(57)【要約】【課題】  ゲート絶縁膜の電気的な薄膜化を可能とする。【解決手段】  水素濃度が５０％以下のＮ２とＨ２とを含む混合ガス雰囲気中で基板の温度を４００℃以上に保持しながら基板の下地酸化珪素膜にプラズマ窒化処理を施して下地酸珪素膜にゲート絶縁膜としての酸窒化絶縁膜を形成する。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素濃度が５０％以下のＮ２とＨ２とを含む混合ガス雰囲気中で基板の温度を４００℃以上に保持しながら基板の下地酸化珪素膜にプラズマ窒化処理を施して下地酸珪素膜にゲート絶縁膜としての酸窒化絶縁膜を形成するようにした半導体デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体デバイスの製造方法に関し、特に、ゲート絶縁膜の薄膜化に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ＬＳＩ等の半導体デバイスを製造する場合、シリコン基板やガラス基板の表面にシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜(ゲート酸化膜ともいう)が形成され、その上にゲート電極が形成される。ゲート絶縁膜はＬＳＩの特性・性能の向上に対し薄膜ほど有利となるがリーク電流と信頼性の問題から薄膜限界が決定されてしまうという傾向があり、また、ゲート電極ではボロン（Ｂ）をドーピングした後、熱処理でボロン（Ｂ）がゲート絶縁膜をすり抜けてシリコン基板に拡散し，トランジスタ特性をシフトさせてしまうという傾向がある。このため、従来は、ＨＩＧＨ−Ｋ絶縁膜やＳｉＯ２膜を熱窒化した酸窒化珪素膜（ＳｉＯＮ膜）の導入が試みられている。ＨIGH−Ｋ絶縁膜は、誘電率が高ければ高いほど同じＳｉO２膜換算膜厚でも物理膜厚を厚くできるので、漏れ電流を抑えるには有利な膜であるが、窒素添加ハフニウムシリケート膜（ＨｆＳｉＯＮ膜）に代表される高誘電率膜は、電源電圧を決定するしきい値電圧（Vｔｈ）が大きくシフトし設計許容値を超えてしまうため移行が困難という問題がある。
このため、ＳｉON膜の窒素（Ｎ）濃度をより高濃度化し、高誘電率化することが主流となっており、予めシリコン基板などの半導体基板に下地酸化珪素膜を形成した後、窒素ガス雰囲気中でプラズマ窒化処理により下地酸化珪素膜中に窒素を混入することで下地酸珪素膜の少なくとも表面にゲート酸化膜である酸化窒化膜を形成する方法が検討されている(特許文献１)。
【特許文献１】特開２００３−２８２５６７号公報(酸化膜のプラズマ窒化について)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、前記したプラズマ窒化処理により、ゲート絶縁膜を形成する場合は、下地酸化珪素膜に窒素が混入した際にゲート絶縁膜の物理的な膜厚が増加し、電気的な膜厚が増加してしまう問題がある。
図６は従来のプラズマ窒化処理のモデルを示す。
図６（ａ）に示すように、下地酸化珪素膜であるＳｉＯ２膜１４の膜厚はプラズマ窒化処理前は２．０ｎｍとしている。図６（ｂ）に示すように、プロセスガスとして窒素のみを導入し、窒素ガスのみの雰囲気中でＳｉＯ２膜１４にプラズマ窒化処理を施すと、処理室（反応室ともいう）を構成する石英部材等からのアウトガスに微量に含まれていた酸素が活性化し、プラズマ化しているのでＳｉＯ２膜１４の還元が進み難い。従って、このような処理条件では、ＳｉＯ２膜１４の窒素の混入によりゲート絶縁膜としてＳｉＯＮ膜２０が形成されるもののＳｉ膜１０とＳｉＯ２膜１４の界面からＳｉＯＮ膜２０の表面までの膜厚は図６（ｃ）に示すように増大し、ゲート絶縁膜としての物理的及び電気的膜厚が増大してしまう問題がある。
【０００４】
そこで、本発明は、ゲート絶縁膜の物理的な膜厚を減少し、電気的な薄膜化を可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記目的を達成するために、本発明は、水素濃度が５０％以下のＮ２とＨ２とを含む混合ガス雰囲気中で基板の温度を４００℃以上に保持しながら基板の下地酸化珪素膜にプラズマ窒化処理を施して下地酸珪素膜にゲート絶縁膜としての酸窒化絶縁膜を形成する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、ゲート絶縁膜の物理的及び電気的膜厚が薄膜化されるので、半導体デバイスの性能が大幅に向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、添付図面を参照して本発明の一実施の形態を説明する。
まず、本発明の実施の形態に係る半導体デバイスの製造方法に使用するプラズマ処理炉について説明する。本実施の形態では、プラズマ処理炉として、電界と磁界により高密度プラズマを生成できる変形マグネトロン型プラズマ源（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ  Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ  Ｔｙｐｅｄ  Ｐｌａｓｍａ  Ｓｏｕｒｃｅ）を用いてウエハ等の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）を用いる。
このＭＭＴ装置は、気密性を確保した処理室に基板を設置し、シャワーヘッドを介して反応ガスを処理室に導入し、処理室をある一定の圧力に保ち、放電用電極に高周波電力を供給して電界を形成するとともに磁界を形成し、マグネトロン放電を起こす。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により長寿命となって電離生成率を高めるので高密度プラズマを生成することができる。
このようにＭＭＴ装置は、反応ガスを励起分解させて基板表面を酸化または窒化等の拡散処理、または基板表面に薄膜を形成する、または基板表面をエッチングする等、基板へ各種のプラズマ処理を施すことができるように構成されている。
【０００８】
図１は前記ＭＭＴ装置の一例を示す概略構成図である。図示されるように、ＭＭＴ装置は、処理容器２０３を有し、この処理容器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により形成され、上側容器２１０は下側容器２１１の上に被せられる。
上側容器２１０は酸化アルミニウム又は石英等の非金属材料で形成されており、下側容器２１１はアルミニウムで形成されている。
また、後述するヒータ一体型の基板保持具（基板保持手段）であるサセプタ２１７を窒化アルミニウムや、セラミックス又は石英等の非金属材料で構成することによって、処理の際に膜中に取り込まれる金属汚染を低減することができる。
【０００９】
シャワーヘッド２３６は、処理室２０１の上部に設けられ、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とを備えている。
バッファ室２３７は、ガス導入口２３４より導入されたガスを分散するための分散空間として設けられる。
【００１０】
ガス導入口２３４には、ガスを供給するガス供給管２３２が接続されており、ガス供給管２３２は、開閉弁であるバルブ２４３ａ、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２４１を介して図中省略の反応ガス２３０のガスボンベに繋がっている。シャワーヘッド２３６から反応ガス２３０が処理室２０１に供給される。
また、サセプタ２１７の周囲から処理室２０１の底方向へ基板処理後のガスが流れるように下側容器２１１の側壁に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にはガスを排気するガス排気管２３１が接続されており、ガス排気管２３１は、圧力調整器であるＡＰＣ２４２、開閉弁であるバルブ２４３ｂを介して排気装置である真空ポンプ２４６に接続されている。
【００１１】
供給される反応ガス２３０を励起させる放電機構（放電手段）として、筒状、例えば円筒状に形成された第１の電極である筒状電極２１５が設けられる。
筒状電極２１５は処理容器２０３（上側容器２１０）の外周に設置されて処理室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。
【００１２】
また、筒状、例えば円筒状に形成された磁界形成機構（磁界形成手段）である筒状磁石２１６は筒状の永久磁石となっている。
筒状磁石２１６は、筒状電極２１５の外表面の上下端近傍に配置される。
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）に磁極を持ち、上下の筒状磁石２１６、２１６の磁極の向きが逆向きに設定されている。従って、内周部の磁極同士が異極となっており、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を形成されるようになっている。
【００１３】
処理室２０１の底側中央には、基板であるウエハ２００を保持するための基板保持具（基板保持手段）としてサセプタ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やセラミックス、又は石英等の非金属材料で形成され、サセプタ２１７の内部には加熱機構（加熱手段）としてのヒータ（図中省略）が一体的に埋め込まれており、ウエハ２００を加熱できるようになっている。
ヒータは電力が印加されてウエハ２００を５００℃程度にまで加熱できるようになっている。
【００１４】
また、サセプタ２１７の内部には、さらにインピーダンスを変化させるための電極である第２の電極も装備されており、この第２の電極がインピーダンス可変機構２７４を介して接地されている。
インピーダンス可変機構２７４は、コイルや可変コンデンサから構成され、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によって、上記電極及びサセプタ２１７を介してウエハ２００の電位を制御できるようになっている。
【００１５】
ウエハ２００をマグネトロン型プラズマ源でのマグネトロン放電により処理するための処理炉２０２は、少なくとも処理室２０１、処理容器２０３、サセプタ２１７、筒状電極２１５、筒状磁石２１６、シャワーヘッド２３６、及びガス排気口２３５から構成されており、処理室２０１でウエハ２００をプラズマ処理することが可能となっている。
【００１６】
筒状電極２１５及び筒状磁石２１６の周囲には、この筒状電極２１５及び筒状磁石２１６で形成される電界や磁界を外部環境や他処理炉等の装置に悪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。
【００１７】
前記サセプタ２１７は下側容器２１１と絶縁され、サセプタ２１７を昇降させるサセプタ昇降機構（昇降手段）２６８が設けられている。
またサセプタ２１７には貫通孔２１７ａが設けられ、下側容器２１１底面にはウエハ２００を突上げるためのウエハ突上げピン２６６が少なくとも３箇所に設けられている。
そして、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と非接触な状態で貫通孔２１７ａを突き抜けるような位置関係となるよう、貫通孔２１７ａ及びウエハ突上げピン２６６が配置される。
【００１８】
また、下側容器２１１の側壁には仕切弁となるゲートバルブ２４４が設けられ、開いている時には図中省略の搬送機構（搬送手段）により処理室２０１に対してウエハ２００を搬入、または搬出することができ、閉まっている時には処理室２０１を気密に閉じることができる。
【００１９】
また、制御部（制御手段）としてのコントローラ１２１は信号線Ａを通じてＡＰＣ２４２、バルブ２４３ｂ、真空ポンプ２４６を、信号線Ｂを通じてサセプタ昇降機構２６８を、信号線Ｃを通じてゲートバルブ２４４を、信号線Ｄを通じて整合器２７２、高周波電源２７３を、信号線Ｅを通じてマスフローコントローラ２４１、バルブ２４３ａを、さらに図示しない信号線を通じてサセプタ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。
【００２０】
次に上記のような構成の処理炉２０２を用いて、半導体デバイスの製造工程の一工程として、ウエハ２００表面に対し、又はウエハ２００上に形成された下地膜の表面に対して所定のプラズマ処理を施す方法について説明する。尚、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前記コントローラ１２１によって制御されるものとする。
【００２１】
ウエハ２００は処理炉２０２を構成する処理室２０１の外部からウエハ２００を搬送する図中省略の搬送機構によって処理室２０１に搬入され、サセプタ２１７上に搬送される。この搬送動作の詳細は次の通りである。
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、下側容器２１１に設けられたゲートバルブ２４４が開かれ、搬送機構（図示せず）によってウエハ２００をウエハ突上げピン２６６の先端に載置する。
搬送機構が処理室２０１外へ退避すると、ゲートバルブ２４４が閉じられる。
サセプタ２１７がサセプタ昇降機構２６８により上昇すると、サセプタ２１７上面にウエハ２００を載置することができ、更にウエハ２００を処理する位置まで上昇する。
【００２２】
サセプタ２１７に埋め込まれたヒータは予め加熱されており、搬入されたウエハ２００を室温〜５００℃の範囲の内、所定のウエハ処理温度に加熱する。
真空ポンプ２４６、及びＡＰＣ２４２を用いて処理室２０１の圧力を０．１〜１００Ｐａの範囲の内、所定の圧力に維持する。
【００２３】
ウエハ２００の温度が処理温度に達し、安定化したら、ガス導入口２３４から遮蔽プレート２４０のガス吹出口２３９を介して、反応ガスを処理室２０１に配置されているウエハ２００の上面（処理面）に向けて導入する。
同時に筒状電極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する。印加する電力は、１５０〜２００Ｗの範囲の内、所定の出力値を投入する。
このときインピーダンス可変機構２７４は予め所望のインピーダンス値となるように制御しておく。
【００２４】
筒状磁石２１６、２１６の磁界の影響を受けてマグネトロン放電が発生し、ウエハ２００の上方空間に電荷をトラップしてプラズマ生成領域２２４に高密度プラズマが生成される。そして、生成された高密度プラズマにより、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。
プラズマ処理が終わったウエハ２００は、図示略の搬送機構を用いて、基板搬入と逆の手順で処理室２０１外へ搬送される。
【００２５】
次に、図２を参照して前記ＮＭＴ装置を用いたゲート酸化膜の形成方法の一例を説明する。
図２はゲート絶縁膜の製造工程の一例を示す。
まず、図２(Ａ)に示す半導体基板としてのＳｉ基板(シリコン基板)１０上にＬＯＣＯＳ(Ｌｏｃａｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｉｌｌｉｃｏｎ)プロセス又はＳＴＩ(Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ)プロセスなどの周知の方法により、図２(Ｂ)に示すように素子分離領域１２を形成する。
【００２６】
次に、周知の方法で、ウェルイオンの注入、チャンネルストップイオンの注入、閾値調整イオンの注入等を行った後、前記ＭＭＴ装置を用いてＳｉ基板１０上に熱酸化膜と同等の酸化膜としてＳｉＯ２膜１４を形成する。
この場合、ＭＭＴ装置の処理室２０１には、大量のクリプトン(Ｋｒ)と酸素とを導入してＫｒ／Ｏ２プラズマを生成し、ＳｉＯ２膜１４を形成する。
なお、Ｋｒを用いるのは、Ｋｒの活性化するエネルギバンドが低く、Ｏ２ラジカル励起エネルギとマッチングするためである。
【００２７】
次に、図２（Ｃ）に示すように、所定のプラズマ窒化処理により、図２（Ｃ）に示すように、処理室２０１内にプラズマ１８を生成し、ＳｉＯ２膜１４の少なくとも表面を窒化し、ゲート絶縁膜としてのＳＩＯＮ膜（酸窒化珪素膜）２０を形成するが、この場合に、石英材料からのアウトガスとしての酸素による影響を排除してＳｉＯＮ膜２０の薄膜化を達成するには、前記したようにプラズマ窒化処理の際のＳｉＯ２膜１４の還元が重要になる。
図３はＳｉ(シリコン)の酸化、還元の境界条件の一例を示す。図中、横軸は温度、縦軸はＨ２ＯとＨ２とのガス比を示す。
図３の結果から、（１）処理雰囲気に酸素が含まれていても酸素に対してＨ２リッチでありシリコンの温度が高温(約９００℃)の条件下では、Ｓｉ(シリコン)が還元されること、電子温度の高いプラズマを利用し、（２）Ｎ２とＨ２との混合ガス雰囲気で低温プラズマ窒化処理を実施すると、プラズマにより活性化された水素ラジカルにより図３に示す還元温度よりも低い温度でＳｉＯ２膜１４を還元することが分かる。
このため、本実施の形態では、ＭＭＴ装置において、ＳｉＯ２膜１４の形成後に、処理室２０１内からＫｒ／Ｏ２ガスを排気した後、Ｎ２ガス(窒素ガス)とＨ２ガス(水素ガス)とを含む混合ガス、Ｎ２ガス(窒素ガス)とＮＨ３ガス(アンモニアガス)とを含む混合ガス、又はＨ２ガスとＮＨ３ガスとを含む混合ガスを導入してガス置換を行い、水素ラジカルの発生可能な混合ガス雰囲気とし、この混合ガス雰囲気で次の(１)及び(２)のプラズマ窒化処理条件でＳｉＯ２膜１４にプラズマ窒化処理を施した。
プラズマ窒化処理条件
・  混合ガス中の水素濃度を５０％以下、好ましくは５％〜５０％
・  Ｓｉ基板１０の温度：４００℃以上、好ましくは５００℃以上
【００２８】
このようなプラズマ窒化処理条件で、処理室２０１内に窒化プラズマ１８を生成し、Ｓｉ基板１０の表面のＳｉＯ２膜１４に窒化処理を施すと、図２(Ｃ)に示すように、下地酸珪素膜としてのＳｉＯ２膜１４中の酸素が、プラズマ１８により活性された水素ラジカルによって還元されながらＳｉＯ２膜１４中に窒素の導入が行われ、ＳｉＯＮ膜（酸窒化珪素膜）２０が形成された。
そして、図２（Ｅ）に示すように、ＣＶＤ等の周知の方法により、ＳｉＯＮ膜２０上にポリシリコンからなるゲート電極２２を形成する。
ゲート電極２２には、不純物としてのＢ(ボロン原子)が含まれる。その後、例えば、リード線やキャパシタが形成され、ＤＲＡＭ等のＬＳＩが形成される。
ゲート電極２２を形成した後、種々の熱処理工程を実施すると、ゲート絶縁膜であるＳｉＯＮ膜２０のＢ(ボロン原子)の拡散防止効果によりＳｉ基板１０へのＢ(ボロン原子)の拡散が防止される。
【実施例１】
【００２９】
次に、本発明の実施例を説明する。
まず、前記実施の形態で説明したように、厚み２．０ｎｍのＳｉＯ２膜１４を形成したＳｉ基板１０上を処理室２０１に設置し、Ｈ２ガスとＮ２ガスとを含む混合ガスをＭＭＴ装置の処理室２０１に供給して処理室２０１の雰囲気を、酸化膜形成のためのＫｒ／Ｏ２ガスから混合ガス雰囲気に置換した。このとき、処理室２０１に供給するＨ２ガス流量は５０ｓｃｃｍ、Ｎ２流量は４５０ｓｃｃｍとして混合ガス中の水素濃度を５０％以下とし、処理室２０１の圧力を２.５Ｐａとした。
次に、Ｓｉ基板１０の温度を７００℃に加熱し、ＭＭＴ装置により処理室２０１に窒化プラズマを生成した。ＭＭＴ装置の高周波電力ＲＦは２５０Ｗ、プラズマ処理の処理時間は９０ｓｅｃとした。
窒化プラズマ処理の最中は、図４（ｂ）に示すように、下地酸珪素膜中の酸素がプラズマ１８によって活性化された水素ラジカルにより還元され、下地酸珪素膜中の酸素が窒素に置換される。このため、窒化プラズマ処理後は、図４（ｃ）に示されるように、Ｓｉ基板１０とＳｉＯ２との界面からＳｉＯＮ膜２０の表面までの薄膜化及びＳｉＯＮ膜２０の物理的な薄膜化が達成された。
【００３０】
(比較例)
実施例１との比較のため、厚み２．０ｎｍのＳｉＯ２膜１４を形成したＳｉ基板１０上を処理室２０１に設置し、Ｎ２ガスのみをＭＭＴ装置の処理室２０１に供給して処理室２０１の雰囲気を、酸化膜形成のためのＫｒ／Ｏ２ガスから窒素ガス雰囲気に置換した。
このとき、処理室２０１に供給するＮ２ガス流量は５００ｓｃｃｍとした。また、処理室２０１の圧力は２.５Ｐａとした。次に、Ｓｉ基板１０の温度を７００℃とし、ＭＭＴ装置により処理室２０１に窒化プラズマを生成した。ＭＭＴ装置の高周波電力ＲＦは２５０Ｗ、プラズマ処理の処理時間は９０ｓｅｃとした。
この条件でＳｉＯ２膜１４にプラズマ窒化処理を施すと、図６（ｂ）に示すように、窒素の混入によりＳｉＯＮ膜２０が形成されるものの、活性化された酸素によってＳｉＯ２膜１４中の酸素の還元が進み難い。このため、図６（ｃ）に示すように、ＳｉＯＮ膜２０の膜厚及びＳｉ基板１０とＳｉＯＮ膜２０の界面からＳｉＯＮ膜１４の表面までの膜厚が、処理前の膜厚よりも厚くなる。
図５に実施例１と比較例におけるゲート絶縁膜としてのプラズマ窒化処理後のＳｉＯＮ膜２０の電気的膜厚を示す。
図５に示すように、実施例１は、プラズマ窒化処理前のＳｉＯ２膜１４の膜厚が２ｎｍであったものがプラズマ窒化処理後にＳｉＯＮ膜２０を含めて１．６ｎｍとなり、比較例では、プラズマ窒化処理後の膜厚が２．２ｎｍに増加した。
このことからも明らかなように、実施例１の処理条件でプラズマ窒化処理を実施すると、ゲート絶縁膜としてのＳＩＯＮ膜２０の物理的膜厚が減少し、電気的膜厚が減少する。
なお、実施例１において、Ｎ２ガス(窒素ガス)とＮＨ３ガス(アンモニアガス)とを含む混合ガス、Ｈ２ガスとＮＨ３ガスとを含む混合ガスを用いた場合も同様の結果となった。
また、ＳｉＯ２膜１４を形成したＳｉ基板１０の温度条件を４００℃とすると、ＳｉＯＮ膜２０の電気的膜厚は薄くなり、実用上良好となったが、５００℃以上とすると、さらに薄膜化が可能となった。
【００３１】
このように、ＳｉＯ２膜１４をプラズマ窒化してゲート絶縁膜、すなわち、ＳｉＯＮ膜２０を形成する場合、Ｎ２ガス(窒素ガス)とＨ２ガス(水素ガス)とを含む混合ガス、Ｎ２ガス(窒素ガス)と、ＮＨ３ガス(アンモニアガス)とを含む混合ガス、又はＨ２ガスとＮＨ３ガスとを含む混合ガスを用い、プラズマ窒化処理条件を、混合ガス中の水素濃度を５０％以下、Ｓｉ基板１０の温度を４００℃以上、好ましくは５００℃以上、混合ガスに含まれる水素の濃度を５％〜５０％とすると、ゲート酸化膜の薄膜化が達成することができる。
［付記］
【００３２】
以下、本実施形態の態様を付記する。
［実施の態様１］
半導体デバイスの製造方法において、水素濃度が５０％以下のＮ２とＨ２とを含む混合ガス雰囲気中で基板の温度を４００℃以上に保持しながら基板の下地酸化珪素膜にプラズマ窒化処理を施して下地酸珪素膜にゲート絶縁膜としての酸窒化絶縁膜を形成すると、プラズマ窒化処理(低温プラズマ窒化処理)により、活性された水素ラジカルにより下地酸珪素膜としての酸化膜中の酸素を還元しながら窒素の導入が行われるので、ゲート絶縁膜として酸窒化膜の物理的及び電気的な膜厚が薄くなる。
【００３３】
［実施の態様２］
水素濃度が５０％以下のＮＨ３とＮ２とを含む混合ガス雰囲気中で基板の温度を４００℃以上に保持しながら基板の下地酸化珪素膜にプラズマ窒化処理を施して下地酸珪素膜にゲート絶縁膜としての酸窒化絶縁膜を形成すると、プラズマ窒化処理(低温プラズマ窒化処理)により、活性された水素ラジカルにより下地酸珪素膜としての酸化膜中の酸素が還元されながら窒素の導入が行われるので、ゲート絶縁膜としての酸窒化珪素膜の物理的及び電気的な膜厚が薄くなる。
【００３４】
［実施の態様３］
水素濃度が５０％以下のＮＨ３とＨ２とを含む混合ガス雰囲気中で基板の温度を４００℃以上に保持しながら基板の下地酸化珪素膜にプラズマ窒化処理を施して下地酸珪素膜にゲート絶縁膜としての酸窒化絶縁膜を形成すると、プラズマ窒化処理(低温プラズマ窒化処理)により、活性された水素ラジカルにより下地酸珪素膜としての酸化膜中の酸素が還元されながら窒素の導入が行われるので、ゲート絶縁膜としての酸窒化珪素膜の物理的及び電気的な膜厚が薄くなる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の半導体基板の製造方法に使用する基板処理炉を示す解説図である。
【図２】本発明に係る半導体デバイスの製造方法を示す工程図である。
【図３】Ｓｉ(シリコン)の酸化、還元の境界条件の一例を示す図である。
【図４】本発明の一実施例に係り、プラズマ窒化処理による半導体デバイスの製造方法を示す工程図である。
【図５】本発明に係る実施例の電気的膜厚と比較例との電気的膜厚とを対比した解説図である。
【図６】従来のプラズマ窒化処理による半導体デバイスの製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０  Ｓｉ基板
１４  ＳｉＯ２膜(下地酸化珪素膜)
２０  ＳｉＯＮ膜(酸窒化珪素膜)
【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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