JP2012114267A - 半導体装置の製造方法及び基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマ処理を促進させる方向を制御する。
【解決手段】インピーダンス調整部のインピーダンスを制御することで、基板の処理面に加わる電界の少なくとも垂直成分の強度を調整しつつ、プラズマ生成部による電力を制御することで、基板の処理面に加わる電界の少なくとも水平成分の強度を調整して、プラズマ処理を促進させる方向の電界を強くする。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体装置の製造方法及び基板処理装置に関する。

フラッシュメモリ等の半導体装置の製造工程の一工程として、プラズマを用い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。係る工程では、例えば基板が搬入される処理室と、処理室内に反応ガスを供給する反応ガス供給部と、処理室内に電界を形成するプラズマ生成部と、を有する基板処理装置を用い、基板を搬入した処理室内に反応ガスを供給し、プラズマ生成部により形成した電界でプラズマ放電を起こして反応ガスを励起し、基板をプラズマ処理する。

上記プラズマ処理では、等方的な処理のみならず、例えば異方性処理が要求される場合があった。具体的には、トレンチ（溝）等の凹凸部が予め形成された基板に酸化処理を施す際、基板の処理面に対して垂直方向の処理、つまり、凹凸面の底部に対する酸化処理を促進させ、底部に優先的に酸化層を形成することが要求される場合があった。

しかしながら、上記異方性処理等を行うに際して、プラズマ処理を促進させる方向を制御することは困難であった。このため、例えば上記の例では、処理を促進させたい凹凸面の底部で所定厚さの酸化層が得られなかったり、側部の酸化層のほうが厚く形成されてしまったりする場合があった。

そこで本発明の目的は、プラズマ処理を促進させる方向を制御可能な半導体装置の製造方法及び基板処理装置を提供することにある。

本発明の一態様によれば、基板を処理室内に搬入して基板支持部により支持する工程と、前記基板支持部により前記基板を加熱する工程と、排気部により前記処理室内を排気しつつ、反応ガス供給部により前記処理室内に反応ガスを供給する工程と、プラズマ生成部により前記処理室内に形成した電界で、プラズマ放電を起こして反応ガスを励起し、励起した反応ガスを前記基板に供給して前記基板をプラズマ処理する工程と、プラズマ処理した前記基板を前記処理室内から搬出する工程と、を有し、前記基板をプラズマ処理する工程では、前記基板支持部の内部に設けられたインピーダンス調整電極に接続されるインピーダンス調整部のインピーダンスを制御することで、前記基板の処理面に加わる前記電界の少なくとも垂直成分の強度を調整しつつ、前記プラズマ生成部による電力を制御することで、前記基板の前記処理面に加わる前記電界の少なくとも水平成分の強度を調整して、前記プラズマ処理を促進させる方向の前記電界を強くする半導体装置の製造方法が提供される。

本発明の他の態様によれば、基板が搬入される処理室と、前記処理室内に設けられ、前記基板を支持して加熱する基板支持部と、前記処理室内に反応ガスを供給する反応ガス供給部と、前記処理室内を排気する排気部と、前記処理室内に電界を形成するプラズマ生成部と、前記基板支持部の内部に設けられたインピーダンス調整電極に接続されるインピーダンス調整部と、前記処理室内に搬入した前記基板を加熱させ、前記処理室内を排気させつつ、前記処理室内に反応ガスを供給させ、前記処理室内に形成させた電界でプラズマ放電を起こさせて反応ガスを励起させ、励起させた反応ガスを前記基板に供給させて前記基
板をプラズマ処理させるよう前記基板支持部、前記反応ガス供給部、前記排気部、前記プラズマ生成部及び前記インピーダンス調整部を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記インピーダンス調整部のインピーダンスを制御させることで、前記基板の処理面に加わる前記電界の少なくとも垂直成分の強度を調整させつつ、前記プラズマ生成部による電力を制御させることで、前記基板の前記処理面に加わる前記電界の少なくとも水平成分の強度を調整させて、前記プラズマ処理を促進させる方向の前記電界を強くさせるよう制御する基板処理装置が提供される。

本発明によれば、プラズマ処理を促進させる方向を制御可能な半導体装置の製造方法及び基板処理装置が提供される。

本発明の第１実施形態に係る基板処理装置としての変形マグネトロン型プラズマ処理装置の断面図である。 本発明の第１実施形態に係る基板処理工程を示すフロー図である。 本発明の第１実施形態に係る基板処理装置の処理室内に形成される電界の様子を示す模式図である。 本発明の第１実施形態に係る基板処理工程で処理されるトレンチが形成された基板の部分拡大図であって、（ａ）は垂直方向の電界を強めたときの処理の様子を示し、（ｂ）は水平方向の電界を強めた時の処理の様子を示している。 本発明の第２実施形態に係る基板処理装置としてのＩＣＰ型プラズマ処理装置の断面図である。 本発明の第３実施形態に係る基板処理装置としてのＥＣＲ型プラズマ処理装置の断面図である。

＜本発明の第１実施形態＞
（１）基板処理装置の構成
本発明の第１実施形態に係る基板処理装置について、図１を用いて以下に説明する。図１は、本実施形態に係る基板処理装置としての変形マグネトロン型プラズマ処理装置の断面図である。

本実施形態に係る基板処理装置は、電界と磁界とにより高密度プラズマを生成できる変形マグネトロン型プラズマ源（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ Ｔｙｐｅｄ Ｐｌａｓｍａ Ｓｏｕｒｃｅ）を用いて、シリコン（Ｓｉ）基板等のウェハ１０をプラズマ処理する変形マグネトロン型プラズマ処理装置（以下、ＭＭＴ装置２００と記載）である。ＭＭＴ装置２００は、気密性を保持した処理室２０１内にウェハ１０を載置し、処理室２０１内で一定の圧力下で高周波電圧をかけてマグネトロン放電を起こすように構成されている。ＭＭＴ装置２００によれば、係る機構により、処理室２０１内に供給した反応ガスを励起させ、励起させた反応ガスをウェハ１０に供給して、ウェハ１０に酸化、窒化等の処理を行なったり、薄膜を形成したり、またはウェハ１０表面をエッチングしたり等の各種プラズマ処理を施すことができる。

（処理室）
ＭＭＴ装置２００は、ウェハ１０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（Ａｌ_２Ｏ_３）また
は石英（ＳｉＯ_２）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。

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、開いているときには、搬送機構（図示せず）を用いて処理室２０１内へウェハ１０を搬入でき、または処理室２０１外へとウェハ１０を搬出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。

（サセプタ）
処理室２０１の底側中央には、ウェハ１０を支持するサセプタ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、ウェハ１０上に形成される膜等の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。

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、ウェハ１０表面を例えば２５℃〜５００℃程度まで加熱することができるように構成されている。

サセプタ２１７は、下側容器２１１とは電気的に絶縁されている。サセプタ２１７内部にはインピーダンス調整電極２１７ｃが装備されている。インピーダンス調整電極２１７ｃは、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２７４を介して接地されている。インピーダンス調整電極２１７ｃは、後述する第１の電極としての筒状電極２１５に対する第２の電極として機能する。インピーダンス可変機構２７４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〜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。寄生インピーダンスは装置によって異なるが、例えば約６８Ωとなっている。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、ウェハ１０の電位（バイアス電圧）を制御できる。

サセプタ２１７には、サセプタを昇降させるサセプタ昇降機構２６８が設けられている。そしてサセプタ２１７には貫通孔２１７ａが設けられ、一方、下側容器２１１の底面にはウェハ突上げピン２６６が設けられている。貫通孔２１７ａとウェハ突上げピン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、ウェハ突上げピン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により、本実施形態に係る基板支持部が構成されている。

（ランプ加熱ユニット）
処理室２０１の上方、つまり上側容器２１０の上面には、光透過窓２７８が設けられ、光透過窓２７８上の反応容器２０３外側には、ランプ加熱ユニット２８０が設置されている。ランプ加熱ユニット２８０は、サセプタ２１７と対向する位置に設けられ、ウェハ１０の上部からウェハ１０を加熱するよう構成されている。ランプ加熱ユニット２８０を点灯することで、ウェハ１０表面を５００℃〜９００℃に調整することができる。また、ヒータ２１７ｂと比較してより短時間でウェハ１０を加熱することができる。

（反応ガス供給部）
処理室２０１の上方、つまり上側容器２１０の上部には、シャワーヘッド２３６が設けられている。シャワーヘッド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、反応ガスを処理室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より導入される反応ガスを分散する分散空間としての機能を持つ。

ガス導入口２３４には、酸素含有ガスとしての酸素（Ｏ_２）ガスを供給する酸素含有ガス供給管２３２ａの下流端と、水素含有ガスとしての水素（Ｈ_２）ガスを供給する水素含有ガス供給管２３２ｂの下流端と、不活性ガスとしてのＡｒ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_２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_２ガス供給源２５０ｂ、流量制御装置としてのマスフローコントローラ２５２ｂ、開閉弁としてのバルブ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、Ａｒガス供給源２５０ｃ、流量制御装置としてのマスフローコントローラ２５２ｃ、開閉バルブとしての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、ガスケット２０３ｂを介してガス導入口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、マスフローコントローラ２５２ａ、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、酸素含有ガス、水素ガス含有ガス、不活性ガス等の反応ガスを処理室２０１内へ供給できるように構成されている。

主に、シャワーヘッド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、Ｏ_２ガス供給源２５０ａ、Ｈ_２ガス供給源２５０ｂ、Ａｒガス供給源２５０ｃ、マスフローコントローラ２５２ａ，２５２ｂ，２５２ｃ、バルブ２５３ａ，２５３ｂ，２５３ｃ，２４３ａにより、本実施形態に係る反応ガス供給部が構成されている。

（排気部）
下側容器２１１の側壁には、処理室２０１内から反応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）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、ＡＰＣ２４２、バルブ２４３ｂ、真空ポンプ２４６により、本実施形態に係る排気部が構成されている。

（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の電極としての筒状電極２１５が設けられている。筒状電極２１５は、筒状、例えば円筒状に形成されている。筒状電極２１５は、インピーダンスの整合を行なう整合器２７２を介して、高周波電力を出力する高周波電源２７３に接続されている。

筒状電極２１５の外側表面の上下端部には、上側磁石２１６ａ及び下側磁石２１６ｂがそれぞれ取り付けられている。上側磁石２１６ａおよび下側磁石２１６ｂは、ともに筒状、例えば円筒状に形成された永久磁石により構成されている。上側磁石２１６ａおよび下
側磁石２１６ｂは、処理室２０１に向いた面側とその反対の面側に磁極を有している。上側磁石２１６ａおよび下側磁石２１６ｂの磁極の向きは、逆向きになるよう配置されている。すなわち、上側磁石２１６ａおよび下側磁石２１６ｂの処理室２０１に向いた面側の磁極同士は互いに異極となっている。これにより、筒状電極２１５の内側表面に沿って円筒軸方向の磁力線が形成される。

上側磁石２１６ａおよび下側磁石２１６ｂにより磁界を発生させ、さらに処理室２０１内に反応ガスを導入した後、筒状電極２１５に高周波電力を供給して電界を形成することで、処理室２０１内のプラズマ生成領域２２４にマグネトロン放電プラズマが生成されるように構成されている。放出された電子を上述の電磁界が周回運動させることによって、プラズマの電離生成率が高まり、長寿命かつ高密度のプラズマを生成させることができる。

なお、筒状電極２１５、上側磁石２１６ａおよび下側磁石２１６ｂの周囲には、これらが形成する電磁界が他の装置や外部環境に悪影響を及ぼさないように、電磁界を有効に遮蔽する金属製の遮蔽板２２３が設けられている。

主に、筒状電極２１５、整合器２７２、高周波電源２７３、上側磁石２１６ａおよび下側磁石２１６ｂにより、本実施形態に係るプラズマ生成部が構成されている。

（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ＡＰＣ２４２、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２１７ｂ及びインピーダンス可変機構２７４を、信号線Ｄを通じてゲートバルブ２４４を、信号線Ｅを通じて整合器２７２及び高周波電源２７３を、信号線Ｆを通じてマスフローコントローラ２５２ａ，２５２ｂ，２５２ｃ及びバルブ２５３ａ，２５３ｂ，２５３ｃ，２４３ａを、信号線Ｇを通じてランプ加熱ユニット２８０を、それぞれ制御するように構成されている。

（２）基板処理工程
次に、本実施形態に係る基板処理工程について、主に図２を用いて説明する。図２は、本実施形態に係る基板処理工程を示すフロー図である。本実施形態に係る基板処理工程は、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ＭＭＴ装置２００により実施される。なお以下の説明において、ＭＭＴ装置２００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。

なお、本実施形態に係る基板処理工程で処理されるウェハ１０の表面には、例えば図４に示す凹凸部としてのトレンチ１１が予め形成されている。トレンチ１１は、例えばウェハ１０上に所定のパターンを施したマスク層１２を形成し、ウェハ１０表面を所定深さまでエッチングすることで形成される。以下、トレンチ１１の内壁に対して酸化処理を行う。その際、処理室２０１内に形成される電界を調整して、例えばウェハ１０の処理面に対して垂直方向の処理、つまり、トレンチ１１の底部１１ａに対するプラズマ処理を促進させる場合について説明する。

（基板搬入工程Ｓ１０）
まずは、上記のウェハ１０を処理室２０１内に搬入する。具体的には、ウェハ１０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にウェハ突上げピン２６６を貫通させる。その結果、ウェハ突き上げピン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。

続いて、ゲートバルブ２４４を開き、図中省略の搬送機構を用いて処理室２０１に隣接する真空搬送室（図示せず）から処理室２０１内にウェハ１０を搬入する。その結果、ウェハ１０は、サセプタ２１７の表面から突出したウェハ突上げピン２６６上に水平姿勢で支持される。処理室２０１内にウェハ１０を搬入したら、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を用いてサセプタ２１７を上昇させる。その結果、ウェハ１０はサセプタ２１７の上面に支持される。その後、ウェハ１０を所定の処理位置まで上昇させる。なお、基板搬入工程Ｓ１０は、処理室２０１内を不活性ガス等でパージしながら行ってもよい。

（昇温・真空排気工程Ｓ２０）
続いて、処理室２０１内に搬入されたウェハ１０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、搬入されたウェハ１０を保持することで、例えば１５０℃以上５００℃以下の範囲内の所定値にウェハ１０を加熱する。このとき、ランプ加熱ユニット２８０を点灯し、ランプ加熱ユニット２８０を補助的に用いれば、より迅速にウェハ１０を昇温することができる。また、ウェハ１０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０．１Ｐａ以上１０００Ｐａ以下の範囲内の所定値とする。真空ポンプ２４６は、少なくとも後述の基板搬出工程Ｓ６０が終了するまで作動させておく。

（反応ガス供給工程Ｓ３０）
次に、反応ガスとしてのＯ_２ガスの供給を開始する。具体的には、バルブ２５３ａを開け、マスフローコントローラ２５２ａにて流量制御しながら、バッファ室２３７を介して処理室２０１内へのＯ_２ガスの供給を開始する。このとき、Ｏ_２ガスの流量を、例えば１００ｓｃｃｍ以上１０００ｓｃｃｍ以下の範囲内の所定値とする。また、処理室２０１内の圧力が、例えば１Ｐａ以上１０００Ｐａ以下の範囲内の所定圧力となるように、ＡＰＣ２４２の開度を調整して処理室２０１内を排気する。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Ｓ４０の終了時までＯ_２ガスの供給を継続する。

（プラズマ処理工程Ｓ４０）
処理室２０１内の圧力が安定したら、筒状電極２１５に対して高周波電源２７３から整合器２７２を介して、例えば１５０Ｗ以上３０００Ｗ以下の範囲内の所定の出力値の高周波電力の印加を開始する。

これにより、処理室２０１内に高周波電界が形成され、係る電界でウェハ１０の上方のプラズマ生成領域２２４内にプラズマ放電を起こしてＯ_２ガスを励起する。Ｏ_２ガスは例えばプラズマ化されて解離し、酸素（Ｏ）を含む酸素活性種等の反応種を生成する。反応ガスが励起して生じた酸素活性種により、トレンチ１１の底部１１ａ及び側部１１ｂのそれぞれの表面に酸化処理が施される。

またこのとき、インピーダンス可変機構２１７は予め所定のインピーダンス値に制御され、処理室２０１内の電界は、プラズマ処理を促進させる方向、ここではウェハ１０の処理面に対して垂直方向に強められている。これによって、電界が強められた垂直方向の処理、つまりトレンチ１１の底部１１ａに対する酸化処理がより促進され、図４（ａ）に示すように、トレンチ１１の側部１１ｂには酸化層１３ｂが、底部１１ａには側部１１ｂよりも厚い酸化層１３ａが、それぞれ形成される。

その後、所定の処理時間、例えば１０秒〜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を閉めて、Ｏ_２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Ｓ４０が終了する。

なお、プラズマ処理工程Ｓ４０においては、高周波電源２７３及びインピーダンス可変機構２７４を用いて処理室２０１内の電界を調整する。以下、その具体的な手法について、図３及び図４を用いて説明する。図３は、本実施形態に係るＭＭＴ装置２００の処理室２０１内に形成される電界の様子を示す模式図である。図４は、本実施形態に係る基板処理工程で処理されるトレンチ１１が形成されたウェハ１０の部分拡大図であって、（ａ）は垂直方向の電界Ｅ１１を強めたときの処理の様子を示し、（ｂ）は水平方向の電界Ｅ２２を強めた時の処理の様子を示している。

上述のように、高周波電源２７３から高周波電力が出力されると、処理室２０１内には、例えば図３に示すような高周波電界が形成される。図３は、ある瞬間の処理室２０１内の電界Ｅの様子を例示したものである。筒状電極２１５側壁の内側面から処理室２０１の中央方向に向かう電界Ｅは、反対側から向かってくる電界Ｅとの相互作用により処理室２０１中央部で反発を受ける。このため電界Ｅは処理室２０１を横断することなく、処理室２０１の半径の範囲内で上方と下方に向かう。上方に向かう電界Ｅは、処理室２０１中央部で緩い弧を描いて上昇し、シャワーヘッド２３６を構成する遮蔽プレート２４０を通って接地電位にある蓋体２３３に向かう。下方に向かう電界Ｅは、処理室２０１中央部で緩い弧を描いて下降し、ウェハ１０を通過して、インピーダンス可変機構２７４を介して接地されるサセプタ２１７に向かう。

このような電界Ｅの強度や向きは、特にウェハ１０の近傍において、主にインピーダンス可変機構２７４と高周波電源２７３とで調整することができる。すなわち、インピーダンス可変機構２１７のインピーダンスを予め制御しておくことで、ウェハ１０に加わる電界Ｅの少なくとも垂直成分の強度を調整しつつ、高周波電源２７３による電力を制御することで、少なくとも水平成分の強度を調整する。これによって、プラズマ処理を促進させる方向の電界を強めることができる。

例えば、ウェハ１０の処理面に対して垂直方向のプラズマ処理を促進させる場合、予めインピーダンス可変機構２７４のインピーダンス値をゼロに近づけて、サセプタ２１７の電位、ひいてはウェハ１０の電位（バイアス電圧）を接地電位に近づけておき、高周波電源２７３によって所定の高周波電力を出力すれば、図４（ａ）に示すように、垂直方向の電界Ｅ１１を水平方向の電界Ｅ２１より強めることができる。これによって、ウェハ１０の処理面に対して垂直に入射する反応種（ここでは主にイオン）の数やエネルギーが増して酸化反応が促進され、例えば処理速度が向上する。よって、垂直方向の処理、すなわち、トレンチ１１の底部１１ａに対する酸化処理が促進され、側部１１ｂの酸化層１３ｂよりも厚い酸化層１３ａが底部１１ａに形成される。

また、ウェハ１０の処理面に対して水平方向のプラズマ処理を促進させる場合、予めインピーダンス可変機構２７４のインピーダンス値を増大させ、処理室２０１の寄生インピーダンスに近づけて、サセプタ２１７の電位、ひいてはウェハ１０の電位（バイアス電圧）を処理室２０１内の電位に近づけておき、高周波電源２７３によって同様に高周波電力を出力すれば、図４（ｂ）に示すように、垂直方向の電界Ｅ１２が弱まり、相対的に水平方向の電界Ｅ２２を強めることができる。これによって、ウェハ１０の処理面に対して水平に入射する反応種（イオン）の数やエネルギーが増して酸化反応が促進され、例えば処理速度が向上する。よって、水平方向の処理、すなわち、トレンチ１１の側部１１ｂに対する酸化処理が促進され、底部１１ａの酸化層１３ａよりも厚い酸化層１３ｂが側部１１ｂに形成される。

なお、インピーダンス可変機構２７４と高周波電源２７３との調整により強められた垂
直方向の電界Ｅ１１には、ウェハ１０の処理面に対して完全に垂直な電界でなくとも、垂直方向におけるプラズマ処理の促進に寄与する電界を全て含むものとする。

また、インピーダンス可変機構２７４と高周波電源２７３との調整により強められた水平方向の電界Ｅ２２には、ウェハ１０の処理面に対して完全に水平な電界でなくとも、水平方向におけるプラズマ処理の促進に寄与する電界を全て含むものとする。

また、電界の上記調整手法により、上記のような異方性処理のみならず、等方性処理を行うことも可能である。すなわち、例えば特定方向の処理が進行し難く、形成される酸化層１３ａ、１３ｂの厚さに偏りがある場合、係る方向の処理を促進させて、垂直方向の処理と水平方向の処理との進行具合が略同等となるよう電界を調整することができる。この場合、予めインピーダンス可変機構２７４のインピーダンス値をゼロから処理室２０１の寄生インピーダンス値の間の所定値に制御しておき、高周波電源２７３によって高周波電力を出力する。これによって、形成される酸化層１３ａ、１３ｂの厚さの均一性を向上させることができる。

上述の通り、本実施形態では、図４（ａ）に示すように、例えばインピーダンス値をゼロに近づけて垂直方向の電界Ｅ１１がより強くなるように制御し、より厚い酸化層１３ａをトレンチ１１の底部１１ａに形成する異方性処理を行う。本実施形態では特に、反応種が到達し難いトレンチ１１の底部１１ａに、より確実に反応種を到達させて、所定深さまで酸化層１３ａを形成することができる。具体的には、垂直方向に入射する反応種の数やエネルギーを増大させ、処理速度のみならず、反応種の到達距離、つまり、トレンチ１１内部への到達深さや、ウェハ１０表面からの侵入深さ等も増大させることができる。このように、プラズマ処理の促進には、処理速度を向上させたり、反応種の到達距離を増大させたりすること等が含まれる。

本実施形態の電界は、高周波電源２７３を用いて形成した高周波電界である。したがって、高密度のプラズマが得られ、トレンチ１１の底部１１ａへの反応種の到達率を、いっそう高めることができる。また、トレンチ１１のアスペクト比（＝トレンチ深さ／トレンチ開口幅）に応じた周波数を用いれば、トレンチ１１内部での処理効率がより高まり、微細加工性を向上させることができる。

また上述のように、本実施形態においては、プラズマを生成する電界を、ウェハ１０の所定方向の処理を促進させる電界としても用いる。例えば、係る電界をプラズマ生成の電界とは別に形成して処理の促進方向を制御しようとすると、プラズマ生成の電界よりも強い電界を形成する必要が生じてしまうところ、本実施形態で形成する電界はプラズマ生成に必要な強さを有していればよい。よって、電界強度を低く抑えることができるため、ウェハ１０に入射する反応種が必要以上に加速されて、トレンチの底部１１ａやトレンチ１１上に形成されたマスク層１２が反応種の衝突等によりエッチングされ、変形するようなことが起こり難い。

なお、特に垂直方向のプラズマ処理を促進させる場合において、インピーダンス可変機構２７４によるウェハ１０の電位（バイアス電圧）の更なる調整により、トレンチの底部１１ａやトレンチ１１上に形成されたマスク層１２のエッチングをより一層、抑制することが可能である。

（真空排気工程Ｓ５０）
所定の処理時間が経過してＯ_２ガスの供給を停止したら、ガス排気管２３１を用いて処理室２０１内を真空排気する。これにより、処理室２０１内のＯ_２ガスや、Ｏ_２ガスが反応した排ガス等を処理室２０１外へと排気する。その後、ＡＰＣ２４２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（ウェハ１０の搬出先。図示せず）と同じ圧力（例えば１００Ｐａ）に調整する。

（基板搬出工程Ｓ６０）
処理室２０１内が所定の圧力となったら、サセプタ２１７をウェハ１０の搬送位置まで下降させ、ウェハ突上げピン２６６上にウェハ１０を支持させる。そして、ゲートバルブ２４４を開き、図中省略の搬送機構を用いてウェハ１０を処理室２０１外へ搬出する。このとき、処理室２０１内を不活性ガス等でパージしながらウェハ１０の搬出を行ってもよい。以上により、本実施形態に係る基板処理工程を終了する。

（３）本実施形態に係る効果
本実施形態によれば、以下に示す１つまたは複数の効果を奏する。

（ａ）本実施形態によれば、インピーダンス可変機構２１７のインピーダンスを制御することで、ウェハ１０の処理面に加わる電界の少なくとも垂直成分の強度を調整しつつ、高周波電源２７３による電力を制御することで、ウェハ１０の処理面に加わる電界の少なくとも水平成分の強度を調整して、プラズマ処理を促進させる方向の電界を強くする。

これによって、ウェハ１０の処理を促進させる方向を高精度に制御可能である。本実施形態では特に、垂直方向の電界Ｅ１１を強めてトレンチ１１の底部１１ａに対する酸化処理を促進させる。したがって、より厚い酸化層１３ａをトレンチ１１の底部１１ａに形成する異方性処理が可能となる。

なお、上記構成により、水平方向に酸化処理を促進させ、より厚い酸化層１３ｂをトレンチ１１の側部１１ｂに形成する異方性処理や、垂直方向の処理と水平方向の処理との進行具合が略同等となるよう電界を調整する等方性処理も可能である。

（ｂ）また、本実施形態によれば、プラズマ放電を起こしてＯ_２ガスを励起する電界を、ウェハ１０の所定方向のプラズマ処理を促進させる電界としても用いている。これによって、形成される電界の強度を抑えることができる。

すなわち、処理の促進方向を制御する電界を別に形成する場合は、係る電界をプラズマ生成の電界よりも強くしなければならないが、本実施形態においては、プラズマ生成に必要な強さの電界を形成すればよく、トレンチ１１やマスク層１２の形状が変形し難い。したがって、所望のトレンチの形状を保つことができ、処理特性や歩留まりを向上させることができる。

（ｃ）また、本実施形態によれば、プラズマ処理の促進方向を制御する電界を別途形成する必要がないので、装置を簡便な構成とすることができ、コストの低減を図ることができる。

（ｄ）また、本実施形態によれば、インピーダンス可変機構２７４によるウェハ１０の電位（バイアス電圧）の更なる調整により、トレンチの底部１１ａやトレンチ１１上に形成されたマスク層１２のエッチングをより一層、抑制することが可能である。

（ｅ）また、本実施形態によれば、処理室２０１内に形成される電界は、トレンチ１１のアスペクト比に応じた周波数を有する高周波電界である。よって、高密度のプラズマが得られ、トレンチ１１の底部１１ａへ反応種の到達率が高まるほか、トレンチ１１内部の処理効率が向上して、より微細で高速な処理が可能となる。

＜本発明の第２実施形態＞
上述した実施形態ではＭＭＴ装置２００を用いる場合について説明したが、本発明は係る形態に限らず、例えばＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）方式プラズマ処理装置（以下、ＩＣＰ装置３００と記載）を用いて実施することも可能である。

以下に、本実施形態に係るＩＣＰ装置３００について、図５を用いて説明する。ＩＣＰ装置３００は、主にプラズマ生成部の構成が上述の実施形態に係るＭＭＴ装置２００と異なる。それ以外の構成についてはＭＭＴ装置２００と同様である。なお、図５では、反応ガス供給部等、一部の構成を簡略化して図示した。

ＩＣＰ装置３００は、プラズマ生成部の構成の一部として、電力を供給することでプラズマを生成する誘電コイル３１５ａ、３１５ｂを備えている。誘電コイル３１５ａは上側容器２１０の天井壁の外側に敷設されている。誘電コイル３１５ｂは上側容器２１０の外周壁の外側に敷設されている。ＩＣＰ装置３００においても、ガス導入口２３４を経由して反応ガスを処理室２０１内へ供給するように構成されている。反応ガスを供給して誘電コイル３１５ａ、３１５ｂへ高周波電力を印加すると、電磁誘導により、ウェハ１０の処理面に対して略水平の電界が生じるように構成されている。この電界をエネルギーとしてプラズマ放電を起こし、供給された反応ガスを励起して反応種を生成することができる。

上記構成において、誘電コイル３１５ａ、３１５ｂに印加する高周波電力と、インピーダンス可変機構２７４のインピーダンスとを制御することによって、ウェハ１０に加わる電界の垂直成分及び水平成分の強度を調整可能に構成されている。特に、誘電コイル３１５ｂにより、水平方向の電界を強めることがより容易となる。また、誘電コイル３１５ｂの替わりに、例えば円筒状の筒状電極や、平行平板型の電極等を用いてもよい。

主に、誘電コイル３１５ａ、３１５ｂ、整合器２７２ａ、２７２ｂ、高周波電源２７３ａ、２７３ｂにより、本実施形態に係るプラズマ生成部が構成されている。

本実施形態においても、上述の実施形態と同様の効果を奏する。

＜本発明の第３実施形態＞
また、上述した実施形態ではＭＭＴ装置２００やＩＣＰ装置３００を用いる場合について説明したが、本発明は係る形態に限らず、例えばＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）方式プラズマ処理装置（以下、ＥＣＲ装置４００と記載）を用いて実施することも可能である。

以下に、本実施形態に係るＥＣＲ装置４００について、図６を用いて説明する。ＥＣＲ装置４００は、主にプラズマ生成部の構成が上述の実施形態に係るＭＭＴ装置２００と異なる。それ以外の構成についてはＭＭＴ装置２００と同様である。なお、図６では、反応ガス供給部等、一部の構成を簡略化して図示した。

ＥＣＲ装置４００は、プラズマ生成部の構成の一部として、マイクロ波導入管４１５ａ及び誘電コイル４１５ｂを備えている。マイクロ波導入管４１５ａは上側容器２１０の天井壁の外側に敷設され、マイクロ波４１８ａを供給してプラズマを生成するように構成されている。誘電コイル４１５ｂは上側容器２１０の外周壁の外側に敷設され、電力を供給してプラズマを生成するように構成されている。ＥＣＲ装置４００においても、ガス導入口２３４を経由して反応ガスを処理室２０１内へ供給するように構成されている。反応ガスを供給してマイクロ波導入管４１５ａへマイクロ波４１８ａを導入すると、マイクロ波４１８ａが処理室２０１へ放射され、マイクロ波４１８ａの進行方向に対して略垂直、つ
まり、ウェハ１０の処理面に対して略水平の電界が形成されるように構成されている。また、誘電コイル４１５ｂへ高周波電力を印加すると、電磁誘導により、ウェハ１０の処理面に対して略水平の電界が生じるように構成されている。これにより、マイクロ波４１８ａ及び誘電コイル４１５ｂにより形成された電界をエネルギーとしてプラズマ放電を起こし、供給された反応ガスを励起して反応種を生成することができる。

上記構成において、導入するマイクロ波４１８ａの強度及び誘電コイル４１５ｂに印加する高周波電力と、インピーダンス可変機構２７４のインピーダンスとを制御することによって、ウェハ１０に加わる電界の垂直成分及び水平成分の強度を調整可能に構成されている。特に、誘電コイル４１５ｂにより、ウェハ１０の処理面に対して水平方向の電界を強めることがより容易となる。また、誘電コイル４１５ｂの替わりに、例えば円筒状の筒状電極や、平行平板型の電極等を用いてもよい。

なお、マイクロ波導入管４１５ａを上側容器２１０の側壁部に設け、マイクロ波４１８ａをウェハ１０の表面に対して略水平に放射することとしてもよい。係る構成により、ウェハ１０の処理面に対してより一層、電界の向きを垂直に制御し易くなる。

主に、マイクロ波導入管４１５ａ、誘電コイル４１５ｂ、整合器２７２ｂ、高周波電源２７３ｂ、磁石２１６により、本実施形態に係るプラズマ生成部が構成されている。

本実施形態においても、上述の実施形態と同様の効果を奏する。

＜本発明の他の実施形態＞
以上、本発明の実施の形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

例えば、上述の実施形態において、ＭＭＴ装置２００はプラズマ生成部の一部として筒状電極２１５を有するものとしたが、筒状電極２１５に加えて、例えば上側容器２１０の天井壁に平板状の上部電極を有するものとしてもよい。このように、平行平板型の電極構造をとることで、電界の向きをウェハ１０の処理面に対してより一層、垂直に制御し易くなる。

また、上述の実施形態においては、トレンチ１１に対する処理について説明したが、平面状のウェハ１０表面や、ウェハ１０上に形成されたゲート絶縁膜や金属膜等、種々の膜を処理対象とすることができる。

また、上述の実施形態においては、Ｏ_２ガスを用いた酸化処理について説明したが、Ｏ_２ガス等の酸素含有ガスに、水素（Ｈ_２）ガスや希ガス等を添加することも可能である。希ガスには、例えばヘリウム（Ｈｅ）ガスやアルゴン（Ａｒ）ガス等を用いることができる。

また、酸化処理のみならず、窒化処理や、酸化と窒化とを一緒に行う酸窒化処理、拡散処理、成膜（膜の堆積）処理、エッチング処理等にも本発明が適用可能である。例えば窒化処理には、窒素（Ｎ_２）ガス等の窒素（Ｎ）含有ガス単体や、窒素含有ガスにＨ_２ガスや希ガス等を添加した混合ガスを用い、酸窒化処理には、酸素（Ｏ_２）ガス等の酸素含有ガス単体や、酸素含有ガスに窒素含有ガス、水素（Ｈ_２）ガス等の水素含有ガスや希ガス等を添加した混合ガスを用い、成膜処理にはモノシラン（ＳｉＨ_４）ガスやジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６）ガス等のシリコン（Ｓｉ）含有ガスを酸素含有ガスや窒素含有ガス等と組み合わせて用いるなど、使用する反応ガスは各処理内容に応じて適宜選択することができる。これにより、上記の異方性・等方性の酸化処理のように異方性・等方性の窒化処理や酸窒
化処理、拡散処理、成膜処理、エッチング処理を行うことができる。

＜本発明の好ましい態様＞
以下に、本発明の好ましい態様を付記する。

本発明の一態様は、
基板を処理室内に搬入して基板支持部により支持する工程と、
前記基板支持部により前記基板を加熱する工程と、
排気部により前記処理室内を排気しつつ、反応ガス供給部により前記処理室内に反応ガスを供給する工程と、
プラズマ生成部により前記処理室内に形成した電界で、プラズマ放電を起こして反応ガスを励起し、励起した反応ガスを前記基板に供給して前記基板をプラズマ処理する工程と、
プラズマ処理した前記基板を前記処理室内から搬出する工程と、を有し、
前記基板をプラズマ処理する工程では、
前記基板支持部の内部に設けられたインピーダンス調整電極に接続されるインピーダンス調整部のインピーダンスを制御することで、前記基板の処理面に加わる前記電界の少なくとも垂直成分の強度を調整しつつ、前記プラズマ生成部による電力を制御することで、前記基板の前記処理面に加わる前記電界の少なくとも水平成分の強度を調整して、前記プラズマ処理を促進させる方向の前記電界を強くする
半導体装置の製造方法である。

好ましくは、
前記反応ガスは、窒素含有ガス、酸素含有ガス、水素含有ガス又はシリコン含有ガスの少なくともいずれかを含む。

また、好ましくは、
前記基板の前記処理面には、凹凸部が形成されている。

また、好ましくは、
前記基板の前記処理面には、マスク層が形成されている。

また、好ましくは、
前記電界は、前記凹凸部のアスペクト比に応じた周波数を有する高周波電界である。

好ましくは、
前記基板をプラズマ処理する工程において前記基板の前記処理面に対して垂直方向に前記プラズマ処理を促進させるときは、
前記電界の前記垂直成分の強度を前記水平成分の強度よりも高くする。

好ましくは、
前記基板をプラズマ処理する工程において前記基板の前記処理面に対して水平方向に前記プラズマ処理を促進させるときは、
前記電界の前記垂直成分の強度を前記水平成分の強度よりも低くする。

本発明の他の態様は、
基板が搬入される処理室と、
前記処理室内に設けられ、前記基板を支持して加熱する基板支持部と、
前記処理室内に反応ガスを供給する反応ガス供給部と、
前記処理室内を排気する排気部と、
前記処理室内に電界を形成するプラズマ生成部と、
前記基板支持部の内部に設けられたインピーダンス調整電極に接続されるインピーダンス調整部と、
前記処理室内に搬入した前記基板を加熱させ、前記処理室内を排気させつつ、前記処理室内に反応ガスを供給させ、前記処理室内に形成させた電界でプラズマ放電を起こさせて反応ガスを励起させ、励起させた反応ガスを前記基板に供給させて前記基板をプラズマ処理させるよう前記基板支持部、前記反応ガス供給部、前記排気部、前記プラズマ生成部及び前記インピーダンス調整部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記インピーダンス調整部のインピーダンスを制御させることで、前記基板の処理面に加わる前記電界の少なくとも垂直成分の強度を調整させつつ、前記プラズマ生成部による電力を制御させることで、前記基板の前記処理面に加わる前記電界の少なくとも水平成分の強度を調整させて、前記プラズマ処理を促進させる方向の前記電界を強くさせるよう制御する
基板処理装置である。

好ましくは、
前記制御部は、
前記基板の前記処理面に対して垂直方向に前記プラズマ処理を促進させるときは、
前記電界の前記垂直成分の強度が前記水平成分の強度よりも高くなるよう、前記インピーダンス調整部と前記プラズマ生成部とを制御する。

１０ ウェハ（基板）
２００ ＭＭＴ装置（基板処理装置）
２０１ 処理室
２１７ｃ インピーダンス調整電極
２７４ インピーダンス可変機構（インピーダンス調整部）

Claims (3)

1. 基板を処理室内に搬入して基板支持部により支持する工程と、
   前記基板支持部により前記基板を加熱する工程と、
   排気部により前記処理室内を排気しつつ、反応ガス供給部により前記処理室内に反応ガスを供給する工程と、
   プラズマ生成部により前記処理室内に形成した電界で、プラズマ放電を起こして反応ガスを励起し、励起した反応ガスを前記基板に供給して前記基板をプラズマ処理する工程と、
   プラズマ処理した前記基板を前記処理室内から搬出する工程と、を有し、
   前記基板をプラズマ処理する工程では、
   前記基板支持部の内部に設けられたインピーダンス調整電極に接続されるインピーダンス調整部のインピーダンスを制御することで、前記基板の処理面に加わる前記電界の少なくとも垂直成分の強度を調整しつつ、前記プラズマ生成部による電力を制御することで、前記基板の前記処理面に加わる前記電界の少なくとも水平成分の強度を調整して、前記プラズマ処理を促進させる方向の前記電界を強くする
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記基板の前記処理面には、凹凸部が形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 基板が搬入される処理室と、
   前記処理室内に設けられ、前記基板を支持して加熱する基板支持部と、
   前記処理室内に反応ガスを供給する反応ガス供給部と、
   前記処理室内を排気する排気部と、
   前記処理室内に電界を形成するプラズマ生成部と、
   前記基板支持部の内部に設けられたインピーダンス調整電極に接続されるインピーダンス調整部と、
   前記処理室内に搬入した前記基板を加熱させ、前記処理室内を排気させつつ、前記処理室内に反応ガスを供給させ、前記処理室内に形成させた電界でプラズマ放電を起こさせて反応ガスを励起させ、励起させた反応ガスを前記基板に供給させて前記基板をプラズマ処理させるよう前記基板支持部、前記反応ガス供給部、前記排気部、前記プラズマ生成部及び前記インピーダンス調整部を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記インピーダンス調整部のインピーダンスを制御させることで、前記基板の処理面に加わる前記電界の少なくとも垂直成分の強度を調整させつつ、前記プラズマ生成部による電力を制御させることで、前記基板の前記処理面に加わる前記電界の少なくとも水平成分の強度を調整させて、前記プラズマ処理を促進させる方向の前記電界を強くさせるよう制御する
   ことを特徴とする基板処理装置。

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