JP2006140175A - Method for manufacturing semiconductor device and semiconductor device - Google Patents

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Hideki Doshita
秀樹 堂下
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To form a sidewall spacer without shaving a semiconductor substrate in a process for forming the LDD (Lightly-Doped Drain) of an MOS transistor. <P>SOLUTION: This method for manufacturing a semiconductor device comprises a step for forming a gate electrode 102 on a semiconductor substrate 100 through a gate insulating film 101, a step for depositing an organic/inorganic hybrid film 106 represented by SiC<SB>w</SB>H<SB>x</SB>O<SB>y</SB>N<SB>z</SB>(w>0, x≥0, y>0, z≥0) to cover the gate electrode 102, a step for transforming a predetermined portion of the organic/inorganic hybrid film 106 into an oxidation layer 108, a step for removing the oxidation layer 108 selectively so that a sidewall spacer 109 composed of the organic/inorganic hybrid film is formed on the sidewall of the gate electrode 102. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

この発明は、特にLightly−Doped Drain(LDD)構造を有するMOS型トランジスタの製造過程において、LDD形成用のサイドウォールスペーサを半導体基板にダメージを与えることなく形成する方法およびそのサイドウォールスペーサを半導体基板にダメージを与えることなく除去する半導体装置の製造方法および半導体装置に関するものである。   The present invention relates to a method of forming a sidewall spacer for forming an LDD without damaging the semiconductor substrate, particularly in the manufacturing process of a MOS transistor having a lightly-doped drain (LDD) structure, and the sidewall spacer to the semiconductor substrate. The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device that can be removed without damaging the semiconductor device and a semiconductor device.

半導体デバイス中の素子パターンの微細化、高速化が進むに従い、MOSトランジスタ特性を劣化させるホットキャリアに対する対策が益々重要になってきている。その対策の代表的なものに、Lightly−Doped Drain(以下、LDDと称す)構造がある。以下、従来のLDD形成工程の一例を図16(a)〜(d)を参照しながら説明する。まず、図16(a)に示すように、半導体基板1の上に例えば2nmのゲート酸化膜2を介して、例えば200nmのポリシリコン膜からなるゲート電極3を公知のフォトリソグラフィー技術とドライエッチング技術を用いて形成する。次に、ソース及びドレインの一部となる不純物濃度の低いN型拡散層4,5をゲート電極3をマスクとしてイオン注入法(例えばP+を5×1013個/cm2)により自己整合的に形成する。 As miniaturization and speeding-up of element patterns in semiconductor devices progress, measures against hot carriers that degrade MOS transistor characteristics are becoming increasingly important. A typical countermeasure is a Lightly-Doped Drain (hereinafter referred to as LDD) structure. Hereinafter, an example of a conventional LDD forming process will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 16 (a), a gate electrode 3 made of, for example, a 200 nm polysilicon film is formed on a semiconductor substrate 1 through a 2 nm gate oxide film 2, for example, by a known photolithography technique and dry etching technique. It forms using. Next, a self-aligned manner by ion implantation with low N-type diffusion layers 4 and 5 impurity concentration serving as a part of the source and drain of the gate electrode 3 as a mask (e.g., a P + 5 × 10 13 pieces / cm 2) To form.

次に、図16(b)に示すように、被加工基板6の表面を覆うようにシリコン酸化膜7をCVD法により例えば150nm堆積する。次に、図16(c)に示すように、シリコン酸化膜7の異方性エッチングを行って、ゲート電極3の側面だけを残すようにシリコン酸化膜7を除去し、サイドウォールスペーサ8を形成する。次に、図16(d)に示すように、ゲート電極3及びサイドウォールスペーサ8をマスクとし、イオン注入法(例えばAs+を5×1015個/cm2)によって前記ソース及びドレインの他の部分となる高濃度の拡散層9,10を自己整合的に形成すると、MOSトランジスタの基本構造が出来上がる。このようなLDD構造のMOSトランジスタ形成工程において、シリコン酸化膜7の異方性エッチングには、従来から、特許文献1のように例えばCHF3ガスなどのフルオロカーボンガスを用いたドライエッチング技術が使用されている。
特開平6−310529号公報
Next, as shown in FIG. 16B, a silicon oxide film 7 is deposited by CVD, for example, 150 nm so as to cover the surface of the substrate 6 to be processed. Next, as shown in FIG. 16C, anisotropic etching of the silicon oxide film 7 is performed to remove the silicon oxide film 7 so that only the side surfaces of the gate electrode 3 are left, and sidewall spacers 8 are formed. To do. Next, as shown in FIG. 16D, the gate electrode 3 and the side wall spacer 8 are used as a mask, and other sources and drains are formed by ion implantation (for example, As + 5 × 10 15 / cm 2 ). If the high-concentration diffusion layers 9 and 10 to be portions are formed in a self-aligned manner, the basic structure of the MOS transistor is completed. In such an LDD structure MOS transistor forming process, a dry etching technique using, for example, a fluorocarbon gas such as CHF 3 gas has been conventionally used for anisotropic etching of the silicon oxide film 7 as in Patent Document 1. ing.
JP-A-6-310529

しかしながら、上記従来の方法を用いてLDD形成用のサイドウォールスペーサを形成した場合、MOSトランジスタにソース・ドレイン接合リークやその領域へのコンタクト抵抗ばらつきなどの特性劣化が起こることがある。これは、図17に示すように、サイドウォールスペーサ形成時のドライエッチングにおけるオーバーエッチングにより半導体基板に削れ11が発生することが原因の一つと考えられる。削れが発生したソース・ドレイン拡散層表面にはエッチングダメージが含まれ、また、拡散層表面不純物濃度も低下しているからである。上記課題に対して、従来からドライエッチング条件は半導体基板をできるだけ削らないように設定されていた。しかしながら従来技術においては、ドライエッチング時に半導体基板がプラズマに曝される以上、半導体基板の削れ11を完全に無くすことはできない。   However, when the sidewall spacer for forming the LDD is formed by using the above conventional method, the MOS transistor may be deteriorated in characteristics such as source / drain junction leakage and contact resistance variation to the region. As shown in FIG. 17, this is considered to be one of the causes that the semiconductor substrate is scraped 11 due to the over-etching in the dry etching when forming the sidewall spacer. This is because etching damage is included in the surface of the source / drain diffusion layer where the abrasion has occurred, and the impurity concentration of the diffusion layer surface is also reduced. Conventionally, the dry etching conditions have been set so as not to cut the semiconductor substrate as much as possible. However, in the prior art, as long as the semiconductor substrate is exposed to plasma during dry etching, the semiconductor substrate scraping 11 cannot be completely eliminated.

したがって、この発明の目的は、以上のような従来の欠点を解決するものであって、MOSトランジスタのLDD形成工程において、サイドウォールスペーサを半導体基板の削れなく形成し、また、サイドウォールスペーサを除去する場合は、半導体基板の削れを発生させずに除去する半導体装置の製造方法および半導体装置を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional drawbacks, and in the LDD formation process of the MOS transistor, the side wall spacer is formed without the semiconductor substrate being scraped, and the side wall spacer is removed. In this case, a semiconductor device manufacturing method and a semiconductor device for removing a semiconductor substrate without scraping are provided.

以上の目的を達成するためにこの発明の請求項1記載の半導体装置の製造方法は、半導体基板上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極を被覆するようにSiCwxyz(w>0、x≧0、y>0、z≧0)で表される有機無機ハイブリッド膜を堆積する工程と、前記有機無機ハイブリッド膜の所定部分を酸化層に変換する工程と、前記酸化層を選択的に除去して、前記ゲート電極の側壁に有機無機ハイブリッド膜からなるサイドウォールスペーサを形成する工程を含む。 In order to achieve the above object, a method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1 of the present invention comprises a step of forming a gate electrode on a semiconductor substrate through a gate insulating film, and a SiC so as to cover the gate electrode. a step of depositing an organic-inorganic hybrid film represented by w H x O y N z (w> 0, x ≧ 0, y> 0, z ≧ 0), and a predetermined portion of the organic-inorganic hybrid film as an oxide layer And a step of selectively removing the oxide layer and forming a sidewall spacer made of an organic-inorganic hybrid film on the sidewall of the gate electrode.

請求項2記載の半導体装置の製造方法は、請求項1記載の半導体装置の製造方法において、前記所定部分は少なくともゲート電極の上面および前記半導体基板上に形成された前記有機無機ハイブリッド膜の部分である。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2 is the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the predetermined portion is at least a top surface of a gate electrode and a portion of the organic-inorganic hybrid film formed on the semiconductor substrate. is there.

請求項3記載の半導体装置の製造方法は、請求項1記載の半導体装置の製造方法において、前記有機無機ハイブリッド膜の所定部分を酸化層に変換する工程は、前記有機無機ハイブリッド膜にイオンを照射する工程により行う。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3 is the method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the step of converting a predetermined portion of the organic-inorganic hybrid film into an oxide layer irradiates the organic-inorganic hybrid film with ions. It is performed according to the process.

請求項4記載の半導体装置の製造方法は、請求項3記載の半導体装置の製造方法において、前記イオンは、酸素イオンまたは窒素イオンまたは不活性ガスイオンのいずれかである。   A method for manufacturing a semiconductor device according to a fourth aspect is the method for manufacturing a semiconductor device according to the third aspect, wherein the ions are oxygen ions, nitrogen ions, or inert gas ions.

請求項5記載の半導体装置の製造方法は、請求項1記載の半導体装置の製造方法において、前記酸化層を選択的に除去する工程は、弗素を含む薬液を用いて行う。   According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device according to the first aspect, wherein the step of selectively removing the oxide layer is performed using a chemical solution containing fluorine.

請求項6記載の半導体装置の製造方法は、請求項1記載の半導体装置の製造方法において、前記酸化層を選択的に除去する工程は、弗素を含むガスを用いて行う。   According to a sixth aspect of the present invention, in the method of manufacturing the semiconductor device according to the first aspect, the step of selectively removing the oxide layer is performed using a gas containing fluorine.

請求項7記載の半導体装置の製造方法は、半導体基板上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、少なくとも前記ゲート電極の側壁にSiCwxyz(w>0、x≧0、y>0、z≧0)で表される有機無機ハイブリッド膜からなるサイドウォールスペーサを形成する工程と、前記サイドウォールスペーサの少なくとも表面部分を酸化層に変換する工程と、前記酸化層を選択的に除去する工程とを含む。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein a gate electrode is formed on a semiconductor substrate via a gate insulating film, and SiC w H x O y N z (w> 0, at least on a side wall of the gate electrode). a step of forming a sidewall spacer made of an organic-inorganic hybrid film represented by x ≧ 0, y> 0, z ≧ 0), a step of converting at least a surface portion of the sidewall spacer into an oxide layer, and the oxidation Selectively removing the layer.

請求項8記載の半導体装置の製造方法は、請求項7記載の半導体装置の製造方法において、前記サイドウォールスペーサを酸化層に変換する工程は、前記サイドウォールスペーサに熱エネルギーを付与すると共にガスを照射する工程により行う。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8 is the method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the step of converting the sidewall spacer into an oxide layer applies thermal energy to the sidewall spacer and supplies gas. This is done by the irradiation process.

請求項9記載の半導体装置の製造方法は、請求項8記載の半導体装置の製造方法において、前記ガスは酸素または窒素を含むガスである。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 9 is the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein the gas is a gas containing oxygen or nitrogen.

請求項10記載の半導体装置の製造方法は、請求項7記載の半導体装置の製造方法において、前記サイドウォールスペーサを酸化層に変換する工程は、ラジカル種を前記サイドウォールスペーサに照射する工程により行う。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10 is the method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the step of converting the sidewall spacer into an oxide layer is performed by irradiating the sidewall spacer with radical species. .

請求項11記載の半導体装置の製造方法は、請求項10記載の半導体装置の製造方法において、前記ラジカル種は酸素ラジカルまたは窒素ラジカルを含む。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 11 is the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein the radical species include an oxygen radical or a nitrogen radical.

請求項12記載の半導体装置の製造方法は、請求項7記載の半導体装置の製造方法において、前記サイドウォールスペーサを酸化層に変換する工程は、前記サイドウォールスペーサに前記イオンを照射する工程により行う。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 12 is the method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the step of converting the sidewall spacer into an oxide layer is performed by irradiating the sidewall spacer with the ions. .

請求項13記載の半導体装置の製造方法は、請求項12記載の半導体装置の製造方法において、前記イオンは酸素イオンまたは窒素イオンまたは不活性ガスイオンのいずれか一つを含む。   A semiconductor device manufacturing method according to a thirteenth aspect is the semiconductor device manufacturing method according to a twelfth aspect, wherein the ions include any one of oxygen ions, nitrogen ions, or inert gas ions.

請求項14記載の半導体装置の製造方法は、請求項7記載の半導体装置の製造方法において、前記酸化層を選択的に除去する工程は、弗素を含む薬液を用いて行う。   According to a fourteenth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the seventh aspect, the step of selectively removing the oxide layer is performed using a chemical solution containing fluorine.

請求項15記載の半導体装置の製造方法は、請求項7記載の半導体装置の製造方法において、前記酸化層を選択的に除去する工程は、弗素を含むガスを用いて行う。   According to a fifteenth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the seventh aspect, the step of selectively removing the oxide layer is performed using a gas containing fluorine.

請求項16記載の半導体装置は、半導体基板上にゲート絶縁膜を介してゲート電極が形成され、前記ゲート電極の側壁にSiCwxyz(w>0、x≧0、y>0、z≧0)で表される有機無機ハイブリッド膜からなるサイドウォールスペーサが形成され、前記サイドウォールスペーサに隣接する前記半導体基板表面領域に拡散層が形成され、前記拡散層の表面位置は、前記ゲート絶縁膜下の半導体基板の表面位置と同一か、または7nm以下の範囲で前記ゲート絶縁膜下の半導体基板の表面位置より低い。 17. The semiconductor device according to claim 16, wherein a gate electrode is formed on a semiconductor substrate via a gate insulating film, and SiC w H x O y N z (w> 0, x ≧ 0, y>) is formed on a side wall of the gate electrode. (0, z ≧ 0) is formed, a side wall spacer made of an organic-inorganic hybrid film is formed, a diffusion layer is formed in the semiconductor substrate surface region adjacent to the side wall spacer, and the surface position of the diffusion layer is The surface position of the semiconductor substrate under the gate insulating film is the same as or lower than the surface position of the semiconductor substrate under the gate insulating film in a range of 7 nm or less.

この発明の請求項1記載の半導体装置の製造方法によれば、シリコンのような半導体基板上に形成された、一般式SiCwxyz(w>0、x≧0、y>0、z≧0)で表される有機無機ハイブリッド膜をゲート電極を被覆するように堆積し、有機無機ハイブリッド膜の所定部分を酸化層に変換した後、HFを含有する薬液など、半導体基板をエッチングしない薬液を用いて選択的に酸化層を除去して、ゲート電極の側壁に有機無機ハイブリッド膜からなるサイドウォールスペーサを形成するので、ソース・ドレイン拡散層などの半導体基板領域をエッチングせず、また従来のようにダメージを与えることなく除去することができる。これによって拡散層のリーク、コンタクト抵抗のばらつきを防止することができる。 According to the method for manufacturing a semiconductor device of the first aspect of the present invention, the general formula SiC w H x O y N z (w> 0, x ≧ 0, y>) formed on the semiconductor substrate such as silicon. 0, z ≧ 0) is deposited so as to cover the gate electrode, and a predetermined portion of the organic-inorganic hybrid film is converted into an oxide layer, and then a semiconductor substrate such as a chemical solution containing HF is formed. Since the oxide layer is selectively removed using a chemical solution that is not etched, and a sidewall spacer made of an organic-inorganic hybrid film is formed on the side wall of the gate electrode, a semiconductor substrate region such as a source / drain diffusion layer is not etched, Further, it can be removed without causing damage as in the prior art. As a result, leakage of the diffusion layer and variation in contact resistance can be prevented.

請求項2では、請求項1記載の半導体装置の製造方法において、所定部分は少なくともゲート電極の上面および半導体基板上に形成された有機無機ハイブリッド膜の部分であることが好ましい。   According to a second aspect of the present invention, in the semiconductor device manufacturing method according to the first aspect, the predetermined portion is preferably at least a portion of the organic-inorganic hybrid film formed on the upper surface of the gate electrode and the semiconductor substrate.

請求項3では、請求項1記載の半導体装置の製造方法において、有機無機ハイブリッド膜の所定部分を酸化層に変換する工程は、有機無機ハイブリッド膜にイオンを照射する工程により行うことが好ましい。例えば、有機無機ハイブリッド膜の一つであるMSQ膜に酸素イオンを照射することにより、MSQ膜を構成するC、H、Nと酸素イオンが反応し、MSQ膜のC、H、Nなどが酸素と結合し除去され、酸化層が形成される。   According to a third aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the first aspect, the step of converting a predetermined portion of the organic-inorganic hybrid film into an oxide layer is preferably performed by a step of irradiating the organic-inorganic hybrid film with ions. For example, by irradiating an MSQ film, which is one of organic-inorganic hybrid films, with oxygen ions, C, H, and N constituting the MSQ film react with oxygen ions, and C, H, N, etc. of the MSQ film are oxygenated. And are removed to form an oxide layer.

請求項4では、請求項3記載の半導体装置の製造方法において、イオンは、酸素イオンまたは窒素イオンまたは不活性ガスイオンのいずれかであることが好ましい。   According to a fourth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the third aspect, the ions are preferably either oxygen ions, nitrogen ions, or inert gas ions.

請求項5では、請求項1記載の半導体装置の製造方法において、酸化層を選択的に除去する工程は、弗素を含む薬液を用いて行うことが好ましい。弗素を含む薬液による除去レートはMSQ膜と比較して酸化層の方が非常に大きくなるので、酸化層を選択的に除去することができる。   According to a fifth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the first aspect, the step of selectively removing the oxide layer is preferably performed using a chemical solution containing fluorine. Since the removal rate of the chemical solution containing fluorine is much higher in the oxide layer than in the MSQ film, the oxide layer can be selectively removed.

請求項6では、請求項1記載の半導体装置の製造方法において、前記酸化層を選択的に除去する工程は、弗素を含むガスを用いて行うことが好ましい。弗素を含むガスでも請求項5と同様の効果がある。   According to a sixth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the first aspect, the step of selectively removing the oxide layer is preferably performed using a gas containing fluorine. A gas containing fluorine has the same effect as that of the fifth aspect.

この発明の請求項7記載の半導体装置の製造方法によれば、シリコンのような半導体基板上に形成された、一般式SiCwxyz(w>0、x≧0、y>0、z≧0)で表される有機無機ハイブリッド膜からなるサイドウォールスペーサを形成し、サイドウォールスペーサの少なくとも表面部分を酸化層に変換した後、HFを含有する薬液など、半導体基板をエッチングしない薬液を用いて選択的に酸化層を除去するので、ソース・ドレイン拡散層などの半導体基板領域をエッチングせず、また従来のようにダメージを与えることなく除去することができる。これによって拡散層のリーク、コンタクト抵抗のばらつきを防止することができる。 According to the method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7 of the present invention, the general formula SiC w H x O y N z (w> 0, x ≧ 0, y>) formed on the semiconductor substrate such as silicon. (0, z ≧ 0) is formed, a sidewall spacer made of an organic-inorganic hybrid film is formed, and at least a surface portion of the sidewall spacer is converted into an oxide layer, and then the semiconductor substrate such as a chemical solution containing HF is not etched. Since the oxide layer is selectively removed using a chemical solution, the semiconductor substrate region such as the source / drain diffusion layer can be removed without being etched and without being damaged as in the prior art. As a result, leakage of the diffusion layer and variation in contact resistance can be prevented.

請求項8では、請求項7記載の半導体装置の製造方法において、サイドウォールスペーサを酸化層に変換する工程は、サイドウォールスペーサに熱エネルギーを付与すると共にガスを照射する工程により行うことが好ましい。例えば、MSQ膜に酸素ガスを照射し、加熱して熱エネルギーを与えると、MSQ膜のC、H、Nと酸素が反応して除去され、サイドウォールスペーサが酸化層に変換されると考えられる。   According to an eighth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the seventh aspect, the step of converting the sidewall spacer into an oxide layer is preferably performed by a step of applying thermal energy to the sidewall spacer and irradiating a gas. For example, if oxygen energy is irradiated to the MSQ film and heated to give thermal energy, C, H, N and oxygen in the MSQ film are removed by reaction, and the sidewall spacer is converted to an oxide layer. .

請求項9では、請求項8記載の半導体装置の製造方法において、ガスは酸素または窒素を含むガスであることが好ましい。窒素ガスを使用する方法は酸素ガスの場合のように半導体装置のサイドウォールスペーサ以外の部分に酸化層を形成しないので、余分な部分に酸化層を形成することが望ましくない場合でも使用することができるという利点がある。   According to a ninth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the eighth aspect, the gas is preferably a gas containing oxygen or nitrogen. Since the method using nitrogen gas does not form an oxide layer in a portion other than the sidewall spacer of the semiconductor device as in the case of oxygen gas, it can be used even when it is not desirable to form an oxide layer in an extra portion. There is an advantage that you can.

請求項10では、請求項7記載の半導体装置の製造方法において、サイドウォールスペーサを酸化層に変換する工程は、ラジカル種をサイドウォールスペーサに照射する工程により行うことが好ましい。この場合、ラジカル自身の反応性にて酸化層が形成される。   According to a tenth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the seventh aspect, the step of converting the sidewall spacer into the oxide layer is preferably performed by a step of irradiating the sidewall spacer with radical species. In this case, an oxide layer is formed by the reactivity of the radical itself.

請求項11では、請求項10記載の半導体装置の製造方法において、ラジカル種は酸素ラジカルまたは窒素ラジカルを含むことが好ましい。酸素ラジカル、窒素ラジカル照射の場合、ラジカル自身の反応性にて酸化層が形成されるので200℃以下の低温にてサイドウォールスペーサを酸化層に変換できる。したがって、ソース・ドレイン活性化などの半導体集積回路製造工程中の総合熱処理履歴(サーマルバジェット)が厳しい微細素子パターンプロセスには非常に有効である。   According to an eleventh aspect of the present invention, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the tenth aspect, the radical species preferably includes an oxygen radical or a nitrogen radical. In the case of irradiation with oxygen radicals or nitrogen radicals, an oxide layer is formed by the reactivity of the radicals themselves, so that the sidewall spacer can be converted into an oxide layer at a low temperature of 200 ° C. or lower. Therefore, it is very effective for a fine element pattern process in which a comprehensive heat treatment history (thermal budget) during a semiconductor integrated circuit manufacturing process such as source / drain activation is severe.

請求項12では、請求項7記載の半導体装置の製造方法において、サイドウォールスペーサを酸化層に変換する工程は、サイドウォールスペーサにイオンを照射する工程により行うことが好ましい。請求項3と同様にサイドウォールスペーサが酸化層に変換される。   According to a twelfth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the seventh aspect, the step of converting the sidewall spacer into the oxide layer is preferably performed by a step of irradiating the sidewall spacer with ions. As in the third aspect, the sidewall spacer is converted into an oxide layer.

請求項13では、請求項12記載の半導体装置の製造方法において、イオンは酸素イオンまたは窒素イオンまたは不活性ガスイオンのいずれか一つを含むことが好ましい。   According to a thirteenth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the twelfth aspect, the ions preferably include any one of oxygen ions, nitrogen ions, or inert gas ions.

請求項14では、請求項7記載の半導体装置の製造方法において、酸化層を選択的に除去する工程は、弗素を含む薬液を用いて行うことが好ましい。請求項5と同様に酸化層を選択的に除去することができる。   According to a fourteenth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the seventh aspect, the step of selectively removing the oxide layer is preferably performed using a chemical solution containing fluorine. Similar to the fifth aspect, the oxide layer can be selectively removed.

請求項15では、請求項7記載の半導体装置の製造方法において、酸化層を選択的に除去する工程は、弗素を含むガスを用いて行うことが好ましい。   According to a fifteenth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the seventh aspect, the step of selectively removing the oxide layer is preferably performed using a gas containing fluorine.

この発明の請求項16記載の半導体装置によれば、ゲート電極の側壁にSiCwxyz(w>0、x≧0、y>0、z≧0)で表される有機無機ハイブリッド膜からなるサイドウォールスペーサが形成され、サイドウォールスペーサに隣接する半導体基板表面領域に拡散層が形成され、拡散層の表面位置は、ゲート絶縁膜下の半導体基板の表面位置と同一か、または7nm以下の範囲でゲート絶縁膜下の半導体基板の表面位置より低いので、拡散層のリーク、コンタクト抵抗のばらつきを防止することができる。すなわち、サイドウォールスペーサ形成後、半導体集積回路の拡散工程終了までには、ソース・ドレイン拡散層表面は種々の薬液にさらされ、薬液処理によりゲート絶縁膜下あるいはサイドウォールスペーサ下の半導体基板より2〜5nm程度削れた形、すなわち、ソース・ドレイン拡散層領域の表面が2〜5nm低くなり、望ましい場合は0nmとなる。この量は従来のドライエッチング技術を用いたサイドウォールスペーサ形成方法での、ドライエッチング寄与分5〜10nmと薬液処理工程寄与分2〜5nmを合わせた7〜15nm程度よりはるかに少なく、リークやコンタクト抵抗に影響しない。 According to the semiconductor device of the sixteenth aspect of the present invention, the organic / inorganic represented by SiC w H x O y N z (w> 0, x ≧ 0, y> 0, z ≧ 0) on the side wall of the gate electrode. A sidewall spacer made of a hybrid film is formed, a diffusion layer is formed in a semiconductor substrate surface region adjacent to the sidewall spacer, and the surface position of the diffusion layer is the same as the surface position of the semiconductor substrate under the gate insulating film, or Since it is lower than the surface position of the semiconductor substrate under the gate insulating film in the range of 7 nm or less, it is possible to prevent the leakage of the diffusion layer and the variation in the contact resistance. That is, after the formation of the sidewall spacer and before the end of the diffusion process of the semiconductor integrated circuit, the surface of the source / drain diffusion layer is exposed to various chemical solutions. The shape cut by about ˜5 nm, that is, the surface of the source / drain diffusion layer region is lowered by 2 to 5 nm, and is preferably 0 nm. This amount is far less than about 7 to 15 nm, which is a total of 5 to 10 nm for the dry etching contribution and 2 to 5 nm for the chemical treatment process in the side wall spacer forming method using the conventional dry etching technique. Does not affect resistance.

この発明の第1の実施形態を図1〜図5に基づいて説明する。図1(a)〜(e)は本発明の第1の実施形態において微小なゲート長を持つMOSトランジスタの製造工程を示す工程断面図である。   A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1A to 1E are process cross-sectional views illustrating a process for manufacturing a MOS transistor having a very small gate length in the first embodiment of the present invention.

本発明の第1の実施形態による製造方法の要点は、ゲート電極上面及び側面に堆積した一般式SiCwxyz(w>0、x≧0、y>0、z≧0)で表される有機無機ハイブリッド膜表面に酸素イオンまたは窒素イオンまたは不活性ガスイオンを照射して表面を酸化層に変換した後、酸化層を選択的に除去することによってサイドウォールスペーサを形成するものである。図1は酸素イオンを照射する場合のMOSトランジスタの製造工程を示しているが、窒素イオン、不活性ガスイオンを照射する場合は(c)の工程だけが異なり、これ以外の工程は酸素イオンを照射する場合と同じである。窒素イオンを照射する工程(c)の断面図は図3に、また、不活性ガスイオン、特にArイオンを照射する工程(c)の断面図を図4に示す。 The main point of the manufacturing method according to the first embodiment of the present invention is that the general formula SiC w H x O y N z (w> 0, x ≧ 0, y> 0, z ≧ 0) deposited on the upper surface and side surface of the gate electrode. The surface of the organic / inorganic hybrid film represented by the following is irradiated with oxygen ions, nitrogen ions, or inert gas ions to convert the surface into an oxide layer, and then the oxide layer is selectively removed to form a sidewall spacer. It is. FIG. 1 shows the manufacturing process of a MOS transistor in the case of irradiation with oxygen ions. However, in the case of irradiation with nitrogen ions and inert gas ions, only the process (c) is different. Same as for irradiation. FIG. 3 shows a cross-sectional view of the step (c) of irradiating nitrogen ions, and FIG. 4 shows a cross-sectional view of the step (c) of irradiating inert gas ions, particularly Ar ions.

まず、図1(a)に示すように、半導体基板100上に例えば2nmのゲート酸化膜101を介して、例えば200nmのポリシリコン膜からなるゲート電極102を公知のフォトリソグラフィー技術とドライエッチング技術を用いて形成する。次に、ソース及びドレインの一部となる不純物濃度の低いN型拡散層103,104をゲート電極102をマスクとしてイオン注入法(例えばP+を5×1013個/cm2)により自己整合的に形成する。 First, as shown in FIG. 1A, a known photolithography technique and a dry etching technique are applied to a gate electrode 102 made of, for example, a 200 nm polysilicon film on a semiconductor substrate 100 via a 2 nm gate oxide film 101, for example. Use to form. Next, self-alignment is performed by ion implantation (for example, P + is 5 × 10 13 / cm 2 ) using the N-type diffusion layers 103 and 104 having a low impurity concentration as part of the source and drain as a mask for the gate electrode 102. To form.

次に、図1(b)に示すように、被加工基板105の表面を覆うように上に述べた有機無機ハイブリッド膜の一つで、SiCxy(x>0、y>0)で表されるMSQ(メチルシルセスキオキサン)膜106をプラズマCVD法により例えば60nm堆積する。次に、図1(c)に示すように、例えば酸素イオン107をMSQ膜106の表面に向け、半導体基板の主面に対してほぼ垂直になるように照射して、MSQ膜106の所定部、すなわち表面部を酸化層108に変換する。この工程は酸素イオンの代わりに窒素イオンを照射しても全く同様に行われる。このようにして最初のMSQ膜106の表面部は酸化層108となり、その下にMSQ膜が残留した状態となる。次に、図1(d)に示すように、酸化層108を例えばHFを5%含有する薬液を用いて選択的に除去し、MSQ膜からなるサイドウォールスペーサ109を形成する。次に、図1(e)に示すように、ゲート電極102及びサイドウォールスペーサ109をマスクとし、イオン注入法(例えばAs+を5×1015個/cm2)によって前記ソース及びドレインの他の部分となる高濃度の拡散層110,111を自己整合的に形成してMOSトランジスタの基本構造が完成する。 Next, as shown in FIG. 1B, one of the organic-inorganic hybrid films described above so as to cover the surface of the substrate 105 to be processed is SiC x O y (x> 0, y> 0). An MSQ (methylsilsesquioxane) film 106 shown is deposited by, for example, 60 nm by plasma CVD. Next, as shown in FIG. 1C, for example, oxygen ions 107 are directed toward the surface of the MSQ film 106 so as to be substantially perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate, and thereby a predetermined portion of the MSQ film 106 is irradiated. That is, the surface portion is converted into the oxide layer 108. This process is performed in the same manner even when nitrogen ions are irradiated instead of oxygen ions. In this manner, the surface portion of the first MSQ film 106 becomes the oxide layer 108, and the MSQ film remains under the oxide layer 108. Next, as shown in FIG. 1D, the oxide layer 108 is selectively removed using, for example, a chemical solution containing 5% of HF to form a sidewall spacer 109 made of an MSQ film. Next, as shown in FIG. 1E, by using the gate electrode 102 and the side wall spacer 109 as a mask, other sources and drains are formed by an ion implantation method (for example, As + 5 × 10 15 / cm 2 ). The basic structure of the MOS transistor is completed by forming the high-concentration diffusion layers 110 and 111 to be parts in a self-aligned manner.

本実施形態の工程の特徴は(c)、(d)の工程にあるが、図1(c)に示す酸化層108の形成方法について更に具体的に説明する。酸化層108を形成するためには図2に示すようなプラズマ処理装置を使用する。   The process of this embodiment is characterized by the processes (c) and (d). The method for forming the oxide layer 108 shown in FIG. 1 (c) will be described more specifically. In order to form the oxide layer 108, a plasma processing apparatus as shown in FIG. 2 is used.

プラズマ処理装置を説明すると、図2に示すように、接地されていると共に内壁がセラミック、アルミナ又は石英等の絶縁物で覆われた処理室201の上には、第1の高周波電源202から第1の高周波電力が印加される誘導コイル(上部電極)203が設けられており、誘導コイル203に第1の高周波電力が印加されると、処理室201の内部に誘導結合プラズマが発生する。一方、処理室201の底部には、第2の高周波電源204から第2の高周波電力が印加される試料台(下部電極)205が設けられており、第2の高周波電力により試料台205に向かうイオンのエネルギーが制御される。尚、図示は省略しているが、試料台205の内部には、冷媒等によって試料台205の温度を0℃〜+80℃程度の範囲で制御する温度制御装置が設けられている。処理室201には、処理ガスがマスフローコントローラ(図示は省略している)を介して導入口(図示は省略している)から導かれると共に、処理室201の圧力はターボポンプ(図示は省略している)により0.1Pa〜10Pa程度の範囲に制御される。このようなプラズマ処理装置の内部の試料台205上に、MSQ膜106が堆積された被加工基板を設置し、第1、および第2の高周波電力を上部電極、下部電極に印加してMSQ膜106に、半導体基板の主面に対してほぼ垂直に酸素イオン107を照射し、MSQ膜106を酸化層108に換える。ここで第2の高周波電力を制御すると入射イオンエネルギーが調整でき、酸化層108の形成量を所定の値に調整することができる。   The plasma processing apparatus will be described. As shown in FIG. 2, a first high frequency power source 202 is connected to a processing chamber 201 that is grounded and whose inner wall is covered with an insulator such as ceramic, alumina, or quartz. An induction coil (upper electrode) 203 to which one high frequency power is applied is provided. When the first high frequency power is applied to the induction coil 203, inductively coupled plasma is generated inside the processing chamber 201. On the other hand, a sample stage (lower electrode) 205 to which a second high-frequency power is applied from the second high-frequency power source 204 is provided at the bottom of the processing chamber 201, and is directed to the sample stage 205 by the second high-frequency power. Ion energy is controlled. Although not shown, a temperature control device that controls the temperature of the sample table 205 in the range of about 0 ° C. to + 80 ° C. with a refrigerant or the like is provided inside the sample table 205. A processing gas is introduced into the processing chamber 201 from an inlet (not shown) through a mass flow controller (not shown), and the pressure in the processing chamber 201 is a turbo pump (not shown). In the range of 0.1 Pa to 10 Pa. The substrate to be processed on which the MSQ film 106 is deposited is placed on the sample stage 205 inside such a plasma processing apparatus, and the first and second high frequency powers are applied to the upper electrode and the lower electrode to apply the MSQ film. 106 is irradiated with oxygen ions 107 substantially perpendicularly to the main surface of the semiconductor substrate to replace the MSQ film 106 with the oxide layer 108. Here, by controlling the second high-frequency power, the incident ion energy can be adjusted, and the formation amount of the oxide layer 108 can be adjusted to a predetermined value.

具体的条件として酸素イオンを照射する場合は、例えば圧力:0.6Pa、第1の高周波電力:1000W、第2の高周波電力:300W、O2流量:100ml/min、試料台の温度:60℃を適用した場合MSQ膜106に約60nmの酸化層108を形成することができる。この場合、圧力は低圧で酸素イオンの入射異方性が強く、酸素イオン107が第2の高周波電力によるバイアスによりMSQ膜106に対して垂直方向に照射されるため、酸化層108は垂直方向に形成が進む。 When irradiating oxygen ions as specific conditions, for example, pressure: 0.6 Pa, first high frequency power: 1000 W, second high frequency power: 300 W, O 2 flow rate: 100 ml / min, sample stage temperature: 60 ° C. In this case, an oxide layer 108 of about 60 nm can be formed on the MSQ film 106. In this case, since the pressure is low and the incident anisotropy of oxygen ions is strong, and the oxygen ions 107 are irradiated in the vertical direction with respect to the MSQ film 106 by the bias by the second high frequency power, the oxide layer 108 is in the vertical direction. Formation proceeds.

MSQ膜を一般化した式SiCwxyz(w>0、x≧0、y>0、z≧0)で表される膜に酸素イオンを照射することにより、MSQ膜を構成するC、H、Nと酸素イオンが反応し、
SiCHON+O+→SiOx(x=1〜2)+CO2↑+H2O↑+NO↑+etc↑
なる反応を経て酸化層が形成される。
By irradiating oxygen ions into membrane represented a MSQ film in generalized formula SiC w H x O y N z (w> 0, x ≧ 0, y> 0, z ≧ 0), constituting an MSQ film C, H, N reacts with oxygen ions,
SiCHON + O + → SiO x (x = 1 to 2) + CO 2 ↑ + H 2 O ↑ + NO ↑ + etc ↑
Through this reaction, an oxide layer is formed.

また、窒素イオンを照射する場合もまた図2に示すようなプラズマ処理装置を使用し、具体的な条件として例えば圧力:0.6Pa、第1の高周波電力:1000W、第2の高周波電力:300W、N2流量:100ml/min、試料台の温度:60℃を適用することにより、図3に示すように、窒素イオン301によってMSQ膜106に約60nmの酸化層302を形成することができる。SiCwxyz(w>0、x≧0、y>0、z≧0)のMSQ膜に窒素イオンを照射したときはMSQ膜を構成するC、H、Nと窒素イオンが反応し、
SiCHON+N+→SiOx(x=1〜2)+N2↑+HCN↑+CN↑+etc↑
なる反応を経て酸化層が形成される。
Further, in the case of irradiation with nitrogen ions, a plasma processing apparatus as shown in FIG. 2 is also used. As specific conditions, for example, pressure: 0.6 Pa, first high frequency power: 1000 W, second high frequency power: 300 W By applying N 2 flow rate: 100 ml / min and sample stage temperature: 60 ° C., an oxide layer 302 of about 60 nm can be formed on the MSQ film 106 by nitrogen ions 301 as shown in FIG. When the MSQ film of SiC w H x O y N z (w> 0, x ≧ 0, y> 0, z ≧ 0) is irradiated with nitrogen ions, C, H, N and nitrogen ions constituting the MSQ film are React,
SiCHON + N + → SiO x (x = 1 to 2) + N 2 ↑ + HCN ↑ + CN ↑ + etc ↑
Through this reaction, an oxide layer is formed.

また、Arイオンのような不活性ガスイオンの照射も図2に示すプラズマ処理装置で行い、具体的条件として例えば圧力:0.6Pa、第1の高周波電力:1000W、第2の高周波電力:500W、Ar流量:100ml/min、試料台の温度:60℃を適用することにより、図4に示すように、Arイオン401によってMSQ膜106に約60nmの酸化層402を形成することができる。SiCwxyz(w>0、x≧0、y>0、z≧0)の形のMSQ膜にArイオンを照射すると、MSQ膜を構成するC、H、Nを不活性ガスイオンがスパッタリングすることにより、
SiCHON+Ar+→SiOx(x=1〜2)+N2↑+H2↑+CO2↑+etc↑
なる反応を経て酸化層が形成される。
In addition, irradiation with inert gas ions such as Ar ions is also performed by the plasma processing apparatus shown in FIG. 2. Specific conditions include, for example, pressure: 0.6 Pa, first high-frequency power: 1000 W, and second high-frequency power: 500 W. By applying Ar flow rate: 100 ml / min and sample stage temperature: 60 ° C., an oxide layer 402 of about 60 nm can be formed on the MSQ film 106 by Ar ions 401 as shown in FIG. SiC w H x O y N z (w> 0, x ≧ 0, y> 0, z ≧ 0) is irradiated with Ar ions MSQ film in the form of, C constituting the MSQ film, H, N-inert When gas ions are sputtered,
SiCHON + Ar + → SiO x (x = 1 to 2) + N 2 ↑ + H 2 ↑ + CO 2 ↑ + etc ↑
Through this reaction, an oxide layer is formed.

以上のような過程においてMSQ膜に含有するC、H、Nは酸素または窒素と結合し気体となってMSQ膜から処理室へ拡散し、外部へ排気される。あるいはArイオンによりスパッタリングされて窒素、水素、CO2などのガスとして外部へ排気されることになる。そしてMSQ膜表面にはSiO成分だけが残り酸化層に変換されると考えられる。また、MSQ膜の表面層が酸化層108に変換される過程を見ると、MSQ膜106を構成するSi−CH3結合が酸素イオン、窒素イオン、ArイオンによりSi−O結合、Si−OH結合に変化することにより形成されると考えられる。このように本発明の構成の特徴の一つは、有機無機ハイブリッド膜のパターンを形成した後、この膜の表面部を酸化層に変質させることであるが、実際に例えば酸素イオンをO2プラズマを発生させて形成し、有機無機ハイブリッド膜の一つであるMSQ膜に照射した後、照射部をFTIR(フーリエ変換赤外吸収スペクトル)で調べると図5に示すように酸素イオン照射時間にしたがってSi−O結合スペクトルのみが強く現れ、残るようになる。これはMSQ膜のC、Hなどが酸素イオン照射によって除去され、実際に酸化層に変換されていることを示すものである。 In the above process, C, H, and N contained in the MSQ film are combined with oxygen or nitrogen to become a gas, diffuse from the MSQ film to the processing chamber, and are exhausted to the outside. Alternatively, it is sputtered by Ar ions and exhausted to the outside as a gas such as nitrogen, hydrogen or CO 2 . It is considered that only the SiO component remains on the surface of the MSQ film and is converted into an oxide layer. Further, when the process of converting the surface layer of the MSQ film into the oxide layer 108 is seen, the Si—CH 3 bonds constituting the MSQ film 106 are Si—O bonds, Si—OH bonds by oxygen ions, nitrogen ions, and Ar ions. It is thought that it is formed by changing to. One feature of the structure of the present invention as described above, after forming the pattern of the organic-inorganic hybrid film, but is to alter the surface portion of the film to the oxide layer, actually for example oxygen ions O 2 plasma After irradiating the MSQ film, which is one of the organic-inorganic hybrid films, when the irradiated part is examined by FTIR (Fourier transform infrared absorption spectrum), the oxygen ion irradiation time is shown in FIG. Only the Si—O bond spectrum appears strongly and remains. This indicates that C, H, etc. of the MSQ film are removed by the oxygen ion irradiation and actually converted into an oxide layer.

このようにして酸化層中にはSi−O、Si−OH結合が存在するが、ダングリングボンドなども多数存在し、CVDシリコン酸化膜、熱酸化膜などと比べて密度が低く、図1(d)の工程で使用するHF含有薬液中のF−と結合しやすい。一方、MSQ膜106はSi原子にメチル基から電子が供給され、ダングリングボンド数が少なくなっているのでF−と反応し難い性質がある。このため、図1(d)の工程において、HF含有薬液を用いればこの酸化層は残留したMSQ膜に対して選択的に容易に除去することが出来る。すなわち、上記薬液による除去レートはMSQ膜106と比較して酸化層108の方が非常に大きくなるので、酸化層108を選択的に除去することができる(選択比:10程度)。   Thus, although Si—O and Si—OH bonds exist in the oxide layer, there are many dangling bonds and the like, and the density is lower than that of a CVD silicon oxide film, a thermal oxide film, etc. FIG. It easily binds to F- in the HF-containing chemical solution used in step d). On the other hand, the MSQ film 106 has a property that it is difficult to react with F− because electrons are supplied to the Si atoms from the methyl group and the number of dangling bonds is reduced. For this reason, in the step of FIG. 1D, if an HF-containing chemical solution is used, this oxide layer can be selectively removed easily from the remaining MSQ film. That is, the removal rate by the chemical solution is much higher in the oxide layer 108 than in the MSQ film 106, so that the oxide layer 108 can be selectively removed (selectivity ratio: about 10).

以上説明したように、本実施形態による製造方法では、サイドウォールスペーサ109を半導体基板は実質的にエッチングしないHF含有薬液を用いたウエットエッチで形成できるので、従来のように半導体基板に削れが発生するという問題を回避することが出来る。そして最終的にはMOSトランジスタの接合リークやコンタクト抵抗の増大を防止することが出来るものである。   As described above, in the manufacturing method according to the present embodiment, the sidewall spacer 109 can be formed by wet etching using an HF-containing chemical solution that does not substantially etch the semiconductor substrate. You can avoid the problem of doing. Ultimately, junction leakage of MOS transistors and increase in contact resistance can be prevented.

なお、MOSトランジスタのサイドウォールスペーサ形成後、半導体集積回路の拡散工程終了までには、ソース・ドレイン拡散層表面は種々の薬液にさらされ、NH4OH+H22などの薬液処理によりゲート絶縁膜下あるいはサイドウォールスペーサ下の半導体基板より2〜5nm程度削れた形、すなわち、ソース・ドレイン拡散層領域の表面が2〜5nm低くなり、望ましい場合は0nmとなる。この量は従来のドライエッチング技術を用いたサイドウォールスペーサ形成方法での、ドライエッチング寄与分5〜10nmと薬液処理工程寄与分2〜5nmを合わせた7〜15nm程度よりはるかに少なく、リークやコンタクト抵抗に影響しない。 The surface of the source / drain diffusion layer is exposed to various chemicals after the formation of the sidewall spacers of the MOS transistor and before the end of the diffusion process of the semiconductor integrated circuit, and the gate insulating film is formed by chemical treatment such as NH 4 OH + H 2 O 2. The shape of the semiconductor substrate below or below the sidewall spacer is cut by about 2 to 5 nm, that is, the surface of the source / drain diffusion layer region is 2 to 5 nm lower, and 0 nm is desirable. This amount is far less than about 7 to 15 nm, which is a total of 5 to 10 nm for the dry etching contribution and 2 to 5 nm for the chemical treatment process in the side wall spacer forming method using the conventional dry etching technique. Does not affect resistance.

窒素イオンを照射する方法では、ゲート電極以外の半導体基板上にレジストパターンなどが存在し、酸素イオンではレジストがエッチングされてしまうような場合であっても酸化層302を形成することができるという利点がある。Arイオンを照射する方法でも、ゲート電極以外の領域にレジストパターンなどが存在し、酸素イオンが使用できない場合でも酸化層402を形成できる。また、特にArイオンは不活性であるため、MSQ膜106以外の半導体基板上でイオンに曝される部位に酸化層や窒化層などの反応層を形成することはない。したがって、MSQ膜106以外の部位に反応層を形成したくない場合に非常に有効である。   The method of irradiating nitrogen ions has an advantage that the oxide layer 302 can be formed even when a resist pattern or the like exists on the semiconductor substrate other than the gate electrode and the resist is etched by oxygen ions. There is. Even in the method of irradiating with Ar ions, the oxide layer 402 can be formed even when a resist pattern or the like exists in a region other than the gate electrode and oxygen ions cannot be used. In particular, since Ar ions are inactive, a reaction layer such as an oxide layer or a nitride layer is not formed in a portion exposed to ions on the semiconductor substrate other than the MSQ film 106. Therefore, it is very effective when it is not desired to form a reaction layer in a part other than the MSQ film 106.

この実施の形態では、第2の高周波電力を制御することによって酸化層の形成量を制御することを述べたが、その他処理室における処理圧力、第1の高周波電力、ガス流量、試料台の温度、処理時間などのパラメータを制御することでも酸化層の形成量を制御することができる。例えば、第1の高周波電力、ガス流量、処理時間を増大させた場合は、酸素イオンまたは窒素イオンまたはArイオンの供給量が増大するので、酸化層の形成量は増大する。また、試料台の温度を上昇させた場合は、酸素イオンまたは窒素イオンとMSQ膜を構成するC、Hなどの元素との反応が促進されるので、酸化層の形成量は増大し、Arイオンの場合はArイオンのスパッタリングによってMSQ膜の成分から生成されるCO2、H2などの生成ガスが揮発しやすくなるので、酸化層の形成量が加速増大する。 In this embodiment, it is described that the formation amount of the oxide layer is controlled by controlling the second high frequency power. However, the processing pressure in the processing chamber, the first high frequency power, the gas flow rate, and the temperature of the sample stage are described. The amount of oxide layer formed can also be controlled by controlling parameters such as processing time. For example, when the first high-frequency power, the gas flow rate, and the processing time are increased, the supply amount of oxygen ions, nitrogen ions, or Ar ions increases, so that the amount of oxide layer formation increases. Further, when the temperature of the sample stage is raised, the reaction between oxygen ions or nitrogen ions and elements such as C and H constituting the MSQ film is promoted, so that the amount of oxide layer formed increases and Ar ions are increased. In this case, the generated gas such as CO 2 and H 2 generated from the components of the MSQ film is easily volatilized by sputtering of Ar ions, so that the amount of formation of the oxide layer is accelerated and increased.

また、照射イオン用ガスとして酸素ガスに代えて、酸素と炭素の化合物(CO、CO2など)、酸素と窒素の化合物(NO、NO2、N2O、N22など)、酸素と水素の化合物(H2O、H22など)を使用し、照射イオン用ガスとして窒素ガスに代えて、酸素と窒素の化合物(NO、NO2、N2O、N22など)、窒素と水素の化合物(NH3、N22など)、窒素と炭素の化合物(C22など)を使用し、また、Arガスに代えて、He、Ne、Kr、Xeなどの不活性ガスを使用しても同様の効果を得ることができる。 Further, instead of oxygen gas as irradiation ion gas, oxygen and carbon compounds (CO, CO 2 etc.), oxygen and nitrogen compounds (NO, NO 2 , N 2 O, N 2 O 2 etc.), oxygen and Use hydrogen compounds (H 2 O, H 2 O 2, etc.) and replace nitrogen gas as irradiation ion gas with oxygen and nitrogen compounds (NO, NO 2 , N 2 O, N 2 O 2, etc.) , Nitrogen and hydrogen compounds (NH 3 , N 2 H 2 etc.), nitrogen and carbon compounds (C 2 N 2 etc.) are used, and instead of Ar gas, He, Ne, Kr, Xe etc. Even if an inert gas is used, the same effect can be obtained.

この発明の第2の実施形態を図6〜図9に基づいて説明する。図6及び図7は、本発明の第2の実施形態による半導体装置の製造方法を説明する工程断面図であり、第1の実施形態と同様MOSトランジスタ部分の断面を示している。   A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 and 7 are process cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, and show a cross section of a MOS transistor portion as in the first embodiment.

この実施形態は、第1の実施形態に記載した方法と同様にしてゲート電極側面にMSQ膜からなるサイドウォールを形成した後、そのサイドウォールスペーサを酸化層に変換して除去することが主要な構成である。まず、図6(a)に示すように、半導体基板500上に例えば2nmのゲート酸化膜501を介して、例えば200nmのポリシリコン膜からなるゲート電極502を公知のフォトリソグラフィー技術とドライエッチング技術を用いて形成する。次に、ソース及びドレインの一部となる不純物濃度の低いN型拡散層503、504をゲート電極502をマスクとしてイオン注入法(例えばP+を5×1013個/cm2)により自己整合的に形成する。 In this embodiment, after the side wall made of the MSQ film is formed on the side surface of the gate electrode in the same manner as the method described in the first embodiment, the side wall spacer is converted into an oxide layer and removed. It is a configuration. First, as shown in FIG. 6A, a known photolithography technique and a dry etching technique are used to form a gate electrode 502 made of, for example, a 200 nm polysilicon film on a semiconductor substrate 500 via a 2 nm gate oxide film 501. Use to form. Next, self-alignment is performed by ion implantation (for example, P + is 5 × 10 13 / cm 2 ) using the N-type diffusion layers 503 and 504 having a low impurity concentration as a part of the source and drain as a mask for the gate electrode 502. To form.

次に、図6(b)に示すように、被加工基板505の表面を覆うようにSiCxy(x>0、y>0)で表されるMSQ(メチルシルセスキオキサン)膜506をCVD法により例えば60nm堆積する。このMSG膜は水素、窒素を含んで一般式SiCwxyz(w>0、x≧0、y>0、z≧0)で表されるものでもよい。次に、図6(c)に示すように、図1(c)、図3、図4の各種方法を使用して、例えば酸素イオン507をMSQ膜506に照射して、MSQ膜506の表面部を第1の酸化層508に変換する。次に、図6(d)に示すように、第1の酸化層508を例えばHFを5%含有する薬液を用いて選択的に除去し、サイドウォールスペーサ509を形成する。 Next, as shown in FIG. 6B, an MSQ (methyl silsesquioxane) film 506 represented by SiC x O y (x> 0, y> 0) so as to cover the surface of the substrate 505 to be processed. Is deposited by CVD, for example, to 60 nm. This MSG film may contain hydrogen and nitrogen and be represented by the general formula SiC w H x O y N z (w> 0, x ≧ 0, y> 0, z ≧ 0). Next, as shown in FIG. 6C, the MSQ film 506 is irradiated with, for example, oxygen ions 507 using various methods shown in FIGS. The portion is converted into the first oxide layer 508. Next, as shown in FIG. 6D, the first oxide layer 508 is selectively removed using, for example, a chemical solution containing 5% of HF to form sidewall spacers 509.

次に、図6(e)に示すように、ゲート電極502及びサイドウォールスペーサ509をマスクとし、イオン注入法(例えばAs+を5×1015個/cm2)によって前記ソース及びドレインの他の部分となる高濃度の拡散層510,511を自己整合的に形成する。 Next, as shown in FIG. 6E, by using the gate electrode 502 and the side wall spacer 509 as a mask, other sources and drains are formed by an ion implantation method (for example, As + 5 × 10 15 / cm 2 ). High-concentration diffusion layers 510 and 511 are formed in a self-aligned manner.

次に、図7(a)に示すように、サイドウォールスペーサ509に酸素ガス512を照射すると同時に被加工基板を加熱するなどして熱エネルギーを与えることにより、サイドウォールスペーサ509を第2の酸化層513に変換する。図6,7の例ではサイドウォールスペーサ509全体を酸化層513に変換する条件を取っている。次に、図7(b)に示すように、第2の酸化層513を例えばHFを5%含有する薬液を用いて選択的に除去すると、サイドウォールスペーサのないMOSトランジスタの基本構造が完成する。   Next, as shown in FIG. 7A, the sidewall spacer 509 is irradiated with the oxygen gas 512, and at the same time, the substrate to be processed is heated to give a thermal energy, so that the sidewall spacer 509 is subjected to the second oxidation. Convert to layer 513. In the example of FIGS. 6 and 7, the conditions for converting the entire sidewall spacer 509 into the oxide layer 513 are taken. Next, as shown in FIG. 7B, when the second oxide layer 513 is selectively removed using a chemical solution containing, for example, 5% HF, the basic structure of the MOS transistor without the sidewall spacer is completed. .

本実施形態の特徴は工程図7(a)であり、次に、図7(a)に示す第2の酸化層513の形成についてさらに詳細に説明する。第2の酸化層513を形成するためには図8に示すようなヒーター加熱式の熱処理装置を使用する。   The feature of this embodiment is a process drawing 7A, and the formation of the second oxide layer 513 shown in FIG. 7A will be described in more detail. In order to form the second oxide layer 513, a heater heating type heat treatment apparatus as shown in FIG. 8 is used.

図8において、処理室601には試料台602が設置され、試料台602内部にはヒーター及び熱伝対を備えた温度制御装置が設けられており、試料台602の温度を400℃〜1000℃の範囲で制御することができる(図示は省略している)。処理室601には、ガスがマスフローコントローラ603を介して導入口604から導かれると共に、処理室内の圧力はドライポンプ(図示は省略している)により50Pa〜200Pa程度の範囲に制御される。   In FIG. 8, a sample stage 602 is installed in a processing chamber 601, and a temperature control device including a heater and a thermocouple is provided inside the sample stage 602. The temperature of the sample stage 602 is set to 400 ° C. to 1000 ° C. (The illustration is omitted). Gas is introduced into the processing chamber 601 from the inlet 604 via the mass flow controller 603, and the pressure in the processing chamber is controlled to a range of about 50 Pa to 200 Pa by a dry pump (not shown).

図7(a)の工程を実施するときは、試料台602上にMSQ膜からなるサイドウォールスペーサが形成された被加工基板を設置し、サイドウォールスペーサ509に酸素ガス512を照射するとともに試料台602から熱エネルギーを与えて第2の酸化層513に変換する。この具体的条件として例えば圧力:100Pa、O2流量:1000ml/min、試料台の温度:700℃を適用することにより、サイドウォールスペーサ509に約60nmの酸化層513を形成することができる。この場合、酸素ガスは等方的にサイドウォールスペーサに入射するので、サイドウォールスペーサ509は等方的に第2の酸化層513に変換される。この変換過程では、MSQ膜を構成するC、H、Nと酸素が反応し、
SiCHON+O→SiOx(x=1〜2)+CO2↑+H2O↑+NO↑+etc↑
なる反応が生じていると考えられる。
When performing the process of FIG. 7A, a substrate to be processed on which a side wall spacer made of an MSQ film is formed is placed on a sample stage 602, and the side wall spacer 509 is irradiated with oxygen gas 512 and the sample stage. Thermal energy is applied from 602 and converted into the second oxide layer 513. By applying, for example, pressure: 100 Pa, O 2 flow rate: 1000 ml / min, and sample stage temperature: 700 ° C. as specific conditions, an oxide layer 513 of about 60 nm can be formed on the sidewall spacer 509. In this case, the oxygen gas isotropically enters the sidewall spacer, so that the sidewall spacer 509 is isotropically converted into the second oxide layer 513. In this conversion process, oxygen reacts with C, H, N constituting the MSQ film,
SiCHON + O → SiO x (x = 1 to 2) + CO 2 ↑ + H 2 O ↑ + NO ↑ + etc ↑
It is thought that the following reaction occurs.

以上の実施の形態で、図7(a)の工程におけるサイドウォールスペーサ509の酸化層への変換量は試料台の温度を制御することによって可能であるが、これ以外に処理室内の処理圧力、ガス流量、処理時間などのパラメータを制御することでもできる。例えば、処理圧力、ガス流量、処理時間を増大させた場合は、酸素の供給量が増大するので、酸化層の形成量は増大する。工程図7(a)の処理ガスとして酸素ガスを使用したが、酸素と炭素の化合物(CO、CO2など)、酸素と窒素の化合物(NO、NO2、N2O、N22など)、酸素と水素の化合物(H2O、H22など)を使用しても同様の効果を得ることができる。 In the above embodiment, the amount of conversion of the sidewall spacer 509 into the oxide layer in the step of FIG. 7A can be controlled by controlling the temperature of the sample stage. It is also possible to control parameters such as gas flow rate and processing time. For example, when the processing pressure, the gas flow rate, and the processing time are increased, the supply amount of oxygen increases, so the amount of oxide layer formed increases. Step 7 was used an oxygen gas as a process gas (a), a compound of oxygen and carbon (CO, etc. CO 2), compounds of oxygen and nitrogen (NO, NO 2, N 2 O, etc. N 2 O 2 ), And using an oxygen and hydrogen compound (H 2 O, H 2 O 2, etc.), the same effect can be obtained.

以上図6,7を用いて説明したMOSトランジスタの製造工程において、特に図7(a)のサイドウォールスペーサ509を第2の酸化層513に変換するために酸素ガスを用いたが、他のガス、すなわち窒素ガスを使用することもできる。   In the manufacturing process of the MOS transistor described with reference to FIGS. 6 and 7, oxygen gas is used to convert the side wall spacer 509 of FIG. 7A into the second oxide layer 513, but other gases are used. That is, nitrogen gas can also be used.

図9は、本発明の第2の実施形態のMOSトランジスタの製造工程において図7(a)に対応し、窒素ガスを照射して酸化層に変換する工程を示す工程断面図であり、701は窒素ガス、702は第2の酸化層である。窒素ガスを照射する場合も図8に示すヒーター加熱式の熱処理装置を使用し、サイドウォールスペーサ509に窒素ガス701を照射するとともに、試料台602から半導体基板に熱エネルギーを与えて第2の酸化層702に変換する。具体的な条件として例えば圧力:100Pa、N2流量:1000ml/min、試料台の温度:700℃を適用すると、サイドウォールスペーサ509に約60nmの第2の酸化層702を形成することができる。 9 corresponds to FIG. 7A in the manufacturing process of the MOS transistor according to the second embodiment of the present invention, and is a process sectional view showing a process of irradiating nitrogen gas to convert it into an oxide layer. Nitrogen gas 702 is a second oxide layer. Also in the case of irradiation with nitrogen gas, the heater heating type heat treatment apparatus shown in FIG. 8 is used to irradiate the side wall spacer 509 with nitrogen gas 701 and to apply thermal energy from the sample stage 602 to the semiconductor substrate to perform the second oxidation. Convert to layer 702. As specific conditions, for example, when a pressure: 100 Pa, an N 2 flow rate: 1000 ml / min, and a sample stage temperature: 700 ° C. are applied, a second oxide layer 702 of about 60 nm can be formed on the sidewall spacer 509.

窒素ガスは図7(a)の場合と同様等方的に照射されるので、サイドウォールスペーサ509は等方的に第2の酸化層702に変換される。MSQ膜に窒素ガスを照射し、加熱して熱エネルギーを与えると、MSQ膜のC、H、Nと窒素が反応し、
SiCHON+N→SiOx(x=1〜2)+N2↑+HCN↑+CN↑+etc↑
なる過程でサイドウォールスペーサが第2の酸化層に変換されると考えられる。
Since nitrogen gas is irradiated isotropically as in the case of FIG. 7A, the sidewall spacer 509 is isotropically converted into the second oxide layer 702. When the MSQ film is irradiated with nitrogen gas and heated to give thermal energy, C, H, and N of the MSQ film react with nitrogen,
SiCHON + N → SiO x (x = 1 to 2) + N 2 ↑ + HCN ↑ + CN ↑ + etc ↑
In this process, the sidewall spacer is considered to be converted into the second oxide layer.

窒素ガスを使用する方法は酸素ガスの場合のように半導体装置のサイドウォールスペーサ509以外の部分に酸化層を形成しないので、余分な部分に酸化層を形成することが望ましくない場合でも使用することができるという利点がある。また、酸化層形成用ガスとして窒素ガスに代えて、酸素と窒素の化合物(NO、NO2、N2O、N22など)、窒素と水素の化合物(NH3、N22など)、窒素と炭素の化合物(C22など)を使用しても同様の効果を得ることができる。また、試料台の加熱方式としてヒーター加熱方式を用いたが、ハロゲンランプなどを用いたランプ加熱方式の熱処理装置を使用しても同様の効果を得ることができる。 Since the method using nitrogen gas does not form an oxide layer in a portion other than the sidewall spacer 509 of the semiconductor device unlike the case of oxygen gas, it should be used even when it is not desirable to form an oxide layer in an extra portion. There is an advantage that can be. Further, instead of nitrogen gas as the oxide layer forming gas, oxygen and nitrogen compounds (NO, NO 2 , N 2 O, N 2 O 2 etc.), nitrogen and hydrogen compounds (NH 3 , N 2 H 2 etc.) ), And using a compound of nitrogen and carbon (such as C 2 N 2 ), the same effect can be obtained. Further, although the heater heating method is used as the sample table heating method, the same effect can be obtained even if a lamp heating method heat treatment apparatus using a halogen lamp or the like is used.

この発明の第3の実施形態を図10〜図15に基づいて説明する。上記第2の実施形態では、MSQ膜からなるサイドウォールスペーサを第2の酸化層に変換する工程(図7(a)に対応する工程)として、基板を高温に加熱して熱エネルギーを与えると同時に酸素ガスあるいは窒素ガスを照射する方法を述べた。しかしながら第2の酸化層に変換する方法は、上記以外に種々考えられるので、本実施形態ではそれらについて説明する。   A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the second embodiment, as the step of converting the sidewall spacer made of the MSQ film into the second oxide layer (step corresponding to FIG. 7A), when the substrate is heated to a high temperature and given thermal energy, The method of irradiating oxygen gas or nitrogen gas at the same time was described. However, since various methods other than the above can be considered as the method for converting to the second oxide layer, they will be described in the present embodiment.

以下の説明は図7(a)に対応して、サイドウォールスペーサを第2の酸化層に変換する工程のみを述べる。これらをMOSトランジスタの製造工程に適用した場合の工程フローは、図7(a)の工程を除いて図6(a)〜(e)、図7(b)と同じである。
(1)酸素ラジカルまたは窒素ラジカルを用いた第2の酸化層への変換
図10は、酸素ラジカルを用いてMSQ膜からなるサイドウォールスペーサを第2の酸化層に変換する工程を示す工程断面図であり、801は酸素ラジカル、802は第2の酸化層である。また、図12は、窒素ラジカルを用いてMSQ膜からなるサイドウォールスペーサを第2の酸化層に変換する工程を示す工程断面図であり、1001は窒素ラジカル、1002は第2の酸化層である。この工程は、図11に示すプラズマ処理装置を使用する。
In the following description, only the step of converting the sidewall spacer into the second oxide layer will be described in correspondence with FIG. The process flow when these are applied to the MOS transistor manufacturing process is the same as that of FIGS. 6A to 6E and FIG. 7B except for the process of FIG.
(1) Conversion to Second Oxide Layer Using Oxygen Radical or Nitrogen Radical FIG. 10 is a process cross-sectional view showing a process of converting a sidewall spacer made of an MSQ film into a second oxide layer using oxygen radical. 801 is an oxygen radical, and 802 is a second oxide layer. FIG. 12 is a process cross-sectional view showing a process of converting a sidewall spacer made of an MSQ film into a second oxide layer using nitrogen radicals, where 1001 is a nitrogen radical and 1002 is a second oxide layer. . This process uses the plasma processing apparatus shown in FIG.

図11において、プラズマ処理装置の処理室901は接地されており、マスフローコントローラ(図示は省略している)により流量を制御されたガスが導入管902よりプラズマ生成室903に導入される。プラズマ生成室903には高周波電源904が接続されており、高周波電源904から供給される電力によってガスがプラズマ化しイオンとラジカルが生成される。処理室901とプラズマ生成室903とは距離が離れているため、イオンは途中で消滅してしまいラジカルのみが処理室902に到達する。また、処理室901には試料台905が設置されており、図示は省略しているが試料台905の内部には、ヒーター等によって試料台905の温度を100℃〜300℃程度の範囲で制御する温度制御装置が設けられている。更に処理室901の圧力はドライポンプ(図示は省略している)により50Pa〜200Pa程度の範囲に制御される。   In FIG. 11, the processing chamber 901 of the plasma processing apparatus is grounded, and a gas whose flow rate is controlled by a mass flow controller (not shown) is introduced into the plasma generation chamber 903 from the introduction pipe 902. A high frequency power source 904 is connected to the plasma generation chamber 903, and gas is converted into plasma by the power supplied from the high frequency power source 904 to generate ions and radicals. Since the treatment chamber 901 and the plasma generation chamber 903 are separated from each other, ions disappear in the middle and only radicals reach the treatment chamber 902. A sample stage 905 is installed in the processing chamber 901. Although not shown, the temperature of the sample stage 905 is controlled within a range of about 100 ° C. to 300 ° C. by a heater or the like inside the sample stage 905. A temperature control device is provided. Furthermore, the pressure in the processing chamber 901 is controlled to a range of about 50 Pa to 200 Pa by a dry pump (not shown).

このプラズマ処理装置内部の試料台905上にMSQ膜からなるサイドウォールスペーサを形成した半導体基板を設置し、サイドウォールスペーサ509に酸素ラジカル801または窒素ラジカル1001を照射し第2の酸化層802,1002に変換する。酸素ラジカルを用いる場合、具体的条件、例えば圧力:100Pa、高周波電力:1000W、O2流量:1000ml/min、試料台の温度:150℃を適用することにより、サイドウォールスペーサ509を約60nmの酸化層802に変換できる。サイドウォールスペーサに酸素ラジカルを照射することにより、MSQ膜のC、H、Nと酸素ラジカルが反応し、
SiCHON+O*→SiOx(x=1〜2)+CO2↑+H2O↑+NO↑+etc↑
なる過程で第2の酸化層に変換されると考えられる。
A semiconductor substrate on which a side wall spacer made of an MSQ film is formed is placed on a sample stage 905 inside the plasma processing apparatus, and the oxygen radical 801 or the nitrogen radical 1001 is irradiated on the side wall spacer 509 to form second oxide layers 802 and 1002. Convert to When oxygen radicals are used, specific conditions such as pressure: 100 Pa, high-frequency power: 1000 W, O 2 flow rate: 1000 ml / min, sample stage temperature: 150 ° C. are applied to oxidize the sidewall spacer 509 to about 60 nm. Can be converted to layer 802. By irradiating the side wall spacer with oxygen radicals, C, H, and N of the MSQ film react with oxygen radicals,
SiCHON + O * → SiO x (x = 1 to 2) + CO 2 ↑ + H 2 O ↑ + NO ↑ + etc ↑
It is considered that the second oxide layer is converted in the process.

また、窒素ラジカルを用いる場合、例えば圧力:100Pa、高周波電力:1000W、N2流量:1000ml/min、試料台の温度:150℃の条件を適用することにより、サイドウォールスペーサ509を約60nmの酸化層1002に変換することができる。窒素ラジカル照射すると、MSQ膜のC、H、Nと窒素ラジカルが反応し、
SiCHON+N*→SiOx(x=1〜2)+N2↑+HCN↑+CN↑+etc↑
なる反応過程で第2の酸化層に変換すると考えられる。以上の反応においては酸素ラジカル801、窒素ラジカル1001は処理室内で等方的に照射されるので、サイドウォールスペーサ509も等方的に第2の酸化層802あるいは1002に変換される。
When nitrogen radicals are used, for example, by applying the conditions of pressure: 100 Pa, high frequency power: 1000 W, N 2 flow rate: 1000 ml / min, sample stage temperature: 150 ° C., the sidewall spacer 509 is oxidized by about 60 nm. Layer 1002 can be converted. When nitrogen radical irradiation is performed, C, H, and N of the MSQ film react with nitrogen radicals,
SiCHON + N * → SiO x (x = 1 to 2) + N 2 ↑ + HCN ↑ + CN ↑ + etc ↑
It is considered that the second oxide layer is converted in the reaction process. In the above reaction, the oxygen radical 801 and the nitrogen radical 1001 are isotropically irradiated in the processing chamber, so that the sidewall spacer 509 is also isotropically converted into the second oxide layer 802 or 1002.

酸素ラジカル、窒素ラジカル照射の場合、ラジカル自身の反応性にて酸化層が形成されるので200℃以下の低温にてサイドウォールスペーサ509を第2の酸化層802に変換できる。したがって、ソース・ドレイン活性化などの半導体集積回路製造工程中の総合熱処理履歴(サーマルバジェット)が厳しい微細素子パターンプロセスには非常に有効である。   In the case of irradiation with oxygen radicals or nitrogen radicals, an oxide layer is formed by the reactivity of the radicals themselves, so that the sidewall spacer 509 can be converted to the second oxide layer 802 at a low temperature of 200 ° C. or lower. Therefore, it is very effective for a fine element pattern process in which a comprehensive heat treatment history (thermal budget) during a semiconductor integrated circuit manufacturing process such as source / drain activation is severe.

上記実施形態では酸素ラジカル生成用ガスとして酸素ガスを使用したが、酸素と炭素の化合物(CO、CO2など)、酸素と窒素の化合物(NO、NO2、N2O、N22など)、酸素と水素の化合物(H2O、H22など)を使用してもよく、また窒素ラジカル生成用ガスとして窒素ガスを使用したが、酸素と窒素の化合物(NO、NO2、N2O、N22など)、窒素と水素の化合物(NH3、N22など)、窒素と炭素の化合物(C22など)を使用しても同様の効果を得ることができる。特に酸素ラジカルを使用するときは、ラジカル照射時にサイドウォールスペーサ以外の半導体基板上にレジストパターンなどが存在するとレジストがエッチングされるという問題があるが窒素ラジカルを用いる場合はそのような問題なく第2の酸化層を形成できる利点がある。また、ラジカル生成のために高周波電力を使用したが、マイクロ波を使用してもよい。
(2)酸素イオンまたは窒素イオンまたは不活性ガスイオンを用いた第2の酸化層への変換
図13は、酸素イオンを用いてMSQ膜からなるサイドウォールスペーサを第2の酸化層に変換する工程を示す工程断面図であり、1101は酸素イオン、1102は第2の酸化層である。図14は、窒素イオンを用いてMSQ膜からなるサイドウォールスペーサを第2の酸化層に変換する工程を示す工程断面図であり、1201は窒素イオン、1202は第2の酸化層である。さらに図15は、不活性ガスイオン特にArイオンを用いてMSQ膜からなるサイドウォールスペーサを第2の酸化層に変換する工程を示す工程断面図であり、1301はArイオン、1302は第2の酸化層である。酸素イオンまたは窒素イオンまたはArイオン照射は図2に示すプラズマ処理装置を使用するのであるが、その場合は処理室201内の試料台205上にMSQ膜からなるサイドウォールスペーサが形成された基板を設置し、第1の高周波電源202により酸素または窒素プラズマを発生させると共に第2の高周波電源204から高周波電圧を基板に印加して入射するプラズマ中の酸素/窒素/Arイオンエネルギーを制御する。
In the above embodiment, oxygen gas is used as the oxygen radical generating gas. However, oxygen and carbon compounds (CO, CO 2, etc.), oxygen and nitrogen compounds (NO, NO 2 , N 2 O, N 2 O 2, etc.) ), Oxygen and hydrogen compounds (H 2 O, H 2 O 2, etc.) may be used, and nitrogen gas is used as a nitrogen radical generating gas, but oxygen and nitrogen compounds (NO, NO 2 , N 2 O, N 2 O 2 etc.), nitrogen and hydrogen compounds (NH 3 , N 2 H 2 etc.), nitrogen and carbon compounds (C 2 N 2 etc.) can be used to obtain the same effect. Can do. In particular, when oxygen radicals are used, there is a problem that the resist is etched if there is a resist pattern or the like on the semiconductor substrate other than the side wall spacer at the time of radical irradiation. There is an advantage that an oxide layer can be formed. Moreover, although high frequency electric power was used for radical production | generation, you may use a microwave.
(2) Conversion to second oxide layer using oxygen ions, nitrogen ions, or inert gas ions FIG. 13 shows a step of converting a sidewall spacer made of an MSQ film into a second oxide layer using oxygen ions. FIG. 11 is a process cross-sectional view showing the oxygen ions 1101 and the second oxide layer 1102. FIG. 14 is a process cross-sectional view showing a process of converting a sidewall spacer made of an MSQ film into a second oxide layer using nitrogen ions, wherein 1201 is a nitrogen ion and 1202 is a second oxide layer. Further, FIG. 15 is a process sectional view showing a process of converting the sidewall spacer made of the MSQ film into the second oxide layer by using inert gas ions, particularly Ar ions, 1301 being Ar ions, 1302 being second ions It is an oxide layer. The plasma processing apparatus shown in FIG. 2 is used for irradiation with oxygen ions, nitrogen ions, or Ar ions. In this case, a substrate on which a side wall spacer made of an MSQ film is formed on a sample stage 205 in the processing chamber 201 is used. It is installed, oxygen or nitrogen plasma is generated by the first high frequency power source 202 and a high frequency voltage is applied to the substrate from the second high frequency power source 204 to control oxygen / nitrogen / Ar ion energy in the incident plasma.

酸素イオン照射を行うときは具体的条件として例えば圧力:0.6Pa、第1の高周波電力:1000W、第2の高周波電力:300W、O2流量:100ml/min、試料台の温度:60℃を適用することにより、約60nmの酸化層1102を形成することができる。そしてMSQ膜に酸素イオンを照射することにより、MSQ膜のC、H、Nと酸素イオンが反応し、
SiCHON+O+→SiOx(x=1〜2)+CO2↑+H2O↑+NO↑+etc↑
なる反応過程で第2の酸化層に変換されていると考えられる。
When performing oxygen ion irradiation, for example, pressure: 0.6 Pa, first high-frequency power: 1000 W, second high-frequency power: 300 W, O 2 flow rate: 100 ml / min, sample stage temperature: 60 ° C. By application, an oxide layer 1102 having a thickness of about 60 nm can be formed. Then, by irradiating the MSQ film with oxygen ions, C, H, and N of the MSQ film react with oxygen ions,
SiCHON + O + → SiO x (x = 1 to 2) + CO 2 ↑ + H 2 O ↑ + NO ↑ + etc ↑
It is considered that the second oxide layer is converted in the reaction process.

また窒素イオン照射を行うときは、例えば圧力:0.6Pa、第1の高周波電力:1000W、第2の高周波電力:300W、N2流量:100ml/min、試料台の温度:60℃の条件を適用することにより、約60nmの酸化層1202を形成することができる。MSQ膜に窒素イオンを照射すると、MSQ膜を構成するC、H、Nと窒素イオンが反応し、
SiCHON+N+→SiOx(x=1〜2)+N2↑+HCN↑+CN↑+etc↑
なる反応過程で第2の酸化層に変換されると考えられる。また、Arイオンを照射する場合は、例えば圧力:0.6Pa、第1の高周波電力:1000W、第2の高周波電力:500W、Ar流量:100ml/min、試料台の温度:60℃の条件を適用することにより、約60nmの酸化層1302を形成することができる。MSQ膜に不活性ガス(Ar)イオンを照射することにより、MSQ膜のC、H、NをArイオンがスパッタリングすることにより、
SiCHON+Ar+→SiOx(x=1〜2)+N2↑+H2↑+CO2↑+etc↑
なる反応過程で第2の酸化層に変換されると考えられる。ここで、MSQ膜の酸化層への変換には基板側に印加する第2の高周波電力を制御することによって酸化層の変換量を所定の値に調整できるが、これ以外に図2の処理室201の処理圧力、第1の高周波電力、ガス種、ガス流量、試料台の温度、処理時間などのパラメータを制御しても酸化層の形成量を調整できる。
When performing nitrogen ion irradiation, for example, conditions of pressure: 0.6 Pa, first high frequency power: 1000 W, second high frequency power: 300 W, N2 flow rate: 100 ml / min, sample stage temperature: 60 ° C. are applied. As a result, an oxide layer 1202 of about 60 nm can be formed. When the MSQ film is irradiated with nitrogen ions, C, H, N constituting the MSQ film react with nitrogen ions,
SiCHON + N + → SiO x (x = 1 to 2) + N 2 ↑ + HCN ↑ + CN ↑ + etc ↑
It is considered that the second oxide layer is converted in the reaction process. In the case of irradiation with Ar ions, for example, the conditions of pressure: 0.6 Pa, first high frequency power: 1000 W, second high frequency power: 500 W, Ar flow rate: 100 ml / min, sample stage temperature: 60 ° C. By applying, an oxide layer 1302 of about 60 nm can be formed. By irradiating the MSQ film with inert gas (Ar) ions, Ar ions sputter C, H, and N of the MSQ film,
SiCHON + Ar + → SiO x (x = 1 to 2) + N 2 ↑ + H 2 ↑ + CO 2 ↑ + etc ↑
It is considered that the second oxide layer is converted in the reaction process. Here, for the conversion of the MSQ film to the oxide layer, the conversion amount of the oxide layer can be adjusted to a predetermined value by controlling the second high-frequency power applied to the substrate side. The amount of oxide layer formed can also be adjusted by controlling parameters such as the processing pressure 201, the first high-frequency power, the gas type, the gas flow rate, the temperature of the sample stage, and the processing time.

イオン照射による方法では、酸素イオン1101、窒素イオン1201自身が持つ入射エネルギーを第2の酸化層形成の反応エネルギーとして用い、またArイオン1301についてはサイドウォールスペーサ509へのスパッタリング作用を利用するため、外部から熱などのエネルギーを与える必要がなく、より低温にて第2の酸化層1102,1202,1302に変換することができる。したがって、(1)と同様サーマルバジェットが厳しいプロセスに有効である。この方法を実施すると、半導体基板500のソース・ドレイン拡散層503,504,510,511表面にも酸素イオン1101あるいは窒素イオン1201あるいはArイオンが照射されるが実験結果から半導体基板に対するダメージの影響は無いと判断された。   In the method using ion irradiation, incident energy of oxygen ions 1101 and nitrogen ions 1201 themselves is used as reaction energy for forming the second oxide layer, and Ar ions 1301 use a sputtering effect on the sidewall spacer 509. It is not necessary to apply heat or other energy from the outside, and the second oxide layers 1102, 1202, and 1302 can be converted at a lower temperature. Therefore, as in (1), the thermal budget is effective for a severe process. When this method is performed, the surface of the source / drain diffusion layers 503, 504, 510, and 511 of the semiconductor substrate 500 is also irradiated with oxygen ions 1101, nitrogen ions 1201, or Ar ions. It was judged that there was no.

以上の実施形態では、酸素イオン用ガスとして酸素ガスを使用したが、酸素と炭素の化合物(CO、CO2など)、酸素と窒素の化合物(NO、NO2、N2O、N22など)、酸素と水素の化合物(H2O、H22など)を使用でき、また、窒素イオン用ガスとして上に示した窒素ガスのほか酸素と窒素の化合物(NO、NO2、N2O、N22など)、窒素と水素の化合物(NH3、N22など)、窒素と炭素の化合物(C22など)を使用でき、また、不活性ガスイオン源としてのArに代えて、He、Ne、Kr、Xeなどのガスを使用しても同様の効果を得ることができる。 In the above embodiment, oxygen gas is used as the oxygen ion gas. However, oxygen and carbon compounds (CO, CO 2, etc.), oxygen and nitrogen compounds (NO, NO 2 , N 2 O, N 2 O 2). Etc.), oxygen and hydrogen compounds (H 2 O, H 2 O 2 etc.) can be used, and in addition to the nitrogen gas shown above as nitrogen ion gas, oxygen and nitrogen compounds (NO, NO 2 , N 2 O, N 2 O 2 etc.), nitrogen and hydrogen compounds (NH 3 , N 2 H 2 etc.), nitrogen and carbon compounds (C 2 N 2 etc.) can be used, and as an inert gas ion source The same effect can be obtained by using a gas such as He, Ne, Kr, or Xe instead of Ar.

また、特にArイオン・窒素イオン照射する場合は、イオン照射時にサイドウォールスペーサ以外の半導体基板上にレジストパターンなどが存在し、レジストをエッチングする酸素イオン照射できない場合でも第2の酸化層1302を形成できる。それとともにArイオンの場合は不活性であるため、サイドウォールスペーサ以外のイオン照射に曝される部位に酸化層や窒化層などの反応層が形成されることが好ましくない時も非常に有効である。   In particular, in the case of Ar ion / nitrogen ion irradiation, a second oxide layer 1302 is formed even when there is a resist pattern or the like on the semiconductor substrate other than the sidewall spacer at the time of ion irradiation and oxygen ion irradiation for etching the resist cannot be performed. it can. At the same time, since Ar ions are inactive, it is very effective even when it is not preferable to form a reaction layer such as an oxide layer or a nitride layer in a portion exposed to ion irradiation other than the sidewall spacer. .

以上、本発明の第2,3の実施形態に述べた方法によってMSQ膜からなるサイドウォールスペーサを変換して形成される第2の酸化層は、第1の実施形態において形成される酸化層と同様の膜物性を備えているので、図7(b)の工程でHF含有薬液によるウエットエッチングにより、通常のCVD法や熱酸化で形成されたシリコン酸化膜と比較してきわめて高いエッチングレートで半導体基板材料とは選択的に容易に除去することが出来る。特に第3の実施形態の(2)における酸素イオン/窒素イオン/不活性ガス(Ar)イオン照射法では酸素/窒素/不活性ガスイオンスパッタリング効果により形成された第2の酸化層1102,1202,1302のSi−O、Si−OH結合が破壊されているものが多いため、特に密度が小さくなっており図7(a)の工程においてHF含有薬液で、他の方法で形成した酸化層より一層容易に除去できる状態となっている。   As described above, the second oxide layer formed by converting the sidewall spacer made of the MSQ film by the method described in the second and third embodiments of the present invention is the same as the oxide layer formed in the first embodiment. Since the film has the same film properties, the semiconductor is etched at a very high etching rate compared with a silicon oxide film formed by a normal CVD method or thermal oxidation by wet etching with a chemical solution containing HF in the process of FIG. 7B. It can be easily removed selectively from the substrate material. In particular, in the oxygen ion / nitrogen ion / inert gas (Ar) ion irradiation method in (2) of the third embodiment, the second oxide layers 1102, 1202 formed by the oxygen / nitrogen / inert gas ion sputtering effect. Since many of the Si-O and Si-OH bonds of 1302 are broken, the density is particularly low, and the HF-containing chemical solution in the process of FIG. It can be easily removed.

さらに本発明の第2,3の実施形態によるMOSトランジスタの製造工程では、サイドウォールスペーサ形成工程(図6(c))、サイドウォールスペーサ除去工程(図7(a))の両方においてHF含有薬液を使用するので、シリコンなどからなるソース・ドレイン拡散層をほとんどエッチングしない。したがって従来のように半導体基板に削れを発生させることがないから、ソース・ドレイン拡散層リーク、これらに対するコンタクト抵抗増大を防止することが出来る。第2,3の実施形態の工程は一旦形成したサイドウォールスペーサを除去する工程が付加されたものである。例えば半導体集積回路において、パターンレイアウト上ゲート電極が狭い間隔を持って配列され、しかもそのゲート間にコンタクトホールを形成したい場合、サイドウォールスペーサが存在するとコンタクトホールが形成できない場合が最近の高密度微細パターン集積回路では生じてきている。そのような場合はサイドウォールスペーサを除去することが必要であって、本実施の形態はそれを基板にダメージを与えることなく実施できるのである。   Further, in the MOS transistor manufacturing process according to the second and third embodiments of the present invention, the HF-containing chemical solution is used in both the sidewall spacer forming process (FIG. 6C) and the sidewall spacer removing process (FIG. 7A). Therefore, the source / drain diffusion layer made of silicon or the like is hardly etched. Therefore, since the semiconductor substrate is not scraped as in the prior art, the source / drain diffusion layer leakage and the increase in contact resistance against these can be prevented. The steps of the second and third embodiments are added with a step of removing the sidewall spacer once formed. For example, in a semiconductor integrated circuit, when the gate electrodes are arranged with a narrow interval on the pattern layout and a contact hole is to be formed between the gates, the contact hole cannot be formed if a side wall spacer is present. This is occurring in pattern integrated circuits. In such a case, it is necessary to remove the sidewall spacer, and this embodiment can be carried out without damaging the substrate.

以上の述べたすべての実施の形態においては、第2の酸化層を弗素を含む薬液を用いて選択除去する方法を示したが、弗素を含むガスによる選択除去を行なっても同様の効果を得ることができる。また、第1の実施形態、第3の実施形態の(2)ではイオン生成のために誘導結合型プラズマを使用したが、ECR(Electron cycrotron Resonance)型プラズマ、容量結合型プラズマ、マイクロ波励起型プラズマを使用することや公知のイオン注入法を用いてイオン照射しても同様の効果を得ることができる。また、本発明の実施形態では、LDD形成用のサイドウォールスペーサの形成方法について述べたが、その他のサイドウォール形成にも応用が可能である。   In all the embodiments described above, the method of selectively removing the second oxide layer using a chemical solution containing fluorine has been described. However, the same effect can be obtained even if selective removal using a gas containing fluorine is performed. be able to. In the first embodiment and the second embodiment (2), inductively coupled plasma is used for ion generation. However, ECR (Electron Cyclotron Resonance) type plasma, capacitively coupled plasma, microwave excitation type is used. Similar effects can be obtained by using plasma or ion irradiation using a known ion implantation method. In the embodiment of the present invention, the method for forming the sidewall spacer for forming the LDD has been described. However, the present invention can be applied to other sidewall formation.

本発明に係る半導体装置の製造方法および半導体装置は、LDDサイドウォールスペーサを有するMOSトランジスタを半導体基板にダメージを与えることなく形成する場合を含めて、基板にダメージを与えることなく素子形成する微細化、高集積化半導体デバイスに有用である。   A method for manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device according to the present invention include miniaturization for forming an element without damaging a substrate, including a case where a MOS transistor having an LDD sidewall spacer is formed without damaging a semiconductor substrate. It is useful for highly integrated semiconductor devices.

本発明の第1の実施形態による半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。FIG. 5D is a process cross-sectional view illustrating the manufacturing method of the semiconductor device according to the first embodiment of the invention. プラズマ処理装置の装置概略図である。It is an apparatus schematic diagram of a plasma processing apparatus. 本発明の第1の実施形態による窒素イオンで酸化層に変換する工程を説明する工程断面図である。FIG. 6 is a process cross-sectional view illustrating a process of converting to an oxide layer with nitrogen ions according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態によるArイオンで酸化層に変換する工程を説明する工程断面図である。FIG. 5 is a process cross-sectional view illustrating a process of converting to an oxide layer with Ar ions according to the first embodiment of the present invention. フーリエ変換赤外吸収スペクトル図である。It is a Fourier-transform infrared absorption spectrum figure. 本発明の第2の実施形態による半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the manufacturing method of the semiconductor device by the 2nd Embodiment of this invention. 図6の次の工程断面図である。FIG. 7 is a process sectional view subsequent to FIG. 6; 熱処理装置の装置概略図である。It is the apparatus schematic of a heat processing apparatus. 本発明の第2の実施形態による窒素ガスで酸化層に変換する工程を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the process converted into an oxide layer with the nitrogen gas by the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態による酸素ラジカルで酸化層に変換する工程を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the process converted into an oxide layer with the oxygen radical by the 3rd Embodiment of this invention. プラズマ処理装置の装置概略図である。It is an apparatus schematic diagram of a plasma processing apparatus. 本発明の第3の実施形態による窒素ラジカルで酸化層に変換する工程を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the process converted into an oxide layer with the nitrogen radical by the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態による酸素イオンで酸化層に変換する工程を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the process converted into an oxide layer with the oxygen ion by the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態による窒素イオンで酸化層に変換する工程を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the process converted into an oxide layer with the nitrogen ion by the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態によるArイオンで酸化層に変換する工程を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the process converted into an oxide layer with Ar ion by the 3rd Embodiment of this invention. 従来の半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。It is process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the conventional semiconductor device. 従来の半導体装置の製造方法における課題を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the subject in the manufacturing method of the conventional semiconductor device.

符号の説明Explanation of symbols

1,100,500 半導体基板
2,101,501,502 ゲート絶縁膜
3,102 ゲート電極
4,5,9,10,103,104,110,111,503,504,510
511 N型拡散層
6,105,505 被加工基板
7,106,506 MSQ(メチルシルセスキオキサン)膜
8,109,509 サイドウォールスペーサ
11 半導体基板削れ
107,507,1101 酸素イオン
108,302,402 酸化層
201,601,901 処理室
202 第1の高周波電源
203 コイル
204 第2の高周波電源
301,1201 窒素イオン
401,1301 Arイオン
508 第1の酸化層
512 酸素ガス
513,702,802,1002,1102,1202,1302 第2の酸化層
602,905 試料台
603 マスフローコントローラ
604 ガス導入口
701 窒素ガス
801 酸素ラジカル
902 ガス導入管
903 プラズマ生成室
904 高周波電源
1001 窒素ラジカル
1,100,500 Semiconductor substrate 2,101,501,502 Gate insulating film 3,102 Gate electrode 4,5,9,10,103,104,110,111,503,504,510
511 N type diffusion layer 6, 105, 505 Substrate 7, 106, 506 MSQ (methyl silsesquioxane) film 8, 109, 509 Side wall spacer 11 Semiconductor substrate scraping 107, 507, 1101 Oxygen ions 108, 302, 402 Oxide layer 201, 601, 901 Processing chamber 202 First high frequency power source 203 Coil 204 Second high frequency power source 301, 1201 Nitrogen ion 401, 1301 Ar ion 508 First oxide layer 512 Oxygen gas 513, 702, 802, 1002 , 1102, 1202, 1302 Second oxide layer 602, 905 Sample stage 603 Mass flow controller 604 Gas inlet 701 Nitrogen gas 801 Oxygen radical 902 Gas inlet tube 903 Plasma generation chamber 904 High-frequency power source 1001 Nitrogen radical

Claims (16)

半導体基板上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極を被覆するようにSiCwxyz(w>0、x≧0、y>0、z≧0)で表される有機無機ハイブリッド膜を堆積する工程と、前記有機無機ハイブリッド膜の所定部分を酸化層に変換する工程と、前記酸化層を選択的に除去して、前記ゲート電極の側壁に有機無機ハイブリッド膜からなるサイドウォールスペーサを形成する工程を含む半導体装置の製造方法。 A step of forming a gate electrode on a semiconductor substrate via a gate insulating film; and SiC w H x O y N z (w> 0, x ≧ 0, y> 0, z ≧ 0) so as to cover the gate electrode. ), A step of converting a predetermined portion of the organic-inorganic hybrid film into an oxide layer, and selectively removing the oxide layer to form an organic layer on the side wall of the gate electrode. A method for manufacturing a semiconductor device, including a step of forming a sidewall spacer made of an inorganic hybrid film. 前記所定部分は少なくともゲート電極の上面および前記半導体基板上に形成された前記有機無機ハイブリッド膜の部分である請求項1記載の半導体装置の製造方法。   2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the predetermined portion is at least a portion of the organic-inorganic hybrid film formed on the upper surface of the gate electrode and the semiconductor substrate. 前記有機無機ハイブリッド膜の所定部分を酸化層に変換する工程は、前記有機無機ハイブリッド膜にイオンを照射する工程により行う請求項1記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the step of converting a predetermined portion of the organic-inorganic hybrid film into an oxide layer is performed by irradiating the organic-inorganic hybrid film with ions. 前記イオンは、酸素イオンまたは窒素イオンまたは不活性ガスイオンのいずれかである請求項3記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the ions are oxygen ions, nitrogen ions, or inert gas ions. 前記酸化層を選択的に除去する工程は、弗素を含む薬液を用いて行う請求項1記載の半導体装置の製造方法。   2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the step of selectively removing the oxide layer is performed using a chemical solution containing fluorine. 前記酸化層を選択的に除去する工程は、弗素を含むガスを用いて行う請求項1記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the step of selectively removing the oxide layer is performed using a gas containing fluorine. 半導体基板上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、少なくとも前記ゲート電極の側壁にSiCwxyz(w>0、x≧0、y>0、z≧0)で表される有機無機ハイブリッド膜からなるサイドウォールスペーサを形成する工程と、前記サイドウォールスペーサの少なくとも表面部分を酸化層に変換する工程と、前記酸化層を選択的に除去する工程とを含む半導体装置の製造方法。 Forming a gate electrode on the semiconductor substrate via a gate insulating film, and at least SiC w H x O y N z (w> 0, x ≧ 0, y> 0, z ≧ 0) on the side wall of the gate electrode; A step of forming a sidewall spacer comprising an organic-inorganic hybrid film represented by the following: a step of converting at least a surface portion of the sidewall spacer into an oxide layer; and a step of selectively removing the oxide layer. Device manufacturing method. 前記サイドウォールスペーサを酸化層に変換する工程は、前記サイドウォールスペーサに熱エネルギーを付与すると共にガスを照射する工程により行う請求項7記載の半導体装置の製造方法。   8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the step of converting the sidewall spacer into an oxide layer is performed by applying thermal energy to the sidewall spacer and irradiating a gas. 前記ガスは酸素または窒素を含むガスである請求項8記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein the gas is a gas containing oxygen or nitrogen. 前記サイドウォールスペーサを酸化層に変換する工程は、ラジカル種を前記サイドウォールスペーサに照射する工程により行う請求項7記載の半導体装置の製造方法。   8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the step of converting the sidewall spacer into an oxide layer is performed by irradiating the sidewall spacer with radical species. 前記ラジカル種は酸素ラジカルまたは窒素ラジカルを含む請求項10記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein the radical species includes an oxygen radical or a nitrogen radical. 前記サイドウォールスペーサを酸化層に変換する工程は、前記サイドウォールスペーサに前記イオンを照射する工程により行う請求項7記載の半導体装置の製造方法。   8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the step of converting the sidewall spacer into an oxide layer is performed by irradiating the sidewall spacer with the ions. 前記イオンは酸素イオンまたは窒素イオンまたは不活性ガスイオンのいずれか一つを含む請求項12記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 12, wherein the ions include any one of oxygen ions, nitrogen ions, or inert gas ions. 前記酸化層を選択的に除去する工程は、弗素を含む薬液を用いて行う請求項7記載の半導体装置の製造方法。   8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the step of selectively removing the oxide layer is performed using a chemical solution containing fluorine. 前記酸化層を選択的に除去する工程は、弗素を含むガスを用いて行う請求項7記載の半導体装置の製造方法。   8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the step of selectively removing the oxide layer is performed using a gas containing fluorine. 半導体基板上にゲート絶縁膜を介してゲート電極が形成され、前記ゲート電極の側壁にSiCwxyz(w>0、x≧0、y>0、z≧0)で表される有機無機ハイブリッド膜からなるサイドウォールスペーサが形成され、前記サイドウォールスペーサに隣接する前記半導体基板表面領域に拡散層が形成され、前記拡散層の表面位置は、前記ゲート絶縁膜下の半導体基板の表面位置と同一か、または7nm以下の範囲で前記ゲート絶縁膜下の半導体基板の表面位置より低いことを特徴とする半導体装置。 A gate electrode is formed on a semiconductor substrate via a gate insulating film, and expressed by SiC w H x O y N z (w> 0, x ≧ 0, y> 0, z ≧ 0) on the side wall of the gate electrode. A sidewall spacer made of an organic-inorganic hybrid film is formed, a diffusion layer is formed in the semiconductor substrate surface region adjacent to the sidewall spacer, and the surface position of the diffusion layer is the position of the semiconductor substrate under the gate insulating film A semiconductor device, characterized by being lower than the surface position of the semiconductor substrate under the gate insulating film within a range equal to or less than 7 nm.
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