WO2007034871A1

WO2007034871A1 - 選択的プラズマ処理方法

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Publication number: WO2007034871A1
Application number: PCT/JP2006/318730
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Inventors: Masaru Sasaki
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Priority date: 2005-09-22
Filing date: 2006-09-21
Publication date: 2007-03-29
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Abstract

　選択的プラズマ処理方法は、プラズマ処理装置の処理室内で、表面にシリコンと窒化シリコン層とを有する被処理体に対して酸素含有プラズマを作用させてシリコンを選択的に酸化処理し、形成されるシリコン酸化膜の膜厚に対し、窒化シリコン層中に形成されるシリコン酸窒化膜の膜厚の比率が、２０％以下となるようにする。

Description

明細書

選択的プラズマ処理方法

技術分野

[0001] 本発明は、プラズマを用いて半導体基板等の被処理体を処理し、シリコン酸ィ匕膜やシリコン窒化膜を選択的に形成する選択的プラズマ処理方法に関する。背景技術

[0002] 各種半導体装置の製造過程では、例えばトランジスタのゲート絶縁膜等をはじめとする各種の用途に用いるため、シリコン酸ィ匕膜やシリコン窒化膜の形成が行なわれる。シリコン酸ィ匕膜やシリコン窒化膜を形成する方法としては、 CVD (Chemical Vapo r Deposition)によりシリコン酸ィ匕膜やシリコン窒化膜を堆積させる方法のほか、例えば、特開 2000— 260767号公報、特開 2003— 115587号公報では、プラズマ処理によってシリコンを酸ィ匕処理または窒化処理してシリコン酸ィ匕膜やシリコン窒化膜を形成する方法が提案されてヽる。

[0003] 上記のように半導体装置の製造過程では、プラズマを用いてシリコンを酸ィ匕処理する工程、あるいは窒化処理する工程が繰り返し行われるため、基板上には、酸ィ匕ゃ窒化の対象となるシリコン (層）のほか、それ以前の工程で形成されたシリコン酸ィ匕膜やシリコン窒化膜などの材料膜が混在して、ることが通常である。このように複数種類の膜が混在した状況下で、プラズマ酸ィ匕処理やプラズマ窒化処理を行うと、例えば既に形成されたシリコン窒化膜 (Si N )が後のプラズマ酸ィ匕処理によって酸化さ

3 4

れてシリコン酸窒化膜になったり、シリコン酸ィ匕膜 (SiO膜)が同様に後のプラズマ窒

2

化処理によって窒化されてシリコン酸窒化膜になったりすることがある。

[0004] しかし、半導体装置の製造プロセス上、目的とするシリコン以外の材料膜が酸ィ匕されたり窒化されたりすると、例えば後工程のエッチングによって材料膜を除去する場合に、他の膜とのエッチング選択比が異なってしまうことから、工程数が増加したり、歩留りが低下したりするなど、好ましくない影響が生じる場合がある。

発明の開示

[0005] 本発明の目的は、表面にシリコンと、窒化シリコン層または酸ィ匕シリコン層とが露出した被処理体に対し、プラズマを利用し、酸ィ匕シリコン層または窒化シリコン層に対して高い選択性をもってシリコンを酸ィ匕処理または窒化処理することができる選択的プラズマ処理方法を提供することにある。

[0006] 上記課題を解決するため、本発明の第 1の観点は、プラズマ処理装置の処理室内で、表面にシリコンと窒化シリコン層とを有する被処理体に対して酸素含有プラズマを作用させて前記窒化シリコン層に対して前記シリコンを選択的に酸化処理し、シリコン酸ィ匕膜を形成する選択的プラズマ処理方法であって、

酸化処理により形成される前記シリコン酸化膜の膜厚に対し、前記窒化シリコン層中に形成されるシリコン酸窒化膜の膜厚の比率が、 20%以下であることを特徴とする、選択的プラズマ処理方法を提供する。

[0007] 上記第 1の観点において、前記酸素含有プラズマは、複数のスロットを有する平面アンテナにて前記処理室内にマイクロ波を導入して形成されるマイクロ波励起高密度プラズマであることが好まし!/、。

[0008] 本発明の第 2の観点は、プラズマ処理装置の処理室内で、シリコン露出面と窒化シリコン露出面とを有する被処理体に対して酸素含有プラズマを作用させることにより、前記シリコン露出面に形成されるシリコン酸ィ匕膜の膜厚に対し、前記窒化シリコン露出面に形成されるシリコン酸窒化膜の膜厚の比率が 20%以下となるように、前記シリコン露出面のシリコンを優勢的に酸化処理する、選択的プラズマ処理方法を提供する。

[0009] 本発明の第 3の観点は、プラズマ処理装置の処理室内で、表面にシリコンと酸ィ匕シリコン層とを有する被処理体に対して窒素含有プラズマを作用させて前記酸ィ匕シリコン層に対して前記シリコンを選択的に窒化処理し、シリコン窒化膜を形成する選択的プラズマ処理方法であって、

窒化処理により形成される前記シリコン窒化膜の膜厚に対し、前記酸化シリコン層中に形成されるシリコン酸窒化膜の膜厚の比率が、 25%以下であることを特徴とする、選択的プラズマ処理方法を提供する。

[0010] 上記第 3の観点において、前記窒素含有プラズマは、複数のスロットを有する平面アンテナにて前記処理室内にマイクロ波を導入して形成されるマイクロ波励起高密度プラズマであることが好まし!/、。

[0011] 本発明の第 4の観点は、プラズマ処理装置の処理室内で、シリコン露出面と酸ィ匕シリコン露出面とを有する被処理体に対して窒素含有プラズマを作用させることにより、前記シリコン露出面に形成されるシリコン窒化膜の膜厚に対し、前記酸化シリコン露出面に形成されるシリコン酸窒化膜の膜厚の比率が 25%以下となるように、前記シリコン露出面のシリコンを優勢的に酸化処理する、選択的プラズマ処理方法を提供する。

[0012] 上記第 1から第 4の観点においては、処理圧力が、 400Pa以上であることが好ましく、 400Pa〜1333Paであることがより好まし!/ヽ。

[0013] 本発明の第 5の観点は、コンピュータ上で動作し、実行時に、プラズマ処理装置の処理室内で、シリコン露出面と窒化シリコン露出面とを有する被処理体に対して酸素含有プラズマを作用させることにより、前記シリコン露出面に形成されるシリコン酸ィ匕膜の膜厚に対し、前記窒化シリコン露出面に形成されるシリコン酸窒化膜の膜厚の比率が 20%以下となるように、前記シリコン露出面のシリコンを優勢的に酸ィ匕処理する、選択的プラズマ処理方法が行なわれるように前記プラズマ処理装置を制御することを特徴とする、制御プログラムを提供する。

[0014] 本発明の第 6の観点は、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、ブラズマ処理装置の処理室内で、シリコン露出面と窒化シリコン露出面とを有する被処理体に対して酸素含有プラズマを作用させることにより、前記シリコン露出面に形成されるシリコン酸ィ匕膜の膜厚に対し、前記窒化シリコン露出面に形成されるシリコン酸窒化膜の膜厚の比率が 20%以下となるように、前記シリコン露出面のシリコンを優勢的に酸化処理する、選択的プラズマ処理方法が行なわれるように前記プラズマ処理装置を制御するものであることを特徴とする、コンピュータ読取り可能な記憶媒体を提供する。

[0015] 本発明の第 7の観点は、被処理体を載置する載置台を備えた真空排気可能な処理室と、

前記処理室内で、シリコン露出面と窒化シリコン露出面とを有する被処理体に対して酸素含有プラズマを作用させることにより、前記シリコン露出面に形成されるシリコン酸化膜の膜厚に対し、前記窒化シリコン露出面に形成されるシリコン酸窒化膜の膜厚の比率が 20%以下となるように、前記シリコン露出面のシリコンを優勢的に酸ィ匕処理する、選択的プラズマ処理方法が行なわれるように制御する制御部と、を備えたことを特徴とする、プラズマ処理装置を提供する。

[0016] 本発明の第 8の観点は、コンピュータ上で動作し、実行時に、プラズマ処理装置の処理室内で、シリコン露出面と酸化シリコン露出面とを有する被処理体に対して窒素含有プラズマを作用させることにより、前記シリコン露出面に形成されるシリコン窒化膜の膜厚に対し、前記酸化シリコン露出面に形成されるシリコン酸窒化膜の膜厚の比率が 25%以下となるように、前記シリコン露出面のシリコンを優勢的に酸ィ匕処理する、選択的プラズマ処理方法が行なわれるように前記プラズマ処理装置を制御することを特徴とする、制御プログラムを提供する。

[0017] 本発明の第 9の観点は、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、ブラズマ処理装置の処理室内で、シリコン露出面と酸化シリコン露出面とを有する被処理体に対して窒素含有プラズマを作用させることにより、前記シリコン露出面に形成されるシリコン窒化膜の膜厚に対し、前記酸ィ匕シリコン露出面に形成されるシリコン酸窒化膜の膜厚の比率が 25%以下となるように、前記シリコン露出面のシリコンを優勢的に酸化処理する、選択的プラズマ処理方法が行なわれるように前記プラズマ処理装置を制御するものであることを特徴とする、コンピュータ読取り可能な記憶媒体を提供する。

[0018] 本発明の第 10の観点は、被処理体を載置する載置台を備えた真空排気可能な処理室と、

前記処理室内で、シリコン露出面と酸化シリコン露出面とを有する被処理体に対して窒素含有プラズマを作用させることにより、前記シリコン露出面に形成されるシリコン窒化膜の膜厚に対し、前記酸化シリコン露出面に形成されるシリコン酸窒化膜の膜厚の比率が 25%以下となるように、前記シリコン露出面のシリコンを優勢的に酸ィ匕処理する、選択的プラズマ処理方法が行なわれるように制御する制御部と、を備えたことを特徴とする、プラズマ処理装置を提供する。

[0019] 本発明によれば、表面にシリコンと、窒化シリコン (SiN)層または酸ィ匕シリコン（SiO

)層とを有する被処理体に対し、プラズマを利用し、高い選択性をもってシリコン

2 を酸化処理または窒化処理することができる。

すなわち、被処理体上に、目的とするシリコン以外の窒化膜や酸化膜が存在する場合でも、シリコンを優勢的に酸化処理または窒化処理できることから、プロセスへの影響を最小限にとどめ、効率的な処理が可能になる。

図面の簡単な説明

[0020] [図 1]本発明に利用可能なプラズマ酸ィ匕処理装置の一例を示す概略断面図である。

[図 2]平面アンテナ部材の説明に供する図面である。

[図 3A]選択的プラズマ酸ィ匕処理の実験モデルの構造を説明する図面であり、プラズマ酸化処理を行なって!/ヽる状態を示す。

[図 3B]選択的プラズマ酸ィ匕処理の実験モデルの構造を説明する図面であり、プラズマ酸化処理後の状態を示す。

[図 4A]プラズマ酸化処理における処理圧力と酸化膜厚比（SiN上 ZSi上）との関係を示すグラフである。

[図 4B]プラズマ酸化処理における処理圧力と酸化膜厚比（SiN上 ZSi上）との関係を示すグラフである。

[図 5A]本発明の選択的プラズマ酸ィ匕処理をフルシリサイドィ匕プロセスへ適用した場合におけるプラズマ酸ィ匕処理前の状態を説明する図面である。

[図 5B]本発明の選択的プラズマ酸ィ匕処理をフルシリサイド化プロセスへ適用した場合におけるプラズマ酸ィ匕処理後の状態を説明する図面である。

[図 6]本発明に利用可能なプラズマ窒化処理装置の一例を示す概略断面図である。

[図 7A]プラズマ窒化処理における膜厚と Nドーズ量との関係を示すグラフである。

[図 7B]プラズマ窒化処理における N流量比率と Nドーズ量との関係を示すグラフで

2

ある。

[図 8A]本発明の選択的プラズマ窒化処理の適用例を説明する図面であり、プラズマ窒化処理前の状態を示す。 [図 8B]本発明の選択的プラズマ窒化処理の適用例を説明する図面であり、プラズマ窒化処理を行なって!/ヽる状態を示す。

[図 8C]本発明の選択的プラズマ窒化処理の適用例を説明する図面であり、プラズマ窒化処理後の状態を示す。

[図 9]処理圧力とプラズマのイオンエネルギーとの関係を示すグラフである。

[図 10A]本発明の選択的プラズマ酸ィ匕処理の別の適用例を説明する図面であり、基板表面にシリコン窒化膜を堆積した状態を示す。

[図 10B]本発明の選択的プラズマ酸ィ匕処理の別の適用例を説明する図面であり、シリコン窒化膜をパターン形成した状態を示す。

[図 10C]本発明の選択的プラズマ酸ィ匕処理の別の適用例を説明する図面であり、トレンチを形成した状態を示す。

[図 10D]本発明の選択的プラズマ酸ィ匕処理の別の適用例を説明する図面であり、トレンチ内に選択的にシリコン酸化膜を形成した状態を示す。

[図 11A]本発明の選択的プラズマ酸ィ匕処理のさらに別の適用例を説明する図面であり、基板表面に窒化シリコン層を堆積した状態を示す。

[図 11B]本発明の選択的プラズマ酸ィ匕処理のさらに別の適用例を説明する図面であり、窒化シリコン層をパターン形成した状態を示す。

[図 11C]本発明の選択的プラズマ酸ィ匕処理のさらに別の適用例を説明する図面であり、トレンチ内面をプラズマ酸ィ匕処理している状態を示す。

[図 11D]本発明の選択的プラズマ酸ィ匕処理のさらに別の適用例を説明する図面であり、選択的にシリコン酸化膜を形成した状態を示す。

発明を実施するための最良の形態

以下、適宜添付図面を参照して本発明の実施の形態について具体的に説明する。図 1は、本発明のプラズマ酸ィ匕処理方法に好適に利用可能なプラズマ酸ィ匕処理装置の一例を模式的に示す断面図である。このプラズマ酸ィ匕処理装置 100は、複数のスロットを有する平面アンテナ、特に RLSA (Radial Line Slot Antenna;ラジアルラインスロットアンテナ）にて処理室内にマイクロ波を導入してプラズマを発生させることにより、高密度かつ低電子温度のマイクロ波励起プラズマを発生させ得る RLSAマイク口波プラズマ酸ィ匕処理装置として構成されており、 1 X 10^1G〜5 X 10¹²Zcm³のプラズマ密度で、かつ 0. 7〜2eVの低電子温度のプラズマによる処理が可能である従って、各種半導体装置の製造過程におけるシリコン酸ィ匕膜の形成などの目的で好適に利用可能なものである。

[0022] 上記プラズマ酸ィ匕処理装置 100は、気密に構成され、接地された略円筒状のチヤンバー 1を有している。チャンバ一 1の底壁 laの略中央部には円形の開口部 10が形成されており、底壁 laにはこの開口部 10と連通し、下方に向けて突出する排気室 11 が設けられている。この排気室 11は、排気管 23を介して排気装置 24に接続されている。

[0023] チャンバ一 1内には被処理基板であるシリコンウェハ（以下、単に「ウェハ」と記す） Wを水平に支持するための A1N等のセラミックス力なる載置台 2が設けられている。この載置台 2は、排気室 11の底部中央力上方に延びる円筒状の A1N等のセラミツタス力もなる支持部材 3により支持されている。載置台 2には、その外縁部をカバーし、ウェハ 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、 A1N、 Al O

2 3、 SiN等の材質で構成された部材である。

[0024] 載置台 2には抵抗加熱型のヒータ 5が埋め込まれており、このヒータ 5はヒータ電源 5 a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ェハ W を加熱する。また、載置台 2には、熱電対 6が配備されており、ウェハ Wの加熱温度を、例えば室温から 900°Cまでの範囲で温度制御可能となっている。載置台 2には、ゥェハ Wを支持して昇降させるためのウェハ支持ピン（図示せず）が載置台 2の表面に対して突没可能に設けられている。

[0025] チャンバ一 1の内周には、石英力なる円筒状のライナー 7が設けられ、チャンバ一構成材料による金属汚染を防止している。また、載置台 2の外周側には、チャンバ一 1内を均一排気するための多数の貫通開口 8aを備えたバッフルプレート 8が環状に設けられている。このバッフルプレート 8は、複数の支柱 9により支持されている。

[0026] チャンバ一 1の側壁には環状をなすガス導入部 15が設けられており、このガス導入部 15にはガス供給系 16aが接続されている。なお、ガス導入部はノズル状またはシャヮー状に配置してもよい。ガス供給系 16aは、例えば Arガス供給源 17a、 Oガス供

2 給源 18aおよび Hガス供給源 19aを有しており、 Arガス、 Oガスおよび Hガスが、

2 2 2 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からチャンバ一 1 内に導入される。ガスライン 20の各々には、マスフローコントローラ 21およびその前後の開閉バルブ 22が設けられている。なお、 Arガスに換えて、例えば Krガス、 Xeガス、 Heガスなどの希ガスを用いることもできる。

[0027] 上記排気室 11の側面には排気管 23が接続されており、この排気管 23には高速真空ポンプを含む前述の排気装置 24が接続されて、る。そしてこの排気装置 24を作動させることによりチャンバ一 1内のガス力ノッフルプレート 8を介して排気室 11の空間 11a内へ均一に排出され、排気管 23を介して排気される。これによりチャンバ一 1内は所定の真空度、例えば 0. 133Paまで高速に減圧することが可能となっている

[0028] チャンバ一 1の側壁には、プラズマ酸ィ匕処理装置 100に隣接する搬送室（図示せず）との間でウェハ Wの搬入出を行うための搬入出口 25と、この搬入出口 25を開閉するゲートバルブ 26とが設けられて!/、る。

[0029] チャンバ一 1の上部は開口部となっており、この開口部には環状のアッパープレート 27力接合される。アッパープレート 27の内周下部は、内側のチャンバ一内空間へ向けて突出し、環状の支持部 27aを形成している。この支持部 27a上に、誘電体、例えば石英や Al O、 A1N等のセラミックスカゝらなり、マイクロ波を透過するマイクロ波透

2 3

過板 28がシール部材 29を介して気密に設けられている。したがって、チャンバ一 1 内は気密に保持される。

[0030] 透過板 28の上方には、載置台 2と対向するように、円板状の平面アンテナ部材 31 が設けられている。なお、平面アンテナ部材の形状は、円板状に限らず、例えば四角板状でもよい。この平面アンテナ部材 31はチャンバ一 1の側壁上端に係止されている。平面アンテナ部材 31は、例えば表面が金または銀メツキされた銅板またはァルミ-ゥム板力なり、マイクロ波を放射する多数のスロット状のマイクロ波放射孔 32 が所定のパターンで貫通して形成された構成となっている。

[0031] マイクロ波放射孔 32は、例えば図 2に示すように長溝状をなし、典型的には隣接するマイクロ波放射孔 32同士が「T」字状に配置され、これら複数のマイクロ波放射孔 3 2が同心円状に配置されている。マイクロ波放射孔 32の長さや配列間隔は、マイクロ波の波長（ λ g)に応じて決定され、例えばマイクロ波放射孔 32の間隔は、 λ gZ4、 gZ2またはえ gとなるように配置される。なお、図 2において、同心円状に形成された隣接するマイクロ波放射孔 32同士の間隔を Arで示している。また、マイクロ波放射孔 32は、円形状、円弧状等の他の形状であってもよい。さらに、マイクロ波放射孔 32の配置形態は特に限定されず、同心円状のほか、例えば、螺旋状、放射状に配置することちでさる。

[0032] この平面アンテナ部材 31の上面には、真空よりも大きい誘電率を有する遅波材 33 が設けられている。この遅波材 33は、真空中ではマイクロ波の波長が長くなることから、マイクロ波の波長を短くしてプラズマを調整する機能を有している。なお、平面ァンテナ部材 31と透過板 28との間、また、遅波材 33と平面アンテナ部材 31との間は、それぞれ密着させても離間させてもょ、が、密着させることが好ま、。

[0033] チャンバ一 1の上面には、これら平面アンテナ部材 31および遅波材 33を覆うように、例えばアルミニウムやステンレス鋼等の金属材カなるシールド蓋体 34が設けられている。チャンバ一 1の上面とシールド蓋体 34とはシール部材 35によりシールされている。シールド蓋体 34には、冷却水流路 34aが形成されており、そこに冷却水を通流させることにより、シールド蓋体 34、遅波材 33、平面アンテナ部材 31、透過板 28 を冷却するようになっている。なお、シールド蓋体 34は接地されている。

[0034] シールド蓋体 34の上壁の中央には、開口部 36が形成されており、この開口部には導波管 37が接続されている。この導波管 37の端部には、マッチング回路 38を介してマイクロ波を発生するマイクロ波発生装置 39が接続されている。これにより、マイクロ波発生装置 39で発生した、例えば周波数 2. 45GHzのマイクロ波が導波管 37を介して上記平面アンテナ部材 31へ伝搬されるようになっている。マイクロ波の周波数としては、 8. 35GHz, 1. 98GHz等を用いることもできる。

[0035] 導波管 37は、上記シールド蓋体 34の開口部 36から上方へ延出する断面円形状の同軸導波管 37aと、この同軸導波管 37aの上端部にモード変換器 40を介して接続された水平方向に延びる矩形導波管 37bとを有している。矩形導波管 37bと同軸導波管 37aとの間のモード変翻 40は、矩形導波管 37b内を TEモードで伝播するマイク口波を TEMモードに変換する機能を有している。同軸導波管 37aの中心には内導体 41が延在しており、内導体 41は、その下端部において平面アンテナ部材 31の中心に接続固定されている。これにより、マイクロ波は、同軸導波管 37aの内導体 41 を介して平面アンテナ部材 31へ放射状に効率よく均一に伝播される。

[0036] プラズマ酸化処理装置 100の各構成部は、 CPUを備えたプロセスコントローラ 50 に接続されて制御される構成となっている。プロセスコントローラ 50には、工程管理者がプラズマ酸ィ匕処理装置 100を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プラズマ酸化処理装置 100の稼働状況を可視化して表示するディスプレィ等カもなるユーザーインターフェース 51が接続されて!、る。

[0037] また、プロセスコントローラ 50には、プラズマ酸ィ匕処理装置 100で実行される各種処理をプロセスコントローラ 50の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトゥェァ)や処理条件データ等が記録されたレシピが格納された記憶部 52が接続されてヽる。

[0038] そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース 51からの指示等にて任意のレシピを記憶部 52から呼び出してプロセスコントローラ 50に実行させることで、プロセスコントローラ 50の制御下で、プラズマ酸ィ匕処理装置 100での所望の処理が行われる。また、前記制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体、例えば CD— ROM、ハードディスク、フレキシブルディスク、フラッシュメモリなどに格納された状態のものを利用したり、あるいは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。

[0039] このように構成された RLSA方式のプラズマ酸化処理装置 100においては、ウェハ Wのシリコン (多結晶シリコンまたは単結晶シリコン)を選択的に酸ィ匕してシリコン酸ィ匕膜を形成する処理を行うことができる。以下、その手順について説明する。

[0040] まず、ゲートバルブ 26を開にして搬入出口 25からシリコン表面および窒化シリコン表面を有するウェハ Wをチャンバ一 1内に搬入し、載置台 2上に載置する。そして、ガス供給系 16aの Arガス供給源 17a、 Oガス供給源 18aおよび Hガス供給源 19a

2 2

から、 Arガス、 Oガスおよび Hガスを所定の流量でガス導入部 15を介してチャンバ一 1内に導入する。

[0041] 具体的には、例えば Arなどの希ガス流量を 100〜3000mLZmin (sccm)、 Oガ

2 ス流量を5〜500!!11^7111^1 (5。。111)、11ガス流量を 5〜500mLZmin (sccm)に設

2

定し、チャンバ一内を 400Pa以上（3Torr以上）、好ましくは 400Pa〜1333Pa (3To rr〜： LOTorr)の処理圧力に調整し、ウエノ、 Wの温度を 250〜800°C、好ましくは 40 0〜600°C程度に加熱する。この際、処理圧力が 400Pa未満では、プラズマのイオンエネルギー、イオン密度および電子温度が比較的高くなるため、後記実施例に示すように、ウェハ W上に既に存在するシリコン窒化膜 (Si N )に対するシリコンの酸ィ匕の

3 4

選択性が十分に得られなヽ。

[0042] 次に、マイクロ波発生装置 39からのマイクロ波を、マッチング回路 38を経て導波管 37に導き、矩形導波管 37b、モード変換器 40、および同軸導波管 37aを順次通過させて内導体 41を介して平面アンテナ部材 31に供給し、平面アンテナ部材 31のマイクロ波放射孔 32から透過板 28を介してチャンバ一 1内におけるウェハ Wの上方空間に放射させる。マイクロ波は、矩形導波管 37b内では TEモードで伝搬し、この TEモードのマイクロ波はモード変 40で TEMモードに変換されて、同軸導波管 37a内を平面アンテナ部材 31に向けて伝搬されていく。この際のマイクロ波パワーは、例えば 500〜4000Wとすることができる。

[0043] 平面アンテナ部材 31から透過板 28を経てチャンバ一 1に放射されたマイクロ波によりチャンバ一 1内で電磁界が形成され、 Arガス、 Oガスおよび Hガスがプラズマ化

2 2

する。なお、この場合、 Arガスと Oガスのみを供給してプラズマ化してもよい。この酸

2

素含有プラズマは、マイクロ波が平面アンテナ部材 31の多数のマイクロ波放射孔 32 力も放射されることにより、略 1 X 10^1C)〜5 X 10¹²Zcm³の高密度で、かつウェハ W近傍では、略 1. 2eV以下の低電子温度プラズマとなる。このような高圧状態で形成される高選択性酸素含有プラズマは、イオン成分が少ないため、イオン等によるプラズマダメージが小さいものである。そして、 ArZO ZHプラズマ中の活性種、主として

2 2

oラジカルの量が制御されていることによって、窒化シリコンを酸化せずに、シリコン中に選択的に酸素が導入され、シリコン原子と活性な酸素ラジカルが反応してシリコン表面に均一に SiO膜が形成される。 [0044] 本実施形態では、プラズマ酸ィ匕処理装置 100を用い、シリコン (多結晶シリコンまたは単結晶シリコン)表面と窒化シリコン表面とを有するウエノ、 Wに対し、プラズマにより酸ィ匕処理してシリコン表面にシリコン酸ィ匕膜の形成を行なうプラズマ処理において、処理圧力を 400Pa以上、好ましくは 400〜1333Paとすること〖こよって、高選択性プラズマを生成して、ウェハ W上に存在するシリコン窒化膜 (Si N )に対して高い選択

3 4

性をもって（つまり、シリコン窒化膜を酸ィ匕させないことが好ましい）、シリコンを酸ィ匕させることができる。

[0045] 以上のようにして、窒化シリコン表面を酸化させず、単結晶シリコンや多結晶シリコンの表面に、良質なシリコン酸ィ匕膜を高い選択性をもって形成できる。従って、本実施形態のプラズマ酸ィ匕処理方法は、各種半導体装置の製造において、シリコン酸ィ匕膜を形成する場合に利用可能である。

[0046] 次に、本発明の選択的プラズマ酸ィ匕処理に関する実施例について説明を行う。

図 3Aに示すように、 Si基板 110上にパターユングされた窒化シリコン（Si N )層 11

3 4

1が形成され、シリコン表面と窒化シリコン表面とを有する被処理体に対し、図 1のプラズマ酸化処理装置 100を用い、圧力を変化させてシリコンをプラズマ酸ィ匕処理した。図 3Bは、プラズマ酸ィ匕処理後の Si基板 110上に形成された SiO膜 112と、 Si N

2 3 4 層 111表面に形成された SiON膜 113を示している。また、図 4A、図 4Bは、プラズマ酸化処理後の Si基板 110上に形成された SiO膜 112の膜厚に対する、 Si N層 11

2 3 4

1表面に形成された SiON膜 113の膜厚の比率を調査した結果を示している。

[0047] プラズマ酸化処理の条件としては、処理ガスとして、 Arと O、または Arと Oと Hを

2 2 2 含むガス系を用いた。 H /Oの比率としては、 H /O =0でガス流量は ArZO =

2 2 2 2 2

1000/500mL/min(sccm)ゝ H /O =0. 5でガス流量は Ar/O /H = 1000

2 2 2 2

/100/50mL/min(sccm) , Η / = 2でガス流量は ArZO /H = 1000/1

2 2 2 2

00/200mL/min(sccm) , H /O = 3でガス流量は ArZO /H = 1000/10

2 2 2 2

0/300mL/min (sccm)とした。

処理圧力は、 6. 7Pa (50mTorr)、 66. 7Pa (500mTorr)、 400Pa (3Torr)、 666 . 6Pa (5Torr)とした。処理温度は 400°C、マイクロ波パワーは 3. 4kWとし、シリコン基板上に 4nmの厚みのシリコン酸化膜を形成できる条件でプラズマ酸化処理を実施した。

[0048] 図 4A、図 4Bより、 H /O比率にかかわらず、処理圧力が高圧になるに従い、 Si基

2 2

板 110上の SiO膜 112の膜厚に対する Si N層 111上の SiON膜 113の膜厚の比

2 3 4

率が低下し、高選択性が得られていることがわかる。特に処理ガスの H /O比が 2

2 2 以上の場合には、処理圧力が 400Paを上回ると、 Si基板 110上の SiO膜 112の膜

2

厚に対する Si N層 111上の SiON膜 113の膜厚の比率が 20%を下回り、ウェハ W

3 4

上のシリコンは酸ィ匕させる力 Si N層 111はほとんど酸ィ匕させない処理が可能にな

3 4

ることが示された。従って、処理ガスとして Arと Oと Hとを用いることが好ましぐ 400

2 2

Pa以上の処理圧力で H /O比を 1. 5以上にすることがより好ましぐ 2以上にするこ

2 2

とが望ましいことが確認された。なお、処理ガスとして Arと Oのみを用いると、処理圧

2

力が高くなるに従い酸ィ匕レートが低下し、実用上十分な厚みで成膜ができなくなるため水素を併用することが好ましい。

また、データは示さないが、熱酸化処理においても、 Si N層 111はほとんど酸ィ匕さ

3 4

せずにシリコンを酸ィ匕することが可能である。しかし、熱酸化処理の場合には、 900 °C以上の高温で行なわれるためサーマルバジェットが大きくなるとともに、熱応力によりウエノ、 W (Si基板）に歪み等が生じるなどの問題があり、 400°C程度の低い温度で選択的に酸ィ匕処理を行なうことが可能な本発明の選択的プラズマ酸ィ匕処理の方が有利である。

[0049] 次に、本発明のプラズマ酸化処理の好適な適用例について、図 5Aおよび図 5Bを参照しながら説明する。ここでは、トランジスタのメタルゲート電極形成におけるフルシリサイド化プロセスにおいて本実施形態のプラズマ酸ィ匕処理方法を適用した例を説明する。フルシリサイドィ匕プロセスは、シリサイドゲート電極を形成する方法であり、ゲート電極として金属を堆積する代わりに、多結晶シリコンを堆積し、エッチング等により電極形状を形成した後に、上部から金属を拡散させてゲート絶縁膜界面までシリサイド化反応を起こさせる方法である。

[0050] 図 5Aに示すとおり、 Si基板 201上には、ゲート絶縁膜 202、ポリシリコン層 203、および Si N膜 204がこの順に積層され、さらに絶縁層のサイドウォール 206が形成さ

3 4

れている。フルシリサイドィ匕を行う際には、 Si N膜 204をウエットエッチングまたはドライエッチングにより選択的に除去し、ポリシリコン層 203上に Ni等のメタルを拡散してシリサイドィ匕する。

[0051] 図 5Aに示すようなゲート構造 200を元に、メタルゲート電極を形成する過程では、プラズマ酸ィ匕処理装置 100を用いて隣接するゲート構造 200の間に、犠牲膜としての SiO膜 207を、プラズマ酸化処理して形成する。ところが、ゲート構造 200を形成

2

した後にプラズマ酸ィ匕処理を行うため、保護膜 (Cap膜)である Si N膜 204が酸化さ

3 4

れ、図 5Bに示すように、表面に SiON膜 205が形成されてしまう。

[0052] Si N膜 204は、フルシリサイド化の前に除去する必要がある力 Si N膜 204が酸

3 4 3 4 化されて表面に SiON膜 205が形成されてしまうと、例えば熱リン酸溶液を用いるゥエツトエッチング等の方法で Si N膜 204を除去することが困難になる。また、フルシ

3 4

リサイド化の前に、例えばフッ酸を用いるウエットエッチングで SiON膜 205を除去しようとすると、折角プラズマ酸ィ匕処理により形成した SiO膜 207もエッチングされて除

2

去もしくは膜厚が減少してしまうおそれがある。

[0053] 以上のような理由から、プラズマ酸ィ匕処理装置 100を用いて窒化珪素とシリコンが露出する基板の Si表面に SiO膜 207を形成する場合には、できるだけ Si N膜 204

2 3 4 が酸ィ匕されな、条件で Si基板 201を酸ィ匕することが好まヽ。本発明のプラズマ酸化処理方法によれば、プラズマ酸化処理装置 100を用、て処理圧力を例えば 400P a以上に制御することにより、図 4Aに示したように Si基板 201と Si N膜 204との酸ィ匕

3 4

比率を高い選択性で制御できるので、 Si基板 201は酸化するが、 Si N膜 204はほ

3 4

とんど酸ィ匕しない処理が可能になる。具体的には、 SiO膜 207の膜厚に対する SiO

2

N膜 205の膜厚の比率が 20%以下の高選択酸ィ匕処理が可能であり、好ましくは H

2

/O比が 3以上において同比率を 10%以下にすることができる。従って、本発明の

2

プラズマ酸ィ匕処理方法は、フルシリサイドィ匕プロセスにおいて、 Si N膜は酸化せず

3 4

に SiO膜を選択的に形成する際に有利に利用できる。

2

[0054] 図 6は、シリコン酸ィ匕膜に対してシリコンに選択的な窒化処理を行う本発明の選択的プラズマ処理方法に好適に利用可能なプラズマ窒化処理装置 101の一例を模式的に示す断面図である。このプラズマ窒化処理装置 101は、処理ガスの供給系が異なる以外は図 1のプラズマ酸ィ匕処理装置 100と同様の構成であるため、相違点についてのみ説明をし、同一の構成については同じ符号を付して説明を省略する。

[0055] プラズマ窒化処理装置 101にお、て、ガス供給系 16bは、例えば Arガス供給源 17 bおよび Nガス供給源 18bを有しており、 Arガスおよび Nガスが、それぞれガスライ

2 2

ン 20を介してガス導入部 15に至り、ガス導入部 15からチャンバ一 1内に導入される。ガスライン 20の各々には、マスフローコントローラ 21およびその前後の開閉バルブ 2 2が設けられている。なお、プラズマ窒化処理装置 101においては、 Arガスに換えて、例えば Krガス、 Xeガス、 Heガスなどの希ガスを用いることができる。また、 Nガスに

2 換えて、例えば NHガス、 Nと Hとの混合ガス、ヒドラジンなどの窒素含有ガスを用

3 2 2

いることがでさる。

[0056] 本発明方法で使用する RLSA方式のプラズマ窒化処理装置 101においては、ゥェハ Wのシリコン (多結晶シリコンまたは単結晶シリコン)表面と酸ィ匕シリコン表面に対し、酸化シリコン表面を窒化せず、シリコン表面を選択的に窒化してシリコン窒化膜を形成する処理を行うことができる。以下、その手順について説明する。

[0057] まず、ゲートバルブ 26を開にして搬入出口 25からシリコン表面および酸ィ匕シリコン表面を有するウェハ Wをチャンバ一 1内に搬入し、載置台 2上に載置する。そして、ガス供給系 16bの Arガス供給源 17bおよび Nガス供給源 18bから、 Arガスおよび N

2

ガスを所定の流量でガス導入部 15を介してチャンバ一 1内に導入する。

2

[0058] 具体的には、例えば Arなどの希ガス流量を 100〜3000mLZmin(sccm)、 Nガ

2 ス流量を 5〜500mLZmin (sccm)に設定し、チャンバ一内を 400Pa以上（3Torr 以上）、好ましくは 400?&〜1333?& (3丁01^〜10丁011：)の処理圧カに調整し、ゥェノ、 Wの温度を 250〜800°C、好ましくは 400〜600°C程度に加熱する。この際、処理圧力が 400Pa未満の低圧では、後記実施例に示すように、イオンエネルギー、ィォン密度および電子温度が比較的高くなるため、ウエノ、 W上に既に存在するシリコン酸化膜 (SiO )に対するシリコンへの窒化の選択性が十分に得られない。

2

[0059] 次に、マイクロ波発生装置 39からのマイクロ波を、マッチング回路 38を経て導波管 37に導き、矩形導波管 37b、モード変換器 40、および同軸導波管 37aを順次通過させて内導体 41を介して平面アンテナ部材 31に供給し、平面アンテナ部材 31のマイクロ波放射孔 32から透過板 28を介してチャンバ一 1内におけるウェハ Wの上方空間に放射させる。マイクロ波は、矩形導波管 37b内では TEモードで伝搬し、この TEモードのマイクロ波はモード変 40で TEMモードに変換されて、同軸導波管 37a内を平面アンテナ部材 31に向けて伝搬されていく。この際のマイクロ波パワーは、例えば 500〜4000Wとすることができる。

[0060] 平面アンテナ部材 31から透過板 28を経てチャンバ一 1に放射されたマイクロ波によりチャンバ一 1内で電磁界が形成され、 Arガスおよび Nガスがプラズマ化する。こ

2

の窒素含有プラズマは、マイクロ波が平面アンテナ部材 31の多数のマイクロ波放射孔 32から放射されることにより、略 1 X 10^1C)〜5 X 10¹²/cm³の高密度で、かつゥェハ W近傍では、略 1. 2eV以下の低電子温度プラズマとなる。このような高圧状態で形成される高選択性の窒素含有プラズマは、イオン成分が少なくイオンエネルギー力 S小さいため、イオン等によるプラズマダメージが小さいものである。そして、 ArZN

2 プラズマ中の活性種、主として Nラジカルの量を制御することによって、酸化シリコンを窒化せずに選択的にシリコン中に窒素が導入され、シリコン表面に均一に Si N膜

3 4 が形成される。

[0061] 本実施形態では、プラズマ窒化処理装置 101を用い、シリコン (多結晶シリコンまたは単結晶シリコン)表面と酸ィ匕シリコン表面を有するウェハ Wをプラズマにより窒化処理してシリコン表面にシリコン窒化膜の形成を行なうプラズマ処理において、処理圧力を 400Pa以上、好ましくは 400〜1333Paとすることによって、高選択性プラズマを生成してウエノ、 W上に存在するシリコン酸ィ匕膜 (SiO )に対して高い選択性をもって (

2

つまり、シリコン酸ィ匕膜をほとんど窒化させずに）、シリコンを窒化させることができる。

[0062] 以上のようにして、酸化シリコン表面を酸化せずに、単結晶シリコンや多結晶シリコンの表面に、良質なシリコン窒化膜を高い選択性をもって形成できる。従って、本実施形態のプラズマ窒化処理方法は、各種半導体装置の製造において、シリコン窒化膜を形成する場合に利用可能である。

[0063] 次に、図 6に示すプラズマ窒化処理装置 101を用い、 WVG (Water Vapor Gene rator)装置を用いて熱酸ィ匕処理することにより形成した SiO膜 (膜厚 4nm)に対し、

2

圧力を変化させてプラズマ窒化処理を実施した。その結果を図 7Aに示す。図 7Aの縦軸は、プラズマ窒化処理後の熱酸ィ匕膜中の Nドーズ量を示し、横軸は、シリコン基板上の窒化膜厚 (屈折率 2. 0)を示している。

[0064] 本試験では、処理ガスとして、 Arと Nを含むガス系を用いた。処理ガスの比率は、

2

Ar/N = 1000ZlOOmLZmin(sccm)とした。処理圧力は、 6. 7Pa (50mTorr)

2

、 133. 3Pa (lTorr)または 400Pa (3Torr)とした。処理温度は 400°Cまたは 600°C 、マイクロ波パワーは 3. 4kWとした。

[0065] 図 7Aより、処理圧力 400Paの場合は、プラズマ窒化処理の処理温度にかかわらず、同圧力が 6. 7Paや 133. 3Paのときに比べて、 SiO膜中の Nドーズ量が少ないこと

2

が示された。また、この傾向は、窒化膜厚の増加に伴って顕著となった。このことより、プラズマ窒化処理装置 101を用、て窒化処理を行う際に、 400Pa以上の高圧条件を採用することにより、ウェハ上に存在する SiO膜への Nの導入を抑制できることが

2

判った。

[0066] 次に、図 6に示すプラズマ窒化処理装置 101を用い、 SiO膜に対し、処理ガス流

2

量および圧力を変化させてプラズマ窒化処理を実施した。その結果を図 7Bに示す。図 7Bの縦軸は、プラズマ窒化処理後の熱酸ィ匕膜中の Nドーズ量を示し、横軸は、全処理ガス中の N流量比率（％)を示している。

2

[0067] 本試験では、処理ガスとして、 Arと Nを含むガス系を用いた。処理ガスの比率は、

2

Ar/N = 1152/48mL/min (sccm)ゝ 1000/200mL/min (sccm)または 90

2

0Z300mLZmin(sccm)とした。処理圧力は、 13. 3Pa、 26. 7Pa、 400Pa、 533 Paまたは 800Paとした。処理温度は 400°Cまたは 500°C、マイクロ波パワーは 2. Ok Wとした。

[0068] 図 7Bより、処理ガス中の N比率が高い方が SiO膜中への Nドーズ量が低くなり、

2 2

選択性を高くできることがわかる。特に Nドーズ量を 3 X 10¹⁵ (atomsZcm²)以下とするためには、処理ガス中の N流量比率を 8%以上 50%以下とすることが好ましい。

2

[0069] 次に、本発明のプラズマ窒化処理の好適な適用例について、図 8A〜図 8Cを参照しながら説明する。図 8A〜図 8Cは、シリコン表面とシリコン酸ィ匕膜表面とを有する被処理体に対し、プラズマ窒化処理を行う工程を示す図面である。図 8Aに示すように、 Si基板 210上には、シリコン酸ィ匕膜 (SiO ) 211が形成され、その上にパターユング

2

されたポリシリコン層 212が形成されている。 [0070] 図 8Bは、図 6に示すものと同様の構成のプラズマ窒化処理装置 101を用いて、ポリシリコン層 212の表面にプラズマ窒化処理を行つて!、る模様を示して!/、る。プラズマ窒化処理によって、図 8Cに示すように、ポリシリコン層 212の表面にはシリコン窒化膜 (Si N ) 213が形成される。ところが、従来のプラズマ窒化処理方法では、イオン

3 4

エネルギーが高いプラズマで窒化されるので、シリコン酸ィ匕膜 211の表面が窒化されて SiON膜 214が形成されてしまう。この SiON膜 214の形成を出来るだけ避けるためには、ポリシリコン層 212のみを選択的に窒化し、シリコン酸ィ匕膜 211を窒化しない条件で窒化処理を行うことが好ましヽ。

[0071] そこで、プラズマ窒化処理装置 101を使用し、本発明のプラズマ窒化処理方法を実施し、ポリシリコン層 212の表面に形成された Si N膜 213の膜厚と、シリコン酸ィ匕

3 4

膜 211表面に形成された SiON膜 214の膜厚とを比較した。この試験では、処理ガスとして Arと Nを流量比（ArZN ) = 1000Zl00mLZmin (sccm)で用い、処理圧

2 2

力は 6. 7Pa (50mTorr)または 400Pa (3Torr)とした。処理温度は 400°C、マイクロ波パワーは 3. 4kWとした。

[0072] 処理圧力が 6. 7Paの低圧処理の場合は、ポリシリコン層 212表面の Si N膜 213

3 4 の膜厚は 1. 6nmであったのに対し、シリコン酸化膜 211表面の SiON膜 214の膜厚は 1. 3nmであった。これに対して、処理圧力力 00Paの高圧処理の場合は、ポリシリコン層 212表面の Si N膜 213の膜厚は、同じく 1. 6nmであったのに対し、シリコ

3 4

ン酸化膜 211表面の SiON膜 214の膜厚は 0. 4nmであった。 Si N膜 213の膜厚

3 4

に対する SiON膜 214の膜厚の比率は、処理圧力が 6. 7Paの場合は約 81%であり、処理圧力が 400Paの場合は約 25%となった。この結果から、処理圧力が高い方がポリシリコン層 212を選択的に窒化処理できることが確認された。特に 400Pa〜133 3Paの処理圧力では、 Si N膜 213の膜厚に対する SiON膜 214の膜厚の比率を 25

3 4

%以下に抑制できるので、高い選択性をもって優勢的にポリシリコン層 212を窒化処理できることが示された。さらに、全ガス流量に対する Nの流量比は、 0. 08以上 0.

2

5以下とすることが好ましい。

[0073] 本発明のプラズマ窒化処理方法によれば、プラズマ窒化処理装置 101を用いて処理圧力を例えば高圧の 400Pa〜1333Paに制御することにより、ポリシリコン層 212 とシリコン酸化膜 211 (SiO )との窒化比率を制御できるので、ポリシリコン層 212は

2

酸化するが、シリコン酸ィ匕膜 211はほとんど窒化しない処理が可能になる。具体的には、形成される Si N膜 213の膜厚に対する SiON膜 214の膜厚の比率を、 25%以

3 4

下にすることが可能であり、好ましくは 10%以下にすることができる。従って、本発明のプラズマ窒化処理方法は、半導体デバイスの窒化プロセスにおいて、 Si N膜 21

3 4

3を選択的に形成する際に有利に利用できる。

[0074] 以上のように、プラズマ酸ィ匕処理装置 100を用いるプラズマ処理またはプラズマ窒化処理装置 101を用いるプラズマ処理の際に、処理圧力を 400Pa以上、好ましくは 400Pa〜1333Paとすることにより、表面にシリコンと、窒化シリコン（Si N )層もしく

3 4 は酸ィ匕シリコン (SiO )層とが露出した基板 (ウェハ W)に対して、酸化処理または窒

2

化処理により、窒化シリコンを酸ィ匕せず、あるいは、酸化シリコンを窒化せずに、高い選択性をもってシリコンを優勢的に酸ィ匕処理または窒化処理することが可能になる。このような選択的プラズマ処理が可能になる理由として、処理圧力を制御することにより、プラズマのイオンエネルギーを低減できることが挙げられる。

[0075] 図 9に、プラズマのイオンエネルギーと処理圧力との関係を測定した結果を示す。この試験では、直径 300mmの平面アンテナ部材 31を備えたプラズマ窒化処理装置 1 01において、処理ガスとして Arと Nを流量比（ArZN ) = 1000Z40で用い、マイ

2 2

クロ波パワー 2kWで窒素含有プラズマを生成させた。図 9から、圧力とイオンェネルギ一との間には明確に相関関係があり、圧力に反比例してイオンエネルギーが低下することが見て取れる。

[0076] プラズマを用いてシリコンを酸ィ匕処理または窒化処理する場合には、 Si— Si結合の結合エネルギー（2. 3eV)を超えるエネルギーを供給することが必要になる。プラズマ酸化処理やプラズマ窒化処理の場合、このエネルギーはプラズマのイオンェネルギ一として供給される。一方で、 Si— O結合の結合エネルギーは 4. 6eVであり、 Si— N結合の結合エネルギーは 3. 5eVである。

[0077] 従って、プラズマのイオンエネルギーが 3. 5eVを超えるプラズマ酸化処理では、シリコンが酸ィ匕されるだけでなく、ウェハ W上に存在して、る Si - N結合も切断されて S i— O結合が形成される。つまり、 Si N膜が酸ィ匕されて SiON膜が形成されてしまう。し力し、プラズマのイオンエネルギーが 3. 5eV未満であれば、 Si N膜の酸化は起こ

3 4

りにくぐシリコンが選択的に酸化される。

[0078] また、プラズマのイオンエネルギーが 4. 6eVを超えるプラズマ窒化処理では、シリコンが窒化されるだけでなぐウェハ W上に存在している Si— O結合も切断されて Si —N結合が生成する。つまり、 SiO膜が窒化されて SiON膜が形成されてしまう。し

2

かし、プラズマのイオンエネルギーが 4. 6eV未満であれば、 SiO膜の窒化は起こり

2

にくぐシリコンが選択的に窒化される。

[0079] このように本発明では、プラズマ処理の際の処理圧力を調整することによって、ブラズマのイオンエネルギーとラジカルの量を制御し、高ヽ選択性をもってシリコンを選択的に酸化処理または窒化処理することができる。そして、複数のスロット（マイクロ波放射孔 32)を有する平面アンテナ部材 31にてマイクロ波を導入してプラズマを励起させる方式のプラズマ酸ィ匕処理装置 100およびプラズマ窒化処理装置 101では、基板 (ウエノ、 W)近傍のプラズマの電子温度が低ぐ圧力によるイオンエネルギーの制御性に優れてヽるので、本発明の選択的プラズマ処理にぉ、て特に有利に利用できる

[0080] 図 10A〜図 10Dおよび図 11A〜図 11Dは、本発明の選択的プラズマ処理方法のさらに別の実施形態を示している。

図 10A〜図 10Dは、本発明の選択的プラズマ処理を、シリコン基板に形成したトレンチの内壁酸化膜を形成する際に適用した例である。図 10Aに示すように、シリコン基板 220上には、シリコン酸ィ匕膜 221が形成され、その上に、たとえば熱 CVD法により堆積されたシリコン窒化膜 222が形成されている。次に、シリコン窒化膜 222上にレジスト（図示せず)を塗布し、フォトリソグラフィ技術により露光、現像してレジストをバタ一ユングし、素子分離領域パターンに対応した開口を有するレジストパターンを形成した後、このレジストパターンをマスクとして異方性エッチングを行うことにより、図 10B に示すように、シリコン窒化膜 222をパターユングする。なお、レジストパターンは除去する。

[0081] 次に、シリコン窒化膜 222をマスクとして、シリコン酸ィ匕膜 221およびシリコン基板 22 0をエッチングし、図 10Cに示すように、トレンチ 223を形成する。そして、このトレンチ 223の内壁面に、プラズマ酸ィ匕処理装置 100を用いて、前記と同様の本発明の処理条件でプラズマ酸ィ匕処理を行う。この際、処理圧力を制御することにより、トレンチ 22 3内に露出したシリコンは酸ィ匕される力シリコン窒化膜 222は酸ィ匕されない選択的プラズマ酸ィ匕処理が可能になる。これにより、図 10Dに示すように、トレンチ 223内にのみ選択的にシリコン酸ィ匕膜 224を形成できる。なお、酸化処理の後に、シリコン酸化膜 224表面を窒化処理して、酸窒化膜としてもよい。

[0082] 図 11A〜図 11Dは、本発明の選択的プラズマ処理を、シリコン基板に形成したトレンチの内壁酸ィ匕膜を形成する際に適用した別の例を示している。まず、図 11Aに示すように、シリコン基板 230を熱酸ィ匕することにより、その上にシリコン酸ィ匕膜 (SiO )

2

231力开成される。次に、 CVD (ィ匕学気相成長； Chemical Vapor Deposition)装置を用いることにより、シリコン酸ィ匕膜 231の上に、ポリシリコン層 232を形成した後、さら〖こ、その上に、窒化シリコン（Si N )層 233が形成される。

3 4

[0083] 次に、図示しないレジストを窒化シリコン層 233の上に塗布した後、フォトリソグラフィ技術によりレジストをパターユングし、レジストマスク（図示せず）を形成する。このレジストマスクをマスクとして用いて、異方性エッチングを実行することにより、図 11Bのように、窒化シリコン層 233がパターニングされる。

[0084] 続いて、レジストマスクを除去した後、パターユングされた窒化シリコン層 233をハードマスクとして用いて、反応性イオンエッチングを実行することにより、ポリシリコン層 2 32とシリコン酸ィ匕膜 231を、シリコン基板 230が露出するまで除去し、さらに、反応性イオンエッチングを実行することにより、シリコン基板 230にトレンチ 224を形成する。

[0085] 次に、図 11Cに示すように、図 1のプラズマ酸化処理装置 100を用いてトレンチ 22 4の内壁面を前記と同様の本発明の処理条件でプラズマ酸ィ匕処理する。この際、処理圧力を制御することにより、トレンチ 224内に露出したシリコンおよびポリシリコン層 232の露出面は酸ィ匕される力シリコン窒化膜 233は酸ィ匕されな、選択的プラズマ酸化処理が可能になる。これにより、図 11Dに示すように、トレンチ 224内およびポリシリコン層 232にのみ選択的にシリコン酸ィ匕膜 225を形成できる。なお、酸化処理の後に、シリコン酸ィ匕膜 225表面を窒化処理して、酸窒化膜としてもよい。

[0086] 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ぐ種々の変形が可能である。

たとえば、上記実施形態では、 RLSA方式のプラズマ酸ィ匕処理装置 100およびプラズマ窒化処理装置 101を用いた力例えばリモートプラズマ方式、 ICPプラズマ方式、 ECRプラズマ方式、表面反射波プラズマ方式、マグネトロンプラズマ方式等のプラズマ処理装置であってもよい。なお、これらのプラズマ方式ではイオンエネルギーが大き、ので、パルス状プラズマやプラズマ遮蔽板を用いてイオンエネルギーを低減したプラズマを利用することが好ま、。

[0087] また、上記実施形態では被処理体として半導体ウェハに対して窒化処理を行う例を挙げたが、これに限るものではなぐ例えば被処理体が液晶表示ディスプレイ (LE D)に代表されるフラットパネルディスプレイ (FPD)用のガラス基板である場合にも応用可能であり、さらに被処理体が化合物半導体などである場合にも応用できる。産業上の利用可能性

[0088] 本発明の選択的プラズマ処理方法は、各種半導体装置の製造過程において好適に利用可能である。

Claims

請求の範囲

[1] プラズマ処理装置の処理室内で、表面にシリコンと窒化シリコン層とを有する被処理体に対して酸素含有プラズマを作用させて前記窒化シリコン層に対して前記シリコンを選択的に酸化処理し、シリコン酸化膜を形成する選択的プラズマ処理方法であつて、

酸化処理により形成される前記シリコン酸化膜の膜厚に対し、前記窒化シリコン層中に形成されるシリコン酸窒化膜の膜厚の比率が、 20%以下であることを特徴とする、選択的プラズマ処理方法。

[2] 前記酸素含有プラズマは、複数のスロットを有する平面アンテナにて前記処理室内にマイクロ波を導入して形成されるマイクロ波励起高密度プラズマであることを特徴とする、請求項 1に記載の選択的プラズマ処理方法。

[3] 処理圧力が、 400Pa以上であることを特徴とする、請求項 1に記載の選択的プラズマ処理方法。

[4] 処理圧力が、 400Pa〜1333Paであることを特徴とする、請求項 3に記載の選択的プラズマ処理方法。

[5] プラズマ処理装置の処理室内で、シリコン露出面と窒化シリコン露出面とを有する被処理体に対して酸素含有プラズマを作用させることにより、前記シリコン露出面に形成されるシリコン酸化膜の膜厚に対し、前記窒化シリコン露出面に形成されるシリコン酸窒化膜の膜厚の比率が 20%以下となるように、前記シリコン露出面のシリコンを優勢的に酸化処理する、選択的プラズマ処理方法。

[6] プラズマ処理装置の処理室内で、表面にシリコンと酸ィ匕シリコン層とを有する被処理体に対して窒素含有プラズマを作用させて前記酸ィ匕シリコン層に対して前記シリコンを選択的に窒化処理し、シリコン窒化膜を形成する選択的プラズマ処理方法であつて、

窒化処理により形成される前記シリコン窒化膜の膜厚に対し、前記酸化シリコン層中に形成されるシリコン酸窒化膜の膜厚の比率が、 25%以下であることを特徴とする、選択的プラズマ処理方法。

[7] 前記窒素含有プラズマは、複数のスロットを有する平面アンテナにて前記処理室内にマイクロ波を導入して形成されるマイクロ波励起高密度プラズマであることを特徴とする、請求項 6に記載の選択的プラズマ処理方法。

[8] 処理圧力が、 400Pa以上であることを特徴とする、請求項 6に記載の選択的プラズマ処理方法。

[9] 処理圧力が、 400Pa〜1333Paであることを特徴とする、請求項 8に記載の選択的プラズマ処理方法。

[10] プラズマ処理装置の処理室内で、シリコン露出面と酸ィ匕シリコン露出面とを有する被処理体に対して窒素含有プラズマを作用させることにより、前記シリコン露出面に形成されるシリコン窒化膜の膜厚に対し、前記酸化シリコン露出面に形成されるシリコン酸窒化膜の膜厚の比率が 25%以下となるように、前記シリコン露出面のシリコンを優勢的に酸化処理する、選択的プラズマ処理方法。

[11] コンピュータ上で動作し、実行時に、プラズマ処理装置の処理室内で、シリコン露出面と窒化シリコン露出面とを有する被処理体に対して酸素含有プラズマを作用させることにより、前記シリコン露出面に形成されるシリコン酸ィ匕膜の膜厚に対し、前記窒化シリコン露出面に形成されるシリコン酸窒化膜の膜厚の比率が 20%以下となるように、前記シリコン露出面のシリコンを優勢的に酸化処理する、選択的プラズマ処理方法が行なわれるように前記プラズマ処理装置を制御することを特徴とする、制御プログラム。

[12] 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、プラズマ処理装置の処理室内で、シリコン露出面と窒化シリコン露出面とを有する被処理体に対して酸素含有ブラズマを作用させることにより、前記シリコン露出面に形成されるシリコン酸ィ匕膜の膜厚に対し、前記窒化シリコン露出面に形成されるシリコン酸窒化膜の膜厚の比率が 20 %以下となるように、前記シリコン露出面のシリコンを優勢的に酸化処理する、選択的プラズマ処理方法が行なわれるように前記プラズマ処理装置を制御するものであることを特徴とする、コンピュータ読取り可能な記憶媒体。

[13] 被処理体を載置する載置台を備えた真空排気可能な処理室と、

前記処理室内で、シリコン露出面と窒化シリコン露出面とを有する被処理体に対して酸素含有プラズマを作用させることにより、前記シリコン露出面に形成されるシリコン酸化膜の膜厚に対し、前記窒化シリコン露出面に形成されるシリコン酸窒化膜の膜厚の比率が 20%以下となるように、前記シリコン露出面のシリコンを優勢的に酸ィ匕処理する、選択的プラズマ処理方法が行なわれるように制御する制御部と、を備えたことを特徴とする、プラズマ処理装置。

[14] コンピュータ上で動作し、実行時に、プラズマ処理装置の処理室内で、シリコン露出面と酸ィ匕シリコン露出面とを有する被処理体に対して窒素含有プラズマを作用させることにより、前記シリコン露出面に形成されるシリコン窒化膜の膜厚に対し、前記酸ィ匕シリコン露出面に形成されるシリコン酸窒化膜の膜厚の比率が 25%以下となるように、前記シリコン露出面のシリコンを優勢的に酸化処理する、選択的プラズマ処理方法が行なわれるように前記プラズマ処理装置を制御することを特徴とする、制御プログラム。

[15] 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、プラズマ処理装置の処理室内で、シリコン露出面と酸化シリコン露出面とを有する被処理体に対して窒素含有ブラズマを作用させることにより、前記シリコン露出面に形成されるシリコン窒化膜の膜厚に対し、前記酸ィ匕シリコン露出面に形成されるシリコン酸窒化膜の膜厚の比率が 25 %以下となるように、前記シリコン露出面のシリコンを優勢的に酸化処理する、選択的プラズマ処理方法が行なわれるように前記プラズマ処理装置を制御するものであることを特徴とする、コンピュータ読取り可能な記憶媒体。

[16] 被処理体を載置する載置台を備えた真空排気可能な処理室と、

前記処理室内で、シリコン露出面と酸化シリコン露出面とを有する被処理体に対して窒素含有プラズマを作用させることにより、前記シリコン露出面に形成されるシリコン窒化膜の膜厚に対し、前記酸化シリコン露出面に形成されるシリコン酸窒化膜の膜厚の比率が 25%以下となるように、前記シリコン露出面のシリコンを優勢的に酸ィ匕処理する、選択的プラズマ処理方法が行なわれるように制御する制御部と、を備えたことを特徴とする、プラズマ処理装置。