(57)【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。
【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ＬＤＤ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Ｔ２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３ｎｍ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１２０ｎｍ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２４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２１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ＣＦＸ（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。
【００３５】
本実施の形態においてエッチング装置に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。
【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）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１２０ｎｍ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ＣＦＸ（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。
【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、ＨＦ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、膜厚（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。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ＣＦＸ（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。
【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）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５０ｎｍ／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、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ＣＦＸ（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１２０ｎｍ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、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ＣＦＸ（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１２０ｎｍ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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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