JP2000340670A

JP2000340670A - 絶縁膜及びその形成方法

Info

Publication number: JP2000340670A
Application number: JP11146564A
Authority: JP
Inventors: Akihide Kashiwagi; 章秀柏木; Toyotaka Kataoka; 豊隆片岡
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1999-05-26
Filing date: 1999-05-26
Publication date: 2000-12-08

Abstract

(57)【要約】【課題】ドライエッチングを行うこと無く、しかも、複
数回の熱酸化処理を経ること無く形成し得る、実効的な
厚さが異なる２つの領域から成る絶縁膜を提供する。【解決手段】絶縁膜は、（Ａ）第１の領域２２と、
（Ｂ）第１の領域２２を構成する物質の有する比誘電率
ε₁と異なる比誘電率ε₂を有する物質から構成された第
２の領域２３から構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、絶縁膜及びその形
成方法に関し、更に詳しくは、実効的な厚さが異なる２
つの領域を有する絶縁膜及びその形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年のＭＯＳ型半導体装置においては、
システムＬＳＩと呼ばれる、例えばメモリ（ＤＲＡＭ）
とロジック回路（ＡＳＩＣ）を同一チップ内に混載する
技術の開発が進められている。システムＬＳＩの製造に
おいては、一般に、厚さの厚い絶縁膜を、メモリ（ＤＲ
ＡＭ）を構成するトランジスタ素子のためのゲート絶縁
膜とする一方、厚さの薄い絶縁膜を、ロジック回路（Ａ
ＳＩＣ）を構成するトランジスタ素子のためのゲート絶
縁膜とする必要がある。このような２種類の厚さが異な
る絶縁膜、即ち、物理的に厚さが異なる絶縁膜を形成す
るための従来の方法を、以下、図６及び図７を参照して
説明する。

【０００３】［工程−１０］先ず、公知の方法を用い
て、素子分離領域１０１やウエル領域（図示せず）を形
成したシリコン半導体基板１００に対して、第１回目の
熱酸化処理を施し、シリコン半導体基板１００の表面に
第１のシリコン酸化膜１０２を形成する（図６の（Ａ−
１）及び（Ａ−２）参照）。

【０００４】［工程−２０］その後、リソグラフィ技術
に基づき、メモリ回路を形成すべき領域をマスク材料１
０３で被覆し（図６の（Ｂ−１）及び（Ｂ−２）参
照）、ドライエッチング技術に基づきロジック回路を形
成すべき領域の第１のシリコン酸化膜１０２を除去し、
シリコン半導体基板１００の表面を露出させる。

【０００５】［工程−３０］次に、公知の洗浄技術によ
って、マスク材料１０３の除去（図７の（Ａ−１）及び
（Ａ−２）参照）、エッチング残渣やエッチング反応生
成物、パーティクル等の除去を行った後、第２回目の熱
酸化処理を行い、ロジック回路を形成すべきシリコン半
導体基板１００の領域に第２のシリコン酸化膜１０４を
形成する（図７の（Ｂ−１）及び（Ｂ−２）参照）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
従来の方法では、［工程−２０］において、ドライエッ
チング技術に基づき、ロジック回路を形成すべき領域の
第１のシリコン酸化膜１０２を除去する。それ故、製造
プロセスの面からは、エッチングダメージや金属汚染が
ロジック回路を形成すべきシリコン半導体基板１００の
領域に生じるという問題がある。また、デバイス特性の
面からは、熱酸化処理を２度行う必要があるため、閾値
調整のための不純物プロファイルの制御が複雑になると
いった問題がある。

【０００７】従って、本発明の目的は、ドライエッチン
グを行うこと無く、しかも、複数回の熱酸化処理を経る
こと無く形成し得る、実効的な厚さが異なる２つの領域
から成る絶縁膜、及び、かかる絶縁膜の形成方法を提供
することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの半導体層の表面に形成された本発明の絶縁膜は、
（Ａ）第１の領域と、（Ｂ）第１の領域を構成する物質
の有する比誘電率ε₁と異なる比誘電率ε₂を有する物質
から構成された第２の領域から構成されていることを特
徴とする。

【０００９】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、半導体層の表面に形成された第１の領
域及び第２の領域を有し、第２の領域は、第１の領域を
構成する物質の有する比誘電率ε₁と異なる比誘電率ε₂
を有する物質から構成された絶縁膜を形成するための方
法であって、（イ）半導体層の表面を酸化することによ
って、第１の領域を形成し、且つ、第２の領域を形成す
べき第２領域形成予定領域を形成する工程と、（ロ）第
１の領域をマスク材料によって被覆する工程と、（ハ）
露出した第２領域形成予定領域に窒化処理を施した後、
マスク材料を除去する工程、から成ることを特徴とす
る。尚、工程（イ）において、半導体層の表面を酸化す
ることによって形成された第１の領域及び第２領域形成
予定領域を、便宜上、総称して酸化膜と呼ぶ場合があ
る。

【００１０】本発明の絶縁膜あるいはその形成方法にお
いては、第１の領域を構成する物質を酸化シリコン（Ｓ
ｉＯ₂）とし、第２の領域を構成する物質を窒素原子を
含む酸化シリコンとすることができる。尚、第２の領域
は、形成するための条件に依存するが、例えば、ＳｉＯ
_XＮ_Yから成り、あるいは、ＳｉＯ_XＮ_Y／ＳｉＯ₂から成
り、あるいは、ＳｉＯ_XＮ_Y／ＳｉＯ₂／ＳｉＯ_XＮ_Yから
成る。ここで、「／」の前に記載した材料ほど、第２の
領域の上層側を占める。また、ＳｉＯ₂とＳｉＯ_XＮ_Yと
の境界は、一般には明確でない。場合によっては、第１
の領域は、ＳｉＯ₂／ＳｉＯ_XＮ_Yから構成される場合も
あるが、この場合には、第１の領域に含まれる窒素原子
の濃度と、第２の領域に含まれる窒素原子の濃度が異な
る。尚、本発明の絶縁膜においては、第２の領域は、第
１の領域と実質的に同じ厚さを有することが好ましい。
ここで、「実質的に同じ厚さ」であるとは、第２の領域
を構成する物質から窒素原子を取り除いたと仮定したと
きの第２の領域の厚さと、第１の領域の厚さが等しいこ
とを意味する。より具体的には、第１の領域と、第２の
領域を形成すべき第２領域形成予定領域とを、半導体層
の表面に形成したとき、第１の領域の厚さと第２領域形
成予定領域の厚さが等しいことを意味する。

【００１１】本発明の絶縁膜の形成方法において、半導
体層の表面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Ｐｔ
Ｏ₂等のＰｔ系触媒、ＰｄやＰｄＯ等のＰｄ系触媒、Ｉ
ｒ系触媒、ＲｕやＲｕＯ₂等のＲｕ系触媒、ＡｇやＡｇ₂
Ｏ等のＡｇ系触媒、Ａｕ系触媒、ＣｕＯ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
を反応させる方法を挙げることができる。あるいは又、
水素ガス及び酸素ガスに電磁波（例えば周波数１ＧＨｚ
乃至１００ＧＨｚのマイクロ波）を照射することによっ
て水蒸気を生成させ、該水蒸気を用いて半導体層の表面
を酸化する方法（以下、便宜上、プラズマ酸化法と呼
ぶ）を挙げることができる。尚、プラズマ酸化法を採用
すれば、１つの装置にて、半導体層の表面に第１の領域
を形成し、しかも、第２の領域を形成することが可能と
なり、装置構成の簡素化を図ることができる。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電磁波
を照射することによって生成した水蒸気を、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
表面に第１の領域及び第２領域形成予定領域を形成して
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。

【００１２】本発明の絶縁膜にあっては、第２の領域
は、酸化シリコンを窒化処理することによって形成され
ることが好ましい。更には、本発明の絶縁膜において
は、半導体層を所定の温度に加熱した状態で窒素系ガス
に晒す熱窒化法にて第２の領域が形成されていてもよい
が、酸化シリコンに窒素プラズマを照射することによっ
て第２の領域が形成されることが望ましく、本発明の絶
縁膜の形成方法においては、工程（ハ）における窒化処
理を熱窒化処理としてもよいが、第２領域形成予定領域
に窒素プラズマを照射する処理から成ることが、例えば
室温にて窒化処理を行うことができるが故に好ましい。
尚、酸化シリコンあるいは第２領域形成予定領域に窒素
プラズマを照射する方法を、プラズマ窒化法と呼ぶ。

【００１３】窒素プラズマは、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から構
成され、これらは、窒素系ガスに電磁波を照射すること
によって生成させることができる。ここで、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、Ｎ₂Ｏ、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。電磁波として、１ＧＨｚ〜１０
０ＧＨｚ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。

【００１４】本発明の絶縁膜の形成方法においては、工
程（ハ）の完了後、Ｎ₂ガス、ＮＯガス、Ｎ₂ＯガスやＮ
Ｈ₃ガスを用いた熱窒化処理を絶縁膜に対して施しても
よい。

【００１５】プラズマ窒化法を採用する場合、マスク材
料は通常のレジスト材料から構成すればよく、酸素プラ
ズマを用いたアッシング処理及びそれに続く薬液洗浄の
組合せ、例えば硫酸と過酸化水素水の混合液を用いた薬
液洗浄によって、マスク材料を除去することができる。

【００１６】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、絶縁膜を形成する前
に、ＮＨ₄ＯＨ／Ｈ₂Ｏ₂水溶液で洗浄し更にＨＣｌ／Ｈ₂
Ｏ₂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酸化膜を形成する。

【００１７】ところで、加湿酸化法に基づき酸化膜を形
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。

【００１８】本発明の絶縁膜の形成方法にあっては、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、加湿酸化法によっ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３００゜Ｃ以上とすることが、スループットの面から
望ましい。

【００１９】尚、工程（イ）において、加湿酸化法によ
っ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１０００゜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。

【００２０】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加湿酸化法により酸化膜の形成を開
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、加湿酸化法により所望
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７
５０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、例えば
第１の領域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。

【００２１】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。

【００２２】本発明の絶縁膜の形成方法においては、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（ＴＺＤＢ）特性及び経時絶縁破壊（ＴＤＤＢ）特
性に優れた絶縁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、Ｃ
ｌ₂、ＨＢｒ、ＮＦ₃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。

【００２３】形成された酸化膜の特性を一層向上させる
ために、本発明の絶縁膜の形成方法において、工程
（イ）に引き続き、形成された酸化膜に熱処理を施して
もよい。

【００２４】この場合、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
熱処理することによって、タイムゼロ絶縁破壊（ＴＺＤ
Ｂ）特性及び経時絶縁破壊（ＴＤＤＢ）特性に優れた絶
縁膜を得ることができる。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、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。

【００２５】尚、酸化膜の形成と熱処理とを同一処理室
内で行うことができる。熱処理の温度は、７００〜１２
００゜Ｃ、好ましくは７００〜１０００゜Ｃ、更に好ま
しくは７００〜９５０゜Ｃである。また、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。

【００２６】熱処理を行う場合、形成された酸化膜に熱
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、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、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、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（ＨＣ
ｌ）、ＣＣｌ₄、Ｃ₂ＨＣｌ₃、Ｃｌ₂、ＨＢｒ、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、０．００
１〜１０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。

【００２７】通常、シリコン半導体基板の表面に酸化膜
を形成する前に、ＮＨ₄ＯＨ／Ｈ₂Ｏ ₂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（ＯＨ）と
結合する虞がある（例えば、文献 "Highly-reliable Ga
te Oxide Formation for Giga-Scale LSIsby using Clo
sed Wet Cleaning System and Wet Oxidation with Ult
ra-Dry Unloading", J. Yugami, et al., Internationa
l 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、本発明の絶縁膜の形
成方法においては、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。

【００２８】酸化膜の形成においてプラズマ酸化法を採
用する場合、プラズマ処理装置の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ドライ
酸化膜が形成される虞がある。このようなドライ酸化膜
は、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。従って、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、１
８．３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。

【００２９】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、Ｆ
Ｚ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。

【００３０】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、第２
領域形成予定領域の表面が窒化される。第２領域形成予
定領域の表面の組成は、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。

【００３１】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）

【００３２】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。

【００３３】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）

【００３４】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。

【００３５】Ｈ₂ ＋ｅ → ２Ｈ式（３）

【００３６】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。

【００３７】２Ｈ＋Ｏ（³Ｐ） → Ｈ₂Ｏ式（４）

【００３８】半導体装置の製造において、例えばシリコ
ン酸化膜の膜厚は、光学的にエリプソメトリに基づき測
定されている。従来の技術が抱える問題は、物理的に異
なる膜厚のシリコン酸化膜を作り分けようとすることに
起因する。しかしながら、実際の半導体装置の動作を考
えると、Ｃ−Ｖ測定による絶縁膜容量から得られる膜
厚、即ち、実効的な膜厚が要求される値を満足していれ
ばよく、必ずしも物理的測定で得られる膜厚が要求され
る値を満たしている必要はない。

【００３９】本発明の絶縁膜あるいはその形成方法にお
いては、第２の領域は、第１の領域を構成する物質の有
する比誘電率ε₁と異なる比誘電率ε₂を有する物質から
構成されている。第２の領域の物理的測定結果に基づく
厚さ（物理的厚さ）をＴ₂としたとき、第２の領域の酸
化膜換算の実効厚さＴ’₂は、以下の式で表すことがで
きる。

【００４０】Ｔ’₂＝Ｔ₂×（ε₁／ε₂）

【００４１】製法や製膜条件に依るが、一般に酸化シリ
コンの比誘電率ε₁は約４であり、窒素原子を含む酸化
シリコンの比誘電率ε₂は６〜９程度である。従って、
第１の領域と第２の領域の物理的厚さが等しい場合、第
２の領域の実効厚さＴ’₂は、第１の領域の物理的厚さ
Ｔ₁の０．４４〜０．６７倍となる。

【００４２】従って、本発明においては、従来の技術と
異なり、第１の領域の物理的厚さＴ ₁と第２の領域の物
理的厚さＴ₂を異ならせる必要がなく、本質的に、絶縁
膜のドライエッチングや複数回の熱酸化処理を行うこと
が不要となる。

【００４３】また、プラズマ酸化法及びプラズマ窒化法
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よって第１の領域及び第２
の領域の形成を行うことができるので、本質的に１つの
プラズマ処理装置内で絶縁膜の形成を行うことが可能と
なり、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。

【００４４】

【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。

【００４５】（実施例１）本発明の実施に適した枚葉方
式のプラズマ処理装置の概念図を図１に示す。このプラ
ズマ処理装置は、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２０）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１
４と、処理室１０の頂部に配設されたガス導入部１６
Ａ，１６Ｂ，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、プラズマ処理領域１０
Ｂから構成されており、ステージ１１はプラズマ処理領
域１０Ｂに配されている。また、シリコン半導体基板２
０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〜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。処理室１０の外部には処理室１０内部が結露し
ないように処理室１０の内部の温度を制御するためのヒ
ータ１９が配設されている。

【００４６】プラズマ生成領域１０Ａにおいて、酸素ガ
ス及び水素ガスに１ＧＨｚ〜１００ＧＨｚの電磁波（例
えば、２．４５ＧＨｚのマイクロ波）を照射することに
よって水蒸気を生成させる。水蒸気の一部はプラズマ状
態にある。プラズマ処理領域１０Ｂにおいて、かかる水
蒸気に半導体層の表面が晒され、半導体層の表面が酸化
される。あるいは又、プラズマ生成領域１０Ａにおい
て、窒素系ガスに１ＧＨｚ〜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により第２領域形成予
定領域を窒化する。

【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、
プラズマ酸化法及びプラズマ窒化法を採用した。図１に
示したプラズマ処理装置を用いた絶縁膜の形成方法を、
以下、シリコン半導体基板２０等の模式的な一部断面図
である図２及び図３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２０に、公知の方法でＬＯＣ
ＯＳ構造を有する素子分離領域２１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２１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２０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２０の表面洗浄を行
い、シリコン半導体基板２０の表面を露出させる。尚、
シリコン半導体基板２０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２０を、図１に示したプラズマ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１０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２０を８００゜Ｃに加熱する。

【００５０】［工程−１２０］そして、半導体層の表面
を酸化することによって、第１の領域２２を形成し、且
つ、第２の領域２３を形成すべき第２領域形成予定領域
２３Ａを形成する。具体的には、プラズマ酸化法に基づ
き、半導体層であるシリコン半導体基板２０の表面に酸
化膜２４を形成する。即ち、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処理領域１０
Ｂ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２０）の表面が酸化さ
れる。こうして、半導体層の表面（具体的には、シリコ
ン半導体基板２０の表面）に厚さ３．５ｎｍの酸化膜２
４を形成することができる（図２の（Ａ−１）及び（Ａ
−２）参照）。酸化膜２４の形成条件を、以下の表１に
例示する。

【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］その後、第１の領域２２
をマスク材料２５によって被覆する。即ち、酸化膜２４
の形成が完了したならば、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２０を室
温まで冷却し、その後、シリコン半導体基板２０をプラ
ズマ処理装置から搬出する。そして、レジスト材料から
成るマスク材料をシリコン半導体基板２０の全面にスピ
ンコート法にて製膜し、公知のリソグラフィ技術に基づ
き、第２領域形成予定領域２３Ａ上のマスク材料を除去
することによって、第１の領域２２をマスク材料２５に
り被覆する（図２の（Ｂ−１）及び（Ｂ−２）参照）。

【００５３】［工程−１４０］次に、シリコン半導体基
板２０を、図１に示したプラズマ処理装置に図示しない
扉から再び搬入し、ステージ１１に載置した後、ガス導
入部１６Ｃから窒素系ガスである窒素ガス（Ｎ₂ガス）
を処理室１０内に導入する。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に導入す
る。これによって、即ち、窒素系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
置するプラズマ処理領域１０Ｂに到達し、第２領域形成
予定領域２３Ａの表面のみが窒化され、第２の領域２３
が形成される（図３の（Ａ−１）及び（Ａ−２）参
照）。尚、図３において、第２の領域２３における絶縁
膜２６の内、窒化された部分を参照番号２６Ａで表す。
プラズマ窒化処理の条件を、以下の表２に例示する。
尚、シリコン半導体基板２０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２
０内に拡散することを抑制するためである。しかも、シ
リコン半導体基板２０の温度を室温としているので、マ
スク材料２５の変質を防止することができる。

【００５４】［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）

【００５５】このように、プラズマ窒化処理を行うこと
によって、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２４の表面を窒化する
ことができるので、高温の熱窒化法による窒素原子の酸
化膜中への導入に起因して、シリコン半導体基板２０へ
窒素が侵入する結果、電流駆動能力の低下等が生じると
いった半導体素子特性への悪影響がない。更には、絶縁
膜に窒素原子が導入されているので、半導体装置の以降
の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半導体層
にまで到達し、例えばＰＭＯＳ半導体素子の閾値電圧が
変動するといった問題の発生を確実に回避することがで
きる。

【００５６】［工程−１５０］その後、マスク材料２５
を、例えば、硫酸と過酸化水素水の混合液を用いた薬液
洗浄によって除去する（図３の（Ｂ−１）及び（Ｂ−
２）参照）。

【００５７】こうして、第１の領域２２と第２の領域２
３から構成され、半導体層の表面（具体的には、シリコ
ン半導体基板２０の表面）に形成された絶縁膜２６を得
ることができる。第１の領域２２を構成する物質は酸化
シリコン（ＳｉＯ₂）であり、第２の領域２３を構成す
る物質はＳｉＯ_XＮ_Y／ＳｉＯ₂である。即ち、第２の領
域２３は、第１の領域２２の有する比誘電率ε₁よりも
高い比誘電率ε₂を有する物質から構成されている。第
１の領域２２から構成された絶縁膜２６は、メモリ（Ｄ
ＲＡＭ）を構成するトランジスタ素子のためのゲート絶
縁膜として機能する。一方、第２の領域２３から構成さ
れた絶縁膜２６は、ロジック回路（ＡＳＩＣ）を構成す
るトランジスタ素子のためのゲート絶縁膜として機能す
る。第１の領域２２と第２の領域２３の物理的厚さは実
質的に同じ厚さであるが、第２の領域２３の実効厚さ
Ｔ’₂は、第１の領域２２の物理的厚さＴ₁よりも薄い。

【００５８】［工程−１６０］その後、公知の方法で半
導体素子を作製すればよい。即ち、公知のＣＶＤ装置に
シリコン半導体基板２０を搬入する。そして、全面にｐ
形不純物を含んでいないシリコン層（例えばポリシリコ
ン層）をＣＶＤ法にて製膜する。次いで、リソグラフィ
技術及びドライエッチング技術に基づきシリコン層をパ
ターニングする。そして、シリコン層及びシリコン半導
体基板２０にｐ不純物（例えばボロンイオンやＢＦ₂イ
オン）をイオン注入法にて注入する。これによって、絶
縁膜２６を構成する第１の領域２２、第２の領域２３上
に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を形成することができ、併せ
て、ＬＤＤ構造を形成することができる。あるいは又、
ｐ形不純物（例えばボロン）を含有するシリコン層（例
えばポリシリコン層）をＣＶＤ法にて製膜する。次い
で、リソグラフィ技術及びドライエッチング技術に基づ
きシリコン層をパターニングする。これによって、絶縁
膜２６を構成する第１の領域２２、第２の領域２３上に
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を形成することができる。その
後、シリコン半導体基板２０にｐ不純物（例えばボロン
イオンやＢＦ₂イオン）をイオン注入法にて注入するこ
とで、ＬＤＤ構造を形成することができる。尚、ゲート
電極は、その他、ポリシリコン層と金属シリサイド層と
の２層構造（ポリサイド構造）を有していてもよいし、
ポリシリコン層と高融点金属層（例えばタングステン
層）とが積層されたポリメタル構造を有していてもよ
い。

【００５９】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を形成する。
次いで、ソース／ドレイン領域を形成するために、シリ
コン半導体基板２０に不純物（例えばボロンイオンやＢ
Ｆ₂イオン）をイオン注入法にて注入した後、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
層間絶縁層をＣＶＤ法にて製膜し、ソース／ドレイン領
域の上方の層間絶縁層に開口部を設け、かかる開口部内
を含む層間絶縁層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
を形成し、ＰＭＯＳ半導体素子を得ることができる。
尚、ＮＭＯＳ半導体素子も、導入すべき不純物が異なる
ことを除き、同様の方法で作製することができる。

【００６０】（実施例２）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、ＰＭＯ
Ｓ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ＣＭＯＳＦＥＴは、デュアルゲート構造を有するＣＭ
ＯＳＦＥＴ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絶縁膜を通過し、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
ゲート絶縁膜を一層薄くした場合、一層顕著に現れる。
ゲート絶縁膜を窒化処理することによって、かかるボロ
ン原子の突き抜け現象の発生を効果的に回避することが
可能となる。

【００６１】実施例２は、実施例１の変形である。実施
例２においては、ボロン原子の突き抜け現象の発生を一
層効果的に回避するために、［工程−１５０］の後、第
１の領域２２及び第２の領域２３から構成された絶縁膜
２６に対して、ＮＯガスを用いた熱窒化処理を施す。具
体的には、シリコン半導体基板２０を、必要に応じて洗
浄した後、７００゜Ｃの窒素ガス雰囲気にされた抵抗加
熱型の熱窒化処理装置（図示せず）内に搬入し、熱窒化
処理装置内の温度が安定した後、熱窒化処理装置内の雰
囲気温度を９００゜Ｃまで昇温する。そして、熱窒化処
理装置内の雰囲気をＮＯガス雰囲気に切り替え、５分
間、絶縁膜２６に対して熱窒化処理を施す。これによっ
て、絶縁膜２６と半導体層（シリコン半導体基板２０）
の界面にＳｉＯ_XＮ_Yが形成される。より具体的には、第
１の領域２２においてはＳｉＯ₂／ＳｉＯ_XＮ_Y構造が形
成され、第２の領域２３においてはＳｉＯ_XＮ_Y／ＳｉＯ
₂／ＳｉＯ_XＮ_Y構造が形成される。これによって、ボロ
ン原子の突き抜け現象の発生を一層効果的に回避するこ
とが可能となる。熱窒化処理の完了後、熱窒化処理装置
内の雰囲気を窒素ガス雰囲気に切り替え、温度を７００
゜Ｃまで降温した後、熱窒化処理装置からシリコン半導
体基板２０を搬出する。以降、実施例１の［工程−１６
０］を実行する。

【００６２】あるいは又、その後、熱窒化処理装置から
シリコン半導体基板２０を搬出し、次いで、公知のＣＶ
Ｄ装置に半導体層（具体的には、シリコン半導体基板２
０）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ＭＯＳＦＥ
Ｔのためのゲート電極へボロンを、ｎチャネル型ＭＯＳ
ＦＥＴ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領域を形成し、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を形成する。次いで、ソース
／ドレイン領域を形成するために、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ＭＯＳ
ＦＥＴ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に開口部を設け、かかる開口部
内を含む層間絶縁層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
線を形成し、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ＭＯＳＦＥＴ）を得ることができる。

【００６３】（実施例３）実施例３も、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２０を
８００゜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３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３においても図１に示したプラズマ処理装置
を用いる。

【００６４】［工程−３００］先ず、実施例１の［工程
−１００］と同様の工程を実行する。

【００６５】［工程−３１０］次に、シリコン半導体基
板２０を、図１に示したプラズマ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１０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２０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３においてはシリコン半
導体基板２０）の表面に凹凸（荒れ）が生じることがな
い。

【００６６】［工程−３２０］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２０）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３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。

【００６７】［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

【００６８】［工程−３３０］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２０を８００゜Ｃ
まで昇温する。尚、半導体層の表面に既に薄い酸化膜が
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３においてはシリコン半導体基板２０）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
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１０の下方に位置するプラズマ
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２０）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。

【００６９】［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

【００７０】［工程−３４０］以降、実施例１の［工程
−１３０］〜［工程−１６０］を実行することによっ
て、あるいは又、実施例２にて説明した熱窒化処理を含
む実施例１の［工程−１３０］〜［工程−１６０］を実
行することによって、ＰＭＯＳ半導体素子やＮＭＯＳ半
導体素子を得ることができる。

【００７１】（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、半導体層
の表面に酸化膜を形成した後、形成された酸化膜に熱処
理を施す点にある。以下、実施例４の絶縁膜の形成方法
を説明する。尚、実施例４においても図１に示したプラ
ズマ処理装置を用いる。

【００７２】［工程−４００］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４においてはシリコン半導体
基板２０）の表面に厚さ３．５ｎｍの酸化膜を形成す
る。

【００７３】［工程−４１０］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２０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。

【００７４】［工程−４２０］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。以
降、実施例１の［工程−１３０］〜［工程−１６０］を
実行することによって、あるいは又、実施例２にて説明
した熱窒化処理を含む実施例１の［工程−１３０］〜
［工程−１６０］を実行することによって、ＰＭＯＳ半
導体素子やＮＭＯＳ半導体素子を得ることができる。
尚、実施例４の加熱処理を、実施例３の２段階のゲート
絶縁膜形成工程に加えてもよい。

【００７５】（実施例５）実施例５も実施例１の変形で
ある。実施例５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。

【００７６】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４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３０
（処理室に相当する）と、酸化炉３０へ湿式ガス及び／
ガスを導入するためのガス導入部３２と、酸化炉３０か
ら湿式ガス及び／ガスを排気するガス排気部３３と、Ｓ
ｉＣから成る円筒状の均熱管３６を介して酸化炉３０内
を所定の雰囲気温度に保持するためのヒータ３４と、基
板搬出入部４０と、基板搬出入部４０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４１と、基板搬出
入部４０からガスを排気するガス排気部４２と、酸化炉
３０と基板搬出入部４０とを仕切るシャッター３５と、
シリコン半導体基板２０を酸化炉３０内に搬入出するた
めのエレベータ機構４３から構成されている。エレベー
タ機構４３には、シリコン半導体基板２０を載置するた
めの石英ボート４４が取り付けられている。また、燃焼
室５０に供給された水素ガスを酸素ガスと、燃焼室５０
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５１、ガス流
路３１及びガス導入部３２を介して酸化炉３０内に導入
される。尚、ガス流路３１は、二重管構造の酸化炉３０
の内壁及び外壁の間の空間に相当する。

【００７７】図４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。

【００７８】［工程−５００］先ず、実施例１の［工程
−１００］と同様の工程を実行する。

【００７９】［工程−５１０］配管５２、燃焼室５０、
配管５１、ガス流路３１及びガス導入部３２を介して酸
化炉３０へ窒素ガスを導入し、酸化炉３０内を窒素ガス
雰囲気とし、且つ、均熱管３６を介してヒータ３４によ
って酸化炉３０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３５は閉じてお
く。基板搬出入部４０は大気に解放された状態である。
そして、基板搬出入部４０にシリコン半導体基板２０を
搬入し、石英ボート４４にシリコン半導体基板２０を載
置する。基板搬出入部４０へのシリコン半導体基板２０
の搬入が完了した後、図示しない扉を閉め、基板搬出入
部４０にガス導入部４１から窒素ガスを導入し、ガス排
気部４２から排出し、基板搬出入部４０内を窒素ガス雰
囲気とする。

【００８０】［工程−５２０］基板搬出入部４０内が十
分に窒素ガス雰囲気となった時点で、シャッター３５を
開き、エレベータ機構４３を作動させて石英ボート４４
を上昇させ、シリコン半導体基板２０を酸化炉３０内に
搬入する。エレベータ機構４３が最上昇位置に辿り着く
と、石英ボート４４の基部によって酸化炉３０と基板搬
出入部４０との間は連通しなくなる。

【００８１】［工程−５３０］その後、窒素ガス雰囲気
の酸化炉３０の雰囲気温度を昇温し、８００〜９００゜
Ｃとする。そして、配管５２，５３を介して燃焼室５０
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５０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５１、ガス流路３１及
びガス導入部３２を介して酸化炉３０へ導入し、ガス排
気部３３から排気する。これによって、シリコン半導体
基板２０の表面に酸化膜が形成される。尚、燃焼室５０
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。

【００８２】［工程−５４０］所望の厚さの酸化膜を形
成した後、燃焼室５０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３０内に窒素ガス等の不活
性ガスを導入しながら、酸化炉３０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４３を
動作させて石英ボート４４を下降させ、次いで、基板搬
出入部４０からシリコン半導体基板２０を搬出する。

【００８３】［工程−５５０］以降、実施例１の［工程
−１３０］〜［工程−１６０］を実行することによっ
て、あるいは又、実施例２にて説明した熱窒化処理を含
む実施例１の［工程−１３０］〜［工程−１６０］を実
行することによって、ＰＭＯＳ半導体素子やＮＭＯＳ半
導体素子を得ることができる。また、実施例５のパイロ
ジェニック酸化法に基づき、実施例３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４にて説明した熱処理を加えてもよい。

【００８４】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。場合によっては、例えば実施例１にて
説明した絶縁膜の形成方法において、［工程−１２０］
に引き続き、プラズマ窒化法にて酸化膜２４の表面のみ
を窒化した後、［工程−１３０］以降を実行してもよ
い。

【００８５】また、例えば、実施例３の［工程−３３
０］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２０を８００゜Ｃまで昇温してもよい。実施例４の
［工程−４１０］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２０の温度を加熱手段１２によって８
５０゜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２０の温度を加熱手段１２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。

【００８６】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。

【００８７】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
ラズマ処理装置等に搬入する方法や、図５に模式図を示
すように、表面洗浄装置、プラズマ処理装置等、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。

【００８８】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処
理装置等の雰囲気を例えば１．３×１０^-1Ｐａ（１０^-3
Torr）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。

【００８９】［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

【００９０】［表６］塩化水素ガス／窒素ガス：１容量％温度：８００゜Ｃ

【００９１】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。

【００９２】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。

【００９３】

【発明の効果】本発明においては、従来の技術と異な
り、第１の領域の物理的厚さと第２の領域の物理的厚さ
とを実質的に同じ厚さとした状態で（即ち、物理的厚さ
を実質的に異ならせることなく）、実効的な厚さが異な
る２つの領域から成る絶縁膜を形成することができ、酸
化膜のドライエッチングや複数回の熱酸化処理を行うこ
とが不要となる。従って、エッチングダメージや金属汚
染が、例えばロジック回路を形成すべき半導体層の領域
に生じたり、閾値調整のための不純物プロファイルの制
御が複雑になるといった従来の技術における問題を解消
することができる。

【００９４】尚、プラズマ酸化法及びプラズマ窒化法を
採用すれば、本質的に１つのプラズマ処理装置内で絶縁
膜の形成を行うことが可能となり、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し、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。

【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】図２に引き続き、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４】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５】クラスターツール装置の模式図である。

【図６】従来の膜厚の異なる２つの領域から構成された
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７】図６に引き続き、従来の膜厚の異なる２つの領
域から構成された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。

【符号の説明】

１０・・・処理室、１０Ａ・・・プラズマ生成領域、１
０Ｂ・・・プラズマ処理領域、１１・・・ステージ、１
２・・・加熱手段、１３・・・磁石、１４・・・マイク
ロ波導波管、１５・・・マグネトロン、１６Ａ，１６
Ｂ，１６Ｃ，１７・・・ガス導入部、１８・・・ガス排
気部、１９・・・ヒータ、２０・・・シリコン半導体基
板、２１・・・素子分離領域、２２・・・第１の領域、
２３・・・第２の領域、２３Ａ・・・第２領域形成予定
領域、２４・・・酸化膜、２５・・・マスク材料、２６
・・・絶縁膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 27/108 21/8242 Ｆターム(参考） 5F045 AA09 AA20 AB03 AB32 AB34 AC03 AC11 AC13 AD04 AD07 AD12 AD13 AF03 CB10 DC63 DC69 EB13 EE12 HA15 HA22 5F048 AA07 AB01 AB03 AC01 AC03 BA01 BB06 BB07 BB11 BB12 BB16 BB17 BC06 BG12 DA20 DA21 5F058 BA20 BD01 BD04 BD10 BE03 BF29 BF30 BF63 BF73 BF74 BG01 BH04 BJ01 5F083 AD10 GA30 JA02 JA03 JA05 JA32 JA35 JA39 JA53 NA02 NA04 PR05 PR21 PR22 PR44 PR54 ZA12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体層の表面に形成された絶縁膜であっ
て、（Ａ）第１の領域と、（Ｂ）第１の領域を構成する物質の有する比誘電率と異
なる比誘電率を有する物質から構成された第２の領域、
から構成されていることを特徴とする絶縁膜。
【請求項２】第１の領域を構成する物質は酸化シリコン
であり、第２の領域を構成する物質は窒素原子を含む酸
化シリコンであることを特徴とする請求項１に記載の絶
縁膜。
【請求項３】第２の領域は、第１の領域と実質的に同じ
厚さを有することを特徴とする請求項２に記載の絶縁
膜。
【請求項４】第２の領域は、酸化シリコンを窒化処理す
ることによって形成されたことを特徴とする請求項２に
記載の絶縁膜。
【請求項５】第２の領域は、酸化シリコンに窒素プラズ
マを照射することによって形成されたことを特徴とする
請求項４に記載の絶縁膜。
【請求項６】半導体層の表面に形成された第１の領域及
び第２の領域を有し、第２の領域は、第１の領域を構成
する物質の有する比誘電率と異なる比誘電率を有する物
質から構成された絶縁膜の形成方法であって、（イ）半導体層の表面を酸化することによって、第１の
領域を形成し、且つ、第２の領域を形成すべき第２領域
形成予定領域を形成する工程と、（ロ）第１の領域をマスク材料によって被覆する工程
と、（ハ）露出した第２領域形成予定領域に窒化処理を施し
た後、マスク材料を除去する工程、から成ることを特徴
とする絶縁膜の形成方法。
【請求項７】第１の領域を構成する物質は酸化シリコン
であり、第２の領域を構成する物質は窒素原子を含む酸
化シリコンであることを特徴とする請求項６に記載の絶
縁膜の形成方法。
【請求項８】工程（ハ）における窒化処理は、第２領域
形成予定領域に窒素プラズマを照射することから成るこ
とを特徴とする請求項６に記載の絶縁膜の形成方法。