(57)【要約】【課題】電気的特性に優れた絶縁膜を備えた半導体装置を製造する方法を提供すること。【解決手段】希ガスと窒素と水素又は希ガスとアンモニアとを含み、シリコンを含まないガスであって、希ガスの含有量が５０％以上９９％以下のガスを真空容器内に供給すると共に、前記真空容器の上部に容器内部の載置台と対向して設けられると共に多数のスロットが形成された板状のスロットアンテナから当該真空容器内に高周波を供給することにより真空容器内のガスをプラズマ化し、このプラズマにより基板のシリコン層の表面を窒化してシリコン窒化膜を形成する。このようにすることで電子温度の低い高密度のプラズマを発生させることができるので電気的特性の良い絶縁膜を形成することができる。【選択図】図３
2008066736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を真空容器内の載置台に載置する工程と、
希ガスと窒素と水素又は希ガスとアンモニアとを含み、シリコンを含まないガスであって、希ガスの含有量が５０％以上９９％以下のガスを前記真空容器内に供給する工程と、
前記真空容器内を真空排気する工程と、
前記真空容器の上部に前記載置台と対向して設けられると共に多数のスロットが形成された板状のスロット電極から当該真空容器内に高周波を供給することにより真空容器内のガスをプラズマ化し、このプラズマにより基板のシリコン層の表面を窒化してシリコン窒化膜を形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
３００ＭＨｚ以上２５００ＭＨｚ以下の高周波電力を用いてプラズマを発生させ、このプラズマによりガスをプラズマ化する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン基板の表面に絶縁膜例えばゲ−ト絶縁膜を備えた半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン半導体装置において、従来ゲ−ト絶縁膜としてはシリコン酸化膜（ＳｉＯ2 膜）が用いられている。しかしながらＳｉＯ2 膜を現在用いられている膜厚である６０オングストロ−ムよりも薄くしようとすると、４０オングストロ−ムが限界であり、これ以上薄膜化するとリ−ク電流が大きくなり消費電力が大きくなって実用に適さない。
【０００３】
そこで４０オングストロ−ム程度に薄膜化してもリ−ク電流が大きくならないシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）をゲ−ト絶縁膜に使用することが検討されている。例えば特開平５−３６８９９号及び特開平９−５０９９６号には、熱窒化による窒化シリコン膜と気相成長法による窒化シリコン膜とを積層して用いる例が提案されており、特開平５−３６８９９号の例では、多結晶シリコンを所定形状にパタ−ニングして電極を形成し、次いでアニ−ル装置を用いて８５０℃、６０秒の急速熱窒化を行い、電極の表面に膜厚数ｎｍ程度の熱窒化による窒化シリコン膜を形成し、この窒化シリコン膜の表面に減圧気相成長法による窒化シリコン膜を４ｎｍ程度堆積している。
【０００４】
また特開平６−６１４７０号には、シリコン酸窒化膜を用いる例が提案されており、この例ではシリコン酸化膜をＮＨ3 雰囲気中で９００〜１０００℃で１０分〜１時間程度アニ−ルすることによりシリコン酸窒化膜を形成している。
【０００５】
さらに特開平１０−１７８１５９号には、シリコン酸窒化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜からなる三層膜を用いる例が提案されている。この例ではシリコン酸窒化膜は減圧ＣＶＤ装置にてモノシランと亜酸化窒素により、約５０Ｐａ、７００〜８５０℃の成膜条件で高温シリコン酸化膜を形成し、次いで７００〜８５０℃で亜酸化窒素を導入して、高温シリコン酸化膜をシリコン酸窒化膜に変化させ、シリコン窒化膜は減圧ＣＶＤ装置にてジクロルシラン、アンモニアにより７００〜８５０℃で形成されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら熱窒化による窒化シリコン膜は、ダングリングボンド（未結合種）が多く、電気特性が悪いという問題がある。また減圧気相成長法による窒化シリコン膜（シリコン窒化膜）も電気特性が悪いという問題があり、さらにシリコン酸窒化膜は形成に時間がかかるという問題がある。
【０００７】
そこで本発明者らは高密度プラズマを使用し、アルゴンガスと窒素ガスと水素ガスとの混合ガスをプラズマ化し、このプラズマでシリコン基板表面を窒化してＳｉＮ膜を形成することを検討しているが、この手法は電気的特性が優れたＳｉＮ膜が得られるものの、ＳｉＮ膜の成膜速度が小さいという欠点がある。
【０００８】
本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、電気的特性に優れた絶縁膜を備えた半導体装置を製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このため本発明の半導体装置の製造方法は、基板を真空容器内の載置台に載置する工程と、
希ガスと窒素と水素又は希ガスとアンモニアとを含み、シリコンを含まないガスであって、希ガスの含有量が５０％以上９９％以下のガスを前記真空容器内に供給する工程と、
前記真空容器内を真空排気する工程と、
前記真空容器の上部に前記載置台と対向して設けられると共に多数のスロットが形成された板状のスロット電極から当該真空容器内に高周波を供給することにより真空容器内のガスをプラズマ化し、このプラズマにより基板のシリコン層の表面を窒化してシリコン窒化膜を形成する工程と、
を含むことを特徴とする。真空容器内に供給するガスは、希ガスと酸素とを含み、シリコンを含まないガスであって、希ガスの含有量が５０％以上９９％以下のガスであってもよい。また、この際プラズマは３００ＭＨｚ以上２５００ＭＨｚ以下の高周波電力を用いて発生させることが望ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、板状スロット電極に形成された多数のスロットから真空容器内に高周波を供給しているので、電子温度の低い高密度のプラズマが発生し、そしてこのプラズマにより真空容器内に供給されたガスをプラズマ化しているため、電気的特性の良い絶縁膜を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
先ず本発明方法によって製造される半導体装置の構造の一例について、絶縁膜としてゲ−ト絶縁膜を備えた半導体装置を例にして図１により説明する。図中１はシリコン基板、１１はフィ−ルド酸化膜、２はゲ−ト絶縁膜であって、１３はゲ−ト電極である。本発明はゲ−ト絶縁膜２に特徴があり、このゲ−ト絶縁膜２は、図１（ｂ）に示すように、シリコン基板１との界面に形成され、電気的特性の良い絶縁膜よりなる例えば２０オングストロ−ム程度の厚さの第１の膜２１と、第１の層２１の上面に形成され、第１の膜２１より成膜速度の大きい絶縁膜よりなる例えば２０オングストロ−ム程度の厚さの第２の膜２２とにより構成されている。
【００１２】
この例では電気的特性の良い第１の膜２１は、希ガスと窒素（Ｎ）と水素（Ｈ）とを含み、シリコン（Ｓｉ）を含まないガスであって、希ガスの含有量が５０％以上９９％以下の第１のガスをプラズマ化し、このプラズマによりシリコン基板１の表面を窒化して形成された第１のシリコン窒化膜（以下「ＳｉＮ膜」という）よりなる。また第１の膜２１よりも成膜速度の大きい第２の膜２２は、希ガスとＮとＳｉを含み、希ガスの含有量が５０％以上９９％以下のガスをプラズマ化し、このプラズマにより形成された第２のＳｉＮ膜よりなる。
【００１３】
続いてこのようなゲ−ト絶縁膜２の形成方法について説明する。図２はゲ−ト絶縁膜２の成膜に用いられるプラズマ成膜装置であり、３は例えばアルミニウムにより形成された真空容器である。この真空容器３の上面には、基板例えばウエハＷよりも大きい開口部３０が形成されており、この開口部３０を塞ぐように例えば窒化アルミ等の誘電体により構成された偏平な円筒形状のガス供給室４が設けられている。このガス供給室４の下面には多数のガス供給孔４１が形成されており、ガス供給室４１に導入されたガスが当該ガス供給孔４１を介して真空容器３内にシャワ−状に供給されるようになっている。
【００１４】
ガス供給室４の外側には、例えば銅により形成された多孔スロット電極５０を介して、高周波電源部をなし、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生するマイクロ波電源部５１に接続された導波路５が設けられている。この導波路５は多孔スロット電極５０に下縁が接続された偏平な円形導波管５Ａと、この円形導波管５Ａの上面に一端側が接続された円筒形導波管５Ｂと、この円筒形導波管５Ｂの上面に接続された同軸導波変換器５Ｃと、この同軸導波変換器５Ｃの側面に直角に一端側が接続され、他端側がマイクロ波電源部５１に接続された矩形導波管５Ｄとを組み合わせて構成されている。
【００１５】
ここで本発明ではＵＨＦとマイクロ波とを含めて高周波領域と呼んでおり、高周波電源部より供給される高周波電力は３００ＭＨｚ以上のＵＨＦや１ＧＨｚ以上のマイクロ波を含む、３００ＭＨｚ以上２５００ＭＨｚ以下のものとし、これらの高周波電力により発生されるプラズマを高周波プラズマ呼ぶものとする。
【００１６】
前記前記円筒形導波管５Ｂの内部には、導電性材料よりなる軸部５２が、一端側が多孔スロット電極５０の上面のほぼ中央に接続し、他端側が円筒形導波管５Ｂの上面に接続するように同軸状に設けられており、これにより当該導波管５Ｂは同軸導波管として構成されている。
【００１７】
前記多孔スロット電極５０は、前記開口部３０よりも大きい円板に、マイクロ波を透過するための多数のスロット５０ａを同心円上に形成して構成されており、スロット５０ａの長さや配列間隔は、マイクロ波電源部５１より発生したマイクロ波の波長に応じて決定されている。
【００１８】
真空容器３の上部側の側壁には例えばその周方向に沿って均等に配置した１６か所の位置にガス供給管４２が設けられており、このガス供給管４２から希ガス及びＮを含むガスが真空容器３のプラズマ領域Ｐ近傍にムラなく均等に供給されるようになっている。
【００１９】
また真空容器３内には、ガス供給室４と対向するようにウエハＷの載置台３１が設けられている。この載置台３１には図示しない温調部が内蔵されており、これにより当該載置台３１は熱板として作用するように構成されている。さらに真空容器３の底部には排気管３２の一端側が接続されており、この排気管３２の他端側は真空ポンプ３３に接続されている。
【００２０】
次に上述の装置を用いてウエハＷ上にゲ−ト絶縁膜２よりなる絶縁膜を形成する方法について説明する。先ず真空容器３の側壁に設けた図示しないゲ−トバルブを開いて図示しない搬送ア−ムにより、例えばシリコン基板１表面にフィ−ルド酸化膜１１が形成されたウエハＷを載置台３１上に載置する。
【００２１】
続いてゲ−トバルブを閉じて内部を密閉した後、真空ポンプ３３により排気管３２を介して内部雰囲気を排気して所定の真空度まで真空引きし、所定の圧力に維持する。一方マイクロ波電源部５１より例えば２．４５ＧＨｚ、３ｋＷのマイクロ波を発生させ、このマイクロ波を導波路５により案内して多孔スロット電極５０及びガス供給室４を介して真空容器３内に導入し、これにより真空容器３内の上部側のプラズマ領域Ｐにて高周波プラズマを発生させる。
【００２２】
ここでマイクロ波は矩形導波管５Ｄ内を矩形モ−ドで伝送し、同軸導波変換器５Ｃにて矩形モ−ドから円形モ−ドに変換され、円形モ−ドで円筒形同軸導波管５Ｂを伝送し、さらに円形導波管５Ａにて拡げられた状態で伝送していき、多孔スロット電極５０のスロット５０ａより放射され、ガス供給室４を透過して真空容器３に導入される。この際マイクロ波を用いているので高密度のプラズマが発生し、またマイクロ波を多孔スロット電極５０の多数のスロット５０ａから放射しているのでプラズマが高密度なものとなる。
【００２３】
そして載置台３１の温度を調節してウエハＷを例えば４００℃に加熱しながら、ガス供給管４２より第１のガスであるＸｅガスと、Ｎ2 ガスと、Ｈ2 ガスとを、夫々５００ｓｃｃｍ、２５ｓｃｃｍ、１５ｓｃｃｍの流量で導入して第１の工程を実施する。この工程では、導入されたガスは真空容器３にて発生したプラズマ流により活性化（プラズマ化）され、このプラズマにより図３（ａ）に示すように、シリコン基板１の表面が窒化されて第１のＳｉＮ膜２１が形成される。こうしてこの窒化処理を例えば２分行い、２０オングストロ−ムの厚さの第１のＳｉＮ膜２１を形成する。
【００２４】
次いでマイクロ波電源部５１よりの例えば２．４５ＧＨｚ、２００Ｗのマイクロ波を導入し、真空容器３内にてプラズマを発生させると共に、ウエハ温度が例えば４００℃、プロセス圧力が例えば５０ｍＴｏｒｒ〜１Ｔｏｒｒの状態で、真空容器３内に第２のガスを導入して第２の工程を実施する。つまりガス供給室４よりＳｉを含むガス例えばＳｉＨ4 ガスを例えば１５ｓｃｃｍの流量で導入すると共に、ガス供給管４２よりＸｅガスと、Ｎ2 ガスとを、夫々５００ｓｃｃｍ、２０ｓｃｃｍの流量で導入する。
【００２５】
この工程では、導入された第２のガスは真空容器３にて発生したプラズマ流によりプラズマ化され、このプラズマにより図３（ｂ）に示すように、第１のＳｉＮ膜２１の表面に第２のＳｉＮ膜２２が形成される。このＳｉＮ膜２２は成膜速度が例えば２０オングストロ−ム／分であるので、この成膜処理を例えば１分行い、２０オングストロ−ムの厚さの第２のＳｉＮ膜２２を形成する。このようにしてト−タル３分間で４０オングストロ−ムの厚さのゲ−ト絶縁膜２を形成する。  上述の第１の工程では、上述のプロセス成膜装置にて高密度のプラズマを発生させ、このプラズマにより希ガスとＮとＨとを含み、Ｓｉを含まないガスであって、希ガスの含有量が５０％以上９９％以下である第１のガスをプラズマ化し、これにより例えば３００〜４００℃の温度に加熱されたシリコン基板１の表面を窒化して第１のＳｉＮ膜２１を形成しているので、電気的特性の良好な第１のＳｉＮ膜２１を得ることができる。
【００２６】
ここで絶縁膜の電気的特性は欠陥の数で決定され、欠陥数が少ない程電気的特性は良好であるが、上述の方法にて形成される第１のＳｉＮ膜２１の欠陥の数は７×１０10個／ｃｍ2 程度であって、１×１０12個／ｃｍ2 程度の数の欠陥がある熱窒化膜に比べて少ないので、電気的特性は良好であるといえる。
【００２７】
このように上述の方法により形成された第１のＳｉＮ膜２１の電気的特性が良好である理由は次のように考えられる。先ず第１のガスは、希ガスとＮとＨとを含み、Ｓｉを含まないガスであるが、希ガスを導入することにより、界面順位密度などの欠陥の発生が抑えられるためと推察される。この際後述の実験で明らかなように、希ガスの含有量が５０％よりも少ないと欠陥数が多くなる。また１００％とすると成膜ができなくなるが、９９％以下であれば成膜速度は小さくなるものの膜質を悪化させることなく成膜を行うことができるので、５０％以上９９％以下とすることが望ましい。またＨを含むガスを導入することにより、ダングリングボンドを減少させることができ、これにより欠陥の発生が抑えられるので、より電気的特性が良好になると考えられる。
【００２８】
さらに例えばＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）などと呼ばれている、ド−ム状の容器に巻かれたコイルにより電界及び磁界を与えてプラズマを生成させる方法により発生されたプラズマに第１のガスをプラズマ化した場合には、得られるＳｉＮ膜の欠陥数が多くなったことから、上述のプラズマ成膜装置にて、既述のように高密度のプラズマを発生させ、このプラズマにより第１のガスをプラズマ化することにより、電気的特性を向上させることができると考えられる。
【００２９】
上述の第２の工程では、上述のプロセス成膜装置にて高密度のプラズマを発生させ、このプラズマにより希ガスとＮとＳｉを含む第２のガスのプラズマにより第２のＳｉＮ膜２２を形成しているので、第１のＳｉＮ膜２１よりも成膜速度の大きい第２のＳｉＮ膜２２を得ることができる。
【００３０】
このように成膜速度が大きくなるのは、Ｓｉを含むガス例えばＳｉＨ4 などのシラン系のガスを導入しているためであるが、同時に希ガスを導入しているのは、成膜速度が速くなり過ぎると膜厚の制御が困難になるので、シラン系ガスの濃度を低くするためである。ここで不活性ガスの量は、多過ぎると成膜速度が小さくなり、少な過ぎると膜の欠陥数が多くなるので５０％以上９９％以下とすることが望ましい。
【００３１】
また上述のプロセスでは第２のＳｉＮ膜２２の成膜の際に、マイクロ波の電力を２００Ｗと第１のＳｉＮ膜２１を形成する場合（３ｋＷ）よりも小さくしているが、このようにするのはＳｉＨ4 の分解により生成したＨ2 が外側に広がっていき、このＨ2 により外側の領域では中央領域よりもＳｉの濃度が低くなって、この結果ＳｉＮ膜２２の膜質の均一性が悪くなってしまうので、これを防止するためにマイクロ波の電力を小さくしてＳｉＨ4 の過度の分解を抑えているからである。
【００３２】
さらに上述のプロセスでは、第１の工程と第２の工程とを同じプラズマ成膜装置を用いて行っているので、第１の工程と第２の工程とを連続して行うことができてト−タルの成膜時間を短縮することができ、これによりスル−プットを向上させることができる。また上述のプラズマ成膜装置は電子温度が低いので、この装置を用いて第１のＳｉＮ膜２１や第２のＳｉＮ膜２２を形成することにより、シリコン基板１に与えるダメ−ジを小さくすることができる。
【００３３】
ところで上述の方法で形成される第２のＳｉＮ膜２２は１×１０11個／ｃｍ2 程度の欠陥があり、第１のＳｉＮ膜２１よりも電気的特性が悪いが、電気的に良好な特性が必要な部分はＳｉＮ膜がシリコン基板に接している部分であって、必ずしも膜全体に亘って電気的に良好であることが必要ではないので、このような第２のＳｉＮ膜２２をシリコン基板１との界面より上層に形成する場合には、ゲ−ト絶縁膜２の電気的特性に悪影響は与えない。
【００３４】
このように上述のプロセスでは、ゲ−ト絶縁膜２を、電気的特性の良い第１のＳｉＮ膜２１と、第１のＳｉＮ膜２１よりも成膜速度の大きい第２のＳｉＮ膜２２とを積層して形成したので、電気的特性の良好な絶縁膜を短い成膜時間で形成することができる。
【００３５】
具体的には、例えば上述の第１の工程のプロセスのように、Ｘｅガス／Ｎ2 ガス／Ｈ2 ガス＝５００ｓｃｃｍ／２５ｓｃｃｍ／１５ｓｃｃｍの第１のガスによるシリコン基板１の窒化処理を行うと、図４に示すように、最初の２分間で２ｎｍ（２０オングストロ−ム）のＳｉＮ膜が形成でき、処理の初期には大きな速度で形成できるものの、膜厚が２ｎｍを越えると形成速度が小さくなっていき、４ｎｍの窒化膜が必要な場合、処理時間に約２０分かかってしまう。一方第２の工程のプロセスのように、ＳｉＨ4 ガス／Ｎ2 ガス／Ｘｅガス＝１５ｓｃｃｍ／２０ｓｃｃｍ／５００ｓｃｃｍの第２のガスをプラズマ化してＳｉＮ膜を形成すると、毎分２ｎｍの速度で成膜を行うことができる。
【００３６】
従って４ｎｍの膜厚のシリコン窒化膜が必要な場合には、図５に示すように、第１のガスによる窒化処理を２分間行って、シリコン基板１との界面に第１のＳｉＮ膜２１を２ｎｍ形成し、次いで第２のガスによる成膜処理を１分間行って、第１のＳｉＮ膜２２の上面へ２ｎｍの厚さの第２のＳｉＮ膜２２を形成することにより、結果として膜厚４ｎｍのＳｉＮ膜を３分間で形成することができる。
【００３７】
またこうして上述のプロセスにて得られたゲ−ト絶縁膜２についてキャパシタンスとゲ−ト電圧との関係を測定したところ、図６に示す電気的特性が得られ、膜厚が４ｎｍと薄い場合であっても、従来用いられていたＳｉＯ2 膜と電気的に同等であることが認められた。
【００３８】
さらに上述のプラズマ成膜装置にて、第１のガスとして、ＡｒガスとＮ2 ガスとＨ2 ガスとを９０：７：３の割合で混合したガス（Ａｒ／Ｎ2 ／Ｈ2 ＝４５０ｓｃｃｍ／３５ｓｃｃｍ／１５ｓｃｃｍ）を用いて、ウエハ温度４００℃、プロセス圧力５０ｍＴｏｒｒ〜１Ｔｏｒｒの下、マイクロ波電源部５１から２．４５ＧＨｚ，３ｋＷのマイクロ波電力を導入して上述と同様に第１の工程を行って、２０オングストロ−ムの厚さの第１のＳｉＮ膜２１を形成し、次いで第２のガスとして、ＳｉＨ4 ガスとＮ2 ガスとＡｒガスとを３：４：９０の割合で混合したガス（ＳｉＨ4 ／Ｎ2 ／Ａｒ＝１５ｓｃｃｍ／２０ｓｃｃｍ／４５０ｓｃｃｍ）を用いて、ウエハ温度４００℃、プロセス圧力５０ｍＴｏｒｒの下、マイクロ波電源部から２．４５ＧＨｚ，２００Ｗのマイクロ波電力を導入して第２の工程を行い、２０オングストロ−ムの厚さの第２のＳｉＮ膜２３を形成したところ、ト−タルの成膜時間は４分であった。また得られた絶縁膜について電気的特性を測定したところ、膜厚が４０オングストロ−ムと薄い場合であっても電気的に良好であり、ゲ−ト絶縁膜に適していることが認められた。
【００３９】
続いて第１のガスの不活性ガスの割合の最適化を図るために行った実験例について説明する。第１のガスとしてＸｅガスとＮ2 ガスとＨ2 ガスとを用い、上述のプラズマ成膜装置にて、ウエハ温度４００℃、プロセス圧力５０ｍＴｏｒｒ〜１Ｔｏｒｒの下、マイクロ波電源部５１から２．４５ＧＨｚ，３ｋＷのマイクロ波電力を導入して２０オングストロ−ムの厚さの第１のＳｉＮ膜２１を形成した。この際Ｎ2 ガスとＨ2 ガスの流量を５：２の割合として、Ｘｅガスの量を３０％〜９９％の範囲で変えて第１のＳｉＮ膜２１を形成し、その欠陥の数をＣＶ測定法により測定し、その数に応じて電気的特性を評価した。この結果を図７に示すが、電気的特性は○、△、×の三段階で評価した。
【００４０】
この結果Ｘｅガスが５０％〜９９％の場合には、欠陥数は７×１０10個／ｃｍ2 程度であって電気的特性が良好であるが、４０％以下の場合には欠陥数が多くなり、電気的特性が悪化することが確認された。
【００４１】
以上において第１のガスに含まれる希ガスとしては、Ｘｅ以外にヘリウム（Ｈｅ），ネオン（Ｎｅ），アルゴン（Ａｒ），クリプトン（Ｋｒ）等を用いることができ、第１のガスとして希ガスとＮＨ3 とを含むガスを用いてもよい。また第２のガスとしては、希ガスとＮとＳｉを含むガスが用いられるが、Ｓｉを含むガスとしてはＳｉＨ4 以外にＳｉ2 Ｈ6 を用いてもよい。
【００４２】
また上述のプラズマ成膜装置では、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を使用する例について説明したが、本発明では例えば５００ＭＨｚのＵＨＦを用いてプラズマを発生させるようにしてもよく、この場合には周波数に合せて多孔スロット電極のスロットを長穴に設定する。
【００４３】
次に本発明の他の例について説明する。この例は絶縁膜の第１の膜２１をＳｉＯ2 膜により形成したものであり、このＳｉＯ2 膜は例えば上述のプラズマ成膜装置にて、希ガスと酸素（Ｏ）とを含み、Ｓｉを含まないガスであって、希ガスの含有量が５０％以上９９％以下のガスのプラズマにより、シリコン基板１の表面をプラズマ酸化することにより形成される。
【００４４】
具体的には希ガスとＯとを含み、Ｓｉを含まないガスであって、希ガスの含有量が５０％以上９９％以下のガスとして、ＡｒガスとＯ2 ガスの混合ガスを用い、これらのガスをＡｒガス／Ｏ2 ガス＝５００ｓｃｃｍ／１５ｓｃｃｍの流量で導入して、ウエハ温度４３０℃、プロセス圧力５０ｍＴｏｒｒ〜１Ｔｏｒｒの下、マイクロ波電源部から２．４５ＧＨｚ，３ｋＷのマイクロ波電力を導入して、ＡｒガスとＯ2 ガスをプラズマ化し、このプラズマによりシリコン基板１の表面を２分間酸化処理して例えば２０オングストロ−ムの厚さのＳｉＯ2 膜を形成する。そして得られたＳｉＯ2 膜の上に上述と同様のプロセスで第２のＳｉＮ膜２２を例えば２０オングストロ−ム形成することにより絶縁膜を形成する。
【００４５】
このプロセスでは例えばト−タル３分間で４０オングストロ−ムの絶縁膜を成膜することができ、またシリコンのプラズマ酸化により形成されたＳｉＯ2 膜は、欠陥の数が７×１０10個／ｃｍ2 と少ないので電気的特性が良好である。ここで不活性ガスの含有量は５０％以上９９％以下であることが望ましいが、これは５０％よりも少なくなると界面順位密度が増加するからである。
【００４６】
実際に上述のプロセスで絶縁膜を形成し、キャパシタンスとゲ−ト電圧との関係を測定したところ良好な結果が得られ、ゲ−ト絶縁膜として適していることが認められた。これにより第１の膜２１としてＳｉＯ2 膜を用いてト−タルの膜厚が４０オングストロ−ムと薄い絶縁膜を形成する場合であっても、ＳｉＯ2 膜の上に第２の膜２２を積層することによってリ−ク電流が小さくなることが理解される。
【００４７】
また希ガスとＯとを含み、Ｓｉを含まないガスとしては、希ガスとオゾン（Ｏ3 ）との組み合わせや、希ガスと水蒸気（Ｈ2 Ｏ）との組み合わせを用いるようにしてもよい。
【００４８】
次に本発明のさらに他の例について説明する。この例は絶縁膜の第１の膜２１をシリコンの熱酸化により形成されたＳｉＯ2 膜により形成したものであり、このＳｉＯ2 膜は例えば急速熱酸化プロセスにより、シリコンウエハを８５０℃程度に加熱し、水蒸気雰囲気に晒すことにより形成される。
【００４９】
このような第１の膜２１を例えば５分間で２０オングストロ−ム形成し、この上に上述と同様のプロセスで第２のＳｉＮ膜２２を例えば２０オングストロ−ム形成することにより絶縁膜を形成すると、例えばト−タル６分間で４０オングストロ−ムの絶縁膜を成膜することができる。またシリコンの熱酸化により形成されたＳｉＯ2 膜は、欠陥の数が５×１０10個／ｃｍ2 と少ないので電気的特性が非常に良好である。実際に上述のプロセスで絶縁膜を形成し、キャパシタンスとゲ−ト電圧との関係を測定したところ良好な結果が得られ、ゲ−ト絶縁膜として適していることが認められた。
【００５０】
次に本発明のさらにまた他の例について説明する。この例は絶縁膜の第１の膜２１をシリコン酸窒化膜により形成したものであり、このシリコン酸窒化膜は例えばＳｉＯ2 膜をＮＯ雰囲気中でアニ−ルすることにより形成される。具体的には、２０オングストロ−ムの厚みのシリコン酸化膜を持つシリコンウエハを８５０℃に加熱し、ＮＯガスに晒すことにより熱窒化膜を形成する。
【００５１】
このプロセスにより、シリコン基板１の表面に１０分間で例えば２０オングストロ−ムの厚さのシリコン酸窒化膜を形成し、この上に上述と同様のプロセスで第２のＳｉＮ膜２２を例えば２０オングストロ−ム形成することにより４０オングストロ−ムの絶縁膜を形成する。
【００５２】
このプロセスでは例えばト−タル１１分間で絶縁膜を形成することができ、また上述のプロセスで形成されたシリコン酸窒化膜は、欠陥の数が５×１０10個／ｃｍ2 程度であって電気的特性が良好である。実際に上述のプロセスで絶縁膜を形成し、キャパシタンスとゲ−ト電圧との関係を測定したところ良好な結果が得られ、この絶縁膜がゲ−ト絶縁膜として適していることが認められた。
【００５３】
以上のように本発明によれば、電気的特性の良い第１の膜と成膜速度の大きい第２の膜とを積層して絶縁膜を形成しているので、電気的特性のよい絶縁膜を短時間で形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明方法によって製造される半導体装置の構造の一例を示す断面図である。
【図２】本発明方法を実施するためのプラズマ成膜装置の一例を示す断面図である。
【図３】本発明方法を用いて半導体装置を製造する場合の工程図を説明する。
【図４】処理時間と膜厚との関係を示す特性図である。
【図５】処理時間と膜厚との関係を示す特性図である。
【図６】キャパシタンスとゲ−ト電圧との関係を示す特性図である。
【図７】Ｘｅガスの量と電気的特性との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
【００５５】
１        シリコン基板
２        ゲ−ト絶縁膜
２１      第１の膜
２２      第２の膜
４        ガス供給室
４２      ガス供給管
５        導波路
５１      マイクロ波電源部
５０      多孔スロットアンテナ
Ｗ        半導体ウエハ
Ｐ        プラズマ領域
【図１】
2008066736.tif 000003
【図２】
2008066736.tif 000004
【図３】
2008066736.tif 000005
【図４】
2008066736.tif 000006
【図５】
2008066736.tif 000007
【図６】
2008066736.tif 000008
【図７】
2008066736.tif 000009