JPH10209122A

JPH10209122A - サイドウォールの形成方法

Info

Publication number: JPH10209122A
Application number: JP615597A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Morishita; 敏森下; Kazuo Sugimoto; 和雄杉本; Koichiro Adachi; 浩一郎足立
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1997-01-17
Filing date: 1997-01-17
Publication date: 1998-08-07
Anticipated expiration: 2017-01-17
Also published as: JP3581770B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】従来のサイドウォール形成方法では、サイド
ウォール膜厚に大きなバラツキが生じるという問題があ
った。形成したサイドウォール寸法のバラツキがトラン
ジスタ動作のしきい値電圧のバラツキなど素子特性のバ
ラツキに直結しているため、素子の微細化と動作電圧の
低減にはサイドウォール寸法のバラツキ抑制が特に重要
であった。【解決手段】炭素及びフッ素を含むフロロカーボン系
ガスを含むエッチングガスを用いて、前記酸化シリコン
膜４をエッチングすることによって、前記ゲート電極３
の側壁にサイドウォールを形成する工程において、前記
基板１の温度を−４０℃から−８０℃に設定することで
上記問題点を解決した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置等のサ
イドウォールの形成方法に関し、特にシリコン酸化膜の
サイドウォールの形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、コンピュータや通信機器において
携帯型機種の需要が高まり、機器の高性能化とともに低
消費電力化が進められている。このため、これらの携帯
型機器に使用されており、機器全体の性能に直結する重
要部分である大規模集積回路（以下、ＬＳＩと記す。）
等半導体装置について高性能でかつ低消費電力な特性を
有する半導体装置が切望されている。

【０００３】ＬＳＩの高性能化、低消責電力化には、ト
ランジスタ素子の微細化と電源電圧の低減が有効となる
が、トランジスタ素子の動作電圧を低減するためには、
トランジスタ素子特性のバラツキ要因であるパターン寸
法のバラツキ抑制が特に重要であり、素子の微細化、即
ちパターンの微細化が急速に進展しているので、パター
ン寸法の高精度化への要求はますます厳しいものとなっ
ている。

【０００４】ところで、トランジスタ素子の導電性膜の
パターンを自己整合的に絶縁する技術としてサイドウォ
ール形成法が知られているが、トランジスタ素子がＬＤ
Ｄ構造ＭＯＳトランジスタに代表されるようにゲート電
極がサイドウォールで被膜されている構造をもつ微細構
造のトランジスタの場合には、形成したサイドウォール
寸法のバラツキがトランジスタ動作のしきい値電圧のバ
ラツキなど素子特性のバラツキに直結しているため、素
子の微細化と動作電圧の低減にはサイドウォール寸法の
バラツキ抑制が特に重要となってくる。

【０００５】従来のサイドウォールの形成技術につい
て、ＭＯＳトランジスタの製造工程で説明する。従来の
サイドウォール形成工程の断面図を図５に示す。

【０００６】まず、図５（ａ）に示すように、基板１上
のトランジスタを形成すべき領域の表面にゲート絶縁膜
２を形成し、さらにゲート絶縁膜２上にポリシリコンか
らなるゲート電極３を形成する。次いで、酸化シリコン
膜４をゲート電極３を覆うように堆積する。

【０００７】次に、図５（ｂ）に示すように、酸化シリ
コン膜４を異方性ドライエッチングによりエッチバック
し、ソース及びドレインが形成されるべき領域のシリコ
ン基板表面５を露出させるまでエッチングする。

【０００８】さらに、エッチング時間の数十％の時間で
（以下、オーバーエッチ量数十％と記す）オーバーエッ
チングすることによって、このとき、ゲート電極３の側
面に酸化シリコンからなるサイドウォール６が形成され
る。以上で、図５（ｃ）に示すサイドウォールが形成さ
れる。

【０００９】酸化シリコン膜のエッチバックには、通
常、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置などが使用
され、ＣＦ₄やＣＨＦ₃などフツ素や炭素を含むガスのプ
ラズマが用いられている。通常、シリコン基板温度を常
温にしてエッチングを行っている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
サイドウォール形成方法では、サイドウォール膜厚に大
きなバラツキが生じるという問題があった。図６にサイ
ドウォール形成時のサイドウォール膜厚の変化を示す。
図６（ａ）に示すように、膜厚Ｔ１のゲート電極３に対
して膜厚Ｔ２の酸化シリコン膜４をＣＶＤ法（化学的気
相堆積法）で堆積したとき、ゲート電極３側面での酸化
シリコン膜４の膜厚はＴ３でほぼＴ２と等しい膜厚とな
る。ついで、酸化シリコン膜４をエッチバックして下地
のシリコン基板表面５を露出させると図６（ｂ）に示す
ように、サイドウォール６が形成される。このとき、形
成されたサイドウォール６の膜厚Ｔ４がＴ４＝Ｔ３とな
り、酸化シリコン膜４の堆積膜厚Ｔ２でサイドウォール
膜厚Ｔ４を制御できるのが膜厚制御の容易性の観点から
望ましいのであるが、実際にはＴ４＜Ｔ２となる。この
ような膜厚の変化が、酸化シリコン膜４の形成時の堆積
膜厚やエッチング速度のウエハ面内均一性以上にサイド
ウォール寸法のバラツキを大きくしている。

【００１１】形成されたサイドウォール膜厚Ｔ４が酸化
シリコンの初期膜厚Ｔ２より小さくなるのは、ゲート側
面の酸化シリコン膜厚の減少、つまリサイドエッチの進
行によるもので、主にエッチング速度のイオン入射角依
存性に起因している。これは、一般に固体表面のイオン
衝撃によるエッチングでは垂直にイオンが入射する場合
よりも角度をつけて斜めに入射した方がエッチング速度
が大きくなるというもので、前記酸化シリコン膜の場合
では、イオンが垂直に入射する水平部分よりも斜めに入
射する傾斜部（肩部）のほうがエッチング速度が大きく
なる、つまり肩部の後退が速くなるのである。

【００１２】従来、エッチングの異方性を大きくする一
般的手法として、ウエハステージに印加するバイアスパ
ワーを大きくしてイオンのエネルギーと方向性を高める
方法があるが、上記のように、エッチング速度のイオン
入射角依存性に起因しているためイオンの方向性を改善
しても肩部の後退の問題は解決されない。しかも、イオ
ンのエネルギーを高くすると、酸化シリコン膜をエッチ
ングして下地シリコン基板表面５を露出させたときに基
板へのダメージ７が大きくなり素子特性の劣化等の問題
となる。もう一つの手法として反応生成物をパターン側
壁に堆積させて堆積膜による側壁保護効果を利用する方
法も知られているが、基板に対して垂直な壁面やエッチ
ングマスク直下の壁面のようにイオン衝撃を受けにくい
ところではなく、イオン衝撃を受けやすい肩部ではこの
効果は期待できない。

【００１３】また、肩部の後退速度、すなわちサイドエ
ッチングの速度については、例えばゲー卜電極３の断面
形状やサイズが変わると酸化シリコン膜の肩部の形状
（曲率あるいは角度）が変わる。このため、たとえウェ
ハ面内の水平面のエッチング速度が均−であったとして
も形状の違いから肩部の後退速度は一定ではなく、形成
されるサイドウォール幅Ｔ４にバラツキを生じてしま
う。特に、サイドエッチングの速度は、オーバーエッチ
ングを行う際に大きくなる傾向にあり、オーバーエッチ
ング時での肩部の後退がサイドウォール膜厚Ｔ４のバラ
ツキの大きな要因となっている。

【００１４】また、サイドウォール膜厚Ｔ４のバラツキ
はゲート電極３の膜厚Ｔ１に対する酸化シリコン４の膜
厚Ｔ２の比にも依存しており、膜厚Ｔ１に対して膜厚Ｔ
２が大きくなるほど酸化シリコン膜４の肩部が大きくな
り、ゲート電極３側面に沿った酸化シリコン膜４の垂直
な部分が少なくなるので、エッチング肩部の後退が顕著
になる。

【００１５】さらに、トランジスタ電源電圧低減による
動作速度の低下を防ぐためには、ポリシリコンゲート電
極の容量を小さい方がよく、そのためにはポリシリコン
ゲート電極の膜厚Ｔ１は小さい方が望ましい。一方で、
トランジスタを微細化した際に素子特性バラツキの要因
となる短チャネル効果を抑えるためにはサイドウォール
膜厚Ｔ４は必ずしも小さくできない。従って、微細化に
伴って、膜厚Ｔ１に対して膜厚Ｔ２がますます大きくな
っていく傾向にある。

【００１６】以上のように、サイドウォール形成におい
ては、肩部のエッチング（サイドエッチ）を抑えて、肩
部の形状やオーバーエッチ量のバラツキ等に左右され
ず、サイドウォール膜厚Ｔ４がシリコン酸化膜４の堆積
膜厚で決定できる高精度な形成方法の確立が望まれてい
る。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明のサイドウォール
の形成方法は、ゲート電極が形成された基板上に酸化シ
リコン膜を形成する工程と、炭素及びフッ素を含むフロ
ロカーボン系ガスを含むエッチングガスを用いて、前記
酸化シリコン膜をエッチングすることによって、前記ゲ
ート電極の側壁にサイドウォールを形成する工程とを含
むサイドウォールの形成方法において、前記酸化シリコ
ン膜をエッチングする工程で、前記基板の温度を−４０
℃から−８０℃に設定することを特徴とする。

【００１８】前記段差がゲート電極であることを特徴と
する。

【００１９】前記エッチングガスは、前記炭素及びフッ
素を含むフロロカーボン系ガスに少なくともハロゲン化
合物ガスあるいは酸素のどちらか一方を添加することを
特徴とする。

【００２０】これら前記炭素及びフッ素を含むフロロカ
ーボン系がＣ₄Ｆ₈であることを特徴とし、前記ハロゲン
化合物ガスは、ＨＢｒであることを特徴とする。

【００２１】また、前記シリコン酸化膜をエッチングす
る工程は、フロロカーボン系ガスにハロゲン化合物を添
加したエッチングガスを用いてエッチングを行う工程
と、前記フロロカーボン系ガスのみからなるエッチング
ガスを用いてエッチングを行う工程とを有することを特
徴とすることが好ましい。

【００２２】また、前記シリコン酸化膜をエッチングす
る工程は、フロロカーボン系ガスにハロゲン化合物を添
加したエッチングガスを用いてエッチングを行う工程
と、前記フロロカーボン系ガスに酸素を添加したエッチ
ングガスを用いてエッチングを行う工程とを有すること
を特徴としても構わない。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明について実施の形態
を参照して詳細に説明する。

【００２４】（実施の形態１）図１に、本発明のパター
ン形成方法で製作するパターン形成方法を説明する工程
断面図を示す。

【００２５】基板１上のトランジスタを形成すべき領域
の表面に、厚さ３ｎｍの（酸化シリコンからなる）ゲー
ト絶緑膜２を形成し、さらにその上にポリシリコンから
なるゲート電極３を幅０．２μｍ、厚さ１５０ｎｍで形
成する。次いで、ＣＶＤ法により厚さ１２０ｎｍの酸化
シリコン膜４を堆積する。この工程までの断面図を図１
（ａ）に示す。

【００２６】次に、図１（ｂ）に示す酸化シリコン膜４
をエッチバックする工程において、エッチングガスとし
て、Ｃ₄Ｆ₈に臭素あるいは塩素を含むハロゲン系ガスと
して例えばＣｌ₂を添加したものを用い、エッチング装
置としてＥＣＲプラズマエッチング装置を使用した。ガ
ス流量はＣ₄Ｆ₈が３０ｓｃｃｍ、Ｃｌ₂が３ｓｃｃｍで
ある。ウェハサイズは６インチでステージに印加するバ
イアスパワーは１００Ｗ、放電圧力は１ｍＴｏｒｒであ
る。エッチング時の基板温度を−６０℃とした時、酸化
シリコン膜４のエッチング速度は１８０ｎｍ／分であっ
た。サイドウォール形成のためのエッチング時間は、オ
ーバーエッチ量５０％として設定した。

【００２７】本実施の形態においてポリシリコンゲート
電極３の厚さ（Ｔ１）に対する酸化シリコン膜４の堆積
膜厚（Ｔ２）の比Ｔ２／Ｔ１は０．８と大きく、ゲート
電極３側面に沿った酸化シリコン膜４の垂直な部分は３
ｎｍ以下で小さいが、酸化シリコン膜４をエッチングし
たとき、図１（ｃ）に示すように、肩部の後退が抑制さ
れ、形成されたサイドウォール幅Ｔ４は堆積時の初期膜
厚をそのまま維持しており１２０ｎｍのままであった。

【００２８】本発明における基板冷却効果について、図
２を参照して説明する。

【００２９】図２（ａ）に示すように、基板１上のトラ
ンジスタを形成すべき領域の表面に、厚さ３ｎｍの（酸
化シリコンからなる）ゲート絶緑膜２が形成され、さら
にその上にポリシリコンからなるゲート電極３が幅０．
２μｍ、厚さ１５０ｎｍで形成され、さらに、厚さ１２
０ｎｍの酸化シリコン膜４が形成された基板をエッチン
グする。

【００３０】エッチングガスとしてＣ₄Ｆ₈を用い基板温
度を−４０℃以下に冷却すると、エッチングガスに含ま
れる元素や被エッチング材であるＳｉなどの化合物から
なる炭素ポリマーの堆積作用が凹部、すわちパターンの
底部２１、側壁部２２及び肩部２３で強まり、上面部２
４に比べエッチング速度が低下する。この状態を図２
（ｂ）に示す。

【００３１】底部２１のエッチング速度も低下するが、
これによって側壁部２２のみでなく肩部２３においてサ
イドエッチをほとんどなくすことができる。ゲート電極
３が露呈するまでエッチングを行うまでの工程で形成さ
れたサイドウォールを図２（ｃ）に示す。

【００３２】本実施の形態において、エッチングガスに
臭素あるいは塩素を含むハロゲン系ガスとしてＣｌ₂を
添加したが、臭素あるいは塩素を含むハロゲン系ガスの
添加は、前記炭素系ポリマー堆積による側壁部２２及び
肩部２３におけるサイドエッチング抑制効果をある程度
維持しながら、−方で、前記炭素系ポリマー堆積による
底部２１のエッチング速度の低下を防止することに効果
があり、上記のように例えばＣｌ₂を少量添加すること
で側壁部２２や肩部２３のサイドエッチを抑制しつつ、
底部２１のエッチング速度を上面部２４とほぼ同等に保
つことができる。ただし、添加量が多くなるとシリコン
に対する選択性を低下させるので添加量は１０％以下が
好ましい。

【００３３】本発明では、先に述べたように、基板冷却
により酸化シリコン膜の上面部２４に比べ底部２１への
炭素系ポリマーの堆積効果が高まることを利用してい
る。このため、本発明では、酸化シリコン膜をエッチン
グし下地シリコン基板が露出したとしても、この底部２
１にあたるシリコン基板上への堆積作用も高められてい
るため、サイドウォール形成時の下地基板へのダメージ
低減にも効果がある。

【００３４】本実施の形態では、フロロカーボン系ガス
として、Ｃ₄Ｆ₈を用いたが、本発明はこれに限定される
ものではなく、炭素系ポリマーの堆積に寄与するＣＦ_X
（_X＝１，２，３）ラジカルを生成しやすい他のＣ／Ｆ
比の高い組成のガス、例えばＣ₂Ｆ₆，Ｃ₃Ｆ₆，ＣＨ
Ｆ₃，Ｃ₃Ｆ₈などによっても同様の効果が得られること
は明らかである。

【００３５】本実施の形態においてエッチング装置にＥ
ＣＲプラズマエッチング装置を用いたが、本発明はこれ
に限られるものではなく、平行平板型プラズマエッチン
グ装置やＩＣＰ（誘導結合型）プラズマエッチング装置
などその他のプラズマエッチング装置を用いても同様の
効果が期待できることは明らかである。

【００３６】図３にサイドウォール幅のオーバーエッチ
量依存性を示す。上述したようにオーバーエッチに対し
てサイドウォール幅は変化しやすいので、オーバーエッ
チでのサイドウォール幅の変化に対して従来のパターン
形成方法と本発明の基板温度を−６０℃とした時の比較
を行った。従来の方法では、オーバーエッチ量に対して
大きくサイドウォール幅が小さくなっているが、本発明
の方法ではほとんど変化していない。

【００３７】図４は、図２における肩部２３の後退速度
（パターン上面部２４で下地ゲート電極が露出するまで
エッチングしたときの垂直方向のエッチング量で定義す
る）の基板冷却温度依存性を測定したものであるが、基
板温度を−４０℃以下に下げることによって肩部のエッ
チング量が急激に減少しているのがわかる。側壁部２２
及び肩部２３のサイドエッチ抑制は温度を下げるほど効
果があるが、冷却温度を−８０℃より下げると、エッチ
ングガスのチャンバ内壁やステージまわリヘの吸着が多
くなり、放電圧力やガス組成が維持しにくくなるので好
ましくない。

【００３８】（実施の形態２）実施の形態１と同様に、
トランジスタを形成すべき領域の表面に厚さ３ｎｍのゲ
ート絶縁膜を形成し、さらにその上に例えばポリシリコ
ンからなるゲート電極を幅０．２μm、厚さ（Ｔ１）１
５０ｎｍで形成する。次いで、ＣＶＤ法により、例えば
厚さ（Ｔ２）１２０ｎｍの酸化シリコン膜を椎積する。
本発明の実施の形態では、前記酸化シリコン膜をエッチ
バックする工程において、エッチングガスとしてＣ₄Ｆ₈
に臭素を含むハロゲン系ガスとしてＨＢｒを６％添加し
たものを用い、エッチング装置としてＥＣＲプラズマエ
ッチング装置を使用した。エッチング時の基板温度を−
５０℃とした時、酸化シリコン膜のエッチング速度は約
１６０ｎｍ／分となる。サイドウォール形成のためのエ
ッチング時間は、オーバーエッチ量５０％として設定し
た。

【００３９】本実施の形態においてポリシリコンゲート
電極の厚さ（Ｔ１）に対する酸化シリコン膜の堆積膜厚
（Ｔ２）の比Ｔ２／Ｔ１は０．８と大きく、ゲート電極
側面に沿った酸化シリコン膜の垂直な部分は３ｎｍ以下
で小さくなるが、酸化シリコン膜をエッチングしたと
き、肩部の後退が抑制され、形成されたサイドウォール
幅は堆積時の初期膜厚をそのまま維持しており１２０ｎ
ｍであった。

【００４０】本実施の形態では、フロロカーボン系ガス
として、Ｃ₄Ｆ₈を用いたが、本発明はこれに限定される
ものではなく、炭素系ポリマーの稚積に寄与するＣＦ_X
（_X＝１，２，３）ラジカルを生成しやすい他のＣ／Ｆ
比の高い組成のガス、例えばＣ₂Ｆ₆，Ｃ₃Ｆ₆，ＣＨ
Ｆ₃，Ｃ₃Ｆ₈などによっても同様の効果が得られること
は明らかである。

【００４１】本実施の形態において、エッチングガスに
ハロゲン系ガスとして例えばＨＢｒを添加したが、水素
を含むＨＢｒを用いた場合、プラズマ中で発生する水素
ラジカルにより、過剰なフッ素ラジカルが捕捉され、Ｈ
Ｆが生成されるため、結果としてＣ／Ｆ比を増大させ、
炭素系ポリマーの堆積促進させる作用がある。したがっ
て、水素を含むＨＢｒを用いた場合、エッチングの異方
性向上や下地シリコンに対する選択性低下防止、すなわ
ちダメージ低減にも効果がある。

【００４２】本実施の形態においてエッチング装置には
ＥＣＲプラズマエッチング装置を用いたが、本発明はこ
れに限られるものではなく、平行平板型プラズマエッチ
ング装置やＩＣＰ（誘導結合型）プラズマエッチング装
置などその他のプラズマエッチング装置を用いても同様
の効果が期待できることは明らかである。

【００４３】（実施の形態３）実施の形態１と同様に、
トランジスタを形成すべき領域の表面に例えば厚さ３ｎ
ｍのゲート絶縁膜を形成し、さらにその上に例えばポリ
シリコンからなるゲート電極を幅０．２μｍ、膜厚（Ｔ
１）１５０ｎｍで形成する。次いで、ＣＶＤ法により、
例えば厚さ（Ｔ２）１２０ｎｍの酸化シリコン膜を堆積
する。本発明の実施の形態３では、前記酸化シリコン膜
をエッチバックする工程において、エッチングガスとし
てＣ₄Ｆ₈にＨＢｒを６％、Ｏ₂を６％添加したものを用
い、エッチング装置としてＥＣＲプラズマエッチング装
置を使用した。エッチング時の基板湿度を−５０℃とし
た時、酸化シリコン膜のエッチング速度は約１７０ｎｍ
／分となる。サイドウォール形成のためのエッチング時
間は、オーバーエッチ量５０％として設定した。

【００４４】本実施の形態においてポリシリコンゲート
電極の厚さ（Ｔ１）に対する酸化シリコン膜の堆積膜厚
（Ｔ２）の比Ｔ２／Ｔ１は０．８と大きく、ゲート電極
側面に沿った酸化シリコン膜の垂直な部分は３ｎｍ以下
で小さいが、酸化シリコン膜をエッチングしたとき、肩
部の後退が抑制され、形成されたサイドウォール幅は堆
積時の初期膜厚をそのまま維持しており１２０ｎｍであ
った。

【００４５】本実施の形態では、フロロカーボン系ガス
として、Ｃ₄Ｆ₈を用いたが、本発明はこれに限定される
ものではなく、炭素系ポリマーの堆積に寄与するＣＦ_X
（_X＝１，２，３）ラジカルを生成しやすい他のＣ／Ｆ
比の高い組成のガス、例えばＣ₂Ｆ₆，Ｃ₃Ｆ₆，ＣＨ
Ｆ₃，Ｃ₃Ｆ₈などによっても同様の効果が得られること
は明らかである。

【００４６】本実施の形態において、エッチングガスに
ハロゲン系ガスと酸素を添加したが、ハロゲン系ガスの
みを添加した実施の形態１、２と比較して、炭素系ポリ
マー堆積による底部エッチング速度低下を抑えるのに効
果があり、特に、微細な密集パターンで底部のスペース
が非常に狭くなった場合においても底部エッチング速度
の低下を効果的に抑さえ、安定した加工ができた。ゲー
ト側壁部及び肩部におけるサイドエッチを抑制したサイ
ドウォールの加工ができる。これにより側壁部の垂直部
分が長くなることから、オーバーエッチ時間を長くと
れ、オーバーエッチ時間のバラツキにより依存しない高
精度のサイドウォール加工ができる。

【００４７】本実施の形態においてエッチング装置には
ＥＣＲプラズマエッチング装置を用いたが、本発明はこ
れに限られるものではなく、平行平板型プラズマエッチ
ング装置やＩＣＰ（誘導結合型）プラズマエッチング装
置などその他のプラズマエッチング装置を用いても同様
の効果が期待できることは明らかである。

【００４８】（実施の形態４）実施の形態１と同様に、
トランジスタを形成すべき領域の表面に厚さ３ｎｍのゲ
ート絶縁膜を形成し、さらにその上にポリシリコンから
なるゲート電極を幅０．２μｍ、厚さ（Ｔ１）１５０ｎ
ｍで形成する。次いで、ＣＶＤ法により、例えば厚さ
（Ｔ２）１２０ｎｍの酸化シリコン膜を稚積する。本発
明の実施の形態４では、前記酸化シリコン膜をエッチバ
ックする工程において、第１のステップではエッチング
ガスにフロロカーボン系ガスとしてＣ₄Ｆ₈を臭素あるい
は塩素を含むハロゲン系ガスとしてＨＢｒを７％添加し
たものを用い、第２のステップにはフロロカーボン系ガ
スとしてＣ₄Ｆ₈を用いた。エッチング装置にはＥＣＲプ
ラズマエッチング装置を使用した。エッチング時の基板
温度を−４０℃とした時、第１のステップでは酸化シリ
コン膜のエッチング速度は約１６０ｎｍ／分、第２のス
テップでは酸化シリコン膜のエッチング速度は約５０ｎ
ｍ／分であった。第１のステップで８５％のエッチング
を行い、第２のステップで残りの１５％のエッチングを
行い、オーバーエッチ量５０％のエッチングを行った。

【００４９】本実施の形態においてポリシリコンゲート
電極の厚さ（Ｔ１）に対する酸化シリコン膜の堆積膜厚
（Ｔ２）の比Ｔ２／Ｔ１は０．８と大きく、ゲート電極
側面に沿った酸化シリコン膜の垂直な部分は３ｎｍ以下
で小さいが、酸化シリコン膜をエッチングしたとき、肩
部の後退が抑制され、形成されたサイドウォール幅は堆
積時の初期膜厚をそのまま維持しており、１２０ｎｍで
あった。

【００５０】本実施の形態の第１のステップは前記第２
の実施の形態と同様の効果をねらったもので、第２の実
施の形態と同様に行う。本実施の形態では、Ｃ₄Ｆ₈のみ
でエッチングする第２のステップを設けている。第２の
ステップでは、臭素あるいは塩素を含むハロゲン系ガス
を添加していないため、第１のステップのみでエッチン
グする実施の形態２と比較して、炭素系ポリマー堆積に
よる側壁部及び肩部におけるサイドエッチ抑制効果を高
めることができ、しかも、第２ステツプで底部への炭素
系ポリマー堆積効果を高めることができるため、対下地
シリコン基板露出時の選択性向上やダメージ低減を図る
ことができる。

【００５１】ただし、第２のステップでは、臭素あるい
は塩素を含むハロゲン系ガスを添加していないため、炭
素系ポリマー稚積による底部エッチング速度の低下を招
くやすく、また、それによリステツプ時間が長くなると
パーティクルが発生しやすくなることから、第２のステ
ップでの酸化シリコン膜のエッチングは、全体の３０％
以下、オーバーエッチ量も５０％以下に抑えるのが望ま
しい。

【００５２】本実施の形態では、第１のステップ及び第
２のステップにおいてフロロカーボン系ガスとして、Ｃ
₄Ｆ₈を用いたが、本発明はこれに限定されるものではな
く、炭素系ポリマーの堆積に寄与するＣＦ_X（_X＝１，
２，３）ラジカルを生成しやすい他のＣ／Ｆ比の高い組
成のガス、例えばＣ₂Ｆ₆，Ｃ₃Ｆ₆，ＣＨＦ₃，Ｃ₃Ｆ₈な
どによっても同様の効果が得られることは明らかであ
る。

【００５３】本実施の形態においてエッチング装置には
ＥＣＲプラズマエッチング装置をもちいたが、本発明は
これに限られるものではなく、平行平板型プラズマエッ
チング装置やＩＣＰ（誘導結合型）プラズマエッチング
装置などその他のプラズマエッチング装置を用いても同
様の効果が期待できることは明らかである。

【００５４】（実施の形態５）第１の実施の形態と同様
にして、トランジスタを形成すべき領域の表面に例えば
厚さ３ｎｍのゲート絶縁膜を形成し、さらにその上に例
えばポリシリコンからなるゲート電極を幅０．２μｍ、
厚さ（Ｔ１）１５０ｎｍで形成する。次いで、ＣＶＤ法
により、例えば厚さ（Ｔ２）１２０ｎｍの酸化シリコン
膜を堆積する。

【００５５】本発明の第５の実施の形態では、前記酸化
シリコン膜をエッチバックする工程において、第１のス
テップではエッチングガスにフロロカーボン系ガスとし
てＣ₄Ｆ₈を用い、第２のステップではフロロカーボン系
ガスにＣ₄Ｆ₈を用い臭素あるいは塩素を含むハロゲン系
ガスとしてＨＢｒ添加したものを用いた。ＨＢｒの添加
は７％に設定した。エッチング装置にはＥＣＲプラズマ
エッチング装置を使用した。エッチング時の基板温度を
−５０℃とした時、第１のステップでは酸化シリコン膜
のエッチング速度は約５０ｎｍ／分、第２のステップで
は酸化シリコン膜のエッチング速度は約１６０ｎｍ／分
であった。第１のステップで酸化シリコン膜の２０％の
エッチングを行い、第２のステップで残りの８０％のエ
ッチングと５０％のオーバーエッチを行った。

【００５６】本実施の形態においてポリシリコンゲート
電極の厚さ（Ｔ１）に対する酸化シリコン膜の堆積膜厚
（Ｔ２）の比Ｔ２／Ｔ１は０．８と大きく、ゲート電極
側面に沿った酸化シリコン膜の垂直な部分は３ｎｍ以下
で少なくなるが、酸化シリコン膜をエッチングしたと
き、肩部の後退が抑制され、形成されたサイドウォール
幅は堆積時の初期膜厚をそのまま維持しており１２０ｎ
ｍであった。

【００５７】本実施の形態において第２のステップは前
記第２の実施の形態と同様の効果をねらったもので、第
１の実施の形態と同様に行う。本実施の形態では、第１
のステップにＣ₄Ｆ₈のみでエッチングするステップを設
けたが、これにより臭素あるいは塩素を含むハロゲン系
ガスを添加する場合と比較して、側壁部及び肩部におけ
る炭素系ポリマー堆積効果を高めることができ、第２の
実施の形態と比較して特に肩部のサイドエッチを抑制し
たサイドウォールの加工ができる。

【００５８】これにより側壁部の垂直部分が長くなるこ
とから、オーバーエッチ時間を長くとれ、オーバーエッ
チ時間のバラツキにより依存しない高精度のサイドウォ
ール加工ができる。

【００５９】本実施の形態の第１のステップでは、臭素
あるいは塩素を含むハロゲン系ガスを添加していないた
め、炭素系ポリマー稚積による底部エッチング速度の低
下を招くやすく、第１のステップでの酸化シリコン膜の
エッチングは、全体の３０％以下が望ましい。第２のス
テップでは、臭素を含むハロゲン系ガスを添加している
ためパーティクルが発生しにくく、第４の実施の形態と
比較してオーバーエッチ量を多くすることが出来る。

【００６０】本実施の形態では、第１のステップ及び第
２のステップにおいてフロロカーボン系ガスとして、Ｃ
₄Ｆ₈を用いたが、本発明はこれに限定されるものではな
く、炭素系ポリマーの堆積に寄与するＣＦ_X（_X＝１，
２，３）ラジカルを生成しやすい他のＣ／Ｆ比の高い組
成のガス、例えばＣ₂Ｆ₆，Ｃ₃Ｆ₆，ＣＨＦ₃，Ｃ₃Ｆ₈な
どによっても同様の効果が得られることは明らかであ
る。

【００６１】本実施の形態においてエッチング装置には
ＥＣＲプラズマエッチング装置をもちいたが、本発明は
これに限られるものではなく、平行平板型プラズマエッ
チング装置やＩＣＰ（誘導結合型）プラズマエッチング
装置などその他のプラズマエッチング装置を用いても同
様の効果が期待できることは明らかである。

【００６２】（実施の形態６）実施の形態１と同様にし
て、トランジスタを形成すべき領域の表面に例えば厚さ
３ｎｍのゲート絶縁膜を形成し、さらにその上に例えば
ポリシリコンからなるゲート電極を幅０．２μｍ、厚さ
（Ｔ１）１５０ｎｍで形成する。次いで、ＣＶＤ法によ
り、例えば厚さ（Ｔ２）１２０ｎｍの酸化シリコン膜を
稚積する。本発明の第６の実施の形態では、前記酸化シ
リコン膜をエッチバックする工程において、第１のステ
ップではエッチングガスとしてフロロカーボン系ガスと
してＣ₄Ｆ₈を用い、これにＯ₂を７％添加したものを用
いた。第２のステップではエッチングガスにフロロカー
ボン系ガスとしてＣ₄Ｆ₈を用い、臭素を含むハロゲン系
ガスとしてＨＢｒを用いる。ＨＢｒの添加は７％にし
た。エッチング装置にはＥＣＲプラズマエッチング装置
を使用した。エッチング時の基板温度を−５０℃とした
時、第１のステップでは酸化シリコン膜のエッチング速
度は約１１０ｎｍ／分、第２のステップでは酸化シリコ
ン膜のエッチング速度は約１６０ｎｍ／分であった。第
１のステップで５０％のエッチングを行い、第２のステ
ップで残りの５０％のエッチングと５０％のオーバーエ
ッチを行った。

【００６３】本実施の形態においてポリシリコンゲート
電極の厚さ（Ｔ１）に対する酸化シリコン膜の堆積膜厚
（Ｔ２）の比Ｔ２／Ｔ１は０．８と大きく、ゲート電極
側面に沿った酸化シリコン膜の垂直な部分は３ｎｍ以下
で少なくなるが、酸化シリコン膜をエッチングしたと
き、肩部の後退が抑制され、形成されたサイドウォール
幅は堆積時の初期膜厚をそのまま維持しており１２０ｎ
ｍであった。

【００６４】本実施の形態第１のステップにおいて、エ
ッチングガスにＯ₂を添加したが、第１のステップでフ
ロロカーボン系ガスのみ使用した第４の実施の形態と比
較して、炭素系ポリマー堆積による底部エッチング速度
の低下を抑えるのに効果があり、特に微細なパターンで
底部のスペースが非常に狭くなった場合でも底部エッチ
ング速度の低下を抑さえ、安定した加工ができた。

【００６５】

【発明の効果】本発明によって、サイドウォールの幅の
減少が抑制されるため、サイドウォールの幅のばらつき
が抑制される。従って、形成されるトランジスタの特性
のバラツキを抑制することができる。

【００６６】また、ハロゲン化合物あるいは酸素のいず
れかを添加することによって、さらにサイドウォールの
幅の変化を小さくすることができる。

【００６７】また、ハロゲン化合物を添加したエッチン
グガスを用いた工程と、ハロゲン化合物を添加してない
エッチングガスを用いた工程との２つの工程に分けるこ
とにより、更に制御性のよいサイドウォールの形成方法
が提供できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるサイドウォールの形成工程を示す
図である。

【図２】本発明の基板冷却効果を説明する図である。

【図３】オーバーエッチ量に対するサイドウォール膜厚
の変化を示す図である。

【図４】基板温度に対する肩部エッチング量を示す図で
ある。

【図５】従来のサイドウォールの形成工程を示す図であ
る。

【図６】従来のサイドウォールの形成工程におけるサイ
ドウォール膜厚の変化を示す図である。

【符号の説明】

１基板２ゲート絶縁膜３ゲート電極４シリコン酸化膜５シリコン基板表面２１底部２２側壁部２３肩部２４上面部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】段差が形成された基板上に酸化シリコン
膜を形成する工程と、炭素及びフッ素を含むフロロカーボン系ガスを含むエッ
チングガスを用いて、前記酸化シリコン膜をエッチング
することによって、前記段差の側壁にサイドウォールを
形成する工程とを含むサイドウォールの形成方法におい
て、前記酸化シリコン膜をエッチングする工程で、前記基板
の温度を−４０℃から−８０℃に設定することを特徴と
するサイドウォールの形成方法。
【請求項２】前記段差がゲート電極であることを特徴
とする請求項１に記載のサイドウォールの形成方法。
【請求項３】前記エッチングガスは、前記フロロカー
ボン系ガスに少なくともハロゲン化合物あるいは酸素の
どちらか一方を添加することを特徴とする請求項１乃至
２のいずれかに記載のサイドウォールの形成方法。
【請求項４】前記フロロカーボン系ガスがＣ₄Ｆ₈であ
ることを特徴とする請求項１乃至３に記載のサイドウォ
ールの形成方法。
【請求項５】前記ハロゲン化合物ガスは、ＨＢｒであ
ることを特徴とする請求項３に記載のサイドウォールの
形成方法。
【請求項６】前記酸化シリコン膜をエッチングする工
程は、フロロカーボン系ガスにハロゲン化合物を添加し
たエッチングガスを用いてエッチングを行う第１の工程
と、フロロカーボン系ガスからなるエッチングガスを用いて
エッチングを行う第２の工程と、を有することを特徴と
する請求項１乃至２のいずれかに記載のサイドウォール
の形成方法。
【請求項７】前記酸化シリコン膜をエッチングする工
程は、フロロカーボン系ガスにハロゲン化合物を添加し
たエッチングガスを用いてエッチングを行う第１の工程
と、フロロカーボン系ガスに酸素を添加したエッチングガス
を用いてエッチングを行う第２の工程と、を有すること
を特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載のサイド
ウォールの形成方法。