(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給された酸素含有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配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配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、
シリコン膜により形成された凹状構造を有する基板であって、前記凹状構造の内面には、前記凹状構造内に対するエッチング処理によりシリコン膜の表層が変質して生じた変質層が形成されている基板を前記基板載置台に載置する工程と、
前記基板処理室内に前記酸素含有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酸素含有ガスのプラズマ生成を開始する工程と、
前記プラズマにより、前記基板の凹状構造内において露出している前記変質層が形成された前記シリコン膜の表面を酸化する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記シリコン膜の表面を酸化する工程の後、前記シリコン膜の表面を酸化する工程において前記シリコン膜の表層が酸化されて形成されたシリコン酸化膜を、エッチングにより除去する工程を更に有する、請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記シリコン膜の表面を酸化する工程では、全ての前記変質層が酸化されてシリコン酸化膜が形成される、請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記シリコン膜の表面を酸化する工程では、前記シリコン膜の表層が改質されて形成されるシリコン酸化膜の厚さが前記凹状構造内において均一になるように、前記シリコン膜の表面を酸化する、請求項３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記シリコン膜はアモルファスシリコン膜である、請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記シリコン膜の表面を酸化する工程において、前記基板の温度は５５０℃以下である、請求項５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記凹状構造は、アスペクト比が２０以上の構造である、請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記変質層は、互いに異なる結晶方位を有する複数の露出面を含んでいる、請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
基板上においてシリコン膜により形成された凹状構造の内面に対して、エッチング処理を施す工程と、
供給された酸素含有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配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配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、
前記エッチング処理が施された前記基板であって、前記エッチング処理の際に、前記凹状構造の内面に前記シリコン膜の表層が変質して生じた変質層が形成されている前記基板を、前記基板載置台に載置する工程と、
前記基板処理室内に前記酸素含有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酸素含有ガスのプラズマ生成を開始する工程と、
前記プラズマにより、前記基板の凹状構造内において露出している前記変質層が形成された前記シリコン膜の表面を酸化する工程と、
前記シリコン膜の表面を酸化する工程の後、前記シリコン膜の表面を酸化する工程において前記シリコン膜の表層が酸化されて形成されたシリコン酸化膜を、エッチングにより除去する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
供給された酸素含有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配置される基板処理空間と、を有する基板処理室と、
前記基板処理室内に前記酸素含有ガスを供給するように構成されたガス供給系と、
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供給する高周波電源と、
前記基板を前記コイルの下端より下の位置に配置するように構成された基板載置台と、
シリコン膜により形成された凹状構造を有する前記基板であって、前記凹状構造の内面に前記凹状構造内に対するエッチング処理によりシリコン膜の表層が変質して生じた変質層が形成されている前記基板を前記基板載置台に載置する処理と、前記基板処理室内に前記酸素含有ガスを供給する処理と、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酸素含有ガスのプラズマ生成を開始する処理と、前記プラズマにより、前記基板の凹状構造内において露出している前記変質層が形成された前記シリコン膜の表面を酸化する処理と、を行うように前記ガス供給系、前記基板載置台、及び前記高周波電源を制御するように構成された制御部と、
を備える基板処理装置。
【請求項１１】
供給された酸素含有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配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配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、
シリコン膜により形成された凹状構造を有する基板であって、前記凹状構造の内面には、前記凹状構造内に対するエッチング処理によりシリコン膜の表層が変質して生じた変質層が形成されている基板を前記基板載置台に載置する手順と、
前記基板処理室内に前記酸素含有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酸素含有ガスのプラズマ生成を開始する手順と、
前記プラズマにより、前記基板の凹状構造内において露出している前記変質層が形成された前記シリコン膜の表面を酸化する手順と、
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。
【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および記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
フラッシュメモリ等の半導体装置の回路パターンを形成する際、製造工程の一工程として、基板面上に形成されたトレンチ構造等の凹状構造に対してエッチング処理を施し、凹状構造を加工する工程が実施される場合がある。その際、エッチング処理によってダメージを受けた表層を酸化して犠牲酸化膜を形成し、これを除去することにより、ダメージ層を除去する工程が更に実施されることがある。（例えば特許文献１）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１７２０６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のエッチング処理においては、凹状構造の内面にダメージ層が生じるため、これを除去するため、凹状構造の内面の表層を酸化して犠牲酸化膜を形成する。しかし、特にアスペクト比の高い凹状構造の内面を酸化処理する場合、例えば熱酸化等の技術では、犠牲酸化膜の厚さに関して、マイクロローディング効果や、面方位依存性等の下地依存性により、凹状構造内での所望の面内膜厚均一性（ステップカバレッジ）が得られない場合があった。【０００５】
本発明は、半導体デバイスの製造工程にて、基板面上の凹状構造の内面に対して、面内膜厚均一性の良好な犠牲酸化膜を形成する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、供給された酸素含有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配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配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、シリコン膜により形成された凹状構造を有する基板であって、前記凹状構造の内面には、前記凹状構造内に対するエッチング処理によりシリコン膜の表層が変質して生じた変質層が形成されている基板を前記基板載置台に載置する工程と、前記基板処理室内に前記酸素含有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酸素含有ガスのプラズマ生成を開始する工程と、前記プラズマにより、前記基板の凹状構造内において露出している前記変性層が形成された前記シリコン膜の表面を酸化する工程と、を行う技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【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】本発明の実施形態に係る基板処理工程のうち、酸化処理工程を示すフロー図である。
【図６】（ａ）本発明の実施形態に係る基板処理工程において、エッチング処理工程が実施される前の基板上のパターン構造を説明する図である。（ｂ）本発明の実施形態に係る基板処理工程において、エッチング処理工程が実施された後の基板上のパターン構造を説明する図である。（ｃ）本発明の実施形態に係る基板処理工程において、酸化処理工程が実施された後の基板上のパターン構造を説明する図である。（ｄ）本発明の実施形態に係る基板処理工程において、エッチバック処理工程が実施された後の基板上のパターン構造を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
＜本発明の実施形態＞
（１）基板処理装置の構成
本発明の実施形態に係る基板処理装置について、図１から図３を用いて以下に説明する。
【０００９】
（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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
（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表面を例えば室温から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。
【００１３】
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。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。
【００１４】
サセプタ２１７には、サセプタ２１７を基板処理空間２０１ｂ内で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の底面には貫通孔２１７ａと互いに対向する位置にウエハ突上げピン２６６が少なくとも各３箇所ずつ設けられている。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が貫通孔２１７ａを突き抜けるようになっている。
【００１５】
主に、サセプタ２１７及びヒータ２１７ｂ、インピーダンス調整電極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。
【００１６】
（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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
ガス供給ヘッド２３６、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。
【００２０】
ガス供給ヘッド２３６、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。
【００２１】
さらに、水素含有ガス供給系、酸素含有ガス供給系、不活性ガス供給系により、本実施形態に係るガス供給部が構成されている。
【００２２】
尚、上述の各ガス供給系、及びガス供給部はそれぞれ、供給されるガスのガス供給源を含むものとして捉えることもできる。
【００２３】
（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。
【００２４】
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。
【００２５】
（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。
【００２６】
高周波電源２７３は、共振コイル２１２に高周波電力を供給する。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。周波数整合器（周波数制御部）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を制御し、周波数の整合を行う。
【００２７】
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し、共振特性を高周波電源２７３と略等しくするため、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。
【００２８】
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。遮蔽板２２３は、共振コイル２１２の外周から、例えば５〜１５０ｍｍ程度隔てて配置される。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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波長の整数倍に設定される。
【００３２】
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〜５０ＭＨｚ、電力は０．５〜５ｋＷ、より好ましくは１．５〜３．５ｋＷの高周波電力によって、０．０１〜１０ガウス程度の磁場を発生し得る様に、５０〜３００ｍｍ２の有効断面積であって且つ２００〜５００ｍｍ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２〜６０回程度巻回される。
【００３３】
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と、所定の出力に増幅するための増幅器とを備えている。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。
【００３４】
本実施形態においては、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が介装される。
【００３５】
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。
【００３６】
本実施形態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生成できる。
【００３７】
（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、ＣＰＵ２２１ａ、ＲＡＭ２２１ｂ、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。
【００３８】
記憶装置２２１ｃは、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ、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として構成されている。
【００３９】
Ｉ／Ｏポート２２１ｄは、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。
【００４０】
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、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、サセプタ昇降機構２６８の昇降動作、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）、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、ゲートバルブ２４４の開閉動作、ＲＦセンサ２７２、周波数整合器２７４及び高周波電源２７３の動作、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。
【００４１】
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、磁気テープや磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、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として、例えば、インターネットや専用回線等の通信手段を用いて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。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。
【００４２】
（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図４〜６を用いて説明する。図４に示す本実施形態に係る基板処理工程（Ｓ１０〜Ｓ３０）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実施される。また、本実施形態に係る酸化処理工程Ｓ２０では、図６（ｂ）に示す凹状構造としてのトレンチ３０１に対して酸化処理を施し、犠牲酸化膜３０５を形成する。
【００４３】
（ａ）  エッチング処理工程Ｓ１０
ここで、本実施形態に係る酸化処理工程Ｓ２０の実施に先立ち、図６（ａ）に示すトレンチ３０１の内側に対してエッチング処理を行う工程が実施される。トレンチ３０１は、下地膜であるシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）３０２に形成されたトレンチ内に、シリコン膜としてのアモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ）膜３０３が形成されることにより形成されている。すなわち、ａ−Ｓｉ膜３０３によりトレンチ３０１が形成されている。上述のエッチング処理では、トレンチ３０１の底部を貫通するホール又は溝を形成するための異方性のドライエッチング（又はプラズマエッチング）が実施される。
【００４４】
上述のエッチング処理により、図６（ｂ）に示すように、トレンチ３０１の底部には貫通したホール又は溝が形成される。その際に、ａ−Ｓｉ膜３０３の表面（露出面）やエッチング処理により露出したＳｉＮ膜３０２の表面がダメージを受けて、表面形状が荒れた状態になる。また、ドライエッチングを実施する際に、エッチングガスのイオンがａ−Ｓｉ膜３０３の表面に衝突して結晶欠陥を発生させたり、エッチングガスに含まれる元素が不純物としてａ−Ｓｉ膜３０３やＳｉＮ膜３０２の表面から膜中に添加されたりすることにより、ａ−Ｓｉ膜３０３やＳｉＮ膜３０２の表層（露出層）が変質する。
これにより、ａ−Ｓｉ膜３０３の表層やＳｉＮ膜３０２の表層には、表面形状が荒れた変質層であるダメージ層３０４が形成される。
【００４５】
ドライエッチングに用いられるガスとしては、例えば塩素系ガス（Ｃｌ２，ＢＣｌ３等）やフッ素系ガス（Ｆ２，ＣＦ４，ＳＦ６等）が用いられ、ダメージ層３０４にはＣｌやＦ等が不純物として添加される。また、エッチング処理によりａ−Ｓｉ膜３０３やＳｉＮ膜３０２から脱離した反応生成物がダメージ層３０４に付着することもある。このような付着物もダメージ層３０４に含めて考えることができる。
【００４６】
ａ−Ｓｉ膜３０３の表層に形成された表面形状が荒れたダメージ層は、半導体デバイスを構成するａ−Ｓｉ膜３０３の電気的特性（例えば電子移動度等）を劣化させるため、除去されることが望ましい。そこで、本実施形態に係る酸化処理工程において、ダメージ層３０４が形成されたトレンチ３０１に対して酸化処理を施して犠牲酸化膜３０５を形成し、その後これを除去（エッチバック）することによりダメージ層３０４の除去を行う。これにより、ダメージ層３０４が除去された表面が平坦なａ−Ｓｉ膜３０３及びＳｉＮ膜３０２を得ることができる。
【００４７】
（ｂ）  酸化処理工程Ｓ２０（犠牲酸化膜形成）
本実施形態に係る酸化処理工程Ｓ２０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。本実施形態に係る酸化処理工程Ｓ２０で処理されるウエハ２００の表面に形成されたトレンチ３０１は、アスペクト比が高い形状を有している。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、アスペクト比をＤ／Ｈとした場合、例えば、Ｄ／Ｈ≧２０となるような形状を言う。また、形成されたトレンチ３０１内面に露出したダメージ層３０５の表面内では、その位置によって結晶方位が異なることがある。例えば、図６（ｂ）に示す深さ方向（垂直方向）に広がる面と、トレンチ３０１の底部（ここではエッチング処理前の底部の位置）でトレンチ３０１の幅方向（水平方向）に広がる面では、互いに結晶方位が異なることがある。
【００４８】
本工程では、ダメージ層３０４を除去するため、少なくともダメージ層３０４の厚さ分だけトレンチ３０１の内表面（エッチング処理により露出したＳｉＮ膜３０２の露出面も含む）の酸化を行う。すなわち、犠牲酸化膜３０５の厚さは、少なくともダメージ層３０４の厚さよりも大きくなるように形成される。ここで、犠牲酸化膜３０５を除去した後に残されるａ−Ｓｉ膜３０３については、トレンチ内における高い面内膜厚均一性（ステップカバレッジ）が求められることがある。例えば、ａ−Ｓｉ膜３０３がトランジスタのチャネル層として用いられる場合、その膜厚が薄く、且つ均一であることが望ましいためである。
【００４９】
また、特にａ−Ｓｉ膜３０３は、６００℃以上の温度領域においては結晶性が変化してしまい所望の膜特性を得られなくなることから、犠牲酸化膜３０５を形成する際の処理温度は、６００℃以下、好ましくは５５０℃以下であることが求められる。
【００５０】
また、一般的に、低温条件下で形成された酸化膜であるほど、ウエットエッチングの速度（ウェットエッチングレート：ＷＥＲ）が高くなることが知られている。従って、本工程後において犠牲酸化膜３０５をウエットエッチング等の手法により除去することを考慮した場合、犠牲酸化膜３０５を形成する際の処理温度は許容される範囲で低いことがより好ましい。
【００５１】
犠牲酸化膜の形成手法としては、例えばウエハを７００〜１１００℃に加熱して、酸素ガスや水蒸気ガスを用いてウエハに対する酸化処理を行う熱酸化処理法（熱ラジカル酸化処理法）がある。しかし、特に本実施形態のような高アスペクト比の形状を有するトレンチ３０１に対して熱酸化処理法を適用する場合、犠牲酸化膜の厚さに関して、トレンチの深さ方向におけるマイクロローディング効果や、面方位依存性等の下地依存性などの影響により、トレンチ内での所望の面内膜厚均一性（ステップカバレッジ）を得ることが困難である。また、熱酸化処理法を適用する場合、ウエハを７００℃以上に加熱する必要があるため、上述の様な処理温度条件を満たすことができない。そこで、本実施形態に係る酸化処理工程では、以下の工程（Ｓ１１０〜Ｓ１６０）を行うことにより、上述の要求条件を満たすように犠牲酸化膜３０５を形成する。
【００５２】
（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、ウエハ突き上げピン２６６がサセプタ２１７表面よりも突出した状態とする。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ウエハ突上げピン２６６上にウエハ２００を載置する。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。
【００５３】
（昇温・真空排気工程Ｓ１２０）
続いて、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、例えば常温〜６００℃、好ましくは１００〜６００℃、より好ましくは２００〜５５０℃の範囲内の所定値にウエハ２００を加熱する。特に、ａ−Ｓｉ膜３０３の結晶性変化を抑制するため、５５０℃以下であることが好ましい。
また、一般的に、酸化処理における処理温度は低くなるほど、形成される酸化膜の膜質が低下する傾向にある。一方、本酸化処理工程で形成される酸化膜は犠牲酸化膜としての用途を目的として形成されるため、他の用途に比べて酸化膜の膜質を要求されない。従って、本実施形態における酸化処理工程では、低温条件での処理が許容される。
【００５４】
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内の圧力を所定値とする。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。
【００５５】
（処理ガス供給工程Ｓ１３０）
次に、処理ガス（反応ガス）として、酸素含有ガスであるＯ２ガスと水素含有ガスであるＨ２ガスとの混合ガスの供給を開始する。具体的には、バルブ２４３ａ，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、必要に応じて、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へ添加ガスとしてのＡｒガスを供給してもよい。
【００５６】
このとき、Ｏ２ガスとＨ２ガスとの混合ガスの総流量は例えば１００〜３０００ｓｃｃｍとし、Ｏ２ガスとＨ２ガスの供給流量比は５：９５〜９９：１の範囲とする。特に供給流量比を９５：５前後とすることにより、酸化レートを最大化することができる。また、供給流量比を５：９５〜５０：５０の範囲とすることにより、ウエハ２００上に金属膜等が形成されている場合であっても、金属膜の酸化を抑制し、酸化対象であるトレンチ３０１の内面に対して選択的に酸化処理を施すことができる。本実施形態では、総流量を１０００ｓｃｃｍ、供給流量比を９５：５とする。
【００５７】
なお、本実施形態では、処理ガスとして酸素含有ガスと水素含有ガスの混合ガスを用いたが、処理ガスとして水素含有ガスを含まない酸素含有ガス（例えばＯ２ガス）を用いることもできる。但し、酸化レートの向上等の観点から、水素含有ガスを含む処理ガスを用いることが好ましい。
また、本酸化処理工程では、処理後に膜中に不純物を残さないことが望ましいため、酸素及び水素のみを含むＯ２ガスとＨ２ガスの混合ガスを用いることが好適である。
【００５８】
また、処理室２０１内の圧力が、例えば１０Ｐａ以上２５０Ｐａ以下の範囲内、より好ましくは１００Ｐａ以上２５０Ｐａ以下（本実施形態では１５０Ｐａ）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の終了時まで混合ガスの供給を継続する。なお、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において急激な酸化の発生を抑制することができる。
【００５９】
（プラズマ処理工程Ｓ１４０）
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）、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。本実施形態における高周波電力の周波数及び電力は、２７．１２ＭＨｚ、２．５ｋＷとする。
【００６０】
ここで、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て共振状態を維持し、一層正確に定在波を形成する。
【００６１】
これにより、プラズマ生成空間２０１ａ内に形成される誘導電磁界によって、プラズマ生成空間２０１ａの共振コイル２１２の電気的中点に相当する高さ位置に、処理室壁や基板載置台との容量結合が殆どなく電気的ポテンシャルの極めて低い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（ラジカル）、酸素イオン、水酸基活性種（ラジカル）、水素活性種（ラジカル）、水素イオン等の反応種を生成する。この際、希ガス（Ａｒガス）が添加されている場合には、希ガスがプラズマ放電の安定化に寄与する。酸素を含む反応種はトレンチ３０１内の露出面に対して供給され、その表層を酸化することで犠牲酸化膜３０５を形成する。
【００６２】
本実施形態では、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ず、混合ガス中の活性種と、加速されない状態のイオンが、トレンチ３０１内に（特に深さ方向において）均一に供給されるため、トレンチ３０１内の深さ方向において面内膜厚均一性が極めて良好な酸化膜（犠牲酸化膜３０５）を形成することができる。
【００６３】
また、トレンチ３０１内では、互いに異なる結晶方位を有する面が露出している。ここで、本実施形態に係るプラズマ生成部により生成された反応種を用いてトレンチ３０１内表層の酸化処理を行う場合、酸化反応に係る活性化エネルギーの大きさが、他のプラズマ励起手法（例えばマイクロ波励起等の手法）や熱励起により生成された反応種を用いて酸化処理を行う場合における活性化エネルギーよりも低い。そのため、結合エネルギーの大きさが異なる、互いに異なる結晶方位を有する面に対しても、同様の酸化レートにより酸化処理を施すことが可能である。すなわち、結晶方位依存性の小さい酸化処理を行うことができるので、トレンチ３０１内を面内膜厚均一性良く酸化処理する際に、本実施形態は特に好適である。
【００６４】
高周波電力の印加開始後、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を閉めて、混合ガスの処理室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。本工程における酸化処理は、少なくとも犠牲酸化膜３０５の厚さがダメージ層３０４の厚さ以上となり、ダメージ層３０４が全て犠牲酸化膜３０５に変質（改質）されるまで継続されることが望ましい。
【００６５】
（真空排気工程Ｓ１５０）
所定の処理時間が経過して混合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）と同じ圧力に調整する。
【００６６】
（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。以上により、本実施形態に係る基板処理工程を終了する。
【００６７】
（ｃ）  エッチバック処理工程Ｓ３０（犠牲酸化膜除去）
続いて本実施形態に係るエッチバック処理工程Ｓ３０では、主にウエットエッチングを実施することにより、犠牲酸化膜３０５の除去（エッチバック）を行う。ウエットエッチングでは、例えば、ＨＦ（フッ酸）、ＮＨ４Ｆ（フッ化アンモニウム）、等の水溶液を薬液として用い、ウエハ２００をこの薬液に浸漬する。これらの薬液を用いたエッチングにより、シリコン酸化膜である犠牲酸化膜３０５を選択的に除去し、図５（ｄ）に示すように、ダメージ層３０４が除去されたａ−Ｓｉ膜３０３とＳｉＮ膜３０２により構成されたトレンチ３０１が形成される。
【００６８】
本実施形態では、犠牲酸化膜３０５がトレンチ３０１内面に膜厚均一性が良く形成されるため、エッチング処理工程Ｓ１０及びエッチバック処理工程３０を経た後も、ａ−Ｓｉ膜３０３の厚さにバラつきが生じることなく、所望の電気的特性を得ることが可能となる。
【００６９】
なお、本実施形態では、トレンチ内にａ−Ｓｉ膜が形成される例について説明したが、ａ−Ｓｉ膜に限らず、ポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）膜や結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）膜等の他のシリコン膜がトレンチ内に形成されている場合にも、本実施形態に係る酸化処理工程を適用することができる。
【００７０】
また、本実施形態では、ウエハ２００上に形成される凹状構造としてトレンチ構造を示したが、本実施形態に係る基板処理工程は、同様の高アスペクト比を有するホールや貫通孔等の凹状構造に対しても適用することができる。
【００７１】
また、エッチング処理工程Ｓ１０では、トレンチ３０１内にダメージ層が形成される場合であれば、本実施形態に示された手法以外のエッチング手法を適用することもできる。同様に、エッチバック処理工程Ｓ３０では、本実施形態に示された手法以外のエッチング手法を適用することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明によれば、半導体デバイスの製造工程にて、基板面上の凹状構造の内面に対して、面内膜厚均一性の良好な犠牲酸化膜を形成する技術が提供される。
【符号の説明】
【００７３】
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、  ３０１・・・トレンチ
【図１】
0006752357.tif 000002
【図２】
0006752357.tif 000003
【図３】
0006752357.tif 000004
【図４】
0006752357.tif 000005
【図５】
0006752357.tif 000006
【図６】
0006752357.tif 000007