WO2023188014A1 - 基板処理方法、半導体装置の製造方法、プログラム及び基板処理装置 - Google Patents

基板処理方法、半導体装置の製造方法、プログラム及び基板処理装置 Download PDF

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WO2023188014A1
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substrate processing
wafer
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有人 小川
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株式会社Kokusai Electric
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    • H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
    • H01L21/285—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation

Definitions

  • the present disclosure relates to a substrate processing method, a semiconductor device manufacturing method, a program, and a substrate processing apparatus.
  • a low-resistance metal film is used as a word line in a 3D NAND type flash memory or DRAM that has a three-dimensional structure.
  • a barrier film may be formed between the metal film and the insulating film (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).
  • the present disclosure aims to provide a technique that can improve the characteristics of a film formed on a substrate.
  • a first step of supplying a source gas containing a first element and a halogen to the substrate (b) A step of supplying a first reducing gas to the substrate; (c) A step of supplying a second reducing gas to the substrate. and (d) a second step of supplying a source gas to the substrate, (e) a step of performing (b) and (d) X times without purging, and (f) (e ) and (c) Y times.
  • the characteristics of a film formed on a substrate can be improved.
  • FIG. 1 is a vertical cross-sectional view schematically showing a vertical processing furnace of a substrate processing apparatus in an embodiment of the present disclosure.
  • 2 is a schematic cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a controller of a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present disclosure, and is a block diagram showing a control system of the controller.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a substrate processing sequence in an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a modified example of a substrate processing sequence in an embodiment of the present disclosure.
  • the substrate processing apparatus 10 includes a processing furnace 202 provided with a heater 207 as a heating means (heating mechanism, heating system).
  • the heater 207 has a cylindrical shape and is vertically installed by being supported by a heater base (not shown) serving as a holding plate.
  • an outer tube 203 constituting a processing container is arranged concentrically with the heater 207.
  • the outer tube 203 is made of a heat-resistant material such as quartz (SiO 2 ) or silicon carbide (SiC), and has a cylindrical shape with a closed upper end and an open lower end.
  • a manifold (inlet flange) 209 is arranged below the outer tube 203 and concentrically with the outer tube 203 .
  • the manifold 209 is made of metal such as stainless steel (SUS), and has a cylindrical shape with open upper and lower ends.
  • An O-ring 220a serving as a sealing member is provided between the upper end of the manifold 209 and the outer tube 203.
  • An inner tube 204 that constitutes a processing container is disposed inside the outer tube 203.
  • the inner tube 204 is made of a heat-resistant material such as quartz (SiO 2 ) or silicon carbide (SiC), and has a cylindrical shape with a closed upper end and an open lower end.
  • a processing container is mainly composed of an outer tube 203, an inner tube 204, and a manifold 209.
  • a processing chamber 201 is formed in the cylindrical hollow part of the processing container (inside the inner tube 204).
  • the processing chamber 201 is configured so that wafers 200 as substrates can be accommodated in a boat 217 (to be described later) in a horizontal position and arranged in multiple stages in the vertical direction.
  • nozzles 410, 420, and 430 are provided so as to penetrate the side wall of the manifold 209 and the inner tube 204.
  • Gas supply pipes 310, 320, 330 are connected to the nozzles 410, 420, 430, respectively.
  • the processing furnace 202 of this embodiment is not limited to the above-mentioned form.
  • the gas supply pipes 310, 320, 330 are provided with mass flow controllers (MFC) 312, 322, 332, which are flow rate controllers (flow rate control units), in order from the upstream side, respectively. Further, the gas supply pipes 310, 320, 330 are provided with valves 314, 324, 334, which are on-off valves, respectively. Further, a storage section 315 for storing gas is provided between the MFC 312 and the valve 314 on the downstream side of the MFC 312 of the gas supply pipe 310 and on the upstream side of the valve 314. That is, the configuration is such that a predetermined amount of gas is stored in the storage section before gas is supplied, and the gas stored in the storage section can be used during gas supply.
  • MFC mass flow controllers
  • valves 314, 324, 334 which are on-off valves
  • Gas supply pipes 510, 520, 530 for supplying inert gas are connected to the downstream sides of the valves 314, 324, 334 of the gas supply pipes 310, 320, 330, respectively.
  • the gas supply pipes 510, 520, 530 are provided with MFCs 512, 522, 532, which are flow rate controllers (flow rate control units), and valves 514, 524, 534, which are on-off valves, respectively, in order from the upstream side.
  • Nozzles 410, 420, 430 are connected to the tips of the gas supply pipes 310, 320, 330, respectively.
  • the nozzles 410, 420, and 430 are configured as L-shaped nozzles, and the horizontal portion thereof is provided so as to penetrate the side wall of the manifold 209 and the inner tube 204.
  • the vertical portions of the nozzles 410, 420, and 430 are provided inside a channel-shaped preliminary chamber 201a that is formed to protrude outward in the radial direction of the inner tube 204 and extend in the vertical direction. It is provided upward (in the direction in which the wafers 200 are arranged) along the inner wall of the inner tube 204 in the preliminary chamber 201a.
  • the nozzles 410, 420, and 430 are provided to extend from the lower region of the processing chamber 201 to the upper region of the processing chamber 201, and have a plurality of gas supply holes 410a, 420a, and 430a, respectively, at positions facing the wafer 200. is provided.
  • processing gas is supplied to the wafer 200 from the gas supply holes 410a, 420a, and 430a of the nozzles 410, 420, and 430, respectively.
  • a plurality of these gas supply holes 410a, 420a, and 430a are provided from the bottom to the top of the inner tube 204, each having the same opening area, and further provided at the same opening pitch.
  • the gas supply holes 410a, 420a, 430a are not limited to the above-mentioned form.
  • the opening area may be gradually increased from the bottom to the top of the inner tube 204. This makes it possible to make the flow rate of gas supplied from the gas supply holes 410a, 420a, and 430a more uniform.
  • a plurality of gas supply holes 410a, 420a, 430a of the nozzles 410, 420, 430 are provided at a height from the bottom to the top of the boat 217, which will be described later. Therefore, the processing gas supplied into the processing chamber 201 from the gas supply holes 410a, 420a, 430a of the nozzles 410, 420, 430 is supplied to the entire area of the wafers 200 accommodated in the boat 217 from the bottom to the top.
  • the nozzles 410, 420, and 430 may be provided so as to extend from the lower region to the upper region of the processing chamber 201, but are preferably provided so as to extend to near the ceiling of the boat 217.
  • a raw material gas containing the first element and halogen is supplied as a processing gas into the processing chamber 201 via the MFC 312, the storage section 315, the valve 314, and the nozzle 410.
  • a first reducing gas is supplied as a processing gas from the gas supply pipe 320 into the processing chamber 201 via the MFC 322, the valve 324, and the nozzle 420.
  • a second reducing gas is supplied as a processing gas from the gas supply pipe 330 into the processing chamber 201 via the MFC 332, the valve 334, and the nozzle 430.
  • the second reducing gas is used as a reaction gas to be reacted with the source gas.
  • nitrogen ( N2 ) gas as an inert gas is supplied to the processing chamber via MFCs 512, 522, 532, valves 514, 524, 534, and nozzles 410, 420, 430, respectively.
  • N 2 gas is used as the inert gas.
  • examples of inert gas include argon (Ar) gas, helium (He) gas, neon (Ne) gas, and xenon gas.
  • a rare gas such as (Xe) gas may also be used.
  • the processing gas supply system is mainly composed of gas supply pipes 310, 320, 330, MFCs 312, 322, 332, valves 314, 324, 334, and nozzles 410, 420, 430. It may be considered as a processing gas supply system.
  • the processing gas supply system may also be simply referred to as a gas supply system.
  • the raw material gas supply system is mainly composed of the gas supply pipe 310, MFC 312, storage section 315, and valve 314, but the nozzle 410 is considered to be included in the raw material gas supply system. Good too.
  • the first reducing gas supply system is mainly composed of the gas supply pipe 320, the MFC 322, and the valve 324, but the nozzle 420 is connected to the first reducing gas supply system. You may consider including it.
  • the second reducing gas supply system is mainly composed of the gas supply pipe 330, the MFC 332, and the valve 334, but the nozzle 430 is connected to the second reducing gas supply system. You may consider including it.
  • the second reducing gas is supplied as the reaction gas from the gas supply pipe 330
  • the second reducing gas supply system can also be referred to as a reaction gas supply system.
  • an inert gas supply system is mainly composed of gas supply pipes 510, 520, 530, MFCs 512, 522, 532, and valves 514, 524, 534.
  • the gas supply method in this embodiment includes nozzles 410, 420, 420, Gas is conveyed via 430. Then, gas is ejected into the inner tube 204 from a plurality of gas supply holes 410a, 420a, 430a provided in positions facing the wafer of the nozzles 410, 420, 430. More specifically, processing gas and the like are ejected in a direction parallel to the surface of the wafer 200 through the gas supply hole 410a of the nozzle 410, the gas supply hole 420a of the nozzle 420, and the gas supply hole 430a of the nozzle 430.
  • the exhaust hole (exhaust port) 204a is a through hole formed in the side wall of the inner tube 204 at a position facing the nozzles 410, 420, 430, and is, for example, a slit-shaped through hole opened elongated in the vertical direction. It is.
  • the gas supplied into the processing chamber 201 from the gas supply holes 410a, 420a, 430a of the nozzles 410, 420, 430 and flowing over the surface of the wafer 200 is transferred between the inner tube 204 and the outer tube 203 via the exhaust hole 204a.
  • the air flows into an exhaust path 206 configured with a gap formed therebetween.
  • the gas that has flowed into the exhaust path 206 then flows into the exhaust pipe 231 and is discharged to the outside of the processing furnace 202 .
  • the exhaust hole 204a is provided at a position facing the plurality of wafers 200, and the gas supplied to the vicinity of the wafers 200 in the processing chamber 201 from the gas supply holes 410a, 420a, and 430a flows horizontally. After that, it flows into the exhaust path 206 through the exhaust hole 204a.
  • the exhaust hole 204a is not limited to being configured as a slit-like through hole, but may be configured as a plurality of holes.
  • the manifold 209 is provided with an exhaust pipe 231 that exhausts the atmosphere inside the processing chamber 201.
  • the exhaust pipe 231 includes, in order from the upstream side, a pressure sensor 245 as a pressure detector (pressure detection unit) that detects the pressure inside the processing chamber 201, an APC (Auto Pressure Controller) valve 243, and a vacuum pump as an evacuation device. 246 is connected.
  • the APC valve 243 can perform evacuation and stop evacuation of the processing chamber 201 by opening and closing the valve while the vacuum pump 246 is operating. By adjusting the opening degree, the pressure inside the processing chamber 201 can be adjusted.
  • the exhaust system is mainly composed of the exhaust hole 204a, the exhaust path 206, the exhaust pipe 231, the APC valve 243, and the pressure sensor 245.
  • the vacuum pump 246 may be included in the exhaust system.
  • a seal cap 219 is provided below the manifold 209 as a furnace mouth cover that can airtightly close the lower end opening of the manifold 209.
  • the seal cap 219 is configured to abut the lower end of the manifold 209 from below in the vertical direction.
  • the seal cap 219 is made of metal such as SUS, and has a disk shape.
  • An O-ring 220b serving as a sealing member that comes into contact with the lower end of the manifold 209 is provided on the upper surface of the seal cap 219.
  • a rotation mechanism 267 that rotates the boat 217 that accommodates the wafers 200 is installed on the opposite side of the seal cap 219 from the processing chamber 201 .
  • the rotation shaft 255 of the rotation mechanism 267 passes through the seal cap 219 and is connected to the boat 217.
  • the rotation mechanism 267 is configured to rotate the wafer 200 by rotating the boat 217.
  • the seal cap 219 is configured to be raised and lowered in the vertical direction by a boat elevator 115 serving as a lifting mechanism installed vertically outside the outer tube 203.
  • the boat elevator 115 is configured to be able to carry the boat 217 into and out of the processing chamber 201 by raising and lowering the seal cap 219.
  • the boat elevator 115 is configured as a transport device (transport system) that transports the boat 217 and the wafers 200 housed in the boat 217 into and outside the processing chamber 201 .
  • the boat 217 serving as a substrate support is configured to arrange a plurality of wafers 200, for example, 25 to 200 wafers, in a horizontal position and with their centers aligned with each other at intervals in the vertical direction. .
  • the boat 217 is made of a heat-resistant material such as quartz or SiC.
  • heat insulating plates 218 made of a heat-resistant material such as quartz or SiC are supported horizontally in multiple stages (not shown). This configuration makes it difficult for the heat from the heater 207 to be transmitted to the seal cap 219 side.
  • this embodiment is not limited to the above-mentioned form.
  • a heat insulating tube configured as a cylindrical member made of a heat-resistant material such as quartz or SiC may be provided.
  • a temperature sensor 263 as a temperature detector is installed inside the inner tube 204, and by adjusting the amount of current to the heater 207 based on the temperature information detected by the temperature sensor 263,
  • the temperature inside the processing chamber 201 is configured to have a desired temperature distribution.
  • the temperature sensor 263 is L-shaped like the nozzles 410, 420, and 430, and is provided along the inner wall of the inner tube 204.
  • the controller 121 which is a control unit (control means), is configured as a computer equipped with a CPU (Central Processing Unit) 121a, a RAM (Random Access Memory) 121b, a storage device 121c, and an I/O port 121d. has been done.
  • the RAM 121b, storage device 121c, and I/O port 121d are configured to be able to exchange data with the CPU 121a via an internal bus.
  • An input/output device 122 configured as, for example, a touch panel is connected to the controller 121 .
  • the storage device 121c is composed of, for example, a flash memory, an HDD (Hard Disk Drive), or the like.
  • a control program for controlling the operation of the substrate processing apparatus, a process recipe in which procedures and conditions of a method for manufacturing a semiconductor device, which will be described later, are described, and the like are stored in a readable manner.
  • the process recipe is a combination of processes (steps) in a method for manufacturing a semiconductor device, which will be described later, to be executed by the controller 121 to obtain a predetermined result, and functions as a program.
  • the process recipe, control program, etc. will be collectively referred to as simply a program.
  • the word program When the word program is used in this specification, it may include only a single process recipe, only a single control program, or a combination of a process recipe and a control program.
  • the RAM 121b is configured as a memory area (work area) in which programs, data, etc. read by the CPU 121a are temporarily held.
  • the I/O port 121d includes the above-mentioned MFCs 312, 322, 332, 512, 522, 532, valves 314, 324, 334, 514, 524, 534, storage section 315, pressure sensor 245, APC valve 243, vacuum pump 246, It is connected to the heater 207, temperature sensor 263, rotation mechanism 267, boat elevator 115, and the like.
  • the CPU 121a is configured to read and execute a control program from the storage device 121c, and read recipes and the like from the storage device 121c in response to input of operation commands from the input/output device 122.
  • the CPU 121a adjusts the flow rate of various gases by the MFCs 312, 322, 332, 512, 522, 532, opens and closes the valves 314, 324, 334, 514, 524, 534, and adjusts the storage section in accordance with the contents of the read recipe. 315, opening/closing operation of the APC valve 243, pressure adjustment operation by the APC valve 243 based on the pressure sensor 245, temperature adjustment operation of the heater 207 based on the temperature sensor 263, starting and stopping of the vacuum pump 246, and rotation mechanism. 267, the movement of raising and lowering the boat 217 by the boat elevator 115, the operation of accommodating the wafers 200 in the boat 217, and the like.
  • the controller 121 is stored in an external storage device 123 (for example, a magnetic tape, a magnetic disk such as a flexible disk or a hard disk, an optical disk such as a CD or DVD, a magneto-optical disk such as an MO, or a semiconductor memory such as a USB memory or a memory card).
  • the above-mentioned program can be configured by installing it on a computer.
  • the storage device 121c and the external storage device 123 are configured as computer-readable recording media. Hereinafter, these will be collectively referred to as simply recording media.
  • the recording medium may include only the storage device 121c, only the external storage device 123, or both.
  • the program may be provided to the computer using communication means such as the Internet or a dedicated line, without using the external storage device 123.
  • Substrate processing process An example of a process of forming a film containing a first element on a wafer 200 as a process of manufacturing a semiconductor device will be described with reference to FIG. This process is performed using the processing furnace 202 of the substrate processing apparatus 10 described above. In the following description, the operation of each part constituting the substrate processing apparatus 10 is controlled by a controller 121.
  • wafer When the word “wafer” is used in this specification, it may mean “the wafer itself” or “a laminate of a wafer and a predetermined layer, film, etc. formed on its surface.” be.
  • wafer surface When the term “wafer surface” is used in this specification, it may mean “the surface of the wafer itself” or “the surface of a predetermined layer, film, etc. formed on the wafer”. be.
  • substrate when the word “substrate” is used, it has the same meaning as when the word “wafer” is used.
  • the inside of the processing chamber 201 that is, the space in which the wafer 200 is present, is evacuated by the vacuum pump 246 to a desired pressure (degree of vacuum). At this time, the pressure inside the processing chamber 201 is measured by the pressure sensor 245, and the APC valve 243 is feedback-controlled (pressure adjustment) based on the measured pressure information.
  • the vacuum pump 246 is kept in constant operation at least until the processing on the wafer 200 is completed. Further, the inside of the processing chamber 201 is heated by a heater 207 so as to reach a desired temperature.
  • the amount of electricity supplied to the heater 207 is feedback-controlled based on the temperature information detected by the temperature sensor 263 so that the inside of the processing chamber 201 has a desired temperature distribution (temperature adjustment).
  • the heater 207 continues to heat the inside of the processing chamber 201 at least until the processing of the wafer 200 is completed.
  • Step A The valve 314 is opened to allow the source gas to flow into the gas supply pipe 310.
  • the raw material gas whose flow rate is adjusted by the MFC 312 and stored in the storage section 315 is supplied into the processing chamber 201 from the gas supply hole 410a of the nozzle 410, and is exhausted from the exhaust pipe 231.
  • the valve 514 is simultaneously opened to flow an inert gas such as N2 gas into the gas supply pipe 510.
  • the valves 524 and 534 are opened to allow inert gas to flow into the gas supply pipes 520 and 530. Note that in this step, the raw material gas may be directly supplied into the processing chamber 201 without being stored in the storage section 315 (with zero storage time).
  • the APC valve 243 is adjusted so that the pressure inside the processing chamber 201 is within a range of, for example, 1 to 3990 Pa.
  • the supply flow rate of the source gas controlled by the MFC 312 is, for example, within the range of 0.01 to 3 slm.
  • the inert gas supply flow rate controlled by the MFCs 512, 522, and 532 is, for example, within a range of 0.1 to 30 slm.
  • the temperature of the heater 207 is set at such a temperature that the temperature of the wafer 200 is within a range of, for example, 300 to 600°C.
  • source gas and inert gas are supplied to the wafer 200.
  • titanium tetrachloride (TiCl 4 ) gas which is a gas containing the first element and halogen, for example, titanium (Ti) and chlorine (Cl)
  • TiCl 4 gas is used as the raw material gas
  • TiCl x (where X is Ti, for example, an integer of 4 or less) is adsorbed onto the wafer 200 (base film on the surface) by supplying TiCl 4 gas, A Ti-containing layer is formed.
  • step B After a predetermined period of time has elapsed since the start of supply of the raw material gas, the valve 314 is closed, the valve 324 is opened, and the supply of the first reducing gas into the gas supply pipe 320 is started. That is, after stopping the supply of the raw material gas, the supply of the first reducing gas is started.
  • the first reducing gas has a flow rate adjusted by the MFC 322, is supplied into the processing chamber 201 from the gas supply hole 420a of the nozzle 420, and is exhausted from the exhaust pipe 231. Note that at this time, the valves 514 and 524 are simultaneously opened to flow inert gas into the gas supply pipes 510 and 520. Further, in order to prevent the raw material gas and the first reducing gas from entering into the nozzle 430, the valve 534 is opened to flow an inert gas into the gas supply pipe 530.
  • the APC valve 243 is adjusted so that the pressure inside the processing chamber 201 is within a range of, for example, 1 to 3990 Pa.
  • the supply flow rate of the first reducing gas controlled by the MFC 322 is, for example, within the range of 0.1 to 5 slm.
  • the inert gas supply flow rate controlled by the MFCs 512, 522, and 532 is, for example, within a range of 0.1 to 30 slm.
  • the first reducing gas and the inert gas are supplied to the wafer 200.
  • the first reducing gas for example, silane (SiH 4 ) gas, which is a gas containing silicon (Si) and hydrogen (H), can be used.
  • HCl hydrogen chloride
  • the adsorption inhibitor is a halide such as HCl
  • the first reducing gas is a silane compound such as SiH 4
  • HCl and SiH 4 react to generate SiCl 4 and H 2 which are exhausted.
  • step B it is preferable to supply the first reducing gas (step B) without purging after supplying the raw material gas (step A).
  • step B By supplying the first reducing gas without performing purging after supplying the raw material gas, it is possible to reduce the amount of reaction byproducts generated by supplying the raw material gas adsorbed onto the wafer 200.
  • Step C After a predetermined period of time has elapsed after starting the supply of the first reducing gas, the valve 324 is closed to stop the supply of the first reducing gas, and at the same time, the valve 314 is opened to start supplying the raw material gas. In other words, immediately after stopping the supply of the first reducing gas, the supply of the raw material gas is started without purging.
  • the raw material gas whose flow rate is adjusted by the MFC 312 and stored in the storage section 315 is supplied into the processing chamber 201 from the gas supply hole 410a of the nozzle 410, and is exhausted from the exhaust pipe 231.
  • the raw material gas may be stored in the reservoir 315 before this step, and the raw material gas stored in the reservoir 315 may be supplied into the processing chamber 201 in this step.
  • the valve 514 is simultaneously opened to flow inert gas into the gas supply pipe 510.
  • the valves 524 and 534 are opened to allow inert gas to flow into the gas supply pipes 520 and 530.
  • purging means at least reducing (removing) the gas present on the wafer 200. Gas removal is performed, for example, by exhausting the atmosphere in the processing chamber 201 (unreacted gas, byproducts, etc.).
  • the process may be performed by supplying an inert gas into the processing chamber 201 to push out the gas present in the processing chamber 201.
  • evacuation and extrusion of inert gas may be performed in combination.
  • the APC valve 243 is adjusted so that the pressure inside the processing chamber 201 is within a range of, for example, 1 to 3990 Pa.
  • the supply flow rate of the source gas controlled by the MFC 312 is, for example, within the range of 0.01 to 3 slm.
  • the inert gas supply flow rate controlled by the MFCs 512, 522, and 532 is, for example, within a range of 0.1 to 30 slm.
  • the time for supplying the raw material gas to the wafer 200 is, for example, within a range of 0.01 to 20 seconds.
  • the same raw material gas and inert gas as those used in the first step described above are supplied to the wafer 200.
  • the inside of the processing chamber 201 is evacuated, and it takes time to return the inside of the processing chamber 201 to high pressure, which reduces productivity.
  • this step by starting the raw material gas supply in this step without purging after step B, this step is started with the inside of the processing chamber 201 maintained at the same high pressure state as in steps A to B. This makes it possible to improve productivity.
  • the gas containing the first element is adsorbed on the surface of the wafer 200 at adsorption sites where the first element contained in the raw material gas can be adsorbed.
  • the amount of raw material gas supplied in step C is different from the amount of raw material gas supplied in step A (first step).
  • the supply time of the source gas in step C is equal to or less than the supply time of the source gas in step A.
  • the supply flow rate of the raw material gas in step C be equal to or lower than the supply flow rate of the raw material gas in step A.
  • the supply amount is, for example, the product of the supply time and the supply flow rate. Therefore, the supply amount is adjusted by at least one of the supply time and the supply flow rate.
  • the supply amount is adjusted based on the supply time. This is because by shortening the supply time, the substrate processing time can be shortened.
  • step B it is preferable to perform step C without purging.
  • step C When purging is performed after step B, it takes time to supply the next raw material gas (step C), and reaction byproducts such as SiCl x and HCl remaining in the processing chamber 201 may re-deposit on the wafer 200. There is.
  • step C by starting the raw material gas supply in this step without purging after step B, TiCl x can be removed from the wafer 200 before reaction by-products such as SiCl It becomes possible to make it adsorb on 200.
  • x is, for example, an integer. Note that when step B and step C are repeatedly performed, step B is performed without purging after step C.
  • a layer containing the first element having a predetermined thickness is formed on the wafer 200 by performing the cycle of performing step B and step C described above one or more times a predetermined number of times (X times, X is a natural number of 1 or more). form. That is, a step in which step B and step C are performed X times is performed after step A.
  • the layer containing the first element is a layer containing the first element contained in the source gas and halogen.
  • the supply time of the raw material gas in Step C may be shortened depending on the number of times Step C is performed.
  • the supply time of the raw material gas in step C may be shortened, or each time step C is performed multiple times, the supply time of the raw material gas in step C may be shortened.
  • the number of adsorption sites available in step B decreases in step C after step B. Therefore, by shortening the supply time of the raw material gas in step C according to the number of times step C is performed, adsorption can be performed.
  • Raw material gas can be supplied according to available sites. That is, while the source gas is uniformly adsorbed onto the wafer 200, the consumption amount of the source gas and the substrate processing time can be reduced.
  • step C is a step in which the amount of source gas adsorbed onto the surface of the wafer 200 approaches a saturated state. Therefore, when X is 2 or more, the raw material gas is supplied to the wafer 200 in a nearly saturated state in step C, which is performed later, and most of the raw material gas supplied to the wafer 200 is It ends up being exhausted without contributing to the formation of. By adjusting the supply amount in this way, it becomes possible to optimize the consumption amount of the raw material gas. Furthermore, in other words, repeating step B and step C can be said to be a process of obtaining saturation characteristics with a source gas that does not originally exhibit saturation characteristics.
  • the saturation characteristic is, for example, a characteristic of the film thickness for each cycle with respect to the supply time, and means that when the supply time increases to a certain extent, the film thickness for each cycle does not increase from a predetermined value.
  • the failure to obtain saturation characteristics means that the predetermined value is smaller than the theoretical value, and at least one of the characteristics that continues to increase from the predetermined value.
  • the theoretical value is, for example, the lattice distance per molecule of the material forming the film.
  • Step D After a predetermined period of time has elapsed since the start of supply of raw material gas in the second step, the valve 314 is closed and the supply of raw material gas is stopped. At this time, the APC valve 243 of the exhaust pipe 231 remains open, and the inside of the processing chamber 201 is evacuated by the vacuum pump 246 to remove residual gas from above the wafer 200 and remove any unreacted gas remaining in the processing chamber 201. The source gas, the first reducing gas, and reaction byproducts are removed from the processing chamber 201 . At this time, the valves 514, 524, and 534 are opened to supply inert gas as a purge gas into the processing chamber 201.
  • the inert gas acts as a purge gas, removes residual gas from above the wafer 200, and eliminates unreacted source gas, first reducing gas, reaction byproducts, etc. remaining in the processing chamber 201 from within the processing chamber 201. It is possible to enhance the effect of The inert gas supply flow rate controlled by the MFCs 512, 522, and 532 is, for example, 0.1 to 30 slm, respectively.
  • step E After a predetermined period of time has elapsed since the start of purging, the valve 334 is opened to allow the second reducing gas to flow into the gas supply pipe 330.
  • the second reducing gas has a flow rate adjusted by the MFC 332, is supplied into the processing chamber 201 from the gas supply hole 430a of the nozzle 430, and is exhausted from the exhaust pipe 231.
  • the valve 534 is simultaneously opened to flow inert gas into the gas supply pipe 530.
  • the valves 514 and 524 are opened to allow inert gas to flow into the gas supply pipes 510 and 520.
  • the APC valve 243 is adjusted so that the pressure inside the processing chamber 201 is within a range of, for example, 1 to 3990 Pa.
  • the supply flow rate of the second reducing gas controlled by the MFC 332 is, for example, within the range of 0.1 to 30 slm.
  • the inert gas supply flow rate controlled by the MFCs 512, 522, and 532 is, for example, within a range of 0.1 to 30 slm.
  • the time period for supplying the second reducing gas to the wafer 200 is, for example, within a range of 0.01 to 30 seconds.
  • the second reducing gas and inert gas are supplied to the wafer.
  • the second reducing gas for example, ammonia (NH 3 ) gas can be used.
  • NH 3 gas ammonia gas
  • Ti contained in the Ti-containing layer and N contained in the NH 3 gas combine to form a TiN layer on the wafer 200.
  • TiCl x adsorbed on the wafer 200 reacts with NH 3 to form a TiN film on the wafer 200 with an oxide film formed on the surface, thereby improving the coverage of the TiN film. can.
  • reaction by-products such as HCl, ammonium chloride (NH 4 Cl), and H 2 are produced.
  • Step F After a predetermined period of time has passed since the start of supply of the second reducing gas, the valve 334 is closed to stop the supply of the second reducing gas. At this time, the APC valve 243 of the exhaust pipe 231 remains open, and the inside of the processing chamber 201 is evacuated by the vacuum pump 246 to remove residual gas from above the wafer 200 and remove any unreacted gas remaining in the processing chamber 201. The second reducing gas and reaction byproducts that have contributed to the formation of the film are removed from the processing chamber 201. At this time, the valves 514, 524, and 534 are opened to supply inert gas as a purge gas into the processing chamber 201.
  • the inert gas acts as a purge gas, removes residual gas from above the wafer 200, and eliminates unreacted second reducing gas remaining in the processing chamber 201, the above-mentioned reaction byproducts, etc. from the processing chamber 201.
  • the effect can be increased.
  • the inert gas supply flow rate controlled by the MFCs 512, 522, and 532 is, for example, 0.1 to 30 slm, respectively.
  • a film containing the first element having a predetermined thickness is formed on the wafer 200 by performing the cycle of sequentially performing steps A to F described above a predetermined number of times (Y times, Y is a natural number of 1 or more) at least once.
  • a predetermined number of times Y times, Y is a natural number of 1 or more
  • TiN titanium nitride
  • Inert gas is supplied into the processing chamber 201 from each of the gas supply pipes 510 to 530 and exhausted from the exhaust pipe 231.
  • the inert gas acts as a purge gas, whereby the inside of the processing chamber 201 is purged with the inert gas, and gases and reaction by-products remaining in the processing chamber 201 are removed from the inside of the processing chamber 201 (after purge).
  • the atmosphere inside the processing chamber 201 is replaced with an inert gas (inert gas replacement), and the pressure inside the processing chamber 201 is returned to normal pressure (atmospheric pressure return).
  • the seal cap 219 is lowered by the boat elevator 115, and the lower end of the outer tube 203 is opened. Then, the processed wafer 200 is carried out from the lower end of the outer tube 203 to the outside of the outer tube 203 while being supported by the boat 217 (boat unloading). Thereafter, the processed wafer 200 is taken out from the boat 217 (wafer discharge).
  • the valve 324 is opened during the supply of the raw material gas in step A described above, and the supply of the first reducing gas is started. That is, before completing step A (first step), the first reducing gas is supplied. Even in this case, the effect is similar to that described above, and it is possible to improve the TiCl x coverage, improve the continuity of the Ti-containing film, and improve the step coverage performance of the film formed in the groove. can. Furthermore, it becomes possible to remove reaction by-products produced during step A from step A.
  • the raw material gas is supplied in the second step without purging after the first reducing gas is supplied, but the present disclosure is not limited to this, and the first reducing gas is supplied for a short period of time. After purging for some time, the raw material gas may be supplied in the second step.
  • Group 14 elements include silicon (Si) and germanium (Ge).
  • Si silicon
  • Ge germanium
  • a gas containing Si and a halogen that is, a halosilane gas
  • Halogens include chlorine (Cl), fluorine (F), bromine (Br), iodine (I), and the like.
  • halosilane gas for example, chlorosilane gas containing Si and Cl can be used.
  • the raw material gas includes, for example, monochlorosilane (SiH 3 Cl, abbreviation: MCS) gas, dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 , abbreviation: DCS) gas, trichlorosilane (SiHCl 3 , abbreviation: TCS) gas. , tetrachlorosilane (SiCl 4 , abbreviation: STC) gas, hexachlorodisilane (Si 2 Cl 6 , abbreviation: HCDS) gas, octachlorotrisilane (Si 3 Cl 8 , abbreviation: OCTS) gas, etc. can be used.
  • MCS monochlorosilane
  • DCS dichlorosilane
  • TCS trichlorosilane
  • STC tetrachlorosilane
  • HCDS hexachlorodisilane
  • OCTS octachlorotri
  • metal elements include hafnium (Hf), zirconium (Zr), aluminum (Al), molybdenum (Mo), and tungsten (W). It can also be suitably applied when using a gas containing at least one of these metal elements and a halogen.
  • Examples of such gas include hafnium tetrachloride (HfCl 4 ) gas, zirconium tetrachloride (ZrCl 4 ) gas, aluminum trichloride (AlCl 3 ) gas, molybdenum dioxide dichloride (MoO 2 Cl 2 ) gas, and hexafluoride gas.
  • a gas such as tungsten oxide (WF 6 ) gas can be used.
  • the first reducing gas includes hydrogen (H).
  • silane gas such as disilane (Si 2 H 6 ), trisilane (Si 3 H 8 ), borane gas such as monoborane (BH 3 ), diborane (B 2 H 6 ), etc. It can also be suitably applied when used.
  • the second reducing gas may include hydrogen (H).
  • H hydrogen
  • Any gas may be used, and for example, a nitrogen-containing gas such as diazene (N 2 H 2 ), triazene (N 3 H 3 ), or hydrazine (N 2 H 4 ) can be suitably used.
  • a film is formed using a substrate processing apparatus that is a batch-type vertical apparatus that processes a plurality of substrates at once, but the present disclosure is not limited to this. It can also be suitably applied when forming a film using a single-wafer type substrate processing apparatus that processes one or several substrates at a time.
  • Process recipes programs that describe processing procedures, processing conditions, etc. used to form these various thin films are based on the details of substrate processing (film type, composition ratio, film quality, film thickness, processing procedure, processing conditions, etc. of the thin film to be formed). It is preferable to prepare them individually (prepare a plurality of them) depending on the conditions (conditions, etc.). Then, when starting substrate processing, it is preferable to appropriately select an appropriate process recipe from among a plurality of process recipes depending on the content of the substrate processing. Specifically, the substrate processing apparatus is provided with a plurality of process recipes individually prepared according to the content of the substrate processing via a telecommunication line or a recording medium (external storage device 123) that records the process recipes.
  • the CPU 121a included in the substrate processing apparatus When starting substrate processing, the CPU 121a included in the substrate processing apparatus appropriately selects an appropriate process recipe from among the plurality of process recipes stored in the storage device 121c according to the content of the substrate processing. is preferred.
  • the operational burden on the operator (such as the burden of inputting processing procedures, processing conditions, etc.) can be reduced, and substrate processing can be started quickly while avoiding operational errors.
  • the present disclosure can also be realized, for example, by changing the process recipe of an existing substrate processing apparatus.
  • the process recipe according to the present disclosure may be installed on an existing substrate processing apparatus via a telecommunications line or a recording medium that records the process recipe, or the input/output of the existing substrate processing apparatus may be changed. It is also possible to operate the device and change the process recipe itself to the process recipe according to the present disclosure.
  • the present disclosure can be used, for example, in a word line portion of a NAND flash memory, DRAM, etc. that has a three-dimensional structure.
  • Substrate processing apparatus 121 Controller 200 Wafer (substrate) 201 Processing chamber

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Abstract

基板上に形成される膜の特性を向上させる。　（ａ）基板に第１元素とハロゲンを含む原料ガスを供給する第１工程と、　（ｂ）基板に第１還元ガスを供給する工程と、（ｃ）基板に第２還元ガスを供給する工程と、（ｄ）基板に原料ガスを供給する第２工程と、を有し、（ｅ）パージを行うことなく、（ｂ）と（ｄ）とをＸ回行う工程と、（ｆ）（ｅ）と（ｃ）とをＹ回行う工程と、を有する技術。

Description

基板処理方法、半導体装置の製造方法、プログラム及び基板処理装置
　本開示は、基板処理方法、半導体装置の製造方法、プログラム及び基板処理装置
に関する。
　３次元構造を持つ３ＤＮＡＮＤ型フラッシュメモリやＤＲＡＭのワードラインとして例えば低抵抗な金属膜が用いられている。また、この金属膜と絶縁膜との間にバリア膜を形成することがある（例えば特許文献１及び特許文献２参照）。
特開２０１１－２５２２２１号公報 特開２０１７－０６９４０７号公報
　本開示は、基板上に形成される膜の特性を向上させることが可能な技術を提供することを目的とする。
　本開示の一態様によれば、
　（ａ）基板に第１元素とハロゲンを含む原料ガスを供給する第１工程と、　（ｂ）基板に第１還元ガスを供給する工程と、（ｃ）基板に第２還元ガスを供給する工程と、（ｄ）基板に原料ガスを供給する第２工程と、を有し、（ｅ）パージを行うことなく、（ｂ）と（ｄ）とをＸ回行う工程と、（ｆ）（ｅ）と（ｃ）とをＹ回行う工程と、を有する技術が提供される。
　本開示によれば、基板上に形成される膜の特性を向上させることができる。
本開示の一実施形態における基板処理装置の縦型処理炉の概略を示す縦断面図である。 図１におけるＡ－Ａ線概略横断面図である。 本開示の一実施形態におけ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。 本開示の一実施形態における基板処理シーケンスを示す図である。 本開示の一実施形態における基板処理シーケンスの変形例を示す図である。
　以下、図１～４を参照しながら説明する。なお、以下の説明において用いられる図面は、いずれも模式的なものであり、図面に示される、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は、現実のものとは必ずしも一致していない。また、複数の図面の相互間においても、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は必ずしも一致していない。
（１）基板処理装置の構成 
　基板処理装置１０は、加熱手段（加熱機構、加熱系）としてのヒータ２０７が設けられた処理炉２０２を備える。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の内側には、ヒータ２０７と同心円状に処理容器を構成するアウタチューブ２０３が配設されている。アウタチューブ２０３は、例えば石英（ＳｉＯ２）、炭化シリコン（ＳｉＣ）などの耐熱性材料で構成され、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。アウタチューブ２０３の下方には、アウタチューブ２０３と同心円状に、マニホールド（インレットフランジ）２０９が配設されている。マニホールド２０９は、例えばステンレス（ＳＵＳ）などの金属で構成され、上端及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の上端部と、アウタチューブ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。マニホールド２０９がヒータベースに支持されることにより、アウタチューブ２０３は垂直に据え付けられた状態となる。
　アウタチューブ２０３の内側には、処理容器を構成するインナチューブ２０４が配設されている。インナチューブ２０４は、例えば石英（ＳｉＯ２）、炭化シリコン（ＳｉＣ）などの耐熱性材料で構成され、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。主に、アウタチューブ２０３と、インナチューブ２０４と、マニホールド２０９とにより処理容器が構成されている。処理容器の筒中空部（インナチューブ２０４の内側）には処理室２０１が形成されている。
　処理室２０１は、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鉛直方向に多段に配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４１０，４２０，４３０がマニホールド２０９の側壁及びインナチューブ２０４を貫通するように設けられている。ノズル４１０，４２０，４３０には、ガス供給管３１０，３２０，３３０が、それぞれ接続されている。ただし、本実施形態の処理炉２０２は上述の形態に限定されない。
　ガス供給管３１０，３２０，３３０には上流側から順に流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）３１２，３２２，３３２がそれぞれ設けられている。また、ガス供給管３１０，３２０，３３０には、開閉弁であるバルブ３１４，３２４，３３４がそれぞれ設けられている。また、ガス供給管３１０のＭＦＣ３１２の下流側であってバルブ３１４の上流側の、ＭＦＣ３１２とバルブ３１４の間には、ガスを溜める貯留部３１５が設けられている。すなわち、ガスを供給する前に、貯留部に所定量のガスを溜めておき、ガス供給時において貯留部に溜めたガスを用いることができるように構成されている。ガス供給管３１０，３２０，３３０のバルブ３１４，３２４，３３４の下流側には、不活性ガスを供給するガス供給管５１０，５２０，５３０がそれぞれ接続されている。ガス供給管５１０，５２０，５３０には、上流側から順に、流量制御器（流量制御部）であるＭＦＣ５１２，５２２，５３２及び開閉弁であるバルブ５１４，５２４，５３４がそれぞれ設けられている。
　ガス供給管３１０，３２０，３３０の先端部にはノズル４１０，４２０，４３０がそれぞれ連結接続されている。ノズル４１０，４２０，４３０は、Ｌ字型のノズルとして構成されており、その水平部はマニホールド２０９の側壁及びインナチューブ２０４を貫通するように設けられている。ノズル４１０，４２０，４３０の垂直部は、インナチューブ２０４の径方向外向きに突出し、かつ鉛直方向に延在するように形成されているチャンネル形状（溝形状）の予備室２０１ａの内部に設けられており、予備室２０１ａ内にてインナチューブ２０４の内壁に沿って上方（ウエハ２００の配列方向上方）に向かって設けられている。
　ノズル４１０，４２０，４３０は、処理室２０１の下部領域から処理室２０１の上部領域まで延在するように設けられており、ウエハ２００と対向する位置にそれぞれ複数のガス供給孔４１０ａ，４２０ａ，４３０ａが設けられている。これにより、ノズル４１０，４２０，４３０のガス供給孔４１０ａ，４２０ａ，４３０ａからそれぞれウエハ２００に処理ガスを供給する。このガス供給孔４１０ａ，４２０ａ，４３０ａは、インナチューブ２０４の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれ同一の開口面積を有し、さらに同一の開口ピッチで設けられている。ただし、ガス供給孔４１０ａ，４２０ａ，４３０ａは上述の形態に限定されない。例えば、インナチューブ２０４の下部から上部に向かって開口面積を徐々に大きくしてもよい。これにより、ガス供給孔４１０ａ，４２０ａ，４３０ａから供給されるガスの流量をより均一化することが可能となる。
　ノズル４１０，４２０，４３０のガス供給孔４１０ａ，４２０ａ，４３０ａは、後述するボート２１７の下部から上部までの高さの位置に複数設けられている。そのため、ノズル４１０，４２０，４３０のガス供給孔４１０ａ，４２０ａ，４３０ａから処理室２０１内に供給された処理ガスは、ボート２１７の下部から上部までに収容されたウエハ２００の全域に供給される。ノズル４１０，４２０，４３０は、処理室２０１の下部領域から上部領域まで延在するように設けられていればよいが、ボート２１７の天井付近まで延在するように設けられていることが好ましい。
　ガス供給管３１０からは、処理ガスとして、第１元素とハロゲンを含む原料ガスが、ＭＦＣ３１２、貯留部３１５、バルブ３１４、ノズル４１０を介して処理室２０１内に供給される。
　ガス供給管３２０からは、処理ガスとして、第１還元ガスが、ＭＦＣ３２２、バルブ３２４、ノズル４２０を介して処理室２０１内に供給される。
　ガス供給管３３０からは、処理ガスとして、第２還元ガスが、ＭＦＣ３３２、バルブ３３４、ノズル４３０を介して処理室２０１内に供給される。本開示では、第２還元ガスを、原料ガスと反応させる反応ガスとして用いる。
　ガス供給管５１０，５２０，５３０からは、不活性ガスとして、例えば窒素（Ｎ２）ガスが、それぞれＭＦＣ５１２，５２２，５３２、バルブ５１４，５２４，５３４、ノズル４１０，４２０，４３０を介して処理室２０１内に供給される。以下、不活性ガスとしてＮ２ガスを用いる例について説明するが、不活性ガスとしては、Ｎ２ガス以外に、例えば、アルゴン（Ａｒ）ガス、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、キセノン（Ｘｅ）ガス等の希ガスを用いてもよい。
　主に、ガス供給管３１０，３２０，３３０、ＭＦＣ３１２，３２２，３３２、バルブ３１４，３２４，３３４、ノズル４１０，４２０，４３０により処理ガス供給系が構成されるが、ノズル４１０，４２０，４３０のみを処理ガス供給系と考えてもよい。処理ガス供給系は単にガス供給系と称してもよい。ガス供給管３１０から原料ガスを流す場合、主に、ガス供給管３１０、ＭＦＣ３１２、貯留部３１５、バルブ３１４により原料ガス供給系が構成されるが、ノズル４１０を原料ガス供給系に含めて考えてもよい。また、ガス供給管３２０から第１還元ガスを流す場合、主に、ガス供給管３２０、ＭＦＣ３２２、バルブ３２４により第１還元ガス供給系が構成されるが、ノズル４２０を第１還元ガス供給系に含めて考えてもよい。また、ガス供給管３３０から第２還元ガスを流す場合、主に、ガス供給管３３０、ＭＦＣ３３２、バルブ３３４により第２還元ガス供給系が構成されるが、ノズル４３０を第２還元ガス供給系に含めて考えてもよい。ガス供給管３３０から反応ガスとして第２還元ガスを供給する場合、第２還元ガス供給系を反応ガス供給系と称することもできる。また、主に、ガス供給管５１０，５２０，５３０、ＭＦＣ５１２，５２２，５３２、バルブ５１４，５２４，５３４により不活性ガス供給系が構成される。
　本実施形態におけるガス供給の方法は、インナチューブ２０４の内壁と、複数枚のウエハ２００の端部とで定義される円環状の縦長の空間内の予備室２０１ａ内に配置したノズル４１０，４２０，４３０を経由してガスを搬送している。そして、ノズル４１０，４２０，４３０のウエハと対向する位置に設けられた複数のガス供給孔４１０ａ，４２０ａ，４３０ａからインナチューブ２０４内にガスを噴出させている。より詳細には、ノズル４１０のガス供給孔４１０ａ、ノズル４２０のガス供給孔４２０ａ、ノズル４３０のガス供給孔４３０ａにより、ウエハ２００の表面と平行方向に向かって処理ガス等を噴出させている。
　排気孔（排気口）２０４ａは、インナチューブ２０４の側壁であってノズル４１０，４２０，４３０に対向した位置に形成された貫通孔であり、例えば、鉛直方向に細長く開設されたスリット状の貫通孔である。ノズル４１０，４２０，４３０のガス供給孔４１０ａ，４２０ａ，４３０ａから処理室２０１内に供給され、ウエハ２００の表面上を流れたガスは、排気孔２０４ａを介してインナチューブ２０４とアウタチューブ２０３との間に形成された隙間で構成された排気路２０６内に流れる。そして、排気路２０６内へと流れたガスは、排気管２３１内に流れ、処理炉２０２外へと排出される。
　排気孔２０４ａは、複数のウエハ２００と対向する位置に設けられており、ガス供給孔４１０ａ，４２０ａ，４３０ａから処理室２０１内のウエハ２００の近傍に供給されたガスは、水平方向に向かって流れた後、排気孔２０４ａを介して排気路２０６内へと流れる。排気孔２０４ａはスリット状の貫通孔として構成される場合に限らず、複数個の孔により構成されていてもよい。
　マニホールド２０９には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気管２３１が設けられている。排気管２３１には、上流側から順に、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、ＡＰＣ（Ａｕｔｏ　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４３、真空排気装置としての真空ポンプ２４６が接続されている。ＡＰＣバルブ２４３は、真空ポンプ２４６を作動させた状態で弁を開閉することで、処理室２０１内の真空排気及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。主に、排気孔２０４ａ、排気路２０６、排気管２３１、ＡＰＣバルブ２４３及び圧力センサ２４５により、排気系が構成される。真空ポンプ２４６を排気系に含めて考えてもよい。
　マニホールド２０９の下方には、マニホールド２０９の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ２１９が設けられている。シールキャップ２１９は、マニホールド２０９の下端に鉛直方向下側から当接されるように構成されている。シールキャップ２１９は、例えばＳＵＳ等の金属で構成され、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における処理室２０１の反対側には、ウエハ２００を収容するボート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、アウタチューブ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によって鉛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内外に搬入及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及びボート２１７に収容されたウエハ２００を、処理室２０１内外に搬送する搬送装置（搬送系）として構成されている。
　基板支持具としてのボート２１７は、複数枚、例えば２５～２００枚のウエハ２００を、水平姿勢で、かつ、互いに中心を揃えた状態で鉛直方向に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等の耐熱性材料で構成される。ボート２１７の下部には、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料で構成される断熱板２１８が水平姿勢で多段（図示せず）に支持されている。この構成により、ヒータ２０７からの熱がシールキャップ２１９側に伝わりにくくなっている。ただし、本実施形態は上述の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等の耐熱性材料で構成される筒状の部材として構成された断熱筒を設けてもよい。
　図２に示すように、インナチューブ２０４内には温度検出器としての温度センサ２６３が設置されており、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への通電量を調整することで、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４１０，４２０，４３０と同様にＬ字型に構成されており、インナチューブ２０４の内壁に沿って設けられている。
　図３に示すように、制御部（制御手段）であるコントローラ１２１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）１２１ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）１２１ｂ、記憶装置１２１ｃ、Ｉ／Ｏポート１２１ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ１２１ｂ、記憶装置１２１ｃ、Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、内部バスを介して、ＣＰＵ１２１ａとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ１２１には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置１２２が接続されている。
　記憶装置１２１ｃは、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ　Ｄｉｓｋ　Ｄｒｉｖｅ）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、後述する半導体装置の製造方法の手順や条件などが記載されたプロセスレシピなどが、読み出し可能に格納されている。プロセスレシピは、後述する半導体装置の製造方法における各工程（各ステップ）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、このプロセスレシピ、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、プロセスレシピ及び制御プログラムの組み合わせを含む場合がある。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ＭＦＣ３１２，３２２，３３２，５１２，５２２，５３２、バルブ３１４，３２４，３３４，５１４，５２４，５３４、貯留部３１５、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４３、真空ポンプ２４６、ヒータ２０７、温度センサ２６３、回転機構２６７、ボートエレベータ１１５等に接続されている。
　ＣＰＵ１２１ａは、記憶装置１２１ｃから制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置１２２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置１２１ｃからレシピ等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、ＭＦＣ３１２，３２２，３３２，５１２，５２２，５３２による各種ガスの流量調整動作、バルブ３１４，３２４，３３４，５１４，５２４，５３４の開閉動作、貯留部３１５による原料ガスの貯留動作、ＡＰＣバルブ２４３の開閉動作及びＡＰＣバルブ２４３による圧力センサ２４５に基づく圧力調整動作、温度センサ２６３に基づくヒータ２０７の温度調整動作、真空ポンプ２４６の起動及び停止、回転機構２６７によるボート２１７の回転及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、ボート２１７へのウエハ２００の収容動作等を制御することが可能なように構成されている。
　コントローラ１２１は、外部記憶装置（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリやメモリカード等の半導体メモリ）１２３に格納された上述のプログラムを、コンピュータにインストールすることにより構成することができる。記憶装置１２１ｃや外部記憶装置１２３は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成されている。以下、これらを総称して、単に、記録媒体ともいう。本明細書において記録媒体は、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。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 
　半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、ウエハ２００に対して第１元素を含む膜を形成する工程の一例について、図４を用いて説明する。本工程は、上述した基板処理装置１０の処理炉２０２を用いて実行される。以下の説明において、基板処理装置１０を構成する各部の動作はコントローラ１２１により制御される。
　本実施形態による基板処理工程（半導体装置の製造工程）では、
　（ａ）ウエハ２００に第１元素とハロゲンを含む原料ガスを供給する第１工程と、
　（ｂ）ウエハ２００に第１還元ガスを供給する工程と、
（ｃ）ウエハ２００に第２還元ガスを供給する工程と、
（ｄ）ウエハ２００に原料ガスを供給する第２工程と、を有し、
（ｅ）パージを行うことなく、（ｂ）と（ｄ）とをＸ回行う工程と、
（ｆ）（ｅ）と（ｃ）とをＹ回行うことにより、ウエハ２００に対して、第１元素を含む膜を形成する工程を有する。
　本明細書において「ウエハ」という言葉を用いた場合は、「ウエハそのもの」を意味する場合や、「ウエハとその表面に形成された所定の層や膜等との積層体」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や膜等の表面」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。
（ウエハ搬入） 
　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、図１に示されているように、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内に搬入（ボートロード）され、処理容器内に収容される。この状態で、シールキャップ２１９はＯリング２２０を介してアウタチューブ２０３の下端開口を閉塞した状態となる。
（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によって真空排気される。この際、処理室２０１内の圧力は、圧力センサ２４５で測定され、この測定された圧力情報に基づき、ＡＰＣバルブ２４３がフィードバック制御される（圧力調整）。真空ポンプ２４６は、少なくともウエハ２００に対する処理が完了するまでの間は常時作動させた状態を維持する。また、処理室２０１内が所望の温度となるようにヒータ２０７によって加熱される。この際、処理室２０１内が所望の温度分布となるように、温度センサ２６３が検出した温度情報に基づきヒータ２０７への通電量がフィードバック制御される（温度調整）。ヒータ２０７による処理室２０１内の加熱は、少なくともウエハ２００に対する処理が完了するまでの間は継続して行われる。
（原料ガス供給（第１工程）、ステップＡ） 
　バルブ３１４を開き、ガス供給管３１０内に原料ガスを流す。ＭＦＣ３１２により流量調整されて貯留部３１５に貯留された原料ガスが、ノズル４１０のガス供給孔４１０ａから処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。このとき同時にバルブ５１４を開き、ガス供給管５１０内にＮ２ガス等の不活性ガスを流す。また、ノズル４２０，４３０内への原料ガスの侵入を防止するために、バルブ５２４，５３４を開き、ガス供給管５２０，５３０内に不活性ガスを流す。なお、本ステップにおいては、貯留部３１５に溜めないで（貯留時間ゼロで）そのまま原料ガスを処理室２０１内に供給するようにしてもよい。
　このときＡＰＣバルブ２４３を調整して、処理室２０１内の圧力を、例えば１～３９９０Ｐａの範囲内の圧力とする。ＭＦＣ３１２で制御する原料ガスの供給流量は、例えば０．０１～３ｓｌｍの範囲内の流量とする。ＭＦＣ５１２，５２２，５３２で制御する不活性ガスの供給流量は、それぞれ例えば０．１～３０ｓｌｍの範囲内の流量とする。以下において、ヒータ２０７の温度は、ウエハ２００の温度が、例えば３００～６００℃の範囲内の温度となるような温度に設定して行う。なお、本開示における「１～３９９０Ｐａ」のような数値範囲の表記は、下限値および上限値がその範囲に含まれることを意味する。よって、例えば、「１～３９９０Ｐａ」とは「１Ｐａ以上３９９０Ｐａ以下」を意味する。他の数値範囲についても同様である。
　このとき、ウエハ２００に対して原料ガスと不活性ガスが供給されることとなる。原料ガスとしては、第１元素とハロゲンを含むガスである、例えばチタン（Ｔｉ）と塩素（Ｃｌ）を含むガスである四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスを用いることができる。原料ガスとして、ＴｉＣｌ４ガスを用いた場合、ＴｉＣｌ４ガスの供給により、ウエハ２００（表面の下地膜）上に、ＴｉＣｌｘ（ＸはＴｉの場合、例えば、４以下の整数）が吸着し、Ｔｉ含有層が形成される。
（第１還元ガスの供給、ステップＢ） 
　原料ガスの供給を開始してから所定時間経過後に、バルブ３１４を閉じるとともに、バルブ３２４を開き、ガス供給管３２０内に、第１還元ガスの供給を開始する。つまり、原料ガスの供給を停止した後に、第１還元ガスの供給を開始する。第１還元ガスは、ＭＦＣ３２２により流量調整され、ノズル４２０のガス供給孔４２０ａから処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。なお、このとき同時にバルブ５１４，５２４を開き、ガス供給管５１０，５２０内に不活性ガスを流す。また、ノズル４３０内への原料ガス、第１還元ガスの侵入を防止するために、バルブ５３４を開き、ガス供給管５３０内に不活性ガスを流す。
　このときＡＰＣバルブ２４３を調整して、処理室２０１内の圧力を、例えば１～３９９０Ｐａの範囲内の圧力とする。ＭＦＣ３２２で制御する第１還元ガスの供給流量は、例えば０．１～５ｓｌｍの範囲内の流量とする。ＭＦＣ５１２，５２２，５３２で制御する不活性ガスの供給流量は、それぞれ例えば０．１～３０ｓｌｍの範囲内の流量とする。
　このとき、ウエハ２００に対して第１還元ガスと不活性ガスが供給されることとなる。第１還元ガスとしては、例えばシリコン（Ｓｉ）と水素（Ｈ）を含むガスであるシラン（ＳｉＨ４）ガスを用いることができる。
第１還元ガスの供給により、反応副生成物であり、吸着阻害物である例えば塩化水素（ＨＣｌ）が除去され、ＨＣｌが吸着していた吸着サイトが空いて、ウエハ２００表面に、ＴｉＣｌｘが吸着可能な吸着サイトを形成することができる。吸着阻害物がＨＣｌの様なハロゲン化物で、第１還元ガスが、ＳｉＨ４の様なシラン系化合物の場合、ＨＣｌとＳｉＨ４とが反応し、ＳｉＣｌ４とＨ２とが生成され、排気される。
なお、原料ガスの供給（ステップＡ）後にパージを行うこと無く、この第１還元ガスの供給（ステップＢ）を行うことが好ましい。原料ガスの供給の後にパージを行うことなく、第１還元ガスを供給することで、原料ガスの供給により生成した反応副生成物がウエハ２００に吸着する量を低減することができる。
（原料ガス供給（第２工程）、ステップＣ） 
　第１還元ガスの供給を開始してから所定時間経過後に、バルブ３２４を閉じ、第１還元ガスの供給を停止するとともにバルブ３１４を開き、原料ガスの供給を開始する。言い換えれば、第１還元ガスの供給を停止してすぐに、パージしないで原料ガスの供給を開始する。ＭＦＣ３１２により流量調整されて貯留部３１５に貯留された原料ガスは、ノズル４１０のガス供給孔４１０ａから処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。すなわち、本ステップの前に貯留部３１５に原料ガスを溜めて貯留しておき、本ステップでは、貯留部３１５に貯留した原料ガスを処理室２０１内に供給しても良い。なお、このとき同時にバルブ５１４を開き、ガス供給管５１０内に不活性ガスを流す。また、ノズル４２０，４３０内への原料ガスの侵入を防止するために、バルブ５２４，５３４を開き、ガス供給管５２０，５３０内に不活性ガスを流す。ここで、パージとは、少なくとも、ウエハ２００上に存在するガスを低減（除去）することを意味する。ガスの除去は、例えば、処理室２０１内の雰囲気（未反応のガス、副生成物、等）を排気することで行われる。また、処理室２０１内に、不活性ガスを供給することにより、処理室２０１内に存在するガスを押し出すことによって行われても良い。また、この様な排気と、不活性ガスの押し出しを組み合わせて行っても良い。
　このときＡＰＣバルブ２４３を調整して、処理室２０１内の圧力を、例えば１～３９９０Ｐａの範囲内の圧力とする。ＭＦＣ３１２で制御する原料ガスの供給流量は、例えば０．０１～３ｓｌｍの範囲内の流量とする。ＭＦＣ５１２，５２２，５３２で制御する不活性ガスの供給流量は、それぞれ例えば０．１～３０ｓｌｍの範囲内の流量とする。このとき原料ガスをウエハ２００に対して供給する時間は、例えば０．０１～２０秒の範囲内の時間とする。
　このとき、ウエハ２００に対して上述した第１工程の原料ガスと同じ原料ガスと不活性ガスが供給されることとなる。ステップＢの後、パージした場合、処理室２０１内が真空排気され、処理室２０１内を高圧に戻すのに時間がかかり、生産性が低下する。本ステップのように、ステップＢの後、パージしないで本ステップにおける原料ガス供給を開始することにより、ステップＡ～Ｂにおける状態と同じ高圧状態に処理室２０１内を保持して本ステップを開始することが可能となり、生産性が向上される。
ステップＣの原料ガスの供給により、ウエハ２００表面であって、原料ガスに含まれる第１元素の吸着可能な吸着サイトに、第１元素を含むガスが吸着する。
　なお、ステップＣ（第２工程）における原料ガスの供給量は、ステップＡ（第１工程）における原料ガスの供給量と異なる。具体的には、ステップＣにおける原料ガスの供給時間は、ステップＡにおける原料ガスの供給時間以下とする。また、ステップＣにおける原料ガスの供給流量は、ステップＡにおける原料ガスの供給流量以下とすることが好ましい。ここで、供給量は、例えば、供給時間と供給流量の積である。それ故、供給量の調整は、供給時間と供給流量の少なくともいずれかで行われる。好ましくは、供給時間で供給量の調整が行われる。供給時間を短くすることで、基板処理時間を短縮させることができるためである。
　なお、ステップＢの後は、パージを行うこと無く、ステップＣを行うことが好ましい。ステップＢの後にパージした場合、次の原料ガス供給（ステップＣ）までに時間を要し、処理室２０１内に残留するＳｉＣｌｘやＨＣｌ等の反応副生成物がウエハ２００上に再付着する場合がある。本ステップのように、ステップＢの後、パージしないで本ステップにおける原料ガス供給を開始することにより、ＳｉＣｌｘやＨＣｌ等の反応副生成物がウエハ２００上に再付着する前にＴｉＣｌｘをウエハ２００上に吸着させることが可能となる。ここで、ｘは、例えば、整数である。なお、ステップＢとステップＣとを繰り返し行う場合に、ステップＣの後はパージを行うこと無く、ステップＢが行われる。
（Ｘ回数実施） 
　上述したステップＢとステップＣを順に行うサイクルを所定回数（Ｘ回、Ｘは１以上の自然数）、１回以上実行することにより、ウエハ２００上に、所定の厚さの第１元素を含む層を形成する。すなわち、ステップＢとステップＣとをＸ回行う工程を、ステップＡの後に行われる。ここで、第１元素を含む層とは、原料ガスに含まれる第１元素とハロゲンを含む層である。ステップＢを行うことにより、ステップＡとステップＣの少なくとも１つ以上で生成される反応副生成物を除去し吸着可能なサイトを形成し、ステップＣで、ステップＢで生成された吸着可能なサイトに原料ガスに含まれる第１元素を含むリガンドを吸着させることができる。
　なお、Ｘが２以上の数である場合に、ステップＣを行った回数に応じて、ステップＣにおける原料ガスの供給時間を短くしても良い。ステップＣを１回行う毎に、ステップＣの原料ガスの供給時間を短くしても良いし、ステップＣを複数回行う毎にステップＣの原料ガスの供給時間を短くしても良い。ステップＢにより空いた吸着可能なサイトは、ステップＢの後のステップＣにより、少なくなっていくため、ステップＣを行う回数に応じて、ステップＣにおける原料ガスの供給時間を短くすることで、吸着可能なサイトに応じた原料ガスの供給を行うことができる。即ち、原料ガスをウエハ２００に均一に吸着させつつ、原料ガスの消費量や、基板処理時間を短縮させることができる。言い換えると、ステップＣは、ウエハ２００表面に対する原料ガスの吸着量が飽和した状態に近付ける工程である。それ故、Ｘが２以上の複数回の場合、後に行われるステップＣは、飽和状態に近い状態で原料ガスが供給されることとなるためウエハ２００に供給される原料ガスの大部分は、層の形成に寄与する事無く、排気されてしまうことになる。このように供給量を調整することにより、原料ガスの消費量の最適化を行うことが可能となる。更に、言い換えると、ステップＢとステップＣの繰り返しは、本来、飽和特性を示さない原料ガスで、飽和特性を得る工程と言える。ここで、飽和特性とは、例えば、供給時間に対するサイクル毎の膜厚の特性であり、供給時間が有る程度増えると、サイクル毎の膜厚が所定の値から増加しないことを意味する。ここで飽和特性が得られないとは、この所定の値が、理論値をよりも小さいことと、所定の値から増加し続ける特性の少なくとも一つ以上を意味する。また、理論値とは、例えば、膜を構成する材料の１分子辺りの格子距離である。
（パージ、ステップＤ） 
　第２工程における原料ガスの供給を開始してから所定時間経過後に、バルブ３１４を閉じ、原料ガスの供給を停止する。このとき、排気管２３１のＡＰＣバルブ２４３は開いたままとして、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を真空排気し、ウエハ２００上から残留ガスを除去して、処理室２０１内に残留する未反応の原料ガスや第１還元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５１４，５２４，５３４を開き、パージガスとしての不活性ガスを処理室２０１内へ供給する。不活性ガスはパージガスとして作用し、ウエハ２００上から残留ガスを除去して、処理室２０１内に残留する未反応の原料ガスや第１還元ガスや反応副生成物等を処理室２０１内から排除する効果を高めることができる。ＭＦＣ５１２，５２２，５３２で制御する不活性ガスの供給流量は、それぞれ例えば０．１～３０ｓｌｍとする。
（第２還元ガス供給、ステップＥ） 
　パージを開始してから所定時間経過後に、バルブ３３４を開き、ガス供給管３３０内に、第２還元ガスを流す。第２還元ガスは、ＭＦＣ３３２により流量調整され、ノズル４３０のガス供給孔４３０ａから処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。なお、このとき同時にバルブ５３４を開き、ガス供給管５３０内に不活性ガスを流す。また、ノズル４１０，４２０内への第２還元ガスの侵入を防止するために、バルブ５１４，５２４を開き、ガス供給管５１０，５２０内に不活性ガスを流す。
　このときＡＰＣバルブ２４３を調整して、処理室２０１内の圧力を、例えば１～３９９０Ｐａの範囲内の圧力とする。ＭＦＣ３３２で制御する第２還元ガスの供給流量は、例えば０．１～３０ｓｌｍの範囲内の流量とする。ＭＦＣ５１２，５２２，５３２で制御する不活性ガスの供給流量は、それぞれ例えば０．１～３０ｓｌｍの範囲内の流量とする。第２還元ガスをウエハ２００に対して供給する時間は、例えば０．０１～３０秒の範囲内の時間とする。
　このとき、ウエハに対して第２還元ガスと不活性ガスが供給されることとなる。ここで、第２還元ガスとしては、例えばアンモニア（ＮＨ３）ガスを用いることができる。第２還元ガスとして、ＮＨ３ガスを用いた場合、ウエハ２００上に形成されたＴｉ含有層の少なくとも一部と置換反応する。置換反応の際には、Ｔｉ含有層に含まれるＴｉとＮＨ３ガスに含まれるＮとが結合して、ウエハ２００上にＴｉＮ層が形成される。具体的には、ウエハ２００上に吸着したＴｉＣｌｘとＮＨ３が反応することにより、表面に酸化膜が形成されたウエハ２００上にＴｉＮ膜が形成され、ＴｉＮ膜の被覆率を向上させることができる。また、置換反応の際には、ＨＣｌ、塩化アンモニウム（ＮＨ４Ｃｌ）、Ｈ２等の反応副生成物が生じる。
（パージ、ステップＦ） 
　第２還元ガスの供給を開始してから所定時間経過後に、バルブ３３４を閉じて、第２還元ガスの供給を停止する。このとき、排気管２３１のＡＰＣバルブ２４３は開いたままとして、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を真空排気し、ウエハ２００上から残留ガスを除去して、処理室２０１内に残留する未反応もしくは膜の形成に寄与した後の第２還元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５１４，５２４，５３４を開き、パージガスとしての不活性ガスを処理室２０１内へ供給する。不活性ガスはパージガスとして作用し、ウエハ２００上から残留ガスを除去して、処理室２０１内に残留する未反応の第２還元ガスや上述の反応副生成物等を処理室２０１内から排除する効果を高めることができる。ＭＦＣ５１２，５２２，５３２で制御する不活性ガスの供給流量は、それぞれ例えば０．１～３０ｓｌｍとする。
（Ｙ回数実施） 
　上述したステップＡ～ステップＦを順に行うサイクルを所定回数（Ｙ回、Ｙは１以上の自然数）、１回以上実行することにより、ウエハ２００上に、所定の厚さの第１元素を含む膜を形成する。ここでは、例えば窒化チタン（ＴｉＮ）膜が形成される。
（アフターパージおよび大気圧復帰） 
　ガス供給管５１０～５３０のそれぞれから不活性ガスを処理室２０１内へ供給し、排気管２３１から排気する。不活性ガスはパージガスとして作用し、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（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）。
（ウエハ搬出） 
　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、アウタチューブ２０３の下端が開口される。そして、処理済ウエハ２００がボート２１７に支持された状態でアウタチューブ２０３の下端からアウタチューブ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、主に、以下に示す１つまたは複数の効果を得ることができる。
（ａ）膜の被覆率を向上させることができる。
（ｂ）膜の連続性を向上させることができる。ここで、連続性とは、膜の材料の結晶が連なっていること、結晶の間隔が小さいこと等を意味する。
（ｃ）基板上に形成される膜の特性を向上させることができる。
（ｄ）ステップＢとステップＣとをＸ回数行うことにより、ウエハ２００への原料ガスの吸着量を増やすことができる。
（ｄ）ステップＢとステップＣとをＸ回数行うことにより、ウエハ２００に飽和吸着しない原料ガスであっても、飽和吸着状態に近付けることができる。
（４）他の実施形態 
　以上、本開示の実施形態を具体的に説明した。しかしながら、本開示は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
　例えば、図５に示す基板処理シーケンスがある。この基板処理シーケンスでは、上述したステップＡの原料ガスの供給途中で、バルブ３２４を開き、第１還元ガス供給を開始する。すなわち、ステップＡ（第１工程）を終了する前に、第１還元ガスを供給する。この場合であっても、上述と同様の効果であって、ＴｉＣｌｘの被覆率を向上させ、Ｔｉ含有膜の連続性を向上させ、溝内に形成する膜のステップカバレッジ性能を改善することができる。さらには、ステップＡの間に生成される反応副生成物をステップＡから除去することが可能となる。
　また、上記実施形態では、第１還元ガス供給後にパージしないで第２工程における原料ガス供給を行う場合について説明したが、本開示はこれに限定されるものではなく、第１還元ガス供給後に短時間でパージした後、第２工程における原料ガス供給を行っても良い。
　また、上記実施形態では、原料ガスとして、第１元素とハロゲンを含むガスとして例えばＴｉとＣｌを含むＴｉＣｌ４ガスを用いる場合を用いて説明したが、本開示はこれに限定されるものではなく、他の金属元素、遷移金属元素、第１４族元素の少なくとも１つ以上と、ハロゲンを含むガスを用いる場合にも、好適に適用できる。
　第１４族元素は、例えば、シリコン（Ｓｉ）やゲルマニウム（Ｇｅ）である。Ｓｉである場合には、Ｓｉおよびハロゲンを含むガス、すなわち、ハロシランガスを用いることができる。ハロゲンには、塩素（Ｃｌ）、フッ素（Ｆ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）等が含まれる。ハロシランガスとしては、例えば、ＳｉおよびＣｌを含むクロロシランガスを用いることができる。
　具体的には、原料ガスとしては、例えば、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、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ２Ｃｌ６、略称：ＨＣＤＳ）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ガスを用いることができる。原料ガスとしては、これらのうち１以上を用いることができる。
　また、他の金属元素（遷移元素を含む）としては、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、等がある。これら金属元素の少なくとも１つ以上と、ハロゲンを含むガスを用いる場合にも好適に適用できる。
　この様なガスとしては、例えば、四塩化ハフニウム（ＨｆＣｌ４）ガス、四塩化ジルコニウム（ＺｒＣｌ４）ガス、三塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ３）ガス、二塩化二酸化モリブデン（ＭｏＯ２Ｃｌ２）ガス、六フッ化タングステン（ＷＦ６）ガス、等のガスを用いることができる。
　また、上記実施形態では、第１還元ガスとして、ＳｉＨ４ガスを用いる場合を用いて説明したが、本開示はこれに限定されるものではなく、第１還元ガスとして、水素（Ｈ）を含むガスで有れば良く、例えば、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、トリシラン（Ｓｉ３Ｈ８）等のシラン系ガス、モノボラン（ＢＨ３）、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）、等のボラン系ガスを用いる場合にも、好適に適用できる。
　また、上記実施形態では、第２還元ガスとして、ＮＨ３ガスを用いる場合を用いて説明したが、本開示はこれに限定されるものではなく、第２還元ガスとして、水素（Ｈ）を含むガスで有れば良く、例えば、ジアゼン（Ｎ２Ｈ２）、トリアゼン（Ｎ３Ｈ３）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）等の窒素含有ガスを用いる場合にも、好適に適用できる。
　また、上述の実施の形態では、一度に複数枚の基板を処理するバッチ式の縦型装置である基板処理装置を用いて成膜する例について説明したが、本開示はこれに限定されず、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成膜する場合にも、好適に適用できる。
　これらの各種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等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、処理手順、処理条件等）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等の入力負担等）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。
　また、本開示は、例えば、既存の基板処理装置のプロセスレシピを変更することでも実現できる。プロセスレシピを変更する場合は、本開示に係る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既存の基板処理装置にインストールしたり、また、既存の基板処理装置の入出力装置を操作し、そのプロセスレシピ自体を本開示に係るプロセスレシピに変更したりすることも可能である。
　また、本開示は、例えば、３次元構造を持つＮＡＮＤ型フラッシュメモリやＤＲＡＭ等のワードライン部分に用いることができる。
　以上、本開示の種々の典型的な実施形態を説明してきたが、本開示はそれらの実施形態に限定されず、適宜組み合わせて用いることもできる。
１０　基板処理装置１２１　コントローラ２００　ウエハ（基板）２０１　処理室

 

Claims (12)

  1. 　（ａ）基板に第１元素とハロゲンを含む原料ガスを供給する第１工程と、
    　（ｂ）前記基板に第１還元ガスを供給する工程と、
    　（ｃ）前記基板に第２還元ガスを供給する工程と、
    　（ｄ）前記基板に前記原料ガスを供給する第２工程と、
    　を有し、
    　（ｅ）パージを行うことなく、（ｂ）と（ｄ）とをＸ回行う工程と、
    　（ｆ）（ｅ）と（ｃ）とをＹ回行う工程と、
    を有する基板処理方法。
  2. 　（ｅ）は、（ａ）の後に行われる
    　請求項１に記載の基板処理方法。
  3. 　（ｂ２）　（ｅ）の前であって、（ａ）の間に、前記第１還元ガスを供給する工程と、
    を有する請求項１に記載の基板処理方法。
  4. 　（ｅ）では（ｂ）の後に（ｄ）を行う
    　請求項１～３のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  5. 　（ａ）の後、パージを行うことなく、（ｂ）が行われる
    　請求項１～４のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  6. 　（ａ）と（ｄ）とで、前記原料ガスの供給量を異ならせる
    　請求項１～５のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  7. 　（ｄ）の前記原料ガスの供給時間は、（ａ）の前記原料ガスの供給時間以下とする
    　請求項１～６のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  8. 　（ｄ）の前記原料ガスの供給流量は、（ａ）の前記原料ガスの供給流量以下とする
    　請求項１～７のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  9. 　（ｅ）において、（ｄ）を行った回数に応じて、（ｄ）における前記原料ガスの供給時間を短くする
    　請求項１～８のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  10. 　（ａ）基板に第１元素とハロゲンを含む原料ガスを供給する第１工程と、
    　（ｂ）前記基板に第１還元ガスを供給する工程と、
    　（ｃ）前記基板に第２還元ガスを供給する工程と、
    　（ｄ）前記基板に前記原料ガスを供給する第２工程と、
    　を有し、
    　（ｅ）パージを行うことなく、（ｂ）と（ｄ）とをＸ回行う工程と、
    　（ｆ）（ｅ）と（ｃ）とをＹ回行う工程と、
    を有する半導体装置の製造方法。
  11. 　（ａ）基板に第１元素とハロゲンを含む原料ガスを供給させる第１手順と、
    　（ｂ）前記基板に第１還元ガスを供給させる手順と、
    　（ｃ）前記基板に第２還元ガスを供給させる手順と、
    　（ｄ）前記基板に前記原料ガスを供給させる第２手順と、
    　を有し、
    　（ｅ）パージを行うことなく、（ｂ）と（ｄ）とをＸ回行わせる手順と、
    　（ｆ）（ｅ）と（ｃ）とをＹ回行わせる手順と、
    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。
  12. 　基板を収容する処理容器と、
    　前記基板に第１元素とハロゲンを含む原料ガスを供給する第１ガス供給系と、
    　前記基板に第１還元ガスを供給する第２ガス供給系と、
    　前記基板に第２還元ガスを供給する第３ガス供給系と、
    　（ａ）基板に第１元素とハロゲンを含む原料ガスを供給する第１処理と、
    　（ｂ）前記基板に第１還元ガスを供給する処理と、
    　（ｃ）前記基板に第２還元ガスを供給する処理と、
    　（ｄ）前記基板に前記原料ガスを供給する第２処理と、
    　を有し、
    　（ｅ）パージを行うことなく、（ｂ）と（ｄ）とをＸ回行う処理と、
    　（ｆ）（ｅ）と（ｃ）とをＹ回行う処理と、
    を実行させる様に前記第１ガス供給系と前記第２ガス供給系と前記第３ガス供給系とを制御することが可能な制御部と、
    を有する基板処理装置。

     
     
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