(57)【要約】【課題】  プラズマ処理によって形成される酸化膜や窒化膜において膜厚の疎密差が生じにくいプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供する。【解決手段】  プラズマ酸化処理装置１００は、ウエハＷを収容し、内部でプラズマ処理を行なう真空保持可能なチャンバー１と、このチャンバー１内でウエハＷを載置する載置台２と、複数のマイクロ波透過孔３２を有し、チャンバー１内にマイクロ波を導入する平面アンテナ部材３１と、載置台２との間に形成されるプラズマ処理空間を区画する透過板２８と、を備えており、この載置台２と透過板２８上のウエハＷとの間隔（ギャップＧ）が２０ｍｍ以上１００ｍｍ以下である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体を収容し、内部でプラズマ処理を行なう真空保持可能な処理容器と、
前記処理容器内で被処理体を載置する載置台と、
複数のスロットを有し、前記処理容器内にマイクロ波を導入する平面アンテナと、
前記処理容器内に処理ガスを導入するガス導入手段と、
前記載置台に対向して設けられた天板と、
を備え、
前記載置台に被処理体を載置した状態で、被処理体と前記天板との間隔が２０ｍｍ以上１００ｍｍ以下になるようにしたことを特徴とする、プラズマ処理装置。
【請求項２】
被処理体と前記天板との間隔が２０ｍｍ以上８０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記処理容器内に突出し、前記天板を支持する支持部をさらに備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記天板は、前記支持部を覆うように形成された突出部を有することを特徴とする請求項３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記突出部の突出長さが２０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
被処理体と前記天板との間に電子温度が１．２ｅＶ以下のプラズマが生成されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記載置台の表面が石英で覆われていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
被処理体を収容し、内部でプラズマ処理を行なう真空保持可能な処理容器と、前記処理容器内で被処理体を載置する載置台と、複数のスロットを有し、前記処理容器内にマイクロ波を導入する平面アンテナと、前記処理容器内に処理ガスを導入するガス導入手段と、前記載置台に対向して配備された天板とを備え、前記載置台に被処理体を載置した状態で、被処理体と前記天板との間隔が２０ｍｍ以上１００ｍｍ以下になるようにしたプラズマ処理装置を準備する工程と、
前記載置台に被処理体を載置する工程と、
前記処理容器内に処理ガスを導入する工程と、
前記処理容器内にマイクロ波を導入して電子温度１．２ｅＶ以下のプラズマを形成する工程と、
該プラズマにより被処理体に対しプラズマ処理を施す工程と
を含むプラズマ処理方法。
【請求項９】
被処理体と前記天板との間隔が２０ｍｍ以上８０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項８に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１０】
被処理体は表面にシリコンを有し、前記プラズマは酸素含有プラズマであり、前記プラズマ処理は被処理体表面のシリコンに対する酸化処理であることを特徴とする請求項８または請求項９に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１１】
被処理体はポリシリコン層を含むゲート電極を有し、前記プラズマ処理により、ポリシリコン層の側壁酸化処理を行うことを特徴とする請求項１０に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１２】
処理ガスは、少なくとも希ガスと酸素ガスと水素ガスを含むことを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１３】
プラズマ処理の際の処理容器内のガス圧力を１．３３〜１３３．３３Ｐａとすることを特徴とする請求項１０から請求項１２のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１４】
プラズマ処理の際の処理容器内のガス圧力を１．３３〜６６．６６Ｐａとすることを特徴とする請求項１３に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１５】
被処理体は表面にシリコンを有し、前記プラズマは窒化含有プラズマであり、前記プラズマ処理は被処理体表面のシリコンに対する窒化処理であることを特徴とする請求項８または請求項９に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１６】
プラズマ処理の際の処理容器内のガス圧力を１．３３〜１３３．３３Ｐａとすることを特徴とする請求項１５に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１７】
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、
前記プラズマ処理装置は、被処理体を収容し、内部でプラズマ処理を行なう真空保持可能な処理容器と、前記処理容器内で被処理体を載置する載置台と、複数のスロットを有し、前記処理容器内にマイクロ波を導入する平面アンテナと、前記処理容器内に処理ガスを導入するガス導入手段と、前記載置台に対向して配備された天板とを備え、前記載置台に被処理体を載置した状態で、被処理体と前記天板との間隔が２０ｍｍ以上１００ｍｍ以下になるようにしたものであり、
前記プログラムは、実行時に、前記載置台に被処理体を載置することと、前記処理容器内に処理ガスを導入することと、前記処理容器内にマイクロ波を導入して電子温度１．２ｅＶ以下のプラズマを形成することと、該プラズマにより被処理体に対しプラズマ処理を施すこととを含むプラズマ処理方法が行われるように、コンピュータに前記プラズマ処理装置を制御させることを特徴とする記憶媒体。
【請求項１８】
被処理体に対し、プラズマ処理を行なうプラズマ処理装置であって、
被処理体を収容し、内部でプラズマ処理を行なう真空保持可能な処理容器と、
前記処理容器内で被処理体を載置する載置台と、
複数のスロットを有し、前記処理容器内にマイクロ波を導入する平面アンテナと、
前記処理容器内に処理ガスを導入するガス導入手段と、
前記載置台に対向してその上方に、該載置台に載置された状態の被処理体との間隔が２０ｍｍ以上１００ｍｍ以下となるように配置された天板と、
前記処理容器内で、マイクロ波励起高密度プラズマを励起させ、１．３３Ｐａ〜６６．６６Ｐａの処理圧力でプラズマ処理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。
【請求項１９】
被処理体と前記天板との間隔が２０ｍｍ以上８０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１８に記載のプラズマ処理装置。
【請求項２０】
前記処理容器内に突出し、前記天板を支持する支持部をさらに備えることを特徴とする請求項１８または請求項１９に記載のプラズマ処理装置。
【請求項２１】
前記天板は、前記支持部を覆うように形成された突出部を有する請求項２０に記載のプラズマ処理装置。
【請求項２２】
前記突出部の突出長さが２０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項２１に記載のプラズマ処理装置。
【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形成するために用いられるプラズマ処理装置および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、熱酸化処理、熱窒化処理のほかに、近年の半導体装置製造時の低温化、低サーマルバジェット化の要請により、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（例えば、特許文献１、特許文献２）。
【特許文献１】特開２０００−２６０７６７号公報（特許請求の範囲など）
【特許文献２】特開２００３−１１５５８７号公報（特許請求の範囲など）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
プラズマを用いてシリコンを酸化処理あるいは窒化処理するプラズマ処理に特有の現象として、マイクロローディング効果が顕著に現れ、被処理体上に形成された疎密のあるパターンや、溝のアスペクト比（溝の幅に対する深さの比）に相違があるパターンにおいて、疎な部分あるいは低アスペクト比の部分と、密な部分あるいは高アスペクト比の部分で酸化膜や窒化膜の膜厚に差（以下、これらを総称して「疎密差」と記すことがある）が生じるという問題があった。この場合、密な部分あるいは高アスペクト比の部分では、疎な部分あるいは低アスペクト比の部分に比べて膜厚が薄くなってしまうことから、リーク電流の増大など半導体装置の性能に影響を与え、信頼性を低下させるため、その改善が大きな問題となっている。
【０００４】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、プラズマ処理によって形成される酸化膜や窒化膜において、膜厚の疎密差が生じにくいプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点は、被処理体を収容し、内部でプラズマ処理を行なう真空保持可能な処理容器と、
前記処理容器内で被処理体を載置する載置台と、
複数のスロットを有し、前記処理容器内にマイクロ波を導入する平面アンテナと、
前記処理容器内に処理ガスを導入するガス導入手段と、
前記載置台に対向して設けられた天板と、
を備え、
前記載置台に被処理体を載置した状態で、被処理体と前記天板との間隔が２０ｍｍ以上１００ｍｍ以下になるようにしたことを特徴とする、プラズマ処理装置を提供する。
【０００６】
上記第１の観点において、被処理体と前記天板との間隔が２０ｍｍ以上８０ｍｍ以下であることが好ましい。前記処理容器内に突出し、前記天板を支持する支持部をさらに備えることができ、前記天板は、前記支持部を覆うように形成された突出部を有するように構成することができる。この場合に、前記突出部の突出長さが２０ｍｍ以上であることが好ましい。
【０００７】
また、上記第１の観点において、被処理体と前記天板との間に電子温度が１．２ｅＶ以下のプラズマが生成されるようにすることができる。また、前記載置台の表面が石英で覆われるように構成することができる。
【０００８】
本発明の第２の観点では、被処理体を収容し、内部でプラズマ処理を行なう真空保持可能な処理容器と、前記処理容器内で被処理体を載置する載置台と、複数のスロットを有し、前記処理容器内にマイクロ波を導入する平面アンテナと、前記処理容器内に処理ガスを導入するガス導入手段と、前記載置台に対向して配備された天板とを備え、前記載置台に被処理体を載置した状態で、被処理体と前記天板との間隔が２０ｍｍ以上１００ｍｍ以下になるようにしたプラズマ処理装置を準備する工程と、
前記載置台に被処理体を載置する工程と、
前記処理容器内に処理ガスを導入する工程と、
前記処理容器内にマイクロ波を導入して電子温度１．２ｅＶ以下のプラズマを形成する工程と、
該プラズマにより被処理体に対しプラズマ処理を施す工程と
を含むプラズマ処理方法を提供する。
【０００９】
上記第２の観点において、被処理体と前記天板との間隔が２０ｍｍ以上８０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１０】
また、上記第２の観点において、被処理体は表面にシリコンを有し、前記プラズマは酸素含有プラズマであり、前記プラズマ処理は被処理体表面のシリコンに対する酸化処理であるものとすることができる。この場合に、被処理体はポリシリコン層を含むゲート電極を有し、前記プラズマ処理により、ポリシリコン層の側壁酸化処理を行うものとすることができる。処理ガスとしては、少なくとも希ガスと酸素ガスと水素ガスを含むものとすることができる。また、プラズマ処理の際の処理容器内のガス圧力を１．３３〜１３３．３３Ｐａとすることができ、１．３３〜６６．６６Ｐａとすることが好ましい。
【００１１】
さらに、上記第２の観点において、被処理体は表面にシリコンを有し、前記プラズマは窒化含有プラズマであり、前記プラズマ処理は被処理体表面のシリコンに対する窒化処理であるものとすることができる。この場合に、プラズマ処理の際の処理容器内のガス圧力を１．３３〜１３３．３３Ｐａとすることができる。
【００１２】
本発明の第３の観点では、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、
前記プラズマ処理装置は、被処理体を収容し、内部でプラズマ処理を行なう真空保持可能な処理容器と、前記処理容器内で被処理体を載置する載置台と、複数のスロットを有し、前記処理容器内にマイクロ波を導入する平面アンテナと、前記処理容器内に処理ガスを導入するガス導入手段と、前記載置台に対向して配備された天板とを備え、前記載置台に被処理体を載置した状態で、被処理体と前記天板との間隔が２０ｍｍ以上１００ｍｍ以下になるようにしたものであり、
前記プログラムは、実行時に、前記載置台に被処理体を載置することと、前記処理容器内に処理ガスを導入することと、前記処理容器内にマイクロ波を導入して電子温度１．２ｅＶ以下のプラズマを形成することと、該プラズマにより被処理体に対しプラズマ処理を施すこととを含むプラズマ処理方法が行われるように、コンピュータに前記プラズマ処理装置を制御させることを特徴とする記憶媒体を提供する。
【００１３】
本発明の第４の観点では、被処理体に対し、プラズマ処理を行なうプラズマ処理装置であって、
被処理体を収容し、内部でプラズマ処理を行なう真空保持可能な処理容器と、
前記処理容器内で被処理体を載置する載置台と、
複数のスロットを有し、前記処理容器内にマイクロ波を導入する平面アンテナと、
前記処理容器内に処理ガスを導入するガス導入手段と、
前記載置台に対向してその上方に、該載置台に載置された状態の被処理体との間隔が２０ｍｍ以上１００ｍｍ以下となるように配置された天板と、
前記処理容器内で、マイクロ波励起高密度プラズマを励起させ、１．３３Ｐａ〜６６．６６Ｐａの処理圧力でプラズマ処理が行なわれるように制御する制御部と、
を備えた、プラズマ処理装置を提供する。
【００１４】
上記第４の観点において、被処理体と前記天板との間隔が２０ｍｍ以上８０ｍｍ以下であることが好ましい。前記処理容器内に突出し、前記天板を支持する支持部をさらに備えることができ、前記天板は、前記支持部を覆うように形成された突出部を有するように構成することができる。この場合に、前記突出部の突出長さが２０ｍｍ以上であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、被処理体を収容し、内部でプラズマ処理を行なう真空保持可能な処理容器と、処理容器内で被処理体を載置する載置台と、複数のスロットを有し、処理容器内にマイクロ波を導入する平面アンテナと、処理容器内に処理ガスを導入するガス導入手段と、載置台に対向して配備された天板と、を備えたプラズマ処理装置において、載置台に被処理体を載置した状態で、被処理体と前記天板との間隔が２０ｍｍ以上１００ｍｍ以下になるようにしたので、被処理体上に形成された疎密のあるパターンや、溝のアスペクト比（溝の幅に対する深さの比）に相違があるパターンにおいて、疎な部分あるいは低アスペクト比の部分と、密な部分あるいは高アスペクト比の部分で酸化膜や窒化膜の膜厚に差が生じることがなく、均一な成膜が可能になる。
従って、本発明のプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を用いることにより、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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、このプラズマ酸化処理装置１００は、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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。この載置台２は、例えば石英などの材質からなるサセプタカバー２ａにより覆われており、ＡｌＮ等によるパーティクルの発生を防止できるようになっている。また、載置台２の外縁部にはウエハＷをガイドするためのガイドリング４が設けられている。
【００１９】
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（ＴＣ）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。
【００２０】
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図示しない多数の排気孔を有するバッフルプレート８が環状に設けられ、このバッフルプレート８は、石英からなり、複数の支柱９により支持されている。
【００２１】
チャンバー１の側壁には環状をなすガス導入部材１５が設けられており、このガス導入部材１５にはガス供給系１６ａが接続されガス導入手段を構成している。なお、ガス導入部材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材１５に至り、ガス導入部材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。
【００２２】
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内を所定の真空度、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。
【００２３】
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。
【００２４】
チャンバー１の上部には開口部が設けられ、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側に突出する環状の支持部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透過板２８がシール部材（後述）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。
【００２５】
透過板２８は、載置台２と対向するように配置され、載置台２との間に形成されるプラズマ処理空間の上限を区画する天板として機能する。この透過板２８の下面（ウエハＷに対向する面）の中央部分には、皿状の凹部２８ａが形成されており、透過するマイクロ波の拡散を制御してプラズマを均一化できるようになっている。透過板２８の薄い部分の厚みは、定在波の発生や透過板２８の強度を考慮すると、λｇ／４以上の厚さとすることが好ましい。
【００２６】
また、透過板２８の周縁には、下方に垂下するように環状に突出した周縁凸部２８ｂが形成されている。この周縁凸部２８ｂは、アッパープレート２７の支持部２７ａを覆うように形成されている。アッパープレート２７には、Ａｌ合金などの金属部材が使用され、支持部２７ａがプラズマ形成空間に露出した状態となっている。このため、支持部２７ａがプラズマに曝されることによって、スパッタリングされてＡｌなどの金属汚染が生じないように周縁凸部２８ｂによって被覆保護している。周縁凸部２８ｂとアッパープレート２７の壁との間隔は、プラズマが生成されない距離まで近接させることが好ましく、例えば１０ｍｍ以下が好ましく、より好ましくは１ｍｍ以下とすることができる。
【００２７】
支持部２７ａがチャンバー１の内側に突出させることにより、透過板２８のマイクロ波導入口をウエハよりも大きく載置台２と同程度の必要最小限の大きさにしつつ、チャンバー１内部の水平方向の大きさを極力大きくすることができ、基板に対して均一なプラズマを生成して均一なプラズマ処理が可能である。支持部２７ａの突出長さは２０ｍｍ以上であることが好ましい。
なお、透過板２８の下面は、フラットに形成することもできる。
【００２８】
透過板２８の上方には、円板状の平面アンテナ部材３１が設けられている。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のような導体からなり、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。
【００２９】
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。また、例えば被処理基板がＬＣＤ用の矩形ガラス基板である場合には、マイクロ波放射孔３２を直線状に配置することもできる。
【００３０】
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。
【００３１】
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導波管の機能を有するシールド蓋体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（後述）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。
【００３２】
図３は、チャンバー１の上部、すなわち、シールド蓋体３４、遅波材３３、平面アンテナ部材３１、透過板２８およびアッパープレート２７の接合構造を示す要部断面図である。アッパープレート２７の支持部２７ａには、透過板２８が、Ｏリングなどのシール部材７１を介して気密に支持されている。
また、環状の押え部材２９は、透過板２８の縁部を上からＯリングなどのシール部材７３を介して押さえ込むとともに、アッパープレート２７に、シール部材７２を介して、ボルトなどの固定部材８１によって固定されている。金属製のスパイラルシールドリングなどのシール部材７２は、押え部材２９に形成された溝内に嵌め込まれている。このシール部材７２によって、平面アンテナ部材３１のマイクロ波放射孔３２より放射されたマイクロ波が、透過板２８からアッパープレート２７と押え部材２９との接合面を介して外部へ漏洩することが防止されている。このスパイラルシールドリングは、例えば螺旋状のステンレス材により形成されており、マイクロ波に対して高い遮蔽性能を持つ。
【００３３】
シールド蓋体３４の下には、平面アンテナ部材３１、遅波材３３が順に配置され、これらは内導体４１（図１参照）により中央部で固定されている。そして、平面アンテナ部材３１の外周部は、下側からボルト等の固定部材８２によりシールド蓋体３４に固定されている。また、平面アンテナ部材３１は、透過板２８の上に配置される。透過板２８内の外周には、環状の落ち込み部２８ｃが形成されており、そこにボルトなどの固定部材８２が嵌合される。
また、シールド蓋体３４は、その外周部の径外方向に突起した凸部３４ｂの上面３４ｃから、スパイラルシールドリングなどのシール部材７５を介し、断面視Ｌ字型をした環状の押え部材３５によって押さえ込まれており、押え部材３５はボルトなどの固定部材８３によって押え部材２９に固定されている。これにより、シールド蓋体３４と遅波材３３が固定される。押え部材３５と押え部材２９との間、および押え部材３５とシールド蓋体３４との接合面に、それぞれスパイラルシールドリングなどのシール部材７４，７５を配置することでマイクロ波の漏洩が防止されている。
なお、シールド蓋体３４は上下二つのパーツに分離して構成されており、両者の接合によって冷却水流路３４ａを形成できるように、ボルト８４によって固定され、接合部はＯリングなどのシール部材７６でシールされている。
【００３４】
このようなチャンバー１上部の接合構造により、平面アンテナ部材３１からマイクロ波が漏出することが抑制されている。これにより、パワーロスを抑制し、マイクロ波を効率良く高出力で供給することが可能になり、高真空状態で高密度でのプラズマ処理を行えるようになっている。
【００３５】
図１を参照するに、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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
本実施形態のプラズマ酸化処理装置１００では、載置台２上に載置されたウエハＷとこれに対向配備された透過板２８との間隔（ギャップＧ）が、例えば２０〜１００ｍｍ、好ましくは２０〜８０ｍｍになるように設定している。平面アンテナ部材３１から導入されるマイクロ波により励起された処理ガスのプラズマは、プラズマ処理空間を透過板２８の直近位置から載置台２に載置されたウエハＷへ向けて降下していくが、図４に示すように、プラズマの電子温度は、透過板２８との距離が近い領域では極端に高く、透過板２８から約２０ｍｍ以上離れると１．２ｅＶ以下に低下して安定化する。従って、ギャップＧが２０ｍｍ未満である場合には、高電子温度のプラズマ（例えば電子温度１．２ｅＶ超のプラズマ）が直接ウエハＷに作用することにより、ウエハＷにプラズマダメージが発生する場合がある。
【００４１】
一方、ギャップＧが８０ｍｍを超えると、疎な部分と密な部分での酸化膜厚の差が生じやすくなり、ギャップＧが１００ｍｍを超えると、ウエハＷ上に形成された疎密のあるパターンにおいて、疎な部分と密な部分での酸化膜厚の差が許容でき難くなる。また、ウエハＷ上に形成された溝のアスペクト比（溝の幅に対する深さの比）に相違があるパターンにおいても、低アスペクト比の部分と高アスペクト比の部分で差が生じる。疎密差が生じると、密な部分あるいは高アスペクト比の部分では、疎な部分あるいは低アスペクト比の部分に比べて膜厚が薄くなり、半導体装置の性能に影響を与え、その信頼性を低下させる要因になる。
【００４２】
このような疎密差が生じる原因として、プラズマ中の酸素イオン、酸素ラジカルなどの酸化種や、酸化をアシストする水素イオン、水素ラジカルなどがパターン密部や高アスペクト比溝の底付近に十分に供給されないことが考えられる。特に酸化反応のアシスト種である水素イオンや水素ラジカルは失活しやすいため、ギャップＧが大きい場合にはパターン密部や高アスペクト比溝の底付近に到達する前に失活し、酸化反応に寄与できなくなってしまう。
【００４３】
また、ギャップＧが大きくなるに従い、徐々に酸化レートも低下していくので、この観点からもギャップＧを広げすぎることは好ましくない。
以上のことから、本実施形態ではギャップＧを、従来の１３０〜１５０ｍｍよりも狭い１００ｍｍ以下、好ましくは８０ｍｍ以下に設定することにより、前記酸化種やアシスト種の供給を促し、ウエハＷ上のパターンの疎密やアスペクト比に関わりなく、酸化膜厚の均一化を図っている。なお、本実施形態においては、載置台２にサセプタカバー２ａを設けたので、ギャップＧを従来の１３０〜１５０ｍｍに比較して狭い２０〜１００ｍｍ、さらには２０〜８０ｍｍに設定してもパーティクルの発生を十分に防止することができる。
【００４４】
また、ギャップＧを２０〜１００ｍｍ、好ましくは２０〜８０ｍｍに設定することに加え、処理圧力を１３３．３３Ｐａ以下とすることが好ましく、１．３３〜６６．６６Ｐａとすることがより好ましい。これによって、実用上十分な酸化レートを得ることが可能になる。
【００４５】
さらに、ギャップＧをより好ましい２０〜８０ｍｍに設定することの効果は、処理圧力が１．３３〜６６．６６Ｐａ程度の低圧側において特に顕著に発現する。その理由は、処理圧力が上記範囲よりも高圧側、例えば４００Ｐａでは、プラズマ中の酸化種やアシスト種の絶対数が大きくなるので、シリコンの酸化反応が反応律速の状態となり、疎密差自体が生じ難くなるのに対し、処理圧力が１．３３〜６６．６６Ｐａと低圧側では、シリコンの酸化反応が供給律速の状態となるため、ギャップＧを２０ｍｍ〜８０ｍｍにして、パターンが密に形成された部分や、高アスペクト比の溝の奥（底部）にまで前記酸化種やアシスト種の供給を増加させることによる、疎密差改善効果が大きくなるためである。
【００４６】
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表面のシリコン（多結晶シリコンまたは単結晶シリコン）を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。
【００４７】
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材１５を介してチャンバー１内に導入する。
【００４８】
具体的には、例えばＡｒなどの希ガス流量を５００〜２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、Ｏ２ガス流量を５〜２００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、必要に応じＨ２ガス流量を５〜２００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）に設定し、チャンバー内を１．３３Ｐａ〜６６．６６Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ〜５００ｍＴｏｒｒ）の処理圧力に調整し、ウエハＷの温度を２００〜８００℃、好ましくは２５０〜５００℃程度に加熱する。
【００４９】
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１０００〜４０００Ｗとすることができる。
【００５０】
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。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の高プラズマ密度で、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。このようにして形成されるマイクロ波励起プラズマは、イオン等によるプラズマダメージが少ないものである。そして、プラズマ中の活性種、主としてＯラジカルの作用によって、シリコン中に酸素が導入され、シリコン表面に均一にＳｉＯ２膜が形成される。
【００５１】
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）をプラズマにより酸化処理してシリコン酸化膜の形成を行なうプラズマ処理において、ギャップＧを２０〜１００ｍｍ、好ましくは２０〜８０ｍｍに設定することによって、ウエハＷ上に存在するライン＆スペースのパターンやアスペクト比の異なるトレンチパターンなどにおいて、疎密差を生じさせずに、シリコンを酸化することができる。
【００５２】
以上のようにして、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過程において、種々の用途のシリコン酸化膜を形成する場合に利用可能である。例えば、プラズマ酸化処理装置１００は、トランジスタのゲート電極のポリシリコン層の側壁の酸化処理や、ＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）によるトレンチ内部の酸化膜形成、キャパシタ下部電極のポリシリコン酸化、フラッシュメモリ素子の側壁酸化などに好適に利用可能なものである。
【００５３】
ゲート電極としては、例えばシリコンウエハなどのＳｉ基板上にゲート絶縁膜を介してポリシリコン層を形成したものや、Ｓｉ基板上にゲート絶縁膜を介してポリシリコン層を形成し、さらにその上にタングステンシリサイド（ＷＳｉ）などの金属シリサイド層を形成したポリサイド構造や、Ｓｉ基板上にゲート絶縁膜を介してポリシリコン層を形成し、さらにその上層にタングステンナイトライド（ＷＮ）などのバリア層およびタングステン（Ｗ）などの金属層を順次形成した、高速なデバイスに用いられる抵抗の低いポリメタルゲート構造やメタルゲート構造等を挙げることができる。
【００５４】
また、タングステン（Ｗ）等の金属を含むゲート電極の場合に、プラズマ酸化処理装置１００を用い、高密度プラズマによりＨ２を含むガス配合でポリシリコンの酸化処理を行うことにより、タングステン（Ｗ）の酸化によるＷＯｘ（ＷＯ３、ＷＯ２、またはＷＯ）の昇華を極力抑えて極めて高精度の処理を行うことができる。
【００５５】
次に、本発明方法を利用した半導体装置の製造工程を、ＤＲＡＭ等の半導体装置のＭＯＳ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５〜図７は、ゲート電極２００に選択的に酸化膜６８が形成される様子を模式的に示すものである。図５はエッチング後のゲート電極２００を示している。
【００５６】
ゲート電極２００の作製手順としては、まず、Ｓｉ基板６１に、不純物がドープされてＰ＋またはＮ＋とされたウエル領域（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）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によりタングステン層６６を形成する。タングステン層６６の形成には、例えばＣＶＤ法やスパッタ法が利用できる。タングステン層６６に代えてタングステンシリサイド（ＷＳｉ）を用いることもできる。なお、タングステン層６６を形成する前に、その界面でＷとＳｉとの相互拡散によりシリサイド化が生じ、高抵抗のＷＳｉが拡散することを防止するために、予めポリシリコン層６３の上に極薄の拡散バリア層６５として、例えば窒化膜（ＳｉＮ膜）を形成しておく。この例では、タングステンナイトライドをバリア層６５に用いている。なお、この窒化膜（ＳｉＮ膜）は、ポリシリコンをＮＨ３、Ｎ２、またはＮ２とＨ２との混合ガスなどを用いて窒化させることによって形成してもよい。また、この場合、後記実施形態のプラズマ窒化処理装置１０１（図１０）を用いてプラズマ窒化処理を行なってもよい。
【００５７】
タングステン層６６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。
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層６６、バリア層６５、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層６６の側壁が露出し、さらにゲート絶縁膜６２もエッチングにより除去されＳｉ基板６１表面が露出した状態となっている。
【００５８】
このように形成されたゲート電極２００に対し、図６に示すように、プラズマ酸化処理装置１００により、水素ガスと酸素ガスとを所定の流量比となるように制御しながらプラズマ酸化処理を行なう。ここで、タングステンの酸化を抑制しつつポリシリコンのみを選択的に酸化する観点から、Ｈ２とＯ２の流量比（Ｈ２／Ｏ２）は１以上とすることがよく、２以上、例えば２〜８とすることが好ましい。
【００５９】
プラズマ酸化処理条件としては、酸化膜のウエハＷの面上における均一性、特にゲートパターンの疎密によるポリシリコン層６３側壁の酸化膜厚の差（疎密差）を解消するために、ギャップＧを、２０〜１００ｍｍ、好ましくは２０〜８０ｍｍに設定する。
【００６０】
このような条件でプラズマ酸化処理を行なうことにより、酸化膜６８がポリシリコン層６３の表面に選択的に、かつゲートパターンの疎密にかかわりなく均一に形成される。タングステン層６６およびバリア層６５の側壁には酸化膜は形成されず、図７に示されるようなゲート電極２１０となる。なお、Ｓｉ基板およびＳｉＮ表面にも、若干の酸化膜が形成される。タングステン層６６に代えて、他の高融点材料、例えば、モリブデン、タンタル、チタン、それらのシリサイド、ナイトライド、合金等を成膜したゲート電極についても同様に処理できる。
【００６１】
次に、本発明の基礎となった実験データについて説明を行う。図１のプラズマ酸化処理装置１００を用い、図８の平面図に示すようなライン＆スペースのテストパターンＴＰを作成した。ポリシリコン層６３（ライン）の幅は０．１５μｍ、ラインどうしの間隔（スペース）は０．１５μｍとした。このテストパターンＴＰに対し、図１に示すプラズマ酸化処理装置１００を用い、ギャップＧを変えてポリシリコン層６３の側壁酸化を実施した。ギャップＧは、７９ｍｍ、１０５ｍｍ、１３４ｍｍの３通りとした。
【００６２】
プラズマ酸化処理における処理ガスの流量は、Ａｒ／Ｏ２／Ｈ２＝１０００／１０／１０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、処理温度（基板処理温度）は２５０℃で、プラズマへの供給パワーは３ｋＷ、処理時間はベアシリコン基板表面にシリコン酸化膜を６ｎｍの厚さで形成できるように設定した。酸化処理後のポリシリコン層６３の側壁の酸化膜の膜厚を、テストパターンＴＰのオープン部位Ｏｐと密集部位Ｄｅとに分けて、それぞれ測定した。
【００６３】
図９に、各ギャップＧで酸化処理を行った後のポリシリコン層６３の側壁の酸化膜の膜厚と、テストパターンＴＰのオープン部位Ｏｐと密集部位Ｄｅとの該酸化膜の膜厚の比率（疎密比）を示す。なお、図９における縦軸の疎密比（％）は、密集部位Ｄｅの酸化膜厚をオープン部位Ｏｐの酸化膜厚に対する百分率で表わしたものであり、その値が１００に近い程、疎密差が少なく、均一な酸化膜が形成されたことを示している。
【００６４】
図９より、ギャップＧが小さくなるに従って疎密比が上昇する傾向にあり、ギャップＧが７９ｍｍの場合は、疎密比が１００％に近く少なくなっており、密集部位Ｄｅとオープン部位Ｏｐとで略同等の膜厚で側壁酸化膜が得られていることが確認された。このことから、ギャップＧを１００ｍｍ以下、特に８０ｍｍ以下とすることによって、疎密差を小さくして均一な膜厚で酸化膜６８を形成できることが確認された。これに対して、ギャップＧを１０５ｍｍや１３４ｍｍとした場合には、疎密比の値が低下しており、疎密差が拡大していることが示された。また、ギャップＧを７９ｍｍまたは１０５ｍｍとした場合は、ギャップＧを１３４ｍｍとした場合に比べて、酸化レートも大きいことがわかった。以上の結果から、ギャップＧを１００ｍｍ以下、特に８０ｍｍ以下に設定してプラズマ酸化処理を行うことにより、疎密差を改善できるとともに、実用上充分な酸化レートが得られることが確認された。
【００６５】
次に、他の実施形態について説明する。
図１０は、本発明の他の実施形態に係るプラズマ窒化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、主に相違点について説明をし、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。
【００６６】
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材１５に至り、ガス導入部材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、ヒドラジンなどを用いることができる。
【００６７】
本実施形態のプラズマ窒化処理装置１０１では、載置台２に載置されてウエハＷとこれらに対向配備された透過板２８との間隔（ギャップＧ）を、上述の実施形態と同様の理由により、２０〜１００ｍｍ、好ましくは２０〜８０ｍｍに設定する。ギャップＧが２０ｍｍ未満である場合には、高電子温度のプラズマ例えば電子温度１．２ｅＶ超のプラズマが直接ウエハＷに作用するため、ウエハＷにプラズマダメージが発生する場合がある。また、ギャップＧが１００ｍｍを超える場合には、パターンの疎密によって窒化膜厚に差（疎密差）が生じやすくなることに加え、ギャップＧが大きくなるに従い、窒化レートも低下していくので好ましくない。ギャップＧが１００ｍｍ以下であれば、疎密比を８０％程度以上とし、かつ窒化レートを下げずに窒化することが可能である。
【００６８】
このように構成されたＲＬＳＡ方式のプラズマ窒化処理装置１０１においては、ウエハＷ表面のシリコン（多結晶シリコンまたは単結晶シリコン）を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。
【００６９】
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材１５を介してチャンバー１内に導入する。
【００７０】
具体的には、例えばＡｒなどの希ガス流量を５００〜２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、Ｎ２ガス流量を５〜２００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）に設定し、チャンバー内を１．３３Ｐａ〜１３３．３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ〜１０００ｍＴｏｒｒ）の処理圧力に調整し、ウエハＷの温度を２００〜８００℃、好ましくは２５０〜５００℃程度に加熱する。
【００７１】
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１０００〜４０００Ｗとすることができる。
【００７２】
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の高プラズマ密度で、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。このようにして形成されるマイクロ波励起プラズマは、イオン等によるプラズマダメージが少ないものである。そして、プラズマ中の活性種、主としてＮラジカルの作用によって、シリコン中に窒素が導入され、シリコン表面に均一にシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４膜）が形成される。
【００７３】
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）をプラズマにより窒化処理してシリコン窒化膜の形成を行なうプラズマ処理において、ギャップＧを２０〜１００ｍｍ、好ましくは２０〜８０ｍｍに設定することによって、前記プラズマ酸化処理の場合と同様に、ウエハＷ上に存在するライン＆スペースのパターンやアスペクト比の異なるトレンチパターンなどにおいて、疎密差を生じさせずに、シリコン窒化膜を形成することができる。
【００７４】
以上のようにして、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過程において、例えば、トランジスタのゲート電極のポリシリコン層の側壁窒化膜の形成やゲートサイドウォールスペーサー（ＴＥＯＳ）等の側壁窒化膜の形成、ＳＴＩにおけるトレンチ内壁の窒化膜の形成などの目的でシリコン窒化処理をする場合に利用可能である。
【００７５】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では被処理体として半導体ウエハ、特にシリコンウエハに対して、酸化処理や窒化処理を行う例を挙げたが、半導体ウエハとしてはシリコンウエハに限らず化合物半導体ウエハを用いることができ、また、半導体ウエハに限らず、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適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の一実施形態に係るプラズマ酸化処理装置を示す概略断面図。
【図２】平面アンテナ部材の構造を示す図。
【図３】チャンバー上部の接合構造を示す要部断面図。
【図４】天板からの距離とプラズマの電子温度との関係を示すグラフ。
【図５】プラズマ酸化処理前のゲート電極を示す模式図。
【図６】ゲート電極にプラズマ酸化処理を行っている状態を示す模式図。
【図７】プラズマ酸化処理後のゲート電極を示す模式図。
【図８】本発明の基礎となった実験データを得るために用いたテストパターンを示す図。
【図９】ギャップと酸化膜厚と疎密比との関係を示すグラフ。
【図１０】本発明の別の実施形態に係るプラズマ窒化処理装置を示す概略断面図。
【符号の説明】
【００７７】
１；チャンバー
２；載置台
３；支持部材
５；ヒータ
６；熱電対
１５；ガス導入部材
１６ａ，１６ｂ；ガス供給系
１７ａ，１７ｂ；Ａｒガス供給源
１８ａ；Ｏ２ガス供給源
１８ｂ；Ｎ２ガス供給源
１９ａ；Ｈ２ガス供給源
２３；排気管
２４；排気装置
２５；搬入出口
２６；ゲートバルブ
２７；アッパープレート
２７ａ；支持部
２８；透過板
２９；押え部材
３１；平面アンテナ部材
３２；マイクロ波放射孔
３７；導波管
３７ａ；同軸導波管
３７ｂ；矩形導波管
３９；マイクロ波発生装置
４０；モード変換器
５０；プロセスコントローラ
１００；プラズマ酸化処理装置
１０１；プラズマ窒化処理装置
Ｗ；ウエハ（基板）
Ｇ；ギャップ
【図１】
2007294924.tif 000003
【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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