JP2000332005A

JP2000332005A - プラズマ窒化処理装置、絶縁膜の形成方法及びｐ形半導体素子の製造方法

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Publication number: JP2000332005A
Application number: JP11144705A
Authority: JP
Inventors: Toyotaka Kataoka; 豊隆片岡
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1999-05-25
Filing date: 1999-05-25
Publication date: 2000-11-30

Abstract

(57)【要約】【課題】プラズマ密度の制御と半導体基板への反応種の
進入エネルギーの制御を独立して行うことを可能とし、
絶縁膜の表面にのみ出来るだけ高濃度の窒素を導入する
ことを可能とするプラズマ窒化処置装置を提供する。【解決手段】酸化膜の表面を窒化するためのプラズマ窒
化処置装置は、（Ａ）窒素系ガスに電磁波を照射するこ
とによって、励起状態の窒素分子若しくは窒素分子イオ
ンを生成させるプラズマ生成領域１０Ａ、及び、（Ｂ）
プラズマ窒化処理領域１０Ｂを有する処理室１０を備
え、プラズマ窒化処理領域１０Ｂには、プラズマ生成領
域１０Ａ側から、プラズマ生成領域１０Ａと等電位若し
くはプラズマ生成領域１０Ａよりも負の電位が印加され
る第１電極２０、及び、第１電極２０よりも正の電位が
印加される第２電極２１が配設されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ窒化処理
装置、かかるプラズマ窒化処理装置を用いた絶縁膜の形
成方法及びｐ形半導体素子の製造方法、更に詳しくは、
表面が窒化された絶縁膜の形成方法及びかかる絶縁膜の
形成方法をゲート絶縁膜の形成に適用したｐ形半導体素
子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、シリコン半導体基板を基にした
ＭＯＳ型半導体装置の製造においては、シリコン酸化膜
から成るゲート酸化膜をシリコン半導体基板の表面に形
成する必要がある。また、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）
の製造においても、絶縁性基板の上に設けられたシリコ
ン層の表面にシリコン酸化膜から成るゲート酸化膜を形
成する必要がある。このようなシリコン酸化膜は、半導
体装置の信頼性を担っているといっても過言ではない。
従って、シリコン酸化膜には、常に、高い絶縁破壊耐圧
及び長期信頼性が要求される。

【０００３】半導体装置の高集積化に伴い、ＭＯＳ型半
導体装置のゲート酸化膜も薄膜化されつつあり、ゲート
長０．１μｍ世代の半導体装置におけるゲート酸化膜の
厚さは２ｎｍ程度になると予想されている。シリコン酸
化膜の形成方法は、大きくは、乾燥酸素を酸化種として
用いる乾燥酸化法と、水蒸気を酸化種として用いる加湿
酸化法の２つに分類される。乾燥酸化法は、加熱された
シリコン半導体基板に十分乾燥した酸素を供給すること
によってシリコン半導体基板の表面にシリコン酸化膜を
形成する方法である。また、加湿酸化法は、水蒸気を含
む高温のキャリアガスをシリコン半導体基板に供給する
ことによってシリコン半導体基板の表面にシリコン酸化
膜を形成する方法である。一般には、加湿酸化法によっ
て形成されたシリコン酸化膜の方が、乾燥酸化法によっ
て形成されたシリコン酸化膜よりも、信頼性に優れてい
る。

【０００４】加湿酸化法の一種にパイロジェニック酸化
法がある。この方法は、加湿酸化法の再現性を高め且つ
水量の管理を不要とするために、純粋な水素ガスを燃焼
させて水蒸気を生成する方法である。このパイロジェニ
ック法は、最も安定して水蒸気を生成することができる
ので、均一なシリコン酸化膜を形成することができる。
また、水蒸気を生成させるための原料として気体を用い
るので、不純物の制御も行い易いといった利点がある。

【０００５】近年、ＣＭＯＳトランジスタにおいては、
低消費電力化のために低電圧化が図られており、そのた
めに、ＰＭＯＳ半導体素子とＮＭＯＳ半導体素子に対し
て、十分に低く、しかも対称な閾値電圧が要求される。
このような要求に対処するために、ＰＭＯＳ半導体素子
においては、これまでのｎ形不純物を含むポリシリコン
層から構成されたゲート電極に替わり、ｐ形不純物を含
むポリシリコン層から構成されたゲート電極が用いられ
るようになっている。尚、このような構造のＣＭＯＳＦ
ＥＴは、デュアルゲート構造を有するＣＭＯＳＦＥＴと
呼ばれている。ところが、通常用いられるｐ形不純物で
あるボロン原子（Ｂ）は、ゲート電極形成後の半導体装
置製造工程における各種の熱処理によってゲート電極か
らゲート酸化膜を通過し、シリコン半導体基板にまで容
易に到達し、ＰＭＯＳ半導体素子の閾値電圧を変動させ
る。このような現象は、低電圧化のためにゲート酸化膜
を一層薄くした場合、一層顕著に現れる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述のボロン原子のシ
リコン半導体基板への拡散に起因したＰＭＯＳ半導体素
子の閾値電圧の変動を抑制するために、窒素原子をゲー
ト酸化膜中に導入する方法が試みられており、ボロン原
子拡散抑制の効果も確認されている。窒素原子をゲート
酸化膜中に導入する方法として、例えば、窒素ガス雰囲
気で放電を行うことによって窒素プラズマを発生させ
る、所謂プラズマ窒化法が、文献 "Ultrathin nitrogen
-profile engineered gate dielectric filmes", S.V.
Hattangady,et al., 1996, IEDM から知られている。こ
の文献に記載されたプラズマ窒化法においては、ゲート
酸化膜の表面のみが窒化されるため、熱窒化法によるゲ
ート酸化膜中への窒素原子の導入のように、シリコン半
導体基板に窒素が侵入することによる電流駆動能力の低
下等の半導体素子特性への悪影響がない。

【０００７】しかしながら、この文献に記載されたプラ
ズマ窒化法においては、プラズマ密度の制御と半導体基
板への反応種の進入エネルギーの制御を独立して行うこ
とができない。それ故、絶縁膜中の窒素濃度の制御と窒
素濃度プロファイルの制御を同時に行うことができず、
絶縁膜の表面にのみ出来るだけ高濃度の窒素を導入する
ことは困難である。

【０００８】従って、本発明の目的は、プラズマ密度の
制御と基板表面の半導体層への反応種の進入エネルギー
の制御を独立して行うことを可能とし、半導体層の表面
に出来るだけ高濃度の窒素を導入することを可能とする
プラズマ窒化処理装置、かかるプラズマ窒化処理装置を
用いた絶縁膜の形成方法及びｐ形半導体素子の製造方法
を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明のプラズマ窒化処理装置は、（Ａ）窒素系ガ
スに電磁波を照射することによって、励起状態の窒素分
子、窒素分子イオン、窒素原子若しくは窒素原子イオン
を生成させるプラズマ生成領域、及び、（Ｂ）プラズマ
窒化処理領域、を有する処理室を備え、酸化膜の表面を
窒化するためのプラズマ窒化処理装置であって、プラズ
マ窒化処理領域には、プラズマ生成領域側から、プラズ
マ生成領域と等電位若しくはプラズマ生成領域よりも負
の電位が印加される第１電極、及び、第１電極よりも正
の電位が印加される第２電極、が配設されていることを
特徴とする。

【００１０】上記の目的を達成するための本発明の絶縁
膜の形成方法は、（Ａ）窒素系ガスに電磁波を照射する
ことによって、励起状態の窒素分子、窒素分子イオン、
窒素原子若しくは窒素原子イオンを生成させるプラズマ
生成領域、及び、（Ｂ）プラズマ窒化処理領域、を有す
る処理室を備え、プラズマ窒化処理領域には、プラズマ
生成領域側から、プラズマ生成領域と等電位若しくはプ
ラズマ生成領域よりも負の電位が印加される第１電極、
及び、第１電極よりも正の電位が印加される第２電極、
が配設されているプラズマ窒化処理装置を用い、（イ）
基板表面の半導体層を酸化することによって酸化膜を形
成する工程と、（ロ）プラズマ窒化処理装置のプラズマ
窒化処理領域に基板を配置し、プラズマ生成領域にて生
成した励起状態の窒素分子、窒素分子イオン、窒素原子
若しくは窒素原子イオンを用いて、該酸化膜の表面に窒
化処理を施す工程、から成ることを特徴とする。

【００１１】上記の目的を達成するための本発明のｐ形
半導体素子の製造方法は、（ａ）半導体層の表面にゲー
ト絶縁膜を形成する工程と、（ｂ）該ゲート絶縁膜上に
ｐ形不純物を含むシリコン層から成るゲート電極を形成
する工程、を含むｐ形半導体素子の製造方法であって、
工程（ａ）は、（イ）基板表面の半導体層を酸化するこ
とによって酸化膜を形成する工程と、（ロ）（Ａ）窒素
系ガスに電磁波を照射することによって、励起状態の窒
素分子、窒素分子イオン、窒素原子若しくは窒素原子イ
オンを生成させるプラズマ生成領域、及び、（Ｂ）プラ
ズマ窒化処理領域、を有する処理室を備え、プラズマ窒
化処理領域には、プラズマ生成領域側から、プラズマ生
成領域と等電位若しくはプラズマ生成領域よりも負の電
位が印加される第１電極、及び、第１電極よりも正の電
位が印加される第２電極、が配設されているプラズマ窒
化処理装置を用い、プラズマ窒化処理装置のプラズマ窒
化処理領域に基板を配置し、プラズマ生成領域にて生成
した励起状態の窒素分子、窒素分子イオン、窒素原子若
しくは窒素原子イオンを用いて、該酸化膜の表面に窒化
処理を施す工程、から成ることを特徴とする。

【００１２】本発明のプラズマ窒化処理装置、絶縁膜の
形成方法、若しくはｐ形半導体素子の製造方法（以下、
これらを総称して本発明と呼ぶ場合がある）において
は、第１電極に、プラズマ生成領域よりも負の電位を印
加することによって、プラズマ生成領域からプラズマ
（具体的には、窒素分子、窒素分子イオン、窒素原子若
しくは窒素原子イオン）をプラズマ窒化処理領域に引き
出し、第２電極に、第１電極よりも正の電位を印加する
ことによって、プラズマ生成領域から引き出されたプラ
ズマ（具体的には、窒素分子、窒素分子イオン、窒素原
子若しくは窒素原子イオン）を減速させることが好まし
い。第１電極及び第２電極をどの程度の電位とするか
は、プラズマ窒化処理装置、プラズマ生成条件等に依存
するので、各種の条件にて絶縁膜の形成を行い、得られ
た絶縁膜中の窒素濃度や窒素濃度プロファイルに基づ
き、第１電極及び第２電極に印加すべき電位を決定すれ
ばよい。電磁波としては、１ＧＨｚ乃至１００ＧＨｚの
マイクロ波、例えば、周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ
波を用いることができる。

【００１３】本発明の絶縁膜の形成方法、若しくはｐ形
半導体素子の製造方法においては、前記工程（イ）にお
ける基板表面の半導体層を酸化するための酸化種とし
て、乾燥酸素ガス、水蒸気を挙げることができる。水蒸
気を生成させる方法として、酸素ガスと水素ガスとを燃
焼させる方法（パイロジェニック法）、純水を加熱する
方法、酸素ガス又は不活性ガスによって加熱純水をバブ
リングする方法、触媒（例えば、ＮｉＯ等のＮｉ系触
媒、ＰｔやＰｔＯ₂等のＰｔ系触媒、ＰｄやＰｄＯ等の
Ｐｄ系触媒、Ｉｒ系触媒、ＲｕやＲｕＯ₂等のＲｕ系触
媒、ＡｇやＡｇ₂Ｏ等のＡｇ系触媒、Ａｕ系触媒、Ｃｕ
Ｏ等のＣｕ系触媒、ＭｎＯ₂等のＭｎ系触媒、Ｃｏ₃Ｏ₄
等のＣｏ系触媒）を用いた触媒作用に基づき水素ガスと
酸化性ガスとを反応させる方法とすることもできるが、
水素ガス及び酸素ガスに１ＧＨｚ乃至１００ＧＨｚの電
磁波（例えば周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波）を照
射する方法（以下、便宜上、プラズマ酸化法と呼ぶ）、
即ち、基板をプラズマ窒化処理装置のプラズマ窒化処理
領域に搬入した後、水素ガス及び酸素ガスに電磁波を照
射することによって水蒸気をプラズマ生成領域にて生成
させ、該水蒸気を用いて基板表面の半導体層を酸化する
方法とすることが望ましい。このようなプラズマ酸化法
を採用すれば、１つの装置にて、基板表面の半導体層に
酸化膜を形成し、且つ、酸化膜の表面を窒化することが
可能となり、装置構成の簡素化を図ることができ、しか
も、絶縁膜やゲート絶縁膜の形成時間の短縮化の面から
好ましい。プラズマ酸化法を採用する場合、水素ガス及
び酸素ガスに基づき生成した水蒸気を、窒素、アルゴ
ン、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノンといった
不活性ガスにて希釈した状態で、あるいは又、これらの
不活性ガスをキャリアガスとして用いて、半導体層の表
面に酸化膜を形成してもよい。尚、これらの水蒸気の生
成方法を併用した方法によって酸化膜を形成することも
できる。これらの水蒸気の生成方法に基づき半導体層表
面に酸化膜を形成する方法を、総称して加湿酸化法と呼
ぶ場合がある。

【００１４】本発明のｐ形半導体素子の製造方法におけ
る工程（ｂ）においては、ｐ形不純物を含むシリコン層
（例えばポリシリコン層やアモルファスシリコン層）か
ら成るゲート電極の形成方法として、例えば、ｐ形不純
物（例えば、ボロン）を含むシリコン層をＣＶＤ法に基
づき製膜した後にかかるシリコン層をパターニングする
方法、不純物を含まないシリコン層をＣＶＤ法にて形成
した後にｐ形不純物（例えばボロンやＢＦ₂）をイオン
注入法にてシリコン層に注入し、次いでシリコン層をパ
ターニングする方法、不純物を含まないシリコン層をＣ
ＶＤ法にて形成した後にパターニングを行い、次いで、
ｐ形不純物（例えばボロンやＢＦ₂）をイオン注入法に
てシリコン層に注入する方法を挙げることができる。
尚、工程（ｂ）において、ｐ形不純物を含むシリコン層
を形成した後、このシリコン層上にシリサイド層を形成
し、次いで、シリサイド層及びシリコン層をパターニン
グすることによって、ポリサイド構造を有するゲート電
極を形成してもよいし、ｐ形不純物を含むシリコン層を
形成した後、このシリコン層上にタングステン等の高融
点金属層を形成し、次いで、高融点金属層及びシリコン
層をパターニングすることによって、ポリメタル構造を
有するゲート電極を形成してもよい。

【００１５】本発明において、電磁波を照射すべき窒素
系ガスとして、窒素ガス（Ｎ₂ガス）の他、ＮＯ、Ｎ
₂Ｏ、ＮＯ₂等、窒素原子と酸素原子の化合物であるガス
を例示することができる。即ち、窒素系ガスを、Ｎ₂、
ＮＯ、Ｎ₂Ｏ及びＮＯ₂から成る群から選択された少なく
とも一種類のガスとすることができる。窒素系ガスは、
これらのガスを少なくとも２種類、混合したガスであっ
てもよい。

【００１６】本発明の方法においては、工程（ロ）にお
いて酸化膜の表面に窒化処理を施した後、得られた絶縁
膜に熱処理を施すことが、絶縁膜に生じたダメージの緩
和を図る上で好ましい。熱処理は、窒素ガス等の不活性
ガス雰囲気で行うことが望ましく、熱処理温度として８
００゜Ｃ乃至１２００゜Ｃ、熱処理時間として１０秒乃
至１時間を例示することができる。

【００１７】シリコン半導体基板を基にしてＭＯＳ型半
導体装置を製造する場合、従来、ゲート絶縁膜を形成す
る前に、ＮＨ₄ＯＨ／Ｈ₂Ｏ₂水溶液で洗浄し更にＨＣｌ
／Ｈ₂Ｏ₂水溶液で洗浄するというＲＣＡ洗浄によりシリ
コン半導体基板の表面を洗浄し、その表面から微粒子や
金属不純物を除去する。ところで、ＲＣＡ洗浄を行う
と、シリコン半導体基板の表面は洗浄液と反応し、厚さ
０．５〜１ｎｍ程度のシリコン酸化膜が形成される。か
かるシリコン酸化膜の膜厚は不均一であり、しかも、こ
のシリコン酸化膜中には洗浄液成分が残留する。そこ
で、フッ化水素酸水溶液にシリコン半導体基板を浸漬し
て、かかるシリコン酸化膜を除去し、更に純水で薬液成
分を除去する。これによって、大部分が水素で終端さ
れ、極一部がフッ素で終端されたシリコン半導体基板の
表面を得ることができる。尚、このような工程によっ
て、大部分が水素で終端され、極一部がフッ素で終端さ
れたシリコン半導体基板の表面を得ることを、本明細書
では、シリコン半導体基板の表面を露出させると表現す
る。その後、かかるシリコン半導体基板の表面に絶縁膜
を形成する。

【００１８】ところで、加湿酸化法に基づきシリコン酸
化膜を形成する前の雰囲気を高温の窒素ガス雰囲気とす
ると、シリコン半導体基板の表面に荒れ（凹凸）が生じ
る場合がある。このような現象は、フッ化水素酸水溶液
及び純水での洗浄によってシリコン半導体基板の表面に
形成されたＳｉ−Ｈ結合の一部あるいは又Ｓｉ−Ｆ結合
の一部が、水素やフッ素の昇温脱離によって失われ、シ
リコン半導体基板の表面にエッチング現象が生じること
に起因すると考えられている。例えば、アルゴンガス中
でシリコン半導体基板を６００゜Ｃ以上に昇温するとシ
リコン半導体基板の表面に激しい凹凸が生じることが、
培風館発行、大見忠弘著「ウルトラクリーンＵＬＳＩ技
術」、第２１頁に記載されている。

【００１９】工程（イ）において、半導体層の表面から
半導体層を主に構成する原子が脱離しない温度に半導体
層を保持した状態にて、半導体層の表面に酸化膜の形成
を開始することで、このような半導体層の表面に荒れ
（凹凸）が発生するといった現象の発生を回避すること
が可能である。尚、半導体層の表面から半導体層を主に
構成する原子が脱離しない温度は、半導体層表面を終端
している原子と半導体層を主に構成する原子との結合が
切断されない温度であることが望ましい。半導体層を主
に構成する原子がＳｉである場合、即ち、半導体層がシ
リコン半導体基板、単結晶シリコン層、ポリシリコン層
あるいはアモルファスシリコン層から構成されている場
合、半導体層の表面から半導体層を主に構成する原子が
脱離しない温度を、半導体層表面のＳｉ−Ｈ結合が切断
されない温度、あるいは又、半導体層表面のＳｉ−Ｆ結
合が切断されない温度とすることが望ましい。面方位が
（１００）のシリコン半導体基板を半導体層として用い
る場合、シリコン半導体基板の表面における水素原子の
大半がシリコン原子の２本の結合手のそれぞれに１つず
つ結合しており、Ｈ−Ｓｉ−Ｈの終端構造を有する。然
るに、シリコン半導体基板の表面状態が崩れた部分（例
えばステップ形成箇所）には、シリコン原子の１本の結
合手のみに水素原子が結合した状態の終端構造、あるい
は、シリコン原子の３本の結合手のそれぞれに水素原子
が結合した状態の終端構造が存在する。尚、通常、シリ
コン原子の残りの結合手は結晶内部のシリコン原子と結
合している。本明細書における「Ｓｉ−Ｈ結合」という
表現には、シリコン原子の２本の結合手のそれぞれに水
素原子が結合した状態の終端構造、シリコン原子の１本
の結合手のみに水素原子が結合した状態の終端構造、あ
るいは、シリコン原子の３本の結合手のそれぞれに水素
原子が結合した状態の終端構造の全てが包含される。半
導体層の表面に酸化膜の形成を開始するときの温度は、
より具体的には、水蒸気が半導体層上で結露しない温度
以上、好ましくは２００゜Ｃ以上、より好ましくは３０
０゜Ｃ以上とすることが、スループットの面から望まし
い。

【００２０】尚、工程（イ）において、酸化膜の形成が
完了したときの半導体層の温度を、酸化膜の形成を開始
する際の半導体層の温度よりも高くしてもよい。この場
合、酸化膜の形成が完了したときの半導体層の温度は、
６００乃至１２００゜Ｃ、好ましくは７００乃至１００
０゜Ｃ、更に好ましくは７５０乃至９００゜Ｃであるこ
とが望ましいが、このような値に限定するものではな
い。尚、階段状（ステップ状）に昇温してもよく、ある
いは又、連続的に昇温してもよい。

【００２１】昇温を階段状にて行う場合、半導体層の表
面から半導体層を主に構成する原子が脱離しない温度に
て半導体層の表面に酸化膜の形成を開始した後、所定の
期間、半導体層の表面から半導体層を主に構成する原子
が脱離しない温度範囲に半導体層を保持して酸化膜を形
成する第１の酸化膜形成工程と、半導体層の表面から半
導体層を主に構成する原子が脱離しない温度範囲よりも
高い温度にて、所望の厚さになるまで酸化膜を更に形成
する第２の酸化膜形成工程を含むことが好ましい。第２
の酸化膜形成工程における酸化膜の形成温度は、６００
乃至１２００゜Ｃ、好ましくは７００乃至１０００゜
Ｃ、更に好ましくは７５０乃至９００゜Ｃであることが
望ましい。尚、第１の酸化膜形成工程における半導体層
の保持温度範囲の上限としては、５００゜Ｃ、好ましく
は４５０゜Ｃ、より好ましくは４００゜Ｃを挙げること
ができる。第２の酸化膜形成工程を経た後の最終的な酸
化膜の膜厚は、半導体素子に要求される所定の厚さとす
ればよい。一方、第１の酸化膜形成工程を経た後の酸化
膜の膜厚は、出来る限り薄いことが好ましい。但し、現
在、半導体装置の製造に用いられているシリコン半導体
基板の面方位は殆どの場合（１００）であり、如何にシ
リコン半導体基板の表面を平滑化しても（１００）シリ
コンの表面には必ずステップと呼ばれる段差が形成され
る。このステップは通常シリコン原子１層分であるが、
場合によっては２〜３層分の段差が形成されることがあ
る。従って、第１の酸化膜形成工程を経た後の酸化膜の
膜厚は、半導体層として（１００）シリコン半導体基板
を用いる場合、１ｎｍ以上とすることが好ましいが、こ
れに限定するものではない。

【００２２】第１の酸化膜形成工程と第２の酸化膜形成
工程との間に昇温工程を含んでもよい。この場合、昇温
工程における雰囲気を、不活性ガス雰囲気若しくは減圧
雰囲気とするか、あるいは又、水蒸気を含む酸化雰囲気
とすることが望ましい。ここで、不活性ガスとして、窒
素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスを例示することが
できる。尚、昇温工程における雰囲気中の不活性ガス若
しくは水蒸気を含むガスには、ハロゲン元素が含有され
ていてもよい。これによって、第１の酸化膜形成工程に
て形成された酸化膜の特性の一層の向上を図ることがで
きる。即ち、半導体層を主に構成する原子がＳｉの場
合、第１の酸化膜形成工程において生じ得る欠陥である
シリコンダングリングボンド（Ｓｉ・）やＳｉＯＨが昇
温工程においてハロゲン元素と反応し、シリコンダング
リングボンドが終端しあるいは脱水反応を生じる結果、
信頼性劣化因子であるこれらの欠陥が排除される。特
に、これらの欠陥の排除は、第１の酸化膜形成工程にお
いて形成された初期の酸化膜に対して効果的である。ハ
ロゲン元素として、塩素、臭素、フッ素を挙げることが
できるが、なかでも塩素であることが望ましい。不活性
ガス若しくは水蒸気を含むガス中に含有されるハロゲン
元素の形態としては、例えば、塩化水素（ＨＣｌ）、Ｃ
Ｃｌ₄、Ｃ₂ＨＣｌ₃、Ｃｌ₂、ＨＢｒ、ＮＦ₃を挙げるこ
とができる。不活性ガス若しくは水蒸気を含むガス中の
ハロゲン元素の含有率は、分子又は化合物の形態を基準
として、０．００１〜１０容量％、好ましくは０．００
５〜１０容量％、更に好ましくは０．０２〜１０容量％
である。例えば塩化水素ガスを用いる場合、不活性ガス
若しくは水蒸気を含むガス中の塩化水素ガス含有率は
０．０２〜１０容量％であることが望ましい。尚、昇温
工程における雰囲気を、不活性ガスで希釈された水蒸気
を含む雰囲気とすることもできる。

【００２３】本発明の方法においては、酸化膜の形成中
の水蒸気を含む酸化性雰囲気にハロゲン元素を含有させ
てもよい。これによって、タイムゼロ絶縁破壊（ＴＺＤ
Ｂ）特性及び経時絶縁破壊（ＴＤＤＢ）特性に優れた酸
化膜を得ることができる。尚、ハロゲン元素として、塩
素、臭素、フッ素を挙げることができるが、なかでも塩
素であることが望ましい。水蒸気を含むガス中に含有さ
れるハロゲン元素の形態としては、例えば、塩化水素
（ＨＣｌ）、ＣＣｌ₄、Ｃ₂ＨＣｌ₃、Ｃｌ₂、ＨＢｒ、Ｎ
Ｆ₃を挙げることができる。水蒸気を含むガス中のハロ
ゲン元素の含有率は、分子又は化合物の形態を基準とし
て、０．００１〜１０容量％、好ましくは０．００５〜
１０容量％、更に好ましくは０．０２〜１０容量％であ
る。例えば塩化水素ガスを用いる場合、水蒸気を含むガ
ス中の塩化水素ガス含有率は０．０２〜１０容量％であ
ることが望ましい。

【００２４】形成された酸化膜の特性を一層向上させる
ために、本発明の方法においては、工程（イ）と工程
（ロ）の間で、形成された酸化膜に加熱処理を施しても
よい。

【００２５】この場合、加熱処理の雰囲気を、ハロゲン
元素を含有する不活性ガス雰囲気とすることが望まし
い。ハロゲン元素を含有する不活性ガス雰囲気中で酸化
膜を加熱処理することによって、タイムゼロ絶縁破壊
（ＴＺＤＢ）特性及び経時絶縁破壊（ＴＤＤＢ）特性に
優れた酸化膜を得ることができる。加熱処理における不
活性ガスとしては、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウム
ガスを例示することができる。また、ハロゲン元素とし
て、塩素、臭素、フッ素を挙げることができるが、なか
でも塩素であることが望ましい。不活性ガス中に含有さ
れるハロゲン元素の形態としては、例えば、塩化水素
（ＨＣｌ）、ＣＣｌ₄、Ｃ₂ＨＣｌ₃、Ｃｌ₂、ＨＢｒ、Ｎ
Ｆ₃を挙げることができる。不活性ガス中のハロゲン元
素の含有率は、分子又は化合物の形態を基準として、
０．００１〜１０容量％、好ましくは０．００５〜１０
容量％、更に好ましくは０．０２〜１０容量％である。
例えば塩化水素ガスを用いる場合、不活性ガス中の塩化
水素ガス含有率は０．０２〜１０容量％であることが望
ましい。

【００２６】尚、同一処理室内で加熱処理を行うことが
好ましい。加熱処理の温度は、７００〜１２００゜Ｃ、
好ましくは７００〜１０００゜Ｃ、更に好ましくは７０
０〜９５０゜Ｃである。また、加熱処理の時間は、枚葉
処理にて行う場合、１〜１０分とすることが好ましく、
バッチ式にて行う場合、５〜６０分、好ましくは１０〜
４０分、更に好ましくは２０〜３０分とすることが望ま
しい。

【００２７】加熱処理を行う場合、形成された酸化膜に
加熱処理を施す際の雰囲気温度を、酸化膜の形成が完了
したときの温度よりも高くすることが望ましい。この場
合、酸化膜の形成が完了した後、処理室内の雰囲気を不
活性ガス雰囲気に切り替えた後、加熱処理を施すための
雰囲気温度まで昇温してもよいし、雰囲気をハロゲン元
素を含有する不活性ガス雰囲気に切り替えた後、加熱処
理を施すための雰囲気温度まで昇温してもよい。ここ
で、不活性ガスとしては、窒素ガス、アルゴンガス、ヘ
リウムガスを例示することができる。ハロゲン元素とし
て、塩素、臭素、フッ素を挙げることができるが、なか
でも塩素であることが望ましい。また、不活性ガス中に
含有されるハロゲン元素の形態としては、例えば、塩化
水素（ＨＣｌ）、ＣＣｌ₄、Ｃ₂ＨＣｌ₃、Ｃｌ₂、ＨＢ
ｒ、ＮＦ₃を挙げることができる。不活性ガス中のハロ
ゲン元素の含有率は、分子又は化合物の形態を基準とし
て、０．００１〜１０容量％、好ましくは０．００５〜
１０容量％、更に好ましくは０．０２〜１０容量％であ
る。例えば塩化水素ガスを用いる場合、不活性ガス中の
塩化水素ガス含有率は０．０２〜１０容量％であること
が望ましい。

【００２８】通常、シリコン半導体基板の表面にシリコ
ン酸化膜を形成する前に、ＮＨ₄ＯＨ／Ｈ₂Ｏ₂水溶液で
洗浄し更にＨＣｌ／Ｈ₂Ｏ₂水溶液で洗浄するというＲＣ
Ａ洗浄によりシリコン半導体基板の表面を洗浄し、その
表面から微粒子や金属不純物を除去した後、フッ化水素
酸水溶液及び純水によるシリコン半導体基板の洗浄を行
う。ところが、その後、シリコン半導体基板が大気に曝
されると、シリコン半導体基板の表面が汚染され、水分
や有機物がシリコン半導体基板の表面に付着し、あるい
は又、シリコン半導体基板表面のＳｉ原子が水酸基（Ｏ
Ｈ）と結合する虞がある（例えば、文献 "Highly-relia
ble Gate Oxide Formation for Giga-Scale LSIs by us
ing Closed Wet Cleaning System and Wet Oxidation w
ith Ultra-Dry Unloading", J. Yugami, et al., Inter
national Electron Device Meeting Technical Digest
95, pp 855-858 参照）。このような場合、そのままの
状態で酸化膜の形成を開始すると、形成されたシリコン
酸化膜中に水分や有機物、あるいは又、例えばＳｉ−Ｏ
Ｈが取り込まれ、形成されたシリコン酸化膜の特性低下
あるいは欠陥部分の発生の原因となり得る。尚、欠陥部
分とは、シリコンダングリングボンド（Ｓｉ・）やＳｉ
−Ｈ結合といった欠陥が含まれるシリコン酸化膜の部
分、あるいは又、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合が応力によって圧
縮され若しくはＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合の角度が厚い若しく
はバルクのシリコン酸化膜中のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合の角
度と異なるといったＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合が含まれたシリ
コン酸化膜の部分を意味する。それ故、このような問題
の発生を回避するために、本発明の方法においては、酸
化膜の形成の前に半導体層表面を洗浄する工程を含み、
表面洗浄後の半導体層を大気に曝すことなく（即ち、例
えば、半導体層表面の洗浄から酸化膜形成工程の開始ま
での雰囲気を不活性ガス雰囲気若しくは真空雰囲気と
し）、酸化膜の形成を実行することが好ましい。これに
よって、例えば半導体層としてシリコン半導体基板を用
いる場合、大部分が水素で終端され、極一部がフッ素で
終端された表面を有するシリコン半導体基板の表面に酸
化膜を形成することができ、形成された酸化膜の特性低
下あるいは欠陥部分の発生を防止することができる。

【００２９】酸化膜の形成においてプラズマ酸化法を採
用する場合、例えば、処理室内に水素ガス及び酸素ガス
を導入するが、この際、水素ガスが処理室内に流入し、
系外に流出することによって爆鳴気反応が生じることを
防止するために、処理室内に水素ガスを導入する前に酸
素ガスを導入することが望ましい。然るに、酸素ガスの
処理室内への導入によって半導体層に酸化膜が形成され
る虞がある。このような酸化膜はドライ酸化膜であり、
加湿酸化法によって形成される酸化膜よりも特性が劣っ
ている。このようなドライ酸化膜の形成を確実に防止す
るためには、例えば、酸化膜の形成開始前に、処理室内
に窒素ガス等の不活性ガスで希釈した水素ガスを先ず導
入し、次いで、処理室内に酸素ガスを導入すればよい。
但し、この場合には、爆鳴気反応の発生を確実に防止す
るために、水素ガスの濃度を、水素ガスが酸素ガスと反
応して燃焼しないような濃度、具体的には、空気中での
爆轟範囲以下（空気との容量％で表した場合、１８．３
容量％以下）、好ましくは空気中での燃焼範囲以下（空
気との容量％で表した場合、４．０容量％以下）、ある
いは又、酸素中での爆轟範囲以下（酸素との容量％で表
した場合、１５．０容量％以下）、好ましくは酸素中で
の燃焼範囲以下（酸素との容量％で表した場合、４．５
容量％以下）となるような濃度とすることが望ましい。

【００３０】半導体層としては、シリコン単結晶ウエハ
といったシリコン半導体基板だけでなく、半導体基板上
にエピタキシャルシリコン層、ポリシリコン層、あるい
はアモルファスシリコン層、更には、シリコン半導体基
板やこれらの層に半導体素子が形成されたもの等、絶縁
膜を形成すべき下地を意味する。半導体層としてシリコ
ン半導体基板を用いる場合、基板はシリコン半導体基板
それ自体である。半導体層に絶縁膜を形成するとは、半
導体基板等の上若しくは上方に形成された半導体層に絶
縁膜を形成する場合だけでなく、半導体基板の表面に絶
縁膜を形成する場合を含む。尚、シリコン単結晶ウエハ
は、ＣＺ法、ＭＣＺ法、ＤＬＣＺ法、ＦＺ法等、如何な
る方法で作製されたウエハであってもよく、また、予め
水素アニールが加えられたものでもよい。また、半導体
層はＳｉ−Ｇｅから構成されていてもよい。

【００３１】本発明の絶縁膜の形成方法は、例えばＭＯ
Ｓ型トランジスタのゲート絶縁膜、層間絶縁膜や素子分
離領域の形成、トップゲート型若しくはボトムゲート型
薄膜トランジスタのゲート絶縁膜の形成、フラッシュメ
モリのトンネル絶縁膜の形成等、各種半導体装置におけ
る絶縁膜の形成に適用することができる。

【００３２】窒素系ガスとして窒素（Ｎ₂）ガスを用い
る場合、窒素（Ｎ₂）は、マイクロ波によるプラズマ中
で、例えば、以下の式のように励起される。即ち、プラ
ズマ中に存在する電子が励起され、これと窒素分子との
非弾性衝突により励起された窒素分子及び窒素分子イオ
ンが生成される。これらの励起された窒素分子及び窒素
分子イオンが酸化膜の表面の半導体層を主に構成する原
子と酸素原子との結合（例えば、半導体層を主に構成す
る原子がＳｉの場合、Ｓｉ−Ｏ結合）を切断して、窒化
酸化物（例えば、Ｓｉ−Ｏ−Ｎ結合）が形成され、酸化
膜の表面が窒化される。酸化膜の表面の組成は、半導体
層を主に構成する原子がＳｉの場合、ＳｉＯ_XＮ_Yで表さ
れる。

【００３３】Ｎ₂（Ｘ¹Σｇ）＋ｅ → Ｎ₂（Ａ³Σｕ⁺）＋ｅ式（１−１）Ｎ₂（Ｎ¹Σｇ）＋ｅ → Ｎ₂（Ｃ³Πｕ）＋ｅ式（１−２）Ｎ₂（Ｃ³Πｕ）＋ｅ → Ｎ₂（Ｂ³Πｇ）＋ｈν 式（１−３）Ｎ₂（Ｂ³Πｇ）＋ｅ → Ｎ₂（Ａ³Σｕ⁺）＋ｈν 式（１−４）

【００３４】また、プラズマ酸化法を採用する場合、マ
イクロ波放電によって生成した酸素プラズマにおいて
は、基底状態Ｏ₂（Ｘ³Σｇ^-）は電子の衝突によって励
起状態Ｏ₂（Ａ³Σｕ⁺）又はＯ₂（Ｂ³Σｕ^-）に励起さ
れ、それぞれ、以下の式のように酸素原子に解離する。

【００３５】Ｏ₂（Ｘ³Σｇ^-）＋ｅ → Ｏ₂（Ａ³Σｕ⁺）＋ｅ式（２−１）Ｏ₂（Ａ³Σｕ⁺）＋ｅ → Ｏ（³Ｐ）＋Ｏ（³Ｐ）＋ｅ式（２−２）Ｏ₂（Ｘ³Σｇ^-）＋ｅ → Ｏ₂（Ｂ³Σｕ^-）＋ｅ式（２−３）Ｏ₂（Ｂ³Σｕ^-）＋ｅ → Ｏ（³Ｐ）＋Ｏ（¹Ｄ）＋ｅ式（２−４）

【００３６】従って、酸素プラズマ中には励起酸素分子
と酸素原子が存在し、これらが反応種となる。ここに水
素Ｈ₂を導入すると、以下のようなプラズマが生成す
る。

【００３７】Ｈ₂ ＋ｅ → ２Ｈ式（３）

【００３８】そして、酸素プラズマの内、例えば式（２
−２）で生成した酸素プラズマと式（３）で生成した水
素プラズマが反応して、水蒸気が生成する。そして、加
熱された半導体層の表面は、かかる水蒸気によって酸化
され、半導体層の表面に酸化膜が形成される。

【００３９】２Ｈ＋Ｏ（³Ｐ） → Ｈ₂Ｏ式（４）

【００４０】本発明のプラズマ窒化処理装置において
は、第１電極が備えられているので、プラズマ生成領域
からプラズマを効率良くプラズマ窒化処理領域に引き出
すことができ、しかも、第２電極が備えられているの
で、プラズマ生成領域から引き出されたプラズマを減速
させた状態で酸化膜の表面に衝突させることができる。
従って、プラズマ密度の制御と酸化膜への反応種の進入
エネルギーの制御を独立して行うことが可能となる。

【００４１】しかも、熱窒化法のように高い温度で窒化
処理を行う必要が無く、例えば常温で酸化膜の表面を窒
化する窒化処理を行うことができるので、熱窒化法によ
る窒素原子のゲート酸化膜中への導入の場合に生じる問
題、即ち、シリコン半導体基板に窒素が侵入することに
よる電流駆動能力の低下等の半導体素子特性への悪影響
がない。更には、酸化膜を窒化するので、例えばゲート
電極形成後の半導体装置製造工程における各種の熱処理
によってゲート電極に含まれるボロン原子がゲート絶縁
膜を通過してシリコン半導体基板にまで到達し、ｐ形半
導体素子の閾値電圧が変動するといった現象を確実に回
避することができる。

【００４２】また、プラズマ酸化法を採用すれば、水素
ガス及び酸素ガス、並びに窒素系ガスに電磁波を照射す
ることに基づき絶縁膜若しくはゲート絶縁膜の形成を行
うので、本質的に１つのプラズマ窒化処理装置内で絶縁
膜若しくはゲート絶縁膜の形成を行うことが可能とな
り、絶縁膜若しくはゲート絶縁膜を形成するための装置
構成を簡素化することができる。加えて、水素ガス及び
酸素ガスに電磁波を照射することによって水蒸気を生成
させれば、酸化速度が抑制・制御された状態で、即ち、
例えば減圧下にあっても、水蒸気を容易に且つ確実に生
成させることが可能となり、酸化速度が制御された状態
で加湿酸化法によって薄い酸化膜を形成することができ
る。しかも、水蒸気を用いた酸化法によって酸化膜を形
成するので、優れた経時絶縁破壊（ＴＤＤＢ）特性を有
する酸化膜を得ることができる。

【００４３】

【実施例】以下、図面を参照して、実施例に基づき本発
明を説明する。

【００４４】（実施例１）本発明の枚葉方式のプラズマ
窒化処理装置の概念図を図１に示す。このプラズマ窒化
処理装置は、処理室１０と、半導体層（実施例１におい
てはシリコン半導体基板３０）を載置するステージ１１
と、処理室１０の外部に配設された磁石１３と、処理室
１０の頂部に取り付けられたマイクロ波導波管１４と、
処理室１０の頂部に配設されたガス導入部１６Ａ，１６
Ｂ，１６Ｃから構成されている。処理室１０は、プラズ
マ生成領域１０Ａと、プラズマ窒化処理領域１０Ｂから
構成されており、ステージ１１はプラズマ窒化処理領域
１０Ｂに配されている。また、シリコン半導体基板３０
を加熱するための加熱手段１２であるランプがステージ
１１内に納められている。マイクロ波導波管１４にはマ
グネトロン１５が取り付けられ、マグネトロン１５によ
って１ＧＨｚ乃至１００ＧＨｚのマイクロ波（例えば、
２．４５ＧＨｚのマイクロ波）が生成させられ、マイク
ロ波導波管１４を介してかかるマイクロ波は処理室１０
のプラズマ生成領域１０Ａに導入される。更には、ガス
導入部１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃのそれぞれから処理室１
０内に水素ガス、酸素ガス、窒素ガスが導入される。ま
た、処理室１０の側面に配設されたガス導入部１７から
処理室１０内に不活性ガス（例えば窒素ガス）が導入さ
れる。処理室１０内に導入された各種のガスは、処理室
１０の下部に設けられたガス排気部１８から系外に排気
される。

【００４５】プラズマ生成領域１０Ａにおいては、窒素
系ガスに１ＧＨｚ乃至１００ＧＨｚの電磁波（例えば、
２．４５ＧＨｚのマイクロ波）を照射することによっ
て、励起状態の窒素分子、窒素分子イオン、窒素原子若
しくは窒素原子イオンが生成させられる。また、プラズ
マ窒化処理領域１０Ｂにおいて、基板表面の半導体層に
形成された酸化膜の表面が窒化される。

【００４６】プラズマ窒化処理領域１０Ｂには、プラズ
マ生成領域１０Ａ側から、プラズマ生成領域１０Ａと等
電位若しくはプラズマ生成領域１０Ａよりも負の電位が
印加される第１電極２０、及び、第１電極２０よりも正
の電位が印加される第２電極２１が配設されている。第
１電極２０及び第２電極２１は、例えば、リング状の電
極、あるいは、複数の電極板を並置した構造とすること
ができる。尚、第１電極２０は引き出し電極として機能
し、第２電極２１は減速電極として機能する。

【００４７】実施例１においては、半導体層としてシリ
コン半導体基板を用いた。また、実施例１においては、
プラズマ酸化法を採用した。図１に示したプラズマ窒化
処理装置を用いた本発明の絶縁膜の形成方法及びｐ形半
導体素子の製造方法（より具体的には、デュアルゲート
構造を有するＣＭＯＳＦＥＴにおけるｐチャネル型ＭＯ
ＳＦＥＴ）を、以下、シリコン半導体基板３０等の模式
的な一部断面図である図２を参照して説明する。

【００４８】［工程−１００］先ず、リンをドープした
直径８インチのＮ型シリコンウエハ（ＣＺ法にて作製）
であるシリコン半導体基板３０に、公知の方法でＬＯＣ
ＯＳ構造を有する素子分離領域３１を形成し、次いでウ
エルイオン注入、チャネルストップイオン注入、閾値調
整イオン注入を行う。尚、素子分離領域はトレンチ構造
を有していてもよいし、ＬＯＣＯＳ構造とトレンチ構造
の組み合わせであってもよい。その後、ＲＣＡ洗浄によ
りシリコン半導体基板３０の表面の微粒子や金属不純物
を除去し、次いで、０．１％フッ化水素酸水溶液及び純
水によるシリコン半導体基板３０の表面洗浄を行い、シ
リコン半導体基板３０の表面を露出させる（図２の
（Ａ）参照）。尚、シリコン半導体基板３０の表面は大
半が水素で終端しており、極一部がフッ素で終端されて
いる。

【００４９】［工程−１１０］次に、シリコン半導体基
板３０を、図１に示したプラズマ窒化処理装置に図示し
ない扉から搬入し、ステージ１１に載置した後、ガス導
入部１７から不活性ガス（例えば窒素ガス）を処理室１
０内に導入する。そして、加熱手段１２によってシリコ
ン半導体基板３０を８００゜Ｃに加熱する。

【００５０】［工程−１２０］その後、希釈用ガスとし
ての不活性ガス（例えば窒素ガス）の処理室１０内への
導入を中断し、ガス導入部１６Ａ及びガス導入部１６Ｂ
から処理室１０内に水素ガス及び酸素ガスを導入する。
併せて、マグネトロン１５にマイクロ波電力を供給し、
マグネトロン１５にて生成した１ＧＨｚ乃至１００ＧＨ
ｚのマイクロ波（例えば、２．４５ＧＨｚのマイクロ
波）をマイクロ波導波管１４を介して処理室１０のプラ
ズマ生成領域１０Ａに導入する。これによって、即ち、
水素ガス及び酸素ガスに電磁波を照射することによっ
て、上述の式（２−１）〜（２−４）の反応、及び式
（３）、式（４）の反応が生じ、水蒸気が生成する。発
生した水蒸気は処理室１０の下方に位置するプラズマ窒
化処理領域１０Ｂに到達し、加熱手段１２によって加熱
された半導体層（具体的にはシリコン半導体基板３０）
の表面が酸化される。こうして、半導体層の表面に厚さ
２ｎｍの酸化膜（実施例１においてはシリコン酸化膜）
を形成することができる。酸化膜の形成条件を、以下の
表１に例示する。尚、この工程においては、第１電極２
０及び第２電極２１は作動させていない。

【００５１】［表１］マイクロ波電力：１０ｋＷマイクロ波周波数：２．４５ＧＨｚ酸素ガス流量：１０ＳＬＭ水素ガス流量：０．２ＳＬＭ基板温度：８００゜Ｃ

【００５２】［工程−１３０］酸化膜の形成完了後、マ
グネトロン１５へのマイクロ波電力の供給、処理室１０
への水素ガス及び酸素ガスの導入を中止し、ガス導入部
１７から不活性ガスを処理室１０内へ導入しながら、シ
リコン半導体基板３０を室温まで冷却する。次いで、ガ
ス導入部１７からの不活性ガスの処理室１０内への導入
を中断する。その後、ガス導入部１６Ｃから処理室１０
に、窒素系ガスである窒素ガスを導入する。併せて、マ
グネトロン１５にマイクロ波電力を供給し、マグネトロ
ン１５にて生成した１ＧＨｚ乃至１００ＧＨｚのマイク
ロ波（例えば、２．４５ＧＨｚのマイクロ波）をマイク
ロ波導波管１４を介して処理室１０のプラズマ生成領域
１０Ａに導入し、且つ、第１電極２０及び第２電極２１
を作動させる。これによって、即ち、窒素ガスに電磁波
を照射することによって上述の式（１−１）〜（１−
４）の反応に基づきプラズマ生成領域１０Ａにて生成し
た励起状態の窒素分子、窒素分子イオン、窒素原子若し
くは窒素原子イオンが、処理室１０の下方に位置するプ
ラズマ窒化処理領域１０Ｂに第１電極２０の作動によっ
て引き出される。そして、第２電極２１の作動によっ
て、プラズマ生成領域１０Ａから引き出されたプラズマ
が減速された状態で酸化膜表面に衝突し、酸化膜（具体
的にはシリコン酸化膜）の表面が窒化される。尚、第１
電極２０や第２電極２１の影響を受けないイオン化され
ていない窒素分子や窒素原子も同様にプラズマ窒化処理
領域１０Ｂに到達し、酸化膜の表面が窒化される。こう
して、表面が窒化された絶縁膜３２（実施例１において
はシリコン酸化窒化膜であり、ゲート絶縁膜に相当す
る）を半導体層の表面に形成することができる。この状
態を図２の（Ｂ）に模式的に示す。尚、図においては酸
化膜の窒化された部分の図示を省略した。窒化の条件
を、以下の表２に例示する。尚、シリコン半導体基板３
０の温度を室温にする理由は、窒化処理において窒素原
子がシリコン半導体基板３０内に拡散することを抑制す
るためである。

【００５３】［表２］マイクロ波電力：１ｋＷマイクロ波周波数：２．４５ＧＨｚ窒素ガス流量：０．４ＳＬＭ圧力：０．１６Ｐａ基板温度：室温（２５゜Ｃ）第１電極の電位：プラズマ生成領域１０Ａに対して−
２００ボルト第２電極の電位：第１電極に対して＋２００ボルト

【００５４】［工程−１４０］その後、ガス導入部１６
Ｃからの処理室１０への窒素ガスの導入を中止し、ガス
導入部１７から不活性ガスを処理室１０内へ導入しなが
ら、加熱手段１２によってシリコン半導体基板３０を８
５０゜Ｃまで昇温する。そして、シリコン半導体基板３
０の温度が８５０゜Ｃに達し、その温度が安定したなら
ば、窒素ガス流量４ＳＬＭで５分間、熱処理を行う。こ
の熱処理によって、絶縁膜に生じたダメージの緩和を図
ることができる。

【００５５】［工程−１５０］その後、シリコン半導体
基板３０を室温まで冷却し、プラズマ窒化処理装置から
シリコン半導体基板３０を搬出し、次いで、公知のＣＶ
Ｄ装置にシリコン半導体基板３０を搬入する。そして、
不純物を含んでいないシリコン層（実施例２においては
ポリシリコン層）をＣＶＤ法にて全面に製膜する。次い
で、公知のリソグラフィ技術及びイオン注入技術に基づ
き、ｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴのためのゲート電極３３
へボロンを、ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴのためのゲート
電極へリンを、それぞれ導入した後、シリコン層をパタ
ーニングする。これによって、ゲート絶縁膜上に、ｐチ
ャネル型ＭＯＳＦＥＴのためのｐ形不純物を含むシリコ
ン層（具体的にはポリシリコン層）から成るゲート電極
３３を形成することができる。併せて、ゲート絶縁膜上
に、ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴのためのｎ形不純物を含
むシリコン層（具体的にはポリシリコン層）から成るゲ
ート電極を形成することができる。その後、公知の技術
を用いてＬＤＤ領域を形成する（図２の（Ｃ）参照）。

【００５６】［工程−１６０］次に、全面に絶縁材料層
を形成し、異方性ドライエッチング技術に基づき絶縁材
料層をエッチングして、ゲート電極の側壁にサイドウオ
ール３４を形成する。次いで、ソース／ドレイン領域３
５を形成するために、公知のリソグラフィ技術及びイオ
ン注入技術に基づき、ｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴを形成
すべきシリコン半導体基板の領域にボロンを、ｎチャネ
ル型ＭＯＳＦＥＴを形成すべきシリコン半導体基板の領
域にリンを、それぞれ導入した後、イオン注入された不
純物の活性化熱処理を行う。その後、全面に層間絶縁層
３６をＣＶＤ法にて形成し、ソース／ドレイン領域の上
方の層間絶縁層３６に開口部を設け、かかる開口部内を
含む層間絶縁層３６の上に配線材料層をスパッタ法にて
形成し、配線材料層をパターニングすることによって配
線３７を形成し、図２の（Ｄ）に模式的な一部断面図を
示すｐ形半導体素子（より具体的には、デュアルゲート
構造を有するＣＭＯＳＦＥＴにおけるｐチャネル型ＭＯ
ＳＦＥＴ）を得ることができる。

【００５７】（実施例２）実施例２は実施例１の変形で
ある。実施例１においてはシリコン半導体基板３０を８
００゜Ｃに加熱した状態でプラズマ酸化法にて酸化膜を
形成したが、実施例２においては、プラズマ酸化法に基
づき、２段階の酸化を行う。即ち、酸化膜の形成を、半
導体層の表面から半導体層を主に構成する原子が脱離し
ない温度にて半導体層の表面に酸化膜の形成を開始した
後、所定の期間、半導体層の表面から半導体層を主に構
成する原子が脱離しない温度範囲に半導体層を保持して
酸化膜を形成する第１の酸化膜形成工程と、半導体層の
表面から半導体層を主に構成する原子が脱離しない温度
範囲よりも高い温度にて、所望の厚さになるまで酸化膜
を更に形成する第２の酸化膜形成工程から構成した。
尚、実施例２においても図１に示したプラズマ窒化処理
装置を用いる。

【００５８】［工程−２００］先ず、実施例１の［工程
−１００］と同様の工程を実行する。

【００５９】［工程−２１０］次に、シリコン半導体基
板３０を、図１に示したプラズマ窒化処理装置に図示し
ない扉から搬入し、ステージ１１に載置した後、ガス導
入部１７から不活性ガス（例えば窒素ガス）を処理室１
０内に導入する。そして、加熱手段１２によってシリコ
ン半導体基板３０を３００゜Ｃに加熱する。尚、この温
度においては、半導体層表面のＳｉ−Ｈ結合は切断され
ない。従って、半導体層（実施例２においてはシリコン
半導体基板）の表面に凹凸（荒れ）が生じることがな
い。

【００６０】［工程−２２０］その後、希釈用ガスとし
ての不活性ガス（例えば窒素ガス）をガス導入部１７か
ら処理室１０内に導入しながら、ガス導入部１６Ａ及び
ガス導入部１６Ｂから処理室１０内に水素ガス及び酸素
ガスを導入する。併せて、マグネトロン１５にマイクロ
波電力を供給し、マグネトロン１５にて生成した１ＧＨ
ｚ乃至１００ＧＨｚのマイクロ波（例えば、２．４５Ｇ
Ｈｚのマイクロ波）をマイクロ波導波管１４を介して処
理室１０のプラズマ生成領域１０Ａに導入する。これに
よって、水蒸気が生成する。発生した水蒸気は処理室１
０の下方に位置するプラズマ窒化処理領域１０Ｂに到達
し、加熱手段１２によって加熱された半導体層（具体的
にはシリコン半導体基板３０）の表面が酸化される。こ
うして、半導体層の表面に酸化膜（実施例２においては
シリコン酸化膜）を形成することができる。酸化膜の形
成条件を、以下の表３に例示する。この第１の酸化膜形
成工程において、厚さ１ｎｍの酸化膜を形成する。尚、
この工程においては、第１電極２０及び第２電極２１は
作動させていない。

【００６１】［表３］マイクロ波電力：１０ｋＷマイクロ波周波数：２．４５ＧＨｚ酸素ガス流量：１０ＳＬＭ水素ガス流量：０．２ＳＬＭ不活性ガス流量：１０ＳＬＭ基板温度：３００゜Ｃ

【００６２】［工程−２３０］その後、マグネトロン１
５へのマイクロ波電力の供給、処理室１０への水素ガス
及び酸素ガスの導入を中断し、ガス導入部１７からの不
活性ガスの処理室１０内への導入を継続しながら、加熱
手段１２によってシリコン半導体基板３０を８００゜Ｃ
まで昇温する。尚、半導体層の表面に既に酸化膜が形成
されているので、この昇温工程において半導体層（実施
例２においてはシリコン半導体基板３０）の表面に凹凸
（荒れ）が生じることがない。次いで、再び、ガス導入
部１６Ａ及びガス導入部１６Ｂから処理室１０内に水素
ガス及び酸素ガスを導入する。併せて、再び、マグネト
ロン１５にマイクロ波電力を供給し、マグネトロン１５
にて生成した１ＧＨｚ乃至１００ＧＨｚのマイクロ波
（例えば、２．４５ＧＨｚのマイクロ波）をマイクロ波
導波管１４を介して処理室１０のプラズマ生成領域１０
Ａに導入する。これによって、水蒸気が生成する。発生
した水蒸気は処理室１０の下方に位置するプラズマ窒化
処理領域１０Ｂに到達し、加熱手段１２によって加熱さ
れた半導体層（具体的にはシリコン半導体基板３０）の
表面を更に酸化する。こうして、半導体層の表面に総厚
４ｎｍの酸化膜（実施例２においてはシリコン酸化膜）
を形成する。この第２の酸化膜形成工程における酸化膜
の形成条件を、以下の表４に例示する。尚、この工程に
おいても、第１電極２０及び第２電極２１は作動させて
いない。

【００６３】［表４］マイクロ波電力：１０ｋＷマイクロ波周波数：２．４５ＧＨｚ酸素ガス流量：１０ＳＬＭ水素ガス流量：０．２ＳＬＭ不活性ガス流量：１０ＳＬＭ基板温度：８００゜Ｃ

【００６４】［工程−２４０］以降、実施例１の［工程
−１３０］〜［工程−１６０］を実行することによっ
て、ｐ形半導体素子を得ることができる。

【００６５】（実施例３）実施例３は、実施例１の絶縁
膜の形成方法及びｐ形半導体素子の製造方法の変形であ
る。実施例３が実施例１と相違する点は、半導体層の表
面に酸化膜を形成する工程と、酸化膜の表面を窒化する
工程との間で、形成された酸化膜に加熱処理を施す点に
ある。以下、実施例３の絶縁膜の形成方法及びｐ形半導
体素子の製造方法を説明する。尚、実施例３においても
図１に示したプラズマ窒化処理装置を用いる。

【００６６】［工程−３００］実施例１の［工程−１０
０］〜［工程−１２０］と同様の工程を実行することに
よって、半導体層（実施例３においてはシリコン半導体
基板３０）の表面に厚さ２ｎｍの酸化膜（実施例３にお
いてはシリコン酸化膜）を形成する。

【００６７】［工程−３１０］その後、マグネトロン１
５へのマイクロ波電力の供給、処理室１０への水素ガス
及び酸素ガスの導入を中止し、ガス導入部１７からの不
活性ガスの処理室１０内へ導入しながら、加熱手段１２
によってシリコン半導体基板３０を８５０゜Ｃまで昇温
する。次いで、塩化水素ガスを０．１容量％含有する窒
素ガスをガス導入部１７から処理室１０内に導入し、５
分間、加熱処理を行う。これによって、タイムゼロ絶縁
破壊（ＴＺＤＢ）特性及び経時絶縁破壊（ＴＤＤＢ）特
性に優れた酸化膜を得ることができる。

【００６８】［工程−３２０］その後、ガス導入部１７
からの塩化水素ガスを０．１容量％含有する窒素ガスの
処理室１０への導入を中止し、ガス導入部１７から不活
性ガス（例えば窒素ガス）を処理室１０へ導入する。そ
して、シリコン半導体基板３０を室温まで冷却した後、
実施例１の［工程−１３０］〜［工程−１６０］と同様
の工程を実行することによって、ｐ形半導体素子を得る
ことができる。尚、実施例３の加熱処理を実施例２の２
段階の酸化膜形成工程に加えてもよい。

【００６９】（実施例４）実施例４も実施例１の変形で
ある。実施例４が実施例１と相違する点は、酸化膜の形
成にパイロジェニック酸化法を採用した点にある。

【００７０】パイロジェニック酸化法に基づきシリコン
酸化膜を形成するための縦型方式の酸化膜形成装置の概
念図を図３に示す。この縦型方式の酸化膜形成装置は、
垂直方向に保持された石英製の二重管構造の酸化炉４０
（処理室に相当する）と、酸化炉４０へ湿式ガス及び／
ガスを導入するためのガス導入部４２と、酸化炉４０か
ら湿式ガス及び／ガスを排気するガス排気部４３と、Ｓ
ｉＣから成る円筒状の均熱管４６を介して酸化炉４０内
を所定の雰囲気温度に保持するためのヒータ４４と、基
板搬出入部５０と、基板搬出入部５０へ窒素ガス等の不
活性ガスを導入するためのガス導入部５１と、基板搬出
入部５０からガスを排気するガス排気部５２と、酸化炉
４０と基板搬出入部５０とを仕切るシャッター４５と、
シリコン半導体基板３０を酸化炉４０内に搬入出するた
めのエレベータ機構５３から構成されている。エレベー
タ機構５３には、シリコン半導体基板３０を載置するた
めの石英ボート５４が取り付けられている。また、燃焼
室６０に供給された水素ガスを酸素ガスと、燃焼室６０
内で高温にて混合し、燃焼させることによって、湿式ガ
スを生成させる。かかる湿式ガスは、配管６１、ガス流
路４１及びガス導入部４２を介して酸化炉４０内に導入
される。尚、ガス流路４１は、二重管構造の酸化炉４０
の内壁及び外壁の間の空間に相当する。

【００７１】図３に示した縦型方式の酸化膜形成装置を
使用した、パイロジェニック酸化法に基づく酸化膜の形
成方法の概要を、以下、説明する。

【００７２】［工程−４００］先ず、実施例１の［工程
−１００］と同様の工程を実行する。

【００７３】［工程−４１０］配管６２、燃焼室６０、
配管６１、ガス流路４１及びガス導入部４２を介して酸
化炉４０へ窒素ガスを導入し、酸化炉４０内を窒素ガス
雰囲気とし、且つ、均熱管４６を介してヒータ４４によ
って酸化炉４０の雰囲気温度を７００゜Ｃ前後に保持す
る。この状態においては、シャッター４５は閉じてお
く。基板搬出入部５０は大気に解放された状態である。
そして、基板搬出入部５０にシリコン半導体基板３０を
搬入し、石英ボート５４にシリコン半導体基板３０を載
置する。基板搬出入部５０へのシリコン半導体基板３０
の搬入が完了した後、図示しない扉を閉め、基板搬出入
部５０にガス導入部５１から窒素ガスを導入し、ガス排
気部５２から排出し、基板搬出入部５０内を窒素ガス雰
囲気とする。

【００７４】［工程−４２０］基板搬出入部５０内が十
分に窒素ガス雰囲気となった時点で、シャッター４５を
開き、エレベータ機構５３を作動させて石英ボート５４
を上昇させ、シリコン半導体基板３０を酸化炉４０内に
搬入する。エレベータ機構５３が最上昇位置に辿り着く
と、石英ボート５４の基部によって酸化炉４０と基板搬
出入部５０との間は連通しなくなる。

【００７５】［工程−４３０］その後、窒素ガス雰囲気
の酸化炉４０の雰囲気温度を昇温し、８００〜９００゜
Ｃとする。そして、配管６２，６３を介して燃焼室６０
内に酸素ガス及び水素ガスを供給し、水素ガスを酸素ガ
スと燃焼室６０内で高温にて混合し、燃焼させることに
よって生成した湿式ガスを、配管６１、ガス流路４１及
びガス導入部４２を介して酸化炉４０へ導入し、ガス排
気部４３から排気する。これによって、シリコン半導体
基板３０の表面に酸化膜が形成される。尚、燃焼室６０
内の温度を、例えばヒータ（図示せず）によって７００
〜９００゜Ｃに保持する。

【００７６】［工程−４４０］所望の厚さの酸化膜を形
成した後、燃焼室６０内への酸素ガス及び水素ガスの供
給を中止し、次いで、酸化炉４０内に窒素ガス等の不活
性ガスを導入しながら、酸化炉４０の雰囲気温度を７０
０゜Ｃ前後まで降温し、次いで、エレベータ機構５３を
動作させて石英ボート５４を下降させ、次いで、基板搬
出入部５０からシリコン半導体基板３０を搬出する。

【００７７】［工程−４５０］以降、実施例１の［工程
−１３０］〜［工程−１６０］を実行することによっ
て、ｐ形半導体素子を得ることができる。尚、実施例４
のパイロジェニック酸化法に基づき、実施例２にて説明
した２段階の酸化膜形成工程を実行してもよいし、更に
は、実施例３にて説明した加熱処理を加えてもよい。

【００７８】以上、本発明を好ましい実施例に基づき説
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。実施例にて説明した各種の条件やプラズマ窒化
処理装置、酸化膜形成装置の構造は例示であり、適宜変
更することができる。プラズマ窒化処理装置及び／又は
プラズマ窒化条件に依存して、プラズマ生成領域からプ
ラズマを確実にプラズマ窒化処理領域に引き出すことが
できるならば、場合によっては第１電極を省略すること
も可能である。

【００７９】例えば、実施例２の［工程−２３０］にお
いて、マグネトロン１５へのマイクロ波電力の供給、処
理室１０への水素ガス及び酸素ガスの導入を中止するこ
となく加熱手段１２によってシリコン半導体基板３０を
８００゜Ｃまで昇温してもよい。また、実施例３の［工
程−３１０］において、不活性ガス（例えば窒素ガス）
をガス導入部１７から処理室１０内に導入しつつシリコ
ン半導体基板３０の温度を加熱手段によって８５０゜Ｃ
まで昇温したが、その代わりに、例えば塩化水素ガスを
０．１容量％含有する不活性ガス（例えば窒素ガス）を
ガス導入部１７から処理室１０内に導入しつつ、シリコ
ン半導体基板３０の温度を加熱手段によって８５０゜Ｃ
まで昇温してもよい。更には、第１の酸化膜形成工程、
昇温工程、第２の酸化膜形成工程のそれぞれにおける雰
囲気に、例えば塩化水素ガスを含ませてもよい。

【００８０】実施例においては、専らシリコン半導体基
板の表面に絶縁膜を形成したが、本発明の絶縁膜の形成
方法に基づき、基板の上に製膜されたエピタキシャルシ
リコン層に絶縁膜を形成することもできるし、基板の上
に形成された絶縁層の上に製膜されたポリシリコン層あ
るいはアモルファスシリコン層等の表面に絶縁膜を形成
することもできる。あるいは又、ＳＯＩ構造におけるシ
リコン層の表面に絶縁膜を形成してもよいし、半導体素
子や半導体素子の構成要素が形成された基板やこれらの
上に製膜されたシリコン層の表面に絶縁膜を形成しても
よい。更には、半導体素子や半導体素子の構成要素が形
成された基板やこれらの上に製膜された下地絶縁層の上
に形成されたシリコン層の表面に絶縁膜を形成してもよ
い。酸化膜の形成及び／又は酸化膜の表面の窒化処理
は、枚葉方式だけでなく、複数の半導体層を同時に処理
するバッチ方式にて行うこともできる。

【００８１】あるいは又、実施例において０．１％フッ
化水素酸水溶液及び純水により半導体層の表面洗浄を行
った後、半導体層をプラズマ窒化処理装置や酸化膜形成
装置（以下、これらの装置を総称してプラズマ処理装置
等と呼ぶ）に搬入したが、半導体層の表面洗浄からプラ
ズマ窒化処理装置等への搬入までの雰囲気を、不活性ガ
ス（例えば窒素ガス）雰囲気としてもよい。尚、このよ
うな雰囲気は、例えば、半導体層の表面洗浄装置の雰囲
気を不活性ガス雰囲気とし、且つ、不活性ガスが充填さ
れた搬送用ボックス内に半導体層（例えばシリコン半導
体基板）を納めてプラズマ窒化処理装置等に搬入する方
法や、図４に模式図を示すように、表面洗浄装置、プラ
ズマ窒化処理装置等、搬送路、ローダー及びアンローダ
ーから構成されたクラスターツール装置を用い、表面洗
浄装置からプラズマ窒化処理装置等までを搬送路で結
び、かかる表面洗浄装置、搬送路及びプラズマ窒化処理
装置等の雰囲気を不活性ガス雰囲気とする方法によって
達成することができる。

【００８２】あるいは又、０．１％フッ化水素酸水溶液
及び純水により半導体層の表面洗浄を行う代わりに、表
５に例示する条件にて、無水フッ化水素ガスを用いた気
相洗浄法によって半導体層の表面洗浄を行ってもよい。
尚、パーティクルの発生防止のためにメタノールを添加
する。あるいは又、表６に例示する条件にて、塩化水素
ガスを用いた気相洗浄法によって半導体層の表面洗浄を
行ってもよい。尚、半導体層の表面洗浄開始前あるいは
表面洗浄完了後における表面洗浄装置内の雰囲気や搬送
路等内の雰囲気は、不活性ガス雰囲気としてもよいし、
例えば１．３×１０^-1Ｐａ（１０^-3Torr）程度の真空雰
囲気としてもよい。尚、搬送路等内の雰囲気を真空雰囲
気とする場合には、半導体層を搬入する際のプラズマ窒
化処理装置等の雰囲気を例えば１．３×１０^-1Ｐａ（１
０^-3Torr）程度の真空雰囲気としておき、半導体層の搬
入完了後、プラズマ窒化処理装置等の雰囲気を不活性ガ
ス（例えば窒素ガス）雰囲気とすればよい。

【００８３】［表５］無水フッ化水素ガス：３００ＳＣＣＭメタノール蒸気：８０ＳＣＣＭ窒素ガス：１０００ＳＣＣＭ圧力：０．３Ｐａ温度：６０゜Ｃ

【００８４】［表６］塩化水素ガス／窒素ガス：１容量％温度：８００゜Ｃ

【００８５】これらの方法を採用することによって、酸
化膜の形成前に半導体層の表面を汚染等の無い状態に保
つことができる結果、形成された酸化膜中に水分や有機
物、あるいは又、例えばＳｉ−ＯＨが取り込まれ、形成
された酸化膜の特性が低下しあるいは欠陥部分が発生す
ることを、効果的に防ぐことができる。

【００８６】先に説明したように、プラズマ酸化法を採
用する場合、酸化膜の形成において、処理室１０内に水
素ガス及び酸素ガスを導入するが、この際、水素ガスが
処理室１０内に流入し、系外に流出することによって爆
鳴気反応が生じることを防止するため、且つ、半導体層
にドライ酸化膜が形成されることを防止するために、例
えば、実施例１の［工程−１２０］において、ガス導入
部１７から処理室１０内に例えば流量１０ＳＬＭの希釈
用ガスとしての不活性ガス（例えば窒素ガス）を導入し
ながら、ガス導入部１６Ａから処理室１０内に流量０．
２ＳＬＭの水素ガスを導入し、その後、例えばガス導入
部１６Ｂから処理室１０内に例えば流量１０ＳＬＭの酸
素ガスの導入を開始し、希釈用の不活性ガスの処理室１
０内への導入を中止すればよい。次いで、マグネトロン
１５にマイクロ波電力を供給し、マグネトロン１５にて
生成した２．４５ＧＨｚのマイクロ波をマイクロ波導波
管１４を介して処理室１０のプラズマ生成領域１０Ａに
導入する。このような操作によって、水蒸気生成前の処
理室１０内における水素ガス濃度は十分に低い値とな
り、爆鳴気反応が生じることを確実に防止することがで
き、しかも、ドライ酸化膜の形成を確実に防止すること
ができる。

【００８７】

【発明の効果】本発明においては、第１電極及び第２電
極を作動させることによって、プラズマ密度の制御と酸
化膜への反応種の進入エネルギーの制御を独立して行う
ことが可能となり、酸化膜の表面が窒化されるように窒
素分子、窒素分子イオン、窒素原子若しくは窒素原子イ
オンを酸化膜に浅く導入することができる。そして、酸
化膜の表面を窒化するので、電流駆動能力の低下等の半
導体素子特性への悪影響がない。更には、酸化膜を窒化
するので、例えばゲート電極形成後の半導体装置製造工
程における各種の熱処理によってゲート電極に含まれる
ｐ形不純物がゲート絶縁膜を通過して半導体層まで到達
する結果、ＰＭＯＳ半導体素子の閾値電圧が変動すると
いった現象を確実に回避することができる。

【００８８】尚、水素ガス及び酸素ガスに電磁波を照射
する方法によって生成した水蒸気に基づき酸化膜を形成
すれば、本質的に１つのプラズマ窒化処理装置内で絶縁
膜若しくはゲート絶縁膜の形成を行うことが可能とな
り、絶縁膜若しくはゲート絶縁膜の形成のための装置が
１つで済み、装置構成を簡素化することができる。ま
た、酸化速度が抑制・制御された状態で水蒸気を容易に
且つ確実に生成させることが可能となり、加湿酸化法に
よって薄い酸化膜を形成することができる。しかも、水
蒸気を用いた酸化法によって酸化膜を形成するので、優
れた経時絶縁破壊（ＴＤＤＢ）特性を有する酸化膜を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法の実施に適したプラズマ窒化処理
装置の概念図である。

【図２】実施例１の絶縁膜の形成方法を説明するための
シリコン半導体基板等の模式的な一部断面図である。

【図３】パイロジェニック酸化法に基づき酸化膜を形成
するための縦型方式の酸化膜形成装置の概念図である。

【図４】クラスターツール装置の模式図である。

【符号の説明】

１０・・・処理室、１０Ａ・・・プラズマ生成領域、１
０Ｂ・・・プラズマ窒化処理領域、１１・・・ステー
ジ、１２・・・加熱手段、１３・・・磁石、１４・・・
マイクロ波導波管、１５・・・マグネトロン、１６Ａ，
１６Ｂ，１６Ｃ，１７・・・ガス導入部、１８・・・ガ
ス排気部、２０・・・第１電極、２１・・・第２電極、
３０・・・シリコン半導体基板、３１・・・素子分離領
域、３２・・・絶縁膜（ゲート絶縁膜）、３３・・・ゲ
ート電極、３４・・・サイドウオール、３５・・・ソー
ス／ドレイン領域、３６・・・層間絶縁層、３７・・・
配線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5F045 AA20 AB32 AB33 AB34 AC01 AC02 AC05 AC11 AC15 AC16 AC17 AD11 AD12 AD13 AD14 AD15 AD16 BB16 CA05 CA15 DC51 DP01 DP02 DP03 DP19 DQ10 EH03 EH16 EH17 EK07 HA04 HA16 5F058 BA01 BB04 BC02 BC08 BC11 BD01 BD03 BD04 BD09 BD10 BD15 BE03 BF51 BF52 BF53 BF55 BF56 BF63 BF72 BF73 BF74 BH01 BJ01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（Ａ）窒素系ガスに電磁波を照射すること
によって、励起状態の窒素分子、窒素分子イオン、窒素
原子若しくは窒素原子イオンを生成させるプラズマ生成
領域、及び、（Ｂ）プラズマ窒化処理領域、を有する処理室を備え、
酸化膜の表面を窒化するためのプラズマ窒化処理装置で
あって、プラズマ窒化処理領域には、プラズマ生成領域側から、プラズマ生成領域と等電位若しくはプラズマ生成領域よ
りも負の電位が印加される第１電極、及び、第１電極よりも正の電位が印加される第２電極、が配設
されていることを特徴とするプラズマ窒化処理装置。
【請求項２】第１電極に、プラズマ生成領域よりも負の
電位を印加することによって、プラズマ生成領域からプ
ラズマをプラズマ窒化処理領域に引き出し、第２電極に、第１電極よりも正の電位を印加することに
よって、プラズマ生成領域から引き出されたプラズマを
減速させることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ
窒化処理装置。
【請求項３】電磁波はマイクロ波であることを特徴とす
る請求項１に記載のプラズマ窒化処理装置。
【請求項４】（Ａ）窒素系ガスに電磁波を照射すること
によって、励起状態の窒素分子、窒素分子イオン、窒素
原子若しくは窒素原子イオンを生成させるプラズマ生成
領域、及び、（Ｂ）プラズマ窒化処理領域、を有する処理室を備え、プラズマ窒化処理領域には、プラズマ生成領域側から、プラズマ生成領域と等電位若しくはプラズマ生成領域よ
りも負の電位が印加される第１電極、及び、第１電極よりも正の電位が印加される第２電極、が配設
されているプラズマ窒化処理装置を用いた絶縁膜の形成
方法であって、（イ）基板表面の半導体層を酸化することによって酸化
膜を形成する工程と、（ロ）プラズマ窒化処理装置のプラズマ窒化処理領域に
基板を配置し、プラズマ生成領域にて生成した励起状態
の窒素分子、窒素分子イオン、窒素原子若しくは窒素原
子イオンを用いて、該酸化膜の表面に窒化処理を施す工
程、から成ることを特徴とする絶縁膜の形成方法。
【請求項５】第１電極に、プラズマ生成領域よりも負の
電位を印加することによって、プラズマ生成領域からプ
ラズマをプラズマ窒化処理領域に引き出し、第２電極に、第１電極よりも正の電位を印加することに
よって、プラズマ生成領域から引き出されたプラズマを
減速させた状態で酸化膜に衝突させることを特徴とする
請求項４に記載の絶縁膜の形成方法。
【請求項６】前記工程（イ）は、基板をプラズマ窒化処
理装置のプラズマ窒化処理領域に搬入した後、水素ガス
及び酸素ガスに電磁波を照射することによって水蒸気を
プラズマ生成領域にて生成させ、該水蒸気を用いて基板
表面の半導体層を酸化する工程から成ることを特徴とす
る請求項４に記載の絶縁膜の形成方法。
【請求項７】電磁波はマイクロ波であることを特徴とす
る請求項４に記載の絶縁膜の形成方法。
【請求項８】（ａ）半導体層の表面にゲート絶縁膜を形
成する工程と、（ｂ）該ゲート絶縁膜上にｐ形不純物を含むシリコン層
から成るゲート電極を形成する工程、を含むｐ形半導体
素子の製造方法であって、工程（ａ）は、（イ）基板表面の半導体層を酸化することによって酸化
膜を形成する工程と、（ロ）（Ａ）窒素系ガスに電磁波を照射することによっ
て、励起状態の窒素分子、窒素分子イオン、窒素原子若
しくは窒素原子イオンを生成させるプラズマ生成領域、
及び、（Ｂ）プラズマ窒化処理領域、を有する処理室を備え、プラズマ窒化処理領域には、プラズマ生成領域側から、プラズマ生成領域と等電位若しくはプラズマ生成領域よ
りも負の電位が印加される第１電極、及び、第１電極よりも正の電位が印加される第２電極、が配設
されているプラズマ窒化処理装置を用い、プラズマ窒化処理装置のプラズマ窒化処理領域に基板を
配置し、プラズマ生成領域にて生成した励起状態の窒素
分子、窒素分子イオン、窒素原子若しくは窒素原子イオ
ンを用いて、該酸化膜の表面に窒化処理を施す工程、か
ら成ることを特徴とするｐ形半導体素子の製造方法。
【請求項９】第１電極に、プラズマ生成領域よりも負の
電位を印加することによって、プラズマ生成領域からプ
ラズマをプラズマ窒化処理領域に引き出し、第２電極に、第１電極よりも正の電位を印加することに
よって、プラズマ生成領域から引き出されたプラズマを
減速させた状態で酸化膜に衝突させることを特徴とする
請求項８に記載のｐ形半導体素子の製造方法。
【請求項１０】前記工程（イ）は、基板をプラズマ窒化
処理装置のプラズマ窒化処理領域に搬入した後、水素ガ
ス及び酸素ガスに電磁波を照射することによって水蒸気
をプラズマ生成領域にて生成させ、該水蒸気を用いて基
板表面の半導体層を酸化する工程から成ることを特徴と
する請求項８に記載のｐ形半導体素子の製造方法。
【請求項１１】電磁波はマイクロ波であることを特徴と
する請求項８に記載のｐ形半導体素子の製造方法。