(57)【要約】［課題］  半導体デバイスの製造工程にて、下地に依存せず均一な拡散酸化膜を形成できる技術を提供する。［解決手段］  プラズマ生成空間と基板処理空間とを有する基板処理室と、プラズマ生成空間の外周に設けられ、印加される高周波電力の波長の整数倍の電気長を有するコイルと、を備えた基板処理装置において、基板載置台に、互いに種類が異なる複数のシリコン含有膜の表面、及び互いに異なる複数の結晶方位面を有するシリコン含有膜の表面が露出した構造を有する基板を載置する工程と、基板処理室内に処理ガスを供給する工程と、コイルに高周波電力を印加して、プラズマ生成空間において処理ガスのプラズマ生成を開始する工程と、生成されたプラズマにより基板表面を改質する工程と、を有する。
2016125606.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給された処理ガスがプラズマ励起されるプラズマ生成空間と、前記プラズマ生成空間に連通し基板処理時に基板が載置される基板処理空間と、を有する基板処理室と、前記プラズマ生成空間の外周に設けられ、印加される高周波電力の波長の整数倍の電気長を有するコイルと、前記基板を前記コイルの下端より下の位置に載置するように構成された基板載置台と、を備えた基板処理装置を提供する工程と、
前記基板載置台に、表面にトレンチ構造を有する基板を載置する工程であって、前記トレンチ構造は、前記トレンチ構造内において互いに種類が異なる複数のシリコン含有膜の表面が露出し、且つ、当該複数のシリコン含有膜のうち少なくともいずれかが互いに結晶方位が異なる複数の面を有する構造である工程と、
前記基板処理室内に前記処理ガスを供給する工程と、
前記コイルに高周波電力を印加して、前記プラズマ生成空間において前記処理ガスのプラズマ生成を開始する工程と、
生成された前記プラズマにより、前記基板のトレンチ構造内において露出した前記複数のシリコン含有膜の表面を改質する工程と、を有し、
前記処理ガスのプラズマ生成を開始した後、前記コイルが共振状態を維持するように前記コイルに印加される高周波電力の周波数を制御する、半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、
前記複数のシリコン含有膜の表面を改質する工程では、前記基板のトレンチ構造内において露出した前記互いに種類が異なる複数のシリコン含有膜の表面、及び当該複数のシリコン含有膜のうち少なくともいずれかが有する互いに異なる結晶方位をもつ複数の面を、それぞれ略同一の厚さで改質する。
【請求項３】
請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、
前記互いに種類が異なる複数のシリコン含有膜は、結合エネルギーの大きさが互いに異なる。
【請求項４】
請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、
前記複数のシリコン含有膜の表面を改質する工程では、前記シリコン含有膜の改質が行われるときの活性化エネルギーが０．０５ｅＶ以下である。
【請求項５】
請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、
前記コイルに印加される高周波電力は１．０ｋＷ以上である。
【請求項６】
請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、
前記処理ガスは酸素含有ガスであり、前記複数のシリコン含有膜の表面を改質する工程では、前記基板のトレンチ構造内において露出した前記シリコン含有膜の表面の酸化を行う。
【請求項７】
請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、
前記トレンチ構造は高アスペクト比のトレンチを有し、前記複数のシリコン含有膜の表面を改質する工程では、前記トレンチの底面近傍において露出した互いに異なる結晶方位をもつ複数の面を全て改質する。
【請求項８】
請求項７記載の半導体装置の製造方法であって、
前記互いに種類が異なる複数のシリコン含有膜の表面は、前記トレンチの内側であって前記トレンチの深さ方向においてそれぞれ異なる位置で露出している。
【請求項９】
請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、
前記基板の構造は、金属含有膜が少なくとも露出する構造であり、  前記処理ガスは酸素ガスと水素ガスの混合ガスである。
【請求項１０】
請求項９記載の半導体装置の製造方法であって、
前記処理ガスにおける水素ガスの体積比率は５０％以上８０％以下である。
【請求項１１】
請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、
前記複数のシリコン含有膜の表面を改質する工程では、前記プロセス圧力を５０Ｐａ以上３００Ｐａ以下の範囲とする。
【請求項１２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、
前記処理ガスは窒素含有ガスであり、前記複数のシリコン含有膜の表面を改質する工程では、前記基板の構造において露出した前記複数のシリコン含有膜の表面を窒化する。
【請求項１３】
請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、
前記２以上のシリコン含有膜のうち少なくとも１つのシリコン含有膜は、単結晶シリコン、ポリシリコン、アモルファスシリコン、及び窒化シリコンから成る群から選択されるいずれかである。
【請求項１４】
供給された処理ガスがプラズマ励起されるプラズマ生成空間と、前記プラズマ生成空間に連通し基板処理時に基板が載置される基板処理空間と、を有する基板処理室と、前記プラズマ生成空間の外周に設けられ、印加される高周波電力の波長の整数倍の電気長を有するコイルと、前記基板を前記コイルの下端より下の位置に載置するように構成された基板載置台と、を備えた基板処理装置において、
前記基板載置台に、表面にトレンチ構造を有する基板を載置する手順であって、前記トレンチ構造は、前記トレンチ構造内において互いに種類が異なる複数のシリコン含有膜の表面が露出し、且つ、当該複数のシリコン含有膜のうち少なくともいずれかが互いに結晶方位が異なる複数の面を有する構造である手順と、
前記基板処理室内に前記処理ガスを供給する手順と、
前記コイルに高周波電力を印加して、前記プラズマ生成空間において前記処理ガスのプラズマ生成を開始する手順と、
生成した前記プラズマにより、前記基板のトレンチ構造内において露出した前記複数のシリコン含有膜の表面を改質する手順と、
前記処理ガスのプラズマ生成を開始する手順の後、前記コイルが共振状態を維持するように前記コイルに印加される高周波電力の周波数を制御する手順と、をコンピュータに実行させるプログラムを記録したコンピュータが読み取り可能な記録媒体。
【請求項１５】
供給された処理ガスがプラズマ励起されるプラズマ生成空間と、前記プラズマ生成空間に連通し、トレンチ構造を表面に有する基板であって、前記トレンチ構造内において互いに種類が異なる複数のシリコン含有膜の表面が露出し、且つ、当該複数のシリコン含有膜のうち少なくともいずれかが互いに結晶方位が異なる複数の面を有する基板を処理する際に基板が載置される基板処理空間と、を有する基板処理室と、
前記プラズマ生成空間の外周に設けられ、印加される高周波電力の波長の整数倍の電気長を有するコイルと、
前記コイルに高周波電力を印加する高周波電源と、
前記コイルに印加される高周波電力の周波数が前記コイルの共振周波数を維持するように、前記高周波電源を制御するよう構成される周波数制御部と、
前記プラズマ生成空間に前記処理ガスを供給するガス供給部と、
前記基板を前記コイルの下端より下の位置に載置するように構成された基板載置台と、
前記ガス供給部を制御して前記処理ガスを前記プラズマ生成空間に供給すると共に、前記高周波電源を制御して前記コイルに高周波電力を印加するよう構成された制御部と、
を備える基板処理装置。
【請求項１６】
請求項１５記載の基板処理装置であって、
前記基板処理室内を排気する排気部を有し、
前記制御部は、前記基板処理室内の圧力が５０Ｐａ以上３００Ｐａ以下の範囲となるように、前記ガス供給部及び前記排気部を制御するよう構成される。  
【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、記録媒体及び基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、フラッシュメモリ等の半導体装置は高集積化の傾向にある。それに伴い、パターンサイズが著しく微細化されている。これらのパターンを形成する際、製造工程の一工程として、基板に酸化処理や窒化処理等の所定の処理を行う工程が実施される場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−７５５７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体デバイスの３次元構造化に伴い、高アスペクト比で異なる下地が混在する溝（トレンチ）内にカバレッジ良く酸化や窒化などの表面改質処理を行うことのニーズが存在する。これらのニーズに応えるため従来技術としては下地基板依存性の少ないことが特徴である熱ラジカル酸化処理法が主流であった。しかしこの方法であっても下地依存性が発生したり、面内均一性が悪かったり、基板面内でのカバレッジ特性が異なったり、溝の深さが異なるとカバレッジも変化するいわゆるマイクロローディング効果が問題となる場合があった。【０００５】
また、これら改質処理が施される下地によって膜厚が異なることという課題の解決や、改質処理のカバレッジを改善するため、プラズマ成膜技術も用いられている。しかし、従来のプラズマ処理では基板処理温度が低いため膜特性が熱より劣っていたり、酸化のレートが遅く生産性が悪かったりする場合がある。また、プラズマを生成する時に必要な高いＲＦ Ｐｏｗｅｒにより、基板にダメージが発生したり、反応室内部のエッチングによりパーティクルが発生することがあった。【０００６】
そこで本発明は、半導体デバイスの製造工程にて、カバレッジおよび膜質が良好な条件で、改質処理が施される下地に依存せず拡散酸化膜を形成でき、半導体デバイスの特性および生産性を向上させる技術を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、供給された処理ガスがプラズマ励起されるプラズマ生成空間と、前記プラズマ生成空間に連通し基板処理時に基板が載置される基板処理空間と、を有する基板処理室と、前記プラズマ生成空間の外周に設けられ、印加される高周波電力の波長の整数倍の電気長（電気的長さ）を有するコイルと、前記基板を前記コイルの下端より下の位置に載置するように構成された基板載置台と、を備えた基板処理装置を提供（準備）する工程と、前記基板載置台に、表面にトレンチ構造を有する基板を載置する工程であって、前記トレンチ構造は、前記トレンチ構造内において互いに種類が異なる複数のシリコン含有膜の表面が露出し、且つ、当該複数のシリコン含有膜の表面のうち少なくともいずれかが互いに結晶方位が異なる複数の面を有する構造である工程と、前記基板処理室内に前記処理ガスを供給する工程と、前記コイルに高周波電力を印加して、前記プラズマ生成空間において前記処理ガスのプラズマ生成を開始する工程と、生成された前記プラズマにより、前記基板のトレンチ構造内において露出した前記複数のシリコン含有膜の表面を改質する工程と、を有し、前記処理ガスのプラズマ生成を開始した後、前記コイルが共振状態を維持するように前記コイルに印加される高周波電力の周波数を制御する技術が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、カバレッジおよび膜質が良好な条件で、改質処理が施される基板の下地に依存せず改質膜を形成でき、半導体デバイスの特性および生産性を向上させる技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る基板処理装置の断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る基板処理装置のプラズマ生成原理を説明する説明図である。
【図３】本発明の実施形態に係る制御装置を説明する図である。
【図４】本発明の第一の実施形態に係る基板処理工程を示すフロー図である。
【図５】本発明の第一の実施形態に係る基板処理工程で処理された基板のパターン構造を説明する図である。
【図６】本発明の実施形態に係る基板処理工程と比較例に係る基板処理工程とで処理される酸化レートの温度依存性を比較した説明図である。
【図７】（ａ）は本発明の第一の実施形態に係り、ｃ−Ｓｉを下地として改質処理（成膜）を行った結果を示す図である。（ｂ）は本発明の第一の実施形態に係り、Ｐｏｌｙ−Ｓｉを下地として改質処理（成膜）を行った結果を示す図である。
【図８】（ａ）は本発明の第一の実施形態に係り、ｃ−Ｓｉを下地として改質処理（成膜）を行った結果を示す図である。（ｂ）は本発明の第一の実施形態に係り、窒化シリコンを下地として改質処理（成膜）を行った結果を示す図である。
【図９】本発明の第一の実施形態に係り、Ｐ型ドープシリコン基板とＮ型ドープシリコン基板を下地として改質処理（成膜）を行った結果を示す図である。
【図１０】本発明の第一の実施形態に係り、ｃ−Ｓｉの結晶方位が異なる基板を下地として改質処理（成膜）を行った結果を示す図である。
【図１１】本発明の第二の実施形態に係る基板処理工程で処理された基板のパターン構造を説明する図である。
【図１２】本発明の第二の実施形態に係る基板処理工程を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜本発明の第一の実施形態＞
（１）基板処理装置の構成
本発明の第１実施形態に係る基板処理装置について、図１から図５を用いて以下に説明する。
【００１１】
（処理室）
処理装置１００は、ウエハ２００をプラズマ処理する処理炉２０２を備えている。処理炉２０２は、処理室２０１を構成する処理容器２０３を備えている。処理容器２０３は、第１の容器であるドーム型の上側容器２１０と、第２の容器である碗型の下側容器２１１とを備えている。上側容器２１０が下側容器２１１の上に被さることにより、処理室２０１が形成される。上側容器２１０は、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）または石英（ＳｉＯ２）等の非金属材料で形成されており、下側容器２１１は、例えばアルミニウム（Ａｌ）で形成されている。
【００１２】
また、下側容器２１１の下部側壁には、ゲートバルブ２４４が設けられている。ゲートバルブ２４４は、開いているとき、搬送機構（図示せず）を用いて、搬入出口２４５を介して、処理室２０１内へウエハ２００を搬入できる。または、搬送機構（図示せず）を用いて、搬入出口２４５を介して、処理室２０１外へとウエハ２００を搬出することができる。ゲートバルブ２４４は、閉まっているときには、処理室２０１内の気密性を保持する仕切弁となる。
【００１３】
処理室２０１は、後述するように周囲にコイル２１２が設けられているプラズマ生成空間２０１ａと、プラズマ生成空間２０１ａに連通し、ウエハ２００が処理される基板処理空間２０１ｂを有する。プラズマ生成空間２０１ａはプラズマが生成される空間であって、処理室の内、例えばコイル２１２の下端（図１における一点鎖線）より上方の空間を言う。一方、基板処理空間２０１ｂは基板がプラズマで処理される空間であって、コイル２１２の下端より下方の空間を言う。
【００１４】
（サセプタ）
処理室２０１の底側中央には、ウエハ２００を載置する基板載置部としてのサセプタ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）、セラミックス、石英等の非金属材料から形成されており、ウエハ２００上に形成される膜等の金属汚染を低減することができる。
【００１５】
サセプタ２１７の内部には、加熱機構としてのヒータ２１７ｂが一体的に埋め込まれている。ヒータ２１７ｂは、ヒータ電力調整機構２７６を介して電力が供給されると、ウエハ２００表面を例えば２５℃から７００℃程度まで加熱することができるように構成されている。
【００１６】
サセプタ２１７は、下側容器２１１とは電気的に絶縁されている。サセプタ２１７内部にはインピーダンス調整電極２１７ｃが装備されている。インピーダンス調整電極２１７ｃは、インピーダンス調整部としてのインピーダンス可変機構２７５を介して接地されている。インピーダンス可変機構２７５はコイルや可変コンデンサから構成されており、コイルのインダクタンス及び抵抗並びに可変コンデンサの容量値を制御することにより、インピーダンスを約０Ωから処理室２０１の寄生インピーダンス値の範囲内で変化させることができるように構成されている。これによって、インピーダンス調整電極２１７ｃ及びサセプタ２１７を介して、ウエハ２００の電位（バイアス電圧）を制御できる。
【００１７】
サセプタ２１７には、サセプタを昇降させるサセプタ昇降機構２６８が設けられている。そしてサセプタ２１７には貫通孔２１７ａが設けられ、一方、下側容器２１１の底面にはウエハ突上げピン２６６が設けられている。貫通孔２１７ａとウエハ突上げピン２６６とは互いに対向する位置に、少なくとも各３箇所ずつ設けられている。サセプタ昇降機構２６８によりサセプタ２１７が下降させられたときには、ウエハ突上げピン２６６がサセプタ２１７とは非接触な状態で、貫通孔２１７ａを突き抜けるようになっている。
【００１８】
主に、サセプタ２１７及びヒータ２１７ｂ、電極２１７ｃにより、本実施形態に係る基板載置部が構成されている。
【００１９】
（ガス供給部）
処理室２０１の上方、つまり上側容器２１０の上部には、ガス供給ヘッド２３６が設けられている。ガス供給ヘッド２３６は、キャップ状の蓋体２３３と、ガス導入口２３４と、バッファ室２３７と、開口２３８と、遮蔽プレート２４０と、ガス吹出口２３９とを備え、反応ガスを処理室２０１内へ供給できるように構成されている。バッファ室２３７は、ガス導入口２３４より導入される反応ガスを分散する分散空間としての機能を持つ。
【００２０】
ガス導入口２３４には、酸素含有ガスとしての酸素（Ｏ２）ガスを供給するガス供給管２３２ａの下流端と、水素含有ガスとしての水素（Ｈ２）ガスを供給するガス供給管２３２ｂの下流端と、不活性ガスとしてのアルゴン（Ａｒ）ガスを供給するガス供給管２３２ｃと、が合流するように接続されている。ガス供給管２３２ａには、上流側から順に、Ｏ２ガス供給源２５０ａ、流量制御装置としてのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２５２ａ、開閉弁としてのバルブ２５３ａが設けられている。ガス供給管２３２ｂには、上流側から順に、Ｈ２ガス供給源２５０ｂ、流量制御装置としてのＭＦＣ２５２ｂ、開閉弁としてのバルブ２５３ｂが設けられている。ガス供給管２３２ｃには、上流側から順に、Ａｒガス供給源２５０ｃ、流量制御装置としてのＭＦＣ２５２ｃ、開閉弁としてのバルブ２５３ｃが設けられている。ガス供給管２３２ａとガス供給管２３２ｂと供給管２３２ｃとが合流した下流側には、バルブ２４３ａが設けられ、ガス導入口２３４の上流端に接続されている。バルブ２５３ａ、２５３ｂ、２５３ｃ、２４３ａを開閉させることによって、ＭＦＣ２５２ａ、２５２ｂ、２５２ｃによりそれぞれのガスの流量を調整しつつ、ガス供給管２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃを介して、酸素含有ガス、水素ガス含有ガス、不活性ガス等の反応ガスをそれぞれ処理室２０１内へ供給することができる。
【００２１】
主に、ガス供給ヘッド２３６（蓋体２３３、ガス導入口２３４、バッファ室２３７、開口２３８、遮蔽プレート２４０、ガス吹出口２３９）、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂ，２３２ｃ、ＭＦＣ２５２ａ，２５２ｂ，２５２ｃ、バルブ２５３ａ，２５３ｂ，２５３ｃ，２４３ａにより、本実施形態に係るガス供給部が構成されている。
【００２２】
また、ガス供給ヘッド２３６（蓋体２３３、ガス導入口２３４、バッファ室２３７、開口２３８、遮蔽プレート２４０、ガス吹出口２３９）、ガス供給管２３２ａ、ＭＦＣ２５２ａ、バルブ２５３ａ，２４３ａにより、本実施形態に係る酸素含有ガス供給系が構成されている。
【００２３】
さらに、ガス供給ヘッド２３６（蓋体２３３、ガス導入口２３４、バッファ室２３７、開口２３８、遮蔽プレート２４０、ガス吹出口２３９）、ガス供給管２３２ｂ、ＭＦＣ２５２ｂ、バルブ２５３ｂ，２４３ａにより、本実施形態に係る水素ガス供給系が構成されている。
【００２４】
さらに、ガス供給ヘッド２３６（蓋体２３３、ガス導入口２３４、バッファ室２３７、開口２３８、遮蔽プレート２４０、ガス吹出口２３９）、ガス供給管２３２ｃ、ＭＦＣ２５２ｃ、バルブ２５３ｃ，２４３ａにより、本実施形態に係る不活性ガス供給系が構成されている。
【００２５】
尚、ガス供給部として、Ｏ２ガス供給源２５０ａ、Ｈ２ガス供給源２５０ｂ、Ａｒガス供給源２５０ｃを含めても良い。また、酸素含有ガス供給系としてＯ２ガス供給源２５０ａを含めても良い。また、水素含有ガス供給系としてＨ２ガス供給源２５０ｂを含めても良い。また、不活性ガス供給系としてＡｒガス供給源２５０ｃを含めても良い。
【００２６】
（排気部）
下側容器２１１の側壁には、処理室２０１内から反応ガスを排気するガス排気口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、上流側から順に圧力調整器（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４２、開閉弁としてのバルブ２４３ｂ、真空排気装置としての真空ポンプ２４６が設けられている。
【００２７】
主に、ガス排気口２３５、ガス排気管２３１、ＡＰＣバルブ２４２、バルブ２４３ｂにより、本実施形態に係る排気部が構成されている。尚、真空ポンプ２４６を排気部に含めても良い。
【００２８】
（プラズマ生成部）
処理室２０１の外周部、すなわち上側容器２１０の側壁の外側には、処理室２０１を囲うように、第１の電極としての、螺旋状の共振コイル２１２が設けられている。共振コイル２１２には、ＲＦセンサ２７２、高周波電源２７３と周波数整合器２７４が接続される。
【００２９】
高周波電源２７３は、共振コイル２１２に高周波電力を供給するものである。ＲＦセンサ２７２は高周波電源２７３の出力側に設けられている。ＲＦセンサ２７２は、供給される高周波の進行波や反射波の情報をモニタするものである。周波数整合器２７４は、ＲＦセンサ２７２でモニタされた反射波の情報に基づいて、反射波が最小となるよう、高周波電源２７３を制御するものである。
【００３０】
共振コイル２１２は、所定の波長の定在波を形成するため、一定波長モードで共振するように巻径、巻回ピッチ、巻数が設定される。すなわち、共振コイル２１２の電気的長さは、高周波電源２７３から供給される電力の所定周波数における１波長の整数倍（１倍、２倍、…）に相当する長さに設定される。  例えば、１３．５６ＭＨｚの場合1波長の長さは約２２メートル、２７．１２ＭＨｚの場合1波長の長さは、約１１メートル、５４．２４ＭＨｚの場合1波長の長さは約５．５メートルになる。共振コイル２１２は、絶縁性材料にて平板状に形成され且つベースプレートの上端面に鉛直に立設された複数のサポートによって支持される。
【００３１】
共振コイル２１２の両端は電気的に接地されるが、共振コイル２１２の少なくとも一端は、装置の最初の設置の際又は処理条件の変更の際に当該共振コイルの電気的長さを微調整するため、可動タップ２１３を介して接地される。図１中の符号２１４は他方の固定グランドを示す。さらに、装置の最初の設置の際又は処理条件の変更の際に共振コイル２１２のインピーダンスを微調整するため、共振コイル２１２の接地された両端の間には、可動タップ２１５によって給電部が構成されている。
【００３２】
すなわち、共振コイル２１２は、電気的に接地されたグランド部を両端に備え且つ高周波電源２７３から電力供給される給電部を各グランド部の間に備えている。しかも、少なくとも一方のグランド部は、位置調整可能な可変式グランド部とされ、そして、給電部は、位置調整可能な可変式給電部とされる。共振コイル２１２が可変式グランド部及び可変式給電部を備えている場合には、後述するように、処理室２０１の共振周波数及び負荷インピーダンスを調整するにあたり、より一層簡便に調整することができる。
プラズマの生成原理については後述する。
【００３３】
遮蔽板２２３は、共振コイル２１２の外側への電磁波の漏れを遮蔽するとともに、共振回路を構成するのに必要な容量成分を共振コイル２１２との間に形成するために設けられる。遮蔽板２２３は、一般的には、アルミニウム合金、銅又は銅合金などの導電性材料を使用して円筒状に形成される。遮蔽板２２３は、共振コイル２１２の外周から、例えば５から１５０ｍｍ程度隔てて配置される。
【００３４】
高周波電源２７３の出力側にはＲＦセンサ２７２が設置され、進行波、反射波等をモニタしている。ＲＦセンサ２７２によってモニタされた反射波電力は、周波数整合器（周波数制御部）２７４に入力される。周波数整合器２７４は、反射波が最小となるよう周波数を制御する。
【００３５】
主に、共振コイル２１２、ＲＦセンサ２７２、周波数整合器２７４により、本実施形態に係るプラズマ生成部が構成されている。尚、プラズマ生成部として高周波電源２７３を含めても良い。
【００３６】
ここで、本実施形態に係る装置のプラズマ生成原理および生成されるプラズマの性質について図２を用いて説明する。
【００３７】
共振コイル２１２は、所定の波長の定在波を形成するため、全波長モードで共振する様に巻径、巻回ピッチ、巻数が設定される。すなわち、共振コイル２１２の電気的長さは、高周波電源２７３から与えられる電力の所定周波数における１波長の整数倍（１倍，２倍，…）に設定される。
【００３８】
具体的には、印加する電力や発生させる磁界強度または適用する装置の外形などを勘案し、共振コイル２１２は、例えば、周波数は８００ｋＨｚから５０ＭＨｚ、電力は０．５ＫＷ以上５ＫＷ以下、より好ましくは１．０ＫＷ以上４．０ＫＷ以下の高周波電力によって、０．０１ガウス以上１０ガウス以下程度の磁場を発生し得る様に、５０mm２から３００mm２の有効断面積であって且つ２００mmから５００mmのコイル直径とされ、プラズマ生成空間２０１ａを形成する部屋の外周側に２から６０回程度巻回される。なお、共振コイル２１２を構成する素材としては、例えば銅パイプ、銅の薄板、アルミニウムパイプ、アルミニウム薄板、ポリマーベルトに銅またはアルミニウムを蒸着した素材などが使用される。
【００３９】
また、共振コイル２１２の一端または両端は、当該共振コイルの電気的長さを設置の際に微調整し、共振特性を高周波電源２７３と略等しくするため、通常は可動タップを介して接地される。更に、位相及び逆位相電流が共振コイル２１２の電気的中点に関して対称に流れる様に、共振コイル２１２の一端（若しくは他端または両端）には、コイル及びシールドから成る波形調整回路が挿入される。波形調整回路は、共振コイル２１２の端部を電気的に非接続状態とするか又は電気的に等価の状態に設定することにより開路に構成する。また、共振コイル２１２の端部は、チョーク直列抵抗によって非接地とし、固定基準電位に直流接続されてもよい。
【００４０】
遮蔽板２２３は通常、共振コイル２１２の両端と電位が等しくなる様に接地されるが、共振コイル２１２の共振数を正確に設定するため、遮蔽板２２３の一端または両端は、タップ位置を調整可能とする。あるいは、共振数を正確に設定するために、共振コイル２１２と遮蔽板２２３の間にトリミングキャパシタンスを挿入しても良い。
【００４１】
高周波電源２７３は、発振周波数および出力を規定するための高周波発振回路およびプリアンプを含む電源制御手段（コントロール回路）と、所定の出力に増幅するための増幅器（出力回路）とを備えている。電源制御手段は、操作パネルを通じて予め設定された周波数および電力に関する出力条件に基づいて増幅器を制御し、増幅器は、上記の共振コイル２１２に伝送線路を介して一定の高周波電力を供給する。
【００４２】
ところで、共振コイル２１２によって構成されるプラズマ発生回路はＲＬＣの並列共振回路で構成される。高周波電源２７３の波長と共振コイル２１２の電気的長さが同じ場合、共振コイル２１２の共振条件は、共振コイル２１２の容量成分や誘導成分によって作り出されるリアクタンス成分が相殺され、純抵抗になることである。しかしながら、上記プラズマ発生回路においては、プラズマを発生させた場合、共振コイル２１２の電圧部とプラズマとの間の容量結合、プラズマ生成空間２０１ａとプラズマの間の誘導結合の変動や、プラズマの励起状態により、実際の共振周波数が僅かながら変動する。
【００４３】
そこで、本実施形態においては、プラズマ発生時の共振コイル２１２における共振のずれを電源側で補償するため、周波数整合器２７４は、プラズマが発生した際の共振コイル２１２からの反射波電力を検出して出力を補完する機能を有する。斯かる構成により、本発明の共振装置では、共振コイル２１２において共振状態を維持して一層正確に定在波を形成でき、容量結合の極めて少ないプラズマを発生させ得る。
【００４４】
すなわち、上記の周波数整合器２７４は、プラズマが発生した際の前記の共振コイル２１２からの反射波電力を検出し、反射波電力が最小となる様に前記の予め設定された周波数に対して発振周波数を増加または減少させる。具体的には、周波数整合器２７４は、予め設定された発振周波数を補正する周波数制御回路を備え、かつ、高周波電源２７３の増幅器の出力側には、伝送線路における反射波電力を検出し、その電圧信号を周波数制御回路にフィードバックするＲＦセンサ２７２（反射波パワーメータ）が介装される。
【００４５】
周波数制御回路は、ＲＦセンサ２７２からの電圧信号が入力され且つ当該電圧信号を周波数信号にデジタル変換するＡ／Ｄコンバータ、変換された反射波に相当する周波数信号の値と予め設定記憶された発振周波数の値とを加減算処理する演算処理回路、加減算処理して得られた周波数の値を電圧信号にアナログ変換するＤ／Ａコンバータ、および、Ｄ／Ａコンバータからの印加電圧に応じて発振する電圧制御発振器によって構成される。従って、周波数制御回路は、プラズマ点灯前は共振コイル２１２の無負荷共振周波数で発振し、プラズマ点灯後は反射電力が最小となる様に前記の予め設定された周波数を増加または減少させた周波数を発振し、結果的には、伝送線路における反射波がゼロとなる様に周波数信号を高周波電源２７３に与える。
【００４６】
つまり、高周波電源２７３に付設された周波数整合器２７４は、発生したプラズマの容量結合や誘導結合の変動による共振コイル２１２における共振点のずれを高周波電源２７３側で補償する。すなわち、ＲＦセンサ２７２は、プラズマの容量結合や誘導結合の変動による反射波電力を検出し、周波数整合器２７４は、検出された反射波電力が最小となる様に、反射波電力の発生要因である共振周波数のずれに相当する分だけ前記の予め設定された周波数を増減させ、プラズマ条件下における共振コイル２１２の共振周波数の高周波を高周波電源２７３の増幅器に出力させる。
【００４７】
本実施形態においては、プラズマ生成空間２０１ａの内部を例えば０．０１Ｔｏｒｒ以上５０Ｔｏｒｒ以下の範囲に減圧した後、前記の真空度を維持しつつプラズマ生成空間２０１ａにプラズマ用ガス（本実施形態においては酸素含有ガス）を供給する。そして、高周波電源２７３から共振コイル２１２に例えば２７．１２ＭＨｚ、２ＫＷの高周波電力を供給すると、プラズマ生成空間２０１ａの内部に誘導電界が生じ、その結果、供給されたガスがプラズマ生成空間２０１ａにおいてプラズマ励起されプラズマ状態となる。
【００４８】
換言すれば、本発明の共振装置においては、プラズマ発生時およびプラズマ生成条件の変動時の共振コイル２１２の共振点のずれに応じて、正確に共振する周波数の高周波を出力するため、共振コイル２１２で一層正確に定在波を形成できる。すなわち、図２に示す様に、共振コイル２１２においては、プラズマを含む当該共振器の実際の共振周波数の送電により、位相電圧と逆位相電圧が常に相殺される状態の定在波が形成され、コイルの電気的中点（電圧がゼロのノード）に最も高い位相電流が生起される。従って、上記の電気的中点において励起された誘導プラズマは、処理室壁や基板載置台との容量結合が殆どなく、プラズマ生成空間２０１ａ中には、電気的ポテンシャルの極めて低いドーナツ状のプラズマを形成できる。
【００４９】
（制御部）
図３に示すように、制御部としてのコントローラ２２１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）２２１ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）２２１ｂ、記憶装置２２１ｃ、Ｉ／Ｏポート２２１ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ２２１ｂ、記憶装置２２１ｃ、Ｉ／Ｏポート２２１ｄは、内部バス２２１ｅを介して、ＣＰＵ２２１ａとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ２２１には、入出力装置２２５として、例えばタッチパネル、マウス、キーボード、操作端末等が接続されていてもよい。また、コントローラ２２１には、表示部として、例えばディスプレイ等が接続されていてもよい。
【００５０】
記憶装置２２１ｃは、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）、ＣＤ−ＲＯＭ等で構成されている。記憶装置２２１ｃ内には、基板処理装置１００の動作を制御する制御プログラムや、基板処理の手順や条件などが記載されたプロセスレシピ等が、読み出し可能に格納されている。なお、プロセスレシピは、後述する基板処理工程における各手順をコントローラ２２１に実行させ、所定の結果を得ることが出来るように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、このプロセスレシピや制御プログラム等を総称して、単にプログラムともいう。なお、本明細書においてプログラムという言葉を用いた場合は、プロセスレシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。また、ＲＡＭ２２１ｂは、ＣＰＵ２２１ａによって読み出されたプログラムやデータ等が一時的に保持されるメモリ領域（ワークエリア）として構成されている。
【００５１】
Ｉ／Ｏポート２２１ｄは、上述のＭＦＣ２５２ａ〜２５２ｃ、バルブ２５３ａ〜２５３ｃ、２４３ａ、２４３ｂ、ゲートバルブ２４４、ＡＰＣバルブ２４２、真空ポンプ２４６、ヒータ２１７ｂ、ＲＦセンサ２７２、高周波電源２７３、周波数整合器２７４、サセプタ昇降機構２６８、インピーダンス可変機構２７５等に接続されている。
【００５２】
ＣＰＵ２２１ａは、記憶装置２２１ｃから制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置２２５からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置２２１ｃからプロセスレシピを読み出すように構成されている。そして、図1に示すように、ＣＰＵ２２１ａは、読み出したプロセスレシピの内容に沿うように、Ｉ／Ｏポート２２１ｄ及び信号線Ａを通じてＡＰＣバルブ２４２の開度調整動作、バルブ２４３ｂの開閉動作、及び真空ポンプ２４６の起動・停止を、信号線Ｂを通じてサセプタ昇降機構２６８の昇降動作を、信号線Ｃを通じてヒータ電力調整機構２７６による温度センサに基づくヒータ２１７ｂへの供給電力量調整動作（温度調整動作）やインピーダンス可変機構２７５によるインピーダンス値調整動作を、信号線Ｄを通じてゲートバルブ２４４の開閉動作を、信号線Ｅを通じてＲＦセンサ２７２、周波数整合器２７４及び高周波電源２７３の動作を、信号線Ｆを通じてＭＦＣ２５２ａ〜２５２ｃによる各種ガスの流量調整動作、及びバルブ２５３ａ〜２５３ｃ、２４３ａの開閉動作を、それぞれ制御するように構成されている。
【００５３】
なお、コントローラ２２１は、専用のコンピュータとして構成されている場合に限らず、汎用のコンピュータとして構成されていてもよい。例えば、上述のプログラムを格納した外部記憶装置（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリやメモリカード等の半導体メモリ）２２６を用意し、かかる外部記憶装置２２６を用いて汎用のコンピュータにプログラムをインストールすること等により、本実施形態に係るコントローラ２２１を構成することができる。なお、コンピュータにプログラムを供給するための手段は、外部記憶装置２２６を介して供給する場合に限らない。例えば、インターネットや専用回線等の通信手段を用い、外部記憶装置２２６を介さずにプログラムを供給するようにしてもよい。なお、記憶装置２２１ｃや外部記憶装置２２６は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成される。以下、これらを総称して、単に記録媒体ともいう。なお、本明細書において記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶装置２２１ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置２２６単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。
【００５４】
（２）基板処理工程
次に、本実施形態に係る基板処理工程について、主に図４を用いて説明する。本実施形態に係る基板処理工程は、例えばフラッシュメモリ等の半導体デバイスの製造工程の一工程として、上述の処理装置１００により実施される。なお以下の説明において、処理装置１００を構成する各部の動作は、コントローラ２２１により制御される。
【００５５】
本実施形態に係る基板処理工程で処理されるウエハ２００の表面には、例えば図５に示すように、アスペクト比の高い凹凸部（溝）を有するトレンチ３０１が予め形成されている。トレンチ３０１は、例えばウエハ２００上に複数種類のシリコン含有膜を積層し、その上に所定のパターンを施したマスク層３０２を形成し、ウエハ２００表面を所定深さまでエッチングすることで形成される。形成されたトレンチ３０１内では、互いに種類の異なる複数種類のシリコン含有膜が露出すると共に、トレンチの底面付近では互いに異なる複数の結晶方位を有するシリコン含有膜が露出している。ここで、アスペクト比の高いとは、トレンチの深さをＤ、幅をＨとしたとき、Ｄ／Ｈ＝２０程度を言う。
【００５６】
本実施形態におけるウエハ２００上には、単結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）上に、互いに異なる種類のシリコン含有膜である、例えば、酸化シリコン膜３０３と窒化シリコン膜３０４が積層されている。また、ｃ−Ｓｉに形成されているトレンチ３０１の底部３０１ａと側部３０１ｂとの境界部近傍では、互いに異なる結晶方位を持ったｃ−Ｓｉが露出している。この例では、底部３０１ａの結晶方位は（１００）であり、境界部での結晶方位は（１１１）であり、側部３０１ｂでの結晶方位は（１１０）である。なお、本実施形態においては、シリコン含有膜として酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜が積層されているが、ポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）やＰ型ドープシリコン（Ｂ−ｄｏｐｅ ｃ−Ｓｉ）、Ｎ型ドープシリコン（ｐ−ｄｏｐｅ ｃ−Ｓｉ）等のシリコン含有膜が積層されているものであってもよい。
【００５７】
本実施形態においては、トレンチ３０１の内壁（側部、底部、及びその境界部）に対して酸化処理（拡散酸化）を行う。その際、トレンチ３０１の底部３０１ａとトレンチの側部３０１ｂの酸化膜の厚さの比であるステップカバレッジを良好にするよう、処理装置を制御するものである。以下に詳述する。
【００５８】
（基板搬入工程Ｓ１１０）
まずは、上記のウエハ２００を処理室２０１内に搬入する。具体的には、サセプタ昇降機構２６８がウエハ２００の搬送位置までサセプタ２１７を下降させて、サセプタ２１７の貫通孔２１７ａにウエハ突上げピン２６６を貫通させる。その結果、ウエハ突き上げピン２６６が、サセプタ２１７表面よりも所定の高さ分だけ突出した状態となる。
【００５９】
続いて、ゲートバルブ２４４を開き、図中省略の搬送機構を用いて処理室２０１に隣接する真空搬送室（図示せず）から処理室２０１内にウエハ２００を搬入する。その結果、ウエハ２００は、サセプタ２１７の表面から突出したウエハ突上げピン２６６上に水平姿勢で支持される。処理室２０１内にウエハ２００を搬入したら、搬送機構を処理室２０１外へ退避させ、ゲートバルブ２４４を閉じて処理室２０１内を密閉する。そして、サセプタ昇降機構２６８が、共振コイル２１２の下端２０３ａと搬入出口２４５の上端２４５ａの間の所定の位置となるよう、サセプタ２１７を上昇させる。その結果、ウエハ２００はサセプタ２１７の上面に支持される。なお、基板搬入工程Ｓ１１０は、処理室２０１内を不活性ガス等でパージしながら行ってもよい。
【００６０】
（昇温・真空排気工程Ｓ１２０）
続いて、処理室２０１内に搬入されたウエハ２００の昇温を行う。ヒータ２１７ｂは予め加熱されており、ヒータ２１７ｂが埋め込まれたサセプタ２１７上に、搬入されたウエハ２００を保持することで、例えば１５０℃以上６５０℃以下の範囲内の所定値にウエハ２００を加熱する。ここでは、ウエハ２００の温度が６００℃となるよう加熱する。また、ウエハ２００の昇温を行う間、真空ポンプ２４６によりガス排気管２３１を介して処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１内の圧力を０．１Ｐａ以上１０００Ｐａ以下の範囲内の所定値とする。例えば２００Ｐａに調整される。真空ポンプ２４６は、少なくとも後述の基板搬出工程Ｓ１６０が終了するまで作動させておく。
【００６１】
（処理ガス供給工程Ｓ１３０）
次に、処理ガス（反応ガス）としてのＯ２ガスの供給を開始する。具体的には、バルブ２５３ａを開け、ＭＦＣ２５２ａにて流量制御しながら、バッファ室２３７を介して処理室２０１内へのＯ２ガスの供給を開始する。このとき、Ｏ２ガスの流量を、例えば１００ｓｃｃｍ以上１０００ｓｃｃｍ以下の範囲内の所定値とする。また、処理室２０１内の圧力が、例えば１Ｐａ以上１０００Ｐａ以下の範囲内、より好ましくは１００Ｐａ以上２００Ｐａ以下の所定圧力となるように、ＡＰＣバルブ２４２の開度を調整して処理室２０１内を排気する。このように、処理室２０１内を適度に排気しつつ、後述のプラズマ処理工程Ｓ１４０の終了時までＯ２ガスの供給を継続する。本工程においては、処理ガスの例としてＯ２ガスを用いたが、Ｏ２ガスとＨ２ガスとの混合ガスを用いたり、更に添加ガスとしてＡｒガスやＮ２ガスを混合しても良い。
【００６２】
（プラズマ処理工程（改質処理工程）Ｓ１４０）
処理室２０１内の圧力が安定したら、共振コイル２１２に対して高周波電源２７３からＲＦセンサ２７２を介して、高周波電力の印加を開始する。
【００６３】
これにより、プラズマ生成空間２０１ａ内に誘導磁界が形成される。プラズマ生成空間２０１ａに供給されたＯ２ガスは、かかる誘導磁界によってプラズマ励起され、プラズマ生成空間の共振コイル２１２の電気的中点に相当する高さ位置にドーナツ状の誘導プラズマが励起される。Ｏ２ガスはプラズマにより解離し、酸素（Ｏ）を含む酸素活性種、酸素イオン、等の反応種を生成する。これらの反応種はシリコン含有膜に作用して膜を酸化（改質）する。
【００６４】
前述したように、位相電圧と逆位相電圧が常に相殺される状態の定在波が形成され、コイルの電気的中点（電圧がゼロのノード）に最も高い位相電流が生起される。従って、上記の電気的中点において励起された誘導プラズマは、処理室壁や基板載置台との容量結合が殆どなく、プラズマ生成空間２０１ａ中には、電気的ポテンシャルの極めて低いドーナツ状のプラズマを形成できる。
【００６５】
さらに、上述の様に、高周波電源２７３に付設された電源制御手段がプラズマの容量結合や誘導結合の変動による共振コイル２１２における共振点のずれを補償し、一層正確に定在波を形成すため、容量結合が殆どなく、より確実に電気的ポテンシャルの極めて低いプラズマをプラズマ生成空間中に形成できる。
【００６６】
電気的ポテンシャルが極めて低いプラズマが生成されることから、プラズマ生成空間２０１ａの壁や、基板載置台上にシースが発生を防ぐことができる。したがって、プラズマ中のイオンは加速されない。
【００６７】
基板処理空間２０１ｂで基板載置台２１７上に保持されているウエハ２００のトレンチ３０１内では、互いに異なる種類の２以上のシリコン含有膜が露出している。また、これらのシリコン含有膜の少なくともいずれかは、例えば溝の底面付近において互いに異なる複数の結晶方位をもつ面を露出させている。このトレンチ３０１内に、混合ガス中のラジカルと加速されない状態のイオンが均一に供給される。供給されたラジカル及びイオンは底部３０１ａや側部３０１ｂ、及びその境界部を均一に反応し、シリコン含有膜をステップカバレッジの高い酸化膜に改質する。更には、加速によるイオンアタックを防止できるので、イオンによるウエハダメージを抑制することができる。本実施形態における改質処理により、シリコン含有膜の表面は酸化され、例えばＳｉＯ２等の酸化膜が形成される。
【００６８】
また、イオンの加速が防止されるため、プラズマ生成空間の周壁に対するスパッタリング作用がなく、プラズマ生成空間の周壁に損傷を与えることもない。その結果、装置の寿命を向上させることが出来、しかも、プラズマ生成空間等の部材成分がプラズマ中に混入してウエハを汚染するという不具合も防止し得る。
【００６９】
また、高周波電源２７３に付設された電源制御手段が共振コイル２１２で発生するインピーダンスの不整合による反射波電力を高周波電源２７３側で補償し、実効負荷電力の低下を補完するため、共振コイル２１２に対して常に初期のレベルの高周波電力を確実に供給でき、プラズマを安定させることが出来る。従って、基板処理空間で保持されたウエハを一定のレートで且つ均一に処理できる。
【００７０】
その後、所定の処理時間、例えば１０秒から３００秒が経過したら、高周波電源２７３からの電力の出力を停止して、処理室２０１内におけるプラズマ放電を停止する。また、バルブ２５３ａを閉めて、Ｏ２ガスの処理室２０１内への供給を停止する。以上により、プラズマ処理工程Ｓ１４０が終了する。
【００７１】
このような処理により、トレンチ３０１の底部３０１ａに形成される酸化膜の厚さと、側部３０１ｂに形成される酸化膜の厚さを近づけることが可能となる。即ち、ステップカバレッジの良好な膜を形成することができる。以下にその理由を詳述する。
【００７２】
（真空排気工程Ｓ１５０）
所定の処理時間が経過してＯ２ガスの供給を停止したら、ガス排気管２３１を用いて処理室２０１内を真空排気する。これにより、処理室２０１内の混合ガスや、混合ガスが反応した排ガス等を処理室２０１外へと排気する。その後、ＡＰＣバルブ２４２の開度を調整し、処理室２０１内の圧力を処理室２０１に隣接する真空搬送室（ウエハ２００の搬出先。図示せず）と同じ圧力（例えば１００Ｐａ）に調整する。
【００７３】
（基板搬出工程Ｓ１６０）
処理室２０１内が所定の圧力となったら、サセプタ２１７をウエハ２００の搬送位置まで下降させ、ウエハ突上げピン２６６上にウエハ２００を支持させる。そして、ゲートバルブ２４４を開き、図中省略の搬送機構を用いてウエハ２００を処理室２０１外へ搬出する。このとき、処理室２０１内を不活性ガス等でパージしながらウエハ２００の搬出を行ってもよい。以上により、本実施形態に係る基板処理工程を終了する。
【００７４】
＜比較例との対比＞
図６は、本発明の実施形態に係る基板処理工程と、比較例に係る基板処理工程とにおける、酸化レートの温度依存性を比較した説明図である。本図の縦軸は酸化レート（本例ではシリコン膜の酸化レート）を、横軸は処理温度を示している。このグラフの傾きから、それぞれの基板処理工程の酸化反応における活性化エネルギーを求めることができる。
【００７５】
図６において、“Ｔｈｅｒｍａｌ Ｏｘ”とは、酸素と熱により酸化を行う場合を示す。“μ−ｗａｖｅ Ｐｌａｓｍａ Ｏｘ”は、マイクロ波で酸素と水素の混合をプラズマ励起し、励起されたプラズマにより酸化を行う場合を示す。“Ｔｈｅｒｍａｌ ｒａｄｉｃａｌ Ｏｘ”は、酸素を熱励起して生成されるラジカルにより酸化を行う場合を示す。“ＰＩＯ：Ｏ２”は、本発明によるプラズマ生成機構によりＯ２ガスをプラズマ励起する場合を示し、“ＰＩＯ：Ｈ２／Ｏ２”は、本発明によるプラズマ生成機構によりＯ２ガスとＨ２ガスの混合ガスをプラズマ励起する場合を示している。図６に示す通り、それぞれの場合における活性化エネルギーの値は、Ｔｈｅｒｍａｌ Ｏｘ：１．８９ｅＶ、 μ−ｗａｖｅ Ｐｌａｓｍａ Ｏｘ：０．１８ｅＶ、Ｔｈｅｒｍａｌ ｒａｄｉｃａｌ Ｏｘ：０．１９ｅＶ、ＰＩＯ：Ｏ２（本発明１）：０．０３ｅＶ、ＰＩＯ：Ｈ２／Ｏ２（本発明２）：０．０５ｅＶとなっている。
【００７６】
ここで、活性化エネルギーが高い（つまり図６におけるグラフの傾きが大きい）場合、反応を起こすためにより多くのエネルギーが必要であり、酸化反応における熱の寄与が大きいため、酸化対象膜の結合エネルギーの大きさの違いによって酸化レートに大きな違いが出る傾向にある。より具体的には、膜の種類が異なる場合や、同じ膜種でも結晶方位が異なる場合、結合エネルギーの大きさが異なる。従って、酸化処理工程における活性化エネルギーが高く、酸化対象膜の種類や結晶方位が異なる（結合エネルギーの大きさが異なる）場合、酸化しやすさが大きく異なる。一方、活性化エネルギーが低い（つまり図６におけるグラフの傾きが小さい：０．０５ｅＶ以下）場合、酸化反応における熱の寄与が小さく、酸化対象膜の種類や結晶方位の違いが酸化レートにほとんど影響しない。より具体的には、例えば酸化対象膜の結合エネルギーが異なっていても、活性化エネルギーが低いため、結合エネルギーの大きさに酸化しやすさは殆ど依存せず、酸化レートに違いが生じにくくなる。以上より、結合エネルギーが異なる、複数種類のシリコン含有膜や複数種類の結晶方位を有するシリコン含有膜を酸化する場合であっても、本発明の処理方法によれば、酸化レートに違いが生じにくくなる。
【００７７】
図７には、上述の本発明の実施形態における、下地としてｃ−ＳｉとＰｏｌｙ−Ｓｉを酸化処理（改質処理）した場合の成膜結果を示している。図７（ａ）は、下地であるｃ−Ｓｉ３１０を酸化処理して酸化膜３１１を形成した例を示している。この例では、平均６．２ｎｍの膜厚で成膜された。図７（ｂ）は、同じく上述の本発明の実施形態における、酸化シリコン層３１２の上に下地としてＰｏｌｙ−Ｓｉ３１３を酸化処理して酸化膜３１１を形成した例を示している。この例では、平均６．３ｎｍの膜厚で成膜された。この結果より、本発明によれば、下地がｃ−ＳｉでもＰｏｌｙ−Ｓｉでも略同一の厚さの酸化膜が成膜できることが確認できる。
【００７８】
図８には、上述の本発明の実施形態における、下地としてｃ−Ｓｉと窒化シリコンを酸化処理した場合の成膜結果を示している。図８（ａ）は、下地ｃ−Ｓｉ３１０を酸化処理して酸化膜３１１を形成した例を示している。この例では、平均８．０ｎｍの膜厚で成膜された。図８（ｂ）は、ｃ−Ｓｉ３１０の上に下地として積層されている窒化シリコン膜３１４を酸化処理して酸化膜３１１を形成した例を示している。この例では、平均７．５ｎｍの膜厚で成膜された。この結果より、本発明によれば、下地がｃ−Ｓｉでも窒化シリコンでも略同一の厚さの酸化膜が成膜できることが確認できる。なお、前述した「略同一の厚さ」とは、例えば±０．５ｎｍ程度（±１０％程度）の偏差範囲とする。
【００７９】
図９には、上述の本発明の実施形態において、下地としてＰ型ドープシリコン（Ｂ−ｄｏｐｅ ｃ−Ｓｉ）基板とＮ型ドープシリコン（ｐ−ｄｏｐｅ ｃ−Ｓｉ）基板をそれぞれ酸化処理した場合の成膜結果（時間依存）を示している。この結果より、本発明によれば、下地がＰ型ドープシリコン基板でもＮ型ドープシリコン基板でも成膜レートがほとんど同じであるということが確認できる。
【００８０】
図１０には、上述の本発明の実施形態において、下地としたｃ−Ｓｉの結晶方位が（１００）と（１１０）とで異なる基板をそれぞれ酸化処理した場合の成膜結果（膜厚比較グラフ）を示している。比較したのは、一般的な熱酸化と本発明を用いた酸化方法で温度が異なる条件の場合である。熱による酸化は結晶方位（１００）に対して（１１０）の方が酸化レートが早いのに対し、本発明による酸化では、ほぼ同じ成膜レートであることが確認できる。なお、温度を低くして（１００℃にして）本発明を用いるとさらに成膜レートの違いが縮小（改善）していることも確認できる。
【００８１】
以上の実施形態においては、処理ガス（反応ガス）としてＯ２ガスを用いたが、使用される処理ガスをＯ２ガスとＨ２ガスの混合ガスとし、ガスの比率をＨ２ガスが１％以上９５％以下の範囲とすることができる。酸化膜の成長速度や膜の均一性の点から、Ｈ２ガスの比率は３％以上７％以下の範囲がより好ましい。
【００８２】
但し、成膜する基板上に金属を含む膜が成膜されており、その金属膜を酸化してはならない場合は、Ｈ２ガスの比率は５０％以上８０％以下の範囲とすると良い。Ｈ２ガスの比率を５０％以上にすることにより、金属膜が酸化することをより確実に抑制しながら、シリコン含有膜を酸化することができる。Ｈ２ガスの比率が８０％を超える場合、金属膜の酸化を抑制することはできるが、シリコン含有膜の酸化レートが実用的なレートを下回ることがあるため、Ｈ２ガスの比率は８０％以下が好適である。この場合、処理室２０１内の圧力は５０Ｐａ以上３００Ｐａ以下の範囲、好ましくは１００Ｐａ以上２００Ｐａ以下の範囲とすると良い。圧力が５０Ｐａを下回ると酸化レートが低下し、実用的なレートを得られない可能性がある。また、圧力が３００Ｐａを超えるとプラズマが生成されない可能性がある。
【００８３】
また、処理ガスには、ＡｒやＨｅなどの希ガスを混合しても良い。投入されるＲＦ Ｐｏｗｅｒは５．０ｋｗ以下（好ましくは４．０ｋｗ以下）であり、安定的にプラズマを生成するためには１．０ｋｗ以上の範囲であることが望ましい。
【００８４】
また酸化処理される下地膜や基板は、拡散で酸化するためシリコンを含んでいなくてはならない。具体的には、ｃ−Ｓｉ、フォスフィンがドープされたｃ−Ｓｉ、ボロンがドープされたｃ−Ｓｉ、結晶方位が通常の（１００）だけでなく（１１０）や（１１１）であるｃ−Ｓｉ、Ｐｏｌｙ −Ｓｉ、アモルファスシリコン、窒化シリコン、酸化シリコン、などが考えられる。酸化だけではなく窒化処理や成膜を伴わないアニールにおいても同様の下地に依存しない効果が期待できる。
【００８５】
以上のことから、本実施形態におけるプラズマ酸化法は下地に依存せず、異なる種類のシリコン含有膜に対しても、異なる結晶方位を有するシリコン含有膜に対しても、良好なステップカバレッジを得られることがわかる。
【００８６】
（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つまたは複数の効果を奏する。
【００８７】
（ａ）本実施形態によれば、処理対象である基板が、少なくとも複数種類のシリコン含有膜の表面を露出するものであり、更に当該シリコン含有膜のうち少なくともいずれかが互いに異なる複数の結晶方位面を露出するものであっても、本発明のプラズマ処理装置を用いることによって、それらの露出した複数種類のシリコン含有膜表面、及び複数の結晶方位を有したシリコン含有膜表面を、膜種、結晶方位の違いにかかわらず均一な厚さで改質（酸化）することができる。
【００８８】
（ｂ）また、本実施形態によれば、本実施形態における誘導結合構造でプラズマを生成することによって、他のプラズマ生成方法では実現されない、０．０５ｅＶ以下という非常に低い活性化エネルギーでシリコン含有膜の改質を行うことができる。従って、種類が異なるシリコン含有膜や結晶方位が異なるシリコン含有膜であっても、その違いに拠らず同一のレートで改質を行うことが可能となる。特に、結合エネルギーが互いに異なるシリコン含有膜であっても、結合エネルギーの大きさに拠らず同一のレートで改質を行うことができる。
【００８９】
（ｃ）本実施形態によれば、図５に示される処理対象構造のように、トレンチ内に複数種類のシリコン含有膜の表面を露出するものであり、更に当該シリコン含有膜のうち少なくともいずれかが互いに異なる複数の結晶方位面を露出するものであったとしても、トレンチ側部、底部、及びその境界部の酸化膜の膜厚を同等のレートで改質（酸化）するので、トレンチ内における酸化膜の膜厚のバラつきが低減される。また、酸化膜について良好なステップカバレッジを得ることができる。従って、半導体デバイスの特性を均一化し、性能のバラつきを低減することが可能となる。
【００９０】
（ｄ）高周波電源２７３に付設された電源制御手段が共振コイル２１２で発生するインピーダンスの不整合による反射波電力を高周波電源２７３側で補償し、実効負荷電力の低下を補完するため、共振コイル２１２に対して常に初期のレベルの高周波電力を確実に供給でき、プラズマを安定させることが出来る。従って、基板処理空間で保持されたウエハの表面、特に本実施形態のようなトレンチ内の表面を一定のレートで且つ均一に処理できる。
【００９１】
また、本実施例においては図５のようにアスペクト比の高い凹凸部を有するトレンチ３０１が形成されたパターンを用いて説明した。それらのパターンを有する膜を改質（酸化）する例として、例えば立体的に積層されたフラッシュメモリの製造工程の一工程において、トレンチ上部にポリシリコンで形成されるフローティング電極が形成されているパターンに対して本発明の酸化プロセスを行うことができる。これにより、酸化シリコン層をフローティング電極上に形成することもできる。
【００９２】
また、図５のようにアスペクト比の高い凹凸部を有するトレンチ３０１が形成された構造として、例えば異なるデバイス構造が隣接したパターン構造が考えられる。この場合、トレンチ３０１の幅や間隔が異なるなど、パターンの粗密が存在してしまう。
【００９３】
このような微細化パターンに対して従来のＣＶＤ装置で処理することが考えられるが、パターンの粗密によって面内膜厚にばらつきが起きることが想定される。
【００９４】
一方で本発明の実施形態にかかる基板処理方法においては、酸素ラジカルと加速されない状態のイオンがトレンチ３０１内にゆるやかに且つ均一に供給されるため、パターンの粗密にも関わらず均一に基板処理をすることが可能である。言い換えれば、パターンの粗密に関係なく、ステップカバレッジの高い酸化膜を形成することができる。更には、加速によるイオンアタックを防止できるので、イオンによるウエハダメージを抑制することができる。
【００９５】
＜第二の実施形態＞
続いて、第二の実施形態を、図１１及び図１２を用いて説明する。第二の実施形態は第一の実施形態と次の点で相違する。第一に、基板処理工程で処理されるウエハに形成されたパターン構造が異なる。第二に、処理方法において第一の実施形態における図４のＳ１３０、Ｓ１４０が異なる。Ｓ１１０、Ｓ１２０、Ｓ１５０、Ｓ１６０については実施例１と同様の工程である。基板処理装置は、実施例１と同様の装置を用いる。
【００９６】
図１１のパターンは、第二の実施形態に係る基板処理工程で処理されたパターン構造を説明する図である。図１１に記載のパターンは、第一の実施形態に係る図５のデバイス構造に比べて、金属含有膜で構成されるコントロール電極６０２が形成されている点において異なる。
【００９７】
以下に本実施形態に係る基板処理方法について具体的に説明する。
（１）基板処理工程
本実施形態に係る基板処理工程について説明する。本実施形態に係る基板処理工程は、上述の処理装置１００により実施される。なお以下の説明において、処理装置１００を構成する各部の動作は、コントローラ２２１により制御される。
【００９８】
本実施形態に係る基板処理工程で処理されるウエハ２００の表面には、第一の実施形態と同様に、アスペクト比の高い凹凸部（溝）を有するトレンチ６０１が予め形成されている。基板処理工程が行われる前のトレンチ６０１内では、金属含有膜で構成されるコントロール電極６０２と、互いに種類の異なる複数種類のシリコン含有膜が露出すると共に、トレンチの底面付近等では互いに異なる複数の結晶方位を有するシリコン含有膜が露出している。
【００９９】
より具体的には、本実施形態において処理されるウエハ２００上には、ｃ−Ｓｉ上に、互いに異なる種類のシリコン含有膜である、例えば、酸化シリコン膜６０３、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜６０４、窒化シリコン膜６０５、及び金属含有膜であるコントロール電極６０２が積層されている。また、ｃ−Ｓｉ膜のトレンチ３０１の底部６０１ａと側部６０１ｂとの境界部近傍では、互いに異なる結晶方位を持ったｃ−Ｓｉ膜が露出されている。この例では、底部６０１ａの結晶方位は（１００）であり、境界部での結晶方位は（１１１）であり、側部６０１ｂでの結晶方位は（１１０）である。これらの積層構造は、例えばドライエッチングなどのエッチング処理により形成される。
【０１００】
本実施形態においては、トレンチ６０１の内壁（側部、底部、及びその境界部）に露出したシリコン含有膜の表面対して酸化処理を行う。しかしながら、トレンチ６０１内のシリコン含有膜の表面を酸化させるためにこのパターン構造を酸素雰囲気に晒すと、金属含有膜であるコントロール電極６０２も酸素雰囲気に晒されることから、コントロール電極６０２が酸化し、劣化してしまうことが考えられる。そこで本実施形態では、金属含有膜であるコントロール電極６０２は酸化されないように、シリコン含有膜の表面のみを選択的に酸化する。
【０１０１】
本実施形態においては、第一の実施形態の基板処理工程である図４の内容と次の点で同様である。すなわち、Ｓ２１０はＳ１１０と、Ｓ２２０はＳ１２０と、Ｓ２４０はＳ１５０と、Ｓ２５０はＳ１６０と同様である。そのため、同様の部分については説明を簡略化する。
本実施形態に係る基板処理工程を以下に詳述する。
【０１０２】
（基板搬入工程  Ｓ２１０）
Ｓ１１０と同様、トレンチ６０１が形成されたウエハ２００を処理室２０１内に搬入し、ウエハ２００をサセプタ２１７の上面に載置する。
【０１０３】
（昇温・真空排気工程  Ｓ２２０）
続いて、Ｓ１２０と同様、処理室２０１内に搬入されたウエハ２００の昇温を行うとともに、ウエハ２００の昇温を行う間、処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１内の圧力を所定値となるように調整する。
【０１０４】
（反応ガス供給およびプラズマ処理工程Ｓ２３０）
次に、反応ガスとしてのＯ２ガスとＨ２ガス、及び添加ガスとしてのＡｒガスの供給を開始する。具体的には次の通りである。
【０１０５】
（混合ガス流量制御工程）
バルブ２４３ａ，２５３ａ，２５３ｂ，２５３ｃを開け、Ｏ２ガスとＨ２ガスとＡｒガスとの混合ガスを、バッファ室２３７を介して処理室２０１内に導入（供給）する。具体的には、バルブ２５３ａを開け、ＭＦＣ２５２ａにて流量制御しながら、バッファ室２３７を介して処理室２０１内へのＯ２ガスの供給を開始する。同時に、バルブ２５３ｂを開け、ＭＦＣ２５２ｂにて流量制御しながら、バッファ室２３７を介して処理室２０１内へのＨ２ガスの供給を開始する。また、Ａｒガス供給源２５０ｃからＭＦＣ２５２ｃ、バルブ２５３ｃ、ガス供給管２３２ｃを介してバッファ室２３７へＡｒガスの供給を開始する。このとき、Ｏ２ガスとＨ２ガスとの混合ガスにおけるＨ２ガスの体積比率は５０％以上８０％以下の範囲（本実施形態では５０％以上）とする。
【０１０６】
また、処理室２０１内の圧力が、例えば５０Ｐａ以上３００Ｐａ以下の範囲内、より好ましくは１００Ｐａ以上２００Ｐａ以下（本実施形態では１２０Ｐａ）の所定圧力となるように、ＡＰＣバルブ２４２の開度を調整して処理室２０１内を排気する。このように、処理室２０１内を適度に排気しつつ、後述のプラズマ処理工程の終了時までＯ２ガスとＨ２ガスとＡｒガスの混合ガスの供給を継続する。
【０１０７】
なお、上記混合ガスの供給前に、Ｈ２ガスを処理室２０１内に導入して、処理室２０１内が所定の圧力となるように調整してもよい。こうすることにより、混合ガス供給開始時、処理室２０１内の圧力を保持した状態で、コントロール電極６０２に対する急激な酸化を抑制することができる。
【０１０８】
（プラズマ励起開始工程）
混合ガスの導入を開始して所定時間経過後（例えば数秒経過後）、共振コイル２１２に対して高周波電源２７３からＲＦセンサ２７２を介して、高周波電力の印加を開始する。これにより、プラズマ生成空間２０１ａ内に誘導磁界が形成され、かかる誘導磁界で、プラズマ生成空間の共振コイル２１２の電気的中点に相当する高さ位置にドーナツ状の誘導プラズマが励起される。励起されたプラズマによりＯ２ガス、Ｈ２ガスは活性化されて解離し、酸素（Ｏ）や水素（Ｈ）を含む酸素活性種、酸素イオン、水素活性種、水素イオン等の反応種（例えばＯＨ及びＨ等）を生成する。この際、添加された希ガス（Ａｒガス）はプラズマ放電の安定化に寄与している。
【０１０９】
前述したように、位相電圧と逆位相電圧が常に相殺される状態の定在波が形成され、コイルの電気的中点（電圧がゼロのノード）に最も高い位相電流が生起される。従って、上記の電気的中点において励起された誘導プラズマは、処理室壁や基板載置台との容量結合が殆どなく、プラズマ生成空間２０１ａ中には、電気的ポテンシャルの極めて低いドーナツ状のプラズマを形成できる。
【０１１０】
さらに、上述の様に、高周波電源２７３に付設された電源制御手段がプラズマの容量結合や誘導結合の変動による共振コイル２１２における共振点のずれを補償し、一層正確に定在波を形成すため、容量結合が殆どなく、より確実に電気的ポテンシャルの極めて低いプラズマをプラズマ生成空間中に形成できる。
【０１１１】
従って、基板処理空間２０１ｂで基板載置台２１７上に保持されているウエハ２００には、酸素ラジカルと加速されない状態のイオンがトレンチ６０１内に均一に供給される。供給されたラジカル及びイオンは底部６０１ａ、側部６０１ｂ、及びその境界部と均一に反応し、露出したシリコン含有膜の表面をステップカバレッジの高い酸化膜に改質する。更には、加速によるイオンアタックを防止できるので、イオンによるウエハダメージを抑制することができる。
【０１１２】
更には、イオンの加速が防止されるため、プラズマ生成空間の周壁に対するスパッタリング作用がなく、プラズマ生成空間の周壁に損傷を与えることもない。その結果、装置の寿命を向上させることが出来、しかも、プラズマ生成空間等の部材成分がプラズマ中に混入してウエハを汚染するという不具合も防止し得る。
【０１１３】
（プラズマ処理工程（選択酸化処理工程））
そして、このプラズマにより活性化された混合ガスを、トレンチ６０１、すなわちｃ−Ｓｉ膜、酸化シリコン膜６０３、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜６０４、窒化シリコン膜６０５、及びコントロール電極６０２が露出した構造が形成されたウエハ２００に供給して、ウエハ２００にプラズマ処理（選択酸化処理）を施す。
【０１１４】
詳細には、Ｈ２ガスとＯ２ガスと希ガス（Ａｒガス）を含む混合ガスが、プラズマにより活性化されると、Ｈ及びＯＨ等が生成される。上記ＯＨが、ウエハ２００上のシリコン含有膜の表面に作用して、その表面を酸化し、酸化膜を形成する。上記Ｈは、このシリコン含有膜の表面に対して比較的小さい還元性を有する。
【０１１５】
つまり、ＯＨがウエハ２００上のシリコン含有膜の表面に作用すると、シリコン含有膜（ｃ−Ｓｉ膜、酸化シリコン膜６０３、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜６０４、窒化シリコン膜６０５）の表面に新たな酸化膜が形成される。
【０１１６】
一般的に、ウエハ２００上の金属含有膜の表面に対して、上記ＯＨは酸化性を有し、上記Ｈは還元性を有する。例えば、ＯＨ濃度が比較的高い（Ｈ濃度が比較的低い）場合、ウエハ２００上の金属含有膜の表面は酸化する。つまり、この場合、Ｈによる還元作用より、ＯＨによる酸化作用が大きい。一方、ＯＨ濃度が比較的低い（Ｈ濃度が比較的高い）場合、ウエハ２００上の金属含有膜の表面は酸化しない（還元する）。つまり、この場合、ＯＨによる酸化作用より、Ｈによる還元作用が大きい。
【０１１７】
本実施形態では、混合ガス中のＯ２ガスの流量とＨ２ガスの流量との合計流量に対するＨ２ガスの流量を５０％以上となるように制御して、ＭＦＣ２５２ａ，２５２ｂ，２５２ｃそれぞれの開度を調整し、プラズマ化した混合ガスにより、ウエハ２００に対してプラズマ処理を施している。このため、上記ウエハ２００上の金属を含む領域に対して、ＯＨによる酸化作用と比較してＨによる還元作用が大きくなり、上記ウエハ２００上の金属を含む領域の表面の酸化が抑制される（酸化されたとしても還元する）。
【０１１８】
その後、所定の処理時間、例えば１０秒から３００秒が経過したら、高周波電源２７３からの電力の出力を停止して、処理室２０１内におけるプラズマ放電を停止する。また、バルブ２５３ａ，２５３ｂ，２５３ｃを閉めて、Ｏ２ガス、Ｈ２ガス、Ａｒガスの処理室２０１内への供給を停止する。以上により、プラズマ処理工程が終了する。
【０１１９】
（真空排気工程Ｓ２４０）
所定の処理時間が経過してＯ２ガス、Ｈ２ガス、Ａｒガスの供給を停止したら、ガス排気管２３１を用いて処理室２０１内を真空排気する。これにより、処理室２０１内のＯ２ガス、Ｈ２ガス、Ａｒガスや、Ｏ２ガスが反応した排ガス等を処理室２０１外へと排気する。その後、ＡＰＣバルブ２４２の開度を調整し、処理室２０１内の圧力を処理室２０１に隣接する真空搬送室（ウエハ２００の搬出先。図示せず）と同じ圧力（例えば１００Ｐａ）に調整する。
【０１２０】
（基板搬出工程Ｓ２５０）
処理室２０１内が所定の圧力となったら、Ｓ１６０と同様、ゲートバルブ２４４を開き、ウエハ２００を処理室２０１外へ搬出する。以上により、本実施形態に係る基板処理工程を終了する。
【０１２１】
本実施形態によれば、ウエハ２００上に露出した金属含有膜で構成されたコントロール電極６０２を酸化することなく、トレンチ６０１内のシリコン含有膜の表面を選択的に酸化し、トレンチ６０１の底部６０１ａ、側部６０１ｂ及びその境界部に酸化膜を形成することができる。また、トレンチ６０１内で露出したシリコン含有膜の種類や結晶方位の違いにかかわらず均一な厚さで改質（酸化）することができる。
【０１２２】
また、酸化処理のみならず、酸化と窒化とを一緒に行う酸窒化処理、拡散処理、成膜（膜の堆積）処理、エッチング処理等にも本発明が適用可能である。例えば酸窒化処理には、Ｏ２ガス等の酸素含有ガス単体や、酸素含有ガスに窒素含有ガス、Ｈ２ガス等の水素含有ガスや希ガス等を添加した混合ガスを用い、成膜処理にはモノシラン（ＳｉＨ４）ガスやジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）ガス等のシリコン含有ガスを酸素含有ガスや窒素含有ガス等と組み合わせて用いるなど、使用する反応ガスは各処理内容に応じて適宜選択することができる。
【０１２３】
本発明は、特許請求の範囲に記載した通りであり、さらに次に付記した事項を含む。
【０１２４】
〔付記１〕  本発明の一態様によれば、
供給された処理ガスがプラズマ励起されるプラズマ生成空間と、前記プラズマ生成空間に連通し基板処理時に基板が載置される基板処理空間と、を有する基板処理室と、前記プラズマ生成空間の外周に設けられ、印加される高周波電力の波長の整数倍の電気長（電気的長さ）を有するコイルと、前記基板を前記コイルの下端より下の位置に載置するように構成された基板載置台と、を備えた基板処理装置を提供（準備）する工程と、
前記基板載置台に、表面にトレンチ構造を有する基板を載置する工程であって、前記トレンチ構造は、前記トレンチ構造内において互いに種類が異なる複数のシリコン含有膜の表面が露出し、且つ、当該複数のシリコン含有膜のうち少なくともいずれかが互いに結晶方位が異なる複数の面を有する構造である工程と、
前記基板処理室内に前記処理ガスを供給する工程と、
前記コイルに高周波電力を印加して、前記プラズマ生成空間において前記処理ガスのプラズマ生成を開始する工程と、
生成された前記プラズマにより、前記基板のトレンチ構造内において露出した前記複数のシリコン含有膜の表面を改質する工程と、を有し、
前記処理ガスのプラズマ生成を開始した後、前記コイルが共振状態を維持するように前記コイルに印加される高周波電力の周波数を制御する、半導体装置の製造方法又は基板処理方法、が提供される。
【０１２５】
〔付記２〕  付記１記載の方法であって、前記複数のシリコン含有膜の表面を改質する工程では、前記基板のトレンチ構造内において露出した前記互いに種類が異なる複数のシリコン含有膜の表面、及び当該複数のシリコン含有膜のうち少なくともいずれかが有する互いに異なる結晶方位をもつ複数の面を、それぞれ略同一の厚さで改質する。
【０１２６】
〔付記３〕  付記１又は２いずれか記載の方法であって、前記互いに種類が異なる複数のシリコン含有膜は、結合エネルギーの大きさが互いに異なる。
【０１２７】
〔付記４〕  付記１乃至３いずれか記載の方法であって、前記複数のシリコン含有膜の表面を改質する工程では、前記シリコン含有膜の改質が行われるときの活性化エネルギーが０．０５ｅＶ以下である。
【０１２８】
〔付記５〕  付記１乃至４いずれか記載の方法であって、前記コイルに印加される高周波電力は１．０ｋＷ以上である。
【０１２９】
〔付記６〕  付記１乃至５いずれか記載の方法であって、前記処理ガスは酸素含有ガスであり、前記複数のシリコン含有膜の表面を改質する工程では、前記基板のトレンチ構造内において露出した前記シリコン含有膜の表面の酸化を行う。
【０１３０】
〔付記７〕  付記１乃至６いずれか記載の方法であって、前記トレンチ構造は高アスペクト比のトレンチを有し、前記複数のシリコン含有膜の表面を改質する工程では、前記トレンチの底面近傍において露出した互いに異なる結晶方位をもつ複数の面を全て改質する。
【０１３１】
〔付記８〕  付記７記載の方法であって、前記互いに種類が異なる複数のシリコン含有膜の表面は、前記トレンチ（溝）の内側であって前記トレンチの深さ方向においてそれぞれ異なる位置で露出している。
【０１３２】
〔付記９〕  付記１乃至８いずれか記載の方法であって、前記基板の構造は、金属含有膜が少なくとも露出する構造であり、  前記処理ガスは酸素ガスと水素ガスの混合ガスである。
【０１３３】
〔付記１０〕  付記９記載の方法であって、前記処理ガスにおける水素ガスの体積比率は５０％以上８０％以下である。
【０１３４】
〔付記１１〕  付記１乃至１０いずれか記載の方法であって、前記複数のシリコン含有膜の表面を改質する工程では、前記プロセス圧力を５０Ｐａ以上３００Ｐａ以下の範囲とする。
【０１３５】
〔付記１２〕  付記１乃至５、若しくは７、８、１１いずれか記載の方法であって、前記処理ガスは窒素含有ガスであり、前記複数のシリコン含有膜の表面を改質する工程では、前記基板の構造において露出した前記複数のシリコン含有膜の表面を窒化する。
【０１３６】
〔付記１３〕  付記１乃至１２いずれか記載の方法であって、前記２以上のシリコン含有膜のうち少なくとも１のシリコン含有膜は、単結晶シリコン、ポリシリコン、アモルファスシリコン、及び窒化シリコンから成る群から選択されるいずれかである。
【０１３７】
〔付記１４〕  本発明の他の態様によれば、
供給された処理ガスがプラズマ励起されるプラズマ生成空間と、前記プラズマ生成空間に連通し基板処理時に基板が載置される基板処理空間と、を有する基板処理室と、前記プラズマ生成空間の外周に設けられ、印加される高周波電力の波長の整数倍の電気長（電気的長さ）を有するコイルと、前記基板を前記コイルの下端より下の位置に載置するように構成された基板載置台と、を備えた基板処理装置において、
前記基板載置台に、表面にトレンチ構造を有する基板を載置する手順であって、前記トレンチ構造は、前記トレンチ構造内において互いに種類が異なる複数のシリコン含有膜の表面が露出し、且つ、当該複数のシリコン含有膜のうち少なくともいずれかが互いに結晶方位が異なる複数の面を有する構造である手順と、
前記基板処理室内に前記処理ガスを供給する手順と、
前記コイルに高周波電力を印加して、前記プラズマ生成空間において前記処理ガスのプラズマ生成を開始する手順と、
生成した前記プラズマにより、前記基板のトレンチ構造内において露出した前記複数のシリコン含有膜の表面を改質する手順と、
前記処理ガスのプラズマ生成を開始する手順の後、前記コイルが共振状態を維持するように前記コイルに印加される高周波電力の周波数を制御する手順と、
をコンピュータに実行させるプログラム、又は当該プログラムを記録したコンピュータが読み取り可能な記録媒体、が提供される。
【０１３８】
〔付記１５〕  本発明のさらに他の態様によれば、
供給された処理ガスがプラズマ励起されるプラズマ生成空間と、前記プラズマ生成空間に連通し、トレンチ構造を表面に有する基板であって、前記トレンチ構造内において互いに種類が異なる複数のシリコン含有膜の表面が露出し、且つ、当該複数のシリコン含有膜のうち少なくともいずれかが互いに結晶方位が異なる複数の面を有する基板を処理する際に基板が載置される基板処理空間と、を有する基板処理室と、
前記プラズマ生成空間の外周に設けられ、印加される高周波電力の波長の整数倍の電気長（電気的長さ）を有するコイルと、
前記コイルに高周波電力を印加する高周波電源と、
前記コイルに印加される高周波電力の周波数が前記コイルの共振周波数を維持するように、前記高周波電源を制御するよう構成される周波数制御部と、
前記プラズマ生成空間に前記処理ガスを供給するガス供給部と、
前記基板を前記コイルの下端より下の位置に載置するように構成された基板載置台と、
前記ガス供給部を制御して前記処理ガスを前記プラズマ生成空間に供給すると共に、前記高周波電源を制御して前記コイルに高周波電力を印加するよう構成された制御部と、を備える基板処理装置、が提供される。
【０１３９】
〔付記１６〕  付記１６記載の基板処理装置であって、
前記基板処理室内を排気する排気部を有し、
前記制御部は、前記基板処理室内の圧力が５０Ｐａ以上３００Ｐａ以下の範囲となるように、前記ガス供給部及び前記排気部を制御するよう構成される。
【産業上の利用可能性】
【０１４０】
本発明によれば、カバレッジおよび膜質が良好な条件で、改質処理が施される基板の下地に依存せず改質膜を形成でき、半導体デバイスの特性および生産性を向上させる技術が提供される。
【符号の説明】
【０１４１】
１００・・・・処理装置、  ２００・・・・ウエハ、  ２０１・・・・処理室、  ２０１ａ・・・プラズマ生成空間、  ２０１ｂ・・・基板処理空間、  ２０２・・・・処理炉、  ３０１ａ・・・底部、  ３０１ｂ・・・側部
【図１】
2016125606.tif 000003
【図２】
2016125606.tif 000004
【図３】
2016125606.tif 000005
【図４】
2016125606.tif 000006
【図５】
2016125606.tif 000007
【図６】
2016125606.tif 000008
【図７】
2016125606.tif 000009
【図８】
2016125606.tif 000010
【図９】
2016125606.tif 000011
【図１０】
2016125606.tif 000012
【図１１】
2016125606.tif 000013
【図１２】
2016125606.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成29年5月31日(2017.5.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給された処理ガスがプラズマ励起されるプラズマ生成空間と、前記プラズマ生成空間に連通し基板処理時に基板が載置される基板処理空間と、を有する基板処理室と、前記プラズマ生成空間の外周に設けられ、印加される高周波電力の波長の整数倍の電気長を有するコイルと、前記基板を前記コイルの下端より下の位置に載置するように構成された基板載置台と、を備えた基板処理装置を提供する工程と、
前記基板載置台に、表面にトレンチ構造を有する基板を載置する工程であって、前記トレンチ構造は、前記トレンチ構造内において互いに種類が異なる複数のシリコン含有膜の表面が露出し、且つ、当該複数のシリコン含有膜のうち少なくともいずれかが互いに結晶方位が異なる複数の面を有する構造である工程と、
前記基板処理室内に前記処理ガスを供給する工程と、
前記コイルに高周波電力を印加して、前記プラズマ生成空間において前記処理ガスのプラズマ生成を開始する工程と、
生成された前記プラズマにより、前記基板のトレンチ構造内において露出した前記複数のシリコン含有膜の表面を改質する工程と、を有する、
半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、
前記処理ガスのプラズマ生成を開始した後、前記コイルが共振状態を維持するように前記コイルに印加される高周波電力の周波数を制御する。
【請求項３】
請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、
前記複数のシリコン含有膜の表面を改質する工程では、前記基板のトレンチ構造内において露出した前記互いに種類が異なる複数のシリコン含有膜の表面、及び当該複数のシリコン含有膜のうち少なくともいずれかが有する互いに異なる結晶方位をもつ複数の面を、それぞれ略同一の厚さで改質する。
【請求項４】
請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、
前記互いに種類が異なる複数のシリコン含有膜は、結合エネルギーの大きさが互いに異なる。
【請求項５】
請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、
前記複数のシリコン含有膜の表面を改質する工程では、前記シリコン含有膜の改質が行われるときの活性化エネルギーが０．０５ｅＶ以下である。
【請求項６】
請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、
前記コイルに印加される高周波電力は１．０ｋＷ以上である。
【請求項７】
請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、
前記処理ガスは酸素含有ガスであり、前記複数のシリコン含有膜の表面を改質する工程では、前記基板のトレンチ構造内において露出した前記シリコン含有膜の表面の酸化を行う。
【請求項８】
請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、
前記トレンチ構造は高アスペクト比のトレンチを有し、前記複数のシリコン含有膜の表面を改質する工程では、前記トレンチの底面近傍において露出した互いに異なる結晶方位をもつ複数の面を全て改質する。
【請求項９】
請求項８記載の半導体装置の製造方法であって、
前記互いに種類が異なる複数のシリコン含有膜の表面は、前記トレンチの内側であって前記トレンチの深さ方向においてそれぞれ異なる位置で露出している。
【請求項１０】
請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、
前記基板の構造は、金属含有膜が少なくとも露出する構造であり、
前記処理ガスは酸素ガスと水素ガスの混合ガスである。
【請求項１１】
請求項１０記載の半導体装置の製造方法であって、
前記処理ガスにおける水素ガスの体積比率は５０％以上８０％以下である。
【請求項１２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、
前記複数のシリコン含有膜の表面を改質する工程では、プロセス圧力を５０Ｐａ以上３００Ｐａ以下の範囲とする。
【請求項１３】
請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、
前記処理ガスは窒素含有ガスであり、前記複数のシリコン含有膜の表面を改質する工程では、前記基板のトレンチ構造において露出した前記複数のシリコン含有膜の表面を窒化する。
【請求項１４】
請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、
前記２以上のシリコン含有膜のうち少なくとも１つのシリコン含有膜は、単結晶シリコン、ポリシリコン、アモルファスシリコン、及び窒化シリコンから成る群から選択されるいずれかである。
【請求項１５】
供給された処理ガスがプラズマ励起されるプラズマ生成空間と、前記プラズマ生成空間に連通し基板処理時に基板が載置される基板処理空間と、を有する基板処理室と、前記プラズマ生成空間の外周に設けられ、印加される高周波電力の波長の整数倍の電気長を有するコイルと、前記基板を前記コイルの下端より下の位置に載置するように構成された基板載置台と、を備えた基板処理装置において、
前記基板載置台に、表面にトレンチ構造を有する基板を載置する手順であって、前記トレンチ構造は、前記トレンチ構造内において互いに種類が異なる複数のシリコン含有膜の表面が露出し、且つ、当該複数のシリコン含有膜のうち少なくともいずれかが互いに結晶方位が異なる複数の面を有する構造である手順と、
前記基板処理室内に前記処理ガスを供給する手順と、
前記コイルに高周波電力を印加して、前記プラズマ生成空間において前記処理ガスのプラズマ生成を開始する手順と、
生成した前記プラズマにより、前記基板のトレンチ構造内において露出した前記複数のシリコン含有膜の表面を改質する手順と、
をコンピュータにより前記基板処理装置に実行させるプログラム。
【請求項１６】
供給された処理ガスがプラズマ励起されるプラズマ生成空間と、前記プラズマ生成空間に連通し、トレンチ構造を表面に有する基板であって、前記トレンチ構造内において互いに種類が異なる複数のシリコン含有膜の表面が露出し、且つ、当該複数のシリコン含有膜のうち少なくともいずれかが互いに結晶方位が異なる複数の面を有する基板を処理する際に基板が載置される基板処理空間と、を有する基板処理室と、
前記プラズマ生成空間の外周に設けられ、印加される高周波電力の波長の整数倍の電気長を有するコイルと、
前記コイルに高周波電力を印加する高周波電源と、
前記プラズマ生成空間に前記処理ガスを供給するガス供給部と、
前記基板を前記コイルの下端より下の位置に載置するように構成された基板載置台と、
前記ガス供給部を制御して前記処理ガスを前記プラズマ生成空間に供給すると共に、前記高周波電源を制御して前記コイルに高周波電力を印加するよう構成された制御部と、
を備える基板処理装置。
【国際調査報告】
2016125606.tif 000015
2016125606.tif 000016