半導体装置の製造方法及び基板処理装置
【課題】酸化膜の窒化速度を向上させる。
【解決手段】ガス流量制御部により処理ガス中の水素含有ガスと窒素含有ガスとの流量をそれぞれ調整し、処理ガス中に含まれる水素原子の数と窒素原子の数との総数に対する水素原子の数の比率Ｒを０％＜Ｒ≦８０％とする工程と、ガス供給部により処理ガスを処理室内に供給する工程と、プラズマ生成部により励起した処理ガスで酸化膜が形成された基板を処理する工程と、を有する。
【解決手段】ガス流量制御部により処理ガス中の水素含有ガスと窒素含有ガスとの流量をそれぞれ調整し、処理ガス中に含まれる水素原子の数と窒素原子の数との総数に対する水素原子の数の比率Ｒを０％＜Ｒ≦８０％とする工程と、ガス供給部により処理ガスを処理室内に供給する工程と、プラズマ生成部により励起した処理ガスで酸化膜が形成された基板を処理する工程と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上の薄膜を窒化する工程を含む半導体装置の製造方法及びその工程の実施に用いられる基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フラッシュメモリ等の半導体装置の製造工程の一工程として、基板上に形成された酸化膜に対して窒化処理を行う工程が実施される場合がある。窒化処理は、例えば基板を処理する処理室と、処理室内に窒素ガス等の処理ガスを供給するガス供給部と、供給された処理ガスを励起させるプラズマ生成部と、を有する基板処理装置を用い、以下の工程により行われる。すなわち、酸化膜が形成された基板を処理室内に搬入し、処理室内に処理ガスを供給してプラズマ状態に励起し、励起した処理ガスで基板を処理して酸化膜を窒化する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述のように、窒化処理の処理ガスとしては、例えば窒素（Ｎ２）ガスが単独で用いられてきた。しかしながら、窒素ガスのみでは充分な窒化速度が得られ難く、酸化膜を短時間で高濃度に窒化することが困難であった。また、近年の集積回路の微細化や、デバイス特性の向上に伴って、酸化膜を窒化した際、窒化濃度を高濃度にすることが要求されている。しかし窒素ガス単独での処理では充分な窒化濃度を得ることが困難であった。
【０００４】
そこで本発明の目的は、酸化膜の窒化速度の向上及び高濃度の窒化ができる半導体装置の製造方法及び基板処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によれば、
酸化膜と窒化膜とが積層された基板を処理室内に搬入する工程と、
前記処理室内に設けられた基板支持部により前記基板を支持して加熱する工程と、
ガス流量制御部により処理ガス中の水素含有ガスと窒素含有ガスとの流量をそれぞれ調整し、前記処理ガス中に含まれる水素原子の数と窒素原子の数との総数に対する前記水素原子の数の比率Ｒを０％＜Ｒ≦８０％とする工程と、
前記ガス流量制御部を備えるガス供給部により、前記比率を調整した前記処理ガスを前記処理室内に供給する工程と、
前記処理室内に供給した前記処理ガスをプラズマ生成部により励起する工程と、
励起した前記処理ガスで前記基板を処理する工程と、
前記基板を前記処理室内から搬出する工程と、を有する
半導体装置の製造方法が提供される。
【０００６】
本発明の他の態様によれば、
酸化膜と窒化膜とが積層された基板が搬入される処理室と、
前記処理室内に設けられ、前記基板を支持して加熱する基板支持部と、
処理ガス中の水素含有ガスと窒素含有ガスとの流量をそれぞれ調整するガス流量制御部と、
前記ガス流量制御部を備え、前記処理ガスを前記処理室内に供給するガス供給部と、
前記処理ガスを励起させるプラズマ生成部と、
前記基板支持部、前記ガス流量制御部、前記ガス供給部及び前記プラズマ生成部を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、
前記処理室内に搬入された前記基板を加熱させ、前記処理ガス中の水素原子の数と窒素原子の数との総数に対する前記水素原子の数の比率Ｒが０％＜Ｒ≦８０％となるよう前記水素含有ガスの流量と前記窒素含有ガスの流量とを調整させ、前記比率を調整させた前記処理ガスを前記処理室内に供給させ、前記処理室内に供給させた前記処理ガスを励起させ、励起させた前記処理ガスで前記基板を処理させるよう制御する
基板処理装置が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、酸化膜の窒化速度を向上させることができる半導体装置の製造方法及び基板処理装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係る基板処理装置としての変形マグネトロン型プラズマ処理装置の断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る基板処理工程を示すフロー図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る基板処理工程で処理される基板上のゲート構造の形成方法を示す模式図である。
【図４】本発明の実施例１と比較例とに係る酸化膜中の窒素の蛍光Ｘ線分析法による信号強度を比較するグラフ図である。
【図５】本発明の実施例１と比較例とに係る酸化膜中の窒素の蛍光Ｘ線分析法による信号強度の処理時間変化を比較するグラフ図である。
【図６】処理ガス中の窒素ガスの流量比率を変化させたときの、実施例２に係る酸化膜中の窒素の蛍光Ｘ線分析法による信号強度変化の傾向を示すグラフ図である。
【図７】ガス総流量を変化させたときの、実施例３に係る酸化膜中の窒素の蛍光Ｘ線分析法による信号強度変化の傾向を示すグラフ図である。
【図８】放電時の処理室内圧力を変化させたときの、実施例４に係る酸化膜中の窒素の蛍光Ｘ線分析法による信号強度変化の傾向を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜発明者が得た知見＞
まず、本発明の実施形態の説明に先立ち、発明者が得た知見について説明する。
【００１０】
上述の窒化処理は、例えば図３に示すフラッシュメモリ等のゲート構造をなす酸化膜に対して行われる。フラッシュメモリは、シリコン基板等のウエハ２００上に、例えばシリコン酸化（ＳｉＯ２）膜１３、ポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）膜１４、ＯＮＯ膜１５（シリコン酸化膜１５ｏ−シリコン窒化（Ｓｉ３Ｎ４）膜１５ｎ−シリコン酸化膜１５ｏ）、ポリシリコン膜１６を順次積層し（図３（ａ））、所定のレジストパターン１７をマスクとしてドライエッチング等により各膜をパターニングしてなる（図３（ｂ））。各膜は、トンネルゲート絶縁膜、浮遊ゲート、電極間絶縁膜、制御ゲートとして機能する。
【００１１】
上記積層膜をパターニングする際、例えばシリコン酸化膜１３、１５ｏ、１５ｏの側壁にダメージ１３ｄ、１５ｄが発生することがある。ダメージ１３ｄ、１５ｄの修復のためには酸化処理を行うが、このとき以下のように、バーズビーク１３ｂ、１５ｂが形成されてしまう場合があった（図３（ｃ））。つまり、酸化処理で使用される酸化種が、積層膜の端部から内部へと侵入してシリコン酸化膜１３、１５ｏ、１５ｏの界面近傍で反応を起こし、上下で接するポリシリコン膜１４、１６が酸化されることで、バーズビーク１３ｂ、１５ｂが形成される場合があった。バーズビーク１３ｂ、１５ｂが形成されると、ゲート構造のキャパシタンスが減少し、半導体装置の信頼性が低下してしまうことがある。
【００１２】
但し、ポリシリコン膜１４、１６と上下で接するシリコン酸化膜１３、１５ｏ、１５ｏが予め窒化されていると、酸化処理の際にポリシリコン膜１４、１６側へと酸化が広がり難くなり、バーズビーク１３ｂ、１５ｂの形成を抑制できる（図３（ｄ））。
【００１３】
しかし、上述のように、例えば窒素（Ｎ２）ガスのみを用いる従来の窒化処理においては、シリコン酸化膜１３、１５ｏ、１５ｏ等を短時間で高濃度に窒化することが困難であった。このため、例えば窒化処理に長時間を要し、生産性が低下してしまう場合があった。発明者は、窒化速度を向上させるべく、例えば窒化処理の温度を上げたり、プラズマを生成するときの高周波電力を大きくしたりする等の手法を試みたが、係る手法では、パーティクルが発生してウエハ２００に付着したり、金属汚染が発生したりする等の弊害が生じる場合があった。
【００１４】
そこで発明者は、係る手法に依らずとも窒化速度を向上させることができる方法について、さらに鋭意研究を行った。その結果、水素含有ガスの存在下で窒化処理を行えば、窒化速度を向上させることができるとの知見を得るに至った。本発明は、発明者が見出した上記知見に基づくものである。
【００１５】
＜本発明の一実施形態＞
（１）基板処理装置の構成
本発明の一実施形態に係る基板処理装置について、図１を用いて以下に説明する。図１は、本実施形態に係る基板処理装置としての変形マグネトロン型プラズマ処理装置の断面図である。
【００１６】
本実施形態に係る基板処理装置は、電界と磁界とにより高密度プラズマを生成できる変形マグネトロン型プラズマ源（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ Ｔｙｐｅｄ Ｐｌａｓｍａ Ｓｏｕｒｃｅ）を用いて、シリコン基板等のウエハ２００をプラズマ処理する変形マグネトロン型プラズマ処理装置（以下、ＭＭＴ装置１００と記載）である。ＭＭＴ装置１００は、機密性を保持した処理室２０１内にウエハ２００を設置し、処理室２０１内に供給した処理ガスに、一定の圧力下で高周波電圧をかけてマグネトロン放電を起こすように構成されている。ＭＭＴ装置１００によれば、係る機構により処理ガスを励起させて、ウエハ２００に酸化、窒化等の拡散処理を行なったり、薄膜を形成したり、またはウエハ２００表面をエッチングしたりする等の各種プラズマ処理を施すことができる。
【００１７】
（処理室）
ＭＭＴ装置１００は、ウエハ２００をプラズマ処理する処理炉２０２を備えている。処理炉２０２には、処理室２０１を構成する処理容器２０３が設けられている。処理容器２０３は、第１の容器であるドーム型の上側容器２１０と、第２の容器である碗型の下側容器２１１とを備えている。上側容器２１０が下側容器２１１の上に被さることにより、処理室２０１が形成される。上側容器２１０は、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）または石英（ＳｉＯ２）等の非金属材料で形成されており、下側容器２１１は、例えばアルミニウム（Ａｌ）で形成されている。
【００１８】
また、下側容器２１１の下部側壁には、ゲートバルブ２４４が設けられている。ゲートバルブ２４４は、開いているときには、搬送機構（図示せず）を用いて処理室２０１内へウエハ２００を搬入し、または処理室２０１外へとウエハ２００を搬出することができるように構成されている。ゲートバルブ２４４は、閉まっているときには、処理室２０１内の機密性を保持する仕切弁となるように構成されている。
【００１９】
（サセプタ）
処理室２０１の底側中央には、ウエハ２００を支持するサセプタ２１７が配置されてい
る。サセプタ２１７は例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、セラミックス、石英等の非金属材料から形成されており、ウエハ２００上に形成される膜等の金属汚染を低減することができるように構成されている。
【００２０】
サセプタ２１７の内部には、加熱機構としてのヒータ２１７ｂが一体的に埋め込まれている。ヒータ２１７ｂは、電力が供給されると、ウエハ２００表面を例えば２５℃〜５００℃程度まで加熱することができるように構成されている。
【００２１】
サセプタ２１７は、下側容器２１１とは電気的に絶縁されている。サセプタ２１７内部にはインピーダンス調整電極２１７ｃが装備されており、インピーダンス調整部としてのインピーダンス可変機構２７４を介して接地されている。インピーダンス調整電極２１７ｃは、後述する第１の電極としての筒状電極２１５に対する第２の電極として機能する。インピーダンス可変機構２７４はコイルや可変コンデンサから構成されており、コイルのパターン数や可変コンデンサの容量値を制御することにより、インピーダンス調整電極２１７ｃ及びサセプタ２１７を介して、ウエハ２００の電位（バイアス電圧）を制御できるように構成されている。
【００２２】
サセプタ２１７には、サセプタ昇降機構２６８が設けられている。そしてサセプタ２１７には貫通孔２１７ａが設けられ、一方、下側容器２１１の底面には基板突上げピン２６６が設けられている。貫通孔２１７ａと基板突上げピン２６６とは互いに対向する位置に、少なくとも各３箇所ずつ設けられている。サセプタ昇降機構２６８によりサセプタ２１７が下降させられたときには、基板突上げピン２６６がサセプタ２１７とは非接触な状態で、貫通孔２１７ａを突き抜けるように構成されている。また、サセプタ昇降機構２６８は、サセプタ２１７上面の中心を通る垂直軸回りにサセプタ２１７を回転させるサセプタ回転機能を備えている。プラズマ処理中にウエハ２００を回転させることで、ウエハ２００面内におけるプラズマ処理の均一性を向上させることができるように構成されている。
【００２３】
主に、サセプタ２１７及びヒータ２１７ｂにより、本実施形態に係る基板支持部が構成されている。
【００２４】
（ランプヒータユニット）
処理室２０１の上方、つまり上側容器２１０の上部には光透過窓２７８が設けられ、光透過窓２７８上の反応容器２０３外側には、ランプヒータユニット２８０が設けられている。ランプヒータユニット２８０は、ヒータ２１７ｂとの協働により、ウエハ２００の表面温度を５００℃〜９００℃に調整できるように構成されている。
【００２５】
（ガス供給部）
処理室２０１の上方、つまり上側容器２１０の上部には、シャワーヘッド２３６が設けられている。シャワーヘッド２３６は、キャップ状の蓋体２３３と、ガス導入口２３４と、バッファ室２３７と、開口２３８と、遮蔽プレート２４０と、ガス吹出口２３９とを備え、処理ガスを処理室２０１内へ供給できるように構成されている。バッファ室２３７は、ガス導入口２３４より導入される処理ガスを分散する分散空間としての機能を持つ。
【００２６】
ガス導入口２３４には、水素含有ガスとしての水素（Ｈ２）ガスを供給する水素含有ガス供給管２３２ａの下流端と、窒素含有ガスとしての窒素（Ｎ２）ガスを供給する窒素含有ガス供給管２３２ｂの下流端と、が合流するように接続されている。水素含有ガス供給管２３２ａには、上流側から順にＨ２ガス供給源２５０ａ、マスフローコントローラ２５２ａ、開閉弁としてのバルブ２５３ａが設けられている。窒素含有ガス供給管２３２ｂには、上流側から順にＮ２ガス供給源２５０ｂ、マスフローコントローラ２５２ｂ、開閉弁としてのバルブ２５３ｂが設けられている。水素含有ガス供給管２３２ａと窒素含有ガス
供給管２３２ｂとが合流した下流側には、バルブ２４３ａが設けられ、ガスケット２０３ｂを介してガス導入口２３４の上流端に接続されている。バルブ２５３ａ、２５３ｂ、２４３ａを開閉させることによって、マスフローコントローラ２５２ａ、２５２ｂによりそれぞれのガスの流量を調整しつつ、ガス供給管２３２ａ、２３２ｂを介して、水素含有ガスと窒素含有ガスとを含む処理ガスを処理室２０１内へ供給できるように構成されている。
【００２７】
主に、マスフローコントローラ２５２ａ、２５２ｂにより、本実施形態に係るガス流量制御部が構成されている。また、主に、シャワーヘッド２３６（蓋体２３３、ガス導入口２３４、バッファ室２３７、開口２３８、遮蔽プレート２４０、ガス吹出口２３９）、水素含有ガス供給管２３２ａ、窒素含有ガス供給管２３２ｂ、Ｈ２ガス供給源２５０ａ、Ｎ２ガス供給源２５０ｂ、マスフローコントローラ２５２ａ、２５２ｂ、バルブ２５３ａ、２５３ｂ、２４３ａにより、本実施形態に係るガス供給部が構成されている。
【００２８】
（排気部）
下側容器２１１の側壁には、処理室２０１内から処理ガスを排気するガス排気口２３５が設けられている。ガス排気口２３５には、ガス排気管２３１の上流端が接続されている。ガス排気管２３１には、上流側から順に圧力調整器（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）２４２、開閉弁としてのバルブ２４３ｂ、真空排気装置としての真空ポンプ２４６が設けられている。
【００２９】
主に、ガス排気口２３５、ガス排気管２３１、ＡＰＣ２４２、バルブ２４３ｂ、真空ポンプ２４６により、本実施形態に係る排気部が構成されている。
【００３０】
（プラズマ生成部）
処理室２０１の外周部、すなわち上側容器２１０の外側壁には、処理室２０１を囲うように、第１の電極としての筒状電極２１５が設けられている。筒状電極２１５は、筒状、例えば円筒状に形成されている。筒状電極２１５は、インピーダンスの整合を行なう整合器２７２を介して、高周波電力を印加する高周波電源２７３に接続されている。
【００３１】
筒状電極２１５の外側表面の上下端部には、上側磁石２１６ａ及び下側磁石２１６ｂがそれぞれ取り付けられている。上側磁石２１６ａおよび下側磁石２１６ｂは、ともに筒状、例えば円筒状に形成された永久磁石により構成されている。上側磁石２１６ａおよび下側磁石２１６ｂは、処理室２０１に向いた面側とその反対の面側に磁極を有している。上側磁石２１６ａおよび下側磁石２１６ｂの磁極の向きは、逆向きになるよう配置されている。すなわち、上側磁石２１６ａおよび下側磁石２１６ｂの処理室２０１に向いた面側の磁極同士は互いに異極となっている。これにより、筒状電極２１５の内側表面に沿って円筒軸方向の磁力線が形成される。
【００３２】
上側磁石２１６ａおよび下側磁石２１６ｂにより磁界を発生させ、さらに処理室２０１内に処理ガスを導入した後、筒状電極２１５に高周波電力を供給して電界を形成することで、処理室２０１内のプラズマ生成領域２２４にマグネトロン放電プラズマが生成されるように構成されている。放出された電子を上述の電磁界が周回運動させることによって、プラズマの電離生成率が高まり、長寿命かつ高密度のプラズマを生成させることができる。
【００３３】
なお、筒状電極２１５、上側磁石２１６ａおよび下側磁石２１６ｂの周囲には、これらが形成する電磁界が他の装置や外部環境に悪影響を及ぼさないように、電磁界を有効に遮蔽する金属製の遮蔽板２２３が設けられている。
【００３４】
主に、筒状電極２１５、整合器２７２、高周波電源２７３、上側磁石２１６ａおよび下側磁石２１６ｂにより、本実施形態に係るプラズマ生成部が構成されている。
【００３５】
（制御部）
制御部としてのコントローラ１２１は、信号線Ａを通じてＡＰＣ２４２、バルブ２４３ｂ及び真空ポンプ２４６を、信号線Ｂを通じてサセプタ昇降機構２６８を、信号線Ｃを通じてヒータ２１７ｂ及びインピーダンス可変機構２７４を、信号線Ｄを通じてゲートバルブ２４４を、信号線Ｅを通じて整合器２７２及び高周波電源２７３を、信号線Ｆを通じてマスフローコントローラ２５２ａ、２５２ｂ及びバルブ２５３ａ、２５３ｂ、２４３ａを、信号線Ｇを通じてランプヒータユニット２８０を、それぞれ制御するように構成されている。
【００３６】
（２）基板処理工程
次に、本実施形態に係る基板処理工程について、図２を用いて説明する。図２は、本実施形態に係る基板処理工程を示すフロー図である。本実施形態に係る基板処理工程は、例えばフラッシュメモリ等の半導体デバイスの製造工程の一工程として、上述のＭＭＴ装置１００により実施される。なお以下の説明において、ＭＭＴ装置１００を構成する各部の動作は、コントローラ１２１により制御される。
【００３７】
なお、本実施形態に係る基板処理工程で処理されるウエハ２００上には、例えば図３（ａ）に示すシリコン酸化膜１５ｏ、１５ｏやシリコン窒化膜１５ｎが予め形成されている。ここでは、図３（ａ）に示す積層膜のうち、シリコン窒化膜１５ｎ上層のシリコン酸化膜１５ｏまで積層済みの状態となっているものとし、ポリシリコン膜１６形成前に窒化処理を行って、主にシリコン窒化膜１５ｎ上層のシリコン酸化膜１５ｏを窒化させる場合について説明する。
【００３８】
（基板搬入工程Ｓ１０）
まずは、上記のウエハ２００を処理室２０１内に搬入する。具体的には、ウエハ２００の搬送位置までサセプタ２１７を下降させて、サセプタ２１７の貫通孔２１７ａにウエハ突上げピン２６６を貫通させる。その結果、突き上げピン２６６が、サセプタ２１７表面よりも所定の高さ分だけ突出した状態となる。
【００３９】
続いて、ゲートバルブ２４４を開き、図中省略の搬送機構を用いて処理室２０１に隣接する真空搬送室（図示せず）から処理室２０１内にウエハ２００を搬入する。その結果、ウエハ２００は、サセプタ２１７の表面から突出したウエハ突上げピン２６６上に水平姿勢で支持される。処理室２０１内にウエハ２００を搬入したら、搬送機構を処理室２０１外へ退避させ、ゲートバルブ２４４を閉じて処理室２０１内を密閉する。そして、サセプタ昇降機構２６８を用いてサセプタ２１７を上昇させる。その結果、ウエハ２００はサセプタ２１７の上面に支持される。その後、ウエハ２００を所定の処理位置まで上昇させる。一方、サセプタ昇降機構２６８の回転機能を用いて、ウエハ２００の回転を開始する。後述の排気工程Ｓ７０の終了時までこの回転を継続することで、ウエハ２００面内における基板処理の均一性を向上させることができる。なお、基板搬入工程Ｓ１０は、処理室２０１内を不活性ガス等でパージしながら行ってもよい。
【００４０】
（昇温・排気工程Ｓ２０）
続いて、サセプタ２１７の内部に埋め込まれたヒータ２１７ｂに電力を供給することによって所定の温度（２５℃〜５００℃）に予め加熱されたサセプタ２１７によって、ウエハ２００表面が所定の温度となるように加熱される。また、ウエハ２００を５００℃〜９００℃に加熱したい場合は、装置のランプヒータユニット２８０も用いる。また、ウエハ２００の昇温を行う間、真空ポンプ２４６によりガス排気管２３１を介して処理室２０１
内を排気し、処理室２０１内の圧力を０．１Ｐａ以上１００Ｐａ以下の範囲内の所定値とする。真空ポンプ２４６は、少なくとも後述の基板搬出工程Ｓ８０が終了するまで作動させておく。
【００４１】
（処理ガス流量調整工程Ｓ３０）
次に、水素含有ガスとしてのＨ２ガス及び窒素含有ガスとしてのＮ２ガスの流量調整を行う。具体的には、バルブ２５３ａ、２５３ｂ、２４３ａを開ける。Ｈ２ガス及びＮ２ガスは、まず、ガス供給管２３２ａ、２３２ｂ内にそれぞれ流れ込む。このとき、ガス流量制御部としてのマスフローコントローラ２５２ａ、２５２ｂにより、ガス供給管２３２ａ、２３２ｂ内におけるＨ２ガス及びＮ２ガスの流量の調整をそれぞれ行う。流量調整されたＨ２ガス及びＮ２ガスはガス供給管２３２ａ、２３２ｂ内を更に下流側に流れて合流し、混合されて、Ｈ２ガスとＮ２ガスとを含む処理ガスとなる。
【００４２】
このとき、処理ガス中に含まれる水素原子の数と窒素原子の数との総数に対する水素原子の数の比率が、例えば０％よりも多く８０％以下となるよう、Ｈ２ガス及びＮ２ガスの流量をそれぞれ調整する。すなわち、上記比率Ｒを、Ｒ＝［水素原子数／（水素原子数＋窒素原子数）］×１００（％）と定義した場合、例えば０％＜Ｒ≦８０％となるように流量調整する。本実施形態においては、処理ガス中のＨ２ガスとＮ２ガスとの合計の流量に対するＨ２ガスの流量の比率を０％より多く、８０％以下となるようにすれば、水素原子の上記所定の比率Ｒを満たす。これによって、窒化速度をより向上させることができる。より好ましくは、水素原子の数の比率が、５％以上７５％以下となるようにする。これによって、酸化膜を高濃度に窒化させることができる。
【００４３】
また、Ｈ２ガス及びＮ２ガスのそれぞれの流量を、例えば１００ｓｃｃｍ以上１０００ｓｃｃｍ以下の範囲内の所定値とする。好ましくは、Ｈ２ガスとＮ２ガスとを含む処理ガスの総流量が、２００ｓｃｃｍ以上１０００ｓｃｃｍ以下となるようにする。これによって、後の工程で生じる窒素活性種のウエハ２００への供給効率を増大させ、窒化速度を向上させることができる。より好ましくは、Ｈ２ガスとＮ２ガスとを含む処理ガスの総流量が、６００ｓｃｃｍ以上となるようにする。これによって、後の工程で生じる窒素活性種のウエハ２００への供給効率を増大させ、窒化速度をより向上させることができると共に、酸化膜を高濃度に窒化させることができる。
【００４４】
（処理ガス供給工程Ｓ４０）
処理ガス流量調整工程Ｓ３０にてバルブ２５３ａ、２５３ｂ、２４３ａを開けると、流量調整されたＨ２ガスとＮ２ガスとを含む処理ガスが処理室２０１内へと供給される。このとき、処理室２０１内の圧力が、例えば０．１Ｐａ以上１００Ｐａ以下の範囲内の所定圧力となるように、ＡＰＣ２４２の開度を調整する。より好ましくは、８Ｐａ以上１００Ｐａ以下の範囲内の所定値となるようにする。これによって、後述のプラズマ中でのイオン形成に適した圧力となり、窒化速度を向上させることができ、シリコン酸化膜を高濃度に窒化させることができる。さらに好ましくは、２５Ｐａ以上８０Ｐａ以下の範囲内の所定値となるようにする。これによって、さらに高濃度な窒化を実現することができる。処理ガスの供給は、後述の窒化処理工程Ｓ６０の終了時まで継続する。
【００４５】
（処理ガス励起工程Ｓ５０）
処理室２０１内の圧力が安定したら、筒状電極２１５に対して高周波電源２７３から整合器２７２を介して高周波電力を印加する。このとき、高周波電力の周波数を例えば１３．５６ＭＨｚとし、例えば１５０Ｗ以上１０００Ｗ以下の範囲内の所定の出力値の高周波電力を印加する。これにより、処理室２０１内、より具体的にはウエハ２００の上方のプラズマ生成領域２２４内で、Ｈ２ガスとＮ２ガスとを含む処理ガスをプラズマ状態に励起させる。プラズマ状態となった処理ガス中のＨ２ガスとＮ２ガスとは例えば解離し、水素
活性種や窒素活性種、すなわち、水素ラジカル（Ｈ＊）や窒素ラジカル（Ｎ＊）のほか、水素イオン（Ｈ＋）や窒素イオン（Ｎ＋）、その他のラジカル、イオン等を生成する。
【００４６】
また、インピーダンス可変機構２７４により、サセプタ２１７を予め所定のインピーダンス値に制御しておく。これにより、サセプタ２１７の電位、ひいてはウエハ２００の電位（バイアス電圧）を制御することができる。このとき、ウエハ２００のバイアス電圧を高めるようにインピーダンス値を制御すれば、サセプタ２１７上のウエハ２００へのイオン入射量を増大させることができ、窒化速度をより向上させることができる。また、ウエハ２００への窒素の侵入深さが所定深さとなるバイアス電圧が得られるようにインピーダンス値を調整することで、積層膜中の所定の膜、例えば上層のシリコン酸化膜１５ｏを窒化することができる。
【００４７】
また、インピーダンス可変機構２７４により、電位的に揺れるサセプタ２１７とプラズマとの電位の位相差を調整できる。サセプタ２１７とプラズマとで例えば位相を反転（ほぼ１８０°）させ、サセプタ２１７とプラズマとの電位差の絶対値が大きくなるように制御すると、ウエハ２００への供給される窒素活性種と水素活性種の供給量を増やすことができ、窒化速度をより向上させることができる。或いは、例えば上記の位相差を０°〜１８０°の範囲内で調整し、窒化速度とウエハ２００面内の窒素濃度の均一性とのバランスが取れるように制御すると、窒化速度と均一性との双方を許容値の範囲内とすることができる。
【００４８】
（窒化処理工程Ｓ６０）
高周波電力により処理ガスが励起されると、励起した処理ガスにより、ウエハ２００の表面にプラズマ処理が施される。プラズマ中の窒素活性種はシリコン酸化膜１５ｏ膜中に侵入して窒化させ、シリコン窒化（ＳｉＮ）膜やシリコン酸窒化（ＳｉＯＮ）膜へと改質させる。このとき、窒素活性種と共に水素活性種をウエハ２００表面に供給することにより、シリコン酸化膜が還元される。シリコン酸化膜が還元されると、Ｓｉ未結合手が生成され、窒素とＳｉが反応し易い状態になり、窒化速度が向上していると考えられる。また、窒素は酸素原子等の不純な原子を介す事無くＳｉと直接結合するので、窒素とＳｉの結合状態は、窒素活性種のみで処理した場合よりも、結合度の強い窒化シリコンや酸窒化シリコンが形成される。また、還元で発生した酸素や、水素活性種と反応して生成された水（Ｈ２Ｏ）は、シリコン酸化膜中から脱離し、雰囲気と共に排気される。
【００４９】
窒化処理後には、シリコン酸化膜１５ｏと窒素との結合を強固なものにするため、アニール処理が施されることがある。このとき、窒化処理によってシリコン酸化膜１５ｏ中に取り込まれた窒素の結合が弱すぎると、アニール処理の高温により窒素がシリコン酸化膜１５ｏ中から抜けてしまう。しかし、本実施形態では、シリコン酸化膜１５ｏ中の窒素が安定した結合状態となっており、アニール処理での窒素の抜けを抑制することができる。
【００５０】
その後、所定の処理時間、例えば９秒〜１５秒が経過したら、バルブ２５３ａを閉めて、Ｈ２ガスの処理室２０１内への供給を停止し、ほぼ同時に、高周波電源２７３からの電力の印加を停止する。係る操作の後、プラズマ放電後の処理室２０１内は、主にＮ２ガスの雰囲気で満たされる。Ｈ２ガスの供給を先に停止することによって、水素活性種とシリコン酸化膜が反応することで生成されるＳｉの未結合手を残したまま処理が終わらないようになっている。Ｓｉの未結合手が残っていると、後の工程においてＳｉ未結合手と酸素が反応し、薄膜の特性が変化することがある。また、処理中に高温となったシリコン酸化膜と残留したＨ２ガスが反応することも防止できる。Ｈ２ガス停止後は、Ｓｉ未結合手と窒素が結合する。これらにより、処理後の薄膜の安定性が向上する。
【００５１】
その後、バルブ２５３ｂ、２４３ａを閉めて、Ｎ２ガスの処理室２０１内への供給を停
止する。以上により、シリコン酸化膜１５ｏが窒化（改質）され、窒化処理工程Ｓ６０が終了する。
【００５２】
（排気工程Ｓ７０）
Ｎ２ガスの供給を停止したら、ガス排気管２３１を用いて処理室２０１内を排気する。これにより、処理室２０１内のＮ２ガスやＨ２ガス、及びそれらが反応した排ガス等を処理室２０１外へと排気する。その後、ＡＰＣ２４２の開度を調整し、処理室２０１内の圧力を処理室２０１に隣接する真空搬送室（ウエハ２００の搬出先。図示せず）と同じ圧力（例えば１００Ｐａ）に調整する。
【００５３】
（基板搬出工程Ｓ８０）
処理室２０１内が所定の圧力となったら、サセプタ２１７をウエハ２００の搬送位置まで下降させ、ウエハ突上げピン２６６上にウエハ２００を支持させる。そして、ゲートバルブ２４４を開き、図中省略の搬送機構を用いてウエハ２００を処理室２０１外へ搬出する。このとき、処理室２０１内を不活性ガス等でパージしながら基板搬出を行ってもよい。以上により、本実施形態に係る基板処理工程を終了する。
【００５４】
（３）本実施形態に係る効果
本実施形態によれば、以下に示す１つまたは複数の効果を奏する。
【００５５】
（ａ）本実施形態によれば、Ｈ２ガスとＮ２ガスとを含む処理ガスを使用して窒化処理を行っており、また、処理ガス中に含まれる水素原子の数と窒素原子の数との総数に対する水素原子の数の比率を０％より多く８０％以下となるようにしている。これによって、シリコン酸化膜１５ｏの窒化速度を向上させることができ、短時間で高濃度に窒化させることができる。
【００５６】
（ｂ）また、本実施形態によれば、Ｈ２ガスとＮ２ガスとを含む処理ガスを使用して窒化処理を行っており、また、処理ガス中に含まれる水素原子の数と窒素原子の数との総数に対する水素原子の数の比率を５％以上７５％以下としている。これによって、シリコン酸化膜１５ｏの窒化速度を向上させることができる。またさらなる高濃度な窒化を実現でき、近年の集積回路の微細化や半導体デバイスが要求する窒化濃度を実現することができる。
【００５７】
（ｃ）また、本実施形態によれば、上記構成とすることで、シリコン酸化膜１５ｏ中に侵入した窒素を安定な結合状態とすることができる。よって、後にアニール処理を行う場合、窒素がシリコン酸化膜１５ｏ中から抜けるのを抑制することができ、アニール処理後もシリコン酸化膜１５ｏ中の窒素を高濃度に維持することが可能である。
【００５８】
（ｄ）また、本実施形態によれば、処理ガスの総流量を６００ｓｃｃｍ以上としている。あるいは、処理室２０１内の圧力を２５Ｐａ以上８０Ｐａ以下としている。これらの条件のいずれか又は両方を採用することによって、窒化速度をより向上させることができる。
【００５９】
（ｅ）また、本実施形態によれば、インピーダンス可変機構２７４を備え、ウエハ２００のバイアス電圧を調整しながらプラズマによる窒化処理を行っている。これによって、所定の窒化速度を得ることができ、特に、ウエハ２００のバイアス電圧を高めれば、窒化速度をさらに向上させることができる。
【００６０】
（ｆ）また、本実施形態によれば、上記バイアス電圧の調整により、ウエハ２００への窒素の侵入深さを所定値とすることができ、図３に示す積層膜中の所定の膜、例えば上層のシリコン酸化膜１５ｏを窒化することができる。このとき、積層膜中の下層膜深さまで窒
素を侵入させ、下層のシリコン酸化膜１５ｏを同時に窒化することも可能である。これによって、複数の膜の一括処理が可能となり、工程数を削減することができる。
【００６１】
（ｇ）また、本実施形態によれば、インピーダンス可変機構２７４によって、サセプタ２１７とプラズマとの電位の位相差を０°〜１８０°の範囲内の所定値に調整している。これによって、位相をほぼ１８０°に反転させれば、窒化速度をさらに向上させることができ、或いは、位相差を０°〜１８０°の範囲内で調整すれば、窒化速度とウエハ２００面内の窒素濃度の均一性とを共に許容値の範囲内とすることができる。
【００６２】
（ｈ）また、本実施形態によれば、プラズマを生成する高周波電力を停止するタイミングで、Ｎ２ガスの供給よりも先にＨ２ガスの供給を停止している。Ｈ２ガスの供給を先に停止することによって、水素活性種とシリコン酸化膜が反応することによって生成されるＳｉの未結合手を残したまま処理が終わらないようになっている。Ｓｉの未結合手が残っていると、後の工程においてＳｉ未結合手と酸素が反応し、薄膜の特性が変化することがある。また、処理中に高温となったシリコン酸化膜と残留したＨ２ガスが反応することも防止できる。これにより、処理後の薄膜の安定性が向上する。
【００６３】
（ｈ）また、本実施形態を、図３（ａ）に示すようなフラッシュメモリ等の半導体装置の積層膜に適用することによって、高スループットで高濃度に窒化処理をすることができ、バーズビークの発生を抑制して半導体装置の信頼性を向上させることができる。
【００６４】
＜本発明の他の実施形態＞
以上、本発明の実施の形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【００６５】
例えば、上述の実施形態においては、水素含有ガスとしてＨ２ガスを用い、窒素含有ガスとしてＮ２ガスを用いることとしたが、これ以外の水素含有ガスや窒素含有ガスを用いることもできる。例えば、水素含有ガスとしてアンモニア（ＮＨ３）ガスを用いることも可能である。ＮＨ３ガスを用いて処理ガス中における水素原子の比率Ｒを７５％とするときは、ＮＨ３ガスを単独で使用し、窒素含有ガスの流量を０ｓｃｃｍに調整すればよい。また、ＮＨ３ガスに窒素含有ガスを添加して水素原子の比率Ｒを７５％未満としてもよく、ＮＨ３ガス以外の水素含有ガスを更に添加して所定の比率Ｒとなるようにしてもよい。
【００６６】
また、上述の実施形態においては、水素原子の比率Ｒを０％より多く、８０％以下とし、好ましくは５％以上７５％以下としたが、係る範囲を外れる場合であっても、水素含有ガスの存在下、窒化速度を向上させる一定の効果は得られる。よって、窒化処理の時間を延ばすことで、酸化膜中の窒素濃度を所定値とすることが可能である。
【００６７】
また、上述の実施形態においては、Ｈ２ガスの供給停止を高周波電力の停止とほぼ同タイミングとしたが、Ｈ２ガスの供給停止は、高周波電力の停止前あるいは後のタイミングであってもよく、また、Ｎ２ガスの供給停止とほぼ同タイミングとしてもよい。
【００６８】
また、上述の実施形態においては、ＯＮＯ膜１５が積層された状態でシリコン酸化膜１５ｏ等を窒化するものとしたが、例えば各膜を一層ずつ、或いは途中まで積層するごとに窒化処理を行ってもよく、各膜の窒化処理のタイミングを任意に選定することができる。よって、工程順序の自由度を増すことができる。
【００６９】
また、上述の実施形態においては、成膜後に窒化処理をするものとしたが、その後のパターニングがされた積層膜に対して窒化処理を行ってもよい。各膜のパターニングされた端部から窒素を侵入させ、窒化することが可能である。
【００７０】
また、上述の実施形態においては、窒化処理のみをＭＭＴ装置１００にて行うこととしたが、窒化膜や酸化膜の形成をＭＭＴ装置１００で行い、同一の処理室２０１内にて連続して窒化処理を行うようにしてもよい。
【００７１】
また、上述の実施形態においては、フラッシュメモリに本発明を適用することとしたが、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）のゲート絶縁膜等、その他の半導体装置に本発明を適用することも可能である。
【００７２】
また、上述の実施形態においては、シリコン酸化膜１５ｏ等を窒化処理するものとしたが、酸化膜としてはこれ以外にも、ハフニア（ＨｆＯ２）やハフニウムシリケート（ＨｆＳｉｘＯｙ）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、ジルコニウムシリケート（ＺｒＳｉｘＯｙ）等のＨｉｇｈ−ｋ膜や、Ａｌ、Ｔｉ、Ｗ等を含む膜であってもよい。
【００７３】
また、上述の実施形態においては、ＭＭＴ装置１００により基板処理工程を実施するものとしたが、使用可能な基板処理装置はこれに限られず、例えばＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）方式プラズマ処理装置やＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）方式プラズマ処理装置を用いることも可能である。
【実施例】
【００７４】
次に、本発明に係る実施例１〜４について説明する。以下の各実施例においては、シリコン基板上にシリコン酸化膜が１０ｎｍ厚さに形成されたサンプルを複数用意し、係るサンプルそれぞれに対して異なる条件で窒化処理を施し、シリコン酸化膜中の窒素の量・状態を調べた。窒化処理は、図１に示す上記実施形態のＭＭＴ装置１００を使用し、図２に示す基板処理工程を基本とする工程を用いて行った。
【００７５】
（実施例１）
本発明の実施例１を、比較例とともに説明する。本実施例では、Ｈ２ガス及びＮ２ガスを用いて上記サンプルに窒化処理を施し、シリコン酸化膜中の窒素の量・状態を、Ｎ２ガスのみを用いて窒化処理を施した比較例に係るサンプルと比較した。
【００７６】
図４に、本実施例及び比較例に係るサンプルの、シリコン酸化膜中の窒素量を蛍光Ｘ線分析法による窒素の信号強度の強弱で比較したデータを示す。図４の左側が（ａ）実施例１を示すデータであり、右側が（ｂ）比較例を示すデータである。図４の縦軸は、蛍光Ｘ線分析法によるシリコン酸化膜中の窒素の相対的な信号強度（ａ．ｕ．）を示している。係る信号強度は、シリコン酸化膜中の窒素濃度との相関を有し、信号強度が高いほど窒素濃度も高い。以下に、（ａ）実施例１（Ｈ２ガス及びＮ２ガスを使用）と、（ｂ）比較例（Ｎ２ガスのみを使用）と、に係る条件の詳細を示す。
【００７７】
（ａ）実施例１に係る条件
高周波電力：８００Ｗ
Ｈ２ガス流量：２５０ｓｃｃｍ
Ｎ２ガス流量：７５０ｓｃｃｍ
処理室内圧力：３０Ｐａ
基板温度：４５０℃
窒化処理時間：６０秒
【００７８】
（ｂ）比較例に係る条件
高周波電力：８００Ｗ
Ｈ２ガス流量： ０ｓｃｃｍ
Ｎ２ガス流量：１０００ｓｃｃｍ
処理室内圧力：３０Ｐａ
基板温度：４５０℃
窒化処理時間：６０秒
【００７９】
図４に示すように、本実施例は比較例よりも強い信号強度を示しており、シリコン酸化膜中の窒素濃度の向上率は約３８％であった。Ｈ２ガスとＮ２ガスとを用いて窒化処理をすることで、Ｎ２ガス単独での窒化処理に比べて、一定の処理時間（６０秒）で得られるシリコン酸化膜中の窒素濃度、すなわち、窒化速度が向上していることがわかる。
【００８０】
また、それぞれのサンプルについて、Ｘ線光電子分光法によってシリコン酸化膜中の窒素の結合状態を比較したところ、本実施例に係るシリコン酸化膜中の窒素のほうが、より安定した結合状態となっていることがわかった。このことから、窒化処理後のアニール処理において、窒素がシリコン酸化膜中から抜け難いと考えられ、アニール処理後も膜中の窒素を高濃度に維持できると予想される。
【００８１】
図５に、上記（ｂ）の条件において処理時間を６０秒〜２４０秒の範囲で変化させて処理した薄膜の窒素信号強度と、上記（ａ）の条件で作製した薄膜の窒素信号強度を比較したグラフ図を示す。図５の横軸は、処理時間（秒）を示している。図５の縦軸は、蛍光Ｘ線分析法によるシリコン酸化膜中の窒素の相対的な信号強度（ａ．ｕ．）を示している。図中、◆印が上記（ｂ）の条件にて処理した場合のデータであり、■印が上記（ａ）の条件にて処理した場合のデータである。
【００８２】
図５に示すように、（ａ）の条件で処理した薄膜と同等の窒素信号強度の薄膜を、（ｂ）の条件で得るためには、約１２０秒以上必要なことが分かる。よって、本実施例では、窒化速度を約２倍向上させることができる。
【００８３】
（実施例２）
次に、本発明の実施例２について説明する。本実施例では、上記（ａ）の条件を基準として、Ｎ２ガスの流量比率のみが異なる幾つかの条件で、それぞれ別々のサンプルに窒化処理を施し、各サンプルのシリコン酸化膜中の窒素量を蛍光Ｘ線分析法による窒素の信号強度の強弱で比較した。比較にあたっては窒化された薄膜が用いられるデバイスの特性を満足するような窒素信号強度を目標値と定め、信号強度が目標値以上となる流量比について検討した。
【００８４】
図６に、Ｎ２ガスの流量比率、具体的には、Ｈ２ガス及びＮ２ガスの合計の流量に対するＮ２ガスの流量の比率を変化させたときの、シリコン酸化膜中の窒素の信号強度変化を示す。図６の横軸は、Ｎ２ガスの流量比率（％）を示している。図６の縦軸は、蛍光Ｘ線分析法によるシリコン酸化膜中の窒素の相対的な信号強度（ａ．ｕ．）を示している。
【００８５】
図６に示すように、Ｎ２ガスの流量比率を変化させると、一定範囲内の流量比率において信号強度が強まる凸型のグラフとなった。つまり、Ｎ２ガスの流量比率には最適値（範囲）がある。信号強度が目標値以上となるＮ２ガスの流量比率は、２５％以上９５％以下の範囲であった。係る比率を、Ｈ２ガス及びＮ２ガスの合計の流量に対するＨ２ガスの流量比率（上述の水素原子の比率Ｒに相当）で表わすと、Ｈ２ガスの流量比率が５％以上７５％以下となる。５％以上７５％以下の範囲内において、信号強度が目標値以上となり、酸化膜の窒化速度を向上させるとともに、高濃度な窒化を実現することができる。また、Ｈ２ガスの流量比率が０％より多く、５％より少ない範囲内と、７５％より多く、８０％以下の範囲内と、においても窒化速度を向上させることができる。
【００８６】
（実施例３）
本実施例では、処理ガスの総流量のみが異なる幾つかの条件について、上述の実施例２と同様の比較・検討を行った。
【００８７】
図７に、処理ガス（ここではＨ２ガス及びＮ２ガス）の総流量を変化させたときの、シリコン酸化膜中の窒素の信号強度変化を示す。図７の横軸は、Ｈ２ガス及びＮ２ガスの総流量（ｓｃｃｍ）を示している。図７の縦軸は、蛍光Ｘ線分析法によるシリコン酸化膜中の窒素の相対的な信号強度（ａ．ｕ．）を示している。
【００８８】
図７に示すように、総流量を増やすほど信号強度は強まり、測定範囲内では総流量と信号強度とは概ね比例関係にあることがわかった。これは、処理ガスをプラズマ化した際に生成される窒素活性種のウエハ２００への供給効率が増大するためと考えられる。信号強度が目標値以上となるＨ２ガス及びＮ２ガスの総流量は、６００ｓｃｃｍ以上であった。
【００８９】
（実施例４）
本実施例では、処理室内圧力のみが異なる幾つかの条件について、上述の実施例２と同様の比較・検討を行った。
【００９０】
図８に、処理室内圧力を変化させたときの、シリコン酸化膜中の窒素の信号強度変化を示す。図８の横軸は、処理室内圧力（Ｐａ）を示しており、放電時の圧力をみている。図８の縦軸は、蛍光Ｘ線分析法によるシリコン酸化膜中の窒素の相対的な信号強度（ａ．ｕ．）を示している。
【００９１】
図８に示すように、処理室内圧力が５０Ｐａ付近で信号強度が極を持つ凸型のグラフが得られた。つまり、処理室内圧力には最適値（範囲）が存在する。これは、プラズマ中でのイオン形成に適した圧力範囲があるためと考えられる。窒化濃度が向上した処理室内圧力は、約８Ｐａ以上１００Ｐａ以下の範囲であり、信号強度が目標値以上となる処理室内圧力は、２５Ｐａ以上８０Ｐａ以下の範囲であった。
【００９２】
＜本発明の好ましい態様＞
以下に、本発明の好ましい態様を付記する。
【００９３】
本発明の一態様は、
処理室内に設けられた基板支持部により、酸化膜が形成された基板を支持して加熱する工程と、
ガス流量制御部により処理ガス中の水素含有ガスと窒素含有ガスとの流量をそれぞれ調整し、前記処理ガス中に含まれる水素原子の数と窒素原子の数との総数に対する前記水素原子の数の比率Ｒを０％＜Ｒ≦８０％とする工程と、
前記ガス流量制御部を備えるガス供給部により、前記比率を調整した前記処理ガスを前記処理室内に供給する工程と、
前記処理室内に供給した前記処理ガスをプラズマ生成部により励起する工程と、
励起した前記処理ガスで前記基板を処理する工程と、を有する
半導体装置の製造方法。
【００９４】
本発明の他の態様は、
酸化膜と窒化膜とが積層された基板を処理室内に搬入する工程と、
前記処理室内に設けられた基板支持部により前記基板を支持して加熱する工程と、
ガス流量制御部により処理ガス中の水素含有ガスと窒素含有ガスとの流量をそれぞれ調整し、前記処理ガス中に含まれる水素原子の数と窒素原子の数との総数に対する前記水素
原子の数の比率Ｒを０％＜Ｒ≦８０％とする工程と、
前記ガス流量制御部を備えるガス供給部により、前記比率を調整した前記処理ガスを前記処理室内に供給する工程と、
前記処理室内に供給した前記処理ガスをプラズマ生成部により励起する工程と、
励起した前記処理ガスで前記基板を処理する工程と、
前記基板を前記処理室内から搬出する工程と、を有する
半導体装置の製造方法。
【００９５】
好ましくは、
前記流量を調整する工程では、
前記比率Ｒを５％≦Ｒ≦７５％とする。
【００９６】
好ましくは、
前記酸化膜には、シリコンが含まれている。
【００９７】
好ましくは、
前記窒化膜には、シリコンが含まれている。
【００９８】
好ましくは、
前記酸化膜は、前記窒化膜の上面側、下面側のいずれか又は両方に形成されている。
【００９９】
好ましくは、
前記処理ガスは、水素ガス、窒素ガス、アンモニアガスの少なくともいずれかを含む。
【０１００】
好ましくは、
前記処理ガスの総流量は６００ｓｃｃｍ以上である。
【０１０１】
好ましくは、
前記基板を処理するときの前記処理室内の圧力は、２５Ｐａ以上８０Ｐａ以下である。
【０１０２】
好ましくは、
前記基板を処理する工程では、
前記基板支持部の内部に設けられたインピーダンス調整電極に接続されるインピーダンス調整部により前記基板のバイアス電圧を調整する。
【０１０３】
本発明のさらに他の態様は、
酸化膜と窒化膜とが積層された基板が搬入される処理室と、
前記処理室内に設けられ、前記基板を支持して加熱する基板支持部と、
処理ガス中の水素含有ガスと窒素含有ガスとの流量をそれぞれ調整するガス流量制御部と、
前記ガス流量制御部を備え、前記処理ガスを前記処理室内に供給するガス供給部と、
前記処理ガスを励起させるプラズマ生成部と、
前記基板支持部、前記ガス流量制御部、前記ガス供給部及び前記プラズマ生成部を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、
前記処理室内に搬入された前記基板を加熱させ、前記処理ガス中の水素原子の数と窒素原子の数との総数に対する前記水素原子の数の比率Ｒが０％＜Ｒ≦８０％となるよう前記水素含有ガスの流量と前記窒素含有ガスの流量とを調整させ、前記比率を調整させた前記処理ガスを前記処理室内に供給させ、前記処理室内に供給させた前記処理ガスを励起させ、励起させた前記処理ガスで前記基板を処理させるよう制御する
基板処理装置。
【０１０４】
好ましくは、
前記制御部は、
前記比率Ｒが５％≦Ｒ≦７５％となるよう前記各部を制御する。
【０１０５】
好ましくは、
前記基板支持部の内部に設けられたインピーダンス調整電極に接続され、前記基板のバイアス電圧を調整するインピーダンス調整部を有し、
前記制御部は、
前記基板の前記バイアス電圧を調整させつつ前記基板を処理させるよう、前記インピーダンス調整部を制御する。
【符号の説明】
【０１０６】
１５ｏ シリコン酸化膜
１５ｎ シリコン窒化膜
１００ ＭＭＴ装置（基板処理装置）
１２１ コントローラ（制御部）
２００ ウエハ（基板）
２０１ 処理室
２５２ａ、２５２ｂ マスフローコントローラ（ガス流量制御部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上の薄膜を窒化する工程を含む半導体装置の製造方法及びその工程の実施に用いられる基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フラッシュメモリ等の半導体装置の製造工程の一工程として、基板上に形成された酸化膜に対して窒化処理を行う工程が実施される場合がある。窒化処理は、例えば基板を処理する処理室と、処理室内に窒素ガス等の処理ガスを供給するガス供給部と、供給された処理ガスを励起させるプラズマ生成部と、を有する基板処理装置を用い、以下の工程により行われる。すなわち、酸化膜が形成された基板を処理室内に搬入し、処理室内に処理ガスを供給してプラズマ状態に励起し、励起した処理ガスで基板を処理して酸化膜を窒化する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述のように、窒化処理の処理ガスとしては、例えば窒素（Ｎ２）ガスが単独で用いられてきた。しかしながら、窒素ガスのみでは充分な窒化速度が得られ難く、酸化膜を短時間で高濃度に窒化することが困難であった。また、近年の集積回路の微細化や、デバイス特性の向上に伴って、酸化膜を窒化した際、窒化濃度を高濃度にすることが要求されている。しかし窒素ガス単独での処理では充分な窒化濃度を得ることが困難であった。
【０００４】
そこで本発明の目的は、酸化膜の窒化速度の向上及び高濃度の窒化ができる半導体装置の製造方法及び基板処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によれば、
酸化膜と窒化膜とが積層された基板を処理室内に搬入する工程と、
前記処理室内に設けられた基板支持部により前記基板を支持して加熱する工程と、
ガス流量制御部により処理ガス中の水素含有ガスと窒素含有ガスとの流量をそれぞれ調整し、前記処理ガス中に含まれる水素原子の数と窒素原子の数との総数に対する前記水素原子の数の比率Ｒを０％＜Ｒ≦８０％とする工程と、
前記ガス流量制御部を備えるガス供給部により、前記比率を調整した前記処理ガスを前記処理室内に供給する工程と、
前記処理室内に供給した前記処理ガスをプラズマ生成部により励起する工程と、
励起した前記処理ガスで前記基板を処理する工程と、
前記基板を前記処理室内から搬出する工程と、を有する
半導体装置の製造方法が提供される。
【０００６】
本発明の他の態様によれば、
酸化膜と窒化膜とが積層された基板が搬入される処理室と、
前記処理室内に設けられ、前記基板を支持して加熱する基板支持部と、
処理ガス中の水素含有ガスと窒素含有ガスとの流量をそれぞれ調整するガス流量制御部と、
前記ガス流量制御部を備え、前記処理ガスを前記処理室内に供給するガス供給部と、
前記処理ガスを励起させるプラズマ生成部と、
前記基板支持部、前記ガス流量制御部、前記ガス供給部及び前記プラズマ生成部を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、
前記処理室内に搬入された前記基板を加熱させ、前記処理ガス中の水素原子の数と窒素原子の数との総数に対する前記水素原子の数の比率Ｒが０％＜Ｒ≦８０％となるよう前記水素含有ガスの流量と前記窒素含有ガスの流量とを調整させ、前記比率を調整させた前記処理ガスを前記処理室内に供給させ、前記処理室内に供給させた前記処理ガスを励起させ、励起させた前記処理ガスで前記基板を処理させるよう制御する
基板処理装置が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、酸化膜の窒化速度を向上させることができる半導体装置の製造方法及び基板処理装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係る基板処理装置としての変形マグネトロン型プラズマ処理装置の断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る基板処理工程を示すフロー図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る基板処理工程で処理される基板上のゲート構造の形成方法を示す模式図である。
【図４】本発明の実施例１と比較例とに係る酸化膜中の窒素の蛍光Ｘ線分析法による信号強度を比較するグラフ図である。
【図５】本発明の実施例１と比較例とに係る酸化膜中の窒素の蛍光Ｘ線分析法による信号強度の処理時間変化を比較するグラフ図である。
【図６】処理ガス中の窒素ガスの流量比率を変化させたときの、実施例２に係る酸化膜中の窒素の蛍光Ｘ線分析法による信号強度変化の傾向を示すグラフ図である。
【図７】ガス総流量を変化させたときの、実施例３に係る酸化膜中の窒素の蛍光Ｘ線分析法による信号強度変化の傾向を示すグラフ図である。
【図８】放電時の処理室内圧力を変化させたときの、実施例４に係る酸化膜中の窒素の蛍光Ｘ線分析法による信号強度変化の傾向を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜発明者が得た知見＞
まず、本発明の実施形態の説明に先立ち、発明者が得た知見について説明する。
【００１０】
上述の窒化処理は、例えば図３に示すフラッシュメモリ等のゲート構造をなす酸化膜に対して行われる。フラッシュメモリは、シリコン基板等のウエハ２００上に、例えばシリコン酸化（ＳｉＯ２）膜１３、ポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）膜１４、ＯＮＯ膜１５（シリコン酸化膜１５ｏ−シリコン窒化（Ｓｉ３Ｎ４）膜１５ｎ−シリコン酸化膜１５ｏ）、ポリシリコン膜１６を順次積層し（図３（ａ））、所定のレジストパターン１７をマスクとしてドライエッチング等により各膜をパターニングしてなる（図３（ｂ））。各膜は、トンネルゲート絶縁膜、浮遊ゲート、電極間絶縁膜、制御ゲートとして機能する。
【００１１】
上記積層膜をパターニングする際、例えばシリコン酸化膜１３、１５ｏ、１５ｏの側壁にダメージ１３ｄ、１５ｄが発生することがある。ダメージ１３ｄ、１５ｄの修復のためには酸化処理を行うが、このとき以下のように、バーズビーク１３ｂ、１５ｂが形成されてしまう場合があった（図３（ｃ））。つまり、酸化処理で使用される酸化種が、積層膜の端部から内部へと侵入してシリコン酸化膜１３、１５ｏ、１５ｏの界面近傍で反応を起こし、上下で接するポリシリコン膜１４、１６が酸化されることで、バーズビーク１３ｂ、１５ｂが形成される場合があった。バーズビーク１３ｂ、１５ｂが形成されると、ゲート構造のキャパシタンスが減少し、半導体装置の信頼性が低下してしまうことがある。
【００１２】
但し、ポリシリコン膜１４、１６と上下で接するシリコン酸化膜１３、１５ｏ、１５ｏが予め窒化されていると、酸化処理の際にポリシリコン膜１４、１６側へと酸化が広がり難くなり、バーズビーク１３ｂ、１５ｂの形成を抑制できる（図３（ｄ））。
【００１３】
しかし、上述のように、例えば窒素（Ｎ２）ガスのみを用いる従来の窒化処理においては、シリコン酸化膜１３、１５ｏ、１５ｏ等を短時間で高濃度に窒化することが困難であった。このため、例えば窒化処理に長時間を要し、生産性が低下してしまう場合があった。発明者は、窒化速度を向上させるべく、例えば窒化処理の温度を上げたり、プラズマを生成するときの高周波電力を大きくしたりする等の手法を試みたが、係る手法では、パーティクルが発生してウエハ２００に付着したり、金属汚染が発生したりする等の弊害が生じる場合があった。
【００１４】
そこで発明者は、係る手法に依らずとも窒化速度を向上させることができる方法について、さらに鋭意研究を行った。その結果、水素含有ガスの存在下で窒化処理を行えば、窒化速度を向上させることができるとの知見を得るに至った。本発明は、発明者が見出した上記知見に基づくものである。
【００１５】
＜本発明の一実施形態＞
（１）基板処理装置の構成
本発明の一実施形態に係る基板処理装置について、図１を用いて以下に説明する。図１は、本実施形態に係る基板処理装置としての変形マグネトロン型プラズマ処理装置の断面図である。
【００１６】
本実施形態に係る基板処理装置は、電界と磁界とにより高密度プラズマを生成できる変形マグネトロン型プラズマ源（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ Ｔｙｐｅｄ Ｐｌａｓｍａ Ｓｏｕｒｃｅ）を用いて、シリコン基板等のウエハ２００をプラズマ処理する変形マグネトロン型プラズマ処理装置（以下、ＭＭＴ装置１００と記載）である。ＭＭＴ装置１００は、機密性を保持した処理室２０１内にウエハ２００を設置し、処理室２０１内に供給した処理ガスに、一定の圧力下で高周波電圧をかけてマグネトロン放電を起こすように構成されている。ＭＭＴ装置１００によれば、係る機構により処理ガスを励起させて、ウエハ２００に酸化、窒化等の拡散処理を行なったり、薄膜を形成したり、またはウエハ２００表面をエッチングしたりする等の各種プラズマ処理を施すことができる。
【００１７】
（処理室）
ＭＭＴ装置１００は、ウエハ２００をプラズマ処理する処理炉２０２を備えている。処理炉２０２には、処理室２０１を構成する処理容器２０３が設けられている。処理容器２０３は、第１の容器であるドーム型の上側容器２１０と、第２の容器である碗型の下側容器２１１とを備えている。上側容器２１０が下側容器２１１の上に被さることにより、処理室２０１が形成される。上側容器２１０は、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）または石英（ＳｉＯ２）等の非金属材料で形成されており、下側容器２１１は、例えばアルミニウム（Ａｌ）で形成されている。
【００１８】
また、下側容器２１１の下部側壁には、ゲートバルブ２４４が設けられている。ゲートバルブ２４４は、開いているときには、搬送機構（図示せず）を用いて処理室２０１内へウエハ２００を搬入し、または処理室２０１外へとウエハ２００を搬出することができるように構成されている。ゲートバルブ２４４は、閉まっているときには、処理室２０１内の機密性を保持する仕切弁となるように構成されている。
【００１９】
（サセプタ）
処理室２０１の底側中央には、ウエハ２００を支持するサセプタ２１７が配置されてい
る。サセプタ２１７は例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、セラミックス、石英等の非金属材料から形成されており、ウエハ２００上に形成される膜等の金属汚染を低減することができるように構成されている。
【００２０】
サセプタ２１７の内部には、加熱機構としてのヒータ２１７ｂが一体的に埋め込まれている。ヒータ２１７ｂは、電力が供給されると、ウエハ２００表面を例えば２５℃〜５００℃程度まで加熱することができるように構成されている。
【００２１】
サセプタ２１７は、下側容器２１１とは電気的に絶縁されている。サセプタ２１７内部にはインピーダンス調整電極２１７ｃが装備されており、インピーダンス調整部としてのインピーダンス可変機構２７４を介して接地されている。インピーダンス調整電極２１７ｃは、後述する第１の電極としての筒状電極２１５に対する第２の電極として機能する。インピーダンス可変機構２７４はコイルや可変コンデンサから構成されており、コイルのパターン数や可変コンデンサの容量値を制御することにより、インピーダンス調整電極２１７ｃ及びサセプタ２１７を介して、ウエハ２００の電位（バイアス電圧）を制御できるように構成されている。
【００２２】
サセプタ２１７には、サセプタ昇降機構２６８が設けられている。そしてサセプタ２１７には貫通孔２１７ａが設けられ、一方、下側容器２１１の底面には基板突上げピン２６６が設けられている。貫通孔２１７ａと基板突上げピン２６６とは互いに対向する位置に、少なくとも各３箇所ずつ設けられている。サセプタ昇降機構２６８によりサセプタ２１７が下降させられたときには、基板突上げピン２６６がサセプタ２１７とは非接触な状態で、貫通孔２１７ａを突き抜けるように構成されている。また、サセプタ昇降機構２６８は、サセプタ２１７上面の中心を通る垂直軸回りにサセプタ２１７を回転させるサセプタ回転機能を備えている。プラズマ処理中にウエハ２００を回転させることで、ウエハ２００面内におけるプラズマ処理の均一性を向上させることができるように構成されている。
【００２３】
主に、サセプタ２１７及びヒータ２１７ｂにより、本実施形態に係る基板支持部が構成されている。
【００２４】
（ランプヒータユニット）
処理室２０１の上方、つまり上側容器２１０の上部には光透過窓２７８が設けられ、光透過窓２７８上の反応容器２０３外側には、ランプヒータユニット２８０が設けられている。ランプヒータユニット２８０は、ヒータ２１７ｂとの協働により、ウエハ２００の表面温度を５００℃〜９００℃に調整できるように構成されている。
【００２５】
（ガス供給部）
処理室２０１の上方、つまり上側容器２１０の上部には、シャワーヘッド２３６が設けられている。シャワーヘッド２３６は、キャップ状の蓋体２３３と、ガス導入口２３４と、バッファ室２３７と、開口２３８と、遮蔽プレート２４０と、ガス吹出口２３９とを備え、処理ガスを処理室２０１内へ供給できるように構成されている。バッファ室２３７は、ガス導入口２３４より導入される処理ガスを分散する分散空間としての機能を持つ。
【００２６】
ガス導入口２３４には、水素含有ガスとしての水素（Ｈ２）ガスを供給する水素含有ガス供給管２３２ａの下流端と、窒素含有ガスとしての窒素（Ｎ２）ガスを供給する窒素含有ガス供給管２３２ｂの下流端と、が合流するように接続されている。水素含有ガス供給管２３２ａには、上流側から順にＨ２ガス供給源２５０ａ、マスフローコントローラ２５２ａ、開閉弁としてのバルブ２５３ａが設けられている。窒素含有ガス供給管２３２ｂには、上流側から順にＮ２ガス供給源２５０ｂ、マスフローコントローラ２５２ｂ、開閉弁としてのバルブ２５３ｂが設けられている。水素含有ガス供給管２３２ａと窒素含有ガス
供給管２３２ｂとが合流した下流側には、バルブ２４３ａが設けられ、ガスケット２０３ｂを介してガス導入口２３４の上流端に接続されている。バルブ２５３ａ、２５３ｂ、２４３ａを開閉させることによって、マスフローコントローラ２５２ａ、２５２ｂによりそれぞれのガスの流量を調整しつつ、ガス供給管２３２ａ、２３２ｂを介して、水素含有ガスと窒素含有ガスとを含む処理ガスを処理室２０１内へ供給できるように構成されている。
【００２７】
主に、マスフローコントローラ２５２ａ、２５２ｂにより、本実施形態に係るガス流量制御部が構成されている。また、主に、シャワーヘッド２３６（蓋体２３３、ガス導入口２３４、バッファ室２３７、開口２３８、遮蔽プレート２４０、ガス吹出口２３９）、水素含有ガス供給管２３２ａ、窒素含有ガス供給管２３２ｂ、Ｈ２ガス供給源２５０ａ、Ｎ２ガス供給源２５０ｂ、マスフローコントローラ２５２ａ、２５２ｂ、バルブ２５３ａ、２５３ｂ、２４３ａにより、本実施形態に係るガス供給部が構成されている。
【００２８】
（排気部）
下側容器２１１の側壁には、処理室２０１内から処理ガスを排気するガス排気口２３５が設けられている。ガス排気口２３５には、ガス排気管２３１の上流端が接続されている。ガス排気管２３１には、上流側から順に圧力調整器（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）２４２、開閉弁としてのバルブ２４３ｂ、真空排気装置としての真空ポンプ２４６が設けられている。
【００２９】
主に、ガス排気口２３５、ガス排気管２３１、ＡＰＣ２４２、バルブ２４３ｂ、真空ポンプ２４６により、本実施形態に係る排気部が構成されている。
【００３０】
（プラズマ生成部）
処理室２０１の外周部、すなわち上側容器２１０の外側壁には、処理室２０１を囲うように、第１の電極としての筒状電極２１５が設けられている。筒状電極２１５は、筒状、例えば円筒状に形成されている。筒状電極２１５は、インピーダンスの整合を行なう整合器２７２を介して、高周波電力を印加する高周波電源２７３に接続されている。
【００３１】
筒状電極２１５の外側表面の上下端部には、上側磁石２１６ａ及び下側磁石２１６ｂがそれぞれ取り付けられている。上側磁石２１６ａおよび下側磁石２１６ｂは、ともに筒状、例えば円筒状に形成された永久磁石により構成されている。上側磁石２１６ａおよび下側磁石２１６ｂは、処理室２０１に向いた面側とその反対の面側に磁極を有している。上側磁石２１６ａおよび下側磁石２１６ｂの磁極の向きは、逆向きになるよう配置されている。すなわち、上側磁石２１６ａおよび下側磁石２１６ｂの処理室２０１に向いた面側の磁極同士は互いに異極となっている。これにより、筒状電極２１５の内側表面に沿って円筒軸方向の磁力線が形成される。
【００３２】
上側磁石２１６ａおよび下側磁石２１６ｂにより磁界を発生させ、さらに処理室２０１内に処理ガスを導入した後、筒状電極２１５に高周波電力を供給して電界を形成することで、処理室２０１内のプラズマ生成領域２２４にマグネトロン放電プラズマが生成されるように構成されている。放出された電子を上述の電磁界が周回運動させることによって、プラズマの電離生成率が高まり、長寿命かつ高密度のプラズマを生成させることができる。
【００３３】
なお、筒状電極２１５、上側磁石２１６ａおよび下側磁石２１６ｂの周囲には、これらが形成する電磁界が他の装置や外部環境に悪影響を及ぼさないように、電磁界を有効に遮蔽する金属製の遮蔽板２２３が設けられている。
【００３４】
主に、筒状電極２１５、整合器２７２、高周波電源２７３、上側磁石２１６ａおよび下側磁石２１６ｂにより、本実施形態に係るプラズマ生成部が構成されている。
【００３５】
（制御部）
制御部としてのコントローラ１２１は、信号線Ａを通じてＡＰＣ２４２、バルブ２４３ｂ及び真空ポンプ２４６を、信号線Ｂを通じてサセプタ昇降機構２６８を、信号線Ｃを通じてヒータ２１７ｂ及びインピーダンス可変機構２７４を、信号線Ｄを通じてゲートバルブ２４４を、信号線Ｅを通じて整合器２７２及び高周波電源２７３を、信号線Ｆを通じてマスフローコントローラ２５２ａ、２５２ｂ及びバルブ２５３ａ、２５３ｂ、２４３ａを、信号線Ｇを通じてランプヒータユニット２８０を、それぞれ制御するように構成されている。
【００３６】
（２）基板処理工程
次に、本実施形態に係る基板処理工程について、図２を用いて説明する。図２は、本実施形態に係る基板処理工程を示すフロー図である。本実施形態に係る基板処理工程は、例えばフラッシュメモリ等の半導体デバイスの製造工程の一工程として、上述のＭＭＴ装置１００により実施される。なお以下の説明において、ＭＭＴ装置１００を構成する各部の動作は、コントローラ１２１により制御される。
【００３７】
なお、本実施形態に係る基板処理工程で処理されるウエハ２００上には、例えば図３（ａ）に示すシリコン酸化膜１５ｏ、１５ｏやシリコン窒化膜１５ｎが予め形成されている。ここでは、図３（ａ）に示す積層膜のうち、シリコン窒化膜１５ｎ上層のシリコン酸化膜１５ｏまで積層済みの状態となっているものとし、ポリシリコン膜１６形成前に窒化処理を行って、主にシリコン窒化膜１５ｎ上層のシリコン酸化膜１５ｏを窒化させる場合について説明する。
【００３８】
（基板搬入工程Ｓ１０）
まずは、上記のウエハ２００を処理室２０１内に搬入する。具体的には、ウエハ２００の搬送位置までサセプタ２１７を下降させて、サセプタ２１７の貫通孔２１７ａにウエハ突上げピン２６６を貫通させる。その結果、突き上げピン２６６が、サセプタ２１７表面よりも所定の高さ分だけ突出した状態となる。
【００３９】
続いて、ゲートバルブ２４４を開き、図中省略の搬送機構を用いて処理室２０１に隣接する真空搬送室（図示せず）から処理室２０１内にウエハ２００を搬入する。その結果、ウエハ２００は、サセプタ２１７の表面から突出したウエハ突上げピン２６６上に水平姿勢で支持される。処理室２０１内にウエハ２００を搬入したら、搬送機構を処理室２０１外へ退避させ、ゲートバルブ２４４を閉じて処理室２０１内を密閉する。そして、サセプタ昇降機構２６８を用いてサセプタ２１７を上昇させる。その結果、ウエハ２００はサセプタ２１７の上面に支持される。その後、ウエハ２００を所定の処理位置まで上昇させる。一方、サセプタ昇降機構２６８の回転機能を用いて、ウエハ２００の回転を開始する。後述の排気工程Ｓ７０の終了時までこの回転を継続することで、ウエハ２００面内における基板処理の均一性を向上させることができる。なお、基板搬入工程Ｓ１０は、処理室２０１内を不活性ガス等でパージしながら行ってもよい。
【００４０】
（昇温・排気工程Ｓ２０）
続いて、サセプタ２１７の内部に埋め込まれたヒータ２１７ｂに電力を供給することによって所定の温度（２５℃〜５００℃）に予め加熱されたサセプタ２１７によって、ウエハ２００表面が所定の温度となるように加熱される。また、ウエハ２００を５００℃〜９００℃に加熱したい場合は、装置のランプヒータユニット２８０も用いる。また、ウエハ２００の昇温を行う間、真空ポンプ２４６によりガス排気管２３１を介して処理室２０１
内を排気し、処理室２０１内の圧力を０．１Ｐａ以上１００Ｐａ以下の範囲内の所定値とする。真空ポンプ２４６は、少なくとも後述の基板搬出工程Ｓ８０が終了するまで作動させておく。
【００４１】
（処理ガス流量調整工程Ｓ３０）
次に、水素含有ガスとしてのＨ２ガス及び窒素含有ガスとしてのＮ２ガスの流量調整を行う。具体的には、バルブ２５３ａ、２５３ｂ、２４３ａを開ける。Ｈ２ガス及びＮ２ガスは、まず、ガス供給管２３２ａ、２３２ｂ内にそれぞれ流れ込む。このとき、ガス流量制御部としてのマスフローコントローラ２５２ａ、２５２ｂにより、ガス供給管２３２ａ、２３２ｂ内におけるＨ２ガス及びＮ２ガスの流量の調整をそれぞれ行う。流量調整されたＨ２ガス及びＮ２ガスはガス供給管２３２ａ、２３２ｂ内を更に下流側に流れて合流し、混合されて、Ｈ２ガスとＮ２ガスとを含む処理ガスとなる。
【００４２】
このとき、処理ガス中に含まれる水素原子の数と窒素原子の数との総数に対する水素原子の数の比率が、例えば０％よりも多く８０％以下となるよう、Ｈ２ガス及びＮ２ガスの流量をそれぞれ調整する。すなわち、上記比率Ｒを、Ｒ＝［水素原子数／（水素原子数＋窒素原子数）］×１００（％）と定義した場合、例えば０％＜Ｒ≦８０％となるように流量調整する。本実施形態においては、処理ガス中のＨ２ガスとＮ２ガスとの合計の流量に対するＨ２ガスの流量の比率を０％より多く、８０％以下となるようにすれば、水素原子の上記所定の比率Ｒを満たす。これによって、窒化速度をより向上させることができる。より好ましくは、水素原子の数の比率が、５％以上７５％以下となるようにする。これによって、酸化膜を高濃度に窒化させることができる。
【００４３】
また、Ｈ２ガス及びＮ２ガスのそれぞれの流量を、例えば１００ｓｃｃｍ以上１０００ｓｃｃｍ以下の範囲内の所定値とする。好ましくは、Ｈ２ガスとＮ２ガスとを含む処理ガスの総流量が、２００ｓｃｃｍ以上１０００ｓｃｃｍ以下となるようにする。これによって、後の工程で生じる窒素活性種のウエハ２００への供給効率を増大させ、窒化速度を向上させることができる。より好ましくは、Ｈ２ガスとＮ２ガスとを含む処理ガスの総流量が、６００ｓｃｃｍ以上となるようにする。これによって、後の工程で生じる窒素活性種のウエハ２００への供給効率を増大させ、窒化速度をより向上させることができると共に、酸化膜を高濃度に窒化させることができる。
【００４４】
（処理ガス供給工程Ｓ４０）
処理ガス流量調整工程Ｓ３０にてバルブ２５３ａ、２５３ｂ、２４３ａを開けると、流量調整されたＨ２ガスとＮ２ガスとを含む処理ガスが処理室２０１内へと供給される。このとき、処理室２０１内の圧力が、例えば０．１Ｐａ以上１００Ｐａ以下の範囲内の所定圧力となるように、ＡＰＣ２４２の開度を調整する。より好ましくは、８Ｐａ以上１００Ｐａ以下の範囲内の所定値となるようにする。これによって、後述のプラズマ中でのイオン形成に適した圧力となり、窒化速度を向上させることができ、シリコン酸化膜を高濃度に窒化させることができる。さらに好ましくは、２５Ｐａ以上８０Ｐａ以下の範囲内の所定値となるようにする。これによって、さらに高濃度な窒化を実現することができる。処理ガスの供給は、後述の窒化処理工程Ｓ６０の終了時まで継続する。
【００４５】
（処理ガス励起工程Ｓ５０）
処理室２０１内の圧力が安定したら、筒状電極２１５に対して高周波電源２７３から整合器２７２を介して高周波電力を印加する。このとき、高周波電力の周波数を例えば１３．５６ＭＨｚとし、例えば１５０Ｗ以上１０００Ｗ以下の範囲内の所定の出力値の高周波電力を印加する。これにより、処理室２０１内、より具体的にはウエハ２００の上方のプラズマ生成領域２２４内で、Ｈ２ガスとＮ２ガスとを含む処理ガスをプラズマ状態に励起させる。プラズマ状態となった処理ガス中のＨ２ガスとＮ２ガスとは例えば解離し、水素
活性種や窒素活性種、すなわち、水素ラジカル（Ｈ＊）や窒素ラジカル（Ｎ＊）のほか、水素イオン（Ｈ＋）や窒素イオン（Ｎ＋）、その他のラジカル、イオン等を生成する。
【００４６】
また、インピーダンス可変機構２７４により、サセプタ２１７を予め所定のインピーダンス値に制御しておく。これにより、サセプタ２１７の電位、ひいてはウエハ２００の電位（バイアス電圧）を制御することができる。このとき、ウエハ２００のバイアス電圧を高めるようにインピーダンス値を制御すれば、サセプタ２１７上のウエハ２００へのイオン入射量を増大させることができ、窒化速度をより向上させることができる。また、ウエハ２００への窒素の侵入深さが所定深さとなるバイアス電圧が得られるようにインピーダンス値を調整することで、積層膜中の所定の膜、例えば上層のシリコン酸化膜１５ｏを窒化することができる。
【００４７】
また、インピーダンス可変機構２７４により、電位的に揺れるサセプタ２１７とプラズマとの電位の位相差を調整できる。サセプタ２１７とプラズマとで例えば位相を反転（ほぼ１８０°）させ、サセプタ２１７とプラズマとの電位差の絶対値が大きくなるように制御すると、ウエハ２００への供給される窒素活性種と水素活性種の供給量を増やすことができ、窒化速度をより向上させることができる。或いは、例えば上記の位相差を０°〜１８０°の範囲内で調整し、窒化速度とウエハ２００面内の窒素濃度の均一性とのバランスが取れるように制御すると、窒化速度と均一性との双方を許容値の範囲内とすることができる。
【００４８】
（窒化処理工程Ｓ６０）
高周波電力により処理ガスが励起されると、励起した処理ガスにより、ウエハ２００の表面にプラズマ処理が施される。プラズマ中の窒素活性種はシリコン酸化膜１５ｏ膜中に侵入して窒化させ、シリコン窒化（ＳｉＮ）膜やシリコン酸窒化（ＳｉＯＮ）膜へと改質させる。このとき、窒素活性種と共に水素活性種をウエハ２００表面に供給することにより、シリコン酸化膜が還元される。シリコン酸化膜が還元されると、Ｓｉ未結合手が生成され、窒素とＳｉが反応し易い状態になり、窒化速度が向上していると考えられる。また、窒素は酸素原子等の不純な原子を介す事無くＳｉと直接結合するので、窒素とＳｉの結合状態は、窒素活性種のみで処理した場合よりも、結合度の強い窒化シリコンや酸窒化シリコンが形成される。また、還元で発生した酸素や、水素活性種と反応して生成された水（Ｈ２Ｏ）は、シリコン酸化膜中から脱離し、雰囲気と共に排気される。
【００４９】
窒化処理後には、シリコン酸化膜１５ｏと窒素との結合を強固なものにするため、アニール処理が施されることがある。このとき、窒化処理によってシリコン酸化膜１５ｏ中に取り込まれた窒素の結合が弱すぎると、アニール処理の高温により窒素がシリコン酸化膜１５ｏ中から抜けてしまう。しかし、本実施形態では、シリコン酸化膜１５ｏ中の窒素が安定した結合状態となっており、アニール処理での窒素の抜けを抑制することができる。
【００５０】
その後、所定の処理時間、例えば９秒〜１５秒が経過したら、バルブ２５３ａを閉めて、Ｈ２ガスの処理室２０１内への供給を停止し、ほぼ同時に、高周波電源２７３からの電力の印加を停止する。係る操作の後、プラズマ放電後の処理室２０１内は、主にＮ２ガスの雰囲気で満たされる。Ｈ２ガスの供給を先に停止することによって、水素活性種とシリコン酸化膜が反応することで生成されるＳｉの未結合手を残したまま処理が終わらないようになっている。Ｓｉの未結合手が残っていると、後の工程においてＳｉ未結合手と酸素が反応し、薄膜の特性が変化することがある。また、処理中に高温となったシリコン酸化膜と残留したＨ２ガスが反応することも防止できる。Ｈ２ガス停止後は、Ｓｉ未結合手と窒素が結合する。これらにより、処理後の薄膜の安定性が向上する。
【００５１】
その後、バルブ２５３ｂ、２４３ａを閉めて、Ｎ２ガスの処理室２０１内への供給を停
止する。以上により、シリコン酸化膜１５ｏが窒化（改質）され、窒化処理工程Ｓ６０が終了する。
【００５２】
（排気工程Ｓ７０）
Ｎ２ガスの供給を停止したら、ガス排気管２３１を用いて処理室２０１内を排気する。これにより、処理室２０１内のＮ２ガスやＨ２ガス、及びそれらが反応した排ガス等を処理室２０１外へと排気する。その後、ＡＰＣ２４２の開度を調整し、処理室２０１内の圧力を処理室２０１に隣接する真空搬送室（ウエハ２００の搬出先。図示せず）と同じ圧力（例えば１００Ｐａ）に調整する。
【００５３】
（基板搬出工程Ｓ８０）
処理室２０１内が所定の圧力となったら、サセプタ２１７をウエハ２００の搬送位置まで下降させ、ウエハ突上げピン２６６上にウエハ２００を支持させる。そして、ゲートバルブ２４４を開き、図中省略の搬送機構を用いてウエハ２００を処理室２０１外へ搬出する。このとき、処理室２０１内を不活性ガス等でパージしながら基板搬出を行ってもよい。以上により、本実施形態に係る基板処理工程を終了する。
【００５４】
（３）本実施形態に係る効果
本実施形態によれば、以下に示す１つまたは複数の効果を奏する。
【００５５】
（ａ）本実施形態によれば、Ｈ２ガスとＮ２ガスとを含む処理ガスを使用して窒化処理を行っており、また、処理ガス中に含まれる水素原子の数と窒素原子の数との総数に対する水素原子の数の比率を０％より多く８０％以下となるようにしている。これによって、シリコン酸化膜１５ｏの窒化速度を向上させることができ、短時間で高濃度に窒化させることができる。
【００５６】
（ｂ）また、本実施形態によれば、Ｈ２ガスとＮ２ガスとを含む処理ガスを使用して窒化処理を行っており、また、処理ガス中に含まれる水素原子の数と窒素原子の数との総数に対する水素原子の数の比率を５％以上７５％以下としている。これによって、シリコン酸化膜１５ｏの窒化速度を向上させることができる。またさらなる高濃度な窒化を実現でき、近年の集積回路の微細化や半導体デバイスが要求する窒化濃度を実現することができる。
【００５７】
（ｃ）また、本実施形態によれば、上記構成とすることで、シリコン酸化膜１５ｏ中に侵入した窒素を安定な結合状態とすることができる。よって、後にアニール処理を行う場合、窒素がシリコン酸化膜１５ｏ中から抜けるのを抑制することができ、アニール処理後もシリコン酸化膜１５ｏ中の窒素を高濃度に維持することが可能である。
【００５８】
（ｄ）また、本実施形態によれば、処理ガスの総流量を６００ｓｃｃｍ以上としている。あるいは、処理室２０１内の圧力を２５Ｐａ以上８０Ｐａ以下としている。これらの条件のいずれか又は両方を採用することによって、窒化速度をより向上させることができる。
【００５９】
（ｅ）また、本実施形態によれば、インピーダンス可変機構２７４を備え、ウエハ２００のバイアス電圧を調整しながらプラズマによる窒化処理を行っている。これによって、所定の窒化速度を得ることができ、特に、ウエハ２００のバイアス電圧を高めれば、窒化速度をさらに向上させることができる。
【００６０】
（ｆ）また、本実施形態によれば、上記バイアス電圧の調整により、ウエハ２００への窒素の侵入深さを所定値とすることができ、図３に示す積層膜中の所定の膜、例えば上層のシリコン酸化膜１５ｏを窒化することができる。このとき、積層膜中の下層膜深さまで窒
素を侵入させ、下層のシリコン酸化膜１５ｏを同時に窒化することも可能である。これによって、複数の膜の一括処理が可能となり、工程数を削減することができる。
【００６１】
（ｇ）また、本実施形態によれば、インピーダンス可変機構２７４によって、サセプタ２１７とプラズマとの電位の位相差を０°〜１８０°の範囲内の所定値に調整している。これによって、位相をほぼ１８０°に反転させれば、窒化速度をさらに向上させることができ、或いは、位相差を０°〜１８０°の範囲内で調整すれば、窒化速度とウエハ２００面内の窒素濃度の均一性とを共に許容値の範囲内とすることができる。
【００６２】
（ｈ）また、本実施形態によれば、プラズマを生成する高周波電力を停止するタイミングで、Ｎ２ガスの供給よりも先にＨ２ガスの供給を停止している。Ｈ２ガスの供給を先に停止することによって、水素活性種とシリコン酸化膜が反応することによって生成されるＳｉの未結合手を残したまま処理が終わらないようになっている。Ｓｉの未結合手が残っていると、後の工程においてＳｉ未結合手と酸素が反応し、薄膜の特性が変化することがある。また、処理中に高温となったシリコン酸化膜と残留したＨ２ガスが反応することも防止できる。これにより、処理後の薄膜の安定性が向上する。
【００６３】
（ｈ）また、本実施形態を、図３（ａ）に示すようなフラッシュメモリ等の半導体装置の積層膜に適用することによって、高スループットで高濃度に窒化処理をすることができ、バーズビークの発生を抑制して半導体装置の信頼性を向上させることができる。
【００６４】
＜本発明の他の実施形態＞
以上、本発明の実施の形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【００６５】
例えば、上述の実施形態においては、水素含有ガスとしてＨ２ガスを用い、窒素含有ガスとしてＮ２ガスを用いることとしたが、これ以外の水素含有ガスや窒素含有ガスを用いることもできる。例えば、水素含有ガスとしてアンモニア（ＮＨ３）ガスを用いることも可能である。ＮＨ３ガスを用いて処理ガス中における水素原子の比率Ｒを７５％とするときは、ＮＨ３ガスを単独で使用し、窒素含有ガスの流量を０ｓｃｃｍに調整すればよい。また、ＮＨ３ガスに窒素含有ガスを添加して水素原子の比率Ｒを７５％未満としてもよく、ＮＨ３ガス以外の水素含有ガスを更に添加して所定の比率Ｒとなるようにしてもよい。
【００６６】
また、上述の実施形態においては、水素原子の比率Ｒを０％より多く、８０％以下とし、好ましくは５％以上７５％以下としたが、係る範囲を外れる場合であっても、水素含有ガスの存在下、窒化速度を向上させる一定の効果は得られる。よって、窒化処理の時間を延ばすことで、酸化膜中の窒素濃度を所定値とすることが可能である。
【００６７】
また、上述の実施形態においては、Ｈ２ガスの供給停止を高周波電力の停止とほぼ同タイミングとしたが、Ｈ２ガスの供給停止は、高周波電力の停止前あるいは後のタイミングであってもよく、また、Ｎ２ガスの供給停止とほぼ同タイミングとしてもよい。
【００６８】
また、上述の実施形態においては、ＯＮＯ膜１５が積層された状態でシリコン酸化膜１５ｏ等を窒化するものとしたが、例えば各膜を一層ずつ、或いは途中まで積層するごとに窒化処理を行ってもよく、各膜の窒化処理のタイミングを任意に選定することができる。よって、工程順序の自由度を増すことができる。
【００６９】
また、上述の実施形態においては、成膜後に窒化処理をするものとしたが、その後のパターニングがされた積層膜に対して窒化処理を行ってもよい。各膜のパターニングされた端部から窒素を侵入させ、窒化することが可能である。
【００７０】
また、上述の実施形態においては、窒化処理のみをＭＭＴ装置１００にて行うこととしたが、窒化膜や酸化膜の形成をＭＭＴ装置１００で行い、同一の処理室２０１内にて連続して窒化処理を行うようにしてもよい。
【００７１】
また、上述の実施形態においては、フラッシュメモリに本発明を適用することとしたが、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）のゲート絶縁膜等、その他の半導体装置に本発明を適用することも可能である。
【００７２】
また、上述の実施形態においては、シリコン酸化膜１５ｏ等を窒化処理するものとしたが、酸化膜としてはこれ以外にも、ハフニア（ＨｆＯ２）やハフニウムシリケート（ＨｆＳｉｘＯｙ）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、ジルコニウムシリケート（ＺｒＳｉｘＯｙ）等のＨｉｇｈ−ｋ膜や、Ａｌ、Ｔｉ、Ｗ等を含む膜であってもよい。
【００７３】
また、上述の実施形態においては、ＭＭＴ装置１００により基板処理工程を実施するものとしたが、使用可能な基板処理装置はこれに限られず、例えばＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）方式プラズマ処理装置やＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）方式プラズマ処理装置を用いることも可能である。
【実施例】
【００７４】
次に、本発明に係る実施例１〜４について説明する。以下の各実施例においては、シリコン基板上にシリコン酸化膜が１０ｎｍ厚さに形成されたサンプルを複数用意し、係るサンプルそれぞれに対して異なる条件で窒化処理を施し、シリコン酸化膜中の窒素の量・状態を調べた。窒化処理は、図１に示す上記実施形態のＭＭＴ装置１００を使用し、図２に示す基板処理工程を基本とする工程を用いて行った。
【００７５】
（実施例１）
本発明の実施例１を、比較例とともに説明する。本実施例では、Ｈ２ガス及びＮ２ガスを用いて上記サンプルに窒化処理を施し、シリコン酸化膜中の窒素の量・状態を、Ｎ２ガスのみを用いて窒化処理を施した比較例に係るサンプルと比較した。
【００７６】
図４に、本実施例及び比較例に係るサンプルの、シリコン酸化膜中の窒素量を蛍光Ｘ線分析法による窒素の信号強度の強弱で比較したデータを示す。図４の左側が（ａ）実施例１を示すデータであり、右側が（ｂ）比較例を示すデータである。図４の縦軸は、蛍光Ｘ線分析法によるシリコン酸化膜中の窒素の相対的な信号強度（ａ．ｕ．）を示している。係る信号強度は、シリコン酸化膜中の窒素濃度との相関を有し、信号強度が高いほど窒素濃度も高い。以下に、（ａ）実施例１（Ｈ２ガス及びＮ２ガスを使用）と、（ｂ）比較例（Ｎ２ガスのみを使用）と、に係る条件の詳細を示す。
【００７７】
（ａ）実施例１に係る条件
高周波電力：８００Ｗ
Ｈ２ガス流量：２５０ｓｃｃｍ
Ｎ２ガス流量：７５０ｓｃｃｍ
処理室内圧力：３０Ｐａ
基板温度：４５０℃
窒化処理時間：６０秒
【００７８】
（ｂ）比較例に係る条件
高周波電力：８００Ｗ
Ｈ２ガス流量： ０ｓｃｃｍ
Ｎ２ガス流量：１０００ｓｃｃｍ
処理室内圧力：３０Ｐａ
基板温度：４５０℃
窒化処理時間：６０秒
【００７９】
図４に示すように、本実施例は比較例よりも強い信号強度を示しており、シリコン酸化膜中の窒素濃度の向上率は約３８％であった。Ｈ２ガスとＮ２ガスとを用いて窒化処理をすることで、Ｎ２ガス単独での窒化処理に比べて、一定の処理時間（６０秒）で得られるシリコン酸化膜中の窒素濃度、すなわち、窒化速度が向上していることがわかる。
【００８０】
また、それぞれのサンプルについて、Ｘ線光電子分光法によってシリコン酸化膜中の窒素の結合状態を比較したところ、本実施例に係るシリコン酸化膜中の窒素のほうが、より安定した結合状態となっていることがわかった。このことから、窒化処理後のアニール処理において、窒素がシリコン酸化膜中から抜け難いと考えられ、アニール処理後も膜中の窒素を高濃度に維持できると予想される。
【００８１】
図５に、上記（ｂ）の条件において処理時間を６０秒〜２４０秒の範囲で変化させて処理した薄膜の窒素信号強度と、上記（ａ）の条件で作製した薄膜の窒素信号強度を比較したグラフ図を示す。図５の横軸は、処理時間（秒）を示している。図５の縦軸は、蛍光Ｘ線分析法によるシリコン酸化膜中の窒素の相対的な信号強度（ａ．ｕ．）を示している。図中、◆印が上記（ｂ）の条件にて処理した場合のデータであり、■印が上記（ａ）の条件にて処理した場合のデータである。
【００８２】
図５に示すように、（ａ）の条件で処理した薄膜と同等の窒素信号強度の薄膜を、（ｂ）の条件で得るためには、約１２０秒以上必要なことが分かる。よって、本実施例では、窒化速度を約２倍向上させることができる。
【００８３】
（実施例２）
次に、本発明の実施例２について説明する。本実施例では、上記（ａ）の条件を基準として、Ｎ２ガスの流量比率のみが異なる幾つかの条件で、それぞれ別々のサンプルに窒化処理を施し、各サンプルのシリコン酸化膜中の窒素量を蛍光Ｘ線分析法による窒素の信号強度の強弱で比較した。比較にあたっては窒化された薄膜が用いられるデバイスの特性を満足するような窒素信号強度を目標値と定め、信号強度が目標値以上となる流量比について検討した。
【００８４】
図６に、Ｎ２ガスの流量比率、具体的には、Ｈ２ガス及びＮ２ガスの合計の流量に対するＮ２ガスの流量の比率を変化させたときの、シリコン酸化膜中の窒素の信号強度変化を示す。図６の横軸は、Ｎ２ガスの流量比率（％）を示している。図６の縦軸は、蛍光Ｘ線分析法によるシリコン酸化膜中の窒素の相対的な信号強度（ａ．ｕ．）を示している。
【００８５】
図６に示すように、Ｎ２ガスの流量比率を変化させると、一定範囲内の流量比率において信号強度が強まる凸型のグラフとなった。つまり、Ｎ２ガスの流量比率には最適値（範囲）がある。信号強度が目標値以上となるＮ２ガスの流量比率は、２５％以上９５％以下の範囲であった。係る比率を、Ｈ２ガス及びＮ２ガスの合計の流量に対するＨ２ガスの流量比率（上述の水素原子の比率Ｒに相当）で表わすと、Ｈ２ガスの流量比率が５％以上７５％以下となる。５％以上７５％以下の範囲内において、信号強度が目標値以上となり、酸化膜の窒化速度を向上させるとともに、高濃度な窒化を実現することができる。また、Ｈ２ガスの流量比率が０％より多く、５％より少ない範囲内と、７５％より多く、８０％以下の範囲内と、においても窒化速度を向上させることができる。
【００８６】
（実施例３）
本実施例では、処理ガスの総流量のみが異なる幾つかの条件について、上述の実施例２と同様の比較・検討を行った。
【００８７】
図７に、処理ガス（ここではＨ２ガス及びＮ２ガス）の総流量を変化させたときの、シリコン酸化膜中の窒素の信号強度変化を示す。図７の横軸は、Ｈ２ガス及びＮ２ガスの総流量（ｓｃｃｍ）を示している。図７の縦軸は、蛍光Ｘ線分析法によるシリコン酸化膜中の窒素の相対的な信号強度（ａ．ｕ．）を示している。
【００８８】
図７に示すように、総流量を増やすほど信号強度は強まり、測定範囲内では総流量と信号強度とは概ね比例関係にあることがわかった。これは、処理ガスをプラズマ化した際に生成される窒素活性種のウエハ２００への供給効率が増大するためと考えられる。信号強度が目標値以上となるＨ２ガス及びＮ２ガスの総流量は、６００ｓｃｃｍ以上であった。
【００８９】
（実施例４）
本実施例では、処理室内圧力のみが異なる幾つかの条件について、上述の実施例２と同様の比較・検討を行った。
【００９０】
図８に、処理室内圧力を変化させたときの、シリコン酸化膜中の窒素の信号強度変化を示す。図８の横軸は、処理室内圧力（Ｐａ）を示しており、放電時の圧力をみている。図８の縦軸は、蛍光Ｘ線分析法によるシリコン酸化膜中の窒素の相対的な信号強度（ａ．ｕ．）を示している。
【００９１】
図８に示すように、処理室内圧力が５０Ｐａ付近で信号強度が極を持つ凸型のグラフが得られた。つまり、処理室内圧力には最適値（範囲）が存在する。これは、プラズマ中でのイオン形成に適した圧力範囲があるためと考えられる。窒化濃度が向上した処理室内圧力は、約８Ｐａ以上１００Ｐａ以下の範囲であり、信号強度が目標値以上となる処理室内圧力は、２５Ｐａ以上８０Ｐａ以下の範囲であった。
【００９２】
＜本発明の好ましい態様＞
以下に、本発明の好ましい態様を付記する。
【００９３】
本発明の一態様は、
処理室内に設けられた基板支持部により、酸化膜が形成された基板を支持して加熱する工程と、
ガス流量制御部により処理ガス中の水素含有ガスと窒素含有ガスとの流量をそれぞれ調整し、前記処理ガス中に含まれる水素原子の数と窒素原子の数との総数に対する前記水素原子の数の比率Ｒを０％＜Ｒ≦８０％とする工程と、
前記ガス流量制御部を備えるガス供給部により、前記比率を調整した前記処理ガスを前記処理室内に供給する工程と、
前記処理室内に供給した前記処理ガスをプラズマ生成部により励起する工程と、
励起した前記処理ガスで前記基板を処理する工程と、を有する
半導体装置の製造方法。
【００９４】
本発明の他の態様は、
酸化膜と窒化膜とが積層された基板を処理室内に搬入する工程と、
前記処理室内に設けられた基板支持部により前記基板を支持して加熱する工程と、
ガス流量制御部により処理ガス中の水素含有ガスと窒素含有ガスとの流量をそれぞれ調整し、前記処理ガス中に含まれる水素原子の数と窒素原子の数との総数に対する前記水素
原子の数の比率Ｒを０％＜Ｒ≦８０％とする工程と、
前記ガス流量制御部を備えるガス供給部により、前記比率を調整した前記処理ガスを前記処理室内に供給する工程と、
前記処理室内に供給した前記処理ガスをプラズマ生成部により励起する工程と、
励起した前記処理ガスで前記基板を処理する工程と、
前記基板を前記処理室内から搬出する工程と、を有する
半導体装置の製造方法。
【００９５】
好ましくは、
前記流量を調整する工程では、
前記比率Ｒを５％≦Ｒ≦７５％とする。
【００９６】
好ましくは、
前記酸化膜には、シリコンが含まれている。
【００９７】
好ましくは、
前記窒化膜には、シリコンが含まれている。
【００９８】
好ましくは、
前記酸化膜は、前記窒化膜の上面側、下面側のいずれか又は両方に形成されている。
【００９９】
好ましくは、
前記処理ガスは、水素ガス、窒素ガス、アンモニアガスの少なくともいずれかを含む。
【０１００】
好ましくは、
前記処理ガスの総流量は６００ｓｃｃｍ以上である。
【０１０１】
好ましくは、
前記基板を処理するときの前記処理室内の圧力は、２５Ｐａ以上８０Ｐａ以下である。
【０１０２】
好ましくは、
前記基板を処理する工程では、
前記基板支持部の内部に設けられたインピーダンス調整電極に接続されるインピーダンス調整部により前記基板のバイアス電圧を調整する。
【０１０３】
本発明のさらに他の態様は、
酸化膜と窒化膜とが積層された基板が搬入される処理室と、
前記処理室内に設けられ、前記基板を支持して加熱する基板支持部と、
処理ガス中の水素含有ガスと窒素含有ガスとの流量をそれぞれ調整するガス流量制御部と、
前記ガス流量制御部を備え、前記処理ガスを前記処理室内に供給するガス供給部と、
前記処理ガスを励起させるプラズマ生成部と、
前記基板支持部、前記ガス流量制御部、前記ガス供給部及び前記プラズマ生成部を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、
前記処理室内に搬入された前記基板を加熱させ、前記処理ガス中の水素原子の数と窒素原子の数との総数に対する前記水素原子の数の比率Ｒが０％＜Ｒ≦８０％となるよう前記水素含有ガスの流量と前記窒素含有ガスの流量とを調整させ、前記比率を調整させた前記処理ガスを前記処理室内に供給させ、前記処理室内に供給させた前記処理ガスを励起させ、励起させた前記処理ガスで前記基板を処理させるよう制御する
基板処理装置。
【０１０４】
好ましくは、
前記制御部は、
前記比率Ｒが５％≦Ｒ≦７５％となるよう前記各部を制御する。
【０１０５】
好ましくは、
前記基板支持部の内部に設けられたインピーダンス調整電極に接続され、前記基板のバイアス電圧を調整するインピーダンス調整部を有し、
前記制御部は、
前記基板の前記バイアス電圧を調整させつつ前記基板を処理させるよう、前記インピーダンス調整部を制御する。
【符号の説明】
【０１０６】
１５ｏ シリコン酸化膜
１５ｎ シリコン窒化膜
１００ ＭＭＴ装置（基板処理装置）
１２１ コントローラ（制御部）
２００ ウエハ（基板）
２０１ 処理室
２５２ａ、２５２ｂ マスフローコントローラ（ガス流量制御部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化膜と窒化膜とが積層された基板を処理室内に搬入する工程と、
前記処理室内に設けられた基板支持部により前記基板を支持して加熱する工程と、
ガス流量制御部により処理ガス中の水素含有ガスと窒素含有ガスとの流量をそれぞれ調整し、前記処理ガス中に含まれる水素原子の数と窒素原子の数との総数に対する前記水素原子の数の比率Ｒを０％＜Ｒ≦８０％とする工程と、
前記ガス流量制御部を備えるガス供給部により、前記比率を調整した前記処理ガスを前記処理室内に供給する工程と、
前記処理室内に供給した前記処理ガスをプラズマ生成部により励起する工程と、
励起した前記処理ガスで前記基板を処理する工程と、
前記基板を前記処理室内から搬出する工程と、を有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記酸化膜には、シリコンが含まれている
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記窒化膜には、シリコンが含まれている
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記酸化膜は、前記窒化膜の上面側、下面側のいずれか又は両方に形成されている
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
酸化膜と窒化膜とが積層された基板が搬入される処理室と、
前記処理室内に設けられ、前記基板を支持して加熱する基板支持部と、
処理ガス中の水素含有ガスと窒素含有ガスとの流量をそれぞれ調整するガス流量制御部と、
前記ガス流量制御部を備え、前記処理ガスを前記処理室内に供給するガス供給部と、
前記処理ガスを励起させるプラズマ生成部と、
前記基板支持部、前記ガス流量制御部、前記ガス供給部及び前記プラズマ生成部を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、
前記処理室内に搬入された前記基板を加熱させ、前記処理ガス中の水素原子の数と窒素原子の数との総数に対する前記水素原子の数の比率Ｒが０％＜Ｒ≦８０％となるよう前記水素含有ガスの流量と前記窒素含有ガスの流量とを調整させ、前記比率を調整させた前記処理ガスを前記処理室内に供給させ、前記処理室内に供給させた前記処理ガスを励起させ、励起させた前記処理ガスで前記基板を処理させるよう制御する
ことを特徴とする基板処理装置。
【請求項１】
酸化膜と窒化膜とが積層された基板を処理室内に搬入する工程と、
前記処理室内に設けられた基板支持部により前記基板を支持して加熱する工程と、
ガス流量制御部により処理ガス中の水素含有ガスと窒素含有ガスとの流量をそれぞれ調整し、前記処理ガス中に含まれる水素原子の数と窒素原子の数との総数に対する前記水素原子の数の比率Ｒを０％＜Ｒ≦８０％とする工程と、
前記ガス流量制御部を備えるガス供給部により、前記比率を調整した前記処理ガスを前記処理室内に供給する工程と、
前記処理室内に供給した前記処理ガスをプラズマ生成部により励起する工程と、
励起した前記処理ガスで前記基板を処理する工程と、
前記基板を前記処理室内から搬出する工程と、を有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記酸化膜には、シリコンが含まれている
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記窒化膜には、シリコンが含まれている
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記酸化膜は、前記窒化膜の上面側、下面側のいずれか又は両方に形成されている
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
酸化膜と窒化膜とが積層された基板が搬入される処理室と、
前記処理室内に設けられ、前記基板を支持して加熱する基板支持部と、
処理ガス中の水素含有ガスと窒素含有ガスとの流量をそれぞれ調整するガス流量制御部と、
前記ガス流量制御部を備え、前記処理ガスを前記処理室内に供給するガス供給部と、
前記処理ガスを励起させるプラズマ生成部と、
前記基板支持部、前記ガス流量制御部、前記ガス供給部及び前記プラズマ生成部を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、
前記処理室内に搬入された前記基板を加熱させ、前記処理ガス中の水素原子の数と窒素原子の数との総数に対する前記水素原子の数の比率Ｒが０％＜Ｒ≦８０％となるよう前記水素含有ガスの流量と前記窒素含有ガスの流量とを調整させ、前記比率を調整させた前記処理ガスを前記処理室内に供給させ、前記処理室内に供給させた前記処理ガスを励起させ、励起させた前記処理ガスで前記基板を処理させるよう制御する
ことを特徴とする基板処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−６９６７４（Ｐ２０１２−６９６７４Ａ）
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１２４０９（Ｐ２０１０−２１２４０９）
【出願日】平成２２年９月２２日（２０１０．９．２２）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２２日（２０１０．９．２２）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
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