JP2011096788A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

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Kazuya Uejima
和也 上嶋
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To form a spacer neither requiring the use of a substrate protective film nor generating a notch when mutual interval between projections for forming the spacer is small, the width of a groove is small, or the diameter of a hole is small. <P>SOLUTION: In anisotropic etching when the spacer is formed, "1-(ratio of horizontal etching rate to vertical etching rate of second spacer forming film 5 in anisotropic etching)" is defined as fractional anisotropy, and "(film thickness T1 of first spacer forming film 4-film thickness T2 of second spacer forming film 5)/(film thickness T1 of first spacer forming film 4)" is defined as the film thickness incremental modulus of the first spacer forming film 4 to the second spacer forming film 5. In this case, an etching condition is adopted, where the vertical etching rate of the second spacer forming film 5 is allowed to be smaller than the vertical etching rate of the first spacer forming film 4 and also to be larger than a value obtained by multiplying the vertical etching rate of the first spacer forming film 4 by a smaller value of the fractional anisotropy and the film thickness incremental modulus. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、凸部の側壁にスペーサーを形成する工程を有する半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device including a step of forming a spacer on a side wall of a convex portion.

近年、情報通信機器の発達に伴いLSIに要求される処理能力はますます高いものになっており、MIS型電界効果トランジスタの高速化が図られている。この高速化は主として構造の微細化および高密度化によって進められてきた。一方、LSIを製造する際、段差の側壁にスペーサーと呼ばれる構造をしばしば形成する。スペーサーとは、段差を有する構造に対し、自己整合的に所定の構造を形成する際、その構造体の水平方向の位置を制御するために用いられる。   In recent years, with the development of information communication equipment, the processing capability required for LSIs has become higher and the speed of MIS field effect transistors has been increased. This increase in speed has been promoted mainly by miniaturization and densification of the structure. On the other hand, when manufacturing an LSI, a structure called a spacer is often formed on the side wall of the step. The spacer is used to control the horizontal position of the structure when a predetermined structure is formed in a self-aligned manner with respect to the structure having a step.

例えばスペーサーは、MIS型電界効果トランジスタのソース・ドレインを、ゲート電極をマスクにしてイオン注入により自己整合的に形成する際に、ソース・ドレインの先端とゲート電極の水平方向の位置調整に用いられる。これは、イオン注入された不純物が、活性化の熱処理の際に、横方向にも広がるためである。   For example, spacers are used to adjust the position of the tip of the source / drain and the gate electrode in the horizontal direction when forming the source / drain of the MIS field effect transistor in a self-aligned manner by ion implantation using the gate electrode as a mask. . This is because the ion-implanted impurities spread in the lateral direction during the heat treatment for activation.

またスペーサーは、MIS型電界効果トランジスタのソース・ドレイン上に、金属スパッタと熱処理を組み合わせて、自己整合的に金属シリサイドを形成する際(サリサイドプロセスと呼ばれる)、シリサイドとゲート電極の水平方向の距離を適切に離す場合にも用いられる。   The spacer is a distance between the silicide and the gate electrode in the horizontal direction when forming a metal silicide in a self-aligned manner by combining metal sputtering and heat treatment on the source / drain of the MIS field effect transistor (referred to as a salicide process). It is also used when properly separating.

その他スペーサーは、フォトリソグラフィとエッチングを用いて形成した溝やホールの幅を、更に狭くしたい場合に、その内部の側壁に形成することもある。   In addition, the spacer may be formed on the side wall in the interior when it is desired to further narrow the width of the groove or hole formed by photolithography and etching.

スペーサーを形成することに関連する文献としては、特許文献1〜8がある。これらのうち特許文献1と特許文献2には、MIS型電界効果トランジスタのゲート電極の側壁にスペーサーを形成する際に、基板が削れてしまうということを解決することを目的として、基板保護膜を用いて基板を保護しつつスペーサーを形成する方法が開示されている。特許文献3には、等方性エッチングを用いてスペーサーを形成する方法が開示されている。特許文献4には、MONOS構造のメモリゲート電極を、制御ゲート電極の側壁スペーサーとして形成する際に、スペーサーとなる膜の表面にエッチングレートの遅い膜を設けることにより、肩落ちの少ないスペーサー形状を実現する方法が開示されている。   Documents related to forming the spacer include Patent Documents 1-8. Among these, in Patent Document 1 and Patent Document 2, a substrate protective film is provided for the purpose of solving the problem that the substrate is scraped when the spacer is formed on the side wall of the gate electrode of the MIS field effect transistor. A method of forming a spacer while protecting a substrate using the method is disclosed. Patent Document 3 discloses a method of forming a spacer using isotropic etching. In Patent Document 4, when a memory gate electrode having a MONOS structure is formed as a sidewall spacer of a control gate electrode, a spacer shape with a low shoulder drop is formed by providing a film with a slow etching rate on the surface of the film serving as the spacer. A method of realizing is disclosed.

特開2005−159335号公報JP 2005-159335 A 特開2005−277317号公報JP 2005-277317 A 特開平07−245397号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-245397 特開2007−184323号公報JP 2007-184323 A 特開2002−170941号公報JP 2002-170941 A 特開2004−303799号公報JP 2004-303799 A 特開2005−175378号公報JP 2005-175378 A 特開2006−100599号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2006-100599

特許文献1に開示されているように、側壁にスペーサーを形成する際に基板などの下地が削られることは、異方性エッチングを用いた場合に共通する課題である。そこで、特許文献1又は特許文献2に開示されている方法を用いれば、基板が削れることはなくなるが、基板上に保護膜が残る。このような保護膜が残ることが好ましくない場合は保護膜を用いることができない。このような場合としては、例えば、非常に低エネルギーで不純物のイオン注入を行う場合が考えられる。   As disclosed in Patent Document 1, it is a common problem when anisotropic etching is used that a base such as a substrate is scraped when a spacer is formed on a side wall. Therefore, if the method disclosed in Patent Document 1 or Patent Document 2 is used, the substrate will not be scraped, but a protective film remains on the substrate. When it is not preferable that such a protective film remains, the protective film cannot be used. As such a case, for example, a case where ion implantation of impurities is performed with very low energy can be considered.

なお特許文献1、特許文献2には、ウェットエッチングにより、この保護膜のみを選択的に除去する方法も開示されている。しかしこの場合、スペーサーの下にノッチが形成されてしまう。そのため、このようはノッチが形成されることが好ましくない場合は、この方法は用いることができない。このような場合としては、例えば、スペーサーをマスクとして用いる自己整合的なイオン注入工程がある。詳細には、ノッチの部分のマスク性が低下するため、ノッチの下に望まない不純物が注入される懸念がある。   Patent Documents 1 and 2 also disclose a method of selectively removing only this protective film by wet etching. However, in this case, a notch is formed under the spacer. Therefore, this method cannot be used when it is not preferable that the notch is formed. An example of such a case is a self-aligned ion implantation process using a spacer as a mask. Specifically, since the maskability of the notch portion is deteriorated, there is a concern that unwanted impurities are implanted under the notch.

特許文献3に開示されているスペーサーの形成方法では、等方性エッチングを用いているため、スペーサー材と基板とのエッチング選択比を非常に高く設定できる。これは、等方性エッチングの手法として、化学的なエッチング手法を選択できるためである。そのため、基板保護膜を用いることなく、基板が削れることを抑制できるが、狙いのスペーサーの中腹幅に対し、スペーサーとなる膜を厚めに堆積しなくてはならない。そのため、スペーサーを形成すべき凸部の相互間隔、溝の幅、又は孔の径が小さい場合、狭い溝内部の側壁にスペーサーを形成する際、凸部の相互間隔、溝、又は孔の全体がスペーサー材で埋もれてしまい、望むようなスペーサー形状が得られない。   In the spacer forming method disclosed in Patent Document 3, since isotropic etching is used, the etching selectivity between the spacer material and the substrate can be set very high. This is because a chemical etching method can be selected as an isotropic etching method. For this reason, the substrate can be prevented from being scraped without using a substrate protective film, but the spacer film must be deposited thicker than the middle width of the target spacer. Therefore, when the distance between the protrusions where the spacer is to be formed, the width of the groove, or the diameter of the hole is small, when the spacer is formed on the side wall inside the narrow groove, the distance between the protrusions, the groove, or the entire hole The spacer material is buried and the desired spacer shape cannot be obtained.

特許文献4に開示されている方法の場合、エッチングの際、スペーサーの側面がエッチングレートの遅い膜で保護されている。特許文献4では、異方性エッチングと基板保護膜とを組み合わせているが、等方性成分を含むエッチングを用いる場合にも適用できることが容易に想像できる。その場合、横方向のエッチングが少ないため、スペーサーとなる膜の堆積膜厚とスペーサー中腹幅の差が小さい。すなわち、より狭い溝の内部でも、側壁にスペーサーを形成することができる。しかしながら、エッチングレートの遅い膜で保護されていないスペーサー下部はノッチ形状になりやすいという課題がある。   In the case of the method disclosed in Patent Document 4, the side surfaces of the spacer are protected by a film having a low etching rate during etching. In Patent Document 4, anisotropic etching and a substrate protective film are combined, but it can be easily imagined that the present invention can be applied to the case where etching including an isotropic component is used. In that case, since there is little etching in the lateral direction, the difference between the deposited film thickness of the film serving as the spacer and the spacer middle width is small. That is, the spacer can be formed on the side wall even in the narrower groove. However, there is a problem that the lower part of the spacer which is not protected by the film having a low etching rate tends to be a notch shape.

このように、スペーサーを形成すべき凸部の相互間隔、溝の幅、又は孔の径が小さい場合に、基板保護膜を用いる必要がなく、かつノッチを生じさせずにスペーサーを形成することは難しかった。   As described above, when the interval between the convex portions where the spacer is to be formed, the width of the groove, or the diameter of the hole is small, it is not necessary to use a substrate protective film and forming the spacer without causing a notch was difficult.

本発明によれば、凸部、溝、若しくは孔を形成する工程と、
前記凸部の側壁上、前記溝の側壁上、若しくは孔の内壁上、及び前記凸部、溝、又は前記孔の周囲に第1スペーサー形成膜を形成する工程と、
前記第1スペーサー形成膜上に第2スペーサー形成膜を形成する工程と、
前記第2スペーサー形成膜及び前記第1スペーサー形成膜に等方性成分を含む異方性エッチングを行うことにより、前記凸部の側壁、前記溝の側壁、又は前記孔の内壁にスペーサーを形成する工程と、
を備え、
前記異方性エッチングにおいて、
1−(前記異方性エッチングおける前記第2スペーサー形成膜の垂直方向のエッチングレートに対する水平方向のエッチングレートの比)を異方性度と定義し、
(前記第1スペーサー形成膜の膜厚−前記第2スペーサー形成膜の膜厚)/(前記第1スペーサー形成膜の膜厚)を前記第1スペーサー形成膜の前記第2スペーサー形成膜に対する膜厚増分率と定義したときに、
前記第2スペーサー形成膜の垂直方向のエッチングレートは、
前記第1スペーサー形成膜の垂直方向のエッチングレートより小さく、
かつ前記第1スペーサー形成膜の垂直方向のエッチングレートに、前記異方性度と前記膜厚増分率のうち小さいほうを乗じた値より大きい半導体装置の製造方法が提供される。
According to the present invention, forming a convex portion, a groove, or a hole;
Forming a first spacer forming film on the side wall of the convex part, on the side wall of the groove, or on the inner wall of the hole, and around the convex part, the groove, or the hole;
Forming a second spacer forming film on the first spacer forming film;
By performing anisotropic etching including an isotropic component on the second spacer forming film and the first spacer forming film, a spacer is formed on the side wall of the convex portion, the side wall of the groove, or the inner wall of the hole. Process,
With
In the anisotropic etching,
1- (ratio of the etching rate in the horizontal direction to the etching rate in the vertical direction of the second spacer forming film in the anisotropic etching) is defined as the degree of anisotropy,
(Film thickness of the first spacer forming film−film thickness of the second spacer forming film) / (film thickness of the first spacer forming film) is a film thickness of the first spacer forming film with respect to the second spacer forming film. When defined as an incremental rate,
The etching rate in the vertical direction of the second spacer formation film is:
Smaller than the vertical etching rate of the first spacer forming film,
A method of manufacturing a semiconductor device is provided that is larger than a value obtained by multiplying the etching rate in the vertical direction of the first spacer formation film by the smaller one of the degree of anisotropy and the film thickness increment rate.

本発明によれば、2種類のエッチングレートを有するスペーサー材を組み合わせるため、スペーサー材の垂直方向の平均的なエッチングレートを、水平方向の平均的なエッチングレートより高めることができる。これは、エッチング条件を変えることなく、エッチングの実質的な異方性を高めることに相当する。   According to the present invention, since the spacer materials having two kinds of etching rates are combined, the average etching rate in the vertical direction of the spacer materials can be higher than the average etching rate in the horizontal direction. This corresponds to increasing the substantial anisotropy of etching without changing the etching conditions.

また第2スペーサー形成膜の垂直方向のエッチングレートは、第1スペーサー形成膜の垂直方向のエッチングレートより小さい。このため、第1スペーサー形成膜をエッチングしてスペーサーの形状にするときに、第2スペーサー形成膜は第1スペーサー形成膜のうちスペーサーの裾となる領域を被覆するマスクとして機能するともいえる。一方で、第2スペーサー形成膜のマスク性はそれほど高くないため、第2スペーサー形成膜もゆっくりエッチングされるため、第1スペーサー形成膜により構成される部分にノッチが形成されることが抑制される。   The etching rate in the vertical direction of the second spacer formation film is smaller than the etching rate in the vertical direction of the first spacer formation film. For this reason, when the first spacer formation film is etched into the shape of a spacer, the second spacer formation film can be said to function as a mask that covers a region that becomes the skirt of the spacer in the first spacer formation film. On the other hand, since the masking property of the second spacer formation film is not so high, the second spacer formation film is also etched slowly, so that the formation of notches in the portion constituted by the first spacer formation film is suppressed. .

また第2スペーサー形成膜の垂直方向のエッチングレートは、第1スペーサー形成膜の垂直方向のエッチングレートに、異方性度と膜厚増分率のうち小さいほうを乗じた値より大きい。このようにすることで、第1スペーサー形成膜により形成されるスペーサーがノッチ形状になることが抑制できる。なお第2スペーサー形成膜の垂直方向のエッチングレートが、第1スペーサー形成膜の垂直方向のエッチングレートに膜厚増分率を乗じた値以下で、なおかつ第2スペーサー形成膜の垂直方向のエッチングレートが、第1スペーサー形成膜の垂直方向のエッチングレートに異方性度を乗じた値以下の場合は、第1スペーサー形成膜により形成されるスペーサーがノッチ形状になってしまう。   The vertical etching rate of the second spacer forming film is larger than the value obtained by multiplying the vertical etching rate of the first spacer forming film by the smaller of the anisotropy degree and the film thickness increment rate. By doing in this way, it can control that the spacer formed with the 1st spacer formation film becomes notch shape. The vertical etching rate of the second spacer forming film is equal to or less than the value obtained by multiplying the vertical etching rate of the first spacer forming film by the film thickness increment rate, and the vertical etching rate of the second spacer forming film is When the etching rate in the vertical direction of the first spacer formation film is equal to or less than the value obtained by multiplying the degree of anisotropy, the spacer formed by the first spacer formation film becomes a notch shape.

従って、スペーサーを形成するときに、基板保護膜を用いる必要がなく、かつノッチを生じることを抑制できる。   Accordingly, it is not necessary to use a substrate protective film when forming the spacer, and it is possible to suppress the occurrence of notches.

本発明によれば、凸部、溝、又は孔を形成する工程と、
前記凸部の側壁上、前記溝の側壁上、若しくは孔の内壁上、及び前記凸部、溝、又は前記孔の周囲に第1スペーサー形成膜を形成する工程と、
前記第1スペーサー形成膜上に、前記第1スペーサー形成膜より薄い第2スペーサー形成膜を形成する工程と、
前記第2スペーサー形成膜及び前記第1スペーサー形成膜に等方性成分を含む異方性エッチングを行うことにより、前記凸部の側壁、前記溝の側壁、又は前記孔の内壁にスペーサーを形成する工程と、
を備え、
前記異方性エッチングにおいて、
1−(前記異方性エッチングおける前記第2スペーサー形成膜の垂直方向のエッチングレートに対する水平方向のエッチングレートの比)を異方性度と定義したときに、
前記第2スペーサー形成膜の垂直方向のエッチングレートは、
前記第1スペーサー形成膜の垂直方向のエッチングレートより小さく、
かつ前記第1スペーサー形成膜の垂直方向のエッチングレートに前記異方性度を乗じた値より大きい半導体装置の製造方法が提供される。
According to the present invention, a step of forming a convex portion, a groove, or a hole;
Forming a first spacer forming film on the side wall of the convex part, on the side wall of the groove, or on the inner wall of the hole, and around the convex part, the groove, or the hole;
Forming a second spacer formation film thinner than the first spacer formation film on the first spacer formation film;
By performing anisotropic etching including an isotropic component on the second spacer forming film and the first spacer forming film, a spacer is formed on the side wall of the convex portion, the side wall of the groove, or the inner wall of the hole. Process,
With
In the anisotropic etching,
When 1- (ratio of the etching rate in the horizontal direction to the etching rate in the vertical direction of the second spacer forming film in the anisotropic etching) is defined as the degree of anisotropy,
The etching rate in the vertical direction of the second spacer formation film is:
Smaller than the vertical etching rate of the first spacer forming film,
In addition, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device having a value larger than a value obtained by multiplying the vertical etching rate of the first spacer formation film by the degree of anisotropy.

本発明によれば、スペーサーを形成すべき凸部の相互間隔、溝の幅、又は孔の径が小さい場合に、基板保護膜を用いる必要がなく、かつノッチが生じることを抑制できる。   According to the present invention, it is not necessary to use a substrate protective film and it is possible to suppress the occurrence of a notch when the distance between protrusions where a spacer is to be formed, the width of a groove, or the diameter of a hole is small.

本発明の第1の実施の形態における半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device in the 1st Embodiment of this invention in order of a process. 本発明の第2の実施の形態における半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device in the 2nd Embodiment of this invention in process order. 本発明の第3の実施の形態における半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device in the 3rd Embodiment of this invention in process order. 本発明の膜厚設計方法を示すグラフである。It is a graph which shows the film thickness design method of this invention. 本発明の効果を示すグラフである。It is a graph which shows the effect of the present invention. 本発明の効果を示すグラフである。It is a graph which shows the effect of the present invention. 本発明の効果を計算したグラフである。It is the graph which computed the effect of the present invention. 本発明の効果を示す実験で用いた、シリコン窒化膜のエッチングレートを示したグラフである。It is the graph which showed the etching rate of the silicon nitride film used in the experiment which shows the effect of the present invention. 関連技術1に係る実験結果を示した工程手順と断面像である。It is the process procedure and cross-sectional image which showed the experimental result which concerns on the related technique 1. FIG. 第1の実施の形態による実験結果を示した工程手順と断面図である。It is the process procedure and sectional drawing which showed the experimental result by 1st Embodiment. 第1の実施の形態による実験結果の効果を示したグラフである。It is the graph which showed the effect of the experimental result by 1st Embodiment. 関連技術1に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing a semiconductor device according to Related Technology 1 in the order of steps. 関連技術2に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing a semiconductor device according to Related Technology 2 in the order of steps. 関連技術3に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing a semiconductor device according to Related Technology 3 in the order of steps.

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings, the same reference numerals are given to the same components, and the description will be omitted as appropriate.

以下、本発明の実施形態を図に基づいて詳細に説明する。本発明の実施形態の優位性を明確にするため、先ず、図12、図13、図14に示した製造方法を用いることで、狭い溝内部に側壁スペーサーを作製した場合の問題点について述べる。なお、溝と表記した場合、柱状物が狭い間隔で並んでいるような構造体をも含むことができる。本実施例では、MIS型電界効果トランジスタのゲート電極の側壁スペーサーを例にとって説明する。なお、側壁スペーサーのすそ引き形状が課題になる場合がある。それは、すそ引き幅はばらつきやすく、半導体装置の製造ばらつきを引き起こすからである。これらの課題は、特に、LSIの構造の高密度化と共に深刻な課題となっている。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In order to clarify the superiority of the embodiment of the present invention, first, problems when a side wall spacer is produced inside a narrow groove by using the manufacturing method shown in FIGS. 12, 13, and 14 will be described. In addition, when expressed as a groove, a structure in which columnar objects are arranged at a narrow interval can be included. In the present embodiment, description will be given by taking as an example a sidewall spacer of the gate electrode of the MIS field effect transistor. Note that the shape of the side wall spacers may be problematic. This is because the skirting width is likely to vary and causes manufacturing variations of semiconductor devices. These problems are particularly serious as the LSI structure is densified.

(関連技術1)
図12は、純粋な異方性エッチングで側壁スペーサーを作製する方法を示している。 まず図12(a)に示すように、シリコン基板1上に、ゲート絶縁膜2を介して、ポリシリコンゲート電極3を形成する。ポリシリコンゲート電極3は複数あり、間隔Wで並んでいる。次に、全面にシリコン窒化膜10を厚さTだけ堆積する。その後図12(b)に示すように、反応性イオンエッチング(RIE)法で、異方性の非常に高い条件でシリコン窒化膜10をエッチングし、側壁スペーサー10aを形成する。
(Related technology 1)
FIG. 12 shows a method for producing sidewall spacers by pure anisotropic etching. First, as shown in FIG. 12A, a polysilicon gate electrode 3 is formed on a silicon substrate 1 with a gate insulating film 2 interposed therebetween. There are a plurality of polysilicon gate electrodes 3 arranged at intervals W. Next, a silicon nitride film 10 is deposited on the entire surface by a thickness T. Thereafter, as shown in FIG. 12B, the silicon nitride film 10 is etched under a condition of very high anisotropy by reactive ion etching (RIE) to form a sidewall spacer 10a.

その際、側壁スペーサー10aの中腹幅Lは、シリコン窒化膜10の側壁上の膜厚Tと等しくなる。従って、シリコン窒化膜10の膜厚Lは、側壁スペーサー10aの中腹幅Tより厚く堆積する必要は無く、ポリシリコンゲート電極3の間隔Wは、2×T近くまで狭めることが可能である。   At this time, the middle width L of the side wall spacer 10 a is equal to the film thickness T on the side wall of the silicon nitride film 10. Therefore, the film thickness L of the silicon nitride film 10 does not have to be deposited thicker than the middle width T of the side wall spacer 10a, and the interval W between the polysilicon gate electrodes 3 can be reduced to nearly 2 × T.

しかし、異方性が非常に高いエッチング条件を用いるため、シリコン基板1とのエッチング選択比を十分高くとることができず、図12(b)に示すように基板削れ1aを生じる。このような基板削れ1aは、MIS型電界効果トランジスタの寄生抵抗の増加、リーク電流の増加、あるいは電気特性のばらつきを引き起こす。従って、このような課題が深刻となるMIS型電界効果トランジスタの製造には用いることができない。   However, since etching conditions having very high anisotropy are used, the etching selectivity with respect to the silicon substrate 1 cannot be made sufficiently high, resulting in substrate scraping 1a as shown in FIG. Such substrate scraping 1a causes an increase in parasitic resistance, an increase in leakage current, or variation in electrical characteristics of the MIS field effect transistor. Therefore, it cannot be used for manufacturing a MIS field effect transistor in which such a problem becomes serious.

基板削れ1aを防ぐために、特許文献1、特許文献2には、基板保護膜を用いる方法が開示されているが、前述のように、基板保護膜が別の課題を引き起こす場合がある。特に、低エネルギーのイオン注入でシリコン基板1に不純物導入を行う場合、保護膜で不純物が無駄に消費されてしまうという課題がある。   In order to prevent the substrate scraping 1a, Patent Documents 1 and 2 disclose a method using a substrate protective film, but as described above, the substrate protective film may cause another problem. In particular, when impurities are introduced into the silicon substrate 1 by low energy ion implantation, there is a problem that impurities are wasted in the protective film.

(関連技術2)
図13は、等方性成分を含むRIE法で側壁スペーサーを作製する方法を示している。 まず図13(a)に示すように、シリコン基板1上に、ゲート絶縁膜2を介して、ポリシリコンゲート電極3を形成する。ポリシリコンゲート電極3は複数あり、間隔Wで並んでいる。次に、全面にシリコン窒化膜11を厚さTだけ堆積する。その後図13(b)に示すように、反応性イオンエッチング(RIE)法で、異方性成分と等方性成分からなる条件でシリコン窒化膜11をエッチングする。エッチングは、シリコン基板1とポリシリコンゲート電極3が露になった時点でストップさせ、側壁スペーサー11aが形成される。
(Related technology 2)
FIG. 13 shows a method for producing a sidewall spacer by the RIE method including an isotropic component. First, as shown in FIG. 13A, a polysilicon gate electrode 3 is formed on a silicon substrate 1 with a gate insulating film 2 interposed therebetween. There are a plurality of polysilicon gate electrodes 3 arranged at intervals W. Next, a silicon nitride film 11 is deposited on the entire surface by a thickness T. Thereafter, as shown in FIG. 13B, the silicon nitride film 11 is etched by a reactive ion etching (RIE) method under the conditions including an anisotropic component and an isotropic component. Etching is stopped when the silicon substrate 1 and the polysilicon gate electrode 3 become dewed, and the sidewall spacer 11a is formed.

その際、等方性成分として、シリコン窒化膜11とシリコン基板1とのエッチング選択比が非常に高い、化学的なエッチャント成分を選択できる。従って、シリコン基板1に基板の削れはほとんど起こらない。   At this time, a chemical etchant component having a very high etching selectivity between the silicon nitride film 11 and the silicon substrate 1 can be selected as the isotropic component. Therefore, the silicon substrate 1 is hardly scraped.

しかし、等方性成分によるエッチングにより、水平方向にもシリコン窒化膜11のエッチングが進行し、k×Tだけ、シリコン窒化膜11が水平方向にもエッチングされる。ここで、kは、シリコン窒化膜11の水平方向のエッチングレートの、垂直方向のエッチングレートに対する比で、1未満の値である。この値は、エッチングの等方性の大きさを表すので、本明細書において等方性度と呼ぶことにする。(等方性度)=1ならば、完全な等方性エッチングである。また、1−kは、異方性の大きさを表すので、異方性度と呼ぶことにする。(異方性度)=1ならば、完全な異方性エッチングである。   However, the etching of the isotropic component causes the etching of the silicon nitride film 11 to proceed in the horizontal direction, and the silicon nitride film 11 is also etched in the horizontal direction by k × T. Here, k is a ratio of the etching rate in the horizontal direction of the silicon nitride film 11 to the etching rate in the vertical direction and is a value less than 1. Since this value represents the magnitude of isotropic etching, it will be referred to as the isotropic degree in this specification. If (isotropic degree) = 1, it is complete isotropic etching. Also, 1-k represents the magnitude of anisotropy and is therefore called the degree of anisotropy. If (anisotropic degree) = 1, it is complete anisotropic etching.

すると、側壁スペーサー11aの中腹幅Lは、
L=(1−k)×T
となる。すなわち、堆積膜厚に異方性度をかけた値となる。これより、中腹幅Lのスペーサーを形成するために必要なシリコン窒化膜11の堆積膜厚Tは、
T=L/(1−k)>L
となる。従って、ポリシリコンゲート電極3の間隔Wは、2×T=2×L/(1−k)より狭めることができない。このことは、狭い間隔で並ぶポリシリコンゲート電極の側壁スペーサー形成には不利である。特に、高密度でMIS型電界効果トランジスタを配置する集積回路の製造には不向きである。
Then, the middle width L of the side wall spacer 11a is
L = (1-k) × T
It becomes. That is, a value obtained by multiplying the deposited film thickness by the anisotropy degree. Accordingly, the deposited film thickness T of the silicon nitride film 11 required for forming the spacer having the middle width L is as follows:
T = L / (1-k)> L
It becomes. Therefore, the interval W between the polysilicon gate electrodes 3 cannot be narrower than 2 × T = 2 × L / (1-k). This is disadvantageous for forming the sidewall spacers of the polysilicon gate electrodes arranged at a narrow interval. In particular, it is not suitable for manufacturing an integrated circuit in which MIS field effect transistors are arranged at a high density.

(関連技術3)
図14は、側壁スペーサーの材料として、外側にエッチングレートの遅い膜を配置する方法を示している。これは、特許文献4に開示されている方法を応用した方法である。まず図14(a)に示すように、シリコン基板1上に、ゲート絶縁膜2を介して、ポリシリコンゲート電極3を形成する。ポリシリコンゲート電極3は複数あり、間隔Wで並んでいる。次に、全面にシリコン窒化膜12と、その上にシリコン酸化膜13を堆積する。その後図14(b)に示すように、異方性成分と等方性成分からなるRIE法で、シリコン酸化膜13とシリコン窒化膜12をエッチングする。その際、シリコン酸化膜13のエッチングレートは遅く、シリコン窒化膜12のエッチングレートは速い条件を選択する。
(Related technology 3)
FIG. 14 shows a method of disposing a film having a slow etching rate on the outside as a material for the sidewall spacer. This is a method to which the method disclosed in Patent Document 4 is applied. First, as shown in FIG. 14A, a polysilicon gate electrode 3 is formed on a silicon substrate 1 with a gate insulating film 2 interposed therebetween. There are a plurality of polysilicon gate electrodes 3 arranged at intervals W. Next, a silicon nitride film 12 is deposited on the entire surface, and a silicon oxide film 13 is deposited thereon. Thereafter, as shown in FIG. 14B, the silicon oxide film 13 and the silicon nitride film 12 are etched by the RIE method including an anisotropic component and an isotropic component. At this time, a condition is selected in which the etching rate of the silicon oxide film 13 is slow and the etching rate of the silicon nitride film 12 is fast.

まず、シリコン酸化膜13がエッチングされ、これによりスペーサー13aが形成される。続けて、シリコン窒化膜12がエッチングされ、スペーサー12aが形成される。この際、エッチングの等方性成分により、スペーサー13aも水平方向にエッチングされ、スペーサー13bとなる。ただし、エッチングレートが遅いため、エッチングレートの速いシリコン窒化膜12のエッチングが終了するまでの時間でエッチングされる膜厚は僅かである。   First, the silicon oxide film 13 is etched, thereby forming a spacer 13a. Subsequently, the silicon nitride film 12 is etched to form a spacer 12a. At this time, the spacer 13a is also etched in the horizontal direction by the isotropic component of etching to become the spacer 13b. However, since the etching rate is low, the film thickness to be etched is small in the time until the etching of the silicon nitride film 12 having a high etching rate is completed.

こうして、等方性成分を含むエッチングを用いつつ、横方向のエッチングを減らすことができるので、関連技術3と比較して、より狭い間隔で並ぶポリシリコンゲート電極の側壁スペーサー形成が可能となる。しかも、シリコン基板1の削れは十分減らすことが可能である。   In this way, since the etching in the lateral direction can be reduced while using the etching including the isotropic component, it is possible to form the sidewall spacers of the polysilicon gate electrodes arranged at a narrower interval as compared with the related art 3. In addition, the shaving of the silicon substrate 1 can be sufficiently reduced.

しかし、シリコン酸化膜13とシリコン窒化膜12のエッチングレートの差が大きいため、スペーサー13bの下部にノッチ12bが生じてしまう。そのため、このようはノッチが形成されることが好ましくない場合は、この方法は用いることができない。例えば、イオン注入の場合、ノッチの部分のマスク性が低下するため、ノッチの下に望まない不純物が注入される懸念がある。   However, since the difference in etching rate between the silicon oxide film 13 and the silicon nitride film 12 is large, a notch 12b is formed below the spacer 13b. Therefore, this method cannot be used when it is not preferable that the notch is formed. For example, in the case of ion implantation, since the masking property of the notch portion is lowered, there is a concern that unwanted impurities are implanted under the notch.

次に、本発明の実施形態について説明する。本発明の実施形態に係る、半導体装置の狭い溝の側壁にスペーサーを形成する方法とは、溝の側壁および底面に速いエッチングレート(R1)の膜を膜厚T1だけ堆積し、その上に遅いエッチングレート(R2)の膜を膜厚T2だけ堆積した後、それら2つの膜を、等方性度がkであるエッチングによりスペーサーに加工する場合において、0<R2<R1であり、なおかつ、R2/R1の値を、1−kの値と1−T2/T1の値のうち、より小さな値より大きくなるように設定するものである。このような条件範囲のもとでは、等方性成分を含むエッチングを用いつつ、より狭い溝内に側壁スペーサー形成が可能である。しかも、ノッチは無く、シリコン基板の削れは十分減らすことが可能である。   Next, an embodiment of the present invention will be described. According to the embodiment of the present invention, the method of forming the spacer on the side wall of the narrow groove of the semiconductor device is to deposit a film having a fast etching rate (R1) by the film thickness T1 on the side wall and the bottom surface of the groove, and then slowly on the film. In the case where the film having the etching rate (R2) is deposited by the film thickness T2, when the two films are processed into spacers by etching having an isotropic degree k, 0 <R2 <R1, and R2 The value of / R1 is set so as to be larger than the smaller one of the values of 1-k and 1-T2 / T1. Under such a condition range, it is possible to form a sidewall spacer in a narrower groove while using etching containing an isotropic component. In addition, there is no notch, and the silicon substrate scraping can be sufficiently reduced.

すなわち以下に示す実施形態においては、まず、凸部、溝、又は孔を形成する。次いで、凸部の側壁上、溝の側壁上、若しくは孔の内壁上、及び凸部、溝、又は孔の周囲に第1スペーサー形成膜を形成する。次いで、第1スペーサー形成膜上に第2スペーサー形成膜を形成する。次いで、第2スペーサー形成膜及び第1スペーサー形成膜を異方性エッチングすることにより、凸部の側壁、溝の側壁、又は孔の内壁にスペーサーを形成する。   That is, in the embodiment described below, first, a convex portion, a groove, or a hole is formed. Next, a first spacer forming film is formed on the side wall of the convex portion, the side wall of the groove, or the inner wall of the hole, and around the convex portion, the groove, or the hole. Next, a second spacer forming film is formed on the first spacer forming film. Next, the second spacer formation film and the first spacer formation film are anisotropically etched to form spacers on the side walls of the protrusions, the side walls of the grooves, or the inner walls of the holes.

そして上記した異方性エッチングにおいて、「1−(異方性エッチングおける第2スペーサー形成膜の垂直方向のエッチングレートに対する水平方向のエッチングレートの比)」を異方性度と定義し、「(第1スペーサー形成膜の膜厚−第2スペーサー形成膜の膜厚)/(第1スペーサー形成膜の膜厚)」を第1スペーサー形成膜の第2スペーサー形成膜に対する膜厚増分率と定義したときに、第2スペーサー形成膜の垂直方向のエッチングレートは、第1スペーサー形成膜の垂直方向のエッチングレートより小さく、かつ第1スペーサー形成膜の垂直方向のエッチングレートに、異方性度と膜厚増分率のうち小さいほうを乗じた値より大きい。この条件の必要性は、後述する図4により示されている。   In the anisotropic etching described above, “1- (ratio of the etching rate in the horizontal direction to the etching rate in the vertical direction of the second spacer forming film in anisotropic etching)” is defined as the degree of anisotropy, and “( The film thickness of the first spacer forming film−the film thickness of the second spacer forming film) / (the film thickness of the first spacer forming film) ”was defined as the film thickness increment rate of the first spacer forming film with respect to the second spacer forming film. Sometimes, the etching rate in the vertical direction of the second spacer forming film is smaller than the etching rate in the vertical direction of the first spacer forming film, and the vertical etching rate of the first spacer forming film has an anisotropy and a film thickness. Greater than the value multiplied by the smaller of the thickness increments. The necessity of this condition is shown in FIG.

また上記した異方性エッチングにおいて、第2スペーサー形成膜の垂直方向のエッチングレートは、第1スペーサー形成膜の垂直方向のエッチングレートより小さく、かつ第1スペーサー形成膜の垂直方向のエッチングレートに異方性度を乗じた値より大きくてもよい。この条件の必要性は、後述する図4により示されている。   In the anisotropic etching described above, the etching rate in the vertical direction of the second spacer formation film is smaller than the etching rate in the vertical direction of the first spacer formation film and is different from the etching rate in the vertical direction of the first spacer formation film. It may be larger than the value multiplied by the degree of directivity. The necessity of this condition is shown in FIG.

次に、本発明の実施形態を、具体例を用いて更に詳細に説明する。なお以下の例では、ポリシリコンゲート電極3に側壁スペーサーを形成しているが、溝の側壁又は孔の内壁に側壁スペーサーを形成する場合も、以下の例と同様にすることができる。   Next, embodiments of the present invention will be described in more detail using specific examples. In the following example, the side wall spacer is formed on the polysilicon gate electrode 3, but when the side wall spacer is formed on the side wall of the groove or the inner wall of the hole, it can be the same as the following example.

(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施の形態を示す図である。本形態では、側壁スペーサー完成後に、エッチングレートの遅いシリコン窒化膜を残すように設定する。これは、側壁スペーサー完成後の後工程で、側壁スペーサーの横方向のエッチングが気になる場合に有効である。例えば、度重なるウェット洗浄工程による側壁スペーサーの後退などがそれにあたる。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention. In this embodiment, a setting is made so that a silicon nitride film having a low etching rate is left after completion of the sidewall spacer. This is effective in the case where the lateral etching of the side wall spacer is anxious in a post process after the completion of the side wall spacer. For example, the side wall spacer recedes due to repeated wet cleaning processes.

まず図1(a)に示すように、シリコン基板1上に、ゲート絶縁膜2を介して、ポリシリコンゲート電極3を形成する。ポリシリコンゲート電極3は複数あり、間隔Wで並んでいる。次に、全面に、垂直成分及び水平成分のそれぞれでエッチングレートの速いシリコン窒化膜4(第1スペーサー形成膜)を膜厚T1、その上に、垂直成分及び水平成分のそれぞれでエッチングレートの遅いシリコン窒化膜5(第2スペーサー形成膜)を膜厚T2だけ堆積する。エッチングレートは、例えば成膜温度を変えることにより変えることができる。例えばシリコン窒化膜4は第1の温度で形成され、シリコン窒化膜5は第1の温度より高い第2の温度で形成される。その際、シリコン窒化膜5のエッチングレートは、シリコン窒化膜4のエッチングレートのr倍とする。rは1未満の数値である。すなわち、シリコン窒化膜4のエッチングレートをR1、シリコン窒化膜5のエッチングレートをR2とすると、
R2/R1=r<1 ...(1)
である。
First, as shown in FIG. 1A, a polysilicon gate electrode 3 is formed on a silicon substrate 1 with a gate insulating film 2 interposed therebetween. There are a plurality of polysilicon gate electrodes 3 arranged at intervals W. Next, on the entire surface, the silicon nitride film 4 (first spacer formation film) having a fast etching rate for each of the vertical component and the horizontal component is formed on the film thickness T1, and further, the etching rate is slow for each of the vertical component and the horizontal component. A silicon nitride film 5 (second spacer formation film) is deposited by a film thickness T2. The etching rate can be changed by changing the film formation temperature, for example. For example, the silicon nitride film 4 is formed at a first temperature, and the silicon nitride film 5 is formed at a second temperature higher than the first temperature. At this time, the etching rate of the silicon nitride film 5 is set to r times the etching rate of the silicon nitride film 4. r is a numerical value less than 1. That is, if the etching rate of the silicon nitride film 4 is R1, and the etching rate of the silicon nitride film 5 is R2,
R2 / R1 = r <1 (1)
It is.

次に図1(b)に示すように、等方性度がkである、異方性成分と等方性成分からなるRIE法で、エッチングレートの遅いシリコン窒化膜5をエッチングし、スペーサー5aを形成する。この際、等方性成分によるエッチングにより、水平方向にもシリコン窒化膜5のエッチングが進行し、k×T2だけ、シリコン窒化膜5が水平方向にもエッチングされる。kは、本例に示すように2つの膜が少なくとも同じ材料であれば、膜種によらずほぼ同一の値となる。   Next, as shown in FIG. 1B, the silicon nitride film 5 having a low etching rate is etched by an RIE method having an isotropic component and an isotropic component having an isotropic degree k, and a spacer 5a. Form. At this time, the etching of the silicon nitride film 5 proceeds in the horizontal direction by the etching with the isotropic component, and the silicon nitride film 5 is etched in the horizontal direction by k × T2. If the two films are at least the same material as shown in this example, k becomes almost the same value regardless of the film type.

例として、図8に、本実施例の効果を示す実験として用いた、2種類のシリコン窒化膜(低温成膜SiNと高温成膜SiN)の、垂直方向と水平方向のエッチングレートを示す。いずれのシリコン窒化膜(SiN)でも、等方性度kの値はほぼ0.35である。なお、これらのシリコン窒化膜(SiN)は、化学気相成長(CVD)法を用いて堆積しており、CVD温度を変えることにより、エッチングレートを連続的に変化することができた。その他、堆積方法を変えることによっても、シリコン窒化膜のエッチングレートの変化は可能である。   As an example, FIG. 8 shows the etching rates in the vertical direction and the horizontal direction of two types of silicon nitride films (low-temperature film-formed SiN and high-temperature film-formed SiN) used as experiments showing the effect of this embodiment. In any silicon nitride film (SiN), the value of the isotropic degree k is approximately 0.35. These silicon nitride films (SiN) were deposited using a chemical vapor deposition (CVD) method, and the etching rate could be continuously changed by changing the CVD temperature. In addition, the etching rate of the silicon nitride film can be changed by changing the deposition method.

続けて図1(c)に示すように、同じ異方性成分と等方性成分からなるRIE法で、シリコン窒化膜4を、シリコン基板1の一部とポリシリコンゲート電極3の上面が露出するまでエッチングし、スペーサー4aを形成する。ここでエッチングは、シリコン窒化膜5及びシリコン窒化膜4に対して連続して行われる。この際、エッチングの等方性成分により、シリコン窒化膜5より下部において、k×T1だけ、シリコン窒化膜4が水平方向にもエッチングされる。一方、スペーサー5aも水平方向にエッチングされ、スペーサー5bとなる。このエッチング量は、シリコン窒化膜4の水平方向のエッチング量のr倍になるから、k×T1×rである。   Subsequently, as shown in FIG. 1C, the silicon nitride film 4 is exposed by exposing the silicon nitride film 4 to a part of the silicon substrate 1 and the upper surface of the polysilicon gate electrode 3 by the RIE method comprising the same anisotropic component and isotropic component. Etching is performed until the spacer 4a is formed. Here, the etching is continuously performed on the silicon nitride film 5 and the silicon nitride film 4. At this time, the silicon nitride film 4 is also etched in the horizontal direction by k × T1 below the silicon nitride film 5 due to an isotropic component of etching. On the other hand, the spacer 5a is also etched in the horizontal direction to become the spacer 5b. Since this etching amount is r times the etching amount of the silicon nitride film 4 in the horizontal direction, it is k × T1 × r.

これらから、完成した側壁スペーサーの形状は以下のようになる。
(中腹部の水平方向のエッチング量)=(すそ引き量)=k×r×T1+k×T2...(2)
(シリコン窒化膜5より下の、シリコン窒化膜4の水平方向のエッチング量)=k×T1...(3)
(側壁スペーサーの中腹幅)=(1−k×r)×T1+(1−k)×T2=L ...(4)
From these, the shape of the completed side wall spacer is as follows.
(Etching amount in the horizontal direction of the middle abdomen) = (soaking amount) = k × r × T1 + k × T2 (2)
(Horizontal etching amount of the silicon nitride film 4 below the silicon nitride film 5) = k × T1 (3)
(Medium width of side wall spacer) = (1−k × r) × T1 + (1−k) × T2 = L (4)

ただし、側壁スペーサー完成後に、エッチングレートの遅いシリコン窒化膜5を残す必要があることから、
(中腹部の水平方向のエッチング量)<(シリコン窒化膜5の膜厚)=T2...(5)
でなければならず、(5)に(2)を代入することにより、
T2>k/(1−k)×r×T1 ...(6)
となる。
However, since it is necessary to leave the silicon nitride film 5 having a low etching rate after the sidewall spacer is completed,
(Etching amount in the horizontal direction of the middle abdomen) <(film thickness of the silicon nitride film 5) = T2 (5)
By substituting (2) for (5)
T2> k / (1-k) × r × T1 (6)
It becomes.

また、ノッチ形状を防ぐため、
(中腹部の水平方向のエッチング量)≧(シリコン窒化膜5より下の、シリコン窒化膜4の水平方向のエッチング量)...(7)
でなければならず、(7)に(2)及び(3)を代入することにより、
T2≧(1−r)×T1...(8)
となる。
In order to prevent the notch shape,
(Horizontal etching amount in the middle part) ≧ (Horizontal etching amount of the silicon nitride film 4 below the silicon nitride film 5) (7)
By substituting (2) and (3) into (7),
T2 ≧ (1-r) × T1 (8)
It becomes.

ここで、(1)、(6)、(8)より、実施例1をなす、r(=R2/R1)、T2/T1の値の範囲を図示したのが、図4である。これをもとに、エッチングレートの速いシリコン窒化膜とエッチングレートの遅いシリコン窒化膜の膜厚の和 T1+T2を、T2/T1を変数にして示したグラフが図5である。横軸は対数表示になっていることに注意されたい。本実施例は、図5のA−A'またはB−B'の範囲で、これは図4のA−A'またはB−B'の状態に一致している。   Here, from (1), (6), and (8), FIG. 4 illustrates the range of values of r (= R2 / R1) and T2 / T1 in the first embodiment. Based on this, FIG. 5 is a graph showing the sum T1 + T2 of the film thicknesses of the silicon nitride film having a high etching rate and the silicon nitride film having a low etching rate, with T2 / T1 as a variable. Note that the horizontal axis is logarithmic. This embodiment is in the range of AA ′ or BB ′ in FIG. 5, which corresponds to the state of AA ′ or BB ′ in FIG.

図5によれば、本実施例により、同じ側壁スペーサー中腹幅に対し、側壁スペーサーをシリコン窒化膜単層で形成する場合(T2/T1=0または∞)に比べれば、シリコン窒化膜の総膜厚T1+T2の値を小さくできることがわかる。なお、側壁スペーサーのすそ引きの値も、本実施例により減少できる。   According to FIG. 5, according to the present embodiment, the total thickness of the silicon nitride film compared to the case where the sidewall spacer is formed of a single layer of silicon nitride film (T2 / T1 = 0 or ∞) for the same side wall spacer middle width. It can be seen that the thickness T1 + T2 can be reduced. In addition, the value of the sidewall spacer can be reduced by this embodiment.

このことより、等方性成分を含むエッチングを用いつつ、より狭い間隔で並ぶポリシリコンゲート電極の側壁スペーサー形成が可能であることがわかる。しかも、ノッチは無く、シリコン基板の削れは十分減らすことが可能である。   This shows that it is possible to form sidewall spacers of polysilicon gate electrodes arranged at a narrower interval while using etching containing an isotropic component. In addition, there is no notch, and the silicon substrate scraping can be sufficiently reduced.

図9、図10、図11は、本実施例の効果を示すために行った実験結果を示している。エッチングレートの異なるシリコン窒化膜としては、本実験で用いたRIEに対し、図8に示されるエッチングレートを有するシリコン窒化膜を用いた。   9, FIG. 10 and FIG. 11 show the results of experiments conducted to show the effect of this example. As a silicon nitride film having a different etching rate, a silicon nitride film having an etching rate shown in FIG. 8 was used for the RIE used in this experiment.

まず、図9は、関連技術2に従った、単層のシリコン窒化膜による側壁スペーサーの形成方法と、その断面観察像を示している。なお、実験で用いた構造は、図1で示した実施例と少し異なっているが、側壁スペーサーの形成方法は同じである。図9の断面像によると、関連技術2に従った場合、大きいすそ引きが見られ、堆積したシリコン窒化膜の膜厚は、完成した側壁スペーサーの中腹幅の1.6倍であった。   First, FIG. 9 shows a method for forming a sidewall spacer using a single-layer silicon nitride film and a cross-sectional observation image thereof according to Related Technique 2. The structure used in the experiment is slightly different from the embodiment shown in FIG. 1, but the method for forming the sidewall spacer is the same. According to the cross-sectional image of FIG. 9, when the related technique 2 was followed, a large skirt was observed, and the thickness of the deposited silicon nitride film was 1.6 times the middle width of the completed side wall spacer.

一方、図10によると、本実施例を適用した側壁スペーサーは、すそ引きが減少しており、堆積したシリコン窒化膜の総膜厚は、完成した側壁スペーサーの中腹幅の1.4倍に減少している。図11は、この値をまとめたグラフである。計算値と実験値がやや異なっているものの、概ね傾向は一致しており、本実施例の効果が示されている。   On the other hand, according to FIG. 10, the sidewall spacer to which the present embodiment is applied has reduced skirting, and the total thickness of the deposited silicon nitride film is reduced to 1.4 times the middle width of the completed sidewall spacer. is doing. FIG. 11 is a graph summarizing these values. Although the calculated values and the experimental values are slightly different, the trends are almost the same, indicating the effect of this example.

(実施の形態2)
図2は、本発明の第2の実施の形態を示す図である。本形態では、側壁スペーサー完成後に、エッチングレートの遅いシリコン窒化膜は無くなるように設定する。これは、エッチングレートの遅い窒化膜を残したくない場合に有効である。例えば、エッチングレートの遅い窒化膜がストレスや信頼性に影響を及ぼす場合などがそれにあたる。
(Embodiment 2)
FIG. 2 is a diagram showing a second embodiment of the present invention. In this embodiment, after the sidewall spacer is completed, the silicon nitride film having a slow etching rate is set to disappear. This is effective when it is not desired to leave a nitride film having a low etching rate. For example, the case where a nitride film having a low etching rate affects stress and reliability.

まず図2(a)に示すように、シリコン基板1上に、ゲート絶縁膜2を介して、ポリシリコンゲート電極3を形成する。ポリシリコンゲート電極3は複数あり、間隔Wで並んでいる。次に、全面にエッチングレートの速いシリコン窒化膜6を膜厚T1、その上にエッチングレートの遅いシリコン窒化膜7を膜厚T2だけ堆積する。その際、シリコン窒化膜7のエッチングレートは、シリコン窒化膜6のエッチングレートのr倍とする。rは1未満の数値である。すなわち、シリコン窒化膜6のエッチングレートをR1、シリコン窒化膜7のエッチングレートをR2とすると、
R2/R1=r<1...(9)
である。
First, as shown in FIG. 2A, a polysilicon gate electrode 3 is formed on a silicon substrate 1 with a gate insulating film 2 interposed therebetween. There are a plurality of polysilicon gate electrodes 3 arranged at intervals W. Next, a silicon nitride film 6 having a high etching rate is deposited on the entire surface by a film thickness T1, and a silicon nitride film 7 having a low etching rate is deposited thereon by a film thickness T2. At this time, the etching rate of the silicon nitride film 7 is set to r times the etching rate of the silicon nitride film 6. r is a numerical value less than 1. That is, if the etching rate of the silicon nitride film 6 is R1, and the etching rate of the silicon nitride film 7 is R2,
R2 / R1 = r <1 ... (9)
It is.

次に図2(b)に示すように、等方性度がkである、異方性成分と等方性成分からなるRIE法で、エッチングレートの遅いシリコン窒化膜7をエッチングし、スペーサー7aを形成する。この際、等方性成分によるエッチングにより、水平方向にもシリコン窒化膜7のエッチングが進行し、k×T2だけ、シリコン窒化膜7が水平方向にもエッチングされる。kは、少なくとも同じ材料であれば、膜種によらずほぼ同一の値となる。この段階で、スペーサー7aの幅は、(1−k)×T2である。   Next, as shown in FIG. 2B, the silicon nitride film 7 having a low etching rate is etched by the RIE method having an isotropic component and an anisotropic component having an isotropic degree k, and the spacer 7a. Form. At this time, the etching of the silicon nitride film 7 proceeds in the horizontal direction by the etching using the isotropic component, and the silicon nitride film 7 is etched in the horizontal direction by k × T2. If k is at least the same material, it will have almost the same value regardless of the film type. At this stage, the width of the spacer 7a is (1-k) × T2.

続けて図2(c)に示すように、同じ異方性成分と等方性成分からなるRIE法で、スペーサー7aが無くなるまでエッチングする。スペーサー7aの中腹幅は(1−k)×T2であるから、シリコン窒化膜6は垂直方向に(1−k)×T2/k/rだけエッチングされ、シリコン窒化膜6aとなる。このシリコン窒化膜6aの垂直方向の残り膜厚は、T1−(1−k)/k/r×T2である。   Subsequently, as shown in FIG. 2C, etching is performed by the RIE method including the same anisotropic component and isotropic component until the spacer 7a disappears. Since the middle width of the spacer 7a is (1-k) * T2, the silicon nitride film 6 is etched by (1-k) * T2 / k / r in the vertical direction to form a silicon nitride film 6a. The remaining film thickness in the vertical direction of the silicon nitride film 6a is T1- (1-k) / k / r × T2.

更に、同じ異方性成分と等方性成分からなるRIE法で、シリコン窒化膜6aを、シリコン基板1とポリシリコンゲート電極3が露になるまでエッチングし、スペーサー6bを形成する。この際、エッチングの等方性成分により、水平方向にも、シリコン窒化膜6aのエッチングが進行する。従って、k×T1−(1−k)/r×T2だけ、シリコン窒化膜6aが水平方向にもエッチングされる。一方、シリコン窒化膜7より下部における、シリコン窒化膜6の水平方向のエッチング量は、結局のところ、膜厚T1のk倍になるから、最終的にはk×T1である。   Further, the silicon nitride film 6a is etched by the RIE method comprising the same anisotropic component and isotropic component until the silicon substrate 1 and the polysilicon gate electrode 3 are exposed to form a spacer 6b. At this time, the etching of the silicon nitride film 6a also proceeds in the horizontal direction due to the isotropic component of the etching. Accordingly, the silicon nitride film 6a is also etched in the horizontal direction by k × T1- (1-k) / r × T2. On the other hand, since the etching amount in the horizontal direction of the silicon nitride film 6 below the silicon nitride film 7 is k times the film thickness T1 after all, it is finally k × T1.

これらから、完成した側壁スペーサーの形状は以下のようになる。
(中腹部の水平方向のエッチング量)=(すそ引き量)=k×T1+{1−(1−k)/r}×T2...(10)
(シリコン窒化膜7より下の、シリコン窒化膜6の水平方向のエッチング量)=k×T1...(11)
(側壁スペーサーの中腹幅)=(1−k)×T1+(1−k)/r×T2=L...(12)
From these, the shape of the completed side wall spacer is as follows.
(Etching amount in the horizontal direction of the middle abdomen) = (amount of skirting) = k × T1 + {1− (1−k) / r} × T2 (10)
(Horizontal etching amount of the silicon nitride film 6 below the silicon nitride film 7) = k × T1 (11)
(Medium width of side wall spacer) = (1−k) × T1 + (1−k) / r × T2 = L (12)

ただし、側壁スペーサー完成後に、エッチングレートの遅いシリコン窒化膜が無くなるから、
(中腹部の水平方向のエッチング量)≧(シリコン窒化膜7の膜厚)=T2...(13)
でなければならず、(10)、(13)より、
T2≦k/(1−k)×r×T1...(14)
である。
However, since the silicon nitride film with a slow etching rate disappears after the sidewall spacer is completed,
(Horizontal etching amount in the middle part) ≧ (film thickness of the silicon nitride film 7) = T2 (13)
From (10) and (13),
T2 ≦ k / (1-k) × r × T1 (14)
It is.

また、ノッチ形状を防ぐため、
(中腹部の水平方向のエッチング量)≧(シリコン窒化膜7より下の、シリコン窒化膜6の水平方向のエッチング量)...(15)
でなければならず、(10)、(11)、(15)より、
r≧1−k...(15)
である。
In order to prevent the notch shape,
(Horizontal etching amount in the middle part) ≧ (Horizontal etching amount of the silicon nitride film 6 below the silicon nitride film 7) (15)
From (10), (11), (15),
r ≧ 1-k (15)
It is.

ここで、(9)、(14)、(15)より、実施例2をなす、r(=R2/R1)、T2/T1の値の範囲を図示したのが、図4である。   Here, from (9), (14), and (15), FIG. 4 illustrates the range of values of r (= R2 / R1) and T2 / T1 in the second embodiment.

これをもとに、エッチングレートの速いシリコン窒化膜とエッチングレートの遅いシリコン窒化膜の膜厚の和 T1+T2を、T2/T1を変数にして示したグラフが図5である。横軸は対数表示になっていることに注意されたい。本実施例は、図5のA'−A''の範囲で、これは図4のA'−A''の状態に一致している。   Based on this, FIG. 5 is a graph showing the sum T1 + T2 of the film thicknesses of the silicon nitride film having a high etching rate and the silicon nitride film having a low etching rate, with T2 / T1 as a variable. Note that the horizontal axis is logarithmic. This embodiment is within the range of A′-A ″ in FIG. 5, which corresponds to the state of A′-A ″ in FIG. 4.

図5によれば、本実施例により、同じ側壁スペーサー中腹幅に対し、側壁スペーサーをシリコン窒化膜単層で形成する場合(T2/T1=0または∞)に比べれば、シリコン窒化膜の総膜厚T1+T2の値を小さくできることがわかる。なお、側壁スペーサーのすそ引きの値も、本実施例により減少できる。   According to FIG. 5, according to the present embodiment, the total thickness of the silicon nitride film compared to the case where the sidewall spacer is formed of a single layer of silicon nitride film (T2 / T1 = 0 or ∞) for the same side wall spacer middle width. It can be seen that the thickness T1 + T2 can be reduced. In addition, the value of the sidewall spacer can be reduced by this embodiment.

このことより、等方性成分を含むエッチングを用いつつ、より狭い間隔で並ぶポリシリコンゲート電極の側壁スペーサー形成が可能であることがわかる。しかも、ノッチは無く、シリコン基板の削れは十分減らすことが可能である。   This shows that it is possible to form sidewall spacers of polysilicon gate electrodes arranged at a narrower interval while using etching containing an isotropic component. In addition, there is no notch, and the silicon substrate scraping can be sufficiently reduced.

(実施の形態3)
図3は、本発明の第3の実施の形態を示す図である。本形態では、側壁スペーサー完成後に、エッチングレートの遅いシリコン窒化膜がちょうど無くなるように設定される。これは、第2の実施の形態の特殊な場合である。
(Embodiment 3)
FIG. 3 is a diagram showing a third embodiment of the present invention. In this embodiment, after the sidewall spacer is completed, the silicon nitride film having a low etching rate is set to be completely eliminated. This is a special case of the second embodiment.

まず図3(a)に示すように、シリコン基板1上に、ゲート絶縁膜2を介して、ポリシリコンゲート電極3を形成する。ポリシリコンゲート電極3は複数あり、間隔Wで並んでいる。次に、全面にエッチングレートの速いシリコン窒化膜8を膜厚T1、その上にエッチングレートの遅いシリコン窒化膜9を膜厚T2だけ堆積する。その際、シリコン窒化膜9のエッチングレートは、シリコン窒化膜8のエッチングレートのr倍とする。rは1未満の数値である。すなわち、シリコン窒化膜8のエッチングレートをR1、シリコン窒化膜9のエッチングレートをR2とすると、
R2/R1=r<1...(16)
である。
First, as shown in FIG. 3A, a polysilicon gate electrode 3 is formed on a silicon substrate 1 with a gate insulating film 2 interposed therebetween. There are a plurality of polysilicon gate electrodes 3 arranged at intervals W. Next, a silicon nitride film 8 having a high etching rate is deposited on the entire surface by a film thickness T1, and a silicon nitride film 9 having a low etching rate is deposited thereon by a film thickness T2. At this time, the etching rate of the silicon nitride film 9 is set to r times the etching rate of the silicon nitride film 8. r is a numerical value less than 1. That is, if the etching rate of the silicon nitride film 8 is R1, and the etching rate of the silicon nitride film 9 is R2,
R2 / R1 = r <1 ... (16)
It is.

次に図3(b)に示すように、等方性度がkである、異方性成分と等方性成分からなるRIE法で、エッチングレートの遅いシリコン窒化膜9をエッチングし、スペーサー9aを形成する。この際、等方性成分によるエッチングにより、水平方向にもシリコン窒化膜9のエッチングが進行し、k×T2だけ、シリコン窒化膜9が水平方向にもエッチングされる。kは、少なくとも同じ材料であれば、膜種によらずほぼ同一の値となる。この段階で、スペーサー9aの中腹幅は、(1−k)×T2である。   Next, as shown in FIG. 3B, the silicon nitride film 9 having a low etching rate is etched by the RIE method having an isotropic component and an isotropic component having an isotropic degree k, and a spacer 9a. Form. At this time, the etching of the silicon nitride film 9 proceeds in the horizontal direction by the etching with the isotropic component, and the silicon nitride film 9 is also etched in the horizontal direction by k × T2. If k is at least the same material, it will have almost the same value regardless of the film type. At this stage, the middle width of the spacer 9a is (1-k) × T2.

続けて図3(c)に示すように、同じ異方性成分と等方性成分からなるRIE法で、シリコン窒化膜8を、シリコン基板1とポリシリコンゲート電極3が露になるまでエッチングし、スペーサー8aを形成する。この際、エッチングの等方性成分により、シリコン窒化膜9より下部において、k×T1だけ、シリコン窒化膜8が水平方向にもエッチングされる。一方、スペーサー9aも水平方向にエッチングされる。このエッチング量は、シリコン窒化膜8の水平方向のエッチング量のr倍になるから、k×T1×rである。そしてこの段階で、ちょうど、スペーサー9aが無くなるようにする。ここで、スペーサー9aの中腹幅は(1−k)×T2であるから、
T2=k/(1−k)×r×T1...(17)
となるように設定する。
Subsequently, as shown in FIG. 3C, the silicon nitride film 8 is etched by the RIE method having the same anisotropic component and isotropic component until the silicon substrate 1 and the polysilicon gate electrode 3 are exposed. The spacer 8a is formed. At this time, the silicon nitride film 8 is also etched in the horizontal direction by k × T1 below the silicon nitride film 9 due to an isotropic component of etching. On the other hand, the spacer 9a is also etched in the horizontal direction. Since this etching amount is r times the etching amount of the silicon nitride film 8 in the horizontal direction, it is k × T1 × r. At this stage, the spacer 9a is eliminated. Here, since the middle width of the spacer 9a is (1-k) × T2,
T2 = k / (1-k) * r * T1 ... (17)
Set to be.

これらから、完成した側壁スペーサーの形状は以下のようになる。
(中腹部の水平方向のエッチング量)=(すそ引き量)=T2...(18)
(シリコン窒化膜9より下の、シリコン窒化膜8の水平方向のエッチング量)=k×T1...(19)
(側壁スペーサーの中腹幅)=T1=L...(20)
From these, the shape of the completed side wall spacer is as follows.
(Amount of etching in the horizontal direction of the middle abdomen) = (Amount of skirting) = T2 (18)
(Etching amount in the horizontal direction of the silicon nitride film 8 below the silicon nitride film 9) = k × T1 (19)
(Medium width of side wall spacer) = T1 = L (20)

なお、ノッチ形状を防ぐため、
(中腹部の水平方向のエッチング量)≧(シリコン窒化膜7より下の、シリコン窒化膜6の水平方向のエッチング量)...(21)
でなければならず、(18)、(19)、(21)より、
T2≧k×T1...(22)
である。
In order to prevent the notch shape,
(Horizontal etching amount in the middle part) ≧ (Horizontal etching amount of the silicon nitride film 6 below the silicon nitride film 7) (21)
From (18), (19), (21)
T2 ≧ k × T1 (22)
It is.

ここで、(16)、(17)、(22)より、実施例3をなす、r(=R2/R1)、T2/T1の値の範囲を図示したのが、図4である。   Here, FIG. 4 illustrates the range of the values of r (= R2 / R1) and T2 / T1 in Example 3 from (16), (17), and (22).

これをもとに、エッチングレートの速いシリコン窒化膜とエッチングレートの遅いシリコン窒化膜の膜厚の和 T1+T2を、T2/T1を変数にして示したグラフが図5である。横軸は対数表示になっていることに注意されたい。本実施例は、図5のA'に対応しており、これは図4のA'の状態に一致している。   Based on this, FIG. 5 is a graph showing the sum T1 + T2 of the film thicknesses of the silicon nitride film having a high etching rate and the silicon nitride film having a low etching rate, with T2 / T1 as a variable. Note that the horizontal axis is logarithmic. The present embodiment corresponds to A ′ in FIG. 5, which corresponds to the state A ′ in FIG.

図5によれば、本実施例により、同じ側壁スペーサー中腹幅に対し、側壁スペーサーをシリコン窒化膜単層で形成する場合(T2/T1=0または∞)に比べれば、シリコン窒化膜の総膜厚T1+T2の値を小さくできることがわかる。また、同じr=R2/R1の値ならば、本実施例のときにもっともT1+T2の値を小さくできることは重要である。なお、側壁スペーサーのすそ引きの値も、本実施例のときにもっとも小さくできる。   According to FIG. 5, according to the present embodiment, the total thickness of the silicon nitride film compared to the case where the sidewall spacer is formed of a single layer of silicon nitride film (T2 / T1 = 0 or ∞) for the same side wall spacer middle width. It can be seen that the thickness T1 + T2 can be reduced. Further, if the same value of r = R2 / R1, it is important that the value of T1 + T2 can be made as small as possible in the present embodiment. In addition, the value of the sidewall spacer skirting can be minimized in the present embodiment.

このことより、等方性成分を含むエッチングを用いつつ、より狭い間隔で並ぶポリシリコンゲート電極の側壁スペーサー形成が可能であることがわかる。しかも、ノッチは無く、シリコン基板の削れを十分減らすことが可能である。   This shows that it is possible to form sidewall spacers of polysilicon gate electrodes arranged at a narrower interval while using etching containing an isotropic component. In addition, there is no notch, and it is possible to sufficiently reduce the shaving of the silicon substrate.

(実施例の総括)
最後に、実施例1、実施例2、および実施例3を総括して、本発明の実施条件の範囲、及び最も効果をなす条件について述べる。
(Summary of Examples)
Finally, Example 1, Example 2, and Example 3 will be summarized to describe the scope of the implementation conditions of the present invention and the most effective conditions.

まず、r<1−kの場合、エッチングレートの遅いシリコン窒化膜を薄くしすぎると、ノッチ形状になる。図4によれば、ノッチにならない条件とは、「T2/T1≧1−r」である。このとき、実施できるのは、実施例1のみである。なお、2つのシリコン窒化膜の膜厚の和T1+T2を最も小さくできるのは、図5(b)より、B'の状態、すなわち「T2/T1=1−r」の場合である。この場合、すそ引きも最も小さくなる。しかしこの条件は、図4によれば、ノッチ形状にならないぎりぎりの条件のため、膜厚ばらつきに注意する必要がある。   First, in the case of r <1-k, if the silicon nitride film having a slow etching rate is made too thin, a notch shape is obtained. According to FIG. 4, the condition that does not become a notch is “T2 / T1 ≧ 1-r”. At this time, only Example 1 can be implemented. Note that the sum T1 + T2 of the thicknesses of the two silicon nitride films can be minimized in the state of B ′, that is, in the case of “T2 / T1 = 1−r” from FIG. 5B. In this case, the trailing is also minimized. However, according to FIG. 4, since this condition is the last condition that does not become a notch shape, it is necessary to pay attention to variations in film thickness.

r<1−kの典型としては、エッチングレートの遅いシリコン窒化膜の代わりに、材料を変えて、シリコン酸化膜などにした場合に相当する。この場合は、rは0.1以下になる場合があり、概ね、T2/T1≧1−r≒1、すなわち、エッチングレートの遅い膜の膜厚を、エッチングレートの速い膜の膜厚より厚く設定しなくてはならない。言い換えると、エッチングの非常に遅くかつ"薄い"膜を外側に配置した場合は、ほぼ必ずノッチ形状になることを意味している。これは、関連技術3に示されている。この点で、本発明が与える数値範囲は、関連技術3とは明らかに異なるものである。   A typical example of r <1-k corresponds to the case where the material is changed to a silicon oxide film or the like instead of the silicon nitride film having a low etching rate. In this case, r may be 0.1 or less. In general, T2 / T1 ≧ 1−r≈1, that is, the film thickness of the film having a low etching rate is larger than the film thickness of the film having a high etching rate. Must be set. In other words, if a very thin etch and “thin” film is placed on the outside, it means that it will almost always have a notch shape. This is shown in Related Art 3. In this respect, the numerical range given by the present invention is clearly different from the related art 3.

次に、r≧1−kの場合、図4によれば、T1とT2をどのように選択してもノッチ形状にならない。これは、比較的、2つのシリコン窒化膜のエッチングレートの差が小さい条件を選択しているためである。従って、膜厚のばらつきによってノッチ形状が発生するような事態を防ぎたい場合は、r≧1−kの条件を選択するのが好ましい。この場合は、エッチング終了段階でちょうどエッチングレートの遅いシリコン窒化膜が無くなるよう、膜厚を設定するのが良い。これは、実施例3に相当する。この場合、与えられた2つのシリコン窒化膜、エッチング条件、できあがりの側壁スペーサー中腹幅の値のもとで、最も狭いゲート電極間まで側壁スペーサーを形成でき、なおかつすそ引きは最も小さくできる。   Next, in the case of r ≧ 1-k, according to FIG. 4, no matter how T1 and T2 are selected, a notch shape is not obtained. This is because a condition in which the difference between the etching rates of the two silicon nitride films is relatively small is selected. Therefore, when it is desired to prevent a situation in which a notch shape is generated due to variations in film thickness, it is preferable to select a condition of r ≧ 1-k. In this case, it is preferable to set the film thickness so that there is no silicon nitride film having a slow etching rate at the end of etching. This corresponds to the third embodiment. In this case, the side wall spacer can be formed between the narrowest gate electrodes under the given two silicon nitride films, the etching conditions, and the width of the completed side wall spacer, and the trailing edge can be minimized.

図6は、2つのシリコン窒化膜の膜厚の和T1+T2の最小値、およびすそ引きの値の最小値の、r依存性を示している。これは、図4、図5におけるA'またはB'の状態のときに実現される。これによれば、rが小さいほど、すなわち2つの窒化膜のエッチングレート差が非常に大きいほど、膜厚の和およびすそ引きを減らせることが分かる。図7は、等方性度k=0.4 の時の計算結果である。これによれば、シリコン窒化膜を単層膜でスペーサーを形成した場合(R1=R2すなわちr=1)の膜厚1.67×Lに比べ、2つのシリコン窒化膜の膜厚の和を1.4×L以下まで減らせることが分かる。これは、側壁スペーサーを形成できる溝の幅を16%以上低減できることを意味する。   FIG. 6 shows the r dependence of the minimum value of the sum T1 + T2 of the thicknesses of the two silicon nitride films and the minimum value of the trailing value. This is realized in the state of A ′ or B ′ in FIGS. According to this, it can be seen that the smaller the r is, that is, the greater the difference between the etching rates of the two nitride films is, the more the sum of the film thicknesses and the skirting can be reduced. FIG. 7 shows the calculation result when the isotropic degree k = 0.4. According to this, the sum of the film thicknesses of the two silicon nitride films is 1 compared to the film thickness of 1.67 × L when the spacer is formed of a single layer film of the silicon nitride film (R1 = R2, ie, r = 1). It can be seen that it can be reduced to 4 × L or less. This means that the width of the groove in which the side wall spacer can be formed can be reduced by 16% or more.

なお、本実施の形態では、段差を有する構造として、MIS型電界効果トランジスタのゲート電極を採用したが、狭い溝内の側壁にスペーサーを形成する場合や、コンタクトホールや配線ビア内部にスペーサーを形成する場合にも適用可能である。また、スペーサーの材料として、シリコン窒化膜を用いたが、シリコン酸化膜や、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の組み合わせでも構わない。   In this embodiment, the gate electrode of the MIS type field effect transistor is adopted as the structure having a step, but when the spacer is formed on the side wall in the narrow groove, the spacer is formed inside the contact hole or the wiring via. It is also applicable to Further, although the silicon nitride film is used as the spacer material, a silicon oxide film or a combination of a silicon oxide film and a silicon nitride film may be used.

またエッチングの手法として、RIEを採用したが、完全に等方的なエッチング(k=1)でも効果はある。また、実際のRIEでは、エッチングの手順として、ブレークスルー・ステップ、メインエッチング・ステップ、オーバーエッチング・ステップなど、複数のステップから構成されることが多いが、どれか一つのステップに本発明が採用されていれば、効果はある。   In addition, although RIE is adopted as an etching method, even a completely isotropic etching (k = 1) is effective. In actual RIE, the etching procedure is often composed of a plurality of steps such as a breakthrough step, a main etching step, an overetching step, etc., but the present invention is adopted in any one step. If it is done, there is an effect.

水平方向のエッチングレートの垂直方向のエッチングレートに対する比kが、エッチングレートの速い窒化膜とエッチングレートの遅い窒化膜で等しいことを前提にしているが、これはもちろん、厳密に等しい必要は無く、多少は異なっていても良い。重要なのは、本発明の設計手法であり、他のパラメータの調整でk値のずれを吸収できれば構わない。   It is assumed that the ratio k of the horizontal etching rate to the vertical etching rate is the same for a nitride film having a fast etching rate and a nitride film having a slow etching rate, but this need not be exactly equal, It may be slightly different. What is important is the design method of the present invention, as long as the deviation of the k value can be absorbed by adjusting other parameters.

本発明の実施形態による構造は、実施例1の場合は、透過型電子顕微鏡などによる側壁スペーサーの断面形状観察と、EDX(エネルギー分散型X線分析装置)などによる組成分析を組み合わせることにより、確認可能である。実施例2の場合は、やや難しいが、側壁スペーサーの側面に段差があれば、透過型電子顕微鏡などによる断面形状観察によって確認可能である。   In the case of Example 1, the structure according to the embodiment of the present invention is confirmed by combining the observation of the cross-sectional shape of the sidewall spacer with a transmission electron microscope or the like and the composition analysis with EDX (energy dispersive X-ray analyzer) or the like. Is possible. In the case of Example 2, although somewhat difficult, if there is a step on the side surface of the side wall spacer, it can be confirmed by observing the cross-sectional shape with a transmission electron microscope or the like.

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described with reference to drawings, these are the illustrations of this invention, Various structures other than the above are also employable.

1 シリコン基板
2 ゲート酸化膜
3 ポリシリコンゲート電極
4 シリコン窒化膜
4a シリコン窒化膜スペーサー
5 シリコン窒化膜
5a、3b シリコン窒化膜スペーサー
6 シリコン窒化膜
6a シリコン窒化膜
6b シリコン窒化膜スペーサー
7 シリコン窒化膜
7a シリコン窒化膜スペーサー
8 シリコン窒化膜
8a シリコン窒化膜スペーサー
9 シリコン窒化膜
9a シリコン窒化膜スペーサー
10 シリコン窒化膜
10a シリコン窒化膜スペーサー
11 シリコン窒化膜
11a 側壁スペーサー
12 シリコン窒化膜
12a 側壁スペーサー
12b ノッチ
13 シリコン酸化膜
13a、13b シリコン酸化膜スペーサー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon substrate 2 Gate oxide film 3 Polysilicon gate electrode 4 Silicon nitride film 4a Silicon nitride film spacer 5 Silicon nitride film 5a, 3b Silicon nitride film spacer 6 Silicon nitride film 6a Silicon nitride film 6b Silicon nitride film spacer 7 Silicon nitride film 7a Silicon nitride film spacer 8 Silicon nitride film 8a Silicon nitride film spacer 9 Silicon nitride film 9a Silicon nitride film spacer 10 Silicon nitride film 10a Silicon nitride film spacer 11 Silicon nitride film 11a Side wall spacer 12 Silicon nitride film 12a Side wall spacer 12b Notch 13 Silicon oxide Film 13a, 13b Silicon oxide film spacer

Claims (7)

凸部、溝、又は孔を形成する工程と、
前記凸部の側壁上、前記溝の側壁上、若しくは孔の内壁上、及び前記凸部、溝、又は前記孔の周囲に第1スペーサー形成膜を形成する工程と、
前記第1スペーサー形成膜上に第2スペーサー形成膜を形成する工程と、
前記第2スペーサー形成膜及び前記第1スペーサー形成膜に等方性成分を含む異方性エッチングを行うことにより、前記凸部の側壁、前記溝の側壁、又は前記孔の内壁にスペーサーを形成する工程と、
を備え、
前記異方性エッチングにおいて、
1−(前記異方性エッチングおける前記第2スペーサー形成膜の垂直方向のエッチングレートに対する水平方向のエッチングレートの比)を異方性度と定義し、
(前記第1スペーサー形成膜の膜厚−前記第2スペーサー形成膜の膜厚)/(前記第1スペーサー形成膜の膜厚)を前記第1スペーサー形成膜の前記第2スペーサー形成膜に対する膜厚増分率と定義したときに、
前記第2スペーサー形成膜の垂直方向のエッチングレートは、
前記第1スペーサー形成膜の垂直方向のエッチングレートより小さく、
かつ前記第1スペーサー形成膜の垂直方向のエッチングレートに、前記異方性度と前記膜厚増分率のうち小さいほうを乗じた値より大きい半導体装置の製造方法。
Forming a convex portion, a groove, or a hole;
Forming a first spacer forming film on the side wall of the convex part, on the side wall of the groove, or on the inner wall of the hole, and around the convex part, the groove, or the hole;
Forming a second spacer forming film on the first spacer forming film;
By performing anisotropic etching including an isotropic component on the second spacer forming film and the first spacer forming film, a spacer is formed on the side wall of the convex portion, the side wall of the groove, or the inner wall of the hole. Process,
With
In the anisotropic etching,
1- (ratio of the etching rate in the horizontal direction to the etching rate in the vertical direction of the second spacer forming film in the anisotropic etching) is defined as the degree of anisotropy,
(Film thickness of the first spacer forming film−film thickness of the second spacer forming film) / (film thickness of the first spacer forming film) is a film thickness of the first spacer forming film with respect to the second spacer forming film. When defined as an incremental rate,
The etching rate in the vertical direction of the second spacer formation film is:
Smaller than the vertical etching rate of the first spacer forming film,
And a method of manufacturing a semiconductor device having a value larger than a value obtained by multiplying an etching rate in a vertical direction of the first spacer formation film by a smaller one of the degree of anisotropy and the film thickness increment rate.
凸部、溝、又は孔を形成する工程と、
前記凸部の側壁上、前記溝の側壁上、若しくは孔の内壁上、及び前記凸部、溝、又は前記孔の周囲に第1スペーサー形成膜を形成する工程と、
前記第1スペーサー形成膜上に、前記第1スペーサー形成膜より薄い第2スペーサー形成膜を形成する工程と、
前記第2スペーサー形成膜及び前記第1スペーサー形成膜に等方性成分を含む異方性エッチングを行うことにより、前記凸部の側壁、前記溝の側壁、又は前記孔の内壁にスペーサーを形成する工程と、
を備え、
前記異方性エッチングにおいて、
1−(前記異方性エッチングおける前記第2スペーサー形成膜の垂直方向のエッチングレートに対する水平方向のエッチングレートの比)を異方性度と定義したときに、
前記第2スペーサー形成膜の垂直方向のエッチングレートは、
前記第1スペーサー形成膜の垂直方向のエッチングレートより小さく、
かつ前記第1スペーサー形成膜の垂直方向のエッチングレートに前記異方性度を乗じた値より大きい半導体装置の製造方法。
Forming a convex portion, a groove, or a hole;
Forming a first spacer forming film on the side wall of the convex part, on the side wall of the groove, or on the inner wall of the hole, and around the convex part, the groove, or the hole;
Forming a second spacer formation film thinner than the first spacer formation film on the first spacer formation film;
By performing anisotropic etching including an isotropic component on the second spacer forming film and the first spacer forming film, a spacer is formed on the side wall of the convex portion, the side wall of the groove, or the inner wall of the hole. Process,
With
In the anisotropic etching,
When 1- (ratio of the etching rate in the horizontal direction to the etching rate in the vertical direction of the second spacer forming film in the anisotropic etching) is defined as the degree of anisotropy,
The etching rate in the vertical direction of the second spacer formation film is:
Smaller than the vertical etching rate of the first spacer forming film,
And a method of manufacturing a semiconductor device having a value larger than a value obtained by multiplying a vertical etching rate of the first spacer formation film by the degree of anisotropy.
請求項2に記載の半導体装置の製造方法において、
前記異方性エッチングおける前記第2スペーサー形成膜の垂直方向のエッチングレートに対する水平方向のエッチングレートの比を、前記異方性エッチングにおける等方性度として定義したとき、
前記第2スペーサー形成膜の垂直方向のエッチングレートは、前記第1スペーサー形成膜の垂直方向のエッチングレートに、前記第1スペーサー形成膜に対する前記第2スペーサー形成膜の膜厚の比と、前記異方性度とをそれぞれ乗じた値を、さらに前記等方性度で割った値に等しい半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 2,
When the ratio of the etching rate in the horizontal direction to the etching rate in the vertical direction of the second spacer forming film in the anisotropic etching is defined as the isotropic degree in the anisotropic etching,
The etching rate in the vertical direction of the second spacer forming film is different from the etching rate in the vertical direction of the first spacer forming film in the ratio of the film thickness of the second spacer forming film to the first spacer forming film, and the difference in the etching rate. A method of manufacturing a semiconductor device, which is equal to a value obtained by multiplying the respective degrees of isotropicity and further divided by the degree of isotropicity.
請求項1〜3のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1スペーサー形成膜と前記第2スペーサー形成膜は、互いに同一の元素により形成される半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device as described in any one of Claims 1-3,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the first spacer formation film and the second spacer formation film are formed of the same element.
請求項4に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1スペーサー形成膜と前記第2スペーサー形成膜は、互いに異なる基板温度で成膜される半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 4,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the first spacer formation film and the second spacer formation film are formed at different substrate temperatures.
請求項5に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1スペーサー形成膜は、前記第2スペーサー形成膜より低い基板温度で成膜される半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 5,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the first spacer formation film is formed at a lower substrate temperature than the second spacer formation film.
請求項1〜6のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法において、
前記第2スペーサー形成膜及び前記第1スペーサー形成膜に対して連続して前記異方性エッチングが行われる半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device as described in any one of Claims 1-6,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the anisotropic etching is continuously performed on the second spacer forming film and the first spacer forming film.
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