(57)【要約】【課題】  高いスループットで膜中のダメージが少なく、高い信頼性を有する絶縁膜を形成する処理方法及び装置を提供する。【解決手段】  プラズマＰにより基体１０２の表面に露出する被処理物を酸化し、酸化膜を形成する処理方法において、プラズマＰ中のイオンを含む酸化種により被処理物を酸化処理し所望範囲の膜厚を有する酸化膜を形成する第一の工程と、プラズマ中のイオンの被処理物への到達量を制御し中性ラジカル種による処理を行う第二の工程とを含んでいる。【選択図】      図１
2006019413.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマにより基体表面に露出する被処理物を酸化し、酸化膜を形成する処理方法において、
プラズマ中のイオンを含む酸化種により被処理物を酸化処理し所望範囲の膜厚を有する酸化膜を形成する第一の工程と、
プラズマ中のイオンの被処理物への到達を制御し中性ラジカル種による処理を行う第二の工程とを含んでなることを特徴とする処理方法。
【請求項２】
前記酸化処理における、第一のステップでは、反応容器内圧力を１５０Ｐａ以下で処理し、第二のステップでは、反応容器内圧力を２５０Ｐａ以上で処理することを特徴とする請求項１に記載の処理方法。
【請求項３】
前記酸化処理における、第一のステップでは、プラズマ源に被処理基体を近接させて処理し、第二のステップでは少なくとも前記第一のステップよりも前記プラズマ源から遠方に被処理基体を離間させて処理することを特徴とする請求項１または２に記載の処理方法。
【請求項４】
前記酸化処理における、第一のステップでは、被処理基体に近接した位置にプラズマ発生部を有するプラズマ源により処理し、第二のステップでは前記プラズマ源からのプラズマ供給を停止し、リモートプラズマを供給する別のプラズマ源により処理することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の処理方法。
【請求項５】
前記酸化処理において、前記第二のステップでは少なくとも前記第一のステップよりも低い電力でプラズマ励起することを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載の処理方法。
【請求項６】
前記酸化処理における、第一のステップでは、被処理基体の設置された支持体にバイアス電圧を印加して処理し、第二のステップでは前記バイアス電圧の印加を停止して処理することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の処理方法。
【請求項７】
前記酸化処理における、第一のステップでは、プラズマ発生部に磁界発生手段による磁界を発生させて処理し、第二のステップでは前記磁界の発生を停止して処理することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の処理方法。
【請求項８】
前記酸化処理では、Ｏ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ、及びＨ２Ｏ２のうち少なくとも一種類以上からなる気体、またはそれらをＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｎ２、及びＨ２のうち少なくとも一種類以上の気体で希釈あるいは該気体を添加した気体を処理ガスとして使用することを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか一項に記載の処理方法。
【請求項９】
前記酸化処理において、前記第二のステップではＨ２により処理することを特徴とする請求項２乃至７のうちいずれか一項に記載の処理方法。
【請求項１０】
前記酸化処理において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９のうちいずれか一項に記載の処理方法。
【請求項１１】
前記プラズマを生成するプラズマ源は表面波プラズマ源であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の処理方法。
【請求項１２】
前記プラズマ源は表面波干渉プラズマ源であることを特徴とする請求項１１に記載の処理方法。
【請求項１３】
プラズマにより基体表面に露出する被処理物を酸化し、酸化膜を形成する処理装置において、
プラズマ中のイオンを含む酸化種により被処理物を酸化処理し所望範囲の膜厚を有する酸化膜を形成する酸化膜形成手段と、
プラズマ中のイオンの被処理物への到達量を制御し中性ラジカル種による処理を行う中性ラジカル種処理手段とを備えることを特徴とする処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般には、処理方法及び装置に係り、特に、プラズマ処理方法及び装置に関する。本発明は、例えば、半導体素子の絶縁膜形成のためのプラズマ処理に好適である。
【背景技術】
【０００２】
従来ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型半導体素子の絶縁膜として用いられてきた二酸化シリコン膜は、高いバンドギャップエネルギや優れた界面特性をもち、高い信頼性を必要とする半導体素子特性を支えてきた。ＭＯＳトランジスタのゲート絶縁膜として用いられる二酸化シリコン膜の形成方法としては、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が最も広く用いられていた。  
【０００３】
しかしながら超ＬＳＩの高集積化が進み、絶縁膜の薄膜化が進むにつれて、従来の熱酸化法で形成された酸化膜では絶縁耐圧の低下や、直接トンネル電流によるリーク電流が著しく増加する為、絶縁膜としての性能を維持することが困難となってきた。また、基板に対して熱負荷の高い熱酸化法では、基板中にすでに形成された不純物の再拡散を引き起こすといった問題もある。
【０００４】
そこで、シリコン基板の酸化時に形成される膜中の格子欠陥が一般に乾燥熱酸化膜よりも少なく、また、低温でも酸化が進むイオンや中性ラジカルを含む活性種を酸化反応に用いる方法が注目されている。
【０００５】
活性種の生成方法としては、酸素雰囲気に特定の波長を有するＵＶ光を照射することで生成する方法や、高周波電界を印加することで酸化性ガスをプラズマ化することで解離し生成する方法などがある。  
【０００６】
しかしながら、ＵＶ光により生成される活性種は、大量に生成するのが困難なため、酸化速度が遅くスループットが低いという欠点があった。これに対しプラズマを用いた酸化では、比較的容易に大量の活性種を発生させることが可能であり、高速な酸化速度を得ることができる。しかしながら、プラズマを用いた場合、活性種として中性ラジカル種以外にイオンも同時に生成される。イオンは基板上に形成されるシース電位により高速に加速され基板に入射する。このため基板中の原子結合に対しダメージを与え、ダングリングボンドといった固定電荷の原因となる欠陥を作ることが問題となっていた。また、基板表面上に到達するイオン成分が比較的少ないリモートプラズマなどを用いたダウンフロー酸化の場合、ＵＶ光酸化同様に、基板に到達する中性ラジカル種も減少するため、酸化速度が遅くなり生産性が低いという問題を抱えていた。
【特許文献１】特開２０００−３３２２４５
【特許文献２】特開２００１−１５６０５９
【特許文献３】特開平６−２９２５４
【特許文献４】特開平９−１０６９７７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述の如く、従来の活性種を用いた酸化法では、イオン照射の影響を防ぎつつ基板表面に到達する中性ラジカル密度を維持するのが難しく、このためスループットの低下を招き、熱酸化法に代わる酸化手段とはなりえなかった。
【０００８】
そこで、本発明は上記実情を考慮してなされたものであり、プラズマ酸化法において、高いスループットで膜中のダメージが少なく、高い信頼性を有する絶縁膜を形成する処理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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の処理方法は、次のとおりである。
（１）プラズマにより基体表面に露出する被処理物を酸化し、酸化膜を形成する処理方法において、プラズマ中のイオンを含む酸化種により被処理物を酸化処理し所望範囲の膜厚を有する酸化膜を形成する第一の工程と、プラズマ中のイオンの被処理物への到達量を制御し中性ラジカル種による処理を行う第二の工程とを含んでなることを特徴とする。前記所望範囲の膜厚は３０乃至２００Åが好ましい。
【００１０】
（２）前記酸化処理における、第一のステップでは、反応容器内圧力を低い方の所定圧力以下で処理し、第二のステップでは、反応容器内圧力を高い方の所定圧力以上で処理することを特徴とする。例えば、前記低い方の所定圧力は１５０Ｐａであり、高い方の所定圧力は２５０Ｐａである。
【００１１】
（３）前記酸化処理における、第一のステップでは、プラズマ源に被処理基体を近接させて処理し、第二のステップでは少なくとも前記第一のステップよりも前記プラズマ源から遠方に被処理基体を離間させて処理することを特徴とする。
【００１２】
（４）前記酸化処理における、第一のステップでは、被処理基体に近接した位置にプラズマ発生部を有するプラズマ源により処理し、第二のステップでは前記プラズマ源からのプラズマ供給を停止し、リモートプラズマまたはダウンフロープラズマを供給する別のプラズマ源により処理することを特徴とする。
【００１３】
（５）前記酸化処理において、前記第二のステップでは少なくとも前記第一のステップよりも低い電力でプラズマ励起することを特徴とする。
【００１４】
（６）前記酸化処理における、第一のステップでは、被処理基体の設置された支持体にバイアス電圧を印加して処理し、第二のステップでは前記バイアス電圧の印加を停止して処理することを特徴とする。
【００１５】
（７）前記酸化処理における、第一のステップでは、プラズマ発生部に磁界発生手段による磁界を発生させて処理し、第二のステップでは前記磁界の発生を停止して処理することを特徴とする。
【００１６】
（８）前記酸化処理では、Ｏ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ、及びＨ２Ｏ２のうち少なくとも一種類以上のからなる気体、またはそれらをＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｎ２、及びＨ２のうち少なくとも一種類以上の気体で希釈あるいは該気体を添加した気体を処理ガスとして使用することを特徴とする。
【００１７】
（９）また、本発明の別の側面としての処理方法は、前記酸化処理において、前記第二のステップではＨ２により処理することを特徴とする。
【００１８】
（１０）前記酸化処理において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。
【００１９】
（１１）前記プラズマを生成するプラズマ源は表面波プラズマ源であることを特徴とする。前記プラズマ源は表面波干渉プラズマ源であることを特徴としてもよい。
【００２０】
また、本発明は、プラズマにより基体表面に露出する被処理物を酸化し、酸化膜を形成する処理装置において、プラズマ中のイオンを含む酸化種により被処理物を酸化処理し所望範囲の膜厚を有する酸化膜を形成する酸化膜形成手段と、プラズマ中のイオンの被処理物への到達量を制御し中性ラジカル種による処理を行う中性ラジカル種処理手段とを備えることを特徴としてもよく、上記（２）乃至（１１）のいずれかに記載の特徴を有する処理方法を用いる処理装置であってもよい。
【００２１】
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】
【００２２】
本発明は、酸化の第一のステップにおいてイオンを含む酸化を行うことで極めて高速な酸化処理を行うことができるとともに、酸化の第二のステップとしてプラズマ中のイオンが被処理基体に到達する量を制御し中性ラジカル種による酸化を行うことで第一のステップの酸化中にイオン衝撃により生じた酸化膜中の結合欠陥などを修復することができる。また、第二のステップのプロセスガスに、より終端性の高いＨ２を用いることで、更なる酸化膜の修復性を得ることが可能となる。
【００２３】
よって本発明によれば、高い信頼性を有する絶縁膜を高速に形成することが可能な処理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トランジスタのゲート絶縁膜、或いはフラッシュメモリに用いられるフローティングゲート絶縁膜、或いはコントロールゲート絶縁膜として好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
（実施形態１）
以下、本発明の実施形態１としてのプラズマ処理装置（以下、単に、「処理装置」という。）１００について添付図面の図１乃至図４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、図示しないマイクロ波発生源又は高周波源に接続され、図１に示すように、真空容器（又はプラズマ処理室）１０１、被処理基体１０２、支持体（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。
【００２５】
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（μ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１０９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。
【００２６】
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省略されている。
【００２７】
被処理基体１０２は、支持体１０３に載置される。支持体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。
【００２８】
温調部１０４は、ヒータなどから構成され、例えば、６００℃以下であって、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、支持体１０３の温度を測定する温度計と、該温度計により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。
【００２９】
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１０９により励起されて所定のプラズマＰを得るための処理ガスや放電ガスを供給する。プラズマの迅速な着火のために少なくとも着火時にＸｅやＡｒ、またはＨｅなどの希ガスを添加してもよい。希ガスは、反応性がないので被処理基体１０２に悪影響せず、また、電離しやすいので、マイクロ波投入時のプラズマ着火速度を上昇させることができる。さらに、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とに分けて、これらの導入部を別々の位置に配置してもよい。
【００３０】
被処理基体１０２を酸化表面処理する酸化性ガスとしては、Ｏ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ、Ｈ２Ｏ２、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、またはＮＯ２などが挙げられる。上述したように、かかる処理ガスは、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｎ２、及びＨ２のうち少なくとも一種類以上の気体で希釈或いは該気体を添加した混合気体から構成されてもよい。
【００３１】
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を含んで構成される。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、圧力調節機構１０６を介して、プラズマ処理室１０１は内部圧力が処理に適した圧力に制御される。
【００３２】
イオン性の酸化反応を行う圧力は、好ましくは、１３ｍＰａ乃至１５０Ｐａの範囲、より好ましくは、６６５ｍＰａから１３３．３Ｐａまでの範囲が適当である。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。
【００３３】
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１０９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。
【００３４】
スロット付平板状マイクロ波供給手段１０８は、マイクロ波１０９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１０９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１０９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。
【００３５】
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の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。
【００３６】
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洗浄の終了した被処理基体１０２が支持体１０３に載置される。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、図示しないガス供給手段のバルブが開口され、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１０９を、マイクロ波供給手段１０８、及び誘電体窓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。プラズマ中のイオンや中性ラジカル等の活性種は、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。
【００３７】
本実施形態ではイオン性の酸化処理後に反応容器内の圧力を変えて中性ラジカル処理を行い、同一の処理室１０１においてイオン性の酸化処理と中性ラジカル処理の両方を行う。かかる様子を図２乃至４を参照して説明する。ここで、図２は表面波干渉プラズマ源により生成されたプラズマ中に存在するイオン密度の圧力依存の例であり、図３は、被処理基体近傍のイオン密度と酸化膜厚の関係を示した例であり、図４は、絶縁膜の形成を説明するための概略断面図である。
【００３８】
表面波プラズマでは、マイクロ波導入部である誘電体窓の極近傍にプラズマを生成し、ここから拡散により被処理基体へプラズマを輸送し、被処理基体を処理している。プラズマ中のイオンは、図２に示すように、ガス圧力を２５０Ｐａ以上にするとプラズマ発生部から離れるに従い電子との再結合消滅や拡散長の低下により急速に減少する。一方、ガス圧力を１５０Ｐａ以下にするとイオンの減少は緩やかであるため被処理基体を誘電体窓から数十ｍｍ程度離しても被処理基体には多量のイオンが入射することとなる。
【００３９】
一方、被処理基体近傍のイオン密度と酸化膜厚とは図３に示すようにイオン密度が高いほど同一時間処理で形成される酸化膜厚が厚くなる傾向を示す。このため被処理基体を高速に酸化する場合、被処理基体に入射するイオン密度が高い条件で酸化するほど所望の膜厚を短時間に形成することができる。
【００４０】
次に図４に示すプラズマによって形成された絶縁膜の欠陥の修復について説明する。ここでより具体的には、図４（ａ）は、洗浄終了後の被処理基体１０２の概略断面図である。図４（ｂ）は、イオン性酸化処理後の被処理基体１０２の概略断面図である。図４（ｃ）は、中性ラジカル処理後の被処理基体１０２の概略断面図である。
【００４１】
まず処理室１０１内を１５０Ｐａ以下、より好ましくは１００Ｐａ以下の所定の圧力に制御する。続いて、マイクロ波供給手段１０８より誘電体窓１０７を介してマイクロ波１０９を投入し、プラズマＰを生成する。プラズマ中のイオン密度はプラズマ発生部から離れるに従い減少するが、前述のように１５０Ｐａ以下の圧力においてはプラズマ源で発生したイオンはその密度を比較的保ったまま被処理基体１０２の表面まで輸送される。ここで発生したイオン性の酸素プラズマ１１０を被処理基体１０２に暴露することによって、図４（ｂ）に示すように、被処理基体１０２上にシリコン酸化膜１１１を高速に形成する。このときシリコン酸化膜１１１には、イオンの衝撃によって、界面準位を発生させる欠陥１１４や、空間固定電荷１１５といった電気特性を著しく劣化させる恐れのある欠陥が多く存在する。
【００４２】
次に処理室１０１内を２５０Ｐａ以上、より好ましくは３５０Ｐａ以上の所定の圧力に制御する。続いて、マイクロ波供給手段１０８より誘電体窓１０７を介してマイクロ波１０９を投入し、プラズマＰを生成する。前述のように２５０Ｐａ以上の圧力においてはプラズマ源で発生したイオンはその密度を急速に失い被処理基体１０２表面にはほとんど輸送されず、イオンに比べ長寿命な中性ラジカルのみが到達可能となる。ここで発生した中性ラジカル１１２を被処理基体１０２に暴露することによってシリコン酸化膜１１１に存在していた欠陥を終端、修復し、図４（ｃ）に示すように、被処理基体１０２上にシリコン酸化膜を低欠陥密度のシリコン酸化膜１１３に改質する。
【００４３】
以上のように本実施形態において、被処理基体１０２上に形成されたシリコン酸化膜１１１は高速なイオン衝撃により、シリコン原子と酸素原子との結合が切られ、ダングリングボンドとして存在し電気特性を著しく劣化させてしまう。しかしながらイオン性酸化処理工程後に行われる中性ラジカル処理工程において、基板へのダメージが少なく反応性の高い中性酸素ラジカルがシリコン界面を原子レベルで平坦化すると共に膜中に存在するダングリングボンドを終端することで、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。
【００４４】
上記の実施形態では、イオン性の酸化処理を行うプロセスガスと、続いて中性ラジカル処理を行うプロセスガスとを同一としたが、これらは別であってもよい。その場合イオン性の酸化処理終了後、プロセスガスの導入を停止し、プラズマ処理室を排気手段により十分に排気してから次の酸化処理の反応ガスを導入し、所望の圧力に調整した後に中性ラジカル処理を開始することが好ましい。
（実施形態２）
以下、本発明の実施形態２としての処理装置２００について添付図面を参照して詳細に説明する。ここで、図５は、処理装置２００の概略断面図であり、表面波干渉型プラズマ源を有する。なお、マイクロ波１０９の供給手段、ガス供給手段、圧力調整手段等の構成は実施形態１と同様である。
【００４５】
被処理基体１０２は、プラズマ源に対し遠近移動可能な支持体２０１上に載置される。支持体２０１は、例えばプラズマ発生部との間隔を２０ｍｍ以上２００ｍｍ以下の処理に適した間隔に制御される。
【００４６】
プラズマ中に存在するイオン密度は図２に示したように、特定の圧力条件下ではプラズマ発生部から遠ざかるに従い急激に減少する。このためプラズマ発生部と被処理基体との間隔を支持体２０１により変化させることで、被処理基体上に入射するイオンのフラックスを制御することが可能となり、イオン性の酸化処理と中性ラジカル処理という異なる２つの処理を任意に行うことが可能となる。
【００４７】
以下、処理装置２００による酸化膜の形成動作を説明する。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洗浄の終了した被処理基体１０２が可変支持体２０１に載置され、プラズマ処理中にイオンが被処理基体表面に十分到達可能な所定の位置に支持体２０１の位置を調整する。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、図示しないガス供給手段のバルブが開口され、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１０９を、マイクロ波供給手段１０８、及び誘電体窓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Ｐ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Ｐを生成する。プラズマ中イオン及び中性ラジカル等の活性種は、被処理基体１０２近辺に拡散で輸送され、被処理基体１０２の表面に到達し、被処理基体１０２の表面は、イオンによって高速に酸化されシリコン酸化膜１１１を形成する。
【００４８】
次に支持体２０１は前記設置位置よりもプラズマ源より遠方に移動し、プラズマ中のイオンがほとんど到達しなくなるように制御する。被処理基体１０２にはイオンよりも長寿命な中性ラジカルのみが到達可能となり、イオン性の酸化処理によってシリコン酸化膜１１１に生じた欠陥を修復し、欠陥密度の低いシリコン酸化膜１１３に改質する。
【００４９】
本実施形態において、被処理基体１０２上に形成されたシリコン酸化膜１１３は、前記実施形態１と同様に、極めて膜中に欠陥密度の少ない高品質のシリコン酸化膜である。
上記実施形態で支持体２０１の位置調整によりイオン性の酸化処理と、中性ラジカル処理とを行う際に、真空容器内の圧力を一定とした場合は、好ましくは、１００ｍＰａ乃至７００Ｐａの範囲、より好ましくは、１０Ｐａから１５０Ｐａの範囲が適当である。
【００５０】
上記の実施形態では、イオン性の酸化処理を行うプロセスガスと、続いて中性ラジカル処理を行うプロセスガスとを同一としたが、これらは別であってもよい。その場合、イオン性の酸化処理終了後、プロセスガスの導入を停止し、プラズマ処理室を排気手段により十分に排気してから次の酸化処理の反応ガスを導入し、所望の圧力に調整した後に中性ラジカル処理を開始することが好ましい。
（実施形態３）
以下、本発明の実施形態３としての処理装置３００について添付図面を参照して詳細に説明する。ここで、図６は、処理装置３００の概略断面図である。
【００５１】
処理装置３００は、同図に示すように、高密度プラズマ源３０１、リモートプラズマ源３０２、真空容器（又はプラズマ処理室）１０１、被処理基体１０２、支持体（又は載置台）１０３、温調部１０４、及び圧力調節機構１０６を有し、被処理基体１０２に対してプラズマ処理を施す。
【００５２】
処理装置３００はイオン性の酸化処理を行うためのプラズマ源３０１と中性ラジカル処理を行うための中性ラジカルのみを処理容器１０１に供給するリモートプラズマ源３０２の２つを有しており、それぞれ独立にプラズマ生成が可能である。
【００５３】
以下、処理装置３００による酸化膜の形成動作を説明する。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洗浄の終了した被処理基体１０２が支持体１０３に載置される。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、イオン性の酸化種を生成するためのプラズマ源３０１によりプラズマを生成し、被処理基体１０２に暴露することによってシリコン酸化膜１１１を高速に形成する。所望の膜厚のシリコン酸化膜１１１を形成後、プラズマ源３０１によるプラズマ供給を停止する。続いて、中性ラジカル処理を行うためのプラズマ源３０２によりプラズマを生成し、中性ラジカルのみを被処理基体１０２に暴露することによって、前記イオン性の酸化処理時にシリコン酸化膜１１１中に生じた欠陥を修復し、欠陥密度の低いシリコン酸化膜１１３に改質する。
【００５４】
上記の実施形態において、イオン性の酸化処理を行うためのプラズマ源３０１、及び中性ラジカル処理を行うためのプラズマ源３０２はＣＣＰ、ＩＣＰ、ヘリコン、ＥＣＲ、マイクロ波、表面波等のいかなるプラズマ励起手段についても適用可能であり、それぞれ同一のプラズマ源であっても、別のプラズマ源であってもよい。
【００５５】
上記の実施形態では、イオン性の酸化処理を行う場合に中性ラジカル処理のためのプラズマ源からのプラズマ供給を行っていないが、無論２つのプラズマ源において同時にプラズマ生成を行ってもよい。
（実施形態４）
以下、本発明の実施形態４について説明する。本実施形態に係る処理装置は、プラズマ生成時の高周波電力を変化させることでプラズマ中のイオン密度を制御し、被処理基体１０２に到達するイオンのフラックスを制御するものである。処理装置は前記の実施形態に示したようないかなる処理装置についても適用可能である。
【００５６】
以下、処理装置１００を例にして酸化膜の形成動作を説明する。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洗浄の終了した被処理基体１０２が支持体１０３に載置される。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、図示しないガス供給手段のバルブが開口され、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。さらに図示しないマイクロ波発生源又は高周波源に高密度のイオンを生成可能な所定の電力、例えば１．５乃至３ｋｗ、を投入しマイクロ波を発生させ、マイクロ波供給手段１０８、及び誘電体窓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内で高密度プラズマＰを発生させる。
【００５７】
前記高密度プラズマを被処理基体１０２表面に暴露することによってシリコン酸化膜１１１を高速に形成する。所望の膜厚のシリコン酸化膜１１１を形成後、高密度プラズマ生成時よりも低い電力、例えば０．５乃至１ｋｗをマイクロ波発生源又は高周波源に投入して、前記プラズマよりも低い密度のプラズマを発生させる。前記低密度プラズマを被処理基体１０２の表面に暴露することにより、イオン性の低い中性ラジカル処理が可能となり、シリコン酸化膜１１１を欠陥密度の低いシリコン酸化膜１１３へと改質する。
【００５８】
上記の実施形態では、イオン性の酸化反応と中性ラジカルによる改質処理とをプラズマ生成時の高周波電力の増減により制御しているが、必要であれば処理圧力や基板位置を制御して、被処理基体に対するイオン入射量を制御しても良い。
（実施形態５）
以下、本発明の実施形態５としての処理装置５００について添付図面を参照して詳細に説明する。ここで、図７は、処理装置５００の概略断面図であり、処理装置５００は表面波干渉型プラズマ源を有する。なお、マイクロ波の供給手段、ガス供給手段、圧力調整手段等の構成は実施形態１と同様である。
【００５９】
被処理基体１０２は、バイアス電圧印加手段５０２により任意にバイアス電位を被処理基体１０２に印加することが可能な支持体５０１上に載置される。
【００６０】
以下、処理装置５００による酸化膜の形成動作を説明する。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洗浄の終了した被処理基体１０２が支持体５０１に載置される。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、図示しないガス供給手段のバルブが開口され、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、所定のバイアス電位を支持体５０１に与えた後、マイクロ波発生源よりのマイクロ波１０９を、マイクロ波供給手段１０８、及び誘電体窓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Ｐを発生させる。前記プラズマを被処理基体１０２に暴露することによってシリコン酸化膜１１１を形成する。被処理基体１０２に印加されたバイアス電位は、被処理基体１０２に入射するイオンにエネルギを与えて加速するとともに、膜中の電位勾配により酸化速度を増加させる働きを有する。所望の膜厚のシリコン酸化膜１１１を形成後、支持体１０４に印加したバイアス電圧を切り、高エネルギのイオン入射を停止させ、続いてプラズマ中の中性ラジカルを被処理基体１０２に暴露することによって、前記イオン性の酸化処理時にシリコン酸化膜１１１中に生じた欠陥を修復し、欠陥密度の低いシリコン酸化膜１１３に改質する。
【００６１】
上記の実施形態では、イオン性の酸化反応と中性ラジカルによる改質処理とをバイアス電圧のオン、オフにより制御しているが、必要であれば処理圧力や基板の位置を制御して、被処理基体１０２に対するイオン入射量を制御しても良い。
（実施形態６）
以下、本発明の実施形態６としての処理装置６００について添付図面を参照して詳細に説明する。ここで、図８は、処理装置６００の概略断面図であり、処理装置６００は表面波干渉型プラズマ源を有する。
【００６２】
なお、マイクロ波の供給手段、ガス供給手段、圧力調整手段等の構成は実施形態１と同様である。６０１は磁界発生手段であり、スロットの幅方向に発生する電界に垂直な磁界であればいかなる形状のものについても適用可能である。
【００６３】
以下、処理装置６００による酸化膜の形成動作を説明する。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洗浄の終了した被処理基体１０２が支持体１０３に載置される。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、図示しないガス供給手段のバルブが開口され、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、所定の磁界を電磁石などの磁界発生手段６０１により形成した後、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１０８、及び誘電体窓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Ｐを発生させる。プラズマＰ中の電子は、マイクロ波電界により加速されるとともに、重畳された磁界によりトラップされ、プラズマの解離を促し、所謂マグネトロンプラズマと呼ばれる高密度のプラズマを形成する。前記プラズマを被処理基体１０２に暴露することによってシリコン酸化膜１１１を高速に形成する。所望の膜厚のシリコン酸化膜１１１を形成後、重畳した磁界の発生を停止して、前記プラズマよりも低い密度のプラズマを被処理基体１０２に暴露することによって、前記イオン性の酸化処理時にシリコン酸化膜１１１中に生じた欠陥を修復し、欠陥密度の低いシリコン酸化膜１１３に改質する。
【００６４】
上記の実施形態では、イオン性の酸化反応と中性ラジカルによる改質処理とを磁界発生手段による磁界の有無により制御しているが、必要であれば処理圧力や基板の位置を制御して、被処理基体に対するイオン入射量を制御しても良い。
（実施形態７）
以下、本発明の実施形態７を詳細に説明する。本実施形態におけるプラズマ処理装置は実施形態１と同様の装置を用いる。
【００６５】
以下、酸化膜の形成動作を説明する。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洗浄の終了した被処理基体１０２が支持体１０３に載置される。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、図示しないガス供給手段のバルブが開口され、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。ここで処理ガスとしては例えばＯ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ、Ｈ２Ｏ２のうち少なくとも一種類以上からなる気体、またはそれらをＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｎ２、Ｈ２のうち少なくとも一種類以上の気体で希釈あるいは該気体を添加した気体を処理ガスとして使用可能である。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。続いて、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１０８、及び誘電体窓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Ｐを発生させる。前記プラズマを被処理基体１０２に暴露することによってシリコン酸化膜１１１を形成する。所望の膜厚のシリコン酸化膜１１１を形成後、プラズマ放電及びガス供給を停止させ、排気手段１０６によりプラズマ処理室１０１内を真空排気する。続いて、図示しないガス供給手段のバルブが開口され、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。ここで処理ガスとしてＨ２を用いる。続いて、マイクロ波発生源よりマイクロ波１０９を、マイクロ波供給手段１０８、及び誘電体窓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Ｐを発生させる。
【００６６】
前記プラズマ処理において発生するイオンは、軽元素のＨであるため膜に与えるダメージが少なく、反応性の高いＨラジカルが膜中の欠陥を終端し修復する働きをもつ。前記プラズマを被処理基体１０２に暴露することによってシリコン酸化膜１１１を、欠陥密度の低いシリコン酸化膜１１３に改質する。
【００６７】
上記の実施形態において、プラズマ源として表面波干渉プラズマを用いているが、ＣＣＰ、ＩＣＰ、ヘリコン、ＥＣＲ、マイクロ波、表面波等のいかなるプラズマ励起手段についても適用可能であり、それぞれ同一のプラズマ源であっても、別のプラズマ源であってもよい。
【００６８】
以上のようにして形成された酸化膜は、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素子のフローティングゲート酸化膜或いはコントロールゲート酸化膜として用いるのに好適である。
【００６９】
以下、プラズマ処理装置及び処理方法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】
【００７０】
処理装置１００の一例として、図９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である。なお、図９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。
【００７１】
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、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、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。
【００７２】
被処理基体１０２としては８インチＰ型単結晶シリコン（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、支持体１０３上に設置した。このとき被処理基体１０２を温調部１０４のヒータにより３００℃に加熱及び保持した。
【００７３】
次に、処理室１０１内にＯ２ガス及びＨｅガスをそれぞれ５０ｓｃｃｍ、４５０ｓｃｃｍの流量で導入し、圧力調整機構１０６に設けられた圧力調整弁１０６ａの開度を調整し、処理室１０１内の圧力を６６．６Ｐａ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１０１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被処理基体１０２に３分間暴露し、シリコン酸化膜の形成を行った。このとき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８．１ｎｍの膜厚であることが分かった。
【００７４】
次に、処理室１０１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の流量で導入し、圧力調整弁１０６ａの開度を調整し、処理室１０１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１０８及び誘電体窓１０７を介して処理室１０１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酸化膜上に１分間暴露し、中性ラジカルによるシリコン酸化膜の改質を行った。シリコン酸化膜の改質後の膜厚をエリプソメーターで測定した結果８．１ｎｍの膜厚であり、改質前後での膜厚にはほとんど変化が見られなかった。
【００７５】
次に、上記処理方法により作成されたシリコン酸化膜、及び、上記処理方法におけるイオン性の酸化ステップのみによる酸化を行っ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流−電圧特性評価を行った。その結果、本発明の中性ラジカル処理を追加した酸化膜は、中性ラジカル処理を行わなかった酸化膜に比べてリーク電流が一桁程度少ないことが確認された。
【００７６】
またＴＤＤＢを測定した結果、修復酸化していない場合に比べ、修復酸化を行った場合、破壊時間が約一桁長くなることが確認された。
【実施例２】
【００７７】
処理装置２００の一例として、図１０に示すマイクロ波プラズマ処理装置２００Ａ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２００Ａ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である。また２０１Ａは、プラズマ源に対し遠近移動可能なステージである。なお、図１０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。
【００７８】
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、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。
【００７９】
被処理基体１０２としては８インチＰ型単結晶シリコン（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、ステージ２０１Ａ上に設置し、誘電体窓から７０ｍｍの位置にステージを移動した。また、このとき被処理基体１０２をヒータ１０４により３００℃に加熱及び保持した。
【００８０】
次に、処理室１０１内にＯ２ガス及びＨｅガスをそれぞれ５０ｓｃｃｍ、４５０ｓｃｃｍの流量で導入し、圧力調整機構１０６に設けられた圧力調整弁１０６ａの開度を調整し、処理室１０１内の圧力を６６．６Ｐａ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１０１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被処理基体１０２に３分間暴露し、シリコン酸化膜の形成を行った。このとき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８．１ｎｍの膜厚であることが分かった。
【００８１】
次に被処理基体１０２をプラズマ処理室１０１へ搬送し、ステージ２０１Ａ上に設置し、誘電体窓から１５０ｍｍの位置にステージを移動した。
【００８２】
次に、処理室１０１内を真空ポンプ１０６ｂで１０−３Ｐａまで十分に真空引きを行った後、Ｏ２ガス及びＨｅガスをそれぞれ５０ｓｃｃｍ、４５０ｓｃｃｍの流量で導入し、圧力調整弁１０６ａの開度を調整し、処理室１０１内の圧力を６６．６Ｐａ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１０８及び誘電体窓１０７を介して処理室１０１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酸化膜上に３分間暴露し、中性ラジカルによるシリコン酸化膜の改質を行った。シリコン酸化膜の改質後の膜厚をエリプソメーターで測定した結果８．２ｎｍの膜厚であり、改質前後での膜厚にはほとんど変化が見られなかった。
【００８３】
次に、上記処理方法により作成されたシリコン酸化膜、及び、上記処理方法におけるイオン性の酸化ステップのみによる酸化を行っ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流−電圧特性評価を行った。その結果、本発明の中性ラジカル処理を追加した酸化膜は、中性ラジカル処理を行わなかった酸化膜に比べてリーク電流が一桁程度少ないことが確認された。
【００８４】
またＴＤＤＢを測定した結果、修復酸化していない場合に比べ、修復酸化を行った場合、破壊時間が約一桁長くなることが確認された。
【実施例３】
【００８５】
実施形態７の一例として、図９に示す処理装置１００Ａを使用し、半導体素子のゲート絶縁膜の形成を行った。
【００８６】
被処理基体１０２としては８インチＰ型単結晶シリコン（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、可変支持体１０３上に設置し、誘電体窓１０７から１００ｍｍの距離に制御した。このとき被処理基体１０２を温調部１０４のヒータにより４００℃に加熱及び保持した。
【００８７】
プラズマ装置室内にＯ２ガスを５０ｓｃｃｍ、Ｈｅガスを４５０ｓｃｃｍ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１０１内の圧力を１３３Ｐａに保持した。その後、２．４５ＧＨｚ、２ｋＷ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１０１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被処理基体１０２に１５分間暴露し、シリコン酸化膜の形成を行った。
【００８８】
次に、処理室１０１内を真空ポンプ１０６ｂで１０−３Ｐａまで十分に真空引きを行った後に、Ｈ２ガスを５００ｓｃｃｍの流量で導入し、圧力調整弁１０６ａの開度を調整し、処理室１０１内の圧力を１３３Ｐａに保持した。その後、２．４５ＧＨｚ、２ｋＷ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１０１内に投入しプラズマＰを発生させた。このとき発生した水素プラズマをシリコン酸化膜上に１分間暴露しシリコン酸化膜の改質を行った。
【００８９】
以上のようにして形成された絶縁膜を用いてＭＯＳ構造を持つキャパシタを作成して電気特性の評価を行った。その結果、界面準位密度は９．８×１０１０ｅＶ−１ｃｍ−２程度と良好な結果が得られた。
【００９０】
以上説明したように、本実施例によれば、半導体基板上にイオン性の酸化処理を行った後、中性ラジカルによる修復酸化を行うことで、界面準位や固定電荷といった欠陥の少ない良質なシリコン酸化膜を高速に形成することができ、これらを用いることで高性能なＭＯＳデバイスを提供することができる。
【００９１】
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】
【００９２】
【図１】本発明の実施形態１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】図１に示すマイクロ波プラズマ処理装置を使用したプラズマ密度の圧力、及び距離との関係を示す図である。
【図３】図１に示すマイクロ波プラズマ処理装置を使用したプラズマ密度と酸化膜膜厚との関係を示す図である。
【図４】図１に示すマイクロ波プラズマ処理装置を使用した絶縁膜の形成過程を説明するための概略断面図である。
【図５】本発明の実施形態２に係るプラズマ処理装置の概略断面図である。
【図６】本発明の実施形態３に係るプラズマ処理装置の概略断面図である。
【図７】本発明の実施形態５に係るプラズマ処理装置の概略断面図である。
【図８】本発明の実施形態６に係るプラズマ処理装置の概略断面図である。
【図９】本発明の実施例１に係るプラズマ処理装置の概略断面図である。
【図１０】本発明の実施例２に係るプラズマ処理装置の概略断面図である。
【符号の説明】
【００９３】
１００，１００Ａ〜１００Ｃ：処理装置、１０１，１０１Ａ〜１０１Ｃ：プラズマ処理室、１０２：被処理基体、１０３：支持体（又は載置台）、１０４：温調部、１０５，１０５Ａ，１０５Ｂ：ガス導入部、１０６：圧力調節機構、１０６ａ：圧力調整弁、１０６ｂ：真空ポンプ、１０７：誘電体窓又は高周波透過手段、１０８：マイクロ波供給手段又は高周波電力供給手段、１０８Ａ：スロット付無終端環状導波管、１０９：マイクロ波（μ波）、１１０：イオン性の酸素プラズマ、１１１：シリコン酸化膜、１１２：中性ラジカル、１１３：シリコン酸化膜、１１４：欠陥、１１５：空間固定電荷、２０１：支持体（又は載置台）、３０１：高密度プラズマ源、３０２：リモートプラズマ源、５０１：支持体（又は載置台）、５０２：バイアス電圧印加手段、６０１：磁界発生手段。
【図１】
2006019413.tif 000003
【図２】
2006019413.tif 000004
【図３】
2006019413.tif 000005
【図４】
2006019413.tif 000006
【図５】
2006019413.tif 000007
【図６】
2006019413.tif 000008
【図７】
2006019413.tif 000009
【図８】
2006019413.tif 000010
【図９】
2006019413.tif 000011
【図１０】
2006019413.tif 000012