(57)【要約】【課題】絶縁性の高いシリコン酸化膜を低温下で成膜することができるシリコン酸化膜の成膜方法を提供する。【解決手段】シリコン酸化膜の成膜方法は、被処理基板Ｗを保持する保持台３４の表面温度を３００℃以下に保った状態でシリコン化合物ガス、酸化性ガスおよび希ガスを処理容器３２内に供給し、処理容器３２内にマイクロ波プラズマを生成し被処理基板Ｗにシリコン酸化膜を形成する工程と、酸化性ガスおよび希ガスを処理容器３２内に供給し、処理容器３２内にマイクロ波プラズマを生成し被処理基板Ｗ上に形成されたシリコン酸化膜をプラズマ処理する工程とを含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理容器内に設けられた保持台上に保持された被処理基板にシリコン酸化膜を成膜するシリコン酸化膜の成膜方法であって、
被処理基板を保持する保持台の表面温度を３００℃以下に保った状態でシリコン化合物ガス、酸化性ガスおよび希ガスを処理容器内に供給し、処理容器内にマイクロ波プラズマを生成し前記被処理基板にシリコン酸化膜を形成する工程と、
酸化性ガスおよび希ガスを処理容器内に供給し、処理容器内にマイクロ波プラズマを生成し前記被処理基板上に形成されたシリコン酸化膜をプラズマ処理する工程とを含む、シリコン酸化膜の成膜方法。
【請求項２】
前記保持台の表面温度は、２２０℃以上３００℃以下である、請求項１に記載のシリコン酸化膜の成膜方法。
【請求項３】
前記マイクロ波プラズマは、ラジアルラインスロットアンテナ（ＲＬＳＡ）により生成されている、請求項１または２に記載のシリコン酸化膜の成膜方法。
【請求項４】
前記シリコン化合物ガスは、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）ガスを含む、請求項１〜３のいずれかに記載のシリコン酸化膜の成膜方法。
【請求項５】
前記希ガスは、アルゴンガスを含む、請求項１〜４のいずれかに記載のシリコン酸化膜の成膜方法。
【請求項６】
前記酸化性ガスは、酸素ガスを含む、請求項１〜５のいずれかに記載のシリコン酸化膜の成膜方法。
【請求項７】
前記プラズマ処理する工程に引き続いて、再びシリコン酸化膜を形成する工程、さらに再び前記プラズマ処理する工程を含む、請求項１〜６のいずれかに記載のシリコン酸化膜の成膜方法。
【請求項８】
前記シリコン酸化膜を形成する工程において、
前記シリコン化合物ガスは、ＴＥＯＳガスであり、
前記酸化性ガスは、酸素ガスであり、
前記希ガスは、アルゴンガスであり、
前記ＴＥＯＳガスと前記酸素ガスの有効流量比（酸素ガス／ＴＥＯＳガス）は、５．０以上１０．０以下であり、
前記アルゴンガスの分圧比は、７５％以上である、請求項１〜７のいずれかに記載のシリコン酸化膜の成膜方法。
【請求項９】
前記プラズマ処理する工程において、
前記酸化性ガスは、酸素ガスであり、
前記希ガスは、アルゴンガスであり、
前記処理容器内に供給する前記アルゴンガスの分圧比を、９７％以上とする、請求項１〜８のいずれかに記載のシリコン酸化膜の成膜方法。
【請求項１０】
絶縁層となるシリコン酸化膜および導電層を含む半導体装置の製造方法であって、
処理容器内に設けられた保持台上に半導体装置の基となる被処理基板を保持し、
被処理基板を保持する保持台の表面温度を３００℃以下に保った状態でシリコン化合物ガス、酸化性ガスおよび希ガスを処理容器内に供給し、処理容器内にマイクロ波プラズマを生成し前記被処理基板にシリコン酸化膜を形成する工程と、
酸化性ガスおよび希ガスを処理容器内に供給し、処理容器内にマイクロ波プラズマを生成し前記被処理基板上に形成されたシリコン酸化膜をプラズマ処理する工程とを含む、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、シリコン酸化膜の成膜方法および半導体装置の製造方法に関し、特に、半導体装置において導電層の上に成膜されるシリコン酸化膜の成膜方法、およびこのようなシリコン酸化膜を含む半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタ等に代表される半導体装置においては、ゲート酸化膜等、高い絶縁性、すなわち、優れた耐性や優れたリーク特性が要求される絶縁層を形成する場合、熱酸化法により絶縁層となるシリコン酸化膜を形成することとしていた。具体的には、被処理基板となるシリコン基板を、例えば、７００℃程度に加熱した状態で、高温熱ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によりシリコン酸化膜を成膜していた。
【０００３】
このような熱酸化法によってシリコン酸化膜を成膜する方法が、特開２００４−３３６０１９号公報（特許文献１）に開示されている。特許文献１によると、熱ＣＶＤにより形成した酸化膜を、希ガスおよび酸素ガスを処理ガスとして用いた酸素プラズマにより改質し、さらにその上に熱ＣＶＤによって形成されたＨｆＳｉＯを窒素プラズマおよび酸素プラズマにより改質することとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３３６０１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ゲート酸化膜のように高い絶縁性が要求されるシリコン酸化膜を成膜する場合、特許文献１に代表される熱ＣＶＤによるシリコン酸化膜の成膜によると、上記したようにシリコン基板を高温に曝す必要がある。そうすると、比較的低融点の物質、例えば、低融点の金属や高分子化合物により既にシリコン基板上に導電層等が形成されている場合、溶融等の問題が生じてしまう。したがって、低融点メタル化合物や高分子化合物を考慮した場合、処理温度をできるだけ低く設定する必要がある。この場合、選択した材料にもよるが、例えば、３５０℃程度の温度上昇でも悪影響を及ぼすおそれがある。また、このような問題を回避するために、低融点の金属による配線形成工程や高分子化合物による積層工程を、熱ＣＶＤを行なう工程よりも前に行なうことも考えられるが、このような半導体装置の製造工程の順序の制約は、昨今の半導体装置における微細化、および高精度化の観点から好ましくない。
【０００６】
この発明の目的は、高い絶縁性を有するシリコン酸化膜を低温下で成膜することができるシリコン酸化膜の成膜方法を提供することである。
【０００７】
この発明の他の目的は、高い絶縁性を有するシリコン酸化膜を含む半導体装置を低温下で形成することができる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】
【０００８】
この発明に係るシリコン酸化膜の成膜方法は、処理容器内に設けられた保持台上に保持された被処理基板にシリコン酸化膜を成膜するシリコン酸化膜の成膜方法であって、被処理基板を保持する保持台の表面温度を３００℃以下に保った状態でシリコン化合物ガス、酸化性ガスおよび希ガスを処理容器内に供給し、処理容器内にマイクロ波プラズマを生成し被処理基板にシリコン酸化膜を形成する工程と、酸化性ガスおよび希ガスを処理容器内に供給し、処理容器内にマイクロ波プラズマを生成し被処理基板上に形成されたシリコン酸化膜をプラズマ処理する工程とを含む。
【０００９】
好ましくは、保持台の表面温度は、２２０℃以上３００℃以下である。
【００１０】
さらに好ましくは、マイクロ波プラズマは、ラジアルラインスロットアンテナ（ＲＬＳＡ：Ｒａｄｉａｌ  Ｌｉｎｅ  Ｓｌｏｔ  Ａｎｔｅｎａ）により生成されている。
【００１１】
さらに好ましい一実施形態として、シリコン化合物ガスは、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）ガスを含むよう構成してもよい。
【００１２】
また、希ガスは、アルゴンガスを含むよう構成してもよい。
【００１３】
また、酸化性ガスは、酸素ガスを含むよう構成してもよい。
【００１４】
また、プラズマ処理する工程に引き続いて、再びシリコン酸化膜を形成する工程、さらに再びプラズマ処理する工程を含む。
【００１５】
さらに好ましい一実施形態として、シリコン酸化膜を形成する工程において、シリコン化合物ガスは、ＴＥＯＳガスであり、酸化性ガスは、酸素ガスであり、希ガスは、アルゴンガスであり、ＴＥＯＳガスと酸素ガスの有効流量比（酸素ガス／ＴＥＯＳガス）は、５．０以上１０．０以下であり、アルゴンガスの分圧比は、７５％以上である。
【００１６】
さらに好ましい一実施形態として、プラズマ処理する工程において、酸化性ガスは、酸素ガスであり、希ガスは、アルゴンガスであり、処理容器内に供給するアルゴンガスの分圧比を９７％以上とする。
【００１７】
この発明の他の局面においては、半導体装置の製造方法は、絶縁層となるシリコン酸化膜および導電層を有する半導体装置の製造方法であって、処理容器内に設けられた保持台上に半導体装置の基となる被処理基板を保持し、被処理基板を保持する保持台の表面温度を３００℃以下に保った状態でシリコン化合物ガス、酸化性ガスおよび希ガスを処理容器内に供給し、処理容器内にマイクロ波プラズマを生成し被処理基板にシリコン酸化膜を形成する工程と、酸化性ガスおよび希ガスを処理容器内に供給し、処理容器内にマイクロ波プラズマを生成し被処理基板上に形成されたシリコン酸化膜をプラズマ処理する工程とを含む。
【発明の効果】
【００１８】
この発明に係るシリコン酸化膜の成膜方法によると、３００℃以下の低温においても、絶縁性の高いシリコン酸化膜を成膜することができる。そうすると、被処理基板に既に形成された低融点の物質の溶融等の問題を回避することができる。したがって、例えば、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）デバイスへの適用等、高い絶縁性および低温での成膜が要求される場合に適用することができる。
【００１９】
また、この発明に係る半導体装置の製造方法によると、半導体装置において高い絶縁性を有するシリコン酸化膜を低温で成膜することができる。そうすると、低融点の物質を用いた配線工程等の後に、シリコン酸化膜を成膜することができる。このように、製造工程の順序の制約による問題を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】ＭＯＳトランジスタの一部を示す断面図である。
【図２】この発明の一実施形態に係るシリコン酸化膜の成膜方法に用いられるプラズマ処理装置の要部を示す概略断面図である。
【図３】ラジアルラインスロットアンテナに含まれるスロット板を示す図である。
【図４】ＥＯＴ（Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ  Ｏｘｉｄｅ  Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ：等価酸化膜厚）換算で７ｎｍの膜厚領域において、印加する電界の大きさを変化させた場合の電流特性（Ｊ）を示す図であるＩ−Ｖカーブである。
【図５】Ｑｂｄの測定結果をＷｅｉｂｕｌｌプロットしたものを示す図である。
【図６】ＴＥＯＳガスと酸素ガスの有効流量比、および熱酸化膜を基準としたシリコン酸化膜のエッチングレートの比の関係を示す図である。
【図７】プラズマ処理を行わなかった場合のシリコン酸化膜におけるフーリエ変換赤外分光（ＦＴ−ＩＲ（Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ−ＩｎｆｒａＲｅｄ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ））による測定結果である。
【図８】プラズマ処理を行った場合のシリコン酸化膜におけるＦＴ−ＩＲによる測定結果である。
【図９】熱酸化膜を基準としたシリコン酸化膜のエッチングレートの比を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。まず、この発明の一実施形態に係るシリコン酸化膜の成膜方法により成膜されたシリコン酸化膜を含む半導体装置の構成について説明する。なお、このような半導体装置は、この発明に係る半導体装置の製造方法によって製造されている。
【００２２】
図１は、この発明に係る半導体装置の製造方法によって製造された半導体装置の一例としてのＭＯＳトランジスタの一部を示す断面図である。なお、図１に示すＭＯＳトランジスタにおいて、導電層をハッチングで示している。
【００２３】
図１を参照して、ＭＯＳトランジスタ１１には、シリコン基板１２上に、素子分離領域１３、ｐ型ウェル１４ａ、ｎ型ウェル１４ｂ、高濃度ｎ型不純物拡散領域１５ａ、高濃度ｐ型不純物拡散領域１５ｂ、ｎ型不純物拡散領域１６ａ、ｐ型不純物拡散領域１６ｂ、およびゲート酸化膜１７が形成されている。ゲート酸化膜１７を間に挟むように形成される高濃度ｎ型不純物拡散領域１５ａおよび高濃度ｐ型不純物拡散領域１５ｂのいずれか一方は、ドレインとなり、他方はソースとなる。
【００２４】
また、ゲート酸化膜１７の上には、導電層となるゲート電極１８が形成されており、ゲート電極１８の側部には、絶縁膜となるゲート側壁部１９が形成される。さらに、上記したゲート電極１８等が形成されたシリコン基板１２の上には、絶縁層となる層間絶縁膜２１が形成される。層間絶縁膜２１には、高濃度ｎ型不純物拡散領域１５ａおよび高濃度ｐ型不純物拡散領域１５ｂに連なるコンタクトホール２２が形成され、コンタクトホール２２内には穴埋め電極２３が形成される。さらにその上に導電層となるメタル配線層２４が形成される。このようにして、絶縁層となる層間絶縁膜および導電層となるメタル配線層を交互に形成し、最後に外部との接点となるパッド（図示せず）を形成される。このようにＭＯＳトランジスタ１１が形成されている。
【００２５】
上記したゲート酸化膜１７には、高い絶縁性、具体的には、優れた耐性および優れたリーク特性が要求される。ここで、ゲート酸化膜１７は、この発明に係るシリコン酸化膜の成膜方法により成膜されている。
【００２６】
次に、この発明の一実施形態に係るシリコン酸化膜の成膜方法に用いられるプラズマ処理装置の構成について説明する。図２は、この発明の一実施形態に係るシリコン酸化膜の成膜方法に用いられるプラズマ処理装置の要部を示す概略断面図である。また、図３は、図２に示すプラズマ処理装置に含まれるスロット板を下方側、すなわち、図２中の矢印ＩＩＩの方向から見た図である。
【００２７】
図２および図３を参照して、プラズマ処理装置３１は、その内部で被処理基板Ｗにプラズマ処理を行う処理容器３２と、処理容器３２内にプラズマ処理用の反応ガスを供給する反応ガス供給部３３と、その上に被処理基板Ｗを保持する円板状の保持台３４と、プラズマ励起用のマイクロ波を発生させるマイクロ波発生器３５と、保持台３４と対向する位置に配置され、マイクロ波発生器３５により発生させたマイクロ波を処理容器３２内に導入する誘電体板３６と、プラズマ処理装置３１全体を制御する制御部（図示せず）とを備える。制御部は、反応ガス供給部３３におけるガス流量、処理容器３２内の圧力等、被処理基板Ｗをプラズマ処理するためのプロセス条件を制御する。
【００２８】
処理容器３２は、保持台３４の下方側に位置する底部３７と、底部３７の外周から上方向に延びる側壁３８とを含む。側壁３８は、円筒状である。処理容器３２の底部３７には、排気用の排気孔３９が設けられている。処理容器３２の上部側は開口しており、処理容器３２の上部側に配置される誘電体板３６、および誘電体板３６と処理容器３２との間に介在するシール部材としてのＯリング４０ａによって、処理容器３２は密封可能に構成されている。
【００２９】
反応ガス供給部３３は、被処理基板Ｗの中央領域に向かって真下方向へ反応ガスを供給する第一の反応ガス供給部６１と、被処理基板Ｗの斜め上方から反応ガスを供給する第二の反応ガス供給部６２とを備える。具体的には、第一の反応ガス供給部６１は、図２中の矢印Ｆ１の方向に向かって反応ガスを供給し、第二の反応ガス供給部６２は、図２中の矢印Ｆ２の方向（被処理基板Ｗの中央領域に向かう斜め下方向）に向かって反応ガスを供給する。第一の反応ガス供給部６１および第二の反応ガス供給部６２には、同じ反応ガス供給源（図示せず）から同じ種類の反応ガスが供給される。
【００３０】
ここで、まず、第一の反応ガス供給部６１の構成について説明する。第一の反応ガス供給部６１は、誘電体板３６の径方向中央であって、保持台３４と対向する対向面となる誘電体板３６の下面６３よりも誘電体板３６の内方側に後退した位置に設けられている。誘電体板３６には、第一の反応ガス供給部６１を収容する収容部４６が設けられている。第一の反応ガス供給部６１と収容部４６との間にはＯリング４０ｂが介在しており、処理容器３２内の密封性を確保することとしている。
【００３１】
第一の反応ガス供給部６１には、被処理基板Ｗの中央領域に向かって吹き付けるようにして反応ガスを真下方向へ供給する複数の供給孔４５が設けられている。供給孔４５は、保持台３４に対向する壁面６４のうち、処理容器３２内に露出する領域に設けられている。なお、壁面６４は、平らである。また、第一の反応ガス供給部６１には、供給孔４５が誘電体板３６の径方向中央に位置するように設けられている。第一の反応ガス供給部６１は、第一の反応ガス供給部６１に接続されたガス供給系５４により流量等を調整しながら反応ガスを供給する。
【００３２】
次に、第二の反応ガス供給部６２の構成について説明する。第二の反応ガス供給部６２は、円環状の環状部６５を含む。環状部６５は、管状部材で構成されており、その内部が反応ガスの流路となる。環状部６５は、処理容器３２内において、保持台３４と誘電体板３６との間に配置される。環状部６５は、保持台３４上に保持された被処理基板Ｗの真上領域を避けた位置であってかつ保持台３４の真上領域に設けられている。具体的には、円環状の環状部６５の内径をＤ１とし、被処理基板Ｗの外径をＤ２とすると、環状部６５の内径Ｄ１は、被処理基板Ｗの外径Ｄ２よりも大きく構成されている。環状部６５は、処理容器３２の側壁３８から、真直ぐ内径側に延びる支持部６６によって支持されている。支持部６６は中空状である。
【００３３】
環状部６５には、被処理基板Ｗに向かって反応ガスを斜め下方向へ吹き付けるようにして供給する複数の供給孔６７が設けられている。供給孔６７は、丸孔状である。供給孔６７は、環状部６５の下部側に設けられている。複数の供給孔６７は、環状部６５において、周方向に等配に設けられている。この実施形態において、供給孔６７は８つ設けられている。
【００３４】
プラズマ処理装置３１の外部から供給された反応ガスは、支持部６６の内部を通って、環状部６５に設けられた供給孔６７から処理容器３２内に供給される。支持部６６の外方側においても、上記した開閉弁や流量制御器が介設されたガス供給系（図示せず）が設けられている。
【００３５】
マッチング４１を有するマイクロ波発生器３５は、モード変換器４２および導波管４３を介して、マイクロ波を導入する同軸導波管４４の上部に接続されている。例えば、マイクロ波発生器３５で発生させたＴＥモードのマイクロ波は、導波管４３を通り、モード変換器４２によりＴＥＭモードへ変換され、同軸導波管４４を伝播する。マイクロ波発生器３５において発生させるマイクロ波の周波数としては、例えば、２．４５ＧＨｚが選択される。
【００３６】
誘電体板３６は、例えば円板状であって、誘電体で構成されている。誘電体板３６の下部側には、導入されたマイクロ波による定在波の発生を容易にするためのテーパ状に凹んだ環状の凹部４７が設けられていてもよい。この凹部４７により、誘電体板３６の下部側にマイクロ波によるプラズマを効率的に生成することができる。なお、誘電体板３６の具体的な材質としては、石英やアルミナ等が挙げられる。
【００３７】
また、プラズマ処理装置３１は、同軸導波管４４によって導入されたマイクロ波を伝播する遅波板４８と、複数設けられたスロット穴４９からマイクロ波を誘電体板３６に導入する薄板円板状のスロット板５０とを備える。スロット穴４９は、矩形状である。矩形状のスロット穴４９は、図３に示すように、径方向に互いに直交するような方向で、かつ同心円状に設けられている。マイクロ波発生器３５により発生させたマイクロ波は、同軸導波管４４を通って、遅波板４８に伝播され、スロット板５０に設けられた複数のスロット穴４９から誘電体板３６に導入される。誘電体板３６を透過したマイクロ波は、誘電体板３６の直下に電界を生じさせ、処理容器３２内にプラズマを生成させる。すなわち、プラズマ処理装置３１において処理に供されるマイクロ波プラズマは、上記した構成のスロット板５０および遅波板４８を含むラジアルラインスロットアンテナ（ＲＬＳＡ）により生成されている。
【００３８】
保持台３４は、底部３７から垂直上方に延びる絶縁性の筒状支持部５１に支持されている。筒状支持部５１の外周に沿って処理容器３２の底部３７から垂直上方に延びる導電性の筒状支持部５２と処理容器３２の側壁３８との間には、環状の排気路５３が形成される。排気孔３９の下部には排気管５５を介して排気装置５６が接続されている。排気装置５６は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有している。排気装置５６により、処理容器３２内を所定の圧力まで減圧することができる。
【００３９】
次に、上記したプラズマ処理装置３１を用いて、この発明の一実施形態に係るシリコン酸化膜の成膜方法および半導体装置の製造方法について説明する。
【００４０】
まず、上述したように保持台３４上に半導体装置の基となる被処理基板Ｗを保持させる。次に、処理容器３２内を所定の圧力に減圧し、所定の圧力に維持する。所定の圧力としては、例えば、１０００ｍＴｏｒｒが選択される。
【００４１】
そして、保持台３４の表面温度を、２２０℃以上３００℃以下とする。具体的には、例えば、保持台３４の表面温度として、２２０℃が選択される。このような保持台３４の表面温度とすることにより、例えば、被処理基板Ｗの温度が処理中に上昇したとしても、被処理基板Ｗの温度上昇を２８０℃程度までに抑えることができる。さらなる被処理基板Ｗの温度上昇低減の観点から、保持台３４の表面温度を、１５０℃以上２２０℃以下とすることが好ましい。
【００４２】
次に、反応ガス供給部３３、具体的には、第一および第二の反応ガス供給部６１、６２により反応ガスを処理容器３２内に供給する。反応ガスは、ＴＥＯＳガス、アルゴンガスおよび酸素ガスを含む混合ガスである。ここで、ＴＥＯＳガスと酸素ガスの有効流量比（酸素ガス／ＴＥＯＳガス）は、後述するように５．０以上１０．０以下であり、アルゴンガスの分圧比は、７５％以上である。具体的な流量比率としては、ＴＥＯＳガスの流量を２０ｓｃｃｍ、アルゴンガスの流量を３９０ｓｃｃｍ、酸素ガスの流量を１１０ｓｃｃｍとする。この場合、ＴＥＯＳガスと酸素ガスの有効流量比は、５．５であり、アルゴンガスの分圧比は、７５％である。
【００４３】
そして、プラズマ励起用のマイクロ波をマイクロ波発生器３５により発生させ、誘電体板３６を介して処理容器３２内にマイクロ波を導入し、処理容器３２内にマイクロ波プラズマを生成する。ここで、マイクロ波パワーとしては、例えば、３．５ｋＷが選択される。そして、被処理基板ＷにプラズマＣＶＤ処理を行い、絶縁層となるゲート酸化膜１７を構成するシリコン酸化膜を形成する。すなわち、シリコン化合物ガスとしてのＴＥＯＳガス、酸化性ガスとしての酸素ガスおよび希ガスとしてのアルゴンガスを処理容器３２内に供給し、被処理基板Ｗを保持する保持台３４の表面温度を３００℃以下である２２０℃として、被処理基板Ｗにシリコン酸化膜を形成する。
【００４４】
なお、上記したマイクロ波プラズマを生成する工程と、反応ガスを供給する工程とは、逆であってもよいし、同時であってもよい。すなわち、生成したマイクロ波プラズマにより反応ガスを用いて被処理基板Ｗを処理する段階において、保持台３４の表面温度を上記した所定の温度とすればよい。
【００４５】
上記した方法によりシリコン酸化膜を形成した後、形成したシリコン酸化膜に対して、プラズマ処理を行う。すなわち、シリコン酸化膜の成膜方法は、シリコン酸化膜を形成する工程の後に、形成したシリコン酸化膜のプラズマ処理を行う工程を含む。
【００４６】
具体的には、上記した方法によりシリコン酸化膜を形成した後、引き続いて保持台３４の表面温度を２２０℃に維持したまま、ＴＥＯＳガスの供給を停止する。ここで、処理容器３２内に供給するアルゴンガスの流量を上げる。そして、形成されたシリコン酸化膜のプラズマ処理を行う。具体的には、アルゴンガスの流量を３９０ｓｃｃｍから３５００ｓｃｃｍとし、酸素ガスの流量については、そのまま１１０ｓｃｃｍとしてプラズマ処理を行う。すなわち、供給するアルゴンガスの流量を、シリコン酸化膜を形成する工程において供給するアルゴンガスの流量よりも多くしてプラズマ処理を行う。この場合、アルゴンガスの分圧比は、９７％である。そして、形成したシリコン酸化膜に対して、プラズマ処理を行う。ここで、プラズマ処理において、ラジカルによる酸化処理が行われる。この場合、シリコン酸化膜を形成する工程およびプラズマ処理を行う工程は、同じ処理容器内において行う。
【００４７】
このようにして、シリコン酸化膜の成膜を行なう。なお、このようにしてシリコン酸化膜によりゲート酸化膜１７を成膜した後、その上にゲート電極１８等を形成し、上記した構成のＭＯＳトランジスタ１１を製造する。
【００４８】
ここで、この発明に係るシリコン酸化膜の成膜方法により成膜されたシリコン酸化膜の電気特性と膜質について説明する。図４は、ＥＯＴ換算で７ｎｍの膜厚領域において、印加する電界の大きさを変化させた場合の電流特性（Ｊ）を示す図であるＩ−Ｖカーブである。図４中のＲ＿ＴＥＯＳ（３００℃）は、この発明の一実施形態に係るシリコン酸化膜の成膜方法により成膜したシリコン酸化膜を示しており、比較対象として同様の測定をＷＶＧ（Ｗａｔｅｒ  Ｖａｐｏｒ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）膜、ＨＴＯ（Ｈｉｇｈ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｏｘｉｄｅ）膜（成膜温度７８０℃）、およびＨＴＯ膜を窒素雰囲気中９００℃で１５分熱処理（９００℃アニール処理）したものに対して実施した場合を示している。また、参考として、４００℃で成膜したＲ＿ＴＥＯＳ（４００℃）の場合についても示している。図４より、Ｒ＿ＴＥＯＳ膜（３００℃成膜）の場合でも、ＨＴＯ膜およびＨＴＯ膜を窒素雰囲気中９００℃で１５分熱処理を実施した場合よりも良好なリーク特性を示す。
【００４９】
図５は、Ｑｂｄ（Ｃ／ｃｍ２）（ＣＣＳ：−０．１Ａ／ｃｍ２、ゲートサイズ１００μｍ×１００μｍ）の測定結果をＷｅｉｂｕｌｌプロットしたものを示す図である。Ｒ＿ＴＥＯＳ膜（３００℃）は、この発明の一実施形態に係るシリコン酸化膜の成膜方法により成膜したシリコン酸化膜を示しており、図４と同様に、図４と同じ比較対象のものに対して測定を実施した場合も図示している。図５より、Ｒ＿ＴＥＯＳ膜（３００℃成膜）の場合でも、ＨＴＯ膜およびＨＴＯ膜を窒素雰囲気中９００℃で１５分熱処理を実施した場合よりも良好なリーク特性を示す。
【００５０】
図６は、ＴＥＯＳガスと酸素ガスの有効流量比、および熱酸化膜を基準としたシリコン酸化膜のエッチングレートの比の関係を示す図である。図６において、縦軸は、熱酸化法により成膜したシリコン酸化膜に対するエッチングレートの比（単位無し）を示し、横軸は、ＴＥＯＳガスと酸素ガスとの流量比を示す。図６中においては、保持台の表面温度をそれぞれ１５０℃、２２０℃、３００℃、４００℃としてシリコン酸化膜を形成した後プラズマ処理を行わなかった場合、保持台の表面温度を１５０℃としてシリコン酸化膜を形成した後プラズマ処理を行った場合、および保持台の表面温度を２２０℃としてシリコン酸化膜を形成した後プラズマ処理を行った場合のグラフを示している。保持台の表面温度を１５０℃としてシリコン酸化膜を形成した後プラズマ処理を行った場合、および保持台の表面温度を２２０℃としてシリコン酸化膜を形成した後プラズマ処理を行った場合については、グラフはほぼ重なっているため、一つの線で示している。また、シリコン酸化膜を成膜する際のプロセス条件としては、マイクロ波パワーを３．５ｋＷ印加し、圧力を３８０ｍＴｏｒｒ、アルゴンガスの分圧比を７５％としている。
【００５１】
図６を参照して、保持台の表面温度を４００℃、ＴＥＯＳガスと酸素ガスの有効流量比を３．６〜１０．８としてシリコン酸化膜を形成した場合、エッチングレートの比は１．７程度であり、熱酸化膜並みの超高品位膜が得られる。また、保持台の表面温度を３００℃、ＴＥＯＳガスと酸素ガスの有効流量比を５．０〜１０．０としてシリコン酸化膜を形成した場合、エッチングレートの比は２．０程度であり、ＨＴＯ膜並みの高品位膜が得られる。ここで、保持台の表面温度を１５０℃および２２０℃、ＴＥＯＳガスと酸素ガスの有効流量比を５．０〜１０．０としてシリコン酸化膜を成膜した場合についても、エッチングレートの比は２．０程度となり、高品位膜が得られる。
【００５２】
図７および図８において、シリコン酸化膜のフーリエ変換赤外分光（ＦＴ−ＩＲ）による測定結果を示す。図７は、シリコン酸化膜を形成した後、プラズマ処理を行なわなかった場合のシリコン酸化膜におけるＦＴ−ＩＲの測定結果であり、図８は、この発明に係るシリコン酸化膜の成膜方法において成膜されたシリコン酸化膜におけるＦＴ−ＩＲによる測定結果である。なお、図７および図８において、縦軸は、吸光度（単位なし）を示し、横軸は波長（ｃｍ−１）を示す。
【００５３】
図７および図８を参照して、プラズマ処理を行わなかったシリコン酸化膜の場合、波数が３６００ｃｍ−１付近の位置において、ＳｉＯＨ官能基の存在を示す若干のピークが見られる（図７中の矢印Ａ）。これは、シリコン酸化膜中にＳｉＯＨが若干含まれていることを示している。一方、図８に示すように、この発明に係るシリコン酸化膜の成膜方法を用いて成膜されたシリコン酸化膜の場合、すなわち、シリコン酸化膜を形成した後にプラズマ処理を行ったシリコン酸化膜の場合、波数が３６００ｃｍ−１付近の位置において、ＳｉＯＨ官能基の存在を示すピークは見られない。これは、シリコン酸化膜中に実質的にＳｉＯＨが含まれていないことを示している。なお、ＳｉＨ等の不純物を示すピークも現れなかった。このようなＳｉＯＨ等を含まないシリコン酸化膜は、耐性やリーク特性において非常に優れ、高い絶縁性を有する。
【００５４】
図９は、熱酸化膜を基準としたシリコン酸化膜のエッチングレートの厚み方向の比を示す図である。図９において、縦軸は、熱酸化法により成膜したシリコン酸化膜に対するエッチングレートで規格化した比（単位無し）を示し、横軸は、厚み（Å）を示す。また、図９中、菱形印は、シリコン酸化膜を形成した後プラズマ処理を行なわなかった場合のシリコン酸化膜、丸印は、シリコン酸化膜を形成した後プラズマ処理を行なった場合のシリコン酸化膜、三角印は、熱酸化法により成膜したシリコン酸化膜を示す。つまり、三角印は、常に１となる。
【００５５】
図９を参照して、プラズマ処理を行わなかった場合のシリコン酸化膜については、厚みに関わらず、熱酸化法により成膜したシリコン酸化膜の２．５倍程度である。一方、プラズマ処理を行なった場合のシリコン酸化膜については、５００Åまでは熱酸化法により成膜したシリコン酸化膜の２倍程度となる。
【００５６】
以上より、このようなシリコン酸化膜の成膜方法によると、３００℃以下、具体的には２２０℃程度の低温においても、絶縁性の高いシリコン酸化膜を成膜することができる。そうすると、被処理基板に既に形成された低融点の物質の溶融等の問題を回避することができる。したがって、例えば、有機ＥＬデバイスへの適用等、高い絶縁性および低温での成膜が要求される場合に適用することができる。
【００５７】
また、このような半導体装置の製造方法によると、半導体装置において高い絶縁性を有するシリコン酸化膜を低温で成膜することができる。そうすると、低融点の物質による積層工程等の後に、シリコン酸化膜を成膜することができる。このように、製造工程の順序の制約による問題を回避することができる。
【００５８】
この場合、同一の処理容器内で供給するガスを切替えて、シリコン酸化膜を形成する工程とプラズマ処理を行う工程とを一連で行なうことができる。このように、シリコン酸化膜を形成する工程とプラズマ処理を行う工程とを一連で行なうことは、製造工程におけるスループットコスト等の観点からみても非常に有利である。
【００５９】
なお、上記の実施の形態においては、同じ処理容器内でシリコン酸化膜を形成し、プラズマ処理を行うこととしたが、これに限らず、シリコン酸化膜を形成する工程と、プラズマ処理を行う工程とを異なる処理容器において行うこととしてもよい。
【００６０】
また、プラズマ処理を行う工程に引き続いて、再びシリコン酸化膜を形成する工程を行い、さらに再びプラズマ処理を行うこととしてもよい。上記したように、５００Åまでの効果が顕著であるため、シリコン酸化膜を形成する工程とプラズマ処理を行う工程とを繰り返すことにより、厚みの厚いシリコン酸化膜においても、例えば、５００Åよりも厚いシリコン酸化膜についても、高い絶縁性を有する膜とすることができる。
【００６１】
なお、上記の実施の形態においては、シリコン酸化膜を形成する工程に引き続いてプラズマ処理を行うこととしたが、これに限らず、シリコン酸化膜を形成する工程とプラズマ処理を行う工程の間に別工程、例えば、他のプラズマ処理を行なうこととしてもよい。すなわち、シリコン酸化膜を形成する工程と、プラズマ処理を行う工程とを連続して行なわなくてもよい。
【００６２】
また、上記の実施の形態において、処理容器内に供給する希ガスとして、アルゴン（Ａｒ）ガスの他、キセノン（Ｘｅ）ガス、クリプトン（Ｋｒ）ガス等を供給してもよい。さらに、これら複数種類の希ガスを用いてもよい。また、酸化性ガスは、酸素の他に、酸素元素を含むガスとしてオゾンガスや一酸化炭素ガス等を用いてもよい。さらにこれら複数種類の酸化性ガスを用いてもよい。このとき処理容器内に供給される酸素原子の個数がＳｉ原子数との関係で所定値となるように決定する。有効流量比（酸化性ガス／シリコン化合物ガス）は以下に示される。酸化性ガスの有効流量は、以下の式（式１）で与えられる。
【００６３】
（酸化性ガスの流量）×（酸化性ガス１分子中に含まれる酸素原子の数）／２…（式１）
シリコン化合物ガス中の有効流量は、以下の式（式２）で与えられる。
（シリコン化合物ガスの流量）×（シリコン化合物ガス１分子中に含まれるＳｉ原子の数）…（式２）
有効流量比は、（式１）を（式２）で割った式（式３）で与えられる。
（（酸化性ガスの流量）×（酸化性ガス１分子中に含まれる酸素原子の数）／２）／（（シリコン化合物ガスの流量）×（シリコン化合物ガス１分子中に含まれるＳｉ原子の数））…（式３）
例えば、オゾンガスを酸化性ガスとして用いる場合、シリコン化合物の流量が一定であるとき、所定の有効流量比を得るには、オゾンガスの有効流量は酸素ガスの有効流量の１．５倍であるから、酸素ガスを用いる場合に比べて、３分の２倍の流量が適当である。
【００６４】
なお、上記の実施の形態においては、プラズマ処理を行う場合において、アルゴンガスの分圧比を９７％としたが、これに限らず、他のプロセス条件等も考慮して、アルゴンガスの分圧比を９７％以上とすることにしてもよい。
【００６５】
なお、上記の実施の形態においては、マイクロ波をプラズマ源とするプラズマ処理装置であったが、これに限らず、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ−ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）やＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏａｎｎｃｅ）プラズマ、平行平板型プラズマ等をプラズマ源とするプラズマ処理装置についても適用される。
【００６６】
また、上記の実施の形態においては、シリコン酸化膜を形成する際に、マイクロ波を用いたプラズマＣＶＤにより形成することとしたが、これに限らず、他の方法によってシリコン酸化膜を形成することとしてもよい。
【００６７】
なお、上記の実施の形態においては、ＭＯＳトランジスタにおけるゲート酸化膜を形成する際に上記したシリコン酸化膜の成膜方法を適用することとしたが、ＭＯＳトランジスタにおける他の絶縁層、例えば、層間絶縁膜やゲート側壁部の形成に適用してもよい。さらに、素子分離領域においてトレンチを形成し、穴埋め絶縁膜によりトレンチを埋める前にトレンチの表面に形成されるライナー膜を形成する場合にも適用される。
【００６８】
また、上記の実施の形態においては、半導体装置としてＭＯＳトランジスタを用いた例について説明したが、これに限らず、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）やフラッシュメモリ等の半導体素子を含む半導体装置を製造する際にも適用される。具体的には、フラッシュメモリにおいて、フローティングゲートとコントロールゲートとの間に配置されるゲート酸化膜やフローティングゲートの下層に配置されるゲート酸化膜、コントロールゲートの上層に配置されるゲート酸化膜を形成する際に、上記したシリコン酸化膜の成膜方法を用いて成膜することとしてもよい。
【００６９】
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
この発明に係るシリコン酸化膜の成膜方法、シリコン酸化膜、半導体装置および半導体装置の製造方法は、高い絶縁性および低温における成膜が要求される場合に、有効に利用される。
【符号の説明】
【００７１】
１１  ＭＯＳトランジスタ、１２  シリコン基板、１３  素子分離領域、１４ａ  ｐ型ウェル、１４ｂ  ｎ型ウェル、１５ａ  高濃度ｎ型不純物拡散領域、１５ｂ  高濃度ｐ型不純物拡散領域、１６ａ  ｎ型不純物拡散領域、１６ｂ  ｐ型不純物拡散領域、１７  ゲート酸化膜、１８  ゲート電極、１９  ゲート側壁部、２１  層間絶縁膜、２２  コンタクトホール、２３  穴埋め電極、２４  メタル配線層、３１  プラズマ処理装置、３２  処理容器、３３，６１，６２  反応ガス供給部、３４  保持台、３５  マイクロ波発生器、３６  誘電体板、３７  底部、３８  側壁、３９  排気孔、４０ａ，４０ｂ  Ｏリング、４１  マッチング、４２  モード変換器、４３  導波管、４４  同軸導波管、４５，６７  供給孔、４６  収容部、４７  凹部、４８  遅波板、４９  スロット穴、５０  スロット板、５１，５２  筒状支持部、５３  排気路、５４  ガス供給系、５５  排気管、５６  排気装置、６３  下面、６４  壁面、６５  環状部、６６  支持部。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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