(57)【要約】【課題】本発明は、低温で、かつスループットの高い半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の半導体装置の製造方法の特徴とするところは、真空容器の外周に配置された筒状放電用電極に高周波電力が印加され、前記真空容器内部に形成されたプラズマ処理領域に電界を形成し、前記筒状放電用電極の外周に配置される磁力線形成手段により前記プラズマ処理領域に磁力線を形成することにより、真空容器内に導入される酸素元素または酸素元素を含む化合物のガスをプラズマ放電させて活性化し、前記真空容器内に配置された表面に窒化膜が形成された被処理基板を前記活性化された酸素元素により酸化処理し、膜厚が３０Å以上の酸化膜を形成することにある。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器の外周に配置された筒状放電用電極に高周波電力が印加され、前記真空容器内部に形成されたプラズマ処理領域に電界を形成し、前記筒状放電用電極の外周に配置される磁力線形成手段により前記プラズマ処理領域に磁力線を形成することにより、真空容器内に導入される酸素元素または酸素元素を含む化合物のガスをプラズマ放電させて活性化し、
前記真空容器内に配置された表面に窒化膜が形成された被処理基板を前記活性化された酸素元素により酸化処理し、膜厚が３０Å以上の酸化膜を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】
前記窒化膜及び膜厚が３０Å以上の酸化膜により不揮発性メモリのゲート絶縁膜を形成することを特徴とする前記請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、プラズマ処理を用いた半導体装置（半導体デバイス）、例えば不揮発性メモリ（フラッシュメモリ）の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来不揮発性メモリのゲート絶縁膜として、窒化珪素膜が利用されているが、窒化珪素膜の単膜ではリーク電流が大きいため、その表面に酸化処理を行いリーク電流を抑制している。
【０００３】
そして、本発明における先行技術文献としては、ＭＯＳＦＥＴのゲート絶縁膜形成のため被基板表面をプラズマ処理による酸化することについて、特許文献１に記載があり、特許文献２にはＭＩＳトランジスタのゲート絶縁膜形成のため、酸化膜／窒化膜／酸化膜などのさらに複数の積層構造成を形成することも可能であることが記載されている。（特許文献１および特許文献２参照。）
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２７９７７３号
【０００５】
【特許文献２】
特開２００１−１６０５５５号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記窒化珪素膜表面の酸化処理は、８００℃以上の高温下で１時間以上酸素雰囲気にさらされ酸化処理を行っているために、熱履歴によるデバイス特性の劣化やスループット低下の問題がある。
そこで、本発明は、低温で、かつスループットの高い半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の半導体装置の製造方法の特徴とするところは、真空容器の外周に配置された筒状放電用電極に高周波電力が印加され、前記真空容器内部に形成されたプラズマ処理領域に電界を形成し、前記筒状放電用電極の外周に配置される磁力線形成手段により前記プラズマ処理領域に磁力線を形成することにより、真空容器内に導入される酸素元素または酸素元素を含む化合物のガスをプラズマ放電させて活性化し、前記真空容器内に配置された表面に窒化膜が形成された被処理基板を前記活性化された酸素元素により酸化処理し、膜厚が３０Å以上の酸化膜を形成することにある。  このようにすることにより、窒化膜に対して膜厚が３０Å以上の酸化膜をプラズマ処理による酸化反応により低温で形成することが可能となり、リーク電流等のデバイス特性が向上し、スループットも格段に向上した。
さらに、前記窒化膜及び膜厚が３０Å以上の酸化膜により不揮発性メモリのゲート絶縁膜を形成することができる。
このようにすることにより、不揮発性メモリを製造する場合にもリーク電流等のデバイス特性が向上し、スループットも格段に向上した。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【０００９】
図１において、この実施形態に用いられるＭＭＴ装置２４が示されている。ＭＭＴ装置２４は、処理室２６を構成する真空容器２８を有する。この真空容器２８は、上部容器３０と下部容器３２とが上下に接合されて構成されている。上部容器３０は、アルミナ、石英等の誘電体からなる。下部容器３２はアルミニウム等の金属製であり、接地されている。上部容器３０の周囲はカバー３４に覆われている。また、上部容器３０はドーム状の天井部を有する円筒形であり、この天井部には、上蓋部３６とシャワー板部３８とが形成され、この上蓋部３６とシャワー板部３８との間に拡散室４０が構成されている。上蓋部３６はアルミニウム等の金属製であり、接地されている。シャワー板部３８は石英やアルミナ等の誘電体である。また、上蓋部３６には処理ガスを導入する導入口４２が形成され、シャワー板部３８には、ガス供給部口４４が形成されており、導入口４２から導入された例えば２種の処理ガスは、拡散室４０で混合・拡散され、シャワー板３８のガス供給部４４から処理室２６に供給されるようになっている。
【００１０】
処理室２６には、被処理基板を支持する基板支持体であるサセプタ４６が配置されている。このサセプタ４６には、基板を加熱するためのヒータが設けられている。また、下容器３２には、排気口４８が設けられ、この排気口４８から処理室２６内の処理ガスが排気されるようになっている。
【００１１】
筒状電極５０は、処理室２６の周囲、即ち、上部容器３０の外周に２ｍｍ程度の微小な間隔を隔てて配置されている。この筒状電極５０は、整合器５２を介して高周波電源５４に接続されている。この高周波電源５４は、例えば１３．５６ＭＨｚの周波数を持つ高周波電力を発生し、制御装置５６からの制御信号に応じて電力の大きさが調整される。また、磁力線形成手段５８は、例えばリング状に形成された２つの永久磁石６０，６２から構成され、処理室２６の周囲に配置されている。この２つの永久磁石６０，６２は、径方向で互いに逆向きに着磁されており、処理室２６内には一方の永久磁石６０から中心方向に延び、他方の永久磁石６２に戻る磁力線が形成される。
【００１２】
前述したサセプタ４６には、高周波回路６４が接続され、この高周波回路６４は接地されている。この高周波回路６４は、前述した制御装置５６からの制御信号に応じてサセプタインピーダンスを調整できるようにしてある。即ち、高周波回路６４はコイルとコンデンサが直列または並列に配置された回路のことであり、このコイル又はコンデンサの容量を可変することによりインピーダンスを調整できるようにしている。
【００１３】
次にＭＭＴ装置２４の作用について説明すると、まず被処理基板をサセプタ４６に載置し、真空容器２８内のガスを排気口４８から排気して真空容器２８内を真空状態にする。次に被処理基板の温度を室温から５５０℃の温度範囲で、被処理基板の処理条件に適した温度となるようにサセプタ４６に設けられたヒータにより被処理基板の温度を調整する。次に処理ガスを導入口４２から導入する。このこの導入口４２から導入された処理ガスは、拡散室４０で拡散され、シャワー板部３８のノズル４４から処理室２６に供給される。同時に高周波電源５４から高周波電力を筒状電極５０に供給する。すると、筒状電極５０と接地されている上蓋部３６、接地されている高周波回路６４に接続されたサセプタ４６、及び接地された下容器３２との間で電界が生じ放電が起きる。また、処理室２６においては、磁力線形成手段５８により磁力線が形成され、この磁力線により処理室２６中央までプラズマ放電が広がり、サセプタ４６で高周波回路６４の調整によりインピーダンスを調整して被処理基板へのプラズマ処理量を調整して被処理基板が処理される。所定時間経過後、高周波電源５４からの高周波電力の供給を停止し、真空容器２８内のガスを排気口４８から排気し、サセプタ４６上の被処理基板を処理室２６から取り出して処理を終了する。
【００１４】
前述した、図１に示すＭＭＴ装置を用い真空容器２８内の圧力を所定圧力に制御し、被処理基板の温度は室温から５５０℃の温度範囲で制御され、窒素或は酸素は流量制御されて導入口４２より処理室へ導入されていき、筒状電極へ供給される高周波電力の周波数や電力量を調整し、磁力線形成手段５８の磁力強度が設定され、サセプタ４６のインピーダンスを制御すること等により処理条件が設定される。これらのプロセス条件によって、窒化膜、酸化膜、及び酸窒化膜は限界膜厚（膜厚のセルフリミット）が決まり、処理時間を延ばしてもその限界膜厚よりも処理が進行することはなく、従って限界膜厚となるよう処理時間を調整すれば、パターン依存性がなくなり、被処理基板表面形状によらず被処理基板表面全体を均一な膜厚にすることができる。
【００１５】
例えば、処理室２６への酸素ガス導入量は５００ｓｃｃｍ、処理室２６圧力が１０Ｐａ、基板温度は室温、筒状電極への高周波印加電力５００Ｗと設定し、処理時間は６０秒間、高周波回路６４のコイルおよびコンデンサを調整すれば、窒化膜上に酸化膜が約６０Å形成されることが確認された。なお高周波印加電力１５０Ｗで、高周波回路６４のコイルおよびコンデンサを調整場合は窒化膜上に酸化膜が約３０Å形成された。
【００１６】
不揮発性メモリプロセスの応用として、以下説明を付け加えておく。
フラッシュメモリのトンネルゲートの場合は、経時変化を抑制するために、酸化膜を窒化する必要性がある。ＭＭＴ装置での窒素プラズマ（プラズマにより活性化された窒素元素）で窒化することによるトンネルゲート膜の大幅な信頼性改善効果が確認できた。さらに、プラズマ酸化はフローティングゲート電極上のＯＮＯ（酸化膜と窒化膜と酸化膜の積層構造）プロセスにも適応可能である。通常ＯＮＯの上の酸化膜はＬＰ−ＣＶＤ（減圧式気相成長反応）で形成したナイトライド膜（窒化膜）に３０Åの酸化膜を形成するのに、９５０℃以上の高温で数時間の酸化処理が必要であり、生産性が非常に悪い。ＭＭＴ酸素プラズマ（ＭＭＴ装置により活性化された酸素元素）を用いると室温で約２分程度酸化するだけで簡単にＬＰ−ＣＶＤで成膜したナイトライド膜を４０Å以上酸化することができる。ＭＭＴプラズマで酸化或は窒化処理した膜はプラズマダメージフリーであるため、膜形成後にアニールするような所謂ポストアニールをする必要性はなく、通常の後工程の熱履歴で充分である。プラズマ酸化、窒化は処理基板の面方位に依存性がなく、（１１１）（１００）面を同じレートで酸化・窒化することができる。立体構造の基板表面を同じレートで酸化・窒化するのに有効である。
【００１７】
【発明の効果】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、不揮発性メモリ（フラッシュメモリ）等の半導体装置を製造するのに、低温で製造することができので半導体装置の電気特性を向上させることができ、且つスループットを向上させることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体装置の製造方法を実施するための半導体製造装置。
【符号の説明】
２６    処理室
３０    上部容器
３２    下部容器
４２    導入口
４６    サセプタ
４８    排気口
５２    整合器
５４    高周波電源
６０    永久磁石
６２    永久磁石
６４    高周波回路
【図１】
2004207595.tif 000003