基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラム
【課題】 酸素含有層を窒素濃度が高い酸窒化層又は窒化層に改質することで、ポリシリコン膜の耐酸化性を向上させる。
【解決手段】 酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を有する基板が搬入される処理室と、処理室内に設けられ、基板を加熱する加熱部と、処理室内に窒素及び水素を含む処理ガスを供給するガス供給部と、処理室内に供給された処理ガスを励起する励起部と、加熱部により基板を所定の温度に加熱させ、ガス供給部により供給させた処理ガスを励起部により励起させ、励起した処理ガスを基板に供給させ、酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質させるように、少なくとも加熱部、ガス供給部及び励起部を制御する制御部と、を備える。
【解決手段】 酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を有する基板が搬入される処理室と、処理室内に設けられ、基板を加熱する加熱部と、処理室内に窒素及び水素を含む処理ガスを供給するガス供給部と、処理室内に供給された処理ガスを励起する励起部と、加熱部により基板を所定の温度に加熱させ、ガス供給部により供給させた処理ガスを励起部により励起させ、励起した処理ガスを基板に供給させ、酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質させるように、少なくとも加熱部、ガス供給部及び励起部を制御する制御部と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
励起した処理ガスを用いて基板を処理する基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラムに関する。
【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、エッチングにより側壁が露出したゲート電極を有する基板を処理室内に搬入する工程と、処理室内で、基板に対してプラズマで励起させた水素含有ガスと酸素含有ガスとを供給して酸化処理を施す工程と、を有する基板処理工程が実施される場合がある（例えば特許文献１参照）。かかる基板処理工程は、ポリシリコン膜等で構成されるゲート電極の側壁にエッチングを施すことによって生じたエッチングダメージを、酸化処理を行うことで修復している。しかしながら、例えば、ポリシリコン膜の側壁の修復を行う際、ポリシリコン膜が所望とする範囲を超えて過度に酸化される場合があった。
【０００３】
そこで、例えば、ポリシリコン膜の過度の酸化を抑制するために、プラズマ励起させた窒素原子を含む処理ガスを処理室内に供給し、酸化処理の前に基板に供給することで、予めポリシリコン膜上に窒化層を形成する基板処理工程が実施される場合がある。窒化層の形成方法については、例えば特許文献２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２３７３０号公報
【特許文献２】特開２０１０−１７１３５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、上記のような目的により形成される窒化層であるが、窒化層の形成前には、基板の搬送等で基板が大気に晒されることで、基板上に自然酸化層等の酸素含有層が形成されてしまう場合がある。このように、自然酸化層等の酸素含有層が形成された基板に、窒素原子を含む処理ガスを供給して窒化層の形成を行った場合、窒化層中の窒素原子の濃度を高くすることができない場合があった。従って、酸化処理によるポリシリコン膜の側壁のエッチングダメージの修復を行う際、ポリシリコン膜の過度の酸化を抑制できない場合があった。
【０００６】
本発明は、酸素含有層を窒素濃度が高い酸窒化層又は窒化層に改質することで、ポリシリコン膜の耐酸化性を向上させた基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラム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】
【０００７】
本発明の一態様によれば、
酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を備える基板が搬入される処理室と、
前記処理室内に設けられ、前記基板を加熱する加熱部と、
前記処理室内に窒素及び水素を含む処理ガスを供給するガス供給部と、
前記処理室内に供給された処理ガスを励起する励起部と、
前記処理室内を排気する排気部と、
前記加熱部により前記基板を所定の温度に加熱させ、前記ガス供給部により供給させた処理ガスを前記励起部により励起させ、励起した処理ガスを前記基板に供給させ、前記酸
素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質させるように、少なくとも前記加熱部、前記ガス供給部、前記励起部及び前記排気部を制御する制御部と、を備える基板処理装置が提供される。
【０００８】
本発明の他の態様によれば、
酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を有する基板を処理室内に搬入する工程と、
前記基板を所定の温度に加熱し、前記処理室内を排気しつつ、前記処理室内に窒素及び水素を含む処理ガスを供給する工程と、
前記処理室内に供給した処理ガスを励起させ、励起した処理ガスを前記基板の表面に供給して前記酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質する工程と、
処理した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。
【０００９】
本発明の更に他の態様によれば、
酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を備える基板を処理室内に搬入する手順と、
前記基板を所定の温度に加熱し、前記処理室内を排気しつつ、前記処理室内に窒素原子及び水素原子を含む処理ガスを供給する手順と、
前記処理室内の前記基板に供給される処理ガスを励起させ、励起した処理ガスを前記基板の表面に供給して前記酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質する手順と、
処理した前記基板を前記処理室内から搬出する手順と、をコンピュータに実行させるプログラムが提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラムによれば、酸素含有層を窒素濃度が高い酸窒化層又は窒化層に改質することで、ポリシリコン膜の耐酸化性を向上させる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態にかかる基板処理装置の断面概略図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる基板処理工程を示すフロー図である。
【図３】本発明の実施例１にかかる酸窒化層の深さ方向の組成分析結果を示すグラフ図である。
【図４】本発明の実施例２にかかる酸窒化層の深さ方向の組成分析結果を示すグラフ図である。
【図５】本発明の実施例３にかかる酸窒化層の深さ方向の組成分析結果を示すグラフ図である。
【図６】比較例にかかる酸窒化層の深さ方向の組成分析結果を示すグラフ図である。
【図７】本発明の他の実施形態にかかるランプ加熱ユニットを備える基板処理装置の断面概略図である。
【図８】本発明の他の実施形態にかかる基板処理装置としてのＩＣＰ型プラズマ処理装置の断面概略図である。
【図９】本発明のさらに他の実施形態にかかる基板処理装置としてのＥＣＲ型プラズマ処理装置の断面概略図である。
【図１０】本発明の実施形態で好適に用いられる基板処理装置のコントローラの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜本発明者等が得た知見＞
まず、本発明の実施形態の説明に先立ち、発明者等が得た知見について説明する。
【００１３】
上述のエッチング処理及び酸化処理による修復は、例えばフラッシュメモリ等のゲート構造に対して行われる。一般的に、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膜（ＳｉＯ２膜）、ポリシリコン膜、ＯＮＯ構造を有する薄膜、ポリシリコン膜を順次積層し、所定のレジストパターンをマスクとして上述のように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。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。
【００１４】
上記積層膜をパターニングする際、例えばポリシリコン膜の側壁にエッチングダメージが発生することがある。そこで、上述のようにエッチングダメージの修復のために酸化処理が行われるが、このとき以下のようにバーズビークが形成されてしまう場合があった。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ポリシリコン膜とＯＮＯ構造の酸化膜との間の界面近傍で反応を起こし、ポリシリコン膜が酸化されることで、バーズビークが形成される場合があった。バーズビークが形成されると、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。
【００１５】
ただし、ポリシリコン膜とＯＮＯ構造の酸化膜との間に窒化層が予め形成されていると、酸化処理の際にポリシリコン膜側へと酸化が広がりにくくなり、バーズビークの形成を抑制できる。
【００１６】
しかし、上述のように、ポリシリコン膜に窒化処理を行う前に、基板の大気搬送時等に、ポリシリコン膜に自然酸化層が形成される場合がある。このように、自然酸化層等の酸素含有層が形成されたポリシリコン膜に、例えば窒素ガス（Ｎ２ガス）を供給して窒化処理を行っても、窒素原子の濃度が十分に高い窒化層を形成することができない場合があった。
【００１７】
そこで、発明者は、ポリシリコン膜の窒化処理を行う際に、ポリシリコン膜表面を窒化することができることに加えて、酸素含有層を窒素濃度の高い酸窒化層又は窒化層に改質でき、上述の課題を解決可能な手法について知見を得た。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。
【００１８】
＜本発明の一実施形態＞
本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１９】
（１）基板処理装置の構成
まず、本実施形態にかかる基板処理装置について、図１を用いて説明する。図１はＭＭＴ装置として構成された基板処理装置の断面概略図である。
【００２０】
ＭＭＴ装置とは、電界と磁界とにより高密度プラズマを発生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、例えばシリコン等からなる基板としてのウエハ２００をプラズマ処理する装置である。ＭＭＴ装置は、処理ガスをプラズマ状態として励起させて、例えば基板の表面又は基板に形成された薄膜を酸化や窒化したり、基板上に薄膜を形成したり、基板の表面をエッチングしたりする等、各種のプラズマ処理を施すことができる。
【００２１】
（処理室）
本実施形態にかかる基板処理装置１００の処理室２０１を構成する処理容器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。そして、上側容器２１０を下側容器２１１の上に被せることにより、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）又は石英（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）等で形成されている。
【００２２】
下側容器２１１の側壁には、仕切弁としてのゲートバルブ２４４が設けられている。ゲートバルブ２４４が開いている時には、搬送機構（図中省略）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なっている。そして、ゲートバルブ２４４を閉めることにより、処理室２０１内を気密に閉塞することができるようになっている。
【００２３】
（基板支持部）
処理室２０１内の底側中央には、ウエハ２００を支持する基板支持部としてのサセプタ２１７が配置されている。サセプタ２１７は、ウエハ２００の金属汚染を低減することができるように、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で形成されている。なお、サセプタ２１７は、下側容器２１１とは電気的に絶縁されている。
【００２４】
サセプタ２１７の内部には、インピーダンスを変化させるインピーダンス電極２１７ｃが装備されている。この電極は、インピーダンス可変機構２７４を介して設置されている。インピーダンス可変機構２７４は、コイルや可変コンデンサを備えており、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、インピーダンス電極２１７ｃ及びサセプタ２１７を介してウエハ２００の電位を制御できるようになっている。なお、インピーダンス可変機構２７４には、後述するコントローラ２２１が電気的に接続されている。
【００２５】
サセプタ２１７には、サセプタ２１７を昇降させるサセプタ昇降機構２６８が設けられている。サセプタ２１７には、貫通孔２１７ａが設けられている。上述の下側容器２１１底面には、ウエハ２００を突き上げるウエハ突き上げピン２６６が、少なくとも３箇所設けられている。そして、貫通孔２１７ａ及びウエハ突き上げピン２６６は、サセプタ昇降機構２６８によりサセプタ２１７が下降させられた時に、ウエハ突き上げピン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、互いに配置されている。
【００２６】
（加熱部）
サセプタ２１７の内部には、加熱部としてのヒータ２１７ｂが一体的に埋め込まれており、ウエハ２００を加熱できるように構成されている。ヒータ２１７ｂに電力が供給されると、ウエハ２００の表面が所定温度（例えば３５０℃〜７００℃、好ましくは４５０℃〜７００℃）にまで加熱されるようになっている。なお、サセプタ２１７には、温度センサ（図中省略）が設けられている。ヒータ２１７ｂ及び温度センサには、後述するコントローラ２２１が電気的に接続されている。コントローラ２２１は、温度センサにより検出された温度情報に基づいて、ヒータ２１７ｂへの供給電力が制御されるように構成されている。
【００２７】
（ガス供給部）
処理室２０１の上部には、処理室２０１内へ処理ガスを供給するシャワーヘッド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、ガス導入部２３４、バッファ室２３７、遮蔽プレート２４０及びガス吹出口２３９を備えている。
【００２８】
蓋体２３３は、上側容器２１０の上部に開設された開口に気密に設けられている。蓋体２３３の下部には、遮蔽プレート２４０が設けられている。蓋体２３３と遮蔽プレート２４０との間に形成される空間がバッファ室２３７である。バッファ室２３７は、ガス導入部２３４より導入される処理ガスを分散する分散空間として機能する。そして、バッファ
室２３７を通過した処理ガスが、遮蔽プレート２４０の側部のガス吹出口２３９から処理室２０１内に供給されるように構成されている。また、蓋体２３３には、開口が設けられている。蓋体２３３の開口には、ガス導入部２３４の下流端が気密に設けられている。ガス導入部２３４の上流端には、封止部材としてのＯリング２０３ｂを介して、ガス供給管２３２の下流端が接続されている。
【００２９】
ガス供給管２３２の上流側には、処理ガスとしての窒素含有ガスであるアンモニアガス（ＮＨ３ガス）を供給する窒素含有ガス供給管２３２ａの下流端と、処理ガスとしての水素含有ガスである水素ガス（Ｈ２ガス）を供給する水素含有ガス供給管２３２ｂの下流端と、不活性ガスとしての希ガスである例えばＡｒガスを供給する希ガス供給管２３２ｃの下流端と、が合流するように接続されている。ガス供給管２３２、窒素含有ガス供給管２３２ａ、水素含有ガス供給管２３２ｂ、希ガス供給管２３２ｃは、例えば石英、酸化アルミニウム等の非金属材料、及びＳＵＳ等の金属材料等により構成されている。
【００３０】
窒素含有ガス供給管２３２ａには、ＮＨ３ガス供給源２５０ａ、流量制御装置としてのマスフローコントローラ２５２ａ及び開閉弁であるバルブ２５３ａが上流から順に接続されている。水素含有ガス供給管２３２ｂには、Ｈ２ガス供給源２５０ｂ、流量制御装置としてのマスフローコントローラ２５２ｂ及び開閉弁であるバルブ２５３ｂが上流から順に接続されている。希ガス供給管２３２ｃには、Ａｒガス供給源２５０ｃ、流量制御装置としてのマスフローコントローラ２５２ｃ及び開閉弁であるバルブ２５３ｃが上流から順に接続されている。
【００３１】
マスフローコントローラ２５２ａ〜２５２ｃ及びバルブ２５３ａ〜２５３ｃには、後述するコントローラ２２１が電気的に接続されている。コントローラ２２１は、処理室２０１内に供給するガスの流量が所定の流量となるように、マスフローコントローラ２５２ａ〜２５２ｃ及びバルブ２５３ａ〜２５３ｃの開閉を制御するように構成されている。このように、バルブ２５３ａ〜２５３ｃを開閉させることにより、マスフローコントローラ２５２ａ〜２５２ｃで流量制御しながら、ガス供給管２３２、バッファ室２３７及びガス吹出口２３９を介して処理室２０１内に、ＮＨ３ガス、Ｈ２ガス及びＡｒガスを自在に供給できるように構成されている。
【００３２】
主に、シャワーヘッド２３６、Ｏリング２０３ｂ、ガス供給管２３２、窒素含有ガス供給管２３２ａ、水素含有ガス供給管２３２ｂ、希ガス供給管２３２ｃ、マスフローコントローラ２５２ａ〜２５２ｃ及びバルブ２５３ａ〜２５３ｃにより、本実施形態に係るガス供給部が構成されている。なお、ＮＨ３ガス供給源２５０ａ、Ｈ２ガス供給源２５０ｂ、Ａｒガス供給源２５０ｃをガス供給部に含めて考えてもよい。
【００３３】
（排気部）
下側容器２１１の側壁下方には、処理室２０１内から処理ガス等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、ガスを排気するガス排気管２３１の上流端が接続されている。ガス排気管２３１には、圧力調整器であるＡＰＣ２４２、開閉弁であるバルブ２４３、排気装置である真空ポンプ２４６が、上流から順に設けられている。また、ガス排気管２３１には、圧力センサ（図中省略）が設けられている。ＡＰＣ２４２、バルブ２４３、真空ポンプ２４６及び圧力センサには、後述するコントローラ２２１が電気的に接続されている。真空ポンプ２４６を作動させ、バルブ２４３を開けることにより、処理室２０１内を排気することが可能なように構成されている。また、圧力センサにより検出された圧力情報に基づいて、ＡＰＣ２４２の開度を調整することにより、処理室２０１内の圧力値を調整できるように構成されている。主に、ガス排気口２３５、ガス排気管２３１、ＡＰＣ２４２、バルブ２４３により、本実施形態に係る排気部が構成されている。なお、真空ポンプ２４６を排気部に含めて考えてもよい。
【００３４】
（励起部）
処理容器２０３（上側容器２１０）の外周には、処理室２０１内のプラズマ生成領域２２４を囲うように、プラズマ生成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う整合器２７２を介して、高周波電力を発生する高周波電源２７３に接続されている。筒状電極２１５は、処理室２０１内に供給されてウエハ２００の表面に供給される処理ガスを励起させる放電機構として機能する。
【００３５】
筒状電極２１５の外側表面の上下端部には、上部磁石２１６ａ及び下部磁石２１６ｂがそれぞれ取り付けられている。上部磁石２１６ａ及び下部磁石２１６ｂは、それぞれ筒状、例えばリング状に形成された永久磁石として構成されている。上部磁石２１６ａ及び下部磁石２１６ｂは、処理室２０１の半径方向に沿った両端（すなわち、各磁石の内周端及び外周端）にそれぞれ磁極を有している。上部磁石２１６ａ及び下部磁石２１６ｂの磁極の向きは、互いに逆向きになるよう配置されている。すなわち、上部磁石２１６ａ及び下部磁石２１６ｂの内周部の磁極同士は異極となっている。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ている。
【００３６】
処理室２０１内に処理ガスの供給を開始した後、上部磁石２１６ａ及び下部磁石２１６ｂによる磁界が形成されている所に、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により、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。この際、放出された電子を上述の電界及び磁界が周回運動させることにより、プラズマの電離生成率が高まり、長寿命の高密度プラズマを生成させることができる。
【００３７】
主に、筒状電極２１５、上部磁石２１６ａ、下部磁石２１６ｂにより、本実施形態に係る励起部が構成されている。なお、整合器２７２、高周波電源２７３を励起部に含めて考えてもよい。
【００３８】
なお、筒状電極２１５、上部磁石２１６ａ、及び下部磁石２１６ｂの周囲には、これらが形成する電界及び磁界が外部環境や他処理炉等の装置に悪影響を及ぼさないように、電界及び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。
【００３９】
（制御部）
図１０に示すように、制御部としてのコントローラ２２１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ
Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２２１ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）２２１ｂ、記憶装置２２１ｃ、Ｉ／Ｏポート２２１ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ２２１ｂ、記憶装置２２１ｃ、Ｉ／Ｏポート２２１ｄは、内部バス２２１ｅを介して、ＣＰＵ２２１ａとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ２２１には、入出力装置２２５として、例えばタッチパネル、マウス、キーボード、操作端末等が接続されていてもよい。また、コントローラ２２１には、表示部として、例えばディスプレイ等が接続されていてもよい。
【００４０】
記憶装置２２１ｃは、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＣＤ−ＲＯＭ等で構成されている。記憶装置２２１ｃ内には、基板処理装置１００の動作を制御する制御プログラムや、基板処理の手順や条件などが記載されたプロセスレシピ等が、読み出し可能に格納されている。なお、プロセスレシピは、後述する基板処理工程における各手順をコントローラ２２１に実行させ、所定の結果を得ることが出来るように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、このプロセスレシピや制御プログラム等を総称して、単にプログラムともいう。なお、本明細書においてプ
ログラムという言葉を用いた場合は、プロセスレシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。また、ＲＡＭ２２１ｂは、ＣＰＵ２２１ａによって読み出されたプログラムやデータ等が一時的に保持されるメモリ領域（ワークエリア）として構成されている。
【００４１】
Ｉ／Ｏポート２２１ｄは、上述のマスフローコントローラ２５２ａ〜２５２ｃ、バルブ２１１，２４３、ＡＰＣ２４２、真空ポンプ２４６、ヒータ２１７ｂ、整合器２７２、高周波電源２７３、サセプタ昇降機構２６８、インピーダンス可変機構２７４等に接続されている。
【００４２】
ＣＰＵ２２１ａは、記憶装置２２１ｃから制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置２８１からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置２２１ｃからプロセスレシピを読み出すように構成されている。そして、ＣＰＵ２２１ａは、読み出したプロセスレシピの内容に沿うように、信号線Ａを通じてＡＰＣ２４２の開度調整動作、バルブ２４３の開閉動作、及び真空ポンプ２４６の起動・停止を、信号線Ｂを通じてサセプタ昇降機構２６８の昇降動作を、信号線Ｃを通じて温度センサに基づくヒータ２１７ｂへの供給電力量調整動作（温度調整動作）やインピーダンス可変機構２７４によるインピーダンス値調整動作を、信号線Ｄを通じてゲートバルブ２４４の開閉動作を、信号線Ｅを通じて整合器２７２及び高周波電源２７３の動作を、信号線Ｆを通じてマスフローコントローラ２５２ａ〜２５２ｃによる各種ガスの流量調整動作、及びバルブ２５３ａ〜２５３ｃの開閉動作を、それぞれ制御するように構成されている。
【００４３】
なお、コントローラ２２１は、専用のコンピュータとして構成されている場合に限らず、汎用のコンピュータとして構成されていてもよい。例えば、上述のプログラムを格納した外部記憶装置（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリやメモリカード等の半導体メモリ）２２６を用意し、係る外部記憶装置２２６を用いて汎用のコンピュータにプログラムをインストールすること等により、本実施形態に係るコントローラ２２１を構成することができる。なお、コンピュータにプログラムを供給するための手段は、外部記憶装置２２６を介して供給する場合に限らない。例えば、インターネットや専用回線等の通信手段を用い、外部記憶装置２２６を介さずにプログラムを供給するようにしてもよい。なお、記憶装置２２１ｃや外部記憶装置２２６は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成される。以下、これらを総称して、単に記録媒体ともいう。なお、本明細書において記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶装置２２１ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置２２６単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。
【００４４】
（２）基板処理工程
続いて、本実施形態にかかる半導体製造工程の一工程として実施される基板処理工程について、図２を用いて説明する。かかる工程は、ＭＭＴ装置として構成された上述の基板処理装置１００により実施される。なお、以下の説明において、基板処理装置１００を構成する各部の動作は、コントローラ２２１により制御される。
【００４５】
ここでは、酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を備えるウエハ２００を、窒素原子及び水素原子を含有する処理ガスとしてのアンモニア（ＮＨ３）ガスを用いて処理し、ポリシリコン膜に窒素原子を導入する際に、酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質処理する例について説明する。
【００４６】
（基板搬入・載置工程（Ｓ１０））
まず、ウエハ２００の搬送位置までサセプタ２１７を下降させ、サセプタ２１７の貫通
孔２１７ａにウエハ突き上げピン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。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き上げピン２６６上に水平姿勢で支持される。
【００４７】
ウエハ２００の表面上には、ポリシリコン膜が予め形成されている。ポリシリコン膜は、例えばモノシラン（ＳｉＨ４）ガス等のシリコン（Ｓｉ）原料と、水素ガス（Ｈ２ガス）と、をウエハ２００上へ供給するＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって形成される。
【００４８】
そして、ポリシリコン膜は、その表面上に酸素含有層を備える。酸素含有層は、例えばウエハ２００が搬送時に大気に晒されることで、大気中の酸素（Ｏ２）によりポリシリコン膜に形成される自然酸化層である。酸素含有層の厚さは、例えば０．５ｎｍ以上２．０ｎｍ以下である。酸素含有層の厚さが０．５ｎｍ以上であると、後述する酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質する効果が得られやすい。
【００４９】
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の上面に配置される。その後、サセプタ２１７を所定の位置まで上昇させて、ウエハ２００を所定の処理位置まで上昇させる。
【００５０】
なお、ウエハ２００を処理室２０１内に搬入する際には、排気部により処理室２０１内を排気しつつ、ガス供給部から処理室２０１内にパージガスとしてのＡｒガスを供給することが好ましい。すなわち、真空ポンプ２４６を作動させ、バルブ２４３を開けることにより、処理室２０１内を排気しつつ、バルブ２５３ｃを開けることにより、バッファ室２３７を介して処理室２０１内にＡｒガスを供給することが好ましい。これにより、処理室２０１内へのパーティクルの侵入や、ウエハ２００上へのパーティクルの付着を抑制することが可能となる。なお、真空ポンプ２４６は、少なくとも基板搬入・載置工程（Ｓ１０）から後述する基板搬出工程（Ｓ６０）が終了するまでの間は、常に作動させた状態とする。
【００５１】
（昇温・圧力調整工程（Ｓ２０））
続いて、サセプタ２１７の内部に埋め込まれたヒータ２１７ｂに電力を供給し、ウエハ２００の表面が所定の温度となるように加熱する。このとき、ウエハ２００の温度を３５０℃以上７００℃以下、好ましくは４５０℃以上７００℃以下となるように維持する。ウエハ２００を３５０℃以上、好ましくは４５０℃以上の温度に維持することで、後述するように、例えば酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質する際、改質がある程度進行した場合に、励起状態にある水素原子の酸素含有層への取り込みを少なくすることができる。この際、ヒータ２１７ｂの温度は、図中省略の温度センサにより検出された温度情報に基づいてヒータ２１７ｂへの供給電力を制御することによって調整される。
【００５２】
また、処理室２０１内が所望の圧力（例えば１Ｐａ以上１００Ｐａ以下、好ましくは２０Ｐａ以上１００Ｐａ以下）となるようにＡＰＣ２４２で調整する。この際、処理室２０１内の圧力は図中省略の圧力センサで測定され、この測定された圧力情報に基づきＡＰＣ２４２の開度をフィードバック制御する。
【００５３】
（改質処理工程（Ｓ３０））
ここでは、窒素原子及び水素原子を含有する処理ガスとして、例えばＮＨ３ガスを用いる例を説明する。すなわち、本実施形態では、窒素含有ガスであるＮＨ３ガスは、水素含有ガスとしても機能する。
【００５４】
まず、バルブ２５３ａを開け、処理ガスであるＮＨ３ガスを、窒素含有ガス供給管２３２ａからバッファ室２３７を介して処理室２０１内に供給する。このとき、ＮＨ３ガスの流量が所定の流量（例えば５０ｓｃｃｍ以上１０００ｓｃｃｍ以下、好ましくは１００ｓｃｃｍ以上１０００ｓｃｃｍ以下）となるように、マスフローコントローラ２５２ａによって調整する。
【００５５】
ＮＨ３ガスの供給を開始した後、上部磁石２１６ａ及び下部磁石２１６ｂによる磁界が形成されている所に、筒状電極２１５に対して、高周波電源２７３から整合器２７２を介して所定の高周波電力（例えば１００Ｗ以上１０００Ｗ以下、好ましくは１００Ｗ以上８００Ｗ以下）を印加する。この結果、処理室２０１内にマグネトロン放電が発生し、ウエハ２００の上方のプラズマ生成領域２２４に高密度プラズマが発生する。このときのインピーダンス可変機構２７４は、予め所望のインピーダンス値に制御しておく。
【００５６】
上述のように、処理室２０１内にプラズマを発生させることにより、処理室２０１内に供給されたＮＨ３ガスが励起されて活性化される。そして活性種等（窒素ラジカル（Ｎ＊）、水素ラジカル（Ｈ＊）、アンモニウムイオン（ＮＨ４＋）等）がウエハ２００上のポリシリコン膜及び酸素含有層に供給される。これにより、ポリシリコン膜及び酸素含有層から酸素原子（Ｏ）が除去（脱離）される。そして、脱離した酸素原子（Ｏ）が窒素原子（Ｎ）に置換されることで、ポリシリコン膜表面の窒化及び酸素含有層の窒化が促される。
【００５７】
すなわち、窒素ラジカル（Ｎ＊）等の窒素原子（Ｎ）を含む活性種をポリシリコン膜に供給することで、ポリシリコン膜表面を窒化することができる。また、窒素ラジカル（Ｎ＊）は高いエネルギーを有するため、ポリシリコン膜から、例えば酸素原子（Ｏ）をスパッタリングにより脱離させて除去する効果を有する。そして、スパッタリング効果によって酸素原子（Ｏ）が脱離することで生じた未結合手に窒素原子（Ｎ）が結合し、ポリシリコン膜表面の窒化がより促される。
【００５８】
このとき、水素ラジカル（Ｈ＊）等の水素原子（Ｈ）を含む活性種を酸素含有層に供給することで、酸素含有層に含まれる酸素原子（Ｏ）が水素還元反応により脱離する。そして、酸素原子（Ｏ）が脱離することで生じた未結合手に窒素原子（Ｎ）が結合し、酸素含有層の窒化が促され、酸素含有層が酸窒化層又は窒化層に改質される。この結果、酸素含有層を、窒素濃度の高い酸窒化層又は窒化層に改質することができる。
【００５９】
所定の処理時間が経過し、酸素含有層の改質が終了したら、筒状電極２１５に対する電力供給を停止する。そして、バルブ２５３ａを閉めて処理室２０１内へのＮＨ３ガスの供給を停止する。
【００６０】
（パージ工程（Ｓ４０））
上述の改質処理工程（Ｓ３０）が完了した後、バルブ２４３を開けたままとし、ガス排気管２３１による排気を継続し、処理室２０１内の残留ガス等を排出する。すなわち、処理室２０１内の処理ガスの濃度が所定値以下となるまで、処理室２０１内を排気して残留ガス等を排出する。例えば、ウエハ２００を処理室２０１の外へ搬出する後述の基板搬出工程（Ｓ６０）を行うことができる処理ガス濃度になるまで処理室２０１内を排気する。また、例えば、少なくともウエハ２００の表面上から処理ガスがなくなるまで処理室２０１内を排気するようにしてもよい。このとき、バルブ２５３ｃを開き、処理室２０１内に
パージガスとしての不活性ガスであるＡｒガスを供給することで、処理室２０１内からの残留ガスの排出を促すことができる。
【００６１】
（降温・大気圧復帰工程（Ｓ５０））
パージ工程（Ｓ４０）が完了したら、ＡＰＣ２４２の開度を調整し、処理室２０１内の圧力を大気圧に復帰させつつ、ウエハ２００を所定の温度に降温させる。具体的には、バルブ２５３ｃを開けたままとして、処理室２０１内に不活性ガスであるＡｒガスを供給しつつ、図中省略の圧力センサにより検出された圧力情報に基づいて排気部のＡＰＣ２４２及びバルブ２４３の開閉を制御し、処理室２０１内の圧力を大気圧に昇圧する。そして、ヒータ２１７ｂの供給電力を制御して、ウエハ２００を降温させる。
【００６２】
（基板搬出工程（Ｓ６０））
そして、サセプタ２１７をウエハ２００の搬送位置まで下降させ、サセプタ２１７の表面から突出させたウエハ突き上げピン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の外へ搬出し、本実施形態に係る基板処理工程を終了する。なお、上記において、ウエハ２００の温度、処理室２０１内の圧力、各ガスの流量、筒状電極２１５に印加する電力、処理時間等の条件等は、改質対象の層の材料や層厚等によって任意に調整する。
【００６３】
（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。
【００６４】
（ａ）本実施形態によれば、窒素原子及び水素原子を含む処理ガスを、ガス供給部により処理室２０１内に供給させ、励起部により励起させ、励起させた処理ガスを酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を備えるウエハ２００の表面に供給するように構成されている。これにより、ポリシリコン膜表面を窒化することができることに加えて、ポリシリコン膜の酸素含有層を窒素濃度が高い（すなわち酸素濃度が低い）酸窒化層又は窒化層に改質することができる。
【００６５】
これにより、ポリシリコン膜の耐酸化性を向上させることができる。従って、本実施形態による処理が施されたウエハ２００が、例えばフラッシュメモリに形成されるとき、すなわち、ウエハ２００に、上述のようにＯＮＯ構造を有する薄膜が形成され、エッチング処理が行われ、酸化処理による修復処理が行われるとき、ポリシリコン膜とＯＮＯ構造を有する薄膜の酸化膜との間にバーズビークが形成されることを抑制できる。この結果、本実施形態による処理が行われたウエハ２００が、例えばフラッシュメモリとなったときに、電子の書き込み特性や消去特性を向上させることができる。
【００６６】
（ｂ）本実施形態によれば、酸素含有層である自然酸化層が形成されたポリシリコン膜を備えるウエハ２００に、励起させた窒素原子及び水素原子を供給することで、自然酸化層を酸窒化層又は窒化層に改質すると同時に、ポリシリコン膜表面を窒化することができる。
【００６７】
（ｃ）本実施形態によれば、ウエハ２００の表面温度が３５０℃以上７００℃以下となるようにヒータ２１７ｂによって加熱する。これにより、例えば酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質する際、改質がある程度進行した場合に、励起状態にある水素原子の酸素含有層への取り込みを少なくすることができる。
【００６８】
＜本発明の他の実施形態＞
以上、本発明の実施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。以下に、本発明の他の
実施形態を説明する。なお、本実施形態も、基板処理装置としてＭＭＴ装置を用い、処理ガスを励起させてウエハ２００を処理している。
【００６９】
上述した実施形態では、酸素含有層として自然酸化層が形成されたポリシリコン膜を備えるウエハ２００を用い、酸素含有層を窒素濃度が高い酸窒化層又は窒化層に改質すると共に、ポリシリコン膜表面を窒化した。
【００７０】
しかしながら、自然酸化層は、ウエハ２００の表面に形成された回路パターン、ウエハ２００の種類、ウエハ２００の表面に形成された膜種、ウエハ２００の放置時間によって、厚さが異なる場合があり、ウエハ２００の表面での厚さ等の分布が均一となるように制御することができない。
【００７１】
そこで、ＤＨＦ（フッ酸（ＨＦ）を純水で希釈した希フッ酸）で、ウエハ２００上に形成された自然酸化層を除去した後、例えばオゾン水で金属や有機物の不純物の除去を行う前洗浄をウエハ２００に行ってもよい。このように、ウエハ２００の表面を前洗浄することで、上述する不均一な自然酸化層を除去することができるが、ポリシリコン膜にケミカル酸化層等の酸素含有層が形成される。ケミカル酸化層であっても、ポリシリコン膜上に高濃度の窒化層の形成の妨げとなる場合がある。
【００７２】
そこで、本実施形態では、ケミカル酸化層等の酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を備えるウエハ２００を用い、窒素原子及び水素原子を含む処理ガスを供給して、酸素含有層を窒素濃度の高い酸窒化層又は窒化層に改質する。
【００７３】
ケミカル酸化層は、上述の自然酸化層とは異なり、一定の条件下での前洗浄で形成されるため、ウエハ２００毎に形成されるケミカル酸化層の厚さが一定となり、ウエハ２００の表面でのケミカル酸化層の分布が均一となるように制御することができる。ケミカル酸化層の厚さは約０．５ｎｍ〜２ｎｍ、平均で１ｎｍである。従って、窒素原子及び水素原子を含む処理ガスを、ガス供給部により処理室２０１内に供給させ、励起部により励起させ、励起させた処理ガスを、酸素含有層としてケミカル酸化層が形成されたポリシリコン膜を備えるウエハ２００に供給することで、ケミカル酸化層を窒素濃度が高い酸窒化層又は窒化層に改質すると共に、ポリシリコン膜表面を再現性良く且つ面内均一に窒化することができる。
【００７４】
また、ウエハ２００が備えるポリシリコン膜上にケミカル酸化層を形成することで、ポリシリコン膜に自然酸化層が形成されることを抑制できる。
【００７５】
＜本発明の更に他の実施形態＞
以上、本発明の実施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。
【００７６】
上述した実施形態では、窒素原子及び水素原子を含む処理ガスとして、アンモニアガス（ＮＨ３ガス）を用いる場合について説明したが、本発明は係る形態に限定されない。すなわち、窒素原子及び水素原子を含む処理ガスとして、例えばモノメチルヒドラジンガス（ＣＨ６Ｎ２ガス）等を用いてもよい。
【００７７】
また、例えば、処理ガスとして、例えば窒素含有ガス及び水素含有ガスを混合したガスを用いてもよく、具体的には、窒素含有ガスとして、例えばアンモニアガス（ＮＨ３ガス）、窒素ガス（Ｎ２ガス）等を用い、水素含有ガスとして例えば水素ガス（Ｈ２ガス）を用いてもよい。すなわち、図１に示すように、バルブ２５３ａを開けて窒素含有ガス供給管２３２ａからＮＨ３ガスを処理室２０１内に供給すると同時に、バルブ２５３ｂを開け
て水素含有ガス供給管２３２ｂからＨ２ガスを処理室２０１内に供給してもよい。これによっても、窒素ラジカル（Ｎ＊）等及び水素ラジカル（Ｈ＊）等を、酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を備えるウエハ２００に供給でき、ポリシリコン膜の窒化に加えて、酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質することができる。
【００７８】
このとき、励起された処理ガスに含まれる活性種のうち、水素を含む活性種の水素原子（Ｈ）の割合が１０％以上９０％以下となるように、マスフローコントローラ２５２ａ及び２５２ｂを調整して、ＮＨ３ガス等の窒素含有ガスの流量とＨ２ガス等の水素含有ガスの流量との比率を調整することが好ましい。これにより、酸素含有層の厚さや、酸素含有層中の酸素含有量に応じて、ウエハ２００に均一な処理を施すことができる。
【００７９】
また、ＮＨ３ガス等の窒素含有ガス及びＨ２ガス等の水素含有ガスの合計流量が１００ｓｃｃｍ以上１０００ｓｃｃｍ以下となるように、マスフローコントローラ２５２ａ及び２５２ｂを調整するとよい。このとき、例えば、酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質する際、改質の初期段階では、ＮＨ３ガスの流量よりもＨ２ガスの流量を多くする等、ＮＨ３ガスの流量とＨ２ガスの流量との比率を動的に調整してもよい。
【００８０】
また、処理室２０１内へ処理ガスを供給する際には、バルブ２５３ｃを開け、マスフローコントローラ２５２ｃで流量調整しつつ、バッファ室２３７を介して処理室２０１内へ不活性ガスとしてのＡｒガスを併せて供給するようにしてもよい。これにより、窒素含有ガスや水素含有ガスの流量や比率を変えることなく、処理室２０１内へ供給されるガスの濃度や流速等の条件を自由に調整することができる。
【００８１】
また、上述した実施形態では、サセプタ２１７の内部に設けたヒータ２１７ｂによってウエハ２００を加熱するようにしていたが、本発明はこのような形態に限定されない。例えば、図７に例示するように、ヒータ２１７ｂに加えて、ランプ加熱ユニット２８０からも赤外線等を照射することでウエハ２００を加熱するようにしてもよい。この場合、ランプ加熱ユニット２８０は、処理室２０１の上方、つまり上側容器２１０の上面に設けられた光透過窓２７８を介して処理室２０１内に光を照射するような構成とするとよい。ヒータ２１７ｂとランプ加熱ユニット２８０とを併用することで、ヒータ２１７ｂのみを用いて加熱する場合と比較して、より短時間でウエハ２００を昇温させることが可能である。また、ヒータ２１７ｂを設けずに、ランプ加熱ユニット２８０のみを用いてウエハ２００を加熱するようにしてもよい。なお、ランプ加熱ユニット２８０は、信号線Ｇを通じてコントローラ２２１で制御するように構成されている。
【００８２】
また、上述した実施形態では、ＭＭＴ装置として構成された基板処理装置１００を用いて実施する場合を説明したが、本発明は、それに限らず、例えばＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）装置、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）装置を用いても実施可能である。
【００８３】
図８は、本発明の他の実施形態に係る基板処理装置であるＩＣＰ方式プラズマ処理装置３００を示している。本実施形態に係る構成の詳細な説明は、前記実施形態と同様の機能を有する構成要件に同一の符号を付して省略する。また、ガス供給部についても図示を省略している。本実施形態に係るＩＣＰ方式プラズマ処理装置３００は、整合器２７２ａ、２７２ｂ、高周波電源２７３ａ、２７３ｂ及び誘電コイル３１５ａ，３１５ｂを介してそれぞれ電力が供給されることで、プラズマが生成される。誘電コイル３１５ａは、処理容器２０３の天井側の外側に敷設されている。誘電コイル３１５ｂは、処理容器２０３の外周壁の外側に敷設されている。本実施形態においても、窒素原子及び水素原子を含む処理ガスをガス供給管２３２から、ガス導入部２３４を経由して処理室２０１内へ供給する。また、ガス供給と前後して、誘電コイル３１５ａ，３１５ｂへ高周波電力を流すと、電磁
誘導により電界が生じる。この電界をエネルギーとして、供給された処理ガスをプラズマ状態として励起させて、活性種を生成することができる。
【００８４】
図９は、本発明の更に他の実施形態に係る基板処理装置であるＥＣＲ方式プラズマ処理装置４００を示している。本実施形態に係る構成の詳細な説明は、前記実施形態と同様の機能を有する構成要件に同一の符号を付して省略する。また、ガス供給部についても図示を省略している。本実施形態に係るＥＣＲ方式プラズマ処理装置４００は、マイクロ波を供給してプラズマを生成する整合器２７２ｂ、高周波電源２７３ｂ、マイクロ波導入管４１５ａ及び誘電コイル４１５ｂを備えている。マイクロ波導入管４１５ａは、処理容器２０３の天井壁の外側に敷設されている。誘電コイル４１５ｂは、処理容器２０３の外周壁に敷設されている。本実施形態においても、窒素原子及び水素原子を含有する処理ガスをガス供給管２３２から、ガス導入部２３４を経由して処理室２０１内へ供給する。また、ガス供給と前後して、マイクロ波導入管４１５ａへマイクロ波４１８ａを導入し、マイクロ波４１８ａを処理室２０１へ放射させる。このマイクロ波４１８ａと、誘電コイル４１５ｂからの高周波電力とにより、供給された処理ガスをプラズマ状態として励起させ、活性種を生成することができる。
【実施例】
【００８５】
次に、本発明の実施例を図３〜図６を参照しながら説明する。
【００８６】
（実施例）
本発明の実施例では、酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を有するウエハ２００に、励起部により励起させたＮＨ３ガスを供給し、ウエハ２００を３５０℃に加熱して基板処理を行い、酸素含有層を酸窒化層に改質した（実施例１）。また、ウエハ２００の加熱温度を４５０℃にしたこと以外は、上述の実施例１と同様の条件で基板処理を行い、酸素含有層を酸窒化層に改質した（実施例２）。ウエハ２００の加熱温度を５５０℃にしたこと以外は、上述の実施例１と同様の条件で基板処理を行い、酸素含有層を酸窒化層に改質した（実施例３）。また、比較例として、酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を有するウエハに、励起部により励起させたＮ２ガスを供給し、ウエハを３５０℃に加熱して基板処理を行い、酸素含有層を酸窒化層に改質した場合について説明する。
【００８７】
上述の実施例１〜実施例３及び比較例について、改質により形成された酸窒化層の厚さ方向の組成分析を行い、その結果を図３〜図６にそれぞれ示す。すなわち、図３〜図６は、本発明の実施例１〜実施例３及び比較例にかかる酸窒化層をＨＲ−ＲＢＳ（Ｈｉｇｈ Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ−Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：高分解能ラザフォード後方散乱分析法）により測定した酸窒化層の深さ方向の元素濃度（ａｔｏｍｉｃ％）を示すグラフ図である。
【００８８】
次に、上述した実施例１〜実施例３及び比較例の酸窒化層の組成比率を表１にそれぞれ示す。表１は、実施例１〜実施例３及び比較例のそれぞれの酸窒化層中のシリコン元素（Ｓｉ）、酸素元素（Ｏ）及び窒素元素（Ｎ）の組成（ａｔｏｍｉｃ％）を、図３〜図６から算出したものである。
【００８９】
【表１】
【００９０】
実施例２（図４）及び実施例３（図５）のように、ウエハ２００の加熱温度が４５０℃以上の改質処理では、比較例（図６）と比較すると、酸素濃度を下げて、高い窒素濃度である酸窒化層に改質できたことが分かる。また、実施例１（図３）のように、ウエハ２００の加熱温度が３５０℃での改質処理であっても、深さが２ｎｍ以上の場合において、酸素濃度を下げて、窒素濃度をあげることに若干の効果が認められることが分かる。このように、図３〜図６及び表１から、酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を有するウエハ２００に、窒素原子及び水素原子を含有する処理ガスを供給して、酸素含有層の改質処理を行うことで、酸素含有層を窒素濃度が高い酸窒化層に改質することができることが分かる。
【００９１】
＜本発明の好ましい態様＞
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
【００９２】
本発明の一態様によれば、
酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を有する基板が搬入される処理室と、
前記処理室内に設けられ、前記基板を加熱する加熱部と、
前記処理室内に窒素及び水素を含む処理ガスを供給するガス供給部と、
前記処理室内に供給された処理ガスを励起する励起部と、
前記処理室内を排気する排気部と、
前記加熱部により前記基板を所定の温度に加熱させ、前記ガス供給部により供給された処理ガスを前記励起部により励起させ、励起した処理ガスを前記基板に供給させ、前記酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質させるように、少なくとも前記加熱部、前記ガス供給部、前記励起部及び前記排気部を制御する制御部と、を備える基板処理装置が提供される。
【００９３】
好ましくは、
前記酸素含有層は自然酸化層である。
【００９４】
好ましくは、
前記酸素含有層は、前記基板を洗浄することで形成される酸化層である。
【００９５】
また好ましくは、
前記所定の温度は３５０℃以上７００℃以下である。
【００９６】
また好ましくは、
励起された処理ガスに含まれる活性種のうち、水素を含む活性種の水素原子の割合が１０％以上９０％以下となるように比率を調整する。
【００９７】
また好ましくは、
前記酸素含有層の厚さは０．５ｎｍ以上２．０ｎｍ以下である。
【００９８】
また好ましくは、
前記励起部は、マグネトロン放電により処理ガスを励起させる。
【００９９】
また好ましくは、
前記基板には、マグネトロン放電によって生成された処理ガスの活性種が供給される。
【０１００】
本発明の他の態様によれば、
酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を有する基板を処理室内に搬入する工程と、
前記基板を所定の温度に加熱し、前記処理室内を排気しつつ、前記処理室内に窒素及び水素を含む処理ガスを供給する工程と、
前記処理室内に供給した処理ガスを励起させ、励起した処理ガスを前記基板の表面に供給して前記酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質する工程と、
処理した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。
【０１０１】
本発明の更に他の態様によれば、
酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を有する基板を処理室内に搬入する手順と、
前記基板を所定の温度に加熱し、前記処理室内を排気しつつ、前記処理室内に窒素及び水素を含む処理ガスを供給する手順と、
前記処理室内に供給した処理ガスを励起させ、励起した処理ガスを前記基板の表面に供給して前記酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質する手順と、
処理した前記基板を前記処理室内から搬出する手順と、をコンピュータに実行させるプログラムが提供される。
【０１０２】
本発明の更に他の態様によれば、
酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を有する基板を処理室内に搬入する手順と、
前記基板を所定の温度に加熱し、前記処理室内を排気しつつ、前記処理室内に窒素及び水素を含む処理ガスを供給する手順と、
前記処理室内に供給した処理ガスを励起させ、励起した処理ガスを前記基板の表面に供給して前記酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質する手順と、
処理した前記基板を前記処理室内から搬出する手順と、をコンピュータに実行させるプログラムが記録された記録媒体が提供される。
【０１０３】
本発明の更に他の態様によれば、
酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を有する基板が搬入される処理室と、
前記処理室内に設けられ、前記基板を加熱する加熱部と、
前記処理室内に窒素及び水素を含む処理ガスを供給するガス供給部と、
前記処理室内に供給された処理ガスを励起する励起部と、
前記処理室内を排気する排気部と、
前記加熱部により前記基板を所定の温度に加熱させ、前記ガス供給部により供給された処理ガスを前記励起部により励起させ、励起した処理ガスを前記基板に供給させ、前記酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質させるように、少なくとも前記加熱部、前記ガス供給部、前記励起部及び前記排気部を制御する制御部と、を備える半導体装置の製造装置が提供される。
【符号の説明】
【０１０４】
２００ ウエハ（基板）
２０１ 処理室
２１７ｂ ヒータ（加熱部）
２２１ コントローラ（制御部）
２３１ ガス排気管
【技術分野】
【０００１】
励起した処理ガスを用いて基板を処理する基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラムに関する。
【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、エッチングにより側壁が露出したゲート電極を有する基板を処理室内に搬入する工程と、処理室内で、基板に対してプラズマで励起させた水素含有ガスと酸素含有ガスとを供給して酸化処理を施す工程と、を有する基板処理工程が実施される場合がある（例えば特許文献１参照）。かかる基板処理工程は、ポリシリコン膜等で構成されるゲート電極の側壁にエッチングを施すことによって生じたエッチングダメージを、酸化処理を行うことで修復している。しかしながら、例えば、ポリシリコン膜の側壁の修復を行う際、ポリシリコン膜が所望とする範囲を超えて過度に酸化される場合があった。
【０００３】
そこで、例えば、ポリシリコン膜の過度の酸化を抑制するために、プラズマ励起させた窒素原子を含む処理ガスを処理室内に供給し、酸化処理の前に基板に供給することで、予めポリシリコン膜上に窒化層を形成する基板処理工程が実施される場合がある。窒化層の形成方法については、例えば特許文献２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２３７３０号公報
【特許文献２】特開２０１０−１７１３５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、上記のような目的により形成される窒化層であるが、窒化層の形成前には、基板の搬送等で基板が大気に晒されることで、基板上に自然酸化層等の酸素含有層が形成されてしまう場合がある。このように、自然酸化層等の酸素含有層が形成された基板に、窒素原子を含む処理ガスを供給して窒化層の形成を行った場合、窒化層中の窒素原子の濃度を高くすることができない場合があった。従って、酸化処理によるポリシリコン膜の側壁のエッチングダメージの修復を行う際、ポリシリコン膜の過度の酸化を抑制できない場合があった。
【０００６】
本発明は、酸素含有層を窒素濃度が高い酸窒化層又は窒化層に改質することで、ポリシリコン膜の耐酸化性を向上させた基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラム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】
【０００７】
本発明の一態様によれば、
酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を備える基板が搬入される処理室と、
前記処理室内に設けられ、前記基板を加熱する加熱部と、
前記処理室内に窒素及び水素を含む処理ガスを供給するガス供給部と、
前記処理室内に供給された処理ガスを励起する励起部と、
前記処理室内を排気する排気部と、
前記加熱部により前記基板を所定の温度に加熱させ、前記ガス供給部により供給させた処理ガスを前記励起部により励起させ、励起した処理ガスを前記基板に供給させ、前記酸
素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質させるように、少なくとも前記加熱部、前記ガス供給部、前記励起部及び前記排気部を制御する制御部と、を備える基板処理装置が提供される。
【０００８】
本発明の他の態様によれば、
酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を有する基板を処理室内に搬入する工程と、
前記基板を所定の温度に加熱し、前記処理室内を排気しつつ、前記処理室内に窒素及び水素を含む処理ガスを供給する工程と、
前記処理室内に供給した処理ガスを励起させ、励起した処理ガスを前記基板の表面に供給して前記酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質する工程と、
処理した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。
【０００９】
本発明の更に他の態様によれば、
酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を備える基板を処理室内に搬入する手順と、
前記基板を所定の温度に加熱し、前記処理室内を排気しつつ、前記処理室内に窒素原子及び水素原子を含む処理ガスを供給する手順と、
前記処理室内の前記基板に供給される処理ガスを励起させ、励起した処理ガスを前記基板の表面に供給して前記酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質する手順と、
処理した前記基板を前記処理室内から搬出する手順と、をコンピュータに実行させるプログラムが提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラムによれば、酸素含有層を窒素濃度が高い酸窒化層又は窒化層に改質することで、ポリシリコン膜の耐酸化性を向上させる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態にかかる基板処理装置の断面概略図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる基板処理工程を示すフロー図である。
【図３】本発明の実施例１にかかる酸窒化層の深さ方向の組成分析結果を示すグラフ図である。
【図４】本発明の実施例２にかかる酸窒化層の深さ方向の組成分析結果を示すグラフ図である。
【図５】本発明の実施例３にかかる酸窒化層の深さ方向の組成分析結果を示すグラフ図である。
【図６】比較例にかかる酸窒化層の深さ方向の組成分析結果を示すグラフ図である。
【図７】本発明の他の実施形態にかかるランプ加熱ユニットを備える基板処理装置の断面概略図である。
【図８】本発明の他の実施形態にかかる基板処理装置としてのＩＣＰ型プラズマ処理装置の断面概略図である。
【図９】本発明のさらに他の実施形態にかかる基板処理装置としてのＥＣＲ型プラズマ処理装置の断面概略図である。
【図１０】本発明の実施形態で好適に用いられる基板処理装置のコントローラの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜本発明者等が得た知見＞
まず、本発明の実施形態の説明に先立ち、発明者等が得た知見について説明する。
【００１３】
上述のエッチング処理及び酸化処理による修復は、例えばフラッシュメモリ等のゲート構造に対して行われる。一般的に、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膜（ＳｉＯ２膜）、ポリシリコン膜、ＯＮＯ構造を有する薄膜、ポリシリコン膜を順次積層し、所定のレジストパターンをマスクとして上述のように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。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。
【００１４】
上記積層膜をパターニングする際、例えばポリシリコン膜の側壁にエッチングダメージが発生することがある。そこで、上述のようにエッチングダメージの修復のために酸化処理が行われるが、このとき以下のようにバーズビークが形成されてしまう場合があった。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ポリシリコン膜とＯＮＯ構造の酸化膜との間の界面近傍で反応を起こし、ポリシリコン膜が酸化されることで、バーズビークが形成される場合があった。バーズビークが形成されると、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。
【００１５】
ただし、ポリシリコン膜とＯＮＯ構造の酸化膜との間に窒化層が予め形成されていると、酸化処理の際にポリシリコン膜側へと酸化が広がりにくくなり、バーズビークの形成を抑制できる。
【００１６】
しかし、上述のように、ポリシリコン膜に窒化処理を行う前に、基板の大気搬送時等に、ポリシリコン膜に自然酸化層が形成される場合がある。このように、自然酸化層等の酸素含有層が形成されたポリシリコン膜に、例えば窒素ガス（Ｎ２ガス）を供給して窒化処理を行っても、窒素原子の濃度が十分に高い窒化層を形成することができない場合があった。
【００１７】
そこで、発明者は、ポリシリコン膜の窒化処理を行う際に、ポリシリコン膜表面を窒化することができることに加えて、酸素含有層を窒素濃度の高い酸窒化層又は窒化層に改質でき、上述の課題を解決可能な手法について知見を得た。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。
【００１８】
＜本発明の一実施形態＞
本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１９】
（１）基板処理装置の構成
まず、本実施形態にかかる基板処理装置について、図１を用いて説明する。図１はＭＭＴ装置として構成された基板処理装置の断面概略図である。
【００２０】
ＭＭＴ装置とは、電界と磁界とにより高密度プラズマを発生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、例えばシリコン等からなる基板としてのウエハ２００をプラズマ処理する装置である。ＭＭＴ装置は、処理ガスをプラズマ状態として励起させて、例えば基板の表面又は基板に形成された薄膜を酸化や窒化したり、基板上に薄膜を形成したり、基板の表面をエッチングしたりする等、各種のプラズマ処理を施すことができる。
【００２１】
（処理室）
本実施形態にかかる基板処理装置１００の処理室２０１を構成する処理容器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。そして、上側容器２１０を下側容器２１１の上に被せることにより、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）又は石英（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）等で形成されている。
【００２２】
下側容器２１１の側壁には、仕切弁としてのゲートバルブ２４４が設けられている。ゲートバルブ２４４が開いている時には、搬送機構（図中省略）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なっている。そして、ゲートバルブ２４４を閉めることにより、処理室２０１内を気密に閉塞することができるようになっている。
【００２３】
（基板支持部）
処理室２０１内の底側中央には、ウエハ２００を支持する基板支持部としてのサセプタ２１７が配置されている。サセプタ２１７は、ウエハ２００の金属汚染を低減することができるように、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で形成されている。なお、サセプタ２１７は、下側容器２１１とは電気的に絶縁されている。
【００２４】
サセプタ２１７の内部には、インピーダンスを変化させるインピーダンス電極２１７ｃが装備されている。この電極は、インピーダンス可変機構２７４を介して設置されている。インピーダンス可変機構２７４は、コイルや可変コンデンサを備えており、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、インピーダンス電極２１７ｃ及びサセプタ２１７を介してウエハ２００の電位を制御できるようになっている。なお、インピーダンス可変機構２７４には、後述するコントローラ２２１が電気的に接続されている。
【００２５】
サセプタ２１７には、サセプタ２１７を昇降させるサセプタ昇降機構２６８が設けられている。サセプタ２１７には、貫通孔２１７ａが設けられている。上述の下側容器２１１底面には、ウエハ２００を突き上げるウエハ突き上げピン２６６が、少なくとも３箇所設けられている。そして、貫通孔２１７ａ及びウエハ突き上げピン２６６は、サセプタ昇降機構２６８によりサセプタ２１７が下降させられた時に、ウエハ突き上げピン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、互いに配置されている。
【００２６】
（加熱部）
サセプタ２１７の内部には、加熱部としてのヒータ２１７ｂが一体的に埋め込まれており、ウエハ２００を加熱できるように構成されている。ヒータ２１７ｂに電力が供給されると、ウエハ２００の表面が所定温度（例えば３５０℃〜７００℃、好ましくは４５０℃〜７００℃）にまで加熱されるようになっている。なお、サセプタ２１７には、温度センサ（図中省略）が設けられている。ヒータ２１７ｂ及び温度センサには、後述するコントローラ２２１が電気的に接続されている。コントローラ２２１は、温度センサにより検出された温度情報に基づいて、ヒータ２１７ｂへの供給電力が制御されるように構成されている。
【００２７】
（ガス供給部）
処理室２０１の上部には、処理室２０１内へ処理ガスを供給するシャワーヘッド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、ガス導入部２３４、バッファ室２３７、遮蔽プレート２４０及びガス吹出口２３９を備えている。
【００２８】
蓋体２３３は、上側容器２１０の上部に開設された開口に気密に設けられている。蓋体２３３の下部には、遮蔽プレート２４０が設けられている。蓋体２３３と遮蔽プレート２４０との間に形成される空間がバッファ室２３７である。バッファ室２３７は、ガス導入部２３４より導入される処理ガスを分散する分散空間として機能する。そして、バッファ
室２３７を通過した処理ガスが、遮蔽プレート２４０の側部のガス吹出口２３９から処理室２０１内に供給されるように構成されている。また、蓋体２３３には、開口が設けられている。蓋体２３３の開口には、ガス導入部２３４の下流端が気密に設けられている。ガス導入部２３４の上流端には、封止部材としてのＯリング２０３ｂを介して、ガス供給管２３２の下流端が接続されている。
【００２９】
ガス供給管２３２の上流側には、処理ガスとしての窒素含有ガスであるアンモニアガス（ＮＨ３ガス）を供給する窒素含有ガス供給管２３２ａの下流端と、処理ガスとしての水素含有ガスである水素ガス（Ｈ２ガス）を供給する水素含有ガス供給管２３２ｂの下流端と、不活性ガスとしての希ガスである例えばＡｒガスを供給する希ガス供給管２３２ｃの下流端と、が合流するように接続されている。ガス供給管２３２、窒素含有ガス供給管２３２ａ、水素含有ガス供給管２３２ｂ、希ガス供給管２３２ｃは、例えば石英、酸化アルミニウム等の非金属材料、及びＳＵＳ等の金属材料等により構成されている。
【００３０】
窒素含有ガス供給管２３２ａには、ＮＨ３ガス供給源２５０ａ、流量制御装置としてのマスフローコントローラ２５２ａ及び開閉弁であるバルブ２５３ａが上流から順に接続されている。水素含有ガス供給管２３２ｂには、Ｈ２ガス供給源２５０ｂ、流量制御装置としてのマスフローコントローラ２５２ｂ及び開閉弁であるバルブ２５３ｂが上流から順に接続されている。希ガス供給管２３２ｃには、Ａｒガス供給源２５０ｃ、流量制御装置としてのマスフローコントローラ２５２ｃ及び開閉弁であるバルブ２５３ｃが上流から順に接続されている。
【００３１】
マスフローコントローラ２５２ａ〜２５２ｃ及びバルブ２５３ａ〜２５３ｃには、後述するコントローラ２２１が電気的に接続されている。コントローラ２２１は、処理室２０１内に供給するガスの流量が所定の流量となるように、マスフローコントローラ２５２ａ〜２５２ｃ及びバルブ２５３ａ〜２５３ｃの開閉を制御するように構成されている。このように、バルブ２５３ａ〜２５３ｃを開閉させることにより、マスフローコントローラ２５２ａ〜２５２ｃで流量制御しながら、ガス供給管２３２、バッファ室２３７及びガス吹出口２３９を介して処理室２０１内に、ＮＨ３ガス、Ｈ２ガス及びＡｒガスを自在に供給できるように構成されている。
【００３２】
主に、シャワーヘッド２３６、Ｏリング２０３ｂ、ガス供給管２３２、窒素含有ガス供給管２３２ａ、水素含有ガス供給管２３２ｂ、希ガス供給管２３２ｃ、マスフローコントローラ２５２ａ〜２５２ｃ及びバルブ２５３ａ〜２５３ｃにより、本実施形態に係るガス供給部が構成されている。なお、ＮＨ３ガス供給源２５０ａ、Ｈ２ガス供給源２５０ｂ、Ａｒガス供給源２５０ｃをガス供給部に含めて考えてもよい。
【００３３】
（排気部）
下側容器２１１の側壁下方には、処理室２０１内から処理ガス等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、ガスを排気するガス排気管２３１の上流端が接続されている。ガス排気管２３１には、圧力調整器であるＡＰＣ２４２、開閉弁であるバルブ２４３、排気装置である真空ポンプ２４６が、上流から順に設けられている。また、ガス排気管２３１には、圧力センサ（図中省略）が設けられている。ＡＰＣ２４２、バルブ２４３、真空ポンプ２４６及び圧力センサには、後述するコントローラ２２１が電気的に接続されている。真空ポンプ２４６を作動させ、バルブ２４３を開けることにより、処理室２０１内を排気することが可能なように構成されている。また、圧力センサにより検出された圧力情報に基づいて、ＡＰＣ２４２の開度を調整することにより、処理室２０１内の圧力値を調整できるように構成されている。主に、ガス排気口２３５、ガス排気管２３１、ＡＰＣ２４２、バルブ２４３により、本実施形態に係る排気部が構成されている。なお、真空ポンプ２４６を排気部に含めて考えてもよい。
【００３４】
（励起部）
処理容器２０３（上側容器２１０）の外周には、処理室２０１内のプラズマ生成領域２２４を囲うように、プラズマ生成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う整合器２７２を介して、高周波電力を発生する高周波電源２７３に接続されている。筒状電極２１５は、処理室２０１内に供給されてウエハ２００の表面に供給される処理ガスを励起させる放電機構として機能する。
【００３５】
筒状電極２１５の外側表面の上下端部には、上部磁石２１６ａ及び下部磁石２１６ｂがそれぞれ取り付けられている。上部磁石２１６ａ及び下部磁石２１６ｂは、それぞれ筒状、例えばリング状に形成された永久磁石として構成されている。上部磁石２１６ａ及び下部磁石２１６ｂは、処理室２０１の半径方向に沿った両端（すなわち、各磁石の内周端及び外周端）にそれぞれ磁極を有している。上部磁石２１６ａ及び下部磁石２１６ｂの磁極の向きは、互いに逆向きになるよう配置されている。すなわち、上部磁石２１６ａ及び下部磁石２１６ｂの内周部の磁極同士は異極となっている。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ている。
【００３６】
処理室２０１内に処理ガスの供給を開始した後、上部磁石２１６ａ及び下部磁石２１６ｂによる磁界が形成されている所に、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により、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。この際、放出された電子を上述の電界及び磁界が周回運動させることにより、プラズマの電離生成率が高まり、長寿命の高密度プラズマを生成させることができる。
【００３７】
主に、筒状電極２１５、上部磁石２１６ａ、下部磁石２１６ｂにより、本実施形態に係る励起部が構成されている。なお、整合器２７２、高周波電源２７３を励起部に含めて考えてもよい。
【００３８】
なお、筒状電極２１５、上部磁石２１６ａ、及び下部磁石２１６ｂの周囲には、これらが形成する電界及び磁界が外部環境や他処理炉等の装置に悪影響を及ぼさないように、電界及び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。
【００３９】
（制御部）
図１０に示すように、制御部としてのコントローラ２２１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ
Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２２１ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）２２１ｂ、記憶装置２２１ｃ、Ｉ／Ｏポート２２１ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ２２１ｂ、記憶装置２２１ｃ、Ｉ／Ｏポート２２１ｄは、内部バス２２１ｅを介して、ＣＰＵ２２１ａとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ２２１には、入出力装置２２５として、例えばタッチパネル、マウス、キーボード、操作端末等が接続されていてもよい。また、コントローラ２２１には、表示部として、例えばディスプレイ等が接続されていてもよい。
【００４０】
記憶装置２２１ｃは、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＣＤ−ＲＯＭ等で構成されている。記憶装置２２１ｃ内には、基板処理装置１００の動作を制御する制御プログラムや、基板処理の手順や条件などが記載されたプロセスレシピ等が、読み出し可能に格納されている。なお、プロセスレシピは、後述する基板処理工程における各手順をコントローラ２２１に実行させ、所定の結果を得ることが出来るように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、このプロセスレシピや制御プログラム等を総称して、単にプログラムともいう。なお、本明細書においてプ
ログラムという言葉を用いた場合は、プロセスレシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。また、ＲＡＭ２２１ｂは、ＣＰＵ２２１ａによって読み出されたプログラムやデータ等が一時的に保持されるメモリ領域（ワークエリア）として構成されている。
【００４１】
Ｉ／Ｏポート２２１ｄは、上述のマスフローコントローラ２５２ａ〜２５２ｃ、バルブ２１１，２４３、ＡＰＣ２４２、真空ポンプ２４６、ヒータ２１７ｂ、整合器２７２、高周波電源２７３、サセプタ昇降機構２６８、インピーダンス可変機構２７４等に接続されている。
【００４２】
ＣＰＵ２２１ａは、記憶装置２２１ｃから制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置２８１からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置２２１ｃからプロセスレシピを読み出すように構成されている。そして、ＣＰＵ２２１ａは、読み出したプロセスレシピの内容に沿うように、信号線Ａを通じてＡＰＣ２４２の開度調整動作、バルブ２４３の開閉動作、及び真空ポンプ２４６の起動・停止を、信号線Ｂを通じてサセプタ昇降機構２６８の昇降動作を、信号線Ｃを通じて温度センサに基づくヒータ２１７ｂへの供給電力量調整動作（温度調整動作）やインピーダンス可変機構２７４によるインピーダンス値調整動作を、信号線Ｄを通じてゲートバルブ２４４の開閉動作を、信号線Ｅを通じて整合器２７２及び高周波電源２７３の動作を、信号線Ｆを通じてマスフローコントローラ２５２ａ〜２５２ｃによる各種ガスの流量調整動作、及びバルブ２５３ａ〜２５３ｃの開閉動作を、それぞれ制御するように構成されている。
【００４３】
なお、コントローラ２２１は、専用のコンピュータとして構成されている場合に限らず、汎用のコンピュータとして構成されていてもよい。例えば、上述のプログラムを格納した外部記憶装置（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリやメモリカード等の半導体メモリ）２２６を用意し、係る外部記憶装置２２６を用いて汎用のコンピュータにプログラムをインストールすること等により、本実施形態に係るコントローラ２２１を構成することができる。なお、コンピュータにプログラムを供給するための手段は、外部記憶装置２２６を介して供給する場合に限らない。例えば、インターネットや専用回線等の通信手段を用い、外部記憶装置２２６を介さずにプログラムを供給するようにしてもよい。なお、記憶装置２２１ｃや外部記憶装置２２６は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成される。以下、これらを総称して、単に記録媒体ともいう。なお、本明細書において記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶装置２２１ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置２２６単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。
【００４４】
（２）基板処理工程
続いて、本実施形態にかかる半導体製造工程の一工程として実施される基板処理工程について、図２を用いて説明する。かかる工程は、ＭＭＴ装置として構成された上述の基板処理装置１００により実施される。なお、以下の説明において、基板処理装置１００を構成する各部の動作は、コントローラ２２１により制御される。
【００４５】
ここでは、酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を備えるウエハ２００を、窒素原子及び水素原子を含有する処理ガスとしてのアンモニア（ＮＨ３）ガスを用いて処理し、ポリシリコン膜に窒素原子を導入する際に、酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質処理する例について説明する。
【００４６】
（基板搬入・載置工程（Ｓ１０））
まず、ウエハ２００の搬送位置までサセプタ２１７を下降させ、サセプタ２１７の貫通
孔２１７ａにウエハ突き上げピン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。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き上げピン２６６上に水平姿勢で支持される。
【００４７】
ウエハ２００の表面上には、ポリシリコン膜が予め形成されている。ポリシリコン膜は、例えばモノシラン（ＳｉＨ４）ガス等のシリコン（Ｓｉ）原料と、水素ガス（Ｈ２ガス）と、をウエハ２００上へ供給するＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって形成される。
【００４８】
そして、ポリシリコン膜は、その表面上に酸素含有層を備える。酸素含有層は、例えばウエハ２００が搬送時に大気に晒されることで、大気中の酸素（Ｏ２）によりポリシリコン膜に形成される自然酸化層である。酸素含有層の厚さは、例えば０．５ｎｍ以上２．０ｎｍ以下である。酸素含有層の厚さが０．５ｎｍ以上であると、後述する酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質する効果が得られやすい。
【００４９】
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の上面に配置される。その後、サセプタ２１７を所定の位置まで上昇させて、ウエハ２００を所定の処理位置まで上昇させる。
【００５０】
なお、ウエハ２００を処理室２０１内に搬入する際には、排気部により処理室２０１内を排気しつつ、ガス供給部から処理室２０１内にパージガスとしてのＡｒガスを供給することが好ましい。すなわち、真空ポンプ２４６を作動させ、バルブ２４３を開けることにより、処理室２０１内を排気しつつ、バルブ２５３ｃを開けることにより、バッファ室２３７を介して処理室２０１内にＡｒガスを供給することが好ましい。これにより、処理室２０１内へのパーティクルの侵入や、ウエハ２００上へのパーティクルの付着を抑制することが可能となる。なお、真空ポンプ２４６は、少なくとも基板搬入・載置工程（Ｓ１０）から後述する基板搬出工程（Ｓ６０）が終了するまでの間は、常に作動させた状態とする。
【００５１】
（昇温・圧力調整工程（Ｓ２０））
続いて、サセプタ２１７の内部に埋め込まれたヒータ２１７ｂに電力を供給し、ウエハ２００の表面が所定の温度となるように加熱する。このとき、ウエハ２００の温度を３５０℃以上７００℃以下、好ましくは４５０℃以上７００℃以下となるように維持する。ウエハ２００を３５０℃以上、好ましくは４５０℃以上の温度に維持することで、後述するように、例えば酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質する際、改質がある程度進行した場合に、励起状態にある水素原子の酸素含有層への取り込みを少なくすることができる。この際、ヒータ２１７ｂの温度は、図中省略の温度センサにより検出された温度情報に基づいてヒータ２１７ｂへの供給電力を制御することによって調整される。
【００５２】
また、処理室２０１内が所望の圧力（例えば１Ｐａ以上１００Ｐａ以下、好ましくは２０Ｐａ以上１００Ｐａ以下）となるようにＡＰＣ２４２で調整する。この際、処理室２０１内の圧力は図中省略の圧力センサで測定され、この測定された圧力情報に基づきＡＰＣ２４２の開度をフィードバック制御する。
【００５３】
（改質処理工程（Ｓ３０））
ここでは、窒素原子及び水素原子を含有する処理ガスとして、例えばＮＨ３ガスを用いる例を説明する。すなわち、本実施形態では、窒素含有ガスであるＮＨ３ガスは、水素含有ガスとしても機能する。
【００５４】
まず、バルブ２５３ａを開け、処理ガスであるＮＨ３ガスを、窒素含有ガス供給管２３２ａからバッファ室２３７を介して処理室２０１内に供給する。このとき、ＮＨ３ガスの流量が所定の流量（例えば５０ｓｃｃｍ以上１０００ｓｃｃｍ以下、好ましくは１００ｓｃｃｍ以上１０００ｓｃｃｍ以下）となるように、マスフローコントローラ２５２ａによって調整する。
【００５５】
ＮＨ３ガスの供給を開始した後、上部磁石２１６ａ及び下部磁石２１６ｂによる磁界が形成されている所に、筒状電極２１５に対して、高周波電源２７３から整合器２７２を介して所定の高周波電力（例えば１００Ｗ以上１０００Ｗ以下、好ましくは１００Ｗ以上８００Ｗ以下）を印加する。この結果、処理室２０１内にマグネトロン放電が発生し、ウエハ２００の上方のプラズマ生成領域２２４に高密度プラズマが発生する。このときのインピーダンス可変機構２７４は、予め所望のインピーダンス値に制御しておく。
【００５６】
上述のように、処理室２０１内にプラズマを発生させることにより、処理室２０１内に供給されたＮＨ３ガスが励起されて活性化される。そして活性種等（窒素ラジカル（Ｎ＊）、水素ラジカル（Ｈ＊）、アンモニウムイオン（ＮＨ４＋）等）がウエハ２００上のポリシリコン膜及び酸素含有層に供給される。これにより、ポリシリコン膜及び酸素含有層から酸素原子（Ｏ）が除去（脱離）される。そして、脱離した酸素原子（Ｏ）が窒素原子（Ｎ）に置換されることで、ポリシリコン膜表面の窒化及び酸素含有層の窒化が促される。
【００５７】
すなわち、窒素ラジカル（Ｎ＊）等の窒素原子（Ｎ）を含む活性種をポリシリコン膜に供給することで、ポリシリコン膜表面を窒化することができる。また、窒素ラジカル（Ｎ＊）は高いエネルギーを有するため、ポリシリコン膜から、例えば酸素原子（Ｏ）をスパッタリングにより脱離させて除去する効果を有する。そして、スパッタリング効果によって酸素原子（Ｏ）が脱離することで生じた未結合手に窒素原子（Ｎ）が結合し、ポリシリコン膜表面の窒化がより促される。
【００５８】
このとき、水素ラジカル（Ｈ＊）等の水素原子（Ｈ）を含む活性種を酸素含有層に供給することで、酸素含有層に含まれる酸素原子（Ｏ）が水素還元反応により脱離する。そして、酸素原子（Ｏ）が脱離することで生じた未結合手に窒素原子（Ｎ）が結合し、酸素含有層の窒化が促され、酸素含有層が酸窒化層又は窒化層に改質される。この結果、酸素含有層を、窒素濃度の高い酸窒化層又は窒化層に改質することができる。
【００５９】
所定の処理時間が経過し、酸素含有層の改質が終了したら、筒状電極２１５に対する電力供給を停止する。そして、バルブ２５３ａを閉めて処理室２０１内へのＮＨ３ガスの供給を停止する。
【００６０】
（パージ工程（Ｓ４０））
上述の改質処理工程（Ｓ３０）が完了した後、バルブ２４３を開けたままとし、ガス排気管２３１による排気を継続し、処理室２０１内の残留ガス等を排出する。すなわち、処理室２０１内の処理ガスの濃度が所定値以下となるまで、処理室２０１内を排気して残留ガス等を排出する。例えば、ウエハ２００を処理室２０１の外へ搬出する後述の基板搬出工程（Ｓ６０）を行うことができる処理ガス濃度になるまで処理室２０１内を排気する。また、例えば、少なくともウエハ２００の表面上から処理ガスがなくなるまで処理室２０１内を排気するようにしてもよい。このとき、バルブ２５３ｃを開き、処理室２０１内に
パージガスとしての不活性ガスであるＡｒガスを供給することで、処理室２０１内からの残留ガスの排出を促すことができる。
【００６１】
（降温・大気圧復帰工程（Ｓ５０））
パージ工程（Ｓ４０）が完了したら、ＡＰＣ２４２の開度を調整し、処理室２０１内の圧力を大気圧に復帰させつつ、ウエハ２００を所定の温度に降温させる。具体的には、バルブ２５３ｃを開けたままとして、処理室２０１内に不活性ガスであるＡｒガスを供給しつつ、図中省略の圧力センサにより検出された圧力情報に基づいて排気部のＡＰＣ２４２及びバルブ２４３の開閉を制御し、処理室２０１内の圧力を大気圧に昇圧する。そして、ヒータ２１７ｂの供給電力を制御して、ウエハ２００を降温させる。
【００６２】
（基板搬出工程（Ｓ６０））
そして、サセプタ２１７をウエハ２００の搬送位置まで下降させ、サセプタ２１７の表面から突出させたウエハ突き上げピン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の外へ搬出し、本実施形態に係る基板処理工程を終了する。なお、上記において、ウエハ２００の温度、処理室２０１内の圧力、各ガスの流量、筒状電極２１５に印加する電力、処理時間等の条件等は、改質対象の層の材料や層厚等によって任意に調整する。
【００６３】
（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。
【００６４】
（ａ）本実施形態によれば、窒素原子及び水素原子を含む処理ガスを、ガス供給部により処理室２０１内に供給させ、励起部により励起させ、励起させた処理ガスを酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を備えるウエハ２００の表面に供給するように構成されている。これにより、ポリシリコン膜表面を窒化することができることに加えて、ポリシリコン膜の酸素含有層を窒素濃度が高い（すなわち酸素濃度が低い）酸窒化層又は窒化層に改質することができる。
【００６５】
これにより、ポリシリコン膜の耐酸化性を向上させることができる。従って、本実施形態による処理が施されたウエハ２００が、例えばフラッシュメモリに形成されるとき、すなわち、ウエハ２００に、上述のようにＯＮＯ構造を有する薄膜が形成され、エッチング処理が行われ、酸化処理による修復処理が行われるとき、ポリシリコン膜とＯＮＯ構造を有する薄膜の酸化膜との間にバーズビークが形成されることを抑制できる。この結果、本実施形態による処理が行われたウエハ２００が、例えばフラッシュメモリとなったときに、電子の書き込み特性や消去特性を向上させることができる。
【００６６】
（ｂ）本実施形態によれば、酸素含有層である自然酸化層が形成されたポリシリコン膜を備えるウエハ２００に、励起させた窒素原子及び水素原子を供給することで、自然酸化層を酸窒化層又は窒化層に改質すると同時に、ポリシリコン膜表面を窒化することができる。
【００６７】
（ｃ）本実施形態によれば、ウエハ２００の表面温度が３５０℃以上７００℃以下となるようにヒータ２１７ｂによって加熱する。これにより、例えば酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質する際、改質がある程度進行した場合に、励起状態にある水素原子の酸素含有層への取り込みを少なくすることができる。
【００６８】
＜本発明の他の実施形態＞
以上、本発明の実施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。以下に、本発明の他の
実施形態を説明する。なお、本実施形態も、基板処理装置としてＭＭＴ装置を用い、処理ガスを励起させてウエハ２００を処理している。
【００６９】
上述した実施形態では、酸素含有層として自然酸化層が形成されたポリシリコン膜を備えるウエハ２００を用い、酸素含有層を窒素濃度が高い酸窒化層又は窒化層に改質すると共に、ポリシリコン膜表面を窒化した。
【００７０】
しかしながら、自然酸化層は、ウエハ２００の表面に形成された回路パターン、ウエハ２００の種類、ウエハ２００の表面に形成された膜種、ウエハ２００の放置時間によって、厚さが異なる場合があり、ウエハ２００の表面での厚さ等の分布が均一となるように制御することができない。
【００７１】
そこで、ＤＨＦ（フッ酸（ＨＦ）を純水で希釈した希フッ酸）で、ウエハ２００上に形成された自然酸化層を除去した後、例えばオゾン水で金属や有機物の不純物の除去を行う前洗浄をウエハ２００に行ってもよい。このように、ウエハ２００の表面を前洗浄することで、上述する不均一な自然酸化層を除去することができるが、ポリシリコン膜にケミカル酸化層等の酸素含有層が形成される。ケミカル酸化層であっても、ポリシリコン膜上に高濃度の窒化層の形成の妨げとなる場合がある。
【００７２】
そこで、本実施形態では、ケミカル酸化層等の酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を備えるウエハ２００を用い、窒素原子及び水素原子を含む処理ガスを供給して、酸素含有層を窒素濃度の高い酸窒化層又は窒化層に改質する。
【００７３】
ケミカル酸化層は、上述の自然酸化層とは異なり、一定の条件下での前洗浄で形成されるため、ウエハ２００毎に形成されるケミカル酸化層の厚さが一定となり、ウエハ２００の表面でのケミカル酸化層の分布が均一となるように制御することができる。ケミカル酸化層の厚さは約０．５ｎｍ〜２ｎｍ、平均で１ｎｍである。従って、窒素原子及び水素原子を含む処理ガスを、ガス供給部により処理室２０１内に供給させ、励起部により励起させ、励起させた処理ガスを、酸素含有層としてケミカル酸化層が形成されたポリシリコン膜を備えるウエハ２００に供給することで、ケミカル酸化層を窒素濃度が高い酸窒化層又は窒化層に改質すると共に、ポリシリコン膜表面を再現性良く且つ面内均一に窒化することができる。
【００７４】
また、ウエハ２００が備えるポリシリコン膜上にケミカル酸化層を形成することで、ポリシリコン膜に自然酸化層が形成されることを抑制できる。
【００７５】
＜本発明の更に他の実施形態＞
以上、本発明の実施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。
【００７６】
上述した実施形態では、窒素原子及び水素原子を含む処理ガスとして、アンモニアガス（ＮＨ３ガス）を用いる場合について説明したが、本発明は係る形態に限定されない。すなわち、窒素原子及び水素原子を含む処理ガスとして、例えばモノメチルヒドラジンガス（ＣＨ６Ｎ２ガス）等を用いてもよい。
【００７７】
また、例えば、処理ガスとして、例えば窒素含有ガス及び水素含有ガスを混合したガスを用いてもよく、具体的には、窒素含有ガスとして、例えばアンモニアガス（ＮＨ３ガス）、窒素ガス（Ｎ２ガス）等を用い、水素含有ガスとして例えば水素ガス（Ｈ２ガス）を用いてもよい。すなわち、図１に示すように、バルブ２５３ａを開けて窒素含有ガス供給管２３２ａからＮＨ３ガスを処理室２０１内に供給すると同時に、バルブ２５３ｂを開け
て水素含有ガス供給管２３２ｂからＨ２ガスを処理室２０１内に供給してもよい。これによっても、窒素ラジカル（Ｎ＊）等及び水素ラジカル（Ｈ＊）等を、酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を備えるウエハ２００に供給でき、ポリシリコン膜の窒化に加えて、酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質することができる。
【００７８】
このとき、励起された処理ガスに含まれる活性種のうち、水素を含む活性種の水素原子（Ｈ）の割合が１０％以上９０％以下となるように、マスフローコントローラ２５２ａ及び２５２ｂを調整して、ＮＨ３ガス等の窒素含有ガスの流量とＨ２ガス等の水素含有ガスの流量との比率を調整することが好ましい。これにより、酸素含有層の厚さや、酸素含有層中の酸素含有量に応じて、ウエハ２００に均一な処理を施すことができる。
【００７９】
また、ＮＨ３ガス等の窒素含有ガス及びＨ２ガス等の水素含有ガスの合計流量が１００ｓｃｃｍ以上１０００ｓｃｃｍ以下となるように、マスフローコントローラ２５２ａ及び２５２ｂを調整するとよい。このとき、例えば、酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質する際、改質の初期段階では、ＮＨ３ガスの流量よりもＨ２ガスの流量を多くする等、ＮＨ３ガスの流量とＨ２ガスの流量との比率を動的に調整してもよい。
【００８０】
また、処理室２０１内へ処理ガスを供給する際には、バルブ２５３ｃを開け、マスフローコントローラ２５２ｃで流量調整しつつ、バッファ室２３７を介して処理室２０１内へ不活性ガスとしてのＡｒガスを併せて供給するようにしてもよい。これにより、窒素含有ガスや水素含有ガスの流量や比率を変えることなく、処理室２０１内へ供給されるガスの濃度や流速等の条件を自由に調整することができる。
【００８１】
また、上述した実施形態では、サセプタ２１７の内部に設けたヒータ２１７ｂによってウエハ２００を加熱するようにしていたが、本発明はこのような形態に限定されない。例えば、図７に例示するように、ヒータ２１７ｂに加えて、ランプ加熱ユニット２８０からも赤外線等を照射することでウエハ２００を加熱するようにしてもよい。この場合、ランプ加熱ユニット２８０は、処理室２０１の上方、つまり上側容器２１０の上面に設けられた光透過窓２７８を介して処理室２０１内に光を照射するような構成とするとよい。ヒータ２１７ｂとランプ加熱ユニット２８０とを併用することで、ヒータ２１７ｂのみを用いて加熱する場合と比較して、より短時間でウエハ２００を昇温させることが可能である。また、ヒータ２１７ｂを設けずに、ランプ加熱ユニット２８０のみを用いてウエハ２００を加熱するようにしてもよい。なお、ランプ加熱ユニット２８０は、信号線Ｇを通じてコントローラ２２１で制御するように構成されている。
【００８２】
また、上述した実施形態では、ＭＭＴ装置として構成された基板処理装置１００を用いて実施する場合を説明したが、本発明は、それに限らず、例えばＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）装置、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）装置を用いても実施可能である。
【００８３】
図８は、本発明の他の実施形態に係る基板処理装置であるＩＣＰ方式プラズマ処理装置３００を示している。本実施形態に係る構成の詳細な説明は、前記実施形態と同様の機能を有する構成要件に同一の符号を付して省略する。また、ガス供給部についても図示を省略している。本実施形態に係るＩＣＰ方式プラズマ処理装置３００は、整合器２７２ａ、２７２ｂ、高周波電源２７３ａ、２７３ｂ及び誘電コイル３１５ａ，３１５ｂを介してそれぞれ電力が供給されることで、プラズマが生成される。誘電コイル３１５ａは、処理容器２０３の天井側の外側に敷設されている。誘電コイル３１５ｂは、処理容器２０３の外周壁の外側に敷設されている。本実施形態においても、窒素原子及び水素原子を含む処理ガスをガス供給管２３２から、ガス導入部２３４を経由して処理室２０１内へ供給する。また、ガス供給と前後して、誘電コイル３１５ａ，３１５ｂへ高周波電力を流すと、電磁
誘導により電界が生じる。この電界をエネルギーとして、供給された処理ガスをプラズマ状態として励起させて、活性種を生成することができる。
【００８４】
図９は、本発明の更に他の実施形態に係る基板処理装置であるＥＣＲ方式プラズマ処理装置４００を示している。本実施形態に係る構成の詳細な説明は、前記実施形態と同様の機能を有する構成要件に同一の符号を付して省略する。また、ガス供給部についても図示を省略している。本実施形態に係るＥＣＲ方式プラズマ処理装置４００は、マイクロ波を供給してプラズマを生成する整合器２７２ｂ、高周波電源２７３ｂ、マイクロ波導入管４１５ａ及び誘電コイル４１５ｂを備えている。マイクロ波導入管４１５ａは、処理容器２０３の天井壁の外側に敷設されている。誘電コイル４１５ｂは、処理容器２０３の外周壁に敷設されている。本実施形態においても、窒素原子及び水素原子を含有する処理ガスをガス供給管２３２から、ガス導入部２３４を経由して処理室２０１内へ供給する。また、ガス供給と前後して、マイクロ波導入管４１５ａへマイクロ波４１８ａを導入し、マイクロ波４１８ａを処理室２０１へ放射させる。このマイクロ波４１８ａと、誘電コイル４１５ｂからの高周波電力とにより、供給された処理ガスをプラズマ状態として励起させ、活性種を生成することができる。
【実施例】
【００８５】
次に、本発明の実施例を図３〜図６を参照しながら説明する。
【００８６】
（実施例）
本発明の実施例では、酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を有するウエハ２００に、励起部により励起させたＮＨ３ガスを供給し、ウエハ２００を３５０℃に加熱して基板処理を行い、酸素含有層を酸窒化層に改質した（実施例１）。また、ウエハ２００の加熱温度を４５０℃にしたこと以外は、上述の実施例１と同様の条件で基板処理を行い、酸素含有層を酸窒化層に改質した（実施例２）。ウエハ２００の加熱温度を５５０℃にしたこと以外は、上述の実施例１と同様の条件で基板処理を行い、酸素含有層を酸窒化層に改質した（実施例３）。また、比較例として、酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を有するウエハに、励起部により励起させたＮ２ガスを供給し、ウエハを３５０℃に加熱して基板処理を行い、酸素含有層を酸窒化層に改質した場合について説明する。
【００８７】
上述の実施例１〜実施例３及び比較例について、改質により形成された酸窒化層の厚さ方向の組成分析を行い、その結果を図３〜図６にそれぞれ示す。すなわち、図３〜図６は、本発明の実施例１〜実施例３及び比較例にかかる酸窒化層をＨＲ−ＲＢＳ（Ｈｉｇｈ Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ−Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：高分解能ラザフォード後方散乱分析法）により測定した酸窒化層の深さ方向の元素濃度（ａｔｏｍｉｃ％）を示すグラフ図である。
【００８８】
次に、上述した実施例１〜実施例３及び比較例の酸窒化層の組成比率を表１にそれぞれ示す。表１は、実施例１〜実施例３及び比較例のそれぞれの酸窒化層中のシリコン元素（Ｓｉ）、酸素元素（Ｏ）及び窒素元素（Ｎ）の組成（ａｔｏｍｉｃ％）を、図３〜図６から算出したものである。
【００８９】
【表１】
【００９０】
実施例２（図４）及び実施例３（図５）のように、ウエハ２００の加熱温度が４５０℃以上の改質処理では、比較例（図６）と比較すると、酸素濃度を下げて、高い窒素濃度である酸窒化層に改質できたことが分かる。また、実施例１（図３）のように、ウエハ２００の加熱温度が３５０℃での改質処理であっても、深さが２ｎｍ以上の場合において、酸素濃度を下げて、窒素濃度をあげることに若干の効果が認められることが分かる。このように、図３〜図６及び表１から、酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を有するウエハ２００に、窒素原子及び水素原子を含有する処理ガスを供給して、酸素含有層の改質処理を行うことで、酸素含有層を窒素濃度が高い酸窒化層に改質することができることが分かる。
【００９１】
＜本発明の好ましい態様＞
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
【００９２】
本発明の一態様によれば、
酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を有する基板が搬入される処理室と、
前記処理室内に設けられ、前記基板を加熱する加熱部と、
前記処理室内に窒素及び水素を含む処理ガスを供給するガス供給部と、
前記処理室内に供給された処理ガスを励起する励起部と、
前記処理室内を排気する排気部と、
前記加熱部により前記基板を所定の温度に加熱させ、前記ガス供給部により供給された処理ガスを前記励起部により励起させ、励起した処理ガスを前記基板に供給させ、前記酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質させるように、少なくとも前記加熱部、前記ガス供給部、前記励起部及び前記排気部を制御する制御部と、を備える基板処理装置が提供される。
【００９３】
好ましくは、
前記酸素含有層は自然酸化層である。
【００９４】
好ましくは、
前記酸素含有層は、前記基板を洗浄することで形成される酸化層である。
【００９５】
また好ましくは、
前記所定の温度は３５０℃以上７００℃以下である。
【００９６】
また好ましくは、
励起された処理ガスに含まれる活性種のうち、水素を含む活性種の水素原子の割合が１０％以上９０％以下となるように比率を調整する。
【００９７】
また好ましくは、
前記酸素含有層の厚さは０．５ｎｍ以上２．０ｎｍ以下である。
【００９８】
また好ましくは、
前記励起部は、マグネトロン放電により処理ガスを励起させる。
【００９９】
また好ましくは、
前記基板には、マグネトロン放電によって生成された処理ガスの活性種が供給される。
【０１００】
本発明の他の態様によれば、
酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を有する基板を処理室内に搬入する工程と、
前記基板を所定の温度に加熱し、前記処理室内を排気しつつ、前記処理室内に窒素及び水素を含む処理ガスを供給する工程と、
前記処理室内に供給した処理ガスを励起させ、励起した処理ガスを前記基板の表面に供給して前記酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質する工程と、
処理した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。
【０１０１】
本発明の更に他の態様によれば、
酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を有する基板を処理室内に搬入する手順と、
前記基板を所定の温度に加熱し、前記処理室内を排気しつつ、前記処理室内に窒素及び水素を含む処理ガスを供給する手順と、
前記処理室内に供給した処理ガスを励起させ、励起した処理ガスを前記基板の表面に供給して前記酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質する手順と、
処理した前記基板を前記処理室内から搬出する手順と、をコンピュータに実行させるプログラムが提供される。
【０１０２】
本発明の更に他の態様によれば、
酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を有する基板を処理室内に搬入する手順と、
前記基板を所定の温度に加熱し、前記処理室内を排気しつつ、前記処理室内に窒素及び水素を含む処理ガスを供給する手順と、
前記処理室内に供給した処理ガスを励起させ、励起した処理ガスを前記基板の表面に供給して前記酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質する手順と、
処理した前記基板を前記処理室内から搬出する手順と、をコンピュータに実行させるプログラムが記録された記録媒体が提供される。
【０１０３】
本発明の更に他の態様によれば、
酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を有する基板が搬入される処理室と、
前記処理室内に設けられ、前記基板を加熱する加熱部と、
前記処理室内に窒素及び水素を含む処理ガスを供給するガス供給部と、
前記処理室内に供給された処理ガスを励起する励起部と、
前記処理室内を排気する排気部と、
前記加熱部により前記基板を所定の温度に加熱させ、前記ガス供給部により供給された処理ガスを前記励起部により励起させ、励起した処理ガスを前記基板に供給させ、前記酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質させるように、少なくとも前記加熱部、前記ガス供給部、前記励起部及び前記排気部を制御する制御部と、を備える半導体装置の製造装置が提供される。
【符号の説明】
【０１０４】
２００ ウエハ（基板）
２０１ 処理室
２１７ｂ ヒータ（加熱部）
２２１ コントローラ（制御部）
２３１ ガス排気管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を有する基板が搬入される処理室と、
前記処理室内に設けられ、前記基板を加熱する加熱部と、
前記処理室内に窒素及び水素を含む処理ガスを供給するガス供給部と、
前記処理室内に供給された処理ガスを励起する励起部と、
前記処理室内を排気する排気部と、
前記加熱部により前記基板を所定の温度に加熱させ、前記ガス供給部により供給された処理ガスを前記励起部により励起させ、励起した処理ガスを前記基板の表面に供給させ、前記酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質させるように、少なくとも前記加熱部、前記ガス供給部、前記励起部及び前記排気部を制御する制御部と、を備える
基板処理装置。
【請求項２】
前記酸素含有層は自然酸化層である
請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を有する基板を処理室内に搬入する工程と、
前記基板を所定の温度に加熱し、前記処理室内を排気しつつ、前記処理室内に窒素及び水素を含む処理ガスを供給する工程と、
前記処理室内に供給した処理ガスを励起させ、励起した処理ガスを前記基板の表面に供給して前記酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質する工程と、
処理した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。
【請求項４】
酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を有する基板を処理室内に搬入する手順と、
前記基板を所定の温度に加熱し、前記処理室内を排気しつつ、前記処理室内に窒素及び水素を含む処理ガスを供給する手順と、
前記処理室内に供給した処理ガスを励起させ、励起した処理ガスを前記基板の表面に供給して前記酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質する手順と、
処理した前記基板を前記処理室内から搬出する手順と、をコンピュータに実行させる
プログラム。
【請求項１】
酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を有する基板が搬入される処理室と、
前記処理室内に設けられ、前記基板を加熱する加熱部と、
前記処理室内に窒素及び水素を含む処理ガスを供給するガス供給部と、
前記処理室内に供給された処理ガスを励起する励起部と、
前記処理室内を排気する排気部と、
前記加熱部により前記基板を所定の温度に加熱させ、前記ガス供給部により供給された処理ガスを前記励起部により励起させ、励起した処理ガスを前記基板の表面に供給させ、前記酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質させるように、少なくとも前記加熱部、前記ガス供給部、前記励起部及び前記排気部を制御する制御部と、を備える
基板処理装置。
【請求項２】
前記酸素含有層は自然酸化層である
請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を有する基板を処理室内に搬入する工程と、
前記基板を所定の温度に加熱し、前記処理室内を排気しつつ、前記処理室内に窒素及び水素を含む処理ガスを供給する工程と、
前記処理室内に供給した処理ガスを励起させ、励起した処理ガスを前記基板の表面に供給して前記酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質する工程と、
処理した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。
【請求項４】
酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を有する基板を処理室内に搬入する手順と、
前記基板を所定の温度に加熱し、前記処理室内を排気しつつ、前記処理室内に窒素及び水素を含む処理ガスを供給する手順と、
前記処理室内に供給した処理ガスを励起させ、励起した処理ガスを前記基板の表面に供給して前記酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質する手順と、
処理した前記基板を前記処理室内から搬出する手順と、をコンピュータに実行させる
プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−８４９１８（Ｐ２０１３−８４９１８Ａ）
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１８７８８３（Ｐ２０１２−１８７８８３）
【出願日】平成２４年８月２８日（２０１２．８．２８）
【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２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年８月２８日（２０１２．８．２８）
【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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