JP5193481B2

JP5193481B2 - プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置

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Publication number: JP5193481B2
Application number: JP2007067799A
Authority: JP
Inventors: 勤田内; 昭孝牧野; 成一渡辺; 尚輝安井
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2007-03-16
Filing date: 2007-03-16
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2027-03-16
Also published as: JP2008227427A

Description

本発明は、半導体ウエハ２１２をプラズマを用いて加工して半導体デバイスの配線構造を形成するプラズマ処理装置、またはプラズマ処理方法に係り、特に、低圧にされた真空容器内の試料台上に載せられた半導体ウエハ２１２表面に配置され配線構造を形成するための複数層の膜であって上下の膜を絶縁するための膜を有する膜構造をエッチング処理するプラズマ処理装置または処理方法に関する。

近年、半導体集積回路装置における高集積化が大きく進展しており、ＭＯＳ (Metal
Oxide Semiconductor)型半導体装置ではトランジスタなどの素子の微細化，高性能化が図られている。特に、ＭＯＳ構造を構成する要素の一つであるゲート絶縁膜に関しては、上記トランジスタの微細化，高速動作および低電圧化に対応すべく薄膜化が急速に進んでいる。

ゲート絶縁膜を構成する材料としては、従来よりシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂ 膜）が用いられてきた。一方、ゲート電極の微細化に伴いゲート絶縁膜の薄膜化が進むと、キャリア（電子および正孔）がゲート絶縁膜を直接トンネリングすることによって生じるトンネル電流、すなわちゲートリーク電流が増大するようになる。例えば、１３０ｎｍノードのデバイスで要求されるゲート絶縁膜の膜厚はＳｉＯ₂ 膜で２ｎｍ程度であるが、この領域はトンネル電流が流れ始める領域である。したがって、ゲート絶縁膜としてＳｉＯ₂ 膜を用いた場合には、ゲートリーク電流を抑制することができずに消費電力の増大を招くことになる。

そこで、ＳｉＯ₂ 膜に代えて、より誘電率の高い材料をゲート絶縁膜として使用する研究が行われている。高誘電率の絶縁膜(以下、Ｈｉｇｈ−ｋ膜またはＨｉ−ｋ膜という。)としては、従来、ＴｉＯ₂膜，Ｔａ₂Ｏ₅膜およびＡｌ₂Ｏ₅膜などが検討されてきたが、最近では、ＨｆＯ₂膜，ＨｆＡｌＯｘ膜およびＨｆＳｉＯｘ膜などがシリコン上での安定性に優れていることから注目されている。

このようなＨｉｇｈ−ｋ膜を処理するための処理の条件は、例えば、特開２００５−
４５１２６号公報（特許文献１）に開示されている。この従来技術では、シリコン基板上に形成されたレジストパターン，反射防止膜，シリコン（ポリシリコン）膜，Ｈｉｇｈ−ｋ膜，絶縁膜（ＳｉＯ₂ 膜）等からなる膜構造をＢＣｌ３及びＡｒを含むガスを用いてエッチングする際のガスの組成及びプラズマ密度を特定の範囲にすることでゲート用のシリコン膜のサイドエッチングを抑制して形状の精度を向上させるものが開示されている。

特開２００５−４５１２６号公報

しかしながら、上記従来技術ではｈｉｇｈ−ｋを含む多層膜のエッチング処理を行って形状の制御性を向上させる条件を開示しているとはいえ、処理を安定して行って再現性を向上させる条件については十分に考慮されていなかった。例えば、真空容器内に配置された処理室内の台上に載せられた半導体ウエハ２１２等の基板状の試料へ処理を施す際の処理室内の圧力や試料或いは試料台、処理室の内壁を構成する部材の温度の条件に関する配慮が不十分であった。

すなわち、上記の微細な配線構造を形成するための多層膜、例えば、ｈｉｇｈ−ｋおよびメタルゲート膜を用いた膜構造ではその処理の際の温度条件が厳しく、これらを精密に実現しつつ処理を行わないとエッチングレートまたは形状の精度が低くなり、処理の効率や歩留まりが損なわれてしまう。これは、このような膜の材料の反応性が従来のゲート構造を実現するための膜であるシリコン膜（ポリシリコン膜）と比べて小さいためであり、この反応性を高くして処理速度を向上させるようとすると処理中の試料表面の温度を高くせざるを得ない。

一方、試料表面を高温にして処理を行うと、上記配線構造となる膜の上方に配置されたマスクとしてのフォトレジストの膜が軟化や変形等劣化してしまいマスクとしての機能が低下して形状を高精度に実現することができなくなってしまうという問題が有った。さらに、処理速度を高くするため高温にするとともに形状の制御性を向上するために、バイアス電位を形成するため試料台内の電極へ供給される高周波電力の大きさを高くすると、処理中の膜構造にチャージングダメージが増大したり、上方のマスクのエッチングが増大してしまう問題があった。

さらには、高融点金属の材料により構成された膜を含む膜構造として処理を行う際に、生成されるこれら材料の化合物を含む反応生成物は、試料表面の温度よりも処理室の温度の方が低い場合、処理室の内壁を構成する部材の表面に再付着して堆積してしまう。この堆積した生成物は、温度の変化やプラズマとの相互作用により剥がれて試料表面に付着し異物となってしまう虞が有るため生成物の付着を抑制する必要が生じる。つまり、処理室の内壁の温度を試料台の温度以上に上げる必要があるが、上記のように効率を向上するために処理を高温で行う場合には、処理室内壁をさらに高温にする構造が必要となり処理装置の構造がかさみ複雑となって製造のコストが高くなってしまう。また、真空容器の外表面が５０℃を越える場合には安全のための設備が必要であり、そのための断熱材等の設置も必要であり余分な設備が必要となる、設置のスペースが必要となってしまい設置のコストが増大してしまうと言う問題があった。

本発明の目的は、ゲート構造を構成するための多層膜の構造を高精度，高効率にエッチングできるプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置を提供することにある。

上記目的は、その表面にＨｆを含むｈｉｇｈ−ｋ材料の膜及びこの膜の上方に配置された高融点の金属膜の層並びにこの金属膜の上方に配置されたマスクの層を有した試料を真空容器内に配置して前記真空容器内でプラズマを形成してエッチング処理するプラズマ処理方法であって、前記真空容器内にＨＢｒを供給し前記試料の温度Ｔが６０℃以下で且つ前記真空容器内の圧力Ｐが０.１Ｐａ以下であって、前記温度Ｔ（℃）が前記圧力Ｐ（Ｐａ）に対し２００Ｐ＋４０を越える条件で前記試料上の前記ｈｉｇｈ−ｋ材料の膜をエッチング処理するプラズマ処理方法により達成される。

また、上記目的は、真空容器内に配置されその内側でプラズマが形成される処理室と、この処理室内の下方部に配置され前記表面にＨｆを含むｈｉｇｈ−ｋ材料の膜及びこの膜の上方に配置された高融点の金属膜の層並びにこの金属膜の上方に配置されたマスクの層を有した前記プラズマによる処理対象の試料が上面に載せられる試料台と、前記処理室の前記プラズマに面する部材の表面を前記試料の処理温度以上に加熱する手段とを備え、前記真空容器内にＨＢｒを供給しこの真空容器内でプラズマを形成し前記試料の温度Ｔが６０℃以下で且つ前記真空容器内の圧力Ｐが０.１Ｐａ以下であって、前記温度Ｔ（℃）が前記圧力Ｐ（Ｐａ）に対し２００Ｐ＋４０を越える条件で前記試料上の前記ｈｉｇｈ−ｋ材料の膜のエッチング処理を行うプラズマ処理装置により達成される。

さらに、前記高融点金属の膜がＴｉ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｒｕ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ｒｉ，Ｐｔ，Ｌａ，Ｅｕ，Ｙｂのうちの単体もしくは複数の物質の複合または化合物から構成されたことにより達成される。

さらにまた、前記試料が、前記真空容器内に配置されアルミニウムまたはその合金製の基材とその表面に配置されたセラミクスからなる絶縁体膜とを有した試料台の前記絶縁体膜上に載せられて、前記基材内に配置された温度調節手段により前記試料の温度が６０℃以下に調節されることにより達成される。

以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。

本実施例の処理チャンバについて図１を用いて説明する。図１は、本発明のプラズマ処理装置に係る実施例の構成の概略を示す縦断面図である。

本図において、プラズマ処理装置１００は、真空容器１０１とこの上部に配置された電磁波供給手段と、真空容器１０１下部に配置された真空排気手段１０７とを備えている。さらに、真空容器１０１は内部に略円筒形上の空間であってその内側で処理対象の試料が処理される処理室が配置され、平面が略矩形上の側壁部が試料が減圧された内部空間を搬送される真空搬送容器１０４と連結されている。

真空容器１０１内の処理室は、真空搬送容器１０４内部に配置された搬送室に接続されており、後述の通りの開閉手段により処理中または処理後で開放，閉塞される。すなわち、これらの間に配置された開閉する大気ゲートバルブ１１１によりその間が連通あるいは遮断される。この大気ゲートバルブ１１１が開放された状態で搬送室内部の空間と処理室部内側の空間とが連通し両者の圧力は略等しくなる。大気ゲートバルブ１１１の開放時に試料であるウエハが搬送室内部から処理室部内に配置された試料台１１２上に搬送されて載置される。

真空容器１０１の上方に配置された電磁波供給手段は、所定の周波数の電波を発生して処理室内に電界を供給する手段と、ソレノイドコイル１０３等から構成され磁場を発生して磁界を供給する手段とを備えている。本実施例の電界供給の手段は、真空容器１０１の天井面を構成する部材の情報に配置された導波管１１３及びこの導波管１１３の先端にプラズマ励起用のマグネトロン１１４が設置されており、マグネトロン１１４によりマイクロ波が生起されて導波管１１３内を処理室へ向けて導かれる。さらに、導波管１１３の下方の終端部である処理室の天井部材は、伝達されてきたマイクロ波を下方の処理室内側に伝導するため石英等の誘電体で構成されたプレート１１５と、この石英プレートの下方に配置されて供給された処理用のプロセスガスを処理室の内側に分散して導入するための複数の孔が形成されたシャワープレート１１６を有している。

シャワープレート１１６の下方であって試料台１１２の上方に形成された空間は、供給されたプロセスガスに石英プレート１１５を通って導入された電波と磁場発生部から供給された磁場との相互作用によりプラズマが形成される放電室１１７となっている。さらに、石英プレート１１５とシャワープレート１１６との間は微小な隙間を空けて空間が形成されており、この空間に放電室１１７に供給されるべきプロセスガスが先ず供給され、シャワープレート１１６を貫通してこの空間と放電室１１７とを連通してプロセスガスが通流する上記孔を通って放電室１１７に流入する。上記空間はプロセスガスが複数の孔から分散して放電室１１７に流入するよう設けられたバッファ室１１８となっている。このプロセスガスは、プロセスガスライン１１９及びプロセスガス遮断バルブ１２０を介してガス等流体の処理チャンバへの供給を調節する制御器１２１から供給される。

このようにして、複数の孔からプロセスガスを分散して放電室１１７に導入するとともに、これらの孔は試料台１１２上に試料が載置される位置に対向した位置を主にして配置されており、ガスをより均一となるように分散できるバッファ室１１８の働きとともに、プラズマの密度を均一にすることを図っている。石英プレート１１５及びシャワープレート１１６の外周側には下部リング１２２が配置されており、この下部リング１２２の内部にはバッファ室１１８にプロセスガスが通流するガスライン１１９と連通したガス通路が設けられている。

さらに、シャワープレート１１６の下方には、下部リング１２２とシャワープレート
１１６とにこれらの下面で接して配置され真空容器の内側でプラズマに面して放電室117を形成する外側壁部材１２３，内側壁部材１２４が配置されている。なお、本実施例では、内側壁部材１２４，外側壁部材１２３は各々略円筒形状を有しほぼ同心となるように構成されている。外側壁部材１２３の外周面には、ヒータ１３４が巻き付けられて配置され、外側壁部材１２３の温度を調節することでこれに接触した内側壁部材１２４の表面の温度を調節している。

この外側壁部材１２３の外周側には、その下面に接触する放電室ベースプレート１２５が配置されている。この放電室べースプレート１２５の下面でその下方に配置される真空室部と接続する。なお、内側壁部材１２４は放電室１１７内部のプラズマ、電極の役目を果たす試料台１１２に対する接地電極の作用をする部材でもあり、プラズマの電位を安定させるために必要な面積を有している。この接地電極としての作用のために、接触されて接続される外側壁部材１２３或いは蓋部材１２２との間での熱伝導とともに導電性を十分確保する必要が有る。

本実施例では、真空室を構成する壁の表面の温度を調節して、その表面とプラズマやこれに含まれる粒子，ガス，反応性生物との相互作用を調節している。また、その温度は試料台の温度よりも高温に保たれている。このようにプラズマとこれに面する真空室の壁面との相互作用を適切に調節することで、プラズマの密度や組成等プラズマの特性を所望の状態にすることができる。

また放電室ベースプレート１２５の下方には、真空容器の下部を構成する下部容器壁
１５，これに下方から接続されて真空容器の底面を構成する底部容器壁１６，内側下部チャンバ１２８およびその内部に配置され放電室ベースプレート１２５の下面にその上面が接触して連結された内側チャンバ１２６，この内側チャンバ１２６の下部と接続して処理室内の空間内に試料台１１２を支持するための複数の梁である電極ベース１２７が配置されて処理チャンバが形成されている。

底部容器壁１６の下部には真空容器内の排気の調節を行うための真空排気装置１０７が配置されている。本実施例では、真空排気装置１０７は、内側下部チャンバ１２８及び底部容器壁１６の中央部に配置され処理室内のガスが排出される開口の下方でこれに連通する通路内に配置され回転する複数の板状のフラップにより開口の断面積を調節して排気の量速度を調節する流量調整バルブ１２９と、通路の出口に連通して処理室内のガスの排気用のターボ分子ポンプ等の主ポンプ１３０から構成される排気ラインと、処理室内に配置され開口の下方、遮断を行う板状のバルブプレート１３１が配置されている。

処理室に接続された配管１３２には処理室の圧力調整に用いる圧力計１３３が配置されている。上記排気用主ポンプ１３０と圧力計１３３は０.１Ｐａ以下を達成するための性能を有したものを選定している。

図２に試料台１１２周辺の詳細を示す。図２は、図１に示す実施例の試料台周辺の構成の概略を拡大して示す縦断面図である。試料台１１２の内部に配置された導電製部材からなる下部電極２１１内部には放電室１１７内に形成されるプラズマにより処理される処理対象の半導体ウエハ２１２の温度調節を目的とした冷媒循環用の溝２１３が配置されている。冷媒用の溝２１３には温度調整用の循環温調器２１７が接続用のフレキシブルチューブ２１８を介して接続されている。循環温調器２１７は温度調整のための熱交換器と冷凍機で構成される温度調節部２１９と循環ポンプ２２０が内蔵されている。

試料台１１２の上面には静電吸着用の誘電体膜２１４が設けられており、下部電極211に接続された静電吸着直流電源２１５を用いて半導体ウエハ２１２を下部電極２１１に静電吸着を行い、温度調節を行う。また、半導体ウエハ２１２表面の被エッチング材の反応制御を行うための高周波電源２１６が静電吸着直流電源２１５と平行して接続されている。半導体ウエハ２１２以外の下部電極２１１表面の保護を行うため上側面にカバー２２１を設けている。

減圧された真空搬送容器１０４内の搬送室内を搬送室内のロボットアームにより搬送された処理対象の試料である半導体ウエハ２１２は、真空排気装置１０７の動作により搬送室内と同等に減圧された処理室内の試料台１１２上で受け渡されて試料台１１２上面に載置される。載せられた半導体ウエハ２１２は、誘電体膜２１４上に載せられて静電吸着直流電源２１５からの電力が供給された誘電体膜２１４内の電極によりこの誘電体膜２１４上面に吸着保持される。

この状態で放電室１１７内に導入されたプロセスガスは、石英プレート１１５およびシャワープレート１１６を透過して伝播したマイクロ波による電界とソレノイドコイル103〜供給された磁界とが相互作用を生起してプロセスガスを励起して放電室１１７内にプラズマが生成される。このプラズマを用いて試料台１１２上の半導体ウエハ２１２が処理される。また、処理中に試料台１１２内に配置された導電製部材により構成された下部電極２１１に高周波電源２１６からの所定の周波数の高周波電力が供給され、半導体ウエハ
２１２の表面に所望のバイアス電位を生起して、処理を促進し所望の加工形状を実現するようにプラズマ中の荷電粒子を半導体ウエハ２１２表面に誘引する。

処理中は上記ヒータ１３４により放電室１１７の内側壁部材１２４が所定の温度に維持されている。また、処理中においても真空排気装置１０７は動作しており、処理に伴って生成された生成物とともに、供給されたプロセスガス、プラズマを処理室外に排出して処理室の内部を所定の圧力値に維持している。

図３に、本発明のプラズマ処理が対象とする半導体デバイスのための配線構造となる膜構造を示す。図３（ａ）は処理対象の半導体ウエハ２１２表面に形成された加工前の膜構造の状態を示す模式図である。本図において、上記膜構造はシリコン基板３１１を下方のベースとして、その上方にＨｉｇｈ−ｋ膜３１２，半導体デバイスのゲートとなるゲート膜３１３がこの順で配置されて、さらにその上方にマスクとなるパターン加工された酸化膜３１４がある。ここでゲート膜３１３はＴｉ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｒｕ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，
Ｒｅ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ｌａ，Ｅｕ，Ｙｂのような高融点の金属材料から構成された単体もしくは複合膜で構成されている。

さらに、これらの上方にゲート膜３１３の加工の際のマスクとなる樹脂等の有機系材料から構成されたフォトレジスト３１５が配置されていても良い。図４は、マスクとなるパターン加工された膜の材質がフォトレジスト３１５の場合を示す。

このような膜構造は、フォトレジスト３１５をマスクとして酸化膜３１４がエッチング加工された後、この酸化膜３１４の加工後の形状をマスクとして、更に下方に配置されたゲート膜３１３及びＨｉｇｈ−ｋ膜３１２をエッチング加工する。加工後の形状は、図３，図４の各々の（ｂ）に示されている。

図５は、図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置において、図３または図４に示した膜構造を処理する場合の条件であって、処理室内圧力の変化に対する処理温度の変化と効果を示すグラフである。本図は、（１）ゲート材がＴａの時にＨＢｒガスにより反応させた場合、（２）ゲート材がＨｆの時にＣｌ₂ ガスにより反応させた場合、（３）ゲート材がＨｆの時にＨＢｒガスにより反応させた場合、（４）ゲート材がＴａＣの時にＨＢｒガスにより反応させた場合を示す。

本図に示すように、（１）〜（４）のいずれも処理室内の圧力を０.１Ｐａ以下の場合に、膜を構成する材料が揮発させる試料の温度が急激に変化している。すなわち、生成物を所定の割合で揮発させることのできる下限の試料表面の温度は、０.１Ｐａ以下で、特には０.０６Ｐａより以下の圧力で急激に低下している。とくに、（１）,（２）,（４）の場合で６０℃以下に急激に変化している。

半導体ウエハ２１２の温度すなわち下部電極の温度が６０℃を超えると、下部電極211の基材がアルミで誘電体膜２１４がアルミナの場合、アルミの線膨張係数２.３×１０^-5（１／℃）に対してアルミナの線膨張係数が７.１×１０^-6(１／℃) で電極温度６５℃で温度差が４５℃時には約０.２mmの寸法差が生じる。これを基に応力を求めると１×１０⁵ｇ／mm²となり、許容応力５×１０⁴ｇ／mmを上回り破損してしまうため、これより機構上の理由から６０℃を超えての使用は材質変更などの構造変更が必要となるが、線膨張係数の低い材料は熱応答性も悪化するため、プラズマ入熱による温度上昇が発生する。

また、試料表面を６０℃以上にして処理する場合には、レジストマスクの劣化が大きくなり、これをマスクとする下方の膜の処理の形状の加工精度が低下してしまう。特に、炭化水素系の材料からなるフォトレジストの場合には、その変形や軟化が大きくなってしまうとともに、高い温度にするために試料台の電極に供給されるバイアスの電力を高くするとレジストと下方の膜との選択比が低下してしまい、サイドエッチングが大きくなり加工の精度が低下してしまう。

そこで、本実施例では、処理室内を０.１Ｐａ以下、望ましくは０.０６Ｐａ以下の圧力に維持して試料を処理することで、上記の問題点を抑制する処理の条件を実現する。すなわち、上記圧力の条件を維持しつつ試料の表面を６０℃以下にすることで、膜の材料の反応性を向上させて処理することができ処理の速度を向上させることができるとともに、レジストマスクの劣化を抑制して加工の精度の向上を両立させることができる。

このような条件の範囲としては、排気の効率から圧力の下限値は０.０２５Ｐａ、のぞましくは０.０３Ｐａとして、このときの所定の揮発量を達成する温度の下限が４５℃となる。図５上、この０.０２５Ｐａ，４５℃の点と０.１Ｐａ，６０℃の点とを結ぶ線分より上方の領域であって、６０℃以下の領域で処理を行うことで、上記作用・効果を奏することができる。

具体的には、試料または試料台１１２の温度Ｔを、
Ｔ＝２００Ｐ＋４０（１）
Ｔ：温度（℃）
Ｐ：圧力（Ｐａ）
となる線の上方であってＴ＝６０℃以下の範囲が処理に好適な条件の範囲となる。本実施例は、このような処理の条件を実現することのできる圧力，温度の範囲を広くすることで試料の処理のレシピの選択や設定の自由度を大きくすることができる。

さらには、本実施例において、放電室の内側壁部材１２４や内側チャンバ１２６等の処理室内のプラズマに面する部材の温度を試料台１１２または試料の温度を高く維持して処理が実施されている。この際、本図に示すように、０.１Ｐａ以下に処理室内の圧力を維持することで、処理室内に生成される反応生成物の揮発性が高くなることにより、生成物の処理室内の表面への再付着及びこれの堆積に起因する異物の発生が抑制される。

処理室内に配置されてプラズマに面する部材の温度を試料台上に載せられた処理中の試料のプラズマに面する表面の温度と同じか高くなるように調節することで、処理に伴って生成された生成物が処理室内部の部材の表面へ付着し堆積することが抑制される。一方、本実施例において、このような処理室内の部材の温度を調節するために、放電室外側壁部材１２３の外側壁面の周囲を覆ってこれに接触して取り付けられたヒータ１３４が配置されており、このヒータ１３４の動作による熱を処理室内側に伝達して処理室内の部材、例えば内側壁部材１２４の表面を試料である半導体ウエハ２１２の表面より高く調節している。

この際に、試料表面の温度が高い温度、例えは６０℃を越えていると処理室内の内壁部材１２４の温度もこの温度以上に設定することが必要となり、ヒータ１３４の温度はさらに高いものとなってしまい、この加熱部分に使用者，作業者が触れた際でも危険が小さいように断熱部材等で処理室外壁面を被覆する等安全を確保する手段が必要となり、構造がさらに複雑となり設置のためのスペースも必要となって、設置や運用のコストが増大してしまう。

本実施例では、試料の処理中の温度を６０℃、望ましくは５０℃以下とすることで、処理室内壁の温度をこれより高く調節して処理する処理装置において、加熱装置の運転の温度を従来より低減し、処理室の断熱部材等を不要としている。この場合、試料の処理中の圧力を０.１Ｐａ以下、望ましくは０.０６Ｐａ、さらに望ましくは０.０５Ｐａ以下にすることで、図３に示す高融点の金属材料から構成された膜を備える膜構造を処理する場合に、処理中の試料表面を上記の温度以下で処理することができ、より簡便な構造の処理装置を用いて処理中の異物の発生を低減して歩留まりを抑制できる。

また、０.１Ｐａ以下の低圧を実現するためにはウエハ上の放電空間から排気用のポンプまでのコンダクタンスを高めるため、距離を最小限にしなくてはならない。この際、下部電極を図１のようにチャンバの中心におくことが最善であるが、図示していない搬送用の押し上げ機構に用いるシリンダやセンサの耐熱温度からも電極温度を６０℃以下にすることが望ましい。

また本図より、Ｈｆを加工する場合、従来の装置ではＨＢｒをエッチングガスと使用した場合は低い温度での加工が可能であったが、低圧にすることにより、Ｃｌ₂ ガスでのエッチングも６０℃以下で行うことが可能となる。これによりエッチング用のガス種の選択幅が広がり、他の加工形状の制御などをも多様に対応可能となる。

本発明のプラズマ処理装置に係る実施例の構成の概略を示す断面図である。図１に示す実施例の試料台周辺の構成を拡大して示す模式図である。図１に示す実施例が対象とする半導体デバイスの配線構造を実現するための膜構造の模式図である。図１に示す実施例が対象とする半導体デバイスの配線構造を実現するための膜構造の模式図である。図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置において、図３または図４に示した膜構造を処理する場合の条件であって、処理室内圧力の変化に対する処理温度の変化と効果を示すグラフである。

符号の説明

１１１大気ゲートバルブ
１１２試料台
１１３導波管
１１４マグネトロン
１１５石英プレート
１１６シャワープレート
１１７放電室
１１８バッファ室
１１９プロセスガスライン
１２０遮断バルブ
１２１制御器
１２２下部リング
１２３外側壁部材
１２４内側壁部材
１２５放電室ベースプレート
１２６内側チャンバ
１２７電極ベース
１２８内側下部チャンバ
１２９流量調整バルブ
１３０排気用の主ポンプ
１３１バルブプレート
１３２配管
１３３圧力計
１３４ヒータ
２１１下部電極
２１２ウエハ
２１３溝
２１４誘電体膜
２１５静電吸着直流電源
２１６高周波電源
２１７循環温調器
２１８フレキシブルチューブ
２１９温度調節部
２２０循環ポンプ
２２１上側面にカバー
３１１シリコン基板
３１２ｈｉｇｈ−ｋ膜
３１３ゲート膜
３１４酸化膜
３１５フォトレジスト

Claims

その表面にＨｆを含むｈｉｇｈ−ｋ材料の膜及びこの膜の上方に配置された高融点の金属膜の層並びにこの金属膜の上方に配置されたマスクの層を有した試料を真空容器内に配置して前記真空容器内でプラズマを形成してエッチング処理するプラズマ処理方法であって、
前記真空容器内にＨＢｒを供給し前記試料の温度Ｔが６０℃以下で且つ前記真空容器内の圧力Ｐが０.１Ｐａ以下であって、前記温度Ｔ（℃）が前記圧力Ｐ（Ｐａ）に対し２００Ｐ＋４０を越える条件で前記試料上の前記ｈｉｇｈ−ｋ材料の膜をエッチング処理するプラズマ処理方法。
前記高融点金属の膜がＴｉ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｒｕ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ｒｉ，Ｐｔ，Ｌａ，Ｅｕ，Ｙｂのうちの単体もしくは複数の物質の複合または化合物から構成された請求項１に記載のプラズマ処理方法。
前記試料が、前記真空容器内に配置されアルミニウムまたはその合金製の基材とその表面に配置されたセラミクスからなる絶縁体膜とを有した試料台の前記絶縁体膜上に載せられて、前記基材内に配置された温度調節手段により前記試料の温度が６０℃以下に調節される請求項１または２に記載のプラズマ処理方法。
真空容器内に配置されその内側でプラズマが形成される処理室と、この処理室内の下方部に配置され前記表面にＨｆを含むｈｉｇｈ−ｋ材料の膜及びこの膜の上方に配置された高融点の金属膜の層並びにこの金属膜の上方に配置されたマスクの層を有した前記プラズマによる処理対象の試料が上面に載せられる試料台と、前記処理室の前記プラズマに面する部材の表面を前記試料の処理温度以上に加熱する手段とを備え、前記真空容器内にＨＢｒを供給しこの真空容器内でプラズマを形成し前記試料の温度Ｔが６０℃以下で且つ前記真空容器内の圧力Ｐが０.１Ｐａ以下であって、前記温度Ｔ（℃）が前記圧力Ｐ（Ｐａ）に対し２００Ｐ＋４０を越える条件で前記試料上の前記ｈｉｇｈ−ｋ材料の膜のエッチング処理を行うプラズマ処理装置。
前記高融点金属の膜がＴｉ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｒｕ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ｒｉ，Ｐｔ，Ｌａ，Ｅｕ，Ｙｂのうちの単体もしくは複数の物質の複合または化合物から構成された請求項４に記載のプラズマ処理装置。
前記試料が、前記真空容器内に配置されアルミニウムまたはその合金製の基材とその表面に配置されたセラミクスからなる絶縁体膜とを有した試料台の前記絶縁体膜上に載せられて、前記基材内に配置された温度調節手段により前記試料の温度が６０℃以下に調節される請求項４または５に記載のプラズマ処理装置。