JP2007096002A - Method of manufacturing semiconductor device, and semiconductor device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To form a silicide layer without giving any damage to a semiconductor substrate in a process for forming a silicide region and a non-silicide region of an MOS (metal oxide semiconductor) transistor employing silicide technique. <P>SOLUTION: A method of manufacturing a semiconductor device includes a step of depositing an organic inorganic hybrid film 112 shown 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), so as to cover a gate electrode 103 and source-drain diffusion layers 109, 110 having a first side wall spacer 108; a step of changing a predetermined part in the organic inorganic hybrid film 112 into an oxide layer 115; a step of selectively removing the oxide layer 115, and opening a predetermined part of the gate electrode 103 and the source-drain 109, 110 simultaneously with the forming of a second side wall spacer 116 on the side surface of the first side wall spacer 108; and a step of forming the silicide layer 120 by the silicide formation of the opening parts of the gate electrode 103 and the source-drain diffusion layers 109, 110. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、サリサイド技術を用いるMOS型トランジスタの製造過程において、ゲート電極およびソース・ドレイン拡散層上部に抵抗上昇や断線といった不良が発生しない良質なシリサイド層を形成すると共に、ソース・ドレイン拡散層上部に形成されるシリサイド層がLDD(Lightly−Doped Drain)領域に成長することによって起こる接合リークの発生を防止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。   In the manufacturing process of a MOS transistor using salicide technology, the present invention forms a high-quality silicide layer on the gate electrode and the source / drain diffusion layer on the upper side of the source / drain diffusion layer without causing a defect such as an increase in resistance or disconnection. The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device that prevent the occurrence of junction leakage caused by growing a silicide layer formed in an LDD (Lightly-Doped Drain) region.

近年、半導体デバイスの素子パターンの微細化、高速化が加速度的に進んでいる。これに伴い、MOSトランジスタのソース・ドレイン領域部の不純物拡散層をできるだけ浅く形成し、その上部にシリコンと金属との化合物であるシリサイド層を形成する技術が用いられている。一方、I/O部に用いるMOSトランジスタにおいては、ゲート絶縁膜の耐圧、ESD耐圧を確保するために、ソース・ドレイン領域の上部にシリサイド層を形成しないのが一般的である。つまり、1つの半導体基板上に、シリサイド領域と非シリサイド領域とが存在する形になる。   In recent years, miniaturization and speeding-up of element patterns of semiconductor devices have been accelerated. Accordingly, a technique is used in which the impurity diffusion layer in the source / drain region of the MOS transistor is formed as shallow as possible, and a silicide layer, which is a compound of silicon and metal, is formed thereon. On the other hand, in a MOS transistor used for the I / O portion, a silicide layer is generally not formed above the source / drain regions in order to ensure the breakdown voltage of the gate insulating film and the ESD breakdown voltage. That is, a silicide region and a non-silicide region exist on one semiconductor substrate.

以下、従来のシリサイド領域と非シリサイド領域を形成する工程の一例を図18(a)〜(g)を参照しながら説明する。まず、図18(a)に示すように、素子分離1が形成された半導体基板2の上に例えば2nmのゲート酸化膜3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4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・ドレイン拡散層の一部となる不純物濃度の低いN型拡散層5,6をゲート電極4をマスクとしてイオン注入法(例えばPを5×1013個/cm)により自己整合的に形成する。 Hereinafter, an example of a conventional process for forming a silicide region and a non-silicide region will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 18A, a gate electrode 4 made of, for example, a 200 nm polysilicon film is formed on a semiconductor substrate 2 on which an element isolation 1 is formed via a 2 nm gate oxide film 3, for example. It is formed using photolithography technology and dry etching technology. Next, the N-type diffusion layers 5 and 6 having a low impurity concentration, which become a part of the source / drain diffusion layers, are self-implanted by ion implantation (for example, P + is 5 × 10 13 / cm 2 ) using the gate electrode 4 as a mask. Form consistently.

次に、図18(b)に示すように、被加工基板7の表面を覆うようにシリコン酸化膜8をCVD法により例えば60nm堆積する。次に、図18(c)に示すように、シリコン酸化膜8の異方性エッチングを行って、ゲート電極4の側面だけを残すようにシリコン酸化膜8を除去し、サイドウォールスペーサ9を形成する。次に、図18(d)に示すように、ゲート電極4及びサイドウォールスペーサ9をマスクとし、イオン注入法(例えばAsを5×1015個/cm)によって前記ソース・ドレイン拡散層の他の部分となる高濃度の拡散層10,11を自己整合的に形成する。次に、図18(e)に示すように、被加工基板12の表面を覆うようにシリコン酸化膜13をCVD法により例えば20〜40nm堆積する。次に、シリコン酸化膜13の所定部分に公知フォトリソグラフィー技術を用いてレジストパターン14を形成する。次に、図18(f)に示すように、公知のドライエッチング技術を用いてシリコン酸化膜13の異方性エッチングを行い、ゲート電極4の上部分15とソース・ドレイン拡散層5,6の上部分16,17を露出させる。次に、図18(g)に示すように、公知のサリサイド技術を用いてゲート電極4の上部分15とソース・ドレイン拡散層5,6の上部分16,17に例えばSiとCoの化合物からなるシリサイド層18を形成すると、シリサイド領域と非シリサイド領域を有するMOSトランジスタの基本構造が出来上がる。このようなシリサイド領域と非シリサイド領域を有するMOSトランジスタ形成工程において、シリコン酸化膜13の異方性エッチングのように、下地のシリコン基板2との選択比を大きくする必要のある異方性エッチングでは、従来から、特許文献1のように例えばCHF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. 18B, a silicon oxide film 8 is deposited, for example, by 60 nm by the CVD method so as to cover the surface of the substrate 7 to be processed. Next, as shown in FIG. 18C, anisotropic etching of the silicon oxide film 8 is performed to remove the silicon oxide film 8 so that only the side surfaces of the gate electrode 4 are left, and sidewall spacers 9 are formed. To do. Next, as shown in FIG. 18D, the gate electrode 4 and the sidewall spacer 9 are used as a mask, and the source / drain diffusion layers of the source / drain diffusion layer are formed by ion implantation (for example, As + is 5 × 10 15 / cm 2 ). High-concentration diffusion layers 10 and 11 to be other portions are formed in a self-aligning manner. Next, as shown in FIG. 18E, a silicon oxide film 13 is deposited, for example, by 20 to 40 nm by the CVD method so as to cover the surface of the substrate 12 to be processed. Next, a resist pattern 14 is formed on a predetermined portion of the silicon oxide film 13 using a known photolithography technique. Next, as shown in FIG. 18 (f), anisotropic etching of the silicon oxide film 13 is performed using a known dry etching technique, and the upper portion 15 of the gate electrode 4 and the source / drain diffusion layers 5 and 6 are formed. The upper portions 16 and 17 are exposed. Next, as shown in FIG. 18 (g), the upper portion 15 of the gate electrode 4 and the upper portions 16 and 17 of the source / drain diffusion layers 5 and 6 are made of, for example, a compound of Si and Co using a known salicide technique. When the silicide layer 18 is formed, a basic structure of a MOS transistor having a silicide region and a non-silicide region is completed. In such a MOS transistor forming process having a silicide region and a non-silicide region, an anisotropic etching that requires a large selection ratio with the underlying silicon substrate 2 is performed, such as anisotropic etching of the silicon oxide film 13. Conventionally, a dry etching technique using a fluorocarbon gas such as CHF 3 gas has been used as in Patent Document 1.
JP-A-6-310529

しかしながら、上記従来の方法を用いてシリサイド領域及び非シリサイド領域を形成した場合、シリサイド領域に形成されるシリサイド層が断線して高抵抗化したり、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が発生して、MOSトランジスタの特性劣化が起こることがある。これは、シリサイド領域形成時のシリコン酸化膜13の異方性ドライエッチングで、イオン化したエッチングガスが半導体基板に打ち込まれてシリサイド化反応を阻害したり、ソース・ドレイン層が形成された半導体基板に削れが発生することなどが原因の一つと考えられる。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にダメージができるだけ入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、半導体基板のダメージを完全に無くすことはできない。   However, when the silicide region and the non-silicide region are formed using the above-described conventional method, the silicide layer formed in the silicide region is disconnected to increase the resistance, the source / drain junction leakage, and the contact resistance variation to the region May occur, and the characteristics of the MOS transistor may deteriorate. This is anisotropic dry etching of the silicon oxide film 13 when forming a silicide region, and an ionized etching gas is implanted into the semiconductor substrate to inhibit the silicidation reaction, or to the semiconductor substrate on which the source / drain layers are formed. One of the causes is thought to be scraping. Conventionally, the dry etching conditions have been set so as not to damage 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, damage to the semiconductor substrate 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トランジスタのシリサイド領域及び非シリサイド領域を形成する工程において、シリサイド領域を半導体基板へのダメージなく形成して、良質なシリサイド層を形成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 conventional drawbacks as described above. In the step of forming the silicide region and the non-silicide region of the MOS transistor, the silicide region is formed without damaging the semiconductor substrate. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device for forming a high-quality silicide layer.

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複数のゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極側面に第1のサイドウォールスペーサを形成する工程と、前記第1のサイドウォールスペーサを有する前記ゲート電極間に高濃度のソース・ドレイン拡散層を形成する工程と、前記第1のサイドウォールスペーサを有する前記ゲート電極及び前記ソース・ドレイン拡散層を被覆するようにSiC(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、前記ゲート電極及び前記ソース・ドレイン拡散層の所定部分を開口すると同時に前記第1のサイドウォールスペーサの側面に前記有機無機ハイブリッド膜からなる第2のサイドウォールスペーサを形成する工程と、前記ゲート電極及び前記ソース・ドレイン拡散層の開口部分をシリサイド化してシリサイド層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 includes a step of forming a plurality of gate electrodes on a semiconductor substrate through a gate insulating film, and a first side surface of the gate electrode. Forming a sidewall spacer, forming a high-concentration source / drain diffusion layer between the gate electrodes having the first sidewall spacer, and the gate electrode having the first sidewall spacer. And depositing an organic-inorganic hybrid film represented by SiC w H x O y N z (w> 0, x ≧ 0, y> 0, z ≧ 0) so as to cover the source / drain diffusion layer; 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 a predetermined portion of the gate electrode and the source / drain diffusion layer Forming a second sidewall spacer made of the organic-inorganic hybrid film on the side surface of the first sidewall spacer simultaneously with silicidizing the opening portions of the gate electrode and the source / drain diffusion layer Forming a silicide layer.

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 for manufacturing a semiconductor device according to claim 2 is the method for 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3記載の半導体装置の製造方法は、請求項2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 claim 3 is the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the ions are any of oxygen ions, nitrogen ions, or inert gas ions.

請求項4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 fourth 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、弗素を含むガスを用いて行う。   According to a fifth 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、前記第2の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、前記第2のサイドウォールスペーサの酸化層を選択的に除去する工程とを含む。   A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6 is the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein at least a surface portion of the second sidewall spacer is converted into an oxide layer, and the second sidewall is formed. Selectively removing the oxide layer of the spacer.

請求項7記載の半導体装置の製造方法は、請求項6記載の半導体装置の製造方法において、前記第2のサイドウォールスペーサを酸化層に変換する工程は、前記第2の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 7 is the method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the step of converting the second sidewall spacer into an oxide layer is performed by applying thermal energy to the second sidewall spacer. And a step of irradiating a gas.

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 8 is the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the gas is a gas containing oxygen or nitrogen.

請求項9記載の半導体装置の製造方法は、請求項6記載の半導体装置の製造方法において、前記第2のサイドウォールスペーサを酸化層に変換する工程は、ラジカル種を前記第2の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 for manufacturing a semiconductor device according to claim 9 is the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the step of converting the second sidewall spacer into an oxide layer includes converting radical species into the second sidewall spacer. It is performed by the process of irradiating.

請求項10記載の半導体装置の製造方法は、請求項9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 10 is the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the radical species includes an oxygen radical or a nitrogen radical.

請求項11記載の半導体装置の製造方法は、請求項6記載の半導体装置の製造方法において、前記第2のサイドウォールスペーサを酸化層に変換する工程は、前記第2の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 for manufacturing a semiconductor device according to claim 11 is the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the step of converting the second sidewall spacer into an oxide layer is performed by applying the ions to the second sidewall spacer. It is performed by the process of irradiating.

請求項12記載の半導体装置の製造方法は、請求項11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 twelfth aspect is the semiconductor device manufacturing method according to the eleventh aspect, wherein the ions include any one of oxygen ions, nitrogen ions, or inert gas ions.

請求項13記載の半導体装置の製造方法は、請求項6記載の半導体装置の製造方法において、前記第2のサイドウォールスペーサの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。   A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 13 is the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the step of selectively removing the oxide layer of the second sidewall spacer uses a chemical solution containing fluorine. Do.

請求項14記載の半導体装置の製造方法は、請求項6記載の半導体装置の製造方法において、前記第2のサイドウォールスペーサの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。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 14 is the method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the step of selectively removing the oxide layer of the second sidewall spacer uses a gas containing fluorine. Do.

請求項15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、前記ソース・ドレイン拡散層上面に形成されるシリサイド層が前記第1のサイドウォールスペーサの下部領域まで成長させない。   16. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 15, wherein the silicide layer formed on the upper surface of the source / drain diffusion layer is grown to a lower region of the first sidewall spacer. I won't let you.

請求項16記載の半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板上にゲート絶縁膜を介して形成された複数のゲート電極と、前記ゲート電極側面に形成された第1のサイドウォールスペーサと、前記第1のサイドウォールスペーサを有する前記ゲート電極間に形成された高濃度のソース・ドレイン拡散層と、所定領域の前記ゲート電極において前記第1のサイドウォールスペーサの側面に形成されたSiC(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第2のサイドウォールスペーサと、所定領域の前記ゲート電極及び前記ソース・ドレイン拡散層をシリサイド化して形成されたシリサイド層とを備えた。 The semiconductor device according to claim 16, a semiconductor substrate, a plurality of gate electrodes formed on the semiconductor substrate via a gate insulating film, a first sidewall spacer formed on a side surface of the gate electrode, A high concentration source / drain diffusion layer formed between the gate electrodes having a first sidewall spacer, and SiC w H x formed on a side surface of the first sidewall spacer in the gate electrode in a predetermined region. A second sidewall spacer made of an organic-inorganic hybrid film represented by O y N z (w> 0, x ≧ 0, y> 0, z ≧ 0), the gate electrode and the source / drain in a predetermined region And a silicide layer formed by siliciding the diffusion layer.

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第1のサイドウォールスペーサを側面に有するゲート電極及びソース・ドレイン拡散層を、一般式SiC(w>0、x≧0、y>0、z≧0)で表される有機無機ハイブリッド膜で被覆し、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、酸化層を選択的に除去して、シリサイド領域となるゲート電極とソース・ドレイン拡散層の所定部分を開口するので、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シリサイド領域を形成できる。このため、従来のようにドライエッチングによるソース・ドレイン拡散層などの半導体基板に新たな不純物イオンの打ち込みや、半導体基板の削れといったダメージの発生を防止することができる。これによって、シリサイド層の断線、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 of the first aspect of the present invention, the gate electrode and the source / drain diffusion layer having the first sidewall spacer formed on the semiconductor substrate such as silicon on the side surface are represented by the general formula. Covering with an organic-inorganic hybrid film represented by SiC w H x O y N z (w> 0, x ≧ 0, y> 0, z ≧ 0), and converting a predetermined portion of the organic-inorganic hybrid film into an oxide layer Thereafter, the oxide layer is selectively removed to open a predetermined portion of the gate electrode and the source / drain diffusion layer that becomes the silicide region. Therefore, the oxide layer is selectively used using a chemical solution that does not etch the semiconductor substrate, such as a chemical solution containing HF. The silicide layer can be formed by removing the oxide layer. For this reason, it is possible to prevent the occurrence of damage such as implantation of new impurity ions into the semiconductor substrate such as the source / drain diffusion layer by dry etching or the semiconductor substrate scraping as in the conventional case. Thereby, disconnection of the silicide layer, 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、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 second 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3では、請求項2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。窒素イオンまたは不活性ガスイオンを照射する方法では、レジストパターンの膜厚が薄くレジスト材料をエッチングする速度が大きい酸素イオンが使用できない場合であっても酸化層を形成する事ができるという利点がある。特に不活性イオンの場合、MSQ膜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。   According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor device manufacturing method according to the second aspect of the present invention, the ions are preferably either oxygen ions, nitrogen ions, or inert gas ions. The method of irradiating nitrogen ions or inert gas ions has an advantage that an oxide layer can be formed even when oxygen ions having a small resist pattern thickness and a high etching rate of the resist material cannot be used. . In particular, in the case of inert ions, a reaction layer such as an oxide layer or a nitride layer is not formed on a portion exposed to ions on a semiconductor substrate other than the MSQ film. Therefore, it is very effective when it is not desired to form a reaction layer in a part other than the MSQ film.

請求項4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 fourth 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5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4と同様の効果がある。   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 gas containing fluorine. A gas containing fluorine has the same effect as that of the fourth aspect.

請求項6では、第1のサイドウォールスペーサの側面に形成された一般式SiC(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第2のサイドウォールスペーサを形成し、第2の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、酸化層を選択的に除去するので、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第2のサイドウォールスペーサの酸化層を除去することができる。このため、従来のようにドライエッチングによるソース・ドレイン拡散層などの半導体基板に新たな不純物イオンの打ち込みや、半導体基板の削れといったダメージの発生を防止することができる。これによって、シリサイド層の断線、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 claim 6, organic inorganic represented by the general formula formed in the side surface of the first sidewall spacers SiC w H x O y N z (w> 0, x ≧ 0, y> 0, z ≧ 0) Since the second sidewall spacer made of the hybrid film is formed and at least the surface portion of the second sidewall spacer is converted into the oxide layer, the oxide layer is selectively removed, so that a semiconductor such as a chemical solution containing HF is used. The oxide layer of the second sidewall spacer can be removed using a chemical solution that does not etch the substrate. For this reason, it is possible to prevent the occurrence of damage such as implantation of new impurity ions into the semiconductor substrate such as the source / drain diffusion layer by dry etching or the semiconductor substrate scraping as in the conventional case. Thereby, disconnection of the silicide layer, leakage of the diffusion layer, and variation in contact resistance can be prevented.

請求項7では、請求項6記載の半導体装置の製造方法において、第2のサイドウォールスペーサを酸化層に変換する工程は、第2の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 a seventh aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the sixth aspect, the step of converting the second sidewall spacer into an oxide layer includes the step of applying thermal energy to the second sidewall spacer and irradiating a gas. Is preferably performed. 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8では、請求項7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第2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 an eighth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the seventh 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 second sidewall spacer of the semiconductor device as in the case of oxygen gas, it is 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9では、請求項6記載の半導体装置の製造方法において、第2のサイドウォールスペーサを酸化層に変換する工程は、ラジカル種を第2の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 ninth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the sixth aspect, the step of converting the second sidewall spacer into the oxide layer is preferably performed by a step of irradiating the second sidewall spacer with radical species. . In this case, an oxide layer is formed by the reactivity of the radical itself.

請求項10では、請求項9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 a tenth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the ninth aspect, the radical species preferably include 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11では、請求項6記載の半導体装置の製造方法において、第2のサイドウォールスペーサを酸化層に変換する工程は、第2の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2と同様に第2のサイドウォールスペーサが酸化層に変換される。   According to an eleventh aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the sixth aspect, the step of converting the second sidewall spacer into an oxide layer is preferably performed by a step of irradiating the second sidewall spacer with ions. Similar to claim 2, the second sidewall spacer is converted into an oxide layer.

請求項12では、請求項11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 twelfth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the eleventh aspect, the ions preferably include any one of oxygen ions, nitrogen ions, or inert gas ions.

請求項13では、請求項6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4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 thirteenth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the sixth aspect, the step of selectively removing the oxide layer is preferably performed using a chemical solution containing fluorine. Similar to the fourth aspect, the oxide layer can be selectively removed.

請求項14では、請求項6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。弗素を含むガスでも請求項4と同様の効果がある。   According to a fourteenth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the sixth 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 fourth aspect.

請求項15では、第1のサイドウォールスペーサの側面にSiC(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第2のサイドウォールスペーサが形成され、第2の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シリサイド層が形成され、シリサイド層は第1のサイドウォールスペーサの下部領域まで成長させないので、シリサイド層の横方向の位置は、第1のサイドウォールスペーサ下部の端位置と同一か、または第2のサイドウォールスペーサ下部の領域にある。これにより、拡散層の接合リーク、コンタクト抵抗のばらつきを防止することができる。通常、シリサイド化反応時のシリサイド層は水平方向に10nm程度は成長するが、第2のサイドウォールスペーサの幅をシリサイド層が水平方向に成長する長さ以上に設定することで、シリサイド層が第1のサイドウォールスペーサ下部にあるLDD層を侵食して発生する接合リークなどの不良発生を防止することができる。 According to a fifteenth aspect of the present invention, the first sidewall spacer is formed of an organic-inorganic hybrid film represented by SiC w H x O y N z (w> 0, x ≧ 0, y> 0, z ≧ 0). 2 sidewall spacers are formed, and a silicide layer is formed in the surface region of the semiconductor substrate adjacent to the second sidewall spacer. The silicide layer is not grown to the lower region of the first sidewall spacer. The position in the direction is the same as the end position of the lower portion of the first sidewall spacer, or is in the region of the lower portion of the second sidewall spacer. Thereby, junction leakage of the diffusion layer and variation in contact resistance can be prevented. Usually, the silicide layer during the silicidation reaction grows about 10 nm in the horizontal direction. However, by setting the width of the second sidewall spacer to be longer than the length in which the silicide layer grows in the horizontal direction, It is possible to prevent the occurrence of defects such as junction leakage caused by erosion of the LDD layer under the one sidewall spacer.

この発明の請求項16記載の半導体装置によれば、シリコンのような半導体基板上に形成された第1のサイドウォールスペーサを側面に有するゲート電極及びソース・ドレイン拡散層を、一般式SiC(w>0、x≧0、y>0、z≧0)で表される有機無機ハイブリッド膜で被覆し、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、シリサイド領域となるゲート電極上部とソース・ドレイン拡散層上部を開口することができる。このため、ソース・ドレイン拡散層などの半導体基板に新たな不純物イオンの打ち込みや、半導体基板の削れといったダメージの発生を防止することができる。これによって、シリサイド層の断線、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 semiconductor device of the sixteenth aspect of the present invention, the gate electrode and the source / drain diffusion layer having the first sidewall spacer formed on the semiconductor substrate such as silicon on the side surface have the general formula SiC w H After coating with an organic-inorganic hybrid film represented by xO y N z (w> 0, x ≧ 0, y> 0, z ≧ 0) and converting a predetermined portion of the organic-inorganic hybrid film into an oxide layer, HF The oxide layer can be selectively removed using a chemical solution that does not etch the semiconductor substrate, such as a chemical solution containing hydrogen, so that the upper portion of the gate electrode and the upper portion of the source / drain diffusion layer serving as the silicide region can be opened. For this reason, it is possible to prevent the occurrence of damage such as implantation of new impurity ions into the semiconductor substrate such as the source / drain diffusion layer or the semiconductor substrate scraping. Thereby, disconnection of the silicide layer, leakage of the diffusion layer, and variation in contact resistance can be prevented.

この発明の第1の実施形態を図1〜図6に基づいて説明する。図1(a)〜(f)及び図2(a)、(b)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. 1 (a) to 1 (f) and FIGS. 2 (a) and 2 (b) are process cross-sectional views showing a manufacturing process of 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、サイドウォールスペーサを有するゲート電極上面及びソース・ドレイン拡散層上面に堆積した一般式SiC(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、所定部分のゲート電極上面及びソース・ドレイン拡散層上面を露出させてシリサイド領域と非シリサイド領域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(f)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(f)の断面図は図4に、また、不活性ガスイオン、特にArイオンを照射する工程(f)の断面図を図5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 ≧) deposited on the upper surface of the gate electrode having the sidewall spacer and the upper surface of the source / drain diffusion layer. The organic / inorganic hybrid film surface represented by 0, y> 0, z ≧ 0) 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. By doing so, the silicide region and the non-silicide region are formed by exposing the upper surface of the gate electrode and the upper surface of the source / drain diffusion layer in a predetermined portion. FIG. 1 shows a 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 (f) is different. Same as for irradiation. 4 is a cross-sectional view of the step (f) of irradiating nitrogen ions, and FIG. 5 is a cross-sectional view of the step (f) of irradiating inert gas ions, particularly Ar ions.

まず、図1(a)に示すように、素子分離100が形成された半導体基板101の上に例えば2nmのゲート酸化膜102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103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・ドレインの一部となる不純物濃度の低いN型拡散層104,105をゲート電極103をマスクとしてイオン注入法(例えばPを5×1013個/cm)により自己整合的に形成する。 First, as shown in FIG. 1A, a gate electrode 103 made of, for example, a 200 nm polysilicon film is formed on a semiconductor substrate 101 on which an element isolation 100 is formed via a 2 nm gate oxide film 102, for example. It is formed using photolithography technology and dry etching technology. Next, self-alignment is performed by ion implantation (for example, P + is 5 × 10 13 pieces / cm 2 ) using the N-type diffusion layers 104 and 105 having a low impurity concentration as a part of the source / drain as a mask for the gate electrode 103. To form.

次に、図1(b)に示すように、被加工基板106の表面を覆うようにシリコン窒化膜107をCVD法により例えば60nm堆積する。次に、図1(c)に示すように、シリコン窒化膜107の異方性エッチングを行って、ゲート電極103の側面だけを残すようにシリコン窒化膜107を除去し、第1のサイドウォールスペーサ108を形成する。次に、図1(d)に示すように、ゲート電極103及び第1のサイドウォールスペーサ108をマスクとし、イオン注入法(例えばAsを5×1015個/cm)によって前記ソース・ドレインの他の部分となる高濃度の拡散層109,110を自己整合的に形成する。次に、図1(e)に示すように、被加工基板111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、SiC(x>0、y>0)で表されるMSQ(メチルシルセスキオキサン)膜112をプラズマCVD法により例えば30nm堆積する。次に、MSQ膜112の所定部分に公知のフォトリソグラフィー技術を用いてレジストパターン113を形成する。 Next, as shown in FIG. 1B, a silicon nitride film 107 is deposited by, for example, 60 nm by a CVD method so as to cover the surface of the substrate 106 to be processed. Next, as shown in FIG. 1C, anisotropic etching of the silicon nitride film 107 is performed to remove the silicon nitride film 107 so that only the side surface of the gate electrode 103 is left, and the first sidewall spacer is removed. 108 is formed. Next, as shown in FIG. 1D, the source / drain is formed by ion implantation (for example, As + 5 × 10 15 / cm 2 ) using the gate electrode 103 and the first sidewall spacer 108 as a mask. High-concentration diffusion layers 109 and 110 to be other portions are formed in a self-aligned manner. Next, as shown in FIG. 1 (e), one of the organic-inorganic hybrid films described above so as to cover the surface of the substrate 111 to be processed is SiC x O y (x> 0, y> 0). An MSQ (methylsilsesquioxane) film 112 shown is deposited by, for example, 30 nm by plasma CVD. Next, a resist pattern 113 is formed on a predetermined portion of the MSQ film 112 using a known photolithography technique.

次に、図1(f)に示すように、例えば酸素イオン114をMSQ膜112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112の所定部、すなわち表面部を酸化層115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112の表面部は酸化層115となり、その下にMSQ膜が残留した状態となる。次に、図2(a)に示すように、例えば硫酸、又は硫酸と過酸化水素水の混合液を用いてレジストパターン113を除去した後、酸化層115を例えばHFを5%含有する薬液を用いて選択的に除去して第1のサイドウォールスペーサ108側面に30nmの幅を有する第2のサイドウォールスペーサ116を形成すると同時に、ゲート電極103の上部分117とソース・ドレイン拡散層109,110の上部分118,119を露出させる。   Next, as shown in FIG. 1 (f), for example, oxygen ions 114 are directed toward the surface of the MSQ film 112 so as to be substantially perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate, so that a predetermined portion of the MSQ film 112 is irradiated. That is, the surface portion is converted into the oxide layer 115. 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 112 becomes the oxide layer 115, and the MSQ film remains under the oxide layer 115. Next, as shown in FIG. 2A, after removing the resist pattern 113 using, for example, sulfuric acid or a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide, a chemical solution containing, for example, 5% of HF is added to the oxide layer 115. The second side wall spacer 116 having a width of 30 nm is formed on the side surface of the first side wall spacer 108 by selective removal, and at the same time, the upper portion 117 of the gate electrode 103 and the source / drain diffusion layers 109 and 110 are formed. The upper portions 118 and 119 are exposed.

次に、図2(b)に示すように、公知のサリサイド技術を用いてゲート電極103の上部分117とソース・ドレイン拡散層109,110の上部分118,119に例えばSiとCoの化合物からなるシリサイド層120を形成する。その際、ソース・ドレイン拡散層109,110上部分では、シリサイド層120が水平方向に成長して第2のサイドウォールスペーサ116下部に10nm程度潜り込むが、第2のサイドウォールスペーサ116の幅が30nmあるので、シリサイド層120が第1のサイドウォールスペーサ108下部の接合深さの浅いソース・ドレイン拡散層104,105まで浸食して接合リークを発生させる事はない。このようにしてシリサイド領域と非シリサイド領域を有するMOSトランジスタの基本構造が完成する。   Next, as shown in FIG. 2B, the upper portion 117 of the gate electrode 103 and the upper portions 118 and 119 of the source / drain diffusion layers 109 and 110 are made of, for example, a compound of Si and Co using a known salicide technique. A silicide layer 120 is formed. At this time, the silicide layer 120 grows in the horizontal direction above the source / drain diffusion layers 109 and 110 and enters the lower portion of the second sidewall spacer 116, but the width of the second sidewall spacer 116 is 30 nm. Therefore, the silicide layer 120 does not erode up to the shallow source / drain diffusion layers 104 and 105 below the first sidewall spacer 108 to cause junction leakage. In this way, a basic structure of a MOS transistor having a silicide region and a non-silicide region is completed.

本実施形態の工程の特徴は図1(f)、図2(a)の工程にあるが、図1(f)に示す酸化層115の形成方法について更に具体的に説明する。酸化層115を形成するためには図3に示すようなプラズマ処理装置を使用する。   The feature of the process of this embodiment is in the process of FIGS. 1F and 2A, and the method for forming the oxide layer 115 shown in FIG. 1F will be described more specifically. In order to form the oxide layer 115, a plasma processing apparatus as shown in FIG. 3 is used.

プラズマ処理装置を説明すると、図3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112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112に、半導体基板の主面に対してほぼ垂直に酸素イオン114を照射し、MSQ膜112を酸化層115に換える。ここで第2の高周波電力を制御するとMSQ膜112に入射する入射イオンエネルギーが調整でき、酸化層115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. 3, 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 112 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. 112 is irradiated with oxygen ions 114 substantially perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate to replace the MSQ film 112 with the oxide layer 115. Here, when the second high-frequency power is controlled, the incident ion energy incident on the MSQ film 112 can be adjusted, and the formation amount of the oxide layer 115 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、例えば処理室201内の圧力:0.6Pa、第1の高周波電力:1000W、第2の高周波電力:300W、O流量:100ml/min、試料台205の温度:60℃を適用した場合MSQ膜112に約30nmの酸化層115を形成することができる。この場合、処理室201内の圧力は低圧にするほど酸素イオンの入射異方性が強く、酸素イオン114が第2の高周波電力によるバイアスによりMSQ膜112に対して垂直方向に照射されるため、酸化層115は垂直方向に形成が進む。 When irradiating oxygen ions as specific conditions, for example, pressure in the processing chamber 201: 0.6 Pa, first high frequency power: 1000 W, second high frequency power: 300 W, O 2 flow rate: 100 ml / min, sample stage When the temperature of 205: 60 ° C. is applied, an oxide layer 115 of about 30 nm can be formed on the MSQ film 112. In this case, the lower the pressure in the processing chamber 201 is, the stronger the incident anisotropy of oxygen ions is, and the oxygen ions 114 are irradiated in the vertical direction with respect to the MSQ film 112 by the bias by the second high-frequency power. The oxide layer 115 is formed in the vertical direction.

MSQ膜を一般化した式SiC(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、
SiC+O→SiOv(v=1〜2)+CO↑+HO↑+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,
SiC w H x O y N z + O + → SiO v (v = 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3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処理室201内の圧力:0.6Pa、第1の高周波電力:1000W、第2の高周波電力:300W、N流量:100ml/min、試料台205の温度:60℃を適用することにより、図4に示すように、窒素イオン301によってMSQ膜112に約30nmの酸化層302を形成することができる。SiC(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、
SiC+N→SiOv(v=1〜2)+N↑+HCN↑+CN↑+etc↑
なる反応を経て酸化層が形成される。
Also, in the case of irradiation with nitrogen ions, a plasma processing apparatus as shown in FIG. 3 is used. As specific conditions, for example, the pressure in the processing chamber 201: 0.6 Pa, the first high-frequency power: 1000 W, the second By applying a high frequency power of 300 W, a flow rate of N 2 of 100 ml / min, and a temperature of the sample stage 205 of 60 ° C., an oxide layer 302 of about 30 nm is formed on the MSQ film 112 by nitrogen ions 301 as shown in FIG. Can be formed. 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,
SiC w H x O y N z + N + → SiO v (v = 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3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処理室201内の圧力: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205の温度:60℃を適用することにより、図5に示すように、Arイオン401によってMSQ膜112に約30nmの酸化層402を形成することができる。SiC(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、
SiC+Ar→SiOv(v=1〜2)+N↑+H↑+CO↑+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. 3. Specific conditions include, for example, pressure in the processing chamber 201: 0.6 Pa, first high-frequency power: 1000 W, second By applying a high frequency power of 500 W, an Ar flow rate: 100 ml / min, and a temperature of the sample stage 205: 60 ° C., an oxide layer 402 of about 30 nm is formed on the MSQ film 112 by Ar ions 401 as shown in FIG. can do. 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,
SiC w H x O y N z + Ar + → SiO v (v = 1 to 2) + N 2 ↑ + H 2 ↑ + CO 2 ↑ + etc ↑
Through this reaction, an oxide layer is formed.

以上のようなMSQ膜に酸素、窒素イオンを照射する過程においてMSQ膜に含有するC、H、Nは反応中間段階で酸素または窒素と結合し最終的に気体となって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、CO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112の表面層が酸化層115に変換される過程を見ると、MSQ膜112を構成するSi−CH結合が酸素イオン、窒素イオン、Arイオン衝撃により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。 In the process of irradiating the MSQ film with oxygen and nitrogen ions as described above, C, H, and N contained in the MSQ film are combined with oxygen or nitrogen in the intermediate stage of the reaction, and finally become a gas to the processing chamber from the MSQ film. It diffuses and is 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 112 into the oxide layer 115 is observed, the Si—CH 3 bond constituting the MSQ film 112 is affected by oxygen ion, nitrogen ion, Ar ion bombardment, Si—O bond, Si— It is thought that it is formed by changing to an OH bond.

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O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6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。 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, and examining the irradiated part by FTIR (Fourier transform infrared absorption spectrum), as 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、イオンのスパッタリングによる原子間結合の破壊によってダングリングボンドなどが多数存在し、CVDシリコン酸化膜、熱酸化膜などと比べて密度が低く、図2(a)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112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2(a)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112と比較して酸化層115の方が非常に大きくなるので、酸化層115を選択的に除去することができる(選択比:10程度)。   In this way, there are Si—O and Si—OH bonds in the oxide layer, but there are many dangling bonds, etc. due to the destruction of interatomic bonds due to ion sputtering, and CVD silicon oxide films, thermal oxide films, etc. The density is low compared to F and it is easy to bind to F- in the HF-containing chemical used in the step of FIG. On the other hand, since the MSQ film 112 is supplied with electrons from a methyl group to Si atoms and has a small number of dangling bonds, it has a property that it is difficult to react with F-. For this reason, in the step of FIG. 2A, if an HF-containing chemical solution is used, this oxide layer can be easily and selectively removed from the remaining MSQ film. That is, the removal rate by the chemical solution is much higher in the oxide layer 115 than in the MSQ film 112, so that the oxide layer 115 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、シリサイド領域120を半導体基板を実質的にエッチングしないHF含有薬液を用いたウェットエッチで形成できるので、従来のように、シリサイド化反応を阻害するイオンの打ち込みや、半導体基板の削れといったダメージが発生するという問題を回避する事が出来る。加えて、シリサイド層が水平方向に成長し、LDD層領域に侵食する問題も解決できるという効果がある。   As described above, in the manufacturing method according to the present embodiment, since the silicide region 120 can be formed by wet etching using an HF-containing chemical solution that does not substantially etch the semiconductor substrate, the silicidation reaction is inhibited as in the prior art. Problems such as ion implantation and damage such as chipping of the semiconductor substrate can be avoided. In addition, the problem that the silicide layer grows in the horizontal direction and erodes the LDD layer region can be solved.

そして最終的にはMOSトランジスタのシリサイド層の断線、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出来るものである。   Finally, disconnection of the silicide layer of the MOS transistor, leakage of the diffusion layer, and variation in contact resistance can be prevented.

窒素イオンを照射する方法では、レジストパターンの膜厚が薄くレジスト材料をエッチングする速度が大きい酸素イオンが使用できない場合であっても酸化層115を形成する事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、レジストパターンの膜厚が薄く、酸素イオンが使用できない場合でも酸化層115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112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112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 115 can be formed even when oxygen ions having a small resist pattern thickness and a high etching speed of the resist material cannot be used. Even in the method of irradiating with Ar ions, the oxide layer 115 can be formed even when the resist pattern is thin 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 on a portion of the semiconductor substrate other than the MSQ film 112 exposed to ions. Therefore, it is very effective when it is not desired to form a reaction layer in a part other than the MSQ film 112.

この発明の第2の実施形態を図7〜図11に基づいて説明する。図7〜図9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. 7 to 9 are process cross-sectional views for explaining a method of manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, and show a cross section of the 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、ゲート電極側面の第1のサイドウォールスペーサ側面にMSQ膜からなる第2のサイドウォールスペーサを形成すると同時に、所定領域のゲート電極上部分及びソース・ドレイン拡散層上部分を開口して、シリサイド領域及び非シリサイド領域を形成した後、その第2のサイドウォールスペーサ及び非シリサイド領域を被覆するMSQ膜を酸化層に変換して除去することが主要な構成である。   In this embodiment, in the same manner as the method described in the first embodiment, the second sidewall spacer made of the MSQ film is formed on the side surface of the first sidewall spacer on the side surface of the gate electrode, and at the same time, the gate in the predetermined region is formed. After opening the upper part of the electrode and the upper part of the source / drain diffusion layer to form a silicide region and a non-silicide region, the MSQ film covering the second sidewall spacer and the non-silicide region is converted into an oxide layer. Removal is the main configuration.

まず、図7(a)に示すように、素子分離500が形成された半導体基板501の上に例えば2nmのゲート酸化膜502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503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・ドレインの一部となる不純物濃度の低いN型拡散層504,505をゲート電極503をマスクとしてイオン注入法(例えばPを5×1013個/cm)により自己整合的に形成する。 First, as shown in FIG. 7A, a known gate electrode 503 made of, for example, a 200 nm polysilicon film is formed on a semiconductor substrate 501 on which an element isolation 500 is formed via a 2 nm gate oxide film 502, for example. It is formed using photolithography technology and dry etching technology. Next, self-alignment is performed by ion implantation (for example, P + is 5 × 10 13 / cm 2 ) using the N-type diffusion layers 504 and 505 having a low impurity concentration, which become a part of the source / drain, as a mask for the gate electrode 503. To form.

次に、図7(b)に示すように、被加工基板506の表面を覆うようにシリコン窒化膜507をCVD法により例えば60nm堆積する。次に、図7(c)に示すように、シリコン窒化膜507の異方性エッチングを行って、ゲート電極503の側面だけを残すようにシリコン窒化膜507を除去し、第1のサイドウォールスペーサ508を形成する。次に、図7(d)に示すように、ゲート電極503及び第1のサイドウォールスペーサ508をマスクとし、イオン注入法(例えばAsを5×1015個/cm)によって前記ソース・ドレインの他の部分となる高濃度の拡散層509,510を自己整合的に形成する。次に、図7(e)に示すように、被加工基板511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、SiC(x>0、y>0)で表されるMSQ(メチルシルセスキオキサン)膜512をプラズマCVD法により例えば30nm堆積する。このMSQ膜は水素、窒素を含んで一般式SiC(w>0、x≧0、y>0、z≧0)で表されるものでもよい。次に、MSQ膜512の所定部分に公知のフォトリソグラフィー技術を用いてレジストパターン513を形成する。 Next, as shown in FIG. 7B, a silicon nitride film 507 is deposited by, for example, 60 nm by a CVD method so as to cover the surface of the substrate 506 to be processed. Next, as shown in FIG. 7C, anisotropic etching of the silicon nitride film 507 is performed to remove the silicon nitride film 507 so that only the side surface of the gate electrode 503 is left, and the first sidewall spacer is removed. 508 is formed. Next, as shown in FIG. 7D, the source / drain is formed by an ion implantation method (for example, As + is 5 × 10 15 / cm 2 ) using the gate electrode 503 and the first sidewall spacer 508 as a mask. The high-concentration diffusion layers 509 and 510 to be other portions are formed in a self-aligned manner. Next, as shown in FIG. 7E, one of the organic-inorganic hybrid films described above so as to cover the surface of the substrate 511 to be processed is SiC x O y (x> 0, y> 0). An MSQ (methylsilsesquioxane) film 512 shown is deposited by, for example, 30 nm by plasma CVD. This MSQ 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, a resist pattern 513 is formed on a predetermined portion of the MSQ film 512 using a known photolithography technique.

次に、図7(f)に示すように、図1(f)、図4、図5の各種方法を使用して、例えば酸素イオン514をMSQ膜512に照射して、MSQ膜512の表面部を第1の酸化層515に変換する。次に、図8(a)に示すように、第1の酸化層515を例えばHFを5%含有する薬液を用いて選択的に除去し、第1のサイドウォールスペーサ508側面に30nmの幅を有する第2のサイドウォールスペーサ516を形成すると同時に、ゲート電極503の上部分517とソース・ドレイン拡散層509,510の上部分518,519を露出させる。次に、図8(b)に示すように、公知のサリサイド技術を用いてゲート電極503の上部分517とソース・ドレイン拡散層509,510の上部分518,519に例えばSiとCoの化合物からなるシリサイド層520を形成する。   Next, as shown in FIG. 7F, the MSQ film 512 is irradiated with, for example, oxygen ions 514 using various methods shown in FIGS. 1F, 4 and 5, and the surface of the MSQ film 512 is irradiated. The portion is converted into the first oxide layer 515. Next, as shown in FIG. 8A, the first oxide layer 515 is selectively removed using, for example, a chemical solution containing 5% of HF, and a width of 30 nm is formed on the side surface of the first sidewall spacer 508. Simultaneously with the formation of the second sidewall spacer 516, the upper portion 517 of the gate electrode 503 and the upper portions 518 and 519 of the source / drain diffusion layers 509 and 510 are exposed. Next, as shown in FIG. 8B, the upper portion 517 of the gate electrode 503 and the upper portions 518 and 519 of the source / drain diffusion layers 509 and 510 are made of, for example, a compound of Si and Co using a known salicide technique. A silicide layer 520 is formed.

次に、図9(a)に示すように、第2のサイドウォールスペーサ516及び非シリサイド領域を被覆するMSQ膜512に酸素ガス521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、第2のサイドウォールスペーサ516及び非シリサイド領域を被覆するMSQ膜512を第2の酸化層522,523に変換する。図7〜9の例では第2のサイドウォールスペーサ516及び非シリサイド領域を被覆するMSQ膜512全体を酸化層522,523に変換する条件を取っている。次に、図9(b)に示すように、第2の酸化層522,523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、第2のサイドウォールスペーサと非シリサイド領域を被覆する膜のないMOSトランジスタの基本構造が完成する。   Next, as shown in FIG. 9A, the second sidewall spacer 516 and the MSQ film 512 covering the non-silicide region are irradiated with oxygen gas 521 and at the same time the substrate to be processed is heated, for example, to apply thermal energy. By applying, the MSQ film 512 covering the second sidewall spacer 516 and the non-silicide region is converted into the second oxide layers 522 and 523. In the example of FIGS. 7 to 9, the condition is that the entire MSQ film 512 covering the second sidewall spacer 516 and the non-silicide region is converted into the oxide layers 522 and 523. Next, as shown in FIG. 9B, when the second oxide layers 522 and 523 are selectively removed using, for example, a chemical solution containing 5% of HF, the second sidewall spacer and the non-silicide region are removed. The basic structure of a MOS transistor without a coating film is completed.

本実施形態の特徴は工程図9(a)であり、次に、図9(a)に示す第2の酸化層522,523の形成についてさらに詳細に説明する。第2の酸化層522,523を形成するためには図10に示すようなヒーター加熱式の熱処理装置を使用する。   A feature of the present embodiment is a process diagram 9 (a). Next, the formation of the second oxide layers 522 and 523 shown in FIG. 9 (a) will be described in more detail. In order to form the second oxide layers 522 and 523, a heater heating type heat treatment apparatus as shown in FIG. 10 is used.

図10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. 10, 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9(a)の工程を実施するときは、試料台602上にMSQ膜からなる第2のサイドウォールスペーサ及び非シリサイド領域上部の被覆膜が形成された被加工基板を設置し、第2のサイドウォールスペーサ516及び非シリサイド領域上部のMSQ膜512に酸素ガス521を照射するとともに試料台602から半導体基板501に熱エネルギーを与えて第2の酸化層522,523に変換する。この具体的条件として例えば処理室601内の圧力:100Pa、O流量:1000ml/min、試料台の温度:700℃を適用することにより、第2のサイドウォールスペーサ516及び非シリサイド領域上部のMSQ膜512に約30nmの酸化層522,523を形成することができる。この場合、酸素ガスは等方的に第2のサイドウォールスペーサ及び非シリサイド上部のMSQ膜512に入射するので、第2のサイドウォールスペーサ516及び非シリサイド上部のMSQ膜512は等方的に第2の酸化層522,523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、
SiC+O→SiO(v=1〜2)+CO↑+HO↑+NO↑+etc↑
なる反応が生じていると考えられる。
When the step of FIG. 9A is performed, a substrate to be processed on which a second sidewall spacer made of an MSQ film and a coating film on the non-silicide region are formed on the sample stage 602 is installed. The side wall spacers 516 and the MSQ film 512 above the non-silicide regions are irradiated with oxygen gas 521, and thermal energy is applied from the sample stage 602 to the semiconductor substrate 501 to convert it into the second oxide layers 522 and 523. By applying, for example, the pressure in the processing chamber 601: 100 Pa, the flow rate of O 2 : 1000 ml / min, and the temperature of the sample stage: 700 ° C. as the specific conditions, the MSQ over the second sidewall spacer 516 and the non-silicide region is applied. An oxide layer 522 or 523 having a thickness of about 30 nm can be formed on the film 512. In this case, the oxygen gas isotropically enters the second sidewall spacer and the MSQ film 512 above the non-silicide, so that the second sidewall spacer 516 and the MSQ film 512 above the non-silicide are isotropic. 2 oxide layers 522, 523. In this conversion process, oxygen reacts with C, H, N constituting the MSQ film,
SiC w H x O y N z + O → SiO v (v = 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9(a)の工程における第2のサイドウォールスペーサ516及び非シリサイド領域上部のMSQ膜512の酸化層への変換量は試料台602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601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9(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、COなど)、酸素と窒素の化合物(NO、NO、NO、Nなど)、酸素と水素の化合物(HO、H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 second sidewall spacer 516 and the MSQ film 512 above the non-silicide region into the oxide layer in the step of FIG. 9A can be achieved by controlling the temperature of the sample stage 602. However, it is also possible to control parameters such as a processing pressure, a gas flow rate, and a processing time in the processing chamber 601 other than this. 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 9 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7〜9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9(a)の第2のサイドウォールスペーサ516及び非シリサイド領域上部のMSQ膜512を第2の酸化層522,523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 MOS transistor manufacturing process described with reference to FIGS. 7 to 9, the second sidewall spacer 516 and the MSQ film 512 above the non-silicide region in FIG. 9A are used as the second oxide layers 522 and 523. Although oxygen gas was used for the conversion, other gases, ie nitrogen gas, can also be used.

図11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9(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、702,703は第2の酸化層である。窒素ガスを照射する場合も図10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516及び非シリサイド領域上部のMSQ膜512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702,703に変換する。具体的な条件として例えば処理室601内の圧力:100Pa、N流量:1000ml/min、試料台602の温度:700℃を適用すると、第2のサイドウォールスペーサ516及び非シリサイド領域上部のMSQ膜512に約30nmの第2の酸化層702,703を形成することができる。 FIG. 11 is a process cross-sectional view corresponding to FIG. 9A in the process of manufacturing the MOS transistor according to the second embodiment of the present invention and showing a process of irradiating nitrogen gas to convert it into an oxide layer. Nitrogen gas, 702 and 703 are second oxide layers. Also in the case of irradiation with nitrogen gas, the heater heating type heat treatment apparatus shown in FIG. 10 is used to irradiate the side wall spacer 516 and the MSQ film 512 above the non-silicide region with the nitrogen gas 701 and from the sample stage 602 to the semiconductor substrate. Thermal energy is applied to convert it into second oxide layers 702 and 703. As specific conditions, for example, when the pressure in the processing chamber 601 is 100 Pa, the N 2 flow rate is 1000 ml / min, and the temperature of the sample stage 602 is 700 ° C., the second sidewall spacer 516 and the MSQ film above the non-silicide region are applied. A second oxide layer 702 or 703 having a thickness of about 30 nm can be formed on 512.

窒素ガスは図9(a)の場合と同様等方的に照射されるので、第2サイドウォールスペーサ516及び非シリサイド領域上部のMSQ膜512は等方的に第2の酸化層702,703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、
SiC+N→SiO(v=1〜2)+N↑+HCN↑+CN↑+etc↑
なる過程で第2のサイドウォールスペーサ及び非シリサイド領域上部のMSQ膜が第2の酸化層に変換されると考えられる。
Since nitrogen gas is isotropically irradiated as in the case of FIG. 9A, the second sidewall spacer 516 and the MSQ film 512 above the non-silicide region are isotropically applied to the second oxide layers 702 and 703. Converted. 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,
SiC w H x O y N z + N → SiO v (v = 1 to 2) + N 2 ↑ + HCN ↑ + CN ↑ + etc ↑
In this process, it is considered that the second sidewall spacer and the MSQ film above the non-silicide region are 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第2のサイドウォールスペーサ516及び非シリサイド領域上部のMSQ膜512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、NO、NO、Nなど)、窒素と水素の化合物(NH、Nなど)、窒素と炭素の化合物(C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602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。本実施形態の工程は一旦形成した第2の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、第2の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。そのような場合は第2の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。 In the method using nitrogen gas, an oxide layer is not formed in a portion other than the second sidewall spacer 516 and the MSQ film 512 above the non-silicide region of the semiconductor device as in the case of oxygen gas. There is an advantage that it can be used even when it is not desirable to form the film. Further, instead of nitrogen gas as an oxide layer forming gas, a compound of oxygen and nitrogen (NO, NO 2 , N 2 O, N 2 O 2 etc.), a compound of nitrogen and hydrogen (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. In addition, although the heater heating method is used as the heating method of the sample stage 602, the same effect can be obtained even when a lamp heating method heat treatment apparatus using a halogen lamp or the like is used. The process of this embodiment is an addition of a process of removing the second sidewall spacer once formed. For example, in a semiconductor integrated circuit, when gate electrodes are arranged with a narrow interval on a pattern layout and a contact hole is to be formed between the gates, a contact hole cannot be formed if a second sidewall spacer is present. This is occurring in high density fine pattern integrated circuits. In such a case, it is necessary to remove the second sidewall spacer, and this embodiment can be carried out without damaging the substrate.

この発明の第3の実施形態を図12〜図17に基づいて説明する。上記第2の実施形態では、MSQ膜からなる第2のサイドウォールスペーサ及び非シリサイド領域の被覆膜を第2の酸化層に変換する工程(図9(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 second sidewall spacer made of the MSQ film and the coating film of the non-silicide region into the second oxide layer (step corresponding to FIG. 9A), the substrate The method of irradiating oxygen gas or nitrogen gas at the same time as applying thermal energy by heating to high temperature 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9(a)に対応して、第2のサイドウォールスペーサ及び非シリサイド領域上部のMSQ膜を第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9(a)の工程を除いて図7〜8、図9(b)と同じであり、工程の説明において参照する。
(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12は、酸素ラジカルを用いてMSQ膜からなる第2のサイドウォールスペーサ及び非シリサイド領域の被覆膜を第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、802,803は第2の酸化層である。また、図14は、窒素ラジカルを用いてMSQ膜からなる第2のサイドウォールスペーサ及び非シリサイド領域の被覆膜を第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、1002,1003は第2の酸化層である。この工程は、図13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 second sidewall spacer and the MSQ film above the non-silicide region 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. 7 to 8 and FIG. 9B except for the process of FIG. 9A, and will be referred to in the description of the process.
(1) Conversion to Second Oxide Layer Using Oxygen Radical or Nitrogen Radical FIG. 12 shows a second sidewall spacer made of an MSQ film and a non-silicide region coating film by using oxygen radicals. It is process sectional drawing which shows the process converted into an oxide layer, 801 is an oxygen radical, 802 and 803 are 2nd oxide layers. FIG. 14 is a process cross-sectional view showing the process of converting the second sidewall spacer made of the MSQ film and the non-silicide region coating film into the second oxide layer using nitrogen radicals. Radicals 1002 and 1003 are second oxide layers. This step uses the plasma processing apparatus shown in FIG.

図13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. 13, 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膜からなる第2のサイドウォールスペーサ及び非シリサイド領域に被覆膜を形成した半導体基板を設置し、第2のサイドウォールスペーサ516及び非シリサイド領域上部のMSQ膜512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802,803または1002,1003に変換する。酸素ラジカルを用いる場合、具体的条件、例えば処理室901内の圧力:100Pa、高周波電力:1000W、O流量:1000ml/min、試料台905の温度:150℃を適用することにより、第2のサイドウォールスペーサ516及び非シリサイド領域上部のMSQ膜512を約30nmの酸化層802,803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、
SiC+O*→SiO(v=1〜2)+CO↑+HO↑+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 second sidewall spacer made of an MSQ film and a semiconductor substrate with a coating film formed on the non-silicide region are placed on the sample stage 905 inside the plasma processing apparatus, and the second sidewall spacer 516 and the upper portion of the non-silicide region are placed on top. The MSQ film 512 is irradiated with oxygen radicals 801 or nitrogen radicals 1001 to be converted into second oxide layers 802 803 or 1002 1003. When oxygen radicals are used, the specific conditions such as pressure in the processing chamber 901: 100 Pa, high frequency power: 1000 W, O 2 flow rate: 1000 ml / min, temperature of the sample stage 905: 150 ° C. The sidewall spacer 516 and the MSQ film 512 on the non-silicide region can be converted into oxide layers 802 and 803 of about 30 nm. By irradiating the side wall spacer with oxygen radicals, C, H, and N of the MSQ film react with oxygen radicals,
SiC w H x O y N z + O * → SiO v (v = 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、例えば処理室901内の圧力:100Pa、高周波電力:1000W、N流量:1000ml/min、試料台905の温度:150℃の条件を適用することにより、第2のサイドウォールスペーサ516及び非シリサイド領域上部のMSQ膜512を約30nmの酸化層1002,1003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、
SiC+N*→SiO(v=1〜2)+N↑+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、第2のサイドウォールスペーサ516及び非シリサイド領域上部のMSQ膜512も等方的に第2の酸化層802,803あるいは1002,1003に変換される。
Further, when nitrogen radicals are used, for example, by applying the following conditions: pressure in the processing chamber 901: 100 Pa, high frequency power: 1000 W, N 2 flow rate: 1000 ml / min, temperature of the sample stage 905: 150 ° C. The sidewall spacer 516 and the MSQ film 512 on the non-silicide region can be converted into oxide layers 1002 and 1003 of about 30 nm. When nitrogen radical irradiation is performed, C, H, and N of the MSQ film react with nitrogen radicals,
SiC w H x O y N z + N * → SiO v (v = 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, since the oxygen radical 801 and the nitrogen radical 1001 are isotropically irradiated in the processing chamber, the second sidewall spacer 516 and the MSQ film 512 above the non-silicide region are also isotropically oxidized. Layers 802, 803 or 1002, 1003 are converted.

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℃以下の低温にて第2のサイドウォールスペーサ516及び非シリサイド領域上部のMSQ膜512を第2の酸化層802,803または1002,1003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 due to the reactivity of the radicals themselves. Therefore, the second sidewall spacer 516 and the MSQ film 512 above the non-silicide region are formed on the second sidewall spacer 516 at a low temperature of 200 ° C. or lower. It can be converted into an oxide layer 802, 803 or 1002, 1003. 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、COなど)、酸素と窒素の化合物(NO、NO、NO、Nなど)、酸素と水素の化合物(HO、H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、NO、NO、Nなど)、窒素と水素の化合物(NH、Nなど)、窒素と炭素の化合物(C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及び非シリサイド領域上部のMSQ膜以外の半導体基板上に酸化層が形成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15は、酸素イオンを用いてMSQ膜からなる第2のサイドウォールスペーサ及び非シリサイド領域の被覆膜を第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、1102,1103は第2の酸化層である。図16は、窒素イオンを用いてMSQ膜からなる第2のサイドウォールスペーサ及び非シリサイド領域の被覆膜を第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、1202,1203は第2の酸化層である。さらに図17は、不活性ガスイオン特にArイオンを用いてMSQ膜からなる第2のサイドウォールスペーサ及び非シリサイド領域の被覆膜を第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、1302,1303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3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膜からなる第2のサイドウォールスペーサ及び非シリサイド領域の被覆膜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またはAr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 an oxide layer is formed on the semiconductor substrate other than the MSQ film above the sidewall spacer and non-silicide region at the time of radical irradiation. There is an advantage that the second 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. 15 shows the covering of the second sidewall spacer made of the MSQ film and the non-silicide region using oxygen ions. It is process sectional drawing which shows the process of converting a film | membrane into a 2nd oxide layer, 1101 is oxygen ion, 1102 and 1103 are 2nd oxide layers. FIG. 16 is a process cross-sectional view showing the process of converting the second sidewall spacer made of the MSQ film and the coating film of the non-silicide region into the second oxide layer using nitrogen ions, 1202 and 1203 are second oxide layers. Further, FIG. 17 is a process sectional view showing a process of converting the second sidewall spacer made of the MSQ film and the coating film of the non-silicide region into the second oxide layer by using inert gas ions, particularly Ar ions. , 1301 are Ar ions, and 1302 and 1303 are second oxide layers. The plasma processing apparatus shown in FIG. 3 is used for irradiation with oxygen ions, nitrogen ions, or Ar ions. In this case, a second sidewall spacer made of an MSQ film and a non-silicide are formed on the sample stage 205 in the processing chamber 201. A substrate on which a region coating film is formed is set, oxygen, nitrogen, or Ar 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 enter the plasma. To control the oxygen / nitrogen / Ar ion energy.

酸素イオン照射を行うときは具体的条件として例えば処理室201内の圧力:0.6Pa、第1の高周波電力:1000W、第2の高周波電力:300W、O流量:100ml/min、試料台205の温度:60℃を適用することにより、約30nmの酸化層1102,1103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、
SiC+O→SiO(v=1〜2)+CO↑+HO↑+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, specific conditions include, for example, pressure in the processing chamber 201: 0.6 Pa, first high frequency power: 1000 W, second high frequency power: 300 W, O 2 flow rate: 100 ml / min, sample stage 205. By applying a temperature of 60 ° C., oxide layers 1102 and 1103 having a thickness of about 30 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,
SiC w H x O y N z + O + → SiO v (v = 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、例えば処理室201内の圧力: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205の温度:60℃の条件を適用することにより、約30nmの酸化層1202,1203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、
SiC+N→SiO(v=1〜2)+N↑+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、例えば処理室201内の圧力: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205の温度:60℃の条件を適用することにより、約30nmの酸化層1302,1303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、
SiC+Ar→SiO(v=1〜2)+N↑+H↑+CO↑+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3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, the pressure in the processing chamber 201: 0.6 Pa, the first high-frequency power: 1000 W, the second high-frequency power: 300 W, the N2 flow rate: 100 ml / min, the temperature of the sample stage 205: By applying the condition of 60 ° C., oxide layers 1202 and 1203 of about 30 nm can be formed. When the MSQ film is irradiated with nitrogen ions, C, H and N constituting the MSQ film react with nitrogen ions,
SiC w H x O y N z + N + → SiO v (v = 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 pressure in the processing chamber 201: 0.6 Pa, the first high-frequency power: 1000 W, the second high-frequency power: 500 W, the Ar flow rate: 100 ml / min, the temperature of the sample stage 205 : By applying the conditions of 60 ° C., oxide layers 1302 and 1303 of about 30 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,
SiC w H x O y N z + Ar + → SiO v (v = 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については第2のサイドウォールスペーサ516及び非シリサイド領域上部のMSQ膜512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1102,1103または1202,1203または1302,1303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501のソース・ドレイン拡散層504,505,509,510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1301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 are formed on the second sidewall spacer 516 and the upper part of the non-silicide region. Since the sputtering effect on the MSQ film 512 is utilized, it is not necessary to apply energy such as heat from the outside, and the second oxide layer 1102, 1103 or 1202, 1203 or 1302, 1303 can be converted at a lower temperature. . Therefore, as in (1), the thermal budget is effective for a severe process. When this method is carried out, the surface of the source / drain diffusion layers 504, 505, 509, 510 of the semiconductor substrate 501 is also irradiated with oxygen ions 1101, nitrogen ions 1201, or Ar ions 1301, but the influence of damage to the semiconductor substrate is shown from the experimental results. 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、COなど)、酸素と窒素の化合物(NO、NO、NO、Nなど)、酸素と水素の化合物(HO、H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、NO、NO、Nなど)、窒素と水素の化合物(NH、Nなど)、窒素と炭素の化合物(C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.), and 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 the 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、イオン照射時に第2のサイドウォールスペーサおよび非シリサイド領域上部のMSQ膜以外の半導体基板上に膜厚の薄い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1302,1303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、第2のサイドウォールスペーサおよび非シリサイド領域上部のMSQ膜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 thin resist pattern or the like exists on the semiconductor substrate other than the MSQ film above the second sidewall spacer and the non-silicide region at the time of ion irradiation, and the resist is etched. Even when oxygen ions cannot be irradiated, the second oxide layers 1302 and 1303 can be formed. At the same time, since Ar ions are inactive, a reaction layer such as an oxide layer or a nitride layer is formed in a portion exposed to ion irradiation other than the second sidewall spacer and the MSQ film above the non-silicide region. It is also very effective when this is not desirable.

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膜からなる第2のサイドウォールスペーサ及び非シリサイド領域の被覆膜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9(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1102,1103,1202,1203,1302,1303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9(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 second sidewall spacer made of the MSQ film and the coating film of the non-silicide region by the method described in the second and third embodiments of the present invention is the first oxide layer. Since the film physical properties similar to those of the oxide layer formed in the first embodiment are provided, silicon oxide formed by a normal CVD method or thermal oxidation by wet etching with a HF-containing chemical solution in the step of FIG. 9B. The semiconductor substrate material can be easily and selectively removed at a very high etching rate compared to the film. Particularly, in the oxygen ion / nitrogen ion / inert gas (Ar) ion irradiation method in (2) of the third embodiment, the second oxide layers 1102, 1103 formed by the oxygen / nitrogen / inert gas ion sputtering effect. Since many of the Si-O and Si-OH bonds of 1202, 1203, 1302, and 1303 are broken, the density is particularly small. In the process of FIG. The oxide layer thus formed can be removed more easily.

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、第2のサイドウォールスペーサとシリサイド領域及び非シリサイド領域の一括形成工程(図7(f))、第2のサイドウォールスペーサ及び非シリサイド領域の被覆膜の除去工程(図9(a))の両方にHF含有薬液を使用するので、従来のように、シリサイド化反応を阻害するイオンの打ち込みや、半導体基板のダメージが発生するという問題を回避できるので、シリサイド層の断線、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出来る。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、第1の実施形態、第2の実施形態、第3の実施形態ではシリサイド層としてSiとCoのシリサイド層について述べたが、SiとNiといったその他のシリサイド層においても同様の効果が得られることは言うまでもない。   Further, in the manufacturing process of the MOS transistor according to the second and third embodiments of the present invention, the second sidewall spacer, the silicide region and the non-silicide region are collectively formed (FIG. 7 (f)), the second sidewall spacer. Since the HF-containing chemical solution is used for both of the process of removing the coating film in the non-silicide region (FIG. 9A), ion implantation that inhibits the silicidation reaction and damage to the semiconductor substrate are caused as in the conventional case. Since the problem of occurrence can be avoided, disconnection of the silicide layer, leakage of the diffusion layer, and variation in contact resistance can be prevented. 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 and third embodiments (2), inductively coupled plasma is used for ion generation. However, ECR (Electron Cytron Resonance) type plasma, capacitively coupled plasma, and microwave excitation type are used. Similar effects can be obtained by using plasma or ion irradiation using a known ion implantation method. In the first embodiment, the second embodiment, and the third embodiment, the silicide layer of Si and Co is described as the silicide layer. However, the same effect can be obtained in other silicide layers such as Si and Ni. Needless to say.

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、シリサイド・非シリサイド領域を有する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 a method for forming an element without damaging a substrate, including forming a MOS transistor having a silicide / non-silicide region without damaging the semiconductor substrate. This 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. 図1の次の工程断面図である。FIG. 2 is a process cross-sectional view subsequent to FIG. 1. 本発明の第1の実施形態に用いるプラズマ処理装置の装置概略図である。1 is an apparatus schematic diagram of a plasma processing apparatus used in a first embodiment of the present invention. 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7の次の工程断面図である。FIG. 8 is a process sectional view subsequent to FIG. 7; 図7の次の工程断面図である。FIG. 8 is a process sectional view subsequent to FIG. 7; 本発明の第2の実施形態に用いる熱処理装置の装置概略図である。It is the apparatus schematic of the heat processing apparatus used for the 2nd Embodiment of this invention. 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. 本発明の第3の実施形態に用いるプラズマ処理装置の装置概略図である。It is an apparatus schematic of the plasma processing apparatus used for the 3rd Embodiment of this invention. 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.

符号の説明Explanation of symbols

1,100,500 素子分離
2,101,501 半導体基板
3,102,502 ゲート絶縁膜
4,103,503 ゲート電極
5,6,10,11,104,105,109,110,504,505,509
510 N型拡散層
7,12,106,111,506,511 被加工基板
8,107,507 シリコン窒化膜
9,108,508 第1のサイドウォールスペーサ
13 シリコン酸化膜
14,513 レジストパターン
15,117,517 シリサイド領域となるゲート電極上部分
16,17,118,119,518,519 シリサイド領域となるソース・ドレイン拡散層上部分
18,120,520 シリサイド層
112,512 MSQ(メチルシルセスキオキサン)膜
114,514,1101 酸素イオン
115,515 酸化層
116,516 第2のサイドウォールスペーサ
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
521 酸素ガス
522,523,702,703,802,803,1002,1003,1102,1103,1202,1203,1302,1303 第2の酸化層
205,602,905 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 Element isolation 2,101,501 Semiconductor substrate 3,102,502 Gate insulating film 4,103,503 Gate electrode 5,6,10,11,104,105,109,110,504,505,509
510 N-type diffusion layer 7, 12, 106, 111, 506, 511 Substrate 8, 107, 507 Silicon nitride film 9, 108, 508 First sidewall spacer 13 Silicon oxide film 14, 513 Resist pattern 15, 117 , 517 Gate electrode upper part 16, 17, 118, 119, 518, 519 serving as a silicide region Source / drain diffusion layer upper part 18, 120, 520 serving as a silicide region Silicide layer 112, 512 MSQ (methyl silsesquioxane) Films 114, 514, 1101 Oxygen ions 115, 515 Oxide layers 116, 516 Second sidewall spacers 201, 601, 901 Processing chamber 202 First high frequency power source 203 Coil 204 Second high frequency power sources 301, 1201 Nitrogen ions 401, 1301 Ar ion 521 Oxygen gas 522, 523, 702, 703, 802, 803, 1002, 1003, 1102, 1103, 1202, 1203, 1302, 1303 Second oxide layer 205, 602, 905 Sample stage 603 Mass flow controller 604 Gas inlet 701 Nitrogen Gas 801 Oxygen radical 902 Gas introduction tube 903 Plasma generation chamber 904 High frequency power supply 1001 Nitrogen radical

Claims (16)

半導体基板上にゲート絶縁膜を介して複数のゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極側面に第1のサイドウォールスペーサを形成する工程と、前記第1のサイドウォールスペーサを有する前記ゲート電極間に高濃度のソース・ドレイン拡散層を形成する工程と、前記第1のサイドウォールスペーサを有する前記ゲート電極及び前記ソース・ドレイン拡散層を被覆するようにSiC(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、前記ゲート電極及び前記ソース・ドレイン拡散層の所定部分を開口すると同時に前記第1のサイドウォールスペーサの側面に前記有機無機ハイブリッド膜からなる第2のサイドウォールスペーサを形成する工程と、前記ゲート電極及び前記ソース・ドレイン拡散層の開口部分をシリサイド化してシリサイド層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 plurality of gate electrodes on a semiconductor substrate via a gate insulating film; a step of forming a first sidewall spacer on a side surface of the gate electrode; and the gate electrode having the first sidewall spacer. Forming a high-concentration source / drain diffusion layer, and SiC w H x O y N z (w>) so as to cover the gate electrode having the first sidewall spacer and the source / drain diffusion layer. 0, x ≧ 0, y> 0, z ≧ 0), an organic-inorganic hybrid film deposition step, a predetermined portion of the organic-inorganic hybrid film is converted into an oxide layer, and the oxide layer is selected The organic inorganic layer is formed on the side surface of the first sidewall spacer at the same time as opening predetermined portions of the gate electrode and the source / drain diffusion layer. Forming a second sidewall spacer made of a hybrid film, a method of manufacturing a semiconductor device including a step of forming a silicide layer by siliciding the opening portion of the gate electrode and the source and drain diffusion layers. 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2記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2, 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. 前記第2の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、前記第2のサイドウォールスペーサの酸化層を選択的に除去する工程とを含む請求項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, comprising a step of converting at least a surface portion of the second sidewall spacer into an oxide layer and a step of selectively removing the oxide layer of the second sidewall spacer. . 前記第2のサイドウォールスペーサを酸化層に変換する工程は、前記第2の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6記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the step of converting the second sidewall spacer into an oxide layer is performed by a step of applying a thermal energy to the second 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7記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the gas is a gas containing oxygen or nitrogen. 前記第2のサイドウォールスペーサを酸化層に変換する工程は、ラジカル種を前記第2の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6記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the step of converting the second sidewall spacer into an oxide layer is performed by irradiating the second 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9記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the radical species includes an oxygen radical or a nitrogen radical. 前記第2のサイドウォールスペーサを酸化層に変換する工程は、前記第2の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6記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the step of converting the second sidewall spacer into an oxide layer is performed by irradiating the second 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11記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11, wherein the ions include any one of oxygen ions, nitrogen ions, and inert gas ions. 前記第2のサイドウォールスペーサの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6記載の半導体装置の製造方法。   7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the step of selectively removing the oxide layer of the second sidewall spacer is performed using a chemical solution containing fluorine. 前記第2のサイドウォールスペーサの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6記載の半導体装置の製造方法。   7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the step of selectively removing the oxide layer of the second sidewall spacer is performed using a gas containing fluorine. 前記ソース・ドレイン拡散層上面に形成されるシリサイド層が前記第1のサイドウォールスペーサの下部領域まで成長させない請求項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 a silicide layer formed on the upper surface of the source / drain diffusion layer is not grown to a lower region of the first sidewall spacer. 半導体基板と、前記半導体基板上にゲート絶縁膜を介して形成された複数のゲート電極と、前記ゲート電極側面に形成された第1のサイドウォールスペーサと、前記第1のサイドウォールスペーサを有する前記ゲート電極間に形成された高濃度のソース・ドレイン拡散層と、所定領域の前記ゲート電極において前記第1のサイドウォールスペーサの側面に形成されたSiC(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第2のサイドウォールスペーサと、所定領域の前記ゲート電極及び前記ソース・ドレイン拡散層をシリサイド化して形成されたシリサイド層とを備えた半導体装置。 A semiconductor substrate; a plurality of gate electrodes formed on the semiconductor substrate via a gate insulating film; a first sidewall spacer formed on a side surface of the gate electrode; and the first sidewall spacer. A high-concentration source / drain diffusion layer formed between the gate electrodes, and SiC w H x O y N z (w> 0, formed on a side surface of the first sidewall spacer in the gate electrode in a predetermined region). x ≧ 0, y> 0, z ≧ 0) formed by siliciding the second sidewall spacer made of an organic-inorganic hybrid film and the gate electrode and the source / drain diffusion layer in a predetermined region. A semiconductor device comprising a silicide layer.
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