JPH06314674A

JPH06314674A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH06314674A
Application number: JP12468993A
Authority: JP
Inventors: Shingo Kadomura; 新吾門村
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1993-04-30
Filing date: 1993-04-30
Publication date: 1994-11-08

Abstract

(57)【要約】【目的】Ｂｒ^*をエッチング種とする超高選択ポリサ
イド・ゲート電極加工において、エッチング後の側壁保
護膜の酸化を防止し、その除去を容易とする。【構成】Ｗ−ポリサイド膜５の下層側のポリサイド膜
３をＨＢｒ／Ｏ₂混合ガスを用いてエッチングすると、
エッチング反応生成物ＳｉＢｒ_xＯ_yがパターン側壁面
上に堆積して側壁保護膜７を形成し、異方性達成に寄与
する。この後、同じチャンバ内でＨ₂プラズマ処理を行
い、Ｂｒ原子をＨ原子に置換して側壁保護膜７を改質す
る。改質側壁保護膜は容易にＳｉＯ_xへは変化しないた
め、短時間の希フッ酸処理等により容易に除去できる。
したがって、ゲート酸化膜２の浸触が生じない。別の酸
化防止方法としては、ウェハ全面を炭素系ポリマー膜あ
るいはイオウ系材料膜でパッシベーションしても良い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
関し、特にシリコン系材料層のエッチングにおいて生成
する側壁保護膜の酸化を防止することにより、その除去
プロセスの負担を軽減し、下地の酸化シリコン（ＳｉＯ
_x）系材料層に対して高い選択性を確保する技術に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年のＶＬＳＩ，ＵＬＳＩ等にみられる
ように半導体装置の高集積化および高性能化が進展する
に伴い、Ｓｉ系材料層のエッチングにおいても、高異方
性，高速性，高選択性，低ダメージ性，低汚染性といっ
た諸要求を高いレベルで同時に満足させる技術が強く要
望されている。

【０００３】Ｓｉ系材料層のエッチングを行う各種のプ
ロセスの中でも、ポリシリコン層、高融点金属シリサイ
ド層、ポリサイド膜等のエッチングを行うＭＯＳトラン
ジスタのゲート電極加工は、特に高精度を要するプロセ
スである。しかも、これらのＳｉ系材料層の下地を構成
するゲート酸化膜の膜厚が、近年では動作高速化の要求
から１０ｎｍ付近まで薄膜化されており、かかる薄い下
地膜に対して高選択性を維持しながら良好な異方性加工
を行うことが、重要な課題となっている。

【０００４】今日まで異方性加工の主導的役割を果たし
てきた技術は、言うまでもなくＲＩＥ（反応性イオン・
エッチング）である。しかし、ＲＩＥでは加速した反応
性イオンを基板へ衝突させ、活性種との反応を促進する
機構で高異方性を確保しているため、下地選択性を大き
くとることが本質的に難しい。そこで、従来からゲート
電極加工のためのドライエッチングにおいて、高異方性
と高選択性を同時に達成するための研究が続けられてい
る。

【０００５】ゲート電極加工に限らずＳｉ系材料層のエ
ッチングに従来広く用いられてきたエッチング・ガス
は、フロンガスの通称で知られるＣＦＣ（クロロフルオ
ロカーボン）系ガスである。これは、Ｆ^*（フッ素ラジ
カル）による等方的なラジカル反応をＣＦ_x ⁺，ＣＣｌ
_x ⁺等の入射イオン・エネルギーでアシストしながら異
方性形状を達成することが可能なガスである。この場合
の主なエッチング反応生成物は、ＳｉＦ_xである。しか
し、周知のように地球環境保護の見地からＣＦＣ系ガス
に対する規制が目前に迫っており、もはや将来的な実用
性はほとんど無いと言って良い。

【０００６】かかる事情から、ゲート電極加工にＣ
ｌ^*，Ｂｒ^*等のエッチング種を用いるドライエッチン
グ・プロセスか提案されている。たとえば、Ｐｒｏｃｅ
ｅｄｉｎｇｓｏｆＳｙｍｐｏｓｉｕｍｏｎＤｒ
ｙＰｒｏｃｅｓｓ，（１９８８），II−４には、エッ
チング・ガスにＳｉＣｌ₄を添加し、ウェハを−３０℃
付近まで冷却しながらエッチングを行う技術が報告され
ている。

【０００７】また、ＤｉｇｅｓｔｏｆＰａｐｅｒ
ｓ，１９８９２ｎｄＭｉｃｒｏＰｒｏｃｅｓｓＣ
ｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ｐ．１９０には、ＨＢｒを用いた
ＲＩＥにより、ｎ⁺型多結晶Ｓｉ層の異方性エッチング
を行った例が報告されている。

【０００８】これらの技術における主なエッチング反応
生成物は、塩化シリコン（ＳｉＣｌ_x）と臭化シリコン
（ＳｉＢｒ_x）である。これらの生成物は、ＣＦＣ系ガ
スを用いた場合に生成するＳｉＦ_xよりもはるかに蒸気
圧が低い。したがって、実用的なエッチング速度を損な
わない範囲でエッチング条件を最適化すれば、これら生
成物の一部をパターン側壁面上に堆積させ、側壁保護に
利用することができる。

【０００９】また、ゲート酸化膜（ＳｉＯ_x）に対して
高選択性が確保できることも、Ｃｌ^*やＢｒ^*がエッチ
ング種として支持される大きな理由である。これは、原
子間結合エネルギーを比較した場合、Ｓｉ−Ｃｌ結合
（４０２ｋＪ／ｍｏｌｅ）およびＳｉ−Ｂｒ結合（３６
８ｋＪ／ｍｏｌｅ）がいずれもＳｉ−Ｏ結合（４６４ｋ
Ｊ／ｍｏｌｅ）よりも小さいことから説明される。

【００１０】特にＢｒ^*については、原子半径が大きく
自発的にＳｉ系材料層をエッチングしないというメリッ
トがあることから、今後のポリサイド・ゲート電極加工
において必須のエッチング種になるものと考えられてい
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ようなＣｌ^*，Ｂｒ^*等のエッチング種を用いた場合、
その超高選択性の見返りとして新たな問題が発生するこ
とが指摘されるようになってきた。その典型的な例は、
ノッチングと呼ばれる特異なパターン断面形状の発生で
ある。この問題を、図４を参照しながら説明する。

【００１２】図４は、Ｓｉ基板１１上にゲートＳｉＯ_x
膜１２を介して積層されたタングステン（Ｗ）−ポリサ
イド膜が、レジスト・マスク１６を介してエッチングさ
れた状態を示している。ここで、Ｗ−ポリサイド膜の上
層側を構成するＷＳｉ_x層は異方性形状を有するＷＳｉ
_xパターン１４ａに加工されているが、下層側のポリシ
リコン・パターン１３ｂには逆テーパー形状に加え、ゲ
ート酸化膜１２とポリシリコン・パターン１３ｂの界面
付近の切れ込み、すなわちノッチング１８が生じてい
る。

【００１３】これは、ゲート酸化膜１２が露出した以降
のオーバーエッチング時に過剰となったＢｒ^*がこのゲ
ート酸化膜１２の表面で側方マイグレーションを起こ
し、ポリシリコン・パターン１３ｂの側壁面を攻撃する
ためであると考えられている。かかるゲート電極の断面
形状の劣化は、ＭＯＳトランジスタのチャネル長を変動
させたり、あるいはＬＤＤ構造用のサイドウォールの形
成や層間絶縁膜によるゲート電極の均一な被覆を困難と
する等、デバイス特性に大きな悪影響を与えるため、未
然に防止しなければならない。

【００１４】この場合、上述のマイグレーションそのも
のを防止することは原理的に難しいので、実用的な対策
としては、側壁保護膜を厚膜化し側壁保護効果を強化す
ることが考えられる。しかし、これでは側壁保護膜の除
去が困難となり、結果的に下地選択性の低下を招き易く
なる。この問題を、図５を参照しながら説明する。な
お、図５の参照符号は図４と一部共通である。

【００１５】図５（ａ）は、Ｗ−ポリサイド膜のエッチ
ングにおいて十分な厚さの側壁保護膜１７の寄与によ
り、それぞれ異方性形状を有するＷＳｉ_xパターン１４
ａとポリシリコン・パターン１３ａからなるゲート電極
１５ａが形成された状態を示している。上記側壁保護膜
１７の構成成分の主体は、塩素系エッチング・ガスを用
いた場合にはＳｉＣｌ_x、臭素系エッチング・ガスを用
いた場合にはＳｉＢｒ_xであり、さらに残留塩素や残留
臭素が含まれている。

【００１６】いま、次工程への搬送を目的としてこの状
態のウェハを大気解放すると、上記側壁保護膜１７中の
ハロゲン原子が大気中の水分との反応により引き抜か
れ、側壁保護膜１７の成分の少なくとも一部がＳｉＯ_x
に変化し、除去しにくくなってしまう。一般に、エッチ
ング終了後の側壁保護膜の除去は、希フッ酸溶液を用い
たウェット処理、あるいはフッ素系ガスのプラズマを用
いたプラズマ処理により行われるが、上述のように側壁
保護膜の膜質が強固となっている場合には、処理時間も
当然長くなる。しかも、この側壁保護膜の構成成分の少
なくとも一部は、下地のゲート酸化膜１２ａと同じであ
る。この結果、下地選択性が低下し、図５（ｂ）に示さ
れるように浸触されたゲート酸化膜１２ａが生じてしま
う。

【００１７】大気開放による水分との接触を防止するた
めには、各プロセス間でウェハを別チャンバへ真空搬送
できるマルチ・チャンバ・システム（あるいはクラスタ
ー・ツール）を利用することが考えられる。たとえば、
Ａｌ配線用エッチング装置には、アフターコロージョン
防止を目的としてインライン（ｉｎ−ｌｉｎｅ）・アッ
シャーを備えたエッチング装置が市販されている。しか
し、ゲート加工用エッチング装置については、インライ
ン形式の後処理の考え方は一般化していない。たとえ、
インライン後処理チャンバを備えていたとしても、側壁
保護膜を後で除去し易い状態に維持しておくことは、プ
ロセスの高信頼化につながる有効な対策を提供するもの
と考えられる。もちろん、かかるインライン後処理装置
が不要となれば、エッチング装置のコストや占有面積の
増大を招くこともない。

【００１８】そこで本発明は、被エッチング材料層の異
方性加工に寄与する側壁保護膜の酸化を防止し、エッチ
ング終了後にこれを除去する際にも高い下地選択性を維
持することができ、しかも低コストでこれを実現する半
導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、上述の目的を達成するために提案されるもの
であり、被エッチング層に由来するエッチング反応生成
物をパターン側壁面に堆積させて側壁保護膜を形成しな
がら該被エッチング層のエッチングを行う場合、前記エ
ッチングの終了後に、該エッチングが行われたエッチン
グ・チャンバ内で前記側壁保護膜の酸化防止処理を行う
ものである。

【００２０】本発明はまた、前記酸化防止処理として、
前記側壁保護膜中に含まれるハロゲン原子の少なくとも
一部を水素原子に置換するプラズマ処理を行うものであ
る。

【００２１】本発明はまた、前記酸化防止処理を終了し
た後、前記側壁保護膜を溶液処理により除去するもので
ある。この溶液処理は、たとえば従来一般に行われてい
る希フッ酸処理等である。

【００２２】本発明はまた、前記酸化防止処理として、
少なくとも前記側壁保護膜を炭素系ポリマー膜あるいは
イオウ（Ｓ）系材料膜の少なくとも一方からなるパッシ
ベーション膜を用いて被覆するパッシベーション処理を
行うものである。ここで、上記イオウ系材料膜として
は、本発明者が先に特開平４−８４４２７号公報に提案
した単体のイオウ膜、もしくは本発明者が先に特開平４
−３５４３３１号公報に提案した窒化イオウ系化合物膜
を用いることができる。上記イオウ膜は、放電解離条件
下で遊離のイオウを放出できるイオウ系化合物ガスのプ
ラズマを用いて堆積させることができる。また、上記窒
化イオウ系化合物膜は、主としてポリチアジル（ＳＮ）
_xにより構成されるものであり、同様のイオウ系化合物
ガスと窒素系ガスの混合ガスを放電解離させることによ
り、気相中から堆積させることができる。

【００２３】本発明はまた、前記酸化防止処理を終了し
た後、少なくとも前記パッシベーション膜と前記側壁保
護膜を少なくとも酸素系ガスを用いたプラズマ処理によ
り除去するものである。このプラズマ処理とは、たとえ
ば従来一般に行われているようなＯ₂，Ｏ₃等によるプ
ラズマ処理である。かかるプラズマ処理は当然、レジス
ト・アッシングも兼ねることができる。

【００２４】本発明はさらに、前記被エッチング層とし
てシリコン系材料を用い、前記側壁保護膜をＳｉＣｌ_x
系化合物またはＳｉＢｒ_x系化合物の少なくとも一方を
含む膜とするものである。

【００２５】

【作用】本発明のポイントは、エッチング反応生成物を
堆積させることにより形成した側壁保護膜が、次工程へ
移行するまでの間に酸化されないよう、エッチング終了
後直ちに同じエッチング・チャンバ内で酸化防止処理を
行うことをポイントとする。これにより、側壁保護膜を
後で除去し易い状態に維持するわけである。

【００２６】上述の酸化防止処理としては、具体的には
（ａ）前記側壁保護膜中に含まれるハロゲン原子の少な
くとも一部を水素原子に置換するプラズマ処理か、ある
いは（ｂ）少なくとも前記側壁保護膜を炭素系ポリマー
膜あるいはイオウ系材料膜の少なくとも一方を用いて被
覆するパッシベーション処理を行う。

【００２７】前者（ａ）のプラズマ処理は、水素系ガス
のプラズマを用いて側壁保護膜中のハロゲン原子を極め
て蒸気圧の高いハロゲン化水素の形で速やかに除去し、
さらに生成したＳｉ原子のダングリング・ボンドをＨ原
子で終端させたり、水酸基を形成させる考え方にもとづ
く。この処理を行えば、ウェハを大気開放しても側壁保
護膜中でハロゲン原子と酸素原子との置換が起こり難く
なり、酸化を防止することができる。

【００２８】なお、かかるプラズマ処理を経た側壁保護
膜は、通常の溶液処理で容易に除去することができる。

【００２９】また後者（ｂ）のパッシベーション処理
は、側壁保護膜の形成後、直ちにこれをパッシベーショ
ン膜を用いて被覆し、外部環境との接触を遮断する考え
方にもとづく。この処理を行えば、ウェハを大気開放し
ても、側壁保護膜が大気中の酸素や水分の影響を受ける
ことがない。なお、上記パッシベーション膜と側壁保護
膜は、通常の酸素系プラズマ処理により除去することが
できる。その主要メカニズムは、炭素系ポリマーのＣ原
子およびＳ系材料膜のＳ原子の燃焼除去である。

【００３０】ところで本発明は、先にゲート電極加工を
例示したことからも明らかなように、シリコン系材料を
エッチングするプロセスにおいて特に有効である。この
場合、エッチング・ガスとして塩素系ガスを用いればＳ
ｉＣｌ_x系化合物、臭素系ガスを用いればＳｉＢｒ_x系
化合物がそれぞれエッチング反応生成物として生成し、
側壁保護膜を形成する。この側壁保護膜の酸化を防止
し、ＳｉＯ_xへの変化を抑制すれば、エッチング後の側
壁保護膜の除去時にゲート酸化膜に対する選択性が低下
する虞れがなくなるわけである。

【００３１】

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。

【００３２】実施例１本実施例は、本発明をタングステン（Ｗ）−ポリサイド
・ゲート電極加工に適用し、下層側のポリシリコン層を
Ｂｒ^*を用いてエッチングする際に生成したＳｉＢｒ_x
Ｏ_y系の側壁保護膜の酸化をＨ₂プラズマ処理で防止し
た後、希フッ酸処理でこれを除去した例である。このプ
ロセスを、図１および図２を参照しながら説明する。

【００３３】本実施例でエッチング・サンプルとして用
いたウェハを図１（ａ）に示す。このウェハは、単結晶
Ｓｉ基板１上に、その表面を熱酸化して得られたゲート
酸化膜２、Ｗ−ポリサイド膜５、およびゲート電極パタ
ーンにしたがって形成されたレジスト・マスク６が順次
形成されたものである。上記Ｗ−ポリサイド膜５は、下
層側から順にｎ⁺型不純物を含有するポリシリコン層３
と、タングステン・シリサイド（ＷＳｉ_x）膜４とが積
層されたものである。

【００３４】次に、上記Ｗ−ポリサイド膜５をエッチン
グするため、このウェハをＲＦバイアス印加型有磁場マ
イクロ波プラズマ・エッチング装置にセットした。上記
エッチングは、上層側のＷＳｉ_x層５をエッチングする
ステップＩと、下層側のポリシリコン層３をエッチング
し、さらにオーバーエッチングを行うステップIIとの２
段階プロセスにより行った。各ステップのエッチング条
件は、一例として下記のとおりとした。

【００３５】〔ステップＩ〕Ｃｌ₂流量２００ＳＣＣＭＯ₂流量５ＳＣＣＭガス圧０．７Ｐａマイクロ波パワー８５０Ｗ（２．４５ＧＨ
ｚ）ＲＦバイアス・パワー７０Ｗ（２ＭＨｚ）ウェハ載置電極温度２０ ℃ 〔ステップII〕ＨＢｒ流量１２０ＳＣＣＭＯ₂流量４ＳＣＣＭガス圧１．３Ｐａマイクロ波パワー８５０Ｗ（２．４５ＧＨ
ｚ）ＲＦバイアス・パワー５０Ｗ（２ＭＨｚ）ウェハ載置電極温度２０ ℃

【００３６】上記ステップＩのエッチングは、図１
（ｂ）に示されるように、異方性形状を有するＷＳｉ_x
パターン４ａが形成され、下層側のポリシリコン層３が
少しエッチングされ始めたところで終了した。このステ
ップＩでは、ＷＳｉ_x層４のＷを比較的蒸気圧の高いＷ
Ｃｌ_xＯ_y（オキシ塩化タングステン）の形で除去す
る。また、エッチング反応系にＦ^*が含まれないので、
このままポリシリコン層３のエッチングをある程度エッ
チングしても、アンダカット等の形状異常を生じにくい
というメリットがある。逆に、ＷＳｉ_x層４がまだ残っ
ているうちにステップIIの条件に切り換えると、蒸気圧
の低いＷＢｒ_xが生成してパーティクルを増大させる虞
れがある。

【００３７】一方のステップIIのエッチングは、Ｂｒ^*
を主エッチング種として用い、入射イオン・エネルギー
を低下させることにより、下地のゲート酸化膜２に対し
て高選択性を達成することを意図したものである。この
とき、図１（ｃ）に示されるようにＳｉＢｒ_xＯ_yの組
成を有する側壁保護膜７がパターン側壁面上に堆積し
た。これにより、異方性形状を有するポリシリコン・パ
ターン３ａが形成され、全体として良好な形状を有する
ゲート電極５ａが形成された。ただし、上記ＳｉＢｒ_x
Ｏ_yの組成は化学量論的ではなく、このウェハを大気開
放すれば少なくともその一部は容易に酸化され、ＳｉＯ
_xに変化してしまう。

【００３８】そこで、ウェハをこのエッチング・チャン
バ内にセットしたまま、次に一例として下記の条件でＨ
₂プラズマ処理を行った。Ｈ₂流量２００ＳＣＣＭガス圧０．７Ｐａマイクロ波パワー１２００Ｗ（２．４５ＧＨ
ｚ）ＲＦバイアス・パワー０Ｗ（２ＭＨｚ）ウェハ載置電極温度２０ ℃ このＨ₂プラズマ処理により、図２（ｄ）に示されるよ
うに、側壁保護膜７に含まれるＢｒ原子の一部がＨ原子
に置換され、ＳｉＨ_xＯ_yの組成を有する改質側壁保護
膜７ａが得られた。このウェハを大気開放しても、加水
分解等による側壁保護膜７ａの酸化は起こらなかった。

【００３９】このウェハを、通常用いられる希フッ酸溶
液に５秒間浸漬したところ、図２（ｅ）に示されるよう
に、改質側壁保護膜７ａは容易に除去された。このとき
のゲート酸化膜２の膜厚の減少分は、わずか２ｎｍに抑
えられた。上述のようなＨ₂プラズマ処理を行わない従
来のプロセスでは、側壁保護膜７が酸化されるために希
フッ酸溶液による処理時間も２０秒間以上必要であり、
このためにゲート酸化膜２の膜厚が６〜８ｎｍも減少し
ていた。この事実と比較すると、本発明の優位性は明ら
かである。

【００４０】実施例２本実施例では、炭素系ポリマー膜を用いたパッシベーシ
ョン処理により、上記側壁保護膜７の酸化防止を行っ
た。このプロセスを、図１および図３を参照しながら説
明する。本実施例で用いたエッチング・サンプルは、実
施例１で用いたウェハと同じウェハである。Ｗ−ポリサ
イド膜５の２段階エッチング条件も、実施例１で上述し
たとおりである。

【００４１】本実施例では、図１（ｃ）に示される側壁
保護膜７の酸化を防止するために、一例として下記の条
件でウェハの全面に炭素系ポリマーを堆積させた。ＣＨ₃Ｆ流量５０ＳＣＣＭガス圧１．３Ｐａマイクロ波パワー８５０Ｗ（２．４５ＧＨ
ｚ）ＲＦバイアス・パワー０Ｗウェハ載置電極温度２０ ℃ この放電により、図３（ａ）に示されるように、側壁保
護膜７は炭素系ポリマー膜からなるパッシベーション膜
８により被覆された。

【００４２】次に、このウェハを一旦、大気開放してか
らダウンストリーム型のマイクロ波プラズマ・アッシャ
ーに移設し、一例として下記の条件でアッシングを行っ
た。Ｏ₂流量２０００ＳＣＣＭＣＦ₄流量５０ＳＣＣＭガス圧２６６Ｐａマイクロ波パワー１０００Ｗ（２．４５ＧＨ
ｚ）ウェハ載置電極温度２５０ ℃ このアッシングにより、図３（ｂ）に示されるように、
パッシベーション膜８、側壁保護膜７、およびレジスト
・マスク６がいずれも速やかに燃焼除去された。このと
きのゲート酸化膜２の膜厚の減少は、わずか２ｎｍ程度
に抑えられた。

【００４３】このことから、本実施例ではアッシング前
にウェハを大気中で搬送した際にも、パッシベーション
膜８により側壁保護膜７の酸化が効果的に防止されてい
たことが明らかである。したがって、特にインライン後
処理装置付きのエッチング装置を用いる必要がない。

【００４４】実施例３本実施例では、窒化イオウ系化合物膜を用いたパッシベ
ーション処理により、上記側壁保護膜７の酸化防止を行
った。Ｗ−ポリサイド膜５のエッチングにより側壁保護
膜７が形成される段階までは、前述の各実施例と同じで
ある。

【００４５】本実施例では、図１（ｃ）に示される側壁
保護膜７の酸化を防止するために、一例として下記の条
件でウェハの全面に窒化イオウ系化合物膜を堆積させ
た。Ｓ₂Ｂｒ₂流量２０ＳＣＣＭＮ₂流量２０ＳＣＣＭガス圧１．３Ｐａマイクロ波パワー８５０Ｗ（２．４５ＧＨ
ｚ）ＲＦバイアス・パワー０Ｗウェハ載置電極温度２０ ℃ この放電により、図３（ａ）に示されるように、側壁保
護膜７は窒化イオウ系化合物膜からなるパッシベーショ
ン膜８により被覆された。この窒化イオウ系化合物膜の
主成分は、ポリチアジル（ＳＮ）_xである。

【００４６】さらに、実施例２と同じ条件でアッシング
を行い、同様に良好な結果を得た。

【００４７】以上、本発明を３例の実施例にもとづいて
説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定される
ものではない。まず、本発明における被エッチング層
は、上述のＷ−ポリサイド膜のみならず、ポリシリコン
層、アモルファス・シリコン層、単結晶シリコン層等で
あっても良い。

【００４８】上述の実施例では臭素系のエッチング・ガ
スを用い、側壁保護膜の構成成分としてＳｉＢｒ_xＯ_y
を堆積させたが、塩素系のエッチング・ガスを用い、Ｓ
ｉＣｌ_xＯ_yを堆積させても基本的には同様の結果が得
られる。

【００４９】上記窒化イオウ系化合物膜を堆積させるガ
ス組成中、Ｓの供給源としては上述のＳ₂Ｂｒ₂の他、
Ｓ₃Ｂｒ₂，ＳＢｒ₂，Ｓ₃Ｃｌ₂，Ｓ₂Ｃｌ₂，ＳＣ
ｌ₂等の各種ハロゲン化イオウ、ＣＯＳ（硫化カルボニ
ル）、ＳＯＸ₂（ハロゲン化チオニル；Ｘ＝Ｃｌ，Ｂ
ｒ），ＳＯ₂Ｘ₂（ハロゲン化スルフリル；同上）、Ｈ
₂Ｓ等を用いることができる。ここで、ハロゲン原子が
Ｆ原子である（Ｘ＝Ｆ）場合が例示されていないのは、
特に本発明の有効性が顕著となるシリコン系材料層のエ
ッチングを想定した場合に、既に形成されたパターンの
異方性形状がパッシベーション処理中にＦ^*で劣化する
ことを防ぐためである。

【００５０】また、パッシベーション膜として用いるイ
オウ系材料膜は、上述のような窒化イオウ系化合物膜で
はなく、単体のＳ膜でも良い。

【００５１】なお、パッシベーション膜としてＳ膜また
は窒化イオウ系化合物膜を用いる場合には、次工程処理
を行う直前にウェハを加熱してこれらの膜を昇華除去も
しくは分解除去した後、側壁保護膜を希フッ酸溶液処理
または酸素系ガスによるプラズマ処理を行って除去して
も良い。この他、サンプル・ウェハの構成、使用する各
種プラズマ装置、エッチング条件、水素系ガスを用いた
プラズマ処理条件、パッシベーション条件、アッシング
条件等がいずれも適宜変更可能であることは、言うまで
もない。

【００５２】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明を適用すればエッチング反応生成物からなる側壁保護
膜の酸化を防止してその除去を容易化することにより、
下地選択性を増大させることができる。このことは、Ｓ
ｉＯ_x系のゲート酸化膜を下地としてシリコン系材料層
をエッチングするゲート電極加工において有利であり、
特に近年のゲート電極加工の主流となりつつあるＣｌ系
やＢｒ系のエッチング種を用いる超高選択プロセスにお
いて、極めて大きな意味を持つものである。しかも、本
発明は高額の設備投資等を何ら要するものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明をＷ−ポリサイド・ゲート電極加工に適
用したプロセス例をその工程順にしたがって示す模式的
断面図であり、（ａ）はＷ−ポリサイド膜上にレジスト
・マスクが形成された状態、（ｂ）はＷＳｉ_x層がエッ
チングされた状態、（ｃ）は側壁保護膜が形成されなが
らポリシリコン層がエッチングされた状態をそれぞれ表
す。

【図２】図１のプロセスの続きを示す模式的断面図であ
り、（ｄ）はプラズマ処理により側壁保護膜が改質され
た状態、（ｅ）は希フッ酸処理により改質側壁保護膜が
除去された状態、（ｆ）はレジスト・マスクがアッシン
グ除去された状態をそれぞれ表す。

【図３】本発明をＷ−ポリサイド・ゲート電極加工に適
用した他のプロセス例の一部をその工程順にしたがって
示す模式的断面図であり、（ａ）は側壁保護膜が堆積し
ながらゲート電極が形成された後、ウェハの全面がパッ
シベーション膜で被覆された状態、（ｂ）はＯ₂プラズ
マ・アッシングを行ってパッシベーション膜、側壁保護
膜、およびレジスト・マスクを除去した状態をそれぞれ
表す。

【図４】従来のＷ−ポリサイド・ゲート電極加工におい
て、下層側のポリシリコン層にノッチングが生じた状態
を示す模式的断面図である。

【図５】従来のＷ−ポリサイド・ゲート電極加工におけ
る問題を説明する模式的断面図であり、（ａ）はゲート
電極の側壁面上の側壁保護膜が酸化された状態、（ｂ）
はこの側壁保護膜の除去に伴ってゲート酸化膜が浸触さ
れた状態をそれぞれ表す。

【符号の説明】

１・・・単結晶Ｓｉ基板２・・・ゲート酸化膜（ＳｉＯ₂）３・・・ポリシリコン層４・・・ＷＳｉ_x層５・・・Ｗ−ポリサイド膜５ａ・・・ゲート電極６・・・レジスト・マスク７・・・側壁保護膜７ａ・・・改質側壁保護膜８・・・パッシベーション膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被エッチング層に由来するエッチング反
応生成物をパターン側壁面に堆積させて側壁保護膜を形
成しながら該被エッチング層のエッチングを行う半導体
装置の製造方法において、前記エッチングの終了後に、該エッチングが行われたエ
ッチング・チャンバ内で前記側壁保護膜の酸化防止処理
を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】前記酸化防止処理は、前記側壁保護膜中
に含まれるハロゲン原子の少なくとも一部を水素原子に
置換するプラズマ処理であることを特徴とする請求項１
記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】前記酸化防止処理を終了した後、前記側
壁保護膜を溶液処理により除去することを特徴とする請
求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】前記酸化防止処理は、少なくとも前記側
壁保護膜を炭素系ポリマー膜あるいはイオウ系材料膜の
少なくとも一方からなるパッシベーション膜を用いて被
覆するパッシベーション処理であることを特徴とする請
求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】前記酸化防止処理を終了した後、少なく
とも前記パッシベーション膜および前記側壁保護膜を少
なくとも酸素系ガスを用いたプラズマ処理により除去す
ることを特徴とする請求項１または請求項４に記載の半
導体装置の製造方法。
【請求項６】前記被エッチング層はシリコン系材料か
らなり、前記側壁保護膜は塩化シリコン系化合物または
臭化シリコン系化合物の少なくとも一方を含むことを特
徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載
の半導体装置の製造方法。