(57)【要約】【課題】シリコン含有膜の露出面に形成する酸化膜中や、既に基板上に成膜済みの誘電膜中等に水素が混入することを抑制させ、半導体装置の性能を向上させる。【解決手段】  水素ガスより分子サイズの大きい還元性ガスを処理室内に供給し、処理室内に供給された還元性ガスをプラズマ放電して生成した還元性ガスプラズマを基板の表面に供給する還元工程と、酸化性ガスを処理室内に供給し、処理室内に供給された酸化性ガスをプラズマ放電して生成した酸化性ガスプラズマを基板の表面に供給する酸化工程と、を有する。【選択図】図３
2011187749.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属膜及びシリコン含有膜が表面に露出している基板を処理する処理室を備える半導体装置の製造方法であって、
水素ガスより分子サイズの大きい還元性ガスを前記処理室内に供給し、前記処理室内に供給された前記還元性ガスをプラズマ放電して生成した還元性ガスプラズマを前記基板の表面に供給する還元工程と、
酸化性ガスを前記処理室内に供給し、前記処理室内に供給された前記酸化性ガスをプラズマ放電して生成した酸化性ガスプラズマを前記基板の表面に供給する酸化工程と、
を有し、
前記還元工程と前記酸化工程とを重複して実施することで、前記金属膜の酸化を抑制しつつ、前記シリコン含有膜の露出面を選択的に酸化して前記露出面に酸化膜を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
金属膜及びシリコン含有膜が表面に露出している基板を処理する処理室と、
水素ガスより分子サイズの大きい還元性ガスを前記処理室内に供給する還元性ガス供給部と、
酸化性ガスを前記処理室内に供給する酸化性ガス供給部と、
前記処理室内に供給された前記還元性ガスをプラズマ放電して還元性ガスプラズマを生成して前記基板に供給すると共に、前記処理室内に供給された酸化性ガスをプラズマ放電して酸化性ガスプラズマを生成して前記基板に供給するプラズマ生成部と、
前記還元性ガス供給部、前記酸化性ガス供給部、及び前記プラズマ生成部を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、
前記還元性ガスプラズマの前記基板への供給と前記酸化性ガスプラズマの前記基板への供給とを重複して実施することで、前記金属膜の酸化を抑制しつつ、前記シリコン含有膜の露出面を選択的に酸化して前記露出面に酸化膜を形成する
ことを特徴とする基板処理装置。
【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及び基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の積層構造は、シリコン基板などの基板表面に成膜とパターンエッチングとを繰り返すことで製造されている。例えばフラッシュメモリには、基板上に下層からフローティング層等のシリコン含有膜、ゲート電極層等の金属膜が積層され、パターニングされることで積層構造が形成されている。シリコン含有膜や金属膜等の薄膜は、ＣＶＤやスパッタリングなどにより形成されている。また、パターニングは、ドライエッチング工程により薄膜表面を物理的に削ることにより行われている。
【０００３】
上記ドライエッチング工程により、シリコン含有膜の露出面がダメージを受けてしまう。そこで、シリコン含有膜の露出面を酸化することにより酸化膜を形成してダメージを修復する必要がある。しかし、このシリコン含有膜の酸化を行うと、シリコン含有膜だけでなく金属膜までもが酸化されてしまいこの金属膜の抵抗値を増大させてしまう。
【０００４】
このため、半導体装置の製造方法の一工程では、金属膜の酸化を抑制し、シリコン含有膜の露出面を選択的に酸化処理することが要求されている。例えば還元性ガスとして水素と、酸化性ガスとしての酸素と、の混合ガスから生成したプラズマにより、金属膜の酸化を抑制しつつ、シリコン含有膜の露出面を選択的に酸化処理する基板処理方法が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１７７１９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記基板処理方法では、シリコン含有膜の露出面に形成する酸化膜中や、既に基板上に成膜済みの誘電膜中等に水素が混入してしまう場合がある。その場合、上記基板処理方法で製造された半導体装置では、シリコン含有膜の露出面に形成した酸化膜中や、既に基板上に成膜済みの誘電膜中等でリーク電流等生じて電荷保持力が低下するなど半導体装置の性能が劣化してしまうことがあった。
【０００７】
本発明は、シリコン含有膜の露出面に形成する酸化膜中や、既に基板上に成膜済みの誘電膜中等に水素が混入することを抑制させ、半導体装置の性能を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、金属膜及びシリコン含有膜が表面に露出している基板を処理する処理室を備える半導体装置の製造方法であって、水素ガスより分子サイズの大きい還元性ガスを前記処理室内に供給し、前記処理室内に供給された前記還元性ガスをプラズマ放電して生成した還元性ガスプラズマを前記基板の表面に供給する還元工程と、酸化性ガスを前記処理室内に供給し、前記処理室内に供給された前記酸化性ガスをプラズマ放電して生成した酸化性ガスプラズマを前記基板の表面に供給する酸化工程と、を有し、前記還元工程と前記酸化工程とを重複して実施することで、前記金属膜の酸化を抑制しつつ、前記シリコン含有膜の露出面を選択的に酸化して前記露出面に酸化膜を形成する半導体
装置の製造方法が提供される。
【０００９】
本発明の第２の態様によれば、金属膜及びシリコン含有膜が表面に露出している基板を処理する処理室と、水素ガスより分子サイズの大きい還元性ガスを前記処理室内に供給する還元性ガス供給部と、酸化性ガスを前記処理室内に供給する酸化性ガス供給部と、前記処理室内に供給された前記還元性ガスをプラズマ放電して還元性ガスプラズマを生成して前記基板に供給すると共に、前記処理室内に供給された酸化性ガスをプラズマ放電して酸化性ガスプラズマを生成して前記基板に供給するプラズマ生成部と、前記還元性ガス供給部、前記酸化性ガス供給部、及び前記プラズマ生成部を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記還元性ガスプラズマの前記基板への供給と前記酸化性ガスプラズマの前記基板への供給とを重複して実施することで、前記金属膜の酸化を抑制しつつ、前記シリコン含有膜の露出面を選択的に酸化して前記露出面に酸化膜を形成する基板処理装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る半導体装置の製造方法及び基板処理装置によれば、シリコン含有膜の露出面に形成する酸化膜中や、既に基板上に成膜済みの誘電膜中等に水素が混入することを抑制させ、半導体装置の性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る基板処理装置の縦断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る基板処理工程のフロー図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る基板処理工程におけるガス供給及び高周波電力印加のタイミング図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る基板処理工程が実施される前のフラッシュメモリの積層構造を示す断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る基板処理工程が実施された後のフラッシュメモリの積層構造を示す断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る基板処理工程におけるガス供給及び高周波電力印加のタイミング図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係る基板処理工程が実施される前のフラッシュメモリの積層構造を示す断面図である。
【図８】本発明の他の実施形態に係る基板処理工程が実施された後のフラッシュメモリの積層構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜第１の実施形態＞
以下に本発明の第１の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１３】
本発明に係る基板処理装置は、変形マグネトロン型プラズマ源（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ  Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ  Ｔｙｐｅｄ  Ｐｌａｓｍａ  Ｓｏｕｒｃｅ）を用いて基板をプラズマ処理する基板処理炉（以下、ＭＭＴ装置と称する）として構成されている。ＭＭＴ装置は、放電用電極に高周波電力を供給して電界を形成すると共に、磁界を形成してマグネトロン放電を発生させる。これにより、放電用電極から放出された電子がドリフトしながらサイクロイド運動を続けて周回することで長寿命となって電離生成率を高めることができる。従って、ＭＭＴ装置は、高密度プラズマを生成可能である。ＭＭＴ装置は、ガスを励起分解させて基板表面を酸化又は窒化等の拡散処理する等、基板へ各種のプラズマ処理を施すことができる。
【００１４】
（１）基板処理装置の構成
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る基板処理装置の縦断面図である。基板処理装置は、処理容器２０３を備えている。処理容器２０３は、ドーム型の上側容器２１０と碗型の下側容器２１１とを備えている。上側容器２１０は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）又は石英（ＳｉＯ２）等の非金属材料で形成されている。下側容器２１１は、アルミニウム（Ａｌ）で形成されている。上側容器２１０は下側容器２１１の上に被せられる。上側容器２１０と下側容器２１１とで処理室２０１が気密に形成されている。上側容器２１０の外周には、外部環境や他処理炉等の装置に影響を及ぼさないように、電界や磁界を有効に遮蔽する遮蔽板２２３が設けられている。
【００１５】
なお、下側容器２１１の底面には、後述するサセプタ２１７に対して基板としてのウエハ２００を突き上げるウエハ突上げピン２６６が少なくとも３個設けられている。また、下側容器２１１の側壁には、ゲートバルブ２４４が設けられている。ゲートバルブ２４４は、開のときに図示しない搬送機構により処理室２０１内にウエハ２００を搬送可能とし、閉のとき処理室２０１内を気密にすることができる。
【００１６】
（サセプタ）
処理室２０１内の底側中央には、ウエハ２００を保持するサセプタ２１７が配置されている。サセプタ２１７は、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）やセラミックス、又は石英等の非金属材料で形成されている。これにより、後述する基板処理のプラズマ生成時にウエハ２００に対してサセプタ２１７からの金属汚染を低減可能としている。なお、サセプタ２１７は、下側容器２１１と絶縁されている。サセプタ２１７の内部には、ウエハ２００を加熱する加熱機構としてのヒータ（図中省略）が一体的に埋め込まれている。ヒータは、電源部（図中省略）から電力が印加されてウエハ２００を例えば７００℃〜８００℃程度にまで加熱可能である。なお、電源部は、温度センサ（図中省略）が検出した温度情報に基づきヒータへの通電具合がフィードバック制御される。電源部は、コントローラ１２１に接続されている。
【００１７】
また、サセプタ２１７の内部には、インピーダンスを変化させる電極（図中省略）が設けられている。この電極は、インピーダンス可変機構２７４を介してアースに接地されている。インピーダンス可変機構２７４は、コイルや可変コンデンサにより構成されている。インピーダンス可変機構２７４のコイルのパターン数や可変コンデンサの容量値を制御することで、電極及びサセプタ２１７を介してウエハ２００の電位を制御可能である。インピーダンス可変機構２７４は、コントローラ１２１に接続されている。
【００１８】
サセプタ２１７の中央下部には、サセプタ２１７を昇降させるサセプタ昇降機構２６８が設けられている。また、サセプタ２１７の周辺側には、貫通孔２１７ａが少なくとも３個形成されている。貫通孔２１７ａは、ウエハ突き上げピン２６６が貫通可能に構成されている。サセプタ昇降機構２６８によりサセプタ２１７が下降された際に、非接触な状態でウエハ突き上げピン２６６が貫通孔２１７ａを突き抜けるような位置関係となるように構成されている。なお、サセプタ昇降機構２６８は、コントローラ１２１に接続されている。
【００１９】
（プラズマ生成部）
処理容器２０３（上側容器２１０）の外周側には、放電機構として筒状、例えば円筒状に形成された筒状電極２１５が設けられている。筒状電極２１５は、処理室２０１内のプラズマ生成領域２２４を囲んでいる。筒状電極２１５には、インピーダンスの整合を行う整合器２７２を介して高周波電力を印加する高周波電源２７３が接続されている。主に筒状電極２１５、整合機２７２、及び高周波電源２７３によりプラズマ生成部が構成されている。なお、高周波電源２７３は、コントローラ１２１に接続されている。
【００２０】
また、筒状電極２１５の外表面の上下端近傍には、磁界形成機構として筒状、例えば円筒状に形成された上下の筒状磁石２１６が配置されている。筒状磁石２１６は、永久磁石である。上下の筒状磁石２１６、２１６は、処理室２０１の半径方向に沿った両端（内周端と外周端）に磁極を有する。これら上下の筒状磁石２１６、２１６は、磁極の向きが互いに逆向きに設定されている。つまり、これら上下の筒状磁石２１６、２１６は、内周部の磁極同士が異極になっている。これにより、筒状電極２１５の内周面に沿って円筒軸方向に磁力線が形成可能である。
【００２１】
（ガス供給系）
処理室２０１の上部には、シャワーヘッド２３６が設けられている。シャワーヘッド２３６は、キャップ状の蓋体２３３と、ガス導入口２３４と、ガスバッファ室２３７と、ガス開口２３８と、遮蔽プレート２４０と、ガス吹出口２３９とを備えている。ガスバッファ室２３７は、ガス導入口２３４から導入されたガスを分散する分散空間として設けられている。
【００２２】
ガス導入口２３４には、ガス供給管２３２が接続されている。ガス供給管２３２には、還元性ガス供給管２４１ａの下流端、酸化性ガス供給管２４１ｂの下流端がそれぞれ接続されている。このように、処理室２０１内へは複数種類、ここでは、２種類のガスを供給するガス供給路として、２本のガス供給管が設けられている。本実施形態では、還元性ガスとして水素ガスより分子サイズの大きい一酸化炭素ガス（ＣＯガス）を、酸化性ガスとして酸素ガス（Ｏ２ガス）を用いている。なお、還元性ガスは、一酸化炭素ガス（ＣＯガス）の他に一酸化窒素ガス（ＮＯガス）等の亜酸化物ガス、又はこれらの混合ガスでもよい。また、酸化性ガスは、酸素ガス（Ｏ２ガス）の他にオゾンガス（Ｏ３ガス）等の酸素含有ガス、又はこれらの混合ガスでもよい。
【００２３】
還元性ガス供給管２４１ａには、上流方向から順に、ＣＯガスボンベ２５１ａ、流量制御器であるマスフローコントローラ２５１ｂ、及び開閉弁であるバルブ２５１ｃが設けられている。ＣＯガスボンベ２５１ａからのＣＯガスは、マスフローコントローラ２５１ｂ、バルブ２５１ｃを介して還元性ガス供給管２４１ａ内を流れ、ガス供給管２３２内に導入される。ガス供給管２３２内に導入されたＣＯガスは、ガス導入口２３４からシャワーヘッド２３６を介して処理室２０１内に供給される。主に、ＣＯガスボンベ２５１ａ、マスフローコントローラ２５１ｂ、バルブ２５１ｃ、還元性ガス供給管２４１ａ、ガス供給管２３２、シャワーヘッド２３６により還元性ガス供給部２５１が構成される。なお、マスフローコントローラ２５１ｂ及びバルブ２５１ｃは、コントローラ１２１に接続されている。
【００２４】
酸化性ガス供給管２４１ｂには、上流方向から順に、Ｏ２ガスボンベ２５２ａ、流量制御器（流量制御手段）であるマスフローコントローラ２５２ｂ、及び開閉弁であるバルブ２５２ｃが設けられている。Ｏ２ガスボンベ２５２ａからのＯ２ガスは、マスフローコントローラ２５２ｂ、バルブ２５２ｃを介して酸化性ガス供給管２４１ｂ内を流れ、ガス供給管２３２内に導入される。ガス供給管２３２内に導入されたＯ２ガスは、ガス導入口２３４からシャワーヘッド２３６を介して処理室２０１内に供給される。主に、Ｏ２ガスボンベ２５２ａ、マスフローコントローラ２５２ｂ、バルブ２５２ｃ、酸化性ガス供給管２４１ｂ、ガス供給管２３２、シャワーヘッド２３６により酸化性ガス供給部２５２が構成される。なお、マスフローコントローラ２５２ｂ及びバルブ２５２ｃは、コントローラ１２１に接続されている。
【００２５】
（ガス排気系）
下側容器２１１の側壁下部には、ガス排気口２３５が設けられている。ガス排気口２３５には、ガス排気管２３１の上流端が接続されている。ガス排気管２３１には、上流方向
から順に、圧力調整器であるＡＰＣ２４２、開閉弁であるバルブ２４３ｂ、排気装置である真空ポンプ２４６が設けられている。なお、ＡＰＣ２４２は、弁を開閉して処理室２０１内の真空排気・真空排気停止ができ、更に弁開度を調節して圧力調整可能なように構成されている開閉弁である。真空ポンプ２４６を作動させつつ、圧力センサ（図中省略）により検出された圧力に基づいてＡＰＣ２４２の弁の開度を調節することにより、処理室２０１内の圧力が所定の圧力（真空度）となるよう真空排気可能に構成されている。
【００２６】
（制御部）
制御部としてのコントローラ１２１は、信号線Ａを介してＡＰＣ２４２、バルブ２４３ｂ、真空ポンプ２４６を、信号線Ｂを介してサセプタ昇降機構２６８を、信号線Ｃを介してゲートバルブ２４４を、信号線Ｄを介して整合器２７２、高周波電源２７３を、信号線Ｅを介してマスフローコントローラ２５１ｂ，２５２ｂ及びバルブ２５１ｃ，２５２ｃを、さらに図示しない信号線を介してサセプタ２１７に埋め込まれたヒータやインピーダンス可変機構２７４をそれぞれ制御するよう構成されている。
【００２７】
コントローラ１２１は、後述する基板処理工程における還元工程と酸化工程とを重複して実施することにより、金属膜の酸化を抑制しつつ、シリコン含有膜の露出面を選択的に酸化して露出面に酸化膜を形成するよう構成されている。
【００２８】
（２）基板処理工程
次に、上述の基板処理装置の処理炉２０２を用いて、半導体装置の製造工程の一工程として例えばフラッシュメモリの積層構造を選択酸化する基板処理工程について説明する。以下に、本実施形態にかかる基板処理工程を、図２のフロー図及び図３の概要図を参照しつつ具体的に説明する。なお、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ１２１により制御される。
【００２９】
先ず、本実施形態にかかる基板処理工程の説明に先立ち、処理対象の基板としてのウエハ２００の構成について説明する。例えば図４に示すように、フラッシュメモリの積層構造３００は、ウエハ（シリコン基板）２００上にシリコン酸化膜からなるトンネルゲート層３０１と、ポリシリコン膜からなるフローティングゲート層３０２と、ＯＮＯ（酸化膜−窒化膜−酸化膜）構造のＯＮＯインターポリシリコン３０３層と、ポリシリコン膜及びタングステン（Ｗ）等の金属膜３０４ｂの２層構造からなるコントロールゲート電極層３０４と、が順次積層され、ドライエッチング工程によりパターニングされることで構成されている。
【００３０】
なお、ドライエッチング工程を実施することで、ウエハ（シリコン基板）２００表面や、トンネルゲート層３０１、フローティングゲート層３０２、ＯＮＯインターポリシリコン３０３層、コントロールゲート電極層３０４等のシリコン含有膜３０９の露出面には、エッチングダメージ３０５が発生している。そこで、本実施形態にかかる基板処理工程では、ウエハ２００に基板処理を施し、Ｗ等の金属膜３０４ｂの酸化を抑制しつつ、シリコン含有膜３０９の露出面を選択的に酸化して酸化膜３０６を形成することで、エッチングダメージ３０５を修復する。酸化膜３０６が形成された様子を図５に示す。
【００３１】
（ウエハ搬入）
次に、本実施形態にかかる基板処理工程を具体的に説明する。先ず、ウエハ２００は図中省略の搬送機構によって処理室２０１内に搬入され、サセプタ２１７上に載置される（Ｓ１）。具体的に説明すると、サセプタ２１７が基板搬送位置まで下降し、ウエハ突上げピン２６６の先端がサセプタ２１７の貫通孔２１７ａを通過する。このとき、サセプタ２１７表面よりも所定の高さ分だけ突き上げピン２６６が突き出された状態となる。次に、ゲートバルブ２４４を開き、搬送機構によってウエハ２００をウエハ突上げピン２６６の
先端上に載置する。搬送機構が処理室２０１外へ退避したら、ゲートバルブ２４４を閉じる。そして、サセプタ昇降機構２６８によりサセプタ２１７を上昇させることで、サセプタ２１７上面にウエハ２００を載置させ、更にウエハ２００を処理する位置まで上昇させる。
【００３２】
（減圧調整，温度調整）
続いて、処理室２０１内が所定の圧力（真空度）となるように、真空ポンプ２４６によって処理室２０１内を真空排気すると共に、サセプタ２１７内のヒータによってウエハ２００を加熱する（Ｓ２）。この際、処理室２０１内の圧力は、圧力センサ（図中省略）により測定される。この測定された圧力に基づきＡＰＣ２４２がフィードバック制御されて処理室２０１の圧力を例えば０．１〜３００Ｐａの範囲の内、所定の圧力に維持する。また、サセプタ２１７内のヒータ（図中省略）は、温度センサ（図中省略）が検出した温度情報に基づきヒータへの通電具合が電源部（図中省略）によりフィードバック制御され、例えば室温〜１０００℃の範囲の内、所定の処理温度となるようにウエハ２００を加熱する。
【００３３】
（還元性ガス供給開始）
ウエハ２００が処理温度に到達したら、処理室２０１内への還元性ガスの供給を開始する（Ｓ３）。具体的に説明すると、バルブ２５１ｃを開けることで、ＣＯガスボンベ２５１ａからのＣＯガスが、マスフローコントローラ２５１ｂ、バルブ２５１ｃを介して還元性ガス供給管２４１ａを流れ、ガス供給管２３２に導入される。ガス供給管２３２に導入されたＣＯガスは、ガス導入口２３４からシャワーヘッド２３６のガス吹出口２３９を介して処理室２０１内のウエハ２００の表面（処理面）に向けてシャワー状に導入されつつ、ガス排気管２３１から排気される。これにより、後述する酸化工程よりも還元工程を先に開始することで、酸化工程において金属膜３０４ｂが酸化することを抑制させることができる。また、金属膜３０４ｂの自然酸化を抑制させることができる。なお、ＣＯガスのガス流量は、例えば１〜１０００ｓｃｃｍの範囲内である。そして、真空ポンプ２４６、及びＡＰＣ２４２により処理室２０１内の雰囲気圧力を例えば０．１〜３００Ｐａの範囲内に調整する。ＣＯガスの供給は、後述する放電停止，ガス供給停止Ｓ６まで連続して行う。
【００３４】
（プラズマ放電開始）
処理室２０１内の圧力が安定したら、筒状電極２１５に高周波電源２７３から整合器２７２を介して高周波電力を印加し、プラズマ放電を開始させる（Ｓ４）。筒状電極２１５への高周波電力の印加により、処理室２０１内に還元性ガスプラズマであるＣＯガスプラズマが生成される。ＣＯガスプラズマ中には、ＣＯラジカル（ＣＯ＊）等が生成される。そして、生成されたＣＯガスプラズマにより、サセプタ２１７上のウエハ２００の表面にプラズマ処理が施され、金属膜３０４ｂの酸化を抑制させることができる。なお、高周波電力の印加は、例えば１０〜１０００Ｗ程度の範囲内の出力である。また、インピーダンス可変機構２７４を予め所定のインピーダンス値に制御しておく。なお、放電の開始Ｓ４から後述の放電の停止Ｓ６までＣＯガスの雰囲気内で行っている。これにより、放電継続中、ＣＯガスプラズマが生成されているので、金属膜３０４ｂが酸化することを抑制させることができる。
【００３５】
（酸化性ガス供給開始）
プラズマ放電開始から所定時間（例えば５秒）経過後、酸化性ガスの供給を開始する（Ｓ５）。具体的には、バルブ２５２ｃを開けることで、Ｏ２ガスボンベ２５２ａからのＯ２ガスが、マスフローコントローラ２５２ｂ、バルブ２５２ｃを介して酸化性ガス供給管２４１ｂ内を流れ、ガス供給管２３２内に導入される。なお、Ｏ２ガスのガス流量は、例えば１〜１０００ｓｃｃｍの範囲内である。このガス供給管２３２内でＣＯガスとＯ２ガ
スとが混合し、混合ガスとなる。この混合ガスは、ガス導入口２３４からシャワーヘッド２３６のガス吹出口２３９を介して処理室２０１内のウエハ２００の表面（処理面）に向けてシャワー状に導入されつつ、ガス排気管２３１から排気される。
【００３６】
処理室２０１内へのＯ２ガスの導入により、プラズマ生成領域２２４にＣＯガスとＯ２ガスとの混合ガスによる混合ガスプラズマが生成される。そして、生成された混合ガスプラズマにより、サセプタ２１７上のウエハ２００の表面にプラズマ処理が施される。このとき、ＣＯガス及びＯ２ガスの混合ガスはプラズマにより乖離し、ＣＯラジカル（ＣＯ＊）やＯラジカル（Ｏ＊）等が生成される。Ｏラジカル（Ｏ＊）はシリコン含有膜３０９及び金属膜３０４ｂに作用してそれぞれを酸化させる。一方、ＣＯラジカル（ＣＯ＊）は金属膜３０４ｂに対して還元性を持つので酸化された金属膜３０４ｂを効果的に還元させる。結果として金属膜３０４ｂの酸化を抑制しつつ、シリコン含有膜３０９の露出面を選択的に酸化する。これにより、シリコン含有膜３０９の露出面にのみ酸化膜３０６を選択的に形成し、エッチングダメージ３０５が修復される。なお、ＣＯガス供給開始Ｓ３から後述するガス供給停止Ｓ６までが本実施形態の還元工程を構成し、Ｏ２ガス供給開始Ｓ５から後述するガス供給停止Ｓ６までが本実施形態の酸化工程を構成している。
【００３７】
本実施形態では、還元性ガスとして水素ガスを用いていないので、酸化膜３０６中や、既にウエハ２００上に成膜済みの誘電膜中等に水素が混入することを抑制させることができる。また、本実施形態では、還元性ガスとして水素ガスよりも分子サイズの大きい一酸化炭素（ＣＯ）ガスを用いているので、酸化膜３０６中や、既にウエハ２００上に成膜済みの誘電膜中等に還元ガスの成分が拡散し難くなる。従って、酸化膜３０６中や、既にウエハ２００上に成膜済みの誘電膜中等に還元ガスの成分が混入することを抑制させることができる。その結果、リーク電流等を低減させて電荷保持力を高めることができるので、半導体装置の性能を向上させることができる。
【００３８】
なお、処理室２０１内へのＯ２ガスの導入は、プラズマ放電中にＣＯガス雰囲気内で徐々にＯ２ガスの流量を増やすようにする。これにより、還元性を保ちつつ適度な酸化性を持たせることができるので、急激な金属膜３０４ｂの酸化を抑制させることができる。
【００３９】
なお、図３において、ＣＯガスと混合ガス（ＣＯガス＋Ｏ２ガス）との濃度比率を斜め線にして示してある。最終的にＯ２ガスとＣＯガスとの流量比は、例えばＯ２：ＣＯ＝１：２０程度となるよう制御する。一般的にＣＯガスの割合が増えると、還元性が高くなり金属膜３０４ｂへの酸化を一層抑制するので好ましい。しかし、シリコン含有膜３０９の露出面の酸化レートが低下する。従って、酸化レートの低下が許容できる範囲内であれば、ＣＯガスの流量比を下げる（ＣＯの割合を増やす）方が好ましい。
【００４０】
（放電停止，ガス供給停止）
そして、Ｏ２ガスの導入開始から所定時間（例えば６０秒）経過後、高周波電源２７３からの筒状電極２１５への電力供給を停止して放電を停止する。同時に、還元性ガス供給管２４１ａのバルブ２５１ｃを閉じて処理室２０１内へのＣＯガスの供給を停止すると共に、酸化性ガス供給管２４１ｂのバルブ２５２ｃを閉じて処理室２０１内へのＯ２ガスの供給を停止する（Ｓ６）。なお、上述したように、放電の開始Ｓ４から放電の停止Ｓ６までＣＯガスの雰囲気内で行っているので、放電継続中、ＣＯガスプラズマにより金属膜３０４ｂが酸化することを抑制させることができる。
【００４１】
（ウエハ搬出準備）
そして、真空排気を所定時間継続し、未反応ガスや中間生成物等を処理室２０１内から排出した後、バルブ２４３ｂの開度を調節して処理室２０１内を隣接する真空搬送室内と同圧化する（Ｓ７）。
【００４２】
（ウエハ搬出）
処理済みウエハ２００は、ウエハ搬入と逆の手順で処理室２０１内から搬出される（Ｓ８）。そして、本実施形態における基板処理工程を終了する。
【００４３】
（３）本実施形態に係る効果
本実施形態によれば以下に示す１つ又は複数の効果を奏する。
【００４４】
（ａ）本実施形態によれば、還元工程と酸化工程とを重複して実施しているので、金属膜３０４ｂの酸化を抑制しつつ、シリコン含有膜３０９の露出面に酸化膜３０６を形成することができる。これにより、エッチングダメージ３０５を修復することができる。
【００４５】
（ｂ）本実施形態によれば、金属膜３０４ｂ及びシリコン含有膜３０９が表面に露出しているウエハ２００を選択酸化する際、還元性ガスとして水素ガスを用いていないので、酸化膜３０６中や、既にウエハ２００上に成膜済みの誘電膜中等に水素が混入することを抑制させることができる。また、本実施形態では、還元性ガスとして水素ガスよりも分子サイズの大きい一酸化炭素（ＣＯ）ガスを用いているので、酸化膜３０６中や、既にウエハ２００上に成膜済みの誘電膜中等に還元ガスの成分、即ちＣＯが拡散し難くなる。従って、酸化膜３０６中や、既にウエハ２００上に成膜済みの誘電膜中等にＣＯが混入することを抑制させることができる。その結果、リーク電流等を低減させて電荷保持力を高めることができるので、半導体装置の性能を向上させることができる。
【００４６】
なお、比較例として従来の水素ガスを用いる選択酸化では、水素ガスの分子サイズが小さいので、シリコン含有膜３０９の露出面に形成される酸化膜３０６中や、既にウエハ２００上に成膜済みの誘電膜中等に水素が拡散して混入し易くなる。
【００４７】
（ｃ）本実施形態によれば、酸化工程より先に還元工程を開始している。これにより、酸化工程において金属膜３０４ｂが酸化することを抑制させることができる。また、金属膜３０４ｂの自然酸化を抑制させることができる。
【００４８】
（ｄ）本実施形態によれば、酸化工程を開始する際、処理室２０１内に供給する酸化性ガスの流量を徐々に増加させている。すなわち、処理室２０１内でＣＯガスプラズマにより金属膜３０４ｂを還元しつつ、Ｏ２ガスを徐々に供給してＣＯガスとＯ２ガスとの混合ガスのプラズマによりシリコン含有膜３０９の酸化を行っている。これにより、還元性を保ちつつ適度な酸化性を持たせることができるので、急激な金属膜３０４ｂの酸化を抑制させることができる。
【００４９】
（ｅ）本実施形態によれば、放電開始より先にＣＯガスの供給を開始し、放電停止と同時にＣＯガスの供給を停止している。これにより、ＣＯガス雰囲気内で放電を開始でき、ＣＯガス雰囲気内で放電を停止できるので、放電前後で金属膜３０４ｂが酸化することを抑制させることができる。
【００５０】
＜第２の実施形態＞
図６は、本発明の第２の実施形態に係る基板処理工程におけるガス供給及び高周波電力印加のタイミング図である。なお、図６は、混合ガスプラズマによるプラズマ処理の継続中から基板処理工程の終了までを示している。第１の実施の形態と異なる点は、放電の停止Ｓ６前において、酸化性ガスの供給を停止しても還元性ガスの供給を所定時間続けると共に、高周波電力を低減してプラズマ処理を継続している点が異なる。それ以外の構成は、第１の実施形態と同様である。
【００５１】
すなわち、図６に示すように、第２の実施形態に係る基板処理工程は、放電の停止Ｓ６前にＯ２ガスの供給を停止した後もＣＯガスの供給を継続すると共に、高周波電力を１００Ｗ以下程度まで徐々に低減した高周波電力によりＣＯガスプラズマ処理を所定時間（例えば５秒）行う。なお、高周波電量の低減は、段階的に行ってもよい。
【００５２】
本実施形態によれば、酸化工程の完了後に還元工程を継続している。これにより、放電の停止Ｓ６前に、例えばタングステン（Ｗ）からなる金属膜３０４ｂから昇華してプラズマ中に浮遊しているＷ酸化物等の金属酸化物を、ＣＯラジカル（ＣＯ＊）により還元させることができる。還元された金属粒子は、処理室２０１内から速やかに排気される。その結果、複数枚の基板処理を行った後であっても、処理室２０１内に金属酸化物が残留することを抑制させることができる。従って、金属酸化物等のパーティクルを低減させることができ、半導体装置の性能を向上させることができる。また、処理室２０１内のクリーニング回数を低減させ、スループットを向上させることができる。
【００５３】
＜本発明の他の実施形態＞
なお、上述の実施形態においては、Ｓ６の放電終了と同時にＣＯガス及びＯ２ガスの供給を停止し、所定時間、真空排気するよう構成されているが、本発明はこれに限定されない。Ｓ６の放電終了後、ＣＯガスのみ所定時間流し続けるようにしてもよい。これにより、処理室２０１内の残留酸素ラジカル（Ｏ＊）をより低減させることができる。
【００５４】
また、上述の実施形態においては、酸化工程より先に還元工程を開始しているが、本発明はこれに限定されない。酸化工程と還元工程とを同時に開始てもよい。すなわち、処理室２０１内にＣＯガスの供給とＯ２ガスの供給とを同時に開始して、ＣＯガスとＯ２ガスとの混合ガスによる混合ガスプラズマによりウエハ２００をプラズマ処理してもよい。これにより、基板処理工程の時間を短縮し、スループットを向上させることができる。但し、先に還元工程を行うことなく、酸化工程と還元工程とを同時に開始すると、ガス供給時において、酸化性ガスによる金属膜３０４ｂの急激な酸化が生じる恐れがある。また、同時に開始するとしても、Ｏ２ガスを徐々に増加させてもよい。そこで、先に還元工程を行った後、酸化工程を実施する本実施形態の基板処理工程がより有効である。
【００５５】
なお、本発明が適用可能な金属膜３０４ｂは、Ｗ（タングステン）の他に、Ｔａ（タンタル）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｏ（コバルト）、Ｔｉ（チタン）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｃｕ（銅）等により構成することができる。
【００５６】
また、上述の実施形態では、ウエハ（シリコン基板）２００表面や、シリコン含有膜３０９の露出面に選択的に酸化処理を施すようにしているが、本発明はこれに限定されない。窒化珪素（ＳｉＮ）膜や酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）膜等の絶縁膜の露出面に選択的に酸化処理を施すようにしてもよい。
【００５７】
例えば図７に示すように、フラッシュメモリの積層構造３１０は、ウエハ（シリコン基板）２００上にシリコン酸化膜からなるトンネルゲート層３１１、窒化珪素（ＳｉＮ）からなるチャージトラッピング層３１２、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）膜からなるブロッキング酸化膜層３１３、窒化タンタル（ＴａＮ）膜からなるコントロールゲート電極層３１４が順次積層され、ドライエッチング工程によりパターニングされることで構成されている。なお、ドライエッチング工程を実施することで、ウエハ（シリコン基板）２００表面や、トンネルゲート層３１１、チャージトラッピング層３１２、ブロッキング酸化膜層３１３等の絶縁膜３１９の露出面には、エッチングダメージ３１５が発生している。
【００５８】
そこで、本発明の基板処理工程を実施することにより、ＴａＮ等の金属膜の酸化を抑制
しつつ、絶縁膜３１９の露出面を選択的に酸化することで、図８で示すように、絶縁膜３１９の露出面に酸化膜３１６を形成することができる。これにより、上述の実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００５９】
なお、上述の実施の形態ではフラッシュメモリの積層構造に適用した場合を説明したが、本発明は、ＤＲＡＭの積層構造にも適用可能である。
【００６０】
以上、本発明の実施の形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【００６１】
＜本発明の好ましい態様＞
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
【００６２】
金属膜及びシリコン含有膜が表面に露出している基板を処理する処理室を備える半導体装置の製造方法であって、
水素ガスより分子サイズの大きい還元性ガスを前記処理室内に供給し、前記処理室内に供給された前記還元性ガスをプラズマ放電して生成した還元性ガスプラズマを前記基板の表面に供給する還元工程と、
酸化性ガスを前記処理室内に供給し、前記処理室内に供給された前記酸化性ガスをプラズマ放電して生成した酸化性ガスプラズマを前記基板の表面に供給する酸化工程と、
を有し、
前記還元工程と前記酸化工程とを重複して実施することで、前記金属膜の酸化を抑制しつつ、前記シリコン含有膜の露出面を選択的に酸化して前記露出面に酸化膜を形成する
半導体装置の製造方法が提供される。
【００６３】
好ましくは、前記還元性ガスは、一酸化炭素ガス又は一酸化窒素ガスの少なくともいずれかを含む。
【００６４】
より好ましくは、前記酸化性ガスは、酸素ガス又はオゾンガスの少なくともいずれかを含む。
【００６５】
より好ましくは、前記酸化工程より先に前記還元工程を開始する。
【００６６】
より好ましくは、前記酸化工程を開始する際、前記処理室内に供給する前記酸化性ガスの供給量を徐々に増加させる。
【００６７】
より好ましくは、前記酸化工程の完了後に前記還元工程を継続する。
【００６８】
より好ましくは、前記還元工程の継続は、前記プラズマ放電の出力を徐々に低減して行う。
【００６９】
金属膜及び絶縁膜が表面に露出している基板を処理する処理室を備える半導体装置の製造方法であって、
水素ガスより分子サイズの大きい還元性ガスを前記処理室内に供給し、前記処理室内に供給された前記還元性ガスをプラズマ放電して生成した還元性ガスプラズマを前記基板の表面に供給する還元工程と、
酸化性ガスを前記処理室内に供給し、前記処理室内に供給された前記酸化性ガスをプラズマ放電して生成した酸化性ガスプラズマを前記基板の表面に供給する酸化工程と、
を有し、
前記還元工程と前記酸化工程とを重複して実施することで、前記金属膜の酸化を抑制し
つつ、前記絶縁膜の露出面を選択的に酸化して前記露出面に酸化膜を形成する
半導体装置の製造方法が提供される。
【００７０】
金属膜及びシリコン含有膜が表面に露出している基板を処理する処理室と、
水素ガスより分子サイズの大きい還元性ガスを前記処理室内に供給する還元性ガス供給部と、
酸化性ガスを前記処理室内に供給する酸化性ガス供給部と、
前記処理室内に供給された前記還元性ガスをプラズマ放電して還元性ガスプラズマを生成して前記基板に供給すると共に、前記処理室内に供給された酸化性ガスをプラズマ放電して酸化性ガスプラズマを生成して前記基板に供給するプラズマ生成部と、
前記還元性ガス供給部、前記酸化性ガス供給部、及び前記プラズマ生成部を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、
前記還元性ガスプラズマの前記基板への供給と前記酸化性ガスプラズマの前記基板への供給とを重複して実施することで、前記金属膜の酸化を抑制しつつ、前記シリコン含有膜の露出面を選択的に酸化して前記露出面に酸化膜を形成する
基板処理装置が提供される。
【符号の説明】
【００７１】
１２１      コントローラ
２００      ウエハ（基板）
２０１      処理室
２１５      筒状電極（プラズマ生成部）
２５１      還元性ガス供給部
２５２      酸化性ガス供給部
２７２      整合機（プラズマ生成部）
２７３      高周波電源（プラズマ生成部）
３０４ｂ    金属膜
３０９      シリコン含有膜
【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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