特許 7393376 半導体装置の製造方法、基板処理方法、プログラム及び基板処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-28

(45)【発行日】2023-12-06

(54)【発明の名称】半導体装置の製造方法、基板処理方法、プログラム及び基板処理装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/31 20060101AFI20231129BHJP

   H01L 21/316 20060101ALI20231129BHJP

   H01L 21/318 20060101ALI20231129BHJP

   C23C 16/50 20060101ALI20231129BHJP

   C23C 16/42 20060101ALI20231129BHJP

【ＦＩ】

H01L21/31 C

H01L21/316 X

H01L21/318 B

H01L21/318 C

C23C16/50

C23C16/42

【請求項の数】 22

(21)【出願番号】P 2021045939

(22)【出願日】2021-03-19

(65)【公開番号】P2022144780

(43)【公開日】2022-10-03

【審査請求日】2021-09-24

(73)【特許権者】

【識別番号】318009126

【氏名又は名称】株式会社ＫＯＫＵＳＡＩ ＥＬＥＣＴＲＩＣ

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】上田 立志

(72)【発明者】

【氏名】中山 雅則

(72)【発明者】

【氏名】舟木 克典

(72)【発明者】

【氏名】坪田 康寿

(72)【発明者】

【氏名】井川 博登

(72)【発明者】

【氏名】山角 宥貴

(72)【発明者】

【氏名】岸本 宗樹

(72)【発明者】

【氏名】竹島 雄一郎

(72)【発明者】

【氏名】市村 圭太

【審査官】船越 亮

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２００７／０３４８７１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－０３３２４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００６／０１６６４２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１８／１７９０３８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００３－０４５９５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１５－５３２０１６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０１Ｌ ２１／３１２－２１／３２

Ｈ０１Ｌ ２１／３６５

Ｈ０１Ｌ ２１／４６９－２１／４７５

Ｈ０１Ｌ ２１／８６

Ｃ２３Ｃ １６／００－１６／５６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

（ａ）酸素及び水素を含む処理ガスをプラズマ励起して反応種を生成する工程と、
（ｂ）前記反応種を基板に供給し、前記基板の上にそれぞれ露出するように形成されたシリコン膜及びシリコン窒化膜の表面を酸化する工程と、を有し、
前記処理ガスに含まれる酸素と水素の合計に対する、前記水素の比率を２０％以下として、（ｂ）において前記シリコン膜の表面を酸化して形成される第１の酸化層の厚さに対する前記シリコン窒化膜の表面を酸化して形成される第２の酸化層の厚さの比率が６７％以上９０％以下の所定の厚さ比率となるように調整されている、
半導体装置の製造方法。

【請求項2】

（ｃ）前記第１の酸化層の厚さに対する前記第２の酸化層の厚さの比率が前記所定の厚さ比率となるように、前記処理ガスに含まれる酸素と水素の比率を調整する工程、を更に有する請求項１記載の半導体装置の製造方法。

【請求項3】

（ｃ）では、前記処理ガスに含まれる酸素に対する水素の比率を増大させるように調整することにより、前記第１の酸化層の厚さに対する前記第２の酸化層の厚さの比率を小さくする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項4】

前記処理ガスに含まれる酸素と水素の比率は、予め取得された前記所定の厚さ比率に対応する値に調整される請求項１に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項5】

（ａ）では、少なくとも酸素活性種及び水素活性種を前記反応種として生成する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項6】

前記処理ガスに含まれる酸素と水素の比率は、（ｂ）において前記基板に供給される前記酸素活性種の量と前記水素活性種の量の比率が、前記所定の厚さ比率に対応する活性種比率となるように調整されている請求項５に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項7】

（ａ）及び（ｂ）において前記処理ガスとして酸素のみ含むガスを用いた場合における、前記第１の酸化層の厚さに対する前記第２の酸化層の厚さの比率よりも、前記所定の厚さ比率は小さい値である請求項１に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項8】

前記処理ガスに含まれる酸素と水素の比率は、前記第１の酸化層の厚さに対する前記第２の酸化層の厚さの比率が８０％以下となるように調整されている請求項１に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項9】

前記処理ガスに含まれる酸素と水素の比率は、前記処理ガスに含まれる酸素と水素の合計に対する水素の比率が１０％以上となるように調整されている請求項１に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項10】

前記処理ガスに含まれる酸素と水素の比率は、前記第１の酸化層の厚さに対する前記第２の酸化層の厚さの比率が７０％以下となるように調整されている請求項１に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項11】

前記処理ガスは、酸素含有ガスと水素含有ガスの混合ガスである請求項１に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項12】

前記酸素含有ガスは酸素ガスであり、前記水素含有ガスは水素ガスである請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項13】

前記処理ガスに含まれる酸素と水素の比率は、前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスの流量比を制御することにより調整されている請求項１１又は１２に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項14】

前記シリコン膜は、単結晶シリコン、非結晶シリコン、多結晶シリコンの少なくともいずれかにより構成されている請求項１に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項15】

前記シリコン膜及び前記シリコン窒化膜は、前記基板上に形成された凹部の内側で露出し、前記シリコン膜が前記凹部の底を構成しており、
（ｂ）では、前記凹部の底を構成する前記シリコン膜の露出面に全体に均一な厚さの前記第１の酸化層を形成する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項16】

（ａ）では、前記処理ガスを前記基板が収容された処理室内に供給し、前記処理室内に供給された前記処理ガスをプラズマ励起する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項17】

（ａ）酸素含有ガスをプラズマ励起して酸素活性種を生成する工程と、
（ｂ）水素含有ガスをプラズマ励起して水素活性種を生成する工程と、
（ｃ）前記酸素活性種及び前記水素活性種を基板に供給し、前記基板の上にそれぞれ露出するように形成されたシリコン膜及びシリコン窒化膜の表面を酸化する工程と、を有し、
前記基板に供給される前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスとの合計に対する、前記水素含有ガスの比率を２０％以下として、前記酸素活性種と前記水素活性種の比率が、（ｃ）において前記シリコン膜の表面を酸化して形成される第１の酸化層の厚さに対する前記シリコン窒化膜の表面を酸化して形成される第２の酸化層の厚さの比率が６７％以上９０％以下の所定の厚さ比率となるように調整されている、
半導体装置の製造方法。

【請求項18】

前記酸素活性種は第１プラズマ励起室において生成され、前記水素活性種は第２プラズマ励起室において生成される請求項１７に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項19】

前記基板に供給される前記酸素活性種と前記水素活性種の量の比率は、
前記第１プラズマ励起室に供給される前記酸素含有ガスと前記第２プラズマ励起室に供給される前記水素含有ガスの流量比、および、前記第１プラズマ励起室に供給される前記酸素含有ガスを励起する高周波電力と前記第２プラズマ励起室に供給される前記水素含有ガスを励起する高周波電力の電力比、
の少なくともいずれかを制御することにより調整される請求項１８に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項20】

（ａ）酸素及び水素を含む処理ガスをプラズマ励起して反応種を生成する工程と、
（ｂ）前記反応種を基板に供給し、前記基板の上にそれぞれ露出するように形成されたシリコン膜及びシリコン窒化膜の表面を酸化する工程と、を有し、
前記処理ガスに含まれる酸素と水素の合計に対する、前記水素の比率を２０％以下として、（ｂ）において前記シリコン膜の表面を酸化して形成される第１の酸化層の厚さに対する前記シリコン窒化膜の表面を酸化して形成される第２の酸化層の厚さの比率が６７％以上９０％以下の所定の厚さ比率となるように調整されている、
基板処理方法。

【請求項21】

（ａ）基板処理装置の処理室内に基板を搬入する手順と、
（ｂ）酸素及び水素を含む処理ガスをプラズマ励起して反応種を生成する手順と、
（ｃ）前記反応種を前記基板に供給し、前記基板の上にそれぞれ露出するように形成されたシリコン膜及びシリコン窒化膜の表面を酸化する手順と、
をコンピュータにより前記基板処理装置に実行させるプログラムであって、
前記処理ガスに含まれる酸素と水素の合計に対する、前記水素の比率を２０％以下として、（ｃ）において前記シリコン膜の表面を酸化して形成される第１の酸化層の厚さに対する前記シリコン窒化膜の表面を酸化して形成される第２の酸化層の厚さの比率が６７％以上９０％以下の所定の厚さ比率となるように調整されているプログラム。

【請求項22】

基板が収容される処理室と、
酸素及び水素を含む処理ガスを前記処理室内に供給する処理ガス供給系と、
前記処理室内に供給された前記処理ガスをプラズマ励起するプラズマ生成機構と、
（ａ）前記処理室内に供給された前記処理ガスをプラズマ励起して反応種を生成する処理と、
（ｂ）前記反応種を前記処理室に収容された前記基板に供給し、前記基板の上にそれぞれ露出するように形成されたシリコン膜及びシリコン窒化膜の表面を酸化する処理と、
を行うように前記処理ガス供給系及び前記プラズマ生成機構を制御可能に構成された制御部と、を備え、
前記処理ガスに含まれる酸素と水素の合計に対する、前記水素の比率を２０％以下として、（ｂ）において前記シリコン膜の表面を酸化して形成される第１の酸化層の厚さに対する前記シリコン窒化膜の表面を酸化して形成される第２の酸化層の厚さの比率が６７％以上９０％以下の所定の厚さ比率となるように調整されている
基板処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、半導体装置の製造方法、基板処理方法、プログラム及び基板処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、フラッシュメモリ等の半導体装置は高集積化の傾向にある。それに伴い、パターンサイズが著しく微細化されている。これらのパターンを形成する際、製造工程の一工程として、基板に酸化処理や窒化処理等の所定の処理を行う工程が実施される場合がある。

【0003】

例えば、特許文献１及び特許文献２には、プラズマ励起した処理ガスを用いて基板上に形成されたパターン表面を改質処理することが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】国際公開第２０１６／１２５６０６号パンフレット

【文献】特開２０１４－７５５７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

基板上に形成されたシリコン膜とシリコン窒化膜を選択的に酸化して酸化層を形成することが求められることがある。

【0006】

本開示の課題は、プラズマ励起された酸素含有ガスを用いて基板上に形成されたシリコン膜とシリコン窒化膜を酸化する際、これらの膜を選択的に酸化して酸化層を形成することが可能な技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一態様によれば、
（ａ）酸素及び水素を含む処理ガスをプラズマ励起して反応種を生成する工程と、
（ｂ）前記反応種を基板に供給し、前記基板の上にそれぞれ露出するように形成されたシリコン膜及びシリコン窒化膜の表面を酸化する工程と、
を有し、
前記処理ガスに含まれる酸素と水素の比率は、（ｂ）において前記シリコン膜の表面を酸化して形成される第１の酸化層の厚さに対する前記シリコン窒化膜の表面を酸化して形成される第２の酸化層の厚さの比率が所定の厚さ比率となるように調整されている、
技術が提供される。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、プラズマ励起された酸素含有ガスを用いて基板上に形成されたシリコン膜とシリコン窒化膜を酸化する際、これらの膜を選択的に酸化して酸化層を形成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本開示の一態様で好適に用いられる基板処理装置の概略構成図であり、処理炉部分を縦断面図で示す図である。

【図2】本開示の一態様におけるプラズマの発生原理を例示する図である。

【図3】本開示の一態様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り、コントローラの制御系をブロック図で示す図である。

【図4】本開示の一態様における基板処理工程を示すフロー図である。

【図5】図５（Ａ）は、本開示の一態様における基板処理工程で処理される凹部が形成された基板の説明図である。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の基板に対して本開示の一態様における基板処理工程を行った場合の基板の説明図である。

【図6】本開示の一態様で好適に用いられる基板処理装置の変形例を示す図である。

【図7】処理ガスに含まれる水素の比率と、シリコン膜に対するシリコン窒化膜の酸化比率の関係を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

＜本開示の一態様＞
以下、本開示の一態様について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において用いられる図面は、いずれも模式的なものであり、図面に示される、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は、現実のものとは必ずしも一致していない。また、複数の図面の相互間においても、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は必ずしも一致していない。

【0011】

［第１実施形態］
（１）基板処理装置
本開示の第１実施形態に係る基板処理装置について、図１及び図２を用いて以下に説明する。本実施形態に係る基板処理装置は、主に基板としてのウエハ２００面上に形成された膜に対して酸化処理を行うように構成されている。

【0012】

（処理室）
基板処理装置１００は、ウエハ２００をプラズマ処理する処理炉２０２を備えている。処理炉２０２には、処理室２０１を構成する処理容器２０３が設けられている。処理容器２０３は、第１の容器であるドーム型の上側容器２１０と、第２の容器である碗型の下側容器２１１とを備えている。上側容器２１０が下側容器２１１の上に被さることにより、処理室２０１が形成される。上側容器２１０は、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）または石英（ＳｉＯ₂）等の非金属材料で形成されており、下側容器２１１は、例えばアルミニウム（Ａｌ）で形成されている。

【0013】

また、下側容器２１１の下部側壁には、ゲートバルブ２４４が設けられている。ゲートバルブ２４４は、開いているとき、搬送機構（図示せず）を用いて、搬入出口２４５を介して、処理室２０１内へウエハ２００を搬入したり、処理室２０１外へとウエハ２００を搬出したりすることができるように構成されている。ゲートバルブ２４４は、閉まっているときには、処理室２０１内の気密性を保持する仕切弁となるように構成されている。

【0014】

処理室２０１は、周囲に共振コイル２１２が設けられているプラズマ生成空間２０１ａと、プラズマ生成空間２０１ａに連通し、ウエハ２００が処理される基板処理空間２０１ｂを有する。プラズマ生成空間２０１ａはプラズマが生成される空間であって、処理室の内、共振コイル２１２の下端より上方であって、且つ共振コイル２１２の上端より下方の空間を言う。一方、基板処理空間２０１ｂは、ウエハ２００がプラズマを用いて処理される空間であって、共振コイル２１２の下端より下方の空間を言う。本実施形態では、プラズマ生成空間２０１ａと基板処理空間２０１ｂの水平方向の径は略同一となるように構成されている。

【0015】

（サセプタ）
処理室２０１の底側中央には、ウエハ２００を載置する基板載置部としてのサセプタ２１７が配置されている。サセプタ２１７は例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、セラミックス、石英等の非金属材料から形成されており、ウエハ２００上に形成される膜等に対する金属汚染を低減することができるように構成されている。

【0016】

サセプタ２１７の内部には、加熱機構としてのヒータ２１７ｂが一体的に埋め込まれている。ヒータ２１７ｂは、電力が供給されると、ウエハ２００表面を例えば２５℃から７５０℃程度まで加熱することができるように構成されている。

【0017】

サセプタ２１７は、下側容器２１１とは電気的に絶縁されている。インピーダンス調整電極２１７ｃは、サセプタ２１７に載置されたウエハ２００上に生成されるプラズマの密度の均一性をより向上させるために、サセプタ２１７内部に設けられており、インピーダンス調整部としてのインピーダンス可変機構２７５を介して接地されている。インピーダンス可変機構２７５はコイルや可変コンデンサから構成されており、コイルのインダクタンス及び抵抗並びに可変コンデンサの容量値を制御することにより、インピーダンスを約０Ωから処理室２０１の寄生インピーダンス値の範囲内で変化させることができるように構成されている。これによって、インピーダンス調整電極２１７ｃ及びサセプタ２１７を介して、ウエハ２００の電位（バイアス電圧）を制御できる。

【0018】

サセプタ２１７には、サセプタを昇降させる駆動機構を備えるサセプタ昇降機構２６８が設けられている。また、サセプタ２１７には貫通孔２１７ａが設けられるとともに、下側容器２１１の底面にはウエハ突上げピン２６６が設けられている。貫通孔２１７ａとウエハ突上げピン２６６とは互いに対向する位置に、少なくとも各３箇所ずつ設けられている。サセプタ昇降機構２６８によりサセプタ２１７が下降させられたときには、ウエハ突上げピン２６６がサセプタ２１７とは非接触な状態で、貫通孔２１７ａを突き抜けるように構成されている。主に、サセプタ２１７及びヒータ２１７ｂ、インピーダンス電極２１７ｃにより、本実施形態に係る基板載置部が構成されている。

【0019】

（ガス供給部）
処理室２０１の上方、つまり上側容器２１０の上部には、ガス供給ヘッド２３６が設けられている。ガス供給ヘッド２３６は、キャップ状の蓋体２３３と、ガス導入口２３４と、バッファ室２３７と、開口２３８と、遮蔽プレート２４０と、ガス吹出口２３９とを備え、処理ガスを処理室２０１内へ供給できるように構成されている。バッファ室２３７は、ガス導入口２３４より導入される処理ガスを分散する分散空間としての機能を持つ。

【0020】

ガス導入口２３４には、酸素（Ｏ）含有ガスを供給する酸素含有ガス供給管２３２ａの下流端と、水素（Ｈ）含有ガスを供給する水素含有ガス供給管２３２ｂの下流端と、不活性ガスを供給する不活性ガス供給管２３２ｃと、が合流するように接続されている。酸素含有ガス供給管２３２ａには、上流側から順に、Ｏ含有ガス供給源２５０ａ、流量制御装置としてのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２５２ａ、開閉弁としてのバルブ２５３ａが設けられている。水素含有ガス供給管２３２ｂには、上流側から順に、Ｈ含有ガス供給源２５０ｂ、ＭＦＣ２５２ｂ、バルブ２５３ｂが設けられている。不活性ガス供給管２３２ｃには、上流側から順に、不活性ガス供給源２５０ｃ、ＭＦＣ２５２ｃ、バルブ２５３ｃが設けられている。酸素含有ガス供給管２３２ａと水素含有ガス供給管２３２ｂと不活性ガス供給管２３２ｃとが合流した下流側には、バルブ２４３ａが設けられ、ガス導入口２３４の上流端に接続されている。バルブ２５３ａ，２５３ｂ，２５３ｃ，２４３ａを開閉させることによって、ＭＦＣ２５２ａ，２５２ｂ，２５２ｃによりそれぞれのガスの流量を調整しつつ、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂ，２３２ｃを介して、Ｏ含有ガス、Ｈ含有ガス、不活性ガス等の処理ガスを処理室２０１内へ供給できるように構成されている。

【0021】

主に、ガス供給ヘッド２３６（蓋体２３３、ガス導入口２３４、バッファ室２３７、開口２３８、遮蔽プレート２４０、ガス吹出口２３９）、酸素含有ガス供給管２３２ａ、水素含有ガス供給管２３２ｂ、不活性ガス供給管２３２ｃ、ＭＦＣ２５２ａ，２５２ｂ，２５２ｃ、バルブ２５３ａ，２５３ｂ，２５３ｃ，２４３ａにより、本実施形態に係る処理ガス供給部（処理ガス供給系）が構成されている。

【0022】

また、ガス供給ヘッド２３６、酸素含有ガス供給管２３２ａ、ＭＦＣ２５２ａ、バルブ２５３ａ，２４３ａにより、本実施形態に係る酸素含有ガス供給系が構成されている。さらに、ガス供給ヘッド２３６、水素含有ガス供給管２３２ｂ、ＭＦＣ２５２ｂ、バルブ２５３ｂ，２４３ａにより、本実施形態に係る水素含有ガス供給系が構成されている。さらに、ガス供給ヘッド２３６、不活性ガス供給管２３２ｃ、ＭＦＣ２５２ｃ、バルブ２５３ｃ，２４３ａにより、本実施形態に係る不活性ガス供給系が構成されている。

【0023】

（排気部）
下側容器２１１の側壁には、処理室２０１内から処理ガスを排気するガス排気口２３５が設けられている。ガス排気口２３５には、ガス排気管２３１の上流端が接続されている。ガス排気管２３１には、上流側から順に圧力調整器（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４２、開閉弁としてのバルブ２４３ｂ、真空排気装置としての真空ポンプ２４６が設けられている。主に、ガス排気口２３５、ガス排気管２３１、ＡＰＣバルブ２４２、バルブ２４３ｂにより、本実施形態に係る排気部が構成されている。尚、真空ポンプ２４６を排気部に含めても良い。

【0024】

（プラズマ生成部）
処理室２０１の外周部、すなわち上側容器２１０の側壁の外側には、処理室２０１を囲うように、第１の電極としての、螺旋状の共振コイル２１２が設けられている。共振コイル２１２には、ＲＦセンサ２７２、高周波電源２７３、高周波電源２７３のインピーダンスや出力周波数の整合を行う整合器２７４が接続される。

【0025】

高周波電源２７３は、共振コイル２１２に高周波電力（ＲＦ電力）を供給するものである。ＲＦセンサ２７２は高周波電源２７３の出力側に設けられ、供給される高周波の進行波や反射波の情報をモニタするものである。ＲＦセンサ２７２によってモニタされた反射波電力は整合器２７４に入力され、整合器２７４は、ＲＦセンサ２７２から入力された反射波の情報に基づいて、反射波が最小となるよう、高周波電源２７３のインピーダンスや出力される高周波電力の周波数を制御するものである。

【0026】

高周波電源２７３は、発振周波数および出力を規定するための高周波発振回路およびプリアンプを含む電源制御手段（コントロール回路）と、所定の出力に増幅するための増幅器（出力回路）とを備えている。電源制御手段は、操作パネルを通じて予め設定された周波数および電力に関する出力条件に基づいて増幅器を制御する。増幅器は、共振コイル２１２に伝送線路を介して一定の高周波電力を供給する。

【0027】

共振コイル２１２は、所定の波長の定在波を形成するため、一定の波長で共振するように巻径、巻回ピッチ、巻数が設定される。すなわち、共振コイル２１２の電気的長さは、高周波電源２７３から供給される高周波電力の所定周波数における１波長の整数倍（１倍、２倍、…）に相当する長さに設定される。

【0028】

共振コイル２１２の両端は電気的に接地され、そのうちの少なくとも一端は、装置の最初の設置の際又は処理条件の変更の際に当該共振コイルの電気的長さを微調整するため、可動タップ２１３を介して接地される。図１中の符号２１４は他方の固定グランドを示す。可動タップ２１３は、共振コイル２１２の共振特性を高周波電源２７３と略等しくするように位置が調整される。さらに、装置の最初の設置の際又は処理条件の変更の際に共振コイル２１２のインピーダンスを微調整するため、共振コイル２１２の接地された両端の間には、可動タップ２１５によって給電部が構成される。共振コイル２１２が可変式グランド部及び可変式給電部を備えていることによって、後述するように、処理室２０１の共振周波数及び負荷インピーダンスを調整するにあたり、より一層簡便に調整することができる。

【0029】

遮蔽板２２３は、共振コイル２１２の外側の電界を遮蔽すると共に、共振回路を構成するのに必要な容量成分（Ｃ成分）を共振コイル２１２との間に形成するために設けられる。遮蔽板２２３は、一般的には、アルミニウム合金などの導電性材料を使用して円筒状に構成される。

【0030】

主に、共振コイル２１２、ＲＦセンサ２７２、整合器２７４により、本実施形態に係るプラズマ生成部（プラズマ生成機構）が構成されている。尚、プラズマ生成部として高周波電源２７３を含めても良い。

【0031】

ここで、本実施形態に係る装置のプラズマ生成原理および生成されるプラズマの性質について図２を用いて説明する。

【0032】

共振コイル２１２によって構成されるプラズマ発生回路はＲＬＣの並列共振回路で構成される。高周波電源２７３から供給される高周波電力の波長と共振コイル２１２の電気的長さが同じ場合、共振コイル２１２の共振条件は、共振コイル２１２の容量成分や誘導成分によって作り出されるリアクタンス成分が相殺され、純抵抗になることである。しかしながら、上記プラズマ発生回路においては、プラズマを発生させた場合、共振コイル２１２の電圧部とプラズマとの間の容量結合の変動や、プラズマ生成空間２０１ａとプラズマとの間の誘導結合の変動、プラズマの励起状態、等により、実際の共振周波数は僅かながら変動する。

【0033】

そこで、本実施形態においては、プラズマ発生時の共振コイル２１２における共振のずれを電源側で補償するため、プラズマが発生した際の共振コイル２１２からの反射波電力をＲＦセンサ２７２において検出し、検出された反射波電力に基づいて整合器２７４が高周波電源２７３の出力を補正する機能を有する。

【0034】

具体的には、整合器２７４は、ＲＦセンサ２７２において検出されたプラズマが発生した際の共振コイル２１２からの反射波電力に基づいて、反射波電力が最小となる様に高周波電源２７３のインピーダンス或いは出力周波数を増加または減少させる。インピーダンスを制御する場合、整合器２７４は、予め設定されたインピーダンスを補正する可変コンデンサ制御回路により構成され、周波数を制御する場合、整合器２７４は、予め設定された高周波電源２７３の発振周波数を補正する周波数制御回路により構成される。なお、高周波電源２７３と整合器２７４は一体として構成されてもよい。

【0035】

かかる構成により、本実施形態における共振コイル２１２では、図２に示す様に、プラズマを含む当該共振コイルの実際の共振周波数による高周波電力が供給されるので（或いは、プラズマを含む当該共振コイルの実際のインピーダンスに整合するように高周波電力が供給されるので）、位相電圧と逆位相電圧が常に相殺される状態の定在波が形成される。共振コイル２１２の電気的長さが高周波電力の波長と同じ場合、コイルの電気的中点（電圧がゼロのノード）に最も高い位相電流が生起される。従って、電気的中点の近傍においては、処理室壁やサセプタ２１７との容量結合が殆どなく、電気的ポテンシャルの極めて低いドーナツ状の誘導プラズマが形成される。

【0036】

（制御部）
制御部としてのコントローラ２２１は、信号線Ａを通じてＡＰＣバルブ２４２、バルブ２４３ｂ及び真空ポンプ２４６を、信号線Ｂを通じてサセプタ昇降機構２６８を、信号線Ｃを通じてヒータ電力調整機構２７６及びインピーダンス可変機構２７５を、信号線Ｄを通じてゲートバルブ２４４を、信号線Ｅを通じてＲＦセンサ２７２、高周波電源２７３及び整合器２７４を、信号線Ｆを通じてＭＦＣ２５２ａ～２５２ｃ及びバルブ２５３ａ～２５３ｃ，２４３ａを、それぞれ制御するように構成されている。

【0037】

図３に示すように、制御部（制御手段）であるコントローラ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、例えばタッチパネルやディスプレイ等として構成された入出力装置２２５が接続されている。

【0038】

記憶装置２２１ｃは、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等で構成されている。記憶装置２２１ｃ内には、基板処理装置の動作を制御する制御プログラムや、後述する基板処理の手順や条件などが記載されたプログラムレシピ等が読み出し可能に格納されている。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、このプログラム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、プログラム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。

【0039】

Ｉ／Ｏポート２２１ｄは、上述のＭＦＣ２５２ａ～２５２ｃ、バルブ２５３ａ～２５３ｃ，２４３ａ，２４３ｂ、ゲートバルブ２４４、ＡＰＣバルブ２４２、真空ポンプ２４６、ＲＦセンサ２７２、高周波電源２７３、整合器２７４、サセプタ昇降機構２６８、インピーダンス可変機構２７５、ヒータ電力調整機構２７６、等に接続されている。

【0040】

ＣＰＵ２２１ａは、記憶装置２２１ｃからの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２２５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、読み出されたプロセスレシピの内容に沿うように、Ｉ／Ｏポート２２１ｄ及び信号線Ａを通じてＡＰＣバルブ２４２の開度調整動作、バルブ２４３ｂ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を通じてヒータ電力調整機構２７６によるヒータ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２７５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ＲＦセンサ２７２、整合器２７４及び高周波電源２７３の動作を、信号線Ｆを通じてＭＦＣ２５２ａ～２５２ｃによる各種ガスの流量調整動作、及びバルブ２５３ａ～２５３ｃ，２４３ａの開閉動作、等を制御することが可能なように構成されている。

【0041】

コントローラ２２１は、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などの光磁気ディスク、ＵＳＢメモリやメモリカード等の半導体メモリ）２２６に格納された上述のプログラムをコンピュータにインストールすることにより構成することができる。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ている。以下、これらを総称して、単に記録媒体ともいう。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有る。なお、コンピュータへのプログラムの提供は、外部記憶装置２２６を用いず、インターネットや専用回線等の通信手段を用いて行ってもよい。

【0042】

（２）基板処理工程
次に、本開示の一態様における基板処理工程について、主に図４を用いて説明する。図４は、本開示の一態様における基板処理工程を示すフロー図である。本開示の一態様における基板処理工程は、例えばフラッシュメモリ等の半導体デバイスの製造工程の一工程として、上述の基板処理装置１００により実施される。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。

【0043】

なお、本開示の一態様における基板処理工程で処理されるウエハ２００上には、例えば図５（Ａ）に示すような、少なくとも表面にシリコン（Ｓｉ）膜３０２とシリコン窒化（ＳｉＮ）膜３０３が形成された凹部３０１が予め形成されている。すなわち、本基板処理工程で処理されるウエハ２００は、Ｓｉ膜３０２及びＳｉＮ膜３０３が、ウエハ２００上に形成された凹部３０１の内側で露出し、Ｓｉ膜３０２が凹部３０１の底を構成している。凹部３０１は、例えばトレンチやホールであって、凹部３０１のアスペクト比は２０以上である。本基板処理工程においては、凹部３０１に対して、プラズマを用いた処理として酸化処理を行う。Ｓｉ膜３０２は、単結晶シリコン（ｃ－Ｓｉ）、非結晶シリコン（ａ－Ｓｉ）、多結晶シリコン（Ｐｏｌｙ－Ｓｉ）の少なくともいずれかにより構成されている。

【0044】

（基板搬入工程Ｓ１１０）
まず、上記のウエハ２００を処理室２０１内に搬入する。具体的には、サセプタ昇降機構２６８がウエハ２００の搬送位置までサセプタ２１７を下降させて、サセプタ２１７の貫通孔２１７ａにウエハ突上げピン２６６を貫通させる。その結果、ウエハ突き上げピン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。

【0045】

続いて、ゲートバルブ２４４を開き、処理室２０１に隣接する真空搬送室から、ウエハ搬送機構（図示せず）を用いて処理室２０１内にウエハ２００を搬入する。搬入されたウエハ２００は、サセプタ２１７の表面から突出したウエハ突上げピン２６６上に水平姿勢で支持される。処理室２０１内にウエハ２００を搬入したら、ウエハ搬送機構を処理室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がサセプタ２１７を上昇させることにより、ウエハ２００はサセプタ２１７の上面に支持される。

【0046】

（昇温・真空排気工程Ｓ１２０）
続いて、処理室２０１内に搬入されたウエハ２００の昇温を行う。ヒータ２１７ｂは予め加熱されており、ヒータ２１７ｂが埋め込まれたサセプタ２１７上にウエハ２００を保持することで、例えば１５０～７００℃の範囲内の所定の温度にウエハ２００を加熱する。ここでは、ウエハ２００の温度が７００℃となるよう加熱する。また、ウエハ２００の昇温を行う間、真空ポンプ２４６によりガス排気管２３１を介して処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１内の圧力を所定の値とする。真空ポンプ２４６は、少なくとも後述の基板搬出工程Ｓ１６０が終了するまで作動させておく。なお、本明細書における「１５０～７００℃」のような数値範囲の表記は、下限値および上限値がその範囲に含まれることを意味する。よって、例えば、「１５０～７００℃」とは「１５０℃以上７００℃以下」を意味する。他の数値範囲についても同様である。

【0047】

（処理ガス供給工程Ｓ１３０）
次に、処理ガスとして、Ｏ含有ガスとＨ含有ガスの混合ガスの供給を開始する。すなわち、処理ガスとしてのＯ含有ガスとＨ含有ガスの混合ガスをウエハ２００が収容された処理室２０１内に供給する。具体的には、バルブ２５３ａ及びバルブ２５３ｂを開け、ＭＦＣ２５２ａ及びＭＦＣ２５２ｂにて流量制御しながら、処理室２０１内へＯ含有ガス及びＨ含有ガスの供給を開始する。このとき、Ｏ含有ガスの流量を、例えば１０～５００００ｓｃｃｍ、好ましくは１０～５０００ｓｃｃｍの範囲内の所定値とする。また、Ｈ含有ガスの流量を、例えば１０～５００００ｓｃｃｍ、好ましくは１０～５０００ｓｃｃｍの範囲内の所定値とする。

【0048】

処理ガスであるＯ含有ガスとＨ含有ガスの混合ガスに含まれるＯとＨの比率は、Ｏ含有ガスとＨ含有ガスの流量比を制御することにより調整される。これにより、容易に処理ガスに含まれるＯとＨの比率を制御することができる。また、ＯとＨの比率とは、処理ガスに含まれるＯ原子とＨ原子の数の比率であり、例えば、Ｏ含有ガスとＨ含有ガスの混合ガスとして酸素ガス（Ｏ₂ガス）と水素ガス（Ｈ₂ガス）の混合ガスを用いる場合、Ｏ含有ガスとＨ含有ガスの流量比がそのままＯとＨの比率となる。

【0049】

このとき、処理ガスに含まれるＯとＨの比率は、次のプラズマ処理工程（Ｓ１４０）において凹部３０１内のＳｉ膜３０２の表面を酸化して形成される第１の酸化層としてのＳｉＯ層３０４ａの厚さに対する、ＳｉＮ膜３０３の表面を酸化して形成される第２の酸化層としてのＳｉＯ層３０４ｂの厚さの比率が、所定の厚さ比率であって、例えば０．７程度となるように調整される。なお、ＳｉＮ膜３０３の表面を酸化して形成される第２の酸化層としてのＳｉＯ層３０４ｂは、層中に窒素が所定濃度で残留しているＳｉ酸化層（すなさちＳｉＯＮ層）を含むものとして考えてもよい。

【0050】

例えば、処理ガスに含まれるＯに対するＨの比率を増大させるように調整することにより、ＳｉＯ層３０４ａの厚さに対するＳｉＯ層３０４ｂの厚さの比率を小さくすることができる。

【0051】

また、処理ガスとして供給されるＯ含有ガスとＨ含有ガスの流量比率は、予め取得されて記憶装置２２１ｃ又は外部記憶装置２２６に記憶された所定の厚さ比率に対応する値に調整される。このように、予め取得して記憶装置２２１ｃ又は外部記憶装置２２６に記憶しておくことにより、Ｓｉ膜３０２上とＳｉＮ膜３０３上に形成される酸化膜の厚さ比率を所定の厚さ比率となるようにＯ含有ガスとＨ含有ガスの流量比率を調整することが容易となる。

【0052】

このとき、処理室２０１内の圧力が、例えば１～２５０Ｐａ、好ましくは５０～２００Ｐａの範囲内の所定圧力、より好ましくは約１５０Ｐａとなるように、ＡＰＣバルブ２４２の開度を調整して処理室２０１内の排気を制御する。このように、処理室２０１内を適度に排気しつつ、後述のプラズマ処理工程Ｓ１４０の終了時までＯ含有ガス及びＨ含有ガスの供給を継続する。

【0053】

（プラズマ処理工程Ｓ１４０）
処理室２０１内の圧力が安定したら、共振コイル２１２に対して高周波電源２７３からＲＦセンサ２７２を介して、高周波電力の印加を開始する。本実施形態では、高周波電源２７３から共振コイル２１２に１３．５４～２７．１２ＭＨｚの高周波電力を供給する。共振コイル２１２に供給する高周波電力は、例えば１００～５０００Ｗの範囲内の所定の電力であって、好ましくは１００～３５００Ｗであり、より好ましくは約３５００Ｗとする。電力が１００Ｗより低い場合、プラズマ放電を安定的に生じさせることが難しい。

【0054】

これにより、Ｏ含有ガス及びＨ含有ガスが供給されているプラズマ生成空間２０１ａ内に高周波電界が形成され、係る電界により、プラズマ生成空間の共振コイル２１２の電気的中点に相当する高さ位置に、最も高いプラズマ密度を有するドーナツ状の誘導プラズマが励起される。プラズマ状のＯ含有ガス及びＨ含有ガスは解離し、酸素（Ｏ）ラジカル、酸素イオン、及び水酸基（ＯＨ）ラジカル等の酸素活性種、水素（Ｈ）ラジカル及び水素イオン等の水素活性種、等の反応種が生成される。

【0055】

すなわち、処理室２０１内に供給されたＯ含有ガス及びＨ含有ガスの混合ガスである処理ガスがプラズマ励起されて、酸素活性種や水素活性種等の反応種が生成される。ここで、酸素活性種等の酸化作用を有する反応種と、水素活性種等の酸化阻害作用を有する反応種を生成することにより、Ｓｉ膜とＳｉＮ膜に対して酸化の選択性を得ることができる。

【0056】

また、電気的ポテンシャルの極めて低い誘導プラズマ（ＩＣＰ、Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）により生成した活性種を用いて酸化を行うことにより、２０以上の高アスペクト比の凹部３０１の表面に形成された膜に対して、均一性良く酸化層を形成することができる。また、例えば、ウエハ２００の面方向に対して垂直に形成された面に対して凹部３０１が形成されているような場合のように、凹部３０１がウエハ２００の面方向に対して垂直に形成されていない場合であっても、その表面に形成された膜に対して、均一性良く酸化層を形成することができる。

【0057】

このとき、処理ガスに含まれるＯとＨの比率は、プラズマ励起して生成される酸化作用を有する反応種の量と酸化阻害作用を有する反応種の量の比率が、所定の酸化層の厚さ比率に対応する比率となるように調整されている。例えば、酸化作用を有する反応種である酸素活性種（より具体的には例えばＯラジカル）と酸化阻害作用を有する反応種である水素活性種（より具体的には例えばＨラジカル）の比率を制御することにより、ＳｉＯ層３０４ａに対するＳｉＯ層３０４ｂの厚さ比率を調整することができるようにされている。

【0058】

そして、酸素活性種等の酸化作用を有する反応種と水素活性種等の酸化阻害作用のある反応種がウエハ２００に供給されることにより、ウエハ２００上の凹部３０１内にそれぞれ露出するように形成されたＳｉ膜３０２及びＳｉＮ膜３０３の表面が酸化されて、ＳｉＯ層３０４ａ及びＳｉＯ層３０４ｂがそれぞれ形成される。すなわち、図５（Ｂ）に示すように、凹部３０１の底を構成するＳｉ膜３０２の露出面に全体に均一な厚さのＳｉＯ層３０４ａが形成されるとともに、凹部３０１の側壁面を構成するＳｉＮ層３０３の露出面の全体に均一な厚さのＳｉＯ層３０４ｂが形成される。また、凹部３０１の底部を構成するＳｉ膜３０２の露出面に、ＳｉＮ膜３０３の露出面に形成されるＳｉＯ層３０４ｂに比べて厚さが大きいＳｉＯ層３０４ａが形成される。すなわち、Ｓｉ膜３０４の表面を、ＳｉＮ膜３０３の表面に対して選択的に酸化して、酸化層であるＳｉＯ層３０４ａを形成することができる。

【0059】

ここで、開示者による検証によれば、図５（Ａ）に示すようなウエハ２００に対して、処理ガスとして酸素のみを含むＯ₂ガスを用いてプラズマ励起して酸化処理を行った場合、Ｓｉ膜上に形成される酸化層とＳｉＮ膜上に形成される酸化層との厚さの比率が、９０％を超える、約９３％の選択性しか得られなかった。これに対して、開示者の検証によれば、処理ガスとしてＯ含有ガスとＨ含有ガスの混合ガスであるＯ₂ガスとＨ₂ガスの混合ガスを用いて、混合ガスに含まれるＯとＨの比率を調整することにより、Ｓｉ膜上に形成される酸化層とＳｉＮ膜上に形成される酸化層との厚さの比率を９０％以下とすることができることが確認された。すなわち、処理ガスとしてＯ含有ガスとＨ含有ガスの混合ガスを用いた場合におけるＳｉ膜上の酸化層の厚さに対するＳｉＮ膜上の酸化層の厚さ比率を、処理ガスとしてＯ₂ガスのみを用いた場合における、Ｓｉ膜上の酸化層の厚さに対するＳｉＮ膜上の酸化層の厚さの比率よりも、小さい値とするように制御することができることが確認された。

【0060】

つまり、処理ガスとしてＯ含有ガスとＨ含有ガスの混合ガスを用いて、処理ガスに含まれるＯとＨの比率を調整することにより、処理ガスとしてＯ₂ガスのみを用いた場合に比べて、Ｓｉ膜上の酸化層の厚さに対するＳｉＮ膜上の酸化層の厚さの比率を制御することができる。すなわち、これにより、Ｓｉ膜とＳｉＮ膜に形成される酸化層の厚さの選択性を制御することができる。

【0061】

具体的には、処理ガスに含まれるＯ含有ガスとＨ含有ガスの比率を、処理ガスに含まれるＯ原子とＨ原子の数の合計に対するＨ原子の数の比率が５％以上になるように調整することにより、ＳｉＯ層３０４ａの厚さに対するＳｉＯ層３０４ｂの厚さの比率が９０％以下となるようにすることができる。また、処理ガスに含まれるＯ含有ガスとＨ含有ガスの比率を、処理ガスに含まれるＯ原子とＨ原子の数の合計に対するＨ原子の数の比率が１０％以上になるように調整することにより、ＳｉＯ層３０４ａの厚さに対するＳｉＯ層３０４ｂの厚さの比率が８０％以下となるようにすることができる。また、処理ガスに含まれるＯ含有ガスとＨ含有ガスの比率を、処理ガスに含まれるＯ原子とＨ原子の数の合計に対するＨ原子の数の比率が２０％以上になるように調整することにより、ＳｉＯ層３０４ａの厚さに対するＳｉＯ層３０４ｂの厚さの比率が７０％以下となるようにすることができる。

【0062】

なお、処理ガスに含まれるＨ原子の数の比率を例えば８０％超とした場合、Ｓｉ膜に対する実用的な酸化レートが得られなくなってしまう。処理ガスに含まれるＯ含有ガスとＨ含有ガスの比率を、処理ガスに含まれるＯ原子とＨ原子の数の合計に対するＨ原子の数の比率が８０％以下となる値とすることにより、Ｓｉ膜に対する実用的な酸化レートを維持したまま酸化層の厚さの選択性を得ることができる。なお、処理ガスとしてＯ₂ガスとＨ₂ガスの混合ガスを用いる場合には、処理ガスに含まれるＯ原子とＨ原子の数の比率は、そのままＯ₂ガスとＨ₂ガスの供給量の比率となる。

【0063】

その後、所定の処理時間、例えば１０～３００秒が経過したら、高周波電源２７３からの電力の出力を停止して、処理室２０１内におけるプラズマ放電を停止する。また、バルブ２５３ａ及びバルブ２５３ｂを閉めて、Ｏ含有ガス及びＨ含有ガスの処理室２０１内への供給を停止する。以上により、プラズマ処理工程Ｓ１４０が終了する。

【0064】

（真空排気工程Ｓ１５０）
Ｏ含有ガス及びＨ含有ガスの供給を停止したら、ガス排気管２３１を介して処理室２０１内を真空排気する。これにより、処理室２０１内のＯ含有ガスやＨ含有ガス、これらのガスの反応により発生した排ガス等を処理室２０１外へと排気する。その後、ＡＰＣバルブ２４２の開度を調整し、処理室２０１内の圧力を処理室２０１に隣接する真空搬送室（ウエハ２００の搬出先。図示せず）と同じ圧力に調整する。

【0065】

（基板搬出工程Ｓ１６０）
処理室２０１内が所定の圧力となったら、サセプタ２１７をウエハ２００の搬送位置まで下降させ、ウエハ突上げピン２６６上にウエハ２００を支持させる。そして、ゲートバルブ２４４を開き、ウエハ搬送機構を用いてウエハ２００を処理室２０１外へ搬出する。以上により、本実施形態に係る基板処理工程を終了する。

【0066】

Ｏ含有ガスとしては、例えば、Ｏ₂ガス、オゾン（Ｏ₃）ガス、水蒸気（Ｈ₂Ｏガス）、過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）ガス、一酸化窒素（ＮＯ）ガス、亜酸化窒素（Ｎ₂Ｏ）ガス等を用いることができる。また、Ｏ含有ガスとしては、これらのうち少なくとも何れか１つを含むガスを用いることができる。

【0067】

また、Ｈ含有ガスとしては、例えば、Ｈ₂ガス、Ｈ₂Ｏガス、Ｈ₂Ｏ₂ガス、重水素（Ｄ₂）ガス等を用いることができる。また、Ｈ含有ガスとしては、これらのうち少なくとも何れか１つを含むガスを用いることができる。

【0068】

なお、Ｏ含有ガスとＨ含有ガスは互いに異なるガスが用いられる。例えば、Ｏ含有ガスとＨ含有ガスは、それぞれのガスの流量当たりに含まれるＯ原子とＨ原子の数の比率が互いに異なるガスが用いられる。また、Ｏ含有ガスとＨ含有ガスは、それぞれのガスの組成（分子構造）に含まれるＯ原子とＨ原子の数の比率が互いに異なるガスが用いられる。

【0069】

（４）他の実施形態
［第２実施形態］
次に、図６を用いて、本開示の第２実施形態について説明する。ここでは、主として、上述した第１実施形態との相違点について説明し、その他の点については説明を省略する。第２実施形態では、基板処理装置の構成が第１実施形態と異なる。他は第１実施形態と同様である。第２実施形態では、以下に、基板処理装置の構成について説明する。

【0070】

基板処理装置４００は、ウエハ２００をプラズマ処理する処理炉４０２を備えている。処理炉４０２には、処理室４０１を構成する処理容器４０３が設けられている。

【0071】

処理室４０１の底側中央には、ウエハ２００を載置する基板載置部としてのサセプタ２１７が配置されている。サセプタ２１７の内部には、加熱機構としてのヒータ２１７ｂが一体的に埋め込まれている。ヒータ２１７ｂは、電力が供給されると、ウエハ２００表面を例えば２５℃から７５０℃程度まで加熱することができるように構成されている。

【0072】

サセプタ２１７には、サセプタを昇降させる駆動機構を備えるサセプタ昇降機構２６８が設けられている。

【0073】

処理室４０１の上方には、ガス導入口４３４ａとガス導入口４３４ｂが設けられている。

【0074】

ガス導入口４３４ａには、酸化作用を有する反応種として酸素活性種等を処理室４０１内に供給する供給管４０６ａの下流端が接続されている。供給管４０６ａの上流端には、第１プラズマ励起室４０４ａが接続されている。第１プラズマ励起室４０４ａには、Ｏ含有ガスを供給する酸素含有ガス供給管２３２ａの下流端が接続されている。酸素含有ガス供給管２３２ａには、上流側から順に、Ｏ含有ガス供給源２５０ａ、ＭＦＣ２５２ａ、バルブ２５３ａが設けられている。第１プラズマ励起室４０４ａには、高周波電源２７３ａが接続されている。

【0075】

ガス導入口４３４ｂには、酸化阻害作用を有する反応種として水素活性種等を処理室４０１内に供給する供給管４０６ｂの下流端が接続されている。供給管４０６ｂの上流端には、第２プラズマ励起室４０４ｂが接続されている。第２プラズマ励起室４０４ｂには、Ｈ含有ガスを供給する水素含有ガス供給管２３２ｂの下流端が接続されている。水素含有ガス供給管２３２ｂには、上流側から順に、Ｈ含有ガス供給源２５０ｂ、ＭＦＣ２５２ｂ、バルブ２５３ｂが設けられている。第２プラズマ励起室４０４ｂには、高周波電源２７３ｂが接続されている。

【0076】

なお、第１プラズマ励起室４０４ａ及び第２プラズマ励起室４０４ｂには、例えば、高周波電源２７３ａ又は高周波電源２７３ｂから高周波電力が供給されるコイルがそれぞれ巻回されており、コイルから発生する電磁界によって、第１プラズマ励起室４０４ａ及び第２プラズマ励起室４０４ｂにそれぞれ導入されたガスがプラズマ励起される。このようにして、第１プラズマ励起室４０４ａに導入されたＯ含有ガスがプラズマ励起されることにより酸素活性種が生成され、第２プラズマ励起室４０４ｂに導入されたＨ含有ガスがプラズマ励起されることにより水素活性種が生成される。なお、ガスのプラズマ励起手段はコイルに限定されず、マイクロ波供給装置など、他のプラズマ励起手段を適用してもよい。

【0077】

主に、酸素含有ガス供給管２３２ａ、ＭＦＣ２５２ａ、バルブ２５３ａ、第１プラズマ励起室４０４ａ、供給管４０６ａにより、本実施形態に係る酸素含有ガス供給系が構成されている。主に、水素含有ガス供給管２３２ｂ、ＭＦＣ２５２ｂ、バルブ２５３ｂ、第２プラズマ励起室４０４ｂ、供給管４０６ｂにより、本実施形態に係る水素含有ガス供給系が構成されている。また、酸素含有ガス供給系と水素含有ガス供給系により処理ガス供給系が構成される。

【0078】

第１プラズマ励起室４０４ａでは、酸素含有ガス供給管２３２ａにより供給されたＯ含有ガスがプラズマ励起されて酸素活性種が生成される。また、第２プラズマ励起室４０４ｂでは、水素含有ガス供給管２３２ｂにより供給されたＨ含有ガスがプラズマ励起されて水素活性種が生成される。主に、第１プラズマ励起室４０４ａ及び第２プラズマ励起室４０４ｂにより、本実施形態に係るプラズマ生成部（プラズマ生成機構）が構成されている。尚、プラズマ生成部として高周波電源２７３ａ，２７３ｂを含めても良い。

【0079】

すなわち、バルブ２５３ａ，２５３ｂをそれぞれ開いて、ＭＦＣ２５２ａ，２５２ｂによりそれぞれのガスの流量を調整しつつ、第１プラズマ励起室４０４ａ及び第２プラズマ励起室４０４ｂへそれぞれのガスを供給する。そして、第１プラズマ励起室４０４ａ及び第２プラズマ励起室４０４ｂにおいて、それぞれのガスをプラズマ励起することにより、供給管４０６ａ，４０６ｂを介して、酸素活性種及び水素活性種を処理室４０１へ供給できるように構成されている。

【0080】

つまり、ガス導入口４３４ａ，４３４ｂからそれぞれ処理室４０１内に供給された酸素活性種と水素活性種がウエハ２００に供給され、図５（Ａ）に示すようなＳｉ膜３０２とＳｉＮ膜３０３が露出した凹部３０１内に、図５（Ｂ）に示すように、所定の膜厚比のＳｉＯ層３０４ａとＳｉＯ層３０４ｂが形成される。

【0081】

基板処理装置４００によれば、酸素活性種と水素活性種の供給量をそれぞれ個別に制御することができる。すなわち、第１プラズマ励起室４０４ａにおいて生成される酸素活性種の量と、第２プラズマ励起室４０４ｂにおいて生成される水素活性種の量の比率が、所定の酸化層の厚さ比率に対応する活性種比率となるように調整することができる。つまり、ウエハ２００に供給される酸素活性種と水素活性種の量の比率を制御することにより、ＳｉＯ層３０４ａに対するＳｉＯ層３０４ｂの厚さ比率を調整することができる。なお、ウエハ２００に供給される酸素活性種と水素活性種の量の比率は、第１プラズマ励起室４０４ａに供給されるＯ含有ガスと第２プラズマ励起室４０４ｂに供給されるＨ含有ガスの流量比、又は、第１プラズマ励起室４０４ａに供給されるＯ含有ガスを励起する高周波電力と第２プラズマ励起室４０４ｂに供給されるＨ含有ガスを励起する高周波電力の電力比、の少なくとも一方を制御することにより調整される。

【0082】

つまり、ＭＦＣ２５２ａ、２５２ｂをそれぞれ制御することによりＯ含有ガスとＨ含有ガスの流量比を制御したり、高周波電源２７３ａ、２７３ｂをそれぞれ制御することにより第１プラズマ励起室と第２プラズマ励起室に印加される高周波電力の電力比を制御したりすることにより、処理室４０１内のウエハ２００に供給される酸素活性種と水素活性種の量をそれぞれ個別に調整することができる。すなわち、ウエハ２００に供給される酸素活性種と水素活性種の量の比率を調整することにより、Ｓｉ膜３０２の表面を酸化して形成されるＳｉＯ層３０４ａの厚さに対するＳｉＮ膜３０３の表面を酸化して形成されるＳｉＯ層３０４ｂの厚さの比率が所定の厚さ比率となるように調整することができる。なお、酸素活性種と水素活性種の供給量の比率は、ＯラジカルとＨラジカルの供給量の比率など、特定の酸素活性種及び水素活性種の種類の間の比率を調整してもよい。

【0083】

上述した基板処理装置４００を用いる場合においても、上述の第１実施形態と同様な基板処理工程、処理条件にて成膜を行うことができ、上述した第１実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、基板処理装置４００を用いる場合においても、Ｓｉ膜とＳｉＮ膜が露出した凹部の底部を構成するＳｉ膜の露出面に、選択的に且つ均一性良く酸化層を形成することができる。

【0084】

Ｏ含有ガス及びＨ含有ガスとしては、上述の第１実施形態におけるＯ含有ガス及びＨ含有ガスと同様のガスをそれぞれ用いることができる。また、第１実施形態と同様に、Ｏ含有ガスとＨ含有ガスは互いに異なるガスが用いられる。

【0085】

なお、第２実施形態においては、Ｏ含有ガスとしてＨを非含有とするガス（例えば、Ｏ₂ガス、Ｏ₃ガス、ＮＯガス、Ｎ₂Ｏガス等）を用い、Ｈ含有ガスとしてＯを非含有とするガス（例えば、Ｈ₂ガス、Ｄ₂ガス等）を用いることができる。このようなＯ含有ガスとＨ含有ガスの組み合わせとすることにより、酸素含有ガス供給系と水素含有ガス供給系からそれぞれ供給される酸素活性種と水素活性種の量の比率を、Ｏ含有ガスとＨ含有ガスの流量比の制御、又は高周波電源２７３ａ、２７３ｂの制御の少なくとも何れか一方によって調整することをより容易とすることができる。

【0086】

以上、本開示の種々の典型的な実施形態を説明してきたが、本開示はそれらの実施形態に限定されず、適宜組み合わせて用いることもできる。

【実施例1】

【0087】

図１に示す基板処理装置を用いて、図４に示す基板処理工程において、処理ガスであるＯ含有ガスとＨ含有ガスの混合ガスに含まれるＯとＨの合計に対するＨの比率を、５～２０％まで変化させて、ウエハ上に形成されているＳｉ膜とＳｉＮ膜を酸化させた。そして、Ｓｉ膜上に形成される酸化層の厚さに対するＳｉＮ膜上に形成される酸化膜の厚さの比率（酸化選択比）を評価した。

【0088】

図７に示すように、処理ガスである混合ガスに含まれるＯとＨの合計に対するＨの比率を５％にした場合、Ｓｉ膜に対するＳｉＮ膜の酸化比率である酸化選択比は８７％だった。よって、混合ガスに含まれるＯとＨの合計に対するＨの比率を５％以上に調整することにより、酸化選択比を９０％以下となるように調整することができることが確認された。

【0089】

また、処理ガスである混合ガスに含まれるＯとＨの合計に対するＨの比率を１０％にした場合、Ｓｉ膜に対するＳｉＮ膜の酸化選択比は７７％だった。よって、混合ガス中に含まれるＯとＨの合計に対するＨの比率を１０％以上に調整することにより、酸化選択比を８０％以下となるように調整することができることが確認された。

【0090】

また、処理ガスである混合ガスに含まれるＯとＨの合計に対するＨの比率を２０％にした場合、Ｓｉ膜に対するＳｉＮ膜の酸化選択比は６７％だった。よって、混合ガス中に含まれるＯとＨの合計に対するＨの比率を２０％以上に調整することにより、酸化選択比を７０％以下となるように調整することができることが確認された。

【0091】

また、Ｏ含有ガスとＨ含有ガスの混合ガスに含まれるＯとＨの合計に対するＨの比率を２０％より大きくした場合、Ｓｉ膜に対するＳｉＮ膜の酸化選択比がさらに小さくなっていくと推測される。すなわち、処理ガスに含まれるＯとＨの合計に対するＨの比率を増大させるように調整することにより、Ｓｉ膜に対するＳｉＮ膜の酸化選択比を小さくすることができ、酸化選択性が向上されることが確認された。

【0092】

なお、図１に示す基板処理装置を用いて、図４に示す基板処理工程において、混合ガスを励起する高周波電力の大きさが異なる２つの実験例について、ウエハのＳｉ膜上とＳｉＮ膜上に形成される酸化膜の厚さの比率を評価したが、いずれの場合も酸化選択比は０．８７程度で、酸化選択性は確認されなかった。また、図１に示す基板処理装置を用いて、図４に示す基板処理工程において、処理室内の圧力が異なる２つの実験例について、ウエハのＳｉ膜上とＳｉＮ膜上に形成される酸化膜の厚さの比率を評価したが、いずれの場合も酸化選択比は０．８７程度で、酸化選択性は確認されなかった。また、図１に示す基板処理装置を用いて、図４に示す基板処理工程において、ウエハの温度が異なる２つの実験例について、ウエハのＳｉ膜上とＳｉＮ膜上に形成される酸化膜の厚さの比率を評価したが、酸化選択比はそれぞれ０．８７と０．８８で微差であり、酸化選択性は確認されなかった。また、図１に示す基板処理装置を用いて、図４に示す基板処理工程において、プラズマ源に対するウエハの高さが異なる２つの実験例について、ウエハのＳｉ膜上とＳｉＮ膜上に形成される酸化膜の厚さの比率を評価したが、いずれの場合も酸化選択比は０．８７程度で、酸化選択性は確認されなかった。

【0093】

＜本開示の好ましい態様＞
以下、好ましい態様について付記する。

【0094】

（付記１）
本開示の一態様によれば、
（ａ）酸素及び水素を含む処理ガスをプラズマ励起して反応種を生成する工程と、
（ｂ）前記反応種を基板に供給し、前記基板の上にそれぞれ露出するように形成されたシリコン膜及びシリコン窒化膜の表面を酸化する工程と、
を有し、
前記処理ガスに含まれる酸素と水素の比率は、（ｂ）において前記シリコン膜の表面を酸化して形成される第１の酸化層の厚さに対する前記シリコン窒化膜の表面を酸化して形成される第２の酸化層の厚さの比率が所定の厚さ比率となるように調整されている、
半導体装置の製造方法が提供される。

【0095】

（付記２）
付記１に記載の方法であって、好ましくは、
（ｃ）前記第１の酸化層の厚さに対する前記第２の酸化層の厚さの比率が前記所定の厚さ比率となるように、前記処理ガスに含まれる酸素と水素の比率を調整する工程、を更に有する。

【0096】

（付記３）
付記２に記載の方法であって、好ましくは、
（ｃ）では、前記処理ガスに含まれる酸素に対する水素の比率を増大させるように調整することにより、前記第１の酸化層の厚さに対する前記第２の酸化層の厚さの比率を小さくする。

【0097】

（付記４）
付記１に記載の方法であって、好ましくは、
前記処理ガスに含まれる酸素と水素の比率は、予め取得された前記所定の厚さ比率に対応する値に調整される。

【0098】

（付記５）
付記１に記載の方法であって、好ましくは、
（ａ）では、少なくとも酸素活性種及び水素活性種を前記反応種として生成する。

【0099】

（付記６）
付記５に記載の方法であって、好ましくは、
前記処理ガスに含まれる酸素と水素の比率は、（ｂ）において前記基板に供給される前記酸素活性種の量と前記水素活性種の量の比率が、前記所定の厚さ比率に対応する活性種比率となるように調整されている。

【0100】

（付記７）
付記１に記載の方法であって、好ましくは、
（ａ）及び（ｂ）において前記処理ガスとして酸素のみ含むガスを用いた場合における、前記第１の酸化層の厚さに対する前記第２の酸化層の厚さの比率よりも、前記所定の厚さ比率は小さい値である。

【0101】

（付記８）
付記７に記載の方法であって、好ましくは、
前記処理ガスに含まれる酸素と水素の比率は、前記第１の酸化層の厚さに対する前記第２の酸化層の厚さの比率が９０％以下となるように調整されている。

【0102】

（付記９）
付記８に記載の方法であって、好ましくは、
前記処理ガスに含まれる酸素と水素の比率は、前記第１の酸化層の厚さに対する前記第２の酸化層の厚さの比率が８０％以下となるように調整されている。

【0103】

（付記１０）
付記８に記載の方法であって、好ましくは、
前記処理ガスに含まれる酸素と水素の比率は、前記処理ガスに含まれる酸素と水素の合計に対する水素の比率が１０％以上となるように調整されている。

【0104】

（付記１１）
付記８に記載の方法であって、好ましくは、
前記処理ガスに含まれる酸素と水素の比率は、前記第１の酸化層の厚さに対する前記第２の酸化層の厚さの比率が７０％以下となるように調整されている。

【0105】

（付記１２）
付記８に記載の方法であって、好ましくは、
前記処理ガスに含まれる酸素と水素の比率は、前記処理ガスに含まれる酸素と水素の合計に対する水素の比率が２０％以上となるように調整されている。

【0106】

（付記１３）
付記１に記載の方法であって、好ましくは、
前記処理ガスは、酸素含有ガスと水素含有ガスの混合ガスである。

【0107】

（付記１４）
付記１３に記載の方法であって、好ましくは、
前記酸素含有ガスは酸素ガスであり、前記水素含有ガスは水素ガスである。

【0108】

（付記１５）
付記１３又は１４に記載の方法であって、好ましくは、
前記処理ガスに含まれる酸素と水素の比率は、前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスの流量比を制御することにより調整されている。

【0109】

（付記１６）
付記１に記載の方法であって、好ましくは、
前記シリコン膜は、単結晶シリコン、非結晶シリコン、多結晶シリコンの少なくともいずれかにより構成されている。

【0110】

（付記１７）
付記１に記載の方法であって、好ましくは、
前記シリコン膜及び前記シリコン窒化膜は、前記基板上に形成された凹部の内側で露出し、前記シリコン膜が前記凹部の底を構成しており、
（ｂ）では、前記凹部の底を構成する前記シリコン膜の露出面に全体に均一な厚さの前記第１の酸化層を形成する。

【0111】

（付記１８）
付記１に記載の方法であって、好ましくは、
（ａ）では、前記処理ガスを前記基板が収容された処理室内に供給し、前記処理室内に供給された前記処理ガスをプラズマ励起する。

【0112】

（付記１９）
本開示の他の態様によれば、
（ａ）酸素含有ガスをプラズマ励起して酸素活性種を生成する工程と、
（ｂ）水素含有ガスをプラズマ励起して水素活性種を生成する工程と、
（ｃ）前記酸素活性種及び前記水素活性種を基板に供給し、前記基板の上にそれぞれ露出するように形成されたシリコン膜及びシリコン窒化膜の表面を酸化する工程と、
を有し、
前記基板に供給される前記酸素活性種と前記水素活性種の比率は、（ｃ）において前記シリコン膜の表面を酸化して形成される第１の酸化層の厚さに対する前記シリコン窒化膜の表面を酸化して形成される第２の酸化層の厚さの比率が所定の厚さ比率となるように調整されている、
半導体装置の製造方法が提供される。

【0113】

（付記２０）
付記１９に記載の方法であって、好ましくは、
前記酸素活性種は第１プラズマ励起室において生成され、前記水素活性種は第２プラズマ励起室において生成される。

【0114】

（付記２１）
付記２０に記載の方法であって、好ましくは、
前記基板に供給される前記酸素活性種と前記水素活性種の量の比率は、
前記第１プラズマ励起室に供給される前記酸素含有ガスと前記第２プラズマ励起室に供給される前記水素含有ガスの流量比、
および、
前記第１プラズマ励起室に供給される前記酸素含有ガスを励起する高周波電力と前記第２プラズマ励起室に供給される前記水素含有ガスを励起する高周波電力の電力比、
の少なくともいずれかを制御することにより調整される。

【0115】

（付記２２）
本開示のさらに他の態様によれば、
基板が収容される処理室と、
酸素及び水素を含む処理ガスを前記処理室内に供給する処理ガス供給系と、
前記処理室内に供給された前記処理ガスをプラズマ励起するプラズマ生成機構と、
前記処理室内において、付記１における各処理（各工程）を行うように前記処理ガス供給系及び前記プラズマ生成機構を制御可能に構成された制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。

【0116】

（付記２３）
本開示のさらに他の態様によれば、
付記１における各手順（各工程）をコンピュータによって基板処理装置に実行させるプログラム、または、該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。

【符号の説明】

【0117】

１００、４００ 基板処理装置
２００ ウエハ（基板）
２０１、４０１ 処理室
２０３、４０３ 処理容器
２２１ コントローラ（制御部）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】