JP2013149945A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ソース張り出し部を有するエピタキシャルソース用およびドレイン張り出し部を有するエピタキシャルドレイン用のキャビティー（空洞）をプラズマエッチングにより形成することができる半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】シリコンにエピタキシャルソースおよびエピタキシャルドレインを形成する半導体装置の製造方法において、プラズマエッチングにより前記シリコンにエピタキシャルソース用およびエピタキシャルドレイン用のキャビティーを形成するメインエッチングステップと、前記メインエッチングステップにより形成されたキャビティーに保護膜をプラズマエッチングにより形成する保護膜形成ステップとを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に係り、特にプラズマエッチングを用いる製造工程における半導体装置の製造方法に関する。

ＭＯＳトランジスタの高性能化のため、自己整合エピタキシャルソース及びドレイン張り出し部を形成することにより、チャネル内部での歪みを増大させ、チャネル内での移動度を増大させ、かつ駆動電流を増加させることが特許文献１に開示されている。また、自己整合エピタキシャルソース及びドレイン張り出し部を形成するプラズマエッチング方法として、塩素（Ｃｌ_２）ガスと三フッ化窒素（ＮＦ_３）ガスとアルゴン（Ａｒ）ガスとの混合ガス、塩素（Ｃｌ_２）ガスと臭化水素（ＨＢｒ）ガスとの混合ガス、塩素（Ｃｌ_２）ガスと六フッ化硫黄（ＳＦ_６）ガスとの混合ガス、塩素（Ｃｌ_２）ガスとアルゴン（Ａｒ）ガスとの混合ガスを用いたプラズマエッチングが特許文献１に開示されている。

尚、「ソース張り出し部」と「ドレイン張り出し部」とは、ソース領域及びドレイン領
域がそれぞれ、ゲート電極の各面上に形成されたスペーサ及びゲート絶縁膜の下方へ拡張した部分のことである。

特表２０１０−５２０６５１号公報

さらに、特許文献１には、特許文献１の図３Ｄのような自己整合エピタキシャルソース及びドレイン張り出し部を形成するには、ソース及びドレインにドーピングされるドーパントとプラズマエッチング用ガスの最適な組み合わせが必要であることも開示されている。

しかし、実際には、必ずドーパントとプラズマエッチング用ガスの最適な組合せとすることができるとは限らない。

例えば、ドーパントの濃度がプラズマエッチング用ガスに最適でない場合は、図９に示すようなソース張り出し部が無いソース領域及びドレイン張り出し部が無いドレイン領域が形成されてしまう。

そこで、本発明の目的の一つは、ドーパントとプラズマエッチング用ガスの組合せが最適であるかどうかに左右されずに、ソース張り出し部を有するエピタキシャルソース用及びドレイン張り出し部を有するエピタキシャルドレイン用のキャビティー（空洞）をプラズマエッチングにより形成可能な半導体装置の製造方法を提供することにある。本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的な実施の形態の概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

本発明の一実施の形態による半導体装置の製造方法は、シリコン基板上にエピタキシャルソースおよびエピタキシャルドレインを形成する工程を有する。ここで、当該工程は、プラズマエッチングにより前記シリコン基板にエピタキシャルソース用およびエピタキシャルドレイン用のキャビティーを形成するメインエッチングステップと、前記メインエッチングステップにより形成されたキャビティーに保護膜をプラズマエッチングにより形成する保護膜形成ステップとを有することを特徴とする。あるいは、当該工程は、塩素、ホウ素、フッ素を含有する混合ガスを用いたプラズマエッチングにより前記シリコン基板にエピタキシャルソース用およびエピタキシャルドレイン用のキャビティーを形成するステップを有することを特徴とする。

本願において開示される発明のうち、代表的な実施の形態によって得られる効果を簡単に説明すると、ソース張り出し部を有するエピタキシャルソース用及びドレイン張り出し部を有するエピタキシャルドレイン用のキャビティー（空洞）をプラズマエッチングにより形成することができる。

本発明の実施の形態に用いたＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）方式のマイクロ波プラズマエッチング装置の概略構成例を示す断面図である。 本発明の実施の形態１による半導体装置の製造方法において、（ａ）〜（ｅ）は、ソース張り出し部を有するエピタキシャルソース用およびドレイン張り出し部を有するエピタキシャルドレイン用のキャビティー（空洞）を形成する際のフロー例を説明する図である。 本発明の実施の形態１および２による半導体装置の製造方法において、（ａ）はソース張り出し部を有するエピタキシャルソース用及びドレイン張り出し部を有するエピタキシャルドレイン用のキャビティー（空洞）の洗浄後の状態例を示すゲート断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のキャビティー（空洞）に対してエピタキシャルソースおよびエピタキシャルドレインを形成した後の状態例を示すゲート断面図である。 図２において、ブレークスルーステップを適用しない場合のキャビティー（空洞）の形状例を示す図である。 本発明の実施の形態２よる半導体装置の製造方法において、ソース張り出し部を有するエピタキシャルソース用およびドレイン張り出し部を有するエピタキシャルドレイン用のキャビティー（空洞）を形成する前の状態例を示すゲート断面図である。 本発明の実施の形態２よる半導体装置の製造方法において、ソース張り出し部を有するエピタキシャルソース用及びドレイン張り出し部を有するエピタキシャルドレイン用のキャビティー（空洞）を所定の形状に形成する際のメカニズムの一例を示す図である。 図６に加えた更なるメカニズムの一例を示す図である。 図７に加えた更なるメカニズムの一例を示す図である。 ソース張り出し部が無いソース領域またはドレイン張り出し部が無いドレイン領域を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

（実施の形態１）
《プラズマエッチング装置の構成および動作》
先ず、本実施の形態において使用したＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）方式のマイクロ波プラズマエッチング装置を図１に示す。上部が開放された真空容器１０１の上部に、真空容器１０１内にエッチングガスを導入するためのシャワープレート１０４（例えば石英製）、誘電体窓１０５（例えば石英製）を設置して密封することによりエッチング処理室１０６を形成する。また、シャワープレート１０４にはエッチング用ガスを流すためのガス供給装置１０７が接続される。また、真空容器１０１には真空排気口１０８を介し真空排気装置（図示せず）が接続されている。

プラズマを生成するための電力をエッチング処理室１０６に伝送するため、誘電体窓１０５の上方にはマイクロ波を伝送するための導波管１０９が設けられる。導波管１０９へ伝送されるマイクロ波はマイクロ波発生用電源１０３から発振させる。マイクロ波の周波数は特に限定されないが、本実施の形態では２．４５ＧＨｚのマイクロ波を使用する。エッチング処理室１０６の外周部には、磁場を形成するための磁場発生用コイル１１０が設けてあり、マイクロ波発生用電源１０３よりエッチング処理室１０６内に供給された電力は、磁場発生用コイル１１０により形成された磁場との相互作用により、エッチング処理室１０６内に高密度のプラズマを生成する。

また、シャワープレート１０４に対向して真空容器１０１の下部には、試料であるウエハ１１１を載置する試料台１０２が設けられる。試料台１０２には、ウエハ１１１の載置面が溶射膜（図示省略）で被覆されており、高周波フィルタ１１４を介して直流電源１１５が接続されている。さらに、試料台１０２には、マッチング回路１１２を介して高周波電源１１３も接続されている。さらに、試料台１０２には、温度調節器（図示せず）も接続されている。

エッチング処理室１０６内に搬送されたウエハ１１１は、直流電源１１５から印加される直流電圧の静電気力により試料台１０２上に吸着し、温度調節器（図示せず）により所定の温度に温度調節される。ガス供給装置１０７によって所望のエッチングガスをエッチング処理室１０６内に供給した後、エッチング処理室１０６内を真空排気装置（図示せず）により所定の圧力とし、マイクロ波発生用電源１０３からマイクロ波をエッチング処理室１０６内に供給し、磁場発生用コイル１１０により磁場を形成してエッチング処理室１０６内にプラズマを発生させる。

高周波電源１１３から高周波バイアス電力を試料台１０２に印加し、プラズマからイオンを試料台１０２に載置されたウエハ１１１へ引き込むことにより、ウエハ１１１がイオンアシストエッチングされる。

《半導体装置の製造方法［１］》
次に、図３（ａ）に示すようなソース張り出し部を有するエピタキシャルソース用およびドレイン張り出し部を有するエピタキシャルドレイン用のキャビティー（空洞）をプラズマエッチングにより形成することができる半導体装置の製造方法について、図２を用いて説明する。当該製造方法は、例えば上述した図１のプラズマエッチング装置を用いて行われる。

図２（ａ）は、ソース張り出し部を有するエピタキシャルソース用およびドレイン張り出し部を有するエピタキシャルドレイン用のキャビティー（空洞）を形成する前の半導体装置の断面図である。ウエハ１１１のシリコン基板２０１上に下から順番にゲート絶縁膜（図示せず）、ゲート電極２０３、ハードマスク２０２と積層されている。また、ゲート絶縁膜（図示せず）とゲート電極２０３とハードマスク２０２を覆うようにスペーサ２０４が形成されている。

ゲート電極２０３は、後に金属膜を埋め込むための犠牲ゲート電極であり、本実施の形態１では、ポリシリコン膜を用いた。ハードマスク２０２は、シリコン酸化膜でもシリコン窒化膜でも良いが、本実施の形態１では、シリコン酸化膜を用いた。また、スペーサ２０４は、シリコン窒化膜でもシリコン酸化膜でも良いが、本実施の形態１では、シリコン窒化膜を用いた。

最初に、図２（ｂ）に示すようなブレークスルーステップを図２（ａ）に示すようなウエハ１１１に対して行う。ブレークスルーステップの目的は、スペーサ２０４が形成された時に除去できなかったスペーサ２０４下端の約５ｎｍ幅の裾引き２０８を除去するためである。このため、スペーサ２０４下端の裾引き２０８が予め除去されている状態であれば、このブレークスルーステップは、必ずしも必要ではない。

このブレークスルーステップは、表１に示すように、例えば、酸素（Ｏ_２）ガスと三フッ化メタン（ＣＨＦ_３）ガスとの混合ガスを用い、処理圧力を０．３Ｐａ、マイクロ波電力を７００Ｗ、高周波バイアス電力を４０Ｗとして行われる。

また、ブレークスルーステップを過度に行い過ぎると、シリコン基板２０１を削り過ぎるため、ブレークスルーステップは、スペーサ２０４下端の約５ｎｍ幅の裾引き２０８を除去できる程度で良い。

なお、ブレークスルーステップを実施しない場合は、図４に示すように、スペーサ２０４下端の約５ｎｍ幅の裾引き２０８が庇となり、等方性エッチングを阻害するため、スペーサ２０４の下層のシリコン基板２０１にサイドエッチが発生しないラウンド形状となる。

次に、図２（ｃ）に示すように、エピタキシャルソース用及びエピタキシャルドレイン用のキャビティー（空洞）２０５をシリコン基板２０１に形成するための第一のメインエッチングステップを行う。この第一のメインエッチングステップは、表１に示すように、例えば、塩素（Ｃｌ_２）ガスと三フッ化窒素（ＮＦ_３）ガスとアルゴン（Ａｒ）ガスとの混合ガスを用い、処理圧力を３．５Ｐａ、マイクロ波電力を１０００Ｗ、高周波バイアス電力を０Ｗとして行われる。その結果、シリコン基板２０１にキャビティー（空洞）２０５が形成される。

この第一のメインエッチングステップでは、高周波バイアス電力を０Ｗとしたことにより、ラジカル主体による等方性エッチングが進行しやすくなる。このため、高周波バイアス電力は低い方が良く、特に本実施の形態１のように０Ｗが望ましい。また、第一のメインエッチングステップは、所定の深さのキャビティー（空洞）２０５が形成されるまで行われる。

次に、図２（ｄ）に示すように、上記第一のメインエッチングステップにより形成されたキャビティー（空洞）２０５の主に底面に保護膜を形成するための保護膜形成ステップを行う。

この保護膜形成ステップは、表１に示すように、例えば酸素（Ｏ_２）ガスとアルゴン（Ａｒ）ガスとの混合ガスを用い、処理圧力を１．０Ｐａ、マイクロ波電力を６００Ｗ、高周波バイアス電力を２５Ｗとして行われる。その結果、上記第一のメインエッチングステップにより形成されたキャビティー（空洞）２０５の主に底面に酸化膜層２０６が形成される。

この保護膜形成ステップにより、主にキャビティー（空洞）２０５の底面に酸化膜層２０６が形成される理由は以下のように考えられる。通常、高周波バイアス電力を０Ｗにして酸素（Ｏ_２）ガスとアルゴン（Ａｒ）ガスとの混合ガスによるプラズマをキャビティー（空洞）２０５に曝した場合、キャビティー（空洞）２０５の表面全体、つまり、キャビティー（空洞）２０５の底面だけでなく、側壁も薄く酸化される。

しかし、本実施の形態１の保護膜形成ステップは、２５Ｗの高周波バイアスを印加した状態で、酸素（Ｏ_２）ガスとアルゴン（Ａｒ）ガスとの混合ガスによるプラズマをキャビティー（空洞）２０５に曝しているため、キャビティー（空洞）２０５の底面は、酸化され、さらに高周波バイアスにより引き込まれたイオンにより酸化されたシリコン表面が改質されて強固な保護膜である酸化膜層２０６が形成される。一方、キャビティー（空洞）２０５の側壁は、イオンが引き込まれないため、強固な保護膜である酸化膜層２０６が形成され難い。このため、本実施の形態１の保護膜形成ステップにより、主にキャビティー（空洞）２０５の底面に酸化膜層２０６が形成されると考えられる。

本実施の形態１では、高周波バイアス電力を２５Ｗとしたが、１０〜３０Ｗの範囲でも良い。高周波バイアス電力が１０Ｗより小さいと、キャビティー（空洞）２０５の底面に酸化膜層２０６を形成することが困難となる。また、高周波バイアス電力が３０Ｗより大きいと、ハードマスク２０２及びスペーサ２０４が削られてダメージを受ける。

また、保護膜形成ステップの時間を長くすることにより酸化膜層２０６の厚みはある程度まで増加させることは可能であるが、スループット等を考慮すると、保護膜形成ステップの時間は１２０〜３００ｓの範囲が望ましい。

また、本実施の形態１では、酸素（Ｏ_２）ガスとアルゴン（Ａｒ）ガスとの混合ガスを用いたが、酸素（Ｏ_２）ガスの代わりに一酸化炭素（ＣＯ）ガス、二酸化炭素（ＣＯ_２）ガス等の酸素含有ガスを用いても良い。また、酸素（Ｏ_２）ガスの代わりに窒素（Ｎ_２）ガスを用いてキャビティー（空洞）２０５の底面に保護膜として窒化膜層を形成しても良い。さらに、酸素含有ガスと窒素（Ｎ_２）ガスとの混合ガスを用いてキャビティー（空洞）２０５の底面に保護膜として酸化膜層２０６と窒化膜層の混合膜を形成しても良い。

次に、図２（ｅ）に示すように、底面に酸化膜層２０６が形成されたキャビティー（空洞）２０５にソース張り出し部用またはドレイン張り出し部用のキャビティー（空洞）２０７を形成するための第二のメインエッチングステップを行う。ここで、ソース張り出し部用またはドレイン張り出し部用のキャビティー（空洞）２０７とは、底面に酸化膜層２０６が形成されたキャビティー（空洞）２０５を、スペーサ２０４下方のシリコンを介して水平方向かつゲート電極２０３下方の向きに拡張させた部分のキャビティー（空洞）のことである。

この第二のメインエッチングステップでは、表１に示すように、第一のメインエッチングステップと同様のプラズマ処理が行われ、底面に酸化膜層２０６が形成されたキャビティー（空洞）２０５にソース張り出し部用またはドレイン張り出し部用のキャビティー（空洞）２０７が形成される。この第二のメインエッチングステップにより、底面に酸化膜層２０６が形成されたキャビティー（空洞）２０５にソース張り出し部用またはドレイン張り出し部用のキャビティー（空洞）２０７を形成できた理由は以下のように考えられる。

キャビティー（空洞）２０５の底面に形成された酸化膜層２０６により、キャビティー（空洞）２０５の底面のシリコン基板２０１へのエッチングが抑制される。一方、キャビティー（空洞）２０５の側壁には酸化膜層２０６が形成されていないため、キャビティー（空洞）２０５の側壁へのエッチングは進行する。このため、第二のメインエッチングステップにより底面に酸化膜層２０６が形成されたキャビティー（空洞）２０５にソース張り出し部用またはドレイン張り出し部用のキャビティー（空洞）２０７を形成できたものと考えられる。

次に、所望のソース張り出し部用またはドレイン張り出し部用のキャビティー（空洞）２０７を形成できるまで保護膜形成ステップと第二のメインエッチングステップを繰り返し、ソース張り出し部を有するエピタキシャルソース用またはドレイン張り出し部を有するエピタキシャルドレイン用のキャビティー（空洞）を形成する。

本実施の形態１では、例えば、上記の第二のメインエッチングステップの後に、さらに保護膜形成ステップと第二のメインエッチングステップをそれぞれ一回ずつ繰り返してソース張り出し部を有するエピタキシャルソース用またはドレイン張り出し部を有するエピタキシャルドレイン用のキャビティー（空洞）を形成した。

次に、上述したフローにより形成された、ソース張り出し部を有するエピタキシャルソース用またはドレイン張り出し部を有するエピタキシャルドレイン用のキャビティー（空洞）３０１をウエットエッチングにより洗浄する。この洗浄により、図３（ａ）に示すように、酸化膜層２０６、プラズマエッチングによる反応生成物等が除去される。

次に、図３（ｂ）に示すように、洗浄されたソース張り出し部を有するエピタキシャルソース用またはドレイン張り出し部を有するエピタキシャルドレイン用のキャビティー（空洞）３０１にエピタキシャル成長によりシリコンゲルマニウムを堆積させる。その結果、ソース張り出し部を有するエピタキシャルソース３０２またはドレイン張り出し部を有するエピタキシャルドレイン３０２が形成される。

これ以降は、当技術分野において周知技術である、ゲート酸化膜を置換する処理、ゲート電極を金属膜を有するメタルゲート電極に置換する処理等であるため、これ以降の処理の説明は省略する。

以上、本実施の形態１の製造方法により、ドーパントの種類、濃度に左右されることなく、ソース張り出し部を有するエピタキシャルソースおよびドレイン張り出し部を有するエピタキシャルドレインを具備するＭＯＳ（Metal-Oxide-Semiconductor）トランジスタを製造できる。

なお、ここでは、プラズマエッチング装置として、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）方式のマイクロ波プラズマエッチング装置を用いたが、本実施の形態１の製造方法は、プラズマ生成方式の如何にかかわらず適用可能である。例えば、ヘリコン波プラズマエッチング装置、誘導結合型プラズマエッチング装置、容量結合型プラズマエッチング装置等を用いた場合でも、本実施の形態１と同等の効果を得ることができる。

また、表１の条件は、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）方式のマイクロ波プラズマエッチング装置に適合させた条件であるため、他のプラズマ生成方式のプラズマエッチング装置では、別途、ガス流量、圧力、プラズマ生成用高周波電力等を適正化する必要がある。

（実施の形態２）
《半導体装置の製造方法［２］》
本実施の形態２では、ソース張り出し部を有するエピタキシャルソース用およびドレイン張り出し部を有するエピタキシャルドレイン用のキャビティー（空洞）をプラズマエッチングにより形成可能な、実施の形態１とは異なる半導体装置の製造方法について、前述した図３と図５〜図８を用いて説明する。当該製造方法は、例えば上述した図１のプラズマエッチング装置を用いて行われる。

図５は、ソース張り出し部を有するエピタキシャルソース用およびドレイン張り出し部を有するエピタキシャルドレイン用のキャビティー（空洞）を形成する前のゲート断面図である。ウエハ１１１のシリコン基板２０１上に下から順番にゲート絶縁膜（図示せず）、ゲート電極２０３、ハードマスク２０２と積層されている。また、ゲート絶縁膜（図示せず）とゲート電極２０３とハードマスク２０２を覆うようにスペーサ２０４が形成されている。さらに、エッチング処理前のシリコン基板２０１上には自然酸化膜２０９が形成されている。

ゲート電極２０３は、後に金属膜を埋め込むための犠牲ゲート電極であり、本実施の形態２では、ポリシリコン膜を用いた。ハードマスク２０２は、シリコン酸化膜でもシリコン窒化膜でも良いが、本実施の形態２では、シリコン酸化膜を用いた。また、スペーサ２０４は、シリコン窒化膜でもシリコン酸化膜でも良いが、本実施の形態２では、シリコン窒化膜を用いた。

ここで、図５に示した断面図を持つ半導体装置に対して、表２に示すように、例えば、アルゴンガス（Ａｒ）を５００ｍｌ／ｍｉｎ、三塩化ホウ素ガス（ＢＣｌ_３）を１５ｍｌ／ｍｉｎ、三フッ化窒素ガス（ＮＦ_３）を１５ｍｌ／ｍｉｎ、処理圧力を２．０Ｐａ、マイクロ波電力を１０００Ｗ、高周波バイアス電力を０Ｗとしてエッチングを行う（メインエッチングステップ）。当該メインエッチングステップによって、前述した図３（ａ）に示したような、ソース張り出し部を有するエピタキシャルソース用及びドレイン張り出し部を有するエピタキシャルドレイン用のキャビティー（空洞）３０１の形状を得ることができる。

本実施の形態２の製造方法で用いる表２のメインエッチングステップには３つの役割があり、それぞれについて下記に説明する。

先ず、１つ目の役割は、シリコン基板２０１上に形成された自然酸化膜２０９を図６に示すメカニズムにより除去することである。

図６に示すように、表２のメインエッチングステップの三塩化ホウ素（ＢＣｌ_３）のホウ素（Ｂ）が、シリコン基板２０１上に形成された自然酸化膜２０９の酸素（Ｏ）と結合し、三塩化ホウ素（ＢＣｌ_３）の塩素（Ｃｌ）と三フッ化窒素（ＮＦ_３）のフッ素（Ｆ）が自然酸化膜２０９のシリコン（Ｓｉ）と結合し、自然酸化膜２０９を除去することができる。自然酸化膜２０９を除去することで、その後に、ソース張り出し部を有するエピタキシャルソース及びドレイン張り出し部を有するエピタキシャルドレインが容易に形成可能になる。

このメインエッチングステップは、ハードマスク２０２の材質であるシリコン酸化膜やスペーサ２０４の材質であるシリコン窒化膜に比べてシリコンのエッチング選択比が高い状態で行われる。したがって、自然酸化膜２０９のエッチングが完了した以降は、シリコン基板２０１のエッチングが主体的となり、ハードマスク２０２とスペーサ２０４の削れは最小限に抑えられる。

次に、２つ目の役割は、図７に示すメカニズムで、シリコン基板２０１にエピタキシャルソース用およびエピタキシャルドレイン用のキャビティー（空洞）４０１を形成することである。

図７に示すように、表２のメインエッチングステップの三塩化ホウ素（ＢＣｌ_３）の塩素（Ｃｌ）と、三フッ化窒素（ＮＦ_３）のフッ素（Ｆ）が、それぞれ、シリコン基板２０１のシリコン（Ｓｉ）と結合し、エッチングが進行する。この際に、エピタキシャルソース用及びエピタキシャルドレイン用のキャビティー（空洞）形成に伴うエッチングでは、表２に示すように高周波バイアス電力を０Ｗとしたことにより、ラジカル主体による等方性エッチングが進行しやすくなる。このため、高周波バイアス電力は低いほうが良く、特に本実施の形態２のように０Ｗが望ましい。当該条件によるメインエッチングステップは、所定の深さのキャビティー（空洞）４０１が形成されるまで行われる。

最後に、３つ目の役割は、図８に示すように、エピタキシャルソース用及びエピタキシャルドレイン用のキャビティー（空洞）４０１をシリコン基板２０１に形成しながら、選択的にエッチングを抑制する（あるいは選択的にエッチングを進行する）ことである。

図８に示すように、キャビティー（空洞）４０１の表面には、表２のエッチングステップの三塩化ホウ素（ＢＣｌ_３）のホウ素（Ｂ）が堆積され、これによってエッチングが抑制される。具体的には、まず、三塩化ホウ素（ＢＣｌ_３）のホウ素（Ｂ）がキャビティー（空洞）４０１のシリコン（Ｓｉ）と結合する。この際には、０Ｗの高周波バイアス電力を用いられるため、当該ホウ素（Ｂ）は、キャビティー（空洞）４０１の表面全体、つまり、キャビティー（空洞）４０１の底面だけでなく、スペーサ２０４下にも堆積し、エッチングが抑制される。

ここで、ホウ素（Ｂ）がキャビティー（空洞）４０１の表面全体に均一に堆積してしまうと、前述した図３（ａ）に示したようなソース張り出し部を有するエピタキシャルソース用及びドレイン張り出し部を有するエピタキシャルドレイン用のキャビティー（空洞）３０１の形状を得ることが困難となる。しかしながら、表２のメインエッチングステップの条件では、ホウ素（Ｂ）の堆積する比率が、キャビティー（空洞）４０１の底面と、スペーサ２０４の下とで差があることにより、図３（ａ）の形状を得ることができる。このメカニズムについて以下に説明する。

表２に示すエッチングステップの条件では、エッチングに寄与するフッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）のラジカルは、エッチングを抑制するホウ素（Ｂ）のラジカルよりも比率が多くなっている。また、スペーサ２０４の下は、ラジカルが到達しにくい状態ではあるが、上記と同様にスペーサ２０４の下でも、ホウ素（Ｂ）よりもフッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）のラジカル比率が多い状態となっており、ラジカルによる等方性エッチングが進行しやすい状態、即ち、縦方向に加えて横方向（水平方向）のエッチングが容易な状態となっている。

このような状況の下、図８において、ホウ素（Ｂ）が堆積する比率は、キャビティー（空洞）４０１内の距離に反比例しており、距離の近い底面に比べて遠いスペーサ２０４の下の方が低くなり、スペーサ２０４の下に堆積できなかったホウ素（Ｂ）は、キャビティー（空洞）４０１の底面に堆積すると考えられる。更にマイクロローディングの影響で、ホウ素（Ｂ）が堆積する比率は、広スペースの底面に比べて、狭スペースのスペーサ２０４の下の方が低くなり、スペーサ２０４の下に堆積できなかったホウ素（Ｂ）は、キャビティー（空洞）４０１の底面に堆積すると考えられる。その結果、縦方向のエッチングは抑制され、スペーサ２０４の下の横方向のエッチングは進行し、図８に示すように、キャビティー（空洞）４０１の表面において、ソース張り出し部用またはドレイン張り出し部用のキャビティー（空洞）４０２を形成することができる。すなわち、前述した図３（ａ）の形状を得ることができる。ここで、ソース張り出し部用またはドレイン張り出し部用のキャビティー（空洞）４０２とは、キャビティー（空洞）４０１を、スペーサ２０４下方のシリコンを介して水平方向かつゲート電極２０３下方の向きに拡張させた部分のキャビティー（空洞）のことである。

以上の説明から判るように、本実施の形態２による半導体装置の製造方法は、原理的には、塩素（Ｃｌ）、ホウ素（Ｂ）、フッ素（Ｆ）を含有する混合ガスを用いたプラズマエッチングにより、シリコン２０１にエピタキシャルソース用およびエピタキシャルドレイン用のキャビティー３０１を形成するものである。具体的には、当該混合ガスを用いた１つのメインエッチングステップで、（１）シリコン上に形成された自然酸化膜層の除去と、（２）所望のキャビティーを形成するためのシリコンの等方性エッチングと、（３）前記（２）の等方性エッチングの際の縦方向のエッチングの抑制とを実現するものである。

本実施の形態２のメインエッチングステップを用いることで、実施の形態１の場合と比べて、工程の更なる簡素化（低コスト化、高スループット化）が図れる。なお、図７および図８におけるソース張り出し部用またはドレイン張り出し部用のキャビティー（空洞）４０２を備えたキャビティー（空洞）４０１の形状は、表２における三塩化ホウ素（ＢＣｌ_３）と三フッ化窒素（ＮＦ_３）の流量比率の調整によって適宜制御することが可能である。

次に、上述したメインエッチングステップにより形成された、ソース張り出し部を有するエピタキシャルソース用またはドレイン張り出し部を有するエピタキシャルドレイン用のキャビティー（空洞）３０１（図３（ａ））をウエットエッチングにより洗浄する。この洗浄により、プラズマエッチングによる反応生成物等が除去される。

続いて、図３（ｂ）に示すように、洗浄されたソース張り出し部を有するエピタキシャルソース用またはドレイン張り出し部を有するエピタキシャルドレイン用のキャビティー（空洞）３０１にエピタキシャル成長によりシリコンゲルマニウムを堆積させる。その結果、ソース張り出し部を有するエピタキシャルソースまたはドレイン張り出し部を有するエピタキシャルドレイン３０２が形成される。

これ以降は、当技術分野において周知技術である、ゲート酸化膜を置換する処理、ゲート電極を金属膜を有するメタルゲート電極に置換する処理等であるため、これ以降の処理の説明は省略する。

以上、本実施の形態２の製造方法により、ドーパントの種類、濃度に左右されることなく、ソース張り出し部を有するエピタキシャルソースおよびドレイン張り出し部を有するエピタキシャルドレインを具備するＭＯＳ（Metal-Oxide-Semiconductor）トランジスタを製造できる。

なお、本実施の形態２では、プラズマエッチング装置として、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）方式のマイクロ波プラズマエッチング装置を用いたが、プラズマ生成方式の如何にかかわらず本発明に適用可能であり、例えば、ヘリコン波プラズマエッチング装置、誘導結合型プラズマエッチング装置、容量結合型プラズマエッチング装置等でも本実施の形態２と同等の効果を得ることができる。

また、表２の条件は、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）方式のマイクロ波プラズマエッチング装置に適合させた条件であるため、他のプラズマ生成方式のプラズマエッチング装置では、別途、ガス流量、圧力、プラズマ生成用高周波電力等を適正化する必要がある。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、前述した実施の形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１０１ 真空容器
１０２ 試料台
１０３ マイクロ波発生用電源
１０４ シャワープレート
１０５ 誘電体窓
１０６ エッチング処理室
１０７ ガス供給装置
１０８ 真空排気口
１０９ 導波管
１１０ 磁場発生用コイル
１１１ ウエハ
１１２ マッチング回路
１１３ 高周波電源
１１４ 高周波フィルタ
１１５ 直流電源
２０１ シリコン基板
２０２ ハードマスク
２０３ ゲート電極
２０４ スペーサ
２０５ キャビティー（空洞）
２０６ 酸化膜層
２０７ ソース張り出し部用またはドレイン張り出し部用のキャビティー（空洞）
２０８ 裾引き
２０９ 自然酸化膜層
３０１ ソース張り出し部を有するエピタキシャルソース用またはドレイン張り出し部を有するエピタキシャルドレイン用のキャビティー（空洞）
３０２ ソース張り出し部を有するエピタキシャルソースまたはドレイン張り出し部を有するエピタキシャルドレイン
４０１ キャビティー（空洞）
４０２ ソース張り出し部用またはドレイン張り出し部用のキャビティー（空洞）

Claims (7)

1. シリコンにエピタキシャルソースおよびエピタキシャルドレインを形成する半導体装置の製造方法であって、
   プラズマエッチングにより前記シリコンにエピタキシャルソース用およびエピタキシャルドレイン用のキャビティーを形成するメインエッチングステップと、
   前記メインエッチングステップにより形成されたキャビティーに保護膜をプラズマエッチングにより形成する保護膜形成ステップとを有する半導体装置の製造方法。
2. 請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
   前記メインエッチングステップと前記保護膜形成ステップは、繰り返し行われる半導体装置の製造方法。
3. 請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
   前記保護膜形成ステップは、酸素を含有するガスを用いて行われる半導体装置の製造方法。
4. 請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
   前記保護膜形成ステップは、窒素を含有するガスを用いて行われる半導体装置の製造方法。
5. 請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
   前記保護膜形成ステップは、酸素を含有するガスと窒素を含有するガスとを用いて行われる半導体装置の製造方法。
6. シリコンにエピタキシャルソースおよびエピタキシャルドレインを形成する半導体装置の製造方法であって、
   塩素、ホウ素、フッ素を含有する混合ガスを用いたプラズマエッチングにより前記シリコンにエピタキシャルソース用およびエピタキシャルドレイン用のキャビティーを形成するステップを有する半導体装置の製造方法。
7. 請求項６記載の半導体装置の製造方法において、
   前記混合ガスは、アルゴンガスと、三塩化ホウ素ガスと、三フッ化窒素ガスとを含む半導体装置の製造方法。

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