半導体装置の製造方法
【課題】ゲート絶縁膜の側壁を熱酸化させて修復する際に、Ｔｉ元素を含む金属材料からなるゲート電極膜の酸化を抑制する。
【解決手段】基板上に形成されたゲート絶縁膜の側壁にプラズマによって活性化させた反応ガスを供給する工程を有する半導体装置の製造方法であって、ゲート絶縁膜上にはＴｉ元素を含む金属材料からなるゲート電極膜が形成されており、前記反応ガス中に含まれるＯ２ガスの流量を、前記反応ガス中に含まれるＨ２ガスの流量の１／１９以下とする。
【解決手段】基板上に形成されたゲート絶縁膜の側壁にプラズマによって活性化させた反応ガスを供給する工程を有する半導体装置の製造方法であって、ゲート絶縁膜上にはＴｉ元素を含む金属材料からなるゲート電極膜が形成されており、前記反応ガス中に含まれるＯ２ガスの流量を、前記反応ガス中に含まれるＨ２ガスの流量の１／１９以下とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、基板上にプラズマによって活性化させたガスを供給する工程を有する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣやＤＲＡＭ等の半導体装置の製造方法では、シリコンウエハ等の基板上に絶縁膜を形成する工程、絶縁膜上に導電膜を積層する工程、絶縁膜及び導電膜をドライエッチング等の手法を用いてパターニングして基板上にゲート絶縁膜及びゲート電極膜を形成する工程、が順次実施される。上述のゲート絶縁膜及びゲート電極膜を形成する工程においては、エッチングによりゲート絶縁膜の側壁がダメージを受けてしまう場合があった。側壁のダメージは、半導体装置の信頼性を低下させたり、半導体装置の製造歩留りを悪化させたりする一要因となりうる。そこで、側壁のダメージを修復するため、ゲート絶縁膜の側壁に酸素ガスを供給してゲート絶縁膜の側壁を熱酸化させる修復工程が、ゲート絶縁膜及びゲート電極膜を形成する工程の後に行われてきた。
【０００３】
なお、近年、ゲート電極の低抵抗化を図るため、ゲート電極膜の材料として、これまで用いられてきたポリシリコンに代わり、例えばＷ，Ｒｕ，Ｔａ，Ｍｏといった金属材料が用いられるようになってきた。しかしながら、金属材料からなるゲート電極膜は酸化し易いため、上述の修復工程を実施するとゲート電極膜までもが酸化されてしまい、ゲート電極膜の抵抗値が上昇してしまう場合があった。そのため、上述の修復工程において、酸素ガス中に水素ガスを含有させることにより、ゲート電極膜の酸化を抑制させつつゲート絶縁膜のみを選択的に酸化させる選択酸化方法が用いられるようになってきた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の選択酸化方法を用いたとしても、Ｔｉ元素を含む金属材料によりゲート電極を構成すると、修復工程を実施することによりゲート電極膜が酸化してしまい、ゲート電極膜の抵抗値が上昇してしまう場合があった。すなわち、Ｔｉは金属材料の中でも特に酸化されやすい材料であるため、従来から行われている一般的な選択酸化方法では、ゲート電極膜の酸化を抑制することは困難であった。
【０００５】
本発明は、ゲート絶縁膜の側壁を熱酸化させて修復する際に、Ｔｉ元素を含む金属材料からなるゲート電極膜の酸化を抑制することが可能な半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態によれば、基板上に形成されたゲート絶縁膜の側壁にプラズマによって活性化させた反応ガスを供給する工程を有する半導体装置の製造方法であって、前記ゲート絶縁膜上にはＴｉ元素を含む金属材料からなるゲート電極膜が形成されており、前記反応ガス中に含まれるＯ２ガスの流量を、前記反応ガス中に含まれるＨ２ガスの流量の１／１９以下とする半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、ゲート絶縁膜の側壁を熱酸化させて修復する際に、Ｔｉ元素を含む金属材料からなるゲート電極膜の酸化を抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
＜本発明の一実施形態＞
（１）基板処理装置の構成
以下に、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置の構成について説明する。図１は、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置の断面構成図である。ＭＭＴ装置とは、電界と磁界とにより高密度プラズマを発生できる変形マグネトロン型プラズマ源（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ Ｔｙｐｅｄ Ｐｌａｓｍａ Ｓｏｕｒｃｅ）を用い、例えば基板としてのウエハ２００を、プラズマを用いて処理する装置である。
【０００９】
基板処理装置は、例えばシリコンからなる基板としてのウエハ２００をプラズマ処理する処理炉２０２を備えている。処理炉２０２は、ウエハ２００を収容する処理室２０１と、処理室２０１内に反応ガスを供給するガス供給ラインと、処理室２０１内のガスを排気するガス排気ラインと、処理室２０１内にプラズマを発生させるプラズマ発生機構と、処理室２０１内に収容された前記基板を加熱する加熱機構と、ガス供給ライン、排気ライン、プラズマ発生機構、及び加熱機構をそれぞれ制御する制御部としてのコントローラ１２１と、を備えている。
【００１０】
（処理室）
図１に示すとおり、処理炉２０２が備える処理容器２０３は、第１の容器であるドーム型の上側容器２１０と、第２の容器である碗型の下側容器２１１と、を備えている。上側容器２１０が下側容器２１１の上に被せられることにより、上側容器２１０及び下側容器２１１内に処理室２０１が構成される。上側容器２１０は、例えば酸化アルミニウム又は石英等の非金属材料により構成され、下側容器２１１は、例えばアルミニウムにより構成されている。
【００１１】
処理室２０１内の底側中央には、ウエハ２００を保持するための基板保持手段としてのサセプタ２１７が配置されている。サセプタ２１７は、ウエハ２００上に形成する膜の金属汚染を低減することが出来るよう、例えば、窒化アルミニウムやセラミックス、又は石英等の非金属材料により構成されている。
【００１２】
サセプタ２１７の内部には、加熱手段としてのヒータ（図中省略）が一体的に埋め込まれており、サセプタ２１７上に載置されたウエハ２００を加熱できるようになっている。ヒータに電力を供給することで、ウエハ２００の温度を所定の温度（例えば３５０℃〜７００℃）に昇温できるようになっている。
【００１３】
サセプタ２１７は、下側容器２１１とは電気的に絶縁されている。サセプタ２１７の内部には、インピーダンスを変化させる電極としての第２の電極（図中省略）が装備されている。この第２の電極は、インピーダンス可変手段２７４を介して接地されている。インピーダンス可変手段２７４は、コイルや可変コンデンサから構成されており、コイルのパターン数や可変コンデンサの容量値を制御することにより、第２の電極（図中省略）及びサセプタ２１７を介して、ウエハ２００の電位を制御できるようになっている。
【００１４】
サセプタ２１７には、サセプタ２１７を昇降させるサセプタ昇降手段２６８が設けられている。サセプタ２１７には、貫通孔２１７ａが設けられている。一方、前述の下側容器２１１底面には、ウエハ２００を突上げるウエハ突上げピン２６６が、少なくとも３箇所設けられている。サセプタ昇降手段２６８によりサセプタ２１７が下降させられた時には、ウエハ突上げピン２６６が、サセプタ２１７とは非接触な状態で貫通孔２１７ａを突き抜けるように、貫通孔２１７ａ及びウエハ突上げピン２６６がそれぞれ配置されている。
【００１５】
下側容器２１１の側壁には、仕切弁としてのゲートバルブ２４４が設けられている。ゲ
ートバルブ２４４を開けることにより、搬送手段（図中省略）を用いて処理室２０１内外にウエハ２００を搬送することができるよう構成されている。ゲートバルブ２４４を閉めることにより、処理室２０１を気密に封止することができるよう構成されている。
【００１６】
（ガス供給ライン）
処理室２０１の上部には、処理室２０１内へ反応ガスや不活性ガスを供給するシャワーヘッド２３６が設けられている。シャワーヘッド２３６は、キャップ状の蓋体２３３、ガス導入口２３４、バッファ室２３７、開口２３８、遮蔽プレート２４０、ガス吹出口２３９を備えている。バッファ室２３７は、ガス導入口２３４より導入される反応ガスや不活性ガスを分散して処理室２０１内へ供給する分散空間として機能する。
【００１７】
ガス導入口２３４には、反応ガスとしてのＯ２ガスを供給する酸素ガス供給管２３２ａと、反応ガスとしてのＨ２ガスを供給する水素ガス供給管２３２ｂと、不活性ガス（パージガス）としてのＮ２ガスを供給する不活性ガス供給管２３２ｃと、が合流するように接続されている。酸素ガス供給管２３２ａには、酸素ガス供給源２５０ａ、流量制御装置としてのマスフローコントローラ２５１ａ、開閉弁であるバルブ２５２ａが上流から順に接続されている。水素ガス供給管２３２ｂには、水素ガス供給源２５０ｂ、流量制御装置としてのマスフローコントローラ２５１ｂ、開閉弁であるバルブ２５２ｂが上流から順に接続されている。不活性ガス供給管２３２ｃには、不活性ガス供給源２５０ｃ、流量制御装置としてのマスフローコントローラ２５１ｃ、開閉弁であるバルブ２５２ｃが上流から順に接続されている。主に、酸素ガス供給管２３２ａ、水素ガス供給管２３２ｂ、不活性ガス供給管２３２ｃ、酸素ガス供給源２５０ａ、水素ガス供給源２５０ｂ、不活性ガス供給源２５０ｃ、マスフローコントローラ２５１ａ〜２５２ｃ、バルブ２５２ａ〜２５２ｃにより、ガス供給ラインが構成される。バルブ２５２ａ〜２５２ｃを開閉させることにより、マスフローコントローラ２５１ａ〜２５２ｃにより流量制御しながら、バッファ室２３７を介して処理室２０１内にＯ２ガス、Ｈ２ガス、Ｎ２ガスを供給自在に構成されている。
【００１８】
（ガス排気ライン）
下側容器２１１の側壁下方にはガス排気口２３５が設けられている。ガス排気口２３５には、ガス排気管２３１が接続されている。ガス排気管２３１には、圧力調整器であるＡＰＣ２４２、開閉弁であるバルブ２４３ｂ、排気装置である真空ポンプ２４６が、上流から順に接続されている。主に、ガス排気管２３１、ＡＰＣ２４２、バルブ２４３ｂ、真空ポンプ２４６により、処理室２０１内のガスを排気するガス排気ラインが構成されている。真空ポンプ２４６を作動させ、バルブ２４３ｂを開けることにより、処理室２０１内の排気することが可能なように構成されている。また、ＡＰＣ２４２の開度を調整することにより、処理室２０１内の圧力値を調整自在に構成されている。
【００１９】
（プラズマ発生機構）
処理容器２０３（上側容器２１０）の外周には、処理室２０１内のプラズマ生成領域２２４を囲うように、第１の電極としての筒状電極２１５が設けられている。筒状電極２１５は、筒状、例えば円筒状に形成されている。筒状電極２１５には、インピーダンスの整合を行うための整合器２７２を介して、高周波電力を発生する高周波電源２７３が接続されている。
【００２０】
また、筒状電極２１５の外側表面の上下端側には、上部磁石２１６ａ及び下部磁石２１６ｂがそれぞれ取り付けられている。上部磁石２１６ａ及び下部磁石２１６ｂは、筒状、例えばリング状に形成された永久磁石によりそれぞれ構成されている。上部磁石２１６ａ及び下部磁石２１６ｂは、処理室２０１の半径方向に沿った両端（すなわち、各磁石の内周端と外周端）にそれぞれ磁極を有している。そして、上部磁石２１６ａ及び下部磁石２
１６ｂの磁極の向きは、互いに逆向きになるよう配置されている。すなわち、上部磁石２１６ａ及び下部磁石２１６ｂの内周部の磁極同士は異極となっている。これにより、筒状電極２１５の内側表面に沿って、円筒軸方向の磁力線が形成される。
【００２１】
主に、筒状電極２１５、整合器２７２、高周波電源２７３、上部磁石２１６ａ、下部磁石２１６ｂにより、プラズマ発生機構が構成される。処理室２０１内に反応ガスとしてのＯ２ガスとＨ２ガスとの混合ガスを導入した後、筒状電極２１５に高周波電力を供給して電界を形成するとともに、上部磁石２１６ａ及び下部磁石２１６ｂを用いて磁界が形成されることにより、処理室２０１内にマグネトロン放電プラズマが生成される。この際、上述の電磁界が、放出された電子を周回運動させることにより、プラズマの電離生成率が高まり、長寿命の高密度プラズマを生成させることができる。
【００２２】
なお、筒状電極２１５、上部磁石２１６ａ、及び下部磁石２１６ｂの周囲には、これらが形成する電磁界が外部環境や他処理炉等の装置に悪影響を及ぼさないように、電磁界を有効に遮蔽するための遮蔽板２２３が設けられている。
【００２３】
（コントローラ）
制御手段としてのコントローラ１２１は、信号線Ａを通じてＡＰＣ２４２、バルブ２４３ｂ、及び真空ポンプ２４６を、信号線Ｂを通じてサセプタ昇降手段２６８を、信号線Ｃを通じてゲートバルブ２４４を、信号線Ｄを通じて整合器２７２、及び高周波電源２７３を、信号線Ｅを通じてマスフローコントローラ２５１ａ〜２５２ｃ、バルブ２５２ａ〜２５２ｃを、さらに図示しない信号線を通じてサセプタに埋め込まれたヒータやインピーダンス可変手段２７４を、それぞれ制御するように構成されている。
【００２４】
（２）半導体装置の製造方法
続いて、上記の基板処理装置により実施される本発明の一実施形態にかかる半導体装置の製造方法について説明する。なお、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作は、コントローラ１２１により制御される。
【００２５】
（ウエハの搬入工程）
まず、ウエハ２００の搬送位置までサセプタ２１７を下降させて、サセプタ２１７の貫通孔２１７ａにウエハ突上げピン２６６を貫通させる。その結果、突き上げピン２６６が、サセプタ２１７表面よりも所定の高さ分だけ突出した状態となる。
【００２６】
続いて、ゲートバルブ２４４を開き、図中省略の搬送手段を用いて処理室２０１内にウエハ２００を搬入する。その結果、ウエハ２００は、サセプタ２１７の表面から突出したウエハ突上げピン２６６上に水平姿勢で支持される。
【００２７】
なお、ウエハ２００の表面には、ゲート絶縁膜１１ａ及びゲート電極膜１２ａが予め形成されているものとする。ゲート絶縁膜１１ａ及びゲート電極膜１２ａが形成される様子を、図２（ａ）〜図２（ｄ）に示す。図２は、本発明の一実施形態にかかる修復工程を含む基板処理工程を例示する概略図である。まず、図２（ａ）に示すように、シリコンからなるウエハ２００の表面に、ＳｉＯ２等からなる絶縁膜（酸化膜）１１を形成する。続いて、図２（ｂ）に示すように、Ｔｉ元素を含む金属材料からなる導電膜（金属膜）１２を絶縁膜１１上に形成する。続いて、図２（ｃ）に示すように、導電膜１２の表面に所定のレジストパターン１３を形成する。続いて、図２（ｄ）に示すように、レジストパターン１３をマスクとし、ドライエッチング等の手法を用いて絶縁膜１１及び導電膜１２をエッチングし、ゲート絶縁膜１１ａ及びゲート電極膜１２ａをウエハ２００上に形成する。なお、ゲート絶縁膜１１ａの側壁１１ｂは、ドライエッチングの際にダメージを受けている。
【００２８】
処理室２０１内にウエハ２００を搬入したら、搬送手段を処理室２０１外へ退避させ、ゲートバルブ２４４を閉じて処理室２０１内を密閉する。そして、サセプタ昇降手段２６８を用いてサセプタ２１７を上昇させる。その結果、ウエハ２００はサセプタ２１７の上面に配置される。その後、ウエハ２００を所定の処理位置まで上昇させる。
【００２９】
なお、ウエハ２００を処理室２０１内に搬入する際には、ガス排気ラインにより処理室２０１内を排気しつつ、ガス供給ラインから処理室２０１内に不活性ガスとしてのＮ２ガスを供給し、処理室２０１内をＮ２ガスで満たすと共に、酸素濃度を低減させておくことが好ましい。すなわち、真空ポンプ２４６を作動させ、バルブ２４３ｂを開けることにより、処理室２０１内を排気しつつ、バルブ２５２ｃを開けることにより、バッファ室２３７を介して処理室２０１内にＮ２ガスを供給することが好ましい。
【００３０】
（ウエハの昇温工程）
続いて、サセプタの内部に埋め込まれたヒータ（図示せず）に電力を供給し、ウエハ２００の温度が所定温度（本実施形態では３５０℃以下）になるように加熱する。
【００３１】
（反応ガスの導入工程）
続いて、バルブ２５２ｃを閉め、バルブ２５２ａ，２５２ｂを開け、Ｏ２ガスとＨ２ガスとの混合ガスである反応ガスを、バッファ室２３７を介して処理室２０１内に導入（供給）する。このとき、反応ガス中に含まれるＯ２ガスの流量を例えば５０ｓｃｃｍとし、反応ガス中に含まれるＨ２ガスの流量を例えば９５０ｓｃｃｍとし、反応ガス中に含まれるＯ２ガスの流量を反応ガス中に含まれるＨ２ガスの流量の例えば１／１９以下とするように、マスフローコントローラ２５１ａ，２５１ｂの開度をそれぞれ調整する。また、反応ガス供給後の処理室２０１内の圧力が、例えば１５Ｐａ以上２５０Ｐａ以下となるように、ＡＰＣ２４２の開度を調整する。
【００３２】
（反応ガスのプラズマ化工程）
反応ガスの導入を開始した後、筒状電極２１５に対して、高周波電源２７３から整合器２７２を介して高周波電力を印加することにより、処理室２０１内（ウエハ２００の上方のプラズマ生成領域２２４内）にマグネトロン放電プラズマを生成させる。なお、印加する電力は、例えば８００Ｗ以下の出力値とする。このときのインピーダンス可変手段２７４は、予め所望のインピーダンス値に制御しておく。
【００３３】
上述のようにプラズマを生成させることにより、処理室２０１内に導入された反応ガス（Ｏ２ガスとＨ２ガスとの混合ガス）が活性化する。そして、ゲート絶縁膜１１ａの側壁１１ｂが、プラズマにより活性化された反応ガス中に晒され、熱酸化される。そして、図２（ｅ）に示すように、ゲート絶縁膜１１ａの側壁１１ｂに新たな熱酸化膜１１ｃが形成され、ドライエッチングの際に受けたダメージが修復される。
【００３４】
その後、所定の処理時間（例えば３０秒程度）経過したら、高周波電源２７３からの電力の印加を停止して、処理室２０１内におけるプラズマ生成を停止する。ゲート絶縁膜１１ａの側壁１１ｂの熱酸化量は、Ｏ２ガスの流量、Ｈ２ガスの流量、処理室２０１内の圧力、ウエハ２００の温度、高周波電源２７３からの供給電力量及び供給時間により規定される。
【００３５】
ゲート絶縁膜１１ａの側壁１１ｂを修復する際、Ｔｉ元素を含む金属材料からなるゲート電極膜１２ａも、プラズマにより活性化された反応ガス中に晒されることとなる。しかしながら、本実施形態では、反応ガス中に含まれるＯ２ガスの流量が、反応ガス中に含まれるＨ２ガスの流量の例えば１／１９以下となるように、マスフローコントローラ２５１
ａ，２５１ｂの開度をそれぞれ調整している。そのため、ゲート電極膜１２ａの酸化は抑制される（酸化されたとしても還元される）こととなる。
【００３６】
（処理室内の排気工程）
処理室２０１内におけるプラズマ生成を停止したら、バルブ２５２ａ，２５２ｂを閉めて処理室２０１内への反応ガスの供給を停止し、処理室２０１内を排気する。この際、バルブ２５２ｃを開けて処理室２０１内へＮ２ガスを供給し、処理室２０１内に残留している反応ガスや反応生成物の排出を促す。その後、ＡＰＣ２４２の開度を調整し、処理室２０１内の圧力を、処理室２０１に隣接するバキュームロックチャンバ（ウエハ２００の搬出先。図示せず）と同じ圧力（例えば１００Ｐａ）に調整する。
【００３７】
（ウエハの搬出工程）
処理室２０１内の圧力が大気圧に復帰したら、サセプタ２１７をウエハ２００の搬送位置まで下降させ、ウエハ突上げピン２６６上にウエハ２００を支持させる。そして、ゲートバルブ２４４を開き、図中省略の搬送手段を用いてウエハ２００を処理室２０１外へ搬出し、本実施形態にかかる半導体装置の製造を終了する。その後、図２（ｆ）に示すように、ゲート絶縁膜１１ａやゲート電極膜１２ａが形成されていないウエハ２００表面近傍に、ソース領域１４ｓ、ドメイン領域１４ｄを形成する工程や、レジストパターン１３を剥離して除去する工程が実施される。
【００３８】
（３）本実施形態にかかる効果
本実施形態によれば、以下に示す１つまたは複数の効果を奏する。
【００３９】
（ａ）本実施形態によれば、反応ガスのプラズマ化工程において、ゲート絶縁膜１１ａの側壁１１ｂが、プラズマにより活性化された反応ガス中に晒され、熱酸化される。そして、ゲート絶縁膜１１ａの側壁１１ｂに新たな熱酸化膜１１ｃが形成され、ドライエッチングの際に受けたダメージが修復される。その結果、半導体装置の信頼性が向上し、半導体装置の製造歩留りが改善する。
【００４０】
（ｂ）本実施形態によれば、反応ガスのプラズマ化工程において、Ｔｉ元素を含む金属材料からなるゲート電極膜１２ａも、プラズマにより活性化された反応ガス中に晒されることとなる。しかしながら、本実施形態では、反応ガス中に含まれるＯ２ガスの流量が、反応ガス中に含まれるＨ２ガスの流量の例えば１／１９以下となるように、マスフローコントローラ２５１ａ，２５１ｂの開度をそれぞれ調整している。そのため、ゲート電極膜１２ａの酸化を抑制でき（酸化されたとしても還元でき）、ゲート電極膜１２ａの抵抗値の上昇を抑制することが可能となる。
【００４１】
なお、Ｔｉ元素を含む金属材料からなるゲート電極膜１２ａの酸化具合は、ゲート電極膜１２ａに４３６ｎｍ又は６３３ｎｍの波長の光を照射したときの反射光の光量を測定することにより把握することができる。Ｔｉ元素を含む金属材料は、酸化すると色彩が薄くなり、反射する光量が増加するからである。図４は、反応ガス中におけるＯ２ガスと反応ガス中におけるＨ２ガスとの流量比を変化させたときのゲート電極膜の反射率比を示す表図（実験結果）である。図中において、「流量比」は、「反応ガス中におけるＯ２ガスの流量（ｓｃｃｍ）／反応ガス中におけるＨ２ガスの流量（ｓｃｃｍ）」を示しており、「反射率比」は、「酸化後の光量／酸化前の光量」を示している。図４におけるその他の処理条件は、上述の実施形態と同様である。図４によれば、流量比が１／１９以下であれば、「反射率比」を１．９以下とすることができ、ゲート電極膜１２ａの酸化を抑制できることが分かる。なお、反応ガス中におけるＯ２ガスの流量が少なすぎると、ゲート絶縁膜１１ａの側壁１１ｂの熱酸化の進行が遅くなりすぎるため、流量比は例えば１／９９９以上１／１９以下とすることが好ましい。また、流量比を１／３９以上１／１９以下とする
ことにより、ゲート絶縁膜１１ａの側壁１１ｂの熱酸化を十分に進行させつつ、「反射率比」を１．８以上１．９以下とし、ゲート電極膜１２ａの酸化を十分に抑制できることが分かる。一方、反応ガス中におけるＯ２ガスと反応ガス中におけるＨ２ガスとの流量比が１／１９を超える（例えば１／９とする）と、「反射率比」は例えば２．５に増大し、ゲート電極膜１２ａの酸化が進行してしまうことが分かる。
【００４２】
図３は、従来の基板処理工程を例示する概略図である。従来の基板処理工程のように、反応ガス中におけるＯ２ガスと反応ガス中におけるＨ２ガスとの流量比が１／１９を超えている場合には、ゲート絶縁膜１１ａの側壁１１ｂを修復しようとすると、図３（ｅ）に示すようにゲート電極膜１２ａの側壁１２ｃ等までもが酸化されてしまい、ゲート電極膜１２ａの抵抗値が上昇してしまう場合があった。これに対して、本実施形態によれば、反応ガス中におけるＯ２ガスと反応ガス中におけるＨ２ガスとの流量比を１９以上になるよう調整されているので、ゲート電極膜１２ａの酸化が抑制される。
【００４３】
（ｃ）本実施形態によれば、反応ガスのプラズマ化工程において、ウエハ２００の温度が３５０℃以下になるように、サセプタの内部に埋め込まれたヒータ（図示せず）を加熱している。そのため、ゲート電極膜１２ａの酸化をより確実に抑制し、ゲート電極膜１２ａの抵抗値の上昇をより確実に抑制することが可能となる。
【００４４】
（ｄ）本実施形態によれば、反応ガスのプラズマ化工程において、ゲート絶縁膜１１ａ及びゲート電極膜１２ａがプラズマにより活性化された反応ガス中に晒される時間を３０秒程度としている。そのため、ゲート電極膜１２ａの酸化をより確実に抑制し、ゲート電極膜１２ａの抵抗値の上昇をより確実に抑制することが可能となる。
【００４５】
図５は、ウエハ２００の温度、及び処理時間（プラズマにより活性化された反応ガスにゲート電極膜１２ａを晒す時間）をそれぞれ変化させたときのゲート電極膜１２ａの反射率比を示す表図（実験結果）である。図５においても、「反射率比」は「酸化後の光量／酸化前の光量」を示している。その他の処理条件は、上述の実施形態と同様である。図５によれば、ウエハ２００の温度が高くなるほど反射率比が大きく、ゲート電極膜１２ａの酸化が進行してしまっていることが分かる。また、処理時間が増大すると（処理時間が２４０秒の場合の方が、処理時間が６０秒の場合よりも）反射率比が大きく、ゲート電極膜１２ａの酸化が進行してしまっていることが分かる。図５によれば、ウエハ２００の温度を３５０℃以下とし、処理時間を６０秒以下とすることにより、反射率比を１．１以下とすることができ、ゲート電極膜１２ａの酸化をほぼ完全に抑制できることが分かる。
【００４６】
＜本発明の他の実施形態＞
上述の実施形態では、ウエハの昇温工程において、ウエハ２００の温度が例えば３５０℃以下となるように加熱していた。また、上述の実施形態では、反応ガス中に含まれるＯ２ガスの流量を例えば５０ｓｃｃｍとし、反応ガス中に含まれるＨ２ガスの流量を例えば９５０ｓｃｃｍとし、反応ガス中に含まれるＯ２ガスの流量を反応ガス中に含まれるＨ２ガスの流量の例えば１／１９以下としていた。
【００４７】
しかしながら、本発明は係る温度条件や流量比率に限定されない。例えば、ウエハ２００の温度が例えば５５０℃以上７００℃以下となるように加熱する。また、反応ガス中に含まれるＯ２ガスの流量を例えば１０ｓｃｃｍとし、反応ガス中に含まれるＨ２ガスの流量を例えば９９０ｓｃｃｍとし、反応ガス中に含まれるＯ２ガスの流量を反応ガス中に含まれるＨ２ガスの流量の例えば１／９９以下としてもよい。その他の条件は上述の実施形態と同様である。
【００４８】
本実施形態によれば、ウエハ２００の温度を高くしたとしても、反応ガス中におけるＯ
２ガスの流量とＨ２ガスの流量との比率を上述のように設定しているため、ウエハ２００上に形成された膜の膜質（膜特性）を改善しつつ、ゲート電極膜１２ａの抵抗値の上昇を半導体装置のデバイス特性に影響ない程度に抑制することができる。つまり、ウエハ２００の処理温度を上昇させて膜質（膜特性）を改善させた場合であっても、反応ガス中に含まれるＯ２ガスに対するＨ２ガスの流量比率を高めることにより、ゲート電極膜１２ａの酸化を抑制し、ゲート電極膜１２ａの抵抗値の上昇を抑制することが可能となる。
【００４９】
図６は、ウエハ２００の温度、及び反応ガス中におけるＯ２ガスと反応ガス中におけるＨ２ガスとの流量比をそれぞれ変化させたときのゲート電極膜の反射率比を示す表図である。図６においても、「流量比」は、「反応ガス中におけるＯ２ガスの流量（ｓｃｃｍ）／反応ガス中におけるＨ２ガスの流量（ｓｃｃｍ）」を示しており、「反射率比」は「酸化後の光量／酸化前の光量」を示している。その他の条件は、上述の実施形態と同様である。図６によれば、ウエハ２００の温度が高くなるほど反射率比が大きくなり、ゲート電極膜１２ａの酸化が進行してしまうことが分かる。ただし、図６によれば、ウエハ２００の温度を高くした場合であっても、反応ガス中におけるＯ２ガスと反応ガス中におけるＨ２ガスとの流量比を増大させることにより、ゲート電極膜１２ａの酸化の進行を抑制できることが分かる。例えば、ウエハ２００の温度を５５０℃以上７００℃以下とした場合であっても、反応ガス中におけるＯ２ガスと反応ガス中におけるＨ２ガスとの流量比を例えば１／９９９以上１／９９以下とすることにより、「反射率比」を１．９以下とすることができ、ゲート電極膜１２ａの酸化が抑制できることが分かる。
【００５０】
＜本発明の好ましい態様＞
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
【００５１】
本発明の一態様によれば、
基板上に形成されたゲート絶縁膜の側壁にプラズマによって活性化させた反応ガスを供給する工程を有する半導体装置の製造方法であって、
前記ゲート絶縁膜上にはＴｉ元素を含む金属材料からなるゲート電極膜が形成されており、
前記反応ガス中に含まれるＯ２ガスの流量を、前記反応ガス中に含まれるＨ２ガスの流量の１／１９以下とする半導体装置の製造方法が提供される。
【００５２】
好ましくは、前記反応ガス中に含まれるＯ２ガスの流量を、前記反応ガス中に含まれるＨ２ガスの流量の１／９９９以上１／１９以下とする半導体装置の製造方法が提供される。
【００５３】
好ましくは、前記反応ガス中に含まれるＯ２ガスの流量を、前記反応ガス中に含まれるＨ２ガスの流量の１／３９以上１／１９以下とする半導体装置の製造方法が提供される。
【００５４】
好ましくは、前記基板の温度を５５０℃以上７００℃以下とする
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【００５５】
本発明の他の態様によれば、
基板を収容する処理室と、
前記処理室内に反応ガスを供給するガス供給ラインと、
前記処理室内のガスを排気するガス排気ラインと、
前記処理室内にプラズマを発生させるプラズマ発生機構と、
前記処理室内に収容された前記基板を加熱する加熱機構と、
前記ガス供給ライン、前記排気ライン、前記プラズマ発生機構、及び前記加熱機構をそれぞれ制御する制御部と、を備えた基板処理装置であって、
前記制御部は、
前記処理室内に供給される反応ガス中に含まれるＯ２ガスの流量が、前記反応ガス中に含まれるＨ２ガスの流量の１／１９以下となるように前記ガス供給ラインを制御する
ことを特徴とする基板処理装置。
【００５６】
好ましくは、
前記制御部は、
前記処理室内に供給される反応ガス中に含まれるＯ２ガスの流量が、前記反応ガス中に含まれるＨ２ガスの流量の１／３９以上１／１９以下となるように前記ガス供給ラインを制御する基板処理装置が提供される。
【００５７】
好ましくは、
前記制御部は、
前記処理室内に供給される反応ガス中に含まれるＯ２ガスの流量が、前記反応ガス中に含まれるＨ２ガスの流量の１／９９９以上１／１９以下となるように前記ガス供給ラインを制御する基板処理装置が提供される。
【００５８】
好ましくは、
前記制御部は、
前記処理室内に収容された基板の温度が５５０℃以上７００℃以下となるように前記加熱機構を制御する基板処理装置が提供される。
【００５９】
以上、本発明の実施の形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態限定されるものではなく、その用紙を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の一実施形態にかかる基板処理装置の概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる修復工程を含む基板処理工程を例示する概略図である。
【図３】従来の基板処理工程を例示する概略図である。
【図４】反応ガス中におけるＯ２ガスと反応ガス中におけるＨ２ガスとの流量比を変化させたときのゲート電極膜の反射率比を示す表図である。
【図５】ウエハの温度及び処理時間をそれぞれ変化させたときのゲート電極膜の反射率比を示す表図である。
【図６】ウエハの温度、及び反応ガス中におけるＯ２ガスと反応ガス中におけるＨ２ガスとの流量比をそれぞれ変化させたときのゲート電極膜の反射率比を示す表図である。
【符号の説明】
【００６１】
１１ａ ゲート絶縁膜
１１ｂ 側壁
１２ａ ゲート電極膜
１２ｃ 側壁
２００ ウエハ（基板）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、基板上にプラズマによって活性化させたガスを供給する工程を有する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣやＤＲＡＭ等の半導体装置の製造方法では、シリコンウエハ等の基板上に絶縁膜を形成する工程、絶縁膜上に導電膜を積層する工程、絶縁膜及び導電膜をドライエッチング等の手法を用いてパターニングして基板上にゲート絶縁膜及びゲート電極膜を形成する工程、が順次実施される。上述のゲート絶縁膜及びゲート電極膜を形成する工程においては、エッチングによりゲート絶縁膜の側壁がダメージを受けてしまう場合があった。側壁のダメージは、半導体装置の信頼性を低下させたり、半導体装置の製造歩留りを悪化させたりする一要因となりうる。そこで、側壁のダメージを修復するため、ゲート絶縁膜の側壁に酸素ガスを供給してゲート絶縁膜の側壁を熱酸化させる修復工程が、ゲート絶縁膜及びゲート電極膜を形成する工程の後に行われてきた。
【０００３】
なお、近年、ゲート電極の低抵抗化を図るため、ゲート電極膜の材料として、これまで用いられてきたポリシリコンに代わり、例えばＷ，Ｒｕ，Ｔａ，Ｍｏといった金属材料が用いられるようになってきた。しかしながら、金属材料からなるゲート電極膜は酸化し易いため、上述の修復工程を実施するとゲート電極膜までもが酸化されてしまい、ゲート電極膜の抵抗値が上昇してしまう場合があった。そのため、上述の修復工程において、酸素ガス中に水素ガスを含有させることにより、ゲート電極膜の酸化を抑制させつつゲート絶縁膜のみを選択的に酸化させる選択酸化方法が用いられるようになってきた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の選択酸化方法を用いたとしても、Ｔｉ元素を含む金属材料によりゲート電極を構成すると、修復工程を実施することによりゲート電極膜が酸化してしまい、ゲート電極膜の抵抗値が上昇してしまう場合があった。すなわち、Ｔｉは金属材料の中でも特に酸化されやすい材料であるため、従来から行われている一般的な選択酸化方法では、ゲート電極膜の酸化を抑制することは困難であった。
【０００５】
本発明は、ゲート絶縁膜の側壁を熱酸化させて修復する際に、Ｔｉ元素を含む金属材料からなるゲート電極膜の酸化を抑制することが可能な半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態によれば、基板上に形成されたゲート絶縁膜の側壁にプラズマによって活性化させた反応ガスを供給する工程を有する半導体装置の製造方法であって、前記ゲート絶縁膜上にはＴｉ元素を含む金属材料からなるゲート電極膜が形成されており、前記反応ガス中に含まれるＯ２ガスの流量を、前記反応ガス中に含まれるＨ２ガスの流量の１／１９以下とする半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、ゲート絶縁膜の側壁を熱酸化させて修復する際に、Ｔｉ元素を含む金属材料からなるゲート電極膜の酸化を抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
＜本発明の一実施形態＞
（１）基板処理装置の構成
以下に、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置の構成について説明する。図１は、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置の断面構成図である。ＭＭＴ装置とは、電界と磁界とにより高密度プラズマを発生できる変形マグネトロン型プラズマ源（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ Ｔｙｐｅｄ Ｐｌａｓｍａ Ｓｏｕｒｃｅ）を用い、例えば基板としてのウエハ２００を、プラズマを用いて処理する装置である。
【０００９】
基板処理装置は、例えばシリコンからなる基板としてのウエハ２００をプラズマ処理する処理炉２０２を備えている。処理炉２０２は、ウエハ２００を収容する処理室２０１と、処理室２０１内に反応ガスを供給するガス供給ラインと、処理室２０１内のガスを排気するガス排気ラインと、処理室２０１内にプラズマを発生させるプラズマ発生機構と、処理室２０１内に収容された前記基板を加熱する加熱機構と、ガス供給ライン、排気ライン、プラズマ発生機構、及び加熱機構をそれぞれ制御する制御部としてのコントローラ１２１と、を備えている。
【００１０】
（処理室）
図１に示すとおり、処理炉２０２が備える処理容器２０３は、第１の容器であるドーム型の上側容器２１０と、第２の容器である碗型の下側容器２１１と、を備えている。上側容器２１０が下側容器２１１の上に被せられることにより、上側容器２１０及び下側容器２１１内に処理室２０１が構成される。上側容器２１０は、例えば酸化アルミニウム又は石英等の非金属材料により構成され、下側容器２１１は、例えばアルミニウムにより構成されている。
【００１１】
処理室２０１内の底側中央には、ウエハ２００を保持するための基板保持手段としてのサセプタ２１７が配置されている。サセプタ２１７は、ウエハ２００上に形成する膜の金属汚染を低減することが出来るよう、例えば、窒化アルミニウムやセラミックス、又は石英等の非金属材料により構成されている。
【００１２】
サセプタ２１７の内部には、加熱手段としてのヒータ（図中省略）が一体的に埋め込まれており、サセプタ２１７上に載置されたウエハ２００を加熱できるようになっている。ヒータに電力を供給することで、ウエハ２００の温度を所定の温度（例えば３５０℃〜７００℃）に昇温できるようになっている。
【００１３】
サセプタ２１７は、下側容器２１１とは電気的に絶縁されている。サセプタ２１７の内部には、インピーダンスを変化させる電極としての第２の電極（図中省略）が装備されている。この第２の電極は、インピーダンス可変手段２７４を介して接地されている。インピーダンス可変手段２７４は、コイルや可変コンデンサから構成されており、コイルのパターン数や可変コンデンサの容量値を制御することにより、第２の電極（図中省略）及びサセプタ２１７を介して、ウエハ２００の電位を制御できるようになっている。
【００１４】
サセプタ２１７には、サセプタ２１７を昇降させるサセプタ昇降手段２６８が設けられている。サセプタ２１７には、貫通孔２１７ａが設けられている。一方、前述の下側容器２１１底面には、ウエハ２００を突上げるウエハ突上げピン２６６が、少なくとも３箇所設けられている。サセプタ昇降手段２６８によりサセプタ２１７が下降させられた時には、ウエハ突上げピン２６６が、サセプタ２１７とは非接触な状態で貫通孔２１７ａを突き抜けるように、貫通孔２１７ａ及びウエハ突上げピン２６６がそれぞれ配置されている。
【００１５】
下側容器２１１の側壁には、仕切弁としてのゲートバルブ２４４が設けられている。ゲ
ートバルブ２４４を開けることにより、搬送手段（図中省略）を用いて処理室２０１内外にウエハ２００を搬送することができるよう構成されている。ゲートバルブ２４４を閉めることにより、処理室２０１を気密に封止することができるよう構成されている。
【００１６】
（ガス供給ライン）
処理室２０１の上部には、処理室２０１内へ反応ガスや不活性ガスを供給するシャワーヘッド２３６が設けられている。シャワーヘッド２３６は、キャップ状の蓋体２３３、ガス導入口２３４、バッファ室２３７、開口２３８、遮蔽プレート２４０、ガス吹出口２３９を備えている。バッファ室２３７は、ガス導入口２３４より導入される反応ガスや不活性ガスを分散して処理室２０１内へ供給する分散空間として機能する。
【００１７】
ガス導入口２３４には、反応ガスとしてのＯ２ガスを供給する酸素ガス供給管２３２ａと、反応ガスとしてのＨ２ガスを供給する水素ガス供給管２３２ｂと、不活性ガス（パージガス）としてのＮ２ガスを供給する不活性ガス供給管２３２ｃと、が合流するように接続されている。酸素ガス供給管２３２ａには、酸素ガス供給源２５０ａ、流量制御装置としてのマスフローコントローラ２５１ａ、開閉弁であるバルブ２５２ａが上流から順に接続されている。水素ガス供給管２３２ｂには、水素ガス供給源２５０ｂ、流量制御装置としてのマスフローコントローラ２５１ｂ、開閉弁であるバルブ２５２ｂが上流から順に接続されている。不活性ガス供給管２３２ｃには、不活性ガス供給源２５０ｃ、流量制御装置としてのマスフローコントローラ２５１ｃ、開閉弁であるバルブ２５２ｃが上流から順に接続されている。主に、酸素ガス供給管２３２ａ、水素ガス供給管２３２ｂ、不活性ガス供給管２３２ｃ、酸素ガス供給源２５０ａ、水素ガス供給源２５０ｂ、不活性ガス供給源２５０ｃ、マスフローコントローラ２５１ａ〜２５２ｃ、バルブ２５２ａ〜２５２ｃにより、ガス供給ラインが構成される。バルブ２５２ａ〜２５２ｃを開閉させることにより、マスフローコントローラ２５１ａ〜２５２ｃにより流量制御しながら、バッファ室２３７を介して処理室２０１内にＯ２ガス、Ｈ２ガス、Ｎ２ガスを供給自在に構成されている。
【００１８】
（ガス排気ライン）
下側容器２１１の側壁下方にはガス排気口２３５が設けられている。ガス排気口２３５には、ガス排気管２３１が接続されている。ガス排気管２３１には、圧力調整器であるＡＰＣ２４２、開閉弁であるバルブ２４３ｂ、排気装置である真空ポンプ２４６が、上流から順に接続されている。主に、ガス排気管２３１、ＡＰＣ２４２、バルブ２４３ｂ、真空ポンプ２４６により、処理室２０１内のガスを排気するガス排気ラインが構成されている。真空ポンプ２４６を作動させ、バルブ２４３ｂを開けることにより、処理室２０１内の排気することが可能なように構成されている。また、ＡＰＣ２４２の開度を調整することにより、処理室２０１内の圧力値を調整自在に構成されている。
【００１９】
（プラズマ発生機構）
処理容器２０３（上側容器２１０）の外周には、処理室２０１内のプラズマ生成領域２２４を囲うように、第１の電極としての筒状電極２１５が設けられている。筒状電極２１５は、筒状、例えば円筒状に形成されている。筒状電極２１５には、インピーダンスの整合を行うための整合器２７２を介して、高周波電力を発生する高周波電源２７３が接続されている。
【００２０】
また、筒状電極２１５の外側表面の上下端側には、上部磁石２１６ａ及び下部磁石２１６ｂがそれぞれ取り付けられている。上部磁石２１６ａ及び下部磁石２１６ｂは、筒状、例えばリング状に形成された永久磁石によりそれぞれ構成されている。上部磁石２１６ａ及び下部磁石２１６ｂは、処理室２０１の半径方向に沿った両端（すなわち、各磁石の内周端と外周端）にそれぞれ磁極を有している。そして、上部磁石２１６ａ及び下部磁石２
１６ｂの磁極の向きは、互いに逆向きになるよう配置されている。すなわち、上部磁石２１６ａ及び下部磁石２１６ｂの内周部の磁極同士は異極となっている。これにより、筒状電極２１５の内側表面に沿って、円筒軸方向の磁力線が形成される。
【００２１】
主に、筒状電極２１５、整合器２７２、高周波電源２７３、上部磁石２１６ａ、下部磁石２１６ｂにより、プラズマ発生機構が構成される。処理室２０１内に反応ガスとしてのＯ２ガスとＨ２ガスとの混合ガスを導入した後、筒状電極２１５に高周波電力を供給して電界を形成するとともに、上部磁石２１６ａ及び下部磁石２１６ｂを用いて磁界が形成されることにより、処理室２０１内にマグネトロン放電プラズマが生成される。この際、上述の電磁界が、放出された電子を周回運動させることにより、プラズマの電離生成率が高まり、長寿命の高密度プラズマを生成させることができる。
【００２２】
なお、筒状電極２１５、上部磁石２１６ａ、及び下部磁石２１６ｂの周囲には、これらが形成する電磁界が外部環境や他処理炉等の装置に悪影響を及ぼさないように、電磁界を有効に遮蔽するための遮蔽板２２３が設けられている。
【００２３】
（コントローラ）
制御手段としてのコントローラ１２１は、信号線Ａを通じてＡＰＣ２４２、バルブ２４３ｂ、及び真空ポンプ２４６を、信号線Ｂを通じてサセプタ昇降手段２６８を、信号線Ｃを通じてゲートバルブ２４４を、信号線Ｄを通じて整合器２７２、及び高周波電源２７３を、信号線Ｅを通じてマスフローコントローラ２５１ａ〜２５２ｃ、バルブ２５２ａ〜２５２ｃを、さらに図示しない信号線を通じてサセプタに埋め込まれたヒータやインピーダンス可変手段２７４を、それぞれ制御するように構成されている。
【００２４】
（２）半導体装置の製造方法
続いて、上記の基板処理装置により実施される本発明の一実施形態にかかる半導体装置の製造方法について説明する。なお、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作は、コントローラ１２１により制御される。
【００２５】
（ウエハの搬入工程）
まず、ウエハ２００の搬送位置までサセプタ２１７を下降させて、サセプタ２１７の貫通孔２１７ａにウエハ突上げピン２６６を貫通させる。その結果、突き上げピン２６６が、サセプタ２１７表面よりも所定の高さ分だけ突出した状態となる。
【００２６】
続いて、ゲートバルブ２４４を開き、図中省略の搬送手段を用いて処理室２０１内にウエハ２００を搬入する。その結果、ウエハ２００は、サセプタ２１７の表面から突出したウエハ突上げピン２６６上に水平姿勢で支持される。
【００２７】
なお、ウエハ２００の表面には、ゲート絶縁膜１１ａ及びゲート電極膜１２ａが予め形成されているものとする。ゲート絶縁膜１１ａ及びゲート電極膜１２ａが形成される様子を、図２（ａ）〜図２（ｄ）に示す。図２は、本発明の一実施形態にかかる修復工程を含む基板処理工程を例示する概略図である。まず、図２（ａ）に示すように、シリコンからなるウエハ２００の表面に、ＳｉＯ２等からなる絶縁膜（酸化膜）１１を形成する。続いて、図２（ｂ）に示すように、Ｔｉ元素を含む金属材料からなる導電膜（金属膜）１２を絶縁膜１１上に形成する。続いて、図２（ｃ）に示すように、導電膜１２の表面に所定のレジストパターン１３を形成する。続いて、図２（ｄ）に示すように、レジストパターン１３をマスクとし、ドライエッチング等の手法を用いて絶縁膜１１及び導電膜１２をエッチングし、ゲート絶縁膜１１ａ及びゲート電極膜１２ａをウエハ２００上に形成する。なお、ゲート絶縁膜１１ａの側壁１１ｂは、ドライエッチングの際にダメージを受けている。
【００２８】
処理室２０１内にウエハ２００を搬入したら、搬送手段を処理室２０１外へ退避させ、ゲートバルブ２４４を閉じて処理室２０１内を密閉する。そして、サセプタ昇降手段２６８を用いてサセプタ２１７を上昇させる。その結果、ウエハ２００はサセプタ２１７の上面に配置される。その後、ウエハ２００を所定の処理位置まで上昇させる。
【００２９】
なお、ウエハ２００を処理室２０１内に搬入する際には、ガス排気ラインにより処理室２０１内を排気しつつ、ガス供給ラインから処理室２０１内に不活性ガスとしてのＮ２ガスを供給し、処理室２０１内をＮ２ガスで満たすと共に、酸素濃度を低減させておくことが好ましい。すなわち、真空ポンプ２４６を作動させ、バルブ２４３ｂを開けることにより、処理室２０１内を排気しつつ、バルブ２５２ｃを開けることにより、バッファ室２３７を介して処理室２０１内にＮ２ガスを供給することが好ましい。
【００３０】
（ウエハの昇温工程）
続いて、サセプタの内部に埋め込まれたヒータ（図示せず）に電力を供給し、ウエハ２００の温度が所定温度（本実施形態では３５０℃以下）になるように加熱する。
【００３１】
（反応ガスの導入工程）
続いて、バルブ２５２ｃを閉め、バルブ２５２ａ，２５２ｂを開け、Ｏ２ガスとＨ２ガスとの混合ガスである反応ガスを、バッファ室２３７を介して処理室２０１内に導入（供給）する。このとき、反応ガス中に含まれるＯ２ガスの流量を例えば５０ｓｃｃｍとし、反応ガス中に含まれるＨ２ガスの流量を例えば９５０ｓｃｃｍとし、反応ガス中に含まれるＯ２ガスの流量を反応ガス中に含まれるＨ２ガスの流量の例えば１／１９以下とするように、マスフローコントローラ２５１ａ，２５１ｂの開度をそれぞれ調整する。また、反応ガス供給後の処理室２０１内の圧力が、例えば１５Ｐａ以上２５０Ｐａ以下となるように、ＡＰＣ２４２の開度を調整する。
【００３２】
（反応ガスのプラズマ化工程）
反応ガスの導入を開始した後、筒状電極２１５に対して、高周波電源２７３から整合器２７２を介して高周波電力を印加することにより、処理室２０１内（ウエハ２００の上方のプラズマ生成領域２２４内）にマグネトロン放電プラズマを生成させる。なお、印加する電力は、例えば８００Ｗ以下の出力値とする。このときのインピーダンス可変手段２７４は、予め所望のインピーダンス値に制御しておく。
【００３３】
上述のようにプラズマを生成させることにより、処理室２０１内に導入された反応ガス（Ｏ２ガスとＨ２ガスとの混合ガス）が活性化する。そして、ゲート絶縁膜１１ａの側壁１１ｂが、プラズマにより活性化された反応ガス中に晒され、熱酸化される。そして、図２（ｅ）に示すように、ゲート絶縁膜１１ａの側壁１１ｂに新たな熱酸化膜１１ｃが形成され、ドライエッチングの際に受けたダメージが修復される。
【００３４】
その後、所定の処理時間（例えば３０秒程度）経過したら、高周波電源２７３からの電力の印加を停止して、処理室２０１内におけるプラズマ生成を停止する。ゲート絶縁膜１１ａの側壁１１ｂの熱酸化量は、Ｏ２ガスの流量、Ｈ２ガスの流量、処理室２０１内の圧力、ウエハ２００の温度、高周波電源２７３からの供給電力量及び供給時間により規定される。
【００３５】
ゲート絶縁膜１１ａの側壁１１ｂを修復する際、Ｔｉ元素を含む金属材料からなるゲート電極膜１２ａも、プラズマにより活性化された反応ガス中に晒されることとなる。しかしながら、本実施形態では、反応ガス中に含まれるＯ２ガスの流量が、反応ガス中に含まれるＨ２ガスの流量の例えば１／１９以下となるように、マスフローコントローラ２５１
ａ，２５１ｂの開度をそれぞれ調整している。そのため、ゲート電極膜１２ａの酸化は抑制される（酸化されたとしても還元される）こととなる。
【００３６】
（処理室内の排気工程）
処理室２０１内におけるプラズマ生成を停止したら、バルブ２５２ａ，２５２ｂを閉めて処理室２０１内への反応ガスの供給を停止し、処理室２０１内を排気する。この際、バルブ２５２ｃを開けて処理室２０１内へＮ２ガスを供給し、処理室２０１内に残留している反応ガスや反応生成物の排出を促す。その後、ＡＰＣ２４２の開度を調整し、処理室２０１内の圧力を、処理室２０１に隣接するバキュームロックチャンバ（ウエハ２００の搬出先。図示せず）と同じ圧力（例えば１００Ｐａ）に調整する。
【００３７】
（ウエハの搬出工程）
処理室２０１内の圧力が大気圧に復帰したら、サセプタ２１７をウエハ２００の搬送位置まで下降させ、ウエハ突上げピン２６６上にウエハ２００を支持させる。そして、ゲートバルブ２４４を開き、図中省略の搬送手段を用いてウエハ２００を処理室２０１外へ搬出し、本実施形態にかかる半導体装置の製造を終了する。その後、図２（ｆ）に示すように、ゲート絶縁膜１１ａやゲート電極膜１２ａが形成されていないウエハ２００表面近傍に、ソース領域１４ｓ、ドメイン領域１４ｄを形成する工程や、レジストパターン１３を剥離して除去する工程が実施される。
【００３８】
（３）本実施形態にかかる効果
本実施形態によれば、以下に示す１つまたは複数の効果を奏する。
【００３９】
（ａ）本実施形態によれば、反応ガスのプラズマ化工程において、ゲート絶縁膜１１ａの側壁１１ｂが、プラズマにより活性化された反応ガス中に晒され、熱酸化される。そして、ゲート絶縁膜１１ａの側壁１１ｂに新たな熱酸化膜１１ｃが形成され、ドライエッチングの際に受けたダメージが修復される。その結果、半導体装置の信頼性が向上し、半導体装置の製造歩留りが改善する。
【００４０】
（ｂ）本実施形態によれば、反応ガスのプラズマ化工程において、Ｔｉ元素を含む金属材料からなるゲート電極膜１２ａも、プラズマにより活性化された反応ガス中に晒されることとなる。しかしながら、本実施形態では、反応ガス中に含まれるＯ２ガスの流量が、反応ガス中に含まれるＨ２ガスの流量の例えば１／１９以下となるように、マスフローコントローラ２５１ａ，２５１ｂの開度をそれぞれ調整している。そのため、ゲート電極膜１２ａの酸化を抑制でき（酸化されたとしても還元でき）、ゲート電極膜１２ａの抵抗値の上昇を抑制することが可能となる。
【００４１】
なお、Ｔｉ元素を含む金属材料からなるゲート電極膜１２ａの酸化具合は、ゲート電極膜１２ａに４３６ｎｍ又は６３３ｎｍの波長の光を照射したときの反射光の光量を測定することにより把握することができる。Ｔｉ元素を含む金属材料は、酸化すると色彩が薄くなり、反射する光量が増加するからである。図４は、反応ガス中におけるＯ２ガスと反応ガス中におけるＨ２ガスとの流量比を変化させたときのゲート電極膜の反射率比を示す表図（実験結果）である。図中において、「流量比」は、「反応ガス中におけるＯ２ガスの流量（ｓｃｃｍ）／反応ガス中におけるＨ２ガスの流量（ｓｃｃｍ）」を示しており、「反射率比」は、「酸化後の光量／酸化前の光量」を示している。図４におけるその他の処理条件は、上述の実施形態と同様である。図４によれば、流量比が１／１９以下であれば、「反射率比」を１．９以下とすることができ、ゲート電極膜１２ａの酸化を抑制できることが分かる。なお、反応ガス中におけるＯ２ガスの流量が少なすぎると、ゲート絶縁膜１１ａの側壁１１ｂの熱酸化の進行が遅くなりすぎるため、流量比は例えば１／９９９以上１／１９以下とすることが好ましい。また、流量比を１／３９以上１／１９以下とする
ことにより、ゲート絶縁膜１１ａの側壁１１ｂの熱酸化を十分に進行させつつ、「反射率比」を１．８以上１．９以下とし、ゲート電極膜１２ａの酸化を十分に抑制できることが分かる。一方、反応ガス中におけるＯ２ガスと反応ガス中におけるＨ２ガスとの流量比が１／１９を超える（例えば１／９とする）と、「反射率比」は例えば２．５に増大し、ゲート電極膜１２ａの酸化が進行してしまうことが分かる。
【００４２】
図３は、従来の基板処理工程を例示する概略図である。従来の基板処理工程のように、反応ガス中におけるＯ２ガスと反応ガス中におけるＨ２ガスとの流量比が１／１９を超えている場合には、ゲート絶縁膜１１ａの側壁１１ｂを修復しようとすると、図３（ｅ）に示すようにゲート電極膜１２ａの側壁１２ｃ等までもが酸化されてしまい、ゲート電極膜１２ａの抵抗値が上昇してしまう場合があった。これに対して、本実施形態によれば、反応ガス中におけるＯ２ガスと反応ガス中におけるＨ２ガスとの流量比を１９以上になるよう調整されているので、ゲート電極膜１２ａの酸化が抑制される。
【００４３】
（ｃ）本実施形態によれば、反応ガスのプラズマ化工程において、ウエハ２００の温度が３５０℃以下になるように、サセプタの内部に埋め込まれたヒータ（図示せず）を加熱している。そのため、ゲート電極膜１２ａの酸化をより確実に抑制し、ゲート電極膜１２ａの抵抗値の上昇をより確実に抑制することが可能となる。
【００４４】
（ｄ）本実施形態によれば、反応ガスのプラズマ化工程において、ゲート絶縁膜１１ａ及びゲート電極膜１２ａがプラズマにより活性化された反応ガス中に晒される時間を３０秒程度としている。そのため、ゲート電極膜１２ａの酸化をより確実に抑制し、ゲート電極膜１２ａの抵抗値の上昇をより確実に抑制することが可能となる。
【００４５】
図５は、ウエハ２００の温度、及び処理時間（プラズマにより活性化された反応ガスにゲート電極膜１２ａを晒す時間）をそれぞれ変化させたときのゲート電極膜１２ａの反射率比を示す表図（実験結果）である。図５においても、「反射率比」は「酸化後の光量／酸化前の光量」を示している。その他の処理条件は、上述の実施形態と同様である。図５によれば、ウエハ２００の温度が高くなるほど反射率比が大きく、ゲート電極膜１２ａの酸化が進行してしまっていることが分かる。また、処理時間が増大すると（処理時間が２４０秒の場合の方が、処理時間が６０秒の場合よりも）反射率比が大きく、ゲート電極膜１２ａの酸化が進行してしまっていることが分かる。図５によれば、ウエハ２００の温度を３５０℃以下とし、処理時間を６０秒以下とすることにより、反射率比を１．１以下とすることができ、ゲート電極膜１２ａの酸化をほぼ完全に抑制できることが分かる。
【００４６】
＜本発明の他の実施形態＞
上述の実施形態では、ウエハの昇温工程において、ウエハ２００の温度が例えば３５０℃以下となるように加熱していた。また、上述の実施形態では、反応ガス中に含まれるＯ２ガスの流量を例えば５０ｓｃｃｍとし、反応ガス中に含まれるＨ２ガスの流量を例えば９５０ｓｃｃｍとし、反応ガス中に含まれるＯ２ガスの流量を反応ガス中に含まれるＨ２ガスの流量の例えば１／１９以下としていた。
【００４７】
しかしながら、本発明は係る温度条件や流量比率に限定されない。例えば、ウエハ２００の温度が例えば５５０℃以上７００℃以下となるように加熱する。また、反応ガス中に含まれるＯ２ガスの流量を例えば１０ｓｃｃｍとし、反応ガス中に含まれるＨ２ガスの流量を例えば９９０ｓｃｃｍとし、反応ガス中に含まれるＯ２ガスの流量を反応ガス中に含まれるＨ２ガスの流量の例えば１／９９以下としてもよい。その他の条件は上述の実施形態と同様である。
【００４８】
本実施形態によれば、ウエハ２００の温度を高くしたとしても、反応ガス中におけるＯ
２ガスの流量とＨ２ガスの流量との比率を上述のように設定しているため、ウエハ２００上に形成された膜の膜質（膜特性）を改善しつつ、ゲート電極膜１２ａの抵抗値の上昇を半導体装置のデバイス特性に影響ない程度に抑制することができる。つまり、ウエハ２００の処理温度を上昇させて膜質（膜特性）を改善させた場合であっても、反応ガス中に含まれるＯ２ガスに対するＨ２ガスの流量比率を高めることにより、ゲート電極膜１２ａの酸化を抑制し、ゲート電極膜１２ａの抵抗値の上昇を抑制することが可能となる。
【００４９】
図６は、ウエハ２００の温度、及び反応ガス中におけるＯ２ガスと反応ガス中におけるＨ２ガスとの流量比をそれぞれ変化させたときのゲート電極膜の反射率比を示す表図である。図６においても、「流量比」は、「反応ガス中におけるＯ２ガスの流量（ｓｃｃｍ）／反応ガス中におけるＨ２ガスの流量（ｓｃｃｍ）」を示しており、「反射率比」は「酸化後の光量／酸化前の光量」を示している。その他の条件は、上述の実施形態と同様である。図６によれば、ウエハ２００の温度が高くなるほど反射率比が大きくなり、ゲート電極膜１２ａの酸化が進行してしまうことが分かる。ただし、図６によれば、ウエハ２００の温度を高くした場合であっても、反応ガス中におけるＯ２ガスと反応ガス中におけるＨ２ガスとの流量比を増大させることにより、ゲート電極膜１２ａの酸化の進行を抑制できることが分かる。例えば、ウエハ２００の温度を５５０℃以上７００℃以下とした場合であっても、反応ガス中におけるＯ２ガスと反応ガス中におけるＨ２ガスとの流量比を例えば１／９９９以上１／９９以下とすることにより、「反射率比」を１．９以下とすることができ、ゲート電極膜１２ａの酸化が抑制できることが分かる。
【００５０】
＜本発明の好ましい態様＞
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
【００５１】
本発明の一態様によれば、
基板上に形成されたゲート絶縁膜の側壁にプラズマによって活性化させた反応ガスを供給する工程を有する半導体装置の製造方法であって、
前記ゲート絶縁膜上にはＴｉ元素を含む金属材料からなるゲート電極膜が形成されており、
前記反応ガス中に含まれるＯ２ガスの流量を、前記反応ガス中に含まれるＨ２ガスの流量の１／１９以下とする半導体装置の製造方法が提供される。
【００５２】
好ましくは、前記反応ガス中に含まれるＯ２ガスの流量を、前記反応ガス中に含まれるＨ２ガスの流量の１／９９９以上１／１９以下とする半導体装置の製造方法が提供される。
【００５３】
好ましくは、前記反応ガス中に含まれるＯ２ガスの流量を、前記反応ガス中に含まれるＨ２ガスの流量の１／３９以上１／１９以下とする半導体装置の製造方法が提供される。
【００５４】
好ましくは、前記基板の温度を５５０℃以上７００℃以下とする
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【００５５】
本発明の他の態様によれば、
基板を収容する処理室と、
前記処理室内に反応ガスを供給するガス供給ラインと、
前記処理室内のガスを排気するガス排気ラインと、
前記処理室内にプラズマを発生させるプラズマ発生機構と、
前記処理室内に収容された前記基板を加熱する加熱機構と、
前記ガス供給ライン、前記排気ライン、前記プラズマ発生機構、及び前記加熱機構をそれぞれ制御する制御部と、を備えた基板処理装置であって、
前記制御部は、
前記処理室内に供給される反応ガス中に含まれるＯ２ガスの流量が、前記反応ガス中に含まれるＨ２ガスの流量の１／１９以下となるように前記ガス供給ラインを制御する
ことを特徴とする基板処理装置。
【００５６】
好ましくは、
前記制御部は、
前記処理室内に供給される反応ガス中に含まれるＯ２ガスの流量が、前記反応ガス中に含まれるＨ２ガスの流量の１／３９以上１／１９以下となるように前記ガス供給ラインを制御する基板処理装置が提供される。
【００５７】
好ましくは、
前記制御部は、
前記処理室内に供給される反応ガス中に含まれるＯ２ガスの流量が、前記反応ガス中に含まれるＨ２ガスの流量の１／９９９以上１／１９以下となるように前記ガス供給ラインを制御する基板処理装置が提供される。
【００５８】
好ましくは、
前記制御部は、
前記処理室内に収容された基板の温度が５５０℃以上７００℃以下となるように前記加熱機構を制御する基板処理装置が提供される。
【００５９】
以上、本発明の実施の形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態限定されるものではなく、その用紙を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の一実施形態にかかる基板処理装置の概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる修復工程を含む基板処理工程を例示する概略図である。
【図３】従来の基板処理工程を例示する概略図である。
【図４】反応ガス中におけるＯ２ガスと反応ガス中におけるＨ２ガスとの流量比を変化させたときのゲート電極膜の反射率比を示す表図である。
【図５】ウエハの温度及び処理時間をそれぞれ変化させたときのゲート電極膜の反射率比を示す表図である。
【図６】ウエハの温度、及び反応ガス中におけるＯ２ガスと反応ガス中におけるＨ２ガスとの流量比をそれぞれ変化させたときのゲート電極膜の反射率比を示す表図である。
【符号の説明】
【００６１】
１１ａ ゲート絶縁膜
１１ｂ 側壁
１２ａ ゲート電極膜
１２ｃ 側壁
２００ ウエハ（基板）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成されたゲート絶縁膜の側壁にプラズマによって活性化させた反応ガスを供給する工程を有する半導体装置の製造方法であって、
前記ゲート絶縁膜上にはＴｉ元素を含む金属材料からなるゲート電極膜が形成されており、
前記反応ガス中に含まれるＯ２ガスの流量を、前記反応ガス中に含まれるＨ２ガスの流量の１／１９以下とする
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１】
基板上に形成されたゲート絶縁膜の側壁にプラズマによって活性化させた反応ガスを供給する工程を有する半導体装置の製造方法であって、
前記ゲート絶縁膜上にはＴｉ元素を含む金属材料からなるゲート電極膜が形成されており、
前記反応ガス中に含まれるＯ２ガスの流量を、前記反応ガス中に含まれるＨ２ガスの流量の１／１９以下とする
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【図１】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−１１８４８９（Ｐ２０１０−１１８４８９Ａ）
【公開日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９０５６３（Ｐ２００８−２９０５６３）
【出願日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
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