JP2009246210A - 窒化珪素膜の製造方法、窒化珪素膜積層体の製造方法、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体およびプラズマｃｖｄ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＣＶＤ法により個々の窒化珪素膜のバンドギャップの大きさを変えて窒化珪素膜積層体を製造する。
【解決手段】 複数の孔を有する平面アンテナ３１によりチャンバー１にマイクロ波を導入するプラズマＣＶＤ装置１００を用い、シリコン含有化合物ガスとアンモニアガスとを含む成膜ガスを用い、シリコン含有化合物ガス／アンモニアガス流量比を０．０１５以上０．２以下の範囲内に設定し、０．１Ｐａ以上１３３３Ｐａ以下の範囲内から選択される処理圧力でプラズマＣＶＤを行い、バンドギャップの大きさが２．５ｅＶ以上７ｅＶ以下の範囲内の窒化珪素膜を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、窒化珪素膜およびその積層体の製造方法、これらの方法に用いるコンピュータ読み取り可能な記憶媒体並びにプラズマＣＶＤ装置に関する。

現在、電気的書換え動作が可能なＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ ａｎｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）などに代表される不揮発性半導体メモリ装置としては、ＳＯＮＯＳ（Ｓｉｌｉｃｏｎ−Ｏｘｉｄｅ−Ｎｉｔｒｉｄｅ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｉｌｉｃｏｎ）型やＭＯＮＯＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｎｉｔｒｉｄｅ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｉｌｉｃｏｎ）型と呼ばれる積層構造を有するものがある。これらのタイプの不揮発性半導体メモリ装置では、二酸化珪素膜（Ｏｘｉｄｅ）に挟まれた１層以上の窒化珪素膜（Ｎｉｔｒｉｄｅ）を電荷蓄積領域として情報の保持が行われる。つまり、上記不揮発性半導体メモリ装置では、半導体基板（Ｓｉｌｉｃｏｎ）とコントロールゲート電極（ＳｉｌｉｃｏｎまたはＭｅｔａｌ）との間に電圧を印加することによって、電荷蓄積領域の窒化珪素膜に電子を注入してデータを保存したり、窒化珪素膜に蓄積された電子を除去したりして、データの保存と消去の書換えを行っている。窒化珪素膜の電荷蓄積能力は、そのバンドギャップ構造と関係があると考えられる。

不揮発性半導体メモリ装置の電荷蓄積領域としての窒化珪素膜を形成する技術として、特許文献１では、トンネル酸化膜とトップ酸化膜との間の窒化珪素膜を形成する際に、ジクロルシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）とアンモニア（ＮＨ_３）を原料ガスとし、流量比ＳｉＨ_２Ｃｌ_２／ＮＨ_３を１／１０以下の条件で減圧ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition；化学気相堆積）法により成膜する窒化珪素膜の形成方法が記載されている。しかし、従来のＣＶＤ法による成膜プロセスの場合、個々の窒化珪素膜のバンドギャップをプロセス条件のみによって制御することは困難であった。従来は窒化珪素膜のバンドギャップの大きさを制御するために、ＣＶＤ法を利用して窒化珪素膜を形成した後、この窒化珪素膜を酸化して窒化酸化珪素膜に変化させるなど、膜の構成成分自体を変化させる必要があった。酸化処理によって窒化珪素膜の膜質を変化させるには、複数の成膜装置が必要になってしまい、プロセス効率が低下する。特に、電荷蓄積領域として機能する窒化珪素膜を２層以上の積層体（窒化珪素膜積層体）として形成する場合、工程が複雑になり、プロセス効率がさらに低下してしまうという問題があった。

また、プラズマＣＶＤ法によって窒化珪素膜を形成することが一般的に行われているが、この方法で製造される窒化珪素膜は、多くの場合、エッチングのハードマスクやストッパー膜として使用される、緻密で欠陥が少ない良質な窒化珪素膜であった。

特開平５−１４５０７８号公報（例えば、段落００１５など）

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、プラズマＣＶＤ法によりバンドギャップの大きさを容易に制御できる窒化珪素膜の製造方法を提供することである。また、本発明の第２の目的は、プラズマＣＶＤ法により個々の窒化珪素膜のバンドギャップの大きさを変えて窒化珪素膜積層体を容易に製造できる方法を提供することである。

本発明の窒化珪素膜の製造方法は、複数の孔を有する平面アンテナにより処理室内にマイクロ波を導入してプラズマを生成させるプラズマＣＶＤ装置を用い、被処理体上にプラズマＣＶＤ法によって窒化珪素膜を形成する窒化珪素膜の製造方法であって、シリコン含有化合物ガスとアンモニアガスとを含む成膜ガスを用い、シリコン含有化合物ガスとアンモニアガスとの流量比（シリコン含有化合物ガス流量／アンモニアガス流量）を０．０１５以上０．２以下の範囲内に設定し、０．１Ｐａ以上１３３３Ｐａ以下の範囲内から選択される処理圧力でプラズマＣＶＤを行い、バンドギャップの大きさが２．５ｅＶ以上７ｅＶ以下の範囲内の窒化珪素膜を形成するＣＶＤ工程を備えている。

また、本発明の窒化珪素膜積層体の製造方法は、複数の孔を有する平面アンテナにより処理室内にマイクロ波を導入してプラズマを生成させるプラズマＣＶＤ装置を用い、被処理体上にプラズマＣＶＤ法によって異なる大きさのバンドギャップを有する窒化珪素膜の積層体を形成する窒化珪素膜積層体の製造方法であって、シリコン含有化合物ガスとアンモニアガスとを含む成膜ガスを用い、シリコン含有化合物ガスとアンモニアガスとの流量比（シリコン含有化合物ガス流量／アンモニアガス流量）を０．０１５以上０．２以下の範囲内に設定し、第１の処理圧力でプラズマＣＶＤを行い２．５ｅＶ以上５ｅＶ以下の範囲内の第１のバンドギャップを有する窒化珪素膜を形成する第１のＣＶＤ工程と、前記第１のＣＶＤ工程の前または後に、シリコン含有化合物ガスとアンモニアガスとを含む成膜ガスを用い、シリコン含有化合物ガスとアンモニアガスとの流量比（シリコン含有化合物ガス流量／アンモニアガス流量）を０．０１５以上０．２以下の範囲内に設定し、前記第１の処理圧力よりも高い第２の処理圧力でプラズマＣＶＤを行い、５ｅＶ超７ｅＶ以下の範囲内の第２のバンドギャップを有する窒化珪素膜を形成する第２のＣＶＤ工程と、を備えている。この場合、前記第１のＣＶＤ工程と前記第２のＣＶＤ工程を繰り返し行うことが好ましい。

本発明のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体は、コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ読み取り可能な記憶媒体であって、前記制御プログラムは、実行時に、複数の孔を有する平面アンテナにより処理室内にマイクロ波を導入してプラズマを生成させるプラズマＣＶＤ装置を用い、被処理体上にプラズマＣＶＤ法によって窒化珪素膜を形成するに際し、シリコン含有化合物ガスとアンモニアガスとを含む成膜ガスを用い、シリコン含有化合物ガスとアンモニアガスとの流量比（シリコン含有化合物ガス流量／アンモニアガス流量）を０．０１５以上０．２以下の範囲内に設定し、０．１Ｐａ以上１３３３Ｐａ以下の範囲内から選択される処理圧力でプラズマＣＶＤを行い、バンドギャップの大きさが２．５ｅＶ以上７ｅＶ以下の範囲内の窒化珪素膜を形成するＣＶＤ工程が行われるように、コンピュータに前記プラズマＣＶＤ装置を制御させるものである。

本発明のプラズマＣＶＤ装置は、プラズマＣＶＤ法により被処理体上に窒化珪素膜を形成するプラズマＣＶＤ装置であって、
被処理体を載置台に載置して収容する処理室と、
前記処理室の前記開口部を塞ぐ誘電体部材と、
前記誘電体部材の外側に設けられ、前記処理室内にマイクロ波を導入するための複数の孔を有する平面アンテナと、
前記処理室内に原料ガスを供給するガス供給機構と、
前記処理室内を減圧排気する排気機構と、
前記処理室内で、シリコン含有化合物ガスとアンモニアガスとを含む成膜ガスを用い、シリコン含有化合物ガスとアンモニアガスとの流量比（シリコン含有化合物ガス流量／アンモニアガス流量）を０．０１５以上０．２以下の範囲内に設定し、０．１Ｐａ以上１３３３Ｐａ以下の範囲内から選択される処理圧力でプラズマＣＶＤを行い、バンドギャップの大きさが２．５ｅＶ以上７ｅＶ以下の範囲内の窒化珪素膜を形成するＣＶＤ工程が行われるように制御する制御部と、を備えている。

本発明の窒化珪素膜の製造方法によれば、シリコン含有化合物ガスとアンモニアガスとの流量比（シリコン含有化合物ガス流量／アンモニアガス流量）を０．０１５以上０．２以下の範囲内に設定し、０．１Ｐａ以上１３３３Ｐａ以下の範囲内から選択される処理圧力でプラズマＣＶＤを行うことにより、バンドギャップの大きさが２．５ｅＶ以上７ｅＶ以下の範囲内の窒化珪素膜を容易に製造することができる。本発明では、主に処理圧力によってバンドギャップの大小を容易に制御できることから、様々なバンドギャップ構造を有する窒化珪素膜積層体を形成する場合に連続的な成膜が可能になり、プロセス効率に優れている。

［第１の実施の形態］
以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の窒化珪素膜の製造方法に利用可能なプラズマＣＶＤ装置１００の概略構成を模式的に示す断面図である。

プラズマＣＶＤ装置１００は、複数のスロット状の孔を有する平面アンテナ、特にＲＬＳＡ（Radial Line Slot Antenna；ラジアルラインスロットアンテナ）にて処理室内にマイクロ波を導入してプラズマを発生させることにより、高密度かつ低電子温度のマイクロ波励起プラズマを発生させ得るＲＬＳＡマイクロ波プラズマ処理装置として構成されている。プラズマＣＶＤ装置１００では、１×１０^１０〜５×１０^１２／ｃｍ^３のプラズマ密度で、かつ０．７〜２ｅＶの低電子温度を有するプラズマによる処理が可能である。従って、プラズマＣＶＤ装置１００は、各種半導体装置の製造過程においてプラズマＣＶＤによる窒化珪素膜の成膜処理の目的で好適に利用できる。

プラズマＣＶＤ装置１００は、主要な構成として、気密に構成されたチャンバー（処理室）１と、チャンバー１内にガスを供給するガス供給機構１８と、チャンバー１内を減圧排気するための排気機構としての排気装置２４と、チャンバー１の上部に設けられ、チャンバー１内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入機構２７と、これらプラズマＣＶＤ装置１００の各構成部を制御する制御部５０と、を備えている。

チャンバー１は、接地された略円筒状の容器により形成されている。なお、チャンバー１は角筒形状の容器により形成してもよい。チャンバー１は、アルミニウム等の材質からなる底壁１ａと側壁１ｂとを有している。

チャンバー１の内部には、被処理体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載置台２が設けられている。載置台２は、熱伝導性の高い材質例えばＡｌＮ等のセラミックスにより構成されている。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支持部材３により支持されている。支持部材３は、例えばＡｌＮ等のセラミックスにより構成されている。

また、載置台２には、その外縁部をカバーし、ウエハＷをガイドするためのカバーリング４が設けられている。このカバーリング４は、例えば石英、ＡｌＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＮ等の材質で構成された環状部材である。

また、載置台２には、温度調節機構としての抵抗加熱型のヒータ５が埋め込まれている。このヒータ５は、ヒータ電源５ａから給電されることにより載置台２を加熱して、その熱で被処理基板であるウエハＷを均一に加熱する。

また、載置台２には、熱電対（ＴＣ）６が配備されている。この熱電対６により、温度計測を行うことにより、ウエハＷの加熱温度を例えば室温から９００℃までの範囲で制御可能となっている。

また、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）を有している。各ウエハ支持ピンは、載置台２の表面に対して突没可能に設けられている。

チャンバー１の底壁１ａの略中央部には、円形の開口部１０が形成されている。底壁１ａにはこの開口部１０と連通し、下方に向けて突出する排気室１１が設けられている。この排気室１１には、排気管１２が接続されており、この排気管１２を介して排気装置２４に接続されている。

チャンバー１を形成する側壁１ｂの上端には、チャンバー１を開閉させる蓋体（リッド）としての機能を有する環状のプレート１３が配置されている。プレート１３の内周下部は、内側（チャンバー内空間）へ向けて突出し、環状の支持部１３ａを形成している。

プレート１３には、第１のガス導入部として環状をなすガス導入部１４が設けられている。また、チャンバー１の側壁１ｂには、第２のガス導入部として環状をなすガス導入部１５が設けられている。つまり、ガス導入部１４および１５は、上下２段に設けられている。各ガス導入部１４および１５は成膜原料ガスやプラズマ励起用ガスを供給するガス供給機構１８に接続されている。なお、ガス導入部１４および１５はノズル状またはシャワーヘッド状に設けてもよい。また、ガス導入部１４とガス導入部１５を単一のシャワーヘッドに設けてもよい。

また、チャンバー１の側壁１ｂには、プラズマＣＶＤ装置１００と、これに隣接する搬送室（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１６と、この搬入出口１６を開閉するゲートバルブ１７とが設けられている。

ガス供給機構１８は、例えば窒素含有ガス（Ｎ含有ガス）供給源１９ａ、シリコン含有化合物ガス（Ｓｉ含有ガス）供給源１９ｂ、不活性ガス供給源１９ｃおよびチャンバー１内をクリーニングする際に用いるクリーニングガス供給源１９ｄを有している。窒素含有ガス供給源１９ａは、上段のガス導入部１４に接続されている。また、シリコン含有化合物ガス供給源１９ｂ、不活性ガス供給源１９ｃおよびクリーニングガス供給源１９ｄは、下段のガス導入部１５に接続されている。なお、ガス供給機構１８は、上記以外の図示しないガス供給源として、例えばチャンバー内雰囲気を置換する際に用いるパージガス供給源等を有していてもよい。

成膜原料ガスである窒素含有ガスとしては、アンモニアガス（ＮＨ_３）を用いる。また、他の成膜原料ガスであるシリコン含有化合物ガスとしては、例えばシラン（ＳｉＨ_４）、ジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６）、ＴＳＡ（トリシリルアミン）などを用いることができる。この中でも、特にジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６）が好ましい。つまり、窒化珪素膜のバンドギャップの大きさを制御する目的には、成膜原料ガスとして、アンモニアガスとジシランとを用いる組み合わせが好ましい。さらに、不活性ガスとしては、例えばＮ_２ガスや希ガスなどを用いることができる。希ガスは、プラズマ励起用ガスとして安定したプラズマの生成に役立つものであり、例えばＡｒガス、Ｋｒガス、Ｘｅガス、Ｈｅガスなどを用いることができる。また、クリーニングガスとしては、ＣｌＦ_３、ＮＦ_３、ＨＣｌ、Ｆ等を例示できる。

窒素含有ガスは、ガス供給機構１８の窒素含有ガス供給源１９ａから、ガスライン２０を介してガス導入部１４に至り、ガス導入部１４からチャンバー１内に導入される。一方、シリコン含有化合物ガス、不活性ガスおよびクリーニングガスは、シリコン含有化合物ガス供給源１９ｂ、不活性ガス供給源１９ｃおよびクリーニングガス供給源１９ｄから、それぞれガスライン２０を介してガス導入部１５に至り、ガス導入部１５からチャンバー１内に導入される。各ガス供給源に接続する各々のガスライン２０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。このようなガス供給機構１８の構成により、供給されるガスの切替えや流量等の制御が出来るようになっている。なお、Ａｒなどのプラズマ励起用の希ガスは任意のガスであり、必ずしも成膜原料ガスと同時に供給する必要はない。

排気機構としての排気装置２４は、ターボ分子ポンプなどの高速真空ポンプを備えている。前記のように、排気装置２４は、排気管１２を介してチャンバー１の排気室１１に接続されている。この排気装置２４を作動させることにより、チャンバー１内のガスは、排気室１１の空間１１ａ内へ均一に流れ、さらに空間１１ａから排気管１２を介して外部へ排気される。これにより、チャンバー１内を、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。

次に、マイクロ波導入機構２７の構成について説明する。マイクロ波導入機構２７は、主要な構成として、透過板２８、平面アンテナ３１、遅波材３３、カバー３４、導波管３７およびマイクロ波発生装置３９を備えている。

マイクロ波を透過する透過板２８は、プレート１３において内周側に張り出した支持部１３ａ上に配備されている。透過板２８は、誘電体、例えば石英やＡｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ等のセラミックスから構成されている。この透過板２８と支持部１３ａとの間は、シール部材２９を介して気密にシールされている。したがって、チャンバー１内は気密に保持される。

平面アンテナ３１は、透過板２８の上方において、載置台２と対向するように設けられている。平面アンテナ３１は、円板状をなしている。なお、平面アンテナ３１の形状は、円板状に限らず、例えば四角板状でもよい。この平面アンテナ３１は、プレート１３の上端に係止されている。

平面アンテナ３１は、例えば表面が金または銀メッキされた銅板、ニッケル板、ＳＵＳ板またはアルミニウム板から構成されている。平面アンテナ３１は、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を有している。マイクロ波放射孔３２は、所定のパターンで平面アンテナ３１を貫通して形成されている。

個々のマイクロ波放射孔３２は、例えば図２に示すように、細長い長方形状（スロット状）をなし、隣接する２つのマイクロ波放射孔が対をなしている。そして、典型的には隣接するマイクロ波放射孔３２が「Ｔ」字状に配置されている。また、このように所定の形状（例えばＴ字状）に組み合わせて配置されたマイクロ波放射孔３２は、さらに全体として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）に応じて決定される。例えば、マイクロ波放射孔３２の間隔は、λｇ／４からλｇとなるように配置される。図２においては、同心円状に形成された隣接するマイクロ波放射孔３２どうしの間隔をΔｒで示している。なお、マイクロ波放射孔３２の形状は、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、放射状等に配置することもできる。

平面アンテナ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３１と透過板２８との間、また、遅波材３３と平面アンテナ３１との間は、それぞれ接触させても離間させてもよいが、接触させることが好ましい。

チャンバー１の上部には、これら平面アンテナ３１および遅波材３３を覆うように、カバー３４が設けられている。カバー３４は、例えばアルミニウムやステンレス鋼等の金属材料によって形成されている。プレート１３の上端とカバー３４とは、シール部材３５によりシールされている。カバー３４の内部には、冷却水流路３４ａが形成されている。この冷却水流路３４ａに冷却水を通流させることにより、カバー３４、遅波材３３、平面アンテナ３１および透過板２８を冷却できるようになっている。なお、カバー３４は接地されている。

カバー３４の上壁（天井部）の中央には、開口部３６が形成されており、この開口部３６には導波管３７が接続されている。導波管３７の他端側は、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。

導波管３７は、上記カバー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。

同軸導波管３７ａの中心には内導体４１が延在している。この内導体４１は、その下端部において平面アンテナ３１の中心に接続固定されている。このような構造により、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３１へ放射状に効率よく均一に伝播される。

以上のような構成のマイクロ波導入機構２７により、マイクロ波発生装置３９で発生したマイクロ波が導波管３７を介して平面アンテナ３１へ伝搬され、さらに透過板２８を介してチャンバー１内に導入されるようになっている。なお、マイクロ波の周波数としては、例えば２．４５ＧＨｚが好ましく用いられ、他に、８．３５ＧＨｚ、１．９８ＧＨｚ等を用いることもできる。

プラズマＣＶＤ装置１００の各構成部は、制御部５０に接続されて制御される構成となっている。制御部５０は、コンピュータを有しており、例えば図３に示したように、ＣＰＵを備えたプロセスコントローラ５１と、このプロセスコントローラ５１に接続されたユーザーインターフェース５２および記憶部５３を備えている。プロセスコントローラ５１は、プラズマＣＶＤ装置１００において、例えば温度、圧力、ガス流量、マイクロ波出力などのプロセス条件に関係する各構成部（例えば、ヒータ電源５ａ、ガス供給機構１８、排気装置２４、マイクロ波発生装置３９など）を統括して制御する制御手段である。

ユーザーインターフェース５２は、工程管理者がプラズマＣＶＤ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ＣＶＤ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を有している。また、記憶部５３には、プラズマＣＶＤ装置１００で実行される各種処理をプロセスコントローラ５１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保存されている。

そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース５２からの指示等にて任意のレシピを記憶部５３から呼び出してプロセスコントローラ５１に実行させることで、プロセスコントローラ５１の制御下、プラズマＣＶＤ装置１００のチャンバー１内で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、ＤＶＤ、ブルーレイディスク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。

次に、ＲＬＳＡ方式のプラズマＣＶＤ装置１００を用いたプラズマＣＶＤ法による窒化珪素膜の製造について説明する。まず、ゲートバルブ１７を開にして搬入出口１６からウエハＷをチャンバー１内に搬入し、載置台２上に載置する。次に、チャンバー１内を減圧排気しながら、ガス供給機構１８の窒素含有ガス供給源１９ａ、シリコン含有化合物ガス供給源１９ｂおよび不活性ガス供給源１９ｃから、アンモニアガス、シリコン含有化合物ガスおよび必要に応じて不活性ガスを所定の流量でそれぞれガス導入部１４，１５を介してチャンバー１内に導入する。このようにして、チャンバー１内を所定の圧力に調節する。

次に、マイクロ波発生装置３９で発生させた所定周波数例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を、マッチング回路３８を介して導波管３７に導く。導波管３７に導かれたマイクロ波は、矩形導波管３７ｂおよび同軸導波管３７ａを順次通過し、内導体４１を介して平面アンテナ板３１に供給される。つまり、マイクロ波は、同軸導波管３７ａ内を平面アンテナ板３１に向けて伝搬していく。そして、マイクロ波は、平面アンテナ板３１のスロット状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られる。この際のマイクロ波出力は、透過板２８の面積あたりのパワー密度として０．２５〜２．５６Ｗ／ｃｍ^２の範囲内とすることが好ましい。マイクロ波出力は、例えば５００〜５０００Ｗの範囲内から目的に応じて上記範囲内のパワー密度になるように選択することができる。

平面アンテナ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、窒素含有ガス、シリコン含有化合物ガスがそれぞれプラズマ化する。そして、プラズマ中で原料ガスの解離が従来のプラズマ処理装置に比べて効率的に進み、Ｓｉ_ｐＨ_ｑ、ＳｉＨ_ｑ、ＮＨ_ｑ、Ｎ（ここで、ｐ、ｑは任意の数を意味する。以下同様である。）などの活性種の反応によって、窒化珪素ＳｉＮの薄膜が堆積される。

上記構成を有するプラズマＣＶＤ装置１００においては、窒化珪素膜を成膜する際のプラズマＣＶＤ処理の条件、特にシリコン含有化合物ガスとアンモニアガスとの流量比（シリコン含有化合物ガス／アンモニアガス流量比）を０．０１５以上０．２以下の範囲内とし、圧力条件を選定することにより、形成される窒化珪素膜のバンドギャップを２．５ｅＶ以上７ｅＶ以下の範囲内で所望の大きさにコントロールできる。

図４は、プラズマＣＶＤ装置１００において行われる窒化珪素膜の製造工程を示した工程図である。図４（ａ）に示したように、任意の下地層（例えば二酸化珪素膜）６０の上に、Ｓｉ_２Ｈ_６／ＮＨ_３プラズマを用いて処理圧力でプラズマＣＶＤ処理を行う。ここでは、シリコン含有化合物ガスとアンモニアガスとを含む成膜ガスを用い、シリコン含有化合物ガス／アンモニアガス流量比を０．０１５以上０．２以下の範囲内に設定し、０．１Ｐａ以上１３３３Ｐａ以下の範囲内から処理圧力を選択してプラズマＣＶＤ処理を行う。これにより、図４（ｂ）に示したように、２．５ｅＶ以上７ｅＶ以下の範囲内の大きさのバンドギャップを有する窒化珪素膜７０を形成することができる。

本発明の窒化珪素膜の製造方法では、０．１Ｐａ以上１３３３Ｐａ以下の範囲内で処理圧力を高くするほど、形成される窒化珪素膜のバンドギャップが大きくなる傾向がある。このため、処理圧力を上記０．１Ｐａ以上１３３３Ｐａ以下の範囲内で選択することにより、窒化珪素膜７０のバンドギャップの大きさを２．５ｅＶ〜７ｅＶの範囲内で制御できる。

次に、本発明の基礎となった実験データについて説明する。図５は、窒素含有ガスとしてＮＨ_３ガス、シリコン含有化合物ガスとしてＳｉ_２Ｈ_６ガスを使用し、プラズマＣＶＤ装置１００においてプラズマＣＶＤを実施し、単膜の窒化珪素膜を形成した場合の窒化珪素膜のバンドギャップと処理圧力との関係を示している。プラズマＣＶＤ条件は以下のとおりである。

［プラズマＣＶＤ条件］
処理温度（載置台）：５００℃
マイクロ波パワー：２ｋＷ（パワー密度１．０２３Ｗ／ｃｍ^２；透過板面積あたり）
処理圧力；１３．３Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ）、６６．７Ｐａ（５００ｍＴｏｒｒ）、１２６Ｐａ（９５０ｍＴｏｒｒ）および２００Ｐａ（１５００ｍＴｏｒｒ）、
Ａｒガス流量；２００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
ＮＨ_３ガス流量；２００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ｓｉ_２Ｈ_６ガス流量；４ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）または８ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）

なお、窒化珪素膜のバンドギャップは、薄膜特性測定装置ｎ＆ｋ Ａｎａｌｙｚｅｒ（商品名；ｎ＆ｋテクノロジー社製）を用いて計測した。

図５に示したように、プラズマＣＶＤ装置１００を用い、窒素含有ガスとしてＮＨ_３ガス、シリコン含有化合物ガスとしてＳｉ_２Ｈ_６ガス、不活性ガスとしてＡｒガスを使用し、処理圧力を１３．３Ｐａ〜１３３．３Ｐａの範囲内で変化させた結果、成膜される窒化珪素膜のバンドギャップが約５．１ｅＶから５．８ｅＶの範囲内で変化した。この場合、Ｓｉ_２Ｈ_６流量を一定にして処理圧力のみを変化させることによって、容易に所望のバンドギャップを有する窒化珪素膜を形成することができる。また、処理圧力を主として制御し、必要に応じてＳｉ_２Ｈ_６流量を従として制御することも好ましい。上記範囲の大きさのバンドギャップを形成するための原料ガスの流量は以下の通りである。Ｓｉ_２Ｈ_６流量は、３ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）以上４０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）以下の範囲内が好ましく、３ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）以上２０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）以下の範囲内がより好ましい。ＮＨ_３流量は、５０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）以上１０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）以下の範囲内が好ましく、５０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）以上５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）以下の範囲内がより好ましい。さらに、Ｓｉ_２Ｈ_６ガスとＮＨ_３ガスとの流量比（Ｓｉ_２Ｈ_６／ＮＨ_３比）は、０．０１５以上０．２以下の範囲内が好ましく、０．０１５〜０．１以下の範囲内がより好ましい。なお、比較のため、同様に処理圧力を変化させてＬＰＣＶＤにより窒化珪素膜を形成したが、バンドギャップは４．９ｅＶ〜５ｅＶの範囲内にとどまり、ＬＰＣＶＤではバンドギャップの制御は困難であった（結果は図示を省略した）。

以上のように、プラズマＣＶＤ装置１００を用いるプラズマＣＶＤ処理において、成膜されるバンドギャップの大きさを決定する主な要因は処理圧力であることが判明した。従って、プラズマＣＶＤ装置１００を用いて、他の条件は一定にし、処理圧力のみを変化させることによりバンドギャップの大きさを制御して、相対的にバンドギャップの大きな窒化珪素膜と、小さな窒化珪素膜を容易に形成できることが確認された。

バンドギャップの大きさが２．５ｅｖ以上７ｅＶ以下の範囲内の窒化珪素膜を形成するには、シリコン含有化合物ガス（例えばＳｉ_２Ｈ_６ガス）とアンモニアガスとの流量比（シリコン含有化合物ガス／アンモニアガス流量比）を０．０１５以上０．２以下の範囲内に設定し、処理圧力を０．１Ｐａ以上１３３３Ｐａ以下に設定することが好ましい。また、Ａｒガスの流量は０〜１０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の範囲内、好ましくは５０〜８００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の範囲内、ＮＨ_３ガスの流量は１００〜８００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の範囲内、好ましくは１００〜４００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の範囲内、Ｓｉ_２Ｈ_６ガスの流量は１〜４００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の範囲内、好ましくは３〜３０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の範囲内から、それぞれ上記流量比になるように設定することができる。

また、プラズマＣＶＤ処理の処理温度は、載置台２の温度を３００℃以上、好ましくは４００℃以上６００℃以下の範囲内に設定する。

また、プラズマＣＶＤ処理におけるマイクロ波のパワー密度は、透過板の面積あたり０．２５６Ｗ／ｃｍ^２以上２．０４５Ｗ／ｃｍ^２以下の範囲内とすることが好ましい。

本発明の窒化珪素膜の製造方法では、シリコン含有化合物ガスとアンモニアガスとを含む成膜ガスを用い、シリコン含有化合物ガス／アンモニアガス流量比を０．０１５以上０．２以下の範囲内に設定し、０．１Ｐａ以上１３３３Ｐａ以下の範囲内から選択される処理圧力でプラズマＣＶＤを行なうことにより、ウエハＷ上に、様々な大きさのバンドギャップの窒化珪素膜を簡単に製造できる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態に係る窒化珪素膜積層体の製造方法について説明する。前記第１の実施の形態で説明したとおり、プラズマＣＶＤ装置１００においては、窒化珪素膜を成膜する際のプラズマＣＶＤ処理の条件、特に圧力条件を選定することにより、形成される窒化珪素膜のバンドギャップを所望の大きさにコントロールできる。従って、例えば隣接する窒化珪素膜のバンドギャップの大きさが異なる複数の窒化珪素膜からなる窒化珪素膜積層体を容易に製造することができる。

図６は、プラズマＣＶＤ装置１００において行われる窒化珪素膜積層体の製造工程を示した工程図である。まず、図６（ａ）に示したように、任意の下地層（例えば二酸化珪素膜）６０の上に、Ｓｉ_２Ｈ_６／ＮＨ_３プラズマを用いて第１の処理圧力でプラズマＣＶＤ処理を行い、図６（ｂ）に示したように、第１のバンドギャップを有する第１の窒化珪素膜７０を形成する。次に、図６（ｃ）に示したように、第１の窒化珪素膜７０の上に、Ｓｉ_２Ｈ_６／ＮＨ_３プラズマを用いて第２の処理圧力でプラズマＣＶＤ処理を行い、図６（ｄ）に示したように、第２のバンドギャップを有する第２の窒化珪素膜７１を形成する。これにより、２層の窒化珪素膜からなる窒化珪素膜積層体８０を形成できる。さらに必要に応じて、図６（ｅ）に示したように、第２の窒化珪素膜７１の上に、Ｓｉ_２Ｈ_６／ＮＨ_３プラズマを用いて、第３の処理圧力でプラズマＣＶＤ処理を行い、図６（ｆ）に示したように、第３のバンドギャップを有する第３の窒化珪素膜７２を形成することもできる。以降、プラズマＣＶＤ処理を必要回数繰り返し行うことによって、所望の層構造を有する窒化珪素膜積層体８０を形成できる。

本発明の窒化珪素膜積層体の製造方法では、シリコン含有化合物ガスとアンモニアガスとを含む成膜ガスを用い、シリコン含有化合物ガス／アンモニアガス流量比を０．０１５以上０．２以下の範囲内に設定し、０．１Ｐａ以上１３３３Ｐａ以下の範囲内から選択される処理圧力でプラズマＣＶＤを行なうことにより、例えば２．５ｅＶ〜７ｅＶの範囲内で窒化珪素膜のバンドギャップを変化させることができる。処理圧力が０．１Ｐａ以上１３３３Ｐａ以下の範囲内では、処理圧力を高くするほど、形成される窒化珪素膜のバンドギャップが大きくなる傾向がある。このため、上記第１の処理圧力、第２の処理圧力および第３の処理圧力を上記０．１Ｐａ以上１３３３Ｐａ以下の範囲内で選択することにより、第１の窒化珪素膜７０、第２の窒化珪素膜７１および第３の窒化珪素膜７２のバンドギャップの大きさを２．５ｅＶ〜７ｅＶの範囲内で制御できる。

例えば、０．１Ｐａ以上１３３３Ｐａ以下の範囲内から、処理圧力を、第１の処理圧力＞第２の処理圧力＞第３の処理圧力となるように選択すれば、バンドギャップの大きさが、第１の窒化珪素膜７０＞第２の窒化珪素膜７１＞第３の窒化珪素膜７２であるエネルギーバンド構造を有する窒化珪素膜積層体８０を形成できる。また、逆に、０．１Ｐａ以上１３３３Ｐａ以下の範囲内から処理圧力を、第１の処理圧力＜第２の処理圧力＜第３の処理圧力となるように選択すれば、バンドギャップの大きさが、第１の窒化珪素膜７０＜第２の窒化珪素膜７１＜第３の窒化珪素膜７２であるエネルギーバンド構造を有する窒化珪素膜積層体８０を形成できる。なお、例えば第１の処理圧力と第３の処理圧力を同じに設定することで、第１の窒化珪素膜７０＝第３の窒化珪素膜７２となるエネルギーバンドギャップ構造を作ることも可能である。

ここで、バンドギャップの大きさが例えば２．５ｅｖ以上５ｅＶ以下の範囲内の窒化珪素膜を形成するには、シリコン含有化合物ガス（例えばＳｉ_２Ｈ_６ガス）とアンモニアガスとの比（シリコン含有化合物ガス／アンモニアガス流量比）を０．０１５以上０．２以下の範囲内に設定し、処理圧力を０．１Ｐａ以上４Ｐａ以下に設定することが好ましい。また、Ａｒガスの流量は０〜１０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の範囲内、好ましくは５０〜８００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の範囲内、ＮＨ_３ガスの流量は１００〜８００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の範囲内、好ましくは１００〜４００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の範囲内、Ｓｉ_２Ｈ_６ガスの流量を１〜４０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の範囲内、好ましくは３〜２０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の範囲内から、それぞれ上記流量比になるように設定することができる。

また、バンドギャップの大きさが例えば５ｅＶ超７ｅＶ以下の範囲内の窒化珪素膜を形成するには、シリコン含有化合物ガス（例えばＳｉ_２Ｈ_６ガス）とアンモニアガスとの比（シリコン含有化合物ガス／アンモニアガス流量比）を０．０１５以上０．２以下の範囲内に設定し、処理圧力を８．９Ｐａ以上１３３３Ｐａ以下に設定することが好ましい。また、Ａｒガスの流量は０〜１０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の範囲内、好ましくは５０〜８００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の範囲内、ＮＨ_３ガスの流量は１００〜８００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の範囲内、好ましくは１００〜４００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の範囲内、Ｓｉ_２Ｈ_６ガスの流量を１〜４０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の範囲内、好ましくは３〜２０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の範囲内から、それぞれ上記流量比になるように設定することができる。

また、上記いずれの場合も、プラズマＣＶＤ処理の処理温度は、載置台２の温度を３００℃以上、好ましくは４００℃以上６００℃以下の範囲内に設定する。

また、上記いずれの場合も、プラズマＣＶＤ処理におけるマイクロ波のパワー密度は、透過板の面積あたり０．２５６Ｗ／ｃｍ^２以上２．０４５Ｗ／ｃｍ^２以下の範囲内とすることが好ましい。

本発明の窒化珪素膜積層体の製造方法では、シリコン含有化合物ガスとアンモニアガスとを含む成膜ガスを用い、シリコン含有化合物ガス／アンモニアガス流量比を０．０１５以上０．２以下の範囲内に設定し、０．１Ｐａ以上１３３３Ｐａ以下の範囲内から選択される処理圧力でプラズマＣＶＤを行なうことにより、ウエハＷ上に、バンドギャップが異なる窒化珪素膜を交互に堆積させて窒化珪素膜積層体を形成することができる。特に、本発明の窒化珪素膜積層体の製造方法では、処理圧力のみによってバンドギャップの大小を容易に制御できることから、異なるバンドギャップを有する窒化珪素膜の積層体を形成する場合に同一チャンバー内で真空状態を維持したまま連続的な成膜が可能になり、プロセス効率を向上させる上で極めて有利である。

また、処理圧力の調節のみによって窒化珪素膜のバンドギャップが容易に調整可能であることから、様々なバンドギャップ構造の窒化珪素膜積層体を簡単に製造できる。そのため、本発明方法を、ＭＯＳ型半導体メモリ装置の電荷蓄積領域としての窒化珪素膜積層体の形成に適用することにより、優れたデータ保持特性と、高速のデータ書換え性能と、低消費電力での動作性能と、高い信頼性と、を同時に兼ね備えたＭＯＳ型半導体メモリ装置を製造できる。

［半導体メモリ装置の製造への適用例］
次に、図７を参照しながら、本実施の形態に係る窒化珪素膜の製造方法を半導体メモリ装置の製造過程に適用した例について説明する。図７は、ＭＯＳ型半導体メモリ装置６０１の概略構成を示す断面図である。ＭＯＳ型半導体メモリ装置６０１は、半導体層としてのｐ型のシリコン基板１０１と、このｐ型のシリコン基板１０１上に積層形成された、バンドギャップの大きさが異なる複数の絶縁膜と、さらにその上に形成されたゲート電極１０３と、を有している。シリコン基板１０１とゲート電極１０３との間には、第１の絶縁膜１１１と、第２の絶縁膜１１２と、第３の絶縁膜１１３と、第４の絶縁膜１１４と、第５の絶縁膜１１５とが設けられている。このうち、第２の絶縁膜１１２、第３の絶縁膜１１３および第４の絶縁膜１１４は、いずれも窒化珪素膜であり、窒化珪素膜積層体１０２ａを形成している。

また、シリコン基板１０１には、ゲート電極１０３の両側に位置するように、表面から所定の深さでｎ型拡散層である第１のソース・ドレイン１０４および第２のソース・ドレイン１０５が形成され、両者の間はチャネル形成領域１０６となっている。なお、ＭＯＳ型半導体メモリ装置６０１は、半導体基板内に形成されたｐウェルやｐ型シリコン層に形成されていてもよい。また、本実施の形態は、ｎチャネルＭＯＳデバイスを例に挙げて説明を行うが、ｐチャネルＭＯＳデバイスで実施してもかまわない。従って、以下に記載する本実施の形態の内容は、全てｎチャネルＭＯＳデバイス、及び、ｐチャネルＭＯＳデバイスに適用することができる。

第１の絶縁膜１１１は、例えばシリコン基板１０１の表面を熱酸化法により酸化して形成された二酸化珪素膜（ＳｉＯ_２膜）である。第１の絶縁膜１１１のバンドギャップの大きさは例えば８〜１０ｅＶの範囲内であり、膜厚は、例えば０．５ｎｍ〜２０ｎｍの範囲内が好ましく、１ｎｍ〜３ｎｍの範囲内がより好ましい。

窒化珪素膜積層体１０２ａを構成する第２の絶縁膜１１２は、第１の絶縁膜１１１の表面に形成された窒化珪素膜（ＳｉＮ膜；ここで、ＳｉとＮとの組成比は必ずしも化学量論的に決定されず、成膜条件により異なる値をとる。以下、同様である）である。第２の絶縁膜１１２のバンドギャップの大きさは例えば５〜７ｅＶの範囲内であり、膜厚は、例えば２ｎｍ〜２０ｎｍの範囲内が好ましく、３ｎｍ〜５ｎｍの範囲内がより好ましい。

第３の絶縁膜１１３は、第２の絶縁膜１１２上に形成された窒化珪素膜（ＳｉＮ膜）である。第３の絶縁膜１１３のバンドギャップの大きさは例えば２．５〜４ｅＶの範囲内であり、膜厚は、例えば２ｎｍ〜３０ｎｍの範囲内が好ましく、４ｎｍ〜１０ｎｍの範囲内がより好ましい。

第４の絶縁膜１１４は、第３の絶縁膜１１３上に形成された窒化珪素膜（ＳｉＮ膜）である。この第４の絶縁膜１１４は、例えば第２の絶縁膜１１２と同様のエネルギーバンドギャップおよび膜厚を有している。

第５の絶縁膜１１５は、第４の絶縁膜１１４上に、例えばＣＶＤ法により堆積させた二酸化珪素膜（ＳｉＯ_２膜）である。この第５の絶縁膜１１５は、電極１０３と第４の絶縁膜１１４との間でブロック層（バリア層）として機能する。第５の絶縁膜１１５のバンドギャップの大きさは例えば８〜１０ｅＶの範囲内であり、膜厚は、例えば２ｎｍ〜３０ｎｍの範囲内が好ましく、５ｎｍ〜８ｎｍの範囲内がより好ましい。

ゲート電極１０３は、例えばＣＶＤ法により成膜された多結晶シリコン膜からなり、コントロールゲート（ＣＧ）電極として機能する。また、ゲート電極１０３は、例えばＷ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｃｕ，Ａｌ，Ａｕ，Ｐｔ等の金属を含む膜であってもよい。ゲート電極１０３は、単層に限らず、ゲート電極１０３の比抵抗を下げ、ＭＯＳ型半導体メモリ装置６０１の動作速度を高速化する目的で、例えばタングステン、モリブデン、タンタル、チタン、白金それらのシリサイド、ナイトライド、合金等を含む積層構造にすることもできる。ゲート電極１０３は、図示しない配線層に接続されている。

また、ＭＯＳ型半導体メモリ装置６０１において、第２の絶縁膜１１２、第３の絶縁膜１１３および第４の絶縁膜１１４により構成される窒化珪素膜積層体１０２ａは、主に電荷を蓄積する電荷蓄積領域である。従って、第２の絶縁膜１１２、第３の絶縁膜１１３および第４の絶縁膜１１４の形成に際して、本発明の第１の実施の形態に係る窒化珪素膜の製造方法を適用し、各膜のバンドギャップの大きさを制御することによって、ＭＯＳ型半導体メモリ装置６０１のデータ書き込み性能やデータ保持性能を調節できる。また、本発明の第２の実施の形態に係る窒化珪素膜積層体の製造方法を適用し、第２の絶縁膜１１２、第３の絶縁膜１１３および第４の絶縁膜１１４を、プラズマＣＶＤ装置１００において圧力を変化させることにより同一チャンバー内で連続的に製造することもできる。

ここでは代表的な手順の一例を挙げて、本発明方法をＭＯＳ型半導体メモリ装置６０１の製造に適用した例について説明を行う。まず、ＬＯＣＯＳ（Ｌｏｃａｌ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｉｌｉｃｏｎ）法やＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）法などの手法で素子分離膜（図示せず）が形成されたシリコン基板１０１を準備し、その表面に、例えば熱酸化法によって第１の絶縁膜１１１を形成する。

次に、第１の絶縁膜１１１の上に、プラズマＣＶＤ装置１００を用いプラズマＣＶＤ法によって第２の絶縁膜１１２、第３の絶縁膜１１３および第４の絶縁膜１１４を順次形成する。

第２の絶縁膜１１２を形成する場合は、バンドギャップが任意の大きさ例えば５〜７ｅＶの範囲内となるようにプラズマＣＶＤの条件を調節する。第３の絶縁膜１１３を形成するときは、第２の絶縁膜１１２を形成する条件とは異なる条件でプラズマＣＶＤを行い、バンドギャップが例えば２．５ｅＶ〜４ｅＶの範囲内となるようにプラズマＣＶＤ条件を調節する。第４の絶縁膜１１４を形成するときは、第３の絶縁膜１１３を形成する条件とは異なる圧力条件例えば第２の絶縁膜１１２を形成する場合と同じ圧力条件でプラズマＣＶＤを行い、バンドギャップの大きさが例えば５〜７ｅＶの範囲内となるようにプラズマＣＶＤ条件を調節する。各膜のバンドギャップの大きさは、前記のとおり、プラズマＣＶＤ処理の圧力条件を変化させることにより制御できる。

次に、第４の絶縁膜１１４の上に、第５の絶縁膜１１５を形成する。この第５の絶縁膜１１５は、例えばＣＶＤ法によって形成することができる。さらに、第５の絶縁膜１１５の上に、例えばＣＶＤ法によってポリシリコン層や金属層、あるいは金属シリサイド層などを成膜してゲート電極１０３となる金属膜を形成する。

次に、フォトリソグラフィー技術を用い、パターン形成したレジストをマスクとして、前記金属膜、第５の絶縁膜１１５〜第１の絶縁膜１１１をエッチングすることにより、パターン形成されたゲート電極１０３と複数の絶縁膜を有するゲート積層構造体が得られる。次に、ゲート積層構造体の両側に隣接するシリコン表面にｎ型不純物を高濃度にイオン注入し、第１のソース・ドレイン１０４および第２のソース・ドレイン１０５を形成する。このようにして、図７に示した構造のＭＯＳ型半導体メモリ装置６０１を製造できる。

なお、上記例では、窒化珪素膜積層体１０２ａ中の第３の絶縁膜１１３のバンドギャップに比べて、第２の絶縁膜１１２および第４の絶縁膜１１４のバンドギャップを大きく形成したが、第２の絶縁膜１１２および第４の絶縁膜１１４のバンドギャップに比べて、第３の絶縁膜１１３のバンドギャップを大きくしてもよい。また、第２の絶縁膜１１２と第４の絶縁膜１１４のバンドギャップの大きさは同じである必要はない。

また、図７では、窒化珪素膜積層体１０２ａとして、第２の絶縁膜１１２〜第４の絶縁膜１１４からなる３層を有する場合を例に挙げたが、本発明方法は、窒化珪素膜が２層または４層以上積層された窒化珪素膜積層体を有するＭＯＳ型半導体メモリ装置を製造する場合にも適用できる。

以上、本発明の実施形態を述べたが、本発明は上記実施形態に制約されることはなく、種々の変形が可能である。例えば、以上に挙げた各実施の形態では、成膜原料ガスとして、アンモニアとジシランを用いる場合を例に挙げて説明したが、アンモニアガスと他のシリコン含有化合物ガス例えばシラン、トリシラン、トリシリルアミンなどを用いても、プラズマＣＶＤの処理圧力を変えることによって、同様に窒化珪素膜のバンドギャップの大きさを制御することが可能である。

窒化珪素膜の形成に適したプラズマＣＶＤ装置の一例を示す概略断面図である。 平面アンテナの構造を示す図面である。 制御部の構成を示す説明図である。 第１の実施の形態に係る窒化珪素膜の製造方法の工程例を示す図面である。 プラズマＣＶＤにおける処理圧力とバンドギャップとの関係を示すグラフ図面。 第２の実施の形態に係る窒化珪素膜積層体の製造方法の工程例を示す図面である。 本発明方法を適用可能なＭＯＳ型半導体メモリ装置の概略構成を示す説明図である。

符号の説明

１…チャンバー（処理室）、２…載置台、３…支持部材、５…ヒータ、１２…排気管、１４，１５…ガス導入部、１６…搬入出口、１７…ゲートバルブ、１８…ガス供給機構、１９ａ…窒素含有ガス供給源、１９ｂ…Ｓｉ含有ガス供給源、１９ｃ…不活性ガス供給源、１９ｄ…クリーニングガス供給源、２４…排気装置、２７…マイクロ波導入機構、２８…透過板、２９…シール部材、３１…平面アンテナ、３２…マイクロ波放射孔、３７…導波管、３９…マイクロ波発生装置、５０…制御部、１００…プラズマＣＶＤ装置、１０１…シリコン基板、１０２ａ…窒化珪素膜積層体、１０３…ゲート電極、１０４…第１のソース・ドレイン、１０５…第２のソース・ドレイン、１１１…第１の絶縁膜、１１２…第２の絶縁膜、１１３…第３の絶縁膜、１１４…第４の絶縁膜、１１５…第５の絶縁膜、６０１…ＭＯＳ型半導体メモリ装置、Ｗ…半導体ウエハ（基板）

Claims (5)

1. 複数の孔を有する平面アンテナにより処理室内にマイクロ波を導入してプラズマを生成させるプラズマＣＶＤ装置を用い、被処理体上にプラズマＣＶＤ法によって窒化珪素膜を形成する窒化珪素膜の製造方法であって、
   シリコン含有化合物ガスとアンモニアガスとを含む成膜ガスを用い、シリコン含有化合物ガスとアンモニアガスとの流量比（シリコン含有化合物ガス流量／アンモニアガス流量）を０．０１５以上０．２以下の範囲内に設定し、０．１Ｐａ以上１３３３Ｐａ以下の範囲内から選択される処理圧力でプラズマＣＶＤを行い、バンドギャップの大きさが２．５ｅＶ以上７ｅＶ以下の範囲内の窒化珪素膜を形成するＣＶＤ工程を備えたことを特徴とする窒化珪素膜の製造方法。
2. 複数の孔を有する平面アンテナにより処理室内にマイクロ波を導入してプラズマを生成させるプラズマＣＶＤ装置を用い、被処理体上にプラズマＣＶＤ法によって異なる大きさのバンドギャップを有する窒化珪素膜の積層体を形成する窒化珪素膜積層体の製造方法であって、
   シリコン含有化合物ガスとアンモニアガスとを含む成膜ガスを用い、シリコン含有化合物ガスとアンモニアガスとの流量比（シリコン含有化合物ガス流量／アンモニアガス流量）を０．０１５以上０．２以下の範囲内に設定し、第１の処理圧力でプラズマＣＶＤを行い２．５ｅＶ以上５ｅＶ以下の範囲内の第１のバンドギャップを有する窒化珪素膜を形成する第１のＣＶＤ工程と、
   前記第１のＣＶＤ工程の前または後に、シリコン含有化合物ガスとアンモニアガスとを含む成膜ガスを用い、シリコン含有化合物ガスとアンモニアガスとの流量比（シリコン含有化合物ガス流量／アンモニアガス流量）を０．０１５以上０．２以下の範囲内に設定し、前記第１の処理圧力よりも高い第２の処理圧力でプラズマＣＶＤを行い、５ｅＶ超７ｅＶ以下の範囲内の第２のバンドギャップを有する窒化珪素膜を形成する第２のＣＶＤ工程と、
   を備えたことを特徴とする窒化珪素膜積層体の製造方法。
3. 前記第１のＣＶＤ工程と前記第２のＣＶＤ工程を繰り返し行うことを特徴とする請求項２に記載の窒化珪素膜積層体の製造方法。
4. コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ読み取り可能な記憶媒体であって、
   前記制御プログラムは、実行時に、複数の孔を有する平面アンテナにより処理室内にマイクロ波を導入してプラズマを生成させるプラズマＣＶＤ装置を用い、被処理体上にプラズマＣＶＤ法によって窒化珪素膜を形成するに際し、
   シリコン含有化合物ガスとアンモニアガスとを含む成膜ガスを用い、シリコン含有化合物ガスとアンモニアガスとの流量比（シリコン含有化合物ガス流量／アンモニアガス流量）を０．０１５以上０．２以下の範囲内に設定し、０．１Ｐａ以上１３３３Ｐａ以下の範囲内から選択される処理圧力でプラズマＣＶＤを行い、バンドギャップの大きさが２．５ｅＶ以上７ｅＶ以下の範囲内の窒化珪素膜を形成するＣＶＤ工程が行われるように、コンピュータに前記プラズマＣＶＤ装置を制御させるものであることを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
5. プラズマＣＶＤ法により被処理体上に窒化珪素膜を形成するプラズマＣＶＤ装置であって、
   被処理体を載置台に載置して収容する処理室と、
   前記処理室の前記開口部を塞ぐ誘電体部材と、
   前記誘電体部材の外側に設けられ、前記処理室内にマイクロ波を導入するための複数の孔を有する平面アンテナと、
   前記処理室内に原料ガスを供給するガス供給機構と、
   前記処理室内を減圧排気する排気機構と、
   前記処理室内で、シリコン含有化合物ガスとアンモニアガスとを含む成膜ガスを用い、シリコン含有化合物ガスとアンモニアガスとの流量比（シリコン含有化合物ガス流量／アンモニアガス流量）を０．０１５以上０．２以下の範囲内に設定し、０．１Ｐａ以上１３３３Ｐａ以下の範囲内から選択される処理圧力でプラズマＣＶＤを行い、バンドギャップの大きさが２．５ｅＶ以上７ｅＶ以下の範囲内の窒化珪素膜を形成するＣＶＤ工程が行われるように制御する制御部と、
   を備えたことを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。

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