JP6839672B2 - 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。
半導体装置の製造工程では、原料ガス等の第一処理ガスと、反応ガス等の第二処理ガスのプラズマとを、ウエハ等の基板に交互に供給するサイクリック処理を行うことで、その基板に対して成膜処理等の処理を行うことがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１５−９２５３３号公報
本開示は、基板に対する処理を良好に行うことを可能にする技術を提供する。
一態様によれば、
基板を収容した状態の処理空間に第一処理ガスを供給するとともに前記第一処理ガスのキャリアガスとして不活性ガスを用いる第一工程と、
前記基板を収容した状態の前記処理空間に第二処理ガスのプラズマを供給するとともに前記第二処理ガスのキャリアガスとして活性補助ガスを用いる第二工程と、
を有する技術が提供される。
本開示に係る技術によれば、基板に対する処理を良好に行うことが可能になる。
本発明の一実施形態に係る基板処理装置の構成例を模式的に示す側断面図である。 本発明の一実施形態に係る基板処理装置が有するコントローラの構成例を模式的に示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る基板処理装置で行われる成膜工程の基本的な手順を示すフロー図である。 本発明の一実施形態に係る基板処理装置で行われる成膜工程の第一の処理パターンの例を示すチャート図である。 本発明の一実施形態に係る基板処理装置で行われる成膜工程の第二の処理パターンの例を示すチャート図である。 本発明の一実施形態に係る基板処理装置で行われる成膜工程の第三の処理パターンの例を示すチャート図である。
＜本発明の一実施形態＞
以下に、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
（１）基板処理装置の構成
先ず、本発明の一実施形態に係る基板処理装置の構成について説明する。
本実施形態に係る基板処理装置は、半導体装置の製造工程で用いられるもので、処理対象となる基板に対して一枚ずつ処理を行う枚葉式の基板処理装置として構成されている。
処理対象となる基板としては、例えば、半導体集積回路装置（半導体デバイス）が作り込まれる半導体ウエハ基板（以下、単に「ウエハ」という。）が挙げられる。
また、基板処理装置が行う処理としては、例えば、酸化処理、拡散処理、イオン打ち込み後のキャリア活性化や平坦化のためのリフローやアニール、成膜処理等がある。本実施形態では、特に成膜処理を行う場合を例に挙げる。
以下、本実施形態に係る基板処理装置の構成について、図１を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る基板処理装置の構成例を模式的に示す側断面図である。
（チャンバ）
図１に示すように、基板処理装置１００は、処理容器としてのチャンバ２０２を備えている。チャンバ２０２は、例えば横断面が円形であり扁平な密閉容器として構成されている。また、チャンバ２０２は、例えばアルミニウム（Ａｌ）やステンレス（ＳＵＳ）等の金属材料により構成されている。チャンバ２０２内には、基板としてのシリコンウエハ等のウエハ２００を処理する処理空間２０５と、ウエハ２００を処理空間２０５に搬送する際にウエハ２００が通過する搬送空間２０６とが形成されている。チャンバ２０２は、上部容器２０２ａと下部容器２０２ｂで構成される。上部容器２０２ａと下部容器２０２ｂの間には、仕切り板２０８が設けられる。
下部容器２０２ｂの側面には、ゲートバルブ１４９に隣接した基板搬入出口１４８が設けられており、その基板搬入出口１４８を介してウエハ２００が図示しない搬送室との間を移動する。下部容器２０２ｂの底部には、リフトピン２０７が複数設けられている。さらに、下部容器２０２ｂは、接地されている。
ゲートバルブ１４９は、弁体１４９ａと駆動体１４９ｂを有する。弁体１４９ａは、駆動体１４９ｂの一部に固定されている。ゲートバルブ１４９を開く際は、駆動体１４９ｂがチャンバ２０２から離れるように動作し、弁体１４９ａをチャンバ２０２の側壁から離間させる。ゲートバルブを閉じる際は、駆動体１４９ｂがチャンバ２０２に向かって動き、弁体１４９ａをチャンバ２０２の側壁に押し付けるようにして閉じる。
処理空間２０５内には、ウエハ２００を支持する基板支持部２１０が設けられている。基板支持部２１０は、ウエハ２００を載置する基板載置面２１１と、基板載置面２１１を表面に持つ基板載置台２１２と、基板載置台２１２に内包された加熱源としてのヒータ２１３と、を主に有する。基板載置台２１２には、リフトピン２０７が貫通する貫通孔２１４が、リフトピン２０７と対応する位置にそれぞれ設けられている。ヒータ２１３には、ヒータ２１３の温度を制御する温度制御部２２０が接続される。
基板載置台２１２は、シャフト２１７によって支持される。シャフト２１７の支持部は、チャンバ２０２の底壁に設けられた穴２１５を貫通しており、さらには支持板２１６を介してチャンバ２０２の外部で昇降機構２１８に接続されている。そして、昇降機構２１８を作動させてシャフト２１７および基板載置台２１２を昇降させることにより、基板載置面２１１上に載置されるウエハ２００を昇降させることが可能となっている。なお、シャフト２１７下端部の周囲は、ベローズ２１９により覆われている。これにより、チャンバ２０２内は、気密に保持されている。
基板載置台２１２は、ウエハ２００の搬送時には、基板載置面２１１が基板搬入出口１４８に対向する位置まで下降する。また、ウエハ２００の処理時には、図１で示されるように、ウエハ２００が処理空間２０５内の処理位置となるまで上昇する。
具体的には、基板載置台２１２をウエハ搬送位置まで下降させた時には、リフトピン２０７の上端部が基板載置面２１１の上面から突出して、リフトピン２０７がウエハ２００を下方から支持するようになっている。また、基板載置台２１２をウエハ処理位置まで上昇させたときには、リフトピン２０７は基板載置面２１１の上面から埋没して、基板載置面２１１がウエハ２００を下方から支持するようになっている。なお、リフトピン２０７は、ウエハ２００と直接触れるため、例えば、石英やアルミナ等の材質で形成することが望ましい。
（シャワーヘッド）
処理空間２０５の上部（上流側）には、ガス分散機構としてのシャワーヘッド２３０が設けられている。シャワーヘッド２３０の蓋２３１には、第一分散機構２４１が挿入される貫通孔２３１ａが設けられる。第一分散機構２４１は、シャワーヘッド内に挿入される先端部２４１ａと、蓋２３１に固定されるフランジ２４１ｂとを有する。
先端部２４１ａは柱状であり、例えば円柱状に構成される。円柱の側面には、分散孔が設けられている。後述するチャンバのガス供給部（供給系）から供給されるガスは、先端部２４１ａを介してバッファ空間２３２に供給される。
シャワーヘッド２３０は、ガスを分散させるための第二分散機構としての分散板２３４を備えている。この分散板２３４の上流側がバッファ空間２３２であり、下流側が処理空間２０５である。分散板２３４には、複数の貫通孔２３４ａが設けられている。分散板２３４は、基板載置面２１１と対向するように配置されている。
蓋２３１には、シャワーヘッド２３０を加熱するシャワーヘッド加熱部２３１ｂが設けられる。シャワーヘッド加熱部２３１ｂは、バッファ空間２３２に供給されたガスが再液化しない温度に加熱する。例えば、１００℃程度に加熱するよう制御される。
分散板２３４は、例えば円盤状に構成される。貫通孔２３４ａは、分散板２３４の全面にわたって設けられている。隣接する貫通孔２３４ａは、例えば等距離で配置されている。また、最外周に配置された貫通孔２３４ａは基板載置台２１２上に載置されたウエハの外周よりも外側に配置される。
さらに、シャワーヘッド２３０は、第一分散機構２４１から供給されるガスを分散板２３４まで案内するガスガイド２３５を有する。ガスガイド２３５は、分散板２３４に向かうにつれて径が広がる形状であり、ガスガイド２３５の内側が錐体形状（例えば円錐状。錘状とも呼ぶ。）となっている。ガスガイド２３５は、その下端が、分散板２３４の最も外周側に形成される貫通孔２３４ａよりもさらに外周側に位置するように形成される。
シャワーヘッド２３０の支持ブロック２３３は、上部容器２０２ａが有するフランジ上に載置されて固定される。また、分散板２３４は、支持ブロック２３３が有するフランジ２３３ａ上に載置されて固定される。さらに、蓋２３１は、支持ブロック２３３の上面に固定される。このような構造とすることで、上方から、蓋２３１、分散板２３４、支持ブロック２３３の順に取り外すことが可能となる。
（ガス供給系）
シャワーヘッド２３０の蓋２３１に設けられたガス導入孔２３１ａには、チャンバ側のガス供給管でもある第一分散機構２４１が接続されている。第一分散機構２４１には、共通ガス供給管２４２が接続されている。第一分散機構２４１には、フランジが設けられ、ねじ等によって、蓋２３１に固定されるとともに、共通ガス供給管２４２のフランジに固定される。
第一分散機構２４１と共通ガス供給管２４２は、管の内部で連通している。これにより、共通ガス供給管２４２から供給されるガスが、第一分散機構２４１、ガス導入孔２３１ａを介して、シャワーヘッド２３０内に供給されるようになっている。
共通ガス供給管２４２には、第一ガス供給管２４３ａ、第二ガス供給管２４４ａ、第三ガス供給管２４５ａが接続されている。第二ガス供給管２４４ａは、詳細を後述するようにガスを励起してプラズマ状態にするプラズマ生成部としてのリモートプラズマユニット（ＲＰＵ）２４４ｅを介して、共通ガス供給管２４２に接続される。
第一ガス供給管２４３ａを含む第一ガス供給系２４３からは主に処理ガスの一つ（以下「第一処理ガス」という。）が供給され、第二ガス供給管２４４ａを含む第二ガス供給系２４４からは主に処理ガスの他の一つ（以下「第二処理ガス」という。）が供給される。第三ガス供給管２４５ａを含む第三ガス供給系２４５からは、例えば不活性ガスが供給される。
（第一ガス供給系）
第一ガス供給管２４３ａには、上流方向から順に、第一ガス供給源２４３ｂ、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）２４３ｃ、および、開閉弁であるバルブ２４３ｄが設けられている。そして、第一ガス供給管２４３ａからは、第一処理ガスが、ＭＦＣ２４３ｃ、バルブ２４３ｄ、共通ガス供給管２４２を介して、シャワーヘッド２３０に供給される。
第一処理ガスは、第一元素を含有する原料ガスである。ここで、第一元素は、例えばシリコン（Ｓｉ）である。すなわち、第一元素含有ガスは、例えばシリコン含有ガスである。具体的には、シリコン含有ガスとしては、例えばジクロロシラン（Ｄｉｃｈｌｏｒｏｓｉｌａｎｅ（ＳｉＨ２Ｃｌ２）：ＤＣＳ）ガスを用いることができる。なお、第一元素含有ガスは、常温常圧で固体、液体または気体のいずれであってもよい。第一元素含有ガスが常温常圧で液体の場合は、第一ガス供給源２４３ｂとＭＦＣ２４３ｃとの間に、図示しない気化器を設ければよい。ここでは気体として説明する。
主に、第一ガス供給管２４３ａ、ＭＦＣ２４３ｃ、バルブ２４３ｄにより、第一ガス供給系２４３（以下「シリコン含有ガス供給系」ともいう。）が構成される。なお、第一ガス供給源２４３ｂ、共通ガス供給管２４２を、第一ガス供給系２４３に含めて考えてもよい。
（第一不活性ガス供給系）
第一ガス供給管２４３ａのバルブ２４３ｄよりも下流側には、第一不活性ガス供給管２４６ａの下流端が接続されている。第一不活性ガス供給管２４６ａには、上流方向から順に、不活性ガス供給源２４６ｂ、ＭＦＣ２４６ｃおよびバルブ２４６ｄが設けられている。そして、第一不活性ガス供給管２４６ａからは、不活性ガスが、ＭＦＣ２４６ｃ、バルブ２４６ｄ、第一ガス供給管２４３ａ、共通ガス供給管２４２を介して、シャワーヘッド２３０に供給される。
ここで、不活性ガスは、第一処理ガスのキャリアガスとして作用するものである。具体的には、例えば、窒素（Ｎ２）ガスを用いることができる。
主に、第一不活性ガス供給管２４６ａ、ＭＦＣ２４６ｃ、バルブ２４６ｄにより、第一不活性ガス供給系が構成される。なお、不活性ガス供給源２４６ｂ、第一ガス供給管２４３ａを、第一不活性ガス供給系に含めて考えてもよい。
また、第一不活性ガス供給系については、第一ガス供給系２４３に含めて考えてもよい。
（第二ガス供給系）
第二ガス供給管２４４ａには、下流にＲＰＵ２４４ｅが設けられている。上流には、上流方向から順に、第二ガス供給源２４４ｂ、ＭＦＣ２４４ｃおよびバルブ２４４ｄが設けられている。そして、第二ガス供給管２４４ａからは、第二処理ガスが、ＭＦＣ２４４ｃ、バルブ２４４ｄ、ＲＰＵ２４４ｅ、共通ガス供給管２４２を介して、シャワーヘッド２３０内に供給される。第二処理ガスは、ＲＰＵ２４４ｅによりプラズマ状態とされて活性種となり、ウエハ２００上に照射される。
第二処理ガスは、第一元素とは異なる第二元素を含有するガスである。ここで、第二元素は、例えば、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）、炭素（Ｃ）のいずれか一つである。本実施形態において、第二元素含有ガスは、例えば窒素含有ガスであるものとする。具体的には、窒素含有ガスとしては、アンモニア（ＮＨ３）ガスが用いられる。なお、第二元素含有ガスである第二処理ガスについては、反応ガスまたは改質ガスとして考えてもよい。
主に、第二ガス供給管２４４ａ、ＭＦＣ２４４ｃ、バルブ２４４ｄにより、第二ガス供給系（以下「窒素含有ガス供給系」ともいう。）２４４が構成される。なお、第二ガス供給源２４４ｂ、ＲＰＵ２４４ｅ、共通ガス供給管２４２を、第二ガス供給系２４４に含めて考えてもよい。
（活性補助ガス供給系）
第二ガス供給管２４４ａのバルブ２４４ｄよりも下流側には、活性補助ガス供給管２４７ａの下流端が接続されている。活性補助ガス供給管２４７ａには、上流方向から順に、活性補助ガス供給源２４７ｂ、ＭＦＣ２４７ｃおよびバルブ２４７ｄが設けられている。そして、活性補助ガス供給管２４７ａからは、活性補助ガスが、ＭＦＣ２４７ｃ、バルブ２４７ｄ、第二ガス供給管２４４ａ、ＲＰＵ２４４ｅを介して、シャワーヘッド２３０内に供給される。
活性補助ガスは、第二処理ガスのキャリアガスとして作用するものであり、さらには活性種の失活を抑制するガスである。具体的には、例えば、Ａｒガス等の希ガスを用いることができる。また、第１８族元素を含有するものであれば、Ａｒガスのほか、例えばＨｅガス、Ｎｅガス等を用いてもよい。
主に、活性補助ガス供給管２４７ａ、ＭＦＣ２４７ｃ、バルブ２４７ｄにより、活性補助ガス供給系が構成される。なお、活性補助ガス供給源２４７ｂ、ＲＰＵ２４４ｅ、第二ガス供給管２４４ａを、活性補助ガス供給系に含めて考えてもよい。
また、活性補助ガス供給系については、第二ガス供給系２４４に含めて考えてもよい。
（第三ガス供給系）
第三ガス供給管２４５ａには、上流方向から順に、第三ガス供給源２４５ｂ、ＭＦＣ２４５ｃおよびバルブ２４５ｄが設けられている。そして、第三ガス供給管２４５ａからは、パージガスとしての不活性ガスが、ＭＦＣ２４５ｃ、バルブ２４５ｄ、共通ガス供給管２４２を介して、シャワーヘッド２３０に供給される。
ここで、不活性ガスは、チャンバ２０２内およびシャワーヘッド２３０内に留まったガスをパージするパージガスとして作用するものである。具体的には、例えば、Ｎ２ガスを用いることができる。
主に、第三ガス供給管２４５ａ、ＭＦＣ２４５ｃ、バルブ２４５ｄにより、第三ガス供給系２４５が構成される。なお、第三ガス供給源２４５ｂ、共通ガス供給管２４２を、第三ガス供給系２４５に含めて考えてもよい。
ここでは、第三ガス供給系２４５がパージガスとしての不活性ガスを供給する場合を例に挙げたが、第三ガス供給系２４５からは、チャンバ２０２内およびシャワーヘッド２３０内に付着した副生成物等を除去するクリーニングガスを供給するようにしてもよい。クリーニングガスとしては、例えば、三フッ化窒素（ＮＦ３）ガスを用いることができる。また、ＮＦ３ガスのほかに、例えば、フッ化水素（ＨＦ）ガス、三フッ化塩素ガス（ＣｌＦ３）ガス、フッ素（Ｆ２）ガス等を用いてもよく、またこれらを組合せて用いてもよい。
（排気系）
チャンバ２０２の雰囲気を排気する排気系は、チャンバ２０２に接続された複数の排気管を有する。具体的には、バッファ空間２３２に接続される排気管（第一排気管）２６３と、処理空間２０５に接続される排気管（第二排気管）２６２と、搬送空間２０６に接続される排気管（第三排気管）２６１とを有する。また、各排気管２６１，２６２，２６３の下流側には、排気管（第四排気管）２６４が接続される。
排気管２６１は、下部容器２０２ｂの側面あるいは底面に接続するように設けられる。排気管２６１には、ポンプ２６５（ＴＭＰ：Ｔｕｒｂｏ Ｍｏｒｅｃｕｌａｒ Ｐｕｍｐ）が設けられる。排気管２６１において、ポンプ２６５の上流側には、搬送空間用第一排気バルブとしてのバルブ２６６が設けられる。
排気管２６２は、上部容器２０２ａであって、処理空間２０５の側方に接続するように設けられる。排気管２６２には、処理空間２０５内を所定の圧力に制御する圧力制御器であるＡＰＣ（ＡｕｔｏＰｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）２７６が設けられる。ＡＰＣ２７６は、開度調整可能な弁体（図示せず）を有し、後述するコントローラ２８０からの指示に応じて排気管２６２のコンダクタンスを調整する。また、排気管２６２において、ＡＰＣ２７６の上流側には、バルブ２７５が設けられる。排気管２６２、バルブ２７５、ＡＰＣ２７６をまとめて処理空間排気部と呼ぶ。
排気管２６３は、バッファ空間２３２に連通するよう、シャワーヘッド２３０に接続される。排気管２６３は、高さ方向において、分散孔２３４ａとガスガイド２３５の下端との間に接続される。排気管２６３には、バルブ２７９が備えられる。排気管２６３、バルブ２７９をまとめてシャワーヘッド排気部と呼ぶ。
排気管２６４には、ＤＰ（Ｄｒｙ Ｐｕｍｐ。ドライポンプ）２７８が設けられる。図示のように、排気管２６４には、その上流側から排気管２６３、排気管２６２、排気管２６１が接続され、さらにそれらの下流にＤＰ２７８が設けられる。ＤＰ２７８は、排気管２６２、排気管２６３、排気管２６１のそれぞれを介してバッファ空間２３２、処理空間２０５および搬送空間２０６のそれぞれの雰囲気を排気する。また、ＤＰ２７８は、ＴＭＰ２６５が動作するときに、その補助ポンプとしても機能する。すなわち、高真空（あるいは超高真空）ポンプであるＴＭＰ２６５は、大気圧までの排気を単独で行うのは困難であるため、大気圧までの排気を行う補助ポンプとしてＤＰ２７８が用いられる。上記した排気系の各バルブには、例えばエアバルブが用いられる。
（コントローラ）
基板処理装置１００は、基板処理装置１００の各部の動作を制御する制御部としてのコントローラ２８０を有している。
図２は、本実施形態に係る基板処理装置が有するコントローラの構成例を模式的に示すブロック図である。
図２に示すように、コントローラ２８０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２８０ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）２８０ｂ、記憶部２８０ｃ、送受信部２８０ｄを少なくとも有したコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ２８０ｂ、記憶部２８０ｃ、送受信部２８０ｄは、内部バス２８０ｅを介して、ＣＰＵ２８０ａとデータ交換可能なように構成されている。
また、コントローラ２８０は、例えば、タッチパネル等として構成された入出力装置２８１、外部記憶装置２８２が接続可能に構成されている。入出力装置２８１からは、コントローラ２８０に対して情報入力を行い得る。また、入出力装置２８１は、コントローラ２８０の制御に従って情報の表示出力を行うようになっている。さらに、コントローラ２８０には、受信部２８３を通じてネットワークが接続可能に構成されている。このことは、コントローラ２８０がネットワーク８上に存在するホストコンピュータ等の上位装置２７０とも接続可能であることを意味する。
記憶部２８０ｃ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。記憶部２８０ｃ内には、基板処理装置１００の動作を制御する制御プログラムや、基板処理の手順や条件等が記載されたプロセスレシピ、ウエハ２００への処理に用いるプロセスレシピを設定するまでの過程で生じる演算データや処理データ等が、読み出し可能に格納されている。なお、プロセスレシピは、基板処理工程における各手順をコントローラ２８０に実行させ、所定の結果を得ることができ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。なお、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。また、ＲＡＭ２８０ｂは、ＣＰＵ２８０ａによって読み出されたプログラム、演算データ、処理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。
送受信部２８０ｄには、ＭＦＣ２４３ｃ〜２４７ｃ、バルブ２４３ｄ〜２４７ｄ、ＲＰＵ２４４ｅ等をはじめとする基板処理装置１００の各構成が接続されている。また、ＣＰＵ２８０ａは、記憶部２８０ｃからプログラムを読み出して実行するように構成されている。これにより、コントローラ２８０は、上位装置２７０や入出力装置２８１を操作する操作者からに指示に応じてＣＰＵ２８０ａがプログラムを読み出して、その内容に応じて基板処理装置１００の各構成の動作を制御する。
なお、コントローラ２８０は、専用のコンピュータとして構成してもよいし、汎用のコンピュータとして構成してもよい。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（ＵＳＢ Ｆｌａｓｈ Ｄｒｉｖｅ）やメモリカード等の半導体メモリ）２８２を用意し、外部記憶装置２８２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により、本実施形態に係るコントローラ２８０を構成することができる。また、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２８２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ても良いし、上位装置２７０から受信部２８３を介して情報を受信し、外部記憶装置２８２を介さずにプログラムを供給するようにしてもよい。また、キーボードやタッチパネル等の入出力装置２８１を用いて、コントローラ２８０に指示をしても良い。
コントローラ２８０における記憶部２８０ｃおよびコントローラ２８０に接続可能な外部記憶装置２８２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。なお、本明細書において記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶部２８０ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置２８２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）基板処理工程の概要
次に、基板処理装置１００を使用してウエハ２００に対する所定処理を行う基板処理工程について、その概要を説明する。ここでは、基板処理工程として、ウエハ２００上に薄膜を形成する場合を例に挙げる。なお、以下の説明において、基板処理装置１００を構成する各部の動作はコントローラ２８０により制御される。
（基板搬入・載置工程）
基板搬入・載置工程を説明する。
基板処理工程に際しては、先ず、ウエハ２００を処理空間２０５に搬入させる。具体的には、昇降機構２１８によって基板支持部２１０を下降させ、リフトピン２０７を貫通孔２１４から基板支持部２１０の上面側に突出させた状態にする。また、処理空間２０５内および搬送空間２０６内を所定の圧力に調圧した後、ゲートバルブ１４９を開放し、ゲートバルブ１４９からリフトピン２０７上にウエハ２００を載置させる。ウエハ２００をリフトピン２０７上に載置させた後、昇降機構２１８によって基板支持部２１０を所定の位置まで上昇させる。これにより、ウエハ２００がリフトピン２０７上から基板支持部２１０上へ移載されて、基板載置台２１２の基板載置面２１１上に載置されるようになる。つまり、ウエハ２００は、前述した処理空間２０５内の処理位置（基板処理ポジション）に位置することになる。
（減圧・昇温工程）
続いて、減圧・昇温工程を説明する。
処理空間２０５内が所望の圧力（真空度）となるように、排気管２６２を介して処理空間２０５内を排気する。このとき、図示せぬ圧力センサが測定した圧力値に基づき、ＡＰＣ２７６の弁の開度をフィードバック制御する。これにより、処理空間２０５の圧力を、例えば１０−5〜１０−1Ｐａの高真空に維持する。また、図示せぬ温度センサが検出した温度値に基づき、処理空間２０５内が所望の温度となるように、ヒータ２１３への通電量をフィードバック制御する。具体的には、基板載置台２１２を予め加熱しておき、ウエハ２００または基板載置台２１２の温度変化が無くなってから一定時間置く。ウエハ２００の温度は、例えば室温以上８００℃以下であり、好ましくは、室温以上であって５００℃以下である。この間、処理空間２０５内に残留している水分あるいは部材からの脱ガス等を真空排気やＮ２ガスの供給によるパージによって除去する。これで成膜工程前の準備が完了することになる。
（成膜工程）
成膜工程を説明する。
処理空間２０１内の処理位置にウエハ２００を位置させたら、続いて、基板処理装置１００では、成膜工程を行う。成膜工程は、異なる処理ガスである第一処理ガス（第一元素含有ガス）と第二処理ガス（第二元素含有ガス）とを交互に供給する工程を繰り返す交互供給処理を行うことで、ウエハ２００上に薄膜を形成する工程である。なお、成膜工程については、その詳細を後述する。
（基板搬出工程）
基板搬出工程を説明する。
成膜工程の終了後、続いて、基板処理装置１００では、基板搬出工程を行い、ウエハ２００を処理空間２０５から搬出させる。具体的には、チャンバ２０２内をウエハ２００が搬出可能温度まで降温させ、処理空間２０５内を不活性ガスとしてのＮ２ガスでパージし、チャンバ２０２内が搬送可能な圧力に調圧される。調圧後、昇降機構２１８により基板支持部２１０を下降させ、基板載置台２１２の表面から突出させたリフトピン２０７上にウエハ２００を支持させる。これにより、ウエハ２００は、処理位置から搬送位置へと移動する。そして、ウエハ２００がリフトピン２０７上に載置された後、ゲートバルブ１４９を開放し、ウエハ２００がチャンバ２０２の外へ搬出される。
（３）成膜工程の基本的な手順
次に、上述した基板処理工程のうちの成膜工程について、基本的な手順を説明する。
図３は、本実施形態に係る基板処理装置で行われる成膜工程の基本的な手順を示すフロー図である。
成膜工程では、ウエハ２００を基板処理温度に昇温した後、ウエハ２００を所定温度に保ちつつ加熱処理を伴う薄膜形成処理を行う。すなわち、成膜工程では、共通ガス供給管２４２およびシャワーヘッド２３０を介して、処理空間２０５内に配置されているウエハ２００の表面（処理面）に向けて、処理ガスをシャワー状に供給することで、ウエハ２００の表面上に薄膜を形成する処理を行う。
このとき、処理空間２０５内のウエハ２００に対しては、図３に示すように、第一処理ガス（第一元素含有ガス）の供給と第二処理ガス（第二元素含有ガス）の供給とを交互に繰り返す交互供給処理を行う。以下、成膜工程において、第一処理ガスとしてＤＣＳガスを用い、第二処理ガスとしてＮＨ３ガスを用いて、ウエハ２００上に薄膜としてシリコン窒化（ＳｉＮ）膜を形成する場合を例に挙げる。
（第一処理ガス供給工程：Ｓ２０２）
第一処理ガス供給工程（Ｓ２０２）を説明する。
成膜工程に際しては、先ず、第一ガス供給系２４３から処理空間２０５内に第一処理ガス（第一元素含有ガス）としてのＤＣＳガスを供給する。また、このとき、ＤＣＳガスのキャリアガス（例えば、Ｎ２ガス）を、第一不活性ガス供給管２４６ａから処理空間２０５内に供給する。
処理空間２０５内に供給されたＤＣＳガスは、ウエハ処理位置にあるウエハ２００の面上に到達する。これにより、ウエハ２００の表面には、ＤＣＳガスが接触することによって「第一元素含有層」としてのシリコン含有層が形成される。シリコン含有層とは、シリコン（Ｓｉ）またはシリコンと塩素（Ｃｌ）を含む層である。シリコン含有層は、例えば、チャンバ２０２内の圧力、ＤＣＳガスの流量、基板載置台２１２の温度、処理空間２０５の通過にかかる時間等に応じて、所定の厚さおよび所定の分布で形成される。なお、ウエハ２００上には、予め所定の膜が形成されていてもよい。また、ウエハ２００または所定の膜には予め所定のパターンが形成されていてもよい。
ＤＣＳガスの供給を開始してから所定時間経過後、バルブ２４３ｄを閉じて、ＤＣＳガスの供給を停止する。なお、第一処理ガス供給工程（Ｓ２０２）では、バルブ２７５が開とされ、ＡＰＣ２７６によって処理空間２０５の圧力が所定の圧力となるように制御される。また、第一処理ガス供給工程（Ｓ２０２）において、バルブ２７５以外の排気系のバルブは全て閉とされる。
以上のような第一処理ガス供給工程（Ｓ２０２）は、本発明に係る「第一工程」の一具体例に相当する。
（パージ工程：Ｓ２０４）
パージ工程（Ｓ２０４）を説明する。
第一処理ガス供給工程（Ｓ２０２）の後は、次に、第三ガス供給管２４５ａからＮ２ガスを供給し、シャワーヘッド２３０および処理空間２０５のパージを行う。このときも、バルブ２７５は開とされてＡＰＣ２７６によって処理空間２０５の圧力が所定の圧力となるように制御される。一方、バルブ２７５以外の排気系のバルブは全て閉とされる。これにより、第一処理ガス供給工程（Ｓ２０２）でウエハ２００に結合できなかったＤＣＳガスは、ＤＰ２７８により、排気管２６２を介して処理空間２０５から除去される。
次いで、第三ガス供給管２４５ａからＮ２ガスを供給し、シャワーヘッド２３０のパージを行う。このときは、バルブ２７５が閉とされる一方、バルブ２７９が開とされる。他の排気系のバルブは閉のままである。すなわち、シャワーヘッド２３０のパージを行うときは、処理空間２０５とＡＰＣ２７６の間を遮断するとともに、ＡＰＣ２７６と排気管２６４の間を遮断し、ＡＰＣ２７６による圧力制御を停止する。一方、バッファ空間２３２とＤＰ２７８との間を連通する。これにより、シャワーヘッド２３０（バッファ空間２３２）内に残留したＤＣＳガスは、排気管２６３を介し、ＤＰ２７８によりシャワーヘッド２３０から排気される。
シャワーヘッド２３０のパージが終了すると、バルブ２７５を開としてＡＰＣ２７６による圧力制御を再開するとともに、バルブ２７９を閉としてシャワーヘッド２３０と排気管２６４との間を遮断する。他の排気系のバルブは閉のままである。このときも第三ガス供給管２４５ａからのＮ２ガスの供給は継続され、シャワーヘッド２３０および処理空間２０５のパージが継続される。なお、パージ工程（Ｓ２０４）において、排気管２６２を介したパージの前後に排気管２６３を介したパージを行うようにしたが、排気管２６２を介したパージのみであってもよい。また、排気管２６２を介したパージと排気管２６３を介したパージを同時に行うようにしてもよい。
（第二処理ガス供給工程：Ｓ２０６）
第二処理ガス供給工程（Ｓ２０６）を説明する。
パージ工程（Ｓ２０４）の後は、次に、第二ガス供給系２４４から処理空間２０５内に第二処理ガス（第二元素含有ガス）としてのＮＨ３ガスを供給する。また、このとき、ＮＨ３ガスのキャリアガス（例えば、Ａｒガス）を、活性補助ガス供給管２４７ａから処理空間２０５内に供給する。
これらのＮＨ３ガスおよびＡｒガスは、ＲＰＵ２４４ｅによりプラズマ状態とされ、ウエハ処理位置にあるウエハ２００の面上に照射される。これにより、ウエハ２００の面上では、既に形成されているシリコン含有層が改質され、例えばＳｉ元素およびＮ元素を含有する層であるＳｉＮ膜が形成される。
そして、所定時間の経過後、バルブ２４４ｄを閉じて、ＮＨ３ガスの供給を停止する。なお、第二処理ガス供給工程（Ｓ２０６）においても、上述した第一処理ガス供給工程（Ｓ２０２）と同様に、バルブ２７５が開とされ、ＡＰＣ２７６によって処理空間２０５の圧力が所定の圧力となるように制御される。また、バルブ２７５以外の排気系のバルブは全て閉とされる。
以上のような第二処理ガス供給工程（Ｓ２０６）は、本発明に係る「第二工程」の一具体例に相当する。
（パージ工程：Ｓ２０８）
パージ工程（Ｓ２０８）を説明する。
第二処理ガス供給工程（Ｓ２０６）の後に、パージ工程（Ｓ２０８）を実行する。パージ工程（Ｓ２０８）における各部の動作は、上述したパージ工程（Ｓ２０４）の場合と同様であるので、ここではその説明を省略する。
（判定工程：Ｓ２１０）
判定工程（Ｓ２１０）を説明する。
パージ工程（Ｓ２０８）を終えると、続いて、コントローラ２８０は、上述した一連の処理（Ｓ２０２〜Ｓ２０８）を１つのサイクルとし、その１サイクルを所定回数（ｎ ｃｙｃｌｅ）実施したか否かを判定する。そして、所定回数実施していなければ、第一処理ガス供給工程（Ｓ２０２）からパージ工程（Ｓ２０８）までの１サイクルを繰り返す。一方、所定回数実施したときには、成膜工程を終了する。
このように、成膜工程では、第一処理ガス供給工程（Ｓ２０２）からパージ工程（Ｓ２０８）までの各工程を順次行うことで、ウエハ２００の面上に所定の厚さのＳｉＮ膜が堆積される。そして、これらの各工程を１サイクルとし、その１サイクルを所定回数繰り返すことで、ウエハ２００の面上に形成されるＳｉＮ膜が所望の膜厚に制御される。
（４）成膜工程における特徴的な処理
次に、本実施形態に係る成膜工程における特徴的な処理について説明する。
本実施形態に係る成膜工程では、上述したように、ウエハ処理位置にあるウエハ２００に対して、第一処理ガス供給工程（Ｓ２０２）でのＤＣＳガスの供給と第二処理ガス供給工程（Ｓ２０６）でのＮＨ３ガスのプラズマの供給とを繰り返し行うことで、所望の膜厚のＳｉＮ膜を形成する。このような成膜工程において、ＳｉＮ膜の形成を良好に行う上では、プラズマの活性種（ラジカル）の失活を抑制することが必要である。
ところで、処理対象となるウエハ２００には、予め所定のパターンが形成されたものがあり得る。具体的には、深溝または深孔といった３Ｄ（ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ）構造を有したウエハ２００が処理対象となることがある。このようなウエハ２００が処理対象となる場合には、そのウエハ２００の３Ｄ構造化が進むに連れて、その３Ｄ構造における深溝内または深孔内に対して、プラズマの励起状態を保ったまま到達させることが困難になるおそれがある。特に、高圧条件下では、ラジカルの失活が顕著になると推定される。３Ｄ構造における深溝または深孔の底部に到達する前にプラズマのラジカルが失活してしまうと、その底部に対する膜形成が良好に行えずに、その結果として形成膜厚が不足するといったことが起こり得る。
本実施形態に係る成膜工程では、例えば、３Ｄ構造化が進んだウエハ２００であっても、その３Ｄ構造における深溝内または深孔内に対して失活を抑えながら励起状態のプラズマを到達させるべく、以下に説明するパターンの処理を行うようになっている。
（第一の処理パターン）
先ず、第一の処理パターンについて説明する。
図４は、本実施形態に係る基板処理装置で行われる成膜工程の第一の処理パターンの例を示すチャート図である。
図４に示すように、第一の処理パターンでは、第一処理ガス供給工程（Ｓ２０２）において、第一処理ガス（第一元素含有ガス）としてのＤＣＳガスを供給するとともに、そのＤＣＳガスのキャリアガスとして不活性ガスであるＮ２ガスを供給する。そして、パージ工程（Ｓ２０４）にてパージガスとして不活性ガスであるＮ２ガスの供給を経た後に、第二処理ガス供給工程（Ｓ２０６）において、第二処理ガス（第二元素含有ガス）としてのＮＨ３ガスを供給するとともに、そのＮＨ３ガスのキャリアガスとして活性補助ガスであるＡｒガスを供給する。さらに、その後、パージ工程（Ｓ２０８）にてパージガスとして不活性ガスであるＮ２ガスを供給し、これらの各工程を1サイクルとして所定回数繰り返す。
このように、第一の処理パターンにおいて、第一処理ガス供給工程（Ｓ２０２）ではキャリアガスとして不活性ガスであるＮ２ガスを供給し、第二処理ガス供給工程（Ｓ２０６）ではキャリアガスとして活性補助ガスであるＡｒガスを供給する。つまり、第一処理ガス供給工程（Ｓ２０２）と第二処理ガス供給工程（Ｓ２０６）とで、供給するキャリアガス種の切り替えを行う。
キャリアガス種の切り替えを行うのは、以下の理由による。Ａｒラジカルは、準安定状態であり寿命が長く、さらにはリアクタントであるＮＨ３ガスを活性化させる性質を有する。したがって、Ｎ２ガスからＡｒガスへキャリアガス種の切り替えを行うことで、リアクタントであるＮＨ３ガスのプラズマ成分の寿命を延ばすことが可能となる。ＮＨ３ガスのプラズマ成分の寿命が延びれば、３Ｄ構造化が進んだウエハ２００が処理対象となる場合であっても、その３Ｄ構造における深溝内または深孔内の底部まで励起状態のＮＨ３ガスのプラズマが到達する確率が高くなる。したがって、深溝内または深孔内の底部についても、ＳｉＮ膜の形成膜厚が不足してしまうことがない。
また、第一の処理パターンでは、比較的高価なＡｒガスを第二処理ガス供給工程（Ｓ２０６）にて限定的に使用し、他の各工程では比較的安価なＮ２ガスを供給するようにしている。このように、活性補助ガスであるＡｒガスを必要なタイミングのみに限定的に使用することで、深溝内または深孔内の底部までＮＨ３ガスのプラズマが到達することを可能にしつつ、成膜工程において要するトータルコストが過大になってしまうのを抑制することも可能となる。
（第二の処理パターン）
次いで、第二の処理パターンについて説明する。ここでは、主として、上述した第一の処理パターンとの相違点を説明する。
図５は、本実施形態に係る基板処理装置で行われる成膜工程の第二の処理パターンの例を示すチャート図である。
第二の処理パターンでは、図５（ａ）に示すように、第二処理ガス供給工程（Ｓ２０６）でキャリアガスとして活性補助ガスであるＡｒガスを供給するときと、その他の各工程で不活性ガスであるＮ２ガスを供給するときで、処理空間２０５内の圧力を相違させる。具体的には、Ｎ２ガスを供給するときの圧力である第一圧力よりも、Ａｒガスを供給するときの圧力である第二圧力を低圧にする。
このような圧力制御は、例えば、第二ガス供給系２４４によるＮＨ３ガスの供給ボリュームと、活性補助ガス供給系によるＡｒガスの供給ボリュームとを、それぞれ調整することによって行うことが考えられる。
第二処理ガス供給工程（Ｓ２０６）のみ低圧にすることを除けば、第二の処理パターンにおいても、図５（ｂ）に示すように、上述した第一の処理パターンの場合と同様の処理を行う。
第二処理ガス供給工程（Ｓ２０６）のみ低圧にするのは、以下の理由による。一般に、高圧条件下では、プラズマのラジカル同士が衝突する可能性が高くなり、これによりラジカルの失活が顕著になると推定される。このことを踏まえ、ウエハ２００に対してプラズマを供給する第二処理ガス供給工程（Ｓ２０６）においては、他の各工程よりも処理空間２０５内を低圧にすることで、プラズマのラジカル同士の衝突確率を低くする。ラジカル同士の衝突確率が低くなれば、リアクタントであるＮＨ３ガスのプラズマ成分の失活を抑制することが可能となる。ＮＨ３ガスのプラズマ成分の失活を抑制できれば、３Ｄ構造化が進んだウエハ２００が処理対象となる場合であっても、その３Ｄ構造における深溝内または深孔内の底部まで励起状態のＮＨ３ガスのプラズマが到達する確率が高くなる。したがって、深溝内または深孔内の底部についても、ＳｉＮ膜の形成膜厚が不足してしまうことがない。
（第三の処理パターン）
次いで、第三の処理パターンについて説明する。ここでは、主として、上述した第二の処理パターンとの相違点を説明する。
図６は、本実施形態に係る基板処理装置で行われる成膜工程の第三の処理パターンの例を示すチャート図である。
第三の処理パターンでは、図６に示すように、第二処理ガス（第二元素含有ガス）としてのＮＨ３ガスと、そのキャリアガスとしての活性補助ガスであるＡｒガスとについて、それぞれの供給タイミングが上述した第一の処理パターンまたは第二の処理パターンの場合とは異なる。具体的には、第三の処理パターンでは、第二処理ガス供給工程（Ｓ２０６）において、プラズマ状態の活性補助ガスであるＡｒガスの処理空間２０５への供給を開始した後に、プラズマ状態の第二処理ガス（第二元素含有ガス）であるＮＨ３ガスの処理空間２０５への供給を開始する。つまり、ＡｒガスとＮＨ３ガスとの供給タイミングについて、第一の処理パターンまたは第二の処理パターンではそれぞれが同一であったが、第三の処理パターンでは、Ａｒガスの供給後にＮＨ３ガスを供給するといったように、それぞれの供給タイミングにずれを生じさせる。
ＡｒガスとＮＨ３ガスとの供給タイミングにずれを生じさせるのは、以下の理由による。Ａｒラジカルは、準安定状態であり寿命が長く、さらにはリアクタントであるＮＨ３ガスを活性化させる性質を有する。したがって、予めプラズマ状態の活性補助ガスであるＡｒガスの供給を開始し、処理空間２０５内をプラズマ状態のＡｒガス雰囲気としておくことで、その後に供給されるリアクタントであるＮＨ３ガスのプラズマ成分の寿命を延ばすことが可能となる。ＮＨ３ガスのプラズマ成分の寿命が延びれば、３Ｄ構造化が進んだウエハ２００が処理対象となる場合であっても、その３Ｄ構造における深溝内または深孔内の底部まで、励起状態のＮＨ３ガスのプラズマが到達する確率が高くなる。したがって、深溝内または深孔内の底部についても、ＳｉＮ膜の形成膜厚が不足してしまうことがない。
このような供給タイミングのずれを生じさせることを除けば、第三の処理パターンにおいても、例えば、上述した第二の処理パターンの場合と同様の処理を行う。なお、第三の処理パターンでは、第二の処理パターンの場合と同様に第二処理ガス供給工程（Ｓ２０６）のみ低圧にする場合を例に挙げているが（図６参照）、必ずしもこれに限定されることはない。つまり、第三の処理パターンにおいても、第一の処理パターンの場合のように、各工程で処理空間２０５内の圧力を相違させないようにしても構わない。
（５）本実施形態の効果
本実施形態によれば、以下に示す一つまたは複数の効果を奏する。
（ａ）本実施形態において、第一処理ガス（第一元素含有ガス）を供給する第一処理ガス供給工程（Ｓ２０２）ではキャリアガスとして不活性ガス（例えば、Ｎ２ガス）を用いる一方で、第二処理ガス（第二元素含有ガス）のプラズマを供給する第二処理ガス供給工程（Ｓ２０６）ではキャリアガスとして活性補助ガス（例えば、Ａｒガス）を用いる。つまり、少なくともプラズマ照射を行う工程ではキャリアガスとして活性補助ガスを用いるように、供給するキャリアガス種の切り替えを行う。
このようなキャリアガス種の切り替えを行うことで、本実施形態では、ウエハ２００に対する成膜工程での処理を良好に行うことが可能になる。例えば、活性補助ガスにおける第１８族元素（例えば、Ａｒ）のラジカルは、準安定状態であり寿命が長く、さらには反応ガスまたは改質ガスとして機能する第二処理ガス（例えば、ＮＨ３ガス）を活性化させる性質を有する。したがって、不活性ガスから活性補助ガスへキャリアガス種の切り替えを行うことで、第二処理ガスのプラズマ成分の寿命を延ばすことが可能となる。第二処理ガスのプラズマ成分の寿命が延びれば、例えば、３Ｄ構造化が進んだウエハ２００が処理対象となる場合であっても、その３Ｄ構造における深溝内または深孔内の底部まで励起状態の第二処理ガスのプラズマが到達する確率が高くなる。したがって、深溝内または深孔内の底部についても、成膜工程で形成する膜（例えば、ＳｉＮ膜）の膜厚が不足してしまうことがなく、その結果としてウエハ２００に対する成膜工程での処理を良好に行うことが可能になる。
しかも、本実施形態では、比較的高価な活性補助ガスを第二処理ガス供給工程（Ｓ２０６）にて限定的に使用し、他の各工程では比較的安価な不活性ガスを供給する。このように、活性補助ガスを必要なタイミングのみに限定的に使用することで、深溝内または深孔内の底部まで第二処理ガスのプラズマが到達することを可能にしつつ、成膜工程において要するトータルコストが過大になってしまうのを抑制することも可能となる。この点においても、ウエハ２００に対する成膜工程での処理を良好に行う上で有用なものとなる。
（ｂ）本実施形態では、不活性ガスとしてＮ２ガスを用い、活性補助ガスとしてＡｒガスを用い、これらＮ２ガスとＡｒガスとの間でガス種の切り替えを行う。したがって、本実施形態によれば、これらのガスをキャリアガスとして機能させつつ（すなわち、第一処理ガスおよび第二処理ガスによる処理に悪影響が及ぶのを回避しつつ）、上述したガス種切り替えによる効果を確実なものとすることができる。
（ｃ）本実施形態では、プラズマ照射を行う第二処理ガス供給工程（Ｓ２０６）について、処理空間２０５内を他工程よりも低圧にした状態で、第二処理ガス（例えば、ＮＨ３ガス）の供給を行う。このように、第二処理ガス供給工程（Ｓ２０６）のみ低圧にすれば、より一層ウエハ２００に対する成膜工程での処理を良好に行うことが可能になる。
一般に、高圧条件下では、プラズマのラジカル同士が衝突する可能性が高くなり、これによりラジカルの失活が顕著になると推定される。本実施形態では、プラズマ照射を行う第二処理ガス供給工程（Ｓ２０６）において、他の各工程よりも処理空間２０５内を低圧にすることで、プラズマのラジカル同士の衝突確率を低くする。ラジカル同士の衝突確率が低くなれば、反応ガスまたは改質ガスとして機能する第二処理ガス（例えば、ＮＨ３ガス）のプラズマ成分の失活を抑制することが可能となる。第二処理ガスのプラズマ成分の失活を抑制できれば、３Ｄ構造化が進んだウエハ２００が処理対象となる場合であっても、その３Ｄ構造における深溝内または深孔内の底部まで励起状態の第二処理ガスのプラズマが到達する確率が高くなる。したがって、深溝内または深孔内の底部についても、成膜工程で形成する膜（例えば、ＳｉＮ膜）の膜厚が不足してしまうことがなく、その結果として、より一層ウエハ２００に対する成膜工程での処理を良好に行うことが可能になる。
（ｄ）本実施形態では、第二処理ガス供給工程（Ｓ２０６）において、プラズマ状態の活性補助ガス（例えば、Ａｒガス）の処理空間２０５への供給を開始した後に、プラズマ状態の第二処理ガス（例えば、ＮＨ３ガス）の処理空間２０５への供給を開始する。つまり、活性補助ガスの供給後に第二処理ガスを供給するといったように、それぞれの供給タイミングにずれを生じさせる。
このような供給タイミングのずれを生じさせることで、本実施形態では、より一層ウエハ２００に対する成膜工程での処理を良好に行うことが可能になる。例えば、活性補助ガスにおける第１８族元素（例えば、Ａｒ）のラジカルは、準安定状態であり寿命が長く、さらには反応ガスまたは改質ガスとして機能する第二処理ガス（例えば、ＮＨ３ガス）を活性化させる性質を有する。したがって、予めプラズマ状態の活性補助ガスの供給を開始し、処理空間２０５内をプラズマ状態の活性補助ガス雰囲気としておくことで、その後に供給される第二処理ガスのプラズマ成分の寿命を延ばすことが可能となる。第二処理ガスのプラズマ成分の寿命が延びれば、３Ｄ構造化が進んだウエハ２００が処理対象となる場合であっても、その３Ｄ構造における深溝内または深孔内の底部まで、励起状態の第二処理ガスのプラズマが到達する確率が高くなる。したがって、深溝内または深孔内の底部についても、成膜工程で形成する膜（例えば、ＳｉＮ膜）の膜厚が不足してしまうことがなく、その結果として、より一層ウエハ２００に対する成膜工程での処理を良好に行うことが可能になる。
＜他の実施形態＞
以上に、本発明の一実施形態を具体的に説明したが、本開示が上述の実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能である。
上述した実施形態では、基板処理工程の一工程である成膜工程において、第一処理ガス（第一元素含有ガス）としてＤＣＳガスを用い、第二処理ガス（第二元素含有ガス）としてＮＨ３ガスを用いて、これらを交互に供給することによってウエハ２００上にＳｉＮ膜を形成する場合を例に挙げたが、本発明がこれに限定されることはない。すなわち、成膜処理に用いる処理ガスは、ＤＣＳガスやＮＨ３ガス等に限られることはなく、他の種類のガスを用いて他の種類の薄膜を形成しても構わない。さらには、３種類以上の処理ガスを用いる場合であっても、これらを交互に供給して成膜処理を行うのであれば、本発明を適用することが可能である。具体的には、第一元素としては、Ｓｉではなく、例えばＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ等、種々の元素であってもよい。また、第二元素としては、Ｎではなく、例えばＯ等であってもよい。
また、上述した実施形態では、基板処理工程として、主に、ウエハ表面への薄膜形成を行う場合を例に挙げたが、本発明がこれに限定されることはない。すなわち、本発明は、上述した実施形態で例に挙げた薄膜形成の他に、上述した実施形態で例示した薄膜以外の成膜処理にも適用できる。また、基板処理の具体的内容は不問であり、成膜処理だけでなく、熱処理（アニール処理）、プラズマ処理、拡散処理、酸化処理、窒化処理、リソグラフィ処理等の他の基板処理を行う場合にも適用できる。
また、上述した実施形態では、半導体装置の製造工程の一工程として、ウエハに対する処理を行う場合を例に挙げたが、本発明がこれに限定されることはない。すなわち、処理対象となる基板は、ウエハに限らず、ホトマスク、プリント配線基板、液晶パネル、磁気ディスク、光ディスク等であってもよい。
＜本発明の好ましい態様＞
以下に、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、
基板を収容した状態の処理空間に第一処理ガスを供給するとともに前記第一処理ガスのキャリアガスとして不活性ガスを用いる第一工程と、
前記基板を収容した状態の前記処理空間に第二処理ガスのプラズマを供給するとともに前記第二処理ガスのキャリアガスとして活性補助ガスを用いる第二工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
［付記２］
好ましくは、
前記第一工程と前記第二工程とを繰り返すサイクリック処理を行う
付記１に記載の半導体装置の製造方法が提供される。
［付記３］
好ましくは、
前記第一処理ガスは原料ガスであり、
前記第二処理ガスは反応ガスまたは改質ガスである
付記１または２に記載の半導体装置の製造方法が提供される。
［付記４］
好ましくは、
前記不活性ガスはＮ２ガスであり、
前記活性補助ガスはＡｒガスである
付記１から３のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法が提供される。
［付記５］
好ましくは、
前記第二工程では、前記処理空間内を他工程よりも低圧にして、前記第二処理ガスの供給を行う
付記１から４のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法が提供される。
［付記６］
好ましくは、
前記第二工程では、プラズマ状態の前記活性補助ガスの前記処理空間への供給を開始した後に、前記第二処理ガスの前記処理空間への供給を開始する
付記１から５のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法が提供される。
［付記７］
本発明の他の一態様によれば、
基板を収容する処理空間と、
前記処理空間に第一処理ガスを供給する第一ガス供給系と、
前記処理空間に前記第一処理ガスのキャリアガスとして不活性ガスを供給する不活性ガス供給系と、
前記処理空間に第二処理ガスを供給する第二ガス供給系と、
前記処理空間に前記第二処理ガスのキャリアガスとして活性補助ガスを供給する活性補助ガス供給系と、
前記第二処理ガスまたは前記活性補助ガスの少なくとも一方を励起してプラズマ状態にするプラズマ生成部と、
を備える基板処理装置が提供される。
［付記８］
好ましくは、
前記第一処理ガスの供給および前記第二処理ガスの供給をサイクリック処理として行わせるように、前記第一ガス供給系、前記不活性ガス供給系、前記第二ガス供給系、前記活性補助ガス供給系および前記プラズマ生成部に対する動作制御を行う制御部
を備える付記７に記載の基板処理装置が提供される。
［付記９］
本発明のさらに他の一態様によれば、
基板を収容した状態の処理空間に第一処理ガスを供給するとともに前記第一処理ガスのキャリアガスとして不活性ガスを用いる第一手順と、
前記基板を収容した状態の前記処理空間に第二処理ガスのプラズマを供給するとともに前記第二処理ガスのキャリアガスとして活性補助ガスを用いる第二手順と、
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が提供される。
［付記１０］
本発明のさらに他の一態様によれば、
基板を収容した状態の処理空間に第一処理ガスを供給するとともに前記第一処理ガスのキャリアガスとして不活性ガスを用いる第一手順と、
前記基板を収容した状態の前記処理空間に第二処理ガスのプラズマを供給するとともに前記第二処理ガスのキャリアガスとして活性補助ガスを用いる第二手順と、
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が格納されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。
１００…基板処理装置、２００…ウエハ（基板）、２０２…チャンバ、２０５…処理空間、２１０…基板支持部、２１２…基板載置台、２３０…シャワーヘッド、２３１ａ…ガス導入孔、２４１…第一分散機構、２４２…共通ガス供給管、２４３…第一ガス供給系、２４３ａ…第一ガス供給管、２４３ｂ…第一ガス供給源、２４３ｃ…マスフローコントローラ（ＭＦＣ）、２４３ｄ…バルブ、２４４…第二ガス供給系、２４４ａ…第二ガス供給管、２４４ｂ…第二ガス供給源、２４４ｃ…マスフローコントローラ（ＭＦＣ）、２４４ｄ…バルブ、２４４ｅ…リモートプラズマユニット（ＲＰＵ）、２４６ａ…第一不活性ガス供給管、２４６ｂ…不活性ガス供給源、２４６ｃ…マスフローコントローラ（ＭＦＣ）、２４６ｄ…バルブ、２４７ａ…活性補助ガス供給管、２４７ｂ…活性補助ガス供給源、２４７ｃ…マスフローコントローラ（ＭＦＣ）、２４７ｄ…バルブ、２８０…コントローラ

Claims (4)

  1. 基板を収容した状態の処理空間に第一処理ガスを供給するとともに前記第一処理ガスのキャリアガスとして不活性ガスを用いる第一工程と、
    前記基板を収容した状態の前記処理空間に第二処理ガスのプラズマを供給するとともに前記第二処理ガスのキャリアガスとして活性補助ガスを用いる第二工程と、を有し、
    前記第二工程では、プラズマ状態の前記活性補助ガスの前記処理空間への供給を開始し、前記処理空間が前記活性補助ガスの雰囲気となった後に、プラズマ状態の前記第二処理ガスの前記処理空間への供給を開始する
    半導体装置の製造方法。
  2. 前記第二工程では、前記処理空間内を前記第一工程よりも低圧にして、前記第二処理ガスの供給を行う
    請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 基板を収容する処理空間と、
    前記処理空間に第一処理ガスを供給する第一ガス供給系と、
    前記処理空間に前記第一処理ガスのキャリアガスとして不活性ガスを供給する不活性ガス供給系と、
    前記処理空間に第二処理ガスを供給する第二ガス供給系と、
    前記処理空間に前記第二処理ガスのキャリアガスとして活性補助ガスを供給する活性補助ガス供給系と、
    前記第二処理ガスまたは前記活性補助ガスの少なくとも一方を励起してプラズマ状態にするプラズマ生成部と、
    を備え、
    前記第二ガス供給系、前記活性補助ガス供給系および前記プラズマ生成部は、プラズマ状態の前記活性補助ガスの前記処理空間への供給を開始し、前記処理空間が前記活性補助ガスの雰囲気となった後に、プラズマ状態の前記第二処理ガスの前記処理空間への供給を開始するように構成されている
    基板処理装置。
  4. 基板を収容した状態の処理空間に第一処理ガスを供給するとともに前記第一処理ガスのキャリアガスとして不活性ガスを用いる第一手順と、
    前記基板を収容した状態の前記処理空間に第二処理ガスのプラズマを供給するとともに前記第二処理ガスのキャリアガスとして活性補助ガスを用いる第二手順と、
    をコンピュータによって基板処理装置に実行させるとともに、
    前記第二手順では、プラズマ状態の前記活性補助ガスの前記処理空間への供給を開始し、前記処理空間が前記活性補助ガスの雰囲気となった後に、プラズマ状態の前記第二処理ガスの前記処理空間への供給を開始する
    プログラム。
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