(57)【要約】      （修正有）【課題】酸化膜の形成にともなう基板へのダメージに起因した性能劣化を抑制することができる半導体装置の製造方法および酸化処理装置を提供する。【解決手段】一の面を有する基板６ａが準備される。一の面の上において酸化処理が行なわれる。酸化処理が行なわれる際、導入されたＯ３ガスの低温熱分解によってＯ（3Ｐ）ラジカルが発生させられ、該Ｏ（3Ｐ）ラジカルに光源４ａが発する赤橙色光を照射し励起することによってＯ（1Ｄ）ラジカルが発生させられる。このＯ（1Ｄ）ラジカルによって基板６ａの一の面の上に低温でダメージなく酸化膜が形成される。【選択図】図１
2010232280.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一の面を有する基板を準備する工程と、前記一の面の上において酸化処理を行なう工程とを備え、
前記酸化処理を行なう工程は、Ｏ（3Ｐ）ラジカルを発生させる工程と、前記Ｏ（3Ｐ）ラジカルを励起することによってＯ（1Ｄ）ラジカルを発生させる工程とを含む、半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記酸化処理を行なう工程は、前記一の面を酸化することによって前記基板上に酸化膜を形成する工程を含む、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記酸化処理を行なう工程の前に、前記一の面の上に酸化膜を形成する工程をさらに備え、
前記酸化処理を行なう工程は、前記酸化膜を改質する工程を含む、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記Ｏ（1Ｄ）ラジカルを発生させる工程は、前記半導体基板上に前記Ｏ（3Ｐ）ラジカルを供給する工程と、前記供給されたＯ（3Ｐ）を光を照射することによって励起する工程とを含む、請求項１〜３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記光は前記半導体基板へ前記一の面から入射される、請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記半導体基板は前記光の少なくとも一部を透過する材料からなり、
前記光は前記半導体基板を経由して前記一の面へ入射される、請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記光は５９０ｎｍ以上６３０ｎｍ以下の波長を有する、請求項４〜６のいずれかに記載の記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記Ｏ（3Ｐ）ラジカルを発生させる工程は、前記半導体基板上にＯ3ガスを供給する工程と、前記供給されたＯ3ガスを熱分解する工程とを含む、請求項１〜７のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記半導体基板を２８０℃以上６２０℃以下に加熱する工程をさらに備えた、請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記Ｏ（1Ｄ）ラジカルとＨ2Ｏとを反応させることによってＯＨラジカルを発生させる工程をさらに備えた、請求項１〜９のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
基板の一の面の上において酸化処理を行なうための酸化処理装置であって、
容器と、
前記容器内に前記基板を支持するためのステージと、
前記容器内にＯ3ガスを導入するための導入部と、
前記基板を加熱するための加熱部と、
前記基板に向けて５９０ｎｍ以上６３０ｎｍ以下の波長を有する光を出射する光源とを備えた、酸化処理装置。
【請求項１２】
前記加熱部は、前記基板を２８０℃以上６２０℃以下の温度に加熱するためのものである、請求項１１に記載の酸化処理装置。
【請求項１３】
前記導入されたＯ3ガスの流れを前記一の面に向けるための整流板をさらに備えた、請求項１１または１２に記載の酸化処理装置。
【請求項１４】
前記光源は前記一の面と前記整流板との間に配置されている、請求項１３に記載の酸化処理装置。
【請求項１５】
前記光源は複数の発光部を有する、請求項１４に記載の酸化処理装置。
【請求項１６】
前記光源は前記一の面との間に前記整流板を挟むように配置され、前記整流板は前記光の少なくとも一部を透過する、請求項１３に記載の酸化処理装置。
【請求項１７】
前記光源は前記基板の前記一の面と反対の面に面している、請求項１１〜１３のいずれかに記載の酸化処理装置。
【請求項１８】
前記導入部はＯ3ガスおよびＨ2Ｏガスを導入するためのものである、請求項１１〜１７のいずれかに記載の酸化処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法および酸化処理装置に関し、特に酸化処理を行なう工程を含む半導体装置の製造方法および酸化処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの集積度および処理速度の向上のためには、ゲート絶縁膜の電気容量の増加が必須である。このためゲート絶縁膜としてのＳｉＯ2膜は、その絶縁特性が向上されつつ薄膜化されてきた。この結果、ＳｉＯ2膜の厚さは、たとえば数原子層程度に薄くなってきている。また、たとえばロジックデバイスにおいては、１．０〜１．５ｎｍ程度の厚さと高い信頼性とを併せ持つ酸化膜が必要となってきている。このような酸化膜を形成することは、たとえば文献：B. E. Deal and A. S. Grove, J. Appl. Phys. 36, 3770 (1965)（非特許文献１）に示すような従来の熱酸化法では困難となってきている。
【０００３】
ゲート絶縁膜の電気容量の増加のために酸化膜を薄膜化する方法としては、上記のように酸化膜の信頼性を保ちつつ物理的な厚さを低減する方法の他に、誘電率を考慮した等価酸化膜厚（ＥＯＴ:Equivalent Oxide Thickness）を低減する方法もある。この場合に用いられるＨｆＳｉＯ膜などの高誘電率膜（Ｈｉｇｈ−Ｋ膜）は、Ｓｉ基板との間で相互拡散を起こしやすいので、バリア膜としての高信頼性酸化膜を介してＳｉ基板上に形成される。よってたとえ高誘電率膜が適用される場合においても、高い信頼性を有する酸化膜の薄膜化を行なうための新たな手法が望まれている。
【０００４】
また上記のような高信頼性酸化膜を、より低温で形成することが求められている。たとえばロジックデバイスおよびＳＲＡＭ(Static Random Access Memory)においては、導電型不純物の再拡散を防止するためのサーマルバジェットの低減の観点で、酸化膜の形成温度の低温化が求められている。また、たとえばＬＴＰＳ−ＴＦＴ(Low Temperature Poly-Si Thin Film Transistor)デバイスの場合のようにガラス基板が用いられる場合、基板の耐熱温度が４００〜５００℃程度であることから、熱酸化法のような高温を伴なう酸化膜形成方法は適用が困難であり、高信頼性酸化膜の形成温度の低減が求められている。さらにユビキタスネットワーク社会において必要とされるシートコンピュータの場合のようにフレキシブル基板が用いられる場合、基板の耐熱温度が２５０〜３００℃程度であることから、高信頼性酸化膜の形成温度のさらなる低温化が必要である。このように様々な製品分野において、高信頼性酸化膜の形成温度を低温化することが求められている。
【０００５】
このため、たとえば特開２００８−５３５６１号公報（特許文献１）に開示された酸化膜形成方法によれば、基板に紫外光領域の光が照射されるとともに、この基板に有機シリコンからなる原料ガスとオゾンガスとが供される。この公報によれば、２００℃以下のプロセスで電気特性に優れた酸化膜を形成できる、と記載されている。また、上記光の照射によって、下記の式（１）および（２）に示す反応が生じると記載されている。
【０００６】
Ｏ3＋ｈν（λ＜４１０ｎｍ）→Ｏ2（3Σ）＋Ｏ（1Ｄ）      ・・・（１）
Ｏ3＋ｈν（λ＜３１０ｎｍ）→Ｏ2（3Δg）＋Ｏ（1Ｄ）      ・・・（２）
また近年、ＳｉＣ基板を用いたパワーデバイス（ＳｉＣパワーデバイス）の開発が進められている。ＳｉＣ基板の熱酸化によって酸化膜が形成される場合、基板中のＣの残留に起因したＣ由来欠陥により、キャリア移動度の低下、すなわち電流ロスの増大が生じ得る。またパワーデバイスに適した、たとえば２０〜１００ｎｍ程度の厚いゲート絶縁膜を熱酸化によって形成するためには、基板上においてより深部まで熱酸化を行なう必要があることから、たとえば９００〜１２００℃程度の高い温度が必要となってしまう。このため、高信頼性酸化膜を形成するための熱酸化法以外の方法が求められている。
【０００７】
このため、たとえば特開２００８−２４３９１９号公報（特許文献２）によれば、まずＳｉＣ基板上に、ＳｉＯ2膜を堆積する堆積工程が行なわれ、次に酸素ラジカルによる酸化工程が行なわれる。この酸素ラジカルの発生方法としては、具体的には、プラズマを用いる方法、ＵＶ(Ultraviolet)照射による方法、およびオゾンの熱分解による方法が挙げられている。この公報によれば、Ｃ由来欠陥の少ないＳｉＯ2膜とＳｉＣとの界面が得られ、またＳｉＯ2膜が酸素ラジカルによって高密度化される、と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−５３５６１号公報
【特許文献２】特開２００８−２４３９１９号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】B. E. Deal and A. S. Grove, "General Relationship for the Thermal Oxidation of Silicon", J. Appl. Phys. 36, 3770 (1965)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記特開２００８−５３５６１号公報（特許文献１）の技術によれば、式（１）に示すように、波長４１０ｎｍ以下の光、すなわち３．０２ｅＶ以上の高いエネルギーを有する光が用いられるので、酸化膜が形成される基板にダメージを与えやすい。たとえば上記のように３．０２ｅＶ以上のエネルギーの光がＳｉ基板に照射されると、Ｓｉ−Ｓｉ結合エネルギーが２．３ｅＶであることから、ダングリングボンドなどの欠陥が容易に生じ得る。よって、たとえば酸化膜がゲート絶縁膜である場合、チャネルに欠陥が生成されることで、トランジスタの特性が劣化し得る。このように、紫外光を用いる方法は基板に与えるダメージが大きくなりやすい。
【００１１】
また上記特開２００８−２４３９１９号公報（特許文献２）の技術によれば、プラズマが用いられる。プラズマは一般的に、運動エネルギーの高いイオンや電子などの荷電粒子を多量に発生させるため、上記と同様、基板に与えるダメージが大きくなりやすい。
【００１２】
このように、上述した技術によれば、基板に与えるダメージが大きくなりやすいので、この方法を用いて得られる半導体装置の特性が劣化してしまうという問題がある。
【００１３】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その一の目的は、酸化膜の形成にともなう基板へのダメージに起因した性能劣化を抑制することができる半導体装置の製造方法および酸化処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の半導体装置の製造方法は、以下の工程を有する。
一の面を有する基板が準備される。一の面の上において酸化処理が行なわれる。酸化処理が行なわれる際、Ｏ（3Ｐ）ラジカルが発生させられ、Ｏ（3Ｐ）ラジカルを励起することによってＯ（1Ｄ）ラジカルが発生させられる。
【００１５】
本発明の酸化処理装置は、基板の一の面の上において酸化処理を行なうためのものであって、容器と、ステージと、導入部と、加熱部と、光源とを有する。ステージは、容器内に基板を支持するためのものである。導入部は、容器内にＯ3ガスを導入するためのものである。加熱部は、基板を加熱するためのものである。光源は、基板に向けて５９０ｎｍ以上６３０ｎｍ以下の波長を有する光を出射するためのものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、酸化処理を行なうためのＯ（1Ｄ）ラジカルがＯ（3Ｐ）ラジカルの励起によって発生させられる。よってＯ（1Ｄ）ラジカルがＯ3から直接生成される場合に比して、Ｏ（1Ｄ）ラジカルがより低いエネルギーで生成される。これにより、酸化膜の形成にともなう基板へのダメージが抑制されるので、このダメージによる半導体装置の性能劣化を抑制することができる。
【００１７】
また本発明の酸化処理装置によれば、Ｏ3ガスを加熱することでＯ（3Ｐ）ラジカルを発生させ、このＯ（3Ｐ）ラジカルに５９０ｎｍ以上６３０ｎｍ以下の波長を有する光を照射することで、Ｏ（1Ｄ）ラジカルが発生させられる。よってより短波長の光、すなわちより高エネルギーの光が用いられる場合に比して、酸化膜の形成にともなう基板へのダメージが抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態１における酸化処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１におけるＯ（1Ｄ）ラジカルの発生過程を模式的に示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１における半導体装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１における半導体装置の製造方法の第１工程を概略的に示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１における半導体装置の製造方法の第２工程を概略的に示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１の変形例における半導体装置の製造方法の第１工程を概略的に示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態１の変形例における半導体装置の製造方法の第２工程を概略的に示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態２における酸化処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態２におけるＯ（1Ｄ）ラジカルの発生過程を模式的に示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態３における酸化処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態３におけるＯ（1Ｄ）ラジカルの発生過程を模式的に示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態３における半導体装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態３における半導体装置の製造方法の第１工程を概略的に示す断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態３における半導体装置の製造方法の第２工程を概略的に示す断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態３の第１変形例における半導体装置の製造方法の第１工程を概略的に示す断面図である。
【図１６】本発明の実施の形態３の第１変形例における半導体装置の製造方法の第２工程を概略的に示す断面図である。
【図１７】本発明の実施の形態３の第２変形例における半導体装置の製造方法の一工程を概略的に示す断面図である。
【図１８】本発明の実施の形態４における酸化処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図１９】本発明の実施の形態４におけるＯ（1Ｄ）ラジカルおよびＯＨラジカルの発生過程を模式的に示す図である。
【図２０】本発明の実施の形態５における酸化処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図２１】本発明の実施の形態５におけるＯ（1Ｄ）ラジカルおよびＯＨラジカルの発生過程を模式的に示す図である。
【図２２】本発明の実施の形態６における酸化処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図２３】本発明の実施の形態６におけるＯ（1Ｄ）ラジカルおよびＯＨラジカルの発生過程を模式的に示す図である。
【図２４】Ｏ3の熱分解におけるＯ（3Ｐ）ラジカルの生成効率の温度依存性を示すグラフである。
【図２５】Ｏ2によるＳｉの酸化レートの温度依存性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
はじめに本実施の形態の酸化処理装置の構成について説明する。
【００２０】
図１を参照して、本実施の形態の酸化処理装置５１ａは、被処理基板６ａの主面（一の面）の上において酸化処理を行なうためのものである。酸化処理装置５１ａは、処理室１０と、試料ステージ７と、ガス導入配管３ａ（導入部）と、排気配管２３と、加熱用ＩＲ(Infrared)光源２（加熱部）と、支持部２２と、下部窓９と、整流板１ａと、励起用赤橙色光源４ａ（光源）とを有する。
【００２１】
試料ステージ７は、処理室１０内に被処理基板６ａを支持するためのものである。
ガス導入配管３ａは、処理室１０内にＯ3ガスを導入するためのものである。
【００２２】
加熱用ＩＲ光源２は、処理室１０外において支持部２２に支持されており、処理室１０に取り付けられた下部窓９を介して被処理基板６ａの主面と反対の面にＩＲ光２５を照射するものである。加熱用ＩＲ光源２は、被処理基板６ａを２８０℃以上６２０℃以下の温度に加熱することができる程度の出力を有し、また被処理基板６ａの温度が２８０℃以上６２０℃以下の任意の温度に保持されるようにこの出力を制御することができるように構成されている。
【００２３】
整流板１ａは、導入されたＯ3ガスの流れを、図中矢印で示すように、被処理基板６ａの主面に均一に供給されるダウンフローとするためのものである。
【００２４】
励起用赤橙色光源４ａは、被処理基板６ａに向けて５９０ｎｍ以上６３０ｎｍ以下の波長を有する赤橙色光５ａを出射するものである。すなわち赤橙色光５ａは被処理基板６ａへ被処理基板６ａの主面から入射される。励起用赤橙色光源４ａは複数の発光部を有する。各発光部は、被処理基板６ａの主面と整流板１ａとの間に配置されるように、整流板１ａの下端に取り付けられている。この構成により、励起用赤橙色光源４ａは被処理基板６ａの主面に赤橙色光５ａを均一に照射することができる。好ましくは各発光部はＬＥＤを有する。これにより、各発光部を整流板１ａに容易に取り付けることができる。
【００２５】
好ましくは、酸化処理装置５１ａは、処理室１０内壁およびガス導入配管３ａの温度を室温以上１００℃以下に保持するための冷却機構を有する。
【００２６】
次に酸化処理装置５１ａの使用方法について説明する。
図１および図２を参照して、まず被処理基板６ａが準備される。次に被処理基板６ａが処理室１０内の試料ステージ７上に載置される。次に被処理基板６ａの主面上において酸化処理が、以下のように行なわれる。
【００２７】
まず加熱用ＩＲ光源２がオンされることによって、ＩＲ光２５が下部窓９を通って、被処理基板６ａの主面と反対の面に照射される。加熱用ＩＲ光源２の出力を制御することによって、被処理基板６ａの主面の温度が２８０℃以上６２０℃以下の所定の温度に保持される。
【００２８】
次にガス導入配管３ａにＯ3ガスが流される。これによって処理室１０の上方側から処理室１０内へＯ3ガスが導入される。導入されたＯ3ガスは、整流板１ａに導かれることによって、均一なダウンフローとして被処理基板６ａの主面上に供給される。供給されたＯ3ガスは、２８０℃以上６２０℃以下の所定の温度に保持された被処理基板６ａの主面によって加熱されることで熱分解する。この熱分解によって、被処理基板６ａの主面上においてＯ（3Ｐ）ラジカルが発生する。すなわち、以下の式（３）に示す反応が生じる。
【００２９】
Ｏ3＋熱→Ｏ2＋Ｏ（3Ｐ）      ・・・（３）
被処理基板６ａ上において発生したＯ（3Ｐ）ラジカルは、以下の式（４）に示すように、励起用赤橙色光源４ａからの赤橙色光５ａによって励起される。
【００３０】
Ｏ（3Ｐ）＋ｈν（５９０＜λ＜６３０ｎｍ）→Ｏ（1Ｄ）      ・・・（４）
これによって、被処理基板６ａの主面上に均一にＯ（1Ｄ）ラジカルが発生する。このＯ（1Ｄ）ラジカルの酸化作用によって、被処理基板６ａの主面上において酸化処理が行なわれる。
【００３１】
次に本実施の形態の半導体装置の製造方法について説明する。
図３を参照して、本実施の形態の半導体装置は、半導体基板（被処理基板）６ａと、ゲート絶縁膜３０ｇと、ゲート電極３３と、ソース・ドレイン領域３４、３５とを有する。この半導体装置の製造方法について、以下に説明する。
【００３２】
図４および図５を参照して、主面Ｐを有する被処理基板６ａが準備される。被処理基板６ａは、たとえばＳｉ基板である。次に酸化処理装置５１ａを用いて上述した酸化処理を行なうことによって、主面Ｐ上において酸化処理が行なわれる。これによって主面Ｐが酸化されることによって、被処理基板６ａ上に酸化膜３０ａが形成される。被処理基板６ａがＳｉ基板の場合、酸化膜３０ａはＳｉＯ2膜である。
【００３３】
再び図３を参照して、ゲート電極３３の形成と、酸化膜３０ａのパターニングによるゲート絶縁膜３０ｇの形成と、ソース・ドレイン領域３４、３５の形成とが行なわれる。これにより本実施の形態の半導体装置が得られる。
【００３４】
次に本実施の形態の変形例における半導体装置の製造方法について説明する。
図６を参照して、被処理基板６ａ上に酸化膜３０ｐが堆積される。酸化膜３０ｐの厚さは任意であり、たとえば２０〜１００ｎｍ程度の厚さ、すなわちパワーデバイスのゲート絶縁膜に適した厚さであってもよい。具体的には酸化膜３０ｐとして、たとえばＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法によってＳｉＯ2膜が形成される。ＣＶＤにより形成された酸化膜は、比較的密度が低く、絶縁特性に劣る。
【００３５】
図６および図７を参照して、酸化処理装置５１ａを用いて上述した酸化処理を行なうことによって、酸化処理が行なわれる。これにより酸化膜３０ｐが酸化膜３０ｉに改質される。具体的には、たとえば密度および絶縁特性の向上がなされる。これにより、被処理基板６ａ上に酸化膜３０ｉが形成される。
【００３６】
次にゲート電極３３（図３）の形成と、酸化膜３０ｉのパターニングによるゲート絶縁膜３０ｇ（図３）の形成と、ソース・ドレイン領域３４、３５（図３）の形成とが行なわれる。これにより半導体装置（図３）が得られる。
【００３７】
本実施の形態によれば、酸化処理を行なうためのＯ（1Ｄ）ラジカルがＯ（3Ｐ）ラジカルの励起によって発生させられる。よってＯ（1Ｄ）ラジカルがＯ3から直接生成される場合に比して、Ｏ（1Ｄ）ラジカルがより低いエネルギーで生成される。すなわち５９０ｎｍ以上６３０ｎｍ以下の波長を有する赤橙色光５ａを用いてＯ（3Ｐ）ラジカルを発生させることができるので、ＵＶ光を用いる必要がない。これにより、酸化膜３０ａ（図５）または３０ｉ（図７）の形成にともなう被処理基板６ａへのダメージが抑制される。よってこのダメージによる半導体装置の性能劣化を抑制することができる。
【００３８】
またＯ（1Ｄ）ラジカルを発生させるのに、特にプラズマを用いる必要がない。よって被処理基板６ａへの運動エネルギーの高いイオンや電子などの荷電粒子によるダメージが全くない。
【００３９】
なお、たとえばＲＬＳＡ(Radial Line Slot Antenna)を用いたマイクロ波励起低電子温度プラズマなどの特殊なプラズマを使用したとしても、プラズマによるダメージを完全に防止することは困難である。また広い領域にわたって均一にプラズマを生成するためには大規模な設備が必要であるため、ＬＴＰＳ−ＴＦＴなどのように基板面積が比較的大きい場合、製造コストの大幅な増大を招く。
【００４０】
またＯ（1Ｄ）ラジカルは赤橙色光５ａによって被処理基板６ａの主面上で生成されるため、Ｏ（1Ｄ）ラジカルの１０-7秒程度の極めて短い寿命の初期の期間をも十分に利用して被処理基板６ａの主面上における酸化処理を行なうことができる。
【００４１】
なお仮に被処理基板６ａから離れた位置で生成されたＯ（1Ｄ）ラジカルが被処理基板６ａ上に移送されるとすると、Ｏ（1Ｄ）ラジカルは平均的には数百μｍ程度移動した時点で基底状態に遷移してＯ（3Ｐ）ラジカルに変化してしまうので、被処理基板６ａへＯ（1Ｄ）ラジカルを効率よく供給することが困難である。
【００４２】
また酸化処理の際、被処理基板６ａは２８０℃以上の温度に保持される。Ｏ3は一般には２００℃以上で熱分解すると言われているが、１０-18(molecules/s)程度の十分に高い生成効率を得るためには、図２４に示すように、２８０℃以上の温度で熱分解されることが好ましい。本実施の形態では被処理基板６ａによってＯ3を２８０℃以上の温度に加熱できるので、被処理基板６ａ上においてＯ（3Ｐ）ラジカルを十分に高い生成効率で生成することができる。よってＯ（1Ｄ）ラジカルを表面で効率的に生成でき、Ｏ（1Ｄ）ラジカルによる酸化を効率よく行なうことができる。
【００４３】
また酸化処理の際、被処理基板６ａは６２０℃以下の温度に保持される。これにより、被処理基板６ａのＳｉがＯ2よって酸化されるレートを、図２５に示すように、実用上十分に小さい値である１ｎｍ／ｈｒ以下とすることができる。よってＯ3の熱分解（式（３））の際にＯ（3Ｐ）ラジカルとともに生じるＯ2による被処理基板６ａのＳｉの熱酸化を抑制することができる。
【００４４】
なおＯ2による熱酸化は、ラジカルによる酸化（ラジカル酸化）に比して、酸化力が弱い。このためＯ2による熱酸化が過度に生じる場合、酸化膜３０ａ（図５）中に欠陥が残りやすい。また被処理基板６ａがＳｉＣ基板である場合、Ｃが十分に酸化されずに被処理基板６ａ上に残存しやすい。またＯ2による熱酸化は、酸化膜３０ｐ（図６）の改質に寄与できない。
【００４５】
また処理室１０内壁およびガス導入配管３ａの温度が１００℃以下、すなわち一般にＯ3が分解しはじめる温度と言われている２００℃よりも十分に低い温度とされることで、Ｏ3ガスが被処理基板６ａ上に到達する前に分解してしまうことを抑制することができる。
【００４６】
またラジカル酸化が用いられることで、熱酸化が用いられる場合に比して、酸化レートの結晶方位依存性が抑制される。これにより、酸化膜３０ａと被処理基板６ａとの界面がより平坦となるので、たとえば半導体装置（図３）において移動度の増大およびリーク電流の低減が期待される。またＳＴＩ(Shallow Trench Isolation)の形成や、トライゲートトランジスタなどの３次元構造の形成にも非常に有利である。またフラッシュメモリのインターポリ膜のようにいろいろな結晶方位を持った結晶粒が存在するポリシリコン上に酸化膜が形成される場合、ラフネスの増加を抑制することが可能である。超高集積化３次元ＬＳＩやシートコンピュータなどのデバイスでは、crystalline-Si(c-Si)上だけでなく、polycrystalline-Si(p-Si)上への酸化膜形成が必要となるため、ラジカル酸化による工法はさらに重要性が増すと考えられる。
【００４７】
また加熱された被処理基板６ａの主面に均一に供給されたＯ3ガスによって、Ｏ（3Ｐ）ラジカルが被処理基板６ａ上に均一に発生する。この被処理基板６ａ上に均一に発生したＯ（3Ｐ）ラジカルに対して赤橙色光５ａが均一に照射されることによって、Ｏ（1Ｄ）ラジカルが被処理基板６ａ上に均一に発生する。このため被処理基板６ａの主面における酸化処理の面内分布のばらつきを抑制することができる。よって、たとえば３００ｍｍウエハやＬＴＰＳ−ＴＦＴ用の基板のような大面積を有する基板において、酸化処理の面内ばらつきを特に低減することができる。
【００４８】
また本実施の形態の変形例によれば、たとえばＣＶＤ法を用いて任意の厚さの酸化膜３０ｐ（図６）を形成でき、かつ、この酸化膜３０ｐを酸化処理によって酸化膜３０ｉ（図７）に改質することで高い信頼性を確保することができる。すなわちラジカル酸化によって容易に形成し得る酸化膜３０ａの膜厚である１０ｎｍ程度に比してより大きな膜厚を有し、かつ高い信頼性を有する酸化膜３０ｉを容易に形成することができる。この酸化膜３０ｉの形成方法は、たとえば３次元ＬＳＩやシートコンピュータにおけるpoly-Si層表面上の酸化膜形成のように、量産性の観点からＣＶＤ法が望まれる場合に適している。
【００４９】
また任意の下地上に、任意の温度で、任意の膜厚の、絶縁特性に優れた酸化膜３０ｉを形成できるため、全てのデバイスの全ての構造に適用可能という極めて高い設計自由度の獲得と、処理装置の統一による大幅なコストダウンとが可能になると期待される。
【００５０】
また酸化膜３０ｐ（図６）は被処理基板６ａの酸化によってではなく被処理基板６ａ上への酸化膜の堆積によって形成される。よって、たとえば無機系ガスソースを使うＣＶＤ法によって、Ｃを含有しない酸化膜３０ｐを形成することができる。この酸化膜３０ｐが改質されることで、被処理基板６ａがＣを含有するＳｉＣ基板である場合であっても、密度が高く、かつＣの残留がない酸化膜３０ｉを得ることができる。
【００５１】
（実施の形態２）
図８を参照して、本実施の形態の酸化処理装置５２ａは、励起用赤橙色光源４ｂ（光源）と、上部窓８と、整流板１ｂとを有する。
【００５２】
整流板１ｂは、整流板１ａ（図１）とほぼ同様の形状および配置を有する。また整流板１ｂは、５９０ｎｍ以上６３０ｎｍ以下の波長の光を透過しやすい材料からなり、たとえば石英ガラスからなる。
【００５３】
上部窓８は、被処理基板６ａの主面との間に整流板１ｂを挟むように処理室１０に配置されている。
【００５４】
励起用赤橙色光源４ｂは、５９０ｎｍ以上６３０ｎｍ以下の波長を有する赤橙色光５ｂを出射するものであり、たとえばＬＥＤまたはランプである。また励起用赤橙色光源４ｂは、被処理基板６ａの主面との間に整流板１ｂおよび上部窓８を挟むように、処理室１０外に配置されている。これにより赤橙色光５ｂは、上部窓８を透過して処理室１０内へ入射し、さらに整流板１ｂを透過して被処理基板６ａへ被処理基板６ａの主面から入射される。
【００５５】
なお図９に示すようにＯ（1Ｄ）ラジカルの発生過程は実施の形態１（図２）とほぼ同様である。
【００５６】
また上記以外の構成については、上述した実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
【００５７】
本実施の形態によっても、実施の形態１と同様の効果が得られる。さらに、励起用赤橙色光源４ｂが処理室１０外に設けられるので、励起用赤橙色光源４ｂの設置が容易であり、励起用赤橙色光源４ｂの形状および大きさの制約も小さい。
【００５８】
（実施の形態３）
はじめに本実施の形態の酸化処理装置の構成について説明する。
【００５９】
図１０を参照して、本実施の形態の酸化処理装置５３ａは、被処理基板６ｂの主面（一の面）の上において酸化処理を行なうためのものであり、励起用赤橙色光源４ｃ（光源）を有する。
【００６０】
被処理基板６ｂは励起用赤橙色光源４ｃからの赤橙色光５ｃの少なくとも一部を透過する材料からなり、好ましくは５９０ｎｍ以上６３０ｎｍ以下の波長の光を透過しやすい材料からなる。たとえば被処理基板６ｂはガラス基板またはＳｉＣ基板である。
【００６１】
励起用赤橙色光源４ｃは、加熱用ＩＲ光源２とともに支持部２２に支持されている。よって励起用赤橙色光源４ｃは、下部窓９を介して被処理基板６ｂの主面（一の面）と反対の面に面している。これにより励起用赤橙色光源４ｃは、下部窓９を介して、被処理基板６ｂに向けて５９０ｎｍ以上６３０ｎｍ以下の波長を有する赤橙色光５ｃを出射することができる。なお本実施の形態においては下部窓９は、ＩＲだけでなく５９０ｎｍ以上６３０ｎｍ以下の波長の光を透過しやすい材料からなり、たとえば石英ガラスからなる。
【００６２】
なお上記以外の構成については、上述した実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
【００６３】
次に酸化処理装置５１ａの使用方法について説明する。
図１１を参照して、実施の形態１（図２）と同様の方法によって、被処理基板６ｂの主面（図中の上面）上にＯ（3Ｐ）ラジカルが発生させられる。次に励起用赤橙色光源４ｃからの赤橙色光５ｃが被処理基板６ｂを経由して被処理基板６ｂの主面へ入射される。これにより、上記式（４）に示すように、Ｏ（1Ｄ）ラジカルが発生する。このＯ（1Ｄ）ラジカルの酸化作用によって、被処理基板６ａの主面上において酸化処理が行なわれる。
【００６４】
次に本実施の形態の半導体装置の製造方法について説明する。
図１２を参照して、本実施の形態の半導体装置は、半導体基板（被処理基板）６ｂと、ゲート絶縁膜３０ｇと、ゲート電極３３と、ソース・ドレイン領域３４、３５とを有する。この半導体装置の製造方法について、以下に説明する。
【００６５】
図１３および図１４を参照して、主面Ｐを有する被処理基板６ｂが準備される。被処理基板６ｂは、たとえばＳｉＣ基板である。次に酸化処理装置５３ａを用いて上述した酸化処理を行なうことによって、主面Ｐ上において酸化処理が行なわれる。これによって主面Ｐが酸化されることによって、被処理基板６ｂ上に酸化膜３０ｂが形成される。
【００６６】
再び図３を参照して、ゲート電極３３の形成と、酸化膜３０ｂのパターニングによるゲート絶縁膜３０ｇの形成と、ソース・ドレイン領域３４、３５の形成とが行なわれる。これにより本実施の形態の半導体装置が得られる。
【００６７】
次に本実施の形態の第１変形例における半導体装置の製造方法について説明する。
図１５を参照して、被処理基板６ｂ上に酸化膜３０ｐが堆積される。酸化膜３０ｐの厚さは任意であり、たとえば２０〜１００ｎｍ程度の厚さ、すなわちパワーデバイスのゲート絶縁膜に適した厚さであってもよい。具体的には酸化膜３０ｐとして、たとえばＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法によってＳｉＯ2膜が形成される。ＣＶＤにより形成された酸化膜は、比較的密度が低く、絶縁特性に劣る。
【００６８】
さらに図１６を参照して、酸化処理装置５３ａを用いて上述した酸化処理を行なうことによって、酸化処理が行なわれる。これにより酸化膜３０ｐが酸化膜３０ｉに改質される。具体的には、たとえば密度および絶縁特性の向上がなされる。これにより、被処理基板６ｂ上に酸化膜３０ｉが形成される。
【００６９】
次にゲート電極３３（図１２）の形成と、酸化膜３０ｉのパターニングによるゲート絶縁膜３０ｇ（図１２）の形成と、ソース・ドレイン領域３４、３５（図１２）の形成とが行なわれる。これにより半導体装置（図１２）が得られる。
【００７０】
なお図１７に示すように、被処理基板６ｂの代わりに、ガラス基板６１と、ガラス基板６１上に形成された半導体層６２とを有する被処理基板６ｃが用いられてもよい。
【００７１】
本実施の形態によっても、実施の形態１と同様の効果が得られる。さらに実施の形態１と異なり、励起用赤橙色光源４ｃが処理室１０外に設けられるので、励起用赤橙色光源４ｃの設置が容易であり、励起用赤橙色光源４ｃの形状および大きさの制約も小さい。また実施の形態２と異なり、励起用赤橙色光源４ｃからの光赤橙色光５ｃが整流板１ａに遮られないので、整流板１ａによる赤橙色光５ｃの反射、吸収または散乱が生じない。よって被処理基板６ｂの主面上に均一に赤橙色光５ｃを照射することができるので、酸化処理の面内ばらつきを抑制することができる。
【００７２】
また本実施の形態の変形例によれば、被処理基板６ａ上に堆積された酸化膜３０ｐが改質されることで酸化膜３０ｉが形成されるので、被処理基板６ｂを直接酸化する必要がない。よって被処理基板６ｂが直接酸化される場合に懸念されるＣの残留を防止することができる。
【００７３】
（実施の形態４）
はじめに本実施の形態の酸化処理装置の構成について説明する。
【００７４】
図１８を参照して、本実施の形態の酸化処理装置５１ｂはガス導入配管３ｂを有する。ガス導入配管３ｂは、Ｈ2Ｏを含んだＯ3ガスを処理室１０内に導入するためのものである。すなわちガス導入配管３ｂは、Ｏ3ガスおよびＨ2Ｏガスを導入するためのものである。
【００７５】
なお上記以外の構成については、上述した実施の形態１の構成（図１）とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
【００７６】
次に酸化処理装置５１ｂの使用方法について説明する。
図１９を参照して、まず実施の形態１（図２）と同様の方法によって、被処理基板６ａの主面上に均一にＯ（1Ｄ）ラジカルが発生させられる。このＯ（1Ｄ）ラジカルは、被処理基板６ａの主面上にＯ3ガスとともに供給されたＨ2Ｏと反応する。すなわち、以下の式（５）に示す反応によってＯＨラジカルが発生する。
【００７７】
Ｏ（1Ｄ）＋Ｈ2Ｏ→２ＯＨ      ・・・（５）
このＯ（1Ｄ）ラジカルおよびＯＨラジカルの酸化作用によって、被処理基板６ａの主面上において酸化処理が行なわれる。
【００７８】
なおＯ（3Ｐ）は、Ｏ（1Ｄ）と異なり、Ｈ2Ｏとの間で式（５）に示すような反応を起こすことができない。
【００７９】
本実施の形態によれば、実施の形態１と同様の効果が得られる。
さらに本実施の形態によれば、Ｏ（1Ｄ）ラジカルだけでなく、ＯＨラジカルが酸化処理に寄与する。ＯＨラジカルは極めて反応性に富むので、ＯＨラジカルが用いられることで、より高い酸化レート、またはより高い改質効率を得ることができる。
【００８０】
またＯＨラジカルは、ＯＨラジカル同士の衝突などによって短時間で失活しやすい性質を有する。本実施の形態においてはＯＨラジカルは、被処理基板６ａの主面上に均一に供給されたＯ（1Ｄ）ラジカルと、同じく被処理基板６ａの主面上に均一に供給されたＨ2Ｏとの反応によって生成される。これにより、ＯＨラジカルの寿命の初期の期間をも十分に利用して被処理基板６ａの主面上における酸化処理を効率よく行なうことができる。また被処理基板６ａの主面上にＯＨラジカルが均一に生成されるので、酸化処理の面内ばらつきを抑制することができる。
【００８１】
（実施の形態５）
図２０を参照して、本実施の形態の酸化処理装置５２ｂは、実施の形態４（図１８）と同様のガス導入配管３ｂを有する。
【００８２】
なお上記以外の構成については、上述した実施の形態２の構成（図８）とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
【００８３】
また図２１に示すように、Ｏ（1Ｄ）ラジカルおよびＯＨラジカルの発生過程は実施の形態４（図１９）とほぼ同様である。
【００８４】
本実施の形態によれば、実施の形態２と同様の効果が得られる。
さらに本実施の形態によれば、実施の形態４と同様の理由で、より高い酸化レート、またはより高い改質効率を得ることができ、また酸化処理の面内ばらつきを抑制することができる。
【００８５】
（実施の形態６）
図２２を参照して、本実施の形態の酸化処理装置５３ｂは、実施の形態４（図１８）と同様のガス導入配管３ｂを有する。
【００８６】
なお上記以外の構成については、上述した実施の形態３の構成（図１０）とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
【００８７】
また図２３に示すように、Ｏ（1Ｄ）ラジカルの発生過程は実施の形態３（図１１）とほぼ同様であり、またＯＨラジカルの発生過程は実施の形態４（図１９）とほぼ同様である。
【００８８】
本実施の形態によれば、実施の形態３と同様の効果が得られる。
さらに本実施の形態によれば、実施の形態４と同様の理由で、より高い酸化レート、またはより高い改質効率を得ることができ、また酸化処理の面内ばらつきを抑制することができる。
【００８９】
今回開示された各実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることを意図される。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明は、酸化処理を行なう工程を含む半導体装置の製造方法および酸化処理装置に特に有利に適用され得る。
【符号の説明】
【００９１】
１ａ，１ｂ  整流板、２  加熱用ＩＲ光源（加熱部）、３ａ，３ｂ  ガス導入配管（導入部）、４ａ〜４ｃ  励起用赤橙色光源（光源）、５ａ〜５ｃ  光赤橙色光、６ａ，６ｂ  基板、７  試料ステージ、８  上部窓、９  下部窓、１０  処理室、２２  支持部、２３  排気配管、２５  ＩＲ光、３０ｇ  ゲート絶縁膜、３０ａ，３０ｂ，３０ｉ，３０ｐ  酸化膜、３３  ゲート電極、３４  ソース・ドレイン領域、５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂ  酸化処理装置。
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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