(57)【要約】【課題】  被エッチング膜の微細パターンを形成する工程において、半導体基板上に堆積された被エッチング膜をより微細に高精度でパターニングする。【解決手段】  半導体基板上に被エッチング膜を堆積する工程と、被エッチング膜上にＳｉＣwＨxＯyＮz（ｗ＞０、ｘ≧０、ｙ＞０、ｚ≧０）で表される有機無機ハイブリッド膜を堆積する工程と、有機無機ハイブリッド膜のパターンを形成する工程と、有機無機ハイブリッド膜の表面部を酸化層に変換する工程と、酸化層を選択的に除去して、有機無機ハイブリッド膜パターンを所定寸法にする工程と、所定寸法にされた有機無機ハイブリッド膜パターンをマスクとして被エッチング膜をエッチングする工程とを含む。【選択図】  図１
2006140174.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上にＳｉＣwＨxＯyＮz（ｗ＞０、ｘ≧０、ｙ＞０、ｚ≧０）で表される有機無機ハイブリッド膜を形成する工程と、前記有機無機ハイブリッド膜の所定部の所定厚さを酸化層に変換する工程と、前記酸化層を選択的に除去する工程とを含むパターン形成方法。
【請求項２】
半導体基板上に被エッチング膜を堆積する工程と、前記被エッチング膜上にＳｉＣwＨxＯyＮz（ｗ＞０、ｘ≧０、ｙ＞０、ｚ≧０）で表される有機無機ハイブリッド膜を堆積する工程と、前記有機無機ハイブリッド膜のパターンを形成する工程と、前記有機無機ハイブリッド膜の表面部を酸化層に変換する工程と、前記酸化層を選択的に除去して、前記有機無機ハイブリッド膜パターンを所定寸法にする工程と、前記所定寸法にされた有機無機ハイブリッド膜パターンをマスクとして前記被エッチング膜をエッチングする工程とを含むパターン形成方法。
【請求項３】
前記有機無機ハイブリッド膜の表面部を酸化層に変換する工程は、前記有機無機ハイブリッド膜に熱エネルギーを付与するとともに、前記有機無機ハイブリッド膜にその膜と反応するガスを照射する工程により行うことを特徴とする請求項２記載のパターン形成方法。
【請求項４】
前記ガスは少なくとも酸素または窒素のいずれかを含むガスである請求項３記載のパターン形成方法。
【請求項５】
前記有機無機ハイブリッド膜の表面部を酸化層に変換する工程は、前記有機無機ハイブリッド膜にラジカル種を照射する工程により行うことを特徴とする請求項２記載のパターン形成方法。
【請求項６】
前記ラジカル種は少なくとも酸素ラジカルまたは窒素ラジカルのいずれかを含む請求項５記載のパターン形成方法。
【請求項７】
前記有機無機ハイブリッド膜の表面部を酸化層に変換する工程は、前記有機無機ハイブリッド膜にイオンを照射する工程により行うことを特徴とする請求項２記載のパターン形成方法。
【請求項８】
前記イオンは少なくとも酸素イオンまたは窒素イオンまたは不活性ガスイオンのいずれかを含むイオンである請求項７記載のパターン形成方法。
【請求項９】
前記酸化層を選択的に除去する工程は、弗素を含む薬液を用いて行う請求項２記載のパターン形成方法。
【請求項１０】
前記酸化層を選択的に除去する工程は、弗素を含むガスを用いて行う請求項２記載のパターン形成方法。
【請求項１１】
半導体基板上にゲート絶縁膜、シリコン膜を順次形成する工程と、前記シリコン膜上にＳｉＣwＨxＯyＮz（ｗ＞０、ｘ≧０、ｙ＞０、ｚ≧０）で表される有機無機ハイブリッド膜を堆積する工程と、前記有機無機ハイブリッド膜のゲート電極パターンを形成する工程と、前記有機無機ハイブリッド膜の表面部を酸化層に変換する工程と、前記酸化層を選択的に除去して、前記有機無機ハイブリッド膜のゲート電極パターンを所定寸法に縮小する工程と、前記所定寸法にされた有機無機ハイブリッド膜のゲート電極パターンをマスクとして前記シリコン膜を異方性エッチングすることによってゲート電極を形成する工程とを含む半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体基板上に堆積された被エッチング膜を、ＳｉＣwＨxＯyＮz（ｗ＞０、ｘ≧０、ｙ＞０、ｚ≧０）で表される有機無機ハイブリッド膜のハードマスクパターンを用いて、より微細に高精度でパターニングすることのできるパターン形成方法および半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体デバイスにおいては、微細化及び高集積化の要求に対応するために、リソグラフィ工程で用いる露光光の波長がますます短波長化してきている。０．２５μｍルール以降のデバイスでは２４８ｎｍの波長を有するＫｒＦ光を用いて、線幅が０．２５μｍ〜０．１０μｍ程度のパターンを形成している。更に微細な０．１０μｍルール以降のデバイスでは１９３ｎｍの波長を有するＡｒＦ光を用いて、線幅が０．１μｍ〜０．０６５μｍ程度のパターンを形成する試みがなされている。
【０００３】
以下、レジストパターンをマスクとして、例えばシリコン膜より成る０．０６５μｍの線幅を有するゲート電極の従来の形成方法について、図１３（ａ）〜（ｅ）を参照しながら説明する。まず、図１３（ａ）に示すように、例えば熱酸化法により、シリコンなどよりなる半導体基板１０の上に、２ｎｍの厚さのシリコン酸化膜よりなるゲート絶縁膜１１を形成した後、例えばＣＶＤ法により、ゲート絶縁膜１１の上に例えば１００ｎｍの厚さを持つポリシリコン膜１２を堆積する。次に、図１３（ｂ）に示すように、ポリシリコン膜１２の、Ｎチャンネルトランジスタ形成領域である所定領域に第１のレジストパターン１３を形成した後、イオン注入法により燐（Ｐ）等のＶ族の不純物１４を例えば１×１０16／ｃｍ2のドーズ量で注入して、ｎ型ポリシリコン膜１５を形成する。
【０００４】
次に、図１３（ｃ）に示すように、第１のレジストパターン１３をアッシング及び洗浄により除去した後、ポリシリコン膜１２及びｎ型ポリシリコン膜１５の上に塗布法により、有機材料からなる反射防止膜１６を形成し、その上に化学増幅型レジスト膜を形成した後、該化学増幅型レジスト膜に対してＡｒＦエキシマレーザ光を露光光とするリソグラフィを行なって、例えば０．０９μｍの線幅を有する第２のレジストパターン１７を形成する。
【０００５】
次に、プラズマエッチング装置を用いて、図１３（ｄ）に示すように、反射防止膜１６に対して第２のレジストパターン１７をマスクに塩素ガスと酸素ガスとアルゴンガスの混合ガスを用いた異方性エッチングを行なって、パターン化された反射防止膜１６Ａを形成する。このパターン化された反射防止膜１６Ａの線幅は、レジストパターン１７の線幅よりも細く、例えば０．０６５μｍになるようにエッチング条件が調整される。
【０００６】
次に、図１３（ｅ）に示すように、ポリシリコン膜１２及びｎ型ポリシリコン膜１５に対して少なくともパターン化された反射防止膜１６Ａをマスクに異方性エッチングを行なって、パターン化されたポリシリコン膜１２Ａ及びパターン化されたｎ型ポリシリコン膜１５Ａを形成した後、第２のレジストパターン１７及びパターン化された反射防止膜１６Ａをアッシング及び洗浄により除去する。このパターン化されたポリシリコン膜１２Ａ及びパターン化されたｎ型ポリシリコン膜１５Ａの線幅は、パターン化された反射防止膜１６Ａの線幅と同じく０．０６５μｍになるようにエッチング条件が調整される。こうして、０．０６５μｍの線幅を有するパターン化されたｎ型ポリシリコン膜１５Ａからなるｎ型トランジスタのゲート電極１８が形成されると共に、０．０６５μｍの線幅を有するパターン化されたポリシリコン膜１２Ａからなるｐ型トランジスタのゲート電極１９が形成される。
【０００７】
このように、従来の技術においては、反射防止膜１６の異方性エッチングの条件を調整し、パターン化された反射防止膜１６Ａの線幅を所望のサイズに細らすことで微細パターンの形成を実現している。具体的に特許文献１に示される技術では、エッチングガスに塩素含有ガス、酸素含有ガス、臭素含有ガスとを含むガスを用い、反射防止膜のオーバーエッチ量を制御することにより、パターン化された反射防止膜１６Ａの線幅を制御している。
【特許文献１】特開２００１−１９６３５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来のような方法を用いて微細パターンを形成しようとすると以下のような課題が発生する。微細パターンを形成する目的で反射防止膜エッチングのオーバーエッチ量を変化させていくと、下地の被エッチング膜、例えばポリシリコン膜を異方性エッチした後のパターン形状が変動する課題が生じる。これは反射防止膜をオーバーエッチする際、反射防止膜の側壁をエッチングすると同時に下地のポリシリコン膜もエッチングしてしまうためである。具体的には、反射防止膜のオーバーエッチ量の増加とともに、そのエッチングによってポリシリコン膜上部がテーパー形状になり、続く本来のポリシリコン膜のエッチングにおいては、ポリシリコン膜上部のテーパー形状を引きずる形でエッチングが進行するので、ポリシリコン膜パターンはテーパー形状になってしまう。反射防止膜パターンをオーバーエッチングしてパターン細り量（シフト量）を大きくし、より微細なパターンを得ようとすると、ポリシリコン膜パターンのテーパーが大きくなり、形状が劣化すると言うトレードオフの関係にあり、より微細パターンを形成しようとした場合、設定でき得るパターン加工プロセス条件範囲が限定されてしまうという欠点があった。
【０００９】
したがって、この発明の目的は、被エッチング膜の微細パターンを形成する工程において、反射防止膜エッチングのオーバーエッチ量を変化させることで、下地の被エッチング膜表面の削れ量が変動し、エッチング後の被エッチング膜パターンの形状が変化してしまうという従来の欠点を解決するものであって、半導体基板上に堆積された被エッチング膜をより微細に高精度でパターニングすることのできるパターン形成方法および半導体装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以上の目的を達成するためにこの発明の請求項１記載のパターン形成方法は、半導体基板上にＳｉＣwＨxＯyＮz（ｗ＞０、ｘ≧０、ｙ＞０、ｚ≧０）で表される有機無機ハイブリッド膜を形成する工程と、前記有機無機ハイブリッド膜の所定部の所定厚さを酸化層に変換する工程と、前記酸化層を選択的に除去する工程とを含む。
【００１１】
請求項２記載のパターン形成方法は、半導体基板上に被エッチング膜を堆積する工程と、前記被エッチング膜上にＳｉＣwＨxＯyＮz（ｗ＞０、ｘ≧０、ｙ＞０、ｚ≧０）で表される有機無機ハイブリッド膜を堆積する工程と、前記有機無機ハイブリッド膜のパターンを形成する工程と、前記有機無機ハイブリッド膜の表面部を酸化層に変換する工程と、前記酸化層を選択的に除去して、前記有機無機ハイブリッド膜パターンを所定寸法にする工程と、前記所定寸法にされた有機無機ハイブリッド膜パターンをマスクとして前記被エッチング膜をエッチングする工程とを含む。
【００１２】
請求項３記載のパターン形成方法は、請求項２記載のパターン形成方法において、前記有機無機ハイブリッド膜の表面部を酸化層に変換する工程は、前記有機無機ハイブリッド膜に熱エネルギーを付与するとともに、前記有機無機ハイブリッド膜にその膜と反応するガスを照射する工程により行う。
【００１３】
請求項４記載のパターン形成方法は、請求項３記載のパターン形成方法において、前記ガスは少なくとも酸素または窒素のいずれかを含むガスである。
【００１４】
請求項５記載のパターン形成方法は、請求項２記載のパターン形成方法において、前記有機無機ハイブリッド膜の表面部を酸化層に変換する工程は、前記有機無機ハイブリッド膜にラジカル種を照射する工程により行う。
【００１５】
請求項６記載のパターン形成方法は、請求項５記載のパターン形成方法において、前記ラジカル種は少なくとも酸素ラジカルまたは窒素ラジカルのいずれかを含む。
【００１６】
請求項７記載のパターン形成方法は、請求項２記載のパターン形成方法において、前記有機無機ハイブリッド膜の表面部を酸化層に変換する工程は、前記有機無機ハイブリッド膜にイオンを照射する工程により行う。
【００１７】
請求項８記載のパターン形成方法は、請求項７記載のパターン形成方法において、前記イオンは少なくとも酸素イオンまたは窒素イオンまたは不活性ガスイオンのいずれかを含むイオンである。
【００１８】
請求項９記載のパターン形成方法は、請求項２記載のパターン形成方法において、前記酸化層を選択的に除去する工程は、弗素を含む薬液を用いて行う。
【００１９】
請求項１０記載のパターン形成方法は、請求項２記載のパターン形成方法において、前記酸化層を選択的に除去する工程は、弗素を含むガスを用いて行う。
【００２０】
請求項１１記載の半導体装置の製造方法は、半導体基板上にゲート絶縁膜、シリコン膜を順次形成する工程と、前記シリコン膜上にＳｉＣwＨxＯyＮz（ｗ＞０、ｘ≧０、ｙ＞０、ｚ≧０）で表される有機無機ハイブリッド膜を堆積する工程と、前記有機無機ハイブリッド膜のゲート電極パターンを形成する工程と、前記有機無機ハイブリッド膜の表面部を酸化層に変換する工程と、前記酸化層を選択的に除去して、前記有機無機ハイブリッド膜のゲート電極パターンを所定寸法に縮小する工程と、前記所定寸法にされた有機無機ハイブリッド膜のゲート電極パターンをマスクとして前記シリコン膜を異方性エッチングすることによってゲート電極を形成する工程とを含む。
【発明の効果】
【００２１】
この発明の請求項１記載のパターン形成方法によれば、半導体基板上にＳｉＣwＨxＯyＮz（ｗ＞０、ｘ≧０、ｙ＞０、ｚ≧０）で表される有機無機ハイブリッド膜を形成する工程と、有機無機ハイブリッド膜の所定部の所定厚さを酸化層に変換する工程と、酸化層を選択的に除去する工程とを含むので、被エッチング膜上にＭＳＱ膜のような有機無機ハイブリッド膜のパターンを形成し、その酸化層をＨＦなどフッ素を含む薬液によるウエットエッチングなど下地被エッチング膜を容易にはエッチングしない方法でＭＳＱ膜とは選択的に除去することができる。このため、被エッチング膜にダメージを与えないので、所定の通り縮小されたＭＳＱ膜をマスクとしてテーパー形状ではない良好な微細パターンを異方性の強いエッチングによって形成できる。
【００２２】
この発明の請求項２記載のパターン形成方法によれば、半導体基板上に被エッチング膜を堆積する工程と、被エッチング膜上にＳｉＣwＨxＯyＮz（ｗ＞０、ｘ≧０、ｙ＞０、ｚ≧０）で表される有機無機ハイブリッド膜を堆積する工程と、有機無機ハイブリッド膜のパターンを形成する工程と、有機無機ハイブリッド膜の表面部を酸化層に変換する工程と、酸化層を選択的に除去して、有機無機ハイブリッド膜パターンを所定寸法にする工程と、所定寸法にされた有機無機ハイブリッド膜パターンをマスクとして被エッチング膜をエッチングする工程とを含むので、被エッチング膜上にＭＳＱ膜のような有機無機ハイブリッド膜のパターンを形成した後、この膜の表面部をＳｉＯx（ｘ＝１〜２）からなる酸化層に変質させ、さらに酸化層をＨＦなどフッ素を含む薬液によるウエットエッチングなど下地被エッチング膜を容易にはエッチングしない方法でＭＳＱ膜とは選択的に除去し、縮小されたＭＳＱ膜パターンを形成することができる。このため、被エッチング膜にダメージを与えないので、所定の通り縮小されたＭＳＱ膜をマスクとしてテーパー形状ではない良好な微細パターンを異方性の強いエッチングによって形成できる。
【００２３】
請求項３では、請求項２記載のパターン形成方法において、有機無機ハイブリッド膜の表面部を酸化層に変換する工程は、有機無機ハイブリッド膜に熱エネルギーを付与するとともに、有機無機ハイブリッド膜にその膜と反応するガスを照射する工程により行うことが好ましい。例えば、ＭＳＱ膜に酸素ガスを照射し、加熱して熱エネルギーを与えると、ＭＳＱ膜を構成するＳｉ−ＣＨ3結合がＳｉ−Ｏ結合、Ｓｉ−ＯＨ結合に変化し、ＭＳＱ膜のＣ、Ｈなどが酸素と結合して除去され、酸化層が形成される。
【００２４】
請求項４では、請求項３記載のパターン形成方法において、ガスは少なくとも酸素または窒素のいずれかを含むガスであることが好ましい。窒素ガスを使用する場合は、ＭＳＱ膜の下層膜表面を酸化してはならない工程であっても、すなわち酸素ガスが使用できない場合であっても、パターン化されたＭＳＱ膜に酸化層を形成することができる。
【００２５】
請求項５では、請求項２記載のパターン形成方法において、有機無機ハイブリッド膜の表面部を酸化層に変換する工程は、有機無機ハイブリッド膜にラジカル種を照射する工程により行うことが好ましい。酸素ラジカル等はエネルギー的に不安定で反応性が高いため、外部から熱などのエネルギーを与えなくても２００℃以下の低温にて酸化層を形成することができる。したがって、サーマルバジェット（熱処理履歴）が制限を受ける最近の微細パターンを有する半導体集積回路プロセスには非常に有効である。
【００２６】
請求項６では、請求項５記載のパターン形成方法において、ラジカル種は少なくとも酸素ラジカルまたは窒素ラジカルのいずれかを含むことが好ましい。
【００２７】
請求項７では、請求項２記載のパターン形成方法において、有機無機ハイブリッド膜の表面部を酸化層に変換する工程は、有機無機ハイブリッド膜にイオンを照射する工程により行うことが好ましい。酸素イオン等のイオン自信が持つ入射エネルギーを酸化層形成の反応エネルギーとして用いるため、外部から熱などのエネルギーを与えなくても酸化層を形成することができる。このため、１００℃以下の低温にてパターン化されたＭＳＱ膜に酸化層を形成することができ、サーマルバジェットが厳しい微細パターンを含む半導体集積回路プロセスには非常に有効である。
【００２８】
請求項８では、請求項７記載のパターン形成方法において、イオンは少なくとも酸素イオンまたは窒素イオンまたは不活性ガスイオンのいずれかを含むイオンであることが好ましい。
【００２９】
請求項９では、請求項２記載のパターン形成方法において、酸化層を選択的に除去する工程は、弗素を含む薬液を用いて行うことが好ましい。酸化層は弗素を含む薬液を用いるウエットエッチ手段で容易に、しかも残留したＭＳＱ膜とは選択的に除去できるので、下地被エッチング膜の上部をエッチングすることはない。
【００３０】
請求項１０では、請求項２記載のパターン形成方法において、酸化層を選択的に除去する工程は、弗素を含むガスを用いて行うことが好ましい。弗素を含むガスを用いても請求項９と同様の効果が得られる。
【００３１】
この発明の請求項１１記載の半導体装置の製造方法によれば、半導体基板上にゲート絶縁膜、シリコン膜を順次形成する工程と、シリコン膜上にＳｉＣwＨxＯyＮz（ｗ＞０、ｘ≧０、ｙ＞０、ｚ≧０）で表される有機無機ハイブリッド膜を堆積する工程と、有機無機ハイブリッド膜のゲート電極パターンを形成する工程と、有機無機ハイブリッド膜の表面部を酸化層に変換する工程と、酸化層を選択的に除去して、有機無機ハイブリッド膜のゲート電極パターンを所定寸法に縮小する工程と、所定寸法にされた有機無機ハイブリッド膜のゲート電極パターンをマスクとしてシリコン膜を異方性エッチングすることによってゲート電極を形成する工程とを含むので、請求項２と同様に被エッチング膜であるシリコン膜にダメージを与えない。このため、所定の通り縮小されたＭＳＱ膜をマスクとしてテーパー形状ではない良好な微細パターンを異方性の強いエッチングによって形成できる。また、最近の最先端のシステムＬＳＩなどでは、ＭＯＳトランジスタのゲート長をその世代の露光装置で解像できる限界以下（設計ルール以下）の極端な微細な寸法にして高速化を行い、集積回路としての性能を最大限引き出すことが行われているが、そのようなプロセスを実行した場合にもポリシリコンゲート電極の良好なパターンを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
この発明の第１の実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。図１（ａ）〜（ｄ）および図２（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【００３３】
この第１の実施形態は、例えばポリシリコンゲート構造体の形成において、パターン化されたＳｉＣwＨxＯyＮz（ｗ＞０、ｘ≧０、ｙ＞０、ｚ≧０）で表される有機無機ハイブリッド膜の所定部を酸化層に変換し、該酸化層を選択的に除去することによって、所望サイズの微細パターンを有するエッチングマスクを形成するものである。
【００３４】
まず、図１（ａ）に示すように、例えば熱酸化法により、シリコンなどよりなる半導体基板１００の上に、２ｎｍの厚さのシリコン酸化膜よりなるゲート絶縁膜１０１を形成した後、例えば減圧ＣＶＤ法を用いて、ゲート絶縁膜１０１の上に例えば１００ｎｍの厚さを持つポリシリコン膜１０２を堆積する。次に、図１（ｂ）に示すように、ポリシリコン膜１０２の、Ｎチャンネルトランジスタ形成領域である所定領域に第１のレジストパターン１０３を形成した後、イオン注入法により燐（Ｐ）等のＶ族の不純物１０４を例えば１×１０16／ｃｍ2のドーズ量で注入して、ｎ型ポリシリコン膜１０５を形成する。
【００３５】
次に、図１（ｃ）に示すように、第１のレジストパターン１０３をアッシング及び洗浄により除去した後、ポリシリコン膜１０２及びｎ型ポリシリコン膜１０５の上に、例えばＣＶＤ法により、１００ｎｍの厚さを持つＳｉＣxＯy（ｘ＞０、ｙ＞０）で表されるＭＳＱ（メチルシルセスキオキサン）膜１０６を堆積する。その後、塗布法により、有機材料からなる反射防止膜１０７を形成し、その上に化学増幅型レジスト膜を形成した後、該化学増幅型レジスト膜に対してＡｒＦエキシマレーザ光を露光光とするリソグラフィを行なって、例えば０．０９μｍの線幅を有する第２のレジストパターン１０８を形成する。
【００３６】
次に、図１（ｄ）に示すように、第２のレジストパターン１０８をマスクにして反射防止膜１０７とＭＳＱ膜１０６を同一処理室内でドライエッチングする。このドライエッチングは、反射防止膜１０７のエッチングステップとＭＳＱ膜１０６のエッチングステップからなるマルチステップのドライエッチング処理であり、例えば、反射防止膜１０７はＣｌ2、Ｏ2、Ａｒの混合ガス、ＭＳＱ膜１０６はＣＨＦ3、Ｎ2の混合ガスを用いてドライエッチング処理を行なう。その後、第２のレジストパターン１０８及び反射防止膜１０７をアッシング及び洗浄により除去してパターン化されたＭＱＳ膜１０６Ａを形成する。ここで、反射防止膜１０７とＭＳＱ膜１０６のドライエッチングでは、公知のＩＣＰ型プラズマエッチング装置にてフルオロカーボンガスを用いたマルチステップの処理がなされ、線幅が第２のレジストパターン１０８と同じ０．０９０μｍになるような調整がなされる。
【００３７】
次に、図２（ａ）に示すように、パターン化されたＭＳＱ膜１０６Ａの表面に酸素ガス１０９を照射すると同時に熱エネルギーを与えることにより、ＭＳＱ膜１０６Ａの表面層部分を例えば０．０２μｍの厚さの酸化層１１０に変える。次に、図２（ｂ）に示すように、パターン化されたＭＳＱ膜１０６Ａに形成された酸化層１１０の部分を例えばＨＦを５％含有する薬液を用いて処理すると、ＭＳＱ膜である部分とは選択的に除去する事ができ、０．０５０μｍの線幅を有する微細にパターン化されたＭＳＱ膜１０６Ｂが形成できる。この際、酸化層１１０とＭＳＱ膜１０６Ｂとして残留する部分のエッチング選択比は１０程度得ることができるので、図２（ａ）のＭＳＱ膜部分をほとんどエッチングすることなく酸化層１１０を除去することができるのである。
【００３８】
次に、図２（ｃ）に示すように、微細にパターン化されたＭＳＱ膜１０６Ｂをマスクにシリコン膜１０２及びｎ型ポリシリコン膜１０５を、従来とは異なり、異方性の強いドライエッチングをすることにより、パターン化されたｎ型ポリシリコン膜１０５Ａ及びパターン化されたポリシリコン膜１０２Ａを形成する。ポリシリコン膜１０２及びｎ型ポリシリコン膜１０５のドライエッチングでは、公知のＩＣＰ型プラズマエッチング装置にて塩素、臭素などのガスを用いたマルチステップの処理がなされ、微細にパターン化されたＭＳＱ膜１０６Ｂのパターン寸法がポリシリコン膜にほぼそのまま反映されるようにＭＳＱ膜１０６Ｂと同じ０．０５０μｍになるように調整する。こうして、微細にパターン化されたｎ型ポリシリコン膜１０５Ａからなるｎ型トランジスタのゲート電極１１１が形成されると共に、微細にパターン化されたポリシリコン膜１０２Ａからなるｐ型トランジスタのゲート電極１１２が形成される。この後、サリサイド構造とする場合はＭＳＱ膜１０６Ｂを残して全面に絶縁膜を堆積しエッチバックしてポリシリコン膜１０２Ａ，１０５Ａの側壁にサイドウオールを形成するが、このエッチバック時に残留したＭＳＱ膜１０６Ｂも同時に除去されポリシリコン膜表面が露出するので直ちに金属シリサイド化が出来る。
【００３９】
ここで、熱エネルギーを与えることによって図２（ａ）、（ｂ）に示す酸化層１１０形成方法について具体的に説明する。酸化層１１０の形成には、図３に示すようなヒーター加熱式の熱処理装置を用いることができる。図３に示すように、処理室２０１には試料台２０２が設置され、試料台２０２内部にはヒーター及び熱伝対を備えた温度制御装置が設けられており、試料台２０２の温度を１００℃〜６００℃の範囲で制御することができる（図示は省略している）。処理室２０１には、反応ガスがマスフローコントローラ２０３を介して導入口２０４から導かれると共に、処理室内の圧力はドライポンプ（図示は省略している）により５０Ｐａ〜２００Ｐａ程度の範囲に制御される。
【００４０】
このヒーター加熱式の熱処理装置内に基板を設置し、パターン化されたＭＳＱ膜１０６Ａに酸素ガス１０９を照射し、試料台２０２を昇温して熱エネルギーを与えることによりパターン化されたＭＳＱ膜１０６Ａに酸化層１１０を形成する。その処理条件は例えば圧力：１００Ｐａ、Ｏ2流量：１０００ｍｌ／ｍｉｎ、試料台の温度：３００℃の条件を適用すると、酸化層１１０を約０．０２μｍ形成することができる。この処理において、ＭＳＱ膜を一般化した式ＳｉＣwＨxＯyＮz（ｗ＞０、ｘ≧０、ｙ＞０、ｚ≧０）で表される膜は以下の反応
ＳｉＣwＨxＯyＮz＋Ｏ→ＳｉＯv（ｖ＝１〜２）＋ＣＯ2↑＋Ｈ2Ｏ↑＋ＮＯ↑＋ｅｔｃ↑
が生じると考えられ、これによってパターン化されたＭＳＱ膜１０６Ａの表面に酸化層１１０を形成することができる。すなわち、高温での酸素ガス照射によってＭＳＱ膜１０６Ａを構成するＳｉ−ＣＨ3結合がＳｉ−Ｏ結合、Ｓｉ−ＯＨ結合に変化することにより形成される。そしてＭＳＱ膜１０６ＡのＣ、Ｈも酸素と結合してガス状となり、熱処理装置から排気除去される。こうして形成される酸化膜は密度が低くＳｉ−Ｏ、Ｓｉ−ＯＨとはならず未結合ダングリングボンドなどが多数存在しているので、工程図２（ｂ）においてＨＦ含有薬液で酸化層１１０を除去するときＦ−と反応しやすい状態になっているのでＭＳＱ膜として残っている部分とは選択的に容易にエッチングすることが出来るのである。以上のように本実施形態による微細パターンの形成方法では、ＭＳＱ膜１０６Ａの表面部を酸化層１１０に変換した後、該酸化層１１０をウエットエッチングで除去し、最初のＭＳＱ膜１０６Ａパターンの寸法を小さくしているので、ＭＳＱ膜マスク形成時に従来のように下地ポリシリコン膜の上部をエッチングしたりしない。したがって下地ポリシリコン膜のエッチング後の形状は急峻であり、テーパー形状になることを回避することが出来る。
【００４１】
本実施形態では以上説明したようにＭＳＱ膜の表面を酸化層に変換する量によってエッチングマスクとなるＭＳＱ膜パターンの寸法を制御するものである。この酸化層の厚さは酸素を照射するときの試料温度を制御することによってできる。またはこれ以外に酸素処理圧力、酸素ガス流量、処理時間などのパラメータを制御することでも酸化層の形成量を制御することができ、処理圧力、ガス流量、処理時間を増大させた場合は、酸素の供給量が増大するので、酸化層の形成量は増大する。
【００４２】
以上の説明では、酸素ガスを使用したが、酸素と炭素の化合物（ＣＯ、ＣＯ2など）、酸素と窒素の化合物（ＮＯ、ＮＯ2、Ｎ2Ｏ、Ｎ2Ｏ2など）、酸素と水素の化合物（Ｈ2Ｏ、Ｈ2Ｏ2など）を使用しても同様の効果を得る。
【００４３】
この発明の第２の実施形態を図４〜図１２に基づいて説明する。
【００４４】
上記第１の実施形態においては、ＭＳＱ膜１０６Ａのパターン寸法を縮小しＭＳＱ膜１０６Ｂとするための酸化層変換工程に、基板の加熱と酸素ガス照射という手段を用いた。ＭＳＱ膜１０６Ａ表面層を酸化層に変換する工程としてはこのほか種々の方法が考えられ、第２の実施形態ではそれら複数の方法を詳細に説明する。以下に説明する方法では、第１の実施形態で説明したポリシリコンゲート形成工程に応用する場合を具体例として説明する。そのときの工程フローおよび工程条件は図１（ａ）〜（ｄ）、図２（ｂ）、（ｃ）については同一であり、工程図２（ａ）だけが異なるので、主としてこれに対応するＭＳＱ膜１０６Ａの表面の酸化層変換工程の部分のみを述べる。
（１）パターン化されたＭＳＱ膜と窒素ガスとの熱化学反応による酸化層形成
図４は、この方法による酸化層形成工程を示す工程断面図であり、３０１は窒素ガス、３０２は酸化層である。この酸化層３０２は、第１の実施形態と同様、図３に示すヒーター加熱式の熱処理装置を使用する。パターン化されたＭＳＱ膜１０６Ａが形成された半導体基板を図３の熱処理装置内に設置し、パターン化されたＭＳＱ膜１０６Ａに窒素ガス３０１を照射するとともに昇温した試料台２０２から熱エネルギーを基板へ与えることによりパターン化されたＭＳＱ膜１０６Ａに酸化層３０２を形成することができる。具体的な条件として例えば処理室圧力：１００Ｐａ、Ｎ2流量：１０００ｍｌ／ｍｉｎ、試料台の温度：３００℃を適用することにより、図４に示すように、パターン化されたＭＳＱ膜１０６Ａに酸化層３０２を約０．０２μｍ形成することができる。処理過程においては、窒素ガス３０１を照射し、加熱して基板に熱エネルギーを与えることにより、一般式ＳｉＣwＨxＯyＮz（ｗ＞０、ｘ≧０、ｙ＞０、ｚ≧０）のＭＳＱ膜１０６Ａを構成するＣ、Ｈ、Ｎと窒素が反応し、
ＳｉＣwＨxＯyＮz＋Ｎ→ＳｉＯv（ｖ＝１〜２）＋Ｎ2↑＋ＨＣＮ↑＋ＣＮ↑＋ｅｔｃ↑
なる反応を経て酸化層を形成することができる。すなわち、ＭＳＱ膜１０６Ａを構成するＳｉ−ＣＨ3結合がＳｉ−Ｏ結合、Ｓｉ−ＯＨ結合に変化することにより酸化層が形成されるがＣＶＤシリコン酸化膜や熱酸化シリコン膜などより密度が低くダングリングボンドなどが多数存在しているので、工程図２（ｂ）におけるＨＦ含有薬液で容易に除去することが出来る。この方法においてＭＳＱ膜表面の変換酸化膜厚を制御するには基板の温度以外に処理圧力、ガス流量、処理時間などのパラメータを制御して行うことが出来、例えば、処理圧力、ガス流量、処理時間を増大させると酸化層の形成量は増大する。
【００４５】
この方法は、窒素ガスを使用するので、ＭＳＱ膜の下層膜表面を酸化してはならない工程であっても、すなわち酸素ガスが使用できない場合であっても、パターン化されたＭＳＱ膜１０６Ａに酸化層３０２を形成することができるという特徴を有する。ガスとして窒素ガスを使用する場合を説明したが、酸素と窒素の化合物（ＮＯ、ＮＯ2、Ｎ2Ｏ、Ｎ2Ｏ2など）、窒素と水素の化合物（ＮＨ3、Ｎ2Ｈ2など）、窒素と炭素の化合物（Ｃ2Ｎ2など）を使用しても同様の効果を得ることができる。
（２）パターン化されたＭＳＱ膜と酸素ラジカルまたは窒素ラジカルとの反応による酸化層形成
図５および図６はこの方法による酸化層形成工程を示す工程断面図であり、４０１は酸素ラジカル、７０１は窒素ラジカル、４０２、７０２は酸化層である。酸素ラジカルまたは窒素ラジカルを発生させる手段として図７に示すプラズマ処理装置を用いることができる。プラズマ処理装置の処理室５０１は接地され、図示しないマスフローコントローラより流量を制御された反応ガスが導入管５０２よりプラズマ生成室５０３に導入される。プラズマ生成室５０３には高周波電源５０４が接続されており、高周波電源５０４から供給される電力によって反応ガスがプラズマ化しイオンとラジカルが生成される。処理室５０１とプラズマ生成室５０３とは距離が離れているため、イオンは途中で消滅してしまい長寿命ラジカルのみが処理室５０１に到達する。また、処理室５０１には試料台５０５が設置されており、図示は省略しているが試料台５０５の内部には、冷媒等によって試料台５０５の温度を２０℃〜１００℃程度の範囲で制御する温度制御装置が設けられている。更に処理室５０１の圧力はドライポンプ（図示は省略している）により５０Ｐａ〜２００Ｐａ程度の範囲に制御される。
【００４６】
図２（ａ）に対応する工程を酸素ラジカルを用いて行う場合には、図７のプラズマ処理装置の処理室５０１内の試料台５０５上に、パターン化されたＭＳＱ膜１０６Ａが形成された基板を設置し、酸素ラジカル４０１を照射してパターン化されたＭＳＱ膜１０６Ａと酸素ラジカル４０１とを反応させて酸化層４０２を形成する。具体的条件として例えば処理室内圧力：１００Ｐａ、高周波電力：１０００Ｗ、Ｏ2流量：１０００ｍｌ／ｍｉｎ、試料台温度：８０℃を適用することにより、図５に示すように、パターン化されたＭＳＱ膜１０６Ａに約０．０２μｍの酸化層４０２を形成することができる。この工程では、ＳｉＣwＨxＯyＮz（ｗ＞０、ｘ≧０、ｙ＞０、ｚ≧０）で一般に表されるＭＳＱ膜に酸素ラジカルを照射することにより、ＭＳＱ膜を構成するＣ、Ｈ、Ｎと酸素ラジカルが反応し、
ＳｉＣＨＯＮ＋Ｏ*→ＳｉＯx（ｘ＝１〜２）＋ＣＯ2↑＋Ｈ2Ｏ↑＋ＮＯ↑＋ｅｔｃ↑
なる反応を経て酸化層に変換することができる。
【００４７】
また、窒素ラジカルを用いた場合、具体的条件として例えば圧力：１００Ｐａ、高周波電力：１０００Ｗ、Ｎ2流量：１０００ｍｌ／ｍｉｎ、試料台の温度：８０℃の条件を適用することにより、図６に示すように、パターン化されたＭＳＱ膜１０６Ａに約０．０２μｍの酸化層７０２を形成することができる。この工程では、ＭＳＱ膜に窒素ラジカルを照射することにより、ＭＳＱ膜を構成するＣ、Ｈ、Ｎと窒素ラジカルが反応し、
ＳｉＣＨＯＮ＋Ｎ*→ＳｉＯx（ｘ＝１〜２）＋Ｎ2↑＋ＨＣＮ↑＋ＣＮ↑＋ｅｔｃ↑
なる反応を経て酸化層を形成することができる。
【００４８】
この方法では、酸素ラジカルはエネルギー的に不安定で反応性が高いため、外部から熱などのエネルギーを与えなくても２００℃以下の低温にて酸化層を形成することができる。窒素ラジカルも酸素ラジカルと同様に反応性が高く、２００℃以下の低温にて酸化層を形成することができる。したがって、サーマルバジェット（熱処理履歴）が制限を受ける最近の微細パターンを有する半導体集積回路プロセスには非常に有効である。形成された酸化層４０２または７０２はＣＶＤ膜、熱酸化膜などと比べて密度が低く、ダングリングボンドなどが多数存在し、図２（ｂ）の工程でＨＦ含有薬液により容易に選択的に除去される。酸化層４０２または７０２の膜厚はプラズマ生成室に供給する高周波電力を調整することによって制御できるが、処理室圧力、ガス流量、試料台の温度、処理時間などのパラメータの制御も可能である。処理圧力、ガス流量、処理時間を増大させれば酸素ラジカル、窒素ラジカルの供給量が増大するので、酸化層の厚さは増大する。また、試料台の温度を増大させた場合は、酸素ラジカル、窒素ラジカルとＭＳＱ膜を構成するＣ、Ｈなどの元素との反応が促進されるので、酸化層の形成量は増大する。
【００４９】
以上の説明では、酸素ラジカルを生成するためのガスとして酸素ガスを使用したが、酸素と炭素の化合物（ＣＯ、ＣＯ2など）、酸素と窒素の化合物（ＮＯ、ＮＯ2、Ｎ2Ｏ、Ｎ2Ｏ2など）、酸素と水素の化合物（Ｈ2Ｏ、Ｈ2Ｏ2など）を使用できる。また窒素ラジカル発生用ガスとして窒素ガスを用いることを説明したが、このほか酸素と窒素の化合物（ＮＯ、ＮＯ2、Ｎ2Ｏ、Ｎ2Ｏ2など）、窒素と水素の化合物（ＮＨ3、Ｎ2Ｈ2など）、窒素と炭素の化合物（Ｃ2Ｎ2など）を使用しても同様の効果を得ることができる。また、窒素ラジカル７０１を使用する場合は、ＭＳＱ膜の下層膜に酸化層を形成してはならない場合、すなわち酸素ラジカルを使用できない場合でも、ＭＳＱ膜１０６Ａ表面に酸化層７０２を形成することができる利点がある。
（３）パターン化されたＭＳＱ膜の酸素イオンまたは窒素イオンまたは不活性ガスによる酸化層形成
図８は、ＭＳＱ膜１０６Ａに酸素イオンを照射してその表面を酸化層に変換する工程を示す工程断面図であり、８０１は酸素イオン、８０２は酸化層である。図９は、ＭＳＱ膜１０６Ａに窒素イオンを照射してその表面を酸化層に変換する工程を示す工程断面図であり、１００１は酸素イオン、１００２は酸化層である。また、図１０は、ＭＳＱ膜１０６Ａに不活性イオンであるＡｒイオンを照射してその表面を酸化層に変換する工程を示す工程断面図であり、１１０１はアルゴンイオン、１１０２は酸化層である。酸化層８０２または１００２または１１０２を形成するためには図１１に示すプラズマ処理装置を用いる。接地されていると共に内壁がセラミック、アルミナ又は石英等の絶縁物で覆われた処理室９０１の上には、第１の高周波電源９０２から第１の高周波電力が印加される誘導コイル（上部電極）９０３が設けられており、該誘導コイル９０３に第１の高周波電力が印加されると、処理室９０１の内部に誘導結合プラズマが発生する。一方、処理室９０１の底部には、第２の高周波電源９０４から第２の高周波電力が印加される試料台（下部電極）９０５が設けられており、第２の高周波電力により試料台９０５に向かうイオンのエネルギーが制御される。尚、図示は省略しているが、試料台９０５の内部には、冷媒等によって試料台９０５の温度を０℃〜＋８０℃程度の範囲で制御する温度制御装置が設けられている。処理室９０２には、エッチングガスがマスフローコントローラ（図示は省略している）を介して導入口（図示は省略している）から導かれると共に、処理室９０１の圧力はターボポンプ（図示は省略している）により０．１Ｐａ〜１０Ｐａ程度の範囲に制御される。
【００５０】
図１１に示すプラズマ処理装置の処理室９０１内にパターン化されたＭＳＱ膜Ａ１０６が形成された基板を設置し、第１の高周波電源９０２からの第１の高周波電力によっては発生したプラズマ中の酸素イオン８０１または窒素イオン１００１またはＡｒイオン１１０１をＭＳＱ膜に照射し酸化層８０２または１００２または１１０２を形成する。そのとき、第２の高周波電力を制御して基板面に対して垂直に入射するイオンエネルギーを調整すると同時に、処理圧力を制御してＭＳＱ膜の側壁に斜めに入射してくるイオン数を調整することにより、特にＭＳＱ膜側壁部において変換される酸化層８０２または１００２または１１０２の形成量を制御する。
【００５１】
酸素イオンを用いる場合は具体的条件として例えば圧力：０．６Ｐａ、第１の高周波電力：１０００Ｗ、第２の高周波電力：３００Ｗ、Ｏ2流量：１００ｍｌ／ｍｉｎ、試料台の温度：２０℃の条件を適用する。この方法では、ＭＳＱ膜に酸素イオンを照射することにより、ＭＳＱ膜、ＳｉＣwＨxＯyＮz（ｗ＞０、ｘ≧０、ｙ＞０、ｚ≧０）を構成するＣ、Ｈ、Ｎと酸素イオンが反応し、
ＳｉＣＨＯＮ＋Ｏ+→ＳｉＯx（ｘ＝１〜２）＋ＣＯ2↑＋Ｈ2Ｏ↑＋ＮＯ↑＋ｅｔｃ↑
なる反応を経て酸化層を形成される。
【００５２】
また、窒素イオンを用いる場合は具体的条件として、例えば圧力：０．６Ｐａ、第１の高周波電力：１０００Ｗ、第２の高周波電力：３００Ｗ、Ｎ2流量：１００ｍｌ／ｍｉｎ、試料台の温度：２０℃の条件を適用する。この方法では、ＳｉＣwＨxＯyＮz（ｗ＞０、ｘ≧０、ｙ＞０、ｚ≧０）で表されるＭＳＱ膜に窒素イオンを照射することにより、ＭＳＱ膜のＣ、Ｈ、Ｎと窒素イオンが反応し、
ＳｉＣＨＯＮ＋Ｎ+→ＳｉＯx（ｘ＝１〜２）＋Ｎ2↑＋ＨＣＮ↑＋ＣＮ↑＋ｅｔｃ↑
なる反応を経て酸化層が形成される。
【００５３】
また、Ａｒイオンを用いる場合は具体的条件として、例えば圧力：０．６Ｐａ、第１の高周波電力：１０００Ｗ、第２の高周波電力：５００Ｗ、Ａｒ流量：１００ｍｌ／ｍｉｎ、試料台の温度：２０℃を適用する。この方法では、ＳｉＣwＨxＯyＮz（ｗ＞０、ｘ≧０、ｙ＞０、ｚ≧０）のＭＳＱ膜に不活性ガスＡｒイオンを照射することにより、ＭＳＱ膜のＣ、Ｈ、Ｎを不活性ガスイオンが優先的にスパッタリングすることにより、
ＳｉＣＨＯＮ＋Ａｒ+→ＳｉＯx（ｘ＝１〜２）＋Ｎ2↑+Ｈ2↑＋ＣＯ2↑＋ｅｔｃ↑
なる反応を経て酸化層を形成することができる。
【００５４】
本方法において形成される酸化層膜厚は、第２の高周波電力と処理室内のガス圧力を用いて制御されるがこれ以外に、第１の高周波電力、ガス流量、試料台の温度、処理時間などのパラメータを制御しても可能である。例えば、第１の高周波電力、ガス流量、処理時間を増大させた場合は、各種イオンの供給量が増大するので、酸化層の形成量は増大する。また、試料台の温度を増大させた場合は、各種イオンとＭＳＱ膜を構成するＣ、Ｈなどの元素との反応が促進されるので、酸化層の形成量は増大する。また、Ａｒイオンを用いる場合は基板温度上昇によって、Ａｒイオンのスパッタリングで生成されるＣＯ2、Ｈ2などの生成ガスがＭＳＱ膜表面から揮発しやすくなり酸化層の形成量が増大する。
【００５５】
この方法では、酸素イオン８０１または窒素イオン１００１またはＡｒイオン１１０１自身が持つ入射エネルギーを酸化層８０２，１００２，１１０２形成の反応エネルギーとして用いるため、外部から熱などのエネルギーを与えなくても酸化層８０２，１００２，１１０２を形成することができる。このため、１００℃以下の低温にてパターン化されたＭＳＱ膜１０６Ａに酸化層を形成することができ、サーマルバジェットが厳しい微細パターンを含む半導体集積回路プロセスには非常に有効である。
【００５６】
本発明の構成の特徴の一つは、有機無機ハイブリッド膜のパターンを形成した後、この膜の表面部を酸化層に変質させることであるが、実際に例えば酸素イオンをＯ2プラズマを発生させて形成し、ＭＳＱ膜に照射した後、照射部をＦＴＩＲ（フーリエ変換赤外吸収スペクトル）で調べると図１２に示すように酸素イオン照射時間にしたがってＳｉ−Ｏ結合スペクトルのみが強く現れ、残るようになる。これはＭＳＱ膜のＣ、Ｈなどが酸素イオン照射によって除去され、酸化層に変換されていることを示すものである。酸化層は上記反応によってＭＳＱ膜１０６を構成するＳｉ−ＣＨ3結合がＳｉ−Ｏ結合、Ｓｉ−ＯＨ結合に変化することにより形成されるが、本来ＣＶＤ膜や熱酸化膜と比較して密度が低い上に、さらにイオンスパッタリング効果によりＳｉ−Ｏ、Ｓｉ−ＯＨ結合が破壊されているためダングリングボンドなどが多数存在し、図２（ｂ）の工程でＨＦ含有薬液で、他の酸化層形成方法より一層容易に選択的に除去することができるという特徴を持っている。
【００５７】
酸素イオンを用いた場合、図８から明らかなように酸素イオンをＭＳＱ膜１０６Ａに照射すると、同時に下地のポリシリコン膜１０２，１０５の表面にも酸素イオンが照射されるので酸化膜が成長するが、その膜厚は数ｎｍ程度であり、図２（ｂ）の工程で酸化層８０２を除去するとき同時に除去することが出来るので後に、ＭＳＱ膜をマスクとしたポリシリコン膜エッチングの障害とはならない。また、窒素またはＡｒイオンを用いた場合、ＭＳＱ膜の下層膜（被エッチング膜）表面に酸化層を形成することが製造プロセス上に望ましくないとき、すなわち、酸素イオンを使用できない場合においても、窒素またはＡｒイオンは下地膜を酸化しないので、ＭＳＱ膜のみに酸化層１００２を形成することができる。さらにＡｒイオンは不活性であるため、ＭＳＱ膜１０６Ａ以外のＡｒイオンに曝される部位に、酸化層や窒化層などの反応層を形成することがなく、下地層表面などに反応層を形成したくない場合に非常に有効である。
【００５８】
以上イオンを照射法としてプラズマ処理法を用いたが、公知のイオン注入法を用いても同様の効果がある。また、イオン生成用ガスとして酸素ガスに代えて、酸素と炭素の化合物（ＣＯ、ＣＯ2など）、酸素と窒素の化合物（ＮＯ、ＮＯ2、Ｎ2Ｏ、Ｎ2Ｏ2など）、酸素と水素の化合物（Ｈ2Ｏ、Ｈ2Ｏ2など）を使用し、窒素ガスに代えて、酸素と窒素の化合物（ＮＯ、ＮＯ2、Ｎ2Ｏ、Ｎ2Ｏ2など）、窒素と水素の化合物（ＮＨ3、Ｎ2Ｈ2など）、窒素と炭素の化合物（Ｃ2Ｎ2など）を使用しても同様の効果を得ることができる。
【００５９】
以上（１）、（２）、（３）にＭＳＱ膜を酸化層に変化する方法を述べたが、こうして生成された酸化層はＨＦ含有薬液を用いるウエットエッチ手段で容易に、しかも残留したＭＳＱ膜とは選択的に除去できるので、下地ポリシリコン膜の上部をエッチングすることはない。したがって従来法でテーパーがあるパターンが形成されるのとは異なり、残留したＭＳＱ膜１０６Ｂをマスクとして異方性エッチングで断面形状の良好なきわめて微細なパターンを形成することができる。
【００６０】
（２）の方法ではラジカル生成のために高周波電力を使用したが、マイクロ波を使用することができる。また、（３）の方法では、イオン生成のために誘導結合型プラズマを使用したが、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｃｙｃｒｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）型プラズマ、容量結合型プラズマ、マイクロ波励起型プラズマを使用することができる。また、本発明の実施形態総てに関して、ポリシリコンゲート電極の微細パターニングについて述べたが、それ以外のパターニングについても応用出来ることはいうまでもない。また、酸化層の除去方法として弗素を含む薬液を用いた選択除去を行なったが、弗素を含むガスによる選択除去を行なっても同様の効果を得ることができる。また、熱エネルギーを与えて酸化層の形成する実施の形態については、試料台の加熱方式としてヒーター加熱方式を用いたが、ハロゲンランプなどを用いたランプ加熱方式の熱処理装置を使用しても同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明に係るパターン形成方法および半導体装置の製造方法は、ＭＳＱ膜表面部分を酸化層に変換することによってＭＳＱ膜パターン寸法を減少させるものであり、微細パターンを形成する露光装置の解像限界を超える微細なパターンを形成する必要がある半導体集積回路装置などの対象物を製造する場合に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第1の実施形態に係わる半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。
【図２】図１の次の工程断面図である。
【図３】熱処理装置の装置概略図
【図４】本発明の第２の実施形態に係わる窒素ガスを用いたＭＳＱ膜酸化層形成方法を説明する工程断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係わる酸素ラジカルを用いたＭＳＱ膜酸化層形成方法を説明する工程断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係わる窒素ラジカルを用いたＭＳＱ膜酸化層形成方法を説明する工程断面図である。
【図７】プラズマ処理装置の装置概略図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係わる酸素イオンを用いたＭＳＱ膜酸化層形成方法を説明する工程断面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係わる窒素イオンを用いたＭＳＱ膜酸化層形成方法を説明する工程断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係わるＡｒイオンを用いたＭＳＱ膜酸化層形成方法を説明する工程断面図である。
【図１１】ＩＣＰ方式のプラズマ処理装置の装置概略図である。
【図１２】フーリエ変換赤外吸収スペクトル図である。
【図１３】従来の半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１０，１００  半導体基板
１１  ゲート絶縁膜
１２，１０２  ポリシリコン膜
１２Ａ，１０２Ａ  パターン化されたポリシリコン膜
１３，１０３  第1のレジストパターン
１４  Ｖ族の不純物
１５，１０５  ｎ型ポリシリコン膜
１５Ａ，１０５Ａ  パターン化されたｎ型ポリシリコン膜
１６，１０７  反射防止膜
１６Ａ  パターン化された反射防止膜
１７，１０８  第２のレジストパターン
１８，１１１  ｎ型トランジスタのゲート電極
１９，１１２  ｐ型トランジスタのゲート電極
１０６  ＭＳＱ（メチルシルセスキオキサン）膜
１０６Ａ  パターン化されたＭＳＱ膜
１０６Ｂ  微細にパターン化されたＭＳＱ膜
１０９  酸素ガス
１１０，３０２，４０２，７０２，８０２，１００２，１１０２  酸化層
２０１，５０１，９０１  処理室
２０２，５０５  試料台
２０３  マスフローコントローラ
２０４  ガス導入口
３０１  窒素ガス
４０１  酸素ラジカル
５０２  ガス導入管
５０３  プラズマ生成室
５０４  高周波電源
７０１  窒素ラジカル
８０１  酸素イオン
９０２  第1の高周波電源
９０３  コイル
９０４  第２の高周波電源
１００１  窒素イオン
１１０１  Ａｒイオン
【図１】
2006140174.tif 000003
【図２】
2006140174.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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