[发明专利]半导体装置的制造方法和等离子体氧化处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及包括使用等离子体对半导体基板进行处理的半导体装置的制造方法和等离子体氧化处理方法。

背景技术

近年来，由于LSI的高集成化和高速化的要求，构成LSI的半导体元件的设计规则也日益微细化。由此，要求在DRAM和闪存等中使用的晶体管的栅极电极的低电阻化。作为栅极电极，现在使用多晶硅，但是多晶硅存在有薄膜电阻高的缺点。因此，提出了在多晶硅层上叠层电阻值低、与硅氧化膜或硅本身的结合性及加工性优异的金属，钨等高熔点金属或其硅化物的方法。具体而言，硅化钨(WSi/poly-Si的叠层膜)和电阻更低的钨多金属栅(tungsten poly metal gate)(W/WN/poly-Si的叠层结构)受到了注目。其中，钨多金属栅的WN，是用于防止钨与多晶硅反应的障碍层(防止扩散层)。

然而，晶体管的栅极，通常依次形成有阱、栅极绝缘膜、栅极电极。为了形成栅极电极，实施蚀刻处理。由此，栅极电极中多晶硅层的侧面露出，所以如果对栅极电极施加电压，电场会集中在该露出部分，成为引起漏电电流增大等制品不良的原因。因此，需要进行使栅极电极中多晶硅的露出部分氧化形成绝缘膜的氧化处理。

作为在栅极电极侧面的多晶硅层的露出部分形成绝缘膜的氧化处理方法，迄今为止通常采用在800℃以上的高温下进行热氧化处理的方法(例如专利文献1)。但是，如果进行热氧化处理，会出现多晶硅层的边缘部发生过氧化的现象(鸟嘴)，栅极绝缘膜的厚度在平面方向不均匀，难以适应超精细的设计规则。

而且，用于降低栅极电极的薄膜电阻所使用的钨如果超过约300℃，硅化钨如果超过约400℃，就会急剧氧化，所以如果在超过800℃的高温下进行热氧化处理，还会产生金属层被氧化的问题。

专利文献1：日本特开2000-269496号公报(专利的权利要求等)

发明内容

为了解决上述热氧化处理的问题，研究将利用等离子体密度高、能够由低电子温度等离子体进行低温处理的RLSA(Radial Line SoltAntenna：径向缝隙天线)微波等离子体的等离子体处理装置，用于硅化钨和钨多金属栅的氧化工艺中的技术。

在由RLSA微波等离子体的氧化中，能够抑制金属层的氧化，仅选择性地氧化多晶硅层，并且能够抑制产生鸟嘴。但是，在由RLSA微波等离子体进行氧化的情况下，会形成氧化膜厚度的偏差，仍留有需要实现其均匀化的问题。

并且已知，在由RLSA微波等离子体进行氧化的情况下，如果过度抑制鸟嘴的形成，多晶硅层边缘部的形状几乎不发生变化，所以出现该部分残留锐角，电场集中，反而使漏电电流增大的问题。

所以，本发明的目的在于，使用RLSA微波等离子体，在半导体晶片上的多晶硅层上形成厚度差别小、均匀的氧化膜。而且，本发明的另一目的在于，抑制过剩的鸟嘴的形成，同时适当加厚多晶硅层边缘部的氧化膜的厚度，并具有圆角。

为了解决上述问题，根据本发明的第一观点，提供一种半导体装置的制造方法，其特征在于：对于至少包括多晶硅层和含有高熔点金属的金属层的叠层体，利用由具有多个狭缝的平面天线向处理室内导入微波而产生等离子体的等离子体处理装置，在处理压力为133.3～1333Pa、处理温度为250～800℃下，使用至少包含氢气和氧气的处理气体，进行等离子体处理，氧化上述多晶硅层。

此外，根据本发明的第二观点，提供一种半导体装置的制造方法，其特征在于，包括：在半导体基板上形成栅极绝缘膜的工序；在该栅极绝缘膜上形成至少包括多晶硅层和含有高熔点金属的金属层的叠层体的工序；对上述叠层体进行蚀刻处理，形成栅极电极的工序；和利用由具有多个狭缝的平面天线向处理室内导入微波而产生等离子体的等离子体处理装置，在处理压力为133.3～1333Pa、处理温度为250～800℃下，使用至少包含氢气和氧气的处理气体，进行等离子体处理，选择性地氧化上述栅极电极中的多晶硅层的工序。

此外，根据本发明的第三观点，提供一种半导体装置的制造方法，其特征在于：对于至少包括多晶硅层和含有高熔点金属的金属层的叠层体，利用由具有多个狭缝的平面天线向处理室内导入微波而产生等离子体的等离子体处理装置，在处理压力为133.3～1333Pa、处理温度为250～800℃下，以处理气体中氢气的流量为10～500ml/min、氧气的流量为10～500ml/min和稀有气体的流量为0～2000ml/min，进行等离子体处理，氧化上述多晶硅层。