(57)【要約】  シリコン層と、高融点金属含有層とを有する構造体に対し、少なくとも水素ガスと酸素ガスを含む処理ガスを用い、処理圧力１．３３〜６６．６７Ｐａで第１のプラズマ酸化処理を行なうことと、第１のプラズマ酸化処理の後で、少なくとも水素ガスと酸素ガスを含む処理ガスを用い、処理圧力１３３．３〜１３３３Ｐａで第２のプラズマ酸化処理を行なうことと、を含むプラズマ酸化処理を行ない、シリコン酸化膜を形成する。
2007099922.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、シリコン層と、金属含有層と、を有する構造物を酸化処理して、少なくとも前記シリコン層にシリコン酸化膜を形成するプラズマ酸化処理方法であって、
少なくとも水素ガスと酸素ガスを含む処理ガスを用い、処理圧力１．３３〜６６．６７Ｐａで第１のプラズマ酸化処理を行なうことと、
前記第１のプラズマ酸化処理を行った後、少なくとも水素ガスと酸素ガスを含む処理ガスを用い、処理圧力１３３．３〜１３３３Ｐａで第２のプラズマ酸化処理を行なうことと、
を含む、プラズマ酸化処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマ酸化処理方法において、前記シリコン層はポリシリコン層からなり、前記金属含有層は金属シリサイド層からなり、前記構造体はこれらが積層してなる積層体である、プラズマ酸化処理方法。
【請求項３】
請求項２に記載のプラズマ酸化処理方法において、前記金属シリサイド層はタングステンシリサイド層である、プラズマ酸化処理方法
【請求項４】
請求項２に記載のプラズマ酸化処理方法において、前記第１のプラズマ酸化処理の処理温度が２５０〜８００℃である、プラズマ酸化処理方法。
【請求項５】
請求項２に記載のプラズマ酸化処理方法において、前記第２のプラズマ酸化処理の処理温度が２５０〜８００℃である、プラズマ酸化処理方法。
【請求項６】
請求項２に記載のプラズマ酸化処理方法において、前記第１のプラズマ酸化処理では、前記ポリシリコン層の表面を酸化するとともに、前記金属シリサイド層の表面のシリコンを酸化し、前記ポリシリコン層の表面および前記金属シリサイド層の表面に、シリコン酸化膜を形成する、プラズマ酸化処理方法。
【請求項７】
請求項６に記載のプラズマ酸化処理方法において、前記第２のプラズマ酸化処理では、前記ポリシリコン層の表面および前記金属シリサイド層の表面の酸化をさらに進行させるとともに、前記ポリシリコン層のエッジ部の酸化を進行させる、プラズマ酸化処理方法。
【請求項８】
請求項１に記載のプラズマ酸化処理方法において、複数のスロットを有する平面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プラズマ処理装置を用いて行なう、プラズマ酸化処理方法。
【請求項９】
半導体基板の上に絶縁膜を形成することと、
この絶縁膜上に、少なくとも、ポリシリコン層および金属含有層を有する積層膜を形成することと、
前記積層膜をエッチング処理してポリシリコン層および金属シリサイド層の積層体を形成することと、
前記積層体に対し、少なくとも水素ガスと酸素ガスを含む処理ガスを用い、処理圧力１．３３〜６６．６７Ｐａで第１のプラズマ酸化処理を行なうことと、
前記第１のプラズマ酸化処理の後で、少なくとも水素ガスと酸素ガスを含む処理ガスを用い、処理圧力１３３．３〜１３３３Ｐａで第２のプラズマ酸化処理を行なうことと、
を含む、半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の半導体装置の製造方法において、前記金属含有層は金属シリサイド層である、半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の半導体装置の製造方法において、金属シリサイド層はタングステンシリサイド層である、半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の半導体装置の製造方法において、前記第１のプラズマ酸化処理の処理温度が２５０〜８００℃である、半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項１０に記載の半導体装置の製造方法において、前記第２のプラズマ酸化処理の処理温度が２５０〜８００℃である、半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１０に記載の半導体装置の製造方法において、前記第１のプラズマ酸化処理では、前記ポリシリコン層の表面を酸化するとともに、前記金属シリサイド層の表面のシリコンを酸化し、前記ポリシリコン層の表面および前記金属シリサイド層の表面に、シリコン酸化膜を形成する、半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の半導体装置の製造方法において、前記第２のプラズマ酸化処理では、前記ポリシリコン層の表面および前記金属シリサイド層の表面の酸化をさらに進行させるとともに、前記ポリシリコン層のエッジ部の酸化を進行させる、半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
請求項９に記載の半導体装置の製造方法において、複数のスロットを有する平面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プラズマ処理装置を用いて行なう、半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
請求項９に記載の半導体装置の製造方法において、前記半導体装置はＭＯＳ型トランジスタである、半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
請求項９に記載の半導体装置の製造方法において、前記ポリシリコン層は、第１のポリシリコン層と第２のポリシリコン層を有し、これらの間に絶縁膜が介在されている、半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
請求項１８の半導体装置の製造方法において、前記酸化膜はトンネル酸化膜である、半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
請求項１８の半導体装置の製造方法において、前記第１のポリシリコン層は、フローティングゲート電極であり、前記第２のポリシリコン層は、コントロールゲート電極である、半導体装置の製造方法。
【請求項２１】
請求項１８の半導体装置の製造方法において、前記絶縁膜は、酸化膜、窒化膜、酸化膜を順次積層してなる、半導体装置の製造方法。
【請求項２２】
請求項１８に記載の半導体装置の製造方法において、前記半導体装置はフラッシュメモリ素子である、半導体装置の製造方法。
【請求項２３】
下から順に酸化膜、第１のポリシリコン層、絶縁膜、第２のポリシリコン層、および金属含有層が順次形成された基板を酸化処理して、少なくとも前記第１および第２のポリシリコン層にシリコン酸化膜を形成するプラズマ酸化処理方法であって、
少なくとも水素ガスと酸素ガスを含む処理ガスを用い、処理圧力１．３３〜６６．６７Ｐａで第１のプラズマ酸化処理を行なうことと、
前記第１のプラズマ酸化処理の後、少なくとも水素ガスと酸素ガスを含む処理ガスを用い、処理圧力１３３．３〜１３３３Ｐａで第２のプラズマ酸化処理を行なうことと、
を含む、プラズマ酸化処理方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載のプラズマ酸化処理方法において、前記金属含有層は金属シリサイド層である、プラズマ酸化処理方法。
【請求項２５】
請求項２４に記載のプラズマ酸化処理方法において、金属シリサイド層はタングステンシリサイド層である、プラズマ酸化処理方法。
【請求項２６】
請求項２３に記載のプラズマ酸化処理方法において、前記第１のプラズマ酸化処理の処理温度が２５０〜８００℃である、プラズマ酸化処理方法。
【請求項２７】
請求項２３に記載のプラズマ酸化処理方法において、前記第２のプラズマ酸化処理の処理温度が２５０〜８００℃である、プラズマ酸化処理方法。
【請求項２８】
請求項２４に記載のプラズマ酸化処理方法において、前記第１のプラズマ酸化処理では、前記ポリシリコン層の表面を酸化するとともに、前記金属シリサイド層の表面のシリコンを酸化し、前記ポリシリコン層の表面および前記金属シリサイド層の表面に、シリコン酸化膜を形成する、プラズマ酸化処理方法。
【請求項２９】
請求項２８に記載のプラズマ酸化処理方法において、前記第２のプラズマ酸化処理では、前記ポリシリコン層の表面および前記金属シリサイド層の表面の酸化をさらに進行させるとともに、前記ポリシリコン層のエッジ部の酸化を進行させる、プラズマ酸化処理方法。
【請求項３０】
請求項２３に記載のプラズマ酸化処理方法において、複数のスロットを有する平面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プラズマ処理装置を用いて行なう、プラズマ酸化処理方法。
【請求項３１】
コンピュータ上で動作し、プラズマ処理装置を制御するプログラムが記憶された記憶媒体であって、
前記プログラムは、実行時に、少なくとも、シリコン層と、金属含有層と、を有する構造体を酸化処理して、少なくとも前記ポリシリコン層の表面にシリコン酸化膜を形成するプラズマ酸化処理方法であって、少なくとも水素ガスと酸素ガスを含む処理ガスを用い、処理圧力１．３３〜６６．６７Ｐａで第１のプラズマ酸化処理を行なうことと、前記第１のプラズマ酸化処理を行った後、少なくとも水素ガスと酸素ガスを含む処理ガスを用い、処理圧力１３３．３〜１３３３Ｐａで第２のプラズマ酸化処理を行なうことと、を含む、プラズマ酸化処理方法が行われるように、コンピュータに前記処理装置を制御させる、記憶媒体。
【請求項３２】
プラズマを用いて被処理体を処理するための真空排気可能な処理室と、
前記処理室内にマイクロ波を導入する複数のスロットを有する平面アンテナと、
前記処理容器内で、少なくとも、シリコン層と、金属含有層と、を有する構造体を酸化処理して、少なくとも前記ポリシリコン層の表面にシリコン酸化膜を形成するプラズマ酸化処理方法であって、少なくとも水素ガスと酸素ガスを含む処理ガスを用い、処理圧力１．３３〜６６．６７Ｐａで第１のプラズマ酸化処理を行なうことと、前記第１のプラズマ酸化処理を行った後、少なくとも水素ガスと酸素ガスを含む処理ガスを用い、処理圧力１３３．３〜１３３３Ｐａで第２のプラズマ酸化処理を行なうこととを含むプラズマ酸化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、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を処理するプラズマ酸化処理方法および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、ＬＳＩの高集積化、高速化の要請からＬＳＩを構成する半導体素子のデザインルールが益々微細化されている。それにともなって、ＤＲＡＭやフラッシュメモリ等に用いられるトランジスタのゲート電極の低抵抗化が求められている。ゲート電極としては、従来ポリシリコンが用いられていたが、ポリシリコンはシート抵抗が高いという欠点があった。そのため、抵抗値が低く、シリコンとの密着性、加工性に優れた金属として、タングステンなどの高融点金属のシリサイド層をポリシリコン層に積層することが提案されている。具体的には、例えばタングステンポリサイド（ＷＳｉ／ｐｏｌｙ−Ｓｉの積層膜）などの金属ポリサイド構造のゲート電極が注目されている。【０００３】
ところで、トランジスタのゲートは、一般にウエル、ゲート絶縁膜、ゲート電極の順に形成される。ゲート電極を形成するには、エッチング処理が施される。これにより、ゲート電極中のポリシリコン層の側面が露出するため、ゲート電極に電圧を印加すると、この露出部分で電界集中が生じ、リーク電流増大などの製品不良を引き起こす原因となる。このため、ゲート電極中のポリシリコンの露出部分を酸化して絶縁膜を形成する酸化処理を行なう必要がある。このポリシリコンの酸化は、従来熱酸化により行なわれていたが、最近ではプラズマを利用して行なうプラズマ酸化が提案されている（例えば、  ＷＯ２００４／０７３０７３号公報）【０００４】
プラズマによるポリシリコン層の酸化では、プラズマ酸化の条件を選択することにより、金属含有層の酸化を抑え、選択的にポリシリコン層のみを酸化することができるとともに、ポリシリコン層のエッジ部にバーズビークと呼ばれる酸化膜の食い込み部分が形成されるのを抑えることができる。【０００５】
ところが、プラズマによってポリシリコン層を酸化する際にバーズビークの形成が抑制され過ぎると、ポリシリコン層のエッジ部の形状がほとんど変化せずに鋭角的になり、この部位に電界が集中してリーク電流を増大させてしまうという問題が生じることがある。そのため、前記とは逆に、プラズマ酸化の条件を選択することにより、意図的にポリシリコン層のエッジ部において横方向へ酸化を進行させて、いわゆるバーズビークを形成することも行なわれている。【０００６】
しかしながら、金属ポリサイド構造のゲート電極に対し、プラズマ酸化処理によってポリシリコン層を酸化するとともに、そのエッジ部にバーズビークを形成しようとすると、比較的酸化作用が強い処理条件を選択しなければならないため、金属シリサイド層中の金属に対するポリシリコンの酸化の選択性が低下する。その結果、金属シリサイド層中の金属が酸化されてしまい、金属シリサイド層の膨張などの形状変化や、金属酸化物に起因するパーティクルの発生などの問題が生じ、半導体装置の信頼性を大きく低下させてしまう。
【発明の開示】
【０００７】
本発明の目的は、シリコン層と金属含有層を有する構造体中のシリコン層を酸化してシリコン酸化膜を形成する場合に、シリコン層のエッジ部の酸化膜を適度な厚さのバーズビーク形状としつつ、金属含有層中の金属の酸化を抑制することが可能なプラズマ酸化処理方法を提供することとにある。
【０００８】
本発明の第１の観点によれば、少なくとも、シリコン層と、金属含有層と、を有する構造物を酸化処理して、少なくとも前記シリコン層にシリコン酸化膜を形成するプラズマ酸化処理方法であって、少なくとも水素ガスと酸素ガスを含む処理ガスを用い、処理圧力１．３３〜６６．６７Ｐａで第１のプラズマ酸化処理を行なうことと、前記第１のプラズマ酸化処理を行った後、少なくとも水素ガスと酸素ガスを含む処理ガスを用い、処理圧力１３３．３〜１３３３Ｐａで第２のプラズマ酸化処理を行なうことと、を含む、プラズマ酸化処理方法が提供される。
【０００９】
本発明の第２の観点によれば、半導体基板の上に絶縁膜を形成することと、この絶縁膜上に、少なくとも、ポリシリコン層および金属含有層を有する積層膜を形成することと、前記積層膜をエッチング処理してポリシリコン層および金属シリサイド層の積層体を形成することと、前記積層体に対し、少なくとも水素ガスと酸素ガスを含む処理ガスを用い、処理圧力１．３３〜６６．６７Ｐａで第１のプラズマ酸化処理を行なうことと、前記第１のプラズマ酸化処理の後で、少なくとも水素ガスと酸素ガスを含む処理ガスを用い、処理圧力１３３．３〜１３３３Ｐａで第２のプラズマ酸化処理を行なうことと、を含む、半導体装置の製造方法が提供される。
【００１０】
本発明の第３の観点によれば、下から順に酸化膜、第１のポリシリコン層、絶縁膜、第２のポリシリコン層、および金属含有層が順次形成された基板を酸化処理して、少なくとも前記第１および第２のポリシリコン層にシリコン酸化膜を形成するプラズマ酸化処理方法であって、少なくとも水素ガスと酸素ガスを含む処理ガスを用い、処理圧力１．３３〜６６．６７Ｐａで第１のプラズマ酸化処理を行なうことと、前記第１のプラズマ酸化処理の後、少なくとも水素ガスと酸素ガスを含む処理ガスを用い、処理圧力１３３．３〜１３３３Ｐａで第２のプラズマ酸化処理を行なうことと、を含む、プラズマ酸化処理方法が提供される。
【００１１】
上記第１の観点において、典型的には、前記シリコン層はポリシリコン層からなり、前記金属含有層は金属シリサイド層からなり、前記構造体はこれらが積層してなる積層体である。金属シリサイド層としてはタングステンシリサイド層を用いることができる。
【００１２】
上記第１〜第３の観点において、シリコン層がポリシリコン層であり、金属含有層が金属シリサイドである場合に、前記第１のプラズマ酸化処理の処理温度、前記第２のプラズマ酸化処理の処理温度は２５０〜８００℃であることが好ましい。
【００１３】
また、前記第１のプラズマ酸化処理は、前記ポリシリコン層の表面を酸化するとともに、前記金属シリサイド層の表面のシリコンを酸化し、前記ポリシリコン層の表面および前記金属シリサイド層の表面に、シリコン酸化膜を形成するものであってよく、この場合、前記第２のプラズマ酸化処理は、前記ポリシリコン層の表面および前記金属シリサイド層の表面の酸化をさらに進行させるとともに、前記ポリシリコン層のエッジ部の酸化を進行させるようにすることができる。
【００１４】
また、上記第１〜第３の観点において、プラズマ酸化処理は、複数のスロットを有する平面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プラズマ処理装置を用いて行なうことができる。
【００１５】
上記第２の観点において、前記半導体装置として、ＭＯＳ型半導体装置を用いることができる。
【００１６】
上記第２の観点において、前記ポリシリコン層は、第１のポリシリコン層と第２のポリシリコン層を有し、これらの間に絶縁膜が介在されている構造とすることができる。この場合に、前記第１のポリシリコン層は、フローティングゲート電極を構成するものとすることができ、また前記第２のポリシリコン層は、コントロールゲート電極を構成するものとすることができる。さらに、前記絶縁膜としては、酸化膜、窒化膜、酸化膜を順次積層してなるものとすることができる。このような構造を有するものとしてフラッシュメモリ素子を挙げることができる。
【００１７】
本発明の第４の観点によれば、プラズマ処理装置を制御するプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、少なくとも、シリコン層と、金属含有層と、を有する構造体を酸化処理して、少なくとも前記ポリシリコン層の表面にシリコン酸化膜を形成するプラズマ酸化処理方法であって、少なくとも水素ガスと酸素ガスを含む処理ガスを用い、処理圧力１．３３〜６６．６７Ｐａで第１のプラズマ酸化処理を行なうことと、前記第１のプラズマ酸化処理を行った後、少なくとも水素ガスと酸素ガスを含む処理ガスを用い、処理圧力１３３．３〜１３３３Ｐａで第２のプラズマ酸化処理を行なうことと、を含む、プラズマ酸化処理方法が行われるように、コンピュータに前記処理装置を制御させる、記憶媒体が提供される。
【００１８】
本発明の第５の観点によれば、プラズマを用いて被処理体を処理するための真空排気可能な処理室と、前記処理室内にマイクロ波を導入する複数のスロットを有する平面アンテナと、前記処理容器内で、少なくとも、シリコン層と、金属含有層と、を有する構造体を酸化処理して、少なくとも前記ポリシリコン層の表面にシリコン酸化膜を形成するプラズマ酸化処理方法であって、少なくとも水素ガスと酸素ガスを含む処理ガスを用い、処理圧力１．３３〜６６．６７Ｐａで第１のプラズマ酸化処理を行なうことと、前記第１のプラズマ酸化処理を行った後、少なくとも水素ガスと酸素ガスを含む処理ガスを用い、処理圧力１３３．３〜１３３３Ｐａで第２のプラズマ酸化処理を行なうこととを含むプラズマ酸化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、プラズマ処理装置が提供される。
【００１９】
本発明によれば、少なくとも、シリコン層と、金属含有層とを有する構造体を酸化処理して、ポリシリコン層の表面にシリコン酸化膜を形成する際に、上記のような２段階のプラズマ酸化処理を行うことにより、シリコン層のエッジ部の酸化を適度に制御して、その部分の酸化膜を適度な厚みのバーズビーク形状としつつ、高融点金属含有層中の金属の酸化を抑制することが可能になる。
【００２０】
すなわち、処理圧力の異なる２段階のプラズマ酸化処理では、まず、金属に対してシリコン酸化の選択性が高い条件の第１のプラズマ酸化処理で金属含有層、典型的には金属シリサイド層の表面に酸化膜を形成しておくことによって、これが保護膜として機能し、第１のプラズマ酸化処理よりも高い圧力で行なわれる第２のプラズマ酸化処理で金属シリサイド中の金属が酸化することを抑制することができる。したがって、金属酸化物によるパーティクルの発生や金属シリサイド層の膨張などを防止することができる。
【００２１】
また、第１のプラズマ酸化処理よりも高い圧力で行なわれる第２のプラズマ酸化処理では、シリコン層のエッジ部の酸化を積極的に進めることができるので、シリコン層のエッジ部の酸化膜を適度な厚さのバーズビーク形状とすることができる。これにより、半導体装置におけるリーク電流を抑制して電気的特性の向上を図ることが可能となる。
【００２２】
また、複数のスロットを有する平面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プラズマ処理装置を使用する場合には、高密度のプラズマによる低電子温度での処理が可能になるため、基板へのダメージが少なく、かつ制御性良く酸化膜を形成することができ、特に制御性良くシリコン膜のエッジ部にバーズビーク形状の酸化膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明方法の実施に適したプラズマ処理装置の一例を示す概略断面図。
【図２】平面アンテナ部材の構造を示す図面。
【図３】ゲート電極の構造を模式的に示す図面。
【図４Ａ】プラズマ酸化処理前のゲート電極を模式的に示す図。
【図４Ｂ】第１の酸化工程後のゲート電極を模式的に示す図。
【図４Ｃ】第２の酸化工程後のゲート電極を模式的に示す図。
【図５】プラズマ酸化処理の主要な工程手順を示すフローチャート。
【図６Ａ】６．７Ｐａで処理した場合のゲート電極のポリシリコン層下部のエッジ部分の形状を示すＴＥＭ写真。
【図６Ｂ】４００Ｐａで処理した場合のゲート電極のポリシリコン層下部のエッジ部分の形状を示すＴＥＭ写真。
【図７】ＸＰＳ装置を用いた表面分析によるタングステン２ｐスペクトルのグラフ図。
【図８】ＸＰＳ装置を用いた表面分析によるタングステン２ｐスペクトルのグラフ図。
【図９Ａ】フラッシュメモリ素子の構造を模式的に示す図。
【図９Ｂ】図９Ａに示すフラッシュメモリ素子にプラズマ酸化処理を施した状態を示す図。
【図１０】酸化処理後のフラッシュメモリ素子の状態を示すＴＥＭ写真。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
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低ダメージのプラズマ処理が可能である。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。【００２５】
上記プラズマ処理装置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。【００２６】
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、熱伝導性の高い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等の誘電体で構成されている。【００２７】
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を均一に加熱する。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。【００２８】
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バッフルプレート８が環状に設けられ、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。【００２９】
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１６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１６は、例えばＡｒガス供給源１７、Ｏ２ガス供給源１８およびＨ２ガス供給源１９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ガスなどの他の希ガスを用いることもできる。【００３０】
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。【００３１】
チャンバー１の側壁には、プラズマ処理装置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。【００３２】
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。【００３３】
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３１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。【００３４】
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。【００３５】
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。【００３６】
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。【００３７】
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。【００３８】
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。【００３９】
プラズマ処理装置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。【００４０】
また、プロセスコントローラ５０には、プラズマ処理装置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。【００４１】
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。【００４２】
このように構成されたプラズマ処理装置１００は、８００℃以下の低温で下地膜等へのダメージフリーなプラズマ処理を進めることができるとともに、プラズマ均一性に優れており、プロセスの均一性を実現できる。【００４３】
このプラズマ処理装置１００は、上述したように、例えばゲート電極のポリシリコン層の酸化処理に好適に利用可能なものである。ゲート電極としては、ＬＳＩの高集積化、高速化にともなうデザインルールの微細化の要請から、ゲート電極の側壁酸化の高精度の制御およびゲート電極の低抵抗化が求められており、図３に示すような、Ｓｉ基板６１上にゲート絶縁膜６２を介してポリシリコン層６３を形成し、さらにその上に金属含有層としてタングステンシリサイド（ＷＳｉ）層６４を形成したタングステンポリサイド構造のゲートが用いられている。金属含有層を構成する金属としては、タングステンに限らず、例えば、モリブデン、タンタル、チタンのような他の高融点金属を挙げることができる。また、高融点以外の他の金属であってもよい。また、これらのシリサイドの他、ナイトライド、合金、単体金属等を成膜したゲート電極でもよい。
なお、図３において、符号６７はゲート電極をエッチングする際に用いられる、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）などの絶縁膜からなるハードマスク層、符号６８は選択酸化により形成されたシリコン酸化膜である。【００４４】
次に、本発明方法による半導体装置の製造工程を、ＭＯＳ型半導体装置（ＭＯＳ電界効果型トランジスタ）を構成するゲート電極を例にとって説明する。図４Ａ〜４Ｃは、タングステンシリサイド層６４を有するタングステンポリサイド構造にシリコン酸化膜６８が形成される様子を模式的に示している。図４Ａはエッチング後のゲート電極２００を示している。符号６１はＳｉ基板である。【００４５】
ゲート電極２００の作製手順としては、まず、Ｓｉ基板６１に、ｐ型不純物またはｎ型不純物がドープされたＰ＋またはＮ＋ウエル領域（拡散領域；図示せず）が形成され、次いで熱酸化処理等により、ゲート絶縁膜６２（ＳｉＯ２膜）が形成される。ゲート絶縁膜６２上にはＣＶＤによりポリシリコンを成膜して、ポリシリコン層６３を形成し、その上にさらに、ゲート電極２００を高速化するため比抵抗を下げる目的で、高融点電極材料であるタングステンシリサイド層６４を形成する。タングステンシリサイド層６４の形成には、例えば、タングステンシリサイド層６４を直接堆積して成膜するＣＶＤ法や、タングステン膜をスパッタ法で成膜した後、熱アニール処理によりタングステンシリサイド層６４を形成する方法などが利用できる。【００４６】
タングステンシリサイド層６４の上には、窒化シリコンなどのハードマスク層６７を形成し、さらにフォトレジスト膜（図示せず）を形成しておく。【００４７】
その後、フォトリソグラフィーによりフォトレジスト膜をマスクとしてハードマスク層６７をエッチングし、さらにフォトレジスト膜＋ハードマスク層６７またはハードマスク層６７をマスクとしてタングステンシリサイド層６４、ポリシリコン層６３を順次エッチングしてゲート電極２００を形成する。一連のエッチング処理により、ゲート電極２００の側面にはポリシリコン層６３およびタングステンシリサイド層６４の側壁が露出し、さらにゲート絶縁膜６２もエッチングされた状態となっている。【００４８】
このように形成されたゲート電極２００に対し、プラズマ処理装置１００を用い、処理圧力を変えて第１の酸化工程と第２の酸化工程を実施する。このプラズマ酸化処理の主要な工程手順を図５に示す。
まず、ゲートバルブ２６を開にして搬入出口２５からゲート電極２００が形成されたウエハＷをチャンバー１内に搬入し、サセプタ２上に載置する（ステップＳ１）。そして、第１の酸化工程を実施する。第１の酸化工程では、まず、チャンバー１内を真空引きし（ステップＳ２）、ガス供給系１６のＡｒガス供給源１７、Ｏ２ガス供給源１８およびＨ２ガス供給源１９から、Ａｒガス、Ｈ２ガス、およびＯ２ガスを所定の流量でガス導入部材１５を介してチャンバー１内に導入する（ステップＳ３）。この際の条件としては、例えば流量は、Ａｒガス：０〜２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、Ｈ２ガス：１０〜５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、Ｏ２ガス：１０〜５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）とすることが好ましい。ここで、Ｈ２とＯ２の流量比（Ｈ２／Ｏ２）は１以上とすることが好ましく、２以上、例えば２〜８とすることがより好ましい。このようにＨ２の量をＯ２の量以上とすることで、複数の膜に対する最適な酸化処理に制御することができる。【００４９】
次に、チャンバー１内を第１の酸化工程の処理圧力に設定する（ステップＳ４）。タングステンシリサイド層６４中のタングステンの酸化を抑制し、シリコンのみを酸化してタングステンシリサイド層６４の表面に酸化膜を形成する観点から、チャンバー内圧力は１．３３〜６６．６７Ｐａとすることが好ましく、１．３３〜６．６７Ｐａがより好ましい。また、同じ観点で、処理温度（ウエハ温度として）は２５０〜８００℃とすることが好ましく、３００〜５００℃とすることがより好ましい。【００５０】
次いで、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に導く。この際、マイクロ波パワーは、１０００〜４０００Ｗとすることが好ましい。マイクロ波は、矩形導波管３７ｂ、モード変換器４０、および同軸導波管３７ａを順次通って平面アンテナ部材３１に供給され、平面アンテナ部材３１からマイクロ波透過板２８を経てチャンバー１内におけるウエハＷの上方空間に放射される。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。【００５１】
平面アンテナ部材３１のマイクロ波放射孔３２からマイクロ波透過板２８を経てチャンバー１に向けて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、Ｈ２ガス、ＡｒガスおよびＯ２ガスがプラズマ化する（ステップＳ５）。このプラズマによりウエハＷのゲート電極２００に露出したポリシリコン層６３の側壁を選択的に酸化し、シリコン酸化膜を形成する（ステップＳ６）。このマイクロ波プラズマは、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の電子密度あるいはそれ以上の高密度のプラズマとなり、その電子温度は、０．７〜２ｅＶ程度、プラズマ密度の均一性は、±５％以下である。従って、低温かつ短時間でポリシリコン層６３表面を選択的に酸化してシリコン酸化膜６８を形成することができる。さらに、下地膜へのイオン等のプラズマダメージが小さいというメリットもある。このようにして、図４Ｂに示すように、タングステンシリサイド層６４中のタングステンの酸化を抑制しつつ、露出するポリシリコン層６３の表面に、選択的にシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）６８を形成することができる。【００５２】
このように低温、短時間で、かつＨ２を含むガスにより形成される高密度プラズマによりポリシリコン層６３表面の酸化処理を行うので、タングステン（Ｗ）の酸化によるＷＯｘ（ＷＯ３、ＷＯ２またはＷＯ）の形成を極力抑えて高精度の処理を行うことができる。【００５３】
処理ガス中の水素がタングステンの酸化を抑制する機構については、下記の式（１）および式（２）の反応によるものと考えられる。
つまり、処理ガスがＡｒ／Ｏ２の場合には、式（１）のみの反応が起こるため、タングステンが酸化され、ＷＯ３となる。しかし、処理ガスがＡｒ／Ｏ２／Ｈ２の場合は、式（２）の反応が起こり、式（１）で生成したＷＯ３がＨ＊と反応してＷＯ３を還元する反応が生じ、タングステンを生成する方向に反応が進むため、タングステンの酸化が抑制される。
Ｗ  ＋  ３Ｏ＊  →  ＷＯ３  ・・・  （１）
ＷＯ３  ＋  ３Ｈ＊  →  Ｗ＋３ＯＨ＊  ・・・（２）【００５４】
このように、低圧力条件で処理することにより、図４Ｂのゲート電極２０１に示すように、タングステンシリサイド層６４中のシリコンを選択的に酸化しつつタングステンシリサイド層６４の表面にもシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）を薄く形成することが可能になる。【００５５】
すなわち、上記低圧力処理において、Ｈ２／Ｏ２比を１以上、好ましくは２〜８とすることにより、タングステン等の金属に対する酸化レートに対してシリコンの酸化レートを高くしてシリコンの酸化の選択性を高め、図４Ｂに示すように、ポリシリコン層６３だけでなく、タングステンシリサイド層６４（およびハードマスク層６７）の表面にもシリコン酸化膜６８が形成される。ここで、タングステンシリサイド層６４の表面のシリコン酸化膜６８は、後で行なわれる第２の酸化工程において、タングステンシリサイド層６４中のタングステン（Ｗ）の酸化を抑制する保護膜として機能させることができる。【００５６】
シリコン酸化膜６８が所定の膜厚になるまでプラズマ酸化処理を行なった後、マイクロ波パワーを切（オフ）にして第１の酸化工程を終了させる（ステップＳ７）。【００５７】
次に、第１の酸化工程の後は、ゲート酸化膜の両端においてバーズビーク形状部分を形成するために、高圧力条件で酸化処理を第２の酸化工程を行なう。
まず、チャンバー１内を真空引きし（ステップＳ８）、次にガス供給系１６のＡｒガス供給源１７、Ｏ２ガス供給源１８およびＨ２ガス供給源１９から、Ａｒガス、Ｈ２ガスおよびＯ２ガスを所定の流量でガス導入部材１５を介してチャンバー１内に導入する（ステップＳ９）。次に、チャンバー１内を所定の圧力に設定する（ステップＳ１０）。第２の酸化工程では、第１の酸化工程の処理圧力よりも相対的に高い圧力に設定し、酸化処理を行なう。【００５８】
第２の酸化工程の条件としては、チャンバー内圧力は１３３．３〜１３３３Ｐａの高圧力とすることが好ましく、２６６．６〜６６６．５Ｐａがより好ましい。また、処理温度（ウエハ温度として）は２５０〜８００℃とすることが好ましく、３００〜５００℃がより好ましい。その他の条件として、例えば流量は、Ａｒガス：０〜２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、Ｈ２ガス：１０〜５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、Ｏ２ガス：１０〜５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）とすることが好ましい。ここで、Ｈ２とＯ２の流量比（Ｈ２／Ｏ２）は１以上とすることが好ましく、２以上、例えば２〜８がより好ましい。【００５９】
なお、第２の酸化工程は、第１の酸化工程を行なったプラズマ処理装置１００の同一チャンバー内で引き続き実施することができるが、第１の酸化工程とは別のプラズマ処理装置において実施することも可能である。【００６０】
次いで、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に導く。この際、マイクロ波パワーは１００〜４０００Ｗとすることが好ましい。そして、第１の酸化工程と同様に、平面アンテナ部材３１からマイクロ波透過板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、Ｈ２ガス、ＡｒガスおよびＯ２ガスがプラズマ化する（ステップＳ１１）。このプラズマによりさらに酸化を進行させるが、この際には第１の酸化工程よりも高い処理圧力にして酸化処理することにより、ポリシリコン層６３の下面エッジ部の酸化を進行させてゲート酸化膜の両端部に適度なバーズビーク形状部分６９を形成する（ステップＳ１２）。また、このときのプラズマ酸化処理により、シリコン酸化膜６８自体の膜厚も多少増大する。これにより、図４Ｃに示すゲート電極２０２のような状態となる。【００６１】
また、前記のように、第１の酸化工程において、タングステンシリサイド層６４の表面にも選択的にシリコン酸化膜６８が形成されており、このシリコン酸化膜６８が、第２の酸化工程ではタングステンシリサイド層６４中のタングステン（Ｗ）の酸化を抑制する保護膜として機能する。従って、タングステンシリサイド層６４中のタングステンの酸化（酸化物ＷＯｘが生成して飛散する）が抑制され、当該酸化物に起因するウエハＷのパーティクル汚染や、タングステンシリサイド層６４の膨張などが回避される。よって、ゲート電極２０２を用いる半導体装置の信頼性を確保することができる。また、処理チャンバー１内のパーティクル汚染も抑制できる。【００６２】
シリコン酸化膜６８が所定の膜厚になるまでプラズマ酸化処理を行なった後、マイクロ波パワーを切（オフ）にして第２の酸化工程を終了させる（ステップＳ１３）。その後、チャンバー１内を真空引きし（ステップＳ１４）、ゲートバルブ２６を開にして搬入出口２５よりウエハＷを搬出する（ステップＳ１５）。このようにして１枚のウエハＷに対する処理が終了する。【００６３】
次に、本発明の基礎となった試験結果について説明する。
図４Ａと同様の構造のゲート電極２００に対し、図１に示すプラズマ処理装置１００を用い、処理圧力を変えてポリシリコン層６３の側壁酸化を実施した。処理圧力は、低圧の６．７Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）および高圧の４００Ｐａ（３Ｔｏｒｒ）とした。【００６４】
プラズマ酸化処理における処理ガスとしては、ＡｒとＯ２とＨ２とを流量比Ａｒ／Ｏ２／Ｈ２＝１０００／１００／２００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）で供給し、処理温度は、設定温度６００℃（ウエハ温度４５０℃）で、プラズマへの供給パワーは３４００Ｗ、処理時間はポリシリコン層６３の側壁に形成されるシリコン酸化膜６８の膜厚が１０ｎｍとなるように設定した。【００６５】
プラズマ酸化処理の前後において、ポリシリコン層６３の下部のエッジ部分の形状をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）により観察したところ、図６Ａに示すように、低圧条件（６．７Ｐａ）では、エッジ部分（丸囲んだ部位）の酸化が進まず、バーズビーク形状部分は形成されなかったが、図６Ｂに示すように、高圧条件（４００Ｐａ）ではエッジ部分（同上）の酸化が進み、バーズビーク形状部分が形成されたことが確認された。【００６６】
次に、シリコン基板上にタングステン層を形成したウエハを準備し、プラズマ処理装置１００を用いて処理圧力を変えてプラズマ酸化処理を実施した。処理圧力は、６．７Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）および４００Ｐａ（３Ｔｏｒｒ）とした。プラズマ酸化処理における処理ガスとしては、ＡｒガスとＯ２ガスとＨ２ガスとを流量比Ａｒ／Ｏ２／Ｈ２＝１０００／１００／２００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、処理温度は設定温度６００℃（ウエハ温度４５０℃）で、プラズマへの供給パワーは３４００Ｗ、処理時間はポリシリコン層６３の側壁に形成されるシリコン酸化膜６８の膜厚が１０ｎｍとなるように設定した。【００６７】
図７と図８は、プラズマ処理の前後において、前記ブランケットウエハのセンター（中心）とエッジ（周縁）におけるタングステン層をＸＰＳ分析装置（X-Ray Photoelectron Spectroscopy Analysis）により表面分析した結果を示している。図７はプラズマ酸化処理の処理圧力を６．７Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）とした場合の結果であり、図８は、処理圧力を４００Ｐａ（３Ｔｏｒｒ）とした場合の結果である。なお、両図において、曲線ＡはＡｓ  ｄｅｐｏ（未処理；酸化を行なっていない状態）の測定結果を示し、曲線Ｃはプラズマ処理後のセンター部の測定結果を示し、曲線Ｅはプラズマ処理後のエッジ部の測定結果を、それぞれ示している。【００６８】
図７と図８の比較から、低圧条件（図７；６．７Ｐａ）では、プラズマ処理後のタングステン（Ｗ）のピークがＡｓ ｄｅｐｏに比べて大きく、還元性を有してタングステンの酸化が抑制されているが、高圧条件（図８；４００Ｐａ）では、Ａｓ
ｄｅｐｏに比べＷＯｘのピークが大きく、低圧条件（６．７Ｐａ）に比べると還元性が不十分であり、タングステンが酸化されていることが確認された。【００６９】
以上の基礎実験の結果を総合すると、プラズマ処理装置１において、ポリシリコン層６３のエッジ部の酸化膜にバーズビーク形状部分を形成するためには、低圧条件（６．７Ｐａ）よりも高圧条件（４００Ｐａ）でプラズマ酸化処理を行なうことが好ましく、他方で、低圧条件（６．７Ｐａ）では、タングステン（Ｗ）の酸化が進行し難いため、例えばタングステンシリサイド層６４中に含まれるタングステンの酸化を抑制しながら、シリコンのみを酸化する目的に適していることが確認された。従って、低圧条件（１．３３〜６６．６７Ｐａ）での酸化処理と、高圧条件（１３３．３〜１３３３Ｐａ）での酸化処理を組合せることにより、タングステンシリサイド層６４のタングステンの酸化を抑制しながら、ポリシリコン層６３の下面のゲート酸化膜６２のエッジ部に適度なバーズビーク形状部分を形成できることが推測された。【００７０】
次に、本発明の効果を確認した試験結果について説明する。
フラッシュメモリ素子を作成し、図１のプラズマ処理装置１００を用いて処理圧力を変えて２ステップのプラズマ酸化処理を実施した。
この試験では、図９Ａに示すような構造のフラッシュメモリ素子３００に対してプラズマ酸化処理を実施した。
すなわち、シリコン基板３０１上には、ＬＯＣＯＳ酸化膜３０２によって区画されたメモリセル領域にトンネル酸化膜３０４が所定膜厚で形成されており、トンネル酸化膜３０４の上には、フローティングゲートとしての第１のポリシリコン層３０５（ＦＧ  Ｐｏｌｙ）が形成され、さらにその上に、第１のシリコン酸化膜３０６、窒化膜３０７、第２のシリコン酸化膜３０８が順に形成され、いわゆるＯＮＯ積層構造の絶縁膜（ＯＮＯ積層膜３３０）が形成されている。さらに、ＯＮＯ積層膜３３０の上に、コントロールゲートとしての第２のポリシリコン層３０９（ＣＧ  Ｐｏｌｙ）、およびタングステンシリサイド層３１０（ＷＳｉ）が形成されている。さらに、タングステンシリサイド層３１０（ＷＳｉ）の上には、ＳｉＮ等のエッチストッパ層（図示せず）が形成されている。そして、エッチング等によって、第１のポリシリコン層３０５（ＦＧ  Ｐｏｌｙ）および第２のポリシリコン層３０９（ＣＧ  Ｐｏｌｙ）と、タングステンシリサイド層３１０（ＷＳｉ）の側面が露出した構造に形成されている。【００７１】
次に、ポリシリコンおよびタングステンシリサイドが露出した上記構造のシリコン基板３０１をチャンバー１内に搬入し、処理圧力を６．７Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）、処理ガスとしてＡｒとＯ２とＨ２とを用い、流量比Ａｒ／Ｏ２／Ｈ２＝１０００／１００／２００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）とし、処理温度は設定温度８００℃（ウエハ温度６５０℃）で、プラズマへの供給パワーは３．４ｋＷ、処理時間はシリコン基板３０１に形成される酸化膜の膜厚が４ｎｍとなるように設定して、チャンバー１内で低圧条件の第１の酸化工程を実施した。【００７２】
第１の酸化工程の後で、処理圧力を４００Ｐａ（３Ｔｏｒｒ）、処理ガスとしてＡｒとＯ２とＨ２とを用い、流量比Ａｒ／Ｏ２／Ｈ２＝１０００／１００／２００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）とし、処理温度は、設定温度８００℃（ウエハ温度６５０℃）で、プラズマへの供給パワーは３．４ｋＷ、処理時間はシリコン基板３０１に形成される酸化膜の膜厚が８ｎｍとなるように設定し、チャンバー１内で高圧条件の第２の酸化工程を実施し、第１のポリシリコン層３０５（ＦＧ  Ｐｏｌｙ）および第２のポリシリコン層３０９（ＣＧ  Ｐｏｌｙ）と、タングステンシリサイド層３１０（ＷＳｉ）の露出面に選択的にシリコン酸化膜を形成した。【００７３】
上記のようにプラズマ酸化処理したフラッシュメモリ素子３００をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）により観察した。その結果を図１０に示した。この図１０より、フローティングゲートとしての第１のポリシリコン層３０５（ＦＧ  Ｐｏｌｙ）、コントロールゲートとしての第２のポリシリコン層３０９（ＣＧ  Ｐｏｌｙ）およびタングステンシリサイド層３１０（ＷＳｉ）の側部には、略均一な膜厚でシリコン酸化膜が形成されていることが確認された。また、タングステンシリサイド層３１０（ＷＳｉ）の膨張は見られず、タングステン（Ｗ）の酸化が抑制されていた。【００７４】
第１のポリシリコン層３０５（ＦＧ  Ｐｏｌｙ）の下部のエッジ部分（図１０中、丸印で囲む部位）では酸化が進み、バーズビーク形状部分が形成されていた。以上の結果から、低圧条件と高圧条件の２ステップのプラズマ酸化処理を実施することにより、タングステンなどの高融点金属の酸化が抑制され、パーティクルの発生や形状異常を回避できることが確認された。また、ポリシリコン層のエッジ部に適度なバーズビークを形成できるので、エッジ部分からのリーク電流の増加が抑制され、微細化への対応も可能な信頼性の高いフラッシュメモリ素子を製造できることが確認できた。【００７５】
以上のプラズマ酸化処理後のフラッシュメモリ素子３００を模式的に示すと図９Ｂのようになる。すなわち、フローティングゲートとしての第１のポリシリコン層３０５（ＦＧ  Ｐｏｌｙ）の側壁にはシリコン酸化膜３１１が均一な厚さで形成され、コントロールゲートとしての第２のポリシリコン層３０９（ＣＧ  Ｐｏｌｙ）の側壁にはシリコン酸化膜３１２が均一な厚さで形成され、タングステンシリサイド層３１０（ＷＳｉ）の側壁には極薄いシリコン酸化膜３１３が均一な厚さで形成されていた。また、第１のポリシリコン層３０５（ＦＧ  Ｐｏｌｙ）下面のトンネル酸化膜３０４のエッジ部にはバーズビーク形状部分３１１ａが形成され、第１のポリシリコン層３０５上面の第１のシリコン酸化膜３０６のエッジ部にはバーズビーク形状部分３１１ｂが形成されていた。さらにコントロールゲートとしての第２のポリシリコン層３０９（ＣＧ  Ｐｏｌｙ）下面の第２のシリコン酸化膜３０８のエッジ部にはバーズビーク形状部分３１２ａが形成されていた。【００７６】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、本発明をポリシリコン層とタングステンシリサイド層の積層体の酸化処理に適用した例について示したが、これに限らず、タングステンシリサイド層の代わりに他の高融点金属のシリサイド層を用いることができるし、シリサイド以外の金属含有層を用いることもできる。また、ポリシリコン層以外のシリコン層を用いてもよい。さらに、上記実施形態ではポリシリコン層とタングステンシリサイド層とが積層体を形成する例について示したが、必ずしも積層している必要はない。さらにまた、プラズマ処理装置としては、ＲＬＳＡマイクロ波プラズマ処理装置に限らず、ＩＣＰ（誘導結合型プラズマ）方式、表面波プラズマ方式、ＥＣＲプラズマ方式、マグネトロン方式などの種々のプラズマ処理装置を用いることも可能である。【００７７】
さらにまた、本発明は、トランジスタのゲート電極やフラッシュメモリ素子以外に、例えば、金属シリサイド中の金属の酸化を抑制しつつ、シリコンを含む材料を選択的に酸化させる必要のある種々の半導体装置の製造に適用可能である。さらに半導体基板としてはシリコン基板に限らず化合物半導体基板を用いることができ、また、半導体基板に限らず、液晶装置用のガラス基板等の他の基板にも適用可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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