１４９１８号公報

本発明は、シリコン上に形成された希土類元素の酸化物を高い選択比でエッチングすることができるプラズマエッチング装置、プラズマエッチング方法及びシリコン基板上に希土類元素の酸化膜が形成された半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、シリコン上に形成された希土類元素の酸化物をエッチングするプラズマエッチング装置であって、チャンバーと、前記チャンバー内に、ガスを導入するガス導入手段と、前記導入されたガスをプラズマ化するプラズマ化手段と、前記チャンバー内の雰囲気に硼素、弗素、炭素及び珪素からなる群から選択された１種以上の元素を供給する供給手段と、を備え、前記ガス導入手段により反応ガスを２．５体積％以下含有し残部が希ガスからなる混合ガス又は希ガスを前記チャンバー内に導入し、前記プラズマ化手段により前記導入したガスをプラズマ化しつつ、前記供給手段から前記硼素、弗素、炭素及び珪素からなる群から選択された１種以上の元素を供給して前記希土類元素の酸化物をエッチング可能としたことを特徴とするプラズマエッチング装置が提供される。

また、本発明の他の一態様によれば、シリコン上に形成された希土類元素の酸化物をエッチングするプラズマエッチング方法であって、反応ガスを２．５体積％以下含有し残部が希ガスからなる混合ガス又は希ガスのプラズマを生成し、硼素、弗素、炭素及び珪素からなる群から選択された１種以上の元素を含む雰囲気においてエッチングすることを特徴とするプラズマエッチング方法が提供される。

また、本発明のさらに他の一態様によれば、シリコン上に希土類元素の酸化膜を形成する工程と、前記膜をプラズマエッチングする工程と、を備え、前記プラズマエッチングは、反応ガスを２．５体積％以下含有し残部が希ガスからなる混合ガス又は希ガスのプラズマを生成し、硼素、弗素、炭素及び珪素からなる群から選択された１以上の元素を含む雰囲気において行うことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。

本発明によれば、シリコン基板上に形成された希土類元素の酸化物を高い選択比でエッチングすることができるプラズマエッチング装置、及びシリコン基板上に希土類元素の酸化膜が形成された半導体装置の製造方法を実現することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。

本実施形態は、シリコン基板上に形成された希土類元素の酸化物をエッチングするプラズマエッチング装置に関する実施形態である。このプラズマエッチング装置は、例えば、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor：相補型金属酸化膜半導体）等の半導体装置の製造に使用されるものである。
図１は、本実施形態に係るプラズマエッチング装置を示す図である。

図１に示すように、本実施形態に係るプラズマエッチング装置１には、真空チャンバー２が設けられている。真空チャンバー２の上部２ａは、真空チャンバー２の他の部分よりも直径が細くなっており、この上部２ａには、真空チャンバー２内にガスを導入するガス導入口３が設けられている。ガス導入口３を介して真空チャンバー２内に導入するガスは、希ガス、又は希ガスと反応ガスとの混合ガスである。希ガスは例えばアルゴン（Ａｒ）ガスである。反応ガスは例えばＣＦ_４ガスである。真空チャンバー２内にＡｒガスとＣＦ_４ガスとの混合ガスを導入する場合は、ＣＦ_４ガスの濃度は２．５体積％以下とする。ガス導入口３は、このプラズマエッチング装置１が設置される工場のガス供給管又はガスボンベ（図示せず）などに連通されている。

また、真空チャンバー２の上部２ａの内部にはコイル４が設けられている。コイル４は、真空チャンバー２の外部に設けられた整合器５を介して、ＲＦ（Radio Frequency）電源６に接続されている。ＲＦ電源６は、例えば１３．５６ＭＨｚの周波数で交流電流を発振するものである。ＲＦ電源６、整合器５及びコイル４により、真空チャンバー２の内部に高周波電界を印加することができる。更に、上部２ａの外側には、磁場を発生する磁場発生用コイル７が設けられている。コイル４、整合器５及びＲＦ電源６からなる電界印加手段、並びに磁場発生用コイル７を含む磁界印加手段により、導入されたガスをプラズマ化するプラズマ化手段が構成されている。すなわち、このプラズマ化手段は、電界及び磁界を併用してプラズマを発生させるヘリコン波プラズマ源である。

一方、真空チャンバー２の下部には、排気口１１が設けられており、排気口１１は、圧力制御バルブ１２を介して、真空ポンプ１３に連結されている。真空ポンプ１３は真空チャンバー２の内部を排気するものである。そして、真空チャンバー２の内部には、被加工材５１に接続される電極１４が設けられている。電極１４は、真空チャンバー２の外部に設けられた整合器１５を介して、ＲＦ電源１６に接続されている。ＲＦ電源１６は、例えば１３．５６ＭＨｚの周波数で交流電流を発振するものである。

また、真空チャンバー２の内部には、真空チャンバー２の雰囲気に対して硼素（Ｂ）、弗素（Ｆ）、炭素（Ｃ）及び珪素（Ｓｉ）を供給する供給手段２１が設けられている。供給手段２１は、例えば、硼素、弗素、炭素及び珪素の少なくともいずれかを含有する物質からなる供給材５２を保持するものである。供給材５２の形状は、ブロック状、プレート状又はフィルム状である。

次に、本実施形態の動作、即ち、上述のプラズマエッチング装置１を使用したプラズマエッチング方法について説明する。
先ず、真空チャンバー２内に、電極１４に接続されるように、被加工材５１を装着する。被加工材５１は、シリコンウェーハの表面上に希土類元素の酸化物、例えば、Ｌａ_２Ｏ_３（ランタン酸化物）からなる絶縁膜が形成され、その上に所望のパターンに加工されたマスク（図示せず）が取り付けられたものである。また、供給手段２１に、硼素、弗素、炭素及び珪素の少なくともいずれかを含有する化合物からなる供給材５２を装着する。

次に、真空チャンバー２を閉じ、真空ポンプ１３を作動させた状態で圧力制御バルブ１２を開き、真空チャンバー２内を排気する。その後、真空チャンバー２内を排気しながら、ガス導入口３より、希ガス、例えばアルゴンガスを真空チャンバー２内に導入する。このとき、圧力制御バルブ１２を調節することにより、真空チャンバー２内の圧力を制御する。なお、ガス導入口３より、希ガスと反応ガスとの混合ガスを導入してもよい。

この状態で、ＲＦ電源６及び整合器５を作動させて、コイル４を介して真空チャンバー２内に高周波電界を印加する。また、磁場発生用コイル７を作動させて、真空チャンバー２内に磁界を印加する。これにより、希ガスからプラズマ５３が形成される。このとき、供給手段２１に保持された供給材５２がプラズマ５３に曝され、供給材５２から雰囲気中に、硼素、弗素、炭素及び珪素の少なくともいずれかが供給される。一方、ＲＦ電源１６及び整合器１５を作動させることにより、電極１４を介して被加工材５１に高周波電圧を印加する。これにより、被加工材５１の絶縁膜（ランタン酸化膜）におけるマスクにより覆われていない部分が選択的にエッチングされ、この絶縁膜がパターニングされる。

次に、本実施形態の効果について説明する。
従来より、ＳｉＯ_２膜をプラズマエッチングする際には、ＣＦ_ｘ系のガスを用いて、ＳｉＯ_２をハロゲン化させ、このハロゲン化物を揮発させることにより、ＳｉＯ_２膜を選択的に除去するとともに、下地のシリコンウェーハに対して高い選択比を得ることができる。このため、シリコンウェーハを過度にエッチングすることなく、ＳｉＯ_２膜をエッチングすることができる。

これに対して、遷移金属酸化物、特に希土類酸化物の化合物には、揮発性が高い化合物がほとんど無く、ハロゲン化物の揮発性も極めて低い。従って、ＳｉＯ_２膜をプラズマエッチングするときと同様にプラズマエッチングを行っても、シリコンのエッチング速度が希土類酸化物のエッチング速度よりも大きくなってしまう。このため、下地のシリコンに対する希土類酸化物の選択性を確保することができず、希土類酸化物のみをうまくエッチングすることができない。

そこで、本実施形態においては、プラズマ化させるガスとして、純希ガス、又は反応ガスの濃度が２．５体積％以下である希ガスと反応ガスとの混合ガスを使用し、雰囲気中に硼素、弗素、炭素及び珪素の少なくともいずれかを供給することにより、シリコンに対するエッチングを抑制すると共に、希土類酸化物に対するエッチングを促進し、希土類酸化物のエッチング速度をシリコンのエッチング速度よりも大きくしている。これにより、下地のシリコンに対して選択性を確保した状態で、希土類酸化物からなる膜を異方性をもってエッチングすることができる。この結果、シリコンウェーハに大きな損傷を与えることなく、希土類酸化膜を所望の形状にパターニングすることができる。

なお、本実施形態においては、供給手段２１により、雰囲気中に硼素、弗素、炭素及び珪素の少なくともいずれかを供給する例を示したが、本発明はこれに限定されず、供給手段は、硼素、弗素、炭素及び珪素からなる群から選択された１種以上の元素を供給すればよく、例えば、これらいずれかを含有したガスを供給してもよい。

また、供給手段２１には、供給材５２を加熱するヒーターや供給材５２に対してバイアス電圧を印加する電源手段が設けられていてもよい。これにより、雰囲気中に供給する硼素、弗素、炭素、珪素などの量を制御することができる。すなわち、ヒーターで供給材５２を加熱することにより、これら元素の供給量を大きくできる。また、バイアス電圧を印加することにより、供給材５２の近傍でのプラズマ５３の密度を調整し、スパッタリングなどによる元素供給の速度を調整できる。

更に、本実施形態においては、希土類酸化物がＬａ_２Ｏ_３である例を示したが、本発明はこれに限定されず、希土類の酸化物であれば適用することができ、例えばランタノイドの酸化物に適用することができる。更にまた、希ガスはＡｒガスに限定されず、反応ガスはＣＦ_４ガスに限定されない。希土類酸化物、希ガス、反応ガスは、任意のものを組み合わせることができる。

更にまた、本実施形態においては、プラズマ化手段としてヘリコン波プラズマ源を具備したプラズマエッチング装置の例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma)等の他の高密度プラズマ源を使用する装置であってもよく、また、平行平板型のプラズマ処理装置であってもよい。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図２は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示するフローチャート図である。 本実施形態は、前述の第１の実施形態に係るプラズマエッチング装置を使用した半導体装置の製造方法に関する実施形態であり、例えば、ＣＭＯＳを備えた半導体装置の製造方法である。

先ず、図２のステップＳ１に示すように、単結晶のシリコンからなるウェーハを用意し、このウェーハの表面に素子分離膜を形成する。
次に、ステップＳ２に示すように、ウェーハ上にＬａ_２Ｏ_３を堆積させて、Ｌａ_２Ｏ_３からなるゲート絶縁膜を形成する。
次に、ステップＳ３に示すように、ゲート絶縁膜上にポリシリコンを堆積させて導電膜を成膜する。

次に、ステップＳ４に示すように、導電膜をエッチングして選択的に除去し、ゲート電極を形成する。このときのエッチング方法は、シリコンに対するエッチング速度がＬａ_２Ｏ_３に対するエッチング速度よりも大きくなる方法とする。ここでは、例えば、ＨＢｒとＣｌを組み合わせた混合ガス等を使用したプラズマエッチング方法を用いることが可能である。
次に、ステップＳ５に示すように、ゲート電極をマスクとして、ゲート絶縁膜を介してウェーハの表面に不純物を注入する。これにより、ウェーハの表面にソース・ドレイン領域を形成する。
次に、ステップＳ６に示すように、ゲート絶縁膜及びゲート電極上に例えばＳｉＯ_２からなる層間絶縁膜を成膜する。

次に、ステップＳ７に示すように、層間絶縁膜及びゲート絶縁膜に、ゲート電極、ソース領域及びドレイン領域のいずれかに接続されるコンタクトを形成する。このコンタクトの形成は、前述の第１の実施形態に係るプラズマエッチング装置を使用して、層間絶縁膜及びゲート絶縁膜をプラズマエッチングすることにより行う。すなわち、図１に示す被加工材５１として、ステップＳ６までの工程で処理されたウェーハに、コンタクトを形成する予定の領域が開口されたマスクが取り付けられたものを使用し、まずＳｉＯ_２などからなる層間絶縁膜をエッチングする。この際のエッチング条件は、従来と同様とすることができる。しかる後に、コンタクト部のゲート絶縁膜をエッチングする。この際には、図１に関して前述したように、硼素、弗素、炭素及び珪素の少なくともいずれかを含む雰囲気中で、ゲート絶縁膜をプラズマエッチングする。こうすることにより、Ｌａ_２Ｏ_３からなるゲート絶縁膜を、下地のシリコンウェーハに対して選択的にエッチングすることができる。

次に、ステップＳ８に示すように、コンタクトに接続される配線を層間絶縁膜上に形成する。これにより、ＣＭＯＳが作製される。このＣＭＯＳのゲート長は、例えば１０ナノメートルである。その後、必要に応じて、より上層の層間絶縁膜及び配線を形成し、半導体装置を製造する。

本実施形態によれば、ゲート絶縁膜を誘電率が高いＬａ_２Ｏ_３により形成しているため、半導体装置を小型化することができる。このとき、ステップＳ７に示す工程において、硼素、弗素、炭素及び珪素を含む雰囲気中でプラズマエッチングを行うことにより、シリコンウェーハに対して高い選択比を実現しつつ、Ｌａ_２Ｏ_３からなるゲート絶縁膜をエッチングして、コンタクトを形成することができる。また、プラズマエッチング法によりコンタクトを形成することができるため、コンタクトを効率よく形成することができる。

図３乃至図６は、本実施形態にかかる半導体装置の製造方法のもうひとつの具体例を表す工程断面図である。
まず、図３(ａ)に表したように、素子分離した高濃度ｐ型ウエル２００の上にゲートを形成するため、ゲート絶縁膜２２０であるＨｆＯ_２、ゲート電極の多結晶シリコン（以下、ｐ−Ｓｉと表す）２３０、タンタルシリサイド（ＴａＳｉ２）膜１０１を順次、積層する。そして、図示しないマスクを形成し、図３（ｂ）に表したように、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法などでタンタルシリサイド膜１０１とｐ−Ｓｉ２３０をパターニングする。

しかる後に、図３（ｃ）に表したように、これらゲートをマスクとして、ＨｆＯ_２からなるゲート絶縁膜２２０をパターニングする。この際に、図１に関して前述したように、硼素、弗素、炭素及び珪素の少なくともいずれかを含む雰囲気中でゲート絶縁膜２２０をエッチングする。こうすることにより、ｐ−Ｓｉ２３０やｐ型ウエル２００に対して、ゲート絶縁膜２２０を選択的にエッチングできる。

その後、図４（ａ）に表したように、このゲート２１０をマスクとして、高濃度ｐ型ウエル２００の表面にｎ型不純物を導入することにより、ソースのエクステンション領域２４０と、ドレインのエクステンション領域２５０と、を自己整合的に形成する。

次に、図４（ｂ）に表したように、ウェーハの全面に窒化珪素（以下、ＳｉＮとする）膜１１０をＣＶＤにより成膜する。
そして、図４（ｃ）に表したように、ＳｉＮ膜１１０を異方性エッチングによりエッチングして、側壁１２０を形成する。すなわち、ＣＦ_４と、Ｏ_２ガスと、を用いたＲＩＥにより、ＳｉＮ膜１１０を矢印Ａで表したように略垂直方向にエッチングする。

しかる後に、図５（ａ）に表したように、ソースのエクステンション２４０およびドレインのエクステンション領域２５０にリン（以下、Ｐと表す）イオン２８０を注入し、図５（ｂ）に表したように、ソースにコンタクト領域２８５と、ドレインにコンタクト領域２９０と、をそれぞれ形成する。その後、図示しない層間絶縁膜を堆積し、コンタクトを開口して配線を形成することにより、半導体装置の要部が完成する。

以上、説明したように、本実施形態によれば、ＨｆＯ_２などの高誘電率体材料からなるゲート絶縁膜２２０を選択的にエッチングすることにより、微細化による高密度集積を可能とした高性能のトランジスタを形成できる。

なお、本実施形態においては、半導体装置としてＣＭＯＳを含む装置を製造する例を示したが、本発明はこれに限定されず、本発明は、希土類の酸化物を含む半導体装置であれば好適に適用可能である。例えば、液晶ディスプレイなどに搭載される薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor）などの半導体装置の製造においても、本発明を同様に適用して同様の作用効果が得られる。
また、本実施形態において、シリコンウェーハ上にエピタキシャルシリコン層を形成した後、Ｌａ_２Ｏ_３膜やＨｆＯ_２膜などの高誘電率体膜を形成し、これをエッチングしてもよい。この場合は、シリコンウェーハ及びエピタキシャルシリコン層がシリコン基板となる。

以下、本発明の実施例の効果について、比較例と比較して詳細に説明する。

（試験例１）
本試験例１においては、真空チャンバ内に導入するガスの組成がエッチング速度に及ぼす影響を調査した。
図６は、横軸に真空チャンバ内に導入する混合ガスにおけるＣＦ_４ガスの濃度をとり、縦軸にエッチング速度をとって、ガスの組成がエッチング速度に及ぼす影響を示すグラフ図である。

先ず、単結晶のｎ型シリコンからなり、表面が（１００）面であるシリコン基板を用意した。そして、このシリコン基板上にスパッタリング法によりＬａ_２Ｏ_３を堆積させ、厚さが５０ナノメートルの絶縁膜を成膜した。次に、この絶縁膜上に、フォトレジスト（ＪＳＲ社製ＩＸ７９５）を形成し、通常のフォトリソグラフィ法によりパターニングを行った。これにより、Ｌａ_２Ｏ_３膜が形成された供試材（以下、「Ｌａ_２Ｏ_３膜供試材」という）を作製した。一方、上述のシリコン基板上に、Ｌａ_２Ｏ_３を堆積させることなく、上述のフォトレジストを成膜した供試材も作製した。これにより、Ｌａ_２Ｏ_３膜が形成されておらず、Ｓｉ基板が露出した供試材（以下、「Ｓｉ基板供試材」という）を作製した。各供試材はそれぞれ４個作製した。

次に、これらの供試材に対して、図１に示すプラズマエッチング装置１を使用してエッチングを行った。即ち、真空チャンバー２内に、被加工材５１として前述の供試材を装着し、供給手段２１には、供給材５２として、硼素、弗素、炭素及び珪素を含む化合物からなる薄片を装着した。また、被加工材５１に印加するバイアス電力は１２０ワット（Ｗ）とし、被加工材５１の温度は室温とした。更に、真空チャンバー２内に導入するガスは、純アルゴンガス又はアルゴンガスとＣＦ_４ガスとの混合ガスとした。このとき、アルゴンガス及びＣＦ_４ガスの流量をそれぞれ制御して、混合ガス全体の流量を１００ｓｃｃｍ（１気圧、０℃における１００ミリリットル／分）とし、圧力を４パスカル（Ｐａ）とした。

そして、混合ガス中のＣＦ_４ガスの濃度を、５０体積％、２０体積％、５体積％及び０体積％（純アルゴンガス）とし、それぞれのガス中において、６００秒間のエッチングを行った。なお、ＣＦ_４ガス濃度を０体積％とした場合が本発明の実施例に相当し、ＣＦ_４ガス濃度を５体積％、２０体積％、５０体積％とした場合が比較例に相当する。エッチング後、各供試材におけるエッチング量を測定し、このエッチング量からエッチング速度を算出した。結果を図６に示す。

図６に示すように、Ｓｉに対するエッチング速度は、ＣＦ_４ガス濃度が０体積％のときはほぼ０ナノメートル／分であり、ＣＦ_４ガス濃度が増加するにつれて急速に増加した。一方、Ｌａ_２Ｏ_３に対するエッチング速度は、ＣＦ_４ガス濃度が０体積％のときは約２ナノメートル／分であり、ＣＦ_４ガス濃度が増加するにつれて緩やかに減少した。このため、ＣＦ_４ガス濃度が２．５体積％以下のときは、Ｌａ_２Ｏ_３のエッチング速度がＳｉのエッチング速度よりも大きく、（Ｌａ_２Ｏ_３のエッチング速度／Ｓｉのエッチング速度）として定義されるエッチング選択比が１以上となった。一方、ＣＦ_４ガス濃度が２．５体積％よりも高いときは、Ｌａ_２Ｏ_３のエッチング速度がＳｉのエッチング速度よりも小さく、エッチング選択比が１未満となった。これにより、真空チャンバー内にＡｒガスとＣＦ_４ガスとの混合ガスを導入する場合には、ＣＦ_４ガス濃度は２．５体積％以下とすることが必要であることがわかる。

（試験例２）
本試験例２においては、エッチング前後における供試材表面の組成の変化を調査した。前述の試験例１と同様な方法により、純Ａｒガスを使用して、プラズマエッチングを行った。このとき、Ｌａ_２Ｏ_３膜供試材及びＳｉ基板供試材を共に真空チャンバー内に装入し、同時にエッチングした。このようにして、Ｌａ_２Ｏ_３膜又はＳｉ基板を途中までエッチングした後、供試材を真空チャンバーから取出し、ＸＰＳ（X-ray Photoelectron Spectroscopy：Ｘ線光電子分光法）によりエッチング部分の表面を分析した。結果を表１に示す。なお、表１に記載の「−」は、その元素が検出されなかったことを示している。

表１に示すように、エッチング後のＳｉ基板供試材の表面には、硼素（Ｂ）が検出された。一方、エッチング後のＬａ_２Ｏ_３膜供試材の表面には、硼素（Ｂ）は検出されず、珪素（Ｓｉ）及び弗素（Ｆ）が検出された。

（試験例３）
本試験例３においては、比較例として、真空チャンバー２内に供給材５２（図１参照）を装着せずに、純アルゴンガスによりエッチングを行った。すなわち、雰囲気中に硼素、弗素、炭素及び珪素を供給することなく、エッチングを行った。このとき、Ｌａ_２Ｏ_３膜供試材とＳｉ基板供試材とは、異なるバッチで処理した。本試験例３における上記以外の試験方法は、試験例１と同様とした。結果を図７及び表２に示す。
図７は、横軸にエッチング時間をとり、縦軸にエッチング深さをとって、Ｓｉ及びＬａ_２Ｏ_３のエッチング速度を示すグラフ図である。
なお、図７に記載の「０．７ｋＶ」及び「１．０ｋＶ」は、被加工材に印加したバイアス電圧を示す。また、表２は、図７に示す測定結果から算出したエッチング速度を示しており、単位は（ナノメートル／分）である。

図７及び表２に示すように、雰囲気中に硼素、弗素、炭素及び珪素を供給せずにエッチングを行った場合は、Ｓｉ基板に対するエッチング速度は、Ｌａ_２Ｏ_３膜に対するエッチング速度よりも大きくなった。

（考察）
上述の「試験例３」で示したように、硼素、弗素、炭素及び珪素を供給せずに、Ｓｉ基板及びＬａ_２Ｏ_３膜に対してエッチングを行うと、Ｓｉ基板に対するエッチング速度がＬａ_２Ｏ_３膜に対するエッチング速度よりも大きくなった。これは、Ｓｉ−Ｓｉ間の結合強度（３２７ｋＪ／ｍｏｌ）がＬａ−Ｏ間の結合強度（７９９ｋＪ／ｍｏｌ）よりも小さいためであると考えられる。

これに対して、上述の「試験例１」で示したように、雰囲気中に硼素、弗素、炭素及び珪素を供給しながら、Ｓｉ基板及びＬａ_２Ｏ_３膜に対してプラズマエッチングを行うと、エッチング速度の大小関係が逆転し、Ｌａ_２Ｏ_３膜に対するエッチング速度がＳｉ基板に対するエッチング速度よりも大きくなった。これにより、Ｓｉ基板上に形成されたＬａ_２Ｏ_３膜をエッチングする際の選択比が１より大きくなり、Ｌａ_２Ｏ_３膜を精度良くエッチングすることが可能となった。

現時点では、雰囲気中の硼素、弗素、炭素及び珪素が、Ｓｉ基板及びＬａ_２Ｏ_３膜のプラズマエッチングに作用するメカニズムは必ずしも明瞭ではないが、硼素（Ｂ）に関しては、以下のメカニズムが推定される。

雰囲気中に供給されたＢは、Ｓｉ基板の表面及びＬａ_２Ｏ_３膜の表面に等しく付着する。Ｓｉ−Ｓｉ間の結合は共有結合であり、その結合力は比較的弱いため、Ｓｉ基板上に飛来したＢは、Ｓｉ基板表面のＳｉサイトに置換型元素として侵入し、Ｓｉ基板の表面のエッチングを阻害する。これに対して、Ｌａ−Ｏ間の結合はイオン結合性であり、その結合力は比較的強いため、Ｌａ_２Ｏ_３膜上に飛来したＢは、Ｌａ_２Ｏ_３膜の表面に安定に付着できず、また、Ｌａ_２Ｏ_３膜上に飛来したＢは、Ｌａ_２Ｏ_３膜から放出されるＯ（酸素）によって酸化されて除去されるため、Ｌａ_２Ｏ_３膜上には堆積しにくい。従って、ＢがＬａ_２Ｏ_３膜のエッチングを阻害することが少ない。これは、上述の「試験例２」において、エッチング後のＳｉ基板の表面にはＢが検出されたが、エッチング後のＬａ_２Ｏ_３膜の表面にはＢが検出されなかったことと符合する。

また、プラズマ中にＣＦ_４ガスを添加すると、Ｂは弗化されＢＦ_３となって揮発してしまい、Ｓｉ基板のエッチングを抑制する効果を奏さない。これは、「試験例１」において、導入ガス中のＣＦ_４ガス濃度を増加させるとＳｉ基板のエッチング速度が増加したことと符合する。

本発明の第１の実施形態に係るプラズマエッチング装置を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャート図である。 本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する工程断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する工程断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する工程断面図である。 横軸に真空チャンバ内に導入する混合ガスにおけるＣＦ_４ガスの濃度をとり、縦軸にエッチング速度をとって、ガスの組成がエッチング速度に及ぼす影響を示すグラフ図である。 横軸にエッチング時間をとり、縦軸にエッチング深さをとって、Ｓｉ及びＬａ_２Ｏ_３のエッチング速度を示すグラフ図である。

符号の説明

１ プラズマエッチング装置、２ 真空チャンバー、２ａ 上部、３ ガス導入口、４ コイル、５ 整合器、６ ＲＦ電源、７ 磁場発生用コイル、１１ 排気口、１２ 圧力制御バルブ、１３ 真空ポンプ、１４ 電極、１５ 整合器、１６ ＲＦ電源、２１ 供給手段、５１ 被加工材、５２ 供給材、５３ プラズマ

Claims (7)

1. シリコン上に形成された希土類元素の酸化物をエッチングするプラズマエッチング装置であって、
   チャンバーと、
   前記チャンバー内にガスを導入するガス導入手段と、
   前記導入されたガスをプラズマ化するプラズマ化手段と、
   前記チャンバー内の雰囲気に硼素、弗素、炭素及び珪素からなる群から選択された１種以上の元素を供給可能な供給手段と、
   を備え、
   前記ガス導入手段により反応ガスを２．５体積％以下含有し残部が希ガスからなる混合ガス又は希ガスを前記チャンバー内に導入し、前記プラズマ化手段により前記導入したガスをプラズマ化しつつ、前記供給手段から前記硼素、弗素、炭素及び珪素からなる群から選択された１種以上の元素を供給して前記希土類元素の酸化物をエッチング可能としたことを特徴とするプラズマエッチング装置。
2. 前記反応ガスは、ＣＦ_４ガスであることを特徴とする請求項１記載のプラズマエッチング装置。
3. 前記供給手段は、前記元素を含む固体を前記プラズマに曝すものであることを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマエッチング装置。
4. シリコン上に形成された希土類元素の酸化物をエッチングするプラズマエッチング方法であって、
   反応ガスを２．５体積％以下含有し残部が希ガスからなる混合ガス又は希ガスのプラズマを生成し、硼素、弗素、炭素及び珪素からなる群から選択された１種以上の元素を含む雰囲気においてエッチングすることを特徴とするプラズマエッチング方法。
5. シリコン上に希土類元素の酸化膜を形成する工程と、
   前記膜をプラズマエッチングする工程と、
   を備え、
   前記プラズマエッチングは、反応ガスを２．５体積％以下含有し残部が希ガスからなる混合ガス又は希ガスのプラズマを生成し、硼素、弗素、炭素及び珪素からなる群から選択された１以上の元素を含む雰囲気において行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
6. 前記反応ガスとしてＣＦ_４ガスを使用することを特徴とする請求項５記載の半導体装置の製造方法。
7. 前記希土類元素がランタンであることを特徴とする請求項５または６に記載の半導体装置の製造方法。
   

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