JP2020205438A - 基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】複数枚の基板上に膜を形成する際、基板上に形成される膜の基板間膜厚均一性を向上させる。【解決手段】基板に対して主元素を含む膜を形成する処理が行われる処理室と、処理室内の基板に対して主元素を含む原料を供給する第１ノズルと、処理室内の基板に対して反応体を供給する第２ノズルと、を有し、第１ノズルは、天井部に設けられ垂直方向に向かって開口する第１天井孔と、側部に設けられ水平方向に向かって開口する複数の第１側孔と、を有し、第１天井孔の開口面積は、第１側孔の開口面積よりも大きい。【選択図】図１

Description

本発明は、基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラムに関する。

半導体装置の製造工程の一工程として、複数枚の基板に対して原料および反応体を供給し、これら基板の上に膜を形成する処理が行われる場合がある（例えば特許文献１，２参照）。

特開２０１４−２３６１２９号公報 特開２０１４−０６３９５９号公報

本発明の目的は、複数枚の基板上に膜を形成する際、基板上に形成される膜の基板間膜厚均一性を向上させることが可能な技術を提供することにある。

本発明の一態様によれば、
基板に対して主元素を含む膜を形成する処理が行われる処理室と、前記処理室内の基板に対して前記主元素を含む原料を供給する第１ノズルと、前記処理室内の基板に対して反応体を供給する第２ノズルと、を有し、
前記第１ノズルは、天井部に設けられ垂直方向に向かって開口する第１天井孔と、側部に設けられ水平方向に向かって開口する複数の第１側孔と、を有し、
前記第１天井孔の開口面積を、前記第１側孔の開口面積よりも大きくする技術が提供される。

本発明によれば、複数枚の基板上に膜を形成する際、基板上に形成される膜の基板間膜厚均一性を向上させることが可能となる。

本発明の一実施形態で好適に用いられる基板処理装置の縦型処理炉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。 本発明の一実施形態で好適に用いられる基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を図１のＡ−Ａ線断面図で示す図である。 本発明の一実施形態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。 本発明の一実施形態の成膜シーケンスを示す図である。 （ａ）は本発明の一実施形態で好適に用いられる第１、第２ノズルの構成例を示す図であり、（ｂ）はその変形例を示す図である。 （ａ）は比較例の処理室内におけるＨＣＤＳガスの濃度分布を示す図であり、（ｂ）は実施例の処理室内におけるＨＣＤＳガスの濃度分布を示す図である。 （ａ）は実施例および比較例のＳｉＯ膜のウエハ間膜厚均一性の評価結果を、（ｂ）は実施例および比較例のＳｉＯ膜のウエハ面内膜厚均一性の評価結果をそれぞれ示す図である。 実施例および比較例の処理室内におけるＨ_２ガスの濃度分布を示す図である。

＜本発明の一実施形態＞
以下、本発明の一実施形態について、図１〜図５（ａ）を用いて説明する。

（１）基板処理装置の構成
図１に示すように、処理炉２０２は加熱手段（加熱機構）としてのヒータ２０７を有する。ヒータ２０７は円筒形状であり、保持板に支持されることにより垂直に据え付けられている。ヒータ２０７は、ガスを熱で活性化（励起）させる活性化機構（励起部）としても機能する。

ヒータ２０７の内側には、ヒータ２０７と同心円状に反応管２０３が配設されている。反応管２０３は、例えば石英（ＳｉＯ_２）または炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料により構成され、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。反応管２０３の筒中空部には、処理室２０１が形成される。処理室２０１は、基板としてのウエハ２００を収容可能に構成されている。

処理室２０１内には、第１ノズルとしてのノズル２４９ａ、および、第２ノズルとしてのノズル２４９ｂが、反応管２０３の下部側壁を貫通するように設けられている。ノズル２４９ａ，２４９ｂには、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂがそれぞれ接続されている。

ガス供給管２３２ａ，２３２ｂには、ガス流の上流側から順に、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４１ａ，２４１ｂおよび開閉弁であるバルブ２４３ａ，２４３ｂがそれぞれ設けられている。ガス供給管２３２ａ，２３２ｂのバルブ２４３ａ，２４３ｂよりも下流側には、不活性ガスを供給するガス供給管２３２ｃ，２３２ｄがそれぞれ接続されている。ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄには、ガス流の上流側から順に、ＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄおよびバルブ２４３ｃ，２４３ｄがそれぞれ設けられている。

ノズル２４９ａ，２４９ｂは、図２に示すように、反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における平面視において円環状の空間に、反応管２０３の内壁の下部より上部（処理室２０１の天井部）に沿って、ウエハ２００の積載方向上方に向かって立ち上がるようにそれぞれ設けられている。すなわち、ノズル２４９ａ，２４９ｂは、ウエハ２００が配列されるウエハ配列領域の側方の、ウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域に沿うようにそれぞれ設けられている。

ノズル２４９ａの天井部には、図５（ａ）に示すように、ガスを供給する第１天井孔としてのガス供給孔２５１ａが設けられている。ガス供給孔２５１ａは、垂直方向上方に向かって開口しており、処理室２０１の天井部に向けてガスを供給することが可能となっている。ノズル２４９ｂの天井部には、垂直方向上方に向かって開口する天井孔は非設置とされている。

ノズル２４９ａ，２４９ｂの側面には、ガスを供給する第１側孔としてのガス供給孔２５０ａ、および、第２側孔としてのガス供給孔２５０ｂが、それぞれ設けられている。ガス供給孔２５０ａ，２５０ｂは、反応管２０３の中心を向くようにそれぞれ開口しており、ウエハ２００に向けてガスを供給することが可能となっている。ガス供給孔２５０ａ，２５０ｂは、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられている。後述するボート２１７が例えば１２０枚のウエハ２００を保持する場合、ノズル２４９ａ，２４９ｂの側面には、ガス供給孔２５０ａ，２５０ｂが、ウエハ２００の一枚一枚に対応するように１２０個（ウエハ２００の収容枚数と同じ個数）設けられる。

本実施形態では、複数設けられるガス供給孔２５０ａ，２５０ｂのそれぞれの開口面積が、互いに同一の大きさとなっている。また、ガス供給孔２５１ａの開口面積は、ガス供給孔２５０ａのそれぞれの開口面積よりも大きくなっている。具体的には、ガス供給孔２５１ａ，２５０ａはそれぞれ円形に構成されており、複数設けられるガス供給孔２５０ａ，２５０ｂのそれぞれの直径は互いに同一の大きさとなっており、ガス供給孔２５１ａの直径はガス供給孔２５０ａ，２５０ｂのそれぞれの直径の２倍以上８倍以下の範囲内の大きさとなっている。

ガス供給管２３２ａからは、原料（原料ガス）として、例えば、形成しようとする膜を構成する主元素としてのシリコン（Ｓｉ）およびハロゲン元素を含むハロシラン原料ガスが、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａ、ノズル２４９ａを介して処理室２０１内へ供給される。

原料ガスとは、気体状態の原料、例えば、常温常圧下で液体状態である原料を気化することで得られるガスや、常温常圧下で気体状態である原料等のことである。ハロシラン原料とは、ハロゲン基を有するシラン原料のことである。ハロゲン基には、塩素（Ｃｌ）、フッ素（Ｆ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）等のハロゲン元素が含まれる。ハロシラン原料ガスとしては、例えば、ＳｉおよびＣｌを含む原料ガス、すなわち、クロロシラン原料ガスを用いることができる。クロロシラン原料ガスは、Ｓｉソースとして作用する。クロロシラン原料ガスとしては、例えば、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ_２Ｃｌ_６、略称：ＨＣＤＳ）ガスを用いることができる。

ガス供給管２３２ｂからは、第１反応体（第１反応ガス）として、例えば、酸素（Ｏ）含有ガスが、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂ、ノズル２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給される。Ｏ含有ガスは、酸化源（酸化剤、酸化ガス）、すなわち、Ｏソースとして作用する。Ｏ含有ガスとしては、例えば、酸素（Ｏ_２）ガスを用いることができる。

ガス供給管２３２ａからは、第２反応体（第２反応ガス）として、例えば、水素（Ｈ）含有ガスが、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａ、ノズル２４９ａを介して処理室２０１内へ供給される。Ｈ含有ガスは、それ単体では酸化作用は得られないが、後述する成膜処理において、特定の条件下でＯ含有ガスと反応することで原子状酸素（ａｔｏｍｉｃ ｏｘｙｇｅｎ、Ｏ）等の酸化種を生成し、酸化処理の効率を向上させるように作用する。Ｈ含有ガスとしては、例えば、水素（Ｈ_２）ガスを用いることができる。

ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄからは、不活性ガスとして、例えば、窒素（Ｎ_２）ガスが、それぞれＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄ、バルブ２４３ｃ，２４３ｄ、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂ、ノズル２４９ａ，２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給される。Ｎ_２ガスは、パージガス、キャリアガスとして作用する。

主に、ガス供給管２３２ａ、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａにより、第１供給系（原料供給系）が構成される。主に、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂ、ＭＦＣ２４１ａ，２４１ｂ、バルブ２４３ａ，２４３ｂにより、第２供給系（反応体供給系）が構成される。主に、ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄ、ＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄ、バルブ２４３ｃ，２４３ｄにより、不活性ガス供給系が構成される。

上述の各種供給系のうち、いずれか、或いは、全ての供給系は、バルブ２４３ａ〜２４３ｄやＭＦＣ２４１ａ〜２４１ｄ等が集積されてなる集積型供給システム２４８として構成されていてもよい。集積型供給システム２４８は、ガス供給管２３２ａ〜２３２ｄのそれぞれに対して接続され、ガス供給管２３２ａ〜２３２ｄ内への各種ガスの供給動作、すなわち、バルブ２４３ａ〜２４３ｄの開閉動作やＭＦＣ２４１ａ〜２４１ｄによる流量調整動作等が、後述するコントローラ１２１によって制御されるように構成されている。集積型供給システム２４８は、一体型、或いは、分割型の集積ユニットとして構成されており、ガス供給管２３２ａ〜２３２ｄ等に対して集積ユニット単位で着脱を行うことができ、集積型供給システム２４８のメンテナンス、交換、増設等を、集積ユニット単位で行うことが可能なように構成されている。

反応管２０３の側壁下方には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気管２３１が接続されている。排気管２３１には、処理室２０１内の圧力を検出する圧力検出器（圧力検出部）としての圧力センサ２４５および圧力調整器（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４４を介して、真空排気装置としての真空ポンプ２４６が接続されている。ＡＰＣバルブ２４４は、真空ポンプ２４６を作動させた状態で弁を開閉することで、処理室２０１内の真空排気および真空排気停止を行うことができ、更に、真空ポンプ２４６を作動させた状態で、圧力センサ２４５により検出された圧力情報に基づいて弁開度を調節することで、処理室２０１内の圧力を調整することができるように構成されている。主に、排気管２３１、ＡＰＣバルブ２４４、圧力センサ２４５により、排気系が構成される。真空ポンプ２４６を排気系に含めて考えてもよい。

反応管２０３の下方には、反応管２０３の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ２１９が設けられている。シールキャップ２１９は、例えばＳＵＳ等の金属材料により構成され、円盤状に形成されている。シールキャップ２１９の上面には、反応管２０３の下端と当接するシール部材としてのＯリング２２０が設けられている。シールキャップ２１９の下方には、後述するボート２１７を回転させる回転機構２６７が設置されている。回転機構２６７の回転軸２５５は、シールキャップ２１９を貫通してボート２１７に接続されている。回転機構２６７は、ボート２１７を回転させることでウエハ２００を回転させるように構成されている。シールキャップ２１９は、反応管２０３の外部に設置された昇降機構としてのボートエレベータ１１５によって垂直方向に昇降されるように構成されている。ボートエレベータ１１５は、シールキャップ２１９を昇降させることで、ウエハ２００を処理室２０１内外に搬入および搬出（搬送）する搬送装置（搬送機構）として構成されている。

基板支持具としてのボート２１７は、複数枚、例えば２５〜２００枚のウエハ２００を、水平姿勢で、かつ、互いに中心を揃えた状態で垂直方向に整列させて多段に支持するように、すなわち、間隔を空けて配列させるように構成されている。ボート２１７は、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料により構成される。ボート２１７の下部には、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料により構成される断熱板２１８が多段に支持されている。

反応管２０３内には、温度検出器としての温度センサ２６３が設置されている。温度センサ２６３により検出された温度情報に基づきヒータ２０７への通電具合を調整することで、処理室２０１内の温度が所望の温度分布となる。温度センサ２６３は、反応管２０３の内壁に沿って設けられている。

図３に示すように、制御部（制御手段）であるコントローラ１２１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１２１ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１２１ｂ、記憶装置１２１ｃ、Ｉ／Ｏポート１２１ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ１２１ｂ、記憶装置１２１ｃ、Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、内部バス１２１ｅを介して、ＣＰＵ１２１ａ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１２１には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置１２２が接続されている。

記憶装置１２１ｃ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１２１ｃ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、後述する成膜処理の手順や条件等が記載されたプロセスレシピ等が、読み出し可能に格納されている。プロセスレシピは、後述する成膜処理における各手順をコントローラ１２１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、プロセス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。また、プロセスレシピを、単に、レシピともいう。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、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、それらの両方を含む場合がある。ＲＡＭ１２１ｂは、ＣＰＵ１２１ａ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。

Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、上述のＭＦＣ２４１ａ〜２４１ｄ、バルブ２４３ａ〜２４３ｄ、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４４、真空ポンプ２４６、ヒータ２０７、温度センサ２６３、回転機構２６７、ボートエレベータ１１５等に接続されている。

ＣＰＵ１２１ａは、記憶装置１２１ｃから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１２２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置１２１ｃからレシピを読み出すように構成されている。ＣＰＵ１２１ａは、読み出したレシピの内容に沿うように、ＭＦＣ２４１ａ〜２４１ｄによる各種ガスの流量調整動作、バルブ２４３ａ〜２４３ｄの開閉動作、ＡＰＣバルブ２４４の開閉動作および圧力センサ２４５に基づくＡＰＣバルブ２４４による圧力調整動作、真空ポンプ２４６の起動および停止、温度センサ２６３に基づくヒータ２０７の温度調整動作、回転機構２６７によるボート２１７の回転および回転速度調節動作、ボートエレベータ１１５によるボート２１７の昇降動作等を制御するように構成されている。

コントローラ１２１は、外部記憶装置（例えば、ＨＤＤ等の磁気ディスク、ＣＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリ等の半導体メモリ）１２３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１２１ｃや外部記憶装置１２３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１２１ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置１２３単体のみを含む場合、または、それらの両方を含む場合がある。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１２３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。

（２）基板処理工程
上述の基板処理装置を用い、半導体装置の製造工程の一工程として、基板としてのウエハ２００上にシリコン酸化膜（ＳｉＯ膜）を形成するシーケンス例について、図４を用いて説明する。以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ１２１により制御される。

図４に示す成膜シーケンスでは、
ウエハ２００に対してノズル２４９ａよりＨＣＤＳガスを供給するステップ１と、
ウエハ２００に対してノズル２４９ｂよりＯ_２ガスを供給するステップ２と、
を含むサイクルを所定回数（１回以上）行うことで、ウエハ２００上に、ＳｉおよびＯを含む膜としてＳｉＯ膜を形成する。

なお、上述のステップ２は、ウエハ２００に対して、Ｏ_２ガスとＨ_２ガスとを同時に供給する期間を含んでいる。Ｈ_２ガスの供給はノズル２４９ａより行う。

本明細書では、図４に示す成膜シーケンスを、便宜上、以下のように示すこともある。後述する変形例や他の実施形態における成膜シーケンスについても同様の表記を用いる。

（ＨＣＤＳ→Ｏ_２＋Ｈ_２）×ｎ ⇒ ＳｉＯ

本明細書において「ウエハ」という言葉を用いた場合は、ウエハそのものを意味する場合や、ウエハとその表面に形成された所定の層や膜との積層体を意味する場合がある。本明細書において「ウエハの表面」という言葉を用いた場合は、ウエハそのものの表面を意味する場合や、ウエハ上に形成された所定の層等の表面を意味する場合がある。本明細書において「ウエハ上に所定の層を形成する」と記載した場合は、ウエハそのものの表面上に所定の層を直接形成することを意味する場合や、ウエハ上に形成されている層等の上に所定の層を形成することを意味する場合がある。本明細書において「基板」という言葉を用いた場合も、「ウエハ」という言葉を用いた場合と同義である。

（ウエハチャージおよびボートロード）
複数枚のウエハ２００がボート２１７に装填（ウエハチャージ）される。その後、図１に示すように、複数枚のウエハ２００を支持したボート２１７は、ボートエレベータ１１５によって持ち上げられて処理室２０１内へ搬入（ボートロード）される。この状態で、シールキャップ２１９は、Ｏリング２２０を介して反応管２０３の下端をシールした状態となる。

（圧力調整および温度調整）
処理室２０１内、すなわち、ウエハ２００が存在する空間が所望の圧力（真空度）となるように、真空ポンプ２４６によって処理室２０１内が真空排気（減圧排気）される。この際、処理室２０１内の圧力は圧力センサ２４５で測定され、この測定された圧力情報に基づきＡＰＣバルブ２４４がフィードバック制御される。また、処理室２０１内のウエハ２００が所望の温度となるように、ヒータ２０７によって加熱される。この際、処理室２０１内が所望の温度分布となるように、温度センサ２６３が検出した温度情報に基づきヒータ２０７への通電具合がフィードバック制御される。また、回転機構２６７によるウエハ２００の回転を開始する。処理室２０１内の排気、ウエハ２００の加熱および回転は、いずれも、少なくともウエハ２００に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。

（成膜ステップ）
その後、次のステップ１，２を順次実行する。

［ステップ１］
このステップでは、処理室２０１内のウエハ２００に対してＨＣＤＳガスを供給する。

具体的には、バルブ２４３ａを開き、ガス供給管２３２ａ内へＨＣＤＳガスを流す。ＨＣＤＳガスは、ＭＦＣ２４１ａにより流量調整され、ノズル２４９ａを介して処理室２０１内へ供給される。ＨＣＤＳガスは、ノズル２４９ａに設けられたガス供給孔２５１ａおよびガス供給孔２５０ａのそれぞれより処理室２０１内へ供給され、その後、排気管２３１より排気される。このとき、ウエハ２００に対してＨＣＤＳガスが供給される。このときバルブ２４３ｃ，２４３ｄを開き、ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄ内へＮ_２ガスを流すようにしてもよい。この場合、Ｎ_２ガスは、ＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄにより流量調整され、ノズル２４９ａ，２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給される。

ウエハ２００に対してＨＣＤＳガスを供給することで、ウエハ２００の表面上に、Ｃｌを含むＳｉ含有層（第１層）が形成される。Ｃｌを含むＳｉ含有層は、ウエハ２００の表面に、ＨＣＤＳが物理吸着したり、ＨＣＤＳの一部が分解した物質が化学吸着したり、ＨＣＤＳが熱分解したりすること等により形成される。すなわち、Ｃｌを含むＳｉ含有層は、ＨＣＤＳやＨＣＤＳの一部が分解した物質の吸着層（物理吸着層や化学吸着層）であってもよく、Ｃｌを含むＳｉ層であってもよい。以下、Ｃｌを含むＳｉ含有層を、単にＳｉ含有層とも称する。

ウエハ２００上にＳｉ含有層を形成した後、バルブ２４３ａを閉じ、処理室２０１内へのＨＣＤＳガスの供給を停止する。そして、処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１内に残留するガス等を処理室２０１内から排除する。このとき、バルブ２４３ｃ，２４３ｄを開き、処理室２０１内へＮ_２ガスを供給する。Ｎ_２ガスはパージガスとして作用する。

［ステップ２］
ステップ１が終了した後、処理室２０１内のウエハ２００に対してＯ_２ガスおよびＨ_２ガスを異なるノズルより同時に供給する。

具体的には、バルブ２４３ｂ，２４３ａを開き、ガス供給管２３２ｂ，２３２ａ内へＯ_２ガス、Ｈ_２ガスをそれぞれ流す。Ｏ_２ガス、Ｈ_２ガスは、それぞれ、ＭＦＣ２４１ｂ，２４１ａにより流量調整され、ノズル２４９ｂ，２４９ａを介して処理室２０１内へ供給される。Ｏ_２ガスは、ノズル２４９ｂに設けられたガス供給孔２５０ｂのそれぞれより処理室２０１内へ供給され、Ｈ_２ガスは、ノズル２４９ａに設けられたガス供給孔２５１ａおよびガス供給孔２５０ａのそれぞれより処理室２０１内へ供給される。Ｏ_２ガスとＨ_２ガスは、処理室２０１内で混合して反応し、その後、排気管２３１より排気される。このとき、ウエハ２００に対してＯ_２ガスおよびＨ_２ガスが同時かつ一緒に供給される。バルブ２４３ｃ，２４３ｄの開閉制御は、ステップ１におけるバルブ２４３ｃ，２４３ｄの開閉制御と同様とする。

処理室２０１内へＯ_２ガスおよびＨ_２ガスを同時かつ一緒に供給することで、これらのガスは、加熱された減圧雰囲気下においてノンプラズマで熱的に活性化（励起）されて反応し、それにより、原子状酸素（Ｏ）等の酸素を含む水分（Ｈ_２Ｏ）非含有の酸化種が生成される。そして、主にこの酸化種により、ステップ１でウエハ２００上に形成されたＳｉ含有層に対して酸化処理が行われる。この酸化種の持つエネルギーは、Ｓｉ含有層中に含まれるＳｉ−Ｃｌ結合等の結合エネルギーよりも高いため、この酸化種のエネルギーをＳｉ含有層に与えることで、Ｓｉ含有層中に含まれるＳｉ−Ｃｌ結合等は切り離される。Ｓｉとの結合が切り離されたＣｌ等は層中から除去され、Ｃｌ_２、ＨＣｌ等として排出される。また、Ｃｌ等との結合が切られることで余ったＳｉの結合手は、酸化種に含まれるＯと結びつき、Ｓｉ−Ｏ結合が形成される。このようにして、Ｓｉ含有層は、ＳｉおよびＯを含み、Ｃｌ等の不純物の含有量が少ない層、すなわち、高純度なＳｉＯ層（第２層）へと変化させられる（改質される）。この酸化処理によれば、Ｏ_２ガスを単独で供給する場合やＨ_２Ｏガス（水蒸気）を単独で供給する場合に比べ、酸化力を大幅に向上させることができる。すなわち、減圧雰囲気下においてＯ_２ガスにＨ_２ガスを添加することで、Ｏ_２ガス単独供給の場合やＨ_２Ｏガス単独供給の場合に比べ、大幅な酸化力向上効果が得られるようになる。

Ｓｉ含有層をＳｉＯ層へと変化させた後、バルブ２４３ｂ，２４３ａを閉じ、処理室２０１内へのＯ_２ガスおよびＨ_２ガスの供給をそれぞれ停止する。そして、ステップ１と同様の処理手順により、処理室２０１内に残留するガス等を処理室２０１内から排除する。

［所定回数実施］
ステップ１，２を非同時に、すなわち、同期させることなく行うサイクルを１回以上（ｎ回）行うことにより、ウエハ２００上に、ＳｉＯ膜を形成することができる。上述のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましい。すなわち、１サイクルあたりに形成するＳｉＯ層の厚さを所望の膜厚よりも小さくし、ＳｉＯ層を積層することで形成されるＳｉＯ膜の膜厚が所望の膜厚になるまで、上述のサイクルを複数回繰り返すのが好ましい。

ステップ１における処理条件としては、
ＨＣＤＳガス供給流量：１０〜２０００ｓｃｃｍ、好ましくは１００〜１０００ｓｃｃｍ
ＨＣＤＳガス供給時間：１〜１２０秒、好ましくは１〜６０秒
Ｎ_２ガス供給流量（ガス供給管毎）：１０〜１００００ｓｃｃｍ
処理温度：２５０〜８００℃、好ましくは４００〜７００℃
処理圧力：１〜２６６６Ｐａ、好ましくは６７〜１３３３Ｐａ
が例示される。

ステップ２における処理条件としては、
Ｏ_２ガス供給流量：１００〜１００００ｓｃｃｍ
Ｈ_２ガス供給流量：１００〜１００００ｓｃｃｍ
Ｏ_２ガスおよびＨ_２ガス供給時間：１〜１２０秒、好ましくは１〜６０秒
処理圧力：１３．３〜１３３３Ｐａ、好ましくは１３．３〜３９９Ｐａ
が例示される。他の処理条件は、ステップ１における処理条件と同様とする。

原料ガスとしては、ＨＣＤＳガスの他、モノクロロシラン（ＳｉＨ_３Ｃｌ、略称：ＭＣＳ）ガス、ジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、略称：ＤＣＳ）ガス、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ_３、略称：ＴＣＳ）ガス、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ_４、略称：ＳＴＣ）ガス、オクタクロロトリシラン（Ｓｉ_３Ｃｌ_８、略称：ＯＣＴＳ）ガス等のクロロシラン原料ガスを用いることができる。

第１反応ガスとしては、Ｏ_２ガスの他、亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）ガス、一酸化窒素（ＮＯ）ガス、二酸化窒素（ＮＯ_２）ガス、オゾン（Ｏ_３）ガス、Ｈ_２ガス＋Ｏ_３ガス、水蒸気（Ｈ_２Ｏガス）、一酸化炭素（ＣＯ）ガス、二酸化炭素（ＣＯ_２）ガス等のＯ含有ガスを用いることができる。

第２反応ガスとしては、Ｈ_２ガスの他、重水素（Ｄ_２）ガス等のＨ含有ガスを用いることができる。

不活性ガスとしては、Ｎ_２ガスの他、例えば、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ｘｅガス等の希ガスを用いることができる。

（アフターパージおよび大気圧復帰）
成膜ステップが終了した後、ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄのそれぞれからＮ_２ガスを処理室２０１内へ供給し、排気管２３１より排気する。Ｎ_２ガスはパージガスとして作用する。これにより、処理室２０１内がパージされ、処理室２０１内に残留するガスや反応副生成物が処理室２０１内から除去される（アフターパージ）。その後、処理室２０１内の雰囲気が不活性ガスに置換され（不活性ガス置換）、処理室２０１内の圧力が常圧に復帰される（大気圧復帰）。

（ボートアンロードおよびウエハディスチャージ）
ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９が下降され、反応管２０３の下端が開口される。そして、処理済のウエハ２００が、ボート２１７に支持された状態で、反応管２０３の下端から反応管２０３の外部に搬出（ボートアンロード）される。処理済のウエハ２００は、反応管２０３の外部に搬出された後、ボート２１７より取出される（ウエハディスチャージ）。

（３）本実施形態による効果
本実施形態によれば、以下に示す１つ又は複数の効果が得られる。

（ａ）ＨＣＤＳガスを供給するノズル２４９ａの天井部にガス供給孔２５１ａを設け、その開口面積を、ノズル２４９ａの側部に設けられたガス供給孔２５０ａのそれぞれの開口面積よりも大きくすることにより、ウエハ２００上に形成されるＳｉＯ膜のウエハ間膜厚均一性（以下、ＷｔＷとも称する）を向上させることが可能となる。

ノズル２４９ａの天井部にガス供給孔２５１ａを設置しない場合、ステップ１を実施した際に、処理室２０１内のウエハ収容領域（ウエハ配列領域）の上部領域におけるＨＣＤＳガスの濃度が低下し、この上部領域に収容されたウエハ２００に対するＨＣＤＳガスの供給量が不足する場合がある。結果として、この上部領域に収容されたウエハ２００上に形成されるＳｉＯ膜の膜厚が、ウエハ収容領域の下部領域や中央部領域に収容されたウエハ２００上に形成されるＳｉＯ膜の膜厚よりも薄くなる場合がある。すなわち、ウエハ２００上に形成されるＳｉＯ膜のＷｔＷが低下する場合がある。また、ノズル２４９ａの天井部にガス供給孔２５１ａを設置したとしても、その開口面積が、ノズル２４９ａの側部に設けられたガス供給孔２５０ａのそれぞれの開口面積以下の大きさである場合、ステップ１を実施した際に、ウエハ収容領域の上部領域におけるＨＣＤＳガスの濃度が依然として低く、また、この上部領域に収容されたウエハ２００に対するＨＣＤＳガスの供給量も依然として不足し、ウエハ２００上に形成されるＳｉＯ膜のＷｔＷが、ガス供給孔２５１ａを非設置とする場合のそれと同様の傾向を示す場合がある。

これに対し、本実施形態のように、ノズル２４９ａの天井部にガス供給孔２５１ａを設け、その開口面積を上述のように大きくすることにより、ステップ１を実施した際、ウエハ収容領域の上部領域におけるＨＣＤＳガスの濃度を増加させる方向に、すなわち、この上部領域に収容されたウエハ２００に対するＨＣＤＳガスの供給量を増やす方向に制御することが可能となる。これにより、ウエハ収容領域の上部領域に収容されたウエハ２００上に形成されるＳｉＯ膜の膜厚を増加させ、結果として、ウエハ２００上に形成されるＳｉＯ膜のＷｔＷを向上させることが可能となる。

なお、ガス供給孔２５１ａの直径を、ガス供給孔２５０ａの直径の２倍以上の大きさとした場合、ウエハ収容領域の上部領域におけるＨＣＤＳガスの濃度をさらに増加させ、結果として、ウエハ２００上に形成されるＳｉＯ膜のＷｔＷをさらに向上させることが可能となる。但し、ガス供給孔２５１ａの直径がガス供給孔２５０ａの直径の８倍を超えると、ノズル２４９ａ内の圧力が低下し、ガス供給孔２５０ａから水平方向に供給されるガスの流速が不足する場合がある。また、ノズル２４９ａ内におけるＨＣＤＳガスの滞在時間が短くなり、ノズル２４９ａから処理室２０１へ供給された後のＨＣＤＳガスの分解が進行しにくくなる場合がある。これらの場合、ウエハ収容領域の下部領域や中央部領域に収容されたウエハ２００上に形成されるＳｉＯ膜の膜厚が、ウエハ収容領域の上部領域に収容されたウエハ２００上に形成されるＳｉＯ膜の膜厚よりも薄くなる等、ＷｔＷが低下する場合がある。また、ウエハ２００上に形成されるＳｉＯ膜のウエハ面内膜厚均一性（以下、ＷｉＷとも称する）が低下する場合もある。ガス供給孔２５１ａの直径を、ガス供給孔２５０ａの直径の８倍以下の大きさとすることで、これらの課題を解消することが可能となる。以上のことから、ガス供給孔２５１ａの直径は、ガス供給孔２５０ａの直径の２倍以上８倍以下の大きさとするのが好ましい。なお、ノズル２４９ｂのガス供給孔２５０ｂの直径をノズル２４９ａのガス供給孔２５０ａの直径と同一とした場合、ガス供給孔２５１ａの直径は、ガス供給孔２５０ｂの直径の２倍以上８倍以下の大きさとするのが好ましい。

（ｂ）ＨＣＤＳガスを供給するノズル２４９ａの天井部にガス供給孔２５１ａを設け、その開口面積を、ノズル２４９ａの側部に設けられたガス供給孔２５０ａのそれぞれの開口面積よりも大きくすることにより、ウエハ２００上に形成されるＳｉＯ膜のＷｉＷを向上させることが可能となる。

ノズル２４９ａの天井部にガス供給孔２５１ａを設置しない場合、上述したように、ステップ１を実施した際に、ウエハ収容領域の上部領域におけるＨＣＤＳガスの濃度が低下し、この上部領域に収容されたウエハ２００に対するＨＣＤＳガスの供給量が不足する場合がある。この場合、この上部領域に収容されたウエハ２００上に形成されるＳｉＯ膜のウエハ面内膜厚分布（以下、面内膜厚分布とも称する）が、ウエハ２００の表面の周縁部（外周部）で最も厚く、中央部に近づくにつれて徐々に薄くなる分布（以下、中央凹分布とも称する）となる場合がある。また、ノズル２４９ａの天井部にガス供給孔２５１ａを設置したとしても、その開口面積が、ノズル２４９ａの側部に設けられたガス供給孔２５０ａのそれぞれの開口面積以下の大きさである場合、ステップ１を実施した際に、ウエハ収容領域の上部領域におけるＨＣＤＳガスの濃度が依然として低く、また、この上部領域に収容されたウエハ２００に対するＨＣＤＳガスの供給量も依然として不足する場合があり、この上部領域に収容されたウエハ２００上に形成されるＳｉＯ膜の面内膜厚分布が、ガス供給孔２５１ａを非設置とする場合のそれと同様の傾向を示す場合がある。

これに対し、本実施形態のように、ノズル２４９ａの天井部にガス供給孔２５１ａを設け、その開口面積を上述のように大きくすることにより、ステップ１を実施した際、ウエハ収容領域の上部領域におけるＨＣＤＳガスの濃度を増加させる方向に、すなわち、この上部領域に収容されたウエハ２００に対するＨＣＤＳガスの供給量を増やす方向に制御することが可能となる。これにより、ウエハ収容領域の上部領域に収容されたウエハ２００上に形成されるＳｉＯ膜の面内膜厚分布を、中央凹分布から、ウエハ２００の表面の中央部から周縁部にわたって膜厚変化の少ない平坦な膜厚分布（以下、フラット分布とも称する）に近づけることが可能となる。すなわち、ウエハ２００上に形成されるＳｉＯ膜が有する中央凹分布の度合を緩和させ、ＷｉＷを向上させることが可能となる。

（ｃ）上述の効果は、ＨＣＤＳガス以外の上述の原料ガスを用いる場合や、Ｏ_２ガス以外の上述のＯ含有ガスを用いる場合や、Ｈ_２ガス以外の上述のＨ含有ガスを用いる場合や、Ｎ_２ガス以外の上述の不活性ガスを用いる場合にも、同様に得ることができる。

＜本発明の他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態を具体的に説明した。但し、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、図５（ｂ）に示すように、ノズル２４９ｂの天井部に、垂直方向に向かって開口する第２天井孔としてのガス供給孔２５１ｂを設置してもよい。この場合、ガス供給孔２５１ａの開口面積は、ガス供給孔２５１ｂの開口面積よりも大きくし、また、ガス供給孔２５０ｂの開口面積よりも大きくする。好ましくは、ガス供給孔２５１ａ，２５１ｂ，２５０ｂをそれぞれ円形としたとき、ガス供給孔２５１ａの直径は、ガス供給孔２５０ｂの直径の２倍以上８倍以下の大きさとする。また好ましくは、ガス供給孔２５１ａの直径は、ガス供給孔２５１ｂの直径の２倍以上８倍以下の大きさとする。図５（ｂ）に示す構成のノズル２４９ａ，２４９ｂを用いる場合であっても、上述の実施形態と同様の効果が得られる。なお、ガス供給孔２５１ｂは、ノズル２４９ｂ内においてガスが吹き溜まることを防止するよう作用する。

また例えば、反応体として、アンモニア（ＮＨ_３）ガス等の窒素（Ｎ）含有ガス、プロピレン（Ｃ_３Ｈ_６）ガス等の炭素（Ｃ）含有ガス、トリエチルアミン（（Ｃ_２Ｈ_５）_３Ｎ、略称：ＴＥＡ）ガス等のＮおよびＣを含むガス、トリクロロボラン（ＢＣｌ_３）ガス等の硼素（Ｂ）含有ガス等を用い、以下に示す成膜シーケンスにより、基板上に、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）、シリコン炭窒化膜（ＳｉＣＮ膜）、シリコン酸炭窒化膜（ＳｉＯＣＮ膜）、シリコン硼炭窒化膜（ＳｉＢＣＮ膜）、シリコン硼窒化膜（ＳｉＢＮ膜）等を形成するようにしてもよい。これらの場合においても、上述の実施形態と同様の効果が得られる。これら反応体を供給する際の処理手順、処理条件は、例えば、上述の実施形態において反応体を供給する際のそれらと同様とすることができる。

（ＨＣＤＳ→ＮＨ_３→Ｏ_２）×ｎ ⇒ ＳｉＯＮ
（ＨＣＤＳ→ＮＨ_３）×ｎ ⇒ ＳｉＮ
（ＨＣＤＳ→ＴＥＡ）×ｎ ⇒ ＳｉＣＮ
（ＨＣＤＳ→Ｃ_３Ｈ_６→ＮＨ_３）×ｎ ⇒ ＳｉＣＮ
（ＨＣＤＳ→ＴＥＡ→Ｏ_２）×ｎ ⇒ ＳｉＯＣＮ
（ＨＣＤＳ→Ｃ_３Ｈ_６→ＮＨ_３→Ｏ_２）×ｎ ⇒ ＳｉＯＣＮ
（ＨＣＤＳ→Ｃ_３Ｈ_６→ＢＣｌ_３→ＮＨ_３）×ｎ ⇒ ＳｉＢＣＮ
（ＨＣＤＳ→ＢＣｌ_３→ＮＨ_３）×ｎ ⇒ ＳｉＢＮ

また例えば、原料として、チタニウムテトラクロライド（ＴｉＣｌ_４）ガスやトリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ_３）_３、略称：ＴＭＡ）ガス等を用い、以下に示す成膜シーケンスにより、基板上に、チタン窒化膜（ＴｉＮ膜）、チタン酸窒化膜（ＴｉＯＮ膜）、チタンアルミニウム炭窒化膜（ＴｉＡｌＣＮ膜）、チタンアルミニウム炭化膜（ＴｉＡｌＣ膜）、チタン炭窒化膜（ＴｉＣＮ膜）、チタン酸化膜（ＴｉＯ膜）等を形成するようにしてもよい。これらの場合においても、上述の実施形態と同様の効果が得られる。これら原料や反応体を供給する際の処理手順、処理条件は、例えば、上述の実施形態において原料や反応体を供給する際のそれらと同様とすることができる。

（ＴｉＣｌ_４→ＮＨ_３）×ｎ ⇒ ＴｉＮ
（ＴｉＣｌ_４→ＮＨ_３→Ｏ_２）×ｎ ⇒ ＴｉＯＮ
（ＴｉＣｌ_４→ＴＭＡ→ＮＨ_３）×ｎ ⇒ ＴｉＡｌＣＮ
（ＴｉＣｌ_４→ＴＭＡ）×ｎ ⇒ ＴｉＡｌＣ
（ＴｉＣｌ_４→ＴＥＡ）×ｎ ⇒ ＴｉＣＮ
（ＴｉＣｌ_４→Ｈ_２Ｏ）×ｎ ⇒ ＴｉＯ

基板処理に用いられるレシピは、処理内容に応じて個別に用意し、電気通信回線や外部記憶装置１２３を介して記憶装置１２１ｃ内に格納しておくことが好ましい。そして、処理を開始する際、ＣＰＵ１２１ａが、記憶装置１２１ｃ内に格納された複数のレシピの中から、基板処理の内容に応じて、適正なレシピを適宜選択することが好ましい。これにより、１台の基板処理装置で様々な膜種、組成比、膜質、膜厚の膜を、再現性よく形成することができるようになる。また、オペレータの負担を低減でき、操作ミスを回避しつつ、処理を迅速に開始できるようになる。

上述のレシピは、新たに作成する場合に限らず、例えば、基板処理装置に既にインストールされていた既存のレシピを変更することで用意してもよい。レシピを変更する場合は、変更後のレシピを、電気通信回線や当該レシピを記録した記録媒体を介して、基板処理装置にインストールしてもよい。また、既存の基板処理装置が備える入出力装置１２２を操作し、基板処理装置に既にインストールされていた既存のレシピを直接変更するようにしてもよい。

上述の実施形態では、一度に複数枚の基板を処理するバッチ式の基板処理装置を用いて膜を形成する例について説明した。本発明は上述の実施形態に限定されず、例えば、一度に１枚または数枚の基板を処理する枚葉式の基板処理装置を用いて膜を形成する場合にも、好適に適用できる。また、上述の実施形態では、ホットウォール型の処理炉を有する基板処理装置を用いて膜を形成する例について説明した。本発明は上述の実施形態に限定されず、コールドウォール型の処理炉を有する基板処理装置を用いて膜を形成する場合にも、好適に適用できる。これらの基板処理装置を用いる場合においても、上述の実施形態や変形例と同様なシーケンス、処理条件にて成膜を行うことができ、上述の実施形態や変形例と同様の効果が得られる。

上述の実施形態の手法により形成したＳｉ膜は、コンタクトホールの埋め込みによるコンタクトプラグの形成等の用途に、好適に用いることが可能である。

また、上述の各種実施形態は、適宜組み合わせて用いることができる。このときの処理手順、処理条件は、例えば、上述の実施形態の処理手順、処理条件と同様とすることができる。

以下、実施例について説明する。

実施例として、図１に示す基板処理装置を用い、図４に示す成膜シーケンスにより、複数枚のウエハ上にＳｉＯ膜を形成した。ＨＣＤＳガスおよびＨ_２ガスの供給に用いたノズルＡ、Ｏ_２ガスの供給に用いたノズルＢの構成は、それぞれ、図５（ａ）に示す第１、第２ノズル（ノズル２４９ａ，２４９ｂ）の構成と同様とした。ノズルＡに設置した天井孔の直径は、ノズルＡに設置したそれぞれの側孔の直径の２倍以上８倍以下の範囲内の大きさとした。ノズルＢの構成は、天井孔を非設置とした点を除いてノズルＡの構成と同様とした。処理条件は、上述の実施形態に記載の処理条件範囲内の所定の条件とした。

比較例として、実施例と同様の成膜シーケンスにより、複数枚のウエハ上にＳｉＯ膜を形成した。ＨＣＤＳガスおよびＨ_２ガスの供給に用いたノズルＣの構成は、天井孔を非設置とした点を除いて実施例で用いたノズルＡの構成と同様とした。Ｏ_２ガスの供給に用いたノズルＤの構成は、実施例で用いたノズルＢの構成と同様とした。基板処理装置が有する他の部材の構成は、実施例で用いた基板処理装置の各部材の構成と同様とした。処理条件は、実施例における処理条件と同様とした。

そして、実施例および比較例のそれぞれについて、ステップ１を実施した際の処理室内におけるＨＣＤＳガスの濃度分布を測定した。図６（ａ）は、比較例におけるＨＣＤＳガスの濃度分布を、図６（ｂ）は、実施例におけるＨＣＤＳガスの濃度分布をそれぞれ示している。図６（ａ）、図６（ｂ）の縦軸は、ウエハ収容領域内におけるウエハの収容位置（１２０が上部、０が下部、以下同様）を示している。図６（ａ）、図６（ｂ）の横軸は、処理室内におけるＨＣＤＳガスのＮ_２ガスに対する分圧比率（ＨＣＤＳ／Ｎ_２）を示しており、これは、ＨＣＤＳガスの濃度と同義である。

図６（ａ）に示すように、比較例では、ウエハ収容領域の上部領域におけるＨＣＤＳガスの濃度が、ウエハ収容領域の中央部領域や下部領域におけるＨＣＤＳガスの濃度に比べて大幅に低下していた。これに対し、図６（ｂ）に示すように、実施例では、ウエハ収容領域の上部領域におけるＨＣＤＳガスの濃度が大幅に増加していた。これらのことから、所定の開口面積を有する天井孔を設置したノズルＡを用いてＨＣＤＳガスの供給を行うことにより、天井孔を非設置としたノズルＣを用いてＨＣＤＳガスの供給を行う場合に比べ、ウエハ収容領域の上部領域におけるＨＣＤＳガス濃度を増加させる等、ＨＣＤＳガスの濃度分布を広範囲に制御可能であることが分かる。

続いて、実施例および比較例のそれぞれについて、ウエハ上に形成されたＳｉＯ膜の膜厚を測定し、ＷｔＷ，ＷｉＷを評価した。図７（ａ）はＷｔＷの評価結果を示す図であり、図７（ｂ）はＷｉＷの評価結果を示す図である。図７（ａ）、図７（ｂ）の縦軸は、ウエハ収容領域内におけるウエハの収容位置を示している。図７（ａ）の横軸は各ウエハ上に形成されたＳｉＯ膜の平均膜厚（Å）を示しており、図７（ｂ）の横軸は各ウエハ上に形成されたＳｉＯ膜のＷｉＷを示している。ＷｉＷは、その値が小さいほどウエハ面内における膜厚の均一性が高いことを意味している。いずれの図においても、■は実施例を、◆は比較例をそれぞれ示している。

図７（ａ）に示すように、比較例では、ウエハ収容領域の上部領域に収容されたウエハ上に形成されたＳｉＯ膜の平均膜厚が、ウエハ収容領域の中央部領域や下部領域に収容されたウエハ上に形成されたＳｉＯ膜の平均膜厚に比べて薄くなっていた。これに対し、実施例では、ウエハ収容領域の上部領域に収容されたウエハ上に形成されたＳｉＯ膜の平均膜厚が、ウエハ収容領域の中央部領域や下部領域に収容されたウエハ上に形成されたＳｉＯ膜の平均膜厚に比べて厚くなっていた。ＳｉＯ膜の平均膜厚のウエハ間での分布を比較すると、実施例の方が、比較例に比べてＷｔＷが良好であった。また、比較例および実施例におけるＳｉＯ膜の平均膜厚のウエハ間分布は、それぞれ、図６（ａ）、図６（ｂ）に示すＨＣＤＳガスの濃度分布と略同様の傾向を有していた。これらのことから、所定の開口面積を有する天井孔を設置したノズルＡを用いてＨＣＤＳガスの供給を行うことにより、天井孔を非設置としたノズルＣを用いてＨＣＤＳガスの供給を行う場合に比べ、ウエハ収容領域におけるＨＣＤＳガスの濃度分布を最適化させ、ＷｔＷを向上させることが可能であることが分かった。

図７（ｂ）に示すように、比較例において、ウエハ収容領域の上部領域や下部領域に収容されたウエハ上に形成されたＳｉＯ膜は、ウエハ収容領域の中央部領域に収容されたウエハ上に形成されたＳｉＯ膜に比べて強い中央凹分布を示しており、ＷｉＷが低下していた。これに対し、実施例において、ウエハ収容領域の上部領域や下部領域に収容されたウエハ上に形成されたＳｉＯ膜のＷｉＷは、ウエハ収容領域の中央部領域に収容されたウエハ上に形成されたＳｉＯ膜のＷｉＷと同等であり、いずれも良好であった。これらのことから、側孔よりも開口面積の大きな天井孔を設置したノズルを用いてＨＣＤＳガスの供給を行うことにより、ウエハ収容領域におけるＨＣＤＳガスの濃度分布を最適化させ、ウエハ収容領域の全域にわたってＷｉＷを向上させることが可能となることが分かった。

続いて、実施例および比較例のそれぞれについて、ステップ２を実施した際の処理室内におけるＨ_２ガスの濃度分布を測定した。図８は、実施例および比較例におけるＨ_２ガスの濃度分布を示している。図８の縦軸は、ウエハ収容領域内におけるウエハの収容位置を示している。図８の横軸は、処理室内におけるＨ_２ガスのＯ_２ガスおよびＮ_２ガスに対する分圧比率（Ｈ_２／Ｏ_２＋Ｎ_２）を示しており、これは、Ｈ_２ガスの濃度と同義である。図８において、実線は実施例を、破線は比較例をそれぞれ示している。

図８に示すように、実施例におけるＨ_２ガスの濃度分布は、比較例におけるＨ_２ガスの濃度分布と略同様であった。すなわち、所定の開口面積を有する天井孔を設置したノズルＡを用いた場合の処理室内におけるＨ_２ガスの濃度分布は、天井孔を非設置としたノズルＣを用いた場合の処理室内におけるＨ_２ガスの濃度分布と殆ど変わらなかった。このことから、Ｈ_２ガスの供給に用いるノズルを、ＨＣＤＳガスの供給に用いるノズルと共用としても、ウエハ上に形成されるＳｉＯ膜のＷｔＷやＷｉＷには殆ど影響を与えないことが分かった。

さらに続いて、実施例で用いた基板処理装置を用い、ウエハに対してＨＣＤＳガス、Ｏ_２＋Ｈ_２ガス、ＮＨ_３ガスをこの順に非同時に供給するサイクルを所定回数行う成膜シーケンスにより、ウエハ上にＳｉＯＮ膜を形成した。ＨＣＤＳガス、Ｈ_２ガスの供給はノズルＡを用いて行い、Ｏ_２ガス、ＮＨ_３ガスの供給はノズルＢを用いて行った。その結果、ウエハ上に形成されたＳｉＯＮ膜におけるＷｔＷ，ＷｉＷは、実施例において形成されたＳｉＯ膜のそれらと同様の傾向を示すことが確認された。

＜本発明の好ましい態様＞
以下、本発明の好ましい態様について付記する。

（付記１）
本発明の一態様によれば、
基板に対して主元素を含む膜を形成する処理が行われる処理室と、
前記処理室内の基板に対して前記主元素を含む原料を供給する第１ノズルと、
前記処理室内の基板に対して反応体を供給する第２ノズルと、
を有し、
前記第１ノズルは、
天井部に設けられ垂直方向に向かって開口する第１天井孔と、
側部に設けられ水平方向に向かって開口する複数の第１側孔と、
を有し、
前記第１天井孔の開口面積は、前記第１側孔の開口面積よりも大きい基板処理装置が提供される。

（付記２）
付記１に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記第１天井孔の直径は、前記第１側孔の直径の２倍以上８倍以下である。

（付記３）
付記１または２に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記第２ノズルは、
天井部に設けられ垂直方向に向かって開口する第２天井孔と、
側部に設けられ水平方向に向かって開口する複数の第２側孔と、
を有し、
前記第１天井孔の開口面積は、前記第２天井孔の開口面積よりも大きく、また、前記第２側孔の開口面積よりも大きい。

（付記４）
付記３に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記第１天井孔の直径は、前記第２側孔の直径の２倍以上８倍以下である。

（付記５）
付記３または４に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記第１天井孔の直径は、前記第２天井孔の直径の２倍以上８倍以下である。

（付記６）
付記１または２に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記第２ノズルの側部には水平方向に向かって開口する複数の第２側孔が設置され、
前記第２ノズルの天井部には第２天井孔が非設置とされる。

（付記７）
付記１〜６のいずれかに記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記原料を供給する第１供給系と、
前記反応体を供給する第２供給系と、
前記処理室内において、前記第１ノズルを介して前記原料を基板に対して供給する処理と、前記第２ノズルを介して前記反応体を前記基板に対して供給する処理と、を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に前記主元素を含む膜を形成する処理を行わせるように、前記第１供給系および前記第２供給系を制御するよう構成される制御部と、
をさらに有する。

（付記８）
付記７に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記制御部は、前記処理室内において、前記第１ノズルを介して前記原料を基板に対して供給する処理と、前記第２ノズルを介して前記反応体として第１反応体を前記基板に対して供給する処理と、前記第１ノズルを介して前記反応体として第２反応体を前記基板に対して供給する処理と、を含むサイクルを所定回数行わせるように、前記第１供給系および前記第２供給系を制御するよう構成される。

（付記９）
付記７に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記制御部は、前記処理室内において、前記第１ノズルを介して前記原料を基板に対して供給する処理と、前記第２ノズルを介して前記反応体として第１反応体を前記基板に対して供給するとともに、前記第１ノズルを介して前記反応体として第２反応体を前記基板に対して供給する処理と、を含むサイクルを所定回数行わせるように、前記第１供給系および前記第２供給系を制御するよう構成される。

（付記１０）
本発明の他の態様によれば、
基板処理装置の処理室内において、
天井部に設けられ垂直方向に向かって開口する第１天井孔と、側部に設けられ水平方向に向かって開口する複数の第１側孔と、を有し、前記第１天井孔の開口面積が、前記第１側孔の開口面積よりも大きい第１ノズルを介して、形成しようとする膜の主元素を含む原料を、基板に対して供給する工程と、
第２ノズルを介して、反応体を、前記基板に対して供給する工程と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に前記主元素を含む膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方法、または、基板処理方法が提供される。

（付記１１）
本発明のさらに他の態様によれば、
基板処理装置の処理室内において、
天井部に設けられ垂直方向に向かって開口する第１天井孔と、側部に設けられ水平方向に向かって開口する複数の第１側孔と、を有し、前記第１天井孔の開口面積が、前記第１側孔の開口面積よりも大きい第１ノズルを介して、形成しようとする膜の主元素を含む原料を、基板に対して供給する手順と、
第２ノズルを介して、反応体を、前記基板に対して供給する手順と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に前記主元素を含む膜を形成する手順をコンピュータによって前記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。

２００ ウエハ（基板）
２４９ａ ノズル（第１ノズル）
２５０ａ ガス供給孔（第１側孔）
２５１ａ ガス供給孔（第１天井孔）
２４９ｂ ノズル（第２ノズル）
２５０ｂ ガス供給孔（第２側孔）

Claims (21)

1. 基板に対して膜を形成する処理が行われる処理室と、
   前記処理室内の基板に対して前記膜を構成する主元素を含む原料を供給する第１ノズルと、
   前記処理室内の基板に対して反応体を供給する第２ノズルと、
   を有し、
   前記第１ノズルの側部には水平方向に向かって開口する複数の第１側孔が設置され、
   前記第１ノズルの先端部には、前記複数の第１側孔のそれぞれの開口面積よりも大きい開口面積を有し、垂直方向に向かって開口する第１孔が設置され、
   前記第２ノズルの側部には水平方向に向かって開口する複数の第２側孔が設置され、
   前記第２ノズルの先端部には、前記第１孔の開口面積よりも小さい開口面積を有し、垂直方向に向かって開口する第２孔が設置されるか、もしくは、前記第２孔が非設置とされる基板処理装置。
2. 前記第１孔の直径は、前記複数の第１側孔のそれぞれの直径の２倍以上８倍以下である請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記第１孔の開口面積は、前記複数の第２側孔のそれぞれの開口面積よりも大きい請求項１に記載の基板処理装置。
4. 前記第１孔の直径は、前記複数の第２側孔のそれぞれの直径の２倍以上８倍以下である請求項３に記載の基板処理装置。
5. 前記第２ノズルの先端部には、前記第２孔が設置され、
   前記第１孔の直径は、前記第２孔の直径の２倍以上８倍以下である請求項３に記載の基板処理装置。
6. 前記原料を供給する第１供給系と、
   前記反応体を供給する第２供給系と、
   前記処理室内において、前記第１ノズルを介して前記原料を基板に対して供給する処理と、前記第２ノズルを介して前記反応体を前記基板に対して供給する処理と、を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に前記主元素を含む膜を形成する処理を行わせるように、前記第１供給系および前記第２供給系を制御することが可能なよう構成される制御部と、
   をさらに有する請求項１に記載の基板処理装置。
7. 前記原料を供給する第１供給系と、
   前記反応体として第１反応体および第２反応体を供給する第２供給系と、
   前記処理室内において、前記第１ノズルを介して前記原料を基板に対して供給する処理と、前記第２ノズルを介して前記第１反応体を前記基板に対して供給する処理と、前記第１ノズルを介して前記第２反応体を前記基板に対して供給する処理と、を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に前記主元素を含む膜を形成する処理を行わせるように、前記第１供給系および前記第２供給系を制御することが可能なよう構成される制御部と、
   をさらに有する請求項１に記載の基板処理装置。
8. 前記原料を供給する第１供給系と、
   前記反応体として第１反応体および第２反応体を供給する第２供給系と、
   前記処理室内において、前記第１ノズルを介して前記原料を基板に対して供給する処理と、前記第２ノズルを介して前記第１反応体を前記基板に対して供給するとともに、前記第１ノズルを介して前記第２反応体を前記基板に対して供給する処理と、を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に前記主元素を含む膜を形成する処理を行わせるように、前記第１供給系および前記第２供給系を制御することが可能なよう構成される制御部と、
   をさらに有する請求項１に記載の基板処理装置。
9. 前記主元素はシリコンを含む請求項１〜８のいずれか１項に記載の基板処理装置。
10. 前記原料はハロシランを含む請求項１〜８のいずれか１項に記載の基板処理装置。
11. 前記原料はクロロシランを含む請求項１〜８のいずれか１項に記載の基板処理装置。
12. 前記原料は、モノクロロシランガス、ジクロロシランガス、トリクロロシランガス、テトラクロロシランガス、ヘキサクロロジシランガス、およびオクタクロロトリシランガスのうち少なくともいずれかを含む請求項１〜８のいずれか１項に記載の基板処理装置。
13. 前記反応体は、酸素含有ガス、水素含有ガス、窒素含有ガス、炭素含有ガス、窒素および炭素を含むガス、および硼素含有ガスのうち少なくともいずれかを含む請求項１〜８のいずれか１項に記載の基板処理装置。
14. 前記第１反応体は酸素含有ガスを含み、前記第２反応体は水素含有ガスを含む請求項７または８に記載の基板処理装置。
15. 前記第１反応体は、酸素ガス、亜酸化窒素ガス、一酸化窒素ガス、二酸化窒素ガス、オゾンガス、水蒸気、一酸化炭素ガス、および二酸化炭素ガスのうち少なくともいずれかを含み、前記第２反応体は、水素ガスおよび重水素ガスのうち少なくともいずれかを含む請求項７または８に記載の基板処理装置。
16. 基板処理装置の処理室内において、
    側部に水平方向に向かって開口する複数の第１側孔が設置され、先端部に、前記第１側孔の開口面積よりも大きい開口面積を有し、垂直方向に向かって開口する第１孔が設置される第１ノズルを介して、形成しようとする膜を構成する主元素を含む原料を、基板に対して供給する工程と、
    側部に水平方向に向かって開口する複数の第２側孔が設置され、先端部に、前記第１孔の開口面積よりも小さい開口面積を有し、垂直方向に向かって開口する第２孔が設置されるか、もしくは、前記第２孔が非設置とされる第２ノズルを介して、反応体を、前記基板に対して供給する工程と、
    を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に前記主元素を含む膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方法。
17. 基板処理装置の処理室内において、
    側部に水平方向に向かって開口する複数の第１側孔が設置され、先端部に、前記第１側孔のそれぞれの開口面積よりも大きい開口面積を有し、垂直方向に向かって開口する第１孔が設置される第１ノズルを介して、形成しようとする膜を構成する主元素を含む原料を、基板に対して供給する工程と、
    側部に水平方向に向かって開口する複数の第２側孔が設置され、先端部に、前記第１孔の開口面積よりも小さい開口面積を有し、垂直方向に向かって開口する第２孔が設置されるか、もしくは、前記第２孔が非設置とされる第２ノズルを介して、第１反応体を、前記基板に対して供給する工程と、
    前記第１ノズルを介して前記第２反応体を前記基板に対して供給する処理と、
    を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に前記主元素を含む膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方法。
18. 基板処理装置の処理室内において、
    側部に水平方向に向かって開口する複数の第１側孔が設置され、先端部に、前記第１側孔のそれぞれの開口面積よりも大きい開口面積を有し、垂直方向に向かって開口する第１孔が設置される第１ノズルを介して、形成しようとする膜を構成する主元素を含む原料を、基板に対して供給する工程と、
    側部に水平方向に向かって開口する複数の第２側孔が設置され、先端部に、前記第１孔の開口面積よりも小さい開口面積を有し、垂直方向に向かって開口する第２孔が設置されるか、もしくは、前記第２孔が非設置とされる第２ノズルを介して、第１反応体を、前記基板に対して供給するとともに、前記第１ノズルを介して前記第２反応体を前記基板に対して供給する工程と、
    を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に前記主元素を含む膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方法。
19. 基板処理装置の処理室内において、
    側部に水平方向に向かって開口する複数の第１側孔が設置され、先端部に、前記第１側孔の開口面積よりも大きい開口面積を有し、垂直方向に向かって開口する第１孔が設置される第１ノズルを介して、形成しようとする膜を構成する主元素を含む原料を、基板に対して供給する手順と、
    側部に水平方向に向かって開口する複数の第２側孔が設置され、先端部に、前記第１孔の開口面積よりも小さい開口面積を有し、垂直方向に向かって開口する第２孔が設置されるか、もしくは、前記第２孔が非設置とされる第２ノズルを介して、反応体を、前記基板に対して供給する手順と、
    を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に前記主元素を含む膜を形成する手順をコンピュータによって前記基板処理装置に実行させるプログラム。
20. 基板処理装置の処理室内において、
    側部に水平方向に向かって開口する複数の第１側孔が設置され、先端部に、前記第１側孔のそれぞれの開口面積よりも大きい開口面積を有し、垂直方向に向かって開口する第１孔が設置される第１ノズルを介して、形成しようとする膜を構成する主元素を含む原料を、基板に対して供給する手順と、
    側部に水平方向に向かって開口する複数の第２側孔が設置され、先端部に、前記第１孔の開口面積よりも小さい開口面積を有し、垂直方向に向かって開口する第２孔が設置されるか、もしくは、前記第２孔が非設置とされる第２ノズルを介して、第１反応体を、前記基板に対して供給する手順と、
    前記第１ノズルを介して前記第２反応体を前記基板に対して供給する手順と、
    を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に前記主元素を含む膜を形成する手順をコンピュータによって前記基板処理装置に実行させるプログラム。
21. 基板処理装置の処理室内において、
    側部に水平方向に向かって開口する複数の第１側孔が設置され、先端部に、前記第１側孔のそれぞれの開口面積よりも大きい開口面積を有し、垂直方向に向かって開口する第１孔が設置される第１ノズルを介して、形成しようとする膜を構成する主元素を含む原料を、基板に対して供給する手順と、
    側部に水平方向に向かって開口する複数の第２側孔が設置され、先端部に、前記第１孔の開口面積よりも小さい開口面積を有し、垂直方向に向かって開口する第２孔が設置されるか、もしくは、前記第２孔が非設置とされる第２ノズルを介して、第１反応体を、前記基板に対して供給するとともに、前記第１ノズルを介して前記第２反応体を前記基板に対して供給する手順と、
    を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に前記主元素を含む膜を形成する手順をコンピュータによって前記基板処理装置に実行させるプログラム。