(57)【要約】【課題】  半導体メモリ装置の電荷蓄積層として有用な優れた電荷蓄積能力を有する窒化珪素膜を提供する。【解決手段】  膜の厚さ方向に略均等なトラップ密度を有する窒化珪素膜は、高い電荷蓄積能力を有する。この窒化珪素膜は、複数の孔を有する平面アンテナ３１によりチャンバー１内にマイクロ波を導入するプラズマ処理装置１００を用い、チャンバー１内に窒素含有化合物と珪素含有化合物とを含む原料ガスを導入してマイクロ波によりプラズマを発生させ、該プラズマにより被処理体の表面に窒化珪素膜を堆積させるプラズマＣＶＤによって成膜される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
不揮発性半導体メモリ装置の電荷蓄積層として用いられる窒化珪素膜であって、膜の厚さ方向に略均等なトラップ密度の分布を有することを特徴とする窒化珪素膜。
【請求項２】
不揮発性半導体メモリ装置の電荷蓄積層として用いられる窒化珪素膜であって、膜中のトラップの面密度が、５×１０１０〜１×１０１３ｃｍ−２ｅＶ−１の範囲内であることを特徴とする窒化珪素膜。
【請求項３】
不揮発性半導体メモリ装置の電荷蓄積層として用いられる窒化珪素膜であって、シリコンのミッドギャップに相当するエネルギー位置でのトラップの体積密度が、膜の厚さ方向に１×１０１７〜５×１０１７ｃｍ−３ｅＶ−１の範囲内で分布していることを特徴とする窒化珪素膜。
【請求項４】
前記窒化珪素膜の膜厚が、１〜３ｎｍの範囲内であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の窒化珪素膜。
【請求項５】
プラズマ処理装置の処理室内に窒素含有化合物と珪素含有化合物とを含む原料ガスを導入し、複数のスロットを有する平面アンテナにより前記処理室内にマイクロ波を導入して前記原料ガスのプラズマを発生させ、前記プラズマにより被処理体に窒化珪素膜を堆積させるプラズマＣＶＤ法により形成され、不揮発性半導体メモリ装置の電荷蓄積層として用いられる窒化珪素膜であって、
膜の厚さ方向に略均等なトラップ密度の分布を有することを特徴とする窒化珪素膜。
【請求項６】
前記プラズマＣＶＤ法は、前記窒素含有化合物としてアンモニアを、前記珪素含有化合物としてジシランをそれぞれ用い、前記アンモニアと前記ジシランとの流量比（アンモニア流量／ジシラン流量）が０．１〜１０００の範囲内であり、処理圧力が１〜１３３３Ｐａの範囲内であり、処理温度が３００〜８００℃の範囲内であることを特徴とする請求項５に記載の窒化珪素膜。
【請求項７】
被処理体の表面に二酸化珪素膜を形成した後、前記プラズマＣＶＤ法を行うことにより形成されたものであることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の窒化珪素膜。
【請求項８】
前記トラップ密度が、面密度として５×１０１０〜１×１０１３ｃｍ−２ｅＶ−１の範囲内であることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の窒化珪素膜。
【請求項９】
前記トラップ密度が、シリコンのミッドギャップに相当するエネルギー位置での体積密度として、膜の厚さ方向に１×１０１７〜５×１０１７ｃｍ−３ｅＶ−１の範囲内で分布していることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の窒化珪素膜。
【請求項１０】
前記窒化珪素膜の膜厚が、１〜３ｎｍの範囲内であることを特徴とする請求項５から請求項９のいずれか１項に記載の窒化珪素膜。
【請求項１１】
半導体層とゲート電極との間に、１層ないし複数層の電荷蓄積層を備えた不揮発性半導体メモリ装置であって、
前記電荷蓄積層の少なくとも１層として、膜の厚さ方向に略均等なトラップ密度の分布を有する窒化珪素膜を備えたことを特徴とする不揮発性半導体メモリ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、不揮発性半導体メモリ装置の電荷蓄積層として有用な窒化珪素膜および不揮発性半導体メモリ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、電気的書換え動作が可能なＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ ａｎｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）などに代表される不揮発性半導体メモリ装置としては、ＳＯＮＯＳ（Ｓｉｌｉｃｏｎ−Ｏｘｉｄｅ−Ｎｉｔｒｉｄｅ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｉｌｉｃｏｎ）型やＭＯＮＯＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｎｉｔｒｉｄｅ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｉｌｉｃｏｎ）型と呼ばれる積層構造を有するものがある。これらのタイプの不揮発性半導体メモリ装置では、二酸化珪素膜（Ｏｘｉｄｅ）に挟まれた窒化珪素膜（Ｎｉｔｒｉｄｅ）を電荷蓄積層として情報の保持が行われる。つまり、上記不揮発性半導体メモリ装置では、半導体基板（Ｓｉｌｉｃｏｎ）とコントロールゲート電極（ＳｉｌｉｃｏｎまたはＭｅｔａｌ）との間に電圧を印加することによって、電荷蓄積層の窒化珪素膜に電子を注入してデータを保存したり、窒化珪素膜に蓄積された電子を除去したりして、データの保存と消去の書換えを行っている。
【０００３】
不揮発性半導体メモリ装置の電荷蓄積層に関する技術として、特許文献１には、窒化珪素膜とトップ酸化膜との界面のトラップ密度を増加させる目的で、これらの膜の中間部分にＳｉを多く含有する遷移層を設けることが記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１４５０７８号公報（例えば、特許請求の範囲など）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年の半導体装置の高集積化に伴い、不揮発性半導体メモリ装置の素子構造も急速に微細化が進んでいる。不揮発性半導体メモリ装置を微細化するためには、個々の不揮発性半導体メモリ装置において、電荷蓄積層である窒化珪素膜の電荷蓄積能力を向上させ、データ保持性能を高める必要がある。この窒化珪素膜の電荷蓄積能力は、膜中の電荷捕獲中心であるトラップの密度と関係がある。したがって、不揮発性半導体メモリ装置のデータ保持性能を高める一つの手段として、トラップ密度の大きな窒化珪素膜を電荷蓄積層として使用することが有効であると考えられる。
【０００６】
しかしながら、従来は、窒化珪素膜中のトラップの密度や分布を測定することが出来なかった。それ故、半導体メモリ装置の電荷蓄積層としてどの程度のトラップ密度を有する窒化珪素膜を形成したらよいか、あるいは、どのようなトラップ密度のプロファイルを有する窒化珪素膜を形成するべきか、について、明確な方向性は得られていなかった。また、窒化珪素膜の製造過程で膜中のトラップの密度や分布を制御することは事実上不可能であった。例えば、特許文献１では、窒化珪素膜のトラップ密度を直接コントロールできないことから、窒化珪素膜とトップ酸化膜との間に遷移層を設けているのである。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体メモリ装置の電荷蓄積層として有用な優れた電荷蓄積能力を有する窒化珪素膜を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の観点の窒化珪素膜は、不揮発性半導体メモリ装置の電荷蓄積層として用いられる窒化珪素膜であって、膜の厚さ方向に略均等なトラップ密度の分布を有するものである。なお、本発明の窒化珪素膜は、酸素を含んでいてもよい。
【０００９】
本発明の第２の観点の窒化珪素膜は、不揮発性半導体メモリ装置の電荷蓄積層として用いられる窒化珪素膜であって、膜中のトラップの面密度が、５×１０１０〜１×１０１３ｃｍ−２ｅＶ−１の範囲内であるものである。
【００１０】
本発明の第３の観点の窒化珪素膜は、不揮発性半導体メモリ装置の電荷蓄積層として用いられる窒化珪素膜であって、シリコンのミッドギャップに相当するエネルギー位置でのトラップの体積密度が、膜の厚さ方向に１×１０１７〜５×１０１７ｃｍ−３ｅＶ−１の範囲内で分布しているものである。
【００１１】
上記第１から第３のいずれかの観点において、前記窒化珪素膜の膜厚が、１〜３ｎｍの範囲内であってもよい。
【００１２】
本発明の第４の観点の窒化珪素膜は、プラズマ処理装置の処理室内に窒素含有化合物と珪素含有化合物とを含む原料ガスを導入し、複数のスロットを有する平面アンテナにより前記処理室内にマイクロ波を導入して前記原料ガスのプラズマを発生させ、前記プラズマにより被処理体に窒化珪素膜を堆積させるプラズマＣＶＤ法により形成され、不揮発性半導体メモリ装置の電荷蓄積層として用いられる窒化珪素膜であって、膜の厚さ方向に略均等なトラップ密度の分布を有するものである。
【００１３】
また、上記第４の観点の窒化珪素膜において、前記プラズマＣＶＤ法は、前記窒素含有化合物としてアンモニアを、前記珪素含有化合物としてジシランをそれぞれ用い、前記アンモニアと前記ジシランとの流量比（アンモニア流量／ジシラン流量）が０．１〜１０００の範囲内であってもよく、処理圧力が１〜１３３３Ｐａの範囲内であってもよく、処理温度が３００〜８００℃の範囲内であってもよい。
【００１４】
また、上記第４の観点の窒化珪素膜は、被処理体の表面に二酸化珪素膜を形成した後、前記プラズマＣＶＤ法を行うことにより形成されたものであってもよい。
【００１５】
また、上記第４の観点の窒化珪素膜は、前記トラップ密度が、面密度として５×１０１０〜１×１０１３ｃｍ−２ｅＶ−１の範囲内であってもよい。
【００１６】
また、上記第４の観点の窒化珪素膜は、前記トラップ密度が、シリコンのミッドギャップに相当するエネルギー位置での体積密度として、膜の厚さ方向に１×１０１７〜５×１０１７ｃｍ−３ｅＶ−１の範囲内で分布していてもよい。
【００１７】
また、上記第４の観点の窒化珪素膜は、前記窒化珪素膜の膜厚が、１〜３ｎｍの範囲内であってもよい。
【００１８】
本発明の第５の観点の不揮発性半導体メモリ装置は、半導体層とゲート電極との間に、１層ないし複数層の電荷蓄積層を備えた不揮発性半導体メモリ装置であって、前記電荷蓄積層の少なくとも１層として、膜の厚さ方向に略均等なトラップ密度の分布を有する窒化珪素膜を備えたものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の窒化珪素膜は、膜の厚さ方向に略均等なトラップ密度の分布を有するので、不揮発性半導体メモリ装置の電荷蓄積層として利用することにより、優れた電荷蓄積能力を発揮し、半導体メモリ装置のデータ保持性能を改善できる、という効果を奏する。
【００２０】
また、本発明の不揮発性半導体メモリ装置は、電荷蓄積層の少なくとも１層として、膜の厚さ方向に略均等なトラップ密度の分布を有する窒化珪素膜を備えていることから、優れたデータ保持性能を有するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態では、本発明の窒化珪素膜を電荷蓄積層として利用したｎチャネル型の不揮発性半導体メモリ装置を例に挙げて説明を行う。図１は、不揮発性半導体メモリ装置２００の断面構造を示す説明図である。
【００２２】
不揮発性半導体メモリ装置２００は、たとえばｐ型のシリコン基板（Ｓｉ基板）２０１上に、該Ｓｉ基板２０１側から順にトンネル酸化膜２０５、窒化珪素膜２０７、二酸化珪素膜２０９および電極２１１が形成された素子構造Ｇを有している。
【００２３】
トンネル酸化膜２０５は、例えば０．１〜１０ｎｍ程度の膜厚を有するＳｉＯ２膜またはＳｉＯＮ膜である。窒化珪素膜２０７は、電荷蓄積層として機能するもので、例えば１〜５０ｎｍ程度の膜厚のＳｉＮ膜またはＳｉＯＮ膜により構成されている。この窒化珪素膜２０７として、膜の厚さ方向に略均等なトラップ密度の分布を有する本発明の窒化珪素膜を用いる。なお、電荷蓄積層として、２層以上の窒化珪素膜を設けてもよい。二酸化珪素膜２０９は、例えばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；化学気相堆積）法により成膜されたＳｉＯ２膜であり、電極２１１と窒化珪素膜２０７との間のブロック層（バリア層）として機能する。二酸化珪素膜２０９は、例えば０．１〜５０ｎｍ程度の膜厚を有している。電極２１１は、例えばＣＶＤ法により成膜された多結晶シリコン膜からなり、コントロールゲート（ＣＧ）として機能する。また、電極２１１は、例えば、タングステン、チタン、タンタル、銅、アルミニウム、金等の金属を含む膜であってもよい。電極２１１は、例えば０．１〜５０ｎｍ程度の膜厚を有している。電極２１１は、単層に限らず、電極２１１の比抵抗を下げ、高速化する目的で、例えばタングステン、モリブデン、タンタル、チタン、それらのシリサイド、ナイトライド、合金等を含む積層構造にすることもできる。この電極２１１は、図示しない配線層に接続されている。なお、不揮発性半導体メモリ装置２００は、半導体基板内のｐウエルやｐ型シリコン層に形成されていてもよい。
【００２４】
また、Ｓｉ基板２０１の表面には、素子分離膜２０３が形成されている。素子分離膜２０３によって、不揮発性半導体メモリ装置２００が形成されるアクティブ領域Ａが区画されている。Ｓｉ基板２０１における素子構造Ｇの周囲の領域には、ソース領域２１２およびドレイン領域２１４が形成されている。アクティブ領域Ａ内で、ソース領域２１２とドレイン領域２１４の間に挟まれる部分が、不揮発性半導体メモリ装置２００のチャネル形成領域２１６となっている。また、素子構造Ｇの両側部には、サイドウォール２１８が形成されている。
【００２５】
以上のような構造の不揮発性半導体メモリ装置２００の動作例について説明する。まず、データ書き込み時には、Ｓｉ基板２０１の電位を基準として、ソース領域２１２およびドレイン領域２１４を０Ｖに保持し、電極２１１に所定の正の電圧を印加する。このとき、チャネル形成領域２１６に電子が蓄積されて反転層が形成され、その反転層内の電子の一部がトンネル効果によりトンネル酸化膜２０５を介して窒化珪素膜２０７に移動する。窒化珪素膜２０７に移動した電子は、窒化珪素膜２０７内に形成された電荷捕獲中心であるトラップに捕獲され、データの蓄積が行われる。
【００２６】
データ読み出し時には、Ｓｉ基板２０１の電位を基準としてソース領域２１２またはドレイン領域２１４のいずれか一方に０Ｖの電圧を印加し、もう一方に所定の電圧を印加する。さらに、電極２１１にも所定の電圧を印加する。このように電圧を印加することにより、窒化珪素膜２０７内に蓄積された電子の有無や、蓄積された電子の量に応じ、チャネルの電流量やドレイン電圧が変化する。従って、このチャネル電流またはドレイン電圧の変化を検出することによって、記憶データを外部に読み出すことができる。
【００２７】
データの消去時には、Ｓｉ基板２０１の電位を基準とし、ソース領域２１２およびドレイン領域２１４の両方に０Ｖの電圧を印加し、電極２１１に所定の大きさの負の電圧を印加する。このような電圧の印加によって、窒化珪素膜２０７内で保持されていた電子はトンネル酸化膜２０５を介してチャネル形成領域２１６に引き抜かれる。これにより、不揮発性半導体メモリ装置２００は、窒化珪素膜２０７内の電子蓄積量が低い消去状態に戻される。
【００２８】
不揮発性半導体メモリ装置２００では、窒化珪素膜２０７として、膜の厚さ方向に略均等なトラップ密度の分布を有する本発明の窒化珪素膜を用いることにより、優れたデータ保持性能が得られる。なお、本発明の窒化珪素膜は、図１に示したようなｎチャネル型の不揮発性半導体メモリ装置に限らず、ｐチャネル型の不揮発性半導体メモリ装置においても、電荷蓄積層として利用できる。
【００２９】
図２は、本実施の形態において窒化珪素膜２０７の形成に利用可能なプラズマ処理装置１００の概略構成を模式的に示す断面図である。また、図３は、図２のプラズマ処理装置１００の制御部の構成例を示す図面である。
【００３０】
プラズマ処理装置１００は、複数のスロット状の孔を有する平面アンテナ、特にＲＬＳＡ（Radial Line Slot Antenna；ラジアルラインスロットアンテナ）にて処理室内にマイクロ波を導入してプラズマを発生させることにより、高密度かつ低電子温度のマイクロ波励起プラズマを発生させ得るＲＬＳＡマイクロ波プラズマ処理装置として構成されており、１×１０１０〜５×１０１２／ｃｍ３のプラズマ密度で、かつ０．７〜２ｅＶの低電子温度のプラズマによる処理が可能である。従って、各種半導体装置の製造過程においてプラズマＣＶＤによる窒化珪素膜の成膜処理などの目的で好適に利用可能なものである。
【００３１】
プラズマ処理装置１００は、主要な構成として、気密に構成されたチャンバー（処理室）１と、チャンバー１内にガスを供給するガス供給機構１８と、チャンバー１内を減圧排気するための排気機構としての排気装置２４と、チャンバー１の上部に設けられ、チャンバー１内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入機構２７と、これらプラズマ処理装置１００の各構成部を制御する制御部５０と、を備えている。
【００３２】
チャンバー１は、接地された略円筒状の容器により形成されている。なお、チャンバー１は角筒形状の容器により形成してもよい。チャンバー１は、アルミニウム等の材質からなる底壁１ａと側壁１ｂとを有している。
【００３３】
チャンバー１の内部には、被処理体であるシリコンウエハ（以下、単に「ウエハ」と記す）Ｗを水平に支持するための載置台２が設けられている。載置台２は、熱伝導性の高い材質例えばＡｌＮ等のセラミックスにより構成されている。この載置台２は、排気室１１の底部中央から上方に延びる円筒状の支持部材３により支持されている。支持部材３は、例えばＡｌＮ等のセラミックスにより構成されている。
【００３４】
また、載置台２には、その外縁部をカバーし、ウエハＷをガイドするためのカバーリング４が設けられている。
【００３５】
また、載置台２には、温度調節機構としての抵抗加熱型のヒータ５が埋め込まれている。このヒータ５は、ヒータ電源５ａから給電されることにより載置台２を加熱して、その熱で被処理基板であるウエハＷを均一に加熱する。
【００３６】
また、載置台２には、熱電対（ＴＣ）６が配備されている。この熱電対６によって温度計測を行うことにより、ウエハＷの加熱温度を例えば室温から９００℃までの範囲で制御可能となっている。
【００３７】
また、載置台２には、ウエハＷを支持して昇降させるためのウエハ支持ピン（図示せず）を有している。各ウエハ支持ピンは、載置台２の表面に対して突没可能に設けられている。
【００３８】
チャンバー１の底壁１ａの略中央部には、円形の開口部１０が形成されている。底壁１ａにはこの開口部１０と連通し、下方に向けて突出する排気室１１が設けられている。この排気室１１には、排気管１２が接続されており、この排気管１２を介して排気装置２４に接続されている。
【００３９】
チャンバー１には、ガス導入部１４および１５が、上下２段に設けられている。各ガス導入部１４および１５は成膜原料ガスやプラズマ励起用ガスを供給するガス供給機構１８に接続されている。なお、ガス導入部１４および１５はノズル状またはシャワー状に設けてもよい。
【００４０】
また、チャンバー１の側壁１ｂには、プラズマ処理装置１００と、これに隣接する搬送室（図示せず）との間で、ウエハＷの搬入出を行うための搬入出口１６と、この搬入出口１６を開閉するゲートバルブ１７とが設けられている。
【００４１】
ガス供給機構１８は、例えば窒素含有ガス（Ｎ含有ガス）供給源１９ａ、シリコン含有ガス（Ｓｉ含有ガス）供給源１９ｂおよび不活性ガス供給源１９ｃを有している。窒素含有ガス供給源１９ａは、上段のガス導入部１４に接続されている。また、シリコン含有ガス供給源１９ｂおよび不活性ガス供給源１９ｃは、下段のガス導入部１５に接続されている。なお、ガス供給機構１８は、上記以外の図示しないガス供給源として、例えばチャンバー内雰囲気を置換する際に用いるパージガス供給源、チャンバー１内をクリーニングする際に用いるクリーニングガス供給源等を有していてもよい。
【００４２】
成膜原料ガスである窒素含有ガスとしては、例えば窒素ガス（Ｎ２）、アンモニア（ＮＨ３）、ＭＭＨ（モノメチルヒドラジン）等のヒドラジン誘導体などを用いることができる。また、他の成膜原料ガスであるシリコン含有ガスとしては、例えばシラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、ＴＳＡ（トリシリルアミン）などを用いることができる。この中でも、特にジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）が好ましい。さらに、不活性ガスとしては、例えばＮ２ガスや希ガスなどを用いることができる。希ガスは、プラズマ励起用ガスであり、例えばＡｒガス、Ｋｒガス、Ｘｅガス、Ｈｅガスなどを用いることができる。
【００４３】
窒素含有ガスは、ガス供給機構１８の窒素含有ガス供給源１９ａから、ガスライン２０を介してガス導入部１４に至り、ガス導入部１４からチャンバー１内に導入される。一方、シリコン含有ガスおよび不活性ガスは、シリコン含有ガス供給源１９ｂおよび不活性ガス供給源１９ｃから、それぞれガスライン２０を介してガス導入部１５に至り、ガス導入部１５からチャンバー１内に導入される。各ガス供給源に接続する各々のガスライン２０には、マスフローコントローラ２１およびその前後の開閉バルブ２２が設けられている。このようなガス供給機構１８の構成により、供給されるガスの切替えや流量等の制御が出来るようになっている。なお、Ａｒなどのプラズマ励起用の希ガスは任意のガスであり、必ずしも成膜原料ガスと同時に供給する必要はない。
【００４４】
排気機構としての排気装置２４は、ターボ分子ポンプなどの高速真空ポンプを備えている。前記のように、排気装置２４は、排気管１２を介してチャンバー１の排気室１１に接続されている。この排気装置２４を作動させることにより、チャンバー１内のガスは、排気室１１の空間１１ａから排気管１２を介して外部へ排気される。これにより、チャンバー１内を所定の真空度、例えば０．１３３Ｐａまで高速に減圧することが可能となっている。
【００４５】
次に、マイクロ波導入機構２７の構成について説明する。マイクロ波導入機構２７は、主要な構成として、透過板２８、平面アンテナ３１、遅波材３３、シールド蓋体３４、導波管３７およびマイクロ波発生装置３９を備えている。
【００４６】
マイクロ波を透過する透過板２８は、支持部１３上に配備されている。透過板２８は、誘電体、例えば石英から構成されている。この透過板２８と支持部１３との間は、シール部材２９を介して気密にシールされている。したがって、チャンバー１内は気密に保持される。
【００４７】
平面アンテナ３１は、透過板２８の上方において、載置台２と対向するように設けられている。この平面アンテナ３１は、支持部１３の上端に係止されている。
【００４８】
平面アンテナ３１は、マイクロ波を放射する多数のスロット状のマイクロ波放射孔３２を有している。マイクロ波放射孔３２は、所定のパターンで平面アンテナ３１を貫通して形成されている。
【００４９】
平面アンテナ３１の上面には、真空よりも大きい誘電率を有する遅波材３３が設けられている。
【００５０】
チャンバー１の上部には、これら平面アンテナ３１および遅波材３３を覆うように、シールド蓋体３４が設けられている。シールド蓋体３４は、例えばアルミニウムやステンレス鋼等の金属材料によって形成されている。支持部１３の上端とシールド蓋体３４とは、シール部材３５によりシールされている。シールド蓋体３４の内部には、冷却水流路３４ａが形成されている。この冷却水流路３４ａに冷却水を通流させることにより、シールド蓋体３４、遅波材３３、平面アンテナ３１および透過板２８を冷却できるようになっている。なお、シールド蓋体３４は接地されている。
【００５１】
シールド蓋体３４の上壁（天井部）の中央には、開口部３６が形成されており、この開口部３６には導波管３７が接続されている。導波管３７の他端側は、マッチング回路３８を介してマイクロ波を発生するマイクロ波発生装置３９が接続されている。
【００５２】
導波管３７は、上記シールド蓋体３４の開口部３６から上方へ延出する断面円形状の同軸導波管３７ａと、この同軸導波管３７ａの上端部に接続された矩形導波管３７ｂとを有している。
【００５３】
同軸導波管３７ａの中心には内導体４１が延在している。マイクロ波は、同軸導波管３７ａを介して平面アンテナ３１へ放射状に効率よく均一に伝播される。
【００５４】
以上のような構成のマイクロ波導入機構２７により、マイクロ波発生装置３９で発生したマイクロ波が導波管３７を介して平面アンテナ３１へ伝搬され、さらに透過板２８を介してチャンバー１内に導入されるようになっている。なお、マイクロ波の周波数としては、例えば２．４５ＧＨｚが好ましく用いられ、他に、８．３５ＧＨｚ、１．９８ＧＨｚ等を用いることもできる。
【００５５】
プラズマ処理装置１００の各構成部は、制御部５０に接続されて制御される構成となっている。制御部５０は、図３に示すように、ＣＰＵを備えたプロセスコントローラ５１と、このプロセスコントローラ５１に接続されたユーザーインターフェース５２および記憶部５３を備えている。プロセスコントローラ５１は、プラズマ処理装置１００において、圧力、温度、ガス流量などのプロセス条件に関係する各構成部（例えば、ヒータ電源５ａ、ガス供給機構１８、排気装置２４、マイクロ波発生装置３９など）を統括して制御する制御手段である。
【００５６】
ユーザーインターフェース５２は、工程管理者がプラズマ処理装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プラズマ処理装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等を有している。記憶部５３には、プラズマ処理装置１００で実行される各種処理をプロセスコントローラ５１の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や処理条件データ等が記録されたレシピが保存されている。
【００５７】
そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース５２からの指示等にて任意のレシピを記憶部５３から呼び出してプロセスコントローラ５１に実行させることで、プロセスコントローラ５１の制御下で、プラズマ処理装置１００での所望の処理が行われる。また、前記制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、フラッシュメモリ、ブルーレイディスクなどに格納された状態のものを利用したり、あるいは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。
【００５８】
このように構成されたプラズマ処理装置１００では、８００℃以下の低温で下地膜等へのダメージフリーなプラズマＣＶＤ処理を行うことができる。また、プラズマ処理装置１００は、プラズマの均一性に優れていることから、プロセスの均一性を実現できる。
【００５９】
ＲＬＳＡ方式のプラズマ処理装置１００においては、以下のような手順でプラズマＣＶＤ法によりウエハＷ表面に窒化珪素膜を堆積させる処理を行うことができる。まず、ゲートバルブ１７を開にして搬入出口１６からウエハＷをチャンバー１内に搬入し、載置台２上に載置する。次に、チャンバー１内を減圧排気しながら、ガス供給機構１８の窒素含有ガス供給源１９ａおよびシリコン含有ガス供給源１９ｂから、窒素含有ガスおよびシリコン含有ガスを所定の流量でそれぞれガス導入部１４，１５を介してチャンバー１内に導入する。このようにして、チャンバー１内を所定の圧力に調節する。
【００６０】
次に、マイクロ波発生装置３９で発生させた所定周波数例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を、マッチング回路３８を介して導波管３７に導く。導波管３７に導かれたマイクロ波は、矩形導波管３７ｂおよび同軸導波管３７ａを順次通過し、内導体４１を介して平面アンテナ３１に供給される。そして、マイクロ波は、平面アンテナ３１のスロット状のマイクロ波放射孔３２から透過板２８を介してチャンバー１内におけるウエハＷの上方空間に放射させられる。この際のマイクロ波出力は、平面アンテナ板３１の面積１ｃｍ２あたりのパワー密度として０．４１Ｗ／ｃｍ２〜４．１９Ｗ／ｃｍ２が好ましい。ウエハＷの大きさによっても異なるが、例えば５００〜５０００Ｗ程度のマイクロ波出力から上記範囲内のパワー密度になるように選択することができる。
【００６１】
平面アンテナ３１から透過板２８を経てチャンバー１に放射されたマイクロ波により、チャンバー１内で電磁界が形成され、窒素含有ガス、シリコン含有ガスがそれぞれプラズマ化する。このマイクロ波励起プラズマは、マイクロ波が平面アンテナ３１の多数のマイクロ波放射孔３２から放射されることにより、略１×１０１０〜５×１０１２／ｃｍ３の高密度で、かつウエハＷ近傍では、略１．５ｅＶ以下の低電子温度プラズマとなる。このようにして形成されるマイクロ波励起高密度プラズマは、下地膜へのプラズマダメージが少ないものである。そして、プラズマ中で原料ガスの解離が進み、ＳｉｐＨｑ、ＳｉＨｑ、ＮＨｑ、Ｎ（ここで、ｐ、ｑは任意の数を意味する）などの活性種の反応によって、窒化珪素ＳｉｘＮｙまたは窒化酸化珪素ＳｉｘＯｚＮｙ（ここで、ｘ、ｙ、ｚは、必ずしも化学量論的に決定されず、条件により異なる値をとる任意の数である）の薄膜が堆積される。
【００６２】
本発明においては、プラズマ処理装置１００を用いたプラズマＣＶＤの条件を選定することにより、成膜される窒化珪素膜のトラップ密度を所望の大きさにコントロールすることができる。例えばトラップ密度の大きい（例えばトラップ密度が面密度で５×１０１０〜１×１０１３ｃｍ−２ｅＶ−１の範囲内、好ましくは１×１０１１〜１×１０１３ｃｍ−２ｅＶ−１の範囲内）窒化珪素膜を形成する場合には、窒素含有ガスとしてＮＨ３ガス、シリコン含有ガスとしてＳｉ２Ｈ６ガスを使用することが好ましい。このとき、ＮＨ３ガスとＳｉ２Ｈ６ガスとの流量比（ＮＨ３ガス流量／Ｓｉ２Ｈ６ガス流量）は、０．１〜１０００の範囲内とすることが好ましく、１０〜３００の範囲内がより好ましい。具体的には、ＮＨ３ガスの流量を１０〜５０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の範囲内、好ましくは１００〜１０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の範囲内、Ｓｉ２Ｈ６ガスの流量を１〜１００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の範囲内、好ましくは５〜２０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の範囲内から、上記流量比となるように設定する。また、処理圧力を１〜１３３３Ｐａにすることが好ましく、５０〜６５０Ｐａにすることがより好ましい。さらに、マイクロ波のパワー密度は、平面アンテナ板３１の面積１ｃｍ２あたり０．４１〜４．１９Ｗ／ｃｍ２の範囲内とすることが好ましい。
【００６３】
また、上記場合において、プラズマＣＶＤの処理温度は、載置台２の温度を３００℃以上８００℃以下、好ましくは４００〜６００℃に加熱することが好ましい。さらに、プラズマ処理装置１００におけるギャップ（透過板２８の下面から載置台２の上面までの間隔）Ｇは、膜厚が均一で膜質が良質な窒化珪素膜を形成する観点から、例えば５０〜５００ｍｍ程度に設定することが好ましい。
【００６４】
また、プラズマ処理装置１００を用いて上記条件でプラズマＣＶＤを行うことにより、膜の厚さ方向に略均等なトラップ密度の分布を有する窒化珪素膜を形成できる。すなわち、例えばシリコンのミッドギャップに相当するエネルギー位置でのトラップの体積密度が、膜の厚さ方向に１×１０１７〜５×１０１７ｃｍ−３ｅＶ−１の範囲内で分布し、好ましくは下地シリコン層との界面から表面側へ厚さ１ｎｍから３ｎｍの範囲にかけて、上記トラップの体積密度が１×１０１７〜２×１０１７ｃｍ−３ｅＶ−１の範囲内で分布している窒化珪素膜を形成することができる。この場合、形成される窒化珪素膜の膜厚は１〜３ｎｍの範囲内とすることが好ましい。なお、上記トラップの体積密度を２／３乗することにより、面密度に換算できる。
【００６５】
また、プラズマ処理装置１００を用いたプラズマＣＶＤで窒化珪素膜を形成する場合、二酸化珪素膜（ＳｉＯ２膜）上に窒化珪素膜を堆積させることにより、窒化珪素膜のトラップ密度をより大きくすることが可能になる。このため、本実施の形態においては、下地シリコン層が例えば単結晶シリコンからなるシリコン基板や多結晶シリコン層である場合には、下地シリコン層の表面に予めＳｉＯ２の薄膜を形成しておくことが好ましい。この場合、ＳｉＯ２の薄膜は、自然酸化膜でもよいし、熱酸化膜でもプラズマ酸化膜でもよい。さらに、例えばＨＰＭ（塩酸過酸化水素水）、ＳＰＭ（硫酸過酸化水素水）等の酸化作用を持つ薬剤でＳｉ表面を化学的に処理して化学的酸化膜（ケミカルオキサイド）を形成しておいてもよい。下地シリコン層の表面に予め形成しておくＳｉＯ２薄膜の膜厚としては、例えば０．１〜１０ｎｍが好ましく、より好ましくは０．１〜３ｎｍである。
【００６６】
本実施の形態の窒化珪素膜の形成方法により成膜された窒化珪素膜のトラップ密度は、例えば光電子収率分光法（Ｐｈｏｔｏｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｙｉｅｌｄ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＰＹＳ）を利用して把握することができる。ＰＹＳは、試料（窒化珪素膜）に一定のエネルギーの光を照射し、光電効果により放出される光電子の全放出光電子量を入射光のエネルギーの関数として測定する方法である。このＰＹＳ測定により、窒化珪素膜中および窒化珪素膜とシリコン層との界面の欠陥準位密度分布を非破壊で高感度に計測できる。ＰＹＳで測定される光電子収率は、電子占有状態密度分布のエネルギー積分に相当するので、Ｓ．Ｍｉｙａｚａｋｉらの手法［Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎ. Ｅｎｇ. ４８（１９９９） ６３.］により微分ＰＹＳスペクトルから欠陥準位密度分布を求めることができる。
【００６７】
次に、本発明の効果を確認した試験結果について説明する。プラズマ処理装置１００を用い、ｐ型シリコン基板（１０Ω・ｃｍ）上に、条件を変えて窒化珪素膜を成膜した。得られた窒化珪素膜をＰＹＳで測定した。ＰＹＳ測定は、紫外線ランプを用い、各窒化珪素膜に紫外線を照射し、放出された電子を光電子増倍管で測定することにより行った。本試験においては、以下の表１に示す試験区分Ａ〜Ｈについて実験を行った。
【００６８】
【表１】
2008270706.tif 000003
【００６９】
表１に示したプラズマＣＶＤ条件の内容は以下のとおりである。
＜プラズマＣＶＤ条件１；Ｎ２／Ｓｉ２Ｈ６ガス系＞
Ｎ２ガス流量；１２００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ｓｉ２Ｈ６ガス流量；３ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
流量比（Ｎ２／Ｓｉ２Ｈ６）；４００
処理圧力；７．６Ｐａ
載置台２の温度；５００℃
マイクロ波パワー；２０００Ｗ
マイクロ波パワー密度；１．６７Ｗ／ｃｍ２（平面アンテナ板３１の面積１ｃｍ２あたり）
【００７０】
＜プラズマＣＶＤ条件２；ＮＨ３／Ｓｉ２Ｈ６ガス系＞
ＮＨ３ガス流量；８００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ｓｉ２Ｈ６ガス流量；１０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
流量比（ＮＨ３／Ｓｉ２Ｈ６）；８０
処理圧力；１２６Ｐａ
載置台２の温度；５００℃
マイクロ波パワー；２０００Ｗ
マイクロ波パワー密度；１．６７Ｗ／ｃｍ２（平面アンテナ板３１の面積１ｃｍ２あたり）
【００７１】
表１に示した前処理の内容は以下のとおりである。
＜ＤＨＦ処理＞
プラズマＣＶＤの成膜の前に、シリコン基板の表面を１％希フッ酸で処理して自然酸化膜を除去した。
＜ＨＰＭ処理＞
プラズマＣＶＤの成膜の前に、シリコン基板の表面を１％希フッ酸で処理して自然酸化膜を除去した後、１０％ＨＰＭ（塩酸過酸化水素水）で処理してシリコン基板の表面に化学的酸化膜（ケミカルオキサイド）としてのＳｉＯ２層を形成した。
【００７２】
ＰＹＳ測定の結果を図４および図５に示した。図４は、窒化珪素膜の膜厚が３ｎｍの結果であり、図５は、窒化珪素膜の膜厚が１０ｎｍの結果である。原料ガスとしてアンモニアとジシランを用い１２６Ｐａの処理圧力のプラズマＣＶＤ条件２で形成された窒化珪素膜（試験区分Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ）は、原料ガスとして窒素とジシランを用い７．６Ｐａの処理圧力のプラズマＣＶＤ条件１で形成された窒化珪素膜（試験区分Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）に比べて、光電子収率が大きく、トラップ密度が高いことが示唆された。
【００７３】
また、プラズマＣＶＤ条件の相違による欠陥準位密度の差は、窒化珪素膜の膜厚が１０ｎｍの場合（試験区分Ｃ、Ｄ、Ｇ、Ｈ）に比べ、３ｎｍの場合（試験区分Ａ、Ｂ、Ｅ、Ｆ）において顕著に現れた。さらに、図４に示したように、窒化珪素膜の膜厚が３ｎｍの試験区分ＥとＦを比較すると、プラズマＣＶＤ条件は同じでも、前処理としてＨＰＭ処理を行い、シリコン基板の表面にケミカルオキサイドＳｉＯ２層を形成しておくことにより、大きな欠陥準位密度を持つ窒化珪素膜が得られることが示唆された。
【００７４】
次に、プラズマ処理装置１００を用い、プラズマＣＶＤで形成した窒化珪素膜について、化学組成分布と欠陥準位密度分布を定量し、両者の相関を調べた。ＤＨＦ処理したｐ型シリコン基板（１０Ω・ｃｍ）のＳｉ（１００）面上に、ＨＰＭ処理を行ってケミカルオキサイドＳｉＯ２層を形成した後、温度４００℃で厚さ１１．４ｎｍの窒化珪素膜を成膜した。プラズマＣＶＤ条件は、以下のとおりである。
【００７５】
＜プラズマＣＶＤ条件３；ＮＨ３／Ｓｉ２Ｈ６ガス系＞
ＮＨ３ガス流量；８００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ｓｉ２Ｈ６ガス流量；１６ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
流量比（ＮＨ３／Ｓｉ２Ｈ６）；５０
処理圧力；１２６Ｐａ
載置台２の温度；４００℃
マイクロ波パワー；２０００Ｗ
マイクロ波パワー密度；１．６７Ｗ／ｃｍ２（平面アンテナ板３１の面積１ｃｍ２あたり）
【００７６】
形成した窒化珪素膜を希フッ酸でエッチング処理して薄膜化し、各エッチング過程でＰＹＳ測定およびＸ線光電子分光（ＸＰＳ）測定を行った。作製した窒化珪素膜［ＳｉＮｘ／Ｓｉ（１００）］および６０秒間エッチング後の水素終端Ｓｉ（１００）［Ｈ−ｐ＋Ｓｉ（１００）］をＰＹＳ測定した結果を図６に示した。この図６より、窒化珪素膜［ＳｉＮｘ／Ｓｉ（１００）］中にはＳｉバンドギャップに相当するエネルギー領域に電子占有欠陥（トラップ）が存在するために、Ｓｉ価電子帯上端（Ｅｖ）より低エネルギー領域（＜５．１５ｅＶ）において、窒化珪素膜からの光電子収率が水素終端Ｓｉ（１００）に比べて著しく大きいことが示された。
【００７７】
また、各エッチング過程での光電子収率の変化量から電子占有欠陥の深さ方向分布を見積もった結果を図７に示した。この図７に示したように、Ｓｉ価電子帯上端（Ｅｖ）から０．２８ｅＶ浅いエネルギー位置（Ｅ−Ｅｖ=０．２８ｅＶ）の電子占有欠陥密度（トラップ密度）は、Ｓｉ基板界面近傍で最大（〜６．０×１０１８ｃｍ−３ｅＶ−１）となり、Ｓｉ基板界面から４ｎｍ程度の領域で最小（〜３．２×１０１７ｃｍ−３ｅＶ−１）となることが分かった。また、シリコンのミッドギャップに相当するエネルギー位置（Ｅ−Ｅｖ＝０．５６ｅＶ）では、Ｓｉ界面近傍の電子占有欠陥密度は著しく低下する一方、窒化珪素膜中では、価電子帯側と同様な電子占有欠陥密度分布が得られた。
【００７８】
図８に、ＸＰＳ分析によって測定した窒化珪素膜の化学組成プロファイルを示した。図８において、窒化珪素膜の表面近傍の領域と、Ｓｉ基板界面から厚さ約３ｎｍ以内の領域とで、窒化珪素膜中に酸素原子が顕著に拡散・混入していることがわかる。表面側の酸化は自然酸化に起因するものであり、Ｓｉ基板界面側はケミカルオキサイドＳｉＯ２層と窒化珪素膜との界面反応に起因するものであると考えられる。
【００７９】
図７におけるシリコンのミッドギャップに相当するエネルギー位置（Ｅ−Ｅｖ＝０．５６ｅＶ）の結果を、図８に示したＸＰＳ測定による窒化珪素膜の化学組成プロファイルと比較すると、Ｓｉ基板界面から約２ｎｍ付近で局所的に電子占有欠陥が増大している領域は、ケミカルオキサイドＳｉＯ２層と窒化珪素膜との界面近傍に相当することがわかる。以上のことから、プラズマ処理装置１００を用い、プラズマＣＶＤ条件３によって成膜された窒化珪素膜中では、酸素原子が拡散、混入しているケミカルオキサイドＳｉＯ２層と窒化珪素膜との界面付近で膜中の電子占有欠陥密度が顕著に増大することが示された。
【００８０】
次に、プラズマ処理装置１００を用い、異なる条件で成膜した２種類の窒化珪素膜（試験区分ＩおよびＪ）について、シリコンのミッドギャップに相当するエネルギー位置の電子占有欠陥密度の深さ方向分布を比較した結果を図９に示した。また、図１０および図１１に、試験区分ＩおよびＪの窒化珪素膜の化学組成プロファイルをＸＰＳ分析によって測定した結果を示した。試験区分Ｉ（比較例）は、上記プラズマＣＶＤ条件１で成膜した膜厚３．７ｎｍの窒化珪素膜であり、試験区分Ｊは、上記プラズマＣＶＤ条件２で成膜した膜厚４．１ｎｍの窒化珪素膜である。試験区分ＩおよびＪともに、Ｓｉ（１００）面上に、ＨＰＭ処理によって膜厚３ｎｍのケミカルオキサイドＳｉＯ２層を形成し、その上にプラズマＣＶＤを行った。
【００８１】
図９より、窒素とジシランを用いるプラズマＣＶＤ条件１で成膜した試験区分Ｉ（比較例）の窒化珪素膜では、Ｓｉ基板界面から２．５ｎｍ付近に、電子占有欠陥が顕著に減少する領域が存在している。つまり、試験区分Ｉの窒化珪素膜は、電子占有欠陥密度が界面側および表面側で高く膜中央部分で低い、下に凸形のプロファイルを有している。このようなトラップ密度のプロファイルを有する窒化珪素膜は、界面側および表面側からの電荷の抜けが発生しやすいことが懸念された。
【００８２】
一方、原料ガスとしてアンモニアとジシランを用いるプラズマＣＶＤ条件２で成膜した試験区分Ｊでは、膜厚方向に概ね一様に電子占有欠陥が分布していることが確認された。つまり、試験区分Ｊの窒化珪素膜は、シリコンのミッドギャップに相当するエネルギー位置での電子占有欠陥密度が、膜の厚さ方向に１×１０１７〜５×１０１７ｃｍ−３ｅＶ−１の範囲内で略均等に分布している。このように膜の厚さ方向に均等なトラップ密度を有する試験区分Ｊの窒化珪素膜では、注入された電荷は、膜の中央部分においても保持されることから、界面側および表面側に多くのトラップが存在する試験区分Ｉ（比較例）の窒化珪素膜に比べて、電荷の抜けが発生しにくく、電荷蓄積能力が高いと考えられる。従って、試験区分Ｊの窒化珪素膜を、ＳＯＮＯＳ（ＭＯＮＯＳ）構造の半導体メモリ装置の電荷蓄積層として用いることにより、優れた電荷蓄積能力が期待できる。
【００８３】
さらに、試験区分Ｊの窒化珪素膜は、図９に示したように、特にＳｉ基板界面から表面側へ厚さ１ｎｍから３ｎｍの範囲において、シリコンのミッドギャップに相当するエネルギー位置での電子占有欠陥密度が１×１０１７〜２×１０１７ｃｍ−３ｅＶ−１の狭い範囲で分布している。このように、非常に均一なトラップ密度の分布を有する窒化珪素膜は、厚さ１ｎｍから３ｎｍの薄膜で使用した場合でも十分に高い電荷蓄積能力を発揮できると考えられる。従って、試験区分Ｊの窒化珪素膜を用いることにより、半導体メモリ装置の微細化への対応も十分に可能である。
【００８４】
また、図１０に示した化学組成プロファイルから、試験区分Ｉ（比較例）の窒化珪素膜では、膜中の酸素濃度は、Ｓｉ（１００）界面付近と表面付近で高いが、膜中央付近には酸素がほとんど存在しないことがわかる。一方、図１１に示した化学組成プロファイルから、試験区分Ｊの窒化珪素膜では、膜中央付近でも酸素が２０原子％近く存在していることがわかる。
【００８５】
図９〜図１１の比較から、窒化珪素膜中の酸素の膜厚方向の分布に注目すると、酸素が存在する領域で電子占有欠陥密度が増大している一方、例えば２０原子％を超えて酸素が存在しても、酸素の増加に比例して電子占有欠陥密度が増加することはなく、頭打ちになっていることが判明した。従って、窒化珪素膜中に存在する電子占有欠陥の生成には、窒化珪素膜中で２価の酸素原子によって３価の窒素原子の置換反応が進行する過程で生成されたダングリングボンドが関与していることが推測される。
【００８６】
以上のように、プラズマ処理装置１００を用い、プラズマＣＶＤ条件を選択して成膜された窒化珪素膜は、電子占有欠陥密度が高精度に制御された膜であり、膜の厚さ方向に均等なトラップ密度の分布を有するものである。本実施の形態に係る窒化珪素膜は、各種半導体装置を作製する際の絶縁層として使用可能であり、特に不揮発性半導体メモリ装置の電荷蓄積層として用いた場合に、優れた電荷蓄積能力が得られるので、好ましく利用できるものである。
【００８７】
以上、本発明の実施の形態を述べたが、本発明は上記実施形態に制約されることはなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、本発明の窒化珪素膜を、不揮発性半導体メモリ装置の電荷蓄積層の形成に適用して電荷保持性能を向上させる例を挙げた。しかし、本発明の窒化珪素膜は、不揮発性半導体メモリ装置に限らず、種々の半導体装置の製造に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の窒化珪素膜を用いる不揮発性半導体メモリ装置の概略構成を示す説明図である。
【図２】本発明の窒化珪素膜の形成に適したプラズマ処理装置の一例を示す概略断面図である。
【図３】制御部の構成を示す説明図である。
【図４】窒化珪素膜（膜厚３ｎｍ）のＰＹＳ測定結果を示す図面である。
【図５】窒化珪素膜（膜厚１０ｎｍ）のＰＹＳ測定結果を示す図面である。
【図６】窒化珪素膜および水素終端Ｓｉ（１００）面のＰＹＳ測定結果を示す図面である。
【図７】窒化珪素膜の電子占有欠陥密度の深さ方向分布を示す図面である。
【図８】窒化珪素膜のＸＰＳ分析結果を示す図面である。
【図９】試験区分ＩおよびＪの窒化珪素膜の電子占有欠陥密度の深さ方向分布を示す図面である。
【図１０】試験区分Ｉの窒化珪素膜のＸＰＳ分析結果を示す図面である。
【図１１】試験区分Ｊの窒化珪素膜のＸＰＳ分析結果を示す図面である。
【符号の説明】
【００８９】
１…チャンバー（処理室）、２…載置台、３…支持部材、５…ヒータ、１２…排気管、１４，１５…ガス導入部、１６…搬入出口、１７…ゲートバルブ、１８…ガス供給機構、１９ａ…窒素含有ガス供給源、１９ｂ…Ｓｉ含有ガス供給源、１９ｃ…不活性ガス供給源、２４…排気装置、２８…透過板、２９…シール部材、３１…平面アンテナ、３２…マイクロ波放射孔、３７…導波管、３７ａ…同軸導波管、３７ｂ…矩形導波管、３９…マイクロ波発生装置、５０…制御部、５１…プロセスコントローラ、５２…ユーザーインターフェース、５３…記憶部、１００…プラズマ処理装置、２００…不揮発性半導体メモリ装置、２０１…Ｓｉ基板、２０３…素子分離膜、２０５…トンネル酸化膜、２０７…窒化珪素膜、二酸化珪素膜２０９、２１１…電極、２１２…ソース領域、２１４…ドレイン領域、２１６…チャネル形成領域、２１８…サイドウォール、Ａ…アクティブ領域、Ｇ…素子構造、Ｗ…半導体ウエハ（基板）
【図１】
2008270706.tif 000004
【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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【図１０】
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【図１１】
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