(57)【要約】【課題】  下地の領域を酸化させることなく比較的低い温度で絶縁膜の高密度化を行なうための薄膜形成装置と薄膜形成方法を提供する。【解決手段】  薄膜形成装置５０では、半導体基板７を収容して所定の薄膜を形成するために、反応室２、ステージ３、赤外線加熱機構１１、シラン系ガス導入口８ａ、酸化性ガス導入口９ａ、シラン系ガス供給源８、酸化性ガス供給源９、排気口１３および真空ポンプ１５を備えている。さらに、半導体基板７上に形成されるシリコン酸化膜に酸素ラジカル処理を施すために、マイクロ波発生部５、アンテナ部４、アルゴンガス導入口１０ａおよびアルゴンガス供給源１０を備え、アルゴンのプラズマが生成されて酸素が励起され、酸素ラジカルが生成される。【選択図】        図１
2005303074.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の基板を収容する反応室と、
前記反応室に収容された基板上に、所定の絶縁膜を形成するための膜形成部と、
前記反応室内に酸素ラジカルを生成し、前記膜形成部によって前記基板上に形成される絶縁膜に酸素ラジカル処理を施すためのラジカル生成部と、
前記膜形成部と前記ラジカル生成部の動作を制御するための制御部と、
前記反応室内を排気するための排気部と
を備えた、薄膜形成装置。
【請求項２】
前記ラジカル生成部は、
前記反応室内に酸素を導入するための酸素導入部と、
前記反応室内に導入された酸素を励起させるためのプラズマ生成部と
を含む、請求項１記載の薄膜形成装置。
【請求項３】
前記ラジカル生成部は、前記反応室内にアルゴンガスを導入するためのアルゴン導入部を含む、請求項１または２に記載の薄膜形成装置。
【請求項４】
前記膜形成部は、
前記反応室内に所定の原料を供給するための原料供給部と、
前記反応室内に供給された原料を反応させて基板上に絶縁膜を形成するための加熱部と
を含む、請求項１〜３のいずれかに記載の薄膜形成装置。
【請求項５】
前記制御部は、絶縁膜が所定の膜厚に達するまで前記膜形成部と前記ラジカル生成部とを交互に繰り返しながら動作させる機能を有する、請求項１〜４のいずれかに記載の薄膜形成装置。
【請求項６】
前記反応室内をラジカルが生成されるラジカル生成空間と基板上に絶縁膜が形成される成膜空間とに仕切るとともに、前記ラジカル生成空間から前記成膜空間へ酸素ラジカルの流れを許容する開口部を有する隔壁を備えた、請求項１〜５のいずれかに記載の薄膜形成装置。
【請求項７】
前記膜形成部は前記成膜空間の側に設けられ、
前記ラジカル生成部は前記ラジカル生成空間の側に設けられ、
前記排気部は前記成膜空間の側に設けられた、請求項１〜６のいずれかに記載の薄膜形成装置。
【請求項８】
前記ラジカル生成空間において発生する酸素イオンが前記成膜空間内の前記基板の表面に到達するのを阻止する磁場形成部を備え、
前記制御部は前記磁場形成部の動作を制御する機能を有する、請求項１〜７のいずれかに記載の薄膜形成装置。
【請求項９】
所定の基板上に、化学気相成長によりシリコン酸化膜を形成する膜形成工程と、
前記膜形成工程において前記基板上に形成された前記シリコン酸化膜に、酸素ラジカル処理を施すためのラジカル処理工程と
を備えた、薄膜形成方法。
【請求項１０】
前記膜形成工程と前記ラジカル処理工程は、前記シリコン酸化膜が所定の膜厚に達するまで交互に繰り返して行なわれる、請求項９記載の薄膜形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は薄膜形成装置および薄膜形成方法に関し、特に、絶縁膜を形成するための薄膜形成装置とその形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超ＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit）に代表される半導体装置に適用されるトランジスタのゲート絶縁膜、あるいは、半導体基板上に形成されるそのようなトランジスタ等と配線層等との間に形成される層間絶縁膜等の絶縁膜には、高い絶縁耐圧が要求される。
【０００３】
半導体装置の集積度が高くなるにしたがって、このような絶縁膜にはさらなる薄膜化が求められている。たとえばゲート絶縁膜には１．５ｎｍ以下の極薄い膜厚が要求されている。ゲート絶縁膜のように高い絶縁耐圧が必要とされる半導体装置においては、一般にシリコン基板を熱酸化することにより形成される熱酸化シリコン酸化膜が用いられている。
【０００４】
しかしながら、この熱酸化処理は製造工程（プロセス）において比較的初期の段階で行なわなければならないため、半導体装置の任意の部分に熱酸化シリコン酸化膜を形成することができず、半導体装置の高集積化を図るうえで設計上の大きな制約となっている。
【０００５】
また、ポリシリコン膜やアモルファスシリコン膜を形成する場合には、これらの膜を形成した後で熱酸化処理を施すことができるものの、これらの膜は粒界をもつために表面の粗さが粗いという欠点がある。さらに、ポリシリコン膜では結晶粒ごとに面方位が異なるために、熱酸化すると酸化レートが結晶粒ごとにばらついてしまい、膜の表面の粗さがさらに増大してしまうことになる。
【０００６】
そのため、ガラス基板を用いたＴＦＴデバイスなど、結晶シリコンを酸化してゲート絶縁膜を形成することができない半導体装置では、表面または界面の平坦な熱酸化膜を形成することができないという問題がある。
【０００７】
また、アモルファスシリコン膜の場合、熱酸化のために温度約６００℃以上のもとで加熱すると、アモルファスシリコン膜が結晶化してしまい、結局ポリシリコン膜の場合と同じ結果になってしまう。
【０００８】
熱酸化処理は通常６００〜１１００℃のもとで行なわれるため、熱酸化を高誘電率膜を使用するプロセスへ適用することも困難である。さらに、ガラス基板を用いたＴＦＴデバイスなどの半導体装置では、ガラス基板に含まれる不純物が拡散してチャネルの移動度を低下させたり、ゲート絶縁膜に欠陥を形成してしまうため、熱酸化処理を施すことは困難である。
【０００９】
一方、絶縁膜として層間絶縁膜に適用されるシリコン酸化膜は、一般にＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によって、シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）を供給することによって形成される。そのため、任意の下地上にシリコン酸化膜を成長させることが可能である。また、温度としては室温程度〜約５００℃程度までの比較的低い温度のもとでシリコン酸化膜を成長させることができる。
【００１０】
ところが、ＣＶＤ法によって形成されるシリコン酸化膜は、熱酸化法によって形成される熱酸化シリコン酸化膜に比べると膜としての密度が比較的小さく、絶縁耐性が低いという問題がある。
【００１１】
そのため、ＣＶＤ法によって形成されるシリコン酸化膜を何らかの方法により高密度化することができれば、設計上の制約がなくなって適用の自由度を高めることができ、また、高誘電率膜の下地膜としても適用することが可能になる。さらには、ＴＦＴデバイス等の半導体装置をはじめとして、他の半導体装置へも適用を展開することが可能になって、これらの半導体装置の高性能化を図ることができる。
【００１２】
ＣＶＤ法によって形成されるシリコン酸化膜を高密度化する方法として、たとえば特許文献１には、塩酸（ＨＣｌ）と酸素（Ｏ2）の雰囲気のもとでアニールする方法が提案されている。すなわち、まず、化学気相成長装置にはＨＣｌを供給するための配管（ライン）が設けられて、シリコン酸化膜形成後に塩素と酸素が化学気相成長装置内に導入されることになる。その塩素と酸素の雰囲気のもとでシリコン酸化膜にアニール処理が施されることによって、シリコン酸化膜の高密度化が図られる。
【特許文献１】特開平７−２４５２６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上述した従来の方法では次のような問題点があった。まず、上述したアニール処理は温度約８００℃のもとで行なわれるため、低温処理が必要なプロセスには適用できないという問題があった。また、下地の酸化を防ぐことができないという問題があった。さらに、シリコン酸化膜の深さ方向に対して均一に高密度化できないという問題があった。そして、シリコン酸化膜の誘電率を上げることができても、絶縁耐性を向上するまでには至らないという問題があった。
【００１４】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は下地の領域を酸化させることなく比較的低い温度で絶縁膜の高密度化を行なうための薄膜形成装置を提供することであり、他の目的はそのような絶縁膜の高密度化を行なうための薄膜形成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る薄膜形成装置は、反応室と膜形成部とラジカル生成部と制御部と排気部とを備えている。反応室には所定の基板が収容される。膜形成部は反応室に収容された基板上に所定の絶縁膜を形成する。ラジカル生成部は反応室内に酸素ラジカルを生成し、膜形成部によって基板上に形成される絶縁膜に酸素ラジカル処理を施す。制御部は膜形成部とラジカル生成部の動作を制御する。排気部は反応室内を排気する。
【００１６】
この構成によれば、膜形成部によって基板上に形成される絶縁膜に対し、ラジカル生成部により生成される酸素ラジカルによって酸素ラジカル処理が施されることで、酸化反応が進み比較的低い温度で絶縁膜の緻密化が図られてより密度の高い絶縁膜を容易に形成することができる。
【００１７】
本発明に係る薄膜形成方法は、膜形成工程とラジカル処理工程とを備えている。膜形成工程では、所定の基板上に、化学気相成長によりシリコン酸化膜が形成される。ラジカル処理工程では、膜形成工程において基板上に形成されたシリコン酸化膜に酸素ラジカル処理が施される。
【００１８】
この方法によれば、基板上に形成される絶縁膜に対し、酸素ラジカルによって酸素ラジカル処理が施されることで、酸化反応がさらに進み比較的低い温度で絶縁膜の緻密化が図られて、より密度の高い絶縁膜を容易に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】
【００１９】
実施の形態１
本発明の実施の形態１に係る薄膜形成装置について説明する。図１に示すように、薄膜形成装置５０では、半導体基板７を収容して所定の薄膜を形成するための反応室２が設けられている。その反応室２内には、半導体基板７を保持するためのステージ３が配設されている。また、保持された半導体基板７を加熱するためのたとえば赤外線加熱機構１１が設けられている。
【００２０】
薄膜を形成するための材料ガスを供給する材料ガス供給口として、反応室２の反応室壁１には、たとえばシラン系ガス導入口８ａと酸化性ガス導入口９ａが設けられている。シラン系ガス導入口８ａにはシラン系ガス供給源８が接続されて、所定流量のシラン系ガスが供給される。酸化性ガス導入口９ａには酸化性ガス供給源９が接続されて、所定流量の酸化性ガスが供給される。一方、反応室２内における反応後のガスを排気するために、反応室壁１には真空ポンプ１５に繋がる排気口１３が設けられている。なお、酸化性ガスとしては、後述するように成膜処理のために亜酸化窒素が用いられ、ラジカル処理のために酸素が用いられる。
【００２１】
さらに、薄膜形成装置５０では、半導体基板７上に形成される絶縁膜（シリコン酸化膜）にラジカル処理を施すために、マイクロを発生するマイクロ波発生部５と、発生したマイクロ波を反応室内に放射する、たとえばラジアルラインスロットアンテナのようなアンテナ部４とが設けられている。放射されたマイクロ波によってプラズマを生成するためのプラズマ生成ガスとして、たとえばアルゴンガスを導入するために、反応室壁１にはアルゴンガス導入口１０ａが設けられている。アルゴンガス導入口１０ａにはアルゴンガス供給源１０が接続されて、所定流量のアルゴンガスが供給される。また、このラジカル処理の際には、酸化性ガス導入口９ａから酸素が反応室２内に供給される。
【００２２】
そして、薄膜形成装置５０では、マイクロ波発生部５、赤外線加熱機構１１、シラン系ガス供給源８、酸化性ガス供給源９およびアルゴンガス供給源１０の一連の動作を制御するための制御部６が設けられている。
【００２３】
次に、上述した薄膜形成装置５０による処理について具体的に説明する。まず、薄膜形成装置５０の反応室２内に半導体基板７が収容される。この状態では、図２に示すように、半導体基板７の表面には、まだ絶縁膜は形成されていない。次に、真空ポンプに１５により反応室２内が排気されて圧力０．２〜０．５Ｔｏｒｒ（２６．６〜６６．５Ｐａ）、ステージ温度３００〜５００℃のもとで、シラン系ガスとして流量３０〜３００ＳＣＣＭ（３０〜３００ｃｍ3／ｍｉｎ）のジクロルシラン（ＳｉＨ2Ｃｌ2）、酸化性ガスとして流量５０〜３００ＳＣＣＭ（５０〜３００ｃｍ3／ｍｉｎ）の亜酸化窒素（Ｎ2Ｏ）が反応室２内に導入されて、半導体基板７に成膜処理が施される。
【００２４】
このとき、図３に示すように、ジクロルシランと亜酸化窒素とが反応して、半導体基板７の表面にはシリコン酸化膜３１が形成される。１回の成膜によって形成するシリコン酸化膜３１の膜厚としては、後述するラジカル処理を均一に行なう点から約２〜２０ｎｍ程度が好ましい。
【００２５】
所定の膜厚のシリコン酸化膜３１が形成されてジクロルシランと亜酸化窒素の供給を止めた後に、マイクロ波周波数２．４５ＧＨｚ、電子エネルギ約１．１ｅＶ以下、ステージ温度３００〜５００℃のもとで、流量５０〜４０００ＳＣＣＭ（５０〜４０００ｃｍ3／ｍｉｎ）のアルゴンガスと流量５〜２０ＳＣＣＭ（５〜２０ｃｍ3／ｍｉｎ）の酸素が反応室２内に導入されて、時間約５〜１２０秒の酸素ラジカル処理が施される。
【００２６】
このとき、マイクロ波発生部５により発生したマイクロ波は、アンテナ部４から反応室２内に放射される。反応室２内に放射されたマイクロ波によってアルゴンガスが励起されて、半導体基板７とアンテナ部４との間にアルゴンのプラズマ（図示せず）が生成される。アルゴンのプラズマが生成されることで酸素が励起されて、図４に示すように、酸素ラジカルが発生する。
【００２７】
発生した酸素ラジカルは半導体基板７上に形成されたシリコン酸化膜３１の表面に到達して、その酸素ラジカルによってシリコン酸化膜３１が緻密化される。このようにして当初のシリコン酸化膜３１よりも密度のより高いシリコン酸化膜３１ａが形成されることになる。なお、シリコン酸化膜３１が緻密化されるモデル（メカニズム）については後述する。
【００２８】
次に、酸素ラジカル処理により緻密化されたシリコン酸化膜３１ａ上に再び成膜処理を施すことによりシリコン酸化膜形成される。すなわち、アルゴンガスと酸素の供給を止めた後にジクロルシランと亜酸化窒素を導入し、上述した条件と同じ条件のもとで成膜処理を施すことによって、図５に示すように、シリコン酸化膜３１ａにさらにシリコン酸化膜３１が形成される。
【００２９】
次に、この成膜処理により形成されたシリコン酸化膜３１に酸素ラジカル処理が施される。すなわち、ジクロルシランと亜酸化窒素の供給を止めて、アルゴンガスと酸素を導入し、上述した条件と同じ条件のもとでラジカル処理を施すことによって、図６に示すように、シリコン酸化膜３１に酸素ラジカルが到達して緻密化されたシリコン酸化膜３１ａが形成される。
【００３０】
以下、シリコン酸化膜が所望の膜厚に達するまで上述した成膜処理と酸素ラジカル処理を交互に繰り返すことによって、膜厚方向に均一に緻密化されたシリコン酸化膜３１ａが形成されることになる。
【００３１】
次に、上述した酸素ラジカル処理を施して形成されるシリコン酸化膜について行なった膜質の評価について説明する。図７は、通常のＣＶＤ法によるシリコン酸化膜（点線）、酸素ラジカル処理を施したシリコン酸化膜（実線）および熱酸化膜（一点鎖線）についてそれぞれ測定された高輝度放射光を利用したＸ線反射率スペクトルを示すグラフである。なお、横軸は反射角度（２θ）、縦軸は反射率である。
【００３２】
図７に示すように、ＣＶＤ法によるシリコン酸化膜は他の膜に比べてスペクトルの振幅が大きく、振動波形が観測されていることがわかる。一方、酸素ラジカル処理を施したシリコン酸化膜では、スペクトルの振幅は小さくなって熱酸化膜のスペクトルとほぼ同じスペクトルが測定されていることがわかる。
【００３３】
次に、図８は、Ｘ線反射率スペクトルのシリコン酸化膜の密度の依存性のシミュレーションによって求められたグラフであり、実線はシリコン基板上に形成されたシリコン酸化膜の密度が２．３３（ｇ／ｃｍ3）の場合について、点線はシリコン酸化膜の密度が２．１２（ｇ／ｃｍ3）の場合についてそれぞれ求められたＸ線反射率スペクトルを示すグラフである。図８に示すように、シリコン酸化膜の密度が高くなってシリコン基板の密度に近づくと、Ｘ線反射率スペクトルは振幅が小さくなることがわかる。
【００３４】
そして、図７および図８にそれぞれ示されるグラフに基づいてＸ線反射率スペクトルを理論曲線にフィッティングし解析して求められた各シリコン酸化膜の密度の結果を図９に示す。図９に示すように、酸素ラジカル処理をＣＶＤ法によって形成されたシリコン酸化膜に施すことによってシリコン酸化膜の密度が熱酸化膜の密度と同レベルなって、膜の緻密化が図られていることが確認された。
【００３５】
このように、ＣＶＤ法によって形成されたシリコン酸化膜に酸素ラジカル処理を施すことによって膜の緻密化を図ることができるのは次のように考えられる。図１０に示すように、まず、ＣＶＤ法によって形成されたシリコン酸化膜には、ＳｉとＳｉとの結合４１、ＳｉとＨとの結合（ＯＨ基４４）、ＳｉとＯＨとの結合（Ｈ基４３）、シリコンのダングリングボンド４２が含まれ、また、Ｈ2Ｏ分子４５が吸着しており、さらなる酸化反応を行なうことができる余地がある。
【００３６】
このようなシリコン酸化膜に酸素ラジカル処理を施すことによって、酸化反応がさらに進み、Ｓｉ−Ｏ結合に基づくネットワーク（構造）が再構築されてより緻密なネットワークが形成されると考えられる。シリコン酸化膜が緻密化すると、欠陥が減少するとともにＨ2Ｏ分子が吸着するサイトもなくなって、絶縁特性を劣化させる要因が減少すると考えられる。
【００３７】
以上説明したように、本薄膜形成装置５０では、シリコン酸化膜３１の形成とそのシリコン酸化膜３１に対する酸素ラジカル処理を交互に繰り返すことによって、比較的低い温度で膜厚方向に均一に緻密化されたシリコン酸化膜３１ａを形成することができる。
【００３８】
なお、上述した薄膜形成装置による処理として、成膜処理と酸素ラジカル処理とを交互に行う場合を例に挙げて説明したが、形成するシリコン酸化膜の膜厚として、１回の酸素ラジカル処理でシリコン酸化膜を緻密化することができる膜厚であれば、成膜処理と酸素ラジカル処理とを繰り返す必要はなく、それぞれ１回の成膜処理と酸素ラジカル処理とによってシリコン酸化膜を緻密化できる。
【００３９】
たとえば、半導体集積回路に適用される薄膜トランジスタのゲート絶縁膜の膜厚としては１〜２ｎｍ、低温プロセスによるポリシリコンを適用した薄膜トランジスタのゲート絶縁膜の膜厚としては１〜１００ｎｍが想定されるので、これらの膜厚に応じて適切な成膜処理と酸素ラジカル処理を施すことによってシリコン酸化膜の緻密化を確実に図ることができる。
【００４０】
また、１回の酸素ラジカル処理を施す時間が長いほど酸素ラジカルがシリコン酸化膜中のより深い領域にまで拡散することから、シリコン酸化膜の膜厚と酸素ラジカル処理を施す時間とを考慮して、より効率的でかつ適切なシリコン酸化膜の緻密化を図ることができる。
【００４１】
実施の形態２
ここでは、酸素ラジカルの生成が安定して行なわれる薄膜形成装置について説明する。図１１に示すように、薄膜形成装置５０では、反応室２内をアンテナ部４が位置するラジカル生成空間２ａと、半導体基板７が配置される成膜空間２ｂとに仕切る隔壁１２が配設されている。なお、これ以外の構成については図１に示す薄膜形成装置と同様なので、同一部材には同一符号を付しその説明を省略する。
【００４２】
この隔壁１２には、ラジカル生成空間２ａで生成された酸素ラジカルが成膜空間２ｂへ向かって通過できる多数の孔１２ａが形成されている。その孔の大きさは、たとえば１ｍｍ〜１ｃｍ程度である。
【００４３】
次に、上述した薄膜形成装置による処理として、実施の形態１において説明した薄膜形成装置と同様に、成膜処理と酸素ラジカル処理を交互に施す場合について説明する。成膜処理では、シラン系ガスが成膜空間２ｂに導入されるとともに酸化性ガスがラジカル生成空間２ａに導入される一方、成膜空間２ｂが真空ポンプ１５により真空引きされる。
【００４４】
これにより、ラジカル生成空間２ａに導入された酸化性ガスは隔壁１２に設けられた孔１２ａを通過して成膜空間２ｂに到達する。成膜空間２ｂに到達した酸化性ガスとシラン系ガスとが反応して、シリコン酸化膜が半導体基板上に形成されることになる（図３を参照）。
【００４５】
一方、酸素ラジカル処理では、ラジカル生成空間２ａに導入されたアルゴンガスがマイクロ波によって励起されてプラズマが生成し、このアルゴンのプラズマによって酸素が励起されて酸素ラジカルが生成される。成膜空間２ｂが真空引きされていることによって、ラジカル生成空間２ａで生成された酸素ラジカルが隔壁１２に設けられた孔１２ａを通って成膜空間２ｂに到達する。成膜空間に到達した酸素ラジカルによって半導体基板７上に形成されたシリコン酸化膜に酸素ラジカル処理が施されて、シリコン酸化膜の緻密化が行なわれることになる（図４を参照）。
【００４６】
なお、酸素ラジカル処理では、隔壁１２が設けられていることにより、酸素ラジカルが半導体基板上に形成されたシリコン酸化膜に到達する確率（到達確率）が、隔壁がない場合と比べて低くなる。そのため、実施の形態１の場合と同レベルと酸素ラジカル処理を施そうとすれば、実施の形態１の場合よりもアルゴンガスおよび酸素の流量を多くする必要がある。
【００４７】
上述した薄膜形成装置では、特に、成膜処理において、成膜空間２ｂを真空引きすることによってラジカル生成空間２ａから成膜空間２ｂへ向かう酸化性ガスの流れが形成されて、シラン系ガスと酸化性ガスとがラジカル生成空間２ａにおいて反応することが阻止される。
【００４８】
その結果、シリコン酸化膜がアンテナ部４等に堆積することがなくなって、酸素ラジカル処理の際に、アンテナ部４から放射されるマイクロ波によって酸素ラジカルが生成される効率が低下するのを抑制することができる。
【００４９】
実施の形態３
ここでは、形成されるシリコン酸化膜の膜厚に応じてシリコン酸化膜の下地の酸化を抑制してシリコン酸化膜の緻密化が効率的に行なわれる薄膜形成装置について説明する。図１２に示すように、薄膜形成装置５０では、まず、反応室２内をラジカル生成空間２ａと成膜空間２ｂとに仕切る隔壁１２が配設され、さらに、磁場発生部１６が設けられて、磁場発生部１６からステージ３および隔壁１２を経て再び磁場発生部１６に戻る磁場回路１７が形成されている。なお、これ以外の構成については図１に示す薄膜形成装置と同様なので、同一部材には同一符号を付しその説明を省略する。
【００５０】
次に、上述した薄膜形成装置による処理について説明する。まず、酸素ラジカル処理では、前述したように、アルゴンガスがマイクロ波によって励起されてプラズマが生成し、そのプラズマによって酸素が励起されて酸素ラジカルが生成されることになる。その酸素ラジカル処理においては、酸素がプラズマに晒されることによって、酸素ラジカル以外に酸素イオンも生成されることがわかっている。
【００５１】
その酸素イオンは電荷を有しているために、そのクーロン力によって酸素ラジカルよりもシリコン酸化膜のより深い領域にまで到達すると考えられ、シリコン酸化膜の下地の領域を酸化してしまうおそれがある。そのため、酸素ラジカル処理では、シリコン酸化膜の下地の領域が酸化されるのを防止する観点から、酸素イオンをシリコン酸化膜の下地の領域にまで到達するのを阻止することが望ましい。
【００５２】
そこで、上述した薄膜形成装置では発生した酸素イオンを中性化する。すなわち、まず、磁場発生部１６および磁場回路１７により、図１２に示すように、半導体基板７の表面に垂直方向（法線方向）にたとえば磁束密度０．１〜１Ｔ程度の磁場Ｂを発生させる。磁場Ｂが発生することで、図１３に示すように、ラジカル生成空間２ａで生成した酸素イオンは、サイクロトロン運動を行ないながら半導体基板７の表面に到達することになる。
【００５３】
酸素イオンがサイクロトロン運動をすることで、半導体基板７の表面に到達するまでの行程が大幅に増大し、その行程の間に酸素イオンが電子等と衝突するなどして電気的に中性になる。このようにして酸素イオンが中性化されることで、シリコン酸化膜の下地の領域にまで到達することが阻止される。
【００５４】
これにより、処理として成膜処理と酸素ラジカル処理を交互に繰り返す処理を施す場合等のように、１回の成膜処理において形成されるシリコン酸化膜の膜厚が比較的薄い場合には、磁場発生部１６と磁場回路１７を動作させて酸素イオンを中和させ、実質的に酸素ラジカルだけでシリコン酸化膜を緻密化することにより、シリコン酸化膜の下地の領域が酸化されるのを阻止することができる。
【００５５】
一方、処理として、成膜処理と酸素ラジカル処理とを交互に繰り返してシリコン酸化膜の膜厚方向を均一に緻密化させるよりは、１回の成膜処理によって比較的厚いシリコン酸化膜を形成して厚膜化を優先させる処理を施す場合も想定される。
【００５６】
このような場合には、図１４に示すように、磁場発生部１６と磁場回路１７を動作させることなく酸素イオンもシリコン酸化膜に到達させてもよい。酸素イオンがシリコン酸化膜の緻密化に寄与できるのであれば、酸素ラジカルとともに効率的にシリコン酸化膜を緻密化することができ、また、膜厚も比較的厚いことでシリコン酸化膜の下地の領域を酸化させることもないからである。
【００５７】
このように、上述した薄膜形成装置では、処理の態様に応じて磁場発生部および磁場回路のオンオフ動作を切り換えることにより、シリコン酸化膜の下地の領域を酸化することなく効率的なシリコン酸化膜の緻密化を図ることができる。
【００５８】
なお、上述した薄膜形成装置では、プラズマを生成する方法としてマイクロ波をアンテナ部によって反応室内に放射させる方法を例に挙げて説明したが、酸素を励起させるプラズマを生成することができれば、これに限られるものではなく、たとえば平行平板に交流電場を印加させることによってプラズマ（Radio Frequency）を生成させてもよい。
【００５９】
以上説明したように、本薄膜形成装置ではＣＶＤ法によって形成されるシリコン酸化膜に酸素ラジカル処理を施すことで、比較的低い温度のもとでシリコン酸化膜の密度を熱酸化膜の密度とほぼ同じ密度にすることができて、たとえばガラス基板を用いたＴＦＴデバイス等のゲート絶縁膜等など、従来では熱酸化処理を施すことができなかったデバイスへの展開を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る薄膜形成装置の断面図である。
【図２】同実施の形態において、薄膜形成方法の一工程を示す断面図である。
【図３】同実施の形態において、図２に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。
【図４】同実施の形態において、図３に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。
【図５】同実施の形態において、図４に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。
【図６】同実施の形態において、図５に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。
【図７】同実施の形態において、酸素ラジカル処理の効果を説明するためのＸ線反射率スペクトルを示すグラフである。
【図８】同実施の形態において、酸素ラジカル処理の効果を説明するためのＸ線反射率スペクトルのシリコン酸化膜密度の依存性を示すグラフである。
【図９】同実施の形態において、Ｘ線反射率スペクトルから求められるシリコン酸化膜の密度を示すグラフである。
【図１０】同実施の形態において、酸素ラジカル処理によるシリコン酸化膜の緻密化を説明するためのモデルを示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態２に係る薄膜形成装置の断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態３に係る薄膜形成装置の断面図である。
【図１３】同実施の形態において、酸素ラジカル処理の一態様を説明するための薄膜形成装置の断面図である。
【図１４】同実施の形態において、酸素ラジカル処理の他の態様を説明するための薄膜形成装置の断面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１  反応室壁、２  反応室、２ａ  ラジカル生成空間、２ｂ  成膜空間、３  ステージ、４  アンテナ部、５  マイクロ波発生部、６  制御部、７  半導体基板、８  シラン系ガス供給源、８ａ  シラン系ガス導入口、９  酸化性ガス供給源、９ａ  酸化性ガス導入口、１０  アルゴンガス供給源、１０ａ  アルゴンガス導入口、１１  赤外線加熱機構、１２  隔壁、１３  排気口、１５  真空ポンプ、１６  磁場発生部、１７  磁場回路、３１，３１ａ  シリコン酸化膜、５０  薄膜形成装置。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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