JP6857759B2 - 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、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の一工程として、基板上に膜を形成する処理が行われることがある（例えば特許文献１参照）。
特開２０１０−１１８４６２号公報
本発明の目的は、基板上に形成される膜の基板面内膜厚分布を制御することが可能な技術を提供することにある。
本発明の一態様によれば、
（ａ）基板に対して原料を供給し第１層を形成する工程と、
（ｂ）前記基板に対して反応体を供給し前記第１層を改質させて第２層を形成する工程と、
を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に膜を形成する工程を有し、
（ａ）では、
（ａ−１）前記基板に対して、第１供給部から第１流量で不活性ガスを供給しつつ前記原料を供給すると共に、前記第１供給部に隣接して設けられた第２供給部から第２流量で不活性ガスを供給する工程と、
（ａ−２）前記基板に対して、前記第１供給部から前記第１流量および前記第２流量のそれぞれよりも小さい第３流量で不活性ガスを供給しつつ前記原料を供給するか、前記第１供給部からの不活性ガスの供給を停止しつつ前記第１供給部から前記原料を供給すると共に、前記第２供給部から第４流量で不活性ガスを供給する工程と、
をこの順に行う技術が提供される。
本発明によれば、基板上に形成される膜の基板面内膜厚分布を制御することが可能となる。
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一部の概略構成図であり、処理炉の一部を図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。 本発明の一実施形態の成膜シーケンスを示す図である。 基板上への第１層の形成レートの変化を例示する図である。 （ａ）、（ｂ）は、それぞれ、縦型処理炉の変形例を示す横断面図であり、反応管、バッファ室およびノズル等を部分的に抜き出して示す図である。 （ａ）は実施例における基板面内膜厚分布の評価結果を示す図であり、（ｂ）は比較例における基板面内膜厚分布の評価結果を示す図である。
＜本発明の一実施形態＞
以下、本発明の一実施形態について図１〜図５を参照しながら説明する。
（１）基板処理装置の構成
図１に示すように、処理炉２０２は加熱機構（温度調整部）としてのヒータ２０７を有する。ヒータ２０７は円筒形状であり、保持板に支持されることにより垂直に据え付けられている。ヒータ２０７は、ガスを熱で活性化（励起）させる活性化機構（励起部）としても機能する。
ヒータ２０７の内側には、ヒータ２０７と同心円状に反応管２０３が配設されている。反応管２０３は、例えば石英（ＳｉＯ２）または炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料により構成され、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。反応管２０３の下方には、反応管２０３と同心円状に、マニホールド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）等の金属材料により構成され、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２２０ａが設けられている。反応管２０３はヒータ２０７と同様に垂直に据え付けられている。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が形成される。処理室２０１は、基板としてのウエハ２００を収容可能に構成されている。この処理室２０１内でウエハ２００に対する処理が行われる。
処理室２０１内には、第１供給部としてのノズル２４９ａ、および、第２供給部としてのノズル２４９ｂ，２４９ｃ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２４９ａ〜２４９ｃには、ガス供給管２３２ａ〜２３２ｃがそれぞれ接続されている。第２供給部は、第１供給部とは異なる供給部であり、第１供給部に隣接して設けられている。ノズル２４９ａ，２４９ｂ，２４９ｃはそれぞれ異なるノズルであり、ノズル２４９ｂ，２４９ｃのそれぞれは、ノズル２４９ａに隣接して設けられている。
ガス供給管２３２ａ〜２３２ｃには、ガス流の上流側から順に、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４１ａ〜２４１ｃおよび開閉弁であるバルブ２４３ａ〜２４３ｃがそれぞれ設けられている。ガス供給管２３２ａ，２３２ｂのバルブ２４３ａ，２４３ｂよりも下流側には、ガス供給管２３２ｅ，２３２ｄがそれぞれ接続されている。ガス供給管２３２ｅ，２３２ｄには、ガス流の上流側から順に、ＭＦＣ２４１ｅ，２４１ｄおよびバルブ２４３ｅ，２４３ｄがそれぞれ設けられている。
図２に示すように、ノズル２４９ａ〜２４９ｃは、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の配列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〜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それぞれ設けられている。ノズル２４９ａは、平面視において、処理室２０１内に搬入されるウエハ２００の中心を挟んで、後述する排気口２３１ａと一直線上に対向するように配置されている。ノズル２４９ｂ，２４９ｃは、ノズル２４９ａを挟んでその両側に、すなわち、反応管２０３の内壁（ウエハ２００の外周部）に沿ってノズル２４９ａを両側から挟み込むように配置されている。ノズル２４９ａ〜２４９ｃの側面には、ガスを供給するガス供給孔２５０ａ〜２５０ｃがそれぞれ設けられている。ガス供給孔２５０ａ〜２５０ｃは、それぞれが、平面視において排気口２３１ａと対向する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２５０ａ〜２５０ｃは、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられている。
ガス供給管２３２ａからは、原料（原料ガス）として、例えば、膜を構成する所定元素（主元素）としてのＳｉおよびハロゲン元素を含むハロシラン系ガスが、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａ、ノズル２４９ａを介して処理室２０１内へ供給される。原料ガスとは、気体状態の原料、例えば、常温常圧下で液体状態である原料を気化することで得られるガスや、常温常圧下で気体状態である原料等のことである。ハロシランとは、ハロゲン基を有するシランのことである。ハロゲン基には、クロロ基、フルオロ基、ブロモ基、ヨード基等が含まれる。すなわち、ハロゲン基には、塩素（Ｃｌ）、フッ素（Ｆ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）等のハロゲン元素が含まれる。ハロシラン系ガスとしては、例えば、ＳｉおよびＣｌを含む原料ガス、すなわち、クロロシラン系ガスを用いることができる。クロロシラン系ガスは、Ｓｉソースとして作用する。クロロシラン系ガスとしては、例えば、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ２Ｃｌ６、略称：ＨＣＤＳ）ガスを用いることができる。
ガス供給管２３２ｂからは、原料とは化学構造（分子構造）が異なる反応体（リアクタント）として、例えば、窒素（Ｎ）含有ガスとしての窒化ガスである窒化水素系ガスが、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂ、ノズル２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給される。窒化水素系ガスは、Ｎソースとして作用する。窒化水素系ガスとしては、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２３２ｃ〜２３２ｅからは、不活性ガスとして、例えば、窒素（Ｎ２）ガスが、それぞれＭＦＣ２４１ｃ〜２４１ｅ、バルブ２４３ｃ〜２４３ｅ、ガス供給管２３２ｃ〜２３２ａ、ノズル２４９ｃ〜２４９ａを介して処理室２０１内へ供給される。Ｎ２ガスは、パージガス、キャリアガス、希釈ガス等として作用し、さらに、ウエハ２００上に形成される膜の面内膜厚分布を制御する膜厚分布制御ガスとして作用する。
主に、ガス供給管２３２ａ、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａにより、原料供給系が構成される。主に、ガス供給管２３２ｂ、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂにより、反応体供給系が構成される。主に、ガス供給管２３２ｃ〜２３２ｅ、ＭＦＣ２４１ｃ〜２４１ｅ、バルブ２４３ｃ〜２４３ｅにより、不活性ガス供給系が構成される。
上述の各種供給系のうち、いずれか、或いは、全ての供給系は、バルブ２４３ａ〜２４３ｅやＭＦＣ２４１ａ〜２４１ｅ等が集積されてなる集積型供給システム２４８として構成されていてもよい。集積型供給システム２４８は、ガス供給管２３２ａ〜２３２ｅのそれぞれに対して接続され、ガス供給管２３２ａ〜２３２ｅ内への各種ガスの供給動作、すなわち、バルブ２４３ａ〜２４３ｅの開閉動作やＭＦＣ２４１ａ〜２４１ｅによる流量調整動作等が、後述するコントローラ１２１によって制御されるように構成されている。集積型供給システム２４８は、一体型、或いは、分割型の集積ユニットとして構成されており、ガス供給管２３２ａ〜２３２ｅ等に対して集積ユニット単位で着脱を行うことができ、集積型供給システム２４８のメンテナンス、交換、増設等を、集積ユニット単位で行うことが可能なように構成されている。
反応管２０３の側壁下方には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気口２３１ａが設けられている。図２に示すように、排気口２３１ａは、平面視において、ウエハ２００を挟んでノズル２４９ａ〜２４９ｃ（ガス供給孔２５０ａ〜２５０ｃ）と対向（対面）する位置に設けられている。排気口２３１ａは、反応管２０３の側壁の下部より上部に沿って、すなわち、ウエハ配列領域に沿って設けられていてもよい。排気口２３１ａには排気管２３１が接続されている。排気管２３１には、処理室２０１内の圧力を検出する圧力検出器（圧力検出部）としての圧力センサ２４５および圧力調整器（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４４を介して、真空排気装置としての真空ポンプ２４６が接続されている。ＡＰＣバルブ２４４は、真空ポンプ２４６を作動させた状態で弁を開閉することで、処理室２０１内の真空排気および真空排気停止を行うことができ、更に、真空ポンプ２４６を作動させた状態で、圧力センサ２４５により検出された圧力情報に基づいて弁開度を調節することで、処理室２０１内の圧力を調整することができるように構成されている。主に、排気管２３１、ＡＰＣバルブ２４４、圧力センサ２４５により、排気系が構成される。真空ポンプ２４６を排気系に含めて考えてもよい。
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、例えばＳＵＳ等の金属材料により構成され、円盤状に形成されている。シールキャップ２１９の上面には、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２２０ｂが設けられている。シールキャップ２１９の下方には、後述するボート２１７を回転させる回転機構２６７が設置されている。回転機構２６７の回転軸２５５は、シールキャップ２１９を貫通してボート２１７に接続されている。回転機構２６７は、ボート２１７を回転させることでウエハ２００を回転させるように構成されている。シールキャップ２１９は、反応管２０３の外部に設置された昇降機構としてのボートエレベータ１１５によって垂直方向に昇降されるように構成されている。ボートエレベータ１１５は、シールキャップ２１９を昇降させることで、ウエハ２００を処理室２０１内外に搬入および搬出（搬送）する搬送装置（搬送機構）として構成されている。マニホールド２０９の下方には、シールキャップ２１９を降下させボート２１７を処理室２０１内から搬出した状態で、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２１９ｓが設けられている。シャッタ２１９ｓは、例えばＳＵＳ等の金属材料により構成され、円盤状に形成されている。シャッタ２１９ｓ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２２０ｃが設けられている。シャッタ２１９ｓの開閉動作（昇降動作や回動動作等）は、シャッタ開閉機構１１５ｓにより制御される。
基板支持具としてのボート２１７は、複数枚、例えば２５〜２００枚のウエハ２００を、水平姿勢で、かつ、互いに中心を揃えた状態で垂直方向に整列させて多段に支持するように、すなわち、間隔を空けて配列させるように構成されている。ボート２１７は、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料により構成される。ボート２１７の下部には、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料により構成される断熱板２１８が多段に支持されている。
反応管２０３内には、温度検出器としての温度センサ２６３が設置されている。温度センサ２６３により検出された温度情報に基づきヒータ２０７への通電具合を調整することで、処理室２０１内の温度が所望の温度分布となる。温度センサ２６３は、反応管２０３の内壁に沿って設けられている。
図３に示すように、制御部（制御手段）であるコントローラ１２１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１２１ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１２１ｂ、記憶装置１２１ｃ、Ｉ／Ｏポート１２１ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ１２１ｂ、記憶装置１２１ｃ、Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、内部バス１２１ｅを介して、ＣＰＵ１２１ａとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ１２１には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置１２２が接続されている。
記憶装置１２１ｃは、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等で構成されている。記憶装置１２１ｃ内には、基板処理装置の動作を制御する制御プログラムや、後述する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、後述する基板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、プロセスレシピや制御プログラム等を総称して、単に、プログラムともいう。また、プロセスレシピを、単に、レシピともいう。本明細書においてプログラムという言葉を用いた場合は、レシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、それらの両方を含む場合がある。ＲＡＭ１２１ｂは、ＣＰＵ１２１ａによって読み出されたプログラムやデータ等が一時的に保持されるメモリ領域（ワークエリア）として構成されている。
Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、上述のＭＦＣ２４１ａ〜２４１ｅ、バルブ２４３ａ〜２４３ｅ、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４４、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１１５ｓ等に接続されている。
ＣＰＵ１２１ａは、記憶装置１２１ｃから制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置１２２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置１２１ｃからレシピを読み出すように構成されている。ＣＰＵ１２１ａは、読み出したレシピの内容に沿うように、ＭＦＣ２４１ａ〜２４１ｅによる各種ガスの流量調整動作、バルブ２４３ａ〜２４３ｅの開閉動作、ＡＰＣバルブ２４４の開閉動作および圧力センサ２４５に基づくＡＰＣバルブ２４４による圧力調整動作、真空ポンプ２４６の起動および停止、温度センサ２６３に基づくヒータ２０７の温度調整動作、回転機構２６７によるボート２１７の回転および回転速度調節動作、ボートエレベータ１１５によるボート２１７の昇降動作、シャッタ開閉機構１１５ｓによるシャッタ２１９ｓの開閉動作等を制御するように構成されている。
コントローラ１２１は、外部記憶装置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。外部記憶装置１２３は、例えば、ＨＤＤ等の磁気ディスク、ＣＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリ等の半導体メモリ等を含む。記憶装置１２１ｃや外部記憶装置１２３は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成されている。以下、これらを総称して、単に、記録媒体ともいう。本明細書において記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶装置１２１ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置１２３単体のみを含む場合、または、それらの両方を含む場合がある。なお、コンピュータへのプログラムの提供は、外部記憶装置１２３を用いず、インターネットや専用回線等の通信手段を用いて行ってもよい。
（２）基板処理工程
上述の基板処理装置を用い、半導体装置の製造工程の一工程として、基板としてのウエハ２００上に膜を形成する基板処理シーケンス例、すなわち、成膜シーケンス例について、図４を用いて説明する。以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ１２１により制御される。
図４に示す成膜シーケンスでは、
ウエハ２００に対して原料としてＨＣＤＳガスを供給するステップＡ（図中Ａで示す）と、
ウエハ２００に対して反応体としてＮＨ３ガスを供給するステップＢ（図中Ｂで示す）と、
を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、ウエハ２００上に、膜として、ＳｉおよびＮを含む膜であるシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）を形成する。
図４に示す成膜シーケンスでは、ステップＡにおいて、
ウエハ２００に対して、第１供給部としてのノズル２４９ａから第１流量で不活性ガスとしてＮ２ガスを供給しつつＨＣＤＳガスを供給すると共に、ノズル２４９ａに隣接して設けられた第２供給部としてのノズル２４９ｂ，２４９ｃから第２流量でＮ２ガスを供給するステップＡ１（図中Ａ１で示す）と、
ウエハ２００に対して、ノズル２４９ａから第１流量および第２流量のそれぞれよりも小さい第３流量でＮ２ガスを供給しつつＨＣＤＳガスを供給するか、ノズル２４９ａからのＮ２ガスの供給を停止しつつノズル２４９ａからＨＣＤＳガスを供給すると共に、ノズル２４９ｂ，２４９ｃから第４流量でＮ２ガスを供給するステップＡ２（図中Ａ２で示す）と、
をこの順に行うことで、ウエハ２００上に形成されるＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚分布（以下、単に面内膜厚分布ともいう）を制御する。
ここでは一例として、ウエハ２００として、表面に凹凸構造が作り込まれていない表面積の小さいベアウエハを用い、上述の成膜シーケンスおよび流量制御により、ＳｉＮ膜の面内膜厚分布を、ウエハ２００の中央部で最も厚く、外周部（周縁部）に近づくにつれて徐々に薄くなる分布（以下、中央凸分布とも称する）とする場合について説明する。ベアウエハ上に中央凸分布を有する膜を形成することができれば、表面に微細な凹凸構造が作り込まれた表面積の大きいパターンウエハ（プロダクトウエハ）上に、その中央部から外周部にわたって膜厚変化の少ない平坦な膜厚分布（以下、フラット分布とも称する）を有する膜を形成することが可能となる。
また、ここでは一例として、ステップＡ１における第１流量を第２流量よりも大きい流量とし、ステップＡ２においてノズル２４９ａからのＮ２ガスの供給を停止する（第３流量をゼロとする）と共に、第４流量を第２流量と等しい流量とする場合について説明する。
本明細書では、図４に示す成膜シーケンスを、便宜上、以下のように示すこともある。以下の変形例等の説明においても、同様の表記を用いる。
（ＨＣＤＳ→ＮＨ３）×ｎ ⇒ ＳｉＮ
本明細書において「ウエハ」という言葉を用いた場合は、ウエハそのものを意味する場合や、ウエハとその表面に形成された所定の層や膜との積層体を意味する場合がある。本明細書において「ウエハの表面」という言葉を用いた場合は、ウエハそのものの表面を意味する場合や、ウエハ上に形成された所定の層等の表面を意味する場合がある。本明細書において「ウエハ上に所定の層を形成する」と記載した場合は、ウエハそのものの表面上に所定の層を直接形成することを意味する場合や、ウエハ上に形成されている層等の上に所定の層を形成することを意味する場合がある。本明細書において「基板」という言葉を用いた場合も、「ウエハ」という言葉を用いた場合と同義である。
（ウエハチャージおよびボートロード）
複数枚のウエハ２００がボート２１７に装填（ウエハチャージ）されると、シャッタ開閉機構１１５ｓによりシャッタ２１９ｓ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を支持したボート２１７は、ボートエレベータ１１５によって持ち上げられて処理室２０１内へ搬入（ボートロード）される。この状態で、シールキャップ２１９は、Ｏリング２２０ｂ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。
（圧力調整および温度調整）
処理室２０１内、すなわち、ウエハ２００が存在する空間が所望の圧力（真空度）となるように、真空ポンプ２４６によって真空排気（減圧排気）される。この際、処理室２０１内の圧力は圧力センサ２４５で測定され、この測定された圧力情報に基づきＡＰＣバルブ２４４がフィードバック制御される。また、処理室２０１内のウエハ２００が所望の成膜温度となるように、ヒータ２０７によって加熱される。この際、処理室２０１内が所望の温度分布となるように、温度センサ２６３が検出した温度情報に基づきヒータ２０７への通電具合がフィードバック制御される。また、回転機構２６７によるウエハ２００の回転を開始する。処理室２０１内の排気、ウエハ２００の加熱および回転は、いずれも、少なくともウエハ２００に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。
（成膜ステップ）
その後、次のステップＡ，Ｂを順次実行する。
［ステップＡ］
このステップでは、処理室２０１内のウエハ２００に対してＨＣＤＳガスを供給する。具体的には、バルブ２４３ａを開き、ガス供給管２３２ａ内へＨＣＤＳガスを流す。ＨＣＤＳガスは、ＭＦＣ２４１ａにより流量調整され、ノズル２４９ａを介して処理室２０１内へ供給され、排気口２３１ａより排気される。このとき、ウエハ２００に対してＨＣＤＳガスが供給される。ステップＡにおいては、ノズル２４９ａ〜２４９ｃを介して処理室２０１内へＮ２ガスを供給するステップＡ１，Ａ２を行うが、その詳細については後述する。
ステップＡにおける処理条件としては、後述するステップＡ１，Ａ２におけるＮ２ガスの供給条件を除き、
ＨＣＤＳガス供給流量：０．００１〜２ｓｌｍ、好ましくは０．０１〜１ｓｌｍ
ＨＣＤＳガス供給時間：１〜１２０秒、好ましくは１〜６０秒
処理温度：２５０〜８００℃、好ましくは４００〜７００℃
処理圧力：１〜２６６６Ｐａ、好ましくは６７〜１３３３Ｐａ
が例示される。
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の最表面上に、第１層として、Ｃｌを含むＳｉ含有層が形成される。Ｃｌを含むＳｉ含有層は、ウエハ２００の最表面に、ＨＣＤＳが物理吸着したり、ＨＣＤＳの一部が分解した物質（以下、ＳｉｘＣｌｙ）が化学吸着したり、ＨＣＤＳが熱分解することでＳｉが堆積したりすること等により形成される。Ｃｌを含むＳｉ含有層は、ＨＣＤＳやＳｉｘＣｌｙの吸着層（物理吸着層や化学吸着層）であってもよく、Ｃｌを含むＳｉ層であってもよい。本明細書では、Ｃｌを含むＳｉ含有層を、単に、Ｓｉ含有層とも称する。
なお、ＨＣＤＳガスを供給する前のウエハ２００の最表面上には、Ｓｉの吸着サイトが豊富に存在することから、図５に示すように、ＨＣＤＳガスの供給初期には比較的大きい形成レートで第１層が形成され、この比較的大きい形成レートが所定期間（期間Ｔ１）にわたって維持されることとなる。その後、ＨＣＤＳガスの供給を継続することで第１層の形成は更に進行するが、ウエハ２００の最表面上に存在する吸着サイトの量が減少すると、第１層の形成レートが大きく低下するタイミング（変曲点）を迎える。変曲点を迎えた後、ウエハ２００の最表面上へのＳｉの吸着が完全に飽和するまでの期間（期間Ｔ２）は、形成レートが大きく低下した状態が維持されることとなる。以下、期間Ｔ１における第１層の形成レートのことを、第１レートとも称する。また、期間Ｔ２における第１層の形成レートのことを、第２レートとも称する。第２レートは、第１レートよりも小さいレートとなる（第１レート＞第２レート）。
発明者等の鋭意研究によれば、ウエハ２００に対するＨＣＤＳガスの供給を開始し上述の変曲点を迎えた後、ウエハ２００の最表面上へのＳｉの吸着を完全に飽和させるには、ウエハ２００に対するＨＣＤＳガスの供給を長時間継続する必要があることが分かっている。この１つの要因として、ウエハ２００の表面に形成されていた立体障害が成膜処理の進行中に解消され、隠れていた吸着サイトにＳｉが吸着する場合があることが考えられる。また、他の要因として、ウエハ２００の表面に存在する吸着サイトに付着し、この吸着サイトへのＳｉの吸着を阻害するように作用していた不純物が、成膜処理の進行中に脱離し、隠れていた吸着サイトにＳｉが吸着する場合があることも考えられる。これらの理由から、ウエハ２００上へのＳｉの吸着を完全に飽和させるには、ウエハ２００に対するＨＣＤＳガスの供給を長時間継続する必要があり、期間Ｔ２は、期間Ｔ１よりも長い期間となる（Ｔ１＜Ｔ２）。
本明細書では、上述の期間Ｔ１、すなわち、第１層の形成レートが第１レートであり、ＨＣＤＳガスに含まれるＳｉの下地への吸着が不飽和である状態のことを擬似不飽和状態と称し、ＨＣＤＳガスに含まれるＳｉの下地への吸着が擬似不飽和状態である期間のことを、擬似不飽和期間とも称する。また、上述の期間Ｔ２、すなわち、第１層の形成レートが第２レートであり、ＨＣＤＳガスに含まれるＳｉの下地への吸着が不飽和ではあるが飽和に近い状態のことを擬似飽和状態と称し、ＨＣＤＳガスに含まれるＳｉの下地への吸着が擬似飽和状態である期間のことを、擬似飽和期間とも称する。
なお、期間Ｔ１において、ノズル２４９ａから供給されたＨＣＤＳガスは、ウエハ２００の外周部で活発に消費され、ウエハ２００の中央部へは届きにくい傾向がある。そのため、ウエハ２００に対するＨＣＤＳガスの供給を開始した後、例えば変曲点を迎える前の時点でウエハ２００に対するＨＣＤＳガスの供給を停止した場合、ウエハ２００の面内における第１層の厚さの分布（以下、第１層の面内厚さ分布とも称する）は、ウエハ２００の中央部で最も薄く、外周部に近づくにつれて徐々に厚くなる分布（以下、中央凹分布とも称する）となる。
一方、ウエハ２００に対するＨＣＤＳガスの供給を開始した後、例えば変曲点を迎えた後もウエハ２００に対するＨＣＤＳガスの供給を長時間継続することで、ウエハ２００の外周部でのＨＣＤＳガスの消費はいずれ収束することになり、それに伴い、ウエハ２００の中央部へ届くＨＣＤＳガスの量を徐々に増加させることが可能になると考えられる。そのため、第１層の面内厚さ分布を中央凹分布からフラット分布へと近づける１つの手法として、ウエハ２００に対するＨＣＤＳガスの供給を、変曲点を迎えた後も停止することなく長時間継続することが考えられる。
しかしながら、この手法では、ガスコストの増加を招いたり、ステップＡの所要期間、すなわち、１サイクルあたりの処理時間、つまり、トータルでの処理時間が増加して成膜処理の生産性低下を招いたりする場合がある。また、この手法では、第１層の面内厚さ分布を中央凹分布からフラット分布へ近づけることがたとえ理論的には可能であるとしても、それを中央凸分布とすることは困難である。
また、期間Ｔ１やＴ２においてウエハ２００に対してＨＣＤＳガスを供給する際、同時に、ノズル２４９ｂ，２４９ｃのそれぞれからＮ２ガスを大流量で供給することで、反応管２０３の内壁とウエハ２００との間の平面視において円環状の空間（以下、単に「円環状の空間」とも称する）の圧力を、ノズル２４９ｂ，２４９ｃのそれぞれからＮ２ガスを大流量で供給しない場合よりも大きくすることが可能となる。この場合、円環状の空間へのＨＣＤＳガスの流出を抑制することができ、ウエハ２００の中央部へのＨＣＤＳガスの供給量を増加させることができると考えられる。また、この場合、円環状の空間におけるＨＣＤＳガスの分圧（濃度）を低下させ、ウエハ２００の外周部へのＨＣＤＳガスの供給量を減少させることができるとも考えられる。そのため、第１層の面内厚さ分布を、中央凹分布からフラット分布へ近づけたり、さらには、中央凸分布へ近づけたりする１つの手法として、期間Ｔ１やＴ２においてノズル２４９ｂ，２４９ｃのそれぞれからＮ２ガスを大流量で、例えば、ＨＣＤＳガスの流量よりも大きい流量で流すことが考えられる。
しかしながら、この手法では、ＨＣＤＳガスの過剰な希釈化により第１層の形成レートが低下し、成膜処理の生産性低下を招く場合がある。
また、発明者等の鋭意研究によれば、ウエハ２００に対するＨＣＤＳガスの供給を開始した後、変曲点を迎える前、すなわち、期間Ｔ１におけるノズル２４９ｂ，２４９ｃからのＮ２ガスの供給をたとえ上述のように制御しても、期間Ｔ１において、ＨＣＤＳガスがウエハ２００の外周部で活発に消費され、ウエハ２００の中央部へは届きにくいという傾向を変えることは、困難な場合があることが分かっている。例えば、原料ガスの種類等によっては、期間Ｔ１におけるノズル２４９ｂ，２４９ｃからのＮ２ガスの供給を上述のように制御しても、期間Ｔ１で形成される第１層の面内厚さ分布が中央凹分布となる傾向に変化はなく、この分布をフラット分布としたり、中央凸分布としたりすることは、困難な場合があることが分かっている。このように、この手法だけでは、第１層の厚さ分布を充分に制御できない場合がある。
また、発明者等の鋭意研究によれば、ウエハ２００に対するＨＣＤＳガスの供給を開始し変曲点を迎えた後、すなわち、期間Ｔ２におけるノズル２４９ｂ，２４９ｃからのＮ２ガスの供給をたとえ上述のように制御しても、期間Ｔ１で形成された第１層の面内厚さ分布を変化させることは困難な場合があることが分かっている。例えば、原料ガスの種類等によっては、期間Ｔ２におけるノズル２４９ｂ，２４９ｃからのＮ２ガスの供給を上述のように制御しても、期間Ｔ１で形成された第１層の面内厚さ分布の傾向を期間Ｔ２において変化させることは難しく、この分布をフラット分布へ近づけたり、さらには、中央凸分布へ近づけたりすることは、困難な場合があることも分かっている。
そこで本実施形態では、上述の各種課題を回避するため、ステップＡにおいて、ウエハ２００に対するＨＣＤＳガスの供給を開始してから、ウエハ２００に対するＨＣＤＳガスの供給を停止する迄の期間に、ステップＡ１，Ａ２をこの順に行うようにしている。具体的には、ステップＡ１を、上述の期間Ｔ１、すなわち、第１層の形成レートが第１レートから第１レートよりも小さい第２レートへ変化するまで（変曲点を迎えるまで）の期間を含む期間に行うようにしている。また、ステップＡ２を、上述の期間Ｔ２、すなわち、第１層の形成レートが第１レートから第２レートへ変化した後（変曲点を迎えた後）の期間に行うようにしている。ウエハ２００上に形成するＳｉＮ膜の面内膜厚分布の制御性を高めるには、期間Ｔ１において、ステップＡ２を不実施とすることが有効である。上述したように、期間Ｔ１は期間Ｔ２よりも短いことから、ステップＡ１の実施時間はステップＡ２の実施時間よりも短くなる。
以下、ステップＡ１，Ａ２の詳細について順に説明する。
ステップＡ１では、バルブ２４３ｅ，２４３ａを開き、ウエハ２００に対して、ノズル２４９ａから第１流量でＮ２ガスを供給しつつＨＣＤＳガスを供給すると共に、バルブ２４３ｄ，２４３ｃを開き、ノズル２４９ａに隣接して設けられたノズル２４９ｂ，２４９ｃから第２流量でＮ２ガスを供給する。ここでいう第２流量とは、ノズル２４９ｂ，２４９ｃのそれぞれから供給するＮ２ガスの流量の合計流量のことをいう。ノズル２４９ｂ，２４９ｃのそれぞれから供給するＮ２ガスの流量は、互いに略均等な流量とすることができる。
ステップＡ１では、ノズル２４９ａからのＮ２ガスの供給を上述のように制御することで、ノズル２４９ａから供給されるＮ２ガスをキャリアガスとして作用させ、ノズル２４９ａから供給されるＨＣＤＳガスを、ウエハ２００の外周部から中央部へ向けて押し出すことが可能となる。この作用により、ステップＡ１でのＨＣＤＳガスのウエハ２００の中央部への到達量を、後述するステップＡ２でのＨＣＤＳガスのウエハ２００への中央部への到達量よりも多くすることが可能となる。これにより、ステップＡ１でのウエハ２００の中央部におけるＨＣＤＳガスの濃度を、ステップＡ２でのウエハ２００の中央部におけるＨＣＤＳガスの濃度よりも高くすることが可能となる。また、上述の作用により、ステップＡ１では、ＨＣＤＳガスのウエハ２００の中央部への到達量を、ＨＣＤＳガスのウエハ２００の外周部への到達量よりも多くすることが可能となる。これにより、ステップＡ１では、ウエハ２００の中央部におけるＨＣＤＳガスの濃度を、ウエハ２００の外周部におけるＨＣＤＳガスの濃度よりも高くすることが可能となる。これらの結果、ステップＡ１では、ウエハ２００の中央部における第１層の形成レートを、ウエハ２００の外周部における第１層の形成レートよりも、大きくすることができる。そして、期間Ｔ１においてウエハ２００上に形成される第１層の面内厚さ分布を、中央凹分布ではなく、フラット分布としたり、さらには中央凸分布としたりすることが可能となる。
また、ステップＡ１では、ノズル２４９ｂ，２４９ｃからのＮ２ガスの供給を上述のように制御することで、上述の円環状の空間の圧力を、上述のような制御を行わない場合よりも大きくすることができ、円環状の空間へのＨＣＤＳガスの流出を抑制し、ウエハ２００の中央部へのＨＣＤＳガスの供給量を増加させることが可能となる。また、ノズル２４９ｂ，２４９ｃからのＮ２ガスの供給を上述のように制御することで、ノズル２４９ｂ，２４９ｃから排気口２３１ａに向けて供給されるＮ２ガスの流れを、ノズル２４９ａから供給されるＨＣＤＳガス等をウエハ２００の中央部に向けて導くガイドとして作用させることが可能となる。この作用によっても、ウエハ２００の中央部へのＨＣＤＳガスの供給量を増加させることが可能となる。また、円環状の空間におけるＨＣＤＳガスの分圧を低下させ、ウエハ２００の外周部へのＨＣＤＳガスの供給量を減少させることも可能となる。これらの結果、ステップＡ１では、ウエハ２００の中央部における第１層の形成レートを、ノズル２４９ｂ，２４９ｃからのＮ２ガスの供給を不実施とする場合におけるウエハ２００の中央部における第１層の形成レートよりも、大きくすることができる。そして、ノズル２４９ａから供給されるＮ２ガスにより得られる上述の作用、すなわち、ウエハ２００上に形成される第１層の面内厚さ分布を、フラット分布としたり、さらには中央凸分布としたりする効果が、より確実に得られるようになる。
なお、ステップＡ１においては、第１流量および第２流量のうち少なくともいずれか、好ましくは、これらの両方を、ステップＡ１におけるＨＣＤＳガスの供給流量よりも大きくするのが望ましい。これにより、ウエハ２００上に形成される第１層の面内厚さ分布を、フラット分布としたり、さらには中央凸分布としたりする上述の効果が、より確実に得られるようになる。また、ステップＡ１においては、ノズル２４９ｂ，２４９ｃのそれぞれから供給するそれぞれのＮ２ガスの流量のうち少なくともいずれか、好ましくは、これらの両方を、ステップＡ１におけるＨＣＤＳガスの供給流量よりも大きくするのが望ましい。これにより、ウエハ２００上に形成される第１層の面内厚さ分布を、フラット分布としたり、さらには中央凸分布としたりする上述の効果が、より確実に得られるようになる。
また、ステップＡ１では、図４に示すように、ノズル２４９ａからのＮ２ガスの供給を、ＨＣＤＳガスの供給よりも先行して開始するのが好ましい。すなわち、ノズル２４９ａからウエハ２００の中央部へ向かうＮ２ガスの流れを予め生成してから、ウエハ２００に対するＨＣＤＳガスの供給を開始することが好ましい。これにより、ノズル２４９ａから供給されるＮ２ガスをキャリアガスとして作用させる上述の効果を、ＨＣＤＳガスの供給開始直後から確実に得ることができるようになる。また、ＨＣＤＳガスの供給開始時にＨＣＤＳガスの濃度がウエハ２００の面内において過渡的にばらついてしまうことを抑制することが可能となる。結果として、期間Ｔ１においてウエハ２００上に形成される第１層の面内厚さ分布を、安定的に、再現性よく制御できるようになる。
ステップＡ１における処理条件としては、
第１流量（ノズル２４９ａ）：３〜２０ｓｌｍ、好ましくは、５〜１０ｓｌｍ
第２流量（ノズル２４９ｂ，２４９ｃ合計）：３〜２０ｓｌｍ、好ましくは、５〜１０ｓｌｍ
ステップＡ１の実施時間：ステップＡにおけるＨＣＤＳガス供給時間の１／１０〜１／４
が例示される。他の処理条件は、上述のステップＡにおける処理条件と同様である。
ステップＡ２では、ＭＦＣ２４１ｅを調整し、ウエハ２００に対して、ノズル２４９ａから第１流量および第２流量のそれぞれよりも小さい第３流量でＮ２ガスを供給しつつＨＣＤＳガスを供給するか、バルブ２４３ｅを閉じ、ノズル２４９ａからのＮ２ガスの供給を停止しつつノズル２４９ａからＨＣＤＳガスを供給すると共に、ＭＦＣ２４１ｄ，２４１ｃを調整し、ノズル２４９ｂ，２４９ｃから第４流量でＮ２ガスを供給する。ここでいう第３流量とは、第２流量と同様に、ノズル２４９ｂ，２４９ｃのそれぞれから供給するＮ２ガスの流量の合計流量のことをいう。ノズル２４９ｂ，２４９ｃのそれぞれから供給するＮ２ガスの流量は、互いに略均等な流量とすることができる。なお、上述したように、図４は、一例として、ステップＡ２においてノズル２４９ａからのＮ２ガスの供給を停止し（第３流量をゼロとし）、また、第４流量を第２流量と等しい流量（第４流量＝第２流量）とする場合を示している。
ステップＡ２において、ノズル２４９ａからのＮ２ガスの供給を上述のように制御することで、ノズル２４９ａからウエハ２００に対して供給されるＨＣＤＳガスの過剰な希釈化を抑制することが可能となる。その結果、第１層の形成レートの低下が抑制され、成膜処理の生産性低下を回避することが可能となる。なお、ステップＡ２においてノズル２４９ａからのＮ２ガスの供給を行う場合（第３流量をゼロとしない場合）、ノズル２４９ａから供給されるＮ２ガスをキャリアガスとして作用させることによるステップＡ１で述べた効果が、ステップＡ２でも同様に得られるようになる。ただし、この場合においても、第３流量を、ステップＡ２におけるＨＣＤＳガスの供給流量よりも小さい流量とすることが好ましい。これにより、第１層の形成レートの低下を抑制する上述の効果が、確実に得られるようになる。また、ステップＡ２において、ノズル２４９ａからのＮ２ガスの供給を不実施とする場合（第３流量をゼロとする場合）、第１層の形成レートの低下を抑制する上述の効果が、より確実に得られるようになる。
また、ステップＡ２では、ノズル２４９ｂ，２４９ｃからのＮ２ガスの供給を上述のように制御することで、ステップＡ１で述べた理由と同様の理由から、ウエハ２００の中央部へのＨＣＤＳガスの供給量を増加させ、ウエハ２００の外周部へのＨＣＤＳガスの供給量を減少させることが可能となる。また、ノズル２４９ｂ，２４９ｃから排気口２３１ａに向けて供給されるＮ２ガスの流れを、ノズル２４９ａから供給されるＨＣＤＳガスをウエハ２００の中央部に向けて導くガイドとして作用させること等によるステップＡ１で述べた効果が、ステップＡ２でも同様に得られるようになる。なお、ステップＡ２において、第４流量を、ステップＡ２におけるＨＣＤＳガスの供給流量よりも大きくする場合、ノズル２４９ｂ，２４９ｃから供給されるＮ２ガスをＨＣＤＳガスのガイドとして作用させること等によるステップＡ１で述べた効果が、より確実に得られるようになる。
ステップＡ２における処理条件としては、
第３流量（ノズル２４９ａ）：０〜０．８ｓｌｍ、好ましくは、０〜０．２ｓｌｍ
第４流量（ノズル２４９ｂ，２４９ｃ合計）：３〜２０ｓｌｍ、好ましくは、５〜１０ｓｌｍ
ステップＡ２の実施時間：ステップＡにおけるＨＣＤＳガス供給時間の３／４〜９／１０
が例示される。他の処理条件は、上述のステップＡにおける処理条件と同様である。
ウエハ２００上に第１層を形成した後、バルブ２４３ａを閉じ、処理室２０１内へのＨＣＤＳガスの供給を停止する。そして、処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１内に残留するガス等を処理室２０１内から排除する。このとき、バルブ２４３ｃ〜２４３ｅを開いた状態とし、ノズル２４９ｃ〜２４９ａを介して処理室２０１内へＮ２ガスを供給する。ノズル２４９ｃ〜２４９ａから供給されるＮ２ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室２０１内がパージされる（パージステップ）。パージステップにおいて、ノズル２４９ｃ〜２４９ａのそれぞれから供給するＮ２ガスの流量は、それぞれ例えば０．１〜２ｓｌｍの範囲内の流量とする。他の処理条件は、上述のステップＡにおける処理条件と同様である。
原料としては、ＨＣＤＳガスの他、モノクロロシラン（ＳｉＨ３Ｃｌ、略称：ＭＣＳ）ガス、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２、略称：ＤＣＳ）ガス、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３、略称：ＴＣＳ）ガス、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４、略称：ＳＴＣ）ガス、オクタクロロトリシラン（Ｓｉ３Ｃｌ８、略称：ＯＣＴＳ）ガス等のクロロシラン原料ガスを用いることができる。
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ることができる。この点は、後述するステップＢにおいても同様である。
［ステップＢ］
ステップＡが終了した後、処理室２０１内のウエハ２００、すなわち、ウエハ２００上に形成された第１層に対してＮＨ３ガスを供給する。具体的には、バルブ２４３ｂを開き、ガス供給管２４３ｂ内へＮＨ３ガスを流す。ＮＨ３ガスは、ＭＦＣ２４１ｂにより流量調整され、ノズル２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給され、排気口２３１ａより排気される。このとき、ウエハ２００に対してＮＨ３ガスが供給される。なお、このとき、バルブ２４３ｃ〜２４３ｅのうち少なくともいずれかを開き、ノズル２４９ｃ〜２４９ａのうち少なくともいずれかを介して処理室２０１内へＮ２ガスを流すようにしてもよい。図４は、ノズル２４９ｂからのＮ２ガスの供給を不実施とし、ノズル２４９ａ，２４９ｃからのＮ２ガスの供給を実施する場合を示している。
本ステップにおける処理条件としては、
ＮＨ３ガス供給流量：１〜１０ｓｌｍ
ＮＨ３ガス供給時間：１〜１２０秒、好ましくは１〜６０秒
Ｎ２ガス供給流量（ガス供給管毎）：０〜２ｓｌｍ
処理圧力：１〜４０００Ｐａ、好ましくは１〜３０００Ｐａ
が例示される。他の処理条件は、ステップＡにおける処理条件と同様な処理条件とする。
上述の条件下でウエハ２００に対してＮＨ３ガスを供給することにより、ウエハ２００上に形成された第１層の少なくとも一部が窒化（改質）される。第１層が改質されることで、ウエハ２００上に、ＳｉおよびＮを含む第２層、すなわち、ＳｉＮ層が形成される。第２層を形成する際、第１層に含まれていたＣｌ等の不純物は、ＮＨ３ガスによる第１層の改質反応の過程において、少なくともＣｌを含むガス状物質を構成し、処理室２０１内から排出される。これにより、第２層は、第１層に比べてＣｌ等の不純物が少ない層となる。
第２層が形成された後、バルブ２４３ｂを閉じ、処理室２０１内へのＮＨ３ガスの供給を停止する。そして、ステップＡのパージステップと同様の処理手順、処理条件により、処理室２０１内に残留するガス等を処理室２０１内から排除する。
反応体としては、ＮＨ３ガスの他、例えば、ジアゼン（Ｎ２Ｈ２）ガス、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）ガス、Ｎ３Ｈ８ガス等の窒化水素系ガスを用いることができる。
［所定回数実施］
上述したステップＡ，Ｂを非同時に、すなわち、同期させることなく行うサイクルを所定回数（ｎ回、ｎは１以上の整数）行うことにより、ウエハ２００上に、所定組成および所定膜厚のＳｉＮ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、上述のサイクルを１回行う際に形成される第２層の厚さを所望の膜厚よりも薄くし、第２層を積層することで形成されるＳｉＮ膜の膜厚が所望の膜厚になるまで、上述のサイクルを複数回繰り返すのが好ましい。
（アフターパージおよび大気圧復帰）
成膜ステップが終了した後、ノズル２４９ａ〜２４９ｃのそれぞれからパージガスとしてのＮ２ガスを処理室２０１内へ供給し、排気口２３１ａから排気する。これにより、処理室２０１内がパージされ、処理室２０１内に残留するガスや反応副生成物が処理室２０１内から除去される（アフターパージ）。その後、処理室２０１内の雰囲気が不活性ガスに置換され（不活性ガス置換）、処理室２０１内の圧力が常圧に復帰される（大気圧復帰）。
（ボートアンロードおよびウエハディスチャージ）
ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９が下降され、マニホールド２０９の下端が開口される。そして、処理済のウエハ２００が、ボート２１７に支持された状態でマニホールド２０９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。ボートアンロードの後は、シャッタ２１９ｓが移動させられ、マニホールド２０９の下端開口がＯリング２２０ｃを介してシャッタ２１９ｓによりシールされる（シャッタクローズ）。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（ウエハディスチャージ）。
（３）本実施形態による効果
本実施形態によれば、以下に示す１つ又は複数の効果が得られる。
（ａ）ウエハ２００に対してＨＣＤＳガスを供給して第１層を形成するステップＡにおいて、上述のステップＡ１，Ａ２を行うことにより、第１層の面内厚さ分布を制御することが可能となる。結果として、ウエハ２００上に形成されるＳｉＮ膜の面内膜厚分布の制御性を高めることが可能となる。例えば、ベアウエハとして構成されたウエハ２００上に形成されるＳｉＮ膜の面内膜厚分布を、中央凸分布とすることが可能となる。これにより、ウエハ２００としてパターンウエハを用いる場合に、このウエハ２００上に、フラット分布を有するＳｉＮ膜を形成することが可能となる。
なお、ウエハ２００上に形成される膜の面内膜厚分布はウエハ２００の表面積に依存するが、これは、いわゆるローディング効果によるものと考えられる。成膜対象のウエハ２００の表面積が大きくなるほど、ＨＣＤＳガス等の原料がウエハ２００の外周部で多量に消費され、その中央部へ届きにくくなる。その結果、ウエハ２００上に形成される膜の面内膜厚分布が、中央凹分布となる傾向がある。本実施形態によれば、ウエハ２００として表面積の大きいパターンウエハを用いる場合であっても、ウエハ２００上に形成される膜の面内膜厚分布を中央凹分布からフラット分布へと矯正したり、さらには、中央凸分布へと矯正したりする等、自在に制御することが可能となる。
（ｂ）ウエハ２００に対してＨＣＤＳガスを供給して第１層を形成するステップＡにおいて、上述のステップＡ１，Ａ２を行うことにより、ウエハ２００面内におけるＳｉＮ層の組成の分布、すなわち、ウエハ２００上に形成されるＳｉＮ膜のウエハ面内組成分布（以下、面内組成分布ともいう）を制御することが可能となる。結果として、ウエハ２００上に形成されるＳｉＮ膜のウエハ面内膜質分布（以下、面内膜質分布ともいう）の制御性を高めることが可能となる。
例えば、ウエハ２００上に形成されるＳｉＮ膜の面内膜厚分布を中央凸分布とする場合、ウエハ２００の中央部においては膜の組成をＳｉリッチにすることができ、ウエハ２００の外周部においては膜の組成をＮリッチにすることができる。また例えば、ウエハ２００上に形成されるＳｉＮ膜の面内膜厚分布を中央凹分布とする場合、ウエハ２００の中央部においては膜の組成をＮリッチにすることができ、ウエハ２００の外周部においては膜の組成をＳｉリッチにすることができる。また例えば、ウエハ２００上に形成されるＳｉＮ膜の面内膜厚分布をフラット分布とする場合、この膜の組成を、ウエハ２００の面内全域にわたり均一化させることが可能となる。
このように、本実施形態では、ウエハ２００上に形成されるＳｉＮ膜の面内膜厚分布を制御することにより、ウエハ２００上に形成されるＳｉＮ膜の面内組成分布、すなわち、面内膜質分布を広域に制御することが可能となり、例えば、その面内均一性を向上させることが可能となる。
（ｃ）ステップＡ２では、ノズル２４９ａからのＮ２ガスの供給を上述のように制御することにより、ＨＣＤＳガスの希釈の度合いを小さくし、第１層の形成レートの低下を抑制することが可能となる。結果として、第１層の形成処理の効率低下を抑制することができ、成膜処理の生産性低下を回避することが可能となる。
また、ステップＡ１の実施時間をステップＡ２の実施時間よりも短くすることにより、第１層の形成レートの低下をより確実に抑制することが可能となる。すなわち、ＨＣＤＳガスの希釈の度合いが大きいステップＡ１の実施時間を、ＨＣＤＳガスの希釈の度合いが小さいステップＡ２の実施時間よりも短くすることにより、第１層の形成処理のトータルでの効率低下を抑制することができ、成膜処理の生産性低下を回避することが可能となる。
（ｄ）上述の処理条件下でステップＡ１，Ａ２を実施することにより、ステップＡ１におけるＨＣＤＳガスの処理室２０１内における分圧を、ステップＡ２におけるＨＣＤＳガスの処理室２０１内における分圧よりも小さくすることが可能となる。ステップＡ１におけるＨＣＤＳガスの分圧をこのように低下させることにより、ステップＡ１において形成される第１層の面内厚さ分布の制御性を高めることが可能となる。上述したように、第１層の形成初期における面内厚さ分布は、最終的に得られる第１層の面内厚さ分布を決定する大きな要因となり得る。そのため、上述の効果は、ウエハ２００上に形成されるＳｉＮ膜の面内膜厚分布の制御性を高める上で、非常に重要である。
また、ステップＡ１におけるＨＣＤＳガスの分圧をこのように低下させることにより、ステップＡ１において形成される第１層の段差被覆性（ステップカバレッジ特性）を向上させることが可能となる。これにより、ウエハ２００上に形成されるＳｉＮ膜のステップカバレッジ特性を向上させることが可能となる。
（ｅ）ステップＡ１において、ノズル２４９ａからのＮ２ガスの供給を、ＨＣＤＳガスの供給よりも先行して開始することにより、ノズル２４９ａから供給されるＮ２ガスをキャリアガスとして作用させる上述の効果を、ＨＣＤＳガスの供給開始直後から確実に得られるようになる。また、ＨＣＤＳガスの供給開始時に、ＨＣＤＳガスの濃度がウエハ２００の面内において過渡的にばらついてしまうことを抑制することが可能となる。結果として、ステップＡ１において形成される第１層の面内厚さ分布を、安定的に、再現性よく制御できるようになる。上述したように、第１層の形成初期における面内厚さ分布は、最終的に得られる第１層の面内厚さ分布を決定する大きな要因となり得る。そのため、上述の効果は、ウエハ２００上に形成されるＳｉＮ膜の面内膜厚分布を、安定的に、再現性良く制御する上で、非常に重要である。
（ｆ）ノズル２４９ｂ，２４９ｃを、ノズル２４９ａを挟んでその両側に配置することにより、第１層の面内厚さ分布の制御性、すなわち，ウエハ２００上に形成されるＳｉＮ膜の面内膜厚分布の制御性を高めることが可能となる。
（ｇ）ノズル２４９ａ〜２４９ｃを、排気口２３１ａと対向するようにそれぞれ配置することにより、第１層の面内厚さ分布の制御性、すなわち，ウエハ２００上に形成されるＳｉＮ膜の面内膜厚分布の制御性を高めることが可能となる。
（ｈ）上述の効果は、ＨＣＤＳガス以外の原料を用いる場合や、ＮＨ３ガス以外の反応体を用いる場合や、Ｎ２ガス以外の不活性ガスを用いる場合にも、同様に得ることができる。
（４）変形例
本実施形態における成膜ステップは、図４に示す態様に限定されず、以下に示す変形例のように変更することができる。また、これらの変形例は任意に組み合わせることができる。なお、特に説明がない限り、各変形例の各ステップにおける処理手順、処理条件は、上述の基板処理シーケンスの各ステップにおける処理手順、処理条件と同様とする。
（変形例１）
図４に示す成膜シーケンスでは、ステップＡ１において、ノズル２４９ａからのＮ２ガスの供給を、ＨＣＤＳガスの供給よりも先行して開始する例について説明したが、ノズル２４９ａからのＮ２ガスの供給を、ＨＣＤＳガスの供給と同時に開始するようにしてもよい。この場合、図４に示す成膜シーケンスよりも、１サイクルあたりの処理時間を短縮させ、成膜処理の生産性を向上させることが可能となる。
ただし、このようにした場合、ウエハ２００の面内におけるＨＣＤＳガスの濃度が、ＨＣＤＳガスの供給開始時に過渡的に変化し、第１層の面内厚さ分布に影響を与える場合がある。そのため、期間Ｔ１においてウエハ２００上に形成される第１層の面内厚さ分布を、安定的に、再現性よく制御するには、図４に示すように、ステップＡ１において、ノズル２４９ａからのＮ２ガスの供給を、ＨＣＤＳガスの供給よりも先行して開始するのが好ましい。
（変形例２）
図４に示す成膜シーケンスでは、ステップＡ２において、第４流量を第２流量と等しくする例（第４流量＝第２流量）について説明したが、第４流量を第２流量よりも小さくしてもよい（第４流量＜第２流量）。また、第４流量をゼロとし、ノズル２４９ｂ，２４９ｃからのＮ２ガスの供給を停止してもよい。もしくは、第４流量を第２流量よりも大きくしてもよい（第４流量＞第２流量）。
ステップＡ２において、第４流量＜第２流量とする場合、ウエハ２００上に形成されるＳｉＮ膜の面内膜厚分布を、例えば、中央凸分布の度合いを弱める方向に微調整することが可能となる。また、ステップＡ２において、第４流量をゼロとする場合、ウエハ２００上に形成されるＳｉＮ膜の面内膜厚分布を、例えば、中央凸分布の度合いをさらに弱める方向に微調整することが可能となる。また、ステップＡ２において、第４流量＞第２流量とする場合、ウエハ２００上に形成されるＳｉＮ膜の面内膜厚分布を、例えば、中央凸分布の度合いを強める方向に微調整することが可能となる。
このように、ステップＡ２における第４流量の大きさを調整することで、ウエハ２００上に形成されるＳｉＮ膜の面内膜厚分布を微調整することが可能となる。
（変形例３）
図４に示す成膜シーケンスでは、ステップＡ２において、ノズル２４９ａからのＮ２ガスの供給を停止する例について説明したが、上述したように、ノズル２４９ａから、第１流量および第２流量のそれぞれよりも小さくゼロより大きい第３流量でＮ２ガスを供給しつつ、ＨＣＤＳガスを供給するようにしてもよい。このようにすることで、ウエハ２００上に形成されるＳｉＮ膜の面内膜厚分布を、例えば、中央凸分布の度合いを強める方向に微調整することが可能となる。
（変形例４）
原料として、例えば、１，１，２，２−テトラクロロ−１，２−ジメチルジシラン（（ＣＨ３）２Ｓｉ２Ｃｌ４、略称：ＴＣＤＭＤＳ）ガスのようなアルキルハロシラン原料ガスや、トリスジメチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］３Ｈ、略称：３ＤＭＡＳ）ガスやビスジエチルアミノシラン（ＳｉＨ２［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］２、略称：ＢＤＥＡＳ）ガスのようなアミノシラン原料ガスを用いてもよい。
また、反応体として、例えば、トリエチルアミン（（Ｃ２Ｈ５）３Ｎ、略称：ＴＥＡ）ガスのようなアミン系ガスや、酸素（Ｏ２）ガス、水蒸気（Ｈ２Ｏガス）、オゾン（Ｏ３）ガス、プラズマ励起されたＯ２ガス（Ｏ２ ＊）、Ｏ２ガス＋水素（Ｈ２）ガスのようなＯ含有ガス（酸化剤）や、プロピレン（Ｃ３Ｈ６）ガスのようなＣ含有ガスや、トリクロロボラン（ＢＣｌ３）ガスのようなＢ含有ガスを用いてもよい。
そして、例えば以下の成膜シーケンスにより、ウエハ２００上に、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜）、シリコン酸炭窒化膜（ＳｉＯＣＮ膜）、シリコン酸炭化膜（ＳｉＯＣ膜）、シリコン炭窒化膜（ＳｉＣＮ膜）、シリコン硼炭窒化膜（ＳｉＢＣＮ膜）、シリコン硼窒化膜（ＳｉＢＮ膜）、シリコン酸化膜（ＳｉＯ膜）を形成するようにしてもよい。
（ＨＣＤＳ→ＮＨ３→Ｏ２）×ｎ ⇒ ＳｉＯＮ
（ＨＣＤＳ→ＴＥＡ→Ｏ２）×ｎ ⇒ ＳｉＯＣ（Ｎ）
（ＨＣＤＳ→Ｃ３Ｈ６→ＮＨ３）×ｎ ⇒ ＳｉＣＮ
（ＨＣＤＳ→Ｃ３Ｈ６→ＮＨ３→Ｏ２）×ｎ ⇒ ＳｉＯＣＮ
（ＨＣＤＳ→Ｃ３Ｈ６→ＢＣｌ３→ＮＨ３）×ｎ ⇒ ＳｉＢＣＮ
（ＨＣＤＳ→ＢＣｌ３→ＮＨ３）×ｎ ⇒ ＳｉＢＮ
（ＨＣＤＳ→Ｏ２＋Ｈ２）×ｎ ⇒ ＳｉＯ
（３ＤＭＡＳ→Ｏ３）×ｎ ⇒ ＳｉＯ
（ＢＤＥＡＳ→Ｏ２ ＊）×ｎ ⇒ ＳｉＯ
これらの成膜シーケンスにおいても、原料供給時に、ステップＡ１，Ａ２を、図４に示す成膜シーケンスや上述の変形例と同様に行うことで、これらと同様の効果が得られる。なお、原料や反応体を供給する際の処理手順、処理条件は、図４に示す成膜シーケンスや上述の各変形例と同様とすることができる。
＜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。
上述の実施形態では、第２供給部がノズル２４９ｂ，２４９ｃを有し、これらのノズルが、第１供給部としてのノズル２４９ａを挟んでその両側に配置される例について説明したが、本発明はこのような態様に限定されない。例えば、第２供給部がノズル２４９ｂのみを有し、ノズル２４９ｂをノズル２４９ａに近接させて、或いは、離間させて配置するようにしてもよい。この場合であっても、原料供給時に、ステップＡ１，Ａ２を、図４に示す成膜シーケンスや上述の各変形例と同様に行うことで、これらと同様の効果が得られる。但し、上述の実施形態におけるノズル配置の方が、ウエハ２００上に形成される膜の面内膜厚分布の制御性を高めることが可能となる点で、好ましい。
上述の実施形態では、原料供給時にステップＡ１，Ａ２を行う例について説明したが、本発明はこのような態様に限定されない。例えば、ＨＣＤＳガス供給時ではなく、反応体供給時にステップＡ１，Ａ２を行うようにしてもよい。この場合、ウエハ２００上に形成される膜の、ウエハ２００の面内におけるＮ、Ｃ、Ｏ、Ｂ等の濃度分布を制御することが可能となる。反応体供給時に行うステップＡ１，Ａ２は、図４に示す成膜シーケンスや上述の各変形例で示したステップＡ１，Ａ２と同様の処理条件、処理手順により行うことができる。
上述の実施形態では、ＮＨ３ガス等の反応体を、ノズル２４９ｂから供給する例について説明したが、本発明はこのような態様に限定されない。例えば、反応体を、ノズル２４９ｂ，２４９ｃの両方から供給してもよい。また、処理室２０１内にノズル２４９ａ〜２４９ｃとは異なるノズルを新たに設け、この新たに設けたノズルを用いて反応体を供給するようにしてもよい。これらの場合であっても、原料供給時に、ステップＡ１，Ａ２を、図４に示す成膜シーケンスや上述の各変形例と同様に行うことで、これらと同様の効果が得られる。
上述の実施形態では、基板上に主元素としてＳｉを含む膜を形成する例について説明したが、本発明はこのような態様に限定されない。すなわち、本発明は、Ｓｉの他、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ボロン（Ｂ）等の半金属元素を主元素として含む膜を基板上に形成する場合にも、好適に適用することができる。また、本発明は、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属元素を主元素として含む膜を基板上に形成する場合にも、好適に適用することができる。
例えば、原料として、チタニウムテトラクロライド（ＴｉＣｌ４）ガスやトリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ３）３、略称：ＴＭＡ）ガスを用い、以下に示す成膜シーケンスにより、基板上に、チタン窒化膜（ＴｉＮ膜）、チタン酸窒化膜（ＴｉＯＮ膜）、チタンアルミニウム炭窒化膜（ＴｉＡｌＣＮ膜）、チタンアルミニウム炭化膜（ＴｉＡｌＣ膜）、チタン炭窒化膜（ＴｉＣＮ膜）、チタン酸化膜（ＴｉＯ膜）等を形成する場合にも、本発明を好適に適用することができる。
（ＴｉＣｌ４→ＮＨ３）×ｎ ⇒ ＴｉＮ
（ＴｉＣｌ４→ＮＨ３→Ｏ２）×ｎ ⇒ ＴｉＯＮ
（ＴｉＣｌ４→ＴＭＡ→ＮＨ３）×ｎ ⇒ ＴｉＡｌＣＮ
（ＴｉＣｌ４→ＴＭＡ）×ｎ ⇒ ＴｉＡｌＣ
（ＴｉＣｌ４→ＴＥＡ）×ｎ ⇒ ＴｉＣＮ
（ＴｉＣｌ４→Ｈ２Ｏ）×ｎ ⇒ ＴｉＯ
基板処理に用いられるレシピは、処理内容に応じて個別に用意し、電気通信回線や外部記憶装置１２３を介して記憶装置１２１ｃ内に格納しておくことが好ましい。そして、処理を開始する際、ＣＰＵ１２１ａが、記憶装置１２１ｃ内に格納された複数のレシピの中から、基板処理の内容に応じて、適正なレシピを適宜選択することが好ましい。これにより、１台の基板処理装置で様々な膜種、組成比、膜質、膜厚の膜を、再現性よく形成することができるようになる。また、オペレータの負担を低減でき、操作ミスを回避しつつ、処理を迅速に開始できるようになる。
上述のレシピは、新たに作成する場合に限らず、例えば、基板処理装置に既にインストールされていた既存のレシピを変更することで用意してもよい。レシピを変更する場合は、変更後のレシピを、電気通信回線や当該レシピを記録した記録媒体を介して、基板処理装置にインストールしてもよい。また、既存の基板処理装置が備える入出力装置１２２を操作し、基板処理装置に既にインストールされていた既存のレシピを直接変更するようにしてもよい。
上述の実施形態では、第１、第２供給部が反応管の内壁に沿うように処理室内に設けられている例について説明した。しかしながら、本発明は上述の実施形態に限定されない。例えば図６（ａ）に縦型処理炉の断面構造を示すように、反応管の側壁にバッファ室を設け、このバッファ室内に、上述の実施形態と同様の構成の第１、第２供給部を、上述の実施形態と同様の配置で設けるようにしてもよい。図６（ａ）では、反応管の側壁に供給用のバッファ室と排気用のバッファ室とを設け、それぞれを、ウエハを挟んで対向する位置に配置した例を示している。なお、供給用のバッファ室と排気用のバッファ室のそれぞれは、反応管の側壁の下部より上部に沿って、すなわち、ウエハ配列領域に沿って設けられている。また、図６（ａ）では、供給用のバッファ室を複数（３つ）の空間に仕切り、それぞれの空間に各ノズルを配置した例を示している。バッファ室の３つの空間の配置は、第１、第２供給部の配置と同様となる。また例えば、図６（ｂ）に縦型処理炉の断面構造を示すように、図６（ａ）と同様の配置でバッファ室を設け、バッファ室内に第１供給部を設け、このバッファ室の処理室との連通部を両側から挟むとともに反応管の内壁に沿うように第２供給部を設けるようにしてもよい。なお、図６（ａ）、図６（ｂ）で説明したバッファ室や反応管以外の構成は、図１に示す処理炉の各部の構成と同様である。これらの処理炉を用いた場合であっても、上述の実施形態と同様の効果が得られる。
上述の実施形態では、一度に複数枚の基板を処理するバッチ式の基板処理装置を用いて膜を形成する例について説明した。本発明は上述の実施形態に限定されず、例えば、一度に１枚または数枚の基板を処理する枚葉式の基板処理装置を用いて膜を形成する場合にも、好適に適用できる。また、上述の実施形態では、ホットウォール型の処理炉を有する基板処理装置を用いて膜を形成する例について説明した。本発明は上述の実施形態に限定されず、コールドウォール型の処理炉を有する基板処理装置を用いて膜を形成する場合にも、好適に適用できる。
これらの基板処理装置を用いる場合においても、上述の実施形態や変形例と同様なシーケンス、処理条件にて成膜を行うことができ、これらと同様の効果が得られる。
また、上述の実施形態や変形例等は、適宜組み合わせて用いることができる。このときの処理手順、処理条件は、例えば、上述の実施形態の処理手順、処理条件と同様とすることができる。
上述の実施形態や変形例等の手法により形成されるＳｉＮ膜等は、絶縁膜、スペーサ膜、マスク膜、電荷蓄積膜、ストレス制御膜等として広く用いることが可能である。近年、半導体デバイスの微細化に伴い、ウエハ上に形成される膜に対して面内膜厚均一性の要求が厳しくなっている。高密度パターンが表面に形成されたパターンウエハ上へフラット分布を有する膜を形成することが可能な本発明は、この要求に答える技術として非常に有益であると考えられる。
以下、上述の実施形態で得られる効果を裏付ける実験結果について説明する。
実施例１〜３として、図１に示す基板処理装置を用い、図４に示す成膜シーケンスにより、複数枚のウエハ上にＳｉＮ膜をそれぞれ形成した。実施例１〜３では、ステップＡ１において、第１供給部としての１本のノズルから供給するＮ２ガスの流量（第１流量）を１０ｓｌｍに設定し、第２供給部としての２本のノズルから供給するＮ２ガスの合計流量（第２流量）を、順に、１ｓｌｍ（０．５ｓｌｍ×２）、４ｓｌｍ（２ｓｌｍ×２）、１０ｓｌｍ（５ｓｌｍ×２）に設定した。また、ステップＡ２においては、第１供給部としての１本のノズルからのＮ２ガスの供給を停止し、第２供給部としての２本のノズルから供給するＮ２ガスの合計流量（第４流量）を、第２流量と同一流量に設定した。他の処理条件は、上述の実施形態に記載の処理条件範囲内の所定の条件とした。
比較例１〜３として、図１に示す基板処理装置を用い、ウエハに対してＨＣＤＳガスを供給するステップと、ウエハに対してＮＨ３ガスを供給するステップと、を非同時に行うサイクルを所定回数行うことにより、複数枚のウエハ上にＳｉＮ膜を形成した。これらの比較例では、ステップＡ１，Ａ２を不実施とし、第１供給部および第２供給部からのＮ２ガスの供給を以下のように制御した。すなわち、比較例１，２では、ウエハに対してＨＣＤＳガスを供給するステップにおいて、第１供給部としての１本のノズルからのＮ２ガスの供給を停止し、第２供給部としての２本のノズルから供給するＮ２ガスの合計流量を、順に、０．２ｓｌｍ（０．１ｓｌｍ×２）、１０ｓｌｍ（５ｓｌｍ×２）に設定した。比較例３では、ウエハに対してＨＣＤＳガスを供給するステップにおいて、第１供給部としての１本のノズルから供給するＮ２ガスの流量を１０ｓｌｍに設定し、第２供給部としての２本のノズルから供給するＮ２ガスの合計流量を０．２ｓｌｍ（０．１ｓｌｍ×２）に設定した。他の処理条件は、実施例における処理条件と同様とした。
そして、実施例１〜３および比較例１〜３におけるＳｉＮ膜の面内膜厚分布をそれぞれ測定した。図７（ａ）、図７（ｂ）にそれらの測定結果を示す。図７（ａ）、図７（ｂ）の縦軸は、それぞれ、ウエハ外周部におけるＳｉＮ膜の膜厚に対する測定位置におけるＳｉＮ膜の膜厚の比率（測定位置膜厚／ウエハ外周部膜厚）を示している。図７（ａ）、図７（ｂ）の横軸は、それぞれ、測定位置のウエハの中心からの距離［ｍｍ］を示している。図７（ａ）中の◆、■、▲印は、それぞれ、実施例１〜３の測定結果を示しており、図７（ｂ）中の◆、■、▲印は、それぞれ、比較例１〜３の測定結果を示している。
図７（ａ）によれば、実施例３におけるＳｉＮ膜の面内膜厚分布は強い中央凸分布を示しており、実施例２，１の順に中央凸分布の度合いが弱まることが分かる。すなわち、ステップＡ１において、第１流量を大流量とした状態で第２流量を大流量と小流量との間で調整することにより、ウエハ上に形成されるＳｉＮ膜の面内膜厚分布の中央凸分布の度合いを強めたり弱めたりする等、面内膜厚分布を広範囲に制御することが可能であることが分かる。
図７（ｂ）によれば、比較例１〜３におけるＳｉＮ膜の面内膜厚分布は、いずれも中央凸分布を示しておらず、いずれも外周部で最も厚くなる傾向を示しており、また、一部の比較例では中央凹分布の度合いが非常に強くなっていることが分かる。比較例１〜３で用いた成膜手法では、ウエハ上に形成するＳｉＮ膜の面内膜厚分布を、例えばフラット分布としたり、中央凸分布としたりする等の制御が困難であることが分かる。
＜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、
（ａ）基板に対して原料を供給し第１層を形成する工程と、
（ｂ）前記基板に対して反応体を供給し前記第１層を改質させて第２層を形成する工程と、
を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に膜を形成する工程を有し、
（ａ）では、
（ａ−１）前記基板に対して、第１供給部から第１流量で不活性ガスを供給しつつ前記原料を供給すると共に、前記第１供給部に隣接して設けられた第２供給部から第２流量で不活性ガスを供給する工程と、
（ａ−２）前記基板に対して、前記第１供給部から前記第１流量および前記第２流量のそれぞれよりも小さい第３流量で不活性ガスを供給しつつ前記原料を供給するか、前記第１供給部からの不活性ガスの供給を停止しつつ前記第１供給部から前記原料を供給すると共に、前記第２供給部から第４流量で不活性ガスを供給する工程と、
をこの順に行う半導体装置の製造方法、または、基板処理方法が提供される。
（付記２）
付記１に記載の方法であって、好ましくは、
（ａ−１）の実施時間を、（ａ−２）の実施時間よりも短くする。
（付記３）
付記１または２に記載の方法であって、好ましくは、
（ａ−１）における前記原料の分圧を、（ａ−２）における前記原料の分圧よりも小さくする。
（付記４）
付記１〜３のいずれか１項に記載の方法であって、好ましくは、
（ａ−１）を、前記原料に含まれる前記膜を構成する主元素の（下地への）吸着状態が擬似不飽和状態である期間に行う。また、（ａ−２）を、前記原料に含まれる前記膜を構成する主元素の（下地への）吸着状態が擬似飽和状態である期間に行う。なお、前記原料に含まれる前記膜を構成する主元素の（下地への）吸着状態が擬似不飽和状態である期間には、（ａ−２）を不実施とする。
（付記５）
付記１〜４のいずれか１項に記載の方法であって、好ましくは、
（ａ−１）を、前記第１層の形成レートが第１レートから前記第１レートよりも小さい第２レートへ変化するまでの期間に行う。また、（ａ−２）を、前記第１層の形成レートが第１レートから前記第１レートよりも小さい第２レートへ変化した後の期間に行う。なお、前記第１層の形成レートが第１レートから前記第１レートよりも小さい第２レートへ変化するまでの期間には、（ａ−２）を不実施とする。
（付記６）
付記１〜５のいずれか１項に記載の方法であって、好ましくは、
（ａ−１）での前記原料の前記基板の中央部への到達量を、（ａ−２）での前記原料の前記基板の中央部への到達量よりも多くする。
（付記７）
付記１〜６のいずれか１項に記載の方法であって、好ましくは、
（ａ−１）では、前記原料の前記基板の中央部への到達量を、前記原料の前記基板の外周部（周縁部）への到達量よりも多くする。
（付記８）
付記１〜７のいずれか１項に記載の方法であって、好ましくは、
（ａ−１）での前記基板の中央部における前記原料の濃度を、（ａ−２）での前記基板の中央部における前記原料の濃度よりも高くする。
（付記９）
付記１〜８のいずれか１項に記載の方法であって、好ましくは、
（ａ−１）では、前記基板の中央部における前記原料の濃度を、前記基板の外周部（周縁部）における前記原料の濃度よりも高くする。
（付記１０）
付記１〜９のいずれか１項に記載の方法であって、好ましくは、
前記第４流量を前記第２流量と等しくする。もしくは、前記第４流量を前記第２流量よりも小さくする。もしくは、前記第４流量を前記第２流量よりも大きくする。このように、前記第４流量を調整することで、前記基板上に形成される前記膜の前記基板の面内における膜厚分布を微調整する。
（付記１１）
付記１〜１０のいずれか１項に記載の方法であって、好ましくは、
（ａ−１）では、前記第１供給部からの不活性ガスの供給を、前記原料の供給よりも先行して開始する。
（付記１２）
付記１〜１１のいずれか１項に記載の方法であって、好ましくは、
前記第２供給部は複数の供給部を有し、それらは、前記第１供給部を挟んでその両側に配置される。
（付記１３）
付記１〜１２のいずれか１項に記載の方法であって、好ましくは、
前記第１流量および前記第２流量のそれぞれを、（ａ−１）における前記原料の供給流量よりも大きくする。
（付記１４）
付記１〜１３のいずれか１項に記載の方法であって、好ましくは、
前記第４流量を、（ａ−２）における前記原料の供給流量よりも大きくする。
（付記１５）
付記１〜１４のいずれか１項に記載の方法であって、好ましくは、
前記第３流量を、（ａ−２）における前記原料の供給流量よりも小さくする。
（付記１６）
付記１〜１５のいずれか１項に記載の方法であって、好ましくは、
（ａ−２）では、前記第１供給部からの不活性ガスの供給を停止する。すなわち、前記第３流量をゼロとする。
（付記１７）
本発明の他の態様によれば、
基板が処理される処理室と、
前記処理室内の基板に対して原料を供給する原料供給系と、
前記処理室内の基板に対して反応体を供給する反応体供給系と、
前記処理室内の基板に対して不活性ガスを供給する不活性ガス供給系と、
前記処理室内において、（ａ）基板に対して前記原料を供給し第１層を形成する処理と、（ｂ）前記基板に対して前記反応体を供給し前記第１層を改質させて第２層を形成する処理と、を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に膜を形成する処理を行わせ、（ａ）では、（ａ−１）前記基板に対して、第１供給部から第１流量で不活性ガスを供給しつつ前記原料を供給すると共に、前記第１供給部に隣接して設けられた第２供給部から第２流量で不活性ガスを供給する処理と、（ａ−２）前記基板に対して、前記第１供給部から前記第１流量および前記第２流量のそれぞれよりも小さい第３流量で不活性ガスを供給しつつ前記原料を供給するか、前記第１供給部からの不活性ガスの供給を停止しつつ前記第１供給部から前記原料を供給すると共に、前記第２供給部から第４流量で不活性ガスを供給する処理と、をこの順に行わせるように、前記原料供給系、前記反応体供給系、および前記不活性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１８）
本発明のさらに他の態様によれば、
基板処理装置の処理室内において、
（ａ）基板に対して原料を供給し第１層を形成する手順と、
（ｂ）前記基板に対して反応体を供給し前記第１層を改質させて第２層を形成する手順と、
を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に膜を形成する手順と、
（ａ）において、
（ａ−１）前記基板に対して、第１供給部から第１流量で不活性ガスを供給しつつ前記原料を供給すると共に、前記第１供給部に隣接して設けられた第２供給部から第２流量で不活性ガスを供給する手順と、
（ａ−２）前記基板に対して、前記第１供給部から前記第１流量および前記第２流量のそれぞれよりも小さい第３流量で不活性ガスを供給しつつ前記原料を供給するか、前記第１供給部からの不活性ガスの供給を停止しつつ前記第１供給部から前記原料を供給すると共に、前記第２供給部から第４流量で不活性ガスを供給する手順と、
をこの順に行わせる手順と、
をコンピュータによって前記基板処理装置に実行させるプログラム、または、該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。
２００ ウエハ（基板）
２４９ａ ノズル（第１供給部）
２４９ｂ ノズル（第２供給部）
２４９ｃ ノズル（第２供給部）

Claims (19)

  1. （ａ）基板に対して原料を供給し第１層を形成する工程と、
    （ｂ）前記基板に対して反応体を供給し前記第１層を改質させて第２層を形成する工程と、
    を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に膜を形成する工程を有し、
    （ａ）では、
    （ａ−１）前記基板に対して、第１供給部から第１流量で不活性ガスを供給しつつ前記原料を供給すると共に、前記第１供給部に隣接して設けられた第２供給部から第２流量で不活性ガスを供給する工程と、
    （ａ−２）前記基板に対して、前記第１供給部から前記第１流量および前記第２流量のそれぞれよりも小さい第３流量で不活性ガスを供給しつつ前記原料を供給するか、前記第１供給部からの不活性ガスの供給を停止しつつ前記第１供給部から前記原料を供給すると共に、前記第２供給部から第４流量で不活性ガスを供給する工程と、
    をこの順に行い、
    （ａ−１）を、前記第１層の形成レートが第１レートから前記第１レートよりも小さい第２レートへ変化するまでの期間に行う半導体装置の製造方法。
  2. （ａ−２）を、前記第１層の形成レートが第１レートから前記第１レートよりも小さい第２レートへ変化した後の期間に行う請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  3. （ａ−１）を、前記原料に含まれる前記膜を構成する主元素の吸着状態が擬似不飽和状態である期間に行う請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
  4. （ａ−２）を、前記原料に含まれる前記膜を構成する主元素の吸着状態が擬似飽和状態である期間に行う請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
  5. （ａ−１）での前記原料の前記基板の中央部への到達量を、（ａ−２）での前記原料の前記基板の中央部への到達量よりも多くする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
  6. （ａ−１）では、前記原料の前記基板の中央部への到達量を、前記原料の前記基板の外周部への到達量よりも多くする請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
  7. （ａ−１）での前記基板の中央部における前記原料の濃度を、（ａ−２）での前記基板の中央部における前記原料の濃度よりも高くする請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
  8. （ａ−１）では、前記基板の中央部における前記原料の濃度を、前記基板の外周部における前記原料の濃度よりも高くする請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
  9. 前記第４流量を調整することで、前記基板上に形成される前記膜の前記基板の面内における膜厚分布を微調整する請求項１〜８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
  10. （ａ−１）では、前記第１供給部からの不活性ガスの供給を、前記原料の供給よりも先行して開始する請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
  11. （ａ−１）の実施時間を、（ａ−２）の実施時間よりも短くする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
  12. （ａ−１）における前記原料の分圧を、（ａ−２）における前記原料の分圧よりも小さくする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
  13. 前記第２供給部は複数の供給部を有し、それらは、前記第１供給部を挟んでその両側に配置される請求項１〜１２のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
  14. 前記第１流量および前記第２流量のそれぞれを、（ａ−１）における前記原料の供給流量よりも大きくする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
  15. 前記第４流量を、（ａ−２）における前記原料の供給流量よりも大きくする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
  16. 前記第３流量を、（ａ−２）における前記原料の供給流量よりも小さくする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
  17. （ａ−２）では、前記第１供給部からの不活性ガスの供給を停止し、前記第３流量をゼロとする請求項１〜１６のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
  18. 基板が処理される処理室と、
    前記処理室内の基板に対して原料を供給する原料供給系と、
    前記処理室内の基板に対して反応体を供給する反応体供給系と、
    前記処理室内の基板に対して不活性ガスを供給する不活性ガス供給系と、
    前記処理室内において、（ａ）基板に対して前記原料を供給し第１層を形成する処理と、（ｂ）前記基板に対して前記反応体を供給し前記第１層を改質させて第２層を形成する処理と、を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に膜を形成する処理を行わせ、（ａ）では、（ａ−１）前記基板に対して、第１供給部から第１流量で不活性ガスを供給しつつ前記原料を供給すると共に、前記第１供給部に隣接して設けられた第２供給部から第２流量で不活性ガスを供給する処理と、（ａ−２）前記基板に対して、前記第１供給部から前記第１流量および前記第２流量のそれぞれよりも小さい第３流量で不活性ガスを供給しつつ前記原料を供給するか、前記第１供給部からの不活性ガスの供給を停止しつつ前記第１供給部から前記原料を供給すると共に、前記第２供給部から第４流量で不活性ガスを供給する処理と、をこの順に行わせ、（ａ−１）を、前記第１層の形成レートが第１レートから前記第１レートよりも小さい第２レートへ変化するまでの期間に行わせるように、前記原料供給系、前記反応体供給系、および前記不活性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。
  19. 基板処理装置の処理室内において、
    （ａ）基板に対して原料を供給し第１層を形成する手順と、
    （ｂ）前記基板に対して反応体を供給し前記第１層を改質させて第２層を形成する手順と、
    を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に膜を形成する手順と、
    （ａ）において、
    （ａ−１）前記基板に対して、第１供給部から第１流量で不活性ガスを供給しつつ前記原料を供給すると共に、前記第１供給部に隣接して設けられた第２供給部から第２流量で不活性ガスを供給する手順と、
    （ａ−２）前記基板に対して、前記第１供給部から前記第１流量および前記第２流量のそれぞれよりも小さい第３流量で不活性ガスを供給しつつ前記原料を供給するか、前記第１供給部からの不活性ガスの供給を停止しつつ前記第１供給部から前記原料を供給すると共に、前記第２供給部から第４流量で不活性ガスを供給する手順と、
    をこの順に行わせる手順と、
    （ａ−１）を、前記第１層の形成レートが第１レートから前記第１レートよりも小さい第２レートへ変化するまでの期間に行わせる手順と、
    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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