(57)【要約】【課題】  ＭＯＳトランジスタのＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ−Ｄｏｐｅｄ  Ｄｒａｉｎ）形成工程において、サイドウォールスペーサを半導体基板の削れなく形成する。【解決手段】  半導体基板１００上にゲート絶縁膜１０１を介してゲート電極１０２を形成する工程と、ゲート電極１０２を被覆するように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１０６を堆積する工程と、有機無機ハイブリッド膜１０６の所定部分を酸化層１０８に変換する工程と、酸化層１０８を選択的に除去して、ゲート電極１０２の側壁に有機無機ハイブリッド膜からなるサイドウォールスペーサ１０９を形成する工程を含む。【選択図】  図１
2006140175.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極を被覆するように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所定部分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、前記ゲート電極の側壁に有機無機ハイブリッド膜からなるサイドウォールスペーサを形成する工程を含む半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記所定部分は少なくともゲート電極の上面および前記半導体基板上に形成された前記有機無機ハイブリッド膜の部分である請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記有機無機ハイブリッド膜の所定部分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請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記イオンは、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である請求項３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
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１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
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１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
半導体基板上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、少なくとも前記ゲート電極の側壁に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からなるサイドウォールスペーサを形成する工程と、前記サイドウォールスペーサの少なくとも表面部分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半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記サイドウォールスペーサを酸化層に変換する工程は、前記サイドウォールスペーサに熱エネルギーを付与すると共にガスを照射する工程により行う請求項７記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記ガスは酸素または窒素を含むガスである請求項８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記サイドウォールスペーサを酸化層に変換する工程は、ラジカル種を前記サイドウォールスペーサに照射する工程により行う請求項７記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記ラジカル種は酸素ラジカルまたは窒素ラジカルを含む請求項１０記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記サイドウォールスペーサを酸化層に変換する工程は、前記サイドウォールスペーサに前記イオンを照射する工程により行う請求項７記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記イオンは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一つを含む請求項１２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
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７記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
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７記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
半導体基板上にゲート絶縁膜を介してゲート電極が形成され、前記ゲート電極の側壁に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からなるサイドウォールスペーサが形成され、前記サイドウォールスペーサに隣接する前記半導体基板表面領域に拡散層が形成され、前記拡散層の表面位置は、前記ゲート絶縁膜下の半導体基板の表面位置と同一か、または７ｎｍ以下の範囲で前記ゲート絶縁膜下の半導体基板の表面位置より低いことを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、特にＬｉｇｈｔｌｙ−Ｄｏｐｅｄ  Ｄｒａｉｎ（ＬＤＤ）構造を有するＭＯＳ型トランジスタの製造過程において、ＬＤＤ形成用のサイドウォールスペーサを半導体基板にダメージを与えることなく形成する方法およびそのサイドウォールスペーサを半導体基板にダメージを与えることなく除去する半導体装置の製造方法および半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス中の素子パターンの微細化、高速化が進むに従い、ＭＯＳトランジスタ特性を劣化させるホットキャリアに対する対策が益々重要になってきている。その対策の代表的なものに、Ｌｉｇｈｔｌｙ−Ｄｏｐｅｄ  Ｄｒａｉｎ（以下、ＬＤＤと称す）構造がある。以下、従来のＬＤＤ形成工程の一例を図１６（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。まず、図１６（ａ）に示すように、半導体基板１の上に例えば２ｎｍのゲート酸化膜２を介して、例えば２００ｎｍのポリシリコン膜からなるゲート電極３を公知のフォトリソグラフィー技術とドライエッチング技術を用いて形成する。次に、ソース及びドレインの一部となる不純物濃度の低いＮ型拡散層４，５をゲート電極３をマスクとしてイオン注入法（例えばＰ+を５×１０13個／ｃｍ2）により自己整合的に形成する。
【０００３】
次に、図１６（ｂ）に示すように、被加工基板６の表面を覆うようにシリコン酸化膜７をＣＶＤ法により例えば１５０ｎｍ堆積する。次に、図１６（ｃ）に示すように、シリコン酸化膜７の異方性エッチングを行って、ゲート電極３の側面だけを残すようにシリコン酸化膜７を除去し、サイドウォールスペーサ８を形成する。次に、図１６（ｄ）に示すように、ゲート電極３及びサイドウォールスペーサ８をマスクとし、イオン注入法（例えばＡｓ+を５×１０15個／ｃｍ2）によって前記ソース及びドレインの他の部分となる高濃度の拡散層９，１０を自己整合的に形成すると、ＭＯＳトランジスタの基本構造が出来上がる。このようなＬＤＤ構造のＭＯＳトランジスタ形成工程において、シリコン酸化膜７の異方性エッチングには、従来から、特許文献１のように例えばＣＨＦ3ガスなどのフルオロカーボンガスを用いたドライエッチング技術が使用されている。
【特許文献１】特開平６−３１０５２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の方法を用いてＬＤＤ形成用のサイドウォールスペーサを形成した場合、ＭＯＳトランジスタにソース・ドレイン接合リークやその領域へのコンタクト抵抗ばらつきなどの特性劣化が起こることがある。これは、図１７に示すように、サイドウォールスペーサ形成時のドライエッチングにおけるオーバーエッチングにより半導体基板に削れ１１が発生することが原因の一つと考えられる。削れが発生したソース・ドレイン拡散層表面にはエッチングダメージが含まれ、また、拡散層表面不純物濃度も低下しているからである。上記課題に対して、従来からドライエッチング条件は半導体基板をできるだけ削らないように設定されていた。しかしながら従来技術においては、ドライエッチング時に半導体基板がプラズマに曝される以上、半導体基板の削れ１１を完全に無くすことはできない。
【０００５】
したがって、この発明の目的は、以上のような従来の欠点を解決するものであって、ＭＯＳトランジスタのＬＤＤ形成工程において、サイドウォールスペーサを半導体基板の削れなく形成し、また、サイドウォールスペーサを除去する場合は、半導体基板の削れを発生させずに除去する半導体装置の製造方法および半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上の目的を達成するためにこの発明の請求項１記載の半導体装置の製造方法は、半導体基板上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極を被覆するように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所定部分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、前記ゲート電極の側壁に有機無機ハイブリッド膜からなるサイドウォールスペーサを形成する工程を含む。
【０００７】
請求項２記載の半導体装置の製造方法は、請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記所定部分は少なくともゲート電極の上面および前記半導体基板上に形成された前記有機無機ハイブリッド膜の部分である。
【０００８】
請求項３記載の半導体装置の製造方法は、請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記有機無機ハイブリッド膜の所定部分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。
【０００９】
請求項４記載の半導体装置の製造方法は、請求項３記載の半導体装置の製造方法において、前記イオンは、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である。
【００１０】
請求項５記載の半導体装置の製造方法は、請求項１記載の半導体装置の製造方法において、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。
【００１１】
請求項６記載の半導体装置の製造方法は、請求項１記載の半導体装置の製造方法において、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。
【００１２】
請求項７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を介してゲート電極を形成する工程と、少なくとも前記ゲート電極の側壁に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からなるサイドウォールスペーサを形成する工程と、前記サイドウォールスペーサの少なくとも表面部分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。
【００１３】
請求項８記載の半導体装置の製造方法は、請求項７記載の半導体装置の製造方法において、前記サイドウォールスペーサを酸化層に変換する工程は、前記サイドウォールスペーサに熱エネルギーを付与すると共にガスを照射する工程により行う。
【００１４】
請求項９記載の半導体装置の製造方法は、請求項８記載の半導体装置の製造方法において、前記ガスは酸素または窒素を含むガスである。
【００１５】
請求項１０記載の半導体装置の製造方法は、請求項７記載の半導体装置の製造方法において、前記サイドウォールスペーサを酸化層に変換する工程は、ラジカル種を前記サイドウォールスペーサに照射する工程により行う。
【００１６】
請求項１１記載の半導体装置の製造方法は、請求項１０記載の半導体装置の製造方法において、前記ラジカル種は酸素ラジカルまたは窒素ラジカルを含む。
【００１７】
請求項１２記載の半導体装置の製造方法は、請求項７記載の半導体装置の製造方法において、前記サイドウォールスペーサを酸化層に変換する工程は、前記サイドウォールスペーサに前記イオンを照射する工程により行う。
【００１８】
請求項１３記載の半導体装置の製造方法は、請求項１２記載の半導体装置の製造方法において、前記イオンは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一つを含む。
【００１９】
請求項１４記載の半導体装置の製造方法は、請求項７記載の半導体装置の製造方法において、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。
【００２０】
請求項１５記載の半導体装置の製造方法は、請求項７記載の半導体装置の製造方法において、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。
【００２１】
請求項１６記載の半導体装置は、半導体基板上にゲート絶縁膜を介してゲート電極が形成され、前記ゲート電極の側壁に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からなるサイドウォールスペーサが形成され、前記サイドウォールスペーサに隣接する前記半導体基板表面領域に拡散層が形成され、前記拡散層の表面位置は、前記ゲート絶縁膜下の半導体基板の表面位置と同一か、または７ｎｍ以下の範囲で前記ゲート絶縁膜下の半導体基板の表面位置より低い。
【発明の効果】
【００２２】
この発明の請求項１記載の半導体装置の製造方法によれば、シリコンのような半導体基板上に形成された、一般式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ゲート電極を被覆するように堆積し、有機無機ハイブリッド膜の所定部分を酸化層に変換した後、ＨＦを含有する薬液など、半導体基板をエッチングしない薬液を用いて選択的に酸化層を除去して、ゲート電極の側壁に有機無機ハイブリッド膜からなるサイドウォールスペーサを形成するので、ソース・ドレイン拡散層などの半導体基板領域をエッチングせず、また従来のようにダメージを与えることなく除去することができる。これによって拡散層のリーク、コンタクト抵抗のばらつきを防止することができる。
【００２３】
請求項２では、請求項１記載の半導体装置の製造方法において、所定部分は少なくともゲート電極の上面および半導体基板上に形成された有機無機ハイブリッド膜の部分であることが好ましい。
【００２４】
請求項３では、請求項１記載の半導体装置の製造方法において、有機無機ハイブリッド膜の所定部分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。例えば、有機無機ハイブリッド膜の一つであるＭＳＱ膜に酸素イオンを照射することにより、ＭＳＱ膜を構成するＣ、Ｈ、Ｎと酸素イオンが反応し、ＭＳＱ膜のＣ、Ｈ、Ｎなどが酸素と結合し除去され、酸化層が形成される。
【００２５】
請求項４では、請求項３記載の半導体装置の製造方法において、イオンは、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であることが好ましい。
【００２６】
請求項５では、請求項１記載の半導体装置の製造方法において、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。弗素を含む薬液による除去レートはＭＳＱ膜と比較して酸化層の方が非常に大きくなるので、酸化層を選択的に除去することができる。
【００２７】
請求項６では、請求項１記載の半導体装置の製造方法において、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ことが好ましい。弗素を含むガスでも請求項５と同様の効果がある。
【００２８】
この発明の請求項７記載の半導体装置の製造方法によれば、シリコンのような半導体基板上に形成された、一般式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からなるサイドウォールスペーサを形成し、サイドウォールスペーサの少なくとも表面部分を酸化層に変換した後、ＨＦを含有する薬液など、半導体基板をエッチングしない薬液を用いて選択的に酸化層を除去するので、ソース・ドレイン拡散層などの半導体基板領域をエッチングせず、また従来のようにダメージを与えることなく除去することができる。これによって拡散層のリーク、コンタクト抵抗のばらつきを防止することができる。
【００２９】
請求項８では、請求項７記載の半導体装置の製造方法において、サイドウォールスペーサを酸化層に変換する工程は、サイドウォールスペーサに熱エネルギーを付与すると共に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膜のＣ、Ｈ、Ｎと酸素が反応して除去され、サイドウォールスペーサが酸化層に変換されると考えられる。
【００３０】
請求項９では、請求項８記載の半導体装置の製造方法において、ガスは酸素または窒素を含むガスであることが好ましい。窒素ガスを使用する方法は酸素ガスの場合のように半導体装置のサイドウォールスペーサ以外の部分に酸化層を形成しないので、余分な部分に酸化層を形成することが望ましくない場合でも使用することができるという利点がある。
【００３１】
請求項１０では、請求項７記載の半導体装置の製造方法において、サイドウォールスペーサを酸化層に変換する工程は、ラジカル種をサイドウォールスペーサに照射する工程により行うことが好ましい。この場合、ラジカル自身の反応性にて酸化層が形成される。
【００３２】
請求項１１では、請求項１０記載の半導体装置の製造方法において、ラジカル種は酸素ラジカルまたは窒素ラジカルを含むことが好ましい。酸素ラジカル、窒素ラジカル照射の場合、ラジカル自身の反応性にて酸化層が形成されるので２００℃以下の低温にてサイドウォールスペーサを酸化層に変換できる。したがって、ソース・ドレイン活性化などの半導体集積回路製造工程中の総合熱処理履歴（サーマルバジェット）が厳しい微細素子パターンプロセスには非常に有効である。
【００３３】
請求項１２では、請求項７記載の半導体装置の製造方法において、サイドウォールスペーサを酸化層に変換する工程は、サイドウォールスペーサにイオンを照射する工程により行うことが好ましい。請求項３と同様にサイドウォールスペーサが酸化層に変換される。
【００３４】
請求項１３では、請求項１２記載の半導体装置の製造方法において、イオンは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一つを含むことが好ましい。
【００３５】
請求項１４では、請求項７記載の半導体装置の製造方法において、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。請求項５と同様に酸化層を選択的に除去することができる。
【００３６】
請求項１５では、請求項７記載の半導体装置の製造方法において、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。
【００３７】
この発明の請求項１６記載の半導体装置によれば、ゲート電極の側壁に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からなるサイドウォールスペーサが形成され、サイドウォールスペーサに隣接する半導体基板表面領域に拡散層が形成され、拡散層の表面位置は、ゲート絶縁膜下の半導体基板の表面位置と同一か、または７ｎｍ以下の範囲でゲート絶縁膜下の半導体基板の表面位置より低いので、拡散層のリーク、コンタクト抵抗のばらつきを防止することができる。すなわち、サイドウォールスペーサ形成後、半導体集積回路の拡散工程終了までには、ソース・ドレイン拡散層表面は種々の薬液にさらされ、薬液処理によりゲート絶縁膜下あるいはサイドウォールスペーサ下の半導体基板より２〜５ｎｍ程度削れた形、すなわち、ソース・ドレイン拡散層領域の表面が２〜５ｎｍ低くなり、望ましい場合は０ｎｍとなる。この量は従来のドライエッチング技術を用いたサイドウォールスペーサ形成方法での、ドライエッチング寄与分５〜１０ｎｍと薬液処理工程寄与分２〜５ｎｍを合わせた７〜１５ｎｍ程度よりはるかに少なく、リークやコンタクト抵抗に影響しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
この発明の第１の実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。図１（ａ）〜（ｅ）は本発明の第１の実施形態において微小なゲート長を持つＭＯＳトランジスタの製造工程を示す工程断面図である。
【００３９】
本発明の第1の実施形態による製造方法の要点は、ゲート電極上面及び側面に堆積した一般式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表面に酸素イオンまたは窒素イオンまたは不活性ガスイオンを照射して表面を酸化層に変換した後、酸化層を選択的に除去することによってサイドウォールスペーサを形成するものである。図1は酸素イオンを照射する場合のＭＯＳトランジスタの製造工程を示しているが、窒素イオン、不活性ガスイオンを照射する場合は（ｃ）の工程だけが異なり、これ以外の工程は酸素イオンを照射する場合と同じである。窒素イオンを照射する工程（ｃ）の断面図は図３に、また、不活性ガスイオン、特にＡｒイオンを照射する工程（ｃ）の断面図を図４に示す。
【００４０】
まず、図１（ａ）に示すように、半導体基板１００上に例えば２ｎｍのゲート酸化膜１０１を介して、例えば２００ｎｍのポリシリコン膜からなるゲート電極１０２を公知のフォトリソグラフィー技術とドライエッチング技術を用いて形成する。次に、ソース及びドレインの一部となる不純物濃度の低いＮ型拡散層１０３，１０４をゲート電極１０２をマスクとしてイオン注入法（例えばＰ+を５×１０13個／ｃｍ2）により自己整合的に形成する。
【００４１】
次に、図１（ｂ）に示すように、被加工基板１０５の表面を覆うように上に述べた有機無機ハイブリッド膜の一つで、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をプラズマＣＶＤ法により例えば６０ｎｍ堆積する。次に、図１（ｃ）に示すように、例えば酸素イオン１０７をＭＳＱ膜１０６の表面に向け、半導体基板の主面に対してほぼ垂直になるように照射して、ＭＳＱ膜１０６の所定部、すなわち表面部を酸化層１０８に変換する。この工程は酸素イオンの代わりに窒素イオンを照射しても全く同様に行われる。このようにして最初のＭＳＱ膜１０６の表面部は酸化層１０８となり、その下にＭＳＱ膜が残留した状態となる。次に、図１（ｄ）に示すように、酸化層１０８を例えばＨＦを５％含有する薬液を用いて選択的に除去し、ＭＳＱ膜からなるサイドウォールスペーサ１０９を形成する。次に、図１（ｅ）に示すように、ゲート電極１０２及びサイドウォールスペーサ１０９をマスクとし、イオン注入法（例えばＡｓ+を５×１０15個／ｃｍ2）によって前記ソース及びドレインの他の部分となる高濃度の拡散層１１０，１１１を自己整合的に形成してＭＯＳトランジスタの基本構造が完成する。
【００４２】
本実施形態の工程の特徴は（ｃ）、（ｄ）の工程にあるが、図１（ｃ）に示す酸化層１０８の形成方法について更に具体的に説明する。酸化層１０８を形成するためには図２に示すようなプラズマ処理装置を使用する。
【００４３】
プラズマ処理装置を説明すると、図２に示すように、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２０１の上には、第１の高周波電源２０２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）２０３が設けられており、誘導コイル２０３に第１の高周波電力が印加されると、処理室２０１の内部に誘導結合プラズマが発生する。一方、処理室２０１の底部には、第２の高周波電源２０４から第２の高周波電力が印加される試料台（下部電極）２０５が設けられており、第２の高周波電力により試料台２０５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２０５の内部には、冷媒等によって試料台２０５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２０１には、処理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２０１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。このようなプラズマ処理装置の内部の試料台２０５上に、ＭＳＱ膜１０６が堆積された被加工基板を設置し、第1、および第２の高周波電力を上部電極、下部電極に印加してＭＳＱ膜１０６に、半導体基板の主面に対してほぼ垂直に酸素イオン１０７を照射し、ＭＳＱ膜１０６を酸化層１０８に換える。ここで第２の高周波電力を制御すると入射イオンエネルギーが調整でき、酸化層１０８の形成量を所定の値に調整することができる。
【００４４】
具体的条件として酸素イオンを照射する場合は、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：６０℃を適用した場合ＭＳＱ膜１０６に約６０ｎｍの酸化層１０８を形成することができる。この場合、圧力は低圧で酸素イオンの入射異方性が強く、酸素イオン１０７が第２の高周波電力によるバイアスによりＭＳＱ膜１０６に対して垂直方向に照射されるため、酸化層１０８は垂直方向に形成が進む。
【００４５】
ＭＳＱ膜を一般化した式ＳｉＣwＨxＯyＮz（ｗ＞０、ｘ≧０、ｙ＞０、ｚ≧０）で表される膜に酸素イオンを照射することにより、ＭＳＱ膜を構成する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が形成される。
【００４６】
また、窒素イオンを照射する場合もまた図２に示すようなプラズマ処理装置を使用し、具体的な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：６０℃を適用することにより、図３に示すように、窒素イオン３０１によってＭＳＱ膜１０６に約６０ｎｍの酸化層３０２を形成することができる。ＳｉＣwＨxＯyＮz（ｗ＞０、ｘ≧０、ｙ＞０、ｚ≧０）のＭＳＱ膜に窒素イオンを照射したときはＭＳＱ膜を構成する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。
【００４７】
また、Ａｒイオンのような不活性ガスイオンの照射も図２に示すプラズマ処理装置で行い、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：６０℃を適用することにより、図４に示すように、Ａｒイオン４０１によってＭＳＱ膜１０６に約６０ｎｍの酸化層４０２を形成することができる。ＳｉＣwＨxＯyＮz（ｗ＞０、ｘ≧０、ｙ＞０、ｚ≧０）の形のＭＳＱ膜にＡｒイオンを照射すると、ＭＳＱ膜を構成するＣ、Ｈ、Ｎを不活性ガスイオンが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が形成される。
【００４８】
以上のような過程においてＭＳＱ膜に含有するＣ、Ｈ、Ｎは酸素または窒素と結合し気体となってＭＳＱ膜から処理室へ拡散し、外部へ排気される。あるいはＡｒイオンによりスパッタリングされて窒素、水素、ＣＯ2などのガスとして外部へ排気されることになる。そしてＭＳＱ膜表面にはＳｉＯ成分だけが残り酸化層に変換されると考えられる。また、ＭＳＱ膜の表面層が酸化層１０８に変換される過程を見ると、ＭＳＱ膜１０６を構成するＳｉ−ＣＨ3結合が酸素イオン、窒素イオン、ＡｒイオンによりＳｉ−Ｏ結合、Ｓｉ−ＯＨ結合に変化することにより形成されると考えられる。このように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、有機無機ハイブリッド膜の一つである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５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、実際に酸化層に変換されていることを示すものである。
【００４９】
このようにして酸化層中にはＳｉ−Ｏ、Ｓｉ−ＯＨ結合が存在するが、ダングリングボンドなども多数存在し、ＣＶＤシリコン酸化膜、熱酸化膜などと比べて密度が低く、図１（ｄ）の工程で使用するＨＦ含有薬液中のＦ−と結合しやすい。一方、ＭＳＱ膜１０６はＳｉ原子にメチル基から電子が供給され、ダングリングボンド数が少なくなっているのでＦ−と反応し難い性質がある。このため、図１（ｄ）の工程において、ＨＦ含有薬液を用いればこの酸化層は残留したＭＳＱ膜に対して選択的に容易に除去することが出来る。すなわち、上記薬液による除去レートはＭＳＱ膜１０６と比較して酸化層１０８の方が非常に大きくなるので、酸化層１０８を選択的に除去することができる（選択比：１０程度）。
【００５０】
以上説明したように、本実施形態による製造方法では、サイドウォールスペーサ１０９を半導体基板は実質的にエッチングしないＨＦ含有薬液を用いたウエットエッチで形成できるので、従来のように半導体基板に削れが発生するという問題を回避することが出来る。そして最終的にはＭＯＳトランジスタの接合リークやコンタクト抵抗の増大を防止することが出来るものである。
【００５１】
なお、ＭＯＳトランジスタのサイドウォールスペーサ形成後、半導体集積回路の拡散工程終了までには、ソース・ドレイン拡散層表面は種々の薬液にさらされ、ＮＨ4ＯＨ＋Ｈ2Ｏ2などの薬液処理によりゲート絶縁膜下あるいはサイドウォールスペーサ下の半導体基板より２〜５ｎｍ程度削れた形、すなわち、ソース・ドレイン拡散層領域の表面が２〜５ｎｍ低くなり、望ましい場合は０ｎｍとなる。この量は従来のドライエッチング技術を用いたサイドウォールスペーサ形成方法での、ドライエッチング寄与分５〜１０ｎｍと薬液処理工程寄与分２〜５ｎｍを合わせた７〜１５ｎｍ程度よりはるかに少なく、リークやコンタクト抵抗に影響しない。
【００５２】
窒素イオンを照射する方法では、ゲート電極以外の半導体基板上にレジストパターンなどが存在し、酸素イオンではレジストがエッチングされてしまうような場合であっても酸化層３０２を形成することができるという利点がある。Ａｒイオンを照射する方法でも、ゲート電極以外の領域にレジストパターンなどが存在し、酸素イオンが使用できない場合でも酸化層４０２を形成できる。また、特にＡｒイオンは不活性であるため、ＭＳＱ膜１０６以外の半導体基板上で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はない。したがって、ＭＳＱ膜１０６以外の部位に反応層を形成したくない場合に非常に有効である。
【００５３】
この実施の形態では、第２の高周波電力を制御することによって酸化層の形成量を制御することを述べたが、その他処理室における処理圧力、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することでも酸化層の形成量を制御することができる。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、酸素イオンまたは窒素イオンまたはＡｒ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、試料台の温度を上昇させた場合は、酸素イオンまたは窒素イオンと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し、Ａｒイオンの場合はＡｒイオンのスパッタリングによってＭＳＱ膜の成分から生成されるＣＯ2、Ｈ2などの生成ガスが揮発しやすくなるので、酸化層の形成量が加速増大する。
【００５４】
また、照射イオン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、照射イオン用ガスとして窒素ガスに代えて、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、また、Ａｒガスに代えて、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅなどの不活性ガスを使用しても同様の効果を得ることができる。
【００５５】
この発明の第２の実施形態を図６〜図９に基づいて説明する。図６及び図７は、本発明の第２の実施形態による半導体装置の製造方法を説明する工程断面図であり、第１の実施形態と同様ＭＯＳトランジスタ部分の断面を示している。
【００５６】
この実施形態は、第１の実施形態に記載した方法と同様にしてゲート電極側面にＭＳＱ膜からなるサイドウォールを形成した後、そのサイドウォールスペーサを酸化層に変換して除去することが主要な構成である。まず、図６（ａ）に示すように、半導体基板５００上に例えば２ｎｍのゲート酸化膜５０１を介して、例えば２００ｎｍのポリシリコン膜からなるゲート電極５０２を公知のフォトリソグラフィー技術とドライエッチング技術を用いて形成する。次に、ソース及びドレインの一部となる不純物濃度の低いＮ型拡散層５０３、５０４をゲート電極５０２をマスクとしてイオン注入法（例えばＰ+を５×１０13個／ｃｍ2）により自己整合的に形成する。
【００５７】
次に、図６（ｂ）に示すように、被加工基板５０５の表面を覆うようにＳｉＣxＯy（ｘ＞０、ｙ＞０）で表されるＭＳＱ（メチルシルセスキオキサン）膜５０６をＣＶＤ法により例えば６０ｎｍ堆積する。このＭＳＧ膜は水素、窒素を含んで一般式ＳｉＣwＨxＯyＮz（ｗ＞０、ｘ≧０、ｙ＞０、ｚ≧０）で表されるものでもよい。次に、図６（ｃ）に示すように、図１（ｃ）、図３、図４の各種方法を使用して、例えば酸素イオン５０７をＭＳＱ膜５０６に照射して、ＭＳＱ膜５０６の表面部を第1の酸化層５０８に変換する。次に、図６（ｄ）に示すように、第1の酸化層５０８を例えばＨＦを５％含有する薬液を用いて選択的に除去し、サイドウォールスペーサ５０９を形成する。
【００５８】
次に、図６（ｅ）に示すように、ゲート電極５０２及びサイドウォールスペーサ５０９をマスクとし、イオン注入法（例えばＡｓ+を５×１０15個／ｃｍ2）によって前記ソース及びドレインの他の部分となる高濃度の拡散層５１０，５１１を自己整合的に形成する。
【００５９】
次に、図７（ａ）に示すように、サイドウォールスペーサ５０９に酸素ガス５１２を照射すると同時に被加工基板を加熱するなどして熱エネルギーを与えることにより、サイドウォールスペーサ５０９を第２の酸化層５１３に変換する。図６，７の例ではサイドウォールスペーサ５０９全体を酸化層５１３に変換する条件を取っている。次に、図７（ｂ）に示すように、第２の酸化層５１３を例えばＨＦを５％含有する薬液を用いて選択的に除去すると、サイドウォールスペーサのないＭＯＳトランジスタの基本構造が完成する。
【００６０】
本実施形態の特徴は工程図７（ａ）であり、次に、図７（ａ）に示す第２の酸化層５１３の形成についてさらに詳細に説明する。第２の酸化層５１３を形成するためには図８に示すようなヒーター加熱式の熱処理装置を使用する。
【００６１】
図８において、処理室６０１には試料台６０２が設置され、試料台６０２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６０２の温度を４００℃〜１０００℃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６０１には、ガスがマスフローコントローラ６０３を介して導入口６０４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。
【００６２】
図７（ａ）の工程を実施するときは、試料台６０２上にＭＳＱ膜からなるサイドウォールスペーサが形成された被加工基板を設置し、サイドウォールスペーサ５０９に酸素ガス５１２を照射するとともに試料台６０２から熱エネルギーを与えて第２の酸化層５１３に変換する。この具体的条件として例えば圧力：１００Ｐａ、Ｏ2流量：１０００ｍｌ／ｍｉｎ、試料台の温度：７００℃を適用することにより、サイドウォールスペーサ５０９に約６０ｎｍの酸化層５１３を形成することができる。この場合、酸素ガスは等方的にサイドウォールスペーサに入射するので、サイドウォールスペーサ５０９は等方的に第２の酸化層５１３に変換される。この変換過程では、ＭＳＱ膜を構成するＣ、Ｈ、Ｎと酸素が反応し、
ＳｉＣＨＯＮ＋Ｏ→ＳｉＯx（ｘ＝１〜２）＋ＣＯ2↑＋Ｈ2Ｏ↑＋ＮＯ↑＋ｅｔｃ↑
なる反応が生じていると考えられる。
【００６３】
以上の実施の形態で、図７（ａ）の工程におけるサイドウォールスペーサ５０９の酸化層への変換量は試料台の温度を制御することによって可能であるが、これ以外に処理室内の処理圧力、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できる。例えば、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。工程図７（ａ）の処理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）を使用しても同様の効果を得ることができる。
【００６４】
以上図６，７を用いて説明したＭＯＳトランジスタの製造工程において、特に図７（ａ）のサイドウォールスペーサ５０９を第２の酸化層５１３に変換するために酸素ガスを用いたが、他のガス、すなわち窒素ガスを使用することもできる。
【００６５】
図９は、本発明の第２の実施形態のＭＯＳトランジスタの製造工程において図７（ａ）に対応し、窒素ガスを照射して酸化層に変換する工程を示す工程断面図であり、７０１は窒素ガス、７０２は第２の酸化層である。窒素ガスを照射する場合も図８に示すヒーター加熱式の熱処理装置を使用し、サイドウォールスペーサ５０９に窒素ガス７０１を照射するとともに、試料台６０２から半導体基板に熱エネルギーを与えて第２の酸化層７０２に変換する。具体的な条件として例えば圧力：１００Ｐａ、Ｎ2流量：１０００ｍｌ／ｍｉｎ、試料台の温度：７００℃を適用すると、サイドウォールスペーサ５０９に約６０ｎｍの第２の酸化層７０２を形成することができる。
【００６６】
窒素ガスは図７（ａ）の場合と同様等方的に照射されるので、サイドウォールスペーサ５０９は等方的に第２の酸化層７０２に変換される。ＭＳＱ膜に窒素ガスを照射し、加熱して熱エネルギーを与えると、ＭＳＱ膜のＣ、Ｈ、Ｎと窒素が反応し、
ＳｉＣＨＯＮ＋Ｎ→ＳｉＯx（ｘ＝１〜２）＋Ｎ2↑＋ＨＣＮ↑＋ＣＮ↑＋ｅｔｃ↑
なる過程でサイドウォールスペーサが第２の酸化層に変換されると考えられる。
【００６７】
窒素ガスを使用する方法は酸素ガスの場合のように半導体装置のサイドウォールスペーサ５０９以外の部分に酸化層を形成しないので、余分な部分に酸化層を形成することが望ましくない場合でも使用することができるという利点がある。また、酸化層形成用ガスとして窒素ガスに代えて、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。また、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。
【００６８】
この発明の第３の実施形態を図１０〜図１５に基づいて説明する。上記第２の実施形態では、ＭＳＱ膜からなるサイドウォールスペーサを第２の酸化層に変換する工程（図７（ａ）に対応する工程）として、基板を高温に加熱して熱エネルギーを与えると同時に酸素ガスあるいは窒素ガスを照射する方法を述べた。しかしながら第２の酸化層に変換する方法は、上記以外に種々考えられるので、本実施形態ではそれらについて説明する。
【００６９】
以下の説明は図７（ａ）に対応して、サイドウォールスペーサを第２の酸化層に変換する工程のみを述べる。これらをＭＯＳトランジスタの製造工程に適用した場合の工程フローは、図７（ａ）の工程を除いて図６（ａ）〜（ｅ）、図７（ｂ）と同じである。
（１）酸素ラジカルまたは窒素ラジカルを用いた第２の酸化層への変換
図１０は、酸素ラジカルを用いてＭＳＱ膜からなるサイドウォールスペーサを第２の酸化層に変換する工程を示す工程断面図であり、８０１は酸素ラジカル、８０２は第２の酸化層である。また、図１２は、窒素ラジカルを用いてＭＳＱ膜からなるサイドウォールスペーサを第２の酸化層に変換する工程を示す工程断面図であり、１００１は窒素ラジカル、１００２は第２の酸化層である。この工程は、図１１に示すプラズマ処理装置を使用する。
【００７０】
図１１において、プラズマ処理装置の処理室９０１は接地されており、マスフローコントローラ（図示は省略している）により流量を制御されたガスが導入管９０２よりプラズマ生成室９０３に導入される。プラズマ生成室９０３には高周波電源９０４が接続されており、高周波電源９０４から供給される電力によって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９０１とプラズマ生成室９０３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ラジカルのみが処理室９０２に到達する。また、処理室９０１には試料台９０５が設置されており、図示は省略しているが試料台９０５の内部には、ヒーター等によって試料台９０５の温度を１００℃〜３００℃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９０１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。
【００７１】
このプラズマ処理装置内部の試料台９０５上にＭＳＱ膜からなるサイドウォールスペーサを形成した半導体基板を設置し、サイドウォールスペーサ５０９に酸素ラジカル８０１または窒素ラジカル１００１を照射し第２の酸化層８０２，１００２に変換する。酸素ラジカルを用いる場合、具体的条件、例えば圧力：１００Ｐａ、高周波電力：１０００Ｗ、Ｏ2流量：１０００ｍｌ／ｍｉｎ、試料台の温度：１５０℃を適用することにより、サイドウォールスペーサ５０９を約６０ｎｍの酸化層８０２に変換できる。サイドウォールスペーサに酸素ラジカルを照射することにより、ＭＳＱ膜のＣ、Ｈ、Ｎと酸素ラジカルが反応し、
ＳｉＣＨＯＮ＋Ｏ*→ＳｉＯx（ｘ＝１〜２）＋ＣＯ2↑＋Ｈ2Ｏ↑＋ＮＯ↑＋ｅｔｃ↑
なる過程で第２の酸化層に変換されると考えられる。
【００７２】
また、窒素ラジカルを用いる場合、例えば圧力：１００Ｐａ、高周波電力：１０００Ｗ、Ｎ2流量：１０００ｍｌ／ｍｉｎ、試料台の温度：１５０℃の条件を適用することにより、サイドウォールスペーサ５０９を約６０ｎｍの酸化層１００２に変換することができる。窒素ラジカル照射すると、ＭＳＱ膜のＣ、Ｈ、Ｎと窒素ラジカルが反応し、
ＳｉＣＨＯＮ＋Ｎ*→ＳｉＯx（ｘ＝１〜２）＋Ｎ2↑＋ＨＣＮ↑＋ＣＮ↑＋ｅｔｃ↑
なる反応過程で第２の酸化層に変換すると考えられる。以上の反応においては酸素ラジカル８０１、窒素ラジカル１００１は処理室内で等方的に照射されるので、サイドウォールスペーサ５０９も等方的に第２の酸化層８０２あるいは１００２に変換される。
【００７３】
酸素ラジカル、窒素ラジカル照射の場合、ラジカル自身の反応性にて酸化層が形成されるので２００℃以下の低温にてサイドウォールスペーサ５０９を第２の酸化層８０２に変換できる。したがって、ソース・ドレイン活性化などの半導体集積回路製造工程中の総合熱処理履歴（サーマルバジェット）が厳しい微細素子パターンプロセスには非常に有効である。
【００７４】
上記実施形態では酸素ラジカル生成用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）を使用してもよく、また窒素ラジカル生成用ガスとして窒素ガスを使用したが、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。特に酸素ラジカルを使用するときは、ラジカル照射時にサイドウォールスペーサ以外の半導体基板上にレジストパターンなどが存在するとレジストがエッチングされるという問題があるが窒素ラジカルを用いる場合はそのような問題なく第２の酸化層を形成できる利点がある。また、ラジカル生成のために高周波電力を使用したが、マイクロ波を使用してもよい。
（２）酸素イオンまたは窒素イオンまたは不活性ガスイオンを用いた第２の酸化層への変換
図１３は、酸素イオンを用いてＭＳＱ膜からなるサイドウォールスペーサを第２の酸化層に変換する工程を示す工程断面図であり、１１０１は酸素イオン、１１０２は第２の酸化層である。図１４は、窒素イオンを用いてＭＳＱ膜からなるサイドウォールスペーサを第２の酸化層に変換する工程を示す工程断面図であり、１２０１は窒素イオン、１２０２は第２の酸化層である。さらに図１５は、不活性ガスイオン特にＡｒイオンを用いてＭＳＱ膜からなるサイドウォールスペーサを第２の酸化層に変換する工程を示す工程断面図であり、１３０１はＡｒイオン、１３０２は第２の酸化層である。酸素イオンまたは窒素イオンまたはＡｒイオン照射は図２に示すプラズマ処理装置を使用するのであるが、その場合は処理室２０１内の試料台２０５上にＭＳＱ膜からなるサイドウォールスペーサが形成された基板を設置し、第１の高周波電源２０２により酸素または窒素プラズマを発生させると共に第２の高周波電源２０４から高周波電圧を基板に印加して入射するプラズマ中の酸素／窒素／Ａｒイオンエネルギーを制御する。
【００７５】
酸素イオン照射を行うとき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：６０℃を適用することにより、約６０ｎｍの酸化層１１０２を形成することができる。そしてＭＳＱ膜に酸素イオンを照射することにより、ＭＳＱ膜のＣ、Ｈ、Ｎと酸素イオンが反応し、
ＳｉＣＨＯＮ＋Ｏ+→ＳｉＯx（ｘ＝１〜２）＋ＣＯ2↑＋Ｈ2Ｏ↑＋ＮＯ↑＋ｅｔｃ↑
なる反応過程で第２の酸化層に変換されていると考えられる。
【００７６】
また窒素イオン照射を行うときは、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：６０℃の条件を適用することにより、約６０ｎｍの酸化層１２０２を形成することができる。ＭＳＱ膜に窒素イオンを照射すると、ＭＳＱ膜を構成するＣ、Ｈ、Ｎと窒素イオンが反応し、
ＳｉＣＨＯＮ＋Ｎ+→ＳｉＯx（ｘ＝１〜２）＋Ｎ2↑＋ＨＣＮ↑＋ＣＮ↑＋ｅｔｃ↑
なる反応過程で第２の酸化層に変換されると考えられる。また、Ａｒイオンを照射する場合は、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：６０℃の条件を適用することにより、約６０ｎｍの酸化層１３０２を形成することができる。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Ａｒイオンがスパッタリングすることにより、
ＳｉＣＨＯＮ＋Ａｒ+→ＳｉＯx（ｘ＝１〜２）＋Ｎ2↑＋Ｈ2↑＋ＣＯ2↑＋ｅｔｃ↑
なる反応過程で第２の酸化層に変換されると考えられる。ここで、ＭＳＱ膜の酸化層への変換には基板側に印加する第２の高周波電力を制御することによって酸化層の変換量を所定の値に調整できるが、これ以外に図２の処理室２０１の処理圧力、第１の高周波電力、ガス種、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酸化層の形成量を調整できる。
【００７７】
イオン照射による方法では、酸素イオン１１０１、窒素イオン１２０１自身が持つ入射エネルギーを第２の酸化層形成の反応エネルギーとして用い、またＡｒイオン１３０１についてはサイドウォールスペーサ５０９へのスパッタリング作用を利用するため、外部から熱などのエネルギーを与える必要がなく、より低温にて第２の酸化層１１０２，１２０２，１３０２に変換することができる。したがって、（１）と同様サーマルバジェットが厳しいプロセスに有効である。この方法を実施すると、半導体基板５００のソース・ドレイン拡散層５０３，５０４，５１０，５１１表面にも酸素イオン１１０１あるいは窒素イオン１２０１あるいはＡｒイオンが照射されるが実験結果から半導体基板に対するダメージの影響は無いと判断された。
【００７８】
以上の実施形態では、酸素イオン用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、また、窒素イオン用ガスとして上に示した窒素ガス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）を使用でき、また、不活性ガスイオン源としてのＡｒに代えて、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅなどのガスを使用しても同様の効果を得ることができる。
【００７９】
また、特にＡｒイオン・窒素イオン照射する場合は、イオン照射時にサイドウォールスペーサ以外の半導体基板上にレジストパターンなどが存在し、レジストをエッチングする酸素イオン照射できない場合でも第２の酸化層１３０２を形成できる。それとともにＡｒイオンの場合は不活性であるため、サイドウォールスペーサ以外のイオン照射に曝される部位に酸化層や窒化層などの反応層が形成されることが好ましくない時も非常に有効である。
【００８０】
以上、本発明の第２，３の実施形態に述べた方法によってＭＳＱ膜からなるサイドウォールスペーサを変換して形成される第２の酸化層は、第１の実施形態において形成される酸化層と同様の膜物性を備えているので、図７（ｂ）の工程でＨＦ含有薬液によるウエットエッチングにより、通常のＣＶＤ法や熱酸化で形成されたシリコン酸化膜と比較してきわめて高いエッチングレートで半導体基板材料とは選択的に容易に除去することが出来る。特に第３の実施形態の（２）における酸素イオン／窒素イオン／不活性ガス（Ａｒ）イオン照射法では酸素／窒素／不活性ガスイオンスパッタリング効果により形成された第２の酸化層１１０２，１２０２，１３０２のＳｉ−Ｏ、Ｓｉ−ＯＨ結合が破壊されているものが多いため、特に密度が小さくなっており図７（ａ）の工程においてＨＦ含有薬液で、他の方法で形成した酸化層より一層容易に除去できる状態となっている。
【００８１】
さらに本発明の第２，３の実施形態によるＭＯＳトランジスタの製造工程では、サイドウォールスペーサ形成工程（図６（ｃ））、サイドウォールスペーサ除去工程（図７（ａ））の両方においてＨＦ含有薬液を使用するので、シリコンなどからなるソース・ドレイン拡散層をほとんどエッチングしない。したがって従来のように半導体基板に削れを発生させることがないから、ソース・ドレイン拡散層リーク、これらに対するコンタクト抵抗増大を防止することが出来る。第２，３の実施形態の工程は一旦形成したサイドウォールスペーサを除去する工程が付加されたものである。例えば半導体集積回路において、パターンレイアウト上ゲート電極が狭い間隔を持って配列され、しかもそのゲート間にコンタクトホールを形成したい場合、サイドウォールスペーサが存在するとコンタクトホールが形成できない場合が最近の高密度微細パターン集積回路では生じてきている。そのような場合はサイドウォールスペーサを除去することが必要であって、本実施の形態はそれを基板にダメージを与えることなく実施できるのである。
【００８２】
以上の述べたすべての実施の形態においては、第２の酸化層を弗素を含む薬液を用いて選択除去する方法を示したが、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、第１の実施形態、第３の実施形態の（２）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や公知のイオン注入法を用いてイオン照射しても同様の効果を得ることができる。また、本発明の実施形態では、ＬＤＤ形成用のサイドウォールスペーサの形成方法について述べたが、その他のサイドウォール形成にも応用が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明に係る半導体装置の製造方法および半導体装置は、ＬＤＤサイドウォールスペーサを有するＭＯＳトランジスタを半導体基板にダメージを与えることなく形成する場合を含めて、基板にダメージを与えることなく素子形成する微細化、高集積化半導体デバイスに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の第1の実施形態によ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】プラズマ処理装置の装置概略図である。
【図３】本発明の第1の実施形態による窒素イオンで酸化層に変換する工程を説明する工程断面図である。
【図４】本発明の第1の実施形態によるＡｒイオンで酸化層に変換する工程を説明する工程断面図である。
【図５】フーリエ変換赤外吸収スペクトル図である。
【図６】本発明の第２の実施形態によ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７】図６の次の工程断面図である。
【図８】熱処理装置の装置概略図である。
【図９】本発明の第２の実施形態による窒素ガスで酸化層に変換する工程を説明する工程断面図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態による酸素ラジカルで酸化層に変換する工程を説明する工程断面図である。
【図１１】プラズマ処理装置の装置概略図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態による窒素ラジカルで酸化層に変換する工程を説明する工程断面図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態による酸素イオンで酸化層に変換する工程を説明する工程断面図である。
【図１４】本発明の第３の実施形態による窒素イオンで酸化層に変換する工程を説明する工程断面図である。
【図１５】本発明の第３の実施形態によるＡｒイオンで酸化層に変換する工程を説明する工程断面図である。
【図１６】従来の半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図１７】従来の半導体装置の製造方法における課題を説明する断面図である。
【符号の説明】
【００８５】
１，１００，５００  半導体基板
２，１０１，５０１，５０２  ゲート絶縁膜
３，１０２  ゲート電極
４，５，９，１０，１０３，１０４，１１０，１１１，５０３，５０４，５１０
５１１  Ｎ型拡散層
６，１０５，５０５  被加工基板
７，１０６，５０６  ＭＳＱ（メチルシルセスキオキサン）膜
８，１０９，５０９  サイドウォールスペーサ
１１  半導体基板削れ
１０７，５０７，１１０１  酸素イオン
１０８，３０２，４０２  酸化層
２０１，６０１，９０１  処理室
２０２  第1の高周波電源
２０３  コイル
２０４  第２の高周波電源
３０１，１２０１  窒素イオン
４０１，１３０１  Ａｒイオン
５０８  第１の酸化層
５１２  酸素ガス
５１３，７０２，８０２，１００２，１１０２，１２０２，１３０２  第２の酸化層
６０２，９０５  試料台
６０３  マスフローコントローラ
６０４  ガス導入口
７０１  窒素ガス
８０１  酸素ラジカル
９０２  ガス導入管
９０３  プラズマ生成室
９０４  高周波電源
１００１  窒素ラジカル
【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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【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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