(57)【要約】  選択的プラズマ処理方法は、プラズマ処理装置の処理室内で、表面にシリコンと窒化シリコン層とを有する被処理体に対して酸素含有プラズマを作用させてシリコンを選択的に酸化処理し、形成されるシリコン酸化膜の膜厚に対し、窒化シリコン層中に形成されるシリコン酸窒化膜の膜厚の比率が、２０％以下となるようにする。【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理装置の処理室内で、表面にシリコンと窒化シリコン層とを有する被処理体に対して酸素含有プラズマを作用させて前記窒化シリコン層に対して前記シリコンを選択的に酸化処理し、シリコン酸化膜を形成する選択的プラズマ処理方法であって、
酸化処理により形成される前記シリコン酸化膜の膜厚に対し、前記窒化シリコン層中に形成されるシリコン酸窒化膜の膜厚の比率が、２０％以下であることを特徴とする、選択的プラズマ処理方法。
【請求項２】
前記酸素含有プラズマは、複数のスロットを有する平面アンテナにて前記処理室内にマイクロ波を導入して形成されるマイクロ波励起高密度プラズマであることを特徴とする、請求項１に記載の選択的プラズマ処理方法。
【請求項３】
処理圧力が、４００Ｐａ以上であることを特徴とする、請求項１に記載の選択的プラズマ処理方法。
【請求項４】
処理圧力が、４００Ｐａ〜１３３３Ｐａであることを特徴とする、請求項３に記載の選択的プラズマ処理方法。
【請求項５】
プラズマ処理装置の処理室内で、シリコン露出面と窒化シリコン露出面とを有する被処理体に対して酸素含有プラズマを作用させることにより、前記シリコン露出面に形成されるシリコン酸化膜の膜厚に対し、前記窒化シリコン露出面に形成されるシリコン酸窒化膜の膜厚の比率が２０％以下となるように、前記シリコン露出面のシリコンを優勢的に酸化処理する、選択的プラズマ処理方法。
【請求項６】
プラズマ処理装置の処理室内で、表面にシリコンと酸化シリコン層とを有する被処理体に対して窒素含有プラズマを作用させて前記酸化シリコン層に対して前記シリコンを選択的に窒化処理し、シリコン窒化膜を形成する選択的プラズマ処理方法であって、
窒化処理により形成される前記シリコン窒化膜の膜厚に対し、前記酸化シリコン層中に形成されるシリコン酸窒化膜の膜厚の比率が、２５％以下であることを特徴とする、選択的プラズマ処理方法。
【請求項７】
前記窒素含有プラズマは、複数のスロットを有する平面アンテナにて前記処理室内にマイクロ波を導入して形成されるマイクロ波励起高密度プラズマであることを特徴とする、請求項６に記載の選択的プラズマ処理方法。
【請求項８】
処理圧力が、４００Ｐａ以上であることを特徴とする、請求項６に記載の選択的プラズマ処理方法。
【請求項９】
処理圧力が、４００Ｐａ〜１３３３Ｐａであることを特徴とする、請求項８に記載の選択的プラズマ処理方法。
【請求項１０】
プラズマ処理装置の処理室内で、シリコン露出面と酸化シリコン露出面とを有する被処理体に対して窒素含有プラズマを作用させることにより、前記シリコン露出面に形成されるシリコン窒化膜の膜厚に対し、前記酸化シリコン露出面に形成されるシリコン酸窒化膜の膜厚の比率が２５％以下となるように、前記シリコン露出面のシリコンを優勢的に酸化処理する、選択的プラズマ処理方法。
【請求項１１】
コンピュータ上で動作し、実行時に、プラズマ処理装置の処理室内で、シリコン露出面と窒化シリコン露出面とを有する被処理体に対して酸素含有プラズマを作用させることにより、前記シリコン露出面に形成されるシリコン酸化膜の膜厚に対し、前記窒化シリコン露出面に形成されるシリコン酸窒化膜の膜厚の比率が２０％以下となるように、前記シリコン露出面のシリコンを優勢的に酸化処理する、選択的プラズマ処理方法が行なわれるように前記プラズマ処理装置を制御することを特徴とする、制御プログラム。
【請求項１２】
コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ読取り可能な記憶媒体であって、前記制御プログラムは、実行時に、プラズマ処理装置の処理室内で、シリコン露出面と窒化シリコン露出面とを有する被処理体に対して酸素含有プラズマを作用させることにより、前記シリコン露出面に形成されるシリコン酸化膜の膜厚に対し、前記窒化シリコン露出面に形成されるシリコン酸窒化膜の膜厚の比率が２０％以下となるように、前記シリコン露出面のシリコンを優勢的に酸化処理する、選択的プラズマ処理方法が行なわれるように前記プラズマ処理装置を制御するものであることを特徴とする、コンピュータ読取り可能な記憶媒体。
【請求項１３】
被処理体を載置する載置台を備えた真空排気可能な処理室と、
前記処理室内で、シリコン露出面と窒化シリコン露出面とを有する被処理体に対して酸素含有プラズマを作用させることにより、前記シリコン露出面に形成されるシリコン酸化膜の膜厚に対し、前記窒化シリコン露出面に形成されるシリコン酸窒化膜の膜厚の比率が２０％以下となるように、前記シリコン露出面のシリコンを優勢的に酸化処理する、選択的プラズマ処理方法が行なわれるように制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする、プラズマ処理装置。
【請求項１４】
コンピュータ上で動作し、実行時に、プラズマ処理装置の処理室内で、シリコン露出面と酸化シリコン露出面とを有する被処理体に対して窒素含有プラズマを作用させることにより、前記シリコン露出面に形成されるシリコン窒化膜の膜厚に対し、前記酸化シリコン露出面に形成されるシリコン酸窒化膜の膜厚の比率が２５％以下となるように、前記シリコン露出面のシリコンを優勢的に酸化処理する、選択的プラズマ処理方法が行なわれるように前記プラズマ処理装置を制御することを特徴とする、制御プログラム。
【請求項１５】
コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ読取り可能な記憶媒体であって、前記制御プログラムは、実行時に、プラズマ処理装置の処理室内で、シリコン露出面と酸化シリコン露出面とを有する被処理体に対して窒素含有プラズマを作用させることにより、前記シリコン露出面に形成されるシリコン窒化膜の膜厚に対し、前記酸化シリコン露出面に形成されるシリコン酸窒化膜の膜厚の比率が２５％以下となるように、前記シリコン露出面のシリコンを優勢的に酸化処理する、選択的プラズマ処理方法が行なわれるように前記プラズマ処理装置を制御するものであることを特徴とする、コンピュータ読取り可能な記憶媒体。
【請求項１６】
被処理体を載置する載置台を備えた真空排気可能な処理室と、
前記処理室内で、シリコン露出面と酸化シリコン露出面とを有する被処理体に対して窒素含有プラズマを作用させることにより、前記シリコン露出面に形成されるシリコン窒化膜の膜厚に対し、前記酸化シリコン露出面に形成されるシリコン酸窒化膜の膜厚の比率が２５％以下となるように、前記シリコン露出面のシリコンを優勢的に酸化処理する、選択的プラズマ処理方法が行なわれるように制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする、プラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを用いて半導体基板等の被処理体を処理し、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜を選択的に形成する選択的プラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種半導体装置の製造過程では、例えばトランジスタのゲート絶縁膜等をはじめとする各種の用途に用いるため、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜の形成が行なわれる。シリコン酸化膜やシリコン窒化膜を形成する方法としては、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によりシリコン酸化膜やシリコン窒化膜を堆積させる方法のほか、例えば、特開２０００−２６０７６７号公報、特開２００３−１１５５８７号公報では、プラズマ処理によってシリコンを酸化処理または窒化処理してシリコン酸化膜やシリコン窒化膜を形成する方法が提案されている。【０００３】
上記のように半導体装置の製造過程では、プラズマを用いてシリコンを酸化処理する工程、あるいは窒化処理する工程が繰り返し行われるため、基板上には、酸化や窒化の対象となるシリコン（層）のほか、それ以前の工程で形成されたシリコン酸化膜やシリコン窒化膜などの材料膜が混在していることが通常である。このように複数種類の膜が混在した状況下で、プラズマ酸化処理やプラズマ窒化処理を行うと、例えば既に形成されたシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）が後のプラズマ酸化処理によって酸化されてシリコン酸窒化膜になったり、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）が同様に後のプラズマ窒化処理によって窒化されてシリコン酸窒化膜になったりすることがある。【０００４】
しかし、半導体装置の製造プロセス上、目的とするシリコン以外の材料膜が酸化されたり窒化されたりすると、例えば後工程のエッチングによって材料膜を除去する場合に、他の膜とのエッチング選択比が異なってしまうことから、工程数が増加したり、歩留りが低下したりするなど、好ましくない影響が生じる場合がある。
【発明の開示】
【０００５】
本発明の目的は、表面にシリコンと、窒化シリコン層または酸化シリコン層とが露出した被処理体に対し、プラズマを利用し、酸化シリコン層または窒化シリコン層に対して高い選択性をもってシリコンを酸化処理または窒化処理することができる選択的プラズマ処理方法を提供することにある。
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点は、プラズマ処理装置の処理室内で、表面にシリコンと窒化シリコン層とを有する被処理体に対して酸素含有プラズマを作用させて前記窒化シリコン層に対して前記シリコンを選択的に酸化処理し、シリコン酸化膜を形成する選択的プラズマ処理方法であって、
酸化処理により形成される前記シリコン酸化膜の膜厚に対し、前記窒化シリコン層中に形成されるシリコン酸窒化膜の膜厚の比率が、２０％以下であることを特徴とする、選択的プラズマ処理方法を提供する。
【０００７】
上記第１の観点において、前記酸素含有プラズマは、複数のスロットを有する平面アンテナにて前記処理室内にマイクロ波を導入して形成されるマイクロ波励起高密度プラズマであることが好ましい。
【０００８】
本発明の第２の観点は、プラズマ処理装置の処理室内で、シリコン露出面と窒化シリコン露出面とを有する被処理体に対して酸素含有プラズマを作用させることにより、前記シリコン露出面に形成されるシリコン酸化膜の膜厚に対し、前記窒化シリコン露出面に形成されるシリコン酸窒化膜の膜厚の比率が２０％以下となるように、前記シリコン露出面のシリコンを優勢的に酸化処理する、選択的プラズマ処理方法を提供する。
【０００９】
本発明の第３の観点は、プラズマ処理装置の処理室内で、表面にシリコンと酸化シリコン層とを有する被処理体に対して窒素含有プラズマを作用させて前記酸化シリコン層に対して前記シリコンを選択的に窒化処理し、シリコン窒化膜を形成する選択的プラズマ処理方法であって、
窒化処理により形成される前記シリコン窒化膜の膜厚に対し、前記酸化シリコン層中に形成されるシリコン酸窒化膜の膜厚の比率が、２５％以下であることを特徴とする、選択的プラズマ処理方法を提供する。
【００１０】
上記第３の観点において、前記窒素含有プラズマは、複数のスロットを有する平面アンテナにて前記処理室内にマイクロ波を導入して形成されるマイクロ波励起高密度プラズマであることが好ましい。
【００１１】
本発明の第４の観点は、プラズマ処理装置の処理室内で、シリコン露出面と酸化シリコン露出面とを有する被処理体に対して窒素含有プラズマを作用させることにより、前記シリコン露出面に形成されるシリコン窒化膜の膜厚に対し、前記酸化シリコン露出面に形成されるシリコン酸窒化膜の膜厚の比率が２５％以下となるように、前記シリコン露出面のシリコンを優勢的に酸化処理する、選択的プラズマ処理方法を提供する。
【００１２】
上記第１から第４の観点においては、処理圧力が、４００Ｐａ以上であることが好ましく、４００Ｐａ〜１３３３Ｐａであることがより好ましい。
【００１３】
本発明の第５の観点は、コンピュータ上で動作し、実行時に、プラズマ処理装置の処理室内で、シリコン露出面と窒化シリコン露出面とを有する被処理体に対して酸素含有プラズマを作用させることにより、前記シリコン露出面に形成されるシリコン酸化膜の膜厚に対し、前記窒化シリコン露出面に形成されるシリコン酸窒化膜の膜厚の比率が２０％以下となるように、前記シリコン露出面のシリコンを優勢的に酸化処理する、選択的プラズマ処理方法が行なわれるように前記プラズマ処理装置を制御することを特徴とする、制御プログラムを提供する。
【００１４】
本発明の第６の観点は、コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ読取り可能な記憶媒体であって、前記制御プログラムは、実行時に、プラズマ処理装置の処理室内で、シリコン露出面と窒化シリコン露出面とを有する被処理体に対して酸素含有プラズマを作用させることにより、前記シリコン露出面に形成されるシリコン酸化膜の膜厚に対し、前記窒化シリコン露出面に形成されるシリコン酸窒化膜の膜厚の比率が２０％以下となるように、前記シリコン露出面のシリコンを優勢的に酸化処理する、選択的プラズマ処理方法が行なわれるように前記プラズマ処理装置を制御するものであることを特徴とする、コンピュータ読取り可能な記憶媒体を提供する。
【００１５】
本発明の第７の観点は、被処理体を載置する載置台を備えた真空排気可能な処理室と、
前記処理室内で、シリコン露出面と窒化シリコン露出面とを有する被処理体に対して酸素含有プラズマを作用させることにより、前記シリコン露出面に形成されるシリコン酸化膜の膜厚に対し、前記窒化シリコン露出面に形成されるシリコン酸窒化膜の膜厚の比率が２０％以下となるように、前記シリコン露出面のシリコンを優勢的に酸化処理する、選択的プラズマ処理方法が行なわれるように制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする、プラズマ処理装置を提供する。
【００１６】
本発明の第８の観点は、コンピュータ上で動作し、実行時に、プラズマ処理装置の処理室内で、シリコン露出面と酸化シリコン露出面とを有する被処理体に対して窒素含有プラズマを作用させることにより、前記シリコン露出面に形成されるシリコン窒化膜の膜厚に対し、前記酸化シリコン露出面に形成されるシリコン酸窒化膜の膜厚の比率が２５％以下となるように、前記シリコン露出面のシリコンを優勢的に酸化処理する、選択的プラズマ処理方法が行なわれるように前記プラズマ処理装置を制御することを特徴とする、制御プログラムを提供する。
【００１７】
本発明の第９の観点は、コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ読取り可能な記憶媒体であって、前記制御プログラムは、実行時に、プラズマ処理装置の処理室内で、シリコン露出面と酸化シリコン露出面とを有する被処理体に対して窒素含有プラズマを作用させることにより、前記シリコン露出面に形成されるシリコン窒化膜の膜厚に対し、前記酸化シリコン露出面に形成されるシリコン酸窒化膜の膜厚の比率が２５％以下となるように、前記シリコン露出面のシリコンを優勢的に酸化処理する、選択的プラズマ処理方法が行なわれるように前記プラズマ処理装置を制御するものであることを特徴とする、コンピュータ読取り可能な記憶媒体を提供する。
【００１８】
本発明の第１０の観点は、被処理体を載置する載置台を備えた真空排気可能な処理室と、
前記処理室内で、シリコン露出面と酸化シリコン露出面とを有する被処理体に対して窒素含有プラズマを作用させることにより、前記シリコン露出面に形成されるシリコン窒化膜の膜厚に対し、前記酸化シリコン露出面に形成されるシリコン酸窒化膜の膜厚の比率が２５％以下となるように、前記シリコン露出面のシリコンを優勢的に酸化処理する、選択的プラズマ処理方法が行なわれるように制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする、プラズマ処理装置を提供する。
【００１９】
本発明によれば、表面にシリコンと、窒化シリコン（ＳｉＮ）層または酸化シリコン（ＳｉＯ２）層とを有する被処理体に対し、プラズマを利用し、高い選択性をもってシリコンを酸化処理または窒化処理することができる。
すなわち、被処理体上に、目的とするシリコン以外の窒化膜や酸化膜が存在する場合でも、シリコンを優勢的に酸化処理または窒化処理できることから、プロセスへの影響を最小限にとどめ、効率的な処理が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に利用可能なプラズマ酸化処理装置の一例を示す概略断面図である。
【図２】平面アンテナ部材の説明に供する図面である。
【図３Ａ】選択的プラズマ酸化処理の実験モデルの構造を説明する図面であり、プラズマ酸化処理を行なっている状態を示す。
【図３Ｂ】選択的プラズマ酸化処理の実験モデルの構造を説明する図面であり、プラズマ酸化処理後の状態を示す。
【図４Ａ】プラズマ酸化処理における処理圧力と酸化膜厚比（ＳｉＮ上／Ｓｉ上）との関係を示すグラフである。
【図４Ｂ】プラズマ酸化処理における処理圧力と酸化膜厚比（ＳｉＮ上／Ｓｉ上）との関係を示すグラフである。
【図５Ａ】本発明の選択的プラズマ酸化処理をフルシリサイド化プロセスへ適用した場合におけるプラズマ酸化処理前の状態を説明する図面である。
【図５Ｂ】本発明の選択的プラズマ酸化処理をフルシリサイド化プロセスへ適用した場合におけるプラズマ酸化処理後の状態を説明する図面である。
【図６】本発明に利用可能なプラズマ窒化処理装置の一例を示す概略断面図である。
【図７Ａ】プラズマ窒化処理における膜厚とＮドーズ量との関係を示すグラフである。
【図７Ｂ】プラズマ窒化処理におけるＮ２流量比率とＮドーズ量との関係を示すグラフである。
【図８Ａ】本発明の選択的プラズマ窒化処理の適用例を説明する図面であり、プラズマ窒化処理前の状態を示す。
【図８Ｂ】本発明の選択的プラズマ窒化処理の適用例を説明する図面であり、プラズマ窒化処理を行なっている状態を示す。
【図８Ｃ】本発明の選択的プラズマ窒化処理の適用例を説明する図面であり、プラズマ窒化処理後の状態を示す。
【図９】処理圧力とプラズマのイオンエネルギーとの関係を示すグラフである。
【図１０Ａ】本発明の選択的プラズマ酸化処理の別の適用例を説明する図面であり、基板表面にシリコン窒化膜を堆積した状態を示す。
【図１０Ｂ】本発明の選択的プラズマ酸化処理の別の適用例を説明する図面であり、シリコン窒化膜をパターン形成した状態を示す。
【図１０Ｃ】本発明の選択的プラズマ酸化処理の別の適用例を説明する図面であり、トレンチを形成した状態を示す。
【図１０Ｄ】本発明の選択的プラズマ酸化処理の別の適用例を説明する図面であり、トレンチ内に選択的にシリコン酸化膜を形成した状態を示す。
【図１１Ａ】本発明の選択的プラズマ酸化処理のさらに別の適用例を説明する図面であり、基板表面に窒化シリコン層を堆積した状態を示す。
【図１１Ｂ】本発明の選択的プラズマ酸化処理のさらに別の適用例を説明する図面であり、窒化シリコン層をパターン形成した状態を示す。
【図１１Ｃ】本発明の選択的プラズマ酸化処理のさらに別の適用例を説明する図面であり、トレンチ内面をプラズマ酸化処理している状態を示す。
【図１１Ｄ】本発明の選択的プラズマ酸化処理のさらに別の適用例を説明する図面であり、選択的にシリコン酸化膜を形成した状態を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、適宜添付図面を参照して本発明の実施の形態について具体的に説明する。図１は、本発明のプラズマ酸化処理方法に好適に利用可能なプラズマ酸化処理装置の一例を模式的に示す断面図である。このプラズマ酸化処理装置１００は、複数のスロットを有する平面アンテナ、特にＲＬＳＡ（Ｒａｄｉａｌ Ｌｉｎｅ Ｓｌｏｔ Ａｎｔｅｎｎａ；ラジアルラインスロットアンテナ）にて処理室内にマイクロ波を導入してプラズマを発生させることにより、高密度かつ低電子温度のマイクロ波励起プラズマを発生させ得るＲＬＳＡマイクロ波プラズマ酸化処理装置として構成されており、１×１０１０〜５×１０１２／ｃｍ３のプラズマ密度で、かつ０．７〜２ｅＶの低電子温度のプラズマによる処理が可能である。
従って、各種半導体装置の製造過程におけるシリコン酸化膜の形成などの目的で好適に利用可能なものである。【００２２】
上記プラズマ酸化処理装置１００は、気密に構成され、接地された略円筒状のチャンバー１を有している。チャンバー１の底壁１ａの略中央部には円形の開口部１０が形成されており、底壁１ａにはこの開口部１０と連通し、下方に向けて突出する排気室１１が設けられている。この排気室１１は、排気管２３を介して排気装置２４に接続されている。【００２３】
チャンバー１内には被処理基板であるシリコンウエハ（以下、単に「ウエハ」と記す）Ｗを水平に支持するためのＡｌＮ等のセラミックスからなる載置台２が設けられている。この載置台２は、排気室１１の底部中央から上方に延びる円筒状のＡｌＮ等のセラミックスからなる支持部材３により支持されている。載置台２には、その外縁部をカバーし、ウエハＷをガイドするためのカバーリング４が設けられている。このカバーリング４は、例えば石英、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＮ等の材質で構成された部材である。【００２４】
載置台２には抵抗加熱型のヒータ５が埋め込まれており、このヒータ５はヒータ電源５ａから給電されることにより載置台２を加熱して、その熱で被処理基板であるウエハＷを加熱する。また、載置台２には、熱電対６が配備されており、ウエハＷの加熱温度を、例えば室温から９００℃までの範囲で温度制御可能となっている。載置台２には、ウエハＷを支持して昇降させるためのウエハ支持ピン（図示せず）が載置台２の表面に対して突没可能に設けられている。【００２５】
チャンバー１の内周には、石英からなる円筒状のライナー７が設けられ、チャンバー構成材料による金属汚染を防止している。また、載置台２の外周側には、チャンバー１内を均一排気するための多数の貫通開口８ａを備えたバッフルプレート８が環状に設けられている。このバッフルプレート８は、複数の支柱９により支持されている。【００２６】
チャンバー１の側壁には環状をなすガス導入部１５が設けられており、このガス導入部１５にはガス供給系１６ａが接続されている。なお、ガス導入部はノズル状またはシャワー状に配置してもよい。ガス供給系１６ａは、例えばＡｒガス供給源１７ａ、Ｏ２ガス供給源１８ａおよびＨ２ガス供給源１９ａを有しており、Ａｒガス、Ｏ２ガスおよびＨ２ガスが、それぞれガスライン２０を介してガス導入部１５に至り、ガス導入部１５からチャンバー１内に導入される。ガスライン２０の各々には、マスフローコントローラ２１およびその前後の開閉バルブ２２が設けられている。なお、Ａｒガスに換えて、例えばＫｒガス、Ｘｅガス、Ｈｅガスなどの希ガスを用いることもできる。【００２７】
上記排気室１１の側面には排気管２３が接続されており、この排気管２３には高速真空ポンプを含む前述の排気装置２４が接続されている。そしてこの排気装置２４を作動させることによりチャンバー１内のガスが、バッフルプレート８を介して排気室１１の空間１１ａ内へ均一に排出され、排気管２３を介して排気される。これによりチャンバー１内は所定の真空度、例えば０．１３３Ｐａまで高速に減圧することが可能となっている。【００２８】
チャンバー１の側壁には、プラズマ酸化処理装置１００に隣接する搬送室（図示せず）との間でウエハＷの搬入出を行うための搬入出口２５と、この搬入出口２５を開閉するゲートバルブ２６とが設けられている。【００２９】
チャンバー１の上部は開口部となっており、この開口部には環状のアッパープレート２７が接合される。アッパープレート２７の内周下部は、内側のチャンバー内空間へ向けて突出し、環状の支持部２７ａを形成している。この支持部２７ａ上に、誘電体、例えば石英やＡｌ２Ｏ３、ＡｌＮ等のセラミックスからなり、マイクロ波を透過するマイクロ波透過板２８がシール部材２９を介して気密に設けられている。したがって、チャンバー１内は気密に保持される。【００３０】
透過板２８の上方には、載置台２と対向するように、円板状の平面アンテナ部材３１が設けられている。なお、平面アンテナ部材の形状は、円板状に限らず、例えば四角板状でもよい。この平面アンテナ部材３１はチャンバー１の側壁上端に係止されている。平面アンテナ部材３１は、例えば表面が金または銀メッキされた銅板またはアルミニウム板からなり、マイクロ波を放射する多数のスロット状のマイクロ波放射孔３２が所定のパターンで貫通して形成された構成となっている。【００３１】
マイクロ波放射孔３２は、例えば図２に示すように長溝状をなし、典型的には隣接するマイクロ波放射孔３２同士が「Ｔ」字状に配置され、これら複数のマイクロ波放射孔３２が同心円状に配置されている。マイクロ波放射孔３２の長さや配列間隔は、マイクロ波の波長（λｇ）に応じて決定され、例えばマイクロ波放射孔３２の間隔は、λｇ／４、λｇ／２またはλｇとなるように配置される。なお、図２において、同心円状に形成された隣接するマイクロ波放射孔３２同士の間隔をΔｒで示している。また、マイクロ波放射孔３２は、円形状、円弧状等の他の形状であってもよい。さらに、マイクロ波放射孔３２の配置形態は特に限定されず、同心円状のほか、例えば、螺旋状、放射状に配置することもできる。【００３２】
この平面アンテナ部材３１の上面には、真空よりも大きい誘電率を有する遅波材３３が設けられている。この遅波材３３は、真空中ではマイクロ波の波長が長くなることから、マイクロ波の波長を短くしてプラズマを調整する機能を有している。なお、平面アンテナ部材３１と透過板２８との間、また、遅波材３３と平面アンテナ部材３１との間は、それぞれ密着させても離間させてもよいが、密着させることが好ましい。【００３３】
チャンバー１の上面には、これら平面アンテナ部材３１および遅波材３３を覆うように、例えばアルミニウムやステンレス鋼等の金属材からなるシールド蓋体３４が設けられている。チャンバー１の上面とシールド蓋体３４とはシール部材３５によりシールされている。シールド蓋体３４には、冷却水流路３４ａが形成されており、そこに冷却水を通流させることにより、シールド蓋体３４、遅波材３３、平面アンテナ部材３１、透過板２８を冷却するようになっている。なお、シールド蓋体３４は接地されている。【００３４】
シールド蓋体３４の上壁の中央には、開口部３６が形成されており、この開口部には導波管３７が接続されている。この導波管３７の端部には、マッチング回路３８を介してマイクロ波を発生するマイクロ波発生装置３９が接続されている。これにより、マイクロ波発生装置３９で発生した、例えば周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波が導波管３７を介して上記平面アンテナ部材３１へ伝搬されるようになっている。マイクロ波の周波数としては、８．３５ＧＨｚ、１．９８ＧＨｚ等を用いることもできる。【００３５】
導波管３７は、上記シールド蓋体３４の開口部３６から上方へ延出する断面円形状の同軸導波管３７ａと、この同軸導波管３７ａの上端部にモード変換器４０を介して接続された水平方向に延びる矩形導波管３７ｂとを有している。矩形導波管３７ｂと同軸導波管３７ａとの間のモード変換器４０は、矩形導波管３７ｂ内をＴＥモードで伝播するマイクロ波をＴＥＭモードに変換する機能を有している。同軸導波管３７ａの中心には内導体４１が延在しており、内導体４１は、その下端部において平面アンテナ部材３１の中心に接続固定されている。これにより、マイクロ波は、同軸導波管３７ａの内導体４１を介して平面アンテナ部材３１へ放射状に効率よく均一に伝播される。【００３６】
プラズマ酸化処理装置１００の各構成部は、ＣＰＵを備えたプロセスコントローラ５０に接続されて制御される構成となっている。プロセスコントローラ５０には、工程管理者がプラズマ酸化処理装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プラズマ酸化処理装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース５１が接続されている。【００３７】
また、プロセスコントローラ５０には、プラズマ酸化処理装置１００で実行される各種処理をプロセスコントローラ５０の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や処理条件データ等が記録されたレシピが格納された記憶部５２が接続されている。【００３８】
そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース５１からの指示等にて任意のレシピを記憶部５２から呼び出してプロセスコントローラ５０に実行させることで、プロセスコントローラ５０の制御下で、プラズマ酸化処理装置１００での所望の処理が行われる。また、前記制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、フラッシュメモリなどに格納された状態のものを利用したり、あるいは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。【００３９】
このように構成されたＲＬＳＡ方式のプラズマ酸化処理装置１００においては、ウエハＷのシリコン（多結晶シリコンまたは単結晶シリコン）を選択的に酸化してシリコン酸化膜を形成する処理を行うことができる。以下、その手順について説明する。【００４０】
まず、ゲートバルブ２６を開にして搬入出口２５からシリコン表面および窒化シリコン表面を有するウエハＷをチャンバー１内に搬入し、載置台２上に載置する。そして、ガス供給系１６ａのＡｒガス供給源１７ａ、Ｏ２ガス供給源１８ａおよびＨ２ガス供給源１９ａから、Ａｒガス、Ｏ２ガスおよびＨ２ガスを所定の流量でガス導入部１５を介してチャンバー１内に導入する。【００４１】
具体的には、例えばＡｒなどの希ガス流量を１００〜３０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、Ｏ２ガス流量を５〜５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、Ｈ２ガス流量を５〜５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）に設定し、チャンバー内を４００Ｐａ以上（３Ｔｏｒｒ以上）、好ましくは４００Ｐａ〜１３３３Ｐａ（３Ｔｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ）の処理圧力に調整し、ウエハＷの温度を２５０〜８００℃、好ましくは４００〜６００℃程度に加熱する。この際、処理圧力が４００Ｐａ未満では、プラズマのイオンエネルギー、イオン密度および電子温度が比較的高くなるため、後記実施例に示すように、ウエハＷ上に既に存在するシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）に対するシリコンの酸化の選択性が十分に得られない。【００４２】
次に、マイクロ波発生装置３９からのマイクロ波を、マッチング回路３８を経て導波管３７に導き、矩形導波管３７ｂ、モード変換器４０、および同軸導波管３７ａを順次通過させて内導体４１を介して平面アンテナ部材３１に供給し、平面アンテナ部材３１のマイクロ波放射孔３２から透過板２８を介してチャンバー１内におけるウエハＷの上方空間に放射させる。マイクロ波は、矩形導波管３７ｂ内ではＴＥモードで伝搬し、このＴＥモードのマイクロ波はモード変換器４０でＴＥＭモードに変換されて、同軸導波管３７ａ内を平面アンテナ部材３１に向けて伝搬されていく。この際のマイクロ波パワーは、例えば５００〜４０００Ｗとすることができる。【００４３】
平面アンテナ部材３１から透過板２８を経てチャンバー１に放射されたマイクロ波によりチャンバー１内で電磁界が形成され、Ａｒガス、Ｏ２ガスおよびＨ２ガスがプラズマ化する。なお、この場合、ＡｒガスとＯ２ガスのみを供給してプラズマ化してもよい。この酸素含有プラズマは、マイクロ波が平面アンテナ部材３１の多数のマイクロ波放射孔３２から放射されることにより、略１×１０１０〜５×１０１２／ｃｍ３の高密度で、かつウエハＷ近傍では、略１．２ｅＶ以下の低電子温度プラズマとなる。このような高圧状態で形成される高選択性酸素含有プラズマは、イオン成分が少ないため、イオン等によるプラズマダメージが小さいものである。そして、Ａｒ／Ｏ２／Ｈ２プラズマ中の活性種、主としてＯラジカルの量が制御されていることによって、窒化シリコンを酸化せずに、シリコン中に選択的に酸素が導入され、シリコン原子と活性な酸素ラジカルが反応してシリコン表面に均一にＳｉＯ２膜が形成される。【００４４】
本実施形態では、プラズマ酸化処理装置１００を用い、シリコン（多結晶シリコンまたは単結晶シリコン）表面と窒化シリコン表面とを有するウエハＷに対し、プラズマにより酸化処理してシリコン表面にシリコン酸化膜の形成を行なうプラズマ処理において、処理圧力を４００Ｐａ以上、好ましくは４００〜１３３３Ｐａとすることによって、高選択性プラズマを生成して、ウエハＷ上に存在するシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）に対して高い選択性をもって（つまり、シリコン窒化膜を酸化させないことが好ましい）、シリコンを酸化させることができる。【００４５】
以上のようにして、窒化シリコン表面を酸化させず、単結晶シリコンや多結晶シリコンの表面に、良質なシリコン酸化膜を高い選択性をもって形成できる。従って、本実施形態のプラズマ酸化処理方法は、各種半導体装置の製造において、シリコン酸化膜を形成する場合に利用可能である。【００４６】
次に、本発明の選択的プラズマ酸化処理に関する実施例について説明を行う。
図３Ａに示すように、Ｓｉ基板１１０上にパターニングされた窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）層１１１が形成され、シリコン表面と窒化シリコン表面とを有する被処理体に対し、図１のプラズマ酸化処理装置１００を用い、圧力を変化させてシリコンをプラズマ酸化処理した。図３Ｂは、プラズマ酸化処理後のＳｉ基板１１０上に形成されたＳｉＯ２膜１１２と、Ｓｉ３Ｎ４層１１１表面に形成されたＳｉＯＮ膜１１３を示している。また、図４Ａ、図４Ｂは、プラズマ酸化処理後のＳｉ基板１１０上に形成されたＳｉＯ２膜１１２の膜厚に対する、Ｓｉ３Ｎ４層１１１表面に形成されたＳｉＯＮ膜１１３の膜厚の比率を調査した結果を示している。【００４７】
プラズマ酸化処理の条件としては、処理ガスとして、ＡｒとＯ２、またはＡｒとＯ２とＨ２を含むガス系を用いた。Ｈ２／Ｏ２の比率としては、Ｈ２／Ｏ２＝０でガス流量はＡｒ／Ｏ２＝１０００／５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、Ｈ２／Ｏ２＝０．５でガス流量はＡｒ／Ｏ２／Ｈ２＝１０００／１００／５０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、Ｈ２／Ｏ２＝２でガス流量はＡｒ／Ｏ２／Ｈ２＝１０００／１００／２００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、Ｈ２／Ｏ２＝３でガス流量はＡｒ／Ｏ２／Ｈ２＝１０００／１００／３００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）とした。
処理圧力は、６．７Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）、６６．７Ｐａ（５００ｍＴｏｒｒ）、４００Ｐａ（３Ｔｏｒｒ）、６６６．６Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）とした。処理温度は４００℃、マイクロ波パワーは３．４ｋＷとし、シリコン基板上に４ｎｍの厚みのシリコン酸化膜を形成できる条件でプラズマ酸化処理を実施した。【００４８】
図４Ａ、図４Ｂより、Ｈ２／Ｏ２比率にかかわらず、処理圧力が高圧になるに従い、Ｓｉ基板１１０上のＳｉＯ２膜１１２の膜厚に対するＳｉ３Ｎ４層１１１上のＳｉＯＮ膜１１３の膜厚の比率が低下し、高選択性が得られていることがわかる。特に処理ガスのＨ２／Ｏ２比が２以上の場合には、処理圧力が４００Ｐａを上回ると、Ｓｉ基板１１０上のＳｉＯ２膜１１２の膜厚に対するＳｉ３Ｎ４層１１１上のＳｉＯＮ膜１１３の膜厚の比率が２０％を下回り、ウエハＷ上のシリコンは酸化させるが、Ｓｉ３Ｎ４層１１１はほとんど酸化させない処理が可能になることが示された。従って、処理ガスとしてＡｒとＯ２とＨ２とを用いることが好ましく、４００Ｐａ以上の処理圧力でＨ２／Ｏ２比を１．５以上にすることがより好ましく、２以上にすることが望ましいことが確認された。なお、処理ガスとしてＡｒとＯ２のみを用いると、処理圧力が高くなるに従い酸化レートが低下し、実用上十分な厚みで成膜ができなくなるため水素を併用することが好ましい。
また、データは示さないが、熱酸化処理においても、Ｓｉ３Ｎ４層１１１はほとんど酸化させずにシリコンを酸化することが可能である。しかし、熱酸化処理の場合には、９００℃以上の高温で行なわれるためサーマルバジェットが大きくなるとともに、熱応力によりウエハＷ（Ｓｉ基板）に歪み等が生じるなどの問題があり、４００℃程度の低い温度で選択的に酸化処理を行なうことが可能な本発明の選択的プラズマ酸化処理の方が有利である。【００４９】
次に、本発明のプラズマ酸化処理の好適な適用例について、図５Ａおよび図５Ｂを参照しながら説明する。ここでは、トランジスタのメタルゲート電極形成におけるフルシリサイド化プロセスにおいて本実施形態のプラズマ酸化処理方法を適用した例を説明する。フルシリサイド化プロセスは、シリサイドゲート電極を形成する方法であり、ゲート電極として金属を堆積する代わりに、多結晶シリコンを堆積し、エッチング等により電極形状を形成した後に、上部から金属を拡散させてゲート絶縁膜界面までシリサイド化反応を起こさせる方法である。【００５０】
図５Ａに示すとおり、Ｓｉ基板２０１上には、ゲート絶縁膜２０２、ポリシリコン層２０３、およびＳｉ３Ｎ４膜２０４がこの順に積層され、さらに絶縁層のサイドウォール２０６が形成されている。フルシリサイド化を行う際には、Ｓｉ３Ｎ４膜２０４をウエットエッチングまたはドライエッチングにより選択的に除去し、ポリシリコン層２０３上にＮｉ等のメタルを拡散してシリサイド化する。【００５１】
図５Ａに示すようなゲート構造２００を元に、メタルゲート電極を形成する過程では、プラズマ酸化処理装置１００を用いて隣接するゲート構造２００の間に、犠牲膜としてのＳｉＯ２膜２０７を、プラズマ酸化処理して形成する。ところが、ゲート構造２００を形成した後にプラズマ酸化処理を行うため、保護膜（Ｃａｐ膜）であるＳｉ３Ｎ４膜２０４が酸化され、図５Ｂに示すように、表面にＳｉＯＮ膜２０５が形成されてしまう。【００５２】
Ｓｉ３Ｎ４膜２０４は、フルシリサイド化の前に除去する必要があるが、Ｓｉ３Ｎ４膜２０４が酸化されて表面にＳｉＯＮ膜２０５が形成されてしまうと、例えば熱リン酸溶液を用いるウエットエッチング等の方法でＳｉ３Ｎ４膜２０４を除去することが困難になる。また、フルシリサイド化の前に、例えばフッ酸を用いるウエットエッチングでＳｉＯＮ膜２０５を除去しようとすると、折角プラズマ酸化処理により形成したＳｉＯ２膜２０７もエッチングされて除去もしくは膜厚が減少してしまうおそれがある。【００５３】
以上のような理由から、プラズマ酸化処理装置１００を用いて窒化珪素とシリコンが露出する基板のＳｉ表面にＳｉＯ２膜２０７を形成する場合には、できるだけＳｉ３Ｎ４膜２０４が酸化されない条件でＳｉ基板２０１を酸化することが好ましい。本発明のプラズマ酸化処理方法によれば、プラズマ酸化処理装置１００を用いて処理圧力を例えば４００Ｐａ以上に制御することにより、図４Ａに示したようにＳｉ基板２０１とＳｉ３Ｎ４膜２０４との酸化比率を高い選択性で制御できるので、Ｓｉ基板２０１は酸化するが、Ｓｉ３Ｎ４膜２０４はほとんど酸化しない処理が可能になる。具体的には、ＳｉＯ２膜２０７の膜厚に対するＳｉＯＮ膜２０５の膜厚の比率が２０％以下の高選択酸化処理が可能であり、好ましくはＨ２／Ｏ２比が３以上において同比率を１０％以下にすることができる。従って、本発明のプラズマ酸化処理方法は、フルシリサイド化プロセスにおいて、Ｓｉ３Ｎ４膜は酸化せずにＳｉＯ２膜を選択的に形成する際に有利に利用できる。【００５４】
図６は、シリコン酸化膜に対してシリコンに選択的な窒化処理を行う本発明の選択的プラズマ処理方法に好適に利用可能なプラズマ窒化処理装置１０１の一例を模式的に示す断面図である。このプラズマ窒化処理装置１０１は、処理ガスの供給系が異なる以外は図１のプラズマ酸化処理装置１００と同様の構成であるため、相違点についてのみ説明をし、同一の構成については同じ符号を付して説明を省略する。【００５５】
プラズマ窒化処理装置１０１において、ガス供給系１６ｂは、例えばＡｒガス供給源１７ｂおよびＮ２ガス供給源１８ｂを有しており、ＡｒガスおよびＮ２ガスが、それぞれガスライン２０を介してガス導入部１５に至り、ガス導入部１５からチャンバー１内に導入される。ガスライン２０の各々には、マスフローコントローラ２１およびその前後の開閉バルブ２２が設けられている。なお、プラズマ窒化処理装置１０１においては、Ａｒガスに換えて、例えばＫｒガス、Ｘｅガス、Ｈｅガスなどの希ガスを用いることができる。また、Ｎ２ガスに換えて、例えばＮＨ３ガス、Ｎ２とＨ２との混合ガス、ヒドラジンなどの窒素含有ガスを用いることができる。【００５６】
本発明方法で使用するＲＬＳＡ方式のプラズマ窒化処理装置１０１においては、ウエハＷのシリコン（多結晶シリコンまたは単結晶シリコン）表面と酸化シリコン表面に対し、酸化シリコン表面を窒化せず、シリコン表面を選択的に窒化してシリコン窒化膜を形成する処理を行うことができる。以下、その手順について説明する。【００５７】
まず、ゲートバルブ２６を開にして搬入出口２５からシリコン表面および酸化シリコン表面を有するウエハＷをチャンバー１内に搬入し、載置台２上に載置する。そして、ガス供給系１６ｂのＡｒガス供給源１７ｂおよびＮ２ガス供給源１８ｂから、ＡｒガスおよびＮ２ガスを所定の流量でガス導入部１５を介してチャンバー１内に導入する。【００５８】
具体的には、例えばＡｒなどの希ガス流量を１００〜３０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、Ｎ２ガス流量を５〜５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）に設定し、チャンバー内を４００Ｐａ以上（３Ｔｏｒｒ以上）、好ましくは４００Ｐａ〜１３３３Ｐａ（３Ｔｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ）の処理圧力に調整し、ウエハＷの温度を２５０〜８００℃、好ましくは４００〜６００℃程度に加熱する。この際、処理圧力が４００Ｐａ未満の低圧では、後記実施例に示すように、イオンエネルギー、イオン密度および電子温度が比較的高くなるため、ウエハＷ上に既に存在するシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）に対するシリコンへの窒化の選択性が十分に得られない。【００５９】
次に、マイクロ波発生装置３９からのマイクロ波を、マッチング回路３８を経て導波管３７に導き、矩形導波管３７ｂ、モード変換器４０、および同軸導波管３７ａを順次通過させて内導体４１を介して平面アンテナ部材３１に供給し、平面アンテナ部材３１のマイクロ波放射孔３２から透過板２８を介してチャンバー１内におけるウエハＷの上方空間に放射させる。マイクロ波は、矩形導波管３７ｂ内ではＴＥモードで伝搬し、このＴＥモードのマイクロ波はモード変換器４０でＴＥＭモードに変換されて、同軸導波管３７ａ内を平面アンテナ部材３１に向けて伝搬されていく。この際のマイクロ波パワーは、例えば５００〜４０００Ｗとすることができる。【００６０】
平面アンテナ部材３１から透過板２８を経てチャンバー１に放射されたマイクロ波によりチャンバー１内で電磁界が形成され、ＡｒガスおよびＮ２ガスがプラズマ化する。この窒素含有プラズマは、マイクロ波が平面アンテナ部材３１の多数のマイクロ波放射孔３２から放射されることにより、略１×１０１０〜５×１０１２／ｃｍ３の高密度で、かつウエハＷ近傍では、略１．２ｅＶ以下の低電子温度プラズマとなる。このような高圧状態で形成される高選択性の窒素含有プラズマは、イオン成分が少なくイオンエネルギーが小さいため、イオン等によるプラズマダメージが小さいものである。そして、Ａｒ／Ｎ２プラズマ中の活性種、主としてＮラジカルの量を制御することによって、酸化シリコンを窒化せずに選択的にシリコン中に窒素が導入され、シリコン表面に均一にＳｉ３Ｎ４膜が形成される。【００６１】
本実施形態では、プラズマ窒化処理装置１０１を用い、シリコン（多結晶シリコンまたは単結晶シリコン）表面と酸化シリコン表面を有するウエハＷをプラズマにより窒化処理してシリコン表面にシリコン窒化膜の形成を行なうプラズマ処理において、処理圧力を４００Ｐａ以上、好ましくは４００〜１３３３Ｐａとすることによって、高選択性プラズマを生成してウエハＷ上に存在するシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）に対して高い選択性をもって（つまり、シリコン酸化膜をほとんど窒化させずに）、シリコンを窒化させることができる。【００６２】
以上のようにして、酸化シリコン表面を酸化せずに、単結晶シリコンや多結晶シリコンの表面に、良質なシリコン窒化膜を高い選択性をもって形成できる。従って、本実施形態のプラズマ窒化処理方法は、各種半導体装置の製造において、シリコン窒化膜を形成する場合に利用可能である。【００６３】
次に、図６に示すプラズマ窒化処理装置１０１を用い、ＷＶＧ（Ｗａｔｅｒ Ｖａｐｏｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）装置を用いて熱酸化処理することにより形成したＳｉＯ２膜（膜厚４ｎｍ）に対し、圧力を変化させてプラズマ窒化処理を実施した。その結果を図７Ａに示す。図７Ａの縦軸は、プラズマ窒化処理後の熱酸化膜中のＮドーズ量を示し、横軸は、シリコン基板上の窒化膜厚（屈折率２．０）を示している。【００６４】
本試験では、処理ガスとして、ＡｒとＮ２を含むガス系を用いた。処理ガスの比率は、Ａｒ／Ｎ２＝１０００／１００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）とした。処理圧力は、６．７Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）、１３３．３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）または４００Ｐａ（３Ｔｏｒｒ）とした。処理温度は４００℃または６００℃、マイクロ波パワーは３．４ｋＷとした。【００６５】
図７Ａより、処理圧力４００Ｐａの場合は、プラズマ窒化処理の処理温度にかかわらず、同圧力が６．７Ｐａや１３３．３Ｐａのときに比べて、ＳｉＯ２膜中のＮドーズ量が少ないことが示された。また、この傾向は、窒化膜厚の増加に伴って顕著となった。このことより、プラズマ窒化処理装置１０１を用いて窒化処理を行う際に、４００Ｐａ以上の高圧条件を採用することにより、ウエハ上に存在するＳｉＯ２膜へのＮの導入を抑制できることが判った。【００６６】
次に、図６に示すプラズマ窒化処理装置１０１を用い、ＳｉＯ２膜に対し、処理ガス流量および圧力を変化させてプラズマ窒化処理を実施した。その結果を図７Ｂに示す。図７Ｂの縦軸は、プラズマ窒化処理後の熱酸化膜中のＮドーズ量を示し、横軸は、全処理ガス中のＮ２流量比率（％）を示している。【００６７】
本試験では、処理ガスとして、ＡｒとＮ２を含むガス系を用いた。処理ガスの比率は、Ａｒ／Ｎ２＝１１５２／４８ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、１０００／２００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）または９００／３００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）とした。処理圧力は、１３．３Ｐａ、２６．７Ｐａ、４００Ｐａ、５３３Ｐａまたは８００Ｐａとした。処理温度は４００℃または５００℃、マイクロ波パワーは２．０ｋＷとした。【００６８】
図７Ｂより、処理ガス中のＮ２比率が高い方がＳｉＯ２膜中へのＮドーズ量が低くなり、選択性を高くできることがわかる。特にＮドーズ量を３×１０１５（ａｔｏｍｓ／ｃｍ２）以下とするためには、処理ガス中のＮ２流量比率を８％以上５０％以下とすることが好ましい。【００６９】
次に、本発明のプラズマ窒化処理の好適な適用例について、図８Ａ〜図８Ｃを参照しながら説明する。図８Ａ〜図８Ｃは、シリコン表面とシリコン酸化膜表面とを有する被処理体に対し、プラズマ窒化処理を行う工程を示す図面である。図８Ａに示すように、Ｓｉ基板２１０上には、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）２１１が形成され、その上にパターニングされたポリシリコン層２１２が形成されている。【００７０】
図８Ｂは、図６に示すものと同様の構成のプラズマ窒化処理装置１０１を用いて、ポリシリコン層２１２の表面にプラズマ窒化処理を行っている模様を示している。プラズマ窒化処理によって、図８Ｃに示すように、ポリシリコン層２１２の表面にはシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）２１３が形成される。ところが、従来のプラズマ窒化処理方法では、イオンエネルギーが高いプラズマで窒化されるので、シリコン酸化膜２１１の表面が窒化されてＳｉＯＮ膜２１４が形成されてしまう。このＳｉＯＮ膜２１４の形成を出来るだけ避けるためには、ポリシリコン層２１２のみを選択的に窒化し、シリコン酸化膜２１１を窒化しない条件で窒化処理を行うことが好ましい。【００７１】
そこで、プラズマ窒化処理装置１０１を使用し、本発明のプラズマ窒化処理方法を実施し、ポリシリコン層２１２の表面に形成されたＳｉ３Ｎ４膜２１３の膜厚と、シリコン酸化膜２１１表面に形成されたＳｉＯＮ膜２１４の膜厚とを比較した。この試験では、処理ガスとしてＡｒとＮ２を流量比（Ａｒ／Ｎ２）＝１０００／１００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）で用い、処理圧力は６．７Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）または４００Ｐａ（３Ｔｏｒｒ）とした。処理温度は４００℃、マイクロ波パワーは３．４ｋＷとした。【００７２】
処理圧力が６．７Ｐａの低圧処理の場合は、ポリシリコン層２１２表面のＳｉ３Ｎ４膜２１３の膜厚は１．６ｎｍであったのに対し、シリコン酸化膜２１１表面のＳｉＯＮ膜２１４の膜厚は１．３ｎｍであった。これに対して、処理圧力が４００Ｐａの高圧処理の場合は、ポリシリコン層２１２表面のＳｉ３Ｎ４膜２１３の膜厚は、同じく１．６ｎｍであったのに対し、シリコン酸化膜２１１表面のＳｉＯＮ膜２１４の膜厚は０．４ｎｍであった。Ｓｉ３Ｎ４膜２１３の膜厚に対するＳｉＯＮ膜２１４の膜厚の比率は、処理圧力が６．７Ｐａの場合は約８１％であり、処理圧力が４００Ｐａの場合は約２５％となった。この結果から、処理圧力が高い方がポリシリコン層２１２を選択的に窒化処理できることが確認された。特に４００Ｐａ〜１３３３Ｐａの処理圧力では、Ｓｉ３Ｎ４膜２１３の膜厚に対するＳｉＯＮ膜２１４の膜厚の比率を２５％以下に抑制できるので、高い選択性をもって優勢的にポリシリコン層２１２を窒化処理できることが示された。さらに、全ガス流量に対するＮ２の流量比は、０．０８以上０．５以下とすることが好ましい。【００７３】
本発明のプラズマ窒化処理方法によれば、プラズマ窒化処理装置１０１を用いて処理圧力を例えば高圧の４００Ｐａ〜１３３３Ｐａに制御することにより、ポリシリコン層２１２とシリコン酸化膜２１１（ＳｉＯ２）との窒化比率を制御できるので、ポリシリコン層２１２は酸化するが、シリコン酸化膜２１１はほとんど窒化しない処理が可能になる。具体的には、形成されるＳｉ３Ｎ４膜２１３の膜厚に対するＳｉＯＮ膜２１４の膜厚の比率を、２５％以下にすることが可能であり、好ましくは１０％以下にすることができる。従って、本発明のプラズマ窒化処理方法は、半導体デバイスの窒化プロセスにおいて、Ｓｉ３Ｎ４膜２１３を選択的に形成する際に有利に利用できる。【００７４】
以上のように、プラズマ酸化処理装置１００を用いるプラズマ処理またはプラズマ窒化処理装置１０１を用いるプラズマ処理の際に、処理圧力を４００Ｐａ以上、好ましくは４００Ｐａ〜１３３３Ｐａとすることにより、表面にシリコンと、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）層もしくは酸化シリコン（ＳｉＯ２）層とが露出した基板（ウエハＷ）に対して、酸化処理または窒化処理により、窒化シリコンを酸化せず、あるいは、酸化シリコンを窒化せずに、高い選択性をもってシリコンを優勢的に酸化処理または窒化処理することが可能になる。このような選択的プラズマ処理が可能になる理由として、処理圧力を制御することにより、プラズマのイオンエネルギーを低減できることが挙げられる。【００７５】
図９に、プラズマのイオンエネルギーと処理圧力との関係を測定した結果を示す。この試験では、直径３００ｍｍの平面アンテナ部材３１を備えたプラズマ窒化処理装置１０１において、処理ガスとしてＡｒとＮ２を流量比（Ａｒ／Ｎ２）＝１０００／４０で用い、マイクロ波パワー２ｋＷで窒素含有プラズマを生成させた。図９から、圧力とイオンエネルギーとの間には明確に相関関係があり、圧力に反比例してイオンエネルギーが低下することが見て取れる。【００７６】
プラズマを用いてシリコンを酸化処理または窒化処理する場合には、Ｓｉ−Ｓｉ結合の結合エネルギー（２．３ｅＶ）を超えるエネルギーを供給することが必要になる。プラズマ酸化処理やプラズマ窒化処理の場合、このエネルギーはプラズマのイオンエネルギーとして供給される。一方で、Ｓｉ−Ｏ結合の結合エネルギーは４．６ｅＶであり、Ｓｉ−Ｎ結合の結合エネルギーは３．５ｅＶである。【００７７】
従って、プラズマのイオンエネルギーが３．５ｅＶを超えるプラズマ酸化処理では、シリコンが酸化されるだけでなく、ウエハＷ上に存在しているＳｉ−Ｎ結合も切断されてＳｉ−Ｏ結合が形成される。つまり、Ｓｉ３Ｎ４膜が酸化されてＳｉＯＮ膜が形成されてしまう。しかし、プラズマのイオンエネルギーが３．５ｅＶ未満であれば、Ｓｉ３Ｎ４膜の酸化は起こりにくく、シリコンが選択的に酸化される。【００７８】
また、プラズマのイオンエネルギーが４．６ｅＶを超えるプラズマ窒化処理では、シリコンが窒化されるだけでなく、ウエハＷ上に存在しているＳｉ−Ｏ結合も切断されてＳｉ−Ｎ結合が生成する。つまり、ＳｉＯ２膜が窒化されてＳｉＯＮ膜が形成されてしまう。しかし、プラズマのイオンエネルギーが４．６ｅＶ未満であれば、ＳｉＯ２膜の窒化は起こりにくく、シリコンが選択的に窒化される。【００７９】
このように本発明では、プラズマ処理の際の処理圧力を調整することによって、プラズマのイオンエネルギーとラジカルの量を制御し、高い選択性をもってシリコンを選択的に酸化処理または窒化処理することができる。そして、複数のスロット（マイクロ波放射孔３２）を有する平面アンテナ部材３１にてマイクロ波を導入してプラズマを励起させる方式のプラズマ酸化処理装置１００およびプラズマ窒化処理装置１０１では、基板（ウエハＷ）近傍のプラズマの電子温度が低く、圧力によるイオンエネルギーの制御性に優れているので、本発明の選択的プラズマ処理において特に有利に利用できる。【００８０】
図１０Ａ〜図１０Ｄおよび図１１Ａ〜図１１Ｄは、本発明の選択的プラズマ処理方法のさらに別の実施形態を示している。
図１０Ａ〜図１０Ｄは、本発明の選択的プラズマ処理を、シリコン基板に形成したトレンチの内壁酸化膜を形成する際に適用した例である。図１０Ａに示すように、シリコン基板２２０上には、シリコン酸化膜２２１が形成され、その上に、たとえば熱ＣＶＤ法により堆積されたシリコン窒化膜２２２が形成されている。次に、シリコン窒化膜２２２上にレジスト（図示せず）を塗布し、フォトリソグラフィ技術により露光、現像してレジストをパターニングし、素子分離領域パターンに対応した開口を有するレジストパターンを形成した後、このレジストパターンをマスクとして異方性エッチングを行うことにより、図１０Ｂに示すように、シリコン窒化膜２２２をパターニングする。なお、レジストパターンは除去する。【００８１】
次に、シリコン窒化膜２２２をマスクとして、シリコン酸化膜２２１およびシリコン基板２２０をエッチングし、図１０Ｃに示すように、トレンチ２２３を形成する。そして、このトレンチ２２３の内壁面に、プラズマ酸化処理装置１００を用いて、前記と同様の本発明の処理条件でプラズマ酸化処理を行う。この際、処理圧力を制御することにより、トレンチ２２３内に露出したシリコンは酸化されるが、シリコン窒化膜２２２は酸化されない選択的プラズマ酸化処理が可能になる。これにより、図１０Ｄに示すように、トレンチ２２３内にのみ選択的にシリコン酸化膜２２４を形成できる。なお、酸化処理の後に、シリコン酸化膜２２４表面を窒化処理して、酸窒化膜としてもよい。【００８２】
図１１Ａ〜図１１Ｄは、本発明の選択的プラズマ処理を、シリコン基板に形成したトレンチの内壁酸化膜を形成する際に適用した別の例を示している。まず、図１１Ａに示すように、シリコン基板２３０を熱酸化することにより、その上にシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）２３１が形成される。次に、ＣＶＤ（化学気相成長；Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置を用いることにより、シリコン酸化膜２３１の上に、ポリシリコン層２３２を形成した後、さらに、その上に、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）層２３３が形成される。【００８３】
次に、図示しないレジストを窒化シリコン層２３３の上に塗布した後、フォトリソグラフィ技術によりレジストをパターニングし、レジストマスク（図示せず）を形成する。このレジストマスクをマスクとして用いて、異方性エッチングを実行することにより、図１１Ｂのように、窒化シリコン層２３３がパターニングされる。【００８４】
続いて、レジストマスクを除去した後、パターニングされた窒化シリコン層２３３をハードマスクとして用いて、反応性イオンエッチングを実行することにより、ポリシリコン層２３２とシリコン酸化膜２３１を、シリコン基板２３０が露出するまで除去し、さらに、反応性イオンエッチングを実行することにより、シリコン基板２３０にトレンチ２２４を形成する。【００８５】
次に、図１１Ｃに示すように、図１のプラズマ酸化処理装置１００を用いてトレンチ２２４の内壁面を前記と同様の本発明の処理条件でプラズマ酸化処理する。この際、処理圧力を制御することにより、トレンチ２２４内に露出したシリコンおよびポリシリコン層２３２の露出面は酸化されるが、シリコン窒化膜２３３は酸化されない選択的プラズマ酸化処理が可能になる。これにより、図１１Ｄに示すように、トレンチ２２４内およびポリシリコン層２３２にのみ選択的にシリコン酸化膜２２５を形成できる。なお、酸化処理の後に、シリコン酸化膜２２５表面を窒化処理して、酸窒化膜としてもよい。【００８６】
以上、本発明の実施形態を述べたが、本発明は上記実施形態に制約されることはなく、種々の変形が可能である。
たとえば、上記実施形態では、ＲＬＳＡ方式のプラズマ酸化処理装置１００およびプラズマ窒化処理装置１０１を用いたが、例えばリモートプラズマ方式、ＩＣＰプラズマ方式、ＥＣＲプラズマ方式、表面反射波プラズマ方式、マグネトロンプラズマ方式等のプラズマ処理装置であってもよい。なお、これらのプラズマ方式ではイオンエネルギーが大きいので、パルス状プラズマやプラズマ遮蔽板を用いてイオンエネルギーを低減したプラズマを利用することが好ましい。【００８７】
また、上記実施形態では被処理体として半導体ウエハに対して窒化処理を行う例を挙げたが、これに限るものではなく、例えば被処理体が液晶表示ディスプレイ（ＬＥＤ）に代表されるフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）用のガラス基板である場合にも応用可能であり、さらに被処理体が化合物半導体などである場合にも応用できる。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明の選択的プラズマ処理方法は、各種半導体装置の製造過程において好適に利用可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【国際調査報告】
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