JP2022053329A - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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Abstract

Figure 2022053329000001
【課題】表面にパターンが形成された基板上に形成される膜の面内膜厚分布を制御する。
【解決手段】（ａ）表面にパターンが形成された基板に対して、基板の外周から基板の面内に向けて所定元素を含む原料ガスを供給することで、基板の表面に所定元素を含む第１層を形成する工程と、（ｂ）基板に対して、基板の外周から基板の面内に向けて酸化ガスを供給することで、第１層を酸化し、表面に所定元素を含む酸化層を形成する工程と、を非同時に所定回数実行することで基板上に所定元素を含む酸化膜を形成し、（ｂ）では酸化膜の基板面内における厚さ分布が所定の分布となるように、酸化ガスを基板に供給する供給時間が選択される。
【選択図】図４

Description

本開示は、半導体装置の製造方法、基板処理装置、およびプログラムに関する。
表面にパターンが形成された基板を分散装填した基板支持具を処理室に収容して、当該基板の表面に所定の膜を形成することがある（例えば特許文献１参照）。
国際公開第２０１７／１６８６７５号パンフレット
表面にパターンが形成された基板の表面に所定の膜を形成する場合、表面にパターンが形成されて表面積が大きくなることにより基板の面内膜厚均一性が悪化することがある。
本開示は、表面にパターンが形成された基板上に形成される膜の面内膜厚分布を制御することを目的とする。
本開示の一態様によれば、
（ａ）表面にパターンが形成された基板に対して、前記基板の外周から前記基板の面内に向けて所定元素を含む原料ガスを供給することで、前記表面に前記所定元素を含む第１層を形成する工程と、
（ｂ）前記基板に対して、前記基板の外周から前記基板の面内に向けて酸化ガスを供給することで、前記第１層を酸化し、前記表面に前記所定元素を含む酸化層を形成する工程と、
を非同時に所定回数実行することで前記基板上に前記所定元素を含む酸化膜を形成し、
（ｂ）では前記酸化膜の前記基板面内における厚さ分布が所定の分布となるように、前記酸化ガスを前記基板に供給する供給時間が選択される、
技術が提供される。
本開示によれば、表面にパターンが形成された基板上に形成される膜の面内膜厚分布を制御することが可能となる。
本開示の好ましい実施の形態において基板に成膜するのに使用される基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。 図１のＡ－Ａ線概略横断面図である。 本開示の好ましい実施の形態の基板処理装置のコントローラを説明するための概略図である。 本開示の好ましい実施の形態の好適な成膜処理フローを説明するためのフローチャートである。 実施例に用いた評価方法を説明するための図である。 図６（Ａ）は、基板間のピッチが第１距離のベア面に形成された酸化膜の膜厚分布と酸化ガスの供給時間との関係を示した図であり、図６（Ｂ）は、基板間のピッチが第１距離のパターン面に形成された酸化膜の膜厚分布と酸化ガスの供給時間との関係を示した図である。 図７（Ａ）は、基板間のピッチが第２距離のベア面に形成された酸化膜の膜厚分布と酸化ガスの供給時間との関係を示した図であり、図７（Ｂ）は、基板間のピッチが第２距離のパターン面に形成された酸化膜の膜厚分布と酸化ガスの供給時間との関係を示した図である。 ベア面とパターン面のそれぞれの面の中心に形成された酸化膜の膜厚と、酸化ガスの供給時間と、基板間ピッチとの関係を示した図である。 基板の中心から１５０ｍｍまでの膜厚凸量と、基板の中心から１００ｍｍまでの膜厚凸量と、酸化ガスの供給時間との関係を示した図である。
＜本開示の一実施形態＞
以下、本開示の一実施形態について説明する。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、図面上の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。
（１）基板処理装置の構成
本開示の好ましい実施の形態の基板処理装置１０は、処理炉２０２を備えている。処理炉２０２は加熱系（温度調整部）としてのヒータ２０７を有している。ヒータ２０７は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース（図示せず）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、赤外線を用いて、後述する処理室２０１内を所定温度で加熱する。
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（ＳｉＯ２）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の下方には、反応管２０３と同心円状に、マニホールド（インレットフランジ）２０９が配設されている。マニホールド２０９は、例えばステンレス（ＳＵＳ）等の金属により構成され、上端および下端が開口した円筒形状に形成されている。マニホールド２０９の上端部は、反応管２０３の下端部に係合しており、反応管２０３を支持するように構成されている。マニホールド２０９と反応管２０３との間には、シール部材としてのＯリング２２０が設けられている。マニホールド２０９がヒータベース（図示せず）に支持されることにより、反応管２０３は垂直に据え付けられた状態となる。主に、反応管２０３とマニホールド２０９とにより処理容器（反応容器）が構成される。処理容器の筒中空部には処理室２０１が形成されている。処理室２０１は、複数枚の基板としてのウエハ２００を、基板保持具としてのボート２１７によって水平姿勢で垂直方向に多段に積載した状態で収容可能に構成されている。なお、ヒータ２０７は、少なくともウエハ２００が配列されるウエハ配列領域の一端側から他端側まで加熱するように設けられている。
処理室２０１内には、ノズル４１０，４２０が、マニホールド２０９の側壁を貫通するように設けられている。ノズル４１０，４２０には、ガス供給ラインとしてのガス供給管３１０，３２０が、それぞれ接続されている。このように、処理容器（マニホールド２０９）には２本のノズル４１０，４２０と、２本のガス供給管３１０，３２０とが接続されており、処理室２０１内へ複数種類のガスを供給することが可能となっている。
ガス供給管３１０，３２０には、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）３１２，３２２および開閉弁であるバルブ３１４，３２４がそれぞれ設けられている。ガス供給管３１０，３２０のバルブ３１４，３２４よりも下流側には、不活性ガスを供給するガス供給ラインとしてのガス供給管５１０，５２０がそれぞれ接続されている。ガス供給管５１０，５２０には、上流側から順に、流量制御器（流量制御部）であるＭＦＣ５１２，５２２および開閉弁であるバルブ５１４，５２４がそれぞれ設けられている。
ガス供給管３１０，３２０の先端部には、ノズル４１０，４２０がそれぞれ接続されている。ノズル４１０，４２０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に沿って、ウエハ２００の積載方向上方に向かって立ち上がり、延在するようにそれぞれ設けられている。すなわち、ノズル４１０，４２０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。すなわち、ノズル４１０，４２０は、処理室２０１内へ搬入された各ウエハ２００の端部（周縁部）の側方にウエハ２００の表面（平坦面）と垂直にそれぞれ設けられている。ノズル４１０，４２０はＬ字型のロングノズルとしてそれぞれ構成されており、それらの各水平部はマニホールド２０９の側壁を貫通するように設けられており、それらの各垂直部は少なくともウエハ配列領域の一端側から他端側に向かって立ち上がり、当該一端側から当該他端側まで延在するように設けられている。
ノズル４１０，４２０の側面のウエハ２００と対応する高さ（基板の積載領域に対応する高さ）には、ガスを供給するガス供給口としての複数の供給孔４１０ａ（第１のガス供給孔、原料ガス供給孔），４２０ａ（第２のガス供給孔、酸化ガス供給孔）がそれぞれ設けられている。供給孔４１０ａ，４２０ａは、反応管２０３の中心を向くように開口しており、ウエハ２００の外周からウエハ２００の面内に向けてガスを供給することが可能となっている。供給孔４１０ａ，４２０ａは、反応管２０３のウエハ２００の存在する領域、すなわち、ボート２１７と対向する位置、換言すると、ヒータ２０７の下端部から上部にわたって複数設けられている。
供給孔４１０ａ，４２０ａは、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれが同一の開口面積を有し、さらに同じ開口ピッチで設けられている。ただし、供給孔４１０ａ，４２０ａは上述の形態に限定されない。例えば、ノズル４１０，４２０の下部（上流側）から上部（下流側）に向かって開口面積を徐々に大きくしてもよい。これにより、供給孔４１０ａ，４２０ａから供給されるガスの流量をより均一化することが可能となる。
このように、本実施形態では、反応管２０３の側壁の内壁と、反応管２０３内に配列された複数枚のウエハ２００の端部（周縁部）と、で定義される平面視において円環状の縦長の空間内、すなわち、円筒状の空間内に配置したノズル４１０，４２０を経由してガスを搬送している。そして、ノズル４１０，４２０にそれぞれ開口された供給孔４１０ａ，４２０ａから、ウエハ２００の近傍で反応管２０３内にガスを噴出させている。そして、反応管２０３内におけるガスの主たる流れを、ウエハ２００の表面と平行な方向、すなわち、水平方向としている。すなわち、複数の供給孔４１０ａ，４２０ａは、ウエハ２００の外周に配置され、ウエハ２００の外周（端部）からウエハ２００の面内（例えば中央）に向かってガスを供給するように構成（サイドフロー構成）されている。
ガス供給管３１０からは、所定の元素を含む原料ガスが、ＭＦＣ３１２、バルブ３１４、ノズル４１０を介して処理室２０１内へ供給される。ノズル４１０から原料ガスを流す場合、ノズル４１０を原料ガスノズルと称してもよい。
原料ガスとは、気体状態の原料、例えば、常温常圧下で気体状態である気体原料や、常温常圧下で液体状態である液体原料を気化することで得られるガス等のことである。本明細書において「原料」という言葉を用いた場合は、「液体状態である原料」を意味する場合、「気体状態である原料（原料ガス）」を意味する場合、または、それらの両方を意味する場合がある。ＴＭＡやＴＥＭＡＨやＴＥＭＡＺ等の有機系化合物は、液体原料なので、気化器等を用いて気化してガス化したものが原料ガスとして使用される。
ガス供給管３２０からは、酸化ガス（酸化剤）としての酸素含有ガスが、ＭＦＣ３２２、バルブ３２４、ノズル４２０を介して処理室２０１内へ供給される。
ガス供給管５１０，５２０からは、不活性ガスが、それぞれＭＦＣ５１２，５２２、バルブ５１４，５２４、ガス供給管３１０，３２０、ノズル４１０，４２０を介して処理室２０１内へ供給される。
ガス供給管３１０から原料ガスを供給する場合、主に、ガス供給管３１０、ＭＦＣ３１２、バルブ３１４、ノズル４１０により、原料ガス供給系が構成される。原料ガス供給系を原料供給系と称することもできる。
ガス供給管３２０から酸化ガスを供給する場合、主に、ガス供給管３２０、ＭＦＣ３２２、バルブ３２４、ノズル４２０により、酸化ガス供給系が構成される。
主に、ガス供給管５１０，５２０、ＭＦＣ５１２，５２２、バルブ５１４，５２４により、不活性ガス供給系が構成される。
原料ガス供給系、酸化ガス供給系を合わせてガス供給系と称することもできる。不活性ガス供給系をガス供給系に含めて考えてもよい。
マニホールド２０９には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気流路としての排気管２３１が設けられている。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および排気バルブ（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４３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２４３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バルブである。主に、排気管２３１、ＡＰＣバルブ２４３、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。
マニホールド２０９の下方には、マニホールド２０９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、マニホールド２０９の下端に垂直方向下側から当接されるように構成されている。シールキャップ２１９は、例えばＳＵＳ等の金属により構成され、円盤状に形成されている。シールキャップ２１９の上面には、マニホールド２０９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の処理室２０１と反対側には、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の外部に垂直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、ボート２１７を処理室２０１内外に搬入および搬出することが可能なように構成されている。ボートエレベータ１１５は、ボート２１７すなわちウエハ２００を、処理室２０１内外に搬送する搬送装置（搬送機構）として構成されている。また、マニホールド２０９の下方には、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９を降下させている間、マニホールド２０９の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシャッタ（図示せず）が設けられている。シャッタ（図示せず）は、例えばＳＵＳ等の金属により構成され、円盤状に形成されている。シャッタ（図示せず）の上面には、マニホールド２０９の下端と当接するシール部材としてのＯリング（図示せず）が設けられている。シャッタ（図示せず）の開閉動作（昇降動作や回動動作等）は、シャッタ開閉機構（図示せず）により制御される。
基板支持具(基板搭載手段)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、所定の間隔（ウエハ間ピッチ）を空けて多段に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図示しない断熱板が多段に支持されている。この構成により、ヒータ２０７からの熱がシールキャップ２１９側に伝わりにくくなっている。但し、例えば、ボート２１７の下部に断熱板を設けずに、石英やＳｉＣ等の耐熱性材料により構成される筒状の部材として構成された断熱筒２１８を設けてもよい。
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、ノズル４１０，４２０と同様にＬ字型に構成されており、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）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ 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、後述する基板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、この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、プロセス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ＭＦＣ５１２，５２２，３１２，３２２、バルブ５１４，５２４，３１４，３２４、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４３、真空ポンプ２４６、温度センサ２６３、ヒータ２０７、回転機構２６７、ボートエレベータ１１５、シャッタ開閉機構（図示せず）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ことが可能な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、ＭＦＣ５１２，５２２，３１２，３２２による各種ガスの流量調整動作、バルブ５１４，５２４，３１４，３２４の開閉動作、ＡＰＣバルブ２４３の開閉動作および圧力センサ２４５に基づくＡＰＣバルブ２４３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、シャッタ開閉機構（図示せず）によるシャッタ（図示せず）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。
コントローラ１２１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等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリやＳＳＤ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１０を用い、半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、表面にパターンが形成されたウエハ２００上に膜を形成するシーケンス例について、図４を参照して説明する。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。
本実施形態において、ウエハ２００は、表面にパターンが形成されており、表面にパターンが形成されていないベアウエハの上面の表面積に対して、例えば３／２倍以上、好適には１０倍以上、より好適には５０倍以上の上面の表面積を有する大表面積基板である。すなわち、ウエハ２００が円形の場合、ウエハ２００の半径ｒに対して、パターンが形成された上面の表面積は、例えば３πｒ２以上である。
また、本実施形態では、複数のウエハ２００が積載された状態で収容された処理室２０１を所定温度で加熱しつつ、処理室２０１に、ノズル４１０に開口する複数の供給孔４１０ａから原料ガスとして所定元素を含むガスを供給する工程と、ノズル４２０に開口する複数の供給孔４２０ａから酸化ガスを供給する工程と、を非同時に所定回数（ｎ回）実行することで、ウエハ２００上に、所定元素を含む酸化膜（以下、単に酸化膜と称することがある）を形成する。
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」を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・ボートロード）（ステップＳ１０１、Ｓ１０２）
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（ステップＳ１０１）。シャッタ開閉機構（図示せず）によりシャッタが移動させられて、マニホールド２０９の下端開口が開放される（シャッタオープン）。その後、図１に示すように、複数枚のウエハ２００が収容されたボート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内に搬入（ボートロード）される（ステップＳ１０２）。この状態で、シールキャップ２１９は、Ｏリング２２０を介してマニホールド２０９の下端をシールした状態となる。
（圧力・温度調整）（ステップＳ１０３）
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によって真空排気される。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２４３がフィードバック制御される（圧力調整）。真空ポンプ２４６は、少なくともウエハ２００に対する処理が完了するまでの間は常時作動させた状態を維持する。また、処理室２０１内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への通電量がフィードバック制御される（温度調整）。ヒータ２０７による処理室２０１内の加熱は、少なくともウエハ２００に対する処理が完了するまでの間は継続して行われる。続いて、回転機構２６７によりボート２１７及びウエハ２００の回転を開始する。回転機構２６７によるボート２１７及びウエハ２００の回転は、少なくとも、ウエハ２００に対する処理が完了するまでの間は継続して行われる。
（成膜工程）（ステップＳ１１０）
その後、原料ガス供給ステップ（ステップＳ１１１）、残留ガス除去ステップ（ステップＳ１１２）、酸化ガス供給ステップ（ステップＳ１１３）、残留ガス除去ステップ（ステップＳ１１４）をこの順で非同時に所定回数実行する。
〔原料ガス供給ステップ〕（ステップＳ１１１）
バルブ３１４を開き、ガス供給管３１０へ原料ガスを流す。原料ガスは、ＭＦＣ３１２により流量調整され、ノズル４１０に開口する供給孔４１０ａからウエハ２００に対して供給される。すなわちウエハ２００は原料ガスに暴露される。供給孔４１０ａから供給された原料ガスは、排気管２３１から排気される。このとき同時に、バルブ５１４を開き、ガス供給管５１０内にキャリアガスとして不活性ガスを流す。不活性ガスは、ＭＦＣ５１２により流量調整され、原料ガスと一緒にノズル４１０の供給孔４１０ａから処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。
なお、不活性ガスとしては、例えば、窒素（Ｎ２）ガスや、アルゴン（Ａｒ）ガス、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、キセノン（Ｘｅ）ガス等の希ガスを用いることができる。不活性ガスとしては、これらのうち１以上を用いることができる。この点は、後述する各ステップにおいても同様である。
また、ノズル４２０への原料ガスの侵入を防止（逆流を防止）するため、バルブ５２４を開き、ガス供給管５２０内へ不活性ガスを流す。不活性ガスは、ガス供給管５２０、ノズル４２０を介して処理室２０１内へ供給され（パージ）、排気管２３１から排気される。
このとき、ＡＰＣバルブ２４３を適正に調整して、処理室２０１内の圧力を、例えば１～１０００Ｐａ、好ましくは１～１００Ｐａ、より好ましくは１０～５０Ｐａの範囲内の圧力とする。なお、本明細書では、数値の範囲として、例えば１～１０００Ｐａと記載した場合は、１Ｐａ以上１０００Ｐａ以下を意味する。すなわち、数値の範囲内には１Ｐａおよび１０００Ｐａが含まれる。圧力のみならず、流量、時間、温度等、本明細書に記載される全ての数値についても同様である。ＭＦＣ３１２で制御する原料ガスの供給流量は、例えば、１０～２０００ｓｃｃｍ、好ましくは５０～１０００ｓｃｃｍ、より好ましくは１００～５００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。ＭＦＣ５１２で制御する不活性ガスの供給流量は、例えば、１～３０ｓｌｍ、好ましくは１～２０ｓｌｍ、より好ましくは１～１０ｓｌｍの範囲内の流量とする。原料ガスをウエハ２００に対して供給する時間は、例えば、１～６０秒、好ましくは１～２０秒、より好ましくは２～１５秒の範囲内とする。
ヒータ２０７は、ウエハ２００の温度が、例えば、室温～４５０℃、好ましくは３５０～４２０℃の範囲内の所定の温度となるように加熱する。３５０℃未満の場合、酸化ガスによる実用的な酸化速度を得られない可能性があり、４２０℃以上の場合、原料ガスの熱分解等に起因して成膜処理のステップカバレッジが低下する可能性がある。３５０℃以上４２０℃以下とすることで、ステップカバレッジを維持しながら、実用的な酸化速度を得ることが容易となる。温度が高い方が後述する酸化ガス供給ステップ（ステップＳ１１３）において用いる酸化ガス（特にＯ３ガス）の失活速度が大きくなるため、ウエハ２００の温度は、４５０℃以下とするのが好ましい。
原料ガスとして、例えば所定元素としてアルミニウム（Ａｌ）を含有するガスを、上述の条件下で処理室２０１内へ供給することにより、ウエハ２００の最表面に、第１層としてのＡｌ含有層が形成される。Ａｌ含有層は、Ａｌ層の他、原料ガスに含まれる炭素（Ｃ）および水素（Ｈ）を含み得る。Ａｌ含有層は、ウエハ２００の最表面に、原料ガスが物理吸着したり、原料ガスの一部が分解した物質が化学吸着したり、原料ガスが熱分解することでＡｌが堆積したりすること等により形成される。すなわち、Ａｌ含有層は、原料ガスや原料ガス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、Ａｌの堆積層（Ａｌ層）であってもよい。
また原料ガスとしては、例えば、所定元素としてＡｌを含むガスであるトリメチルアルミニウム（（ＣＨ３）３Ａｌ、ＴＭＡ）ガス等の有機系Ａｌ含有ガスを用いることができる。また、Ａｌ含有ガスとして、塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ３）ガス等のハロゲン系Ａｌ含有ガスを用いることができる。また、所定元素として他の金属元素を含むガスを用いることができる。例えば、原料ガスとして、ハフニウム（Ｈｆ）を含むガスであるテトラキスエチルメチルアミノハフニウム（［（ＣＨ３）（Ｃ２Ｈ５）Ｎ］４Ｈｆ，ＴＥＭＡＨ）ガス等の有機系Ｈｆ含有ガスや、塩化ハフニウム（ＨｆＣｌ４）ガス等のハロゲン系Ｈｆ含有ガスを用いることができる。また、例えば、原料ガスとして、ジルコニウム（Ｚｒ）を含むガスであるテトラキスエチルメチルアミノジルコニウム（（ＮＣＨ３Ｃ２Ｈ５）４、ＴＥＭＡＺ）ガス等の有機系Ｚｒ含有ガスや、塩化ジルコニウム（ＺｒＣｌ４）ガス等のハロゲン系Ｚｒ含有ガスを用いることができる。その他、原料ガスとして、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）等の金属元素又はシリコン（Ｓｉ）等の半導体元素を所定元素として含むガスを用いることができる。
〔残留ガス除去ステップ〕（ステップＳ１１２）
Ａｌ含有層が形成された後、バルブ３１４を閉じ、原料ガスの供給を停止する。このとき、ＡＰＣバルブ２４３は開いたままとして、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１内に残留する未反応又はＡｌ含有層形成に寄与した後の原料ガスを処理室２０１内から排除する。バルブ５１４，５２４は開いた状態で不活性ガスの処理室２０１内への供給を維持する。不活性ガスはパージガスとして作用し、処理室２０１内に残留する未反応又はＡｌ含有層形成に寄与した後の原料ガスを処理室２０１内から排除する効果を高めることができる。なお、バルブ５１４，５２４からの不活性ガスは残留ガス除去ステップの間、常に流し続けてもよいし、断続的（パルス的）に供給してもよい。
〔酸化ガス供給ステップ〕（ステップＳ１１３）
処理室２０１内の残留ガスを除去した後、バルブ３２４を開き、ガス供給管３２０内に酸素含有ガスを酸化ガス（反応ガス）として流す。酸化ガスは、ＭＦＣ３２２により流量調整され、ノズル４２０の供給孔４２０ａから処理室２０１内のウエハ２００に対して供給され、排気管２３１から排気される。すなわちウエハ２００は酸化ガスに暴露される。このとき、バルブ５２４を開き、ガス供給管５２０内に不活性ガスを流す。不活性ガスは、ＭＦＣ５２２により流量調整され、酸化ガスと共に処理室２０１内に供給されて、排気管２３１から排気される。このとき、ノズル４１０内への酸化ガスの侵入を防止（逆流を防止）するために、バルブ５１４を開き、ガス供給管５１０内へ不活性ガスを流す。不活性ガスは、ガス供給管５１０、ノズル４１０を介して処理室２０１内に供給され（パージ）、排気管２３１から排気される。
このとき、ＡＰＣバルブ２４３を適正に調整して、処理室２０１内の圧力を、例えば１～１０００Ｐａ、好ましくは１～１００Ｐａ、より好ましくは１０～４０Ｐａの範囲内の圧力とする。ＭＦＣ３２２で制御する酸化ガスの供給流量は、例えば、５～４０ｓｌｍ、好ましくは５～３０ｓｌｍ、より好ましくは１０～２０ｓｌｍの範囲内の流量とする。その他の処理条件は、上述の原料ガス供給ステップと同様の処理条件とする。
酸化ガスとしては、酸素（Ｏ２）ガス、オゾン（Ｏ３）ガス、プラズマ励起されたＯ２（Ｏ２ ＊）ガス、Ｏ２ガス＋水素（Ｈ２）ガス、水蒸気（Ｈ２Ｏガス）、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）ガス、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）ガス、一酸化窒素（ＮＯ）ガス、二酸化窒素（ＮＯ２）ガス、一酸化炭素（ＣＯ）ガス、二酸化炭素（ＣＯ２）ガス等の酸素（Ｏ）含有ガス等を用いることができる。酸化ガスとしては、これらのうち１以上を用いることができる。
このとき処理室２０１内に流しているガスは、酸化ガスと不活性ガスのみである。酸化ガスは、原料ガス供給ステップでウエハ２００上に形成されたＡｌ含有層の少なくとも一部と反応する。第１層であるＡｌ含有層は酸化され、金属酸化層としてＡｌとＯとを含むアルミニウム酸化層（Ａｌ酸化層）が形成される。すなわちＡｌ含有層はＡｌ酸化層へと改質される。
〔残留ガス除去ステップ〕（ステップＳ１１４）
Ａｌ酸化層が形成された後、バルブ３２４を閉じて、酸化ガスの供給を停止する。このとき、ＡＰＣバルブ２４３は開いたままとし、バルブ５１４，５２４は開いた状態で不活性ガスの処理室２０１内への供給を維持して（パージ）、原料ガス供給ステップ後の残留ガス除去ステップと同様の処理手順により、処理室２０１内に残留する未反応もしくはＡｌ酸化層の形成に寄与した後の酸化ガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する。
〔所定回数実施〕（ステップＳ１１５）
上述の原料ガス供給ステップ、残留ガス除去ステップ、酸化ガス供給ステップ、残留ガス供給ステップを順に行うサイクルを非同時に１回以上（所定回数）実行することにより、ウエハ２００上に所定元素であるＡｌを含む酸化膜（Ａｌ酸化膜）が形成される。このサイクルの回数は、最終的に形成する酸化膜において必要とされる膜厚に応じて適宜選択されるが、このサイクルは、複数回繰り返すことが好ましい。酸化膜の厚さ（膜厚）は、例えば、０．１～１５０ｎｍ、好ましくは０．１～１０ｎｍとする。１５０ｎｍ以下とすることで表面粗さを小さくすることができ、０．１ｎｍ以上とすることで下地膜との応力差に起因する膜剥がれの発生を抑制することができる。
（アフターパージ・大気圧復帰）（ステップＳ１２１、Ｓ１２２）
成膜工程が終了したら、バルブ５１４，５２４を開き、ガス供給管３１０，３２０のそれぞれから不活性ガスを処理室２０１内へ供給し、排気管２３１から排気する。不活性ガスはパージガスとして作用し、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）（ステップＳ１２１）。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内の圧力は常圧に復帰される（大気圧復帰）（ステップＳ１２２）。
（ボートアンロード・ウエハディスチャージ）（ステップＳ１２３、Ｓ１２４）
その後、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、マニホールド２０９の下端が開口されるとともに、処理済のウエハ２００が、ボート２１７に支持された状態でマニホールド２０９の下端から反応管２０３の外部に搬出される（ステップＳ１２３）。その後、シャッタ（図示せず）が移動させられ、マニホールド２０９の下端開口がＯリング（図示せず）を介してシャッタ（図示せず）によりシールされる。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より取り出される（ステップＳ１２４）。
上述の酸化ガス供給ステップ（ステップＳ１１３）において、酸化ガスのウエハ２００に対して供給する時間が短い場合には、ウエハ２００上に凸形状（ウエハ中央の膜厚がウエハ中央よりも外側の膜厚よりも相対的に大きい分布）に酸化膜が形成され、酸化ガスのウエハ２００に対して供給する時間を長くすることにより、ウエハ２００上に形成される酸化膜が凸形状から凹形状（ウエハ中央の膜厚がウエハ中央よりも外側の膜厚よりも相対的に小さい分布）となる方向に変化することを、本開示者達は見出した。そして、本開示者達は、その結果、酸化ガスのウエハ２００に対して供給する時間を制御することにより、表面にパターンが形成されたウエハ上に形成される酸化膜の膜厚分布を制御し、膜厚面内均一性を向上させることができることを見出した。
ここで、パターンが形成されたウエハであるパターンウエハは、パターンが形成されていないウエハであるベアウエハに比較して、表面積が大きい為、ガスの消費量が大きい。また、上述の基板処理装置１０では、複数のウエハ２００が所定の間隔でボート２１７上に多段に配列され、ウエハ２００の外周側から面内に向かってガスが供給されることとなるため、酸化ガスは、原料ガス供給ステップでウエハ２００上に形成されたＡｌ含有層の少なくとも一部とウエハ２００の外周側から反応する。
酸化ガスのウエハ２００に対して供給する時間が短い場合には、外周側から供給された酸化ガスがウエハの外周側から消費されてしまい、ウエハ２００の中央まで十分に酸化（反応）されないこととなる。このため、酸化ガスがＡｌ含有層の少なくとも一部と反応して酸化層を形成するが、酸化不足であるウエハ中央では、酸化不足によって酸化層の表面に原料ガスが吸着するＯＨ基等の吸着サイトが余分に形成されてしまうために、より多くの原料ガスが吸着し、ウエハの外周側の膜厚よりも酸化不足であるウエハ中央の膜厚が増膜して、ウエハ２００上に凸形状に酸化膜が形成されるものと推測される。
また、酸化ガスのウエハ２００に対して供給する時間を長くすると、酸化が進行し、外周側から供給された酸化ガスがウエハの外周側から中央まで酸化（反応）する。このため、酸化ガスがＡｌ含有層の少なくとも一部と反応して酸化層を形成する際、余分なＯＨ基等の吸着サイトが形成されず、ウエハ中央においても、ウエハの外周側と同様に酸化膜が形成されることになり、酸化不足の場合に比べて酸化膜の膜厚が減膜するものと推測される。そして、さらに酸化が進行し、酸化層における酸化が飽和すると、酸化層の下地（界面）が酸化され、界面の体積が増加して、ウエハ中央よりも先に酸化が進行するウエハの外周側の膜厚が増膜して、ウエハ２００上に凸形状から凹形状に変化するように酸化膜が形成されるものと推測される。酸化不足による増膜は、特に炭化水素基（例えばアルキル基、メチル基、エチル基等）を有する原料ガスを用いる場合に顕著に生じやすいものと推測される。
したがって、酸化ガスをウエハ２００に対して供給する時間は、酸化膜のウエハ面内における厚さ分布が所定の分布となるように選択される。酸化ガスの供給時間が長くなるよう選択されることにより、酸化膜のウエハ２００面内における厚さ分布を、凸形状から凹形状となる方向に調整することができる。また、酸化ガス供給時間を、面内膜厚分布が凸形状から略均一となる時間であって、凹形状に変化する時間より短くすることによって、ウエハの面内膜厚分布を均一にすることができる。また、酸化ガス供給時間を、面内膜厚分布が凹形状に変化する時間よりも短くすることにより、ウエハの外周から進む酸化膜の下地（界面）の酸化を抑制することができる。
すなわち、記憶装置１２１ｃ又は外部記憶装置１２３に、酸化ガス供給時間と酸化膜の面内膜厚分布とを関連づけたデータを格納し、面内膜厚分布が所定の分布となるよう酸化ガス供給時間が選択されて、本ステップが実行される。
言い換えれば、酸化ガスの供給時間は、酸化膜のウエハ面内における厚さ分布が所定の分布となるように、酸化膜のウエハ２００面内における厚さ分布が凸形状になる酸化ガスの供給時間よりも長くなるように選択される。また、酸化ガスの供給時間は、酸化膜のウエハ面内における厚さ分布が所定の分布となるように、酸化膜のウエハ２００面内における厚さ分布が凹形状になる酸化ガスの供給時間よりも短くなるように選択される。また、酸化ガスの供給時間は、酸化膜のウエハ面内における厚さ分布が均一となるように選択され、酸化膜のウエハ２００面内における厚さの面内均一性が例えば１０％以下になる長さが選択される。ここで面内均一性は、（最大膜厚―最小膜厚）／平均膜厚で算出される。
また、酸化ガスの供給時間は、ウエハ２００の所定の間隔であるウエハ間ピッチに基づいて、酸化膜の面内における厚さの分布が所定の分布となるように選択される。ウエハ間ピッチが狭いほど、酸化ガスの供給時間による面内膜厚分布の凸形状が強くなる。このため、酸化ガスの供給時間を長くすることにより、面内膜厚分布を均一に近づけることができる。つまり、酸化ガスの供給時間は、ウエハ間ピッチが狭いほど長くなるように選択される。ウエハ間ピッチは、例えば５０～３ｍｍである。ウエハ間ピッチは、大きいほどウエハの面内膜厚均一性を向上させることができるが、酸化ガス供給時間の調整によってウエハの面内膜厚分布の制御を可能にするという効果を得るためには、５０ｍｍ以下であることが好ましい。５０ｍｍ超の場合、当該効果を十分に得られない可能性がある。また、ウエハ間ピッチは、３ｍｍ未満とした場合、酸化ガス供給時間を長くして面内膜厚分布を凸形状から均一な形状に近づける際に、ウエハ中央側の減膜よりも先にウエハ外周側の酸化膜厚の増大が進行する可能性がある。そのため、ウエハ間ピッチは、３ｍｍ以上とすることが好ましい。
また、酸化ガスの供給時間は、ウエハ２００の上面の表面積に基づいて、酸化膜の面内における厚さの分布が所定の分布となるように選択される。ウエハの上面の表面積が大きいほど、酸化ガスの供給時間による面内膜厚分布の凸形状が強くなる。このため、酸化ガスの供給時間を長くすることにより、面内膜厚分布を均一に近づけることができる。つまり、酸化ガスの供給時間は、ウエハ２００の上面の表面積が大きいほど長くなるように選択される。
（３）本実施形態による効果
本実施形態によれば、以下に示す一つ又は複数の効果が得られる。
（ａ）基板上に形成された酸化膜の面内膜厚分布を制御することが可能となる。
（ｂ）基板上に形成された酸化膜の面内膜厚均一性を向上させることが可能となる。
（ｃ）酸化ガスの供給時間として、面内膜厚分布に応じた時間が選択されることにより、スループットが向上される。
（ｄ）面内膜厚分布を均一にすることにより、酸化膜の下地（界面）の酸化を抑制することができる。
＜他の実施形態＞
以上、本開示の実施形態を具体的に説明した。しかしながら、本開示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。
また、上記実施形態では、所定元素を含む原料ガスとして、ＴＭＡガスを用いる例を用いて説明したが、これに限らず、所定元素を含む原料ガスとして、アルキル基、メチル基、エチル基等の炭化水素基を有するガスを用いることができる。
また、上記実施形態では、所定元素を含む酸化膜としてＡｌを含むＡｌＯ膜を形成する例を用いて説明したが、これに限らず、所定元素を含む酸化膜としてシリコン酸化（ＳｉＯ）膜、酸化ハフニウム（ＨｆＯ）膜、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ）膜、酸化チタン（ＴｉＯ）膜、酸化タンタル（ＴａＯ）膜、酸化モリブデン（ＭｏＯ）膜、酸化タングステン（ＷＯ）膜等の酸化膜を形成する場合にも、好適に適用できる。
また、上記実施形態では、ウエハ２００の外周から面内（中央）に向かってガスを供給する例を用いて説明したが、これに限らず、ウエハ２００の外周から拡散によってウエハ２００の面内（中央）へガスを供給する場合にも、好適に適用できる。
なお、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、基板処理を開始する際、ＣＰＵ１２１ａが、記憶装置１２１ｃ内に格納された複数のレシピの中から、処理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可能となる。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、基板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してもよい。
これらの基板処理装置を用いる場合においても、上述の実施形態と同様な処理手順、処理条件にて成膜処理を行うことができ、上述の実施形態と同様の効果が得られる。
本実施例では、図１に示す基板処理装置１０を用い、ボート２１７に、図５に示すように、パターンが形成された面を下側にしたウエハ２００間に、モニタウエハ３００を載置して、図４に示すシーケンスの酸化ガス供給ステップ（ステップＳ１１３）における酸化ガスの供給時間を制御してモニタウエハ３００の上下面にそれぞれ形成された酸化膜の面内膜厚分布を評価した。パターンが形成されたウエハ２００の表面は、ベアウエハに対して５０倍の表面積を有している。モニタウエハ３００の上面であって、ウエハ２００のパターンが形成された面と対向する面３００Ａ（以下、パターン面３００Ａと記す）に形成された酸化膜の膜厚を、パターンが形成されたウエハ上に形成された酸化膜の膜厚と同等とし、モニタウエハ３００の下面であって、ウエハ２００のパターンが形成されていない面と対向する面３００Ｂ（以下、ベア面３００Ｂと記す）に形成された酸化膜の膜厚を、パターンが形成されていないベアウエハ上に形成された酸化膜の膜厚と同等として評価した。
先ず、ウエハの表面積とウエハ間のピッチと酸化ガス供給時間と面内膜厚分布との関係について評価した。なお、本実施例では、一例として、原料ガスとしてＴＭＡガスを、酸化ガスとしてＯ３ガスを用いる。
図６（Ａ）は、ウエハ間のピッチＰが第１距離（１６ｍｍ）のベア面３００Ｂ上に形成された酸化膜の膜厚分布と酸化ガスの供給時間との関係を示した図であり、図６（Ｂ）は、ウエハ間のピッチＰが第１距離のパターン面３００Ａ上に形成された酸化膜の膜厚分布と酸化ガスの供給時間との関係を示した図である。また、図７（Ａ）は、ウエハ間のピッチＰが第２距離（８ｍｍ）のベア面３００Ｂ上に形成された酸化膜の膜厚分布と酸化ガスの供給時間との関係を示した図であり、図７（Ｂ）は、ウエハ間のピッチＰが第２距離のパターン面３００Ａ上に形成された酸化膜の膜厚分布と酸化ガスの供給時間との関係を示した図である。
図６（Ａ）及び図７（Ａ）に示すように、ベア面３００Ｂ上に形成された酸化膜は、面内膜厚分布が略均一となり、酸化ガス供給時間を長くすると面内膜厚分布が略均一な状態で膜厚が増膜した。
これに対して、図６（Ｂ）に示すように、ウエハ間ピッチが第１距離の場合のパターン面３００Ａ上に形成された酸化膜は、酸化ガスの供給時間が２０秒の場合はウエハ中央が凸の凸形状の膜厚分布となり、酸化ガスの供給時間が５０秒の場合にウエハ中央の膜厚が減膜して面内膜厚分布が均一に近い分布となった。そして、さらに酸化ガスの供給時間を長くすると、ウエハの外周側が増膜して凹形状の膜厚分布となった。
また、図７（Ｂ）に示すように、ウエハ間ピッチが第２距離の場合のパターン面３００Ａ上に形成された酸化膜は、酸化ガスの供給時間が２０秒の場合は凸形状の膜厚分布となり、酸化ガスの供給時間が５０秒の場合にウエハ中央の膜厚が減膜し、酸化ガスの供給時間が１００秒の場合にウエハ中央の膜厚がさらに減膜して面内膜厚分布が均一に近い分布となった。そして、さらに酸化ガスの供給時間を長くすると、ウエハの外周側が増膜して凹形状の膜厚分布となった。
すなわち、ウエハの上面の表面積やウエハ間のピッチによって、形成される酸化膜の面内膜厚分布が異なることが確認された。また、ウエハの上面の表面積が大きいほど、酸化ガスの供給時間を長くすることにより凸形状から面内膜厚分布が均一に近い分布となり、さらに酸化ガス供給時間を長くすることにより凹形状に変化することが確認された。また、ウエハ間のピッチが狭いほど、酸化ガス供給時間を長くすることにより凸形状から面内膜厚分布が均一に近い分布となり、さらに酸化ガス供給時間を長くすることにより凹形状に変化することが確認された。
次に、ウエハ間ピッチが第２距離のベア面３００Ｂとパターン面３００Ａのそれぞれの中心における膜厚の変化と、ウエハ間ピッチが第１距離のベア面３００Ｂとパターン面３００Ａのそれぞれの中心における膜厚の変化を比較した。図８は、ベア面３００Ｂとパターン面３００Ａのそれぞれの面の中心に形成された酸化膜の膜厚と、酸化ガスの供給時間と、ウエハ間ピッチＰとの関係を示した図である。
図８に示すように、ベア面３００Ｂ中心では、ウエハ間ピッチが第２距離の場合も第１距離の場合も酸化ガスの供給時間を長くすることにより、酸化膜が増膜されることが確認された。また、ウエハ間ピッチが狭いウエハ間ピッチが第２距離の場合の方がウエハ間ピッチが第１距離の場合よりも増膜が小さかった。
一方、パターン面３００Ａ中心では、ウエハ間ピッチが第２距離の場合も第１距離の場合も酸化ガスの供給時間を長くすることにより、酸化膜が減膜されることが確認された。また、ウエハ間ピッチが第２距離の場合の方がウエハ間ピッチが第１距離の場合よりもウエハ中心における膜厚が大きく、酸化ガスの供給時間を１５０秒程度まで長くすると、ウエハ間ピッチが広いウエハ間ピッチが第１距離の場合の方がウエハ間ピッチが第２距離の場合よりもウエハ中心における膜厚が大きくなった。すなわち、ウエハ間ピッチが広い方が酸化が進行することにより増膜されたことが確認された。
すなわち、パターンが形成されたウエハ中心では、酸化が不足することにより凸形状となり、酸化ガスの供給時間を長くすることにより酸化が進行するとウエハ中心が減膜されていくが、酸化ガスの供給時間を長くすることにより、さらに酸化が進行すると増膜することが確認された。
次に、ウエハの中心から１５０ｍｍの位置（ウエハ端部）までの膜厚凸量（０－１５０）と、ウエハの中心から１００ｍｍの位置までの膜厚凸量（０－１００）と、酸化ガスの供給時間との関係を比較した。図９は、ウエハの中心から１５０ｍｍまでの膜厚凸量と、ウエハの中心から１００ｍｍまでの膜厚凸量と、酸化ガスの供給時間との関係を示した図である。
図９に示すように、ウエハの中心から端部までの膜厚の差分である膜厚凸量（０－１５０）は、酸化ガスの供給時間が２０秒では約１１Åだった。そして、酸化ガスの供給時間を長くすると膜厚凸量が小さくなり、酸化ガスの供給時間が１００秒で膜厚凸量は０に近くなった。そして、酸化ガスの供給時間が１５０秒で膜厚凸量は－３Åとなった。
また、ウエハの中心から１００ｍｍの位置までの膜厚の差分である膜厚凸量（０－１００）は、酸化ガスの供給時間が２０秒では約３Åだった。そして、酸化ガスの供給時間を長くすると膜厚凸量が小さくなり、酸化ガスの供給時間が１５０秒で膜厚凸量は約１Åとなった。
すなわち、酸化ガスの供給時間を長くすることにより酸化膜の膜厚分布が凸形状から凹形状に変化することが確認された。
＜本開示の好ましい態様＞
以下、本開示の好ましい態様について付記する。
（付記１）
本開示の一態様によれば、
（ａ）表面にパターンが形成された基板に対して、前記基板の外周から前記基板の面内に向けて所定元素を含む原料ガスを供給することで、前記表面に前記所定元素を含む第１層を形成する工程と、
（ｂ）前記基板に対して、前記基板の外周から前記基板の面内に向けて酸化ガスを供給することで、前記第１層を酸化し、前記表面に前記所定元素を含む酸化層を形成する工程と、
を非同時に所定回数実行することで前記基板上に前記所定元素を含む酸化膜を形成し、
（ｂ）では前記酸化膜の前記基板面内における厚さ分布が所定の分布となるように、前記酸化ガスを前記基板に供給する供給時間が選択される、
半導体装置の製造方法が提供される。
（付記２）
付記１に記載の方法であって、好ましくは、
（ｂ）では、前記酸化ガスの供給時間が長くなるよう選択されることにより、前記酸化膜の前記基板面内における厚さ分布を、凸形状から凹形状となる方向に調整する。
（付記３）
付記１に記載の方法であって、好ましくは、
前記供給時間は、前記酸化膜の前記基板面内における厚さ分布が凸形状になる前記酸化ガスの供給時間よりも長くなるように選択される。
（付記４）
付記１に記載の方法であって、好ましくは、
前記供給時間は、前記酸化膜の前記基板面内における厚さ分布が均一になる長さが選択される。
（付記５）
付記４に記載の方法であって、好ましくは、
前記供給時間は、前記酸化膜の前記基板面内における厚さの面内均一性が所定の値以下になる長さが選択される。
（付記６）
付記１に記載の方法であって、好ましくは、
前記供給時間は、前記酸化膜の前記基板面内における厚さ分布が凹形状になる前記酸化ガスの供給時間よりも短くなるように選択される。
（付記７）
付記１に記載の方法であって、好ましくは、
（ｂ）では、前記酸化ガスを前記基板の外周から中央に向かって供給する。
（付記８）
付記７に記載の方法であって、好ましくは、
（ｂ）では、前記基板の外周に配置された供給口から前記基板の中央に向かって前記酸化ガスを供給する。
（付記９）
付記７に記載の方法であって、好ましくは、
（ｂ）では、前記基板の外周から拡散によって前記基板の面内へ前記酸化ガスを供給する。
（付記１０）
付記１に記載の方法であって、好ましくは、
前記基板は、所定の間隔で多段に配列された複数の基板により構成される。
（付記１１）
付記１０に記載の方法であって、好ましくは、
前記所定の間隔に基づいて、前記酸化膜の前記基板面内における厚さの分布が所定の分布となるように、前記酸化ガスの供給時間が選択される。
（付記１２）
付記１１に記載の方法であって、好ましくは、
前記酸化ガスの供給時間は、前記所定の間隔が狭いほど長くなるように選択される。
（付記１３）
付記１に記載の方法であって、
前記基板の上面の表面積に基づいて、前記酸化膜の前記基板面内における厚さの分布が所定の分布となるように、前記酸化ガスの供給時間が選択される。
（付記１４）
付記１３に記載の方法であって、
前記酸化ガスの供給時間は、前記基板の上面の表面積が大きいほど長くなるように選択される。
（付記１５）
本開示の他の態様によれば、
処理室と、
前記処理室内の表面にパターンが形成された基板に対して、前記基板の外周から前記基板の面内に向けて所定元素を含む原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理室内の前記基板に対して、前記基板の外周から前記基板の面内に向けて酸化ガスを供給する酸化ガス供給系と、
前記処理室内の前記基板に対して、付記１における各処理（各工程）を行わせるように、前記原料ガス供給系と前記酸化ガス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、
を有する基板処理装置が提供される。
（付記１６）
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、又は当該プログラムが記録されたコンピュータにより読み取り可能な記録媒体が提供される。
１２１ コントローラ（制御部）
２００ ウエハ（基板）
２０２ 処理炉
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。

Claims (5)

  1. （ａ）表面にパターンが形成された基板に対して、前記基板の外周から前記基板の面内に向けて所定元素を含む原料ガスを供給することで、前記表面に前記所定元素を含む第１層を形成する工程と、
    （ｂ）前記基板に対して、前記基板の外周から前記基板の面内に向けて酸化ガスを供給することで、前記第１層を酸化し、前記表面に前記所定元素を含む酸化層を形成する工程と、
    を非同時に所定回数実行することで前記基板上に前記所定元素を含む酸化膜を形成し、
    （ｂ）では前記酸化膜の前記基板面内における厚さ分布が所定の分布となるように、前記酸化ガスを前記基板に供給する供給時間が選択される、
    半導体装置の製造方法。
  2. 前記基板は、所定の間隔で多段に配列された複数の基板により構成され、
    前記酸化ガスの供給時間は、前記所定の間隔に基づいて、前記酸化膜の前記基板面内における厚さの分布が所定の分布となるように選択される
    請求項１記載の半導体装置の製造方法。
  3. 前記酸化ガスの供給時間は、前記基板の上面の表面積に基づいて、前記酸化膜の前記基板面内における厚さの分布が所定の分布となるように選択される請求項１記載の半導体装置の製造方法。
  4. 処理室と、
    前記処理室内の表面にパターンが形成された基板に対して、前記基板の外周から前記基板の面内に向けて所定元素を含む原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
    前記処理室内の前記基板に対して、前記基板の外周から前記基板の面内に向けて酸化ガスを供給する酸化ガス供給系と、
    前記処理室内の前記基板に対して、
    （ａ）前記原料ガスを供給して、前記基板の表面に前記所定元素を含む第１層を形成する処理と、
    （ｂ）前記酸化ガスを供給して、前記第１層を酸化し、前記基板の表面に前記所定元素を含む酸化層を形成する処理と、
    を非同時に所定回数実行することで前記基板上に前記所定元素を含む酸化膜を形成し、
    （ｂ）では前記酸化膜の前記基板面内における厚さ分布が所定の分布となるように、前記酸化ガスを前記基板に供給する供給時間が選択されるように、前記原料ガス供給系と前記酸化ガス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、
    を有する基板処理装置。
  5. 基板処理装置の処理室内の表面にパターンが形成された基板に対して、
    （ａ）前記基板の外周から前記基板の面内に向けて所定元素を含む原料ガスを供給することで、前記基板の表面に前記所定元素を含む第１層を形成する手順と、
    （ｂ）前記基板の外周から前記基板の面内に向けて酸化ガスを供給することで、前記第１層を酸化し、前記表面に前記所定元素を含む酸化層を形成する手順と、
    を非同時に所定回数実行することで前記基板上に前記所定元素を含む酸化膜を形成し、
    （ｂ）では前記酸化膜の前記基板面内における厚さ分布が所定の分布となるように、前記酸化ガスを前記基板に供給する供給時間が選択され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。
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