(57)【要約】【課題】  高温加熱によらない方法で、高い信頼性を有する絶縁膜を形成する方法及び装置を提供する。【解決手段】  被処理基体表面に露出する被処理物をプラズマ酸化法により酸化処理し半導体素子の絶縁膜を形成する工程において、少なくともＨ2ＯとＨ2以外の水素原子を含むガスと、Ｈ２Ｏ以外の酸素原子を含むガスとを用いてプラズマ処理を行う。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基体表面に露出する被処理物をプラズマ酸化法により酸化処理し半導体素子の絶縁膜を形成する工程において、少なくともＨ2ＯとＨ2以外の水素原子を含むガスと、Ｈ２Ｏ以外の酸素原子を含むガスとを用いてプラズマ処理を行うことを特徴とする絶縁膜の形成方法。
【請求項２】
前記Ｈ２ＯとＨ2以外の水素原子を含むガスは、ＮＨ3、ＣＨ４、ＨＣｌ、ＨＢｒ、及びＨＩのうちのいずれかであり、Ｈ２Ｏ以外の酸素原子を含むガスは、Ｏ2、Ｏ3、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、ＣＯ、及びＣＯ２のうちのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の絶縁膜の形成方法。
【請求項３】
前記プラズマ処理は、前記被処理基体を支持台の上に載置して行い、当該支持台の温度が６００℃以下に維持されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の絶縁膜の形成方法。
【請求項４】
前記酸化処理における前記被処理基体表面に露出する被処理物は、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、シリコンカーバイド、及びシリコンゲルマニウムのうちのいずれかであることを特徴とする請求項１乃至３のうちのいずれか一項に記載の絶縁膜の形成方法。
【請求項５】
前記プラズマ処理におけるプラズマ源は、表面波プラズマであることを特徴とする請求項１乃至４のうちのいずれか一項に記載の絶縁膜の形成方法。
【請求項６】
被処理基体表面に露出する被処理物をプラズマ酸化手段により酸化処理し半導体素子の絶縁膜を形成する絶縁膜の形成装置において、少なくともＨ2ＯとＨ2以外の水素原子を含むガスと、Ｈ２Ｏ以外の酸素原子を含むガスとを用いてプラズマ処理を行う手段を有することを特徴とする絶縁膜の形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造プロセスに係わり、特にプラズマ処理によるウエハ表面の酸化膜を形成する絶縁膜の形成方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型半導体装置のゲート絶縁膜として用いられてきた二酸化シリコン膜は、シリコン基板を乾燥酸素又は水蒸気などの酸化雰囲気下で、１０００℃前後の高温に加熱して酸化させる熱酸化法によって形成されてきた。しかしながら、このような方法では基板内に既に形成されていた不純物層が熱により再拡散を生じてしまい、微細化の妨げとなる問題を有していた。このため、より低温でシリコンを酸化する事が可能なプラズマ酸化法が注目されている。プラズマ酸化法では酸化性の反応ガスを高周波電界により励起することでプラズマ化し、活性なラジカルを大量に発生する。前記ラジカルは低温でもシリコンと容易に反応し高速に酸化することが可能であり、次世代半導体素子用の酸化膜形成技術の一つと目されている。
【０００３】
プラズマ酸化に用いられる反応ガスとしては、従来の熱酸化同様Ｏ2ガスや、或いはそれらをＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｎ２等の希ガスや不活性ガスで希釈した混合ガスが一般的に用いられる。またＯ2とＨ2との混合ガス、或いはＨ2Ｏとの混合ガスなどを用いることでヒドロキシラジカル（以下ＯＨラジカル）を発生することが可能である。ＯＨラジカルは、Ｏ2プラズマ中で生じ得る酸素原子等の中性酸素ラジカルや、スーパーオキシドアニオンラジカル（・O2−）といった活性種等よりも酸化還元電位が高く、強い酸化性を有している為、低温においても大変高速なシリコン酸化処理を行うことが可能である。また、上記のガスに含まれている水素原子は、プラズマ中の高速なイオン衝撃に晒されて酸化膜中に生じたシリコンのダングリングボンドを終端する働きをもつ。このため、Ｏ２ガスによって形成された酸化膜に比べて欠陥密度が低く、リーク電流を低く抑えるとともに、微小リーク電流ストレスによる経時変化の少ない、高品質な酸化膜を形成することができ、例えばフラッシュメモリのトンネル酸化膜等に好適な酸化膜として用いることができる。
【特許文献１】特開平７−６６１９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図４はＯ2とＨ2との混合ガスを用いてシリコン基板のプラズマ酸化を行った場合のＨ2濃度に対する酸化膜厚の一例を示したものである。図からも分かるようにＨ2濃度が高いほど得られる酸化膜厚が厚くなっており、ＯＨラジカルの生成量が増加した為と考えられる。しかしながら、Ｈ2は可燃性のガスであり、Ｏ2との混合気体は爆発性を有している。このため安全に扱う為にＡｒやＮ２といった不活性ガスにより防爆限界の下限である４％以下の低濃度に希釈された所謂フォーミングガスを用いるのが一般的である。このため十分な濃度のＨ２を反応室に供給し、ＯＨラジカルを大量に発生させるのが困難であった。
【０００５】
一方、Ｈ２ＯをＮ２バブリングや加熱気化させて反応ガスとして用いた場合、Ｈ２Ｏがプラズマによって解離してＯＨラジカルを生成することが可能な為、上述のような爆発の危険性を避けて大量のＯＨラジカルを供給することが可能ではある。しかしながら、上記方法によってガス化したガスは、一般的なドライガスに比べて流量を安定に制御して供給することが難しい。また、常に一定の純度のＨ２Ｏを供給するのも難しい上、仮に高純度のＨ２Ｏが供給できたとしても、配管を構成する金属が微量にＨ２Ｏに溶解して含有される為、金属汚染を引き起こす虞がある。このため、膜中の汚染物質に対し非常にデリケートである半導体素子のゲート絶縁膜形成用のプロセスガスとしては不向きであった。
【０００６】
そこで、本発明は、プラズマによってシリコンを酸化してシリコン酸化膜を形成する方法であって、清浄かつ安全にＯＨラジカルを大量に生成することで、高い信頼性を有する絶縁膜を高速に形成する絶縁膜の形成方法及び装置を提供することを例示的な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面としての絶縁膜の形成方法は、被処理基体表面に露出する被処理物をプラズマ酸化法により酸化処理し半導体素子の絶縁膜を形成する工程において、少なくともＨ2ＯとＨ2以外の水素原子を含むガスと、Ｈ２Ｏ以外の酸素原子を含むガスとを用いてプラズマ処理を行うことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明では、前記絶縁膜の形成方法において、前記Ｈ2ＯとＨ2以外の水素原子を含むガスは、ＮＨ3、ＣＨ４、ＨＣｌ、ＨＢｒ、及びＨＩのうちのいずれかであり、Ｈ２Ｏ以外の酸素原子を含むガスは、Ｏ2、Ｏ3、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、ＣＯ、及びＣＯ２のうちのいずれかであることを特徴としてもよい。
【０００９】
また、本発明では、前記プラズマ処理は、前記被処理基体を支持台の上に載置して行い、当該支持台の温度が６００℃以下に維持されていることを特徴としてもよく、前記酸化処理における前記被処理基体表面に露出する被処理物は、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、シリコンカーバイド、及びシリコンゲルマニウムのうちのいずれかであることを特徴としてもよく、前記プラズマ処理におけるプラズマ源は、表面波プラズマであることを特徴とすることもできる。
【００１０】
また、本発明は、被処理基体表面に露出する被処理物をプラズマ酸化手段により酸化処理し半導体素子の絶縁膜を形成する絶縁膜の形成装置において、少なくともＨ2ＯとＨ2以外の水素原子を含むガスと、Ｈ２Ｏ以外の酸素原子を含むガスとを用いてプラズマ処理を行う手段を有することを特徴としてもよい。
【００１１】
かかる絶縁膜の形成装置においても、本発明では、前記Ｈ2ＯとＨ2以外の水素原子を含むガスは、ＮＨ3、ＣＨ４、ＨＣｌ、ＨＢｒ、及びＨＩのうちのいずれかであり、Ｈ２Ｏ以外の酸素原子を含むガスは、Ｏ2、Ｏ3、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、ＣＯ、及びＣＯ２のうちのいずれかであることを特徴としてもよく、前記プラズマ処理は、前記被処理基体を支持台の上に載置して行い、当該支持台の温度が６００℃以下に維持されていることを特徴としてもよく、前記酸化処理における前記被処理基体表面に露出する被処理物は、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、シリコンカーバイド、及びシリコンゲルマニウムのうちのいずれかであることを特徴としてもよく、前記プラズマ処理におけるプラズマ源は、表面波プラズマであることを特徴とすることができる。
【００１２】
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、高温加熱によらない方法で、高い信頼性を有する絶縁膜を高速に形成する絶縁膜の形成方法及び装置を提供することができる。より具体的には、高い絶縁耐性、低リーク電流特性を有する高品質の絶縁膜を提供することができる。本発明により形成されるシリコン酸化膜は、ＭＯＳトランジスタゲート絶縁膜、或いはフラッシュメモリのゲート絶縁膜として使用することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態としてのプラズマ処理装置（以下、単に、「処理装置」という。）１００を添付図面を参照して詳細に説明する。ここで、図１は、処理装置１００の概略断面図である。処理装置１００は、同図に示すように、図示しないマイクロ波発生源又は高周波源に接続され、真空容器（又はプラズマ処理室）１０１、被処理基体１０２、支持台（又は載置台）１０３、温調部１０４、ガス導入部１０５、圧力調節機構１０６、誘電体窓又は高周波透過手段１０７、及びマイクロ波供給手段又は高周波電力供給手段１０８を有し、被処理基体１０２に対してプラズマ処理を施す。
【００１５】
マイクロ波発生源は、例えば、マグネトロンからなり、例えば、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生する。但し、本発明は、０．８ＧＨｚ乃至２０ＧＨｚの範囲からマイクロ波周波数を適宜選択することができる。マイクロ波は、その後、図示しないモード変換器によりＴＭ、ＴＥモードなどに変換されて導波管を伝搬する。マイクロ波の導波経路には、アイソレーターやインピーダンス整合器などが設けられる。アイソレーターは、反射されたマイクロ波がマイクロ波発生源に戻ることを防止し、そのような反射波を吸収する。インピーダンス整合器は、マイクロ波発生源から負荷に供給される進行波と負荷により反射されてマイクロ波発生源に戻ろうとする反射波のそれぞれの強度と位相を検知するパワーメータを有し、マイクロ波発生源と負荷側とのマッチングをとる機能を果たすものであって、４Ｅチューナ、ＥＨチューナやスタブチューナ等から構成される。
【００１６】
プラズマ処理室１０１は、被処理基体１０２を収納して真空又は減圧環境下で被処理基体１０２にプラズマ処理を施す真空容器である。なお、図１においては、被処理基体１０２を図示しないロードロック室との間で受け渡すためのゲートバルブなどは図示が省略されている。
【００１７】
被処理基体１０２は、本実施形態ではシリコン基板である。但し、本発明に適用可能な被処理基体１０２は、その表面に少なくとも単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、シリコンカーバイド、シリコンゲルマニウムのうちから選ばれる被処理物が形成されているものであれば半導体であっても、導電性のものであっても、あるいは電気絶縁性のものであってもよい。導電性基体としては、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｍｏ，Ａｕ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｖ，Ｔｉ，Ｐｔ，Ｐｂなどの金属又はこれらの合金、例えば真鍮、ステンレス鋼などが挙げられる。絶縁性基体としては、ＳｉＯ２系の石英や各種ガラス、Ｓｉ３Ｎ４，ＮａＣｌ，ＫＣｌ，ＬｉＦ，ＣａＦ２，ＢａＦ２，Ａｌ２Ｏ３，ＡｌＮ、ＭｇＯなどの無機物、ポリエチレン，ポリエステル，ポリカーボネート，セルロースアセテート，ポリプロピレン，ポリ塩化ビニル，ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリイミドなどの有機物のフィルム、などが挙げられる。
【００１８】
被処理基体１０２は、支持台１０３に載置される。必要があれば、支持台１０３は高さ調節が可能に構成されてもよい。支持台１０３は、プラズマ処理室１０１に収納され、被処理基体１０２を支持する。
【００１９】
温調部１０４は、ヒータなどから構成され、例えば、６００℃以下、好ましくは、例えば、２００℃以上４００℃以下の処理に適した温度に制御される。温調部１０４は、例えば、支持台１０３の温度を測定する温度計と、温度計が測定した温度が所定の温度になるように、例えば、温調部としてのヒータ線への図示しない電源からの通電を制御する制御部とを有する。
【００２０】
６００℃以下としたのは、高温であると基板中に既に形成された不純物の拡散を促進して微細化を阻害するからである。
【００２１】
ガス導入部１０５は、プラズマ処理室１０１の上部に設けられ、プラズマ処理用のガスをプラズマ処理室１０１に供給する。ガス導入部１０５は、ガス供給手段の一部であり、ガス供給手段は、ガス供給源と、バルブと、マスフローコントローラと、これらを接続するガス導入管を含み、マイクロ波により励起されて所定のプラズマを得るための処理ガスや放電ガスを供給する。ガス導入部１０５は、例えば、処理ガスを導入する導入部と不活性ガスを導入する導入部に分けて、これらの導入部を別々の位置に配置してもよい。
【００２２】
被処理基体１０２を酸化表面処理する酸化性ガスとしては、少なくともＯ２、Ｏ３、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２から選ばれる酸素原子を有するガスと、少なくとも、ＮＨ3、ＣＨ４、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＨＩから選ばれる水素原子を有するガスとからなる。かかる処理ガスは、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｎ２のうち少なくとも一種類以上の気体で希釈した混合気体から構成されてもよい。とくにＨｅ、Ａｒ等の希ガスは電離しやすい為、プラズマを迅速に安定着火させる効果を有しているとともに、反応性がないので被処理基体１０２に悪影響を与える虞が無い。
【００２３】
圧力調節機構１０６は、プラズマ処理室１０１の下部又は底部に設けられ、圧力調整弁１０６ａ、図示しない圧力計、真空ポンプ１０６ｂ及び図示しない制御部と共に圧力調節機構を構成する。図示しない制御部は、真空ポンプ１０６ｂを運転しながら、プラズマ処理室１０１の圧力を検出する圧力計が所定の値になるように、プラズマ処理室１０１の圧力を弁の開き具合で調整する圧力調整弁１０６ａ（例えば、ＶＡＴ製の圧力調整機能付きゲートバルブやＭＫＳ製排気スロットバルブ）を制御することによって調節する。この結果、圧力処理装置１００は、圧力調節機構１０６を介して、プラズマ処理室１０１の内部圧力を処理に適した圧力に制御する。
【００２４】
真空ポンプ１０６ｂは、例えば、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）により構成され、図示しないコンダクタンスバルブなどの圧力調整バルブを介してプラズマ処理室１０１に接続されている。
【００２５】
誘電体窓１０７は、マイクロ波発生源から供給されるマイクロ波をプラズマ処理室１０１に透過すると共にプラズマ処理室１０１の隔壁として機能する。
【００２６】
スロット付平板状マイクロ波供給手段１０８は、マイクロ波を誘電体窓１０７を介してプラズマ処理室１０１に導入する機能を有し、スロット付無終端環状導波管でも、同軸導入平板マルチスロットアンテナでも、マイクロ波を平板状に供給できるものであれば適用可能である。本発明のマイクロ波プラズマ処理装置１００に用いられる平板状マイクロ波供給手段１０８の材質は、導電体であれば使用可能であるが、マイクロ波の伝搬ロスをできるだけ抑えるため、導電率の高いＡｌ、Ｃｕ、 Ａｇ／ＣｕメッキしたＳＵＳなどが最適である。
【００２７】
例えば、スロット付平板状マイクロ波供給手段１０８がスロット付無終端環状導波管である場合、冷却水路とスロットアンテナが設けられている。スロットアンテナは誘電体窓１０７表面の真空側に干渉による表面定在波を形成する。スロットアンテナは、例えば、半径方向のスロット、円周方向に沿ったスロット、略Ｔ字形状の同心円状又は螺旋状に配置された多数のスロット、又は、Ｖの字形状の一対のスロットを４対有する金属製の円板である。なお、被処理基体１０２面内において、ばらつきのない均一な処理を全面に渡って行うためには、被処理基体１０２上において面内均一性の良好な活性種が供給されることが重要である。スロットアンテナは少なくとも一本以上のスロットを配置することで、大面積に渡ってプラズマを生成させることが可能となり、プラズマ強度・均一性の制御も容易になる。
【００２８】
以下、処理装置１００による酸化膜（絶縁膜）の形成動作について説明する。まず公知のＲＣＡ及び、希フッ酸洗浄法により表面を清浄化した被処理基体１０２が支持台１０３に搭載される。次に、圧力調節機構１０６を介してプラズマ処理室１０１内を真空排気する。続いて、ガス供給手段の図示しないバルブが開口され、マスフローコントローラを介して処理ガスが所定の流量でガス導入部１０５からプラズマ処理室１０１に導入される。次に、圧力調整弁１０６ａを調整してプラズマ処理室１０１内を所定の圧力に保持する。また、マイクロ波発生源よりマイクロ波を、マイクロ波供給手段、誘電体窓１０７を介してプラズマ処理室１０１に供給し、プラズマ処理室１０１内でプラズマを発生させる。マイクロ波供給手段１０８内に導入されたマイクロ波は、自由空間よりも長い管内波長をもって伝搬し、スロットから誘電体窓１０７を介してプラズマ処理室１０１に導入され、誘電体窓１０７の表面を表面波として伝搬する。この表面波は、隣接するスロット間で干渉し、表面定在波を形成する。この表面定在波の電界により高密度プラズマを生成する。プラズマ生成域の電子密度が高いので処理ガスを効率良く解離できる。また、電界が誘電体近傍に局在するので、電子温度はプラズマ生成域から離れると急速に低下するため、デバイスへのダメージも抑制できる。プラズマ中の活性種は、被処理基体１０２近辺に拡散等で輸送され、被処理基体１０２の表面に到達する。
【００２９】
本実施形態において、上記プラズマ中では酸素イオンや中性酸素ラジカルといった活性種の他、最も酸化力の高い活性酸素であるＯＨラジカルを容易に発生することが可能であり、６００℃以下の低温においても被処理基体１０２表面を高速に酸化する。またプラズマによって解離され被処理基体１０２表面に到達した水素原子は酸化膜中を容易に拡散し、シリコンのダングリングボンドを終端するため、プラズマ処理中にイオンの衝撃に晒されて生じた膜中の欠陥を低減することで界面準位や固定電荷の少ない高品質な絶縁膜を得ることが可能となる。
【００３０】
以上のようにして形成されたシリコン酸化膜は、ＭＩＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のゲート絶縁膜、或いはフラッシュメモリのゲート絶縁膜として用いるのに好適である。
【００３１】
以下、マイクロ波プラズマ処理装置１００の具体的な適用例を説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００３２】
処理装置１００の一例として、図２に示すマイクロ波プラズマ処理装置１００Ａを使用し、半導体素子のゲート絶縁膜の形成を行った。処理装置１００Ａはマイクロ波による表面波干渉プラズマを励起可能である。１０８Ａは、マイクロ波を誘電体窓１０７を介してプラズマ処理室１０１Ａに導入するためのスロット付無終端環状導波管（マイクロ波供給手段）である。なお、図２において、図１と同一部材は同一の参照符号を有し、対応する部材の変形例又は具体例には同一の参照符号にアルファベットを付している。
【００３３】
スロット付無終端環状導波管１０８Ａは、ＴＥ１０モードで、内壁断面の寸法が２７ｍｍ×９６ｍｍ（管内波長１５８．８ｍｍ）、導波管の中心径が１５１．６ｍｍ（一周長は管内波長の３倍）のものを用いた。スロット付無終端環状導波管１０８Ａの材質は、マイクロ波の伝搬損失を抑えるため、すべてアルミニウム合金を用いている。スロット付無終端環状導波管１０８ＡのＨ面には、マイクロ波をプラズマ処理室１０１Ａへ導入するためのスロットが形成されている。スロットは、長さ４０ｍｍ，幅４ｍｍの矩形であり、中心直径が１５１．６ｍｍの位置に、放射状に６０°間隔で６本形成されている。スロット付無終端環状導波管１０８Ａには、４Ｅチューナ、方向性結合器、アイソレーター、及び２．４５ＧＨｚの周波数を持つマイクロ波電源（不図示）が順に接続されている。
【００３４】
被処理基体１０２としては、８インチＰ型単結晶シリコンウエハ（面方位１００、抵抗率１０Ωｃｍ）を使用した。まず、被処理基体１０２をプラズマ処理室１０１へ搬送し、支持台１０３上に設置した。このとき被処理基体１０２をヒータ１０４により４００℃に加熱及び保持した。
【００３５】
次に、処理室１０１Ａ内を真空ポンプで１０−３Ｐａまで十分に真空引きを行った後、Ｏ２ガスを５００ｓｃｃｍ、ＮＨ３ガスを５００ｓｃｃｍの流量でそれぞれ導入し、圧力調整弁１０６ａの開度を調整し、処理室１０１Ａ内の圧力を４００Ｐａに保持した。その後２．４５ＧＨｚ、１．５ｋＷのマイクロ波電力をマイクロ波供給手段１０８Ａ及び誘電体窓１０７を介して処理室１０１Ａ内に投入しプラズマＰを発生させた。このとき発生した酸素プラズマをシリコン基板上に１５分間暴露し、シリコン酸化膜へと改質を行った。
【００３６】
以上のようにして形成されたシリコン酸化膜の膜厚をエリプソメーターで測定した結果、１３．７ｎｍの膜厚であることが分かった。また面内均一性は１．４％と良好な結果を得た。
【００３７】
次に、上記処理方法により作成されたシリコン酸化膜を用いてＭＯＳ構造をもつキャパシタを作成し、絶縁膜のＣ−Ｖ、Ｉ−Ｖ特性評価を行った。その結果、フラットバンドシフトがほとんど見られないことが分かった。
【００３８】
また、図３に示すように、リーク電流も熱酸化膜に比べ一桁ほど少なく、緻密で欠陥密度の極めて小さい良質な酸化膜であることが分かった。
【実施例２】
【００３９】
図２に示すマイクロ波プラズマ処理装置１００Ａを使用し、半導体素子のゲート絶縁膜の形成を行った。
【００４０】
被処理基体１０２としては、８インチＰ型単結晶シリコンウエハ（面方位１００、抵抗率１０Ωｃｍ）表面にＰＥＣＶＤ法によって多結晶シリコンを成膜したものを使用した。まず、被処理基体１０２をプラズマ処理室１０１へ搬送し、支持台１０３上に設置した。このとき被処理基体１０２をヒータ１０４により４００℃に加熱及び保持した。
【００４１】
次に、処理室１０１Ａ内を真空ポンプで１０−３Ｐａまで十分に真空引きを行った後、Ｏ２ガスを２００ｓｃｃｍ、ＮＨ３ガスを２００ｓｃｃｍ、Ｈｅガスを６００ｓｃｃｍの流量でそれぞれ導入し、圧力調整弁１０６ａの開度を調整し、処理室１０１Ａ内の圧力を４００Ｐａに保持した。その後２．４５ＧＨｚ、１．５ｋＷのマイクロ波電力をマイクロ波供給手段１０８Ａ及び誘電体窓１０７を介して処理室１０１Ａ内に投入し、プラズマＰを発生させた。このとき発生した酸素プラズマをシリコン基板上に１２分間暴露し、被処理基体１０２上に形成された多結晶シリコンをシリコン酸化膜へと改質させた。
【００４２】
以上のようにして形成されたシリコン酸化膜の膜厚をエリプソメーターで測定した結果1０．２ｎｍの膜厚であることが分かった。また面内均一性は１．９％と良好な結果を得た。
【００４３】
次に、上記処理方法により作成されたシリコン酸化膜を用いてＭＯＳ構造をもつキャパシタを作成し、電気特性評価を行った。その結果、フラットバンドシフトがほとんど見られない膜中電荷の少ない良質な酸化膜であることが分かった。
【実施例３】
【００４４】
図２に示すマイクロ波プラズマ処理装置１００Ａを使用し、ＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）のコーナー部丸め酸化を行った。
【００４５】
被処理基体１０２としては８インチＰ型単結晶シリコンウエハ（面方位１００、抵抗率１０Ωｃｍ）を用い、Ｓｉ３Ｎ４によってハードマスクされた後、エッチングされＳＴＩを形成されたものを使用した。まず、被処理基体１０２をプラズマ処理室１０１Ａへ搬送し、支持台１０３上に設置した。このとき被処理基体１０２をヒータ１０４により４００℃に加熱及び保持した。
【００４６】
次に、処理室１０１Ａ内を真空ポンプで１０−３Ｐａまで十分に真空引きを行った後、Ｏ２ガスを１０００ｓｃｃｍ、ＮＨ３ガスを２００ｓｃｃｍ、Ａｒガスを８００ｓｃｃｍの流量でそれぞれ導入し、圧力調整弁１０６ａの開度を調整し、処理室１０１Ａ内の圧力を４００Ｐａに保持した。その後、２．４５ＧＨｚ、１．５ｋＷのマイクロ波電力をマイクロ波供給手段１０８Ａ及び誘電体窓１０７を介して処理室１０１Ａ内に投入し、プラズマＰを発生させた。このとき発生した酸素プラズマをシリコン基板上に１０分間暴露し、ＳＴＩパターン表面に露出した基板シリコン部を酸化させた。以上のようにして丸め酸化を行ったＳＴＩサンプルを比較として、熱酸化によって丸め酸化を行ったサンプルと合わせてＴＥＭにより断面観察を行った。その結果、ＳＴＩのトップコーナー、及びボトムコーナーともに熱酸化処理を行ったサンプルと同様の良好な形状が得られていることが確認された。
【実施例４】
【００４７】
図２に示すマイクロ波プラズマ処理装置１００Ａを使用し、歪みシリコンに用いられるＳｉＧｅの濃縮酸化を行った。
【００４８】
被処理基体１０２としては、８インチＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウエハを用いた。前記被処理基体１０２上にはＧｅが５％ドープされたＳｉＧｅエピタキシー層が形成されている。まず、被処理基体１０２をプラズマ処理室１０１Ａへ搬送し、支持台１０３上に設置した。このとき被処理基体１０２をヒータ１０４により４００℃に加熱及び保持した。
【００４９】
次に、処理室１０１Ａ内を真空ポンプで１０−３Ｐａまで十分に真空引きを行った後、Ｏ２ガスを５００ｓｃｃｍ、ＮＨ３ガスを５００ｓｃｃｍの流量でそれぞれ導入し、圧力調整弁１０６ａの開度を調整し、処理室１０１Ａ内の圧力を４００Ｐａに保持した。その後、２．４５ＧＨｚ、１．５ｋＷのマイクロ波電力をマイクロ波供給手段１０８Ａ及び誘電体窓１０７を介して処理室１０１Ａ内に投入し、プラズマＰを発生させた。このとき発生した酸素プラズマをシリコン基板上に２０分間暴露し、ＳｉＧｅ表面部を酸化させた。以上のようにして酸化を行ったＳＯＩウエハをＲＢＳにより分析した結果、プラズマ酸化により形成された二酸化シリコン層の下に、２０％以上の高濃度のＧｅを有するＳｉＧｅ層が形成されていることが確認された。
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置の概略断面図である。
【図２】本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の概略断面図である
【図３】本発明の実施例で形成された酸化膜と従来の熱酸化膜との電流電圧特性を示す図である。
【図４】プラズマ酸化における水素濃度と酸化膜厚との関係の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１００，１００Ａ：処理装置、１０１，１０１Ａ：プラズマ処理室、１０２：被処理基体、１０３：支持台（載置台）、１０４：温調部（ヒータ）、１０５：ガス導入部、１０６：圧力調節機構、１０７：誘電体窓、１０８：高周波電力供給手段（マイクロ波供給手段）、１０８Ａ：マイクロ波供給手段。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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