JP6154215B2 - 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム - Google Patents

半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム Download PDF

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Description

本発明は、基板上に薄膜を形成する工程を含む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。
トランジスタの微細化と共に、ゲート電極のサイドウォールスペーサ（ＳＷＳ）等を構成する絶縁膜等の薄膜には、成膜温度の低温化、フッ化水素（ＨＦ）に対する耐性の向上、誘電率の低下が求められる。そのため、絶縁膜として、シリコン膜（Ｓｉ膜）に酸素（Ｏ）および炭素（Ｃ）を添加したシリコン酸炭化膜（ＳｉＯＣ膜）や、Ｓｉ膜にＯおよび窒素（Ｎ）を添加したシリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜）や、Ｓｉ膜にＯ、ＣおよびＮを添加したシリコン酸炭窒化膜（ＳｉＯＣＮ膜）等の採用が検討されている。
上述の絶縁膜は、高いステップカバレッジ特性（段差被覆性）が求められるため、複数種の処理ガスを交互に供給する交互供給法によって形成されることが多い。例えば、シリコンソース（シリコン含有ガス）、酸素ソース（酸素含有ガス）、カーボンソース（炭素含有ガス）、窒素ソース（窒素含有ガス）を用い、これら４つのソースを基板に対して順に供給するサイクルを所定回数行うことで、基板上にＳｉＯＣＮ膜を形成することができる。しかしながら、４つのソースを別々に供給する上述の方法では、１サイクルあたりの所要時間が長くなり、成膜処理の生産性が低下してしまうことがある。また、上述の方法では、膜中のＣ濃度を増加させることが困難であり、ＨＦ耐性を向上させることが困難である。
本発明の目的は、低温領域において、ＨＦに対する耐性が高く、誘電率の低い薄膜を、高い生産性で形成することにある。
本発明の一態様によれば、
基板に対して所定元素を含む原料ガスを供給する工程と、
前記基板に対して窒素、炭素および酸素を含む反応ガスを供給する工程と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に、前記所定元素、酸素、炭素および窒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が提供される。
本発明の他の態様によれば、
基板を収容する処理室と、
前記処理室内へ所定元素を含む原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理室内へ窒素、炭素および酸素を含む反応ガスを供給する反応ガス供給系と、
前記処理室内の基板に対して前記原料ガスを供給する処理と、前記処理室内の前記基板に対して前記反応ガスを供給する処理と、を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に、前記所定元素、酸素、炭素および窒素を含む膜を形成するように、前記原料ガス供給系および前記反応ガス供給系を制御する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。
本発明のさらに他の態様によれば、
処理室内の基板に対して所定元素を含む原料ガスを供給する手順と、
前記処理室内の前記基板に対して窒素、炭素および酸素を含む反応ガスを供給する手順と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に、前記所定元素、酸素、炭素および窒素を含む膜を形成する手順をコンピュータに実行させるプログラムが提供される。
本発明によれば、低温領域において、ＨＦに対する耐性が高く、誘電率が低い薄膜を、高い生産性で形成することができる。
本発明の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。 第１実施形態の成膜シーケンスにおける成膜フローを示す図である。 （ａ）は第１実施形態の成膜シーケンスにおけるガス供給のタイミングを示す図であり、（ｂ）および（ｃ）はその変形例を示す図である。 第２実施形態の第１シーケンスにおける成膜フローを示す図である。 第２実施形態の第２シーケンスにおける成膜フローを示す図である。 （ａ）は第２実施形態の第１シーケンスにおけるガス供給のタイミングを示す図であり、（ｂ）は第２実施形態の第２シーケンスにおけるガス供給のタイミングを示す図である。 第３実施形態の第１シーケンスにおける成膜フローを示す図である。 第３実施形態の第１シーケンスにおけるガス供給およびプラズマパワー供給のタイミングを示す図であり、（ａ）はノンプラズマで成膜を行うシーケンス例を示しており、（ｂ）はプラズマを用いて成膜を行うシーケンス例を示している。 第３実施形態の第２シーケンスにおける成膜フローを示す図である。 第３実施形態の第２シーケンスにおけるガス供給およびプラズマパワー供給のタイミングを示す図であり、（ａ）はノンプラズマで成膜を行うシーケンス例を示しており、（ｂ）はプラズマを用いて成膜を行うシーケンス例を示している。 第４実施形態の成膜シーケンスにおける成膜フローを示す図である。 （ａ）は第４実施形態の成膜シーケンスにおけるガス供給のタイミングを示す図であり、（ｂ）および（ｃ）はその変形例を示す図である。 第５実施形態の第１シーケンスにおける成膜フローを示す図である。 （ａ）は第５実施形態の第１シーケンスにおけるガス供給のタイミングを示す図であり、（ｂ）はその変形例を示す図である。 第５実施形態の第２シーケンスにおける成膜フローを示す図である。 （ａ）は第５実施形態の第２シーケンスにおけるガス供給のタイミングを示す図であり、（ｂ）はその変形例を示す図である。
＜本発明の第１実施形態＞
以下に、本発明の第１実施形態について、図１〜図３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、後述するようにガスを熱で活性化（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と同心円状に反応容器（処理容器）を構成する反応管２０３が配設されている。反応管２０３は、例えば石英（ＳｉＯ２）または炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料からなり、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が形成されており、基板としてのウエハ２００を後述するボート２１７によって水平姿勢で垂直方向に多段に整列した状態で収容可能に構成されている。
処理室２０１内には、ノズル２４９ａ〜２４９ｄが、反応管２０３の下部を貫通するように設けられている。ノズル２４９ａ〜２４９ｄには、ガス供給管２３２ａ〜２３２ｄがそれぞれ接続されている。ガス供給管２３２ｃにはガス供給管２３２ｅが、ガス供給管２３２ｄにはガス供給管２３２ｆがそれぞれ接続されている。このように、反応管２０３には、４本のノズル２４９ａ〜２４９ｄと、６本のガス供給管２３２ａ〜２３２ｆとが設けられており、処理室２０１内へ複数種類、ここでは６種類のガスを供給することができるように構成されている。
但し、本実施形態に係る処理炉２０２は上述の形態に限定されない。例えば、反応管２０３の下方に、反応管２０３を支持する金属製のマニホールドを設け、各ノズルを、マニホールドの側壁を貫通するように設けるようにしてもよい。この場合、マニホールドに、後述する排気管２３１をさらに設けるようにしてもよい。この場合であっても、排気管２３１を、マニホールドではなく、反応管２０３の下部に設けるようにしてもよい。このように、処理炉２０２の炉口部を金属製とし、この金属製の炉口部にノズル等を取り付けるようにしてもよい。
ガス供給管２３２ａ〜２３２ｆには、上流方向から順に、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〜２４１ｆ、及び開閉弁であるバルブ２４３ａ〜２４３ｆがそれぞれ設けられている。ガス供給管２３２ａ〜２３２ｄのバルブ２４３ａ〜２４３ｄよりも下流側には、不活性ガスを供給するガス供給管２３２ｇ〜２３２ｊがそれぞれ接続されている。ガス供給管２３２ｇ〜２３２ｊには、上流方向から順に、流量制御器（流量制御部）であるＭＦＣ２４１ｇ〜２４１ｊ、及び開閉弁であるバルブ２４３ｇ〜２４３ｊがそれぞれ設けられている。
ガス供給管２３２ａ，２３２ｂ，２３２ｄの先端部には、上述のノズル２４９ａ，２４９ｂ，２４９ｄがそれぞれ接続されている。ノズル２４９ａ，２４９ｂ，２４９ｄ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るようにそれぞれ設けられている。すなわち、ノズル２４９ａ，２４９ｂ，２４９ｄ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，２４９ｂ，２４９ｄ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反応管２０３の下部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るように設けられている。ノズル２４９ａ，２４９ｂ，２４９ｄの側面には、ガスを供給するガス供給孔２５０ａ，２５０ｂ，２５０ｄがそれぞれ設けられている。ガス供給孔２５０ａ，２５０ｂ，２５０ｄ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，２５０ｄ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、更に同じ開口ピッチで設けられている。
ガス供給管２３２ｃの先端部には、上述のノズル２４９ｃが接続されている。ノズル２４９ｃは、ガス分散空間であるバッファ室２３７内に設けられている。バッファ室２３７は、図２に示すように、反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における円環状の空間に、また、反応管２０３内壁の下部より上部にわたる部分に、ウエハ２００の積載方向に沿って設けられている。すなわち、バッファ室２３７は、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設けられている。バッファ室２３７のウエハ２００と隣接する壁の端部には、ガスを供給するガス供給孔２５０ｅが設けられている。ガス供給孔２５０ｅは、反応管２０３の中心を向くように開口しており、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２５０ｅ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、更に同じ開口ピッチで設けられている。
ノズル２４９ｃは、バッファ室２３７のガス供給孔２５０ｅが設けられた端部と反対側の端部に、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るように設けられている。すなわち、ノズル２４９ｃ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設けられている。ノズル２４９ｃは、Ｌ字型のロングノズルとして構成されており、その水平部は反応管２０３の下部側壁を貫通するように設けられており、その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るように設けられている。ノズル２４９ｃの側面には、ガスを供給するガス供給孔２５０ｃが設けられている。ガス供給孔２５０ｃは、バッファ室２３７の中心を向くように開口している。ガス供給孔２５０ｃは、ガス供給孔２５０ｅと同様に、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。バッファ室２３７内と処理室２０１内との差圧が小さい場合、複数のガス供給孔２５０ｃの開口面積及び開口ピッチを、上流側（下部）から下流側（上部）にわたりそれぞれ同一にするとよい。また、バッファ室２３７内と処理室２０１内との差圧が大きい場合、ガス供給孔２５０ｃの開口面積を上流側から下流側に向かって徐々に大きくしたり、ガス供給孔２５０ｃの開口ピッチを上流側から下流側に向かって徐々に小さくしたりするとよい。
ガス供給孔２５０ｃのそれぞれの開口面積や開口ピッチを、上流側から下流側にかけて上述のように調節することで、ガス供給孔２５０ｃのそれぞれから、流速の差はあるものの、流量がほぼ同量であるガスを噴出させることが可能となる。そして、これら複数のガス供給孔２５０ｃのそれぞれから噴出するガスを、一旦、バッファ室２３７内に導入することで、バッファ室２３７内においてガスの流速差の均一化を行うことが可能となる。複数のガス供給孔２５０ｃのそれぞれよりバッファ室２３７内に噴出したガスは、バッファ室２３７内で各ガスの粒子速度が緩和された後、複数のガス供給孔２５０ｅより処理室２０１内へ噴出する。複数のガス供給孔２５０ｃのそれぞれよりバッファ室２３７内に噴出したガスは、ガス供給孔２５０ｅのそれぞれより処理室２０１内へ噴出する際には、均一な流量と流速とを有するガスとなる。
このように、本実施形態では、反応管２０３の内壁と、積載された複数のウエハ２００の端部（外周）と、で定義される円環状の縦長に伸びた空間内、つまり、円筒状の空間内に配置したノズル２４９ａ〜２４９ｄおよびバッファ室２３７を経由してガスを搬送している。そして、ノズル２４９ａ〜２４９ｄおよびバッファ室２３７にそれぞれ開口されたガス供給孔２５０ａ〜２５０ｅから、ウエハ２００の近傍で初めて反応管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。このような構成とすることで、各ウエハ２００に均一にガスを供給でき、各ウエハ２００に形成される薄膜の膜厚を均一にすることが可能となる。ウエハ２００の表面上を流れたガス、すなわち、反応後の残ガスは、排気口、すなわち、後述する排気管２３１の方向に向かって流れる。但し、この残ガスの流れの方向は、排気口の位置によって適宜特定され、垂直方向に限ったものではない。
ガス供給管２３２ａからは、所定元素を含む原料ガスとして、例えば、所定元素としてのシリコン（Ｓｉ）とハロゲン元素としての塩素（Ｃｌ）とを含むクロロシラン系原料ガスが、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａ、ノズル２３３ａを介して処理室２０１内へ供給される。
クロロシラン系原料ガスとは、気体状態のクロロシラン系原料、例えば、常温常圧下で液体状態であるクロロシラン系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クロロシラン系原料等のことである。クロロシラン系原料とは、ハロゲン基としてのクロロ基を有するシラン系原料のことであり、少なくともＳｉおよびＣｌを含む原料のことである。クロロシラン系原料は、ハロゲン化物の一種とも言える。本明細書において「原料」という言葉を用いた場合は、「液体状態である液体原料」を意味する場合、「気体状態である原料ガス」を意味する場合、または、その両方を意味する場合がある。従って、本明細書において「クロロシラン系原料」という言葉を用いた場合は、「液体状態であるクロロシラン系原料」を意味する場合、「気体状態であるクロロシラン系原料ガス」を意味する場合、または、その両方を意味する場合がある。クロロシラン系原料としては、例えば、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ２Ｃｌ６、略称：ＨＣＤＳ）を用いることができる。ＨＣＤＳのように常温常圧下で液体状態である液体原料を用いる場合は、液体原料を気化器やバブラ等の気化システムにより気化して、原料ガス（ＨＣＤＳガス）として供給することとなる。
ガス供給管２３２ｂからは、窒素（Ｎ）、炭素（Ｃ）および酸素（Ｏ）を含む反応ガスとして、例えば、イソシアナート系ガスが、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂ、ノズル２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給される。
イソシアナート系ガスとは、気体状態のイソシアナート、例えば、常温常圧下で液体状態であるイソシアナート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イソシアナート等のことである。イソシアナートとは、その組成式中（１分子中）にイソシアナート基、つまり、その化学構造式中に−Ｎ＝Ｃ＝Ｏという部分構造を有する化合物のことであり、Ｒ−Ｎ＝Ｃ＝Ｏという化学式で表される化合物のことである。ここで、Ｒはリガンド（配位子）を表している。イソシアナート系ガスは、Ｎ、ＣおよびＯの３元素を含んでおり、Ｓｉを含んでいないことからＳｉ非含有のガスとも言え、更には、Ｓｉおよび金属を含んでいないことからＳｉおよび金属非含有のガスとも言える。イソシアナート系ガスは、窒素含有ガス（窒素ソース）でもあり、炭素含有ガス（カーボンソース）でもあり、酸素含有ガス（酸素ソース）でもあり、水素含有ガスでもある。本明細書において「イソシアナート」という言葉を用いた場合は、「液体状態であるイソシアナート」を意味する場合、「気体状態であるイソシアナート系ガス」を意味する場合、または、その両方を意味する場合がある。イソシアナート系ガスとしては、例えば、水素（Ｈ），Ｎ，Ｃ，Ｏの４元素のみで構成され、Ｈ−Ｎ＝Ｃ＝Ｏという化学式で表されるイソシアン酸（ＨＮＣＯ）ガスを用いることができる。ＨＮＣＯが気体状態である場合は、ＨＮＣＯを気化器やバブラ等の気化システムにより気化することなく、イソシアナート系ガス（ＨＮＣＯガス）として供給することができる。これに対し、常温常圧下で液体状態であるイソシアナートを用いる場合は、液体状態のイソシアナートを気化器やバブラ等の気化システムにより気化して、イソシアナート系ガスとして供給することとなる。
ガス供給管２３２ｃからは、酸化ガス（酸素含有ガス）が、ＭＦＣ２４１ｃ、バルブ２４３ｃ、ノズル２４９ｃ、バッファ室２３７を介して処理室２０１内へ供給される。酸化ガスとしては、例えば、酸素（Ｏ２）ガスを用いることができる。
ガス供給管２３２ｅからは、窒化ガス（窒素含有ガス）が、ＭＦＣ２４１ｅ、バルブ２４３ｅ、ガス供給管２３２ｃ、ノズル２４９ｃ、バッファ室２３７を介して処理室２０１内へ供給される。窒化ガスとしては、例えば、アンモニア（ＮＨ３）ガスを用いることができる。
ガス供給管２３２ｄからは、炭素（Ｃ）を含むガス（炭素含有ガス）として、例えば、炭化水素系ガスが、ＭＦＣ２４１ｄ、バルブ２４３ｄ、ノズル２４９ｄを介して処理室２０１内へ供給される。炭素含有ガスとしては、例えば、プロピレン（Ｃ３Ｈ６）ガスを用いることができる。
ガス供給管２３２ｆからは、窒素（Ｎ）および炭素（Ｃ）を含むガスとして、例えば、アミン系ガスが、ＭＦＣ２４１ｆ、バルブ２４３ｆ、ガス供給管２３２ｄ、ノズル２４９ｄを介して処理室２０１内へ供給される。
アミン系ガスとは、気体状態のアミン、例えば、常温常圧下で液体状態であるアミン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アミン等のアミン基を含むガスのことである。アミン系ガスは、エチルアミン、メチルアミン、プロピルアミン、イソプロピルアミン、ブチルアミン、イソブチルアミン等のアミンを含む。アミンとは、アンモニア（ＮＨ３）のＨ原子をアルキル基等の炭化水素基で置換した形の化合物の総称である。アミンは、Ｃ原子を含むリガンドとして、アルキル基等の炭化水素基を含む。アミン系ガスは、Ｃ、ＮおよびＨの３元素を含んでおり、Ｓｉを含んでいないことからＳｉ非含有のガスとも言え、更には、Ｓｉおよび金属を含んでいないことからＳｉおよび金属非含有のガスとも言える。アミン系ガスは、窒素含有ガス（窒素ソース）でもあり、炭素含有ガス（カーボンソース）でもあり、水素含有ガスでもある。アミン系ガスは、アミン基を構成するＣ、ＮおよびＨの３元素のみで構成される物質とも言える。本明細書において「アミン」という言葉を用いた場合は、「液体状態であるアミン」を意味する場合、「気体状態であるアミン系ガス」を意味する場合、または、その両方を意味する場合がある。アミン系ガスとしては、例えば、その組成式中（１分子中）、すなわち、その化学構造式中におけるＣ原子を含むリガンド（エチル基）の数が３であり、その組成式中においてＮ原子の数よりもＣ原子の数の方が多いトリエチルアミン（（Ｃ２Ｈ５）３Ｎ、略称：ＴＥＡ）ガスを用いることができる。ＴＥＡのように常温常圧下で液体状態であるアミンを用いる場合は、液体状態のアミンを気化器やバブラ等の気化システムにより気化して、アミン系ガス（ＴＥＡガス）として供給することとなる。
ガス供給管２３２ｇ〜２３２ｊからは、不活性ガスとして、例えば、窒素（Ｎ２）ガスが、それぞれＭＦＣ２４１ｇ〜２４１ｊ、バルブ２４３ｇ〜２４３ｊ、ガス供給管２３２ａ〜２３２ｄ、ノズル２４９ａ〜２４９ｄ、バッファ室２３７を介して処理室２０１内へ供給される。
各ガス供給管から上述のようなガスをそれぞれ流す場合、主に、ガス供給管２３２ａ、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａにより、所定元素を含む原料ガスを供給する原料ガス供給系、すなわち、クロロシラン系原料ガス供給系が構成される。ノズル２４９ａをクロロシラン系原料ガス供給系に含めて考えてもよい。原料ガス供給系を原料供給系と称することもでき、クロロシラン系原料ガス供給系をクロロシラン系原料供給系と称することもできる。
また、主に、ガス供給管２３２ｂ、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂにより、窒素、炭素および酸素を含む反応ガスを供給する反応ガス供給系、すなわち、イソシアナート系ガス供給系が構成される。ノズル２４９ｂをイソシアナート系ガス供給系に含めて考えてもよい。反応ガス供給系をイソシアナート供給系と称することもできる。
また、主に、ガス供給管２３２ｃ、ＭＦＣ２４１ｃ、バルブ２４３ｃにより、酸化ガス（酸素含有ガス）供給系が構成される。ノズル２４９ｃ、バッファ室２３７を酸化ガス供給系に含めて考えてもよい。
また、主に、ガス供給管２３２ｅ、ＭＦＣ２４１ｅ、バルブ２４３ｅにより、窒化ガス（窒素含有ガス）供給系が構成される。ガス供給管２３２ｃにおけるガス供給管２３２ｅとの接続部より下流側、ノズル２４９ｃ、バッファ室２３７を窒化ガス供給系に含めて考えてもよい。
また、主に、ガス供給管２３２ｄ、ＭＦＣ２４１ｄ、バルブ２４３ｄにより、炭素含有ガス供給系としての炭化水素系ガス供給系が構成される。ノズル２４９ｄを炭化水素系ガス供給系に含めて考えてもよい。
また、主に、ガス供給管２３２ｆ、ＭＦＣ２４１ｆ、バルブ２４３ｆにより、窒素および炭素含有ガス供給系としてのアミン系ガス供給系が構成される。ガス供給管２３２ｄにおけるガス供給管２３２ｆとの接続部より下流側、ノズル２４９ｄをアミン系ガス供給系に含めて考えてもよい。
また、主に、ガス供給管２３２ｇ〜２３２ｊ、ＭＦＣ２４１ｇ〜２４１ｊ、バルブ２４３ｇ〜２４３ｊにより、不活性ガス供給系が構成される。ガス供給管２３２ａ〜２３２ｄにおけるガス供給管２３２ｇ〜２３２ｊとの接続部より下流側、ノズル２４９ａ〜２４９ｄ、バッファ室２３７を不活性ガス供給系に含めて考えてもよい。不活性ガス供給系はパージガス供給系としても機能する。
バッファ室２３７内には、図２に示すように、導電体からなり、細長い構造を有する２本の棒状電極２６９，２７０が、反応管２０３の下部より上部にわたりウエハ２００の積層方向に沿って配設されている。棒状電極２６９，２７０のそれぞれは、ノズル２４９ｃと平行に設けられている。棒状電極２６９，２７０のそれぞれは、上部より下部にわたって電極保護管２７５により覆われることで保護されている。棒状電極２６９，２７０のいずれか一方は、整合器２７２を介して高周波電源２７３に接続され、他方は、基準電位であるアースに接続されている。整合器２７２を介して高周波電源２７３から棒状電極２６９，２７０間に高周波電力を印加することで、棒状電極２６９，２７０間のプラズマ生成領域２２４にプラズマが生成される。主に、棒状電極２６９，２７０、電極保護管２７５によりプラズマ発生器（プラズマ発生部）としてのプラズマ源が構成される。整合器２７２、高周波電源２７３をプラズマ源に含めて考えてもよい。プラズマ源は、後述するようにガスをプラズマで活性化（励起）させる活性化機構（励起部）として機能する。
電極保護管２７５は、棒状電極２６９，２７０のそれぞれをバッファ室２３７内の雰囲気と隔離した状態でバッファ室２３７内に挿入できる構造となっている。電極保護管２７５の内部の酸素濃度が外気（大気）の酸素濃度と同程度であると、電極保護管２７５内にそれぞれ挿入された棒状電極２６９，２７０は、ヒータ２０７による熱で酸化されてしまう。電極保護管２７５の内部に窒素ガスなどの不活性ガスを充填しておくか、電極保護管２７５の内部を不活性ガスパージ機構を用いて窒素ガスなどの不活性ガスでパージすることで、電極保護管２７５の内部の酸素濃度を低減させ、棒状電極２６９，２７０の酸化を防止することができる。
反応管２０３には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気管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バルブである。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は反応管２０３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は例えばステンレス（ＳＵＳ）等の金属からなり、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の処理室２０１と反対側には、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。
基板支持具としてのボート２１７は、複数、例えば１００〜１５０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、つまり、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等の耐熱性材料からなる。ボート２１７の下部には、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料からなる断熱板２１８が水平姿勢で多段に支持されており、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るよう構成されている。但し、本実施形態は係る形態に限定されない。例えば、ボート２１７の下部に断熱板２１８を設けずに、石英やＳｉＣ等の耐熱性材料からなる筒状の部材として構成された断熱筒を設けてもよい。
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ように構成されている。温度センサ２６３は、ノズル２４９ａ〜２４９ｄ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、後述する基板処理の手順や条件など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、後述する基板処理工程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。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〜２４１ｊ、バルブ２４３ａ〜２４３ｊ、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、高周波電源２７３、整合器２７２、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からプロセスレシピを読み出すように構成されている。ＣＰＵ１２１ａは、読み出したプロセスレシピの内容に沿うように、ＭＦＣ２４１ａ〜２４１ｊによる各種ガスの流量調整動作、バルブ２４３ａ〜２４３ｊの開閉動作、ＡＰＣバルブ２４４の開閉動作及び圧力センサ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、高周波電源２７３の電力供給、整合器２７２によるインピーダンス調整動作、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、専用のコンピュータとして構成されている場合に限らず、汎用のコンピュータとして構成されていてもよい。例えば、上述のプログラムを格納した外部記憶装置（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メモリやメモリカード等の半導体メモリ）１２３を用意し、係る外部記憶装置１２３を用いて汎用のコンピュータにプログラムをインストールすること等により、本実施形態に係るコントローラ１２１を構成することができる。但し、コンピュータにプログラムを供給するための手段は、外部記憶装置１２３を介して供給する場合に限らない。例えば、インターネットや専用回線等の通信手段を用い、外部記憶装置１２３を介さずにプログラムを供給するようにしてもよい。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、その両方を含む場合がある。
（２）基板処理工程
次に、上述の基板処理装置の処理炉を用いて、半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、基板上に薄膜を成膜するシーケンス例について説明する。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。
本実施形態の成膜シーケンスでは、
基板に対して所定元素を含む原料ガスを供給する工程と、
基板に対してＮ、ＣおよびＯを含む反応ガスを供給する工程と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、基板上に、所定元素を含む酸炭窒化膜を形成する。
原料ガスを供給する工程では、所定元素を含む第１の層を形成し、反応ガスを供給する工程では、所定元素を含む第１の層と反応ガスとを反応させることで第１の層を改質して、第２の層として、所定元素を含む酸炭窒化層を形成する。
「原料ガスを供給する工程と、反応ガスを供給する工程と、を含むサイクルを所定回数行う」とは、原料ガスを供給する工程と、反応ガスを供給する工程と、を交互に、または、同時に行うサイクルを１サイクルとした場合、このサイクルを１回もしくは複数回行うことを意味する。すなわち、このサイクルを１回以上行うことを意味する。換言すると、原料ガスを供給する工程と、反応ガスを供給する工程と、を交互に、または、同時に行うサイクルを、１回行うこと、もしくは、複数回繰り返すことを意味する。但し、このサイクルは複数回繰り返すのが好ましい。
以下に、本実施形態の成膜シーケンスについて、図４、図５（ａ）を用いて説明する。
図４、図５（ａ）に示す成膜シーケンスでは、
ウエハ２００に対してＳｉを含む原料ガスとしてクロロシラン系原料ガス（ＨＣＤＳガス）を供給する工程と、
ウエハ２００に対してＮ、ＣおよびＯを含む反応ガスとしてイソシアナート系ガス（ＨＮＣＯガス）を供給する工程と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、ウエハ２００上に、Ｓｉを含む酸炭窒化膜としてシリコン酸炭窒化膜（ＳｉＯＣＮ膜）を形成する。
図４、図５（ａ）は、原料ガスを供給する工程と、反応ガスを供給する工程と、を交互に所定回数行う例を示している。
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等との積層体（集合体）」を意味する場合、すなわち、表面に形成された所定の層や膜等を含めてウエハと称する場合がある。また、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（露出面）」を意味する場合や、「ウエハ上に形成された所定の層や膜等の表面、すなわち、積層体としてのウエハの最表面」を意味する場合がある。
従って、本明細書において「ウエハに対して所定のガスを供給する」と記載した場合は、「ウエハそのものの表面（露出面）に対して所定のガスを直接供給する」ことを意味する場合や、「ウエハ上に形成されている層や膜等に対して、すなわち、積層体としてのウエハの最表面に対して所定のガスを供給する」ことを意味する場合がある。また、本明細書において「ウエハ上に所定の層（又は膜）を形成する」と記載した場合は、「ウエハそのものの表面（露出面）上に所定の層（又は膜）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や膜等の上、すなわち、積層体としてのウエハの最表面の上に所定の層（又は膜）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様である。その場合、上記説明において、「ウエハ」を「基板」に置き換えて考えればよい。
（ウエハチャージ及びボートロード）
複数のウエハ２００がボート２１７に装填（ウエハチャージ）されると、図１に示すように、複数のウエハ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内に搬入（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。
（圧力調整及び温度調整）
処理室２０１内の圧力、すなわち、ウエハ２００が存在する空間の圧力が所望の圧力（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２４４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に対する処理が終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（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に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。続いて、回転機構２６７によるボート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に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。
（ＳｉＯＣＮ膜形成工程）
その後、次の２つのステップ、すなわち、ステップ１ａ，２ａを順次実行する。
［ステップ１ａ］
（ＨＣＤＳガス供給）
バルブ２４３ａを開き、ガス供給管２３２ａ内にＨＣＤＳガスを流す。ＨＣＤＳガスは、ＭＦＣ２４１ａにより流量調整され、ガス供給孔２５０ａから処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。このとき、ウエハ２００に対してＨＣＤＳガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ２４３ｇを開き、ガス供給管２３２ｇ内にＮ２ガス等の不活性ガスを流す。Ｎ２ガスは、ＭＦＣ２４１ｇにより流量調整され、ＨＣＤＳガスと一緒に処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。
このとき、ノズル２４９ｂ〜２４９ｄ、バッファ室２３７内へのＨＣＤＳガスの侵入を防止するため、バルブ２４３ｈ〜２４３ｊを開き、ガス供給管２３２ｈ〜２３２ｊ内にＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスは、ガス供給管２３２ｂ〜２３２ｄ、ノズル２４９ｂ〜２４９ｄ、バッファ室２３７を介して処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。
このとき、ＡＰＣバルブ２４４を適正に調整して、処理室２０１内の圧力を、例えば１〜１３３００Ｐａ、好ましくは２０〜１３３０Ｐａの範囲内の圧力とする。ＭＦＣ２４１ａで制御するＨＣＤＳガスの供給流量は、例えば１〜１０００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。ＭＦＣ２４１ｇ〜２４１ｊで制御するＮ２ガスの供給流量は、それぞれ例えば１００〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。ＨＣＤＳガスをウエハ２００に対して供給する時間、すなわち、ガス供給時間（照射時間）は、例えば１〜１２０秒、好ましくは１〜６０秒の範囲内の時間とする。このときヒータ２０７の温度は、ウエハ２００の温度が、例えば２５０〜７００℃、好ましくは３００〜６５０℃、より好ましくは３５０〜６００℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。
ウエハ２００の温度が２５０℃未満となると、ウエハ２００上にＨＣＤＳが化学吸着しにくくなり、実用的な成膜速度が得られなくなることがある。ウエハ２００の温度を２５０℃以上とすることで、これを解消することが可能となる。ウエハ２００の温度を３００℃以上、さらには３５０℃以上とすることで、ウエハ２００上にＨＣＤＳをより十分に吸着させることが可能となり、より十分な成膜速度が得られるようになる。
ウエハ２００の温度が７００℃を超えると、ＣＶＤ反応が強くなる（気相反応が支配的になる）ことで、膜厚均一性が悪化しやすくなり、その制御が困難となってしまう。ウエハ２００の温度を７００℃以下とすることで、膜厚均一性の悪化を抑制でき、その制御が可能となる。特にウエハ２００の温度を６５０℃以下、さらには６００℃以下とすることで、表面反応が支配的になり、膜厚均一性を確保しやすくなり、その制御が容易となる。
よって、ウエハ２００の温度は２５０〜７００℃、好ましくは３００〜６５０℃、より好ましくは３５０〜６００℃の範囲内の温度とするのがよい。
上述の条件下でウエハ２００に対してＨＣＤＳガスを供給することにより、ウエハ２００（表面の下地膜）上に、第１の層として、例えば１原子層未満から数原子層程度の厚さのＣｌを含むＳｉ含有層が形成される。第１の層はＨＣＤＳガスの吸着層であってもよいし、Ｃｌを含むＳｉ層であってもよいし、その両方を含んでいてもよい。
Ｃｌを含むＳｉ層とは、Ｓｉにより構成されＣｌを含む連続的な層の他、不連続な層や、これらが重なってできるＣｌを含むＳｉ薄膜をも含む総称である。Ｓｉにより構成されＣｌを含む連続的な層をＣｌを含むＳｉ薄膜という場合もある。Ｃｌを含むＳｉ層を構成するＳｉは、Ｃｌとの結合が完全に切れていないものの他、Ｃｌとの結合が完全に切れているものも含む。
ＨＣＤＳガスの吸着層は、ＨＣＤＳガスのガス分子の連続的な化学吸着層の他、不連続な化学吸着層をも含む。すなわち、ＨＣＤＳガスの吸着層は、ＨＣＤＳ分子で構成される１分子層もしくは１分子層未満の厚さの化学吸着層を含む。ＨＣＤＳガスの吸着層を構成するＨＣＤＳ分子は、ＳｉとＣｌとの結合が一部切れたものも含む。
ここで、１原子層未満の厚さの層とは不連続に形成される原子層のことを意味しており、１原子層の厚さの層とは連続的に形成される原子層のことを意味している。１分子層未満の厚さの層とは不連続に形成される分子層のことを意味しており、１分子層の厚さの層とは連続的に形成される分子層のことを意味している。
ＨＣＤＳガスが自己分解（熱分解）する条件下、すなわち、ＨＣＤＳの熱分解反応が生じる条件下では、ウエハ２００上にＳｉが堆積することでＣｌを含むＳｉ層が形成される。ＨＣＤＳガスが自己分解（熱分解）しない条件下、すなわち、ＨＣＤＳの熱分解反応が生じない条件下では、ウエハ２００上にＨＣＤＳガスが吸着することでＨＣＤＳガスの吸着層が形成される。ウエハ２００上にＨＣＤＳガスの吸着層を形成するよりも、Ｃｌを含むＳｉ層を形成する方が、成膜レートを高くすることができ、好ましい。
ウエハ２００上に形成される第１の層の厚さが数原子層を超えると、後述するステップ２ａでの改質の作用が第１の層の全体に届かなくなる。また、ウエハ２００上に形成可能な第１の層の厚さの最小値は１原子層未満である。よって、第１の層の厚さは、１原子層未満から数原子層程度とするのが好ましい。また、第１の層の厚さを１原子層以下、すなわち、１原子層または１原子層未満とすることで、後述するステップ２ａでの改質反応の作用を相対的に高めることができ、ステップ２ａでの改質反応に要する時間を短縮することができる。ステップ１ａでの第１の層形成に要する時間を短縮することもできる。結果として、１サイクルあたりの処理時間を短縮することができ、トータルでの処理時間を短縮することも可能となる。すなわち、成膜レートを高くすることも可能となる。また、第１の層の厚さを１原子層以下とすることで、膜厚均一性の制御性を高めることも可能となる。
（残留ガス除去）
第１の層が形成された後、バルブ２４３ａを閉じ、ＨＣＤＳガスの供給を停止する。このとき、ＡＰＣバルブ２４４は開いたままとし、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もしくは第１の層形成に寄与した後のＨＣＤＳガスを処理室２０１内から排除する。このとき、バルブ２４３ｇ〜２４３ｊは開いたままとし、不活性ガスとしてのＮ２ガスの処理室２０１内への供給を維持する。Ｎ２ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室２０１内に残留する未反応もしくは第１の層形成に寄与した後のＨＣＤＳ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。
このとき、処理室２０１内に残留するガスを完全に排除しなくてもよく、処理室２０１内を完全にパージしなくてもよい。処理室２０１内に残留するガスが微量であれば、その後に行われるステップ２ａにおいて悪影響が生じることはない。このとき、処理室２０１内へ供給するＮ２ガスの流量も大流量とする必要はなく、例えば、反応管２０３（処理室２０１）の容積と同程度の量を供給することで、ステップ２ａにおいて悪影響が生じない程度のパージを行うことができる。処理室２０１内を完全にパージしないことで、パージ時間を短縮し、スループットを向上させることができる。また、Ｎ２ガスの消費も必要最小限に抑えることが可能となる。
原料ガスとしては、ＨＣＤＳガスの他、テトラクロロシランすなわちシリコンテトラクロライド（ＳｉＣｌ４、略称：ＳＴＣ）ガス、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３、略称：ＴＣＳ）ガス、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２、略称：ＤＣＳ）ガス、モノクロロシラン（ＳｉＨ３Ｃｌ、略称：ＭＣＳ）ガス等のクロロシラン系原料ガスを用いてもよい。また、（エチルメチルアミノ）シラン（ＳｉＨ３［Ｎ（ＣＨ３）（Ｃ２Ｈ５）］）ガス、（ジメチルアミノ）シラン（ＳｉＨ３［Ｎ（ＣＨ３）２］）ガス、（ジエチルピペリジノ）シラン（ＳｉＨ３［ＮＣ５Ｈ８（Ｃ２Ｈ５）２］）ガス、ビス（ジエチルアミノ）シラン（ＳｉＨ２［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］２、略称：ＢＤＥＡＳ）ガス、ビス（ターシャリブチルアミノ）シラン（ＳｉＨ２［ＮＨ（Ｃ４Ｈ９）］２、略称：ＢＴＢＡＳ）ガス、ビス（ジエチルピペリジノ）シラン（ＳｉＨ２［ＮＣ５Ｈ８（Ｃ２Ｈ５）２］２、略称：ＢＤＥＰＳ）ガス、トリス（ジエチルアミノ）シラン（ＳｉＨ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］３、略称：３ＤＥＡＳ）ガス、トリス（ジメチルアミノ）シラン（ＳｉＨ［Ｎ（ＣＨ３）２］３、略称：３ＤＭＡＳ）ガス、テトラキス（ジエチルアミノ）シラン（Ｓｉ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］４、略称：４ＤＥＡＳ）ガス、テトラキス（ジメチルアミノ）シラン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４、略称：４ＤＭＡＳ）ガス等のアミノシラン系原料ガスを用いてもよい。
不活性ガスとしては、Ｎ２ガスの他、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ｘｅガス等の希ガスを用いてもよい。
［ステップ２ａ］
（ＨＮＣＯガス供給）
ステップ１ａが終了し処理室２０１内の残留ガスを除去した後、バルブ２４３ｂを開き、ガス供給管２３２ｂ内にＨＮＣＯガスを流す。ＨＮＣＯガスは、ＭＦＣ２４１ｂにより流量調整され、ガス供給孔２５０ｂから処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。このとき、ウエハ２００に対して熱で活性化されたＨＮＣＯガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ２４３ｈを開き、ガス供給管２３２ｈ内に不活性ガスとしてのＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスは、ＭＦＣ２４１ｈにより流量調整され、ＨＮＣＯガスと一緒に処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。
このとき、ノズル２４９ａ，２４９ｃ，２４９ｄ、バッファ室２３７内へのＨＮＣＯガスの侵入を防止するため、バルブ２４３ｇ，２４３ｉ，２４３ｊを開き、ガス供給管２３２ｇ，２３２ｉ，２３２ｊ内にＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスは、ガス供給管２３２ａ，２３２ｃ，２３２ｄ、ノズル２４９ａ，２４９ｃ，２４９ｄ、バッファ室２３７を介して処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。
このとき、ＡＰＣバルブ２４４を適正に調整して、処理室２０１内の圧力を、例えば１〜１３３００Ｐａ、好ましくは５００〜５０００Ｐａの範囲内の圧力とする。処理室２０１内の圧力をこのような比較的高い圧力帯とすることで、ＨＮＣＯガスをノンプラズマで熱的に活性化させることが可能となる。ＨＮＣＯガスを熱で活性化させて供給することで、ソフトな反応を生じさせることができ、後述する改質をソフトに行うことが出来る。ＭＦＣ２４１ｂで制御するＨＮＣＯガスの供給流量は、例えば１〜２０００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。ＭＦＣ２４１ｇ〜２４１ｊで制御するＮ２ガスの供給流量は、それぞれ例えば１００〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。このとき、処理室２０１内におけるＨＮＣＯガスの分圧は、０．０１〜１２６６７Ｐａの範囲内の圧力とする。熱で活性化させたＨＮＣＯガスをウエハ２００に対して供給する時間、すなわち、ガス供給時間（照射時間）は、例えば１〜１２０秒、好ましくは１〜６０秒の範囲内の時間とする。このときのヒータ２０７の温度は、ステップ１ａと同様、ウエハ２００の温度が、例えば２５０〜７００℃、好ましくは３００〜６５０℃、より好ましくは３５０〜６００℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。
上述の条件下でウエハ２００に対してＨＮＣＯガスを供給することにより、ステップ１ａでウエハ２００上に形成された第１の層とＨＮＣＯガスとが反応する。すなわち、第１の層に含まれるハロゲン元素（ハロゲン基）の原子であるＣｌ（クロロ基）と、ＨＮＣＯガスに含まれるリガンド（Ｈ）と、を反応させることができる。それにより、ＨＮＣＯのＨと反応させた第１の層のＣｌを、第１の層から分離させる（引き抜く）と共に、第１の層のＣｌと反応させたＨＮＣＯのＨを、ＨＮＣＯから分離させることができる。そして、Ｈが分離したＨＮＣＯガスのＮと、第１の層に含まれるＳｉと、を結合させることができる。すなわち、ＨＮＣＯガスを構成するＮであってＨが外れ未結合手（ダングリングボンド）を有することとなったＮと、第１の層に含まれ未結合手を有することとなったＳｉ、もしくは、未結合手を有していたＳｉと、を結合させて、Ｓｉ−Ｎ結合を形成することが可能となる。またこのとき、ＨＮＣＯガスに含まれるＣと、初期層に含まれるＳｉと、を結合させて、Ｓｉ−Ｃ結合を形成することや、ＨＮＣＯガスに含まれるＯと、初期層に含まれるＳｉと、を結合させて、Ｓｉ−Ｏ結合を形成することが可能となる場合もある。
この一連の反応により、第１の層中からＣｌが脱離すると共に、第１の層中に、Ｎ成分、Ｃ成分、Ｏ成分が新たに取り込まれ、第１の層は、Ｓｉ、Ｏ、ＣおよびＮを含む第２の層、すなわち、シリコン酸炭窒化層（ＳｉＯＣＮ層）へと変化する（改質される）。第２の層は、１原子層未満から数原子層程度の厚さの層となる。第２の層は、例えば、Ｓｉ成分の割合とＣ成分の割合とが比較的多い層、すなわち、Ｓｉリッチであり、かつ、Ｃリッチな層となる。
第２の層としてのＳｉＯＣＮ層を形成する際、第１の層に含まれていたＣｌや、ＨＮＣＯガスに含まれていたＨは、ＨＮＣＯガスによる第１の層の改質反応の過程において、例えば塩素（Ｃｌ２）ガスや水素（Ｈ２）ガスや塩化水素（ＨＣｌ）ガス等のガス状物質を構成し、排気管２３１を介して処理室２０１内から排出される。すなわち、第１の層中のＣｌ等の不純物は、第１の層中から引き抜かれたり、脱離したりすることで、第１の層から分離することとなる。これにより、第２の層は、第１の層に比べてＣｌ等の不純物が少ない層となる。
（残留ガス除去）
第２の層が形成された後、バルブ２４３ｂを閉じ、ＨＮＣＯガスの供給を停止する。このとき、ＡＰＣバルブ２４４は開いたままとし、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もしくは第２の層形成に寄与した後のＨＮＣＯガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する。このとき、バルブ２４３ｇ〜２４３ｊは開いたままとし、不活性ガスとしてのＮ２ガスの処理室２０１内への供給を維持する。Ｎ２ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室２０１内に残留する未反応もしくは第２の層形成に寄与した後のＨＮＣＯガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する効果を高めることができる。
このとき、処理室２０１内に残留するガスを完全に排除しなくてもよく、処理室２０１内を完全にパージしなくてもよい。処理室２０１内に残留するガスが微量であれば、その後に行われるステップ１ａにおいて悪影響が生じることはない。このとき処理室２０１内へ供給するＮ２ガスの流量も大流量とする必要はなく、例えば、反応管２０３（処理室２０１）の容積と同程度の量を供給することで、ステップ１ａにおいて悪影響が生じない程度のパージを行うことができる。処理室２０１内を完全にパージしないことで、パージ時間を短縮し、スループットを向上させることができる。また、Ｎ２ガスの消費も必要最小限に抑えることが可能となる。
イソシアナート系ガスとしては、ＨＮＣＯガスの他、メチルイソシアナート（Ｃ２Ｈ３ＮＯ）ガス、クロロメチルイソシアナート（Ｃ２Ｈ２ＣｌＮＯ）ガス、イソシアナート酢酸メチル（Ｃ４Ｈ５ＮＯ３）ガス、（イソシアナトメチル）カルバミド酸メチル（Ｃ４Ｈ６Ｎ２Ｏ３）ガス、（イソシアナトメチル）ホスホン酸ジエチル（Ｃ６Ｈ１２ＮＯ４Ｐ）ガス等のメチル系イソシアナートガスや、エチルイソシアナート（Ｃ３Ｈ５ＮＯ）ガス、２−クロロエチルイソシアナート（Ｃ３Ｈ４ＣｌＮＯ）ガス、イソシアナート酢酸エチル（Ｃ５Ｈ７ＮＯ３）ガス等のエチル系イソシアナートガスや、プロピルイソシアナート（Ｃ４Ｈ７ＮＯ）ガス、（３−クロロプロピル）イソシアナート（Ｃ４Ｈ６ＣｌＮＯ）ガス、１，１−ジメチルプロピルイソシアナート（Ｃ６Ｈ１１ＮＯ）ガス、３−（トリエトキシシリル）プロピルイソシアナート（Ｃ１０Ｈ２１ＮＯ４Ｓｉ）ガス等のプロピル系イソシアナートガスや、ブチルイソシアナート（Ｃ５Ｈ９ＮＯ）ガス、Ｔｅｒｔ−ブチルイソシアナート（Ｃ５Ｈ９ＮＯ）ガス、イソシアン酸ｎ−ブチル（Ｃ５Ｈ９ＮＯ）ガス等のブチル系イソシアナートガス等を好ましく用いることができる。このように、イソシアナート系ガスとしては、その組成式中（１分子中）、すなわち、その化学構造式中に−Ｎ＝Ｃ＝Ｏという部分構造を有するガスであればよく、リガンドとしてメチル基やエチル基やブチル基等のアルキル基を有する有機系のガスであっても、好ましく用いることができる。
不活性ガスとしては、Ｎ２ガスの他、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ｘｅガス等の希ガスを用いてもよい。
（所定回数実施）
上述したステップ１ａ，２ａを１サイクルとして、このサイクルを１回以上（所定回数）行うことにより、すなわち、ステップ１ａ，２ａを交互に１回以上（所定回数）行うことにより、ウエハ２００上に、所定組成及び所定膜厚のＳｉＯＣＮ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ＳｉＯＣＮ層の厚さを所望の膜厚よりも小さくして、上述のサイクルを所望の膜厚になるまで複数回繰り返すのが好ましい。
このとき、各ステップにおける処理室２０１内の圧力やガス供給時間等の処理条件を制御することで、ＳｉＯＣＮ層における各元素成分、すなわち、Ｓｉ成分、Ｏ成分、Ｃ成分、Ｎ成分の割合、つまり、Ｓｉ濃度、Ｏ濃度、Ｃ濃度、Ｎ濃度を微調整することができ、ＳｉＯＣＮ膜の組成比をより緻密に制御することができる。
サイクルを複数回行う場合、少なくとも２サイクル目以降の各ステップにおいて、「ウエハ２００に対して所定のガスを供給する」と記載した部分は、「ウエハ２００上に形成されている層に対して、すなわち、積層体としてのウエハ２００の最表面に対して所定のガスを供給する」ことを意味し、「ウエハ２００上に所定の層を形成する」と記載した部分は、「ウエハ２００上に形成されている層の上、すなわち、積層体としてのウエハ２００の最表面の上に所定の層を形成する」ことを意味している。この点は、上述の通りである。この点は、後述する各変形例、他の実施形態においても同様である。
（パージ及び大気圧復帰）
所定組成及び所定膜厚のＳｉＯＣＮ膜を形成する成膜処理がなされると、バルブ２４３ｇ〜２４３ｊを開き、ガス供給管２３２ｇ〜２３２ｊのそれぞれから不活性ガスとしてのＮ２ガスを処理室２０１内へ供給し、排気管２３１から排気する。Ｎ２ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室２０１内が不活性ガスでパージされ、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（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）。
（ボートアンロード及びウエハディスチャージ）
その後、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９が下降されて、反応管２０３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。その後、処理済のウエハ２００はボート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、ウエハ２００に対して所定元素を含む原料ガスとして例えばクロロシラン原料系ガスであるＨＣＤＳガスを供給する工程と、ウエハ２００に対してＮ、ＣおよびＯを含む反応ガスとして例えばイソシアナート系ガスであるＨＮＣＯガスを供給する工程と、を交互に所定回数行うことで、ウエハ２００上にＳｉＯＣＮ膜を形成することができる。これにより、ＳｉＯＣＮ膜を形成する際の生産性を向上させることが可能となる。すなわち、従来の成膜シーケンスでは、ＳｉＯＣＮ膜を形成する際に、Ｓｉを含むガス、Ｏを含むガス、Ｃを含むガス、Ｎを含むガスの４種類のガスをウエハ２００に対して交互に供給する必要がある。これに対し、本実施形態の成膜シーケンスでは、ＨＣＤＳガス、ＨＮＣＯガスの２種類のガスをウエハ２００に対して交互に供給することでＳｉＯＣＮ膜を形成できる。そのため、ガスの供給制御を単純化でき、１サイクルあたりのガス供給の工程数を削減できるようにもなり、成膜時の生産性を向上させることが可能となる。また、成膜に必要なガスの種類が少なくなることで、ガス供給系の構成を簡素化させ、ノズルの本数を減らすことができ、これにより、装置コストを低減させ、メンテナンスを容易にすることが可能となる。
（ｂ）本実施形態によれば、ウエハ２００に対して所定元素を含む原料ガスとして例えばクロロシラン系ガスであるＨＣＤＳガスを供給する工程と、ウエハ２００に対してＮ、ＣおよびＯを含む反応ガスとして例えばイソシアナート系ガスであるＨＮＣＯガスを供給する工程と、を交互に所定回数行うようにしたので、ウエハ２００上に、Ｓｉリッチであり、かつ、ＣリッチなＳｉＯＣＮ膜を形成することができる。すなわち、本実施形態の成膜シーケンスでは、Ｓｉを含むガス、Ｏを含むガス、Ｃを含むガス、Ｎを含むガスの４種類のガスをウエハ２００に対して交互に供給する成膜シーケンスと比較して、ＳｉＯＣＮ膜を形成する過程において、ウエハ２００上へのＳｉおよびＣの固定を十分に行うことができ、また、これらの元素のウエハ２００上からの脱離を十分に抑制することができ、結果として、Ｃ濃度の高いＳｉＯＣＮ膜を形成することができる。
（ｃ）本実施形態によれば、反応ガスを供給する際の処理室２０１内の圧力を制御することにより、ＳｉＯＣＮ膜中のＣ濃度等を微調整することが可能となる。例えば、ステップ２ａにおいてＨＮＣＯガスをウエハ２００に対して供給する際の処理室２０１内の圧力を、ステップ１ａにおいてＨＣＤＳガスをウエハ２００に対して供給する際の処理室２０１内の圧力よりも大きくすることで、ＳｉＯＣＮ膜中のＣ濃度をさらに高くすることができる。また例えば、ステップ２ａにおいてＨＮＣＯガスをウエハ２００に対して供給する際の処理室２０１内の圧力を、ステップ１ａにおいてＨＣＤＳガスをウエハ２００に対して供給する際の処理室２０１内の圧力以下の圧力に設定することで、ＳｉＯＣＮ膜中のＣ濃度の増加量を適正に抑制することができる。
（ｄ）本実施形態の成膜シーケンスによれば、ステップ２ａで、第１の層と、Ｎ、ＣおよびＯを含む反応ガスとして例えばイソシアナート系ガスであるＨＮＣＯガスと、を反応させることで、第１の層中から、Ｃｌ等の不純物を引き抜いたり脱離させたりすることができる。結果として、ＳｉＯＣＮ膜中の不純物濃度を低減させることができ、ＳｉＯＣＮ膜のＨＦに対する耐性を一層向上させることが可能となる。
（ｅ）本実施形態によれば、反応ガスとして、Ｎ、Ｃ、ＯおよびＨの４元素で構成され、Ｓｉおよび金属非含有のイソシアナート系ガスであるＨＮＣＯガスを用いることにより、形成するＳｉＯＣＮ膜中の不純物濃度を低減させることが可能となる。すなわち、反応ガスとして、ＨＮＣＯガスを用いる本実施形態の成膜シーケンスでは、反応ガスとして、例えばハフニウム（Ｈｆ）、Ｃ、ＮおよびＨの４元素で構成されるテトラキスエチルメチルアミノハフニウム（Ｈｆ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）（ＣＨ３）］４、略称：ＴＥＭＡＨ）ガス等を用いる成膜シーケンスと比較して、反応ガスと第１の層との反応により形成される第２の層中への不純物元素の混入確率を低減させることができ、形成するＳｉＯＣＮ膜中の不純物濃度を低減させることが可能となる。
（ｆ）本実施形態によれば、反応ガスとして、Ｎ、Ｃ、ＯおよびＨの４元素で構成され、Ｓｉおよび金属非含有のイソシアナート系ガスであるＨＮＣＯガスを用いることにより、また、ＨＣＤＳガスとＨＮＣＯガスとをウエハ２００に対して交互に供給する成膜シーケンスを採用することにより、ＳｉＯＣＮ膜を形成する際の反応制御性、特に組成制御性を向上させることが可能となる。すなわち、反応ガスとしてＨＮＣＯガスを用いる本実施形態の成膜シーケンスでは、反応ガスとして例えばＨｆ、Ｃ、ＮおよびＨの４元素で構成されるＴＥＭＡＨガス等を用いる成膜シーケンスと比較して、反応ガスと第１の層とを反応させて第２の層を形成する際の反応制御性、特に組成制御性を向上させることができるようになる。また、ＨＣＤＳガス、ＨＮＣＯガスの２種類のガスをウエハ２００に対して交互に供給する本実施形態の成膜シーケンスでは、Ｓｉを含むガス、Ｏを含むガス、Ｃを含むガス、Ｎを含むガスの４種類のガスをウエハ２００に対して交互に供給する成膜シーケンスと比較して、ＳｉＯＣＮ膜を形成する過程における反応制御性、特に組成制御性を向上させることができるようになる。これらにより、ＳｉＯＣＮ膜の組成制御を容易に行うことができるようになり、その結果、形成するＳｉＯＣＮ膜のエッチング耐性を向上させたり、誘電率を調整したりすることが可能となる。
（ｇ）本実施形態によれば、反応ガスとして、イソシアナート系ガスであるＨＮＣＯガスを用いることにより、ＳｉＯＣＮ膜のウエハ２００面内およびウエハ２００面間における膜厚均一性をそれぞれ向上させることができる。すなわち、−Ｎ＝Ｃ＝Ｏという部分構造を有するイソシアナート系ガスは、例えばＨｆ、Ｃ、ＮおよびＨの４元素で構成されるＴＥＭＡＨガス等と比較して、第１の層に対し高い反応性を有することから、反応ガスとしてＨＮＣＯガスを用いる本実施形態の成膜シーケンスは、反応ガスと第１の層との反応をウエハ２００面内およびウエハ２００面間にわたり確実かつ均一に行うことができるようになる。その結果、ＳｉＯＣＮ膜のウエハ２００面内およびウエハ２００面間における膜厚均一性をそれぞれ向上させることが可能となる。
これらの作用効果は、所定元素を含む原料ガスとして、ＨＣＤＳガス以外の上述した他のクロロシラン系原料ガスを用いる場合や、上述したアミノシラン系原料ガスを用いる場合にも同様に奏することができる。また、これらの作用効果は、Ｎ、ＣおよびＯを含む反応ガスとして、ＨＮＣＯガス以外の上述した他のイソシアナート系ガスを用いる場合にも、同様に奏することができる。
（変形例）
図４、図５（ａ）に示した上述の成膜シーケンスでは、ステップ１ａ，２ａを交互に行うサイクルを１回以上（所定回数）行う例について説明した。但し、本実施形態は係る態様に限定されない。例えば、ステップ１ａ，２ａを同時に行うサイクルを１回以上（所定回数）行うようにしてもよい。図５（ｂ）は、ステップ１ａ，２ａを同時に行うサイクルを複数回（ｎ回）行う例を、図５（ｃ）は、ステップ１ａ，２ａを同時に行うサイクルを１回行う例をそれぞれ示している。図５（ｂ）に示す成膜シーケンスでは、主にサイクルの実施回数を調整することにより、また、図５（ｃ）に示す成膜シーケンスでは、主にサイクルの実施時間（ガス供給時間）を調整することにより、ＳｉＯＣＮ膜の膜厚を制御することができる。これらの場合における処理条件も、図４、図５（ａ）に示した上述の成膜シーケンスにおける処理条件と同様な処理条件とすればよい。
ＨＣＤＳガスとＨＮＣＯガスとを同時に供給するようにしても、上述の実施形態と同様な作用効果が得られる。但し、上述の実施形態のように、ＨＣＤＳガスの供給と、ＨＮＣＯガスの供給とを、それらの間に処理室２０１内のパージを挟んで交互に行う方が、ＨＣＤＳガスとＨＮＣＯガスとを表面反応が支配的な条件下で適正に反応させることができ、膜厚制御の制御性を高めることができ、好ましい。
＜本発明の第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
上述の第１実施形態では、ステップ１ａ，２ａを含むサイクルを所定回数行うことで、基板上に、ＳｉＯＣＮ膜を形成する例について説明した。本実施形態では、上述のステップ１ａ，２ａと同様に行うステップ１ｂ，２ｂに加えて、基板に対して酸化ガスを供給するステップ３ｂをさらに含むサイクルを所定回数行うことで、基板上に、ＳｉＯＣＮ膜、ＳｉＯＮ膜またはＳｉＯＣ膜を形成する例について説明する。
（第１シーケンス）
まず、本実施形態の第１シーケンスについて、図６、図８（ａ）を用いて説明する。
本実施形態の第１シーケンスでは、
ウエハ２００に対してＳｉを含む原料ガスとしてクロロシラン系原料ガス（ＨＣＤＳガス）を供給する工程と、
ウエハ２００に対してＮ、ＣおよびＯを含む反応ガスとしてイソシアナート系ガス（ＨＮＣＯガス）を供給する工程と、
ウエハ２００に対して酸化ガス（Ｏ２ガス）を供給する工程と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、ウエハ２００上に、ＳｉＯＣＮ膜、ＳｉＯＮ膜またはＳｉＯＣ膜を形成する。
本シーケンスが第１実施形態の成膜シーケンスと異なるのは、ステップ１ａ，２ａと同様に行うステップ１ｂ，２ｂに加えてステップ３ｂをさらに含む点だけであり、その他は第１実施形態の成膜シーケンスと同様である。以下、本実施形態のステップ３ｂについて説明する。
［ステップ３ｂ］
（Ｏ２ガス供給）
ステップ２ｂが終了し処理室２０１内の残留ガスを除去した後、バルブ２４３ｃを開き、ガス供給管２３２ｃ内にＯ２ガスを流す。Ｏ２ガスは、ＭＦＣ２４１ｃにより流量調整され、ガス供給孔２５０ｃからバッファ室２３７内に供給される。このとき、棒状電極２６９，２７０間に高周波電力を印加しないことで、バッファ室２３７内に供給されたＯ２ガスは、熱で活性化され、ガス供給孔２５０ｅから処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。このときウエハ２００に対して、熱で活性化されたＯ２ガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ２４３ｉを開き、ガス供給管２３２ｉ内にＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスはＯ２ガスと一緒に処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。
このとき、ノズル２４９ａ，２４９ｂ，２４９ｄ内へのＯ２ガスの侵入を防止するため、バルブ２４３ｇ，２４３ｈ，２４３ｊを開き、ガス供給管２３２ｇ，２３２ｈ，２３２ｊ内にＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスは、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂ，２３２ｄ、ノズル２４９ａ，２４９ｂ，２４９ｄを介して処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。
このとき、ＡＰＣバルブ２４４を適正に調整して、処理室２０１内の圧力を、例えば１〜３０００Ｐａの範囲内の圧力とする。処理室２０１内の圧力をこのような比較的高い圧力帯とすることで、Ｏ２ガスをノンプラズマで熱的に活性化させることが可能となる。Ｏ２ガスは、熱で活性化させて供給した方が、比較的ソフトな反応を生じさせることができ、後述する酸化を比較的ソフトに行うことができる。処理室２０１内におけるＯ２ガスの分圧は、例えば０．０１〜２９７０Ｐａの範囲内の圧力とする。ＭＦＣ２４１ｃで制御するＯ２ガスの供給流量は、例えば１００〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。ＭＦＣ２４１ｇ〜２４１ｊで制御するＮ２ガスの供給流量は、それぞれ例えば１００〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。熱で活性化させたＯ２ガスをウエハ２００に対して供給する時間、すなわち、ガス供給時間（照射時間）は、例えば１〜１２０秒、好ましくは１〜６０秒の範囲内の時間とする。このときのヒータ２０７の温度は、ステップ１ｂ，２ｂと同様、ウエハ２００の温度が、例えば２５０〜７００℃、好ましくは３００〜６５０℃、より好ましくは３５０〜６００℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。
このとき、処理室２０１内へ流しているガスは、処理室２０１内の圧力を高くすることで熱的に活性化されたＯ２ガスであり、処理室２０１内へはＨＣＤＳガスもＨＮＣＯガスも流していない。したがって、Ｏ２ガスは気相反応を起こすことはなく、活性化されたＯ２ガスは、ステップ２ｂでウエハ２００上に形成された第２の層の少なくとも一部と反応する。これにより第２の層は酸化されて、Ｓｉ、Ｏ、ＣおよびＮを含む第３の層（ＳｉＯＣＮ層）、Ｓｉ、ＯおよびＮを含む第３の層（ＳｉＯＮ層）、または、Ｓｉ、ＯおよびＣを含む第３の層（ＳｉＯＣ層）へと変化する（改質される）。第３の層は、例えば１原子層未満から数原子層程度の厚さの層となる。
Ｏ２ガスを熱で活性化させて処理室２０１内へ流すことで、第２の層を熱酸化して第３の層へと改質（変化）させることができる。このとき、第２の層にＯ成分を付加しつつ、第２の層におけるＣ成分やＮ成分の少なくとも一部を脱離させる（引き抜く）ことで、第２の層を第３の層へと改質させることとなる。このとき、Ｏ２ガスによる熱酸化の作用により、第２の層におけるＳｉ−Ｏ結合が増加する一方、Ｓｉ−Ｃ結合、Ｓｉ−Ｎ結合、Ｓｉ−Ｓｉ結合は減少し、第２の層におけるＣ成分、Ｎ成分、Ｓｉ成分の割合はそれぞれ減少することとなる。特に、Ｃ成分やＮ成分については、その大部分を脱離させることで不純物レベルにまで減少させることもできる。例えば、第２の層におけるＣ成分の割合を不純物レベルにまで減少させるように改質を行うことで、第２の層をＳｉＯＮ層へと変化させることができる。また例えば、第２の層におけるＮ成分の割合を不純物レベルにまで減少させるように改質を行うことで、第２の層をＳｉＯＣ層へと変化させることができる。また例えば、第２の層におけるＣ成分およびＮ成分の割合を不純物レベルにまで減少させる前に改質を停止することで、第２の層を、第２の層よりもＣ成分およびＮ成分の割合の少ないＳｉＯＣＮ層へと変化させることができる。すなわち、Ｏ濃度を増加させる方向に、また、Ｃ濃度、Ｎ濃度、Ｓｉ濃度を減少させる方向に組成比を変化させつつ、第２の層を第３の層へと改質させることができる。さらに、このとき処理室２０１内の圧力やガス供給時間等の処理条件を制御することで、第３の層におけるＯ成分の割合、すなわち、Ｏ濃度を微調整することができ、第３の層の組成比をより緻密に制御することができる。
このとき、第２の層の酸化反応は飽和させないようにするのが好ましい。例えばステップ１ｂ，２ｂで１原子層未満から数原子層の厚さの第２の層を形成した場合は、その第２の層の一部を酸化させるようにするのが好ましい。この場合、１原子層未満から数原子層の厚さの第２の層の全体を酸化させないように、第２の層の酸化反応が不飽和となる条件下で酸化を行う。
第２の層の酸化反応を不飽和とするには、ステップ３ｂにおける処理条件を上述の処理条件とすればよい。また、ステップ３ｂにおける処理条件を次の処理条件とすることで、第２の層の酸化反応を不飽和とすることが容易となる。
ウエハ温度：５００〜６５０℃
処理室内圧力：１３３〜２６６６Ｐａ
Ｏ２ガス分圧：３３〜２５１５Ｐａ
Ｏ２ガス供給流量：１０００〜５０００ｓｃｃｍ
Ｎ２ガス供給流量：３００〜３０００ｓｃｃｍ
Ｏ２ガス供給時間：６〜６０秒
（残留ガス除去）
第３の層が形成された後、バルブ２４３ｃを閉じ、Ｏ２ガスの供給を停止する。このとき、ＡＰＣバルブ２４４は開いたままとし、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もしくは第３の層形成に寄与した後のＯ２ガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する。このとき、バルブ２４３ｇ〜２４３ｊは開いたままとし、Ｎ２ガスの処理室２０１内への供給を維持する。Ｎ２ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室２０１内に残留する未反応もしくは第３の層形成に寄与した後のＯ２ガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する効果を高めることができる。
このとき、処理室２０１内に残留するガスを完全に排除しなくてもよく、処理室２０１内を完全にパージしなくてもよい。処理室２０１内に残留するガスが微量であれば、その後に行われるステップ１ｂにおいて悪影響が生じることはない。このとき処理室２０１内へ供給するＮ２ガスの流量も大流量とする必要はなく、例えば、反応管２０３（処理室２０１）の容積と同程度の量を供給することで、ステップ１ｂにおいて悪影響が生じない程度のパージを行うことができる。処理室２０１内を完全にパージしないことで、パージ時間を短縮し、スループットを向上させることができる。また、Ｎ２ガスの消費も必要最小限に抑えることが可能となる。
酸化ガス（酸素含有ガス）としては、Ｏ２ガスの他、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）ガス、一酸化窒素（ＮＯ）ガス、二酸化窒素（ＮＯ２）ガス、オゾン（Ｏ３）ガス、水素（Ｈ２）ガス＋酸素（Ｏ２）ガス、Ｈ２ガス＋Ｏ３ガス、水蒸気（Ｈ２Ｏ）ガス、一酸化炭素（ＣＯ）ガス、二酸化炭素（ＣＯ２）ガス等を用いてもよい。不活性ガスとしては、Ｎ２ガスの他、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ｘｅガス等の希ガスを用いてもよい。
（所定回数実施）
上述したステップ１ｂ〜３ｂを１サイクルとして、このサイクルを１回以上（所定回数）行うことにより、ウエハ２００上に、所定組成及び所定膜厚のＳｉＯＣＮ膜、ＳｉＯＮ膜またはＳｉＯＣ膜を成膜することができる。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ＳｉＯＣＮ層、ＳｉＯＮ層またはＳｉＯＣ層の厚さを所望の膜厚よりも小さくして、上述のサイクルを所望の膜厚になるまで複数回繰り返すのが好ましい。
（第２シーケンス）
次に、本実施形態の第２シーケンスについて、図７、図８（ｂ）を用いて説明する。
本実施形態の第２シーケンスでは、
ウエハ２００に対してＳｉを含む原料ガスとしてクロロシラン系原料ガス（ＨＣＤＳガス）を供給する工程と、ウエハ２００に対してＮ、ＣおよびＯを含む反応ガスとしてイソシアナート系ガス（ＨＮＣＯガス）を供給する工程と、を交互に所定回数行う工程と、
ウエハ２００に対して酸化ガス（Ｏ２ガス）を供給する工程と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、ウエハ２００上に、ＳｉＯＣＮ膜、ＳｉＯＮ膜またはＳｉＯＣ膜を形成する。
図８（ｂ）は、上述したステップ１ｂ，２ｂを１セットとしてこのセットを２回行った後、ステップ３ｂを行い、これを１サイクルとして、このサイクルをｎ回行うことにより、ウエハ２００上に所定組成及び所定膜厚のＳｉＯＣＮ膜、ＳｉＯＮ膜またはＳｉＯＣ膜を成膜する例を示している。本シーケンスが第１シーケンスと異なるのは、上述したステップ１ｂ，２ｂを１セットとしてこのセットを複数回繰り返した後、ステップ３ｂを行う点だけであり、その他は第１シーケンスと同様に行うことができる。また、本シーケンスにおける処理条件も、上述の第１シーケンスと同様な処理条件とすることができる。
（本実施形態に係る効果）
本実施形態の成膜シーケンスによれば、上述の第１実施形態と同様の効果を奏する。また、本実施形態の成膜シーケンスによれば、ウエハ２００に対して酸化ガスとして例えばＯ２ガスを供給するステップ３ｂを行うことで、ウエハ２００上に、第１実施形態で形成するＳｉＯＣＮ膜よりもＯ成分が多く、Ｃ成分やＮ成分の少ないＳｉＯＣＮ膜を形成することが可能となる。また、本実施形態の成膜シーケンスによれば、Ｃ成分やＮ成分の割合を不純物レベルにまで減少させることで、第１実施形態の成膜シーケンスでは形成することのできないＳｉＯＮ膜やＳｉＯＣＮ膜を形成することも可能となる。また、ＳｉＯＣＮ膜、ＳｉＯＮ膜またはＳｉＯＣ膜の組成比を上述のように微調整することが可能となる。これらの作用効果は、酸化ガスとして、Ｏ２ガス以外の上述した他の酸素含有ガスを用いる場合にも同様に奏することができる。
＜本発明の第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
上述の第１実施形態では、ステップ１ａ，２ａを含むサイクルを所定回数行うことで、基板上に、ＳｉＯＣＮ膜を形成する例について説明した。本実施形態では、上述のステップ１ａ，２ａと同様に行うステップ１ｃ，２ｃに加えて、基板に対して窒化ガスを供給するステップ３ｃをさらに含むサイクルを所定回数行うことで、基板上に、ＳｉＯＣＮ膜またはＳｉＯＮ膜を形成する例について説明する。
（第１シーケンス）
まず、本実施形態の第１シーケンスについて、図９、図１０を用いて説明する。
本実施形態の第１シーケンスでは、
ウエハ２００に対してＳｉを含む原料ガスとしてクロロシラン系原料ガス（ＨＣＤＳガス）を供給する工程と、
ウエハ２００に対してＮ、ＣおよびＯを含む反応ガスとしてイソシアナート系ガス（ＨＮＣＯガス）を供給する工程と、
ウエハ２００に対して窒化ガス（ＮＨ３ガス）を供給する工程と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、ウエハ２００上に、ＳｉＯＣＮ膜またはＳｉＯＮ膜を形成する。
本シーケンスが第１実施形態の成膜シーケンスと異なるのは、ステップ１ａ，２ａと同様に行うステップ１ｃ，２ｃに加えてステップ３ｃをさらに含む点だけであり、その他は第１実施形態の成膜シーケンスと同様である。以下、本実施形態のステップ３ｃについて説明する。
［ステップ３ｃ］
（ＮＨ３ガス供給）
ステップ２ｃが終了し処理室２０１内の残留ガスを除去した後、バルブ２４３ｅを開き、ガス供給管２３２ｅ内にＮＨ３ガスを流す。ＮＨ３ガスは、ＭＦＣ２４１ｅにより流量調整され、ガス供給管２３２ｃ内を流れ、ガス供給孔２５０ｃからバッファ室２３７内に供給される。このとき、棒状電極２６９，２７０間に高周波電力を印加しないことで、バッファ室２３７内に供給されたＮＨ３ガスは、熱で活性化され、ガス供給孔２５０ｅから処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される（図１０（ａ）参照）。また、このとき、棒状電極２６９，２７０間に高周波電源２７３から整合器２７２を介して高周波電力を印加することで、バッファ室２３７内に供給されたＮＨ３ガスは、プラズマ励起され、活性種としてガス供給孔２５０ｅから処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される（図１０（ｂ）参照）。このときウエハ２００に対して、熱またはプラズマで活性化されたＮＨ３ガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ２４３ｉを開き、ガス供給管２３２ｉ内にＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスはＮＨ３ガスと一緒に処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。
このとき、ノズル２４９ａ，２４９ｂ，２４９ｄ内へのＮＨ３ガスの侵入を防止するため、バルブ２４３ｇ，２４３ｈ，２４３ｊを開き、ガス供給管２３２ｇ，２３２ｈ，２３２ｊ内にＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスは、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂ，２３２ｄ、ノズル２４９ａ，２４９ｂ，２４９ｄを介して処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。
ＮＨ３ガスをプラズマ励起することなく熱で活性化させて流すときは、ＡＰＣバルブ２４４を適正に調整して、処理室２０１内の圧力を、例えば１〜３０００Ｐａの範囲内の圧力とする。処理室２０１内の圧力をこのような比較的高い圧力帯とすることで、ＮＨ３ガスをノンプラズマで熱的に活性化させることが可能となる。ＮＨ３ガスは熱で活性化させて供給した方が、比較的ソフトな反応を生じさせることができ、後述する窒化を比較的ソフトに行うことができる。処理室２０１内におけるＮＨ３ガスの分圧は、例えば０．０１〜２９７０Ｐａの範囲内の圧力とする。ＭＦＣ２４１ｅで制御するＮＨ３ガスの供給流量は、例えば１００〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。ＭＦＣ２４１ｇ〜２４１ｊで制御するＮ２ガスの供給流量は、それぞれ例えば１００〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。熱で活性化させたＮＨ３ガスをウエハ２００に対して供給する時間、すなわち、ガス供給時間（照射時間）は、例えば１〜１２０秒、好ましくは１〜６０秒の範囲内の時間とする。このときのヒータ２０７の温度は、ステップ１ｃ，２ｃと同様、ウエハ２００の温度が、例えば２５０〜７００℃、好ましくは３００〜６５０℃、より好ましくは３５０〜６００℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。
ＮＨ３ガスをプラズマ励起することにより活性種として流すときは、ＡＰＣバルブ２４４を適正に調整して、処理室２０１内の圧力を、例えば１〜１００Ｐａの範囲内の圧力とする。処理室２０１内におけるＮＨ３ガスの分圧は、例えば０．０１〜１００Ｐａの範囲内の圧力とする。ＭＦＣ２４１ｅで制御するＮＨ３ガスの供給流量は、例えば１００〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。ＭＦＣ２４１ｇ〜２４１ｊで制御するＮ２ガスの供給流量は、それぞれ例えば１００〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。ＮＨ３ガスをプラズマ励起することにより得られた活性種をウエハ２００に対して供給する時間、すなわち、ガス供給時間（照射時間）は、例えば１〜１２０秒、好ましくは１〜６０秒の範囲内の時間とする。このときのヒータ２０７の温度は、ステップ１ｃ，２ｃと同様、ウエハ２００の温度が、例えば２５０〜７００℃、好ましくは３００〜６５０℃、より好ましくは３５０〜６００℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。高周波電源２７３から棒状電極２６９，２７０間に印加する高周波電力は、例えば５０〜１０００Ｗの範囲内の電力となるように設定する。
このとき、処理室２０１内へ流しているガスは、処理室２０１内の圧力を高くすることで熱的に活性化されたＮＨ３ガス、もしくは、ＮＨ３ガスをプラズマ励起することにより得られた活性種であり、処理室２０１内へはＨＣＤＳガスもＨＮＣＯガスも流していない。したがって、ＮＨ３ガスは気相反応を起こすことはなく、活性化された、もしくは、活性種となったＮＨ３ガスは、ステップ２ｃでウエハ２００上に形成された第２の層の少なくとも一部と反応する。これにより第２の層は窒化されて、Ｓｉ、Ｏ、ＣおよびＮを含む第３の層（ＳｉＯＣＮ層）、または、Ｓｉ、ＯおよびＮを含む第３の層（ＳｉＯＮ層）へと改質される。第３の層は、例えば１原子層未満から数原子層程度の厚さの層となる。
第３の層を形成する工程では、窒化ガスにより第２の層を窒化させることで第２の層を改質することとなる。すなわち、第２の層の窒化により、第２の層にＮをさらに与えることとなる。また、第２の層の窒化により、第２の層に含まれるＣの少なくとも一部を第２の層から分離させる（引き抜く）こととなる。すなわち、第３の層のＮ濃度は第２の層のＮ濃度よりも高くなり、第３の層のＣ濃度は第２の層のＣ濃度よりも低くなる。
図１０（ａ）に示すように、ＮＨ３ガスを熱で活性化させて処理室２０１内へ流すことで、第２の層を熱窒化して第３の層へと改質（変化）させることができる。このとき、第２の層におけるＮ成分の割合を増加させつつ、活性化されたＮＨ３ガスのエネルギーにより、第２の層におけるＣ成分の少なくとも一部を脱離させる（引き抜く）ことで、第２の層を第３の層へと改質させることとなる。このとき、ＮＨ３ガスによる熱窒化の作用により、第２の層におけるＳｉ−Ｎ結合が増加する一方、Ｓｉ−Ｃ結合、Ｓｉ−Ｏ結合、Ｓｉ−Ｓｉ結合は減少し、第２の層におけるＣ成分、Ｏ成分、Ｓｉ成分の割合はそれぞれ減少することとなる。特に、Ｃ成分については、その大部分を脱離させることで不純物レベルにまで減少させることもできる。例えば、第２の層におけるＣ成分の割合を不純物レベルにまで減少させるように改質を行うことで、第２の層をＳｉＯＮ層へと変化させることができる。また例えば、第２の層におけるＣ成分の割合を不純物レベルにまで減少させる前に改質を停止することで、第２の層を、第２の層よりもＣ成分の割合の少ないＳｉＯＣＮ層へと変化させることができる。すなわち、Ｎ濃度を増加させる方向に、また、Ｃ濃度、Ｏ濃度、Ｓｉ濃度を減少させる方向に組成比を変化させつつ第２の層を第３の層へと改質させることができる。さらに、このとき処理室２０１内の圧力やガス供給時間等の処理条件を制御することで、第３の層におけるＮ成分の割合、すなわち、Ｎ濃度を微調整することができ、第３の層の組成比をより緻密に制御することができる。
また、図１０（ｂ）に示すように、ＮＨ３ガスをプラズマ励起することにより得られた活性種を処理室２０１内へ流すことで、第２の層をプラズマ窒化して第３の層へと改質（変化）させることができる。このとき、第２の層におけるＮ成分の割合を増加させつつ、活性種のエネルギーにより、第２の層におけるＣ成分の少なくとも一部を脱離させる（引き抜く）ことで、第２の層を第３の層へと改質（変化）させることとなる。このとき、ＮＨ３ガスによるプラズマ窒化の作用により、第２の層におけるＳｉ−Ｎ結合が増加する一方、Ｓｉ−Ｃ結合、Ｓｉ−Ｏ結合、Ｓｉ−Ｓｉ結合は減少し、第２の層におけるＣ成分、Ｏ成分、Ｓｉ成分の割合はそれぞれ減少することとなる。特に、Ｃ成分については、その大部分を脱離させることで不純物レベルにまで減少させるか、実質的に消滅させることもできる。例えば、第２の層におけるＣ成分の割合を不純物レベルにまで減少させたり、実質的に消滅させるまで改質を行うことで、第２の層をＳｉＯＮ層へと変化させることができる。また例えば、第２の層におけるＣ成分の割合を不純物レベルにまで減少させる前に改質を停止することで、第２の層を、第２の層よりもＣ成分の割合の少ないＳｉＯＣＮ層へと変化させることができる。すなわち、Ｎ濃度を増加させる方向に、また、Ｃ濃度、Ｏ濃度、Ｓｉ濃度を減少させる方向に、組成比を変化させつつ第２の層を第３の層へと改質させることができる。さらに、このとき処理室２０１内の圧力やガス供給時間等の処理条件を制御することで、第３の層におけるＮ成分の割合、すなわち、Ｎ濃度を微調整することができ、第３の層の組成比をより緻密に制御することができる。
このとき、第２の層の窒化反応は飽和させないようにするのが好ましい。例えばステップ１ｃ，２ｃで１原子層未満から数原子層の厚さの第２の層を形成した場合は、その第２の層の一部を窒化させるようにするのが好ましい。この場合、１原子層未満から数原子層の厚さの第２の層の全体を窒化させないように、第２の層の窒化反応が不飽和となる条件下で窒化を行う。
第２の層の窒化反応を不飽和とするには、ステップ３ｃにおける処理条件を上述の処理条件とすればよい。また、ステップ３ｃにおける処理条件を次の処理条件とすることで、第２の層の窒化反応を不飽和とすることが容易となる。
〔ＮＨ３ガスを熱で活性化させて流すとき〕
ウエハ温度：５００〜６５０℃
処理室内圧力：１３３〜２６６６Ｐａ
ＮＨ３ガス分圧：３３〜２５１５Ｐａ
ＮＨ３ガス供給流量：１０００〜５０００ｓｃｃｍ
Ｎ２ガス供給流量：３００〜３０００ｓｃｃｍ
ＮＨ３ガス供給時間：６〜６０秒
〔ＮＨ３ガスをプラズマで活性化させて流すとき〕
ウエハ温度：５００〜６５０℃
処理室内圧力：３３〜８０Ｐａ
ＮＨ３ガス分圧：１７〜７５Ｐａ
ＮＨ３ガス供給流量：１０００〜５０００ｓｃｃｍ
Ｎ２ガス供給流量：３００〜１０００ｓｃｃｍ
ＮＨ３ガス供給時間：６〜６０秒
（残留ガス除去）
第３の層が形成された後、バルブ２４３ｅを閉じ、ＮＨ３ガスの供給を停止する。このとき、ＡＰＣバルブ２４４は開いたままとし、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もしくは第３の層形成に寄与した後のＮＨ３ガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する。このとき、バルブ２４３ｇ〜２４３ｊは開いたままとし、Ｎ２ガスの処理室２０１内への供給を維持する。Ｎ２ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室２０１内に残留する未反応もしくは第３の層形成に寄与した後のＮＨ３ガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する効果を高めることができる。
このとき、処理室２０１内に残留するガスを完全に排除しなくてもよく、処理室２０１内を完全にパージしなくてもよい。処理室２０１内に残留するガスが微量であれば、その後に行われるステップ１ｃにおいて悪影響が生じることはない。このとき処理室２０１内へ供給するＮ２ガスの流量も大流量とする必要はなく、例えば、反応管２０３（処理室２０１）の容積と同程度の量を供給することで、ステップ１ｃにおいて悪影響が生じない程度のパージを行うことができる。処理室２０１内を完全にパージしないことで、パージ時間を短縮し、スループットを向上させることができる。また、Ｎ２ガスの消費も必要最小限に抑えることが可能となる。
窒化ガス（窒素含有ガス）としては、ＮＨ３ガスの他、ジアゼン（Ｎ２Ｈ２）ガス、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）ガス、Ｎ３Ｈ８ガス、これらの化合物を含むガス等を用いてもよい。不活性ガスとしては、Ｎ２ガスの他、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ｘｅガス等の希ガスを用いてもよい。
（所定回数実施）
上述したステップ１ｃ〜３ｃを１サイクルとして、このサイクルを１回以上（所定回数）行うことにより、ウエハ２００上に、所定組成及び所定膜厚のＳｉＯＣＮ膜またはＳｉＯＮ膜を成膜することができる。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ＳｉＯＣＮ層またはＳｉＯＮ層の厚さを所望の膜厚よりも小さくして、上述のサイクルを所望の膜厚になるまで複数回繰り返すのが好ましい。
（第２シーケンス）
次に、本実施形態の第２シーケンスについて、図１１、図１２を用いて説明する。
本実施形態の第２シーケンスでは、
ウエハ２００に対してＳｉを含む原料ガスとしてクロロシラン系原料ガス（ＨＣＤＳガス）を供給する工程と、ウエハ２００に対してＮ、ＣおよびＯを含む反応ガスとしてイソシアナート系ガス（ＨＮＣＯガス）を供給する工程と、を交互に所定回数行う工程と、
ウエハ２００に対して窒化ガス（ＮＨ３ガス）を供給する工程と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、ウエハ２００上に、ＳｉＯＣＮ膜またはＳｉＯＮ膜を形成する。
図１２は、上述したステップ１ｃ，２ｃを１セットとしてこのセットを２回行った後、ステップ３ｃを行い、これを１サイクルとして、このサイクルをｎ回行うことにより、ウエハ２００上に所定組成及び所定膜厚のＳｉＯＣＮ膜またはＳｉＯＮ膜を成膜する例を示している。本シーケンスが第１シーケンスと異なるのは、上述したステップ１ｃ，２ｃを１セットとしてこのセットを複数回繰り返した後、ステップ３ｃを行う点だけであり、その他は第１シーケンスと同様に行うことができる。また、本シーケンスにおける処理条件も、上述の第１シーケンスと同様な処理条件とすることができる。
（本実施形態に係る効果）
本実施形態の成膜シーケンスによれば、上述の第１実施形態と同様の効果を奏する。また、本実施形態の成膜シーケンスによれば、ウエハ２００に対して窒化ガスとして例えばＮＨ３ガスを供給するステップ３ｃを行うことで、ウエハ２００上に、第１実施形態で形成するＳｉＯＣＮ膜よりもＮ成分が多く、Ｃ成分が少ないＳｉＯＣＮ膜を形成することが可能となる。また、本実施形態の成膜シーケンスによれば、Ｃ成分の割合を減少させたり、実質的に消滅させたりすることで、第１実施形態の成膜シーケンスでは形成することのできないＳｉＯＮ膜を形成することも可能となる。また、ＳｉＯＣＮ膜またはＳｉＯＮ膜の組成比を上述のように微調整することが可能となる。これらの作用効果は、窒化ガスとして、ＮＨ３ガス以外の上述した他の窒素含有ガスを用いる場合にも同様に奏することができる。
＜本発明の第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
上述の第１実施形態では、ステップ１ａ，２ａを含むサイクルを所定回数行うことで、基板上に、ＳｉＯＣＮ膜を形成する例について説明した。本実施形態では、上述のステップ１ａ，２ａと同様に行うステップ１ｄ，３ｄの間に、基板に対して炭素含有ガスを供給するステップ２ｄを行うサイクルを所定回数行うことで、基板上に、ＳｉＯＣＮ膜を形成する例について説明する。
以下、本実施形態の成膜シーケンスについて、図１３、図１４（ａ）を用いて説明する。
本実施形態の成膜シーケンスでは、
ウエハ２００に対してＳｉを含む原料ガスとしてクロロシラン系原料ガス（ＨＣＤＳガス）を供給する工程と、
ウエハ２００に対して炭素含有ガス（Ｃ３Ｈ６ガス）を供給する工程と、
ウエハ２００に対してＮ、ＣおよびＯを含む反応ガスとしてイソシアナート系ガス（ＨＮＣＯガス）を供給する工程と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、ウエハ２００上に、ＳｉＯＣＮ膜を形成する。
本シーケンスが第１実施形態の成膜シーケンスと異なるのは、ステップ１ａ，２ａと同様に行うステップ１ｄ，３ｄの間にステップ２ｄを行う点、および、ステップ２ａと同様に行うステップ３ｄにおいて、第１の層上にＣ含有層が形成された層とＨＮＣＯガスとを反応させることで第１の層上にＣ含有層が形成された層を改質する点だけであり、その他は第１実施形態の成膜シーケンスと同様である。以下、本実施形態のステップ２ｄ，３ｄについて説明する。
［ステップ２ｄ］
（Ｃ３Ｈ６ガス供給）
ステップ１ｄが終了し処理室２０１内の残留ガスを除去した後、バルブ２４３ｄを開き、ガス供給管２３２ｄ内にＣ３Ｈ６ガスを流す。Ｃ３Ｈ６ガスは、ＭＦＣ２４１ｄにより流量調整され、ガス供給孔２５０ｄから処理室２０１内へ供給される。処理室２０１内へ供給されたＣ３Ｈ６ガスは、熱で活性化され、排気管２３１から排気される。このときウエハ２００に対して、熱で活性化されたＣ３Ｈ６ガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ２４３ｊを開き、ガス供給管２３２ｊ内にＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスは、Ｃ３Ｈ６ガスと一緒に処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。
このとき、ノズル２４９ａ〜２４９ｃ、バッファ室２３７内へのＣ３Ｈ６ガスの侵入を防止するため、バルブ２４３ｇ〜２４３ｉを開き、ガス供給管２３２ｇ〜２３２ｉ内にＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスは、ガス供給管２３２ａ〜２３２ｃ、ノズル２４９ａ〜２４９ｃ、バッファ室２３７を介して処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。
このとき、ＡＰＣバルブ２４４を適正に調整して、処理室２０１内の圧力を、例えば１〜６０００Ｐａの範囲内の圧力とする。ＭＦＣ２４１ｄで制御するＣ３Ｈ６ガスの供給流量は、例えば１００〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。ＭＦＣ２４１ｇ〜２４１ｊで制御するＮ２ガスの供給流量は、それぞれ例えば１００〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。このとき、処理室２０１内におけるＣ３Ｈ６ガスの分圧は、例えば０．０１〜５９４１Ｐａの範囲内の圧力とする。Ｃ３Ｈ６ガスをウエハ２００に対して供給する時間、すなわち、ガス供給時間（照射時間）は、例えば１〜２００秒、好ましくは１〜１２０秒、より好ましくは１〜６０秒の範囲内の時間とする。このときのヒータ２０７の温度は、ステップ１ｄと同様、ウエハ２００の温度が例えば２５０〜７００℃、好ましくは３００〜６５０℃、より好ましくは３５０〜６００℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。Ｃ３Ｈ６ガスは熱で活性化させて供給した方が、ソフトな反応を生じさせることができ、後述するＣ含有層の形成が容易となる。
このとき、処理室２０１内へ流しているガスは熱的に活性化されたＣ３Ｈ６ガスであり、処理室２０１内へはＨＣＤＳガスは流していない。したがって、Ｃ３Ｈ６ガスは気相反応を起こすことはなく、活性化された状態でウエハ２００に対して供給され、このとき、ステップ１ｄでウエハ２００上に形成された第１の層の上に、１原子層未満の厚さのＣ含有層、すなわち不連続なＣ含有層が形成される。これにより、Ｓｉ、Ｃｌ、Ｃを含む層、すなわち、第１の層上にＣ含有層が形成された層（以下、Ｃ含有層が形成された第１の層ともいう）が形成される。但し、条件によっては、第１の層の一部とＣ３Ｈ６ガスとが反応して、第１の層が改質（炭化）され、Ｓｉ、ＣｌおよびＣを含む層として、Ｃｌを含むシリコン炭化層（Ｃｌを含むＳｉＣ層）が形成される場合もある。
第１の層の上に形成するＣ含有層は、Ｃ層であってもよいし、炭素含有ガス（Ｃ３Ｈ６ガス）の化学吸着層、すなわち、Ｃ３Ｈ６が分解した物質（ＣｘＨｙ）の化学吸着層であってもよい。ここで、Ｃ層はＣにより構成される不連続な層とする必要がある。また、ＣｘＨｙの化学吸着層はＣｘＨｙ分子の不連続な化学吸着層とする必要がある。第１の層上に形成するＣ含有層を連続的な層とした場合、例えばＣｘＨｙの第１の層上への吸着状態を飽和状態として、第１の層上にＣｘＨｙの連続的な化学吸着層を形成した場合、第１の層の表面が全体的にＣｘＨｙの化学吸着層により覆われることとなる。この場合、Ｃ含有層が形成された第１の層の表面にＳｉおよびＣｌが存在しなくなり、その結果、Ｃ含有層が形成された第１の層の後述するステップ３ｄでの改質反応が困難となることがある。上述のような処理条件下では、Ｎ、ＣおよびＯを含む反応ガス（ＨＮＣＯガス）はＳｉやＣｌとは反応するが、Ｃとは反応しにくいからである。後述するステップ３ｄで所望の改質反応を生じさせるためには、ＣｘＨｙの第１の層上への吸着状態を不飽和状態として、Ｃ含有層が形成された第１の層の表面に、ＳｉおよびＣｌが露出した状態とする必要がある。
ＣｘＨｙの第１の層上への吸着状態を不飽和状態とするには、ステップ２ｄにおける処理条件を上述の処理条件とすればよい。また、ステップ２ｄにおける処理条件を次の処理条件とすることで、ＣｘＨｙの第１の層上への吸着状態を不飽和状態とすることが容易となる。
ウエハ温度：５００〜６５０℃
処理室内圧力：１３３〜５３３２Ｐａ
Ｃ３Ｈ６ガス分圧：３３〜５１７７Ｐａ
Ｃ３Ｈ６ガス供給流量：１０００〜１００００ｓｃｃｍ
Ｎ２ガス供給流量：３００〜３０００ｓｃｃｍ
Ｃ３Ｈ６ガス供給時間：６〜２００秒
（残留ガス除去）
第１の層上にＣ含有層が形成された後、バルブ２４３ｄを閉じ、Ｃ３Ｈ６ガスの供給を停止する。このとき、ＡＰＣバルブ２４４は開いたままとし、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もしくはＣ含有層形成に寄与した後のＣ３Ｈ６ガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する。このとき、バルブ２４３ｇ〜２４３ｊは開いたままとし、不活性ガスとしてのＮ２ガスの処理室２０１内への供給を維持する。Ｎ２ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室２０１内に残留する未反応もしくはＣ含有層形成に寄与した後のＣ３Ｈ６ガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する効果を高めることができる。
このとき、処理室２０１内に残留するガスを完全に排除しなくてもよく、処理室２０１内を完全にパージしなくてもよい。処理室２０１内に残留するガスが微量であれば、その後に行われるステップ３ｄにおいて悪影響が生じることはない。このとき処理室２０１内へ供給するＮ２ガスの流量も大流量とする必要はなく、例えば、反応管２０３（処理室２０１）の容積と同程度の量を供給することで、ステップ３ｄにおいて悪影響が生じない程度のパージを行うことができる。処理室２０１内を完全にパージしないことで、パージ時間を短縮し、スループットを向上させることができる。また、Ｎ２ガスの消費も必要最小限に抑えることが可能となる。
炭素含有ガスとしては、Ｃ３Ｈ６ガス以外に、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）ガスやエチレン（Ｃ２Ｈ４）ガス等の炭化水素系のガスを用いてもよい。炭素含有ガスは、炭素源（カーボンソース）として作用する。炭素含有ガスとしてＮを含まない炭化水素系のガスを用いることで、ＳｉＯＣＮ膜のＮ成分の増加を抑制しつつ、Ｃ成分の割合を増加させる方向に制御することが容易となる。
［ステップ３ｄ］
（ＨＮＣＯガス供給）
ステップ２ｄが終了し処理室２０１内の残留ガスを除去した後、処理室２０１内のウエハ２００に対してＨＮＣＯガスを供給するステップ３ｄを行う。ステップ３ｄは、第１実施形態のステップ２ａと同様に行う。
ステップ２ａと同様の手順、同様の条件下でウエハ２００に対してＨＮＣＯガスを供給することにより、ステップ２ｄでウエハ２００上に形成されたＣ含有層が形成された第１の層とＨＮＣＯガスとが反応する。すなわち、Ｃ含有層が形成された第１の層の露出面に存在するハロゲン基（Ｃｌ）とＨＮＣＯに含まれるリガンド（Ｈ）とを反応させることができる。このとき生じる反応は、第１実施形態のステップ２ａにおける第１の層とＨＮＣＯガスとの反応と同様である。
この一連の反応により、Ｃ含有層が形成された第１の層は、Ｓｉ、Ｏ、ＣおよびＮを含む第２の層、すなわち、ＳｉＯＣＮ層へと変化する（改質される）。第２の層は、例えば１原子層未満から数原子層程度の厚さの層となる。Ｃ含有層が形成された第１の層中に、ＨＮＣＯに含まれていたＮ成分、Ｃ成分、Ｏ成分が新たに取り込まれる点は、第１実施形態のステップ２ａと同様である。また、第２の層が、Ｃｌ等の不純物が少ない層となる点も、第１実施形態のステップ２ａと同様である。
（残留ガス除去）
その後、第１実施形態のステップ２ａと同様の手順、同様の条件により、処理室２０１内に残留する未反応もしくは反応に寄与した後のＨＮＣＯガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する。このとき、処理室２０１内に残留するガスを完全に排除しなくてもよく、処理室２０１内を完全にパージしなくてもよい点は、第１実施形態のステップ２ａと同様である。
（所定回数実施）
上述したステップ１ｄ〜３ｄを１サイクルとして、このサイクルを１回以上（所定回数）行うことにより、ウエハ２００上に、所定組成及び所定膜厚のＳｉＯＣＮ膜を成膜することができる。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ＳｉＯＣＮ層の厚さを所望の膜厚よりも小さくして、上述のサイクルを所望の膜厚になるまで複数回繰り返すのが好ましい。
（本実施形態に係る効果）
本実施形態の成膜シーケンスによれば、上述の第１実施形態と同様の効果を奏する。また、本実施形態の成膜シーケンスによれば、ステップ１ｄを行ってウエハ２００上に第１の層を形成した後、ウエハ２００に対して炭素含有ガスとして例えばＣ３Ｈ６ガスを供給するステップ２ｄと、ウエハ２００に対してＮ、ＣおよびＯを含む反応ガスとして例えばイソシアナート系ガスであるＨＮＣＯガスを供給するステップ３ｄと、を行うことにより、つまり、１サイクル中に２種類のカーボンソース（ダブルカーボンソース）を用いて成膜を行うことにより、ＳｉＯＣＮ膜中に、ＨＮＣＯガスに含まれていたＣ成分だけでなく、Ｃ３Ｈ６ガスに含まれていたＣ成分を新たに添加することが可能となる。つまり、１サイクル中に１種類のカーボンソース（シングルカーボンソース）を用いて成膜を行う場合よりも、ＳｉＯＣＮ膜中のＣ濃度を高くすることが可能となる。係る作用効果は、炭素含有ガスとしてＣ３Ｈ６ガス以外の上述した他の炭素含有ガスを用いる場合にも同様に奏することができる。
（変形例）
図１４（ａ）に示した成膜シーケンスでは、Ｃ３Ｈ６ガスを供給する工程を、ＨＣＤＳガスを供給する工程とＨＮＣＯガスを供給する工程との間で行う例について説明した。但し、本実施形態は係る態様に限定されない。例えば、図１４（ｂ）に示すように、ＨＣＤＳガスを供給する工程でＣ３Ｈ６ガスを供給する工程を行うようにしてもよい。また例えば、図１４（ｃ）に示すように、ＨＮＣＯガスを供給する工程でＣ３Ｈ６ガスを供給する工程を行うようにしてもよい。すなわち、ＨＣＤＳガスやＨＮＣＯガスの供給停止期間にＣ３Ｈ６ガスを供給するだけでなく、ＨＣＤＳガスやＨＮＣＯガスの供給期間にＣ３Ｈ６ガスを供給するようにしてもよい。但し、ＨＣＤＳガスを供給する工程でＣ３Ｈ６ガスを供給する工程を行うよりも、ＨＮＣＯガスを供給する工程でＣ３Ｈ６ガスを供給する工程を行う方が、処理室２０１内におけるＨＣＤＳガスとＣ３Ｈ６ガスとの気相反応を回避することができ、すなわち、処理室２０１内でのパーティクルの発生を抑制することができ、好ましい。
＜本発明の第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態について説明する。
上述の第１実施形態では、ステップ１ａ，２ａを含むサイクルを所定回数行うことで、基板上に、ＳｉＯＣＮ膜を形成する例について説明した。本実施形態では、上述のステップ１ａ，２ａと同様に行うステップ１ｅ，２ｅに加えて、基板に対してＮおよびＣを含むガスとしてアミン系ガスを供給するステップ３ｅをさらに含むサイクルを所定回数行うことで、基板上に、ＳｉＯＣＮ膜を形成する例について説明する。
（第１シーケンス）
まず、本実施形態の第１シーケンスについて、図１５、図１６（ａ）を用いて説明する。
本実施形態の第１シーケンスでは、
ウエハ２００に対してＳｉを含む原料ガスとしてクロロシラン系原料ガス（ＨＣＤＳガス）を供給する工程と、
ウエハ２００に対してＮ、ＣおよびＯを含む反応ガスとしてイソシアナート系ガス（ＨＮＣＯガス）を供給する工程と、
ウエハ２００に対してＮおよびＣを含むガスとしてアミン系ガス（ＴＥＡガス）を供給する工程と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、ウエハ２００上に、ＳｉＯＣＮ膜を形成する。
本シーケンスが第１実施形態の成膜シーケンスと異なるのは、ステップ１ａ，２ａと同様に行うステップ１ｅ，２ｅに加えてステップ３ｅをさらに含む点だけであり、その他は第１実施形態の成膜シーケンスと同様である。以下、本実施形態のステップ３ｅについて説明する。
［ステップ３ｅ］
（ＴＥＡガス供給）
ステップ２ｅが終了し処理室２０１内の残留ガスを除去した後、バルブ２４３ｆを開き、ガス供給管２３２ｆ内にＴＥＡガスを流す。ＴＥＡガスは、ＭＦＣ２４１ｆにより流量調整され、ガス供給管２３２ｄ内を流れ、ガス供給孔２５０ｄから処理室２０１内へ供給される。処理室２０１内へ供給されたＴＥＡガスは、熱で活性化され、排気管２３１から排気される。このときウエハ２００に対して、熱で活性化されたＴＥＡガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ２４３ｊを開き、ガス供給管２３２ｊ内にＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスは、ＴＥＡガスと一緒に処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。
このとき、ノズル２４９ａ〜２４９ｃ、バッファ室２３７内へのＴＥＡガスの侵入を防止するため、バルブ２４３ｇ〜２４３ｉを開き、ガス供給管２３２ｇ〜２３２ｉ内にＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスは、ガス供給管２３２ａ〜２３２ｃ、ノズル２４９ａ〜２４９ｃ、バッファ室２３７を介して処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。
このとき、ＡＰＣバルブ２４４を適正に調整して、処理室２０１内の圧力を、例えば１〜６０００Ｐａの範囲内の圧力とする。ＭＦＣ２４１ｅで制御するＴＥＡガスの供給流量は、例えば１００〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。ＭＦＣ２４１ｇ〜２４１ｊで制御するＮ２ガスの供給流量は、それぞれ例えば１００〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。このとき、処理室２０１内におけるＴＥＡガスの分圧は、例えば０．０１〜５９４１Ｐａの範囲内の圧力とする。ＴＥＡガスをウエハ２００に対して供給する時間、すなわち、ガス供給時間（照射時間）は、例えば１〜２００秒、好ましくは１〜１２０秒、より好ましくは１〜６０秒の範囲内の時間とする。このときのヒータ２０７の温度は、ステップ１ｅ，２ｅと同様、ウエハ２００の温度が例えば２５０〜７００℃、好ましくは３００〜６５０℃、より好ましくは３５０〜６００℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。
このとき、処理室２０１内へ流しているガスは熱的に活性化されたＴＥＡガスであり、処理室２０１内へはＨＣＤＳガスもＨＮＣＯガスも流していない。したがって、ＴＥＡガスは気相反応を起こすことはなく、活性化されたＴＥＡガスは、ステップ２ｅでウエハ２００上に形成された第２の層の少なくとも一部と反応する。これにより第２の層は、Ｓｉ、Ｏ、ＣおよびＮを含む第３の層（ＳｉＯＣＮ層）へと改質される。第３の層は、例えば１原子層未満から数原子層程度の厚さの層となる。第３の層の組成比は、第２の層の組成比と異なることとなる。例えば、第３の層は、第２の層よりもＣ濃度、Ｎ濃度が高い層となる。
第３の層を形成する工程では、第２の層とＴＥＡガスとを反応させて、第２の層を改質することとなる。すなわち、ＴＥＡガスに含まれていたＮおよびＣを第２の層に付加することにより、改質後の第２の層、すなわち、第３の層のＮ成分およびＣ成分は、それぞれ増加することとなる。ＴＥＡガスを熱で活性化させて処理室２０１内へ流すことで、第２の層からのＣ成分の脱離（引き抜き）作用を緩和させることができ、第３の層のＣ成分の割合を増加させる方向に制御することが容易となる。
このとき、第２の層の改質反応は飽和させないようにするのが好ましい。例えばステップ１ｅ，２ｅで１原子層未満から数原子層の厚さの第２の層を形成した場合は、その第２の層の一部を改質させるようにするのが好ましい。この場合、１原子層未満から数原子層の厚さの第２の層の全体を改質させないように、第２の層の改質反応が不飽和となる条件下で改質を行う。
第２の層の改質反応を不飽和とするには、ステップ３ｅにおける処理条件を上述の処理条件とすればよい。また、ステップ３ｅにおける処理条件を次の処理条件とすることで、第２の層の改質反応を不飽和とすることが容易となる。
ウエハ温度：５００〜６５０℃
処理室内圧力：１３３〜５３３２Ｐａ
ＴＥＡガス分圧：３３〜５１７７Ｐａ
ＴＥＡガス供給流量：１０００〜１００００ｓｃｃｍ
Ｎ２ガス供給流量：３００〜３０００ｓｃｃｍ
ＴＥＡガス供給時間：６〜２００秒
（残留ガス除去）
第３の層が形成された後、バルブ２４３ｆを閉じ、ＴＥＡガスの供給を停止する。このとき、ＡＰＣバルブ２４４は開いたままとし、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もしくは第３の層形成に寄与した後のＴＥＡガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する。このとき、バルブ２４３ｇ〜２４３ｊは開いたままとし、不活性ガスとしてのＮ２ガスの処理室２０１内への供給を維持する。Ｎ２ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室２０１内に残留する未反応もしくは第３の層形成に寄与した後のＴＥＡガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する効果を高めることができる。
このとき、処理室２０１内に残留するガスを完全に排除しなくてもよく、処理室２０１内を完全にパージしなくてもよい。処理室２０１内に残留するガスが微量であれば、その後に行われるステップ１ｅにおいて悪影響が生じることはない。このとき処理室２０１内へ供給するＮ２ガスの流量も大流量とする必要はなく、例えば、反応管２０３（処理室２０１）の容積と同程度の量を供給することで、ステップ１ｅにおいて悪影響が生じない程度のパージを行うことができる。処理室２０１内を完全にパージしないことで、パージ時間を短縮し、スループットを向上させることができる。また、Ｎ２ガスの消費も必要最小限に抑えることが可能となる。
アミン系ガスとしては、例えば、ＴＥＡの他、ジエチルアミン（（Ｃ２Ｈ５）２ＮＨ、略称：ＤＥＡ）、モノエチルアミン（Ｃ２Ｈ５ＮＨ２、略称：ＭＥＡ）等を気化したエチルアミン系ガス、トリメチルアミン（（ＣＨ３）３Ｎ、略称：ＴＭＡ）、ジメチルアミン（（ＣＨ３）２ＮＨ、略称：ＤＭＡ）、モノメチルアミン（ＣＨ３ＮＨ２、略称：ＭＭＡ）等を気化したメチルアミン系ガス、トリプロピルアミン（（Ｃ３Ｈ７）３Ｎ、略称：ＴＰＡ）、ジプロピルアミン（（Ｃ３Ｈ７）２ＮＨ、略称：ＤＰＡ）、モノプロピルアミン（Ｃ３Ｈ７ＮＨ２、略称：ＭＰＡ）等を気化したプロピルアミン系ガス、トリイソプロピルアミン（［（ＣＨ３）２ＣＨ］３Ｎ、略称：ＴＩＰＡ）、ジイソプロピルアミン（［（ＣＨ３）２ＣＨ］２ＮＨ、略称：ＤＩＰＡ）、モノイソプロピルアミン（（ＣＨ３）２ＣＨＮＨ２、略称：ＭＩＰＡ）等を気化したイソプロピルアミン系ガス、トリブチルアミン（（Ｃ４Ｈ９）３Ｎ、略称：ＴＢＡ）、ジブチルアミン（（Ｃ４Ｈ９）２ＮＨ、略称：ＤＢＡ）、モノブチルアミン（Ｃ４Ｈ９ＮＨ２、略称：ＭＢＡ）等を気化したブチルアミン系ガス、または、トリイソブチルアミン（［（ＣＨ３）２ＣＨＣＨ２］３Ｎ、略称：ＴＩＢＡ）、ジイソブチルアミン（［（ＣＨ３）２ＣＨＣＨ２］２ＮＨ、略称：ＤＩＢＡ）、モノイソブチルアミン（（ＣＨ３）２ＣＨＣＨ２ＮＨ２、略称：ＭＩＢＡ）等を気化したイソブチルアミン系ガスを好ましく用いることができる。すなわち、アミン系ガスとしては、例えば、（Ｃ２Ｈ５）ｘＮＨ３−ｘ、（ＣＨ３）ｘＮＨ３−ｘ、（Ｃ３Ｈ７）ｘＮＨ３−ｘ、［（ＣＨ３）２ＣＨ］ｘＮＨ３−ｘ、（Ｃ４Ｈ９）ｘＮＨ３−ｘ、［（ＣＨ３）２ＣＨＣＨ２］ｘＮＨ３−ｘ（式中、ｘは１〜３の整数）を気化したガスのうち少なくとも１種類のガスを好ましく用いることができる。
アミン系ガスは、窒素ソースとして作用すると共にカーボンソースとしても作用する。ＮおよびＣを含むガスとしてアミン系ガスを用いることで、ＳｉＯＣＮ膜のＣ成分およびＮ成分の割合を増加させる方向に制御することが容易となる。
アミン系ガスの代わりに、ＮおよびＣを含むガスとして、有機ヒドラジン化合物を含むガス、すなわち、有機ヒドラジン系ガスを用いてもよい。有機ヒドラジン系ガスとは、有機ヒドラジンを気化したガス等のヒドラジン基を有するガスのことであり、Ｃ、ＮおよびＨを含むガスである。すなわち、有機ヒドラジン系ガスは、Ｓｉ非含有のガスであり、更には、Ｓｉ及び金属非含有のガスである。有機ヒドラジン系ガスとしては、例えばモノメチルヒドラジン（（ＣＨ３）ＨＮ２Ｈ２、略称：ＭＭＨ）、ジメチルヒドラジン（（ＣＨ３）２Ｎ２Ｈ２、略称：ＤＭＨ）、トリメチルヒドラジン（（ＣＨ３）２Ｎ２（ＣＨ３）Ｈ、略称：ＴＭＨ）等を気化したメチルヒドラジン系ガスや、エチルヒドラジン（（Ｃ２Ｈ５）ＨＮ２Ｈ２、略称：ＥＨ）等を気化したエチルヒドラジン系ガスを好ましく用いることができる。例えばＭＭＨのように常温常圧下で液体状態である有機ヒドラジンを用いる場合は、液体状態である有機ヒドラジンを気化器やバブラ等の気化システムにより気化して、有機ヒドラジン系ガス、すなわち、ＮおよびＣを含むガス（ＭＭＨガス）として供給することとなる。有機ヒドラジン化合物を含むガスを、単に、有機ヒドラジン化合物ガス、または、有機ヒドラジンガスと呼ぶこともできる。
（所定回数実施）
上述したステップ１ｅ〜３ｅを１サイクルとして、このサイクルを１回以上（所定回数）行うことにより、ウエハ２００上に、所定組成及び所定膜厚のＳｉＯＣＮ膜を成膜することができる。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ＳｉＯＣＮ層の厚さを所望の膜厚よりも小さくして、上述のサイクルを所望の膜厚になるまで複数回繰り返すのが好ましい。
（第２シーケンス）
次に、本実施形態の第２シーケンスについて、図１７、図１８（ａ）を用いて説明する。
本実施形態の第２シーケンスでは、
ウエハ２００に対してＳｉを含む原料ガスとしてクロロシラン系原料ガス（ＨＣＤＳガス）を供給するする工程と、ウエハ２００に対してＮ、ＣおよびＯを含む反応ガスとしてイソシアナート系ガス（ＨＮＣＯガス）を供給する工程と、を交互に所定回数行う工程と、
ウエハ２００に対してＮおよびＣを含むガスとしてアミン系ガス（ＴＥＡガス）を供給する工程と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、ウエハ２００上に、ＳｉＯＣＮ膜を形成する。
図１８（ａ）は、上述したステップ１ｅ，２ｅを１セットとしてこのセットを２回行った後、ステップ３ｅを行い、これを１サイクルとして、このサイクルをｎ回行うことにより、ウエハ２００上に所定組成及び所定膜厚のＳｉＯＣＮ膜を成膜する例を示している。本シーケンスが第１シーケンスと異なるのは、上述したステップ１ｅ，２ｅを１セットとしてこのセットを複数回繰り返した後、ステップ３ｅを行う点だけであり、その他は第１シーケンスと同様に行うことができる。また、本シーケンスにおける処理条件も、上述の第１シーケンスと同様な処理条件とすることができる。
（本実施形態に係る効果）
本実施形態の成膜シーケンスによれば、上述の第１実施形態と同様の効果を奏する。また、本実施形態の成膜シーケンスによれば、ウエハ２００に対してＮおよびＣを含むガスとして例えばアミン系ガスであるＴＥＡガスを供給するステップ３ｅを行って、ＴＥＡガスに含まれていたＮおよびＣを第２の層に付加することで、Ｎ成分およびＣ成分が増加したＳｉＯＣＮ膜を形成することができる。また、ＴＥＡガスを、プラズマ励起することなく熱で活性化させて供給することで、第２の層からのＣ成分の脱離（引き抜き）作用を比較的緩和させることができ、ＳｉＯＣＮ膜のＣ成分の割合を増加させる方向に制御することが容易となる。
（変形例）
上述の第１、第２シーケンスでは、ＨＮＣＯガスを供給するステップ２ｅを行った後に、ＴＥＡガスを供給するステップ３ｅを行う例について説明した。但し、本実施形態は係る態様に限定されない。すなわち、ステップ３ｅをステップ２ｅよりも先に行うようにしてもよい。図１６（ｂ）は、ステップ１ｅ，３ｅ，２ｅをこの順に行うサイクルを１サイクルとして、このサイクルを１回以上（所定回数）行う例を示している。また、図１８（ｂ）は、ステップ１ｅ，３ｅを１セットとしてこのセットを複数回繰り返した後、ステップ２ｅを行い、これを１サイクルとして、このサイクルを所定回数行う例を示している。
ステップ１ｅの後にステップ３ｅを行うことで、ステップ１ｅで形成された第１の層とＴＥＡガスとが反応する。これにより、第１の層は、Ｓｉ、Ｃｌ、ＣおよびＮを含む層（Ｃｌを含むＳｉＣＮ層）へと変化する（改質される）。Ｃｌを含むＳｉＣＮ層は、例えば１原子層未満から数原子層程度の厚さの層となる。また、Ｃｌを含むＳｉＣＮ層は、Ｓｉ成分の割合とＣ成分の割合とが比較的多い層、すなわち、Ｓｉリッチであり、かつ、Ｃリッチな層となる。
また、ステップ３ｅの後にステップ２ｅを行うことで、ステップ３ｅで形成されたＣｌを含むＳｉＣＮ層とＨＮＣＯガスとが反応する。これにより、Ｃｌを含むＳｉＣＮ層は、Ｓｉ、Ｏ、ＣおよびＮを含む第２の層、すなわち、ＳｉＯＣＮ層へと変化する（改質される）。
従って、ステップ１ｅ，３ｅ，２ｅをこの順に行うサイクルを１サイクルとして、このサイクルを所定回数行うか、或いは、ステップ１ｅ，３ｅを１セットとしてこのセットを複数回繰り返した後、ステップ２ｅを行い、これを１サイクルとして、このサイクルを所定回数行うことにより、ウエハ２００上に、所定組成及び所定膜厚のＳｉＯＣＮ膜を形成することができる。
＜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、上述の実施形態において、ウエハ２００上にＳｉＯＣＮ膜やＳｉＯＣ膜を形成する際、ＨＣＤＳガスを供給する工程、ＨＮＣＯガスを供給する工程、ＮＨ３ガスを供給する工程、ＴＥＡガスを供給する工程のうち少なくともいずれかの工程で、Ｃ３Ｈ６ガスを供給する工程を行うようにしてもよい。このようにすることで、ＳｉＯＣＮ膜やＳｉＯＣ膜のＣ成分を増加させることが容易となる。
ＨＣＤＳガスを供給する工程でＣ３Ｈ６ガスを供給する工程を行う場合、Ｃ３Ｈ６ガスの供給を、ＨＣＤＳガスの供給期間のうち少なくとも一部の期間に行うようにしてもよく、ＨＣＤＳガスの供給停止期間（供給開始前の期間および／または供給停止後の期間）に行うようにしてもよく、又はこれら両方の期間に行うようにしてもよい。また、ＨＮＣＯガスを供給する工程でＣ３Ｈ６ガスを供給する工程を行う場合、Ｃ３Ｈ６ガスの供給を、ＨＮＣＯガスの供給期間のうち少なくとも一部の期間に行うようにしてもよく、ＨＮＣＯガスの供給停止期間に行うようにしてもよく、又はこれら両方の期間に行うようにしてもよい。また、ＮＨ３ガスを供給する工程でＣ３Ｈ６ガスを供給する工程を行う場合、Ｃ３Ｈ６ガスの供給を、ＮＨ３ガスの供給期間のうち少なくとも一部の期間に行うようにしてもよく、ＮＨ３ガスの供給停止期間に行うようにしてもよく、又はこれら両方の期間に行うようにしてもよい。また、ＴＥＡガスを供給する工程でＣ３Ｈ６ガスを供給する工程を行う場合、Ｃ３Ｈ６ガスの供給を、ＴＥＡガスの供給期間のうち少なくとも一部の期間に行うようにしてもよく、ＴＥＡガスの供給停止期間に行うようにしてもよく、又はこれら両方の期間に行うようにしてもよい。
但し、ＨＣＤＳガスを供給する工程でＣ３Ｈ６ガスを供給する工程を行うよりも、ＨＮＣＯガスを供給する工程や、ＮＨ３ガスを供給する工程や、ＴＥＡガスを供給する工程でＣ３Ｈ６ガスを供給する工程を行う方が、処理室２０１内におけるＨＣＤＳガスとＣ３Ｈ６ガスとの気相反応を回避することができ、好ましい。つまり、ＨＣＤＳガスを供給する工程でＣ３Ｈ６ガスを供給する工程を行うよりも、ＨＮＣＯガスを供給する工程や、ＮＨ３ガスを供給する工程や、ＴＥＡガスを供給する工程でＣ３Ｈ６ガスを供給する工程を行う方が、処理室２０１内でのパーティクルの発生を抑制することができ、好ましい。
また、ＮＨ３ガスを供給する工程でＣ３Ｈ６ガスを供給する工程を行うよりも、ＨＮＣＯガスを供給する工程や、ＴＥＡガスを供給する工程でＣ３Ｈ６ガスを供給する工程を行う方が、ＳｉＯＣＮ膜やＳｉＯＣ膜のＣ成分の割合を増加させることが容易となり、好ましい。つまり、ＮＨ３ガスを供給する工程でＣ３Ｈ６ガスを供給する工程を行うよりも、ＨＮＣＯガスを供給する工程や、ＴＥＡガスを供給する工程でＣ３Ｈ６ガスを供給する工程を行う方が、ＳｉＯＣＮ膜やＳｉＯＣ膜の組成比制御の制御性を高めることができ、好ましい。
上述の実施形態では、Ｓｉ、Ｏ、ＣおよびＮを含む第２の層を形成する際に、処理室２０１内のウエハ２００に対して、原料ガスを供給し、その後、反応ガスを供給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、これらのガスの供給順序は逆でもよい。すなわち、反応ガスを供給し、その後、原料ガスを供給するようにしてもよい。つまり、原料ガスおよび反応ガスのうちの一方のガスを供給し、その後、他方のガスを供給するようにしてもよい。ガスの供給順序を変えることにより、形成される薄膜の膜質や組成比を変化させることが可能となる。
上述の実施形態では、各シーケンスにおいて第１の層を形成する際に、クロロシラン系原料ガスを用い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、クロロシラン系原料ガスの代わりに、クロロ基以外のハロゲン系のリガンドを持つシラン系原料ガスを用いてもよい。例えば、クロロシラン系原料ガスの代わりに、フルオロシラン系原料ガスを用いてもよい。ここで、フルオロシラン系原料ガスとは、気体状態のフルオロシラン系原料、例えば、常温常圧下で液体状態であるフルオロシラン系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フルオロシラン系原料等のことである。また、フルオロシラン系原料とは、ハロゲン基としてのフルオロ基を有するシラン系原料のことであり、少なくともシリコン（Ｓｉ）及びフッ素（Ｆ）を含む原料のことである。すなわち、ここでいうフルオロシラン系原料は、ハロゲン化物の一種とも言える。フルオロシラン系原料ガスとしては、例えば、テトラフルオロシランすなわちシリコンテトラフルオライド（ＳｉＦ４）ガスや、ヘキサフルオロジシラン（Ｓｉ２Ｆ６）ガス等のフッ化シリコンガスを用いることができる。この場合、各シーケンスにおいて第１の層を形成する際に、ウエハ２００に対して、フルオロシラン系原料ガスを供給することとなる。この場合、第１の層は、ＳｉおよびＦを含む層、すなわち、Ｆを含むＳｉ含有層となる。
また、上述の実施形態では、各シーケンスにおいて、ウエハ２００上に一度に１種類の薄膜（単膜）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、上述の各シーケンスを適宜組み合わせることにより、ウエハ２００上に一度に２種類以上の薄膜の積層膜を形成することもできる。例えば、第１、第４、第５実施形態の成膜シーケンスと、第２、第３実施形態の成膜シーケンスとを、ｉｎ−ｓｉｔｕにて交互に所定回数（１回以上）行うことで、ウエハ２００上に、ＳｉＯＣＮ膜とＳｉＯＮ膜とが交互に積層された積層膜や、ＳｉＯＣＮ膜とＳｉＯＣ膜とが交互に積層された積層膜を形成することができる。
また、上述の実施形態の手法により形成したＳｉＯＣＮ膜、ＳｉＯＮ膜またはＳｉＯＣ膜を、サイドウォールスペーサとして使用することにより、リーク電流が少なく、加工性に優れたデバイス形成技術を提供することが可能となる。
また、上述の実施形態の手法により形成したＳｉＯＣＮ膜、ＳｉＯＮ膜またはＳｉＯＣ膜を、ハードマスクやエッチストッパ層として使用することにより、加工性に優れたデバイス形成技術を提供することが可能となる。
また、上述の実施形態によれば、低温領域においてもプラズマを用いず、理想的量論比のＳｉＯＣＮ膜、ＳｉＯＮ膜またはＳｉＯＣ膜を形成することができる。また、プラズマを用いずＳｉＯＣＮ膜、ＳｉＯＮ膜またはＳｉＯＣ膜を形成できることから、例えばＤＰＴのＳＡＤＰ膜等、プラズマダメージを懸念する工程への適応も可能となる。
また、上述の実施形態では、薄膜として、半導体元素であるＳｉを含む半導体系薄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、薄膜として、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）等の金属元素を含む金属系薄膜を形成する場合にも、好適に適用することができる。
例えば、Ｔｉを含む金属系薄膜としてチタン酸炭窒化膜（ＴｉＯＣＮ膜）、チタン酸窒化膜（ＴｉＯＮ膜）、チタン酸炭化膜（ＴｉＯＣ膜）を形成する場合は、原料ガスとして、チタニウムテトラクロライド（ＴｉＣｌ４）等のＴｉおよびクロロ基を含むガスや、チタニウムテトラフルオライド（ＴｉＦ４）等のＴｉおよびフルオロ基を含むガスや、テトラキスエチルメチルアミノチタニウム（Ｔｉ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）（ＣＨ３）］４、略称：ＴＥＭＡＴ）等のＴｉおよびアミノ基を含むガスを用いることができる。反応ガス、酸化ガス、窒化ガス、炭素含有ガス、ＮおよびＣを含むガスとしては、上述の実施形態と同様なガスを用いることができる。このときの処理条件は、例えば上述の実施形態と同様な処理条件とすることができる。
また例えば、Ｚｒを含む金属系薄膜としてジルコニウム酸炭窒化膜（ＺｒＯＣＮ膜）、ジルコニウム酸窒化膜（ＺｒＯＮ膜）、ジルコニウム酸炭化膜（ＺｒＯＣ膜）を形成する場合は、原料ガスとして、ジルコニウムテトラクロライド（ＺｒＣｌ４）等のＺｒおよびクロロ基を含むガスや、ジルコニウムテトラフルオライド（ＺｒＦ４）等のＺｒおよびフルオロ基を含むガスや、テトラキスエチルメチルアミノジルコニウム（Ｚｒ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）（ＣＨ３）］４、略称：ＴＥＭＡＺ）等のＺｒおよびアミノ基を含むガスを用いることができる。反応ガス、酸化ガス、窒化ガス、炭素含有ガス、ＮおよびＣを含むガスとしては、上述の実施形態と同様なガスを用いることができる。このときの処理条件は、例えば上述の実施形態と同様な処理条件とすることができる。
また例えば、Ｈｆを含む金属系薄膜としてハフニウム酸炭窒化膜（ＨｆＯＣＮ膜）、ハフニウム酸窒化膜（ＨｆＯＮ膜）、ハフニウム酸炭化膜（ＨｆＯＣ膜）を形成する場合は、原料ガスとして、ハフニウムテトラクロライド（ＨｆＣｌ４）等のＨｆおよびクロロ基を含むガスや、ハフニウムテトラフルオライド（ＨｆＦ４）等のＨｆおよびフルオロ基を含むガスや、テトラキスエチルメチルアミノハフニウム（Ｈｆ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）（ＣＨ３）］４、略称：ＴＥＭＡＨ）等のＨｆおよびアミノ基を含むガスを用いることができる。反応ガス、酸化ガス、窒化ガス、炭素含有ガス、ＮおよびＣを含むガスとしては、上述の実施形態と同様なガスを用いることができる。このときの処理条件は、例えば上述の実施形態と同様な処理条件とすることができる。
また例えば、Ｔａを含む金属系薄膜としてタンタル酸炭窒化膜（ＴａＯＣＮ膜）、タンタル酸窒化膜（ＴａＯＮ膜）、タンタル酸炭化膜（ＴａＯＣ膜）を形成する場合は、原料ガスとして、タンタルペンタクロライド（ＴａＣｌ５）等のＴａおよびクロロ基を含むガスや、タンタルペンタフルオライド（ＴａＦ５）等のＴａおよびフルオロ基を含むガスや、ペンタエトキシタンタル（Ｔａ（ＯＣ２Ｈ５）５、略称：ＰＥＴ）等のＴａおよびエトキシ基を含むガスを用いることができる。反応ガス、酸化ガス、窒化ガス、炭素含有ガス、ＮおよびＣを含むガスとしては、上述の実施形態と同様なガスを用いることができる。このときの処理条件は、例えば上述の実施形態と同様な処理条件とすることができる。
また例えば、Ａｌを含む金属系薄膜としてアルミニウム酸炭窒化膜（ＡｌＯＣＮ膜）、アルミニウム酸窒化膜（ＡｌＯＮ膜）、アルミニウム酸炭化膜（ＡｌＯＣ膜）を形成する場合は、原料ガスとして、アルミニウムトリクロライド（ＡｌＣｌ３）等のＡｌおよびクロロ基を含むガスや、アルミニウムトリフルオライド（ＡｌＦ３）等のＡｌおよびフルオロ基を含むガスや、トリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ３）３、略称：ＴＭＡ）等のＡｌおよびメチル基を含むガスを用いることができる。反応ガス、酸化ガス、窒化ガス、炭素含有ガス、ＮおよびＣを含むガスとしては、上述の実施形態と同様なガスを用いることができる。このときの処理条件は、例えば上述の実施形態と同様な処理条件とすることができる。
また例えば、Ｍｏを含む金属系薄膜としてモリブデン酸炭窒化膜（ＭｏＯＣＮ膜）、モリブデン酸窒化膜（ＭｏＯＮ膜）、モリブデン酸炭化膜（ＭｏＯＣ膜）を形成する場合は、原料ガスとして、モリブデンペンタクロライド（ＭｏＣｌ５）等のＭｏおよびクロロ基を含むガスや、モリブデンペンタフルオライド（ＭｏＦ５）等のＭｏおよびフルオロ基を含むガスを用いることができる。反応ガス、酸化ガス、窒化ガス、炭素含有ガス、ＮおよびＣを含むガスとしては、としては、上述の実施形態と同様なガスを用いることができる。このときの処理条件は、例えば上述の実施形態と同様な処理条件とすることができる。
このように、本発明は、半導体系薄膜だけでなく、金属系薄膜の成膜にも適用することができ、この場合であっても、上述の実施形態と同様な作用効果が得られる。
上述した薄膜の形成に用いられるプロセスレシピ（処理手順や処理条件が記載されたプログラム）は、基板処理の内容（形成する薄膜の膜種、組成比、膜質、膜厚等）に応じて、それぞれ個別に用意する（複数用意する）ことが好ましい。そして、基板処理を開始する際、基板処理の内容に応じて、複数のプロセスレシピの中から、適正なプロセスレシピを適宜選択することが好ましい。具体的には、基板処理の内容に応じて個別に用意された複数のプロセスレシピを、電気通信回線や当該プロセスレシピを記録した記録媒体（外部記憶装置１２３）を介して、基板処理装置が備える記憶装置１２１ｃ内に予め格納（インストール）しておくことが好ましい。そして、基板処理を開始する際、基板処理装置が備えるＣＰＵ１２１ａが、記憶装置１２１ｃ内に格納された複数のプロセスレシピの中から、基板処理の内容に応じて、適正なプロセスレシピを適宜選択することが好ましい。このように構成することで、１台の基板処理装置で様々な膜種、組成比、膜質、膜厚の薄膜を汎用的に、かつ、再現性よく形成できるようになる。また、オペレータの操作負担（処理手順や処理条件の入力負担等）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。
上述のプロセスレシピは、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プロセスレシピを変更することで用意してもよい。プロセスレシピを変更する場合は、変更後のプロセスレシピを、電気通信回線や当該プロセス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プロセス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薄膜を成膜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薄膜を成膜する場合にも、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薄膜を成膜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薄膜を成膜する場合にも、好適に適用できる。
上述の各実施形態や各変形例や各応用例等は、適宜組み合わせて用いることができる。
＜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、
基板に対して所定元素を含む原料ガスを供給する工程と、
前記基板に対して窒素、炭素および酸素を含む反応ガスを供給する工程と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に、前記所定元素、酸素、炭素および窒素を含む膜（前記所定元素を含む酸炭窒化膜）を形成する工程を有する半導体装置の製造方法が提供される。
（付記２）
付記１の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記原料ガスを供給する工程では、前記所定元素を含む第１の層を形成し、
前記反応ガスを供給する工程では、前記第１の層と前記反応ガスとを反応させることで前記第１の層を改質して、第２の層として、前記所定元素、酸素、炭素および窒素を含む第２の層（前記所定元素を含む酸炭窒化層）を形成する。
（付記３）
付記１または２の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記反応ガスは、イソシアナート基を含むガス（その組成式中（１分子中）、すなわち、その化学構造式中に−Ｎ＝Ｃ＝Ｏという部分構造を有するガス）である。
（付記４）
付記１〜３のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記原料ガスは、前記所定元素およびハロゲン基（ハロゲンリガンド）を含むガス、または、前記所定元素およびアミノ基（アミノリガンド）を含むガスである。
（付記５）
付記１〜４のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記原料ガスを供給する工程では、前記所定元素と、ハロゲン基またはアミノ基と、を含む第１の層を形成し、
前記反応ガスを供給する工程では、前記第１の層に含まれるハロゲン基またはアミノ基と、前記反応ガスのリガンドと、を反応させる。
（付記６）
付記５の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記反応ガスを供給する工程では、前記第１の層からハロゲン基またはアミノ基を分離させるともに、前記反応ガスから前記リガンドを分離させる。
（付記７）
付記６の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記反応ガスを供給する工程では、ハロゲン基またはアミノ基が分離した前記第１の層の前記所定元素の原子と、前記リガンドが分離した前記反応ガスに含まれるいずれかの元素の原子（例えば窒素原子）と、を結合させる。
（付記８）
付記１〜７のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記薄膜を形成する工程では、前記原料ガスを供給する工程と、前記反応ガスを供給する工程と、を交互に所定回数（１回以上）行う。
（付記９）
付記１〜７のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記薄膜を形成する工程では、前記原料ガスを供給する工程と、前記反応ガスを供給する工程と、を同時に所定回数（１回以上）行う。
（付記１０）
付記１〜９のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記サイクルは、さらに、前記基板に対して酸化ガス（例えば熱で活性化した酸化ガス）を供給する工程を含み、
前記サイクルを所定回数行うことで、前記基板上に、前記所定元素、酸素、炭素および窒素を含む膜（前記所定元素を含む酸炭窒化膜）、前記所定元素、酸素および窒素を含む膜（前記所定元素を含む酸窒化膜）、または、前記所定元素、酸素および炭素を含む膜（前記所定元素を含む酸炭化膜）を形成する。
（付記１１）
付記１０の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記酸化ガスを供給する工程では、前記第２の層を酸化して、第３の層として、前記所定元素、酸素、炭素および窒素を含む層（前記所定元素を含む酸炭窒化層）、前記所定元素、酸素および窒素を含む層（前記所定元素を含む酸窒化層）、または、前記所定元素、酸素および炭素を含む層（前記所定元素を含む酸炭化層）を形成する。
（付記１２）
付記１〜９のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記サイクルは、さらに、前記基板に対して窒化ガス（例えば熱或いはプラズマで活性化した窒化ガス）を供給する工程を含み、
前記サイクルを所定回数行うことで、前記基板上に、前記所定元素、酸素、炭素および窒素を含む膜（前記所定元素を含む酸炭窒化膜）、または、前記所定元素、酸素および窒素を含む膜（前記所定元素を含む酸窒化膜）、を形成する。
（付記１３）
付記１２の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記窒化ガスを供給する工程では、前記第２の層を窒化して、第３の層として、前記所定元素、酸素、炭素および窒素を含む層（前記所定元素を含む酸炭窒化層）、または、前記所定元素、酸素および窒素を含む層（前記所定元素を含む酸窒化層）を形成する。
（付記１４）
付記１〜９のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記サイクルは、さらに、前記基板に対して炭素含有ガス（例えば炭化水素系ガス）を供給する工程を含む。
（付記１５）
付記１〜９のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記サイクルは、さらに、前記基板に対して窒素および炭素を含むガス（例えばアミン系ガスまたは有機ヒドラジン系ガス）を供給する工程を含む。
（付記１６）
本発明のさらに他の態様によれば、
基板に対して所定元素を含む原料ガスを供給する工程と、
前記基板に対して窒素、炭素および酸素を含む反応ガスを供給する工程と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に、前記所定元素を含む酸炭窒化膜、酸窒化膜または酸炭化膜を形成する工程を有する基板処理方法が提供される。
（付記１７）
本発明のさらに他の態様によれば、
基板を収容する処理室と、
前記処理室内へ所定元素を含む原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理室内へ窒素、炭素および酸素を含む反応ガスを供給する反応ガス供給系と、
前記処理室内の基板に対して前記原料ガスを供給する処理と、前記処理室内の前記基板に対して前記反応ガスを供給する処理と、を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に、前記所定元素、酸素、炭素および窒素を含む膜（前記所定元素を含む酸炭窒化膜）を形成するように、前記原料ガス供給系および前記反応ガス供給系を制御する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１５）
本発明のさらに他の態様によれば、
処理室内の基板に対して所定元素を含む原料ガスを供給する手順と、
前記処理室内の前記基板に対して窒素、炭素および酸素を含む反応ガスを供給する手順と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に、前記所定元素、酸素、炭素および窒素を含む膜（前記所定元素を含む酸炭窒化膜）を形成する手順をコンピュータに実行させるプログラム、及び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。
１２１ コントローラ（制御部）
２００ ウエハ（基板）
２０１ 処理室
２０２ 処理炉
２０３ 反応管
２０７ ヒータ
２３１ 排気管
２３２ａ〜２３２ｊ ガス供給管

Claims (15)

  1. 基板に対して半導体元素または金属元素のいずれかである所定元素を含む原料ガスを供給し、前記所定元素を含む第１の層を形成する工程と、
    前記基板に対して１分子中に窒素、炭素および酸素を含み前記所定元素非含有の反応ガスを供給し、前記第１の層と前記反応ガスとを反応させることで、前記第１の層を改質して、第２の層として、前記所定元素、酸素、炭素および窒素を含む層を形成する工程と、
    を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に、前記所定元素、酸素、炭素および窒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。
  2. 前記反応ガスは、イソシアナート基を含むガスである請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 前記反応ガスは、１分子中に−Ｎ＝Ｃ＝Ｏという部分構造を有するガスである請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 前記反応ガスは、水素、窒素、炭素および酸素の４元素で構成されるガスである請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
  5. 前記原料ガスは、前記所定元素およびハロゲン基を含むガス、または、前記所定元素およびアミノ基を含むガスである請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
  6. 前記原料ガスを供給する工程では、前記所定元素と、ハロゲン基またはアミノ基と、を含む第１の層を形成し、
    前記反応ガスを供給する工程では、前記第１の層に含まれるハロゲン基またはアミノ基と、前記反応ガスのリガンドと、を反応させる請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
  7. 前記反応ガスを供給する工程では、前記第１の層からハロゲン基またはアミノ基を分離させるとともに、前記反応ガスから前記リガンドを分離させる請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
  8. 前記反応ガスを供給する工程では、ハロゲン基またはアミノ基が分離した前記第１の層の前記所定元素の原子と、前記リガンドが分離した前記反応ガスに含まれるいずれかの元素の原子と、を結合させる請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
  9. 前記膜を形成する工程では、前記原料ガスを供給する工程と、前記反応ガスを供給する工程と、を交互、または、同時に所定回数行う請求項１〜８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
  10. 前記サイクルは、さらに、前記基板に対して酸化ガスを供給する工程を含む請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
  11. 前記サイクルは、さらに、前記基板に対して窒化ガスを供給する工程を含む請求項１〜１０のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
  12. 前記サイクルは、さらに、前記基板に対して炭素含有ガスを供給する工程を含む請求項１〜１１のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
  13. 前記サイクルは、さらに、前記基板に対して窒素および炭素を含むガスを供給する工程を含む請求項１〜１２のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
  14. 基板を収容する処理室と、
    前記処理室内へ半導体元素または金属元素のいずれかである所定元素を含む原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
    前記処理室内へ１分子中に窒素、炭素および酸素を含み前記所定元素非含有の反応ガスを供給する反応ガス供給系と、
    前記処理室内の基板に対して前記原料ガスを供給し、前記所定元素を含む第１の層を形成する処理と、前記処理室内の前記基板に対して前記反応ガスを供給し、前記第１の層と前記反応ガスとを反応させることで、前記第１の層を改質して、第２の層として、前記所定元素、酸素、炭素および窒素を含む層を形成する処理と、を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に、前記所定元素、酸素、炭素および窒素を含む膜を形成するように、前記原料ガス供給系および前記反応ガス供給系を制御するよう構成される制御部と、
    を有する基板処理装置。
  15. 基板処理装置の処理室内の基板に対して半導体元素または金属元素のいずれかである所定元素を含む原料ガスを供給し、前記所定元素を含む第１の層を形成する手順と、
    前記処理室内の前記基板に対して１分子中に窒素、炭素および酸素を含み前記所定元素非含有の反応ガスを供給し、前記第１の層と前記反応ガスとを反応させることで、前記第１の層を改質して、第２の層として、前記所定元素、酸素、炭素および窒素を含む層を形成する手順と、
    を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に、前記所定元素、酸素、炭素および窒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。
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