(57)【要約】【課題】基板表面を窒化処理又は酸化処理する際、処理を低温で安価に行なえ、処理膜を厚く均一に形成できるようにする。【解決手段】処理装置として、プラズマ生成とは独立に基板に入射するイオンのエネルギーを制御することができる変形マグネトロン型プラズマ処理装置を用いる。この変形マグネトロン型プラズマ処理装置は、基板を載置するサセプタを可変インピーダンスを介して接地するように構成する。基板表面を窒化処理又は酸化処理する際、可変インピーダンス値を調整してサセプタ電位、すなわち基板の電位を調整する。調整電位に応じて、基板に入射されるイオンのエネルギーが制御されるため、膜厚や膜厚面内均一性が広範囲に制御される。【選択図】　　図１
2004047950.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室と、該処理室内で基板を支持する基板支持体と、前記処理室周囲に配置された筒状電極及び磁力線形成手段と、を有するプラズマ処理装置を用い、前記処理室内に酸素元素を含むガスを供給し、該酸素元素を含むガスを筒状電極に高周波電力を供給することにより得られる高周波電界と前記磁力線形成手段より得られる磁界とによりプラズマ放電させ、被処理体を酸化して酸化膜を３０〜６０Å形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
処理室と、該処理室内で基板を支持する基板支持体と、該基板支持体に接続されるコイル及びコンデンサであって、基準電位に接続されるコイル及びコンデンサと、前記処理室周囲に配置された筒状電極及び磁力線形成手段と、を有するプラズマ処理装置を用い、前記処理室内に基板処理用ガスを供給し、該基板処理用ガスを筒状電極に高周波電力を供給することにより得られる高周波電界と前記磁力線形成手段より得られる磁界とによりプラズマ放電させ、少なくともコイルの巻き数を変化させるかコンデンサの容量を変化させることにより、形成する酸化処理膜または窒化処理膜または酸窒化処理膜の厚さを変える半導体装置の製造方法。
【請求項３】
処理室と、該処理室内で基板を支持する基板支持体と、前記処理室周囲に配置された筒状電極及び磁力線形成手段とを有するプラズマ処理装置を用い、前記処理室内に基板処理用ガスを供給し、該基板処理用ガスを筒状電極に高周波電力を供給することにより得られる高周波電界と前記磁力線形成手段より得られる磁界とによりプラズマ放電させ、前記基板支持体の電位、前記基板支持体のインピーダンスまたは、前記基板支持体とプラズマ生成領域との間の電位差を変えることにより酸化処理膜または窒化処理膜または酸窒化処理膜の厚さを変える半導体製造装置。
【請求項４】
処理室と、該処理室内で基板を支持する基板支持体と、前記処理室周囲に配置された筒状電極及び磁力線形成手段とを有するプラズマ処理装置を用い、前記処理室内に基板処理用ガスを供給し、該基板処理用ガスを筒状電極に高周波電力を供給することにより得られる高周波電界と前記磁力線形成手段より得られる磁界とによりプラズマ放電させ、前記基板支持体の電位、前記基板支持体のインピーダンスまたは、前記基板支持体とプラズマ生成領域との間の電位差を変えることにより酸化処理膜または窒化処理膜または酸窒化処理膜の厚さを変える半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法および半導体製造装置に関し、特に、変形マグネトロン型プラズマ処理装置およびそれを用いて基板を処理する半導体装置の製造方法に係り、そのなかでも特に基板表面を窒化処理又は酸化処理するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置を製造する工程には、基板表面を窒化処理又は酸化処理する工程が存在する。この工程では、一般にはＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法が用いられるが、ＣＶＤ法により窒化処理又は酸化処理される膜の厚膜化が要求される。この要求に応えるＣＶＤ装置として、プラズマ処理装置や高温熱処理装置がある。
【０００３】
プラズマ処理装置では、例えば、平行平板型プラズマ処理装置が知られている。これらの装置では、窒化処理膜又は酸化処理膜の厚膜化を図るために、ガスをプラズマ化するための高周波電力（ＲＦ電力）の出力値を制御したり、基板を載置するサセプタにバイアスを加えるための高周波電源を接続して基板に供給するバイアス電力を制御したりしている。また、高温熱処理装置では、窒化処理膜又は酸化処理膜の膜厚を厚くするためには、処理温度７００℃以上に上げて長時間熱処理する必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、平行平板型プラズマ処理装置を用いてＲＦ電力の出力値を制御する方法では、例えば図６に示すように、ＲＦ電力の出力値を５００Ｗから２０００Ｗに上げても、膜厚は高々３ｎｍ程度しか厚くならない。しかも、膜厚が厚くなると、面内膜厚均一性が±１０〜±１５％程度に低下する。また、バイアス電力を制御する方法では、サセプタに高周波電源ないし低周波電源を接続しなければならないため、装置が複雑になり、コスト面でも高価なものとなる。
【０００５】
また、高温熱処理装置を用いて処理温度を高くする方法では、トランジスタ形成後はデバイスを高温で長時間さらすとトランジスタの特性が大きく劣化するので、高温処理によって３ｎｍ以上の膜厚を持つ窒化膜又は酸化膜を形成することは好ましくない。
【０００６】
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解消して、基板表面を窒化処理又は酸化処理するに際して、処理膜を厚く均一に、かつ低温で安価に形成することが可能な半導体装置の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様によれば、
処理室と、該処理室内で基板を支持する基板支持体と、前記処理室周囲に配置された筒状電極及び磁力線形成手段と、を有するプラズマ処理装置を用い、前記処理室内に酸素元素を含むガスを供給し、該酸素元素を含むガスを筒状電極に高周波電力を供給することにより得られる高周波電界と前記磁力線形成手段より得られる磁界とによりプラズマ放電させ、被処理体を酸化して酸化膜を３０〜６０Å形成することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【０００８】
本発明の第２の態様によれば、
処理室と、該処理室内で基板を支持する基板支持体と、該基板支持体に接続されるコイル及びコンデンサであって、基準電位に接続されるコイル及びコンデンサと、前記処理室周囲に配置された筒状電極及び磁力線形成手段と、を有するプラズマ処理装置を用い、前記処理室内に基板処理用ガスを供給し、該基板処理用ガスを筒状電極に高周波電力を供給することにより得られる高周波電界と前記磁力線形成手段より得られる磁界とによりプラズマ放電させ、少なくともコイルの巻き数を変化させるかコンデンサの容量を変化させることにより、形成する酸化処理膜または窒化処理膜または酸窒化処理膜の厚さを変える半導体装置の製造方法が提供される。
【０００９】
本発明の第３の態様によれば、
処理室と、該処理室内で基板を支持する基板支持体と、該基板支持体に接続されるコイル及びコンデンサであって、基準電位に接続されるコイル及びコンデンサと、前記処理室周囲に配置された筒状電極及び磁力線形成手段と、を有するプラズマ処理装置を用い、前記処理室内に基板処理用ガスを供給し、該基板処理用ガスを筒状電極に高周波電力を供給することにより得られる高周波電界と前記磁力線形成手段より得られる磁界とによりプラズマ放電させ、少なくともコイルの巻き数を可変可能とするかコンデンサの容量を可変可能とするかどちらかが備わる半導体製造装置が提供される。
この第３の態様の半導体製造装置は、好ましくは、プラズマ酸化およびプラズマ窒化を行うことができ、プラズマ酸化とプラズマ窒化を切替える際には、少なくとも前記コイルの巻き数を調節するかコンデンサの容量を変更する。
【００１０】
本発明の第４の態様によれば、
処理室と、該処理室内で基板を支持する基板支持体と、前記処理室周囲に配置された筒状電極及び磁力線形成手段とを有するプラズマ処理装置を用い、前記処理室内に基板処理用ガスを供給し、該基板処理用ガスを筒状電極に高周波電力を供給することにより得られる高周波電界と前記磁力線形成手段より得られる磁界とによりプラズマ放電させ、前記基板支持体の電位、前記基板支持体のインピーダンスまたは、前記基板支持体とプラズマ生成領域との間の電位差を変えることにより酸化処理膜または窒化処理膜または酸窒化処理膜の厚さを変える半導体製造装置が提供される。
【００１１】
本発明の第５の態様によれば、
処理室と、該処理室内で基板を支持する基板支持体と、前記処理室周囲に配置された筒状電極及び磁力線形成手段とを有するプラズマ処理装置を用い、前記処理室内に基板処理用ガスを供給し、該基板処理用ガスを筒状電極に高周波電力を供給することにより得られる高周波電界と前記磁力線形成手段より得られる磁界とによりプラズマ放電させ、前記基板支持体の電位、前記基板支持体のインピーダンスまたは、前記基板支持体とプラズマ生成領域との間の電位差を変えることにより酸化処理膜または窒化処理膜または酸窒化処理膜の厚さを変える半導体装置の製造方法が提供される。
【００１２】
上記第１、第２、第５の態様の半導体装置の製造方法における被処理体は、好ましくは、シリコン基板、またはポリシリコン膜、または窒化膜である。
【００１３】
本発明の第６の態様によれば、
変形マグネトロン型プラズマ処理装置を用いて基板を処理する半導体装置の製造方法であって、窒化源又は酸化源となるガスをマグネトロン放電させて生成したプラズマを、基板の電位を調整することにより制御し、この制御されたプラズマにより前記基板の表面を窒化処理又は酸化処理することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
ここで、変形マグネトロン型プラズマ処理装置とは、高周波電界と磁界とを形成することによりマグネトロン放電を発生させて高密度プラズマを生成するものであり、プラズマ生成とは独立に基板に入射するイオンのエネルギーを制御することができるものである。このような変形マグネトロン型プラズマ処理装置を用いたから、基板の電位を調整すると、独立に基板に入射するイオンのエネルギーが制御されるので、プラズマ生成効率を変化させることができる。このためプラズマ生成のための高周波電力を制御する場合に比べて、基板の表面に窒化処理膜又は酸化処理膜を厚く形成でき、面内膜厚も均一化できる。
【００１４】
好ましくは、上記第６の態様の半導体装置の製造方法で行なう処理工程とその前の工程又は後の工程とを、同一の真空室内で連続して処理する。上記第６の態様の半導体装置の製造方法で行なう処理工程と、その前の工程又は後の工程とを、同一の真空室内で連続して処理すると、窒化処理又は酸化処理を安定して行なうことができ、半導体装置の特性を向上できる。
【００１５】
本発明の第７の態様によれば、
変形マグネトロン型プラズマ処理装置で構成され、内部にプラズマ生成領域が形成されて基板を処理する真空容器と、真空容器内に成膜用ガスを導入するガス導入系と、前記真空容器の外周に配置されプラズマ生成領域内に電界を形成して、真空容器内に導入される成膜用ガスを放電させる放電用電極と、放電用電極に電界を形成するための高周波電力を印加する高周波電力印加手段と、真空容器の外周に配置され、プラズマ生成領域内に磁力線を形成して磁力線に放電で生じた電荷を捕捉させる磁力線形成手段と、真空容器を排気して真空容器内の圧力を制御する真空排気系と、真空容器内のサセプタを加熱する加熱手段と、サセプタに接続されて基板と接地間のインピーダンスを調整することが可能なインピーダンス可変機構とを備える半導体製造装置が提供される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。本発明の半導体装置の製造方法を実施するためのプラズマＣＶＤ処理装置として、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処理装置（以下、ＭＭＴ装置という）を用いる。このＭＭＴ装置は、気密性を確保した反応室内に基板を設置し、ガスシャワー板を介して基板処理ガスを反応室に導入し、反応室内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かけて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できる。このプラズマにより成膜用ガスを励起分解させて化学的反応を起こし、基板表面に薄膜を形成するものである。従来から多く使用されている容量結合型プラズマ処理装置はもちろん、プラズマＣＶＤ処理装置よりも高密度のプラズマが得られる。
【００１７】
図２に、このようなＭＭＴ装置の概略構成を示す。ＭＭＴ装置は、内部に反応室１を形成する円筒状の真空容器２は下側容器３と下側容器の上に被せられる上側容器４とから構成される。上側容器４はドーム型の酸化アルミニウム（アルミナ）又は石英で形成されており、下側容器３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サセプタ５を窒化アルミニウムや、セラミックス又は石英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量を低減している。
【００１８】
真空容器２の上部にはガス導入口６が設けられる。ガス導入口６は、基板Ｗと対面する上壁に設けたガス噴出孔７を有するシャワーヘッド８に接続されて、ガス噴出孔７から窒化源又は酸化源となる成膜用のガスが真空容器２内に供給される。また、サセプタ５の周囲から真空容器２の底部方向へ処理後のガスが流れるように真空容器２の底部にガス排気口１２が設けられている。
【００１９】
供給されるガスを励起させる放電手段として円筒形の放電用電極１０が設けられる。放電用電極１０は真空容器２の円筒外周中央部に設置されて反応室１の中央のプラズマ生成領域９を囲んでいる。放電用電極１０にはインピーダンス整合器１３を介して高周波電力印加手段１４が接続されている。
【００２０】
また、磁力線形成手段としてリング状の永久磁石１１が設けられる。永久磁石１１は、放電用電極１０の外表面の上下部に配置される。上下の永久磁石１１、１１は、真空容器２の半径方向に沿った両端（内周端と外周端）に磁極を持ち、上下の磁石１１、１１の磁極の向きが逆向きに設定されている。従って、内周部の磁極同士と外周部の磁極同士が異極となっており、これにより、放電用電極１０の内周面に沿って円筒軸方向に磁力線を形成するようになっている。
【００２１】
真空容器２内の底部中央には、基板Ｗを載置するサセプタ５が配置されている。サセプタ５は基板Ｗを加熱できるようになっている。サセプタ５は、例えば窒化アルミニウムで構成され、内部に加熱手段としての抵抗加熱ヒータが一体的に埋め込まれている。抵抗加熱ヒータによって基板は５００℃程度にまで加熱できるようになっている。
【００２２】
また、サセプタ５のヒータ内部には、さらに電極も装備されており、この電極がインピーダンス可変機構１５を介して接地されている。インピーダンス可変機構１５は、後述するように、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５を介して基板Ｗの電位を制御できるようになっている。
【００２３】
このように、コイルのパターン数やコンデンサの容量を変化させて、サセプタ５の電位、サセプタ５のインピーダンスまたはサセプタ５とプラズマ生成領域との間の電位差を調整することは、ＭＭＴ装置によって、酸化膜を３０〜６０Åというような厚い膜にするのに顕著な効果がある。これに対して、電力を高くしたり、処理時間を長くしたり、処理温度を調整したり等の他の方法によっても膜厚を厚くすることができるが、コイルやコンデンサを設けてコイルのパターン数やコンデンサの容量を変化させなければ、酸化膜を３０〜６０Åというような厚いものとすることはできない。以上のことは窒化膜についても同じである。このように、コイルのパターン数やコンデンサの容量を変化させて、サセプタ５の電位、サセプタ５のインピーダンスまたはサセプタ５とプラズマ生成領域との間の電位差を調整することにより、薄膜から厚膜まで幅広く膜厚を調整することができる。
【００２４】
なお、サセプタ５は真空容器２と絶縁されており、真空容器２は接地されている。また、いずれも図示を省略してあるが、ガス導入口６にはボンベなどのガス供給手段（図示せず）が接続されてガス導入系を構成する。排気口１２は図示しない真空ポンプに接続される。また、排気口１２の近傍には真空容器２内の圧力を調整するバルブ（図示せず）が設置されて、真空排気系を構成する。
【００２５】
図３に、上述したインピーダンス可変機構１５の内部回路を示す。回路は、電源を含まず、受動素子のみから構成されている。具体的には、コイル２１とコンデンサ２３が直列接続してある。コイル２１とコンデンサ２３はサセプタ５とアースとの間に接続されている。コイル２１にはインダクタンスを可変できるようにターミナル２２を数箇所設けてある。目的のインダクタンスの値が得られるように、ターミナル２２を任意に短絡してコイルのパターン数を制御する。コンデンサ２３には自己の静電容量をリニアに可変可能な可変コンデンサを使用している。このコイル２１とコンデンサ２３のうち少なくとも一方を調整し、インピーダンス可変機構１５を希望のインピーダンス値に調整して、基板Ｗの電位を制御できるようになっている。
【００２６】
上記のような構成において、シリコンなどの基板表面を、又はシリコン基板上に形成した下地膜の表面を酸化処理又は窒化処理する方法について説明する。
【００２７】
基板Ｗは真空容器２の外部からロボットなどの基板搬送手段（図示略）によって真空容器２内に搬入され、サセプタ５上に移載される。サセプタ５に埋め込まれたヒータは予め加熱されており、基板Ｗを室温〜７００℃の範囲内の表面処理に最適な所定の温度に加熱する。図示略の排気ポンプを用いて真空容器２内を真空に保持して、圧力は０．１〜１００Ｐａの範囲内に維持する。なお、真空容器２内のガス圧力は、ガス導入口６より導入される処理ガスの流量と、ガス排気口１２に接続されているポンプ（図示略）の能力と、ポンプまでの排気コンダクタンスと、圧力を調整するバルブ（図示略）とにより決まる。
【００２８】
基板Ｗを所定温度に加熱したら、ガス導入口６からガスシャワー板８のガス分散孔７を介して、酸素Ｏ２又は窒素Ｎ２を真空容器２内の基板Ｗの上面（処理面）に向けてシャワー状に供給する。このときのガス流量は１０〜５０００ｓｃｃｍの範囲である。同時に放電用電極１０に高周波電力印加手段１４からインピーダンス整合器１３を介して高周波電力を印加する。印加する電力は、１５０〜２０００Ｗの範囲内の出力値を投入する。このときインピーダンス可変機構１５は予め所望のインピーダンス値に制御しておく。
【００２９】
永久磁石１１、１１の磁界の影響を受けてマグネトロン放電が発生し、基板Ｗの上方空間に電荷をトラップして高密度プラズマ９が生成される。そして、生成された高密度プラズマ９により、サセプタ５上の基板Ｗの表面にプラズマ酸化処理又はプラズマ窒化処理が施される。なお、表面処理の開始および終了は高周波電力の印加および停止によって行なわれる。表面処理が終わった基板Ｗは、搬送手段を用いて真空容器２外へ搬送され、次の基板Ｗを受け入れ、同様な処理が施される。
【００３０】
ここで、基板処理の一例を基板Ｗとして半導体シリコン基板を使用した不揮発性メモリを例にとって説明する。
図７は、不揮発性メモリの一例を示す概略縦断面図である。トレンチ１０４が形成されたシリコン基板１０１の表面にＳｉＯ２膜１０２が形成され、その上にＳｉＮ膜１０３が形成されている。トレンチ１０４にはＳｉＯ２膜１０５が埋め込まれている。ＳｉＮ膜１０３上には、浮遊ゲートポリシリコン１０６が形成され、その上面および側面には、ＳｉＯ２膜１０７が形成されている。ＳｉＯ２膜１０７上にはＳｉＮ膜１０８が形成され、ＳｉＮ膜１０８上にはＳｉＯ２膜１０９が形成され、ＳｉＯ２膜１０７とＳｉＮ膜１０８とＳｉＯ２膜１０９とでいわゆるＯＮＯ構造１１０をとっている。ＳｉＯ２膜１０９上には制御ゲートポリシリコン１１１が形成されている。
【００３１】
本発明のＭＭＴ装置は、シリコン基板１０１の表面を酸化したＳｉＯ２膜１０２を形成する場合や、ＳｉＯ２膜１０２を窒化してＳｉＮ膜１０３を形成する場合や、浮遊ゲートポリシリコン１０６の上面および側面を酸化して、ＳｉＯ２膜１０７を形成する場合や、ＳｉＯ２膜１０７を窒化してＳｉＮ膜１０８を形成する場合に好適に使用される。また、ＳｉＮ膜１０８をＣＶＤ法で形成すれば、本実施の形態のＭＭＴ装置は、ＳｉＮ膜１０８を酸化してＳｉＯ２膜１０９を形成するのにも好適に使用できる。
【００３２】
ＳｉＯ２膜１０２を窒化してＳｉＮ膜１０３を形成する場合には、ＳｉＯ２膜１０２とＳｉＮ膜１０３の界面は酸窒化膜となっており酸素と窒素が混在する膜となっており、そして前記界面から離れたところの膜は、例えば窒素濃度が５％以下となったところからＳｉＯ２膜と呼ばれ、前記界面から離れたところの膜は、例えば酸素濃度が５％以下となったところからＳｉＮ膜と呼ばれる。ＳｉＯ２膜１０７、ＳｉＮ膜１０８、ＳｉＯ２膜１０９の界面も上記と同様に酸窒化膜が形成されている。
【００３３】
ところで、基板Ｗの表面又は下地膜表面を酸化処理又は窒化処理する際に、サセプタ５と接地間に介設したインピーダンス可変機構１５を、予め所望のインピーダンス値に制御しておくと説明した。インピーダンス可変機構１５を所望のインピーダンス値に調整すると、それにより基板Ｗの電位が制御されて、所望の膜厚及び面内膜厚均一性をもつ酸化処理膜又は窒化処理膜が形成できるからである。これを説明する。
【００３４】
図１に、基板表面処理として酸化処理を例にとった酸化膜の特性変化を示す。ここでの酸化処理条件は、温度４００℃、圧力２０Ｐａ、高周波電力５００Ｗ、酸素Ｏ２５００ｓｃｃｍ、時間１分である。図１（ａ）は酸化膜厚及び面内膜厚均一性特性図を示し、横軸はインピーダンス可変機構１５を構成する可変コンデンサの容量可変量（バリコン位置）（％）、左縦軸は酸化膜厚（オングストローム）、右縦軸は面内膜厚均一性（±％）である。図１（ｂ）は電圧特性図を示し、横軸は可変コンデンサの容量可変量（バリコン位置）（％）、縦軸は基板電位に対応するインピーダンス可変機構の内部のピークツウピーク電圧ＶＰＰである。この電圧Ｖｐｐは、具体的には、後述する図４に示す可変コンデンサ２５と固定コンデンサ２６との接続点の高周波電圧である。
【００３５】
図１（ａ）より、サセプタ５と接地間に挿入したインピーダンス可変機構１５のインピーダンスを変化させると、膜特性が変化することがわかる。また変化の傾向が比較的リニアなので膜厚、均一性ともに制御しやすい。しかも、可変コンデンサ容量を２０〜８０％の範囲で変化させると、約３０オングストロームから約６０オングストロームまでの幅広い膜厚制御が可能である。また、可変コンデンサ容量を２０〜８０％の範囲で変化させると、±１２〜±１．５％までの幅広い面内膜厚均一性の制御も可能である。さらに、インピーダンスを増加すると、酸化膜厚を増大させると共に、面内膜厚均一性も向上させることができる。
【００３６】
また、図１（ｂ）より、可変コンデンサ容量を２０〜８０％の範囲で変化させると、ピークツウピーク電圧ＶＰＰが１００〜７００Ｖの範囲で変化していることもわかる。したがって、サセプタ電位を制御することで、酸化膜厚を３０〜６０オングストロームの範囲で制御することが可能であり、また図１（ａ）での説明と同様に面内膜厚均一性を±１２〜±１．５％の範囲で制御することが可能である。なお、ピークツウピーク電圧ＶＰＰを１００Ｖ以下、あるいは７００Ｖ以上とすることによりサセプタ電位の制御範囲を広げて、制御できる酸化膜厚及び面内膜厚均一性の範囲をさらに広げることも可能である。ただし、サセプタ電位は、受動素子によって構成された可変インピーダンス機構１５で制御できるが、放電用電極１０に印加される電圧に支配されるため、無制限には動かせない。その理由は、高周波電力の出力値が例えば５００Ｗ程度だと、放電用電極１０に加わるピークツウピーク値ＶＰＰは７００Ｖくらいになる。サセプタ５は、放電用電極１０の印加電力により生じた電界空間に挿入されたアンテナとなる。アンテナが受信できる電磁波の強度は、発信元である放電用電極１０の電圧より大きくなることはなく、したがってサセプタ電位ＶＰＰの上限は、上述したプロセス条件下では７００Ｖ程度となる。
【００３７】
上述したように本実施の形態によれば、基板Ｗの表面又は下地膜表面を酸化処理する際に、インピーダンス可変機構１５の可変コンデンサの容量を制御して基板電位を調整することにより、希望する膜厚及び面内膜厚均一性をもつ薄膜を形成できる。
【００３８】
また、実施の形態では、基板の電位を制御するために、電源が存在しない受動素子回路のみで構成されているインピーダンス可変機構を用いているので、高周波電源あるいは低周波電源を用いているものに比べて、制御が容易で構成も簡単である。
【００３９】
また、本実施の形態では、プラズマ生成とは独立に基板に入射するイオンのエネルギーを制御することができるＭＭＴ装置を用いており、インピーダンス可変機構によって独立に基板に入射するイオンのエネルギーを制御しているので、インピーダンス可変機構の容量設定値によって、殆ど膜厚が決まり、他のプロセス条件にはよらない。従って、本発明のプロセス条件はＭＭＴ装置で制御可能な全範囲で適用可能である。そのプロセス条件は既に述べたが、ここに再度まとめて示せば次の通である。
温度範囲　　室温〜７００℃
圧力範囲　　０．１Ｐａ〜１００Ｐａ
ガス流量　　１０ｓｃｃｍ〜５０００ｓｃｃｍ
高周波電力　１５０Ｗ〜２０００Ｗ
【００４０】
ところで、高周波電力の出力値制御やバイアス電力供給制御を行う平行平板電極型プラズマ装置では、上述したようなＭＭＴ装置によるインピーダンス制御による膜厚制御はできない。原理的には、平行平板電極型プラズマ装置でも、サセプタ電圧を上げていけば、３ｎｍ以上の酸化膜もしくは窒化膜を形成することは可能である。しかし、平行平板電極型プラズマ装置では、放電用電圧とサセプタ電圧とは独立に制御できないので、サセプタ電圧を上げると強い電界が基板にかかるので、プラズマダメージにより膜質が悪く、膜厚均一性も悪くなる。実施の形態のＭＭＴ装置では、放電用電極により電界をかけ、更に磁力線による電荷のトラップを行うことにより、平行平板電極型プラズマ装置に比べて、プラズマ密度を上げている。さらに、プラズマ処理効率を上げるために、プラズマを生成する放電用電極の電圧ではなく、プラズマ生成とは独立に制御することができるサセプタ電位を制御しているので、基板にプラズマダメージがなく、成膜される膜質も良好に維持できる。ＭＭＴ装置では、サセプタの電位を数百Ｖまで制御すれば６ｎｍ以上の厚膜化も可能となるが、ＭＭＴ装置であっても、サセプタ電位を制御しなければ、サセプタの電位は高々１０〜２０Ｖ程度であるので、３ｎｍ以上の厚膜化は実現できない。
【００４１】
ところで、上述した実施の形態においては、基板表面の電気的状態をモニタしながら、インピーダンス可変機構のインピーダンスを制御する必要がある。基板表面の電気的状態を反映する因子には、基板処理の結果から判断して膜厚特性に対する強い因子を用いることが好ましい。ここで、最も簡易かつ容易な因子はインピーダンス可変機構１５内の高周波電圧ＶＰＰをモニタする方法である。しかし、ＶＰＰをモニタする方法は、膜厚等との因果関係が不透明な部分がある。サセプタ自身が、浮遊インピーダンスを有し、またインピーダンス制御によりプラズマの電気的特性も変るため、モニタ点での高周波電圧ＶＰＰの物理的意味があいまいになるからである。
【００４２】
この点で、サセプタ（基板）に流入する高周波電流ＩＰＰをモニタする方法には、上述したような物理的意味のあいまいさがない。また、最近の実験で、プラズマ窒化処理における膜厚特性に影響を及ぼす強い因子が、サセプタ（基板）に流入する高周波電流ＩＰＰであることがわかってきた。そこで基板表面の電気的状態は、電圧ではなく、電流でモニタすることが好ましい。
【００４３】
図４は、そのような電流モニタによるインピーダンス制御の説明図である。サセプタと接地間に挿入したインピーダンス可変機構１５の内部電流を監視して、その電流が最適値になるように可変コンデンサをフィードバック制御するものである。図示するように、サセプタにコイル２４、可変コンデンサ２５の直列回路を構成し、可変コンデンサ２５とアースの間に、固定リアクタンス（コンデンサ又はコイル）２６を接続する。この固定リアクタンス２６に印加される高周波電圧ＶＰＰを検出して、これを電流に変換することにより、サセプタに流入する高周波電流ＩＰＰをモニタする。モニタした高周波電流の信号を、インピーダンス可変機構１５の可変コンデンサ２５のバリコン位置を駆動する回路にフィードバック制御することにより、基板（サセプタ）に流入する高周波電流を制御している。
【００４４】
図５に、このように制御される高周波電流ＩＰＰに対する膜厚特性図を示す。横軸は高周波電流ＩＰＰ（ａ．ｕ．（任意単位））、縦軸は膜厚（オングストローム）である。これより高周波電流を増加していくと、３ｎｍから６ｎｍにわたって膜厚をリニアに変化させることができるのがわかる。
【００４５】
したがって、上述した高周波電流を制御する方法では、固定のインピーダンスを持つリアクタンスに印加される高周波電圧をモニタし、そのモニタ電圧を高周波電流に変換した上で、可変コンデンサにフィードバックしているので、安定な高周波電流ＩＰＰを得ることができ、結果として安定な基板処理が実現できる。また、基板処理特性に影響する強い高周波電流ＩＰＰによって基板表面状態を制御しているので、幅広い範囲にわたって膜厚を変化させることができる。また、高周波電圧を電流に変換するだけで良いので、装置としてインピーダンス可変機構をそのまま利用することができ、制御方法も簡便かつ安価なものとなる。
【００４６】
なお、上述した実施の形態で行なう窒化処理又は酸化処理工程と、その前の工程又は後の工程とを、同一の真空室内で連続して処理すると、窒化処理又は酸化処理を安定して行なうことができ、半導体装置の特性を向上できる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、基板表面を窒化処理又は酸化処理するに際し、変形マグネトロン型プラズマ処理装置を用いて基板の電位を調整することによりプラズマを制御するので、処理膜を低温で安価に、かつ厚く均一に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態にかかる膜特性図を示し、（ａ）は可変コンデンサの可変量に対する酸化膜厚および面内膜厚均一性図、（ｂ）は可変コンデンサの可変量に対するサセプタの高周波電位特性図である。
【図２】本発明の半導体装置の製造方法を実施するための枚葉式変形マグネトロン型プラズマ処理装置（ＭＭＴ）の縦断面図である。
【図３】実施の形態にかかるインピーダンス可変機構の回路構成図である。
【図４】他の実施の形態にかかるインピーダンス可変機構の回路構成図である。
【図５】他の実施の形態にかかる高周波電流に対する膜厚特性図である。
【図６】従来例のプラズマ処理装置における高周波電力値に対する酸化膜厚及び面内膜厚均一性特性図である。
【図７】本発明のＭＭＴ装置が好適に適用される不揮発性メモリを説明するための概略縦断面図である。
【符号の説明】
１　　反応室
２　　真空容器
５　　サセプタ
９　　プラズマ生成領域
１０　　放電用電極
１１　　リング状永久磁石（磁力線形成手段）
１４　　高周波電力印加手段
１５　　インピーダンス可変機構
Ｗ　　基板
【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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【図７】
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