特許 6091940 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6091940

(24)【登録日】2017年2月17日

(45)【発行日】2017年3月8日

(54)【発明の名称】半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/318 20060101AFI20170227BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20170227BHJP

   C23C 16/455 20060101ALI20170227BHJP

   C23C 16/42 20060101ALI20170227BHJP

   H01L 21/316 20060101ALI20170227BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/318 M

   H01L21/31 C

   C23C16/455

   C23C16/42

   H01L21/318 C

   H01L21/316 M

【請求項の数】5

【全頁数】34

(21)【出願番号】特願2013-47454(P2013-47454)

(22)【出願日】2013年3月11日

(65)【公開番号】特開2014-175509(P2014-175509A)

(43)【公開日】2014年9月22日

【審査請求日】2016年3月11日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001122

【氏名又は名称】株式会社日立国際電気

(74)【代理人】

【識別番号】100145872

【弁理士】

【氏名又は名称】福岡 昌浩

(74)【代理人】

【識別番号】100091362

【弁理士】

【氏名又は名称】阿仁屋 節雄

(74)【代理人】

【識別番号】100105256

【弁理士】

【氏名又は名称】清野 仁

(72)【発明者】

【氏名】王 杰

(72)【発明者】

【氏名】浅井 優幸

(72)【発明者】

【氏名】花島 建夫

(72)【発明者】

【氏名】野田 孝暁

【審査官】 正山 旭

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−０９４６５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／１３４１７６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−０３２７６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０１００７２２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１１／１０２１４０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／００２８４７１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０１１５２５０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２０１１−５０７３０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０１５２６４５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−２０６５００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／００２９５６２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１２−１６０７０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０１８４１１０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１２−０５９９９７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３１８

Ｃ２３Ｃ １６／４２

Ｃ２３Ｃ １６／４５５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０１Ｌ ２１／３１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

表面にレジストパターンが形成された基板を２００℃以下の所定温度に維持しつつ、前記基板に対して所定元素を含む第１の原料ガスを供給して排気する工程と、前記基板に対して窒化ガスを供給して排気する工程と、を複数回行うことで、前記基板上に、前記所定元素および窒素を含む第１の層を０．５ｎｍ〜５ｎｍの膜厚となるよう形成する工程と、
前記基板を２００℃以下の所定温度に維持しつつ、前記基板に対して前記所定元素を含む第２の原料ガスを供給して排気する工程と、前記基板に対して前記窒化ガスを供給して排気する工程と、前記基板に対して酸化ガスを供給して排気する工程と、を複数回行うことで、前記第１の層上に、前記所定元素、窒素、酸素を含む第２の層を形成する工程と、
を行う半導体装置の製造方法。

【請求項2】

前記窒化ガスおよび前記酸化ガスは、それぞれプラズマ励起により活性化された状態で前記基板に対して供給する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項3】

前記第１の原料ガスと前記第２の原料ガスとは、異なるガスである請求項１もしくは請求項２に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項4】

基板を収容する処理室と、
前記処理室内に所定元素を含む第1の原料ガスを供給する第1の原料ガス供給系と、
前記処理室内に所定元素を含む第２の原料ガスを供給する第２の原料ガス供給系と、
前記処理室内に窒化ガスを供給する窒化ガス供給系と、
前記処理室内に酸化ガスを供給する酸化ガス供給系と、
前記基板を加熱する加熱系と、
前記処理室を排気する排気系と、
前記処理室に収容された表面にレジストパターンが形成された基板を２００℃以下の所定温度に維持しつつ、前記処理室内に所定元素を含む第１の原料ガスを供給して排気する処理と、前記処理室内に窒化ガスを供給して排気する処理と、を複数回行うことで、前記基板上に、前記所定元素および窒素を含む第１の層を０．５ｎｍ〜５ｎｍの膜厚となるよう形成する処理と、前記基板を２００℃以下の所定温度に維持しつつ、前記処理室内に前記所定元素を含む第２の原料ガスを供給して排気する処理と、前記基板に対して前記窒化ガスを供給して排気する処理と、前記処理室内に酸化ガスを供給して排気する処理と、を複数回行うことで、前記第１の層上に、前記所定元素、窒素、酸素を含む第２の層を形成する処理と、を行うように、前記第1の原料ガス供給系、前記第２の原料ガス供給系、前記窒化ガス供給系、前記酸化ガス供給系、加熱系、排気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。

【請求項5】

基板処理装置の処理室内に収容された表面にレジストパターンが形成された基板を２００℃以下の所定温度に維持しつつ、前記基板に対して所定元素を含む第１の原料ガスを供給して排気する手順と、前記基板に対して窒化ガスを供給して排気する手順と、を複数回行うことで、前記基板上に、前記所定元素および窒素を含む第１の層を０．５ｎｍ〜５ｎｍの膜厚となるよう形成する手順と、
前記基板を２００℃以下の所定温度に維持しつつ、前記基板に対して前記所定元素を含む第２の原料ガスを供給して排気する手順と、前記基板に対して前記窒化ガスを供給して排気する手順と、前記基板に対して酸化ガスを供給して排気する手順と、を複数回行うことで、前記第１の層上に、前記所定元素、窒素、酸素を含む第２の層を形成する手順と、を行う前記基板処理装置をコンピュータに制御させるプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板上に薄膜を形成する工程を含む半導体装置の製造方法、基板処理方法、基板処理装置およびプログラムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

ＤＲＡＭ等の半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、微細なレジストパターンが予め形成された基板上に、例えばシリコン酸化膜（以下、ＳｉＯ膜ともいう）等の薄膜を形成する基板処理工程が行われることがある。ＳｉＯ膜は、例えば、処理室内の基板に対してシリコンを含む原料ガスを供給する工程と、処理室内の基板に対して酸化ガスを供給する工程と、を行うことにより形成することができる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

しかしながら、ＳｉＯ膜を形成すると、基板上に形成されていたレジストパターンが酸化されて揮発等してしまうことがあった。また、レジストパターン上に形成されたＳｉＯ膜が有する膜ストレスにより、レジストパターンが応力を受け、変形したり倒壊したりしてしまうことがあった。

【0004】

本発明の目的は、レジストパターンが予め形成された基板上に薄膜を形成する際に、レジストパターンの酸化を抑制したり、レジストパターンの変形や倒壊を抑制したりすることの可能な半導体装置の製造方法、基板処理方法、基板処理装置およびプログラムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の一態様によれば、
処理室内の基板に対して所定元素を含む原料ガスを供給する工程と、前記処理室内の前記基板に対して窒化ガスを供給する工程と、を行うことで、前記基板上に、前記所定元素および窒素を含む第１の層を形成する工程と、
前記処理室内の前記基板に対して前記所定元素を含む原料ガスを供給する工程と、前記処理室内の前記基板に対して酸化ガスを供給する工程と、を行うことで、前記第１の層上に、前記所定元素および酸素を含む第２の層を形成する工程と、
を行うことで、前記基板上に、前記所定元素、窒素および酸素を含む薄膜を形成する
半導体装置の製造方法が提供される。

【0006】

本発明の他の態様によれば、
処理室内の基板に対して所定元素を含む原料ガスを供給する工程と、前記処理室内の前記基板に対して窒化ガスを供給する工程と、を行うことで、前記基板上に、前記所定元素および窒素を含む第１の層を形成する工程と、
前記処理室内の前記基板に対して前記所定元素を含む原料ガスを供給する工程と、前記処理室内の前記基板に対して酸化ガスを供給する工程と、を行うことで、前記第１の層上に、前記所定元素および酸素を含む第２の層を形成する工程と、
を行うことで、前記基板上に、前記所定元素、窒素および酸素を含む薄膜を形成する
基板処理方法が提供される。

【0007】

本発明のさらに他の態様によれば、
基板を処理する処理室と、
前記処理室内に所定元素を含む原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理室内に窒化ガスを供給する窒化ガス供給系と、
前記処理室内に酸化ガスを供給する酸化ガス供給系と、を有し、
前記処理室内の基板に対して前記所定元素を含む原料ガスを供給する処理と、前記処理室内の前記基板に対して前記窒化ガスを供給する処理と、を行うことで、前記基板上に、前記所定元素および窒素を含む第１の層を形成する処理と、
前記処理室内の前記基板に対して前記所定元素を含む原料ガスを供給する処理と、前記処理室内の前記基板に対して前記酸化ガスを供給する処理と、を行うことで、前記第１の層上に、前記所定元素および酸素を含む第２の層を形成する処理と、
を行うことで、前記基板上に、前記所定元素、窒素および酸素を含む薄膜を形成するように、前記所定元素を含む原料ガス供給系、前記所定元素を含む原料ガス供給系、前記窒化ガス供給系および前記酸化ガス供給系を制御する制御部を有する
基板処理装置が提供される。

【0008】

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の基板に対して所定元素を含む原料ガスを供給する手順と、前記処理室内の前記基板に対して窒化ガスを供給する手順と、を行うことで、前記基板上に、前記所定元素および窒素を含む第１の層を形成する手順と、
前記処理室内の前記基板に対して前記所定元素を含む原料ガスを供給する手順と、前記処理室内の前記基板に対して酸化ガスを供給する手順と、を行うことで、前記第１の層上に、前記所定元素および酸素を含む第２の層を形成する手順と、
を行うことで、前記基板上に、前記所定元素、窒素および酸素を含む薄膜を形成する手順をコンピュータに実行させる
プログラムが提供される。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、レジストパターンが予め形成された基板上に薄膜を形成する際に、レジストパターンの酸化を抑制したり、レジストパターンの変形や倒壊を抑制したりすることの可能な半導体装置の製造方法、基板処理方法、基板処理装置およびプログラムを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】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。

【図2】本発明の実施形態で好適に用いられる基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を図１のＡ−Ａ線断面図で示す図である。

【図3】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る。

【図4】本発明の第１実施形態における成膜フローを示す図である。

【図5】本発明の第１実施形態の成膜シーケンスにおけるガス供給のタイミングを示す図である。

【図6】本発明の第２実施形態における成膜フローを示す図である。

【図7】本発明の第２実施形態の成膜シーケンスにおけるガス供給のタイミングを示す図である。

【図8】本発明の第２実施形態における成膜フローの変形例を示す図である。

【図9】本発明の第２実施形態の成膜シーケンスにおけるガス供給のタイミングの変形例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

＜本発明の第１実施形態＞
以下に、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。

【0012】

（１）基板処理装置の構成
図１は、本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２０２部分を縦断面図で示している。図２は、本実施形態で好適に用いられる縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉２０２部分を図１のＡ−Ａ線断面図で示している。図３は、本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２８０の概略構成図である。

【0013】

（反応管）
図１、図２に示されているように、処理炉２０２には、ウエハ２００を加熱する加熱装置（加熱手段）としてのヒータ２０７が設けられている。ヒータ２０７は、上方が閉塞された円筒形状の断熱部材と複数本のヒータ素線とを備えており、断熱部材に対しヒータ素線が設けられたユニット構成を有している。ヒータ２０７には、加熱用の電力を供給する加熱用電源２５０が接続される。ヒータ２０７の内側には、ウエハ２００を処理する石英（ＳｉＯ_２）製の反応管２０３が、ヒータ２０７と同心円状に設けられている。

【0014】

反応管２０３の下方には、反応管２０３の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ２１９が設けられている。シールキャップ２１９は、反応管２０３の下端に垂直方向下側から当接されるようになっている。シールキャップ２１９は、例えばステンレス等の金属からなり、円盤状に形成されている。反応管２０３の下部開口端部に設けられた環状のフランジとシールキャップ２１９の上面との間には、気密部材としてのＯリング２２０が配置されており、両者の間は気密にシール可能なように構成されている。少なくとも、反応管２０３およびシールキャップ２１９により処理室２０１が形成されている。

【0015】

シールキャップ２１９上には、ボート２１７を支持するボート支持台２１８が設けられている。ボート支持台２１８は、例えば石英や炭化珪素（ＳｉＣ）等の耐熱性材料で構成され断熱部として機能すると共に、ボート２１７を支持する支持体として機能する。ボート２１７は、ボート支持台２１８上に立設されている。ボート２１７は、ボート支持台２１８に固定された底板２１０とその上方に配置された天板２１１とを有しており、底板２１０と天板２１１との間に複数本の支柱２１２が架設された構成を有している。ボート２１７の支柱２１２には、複数枚のウエハ２００が、互いに一定の間隔をあけながら、水平姿勢で、かつ、互いに中心を揃えた状態で、反応管２０３の管軸方向に多段に積載される。ボート２１７の底板２１０、天板２１１および支柱２１２は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料で構成されている。

【0016】

シールキャップ２１９の処理室２０１と反対側には、ボート２１７を回転させる回転機構２６７が設けられている。回転機構２６７の回転軸２６５は、シールキャップ２１９を貫通してボート支持台２１８に接続されている。回転機構２６７は、回転機構２６７を回転させることで、ボート支持台２１８を介してボート２１７及びウエハ２００を回転させるように構成されている。

【0017】

シールキャップ２１９は、反応管２０３の外部に設けら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おり、これによりボート２１７を処理室２０１内外に対し搬入および搬出することが可能となっている。すなわち、ボートエレベータ１１５は、ボート２１７すなわちウエハ２００を、処理室２０１内外に搬送する搬送装置（搬送機構）として構成されている。

【0018】

以上の処理炉２０２では、バッチ処理される複数枚のウエハ２００がボート２１７に対し多段に積層された状態において、ボート２１７がボート支持台２１８で支持されながら処理室２０１内に搬入され、ヒータ２０７が処理室２０１内に搬入されたウエハ２００を所定の温度に加熱することができるように構成されている。

【0019】

（ガス供給系）
処理室２０１内には、ノズル４１０，４２０，４３０が反応管２０３の下部を貫通するように設けられている。ノズル４１０，４２０，４３０には、ガスを供給するガス供給管３１０，３２０，３３０がそれぞれ接続されている。このように、反応管２０３には３本のノズル４１０，４２０，４３０と、３本のガス供給管３１０，３２０，３３０とが設けられており、処理室２０１内へ複数種類、ここでは少なくとも３種類のガスを供給することができるように構成されている。なお、反応管２０３の下方に、反応管２０３を支持する金属製のマニホールドを設け、各ノズルを、この金属製のマニホールドの側壁を貫通するように設けるようにしてもよい。この場合、この金属製のマニホールドに、さらに後述する排気管２３１を設けるようにしてもよい。なお、この場合であっても、排気管２３１を金属製のマニホールドではなく、反応管２０３の下部に設けるようにしてもよい。このように、処理炉２０２の炉口部を金属製とし、この金属製の炉口部にノズル等を取り付けるようにしてもよい。

【0020】

（原料ガス供給系）
ガス供給管３１０には、上流側から順に、流量制御装置（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）３１２、開閉弁であるバルブ３１４、ガス溜り（ガス溜め部）３１５および開閉弁であるバルブ３１３が設けられている。ガス供給管３１０のマスフローコントローラ３１２とバルブ３１４との間には、ガスをバイパスして排気するベントガス管６１０の上流端が接続されている。ベントガス管６１０の下流端は、後述する排気管２３１のＡＰＣバルブ２４３の下流側に接続されている。ベントガス管６１０にはバルブ６１２が設けられている。ガス供給管３１０のバルブ３１３の下流側には、キャリアガスやパージガスとしての不活性ガスを供給する不活性ガス供給管５１０の下流端が接続されている。不活性ガス供給管５１０には、上流側から順に、マスフローコントローラ５１２およびバルブ５１３が設けられている。

【0021】

ガス供給管３１０の下流端は、ノズル４１０の上流端に接続されている。ノズル４１０は、反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間に、反応管２０３の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ２００の積載方向上方に向かって立ち上がるように設けられている。ノズル４１０はＬ字型のロングのノズルとして構成されている。ノズル４１０の側面にはガスを供給する多数のガス供給孔４１１が設けられている。ガス供給孔４１１は、反応管２０３の中心を向くように開口している。ガス供給孔４１１は、下部から上部にわたって同一または、大きさに傾斜をつけた開口面積を有し、同じピッチで設けられている。

【0022】

ガス溜り３１５は、例えば通常の配管よりもガス容量の大きなガスタンク又は螺旋配管等として構成されている。ガス溜り３１５の上流側のバルブ３１４および下流側のバルブ３１３を開閉することにより、ガス供給管３１０から供給されるガスをガス溜り３１５内に充填したり、ガス溜り３１５内に充填したガスを処理室２０１内に供給したりすることができるように構成されている。ガス溜り３１５と処理室２０１との間のコンダクタンスは、例えば１．５×１０^−３ｍ^３／ｓ以上になるように構成することが好ましい。また、反応管２０３の容積とガス溜り３１５の容積との比として考えると、反応管２０３の容積が１００Ｌ（リットル）の場合においては、ガス溜り３１５の容積は例えば１００〜３００ｃｃであることが好ましく、反応管２０３の容積の例えば１／１０００〜３／１０００倍とすることが好ましい。

【0023】

バルブ３１３，バルブ６１２を閉じ、バルブ３１４を開くことにより、マスフローコントローラ３１２で流量調整されたガスを、ガス溜り３１５内に充填することができる。ガス溜り３１５内に所定量のガスが充填され、ガス溜まり３１５内の圧力が所定の圧力に到達したら、バルブ３１４を閉じ、バルブ３１３を開くことにより、ガス溜まり３１５内に充填された高圧のガスを、ガス供給管３１０およびノズル４１０を介して処理室２０１内に一気に（短時間で）供給することができる。このとき、バルブ５１３を開くことにより、マスフローコントローラ５１２で流量調整されたキャリアガス（希釈ガス、拡散ガス）としての不活性ガスを、ガス供給管３１０およびノズル４１０を介して処理室２０１内に供給することができる。また、バルブ３１４を閉じ、バルブ６１２を開くことにより、マスフローコントローラ３１２で流量調整されたガスを、処理室２０１内に供給することなくバイパスし、ベントガス管６１０を介して排気管２３１へ排気することができる。また、バルブ３１３を閉じ、バルブ５１３を開くことにより、マスフローコントローラ５１２で流量調整されたパージガスとしての不活性ガスを、ガス供給管３１０およびノズル４１０を介して処理室２０１内に供給し、処理室２０１内をパージすることができる。

【0024】

ガス供給管３１０からは、所定元素を含む原料ガスとして、例えば、シリコン（Ｓｉ）を含む原料ガスが、マスフローコントローラ３１２、バルブ３１４、ガス溜り３１５、バルブ３１３およびノズル４１０を介して処理室２０１内に供給される。

【0025】

Ｓｉを含む原料ガスとしては、例えば、テトラキスジメチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ_３）_２］_４、略称：４ＤＭＡＳ）、トリスジメチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ_３）_２］_３Ｈ、略称：３ＤＭＡＳ）、ビスジエチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（Ｃ_２Ｈ_５）_２］_２Ｈ_２、略称：２ＤＥＡＳ）、トリスジメチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ_３）_２］_３Ｈ、略称：ＴＤＭＡＳ）、ビスターシャルブチルアミノシラン（Ｓｉ［ＮＨ（Ｃ_４Ｈ_９）］_２Ｈ_２、略称：ＢＴＢＡＳ）、ビスジエチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（Ｃ_２Ｈ_５）_２］_２Ｈ_２、略称：ＢＤＥＡＳ）、ビスジエチルメチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ_３）_２］_２Ｈ_２、略称：ＢＤＥＭＡＳ）等のアミノシラン系原料を気化させたガス用いることができる。なお、アミノシラン系原料とは、アミノ基を有するシラン系原料（メチル基やエチル基をも含有するシラン系原料でもある）のことであり、少なくともシリコン（Ｓｉ）、炭素（Ｃ）および窒素（Ｎ）を含む原料のことである。

【0026】

また、Ｓｉを含む原料ガスとしては、例えば、ジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、略称：ＤＣＳ）、モノクロロシラン（ＳｉＨ_３Ｃｌ、略称：ＭＣＳ）、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ_２Ｃｌ_６、略称：ＨＣＤＳ）、テトラクロロシラン、すなわちシリコンテトラクロライド（ＳｉＣｌ_４、略称：ＳＴＣ）、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ_３、略称：ＴＣＳ）等のクロロシラン系原料を気化させたガスを用いることもできる。なお、クロロシラン系原料とは、ハロゲン基としてのクロロ基を有するシラン系原料のことであり、少なくともシリコン（Ｓｉ）及び塩素（Ｃｌ）を含む原料のことである。

【0027】

また、Ｓｉを含む原料ガスとしては、例えば、テトラフルオロシランすなわちシリコンテトラフルオライド（ＳｉＦ_４）ガス、ヘキサフルオロジシラン（Ｓｉ_２Ｆ_６）ガス等のフルオロシラン系原料を気化させたガスを用いることもできる。ここで、フルオロシラン系原料とは、ハロゲン基としてのフルオロ基を有するシラン系原料のことであり、少なくともシリコン（Ｓｉ）元素及びフッ素（Ｆ）元素を含む原料のことである。

【0028】

また、Ｓｉを含む原料ガスとしては、例えば、トリシラン（Ｓｉ_３Ｈ_８、略称：ＴＳ）、ジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６、略称：ＤＳ）、モノシラン（ＳｉＨ_４、略称：ＭＳ）等の無機原料を気化させたガスを用いることもできる。

【0029】

なお、例えばＢＴＢＡＳやＤＣＳのように常温常圧下で液体状態である液体原料を用いる場合は、液体原料を気化器やバブラ等の気化システムにより気化して、原料ガス（ＢＴＢＡＳガス、ＤＣＳガス）として供給することとなる。

【0030】

不活性ガス供給管５１０からは、例えば窒素（Ｎ_２）ガスや、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅ等の希ガスが、それぞれマスフローコントローラ５１２、バルブ５１３、ガス供給管３１０、ノズル４１０を介して処理室２０１内に供給される。

【0031】

主に、ガス供給管３１０、マスフローコントローラ３１２、バルブ３１４、ガス溜り３１５、バルブ３１３およびノズル４１０により、原料ガス供給系３０１が構成されている。なお、ベントガス管６１０およびバルブ６１２を原料ガス供給系３０１に含めて考えてもよい。また、主に、不活性ガス供給管５１０、マスフローコントローラ５１２およびバルブ５１３により、第１不活性ガス供給系（キャリア及びパージガス供給系）５０１が構成されている。なお、ガス供給管３１０およびノズル４１０を第１不活性ガス供給系５０１に含めて考えてもよい。

【0032】

（窒化ガス供給系）
ガス供給管３２０には、上流側から順に、流量制御装置（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）３２２および開閉弁であるバルブ３２３が設けられている。ガス供給管３２０のマスフローコントローラ３２２とバルブ３２３との間には、ガスをバイパスして排気するベントガス管６２０の上流端が接続されている。ベントガス管６２０の下流端は、後述する排気管２３１のＡＰＣバルブ２４３の下流側に接続されている。ベントガス管６２０にはバルブ６２２が設けられている。ガス供給管３２０のバルブ３２３の下流側には、キャリアガスやパージガスとしての不活性ガスを供給する不活性ガス供給管５２０の下流端が接続されている。不活性ガス供給管５２０には、上流側から順に、マスフローコントローラ５２２およびバルブ５２３が設けられている。

【0033】

ガス供給管３２０の下流端は、ノズル４２０の上流端に接続されている。ノズル４２０は、ガス分散空間（放電室、放電空間）であるバッファ室４２３内に設けられている。バッファ室４２３内には、さらに後述する電極保護管４５１，４５２が設けられている。バッファ室４２３内には、ノズル４２０、電極保護管４５１および電極保護管４５２が反応管２０３の内壁に沿うようにこの順序に配置されている。

【0034】

バッファ室４２３は、反応管２０３の内壁とバッファ室壁４２４とにより形成されている。バッファ室壁４２４は、反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間に、反応管２０３内壁の下部より上部にわたる部分に、ウエハ２００の積載方向に沿って設けられている。バッファ室壁４２４のウエハ２００と隣接する壁には、ガスを供給するガス供給孔４２５が設けられている。ガス供給孔４２５は、電極保護管４５１と電極保護管４５２との間に設けられている。ガス供給孔４２５は、反応管２０３の中心を向くように開口している。ガス供給孔４２５は、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれが同一の開口面積を有し、さらに同じピッチで設けられている。

【0035】

ノズル４２０は、バッファ室４２３の一端側に、反応管２０３の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ２００の積載方向上方に向かって立ち上がるように設けられている。ノズル４２０は、Ｌ字型のロングのノズルとして構成されている。ノズル４２０の側面にはガスを供給するガス供給孔４２１が設けられている。ガス供給孔４２１はバッファ室４２３の中心を向くように開口している。ガス供給孔４２１は、バッファ室４２３のガス供給孔４２５と同様に、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられている。複数のガス供給孔４２１のそれぞれの開口面積は、バッファ室４２３内とノズル４２０内の差圧が小さい場合には、上流側（下部）から下流側（上部）まで、同一の開口面積で同一のピッチとするとよいが、差圧が大きい場合には上流側から下流側に向かって、順次開口面積を大きくするか、ピッチを小さくするとよい。

【0036】

本実施形態においては、ノズル４２０のガス供給孔４２１のそれぞれの開口面積や開口ピッチを、上流側から下流側にかけて上述のように調節することで、まず、ガス供給孔４２１のそれぞれから、流速の差はあるもの、流量がほぼ同量であるガスを噴出させる。そしてガス供給孔４２１のそれぞれから噴出するガスを、一旦、バッファ室４２３内に導入し、バッファ室４２３内においてガスの流速差の均一化を行うこととしている。すなわち、ノズル４２０のガス供給孔４２１のそれぞれよりバッファ室４２３内に噴出したガスはバッファ室４２３内で各ガスの粒子速度が緩和された後、バッファ室４２３のガス供給孔４２５より処理室２０１内に噴出する。これにより、ノズル４２０のガス供給孔４２１のそれぞれよりバッファ室４２３内に噴出したガスは、バッファ室４２３のガス供給孔４２５のそれぞれより処理室２０１内に噴出する際には、均一な流量と流速とを有するガスとなる。

【0037】

バルブ３２３を開くことにより、マスフローコントローラ３２２で流量調整されたガスを、ガス供給管３２０、ノズル４２０およびバッファ室４２３を介して処理室２０１内に供給することができる。このとき、バルブ５２３を開くことにより、マスフローコントローラ５２２で流量調整されたキャリアガス（希釈ガス、拡散ガス）としての不活性ガスを、ガス供給管３２０、ノズル４２０およびバッファ室４２３を介して処理室２０１内に供給することができる。また、バルブ３２３を閉じ、バルブ６２２を開くことにより、マスフローコントローラ３２２で流量調整されたガスを、処理室２０１内に供給することなくバイパスし、ベントガス管６２０を介して排気管２３１へ排気することができる。また、バルブ３２３を閉じ、バルブ５２３を開くことにより、マスフローコントローラ５２２で流量調整されたパージガスとしての不活性ガスを、ガス供給管３２０、ノズル４２０およびバッファ室４２３を介して処理室２０１内に供給し、処理室２０１内をパージすることができる。

【0038】

ガス供給管３２０からは、窒化ガス（窒化剤）として、窒素（Ｎ）元素を含有するガスが、マスフローコントローラ３２２、バルブ３２３、ノズル４２０およびバッファ室４２３を介して処理室２０１内に供給される。窒化ガスとしては、例えばアンモニア（ＮＨ_３）ガス、ジアジン（Ｎ_２Ｈ_２）ガス、ヒドラジン（Ｎ_２Ｈ_４）ガス、Ｎ_３Ｈ_８ガス、これらの化合物を含むガスを用いることができる。

【0039】

不活性ガス供給管５２０からは、例えば窒素（Ｎ_２）ガスやＡｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅ等の希ガスが、それぞれマスフローコントローラ５２２、バルブ５２３、ガス供給管３２０、ノズル４２０、バッファ室４２３を介して処理室２０１内に供給される。

【0040】

主に、ガス供給管３２０、マスフローコントローラ３２２、バルブ３２３、ノズル４２０およびバッファ室４２３により窒化ガス供給系３０２が構成されている。なお、ベントガス管６２０およびバルブ６２２を窒化ガス供給系３０２に含めて考えてもよい。また、主に、不活性ガス供給管５２０、マスフローコントローラ５２２およびバルブ５２３により、第２不活性ガス供給系（キャリア及びパージガス供給系）５０２が構成されている。なお、ガス供給管３２０、ノズル４２０およびバッファ室４２３を第２不活性ガス供給系５０２に含めて考えてもよい。

【0041】

（酸化ガス供給系）
ガス供給管３３０には、上流側から順に、流量制御装置（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）３３２および開閉弁であるバルブ３３３が設けられている。ガス供給管３３０のマスフローコントローラ３３２とバルブ３３３との間には、ガスをバイパスして排気するベントガス管６３０の上流端が接続されている。ベントガス管６３０の下流端は、後述する排気管２３１のＡＰＣバルブ２４３の下流側に接続されている。ベントガス管６３０にはバルブ６３２が設けられている。ガス供給管３３０のバルブ３３３の下流側には、キャリアガスやパージガスとしての不活性ガスを供給する不活性ガス供給管５３０の下流端が接続されている。不活性ガス供給管５３０には、上流側から順に、マスフローコントローラ５３２およびバルブ５３３が設けられている。

【0042】

ガス供給管３３０の下流端は、ノズル４３０の上流端に接続されている。ノズル４３０は、ガス分散空間（放電室、放電空間）であるバッファ室４３３内に設けられている。バッファ室４３３内には、さらに後述する電極保護管４６１，４６２が設けられている。バッファ室４３３内には、ノズル４３０、電極保護管４６１および電極保護管４６２が反応管２０３の内壁に沿うようにこの順序に配置されている。

【0043】

バッファ室４３３は、反応管２０３の内壁とバッファ室壁４３４とにより形成されている。バッファ室壁４３４は、反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間に、反応管２０３内壁の下部より上部にわたる部分に、ウエハ２００の積載方向に沿って設けられている。バッファ室壁４３４のウエハ２００と隣接する壁には、ガスを供給するガス供給孔４３５が設けられている。ガス供給孔４３５は、電極保護管４６１と電極保護管４６２との間に設けられている。ガス供給孔４３５は、反応管２０３の中心を向くように開口している。ガス供給孔４３５は、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれが同一の開口面積を有し、さらに同じピッチで設けられている。

【0044】

ノズル４３０は、バッファ室４３３の一端側に、反応管２０３の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ２００の積載方向上方に向かって立ち上がるように設けられている。ノズル４３０は、Ｌ字型のロングのノズルとして構成されている。ノズル４３０の側面にはガスを供給するガス供給孔４３１が設けられている。ガス供給孔４３１はバッファ室４３３の中心を向くように開口している。ガス供給孔４３１は、バッファ室４３３のガス供給孔４３５と同様に、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられている。複数のガス供給孔４３１のそれぞれの開口面積は、バッファ室４３３内とノズル４３０内の差圧が小さい場合には、上流側（下部）から下流側（上部）まで、同一の開口面積で同一のピッチとするとよいが、差圧が大きい場合には上流側から下流側に向かって、順次開口面積を大きくするか、ピッチを小さくするとよい。

【0045】

本実施形態においては、ノズル４３０のガス供給孔４３１のそれぞれの開口面積や開口ピッチを、上流側から下流側にかけて上述のように調節することで、まず、ガス供給孔４３１のそれぞれから、流速の差はあるもの、流量がほぼ同量であるガスを噴出させる。そしてガス供給孔４３１のそれぞれから噴出するガスを、一旦、バッファ室４３３内に導入し、バッファ室４３３内においてガスの流速差の均一化を行うこととしている。すなわち、ノズル４３０のガス供給孔４３１のそれぞれよりバッファ室４３３内に噴出したガスはバッファ室４３３内で各ガスの粒子速度が緩和された後、バッファ室４３３のガス供給孔４３５より処理室２０１内に噴出する。これにより、ノズル４３０のガス供給孔４３１のそれぞれよりバッファ室４３３内に噴出したガスは、バッファ室４３３のガス供給孔４３５のそれぞれより処理室２０１内に噴出する際には、均一な流量と流速とを有するガスとなる。

【0046】

バルブ３３３を開くことにより、マスフローコントローラ３３２で流量調整されたガスを、ガス供給管３３０、ノズル４３０およびバッファ室４３３を介して処理室２０１内に供給することができる。このとき、バルブ５３３を開くことにより、マスフローコントローラ５３２で流量調整されたキャリアガス（希釈ガス、拡散ガス）としての不活性ガスを、ガス供給管３３０、ノズル４３０およびバッファ室４３３を介して処理室２０１内に供給することができる。また、バルブ３３３を閉じ、バルブ６３２を開くことにより、マスフローコントローラ３３２で流量調整されたガスを、処理室２０１内に供給することなくバイパスし、ベントガス管６３０を介して排気管２３１へ排気することができる。また、バルブ３３３を閉じ、バルブ５３３を開くことにより、マスフローコントローラ５３２で流量調整されたパージガスとしての不活性ガスを、ガス供給管３３０、ノズル４３０およびバッファ室４３３を介して処理室２０１内に供給し、処理室２０１内をパージすることができる。

【0047】

ガス供給管３３０からは、酸化ガス（酸化剤）として、酸素（Ｏ）元素を含有するガスが、マスフローコントローラ３３２、バルブ３３３、ノズル４３０およびバッファ室４３３を介して処理室２０１内に供給される。酸化ガスとしては、例えば酸素（Ｏ_２）ガス、酸素ガスと水素ガスとの混合ガス（Ｏ_２＋Ｈ_２）、二酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）ガス、一酸化窒素（ＮＯ）ガス、オゾン（Ｏ_３）ガス、水蒸気（Ｈ_２Ｏ）、過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）ガス等を用いることができる。

【0048】

不活性ガス供給管５３０からは、例えば窒素（Ｎ_２）ガスやＡｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅ等の希ガスが、それぞれマスフローコントローラ５３２、バルブ５３３、ガス供給管３３０、ノズル４３０、バッファ室４３３を介して処理室２０１内に供給される。

【0049】

主に、ガス供給管３３０、マスフローコントローラ３３２、バルブ３３３、ノズル４３０およびバッファ室４３３により酸化ガス供給系３０３が構成されている。なお、ベントガス管６３０およびバルブ６３２を酸化ガス供給系３０３に含めて考えてもよい。また、主に、不活性ガス供給管５３０、マスフローコントローラ５３２およびバルブ５３３により、第３不活性ガス供給系（キャリア及びパージガス供給系）５０３が構成されている。なお、ガス供給管３３０、ノズル４３０およびバッファ室４３３を第３不活性ガス供給系５０３に含めて考えてもよい。

【0050】

（第１及び第２のプラズマ源）
バッファ室４２３内には、図２に示すように、細長い構造を有する棒状電極４７１および棒状電極４７２が、反応管２０３の下部より上部にわたりウエハ２００の積層方向に沿って配設されている。棒状電極４７１および棒状電極４７２は、それぞれ、ノズル４２０と平行に設けられている。棒状電極４７１および棒状電極４７２は、それぞれ、上部より下部にわたって電極を保護する保護管である電極保護管４５１，４５２により覆われることで保護されている。棒状電極４７１は、整合器２７１を介して高周波（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）電源２７０に接続され、棒状電極４７２は基準電位であるアース２７２に接続されている。整合器２７１を介して高周波電源２７０から棒状電極４７１および棒状電極４７２間に高周波電力を印加することで、棒状電極４７１および棒状電極４７２間のプラズマ生成領域にプラズマが生成される。主に、棒状電極４７１、棒状電極４７２、電極保護管４５１、電極保護管４５２、バッファ室４２３により第１のプラズマ発生構造４２９が構成される。また、主に、棒状電極４７１、棒状電極４７２、電極保護管４５１および電極保護管４５２により、プラズマ発生器（プラズマ発生部）としての第１のプラズマ源が構成される。なお、整合器２７１、高周波電源２７０を第１のプラズマ源に含めて考えてもよい。第１のプラズマ源は、ガスをプラズマで活性化させる活性化機構として機能する。バッファ室４２３はプラズマ発生室として機能する。

【0051】

バッファ室４３３内には、バッファ室４２３内と同様に、細長い構造を有する棒状電極４８１および棒状電極４８２が、反応管２０３の下部より上部にわたりウエハ２００の積層方向に沿って配設されている。棒状電極４８１および棒状電極４８２は、それぞれ、ノズル４３０と平行に設けられている。棒状電極４８１および棒状電極４８２は、それぞれ、上部より下部にわたって電極を保護する保護管である電極保護管４６１，４６２により覆われることで保護されている。棒状電極４８１は、整合器２７１を介して高周波電源２７０に接続され、棒状電極４８２は基準電位であるアース２７２に接続されている。整合器２７１を介して高周波電源２７０から棒状電極４８１および棒状電極４８２間に高周波電力を印加することで、棒状電極４８１および棒状電極４８２間のプラズマ生成領域にプラズマが生成される。主に、棒状電極４８１、棒状電極４８２、電極保護管４６１、電極保護管４６２およびバッファ室４３３により第２のプラズマ発生構造４３９が構成される。また、主に、棒状電極４８１、棒状電極４８２、電極保護管４６１、電極保護管４６２により、プラズマ発生器（プラズマ発生部）としての第２のプラズマ源が構成される。なお、整合器２７１、高周波電源２７０を第２のプラズマ源に含めて考えてもよい。第２のプラズマ源は、ガスをプラズマで活性化させる活性化機構として機能する。バッファ室４３３はプラズマ発生室として機能する。

【0052】

電極保護管４５１，４５２，４６１，４６２は、ボート支持台２１８の下部付近の高さの位置で、反応管２０３に設けた貫通孔（図示せず）を介して、バッファ室４２３，４３３内にそれぞれ挿入されている。電極保護管４５１，４５２，４６１，４６２は、棒状電極４７１，４７２，４８１，４８２をバッファ室４２３，４３３の雰囲気とそれぞれ隔離した状態でバッファ室４２３，４３３内に挿入できる構造となっている。ここで、電極保護管４５１，４５２，４６１，４６２の内部が外気（大気）の酸素濃度と同程度であると、電極保護管４５１，４５２，４６１，４６２内に挿入された棒状電極４７１，４７２，４８１，４８２は、ヒータ２０７による熱で酸化されてしまう。そこで、電極保護管４５１，４５２，４６１，４６２の内部を窒素ガスなどの不活性ガスで充填しておくか、電極保護管４５１，４５２，４６１，４６２の内部を不活性ガスパージ機構を用いて窒素ガスなどの不活性ガスでパージすることで、電極保護管４５１，４５２，４６１，４６２の内部の酸素濃度を低減させ、棒状電極４７１，４７２，４８１，４８２の酸化を防止することができるように構成されている。

【0053】

なお、本実施形態により発生したプラズマをリモートプラズマと呼ぶ。リモートプラズマとは、電極間で生成したプラズマをガスの流れ等により被処理物表面に輸送してプラズマ処理を行うものである。本実施形態では、バッファ室４２３内に２本の棒状電極４７１および４７２が収容され、バッファ室４３３内に２本の棒状電極４８１および４８２が収容されているため、ウエハ２００にダメージを与えるイオンがバッファ室４２３，４３３の外の処理室２０１内に漏れにくい構造となっている。また、２本の棒状電極４７１および４７２を取り囲むように（つまり、２本の棒状電極４７１および４７２がそれぞれ収容される電極保護管４５１および４５２を取り囲むように）電場が発生し、プラズマが生成され、２本の棒状電極４８１および４８２を取り囲むように（つまり、２本の棒状電極４８１および４８２がそれぞれ収容される電極保護管４６１および４６２を取り囲むように）電場が発生し、プラズマが生成される。プラズマに含まれる活性種は、バッファ室４２３のガス供給孔４２５およびバッファ室４３３のガス供給孔４３５を介してウエハ２００の外周からウエハ２００の中心方向に供給される。また、本実施形態のようにウエハ２００を複数枚、主面を水平面に平行にしてスタック状に積み上げる縦型のバッチ装置であれば、反応管２０３の内壁面、つまり処理すべきウエハ２００に近い位置にバッファ室４２３，４３３が配置されている結果、発生した活性種が失活せずにウエハ２００の表面に到達しやすいという効果がある。

【0054】

（排気系）
反応管２０３の下部には、排気口２３０が設けられている。排気口２３０には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気管２３１が接続されている。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、圧力調整器（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４３および真空排気装置としての真空ポンプ２４６が設けられている。真空ポンプ２４６の下流側の排気管２３１は、廃ガス処理装置（図示せず）等に接続されている。なお、ＡＰＣバルブ２４３は、真空ポンプ２４６を作動させた状態で弁を開閉することで、処理室２０１内の真空排気および真空排気停止を行うことができ、更に、真空ポンプ２４６を作動させた状態で弁開度を調節することで、処理室２０１内の圧力を調整することができるように構成されているバルブである。主に、排気管２３１、ＡＰＣバルブ２４３、圧力センサ２４５により排気系が構成される。なお、真空ポンプ２４６を排気系に含めて考えてもよい。排気系は、真空ポンプ２４６を作動させつつ、圧力センサ２４５により検出された圧力情報に基づいてＡＰＣバルブ２４３の弁の開度を調節することにより、処理室２０１内の圧力が所定の圧力（真空度）となるよう真空排気し得るように構成されている。

【0055】

なお、排気口２３０は、ウエハ２００を挟んで上述のノズル４１０のガス供給孔４１１と対向する位置（１８０度反対側）に設けられている。これにより、ガス供給孔４１１より供給されるガスが、処理室２０１内に搬入されたウエハ２００の主面上を排気管２３１の方向に向かって横切るように流れ、ウエハ２００の全面により効率的、かつ、より均一にガスが供給されるようになり、ウエハ２００に対する処理の効率を向上させ、かつ、面内均一性を向上させることができるようになる。また、上述の第１のプラズマ発生構造４２９のガス供給孔４２５および第２のプラズマ発生構造４３９のガス供給孔４３５は、処理室２０１内に搬入されたウエハ２００の中心（反応管２０３の中心）と排気口２３０とを結ぶ直線上に対し、互いに線対称の位置にそれぞれ設けられている。これにより、ガス供給孔４２５，４３５より供給されるガス（プラズマにより活性化されたガス）が、処理室２０１内に搬入されたウエハ２００の全面に対してより均一に供給されるようになり、ウエハ２００に対する処理の面内均一性をより向上させることができるようになる。また、ノズル４１０のガス供給孔４１１とバッファ室４２３のガス供給孔４２５との距離、ノズル４１０のガス供給孔４１１とバッファ室４３３のガス供給孔４３５との距離、バッファ室４２３のガス供給孔４２５とバッファ室４３３のガス供給孔４３５との距離は、互いに等しくなるように構成されている。このようにすれば、ウエハ２００に対する処理の面内均一性をさらに向上させることができるようになる。

【0056】

（温度センサ）
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は、ノズル４１０，４２０，４３０と同様にＬ字型に構成されており、反応管２０３の内壁に沿って設けられている。温度センサ２６３により検出された温度情報に基づき、加熱用電源２５０からのヒータ２０７に対する供給電力を調整することで、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。

【0057】

（コントローラ）
図３に示すように、制御部（制御手段）であるコントローラ２８０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２８０ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）２８０ｂ、記憶装置２８０ｃ、Ｉ／Ｏポート２８０ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ２８０ｂ、記憶装置２８０ｃ、Ｉ／Ｏポート２８０ｄは、内部バス２８０ｅを介して、ＣＰＵ２８０ａとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ２８０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。

【0058】

記憶装置２８０ｃは、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等で構成されている。記憶装置２８０ｃ内には、基板処理装置の動作を制御する制御プログラムや、後述する基板処理の手順や条件などが記載されたプロセスレシピ等が、読み出し可能に格納されている。なお、プロセスレシピは、後述する基板処理工程における各手順をコントローラ２８０に実行させ、所定の結果を得ることが出来るように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、このプロセスレシピや制御プログラム等を総称して、単にプログラムともいう。なお、本明細書においてプログラムという言葉を用いた場合は、プロセスレシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。また、ＲＡＭ２８０ｂは、ＣＰＵ２８０ａによって読み出されたプログラム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。

【0059】

Ｉ／Ｏポート２８０ｄは、上述のマスフローコントローラ３１２，３２２，３３２，５１２，５２２，５３２、バルブ３１３，３１４，３２３，３３３，５１３，５２３，５３３，６１２，６２２，６３２、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４３、真空ポンプ２４６、ヒータ２０７、加熱用電源２５０、温度センサ２６３、高周波電源２７０、整合器２７１、回転機構２６７、ボートエレベータ１１５等に接続されている。

【0060】

ＣＰＵ２８０ａは、記憶装置２８０ｃ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２８２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置２８０ｃからプロセスレシピを読み出すように構成されている。そして、ＣＰＵ２８０ａは、読み出したプロセスレシピの内容に沿うように、マスフローコントローラ３１２，３２２，３３２，５１２，５２２，５３２による各種ガスの流量調整動作、バルブ３１３，３１４，３２３，３３３，５１３，５２３，５３３，６１２，６２２，６３２の開閉動作、ＡＰＣバルブ２４３の開閉動作及び圧力センサ２４５に基づくＡＰＣバルブ２４３による圧力調整動作、真空ポンプ２４６の起動および停止、温度センサ２６３に基づくヒータ２０７の温度調整（加熱用電源２５０の出力調整）動作、高周波電源２７０の電力供給、整合器２７１によるインピーダンス調整動作、回転機構２６７によるボート２１７の回転および回転速度調節動作、ボートエレベータ１１５によるボート２１７の昇降動作等を制御するように構成されている。

【0061】

なお、コントローラ２８０は、専用のコンピュータとして構成されている場合に限らず、汎用のコンピュータとして構成されていてもよい。例えば、上述のプログラムを格納した外部記憶装置（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリやメモリカード等の半導体メモリ）２８１を用意し、係る外部記憶装置２８１を用いて汎用のコンピュータにプログラムをインストールすること等により、本実施形態に係るコントローラ２８０を構成することができる。なお、コンピュータにプログラムを供給するための手段は、外部記憶装置２８１を介して供給する場合に限らない。例えば、インターネットや専用回線等の通信手段を用い、外部記憶装置２８１を介さずにプログラムを供給するようにしてもよい。なお、記憶装置２８０ｃや外部記憶装置２８１は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成される。以下、これらを総称して、単に記録媒体ともいう。なお、本明細書において記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶装置２８０ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置２８１単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。

【0062】

（２）基板処理工程
次に、上述の基板処理装置の処理炉２０２を用いて、半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、処理室２０１内のウエハ２００上に薄膜を形成する方法の例について説明する。尚、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２８０により制御される。

【0063】

本実施形態では、処理室２０１内のウエハ２００に対して所定元素を含む原料ガスを供給する工程と、処理室２０１内のウエハ２００に対して窒化ガスを供給する工程と、を行うことで、ウエハ２００上に、所定元素および窒素を含む第１の層を形成する工程と、処理室２０１内のウエハ２００に対して所定元素を含む原料ガスを供給する工程と、処理室２０１内のウエハ２００に対して酸化ガスを供給する工程と、を行うことで、第１の層上に、所定元素および酸素を含む第２の層を形成する工程と、を行うことで、ウエハ２００上に、所定元素、窒素および酸素を含む薄膜を形成する。

【0064】

なお、第１の層を形成する工程では、所定元素を含む原料ガスを供給する工程と、窒化ガスを供給する工程と、を交互に所定回数行う。また、第２の層を形成する工程では、所定元素を含む原料ガスを供給する工程と、酸化ガスを供給する工程と、を交互に所定回数行う。なお、ここで所定回数行うとは、１回もしくは複数回行うこと、すなわち、１回以上行うことを意味する。

【0065】

以下、本実施形態の成膜シーケンスを、図４、図５を用いて具体的に説明する。図４は、本実施形態における成膜フローを示す図である。図５は、本実施形態の成膜シーケンスにおけるガス供給のタイミングを示す図である。なお、ここでは、処理室２０１内のウエハ２００に対して原料ガスとしてクロロシラン系原料ガスであるＤＣＳガスを供給する工程と、窒化ガスとしてアンモニア（ＮＨ_３）ガスを供給する工程と、を交互に所定回数（ｍ回）行うことで、ウエハ２００上にシリコンおよび窒素を含む第１の層（ＳｉＮ層）を形成する工程と、処理室２０１内のウエハ２００に対してアミノシラン原料ガスであるＢＴＢＡＳガスを供給する工程と、処理室２０１内のウエハ２００に対して酸化ガスとして酸素（Ｏ_２）ガスを供給する工程と、を行うことで、第１の層上に、シリコンおよび酸素を含む第２の層（ＳｉＯ層）を形成する工程と、を行うことで、ウエハ２００上に、シリコン、窒素および酸素を含むシリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜）を形成する例について説明する。

【0066】

（ウエハチャージ及びボートロード）
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、反応管２０３の下端開口が開放される。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）される。この状態で、シールキャップ２１９はＯリング２２０を介して反応管２０３の下端をシールした状態となる。なお、ウエハ２００上の少なくとも一部には、レジスト膜をフォトリソグラフィ加工してなるレジストパターンが予め形成されている。レジストパターンは、ＳｉＯＮ膜を形成する際の下地膜の一部となる。

【0067】

（圧力調整及び温度調整）
処理室２０１内が所望の圧力（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）。なお、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への通電具合がフィードバック制御される（温度調整）。なお、ヒータ２０７による処理室２０１内の加熱は、少なくともウエハ２００に対する処理が完了するまでの間は継続して行われる。続いて、回転機構２６７によりボート２１７及びウエハ２００の回転を開始する。なお、回転機構２６７によるボート２１７及びウエハ２００の回転は、少なくとも、ウエハ２００に対する処理が完了するまでの間は継続して行われる。

【0068】

〔ＳｉＯＮ膜形成工程〕
その後、後述するＳｉＮ層形成工程とＳｉＯ層形成工程とを順に実行することにより、ウエハ２００上にＳｉＯＮ膜を形成する。

【0069】

［ＳｉＮ層形成工程］
ＳｉＮ層形成工程では、以下に示すステップ１ａ及びステップ２ａを交互に所定回数（ｍ回）行う。すなわち、ステップ１ａ及びステップ２ａを１サイクルとしてこのサイクルを所定回数（ｍ回）行う。

【0070】

（ステップ１ａ）
ガス供給管３１０のバルブ３１３、ベントガス管６１０のバルブ６１２を閉じた状態で、ガス供給管３１０のバルブ３１４を開くことにより、マスフローコントローラ３１２で流量調整されたＤＣＳガスを、ガス溜り３１５内に充填する。ガス溜り３１５内には、ガス溜り３１５内の圧力が例えば２００００Ｐａ以上になるように、ＤＣＳガスを充填する。ガス溜り３１５内に充填するＤＣＳガス量は、例えば１００〜１０００ｃｃとする。ガス溜り３１５内に所定圧、所定量のＤＣＳガスが充填されたら、上流側のバルブ３１４を閉じ、ベントガス管６１０のバルブ６１２を開くことで、ガス供給管３１０内へのＤＣＳガスの供給を継続するようにしてもよい。

【0071】

ガス溜り３１５内にＤＣＳガスを充填する間、真空ポンプ２４６により、処理室２０１内の圧力が２０Ｐａ以下の圧力となるように処理室２０１内を排気しておく。ガス溜り３１５内へのＤＣＳガスの充填及び処理室２０１内の排気が完了したら、ＡＰＣバルブ２４３を閉じて処理室２０１内の排気を停止し、その後、ガス供給管３１０のバルブ３１３を開く。これにより、ガス溜り３１５内に溜められた高圧のＤＣＳガスが処理室２０１内へ一気に（パルス的に）供給される。このとき、排気管２３１のＡＰＣバルブ２４３が閉じられているので、処理室２０１内の圧力は急激に上昇し、例えば９３１Ｐａ（７Ｔｏｒｒ）まで昇圧される。その後、処理室２０１内の昇圧状態を所定時間（例えば１〜１０秒）維持し、高圧のＤＣＳガス雰囲気中にウエハ２００を晒す（ＤＣＳ供給）。

【0072】

このとき同時にバルブ５１３を開き、不活性ガス供給管５１０内にキャリアガスとしてのＮ_２ガスを流すようにしてもよい。この場合、Ｎ_２ガスはＮＨ_３ガスと一緒に処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。また、このとき、ノズル４２０，４３０、バッファ室４２３，４３３内へのＤＣＳガスの侵入を防止するため、バルブ５２３，５３３を開き、不活性ガス供給管５２０，５３０内にＮ_２ガスを流すようにしてもよい。この場合、Ｎ_２ガスは、ガス供給管３２０，３３０、ノズル４２０，４３０、バッファ室４２３，４３３を介して処理室２０１内に供給される。

【0073】

このように、ガス溜り３１５を用いてＤＣＳガスを一気に供給すると、ガス溜り３１５内と処理室２０１内との圧力差により、ノズル４１０から処理室２０１内に噴出されるＤＣＳガスは例えば音速（３４０ｍ／ｓｅｃ）程度にまで加速され、ウエハ２００上のＤＣＳガスの速度も数十ｍ／ｓｅｃ程度と速くなる。その結果、ＤＣＳガスがウエハ２００の中央部まで効率的に供給されるようになる。以下、この供給方法をフラッシュフローとも称する。

【0074】

ＤＣＳガスの供給により、ウエハ２００（表面の下地膜）上に、シリコン含有層が形成される。

【0075】

なお、ヒータ２０７の温度は、ウエハ２００の温度が、常温〜２００℃の範囲内の温度であって、例えば２００℃となるような温度に設定することが好ましい。ウエハ２００の温度が２００℃を超えると、ウエハ２００上に予め形成されているレジストパターンが、後述するステップ２ｂ（Ｏ_２ガス供給）を行った際等に酸化され、揮発してしまうことがある。また、ウエハ２００の温度が低すぎると、ウエハ２００上に原料ガス（ＤＣＳ）のガス分子層が形成され難くなり、実用的な成膜速度が得られなくなることがある。よって、ウエハ２００の温度は、常温〜２００℃の範囲内の温度であって、例えば２００℃とするのが好ましい。

【0076】

シリコン含有層が形成された後、ガス供給管３１０のバルブ３１３を閉じ、ＤＣＳガスの供給を停止する。そして、排気管２３１のＡＰＣバルブ２４３を開き、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１内に残留する未反応もしくはシリコン含有層形成に寄与した後のＤＣＳガスを処理室２０１内から排除する（残留ガス除去）。なお、このとき、バルブ５１３，５２３，５３３を開き、不活性ガスとしてのＮ_２ガスを処理室２０１内へ供給する。Ｎ_２ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室２０１内に残留する未反応もしくはシリコン含有層形成に寄与した後のＤＣＳガスを処理室２０１内から排除する効果を高めることができる。なお、このとき、処理室２０１内に残留するガスを完全に排除しなくてもよく、処理室２０１内を完全にパージしなくてもよい。処理室２０１内に残留するガスが微量であれば、その後に行われるステップ２ａにおいて悪影響が生じることはない。このとき処理室２０１内に供給するＮ_２ガスの流量も大流量とする必要はなく、例えば、反応管２０３（処理室２０１）の容積と同程度の量を供給することで、ステップ２ａにおいて悪影響が生じない程度のパージを行うことができる。このように、処理室２０１内を完全にパージしないことで、パージ時間を短縮し、スループットを向上させることができる。また、Ｎ_２ガスの消費も必要最小限に抑えることが可能となる。

【0077】

（ステップ２ａ）
ステップ１ａが終了し処理室２０１内の残留ガスを除去した後、ガス供給管３２０のバルブ３２３を開き、ガス供給管３２０内にＮＨ_３ガスを流す。ガス供給管３２０内を流れたＮＨ_３ガスは、マスフローコントローラ３２２により流量調整される。流量調整されたＮＨ_３ガスは、ノズル４２０のガス供給孔４２１からバッファ室４２３内に供給される。このとき、棒状電極４７１，４７２間に高周波電源２７０から整合器２７１を介して高周波電力を印加することで、バッファ室４２３内に供給されたＮＨ_３ガスはプラズマ励起され、活性種としてガス供給孔４２５から処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。このときウエハ２００に対して、プラズマで活性化されたＮＨ_３ガスが供給されることとなる（ＮＨ_３^＊供給）。

【0078】

このとき同時にバルブ５２３を開き、不活性ガス供給管５２０内にＮ_２ガスを流す。Ｎ_２ガスはＮＨ_３ガスと一緒に処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。また、このとき、ノズル４１０，４３０、バッファ室４３３内へのＮＨ_３ガスの侵入を防止するため、バルブ５１３，５３３を開き、不活性ガス供給管５１０，５３０内にＮ_２ガスを流す。Ｎ_２ガスは、ガス供給管３１０，３３０、ノズル４１０，４３０、バッファ室４３３を介して処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。

【0079】

ＮＨ_３ガスをプラズマ励起することにより活性種として流すときは、ＡＰＣバルブ２４３を適正に調整して、処理室２０１内の圧力を、例えば１０〜１００Ｐａの範囲内の圧力とする。プラズマを用いることで、処理室２０１内の圧力をこのような比較的低い圧力帯としても、ＮＨ_３ガスを活性化させることが可能となる。処理室２０１内におけるＮＨ_３ガスの分圧は、例えば６〜１００Ｐａの範囲内の圧力とする。マスフローコントローラ３２２で制御するＮＨ_３ガスの供給流量は、例えば１００〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。マスフローコントローラ５１２，５２２，５３２で制御するＮ_２ガスの供給流量は、それぞれ例えば１００〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。ＮＨ_３ガスをプラズマ励起することにより得られた活性種をウエハ２００に対して供給する時間、すなわちガス供給時間（照射時間）は、例えば１〜１２０秒、好ましくは１〜６０秒の範囲内の時間とする。このときのヒータ２０７の温度は、ステップ１ａと同様、ウエハ２００の温度が、常温〜２００℃の範囲内の温度であって、例えば２００℃となるような温度に設定する。高周波電源２７０から棒状電極４７１，４７２間に印加する高周波電力は、例えば５０〜１０００Ｗの範囲内の電力となるように設定する。

【0080】

このとき処理室２０１内に流しているガスは、ＮＨ_３ガスをプラズマ励起することにより得られた活性種であり、処理室２０１内にはＤＣＳガスを流していない。したがって、ＮＨ_３ガスは気相反応を起こすことはなく、活性種となったＮＨ_３ガスは、ステップ１ａでウエハ２００上に形成されたシリコン含有層の少なくとも一部と反応する。これによりシリコン含有層は窒化されて、Ｓｉ、Ｎを含む第１の層、すなわち、シリコン窒化層（ＳｉＮ層）へと改質される。

【0081】

このように、ＮＨ_３ガスをプラズマ励起することにより得られた活性種を処理室２０１内に流すことで、シリコン含有層をプラズマ窒化してＳｉＮ層へと改質（変化）させることができる。

【0082】

ＳｉＮ層が形成された後、ガス供給管３２０のバルブ３２３を閉じ、ＮＨ_３ガスの供給を停止する。このとき、ベントガス管６２０のバルブ６２２を開くことで、ガス供給管３２０内へのＮＨ_３ガスの供給を継続するようにしてもよい。またこのとき、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、処理室２０１内に残留する未反応もしくはＳｉＮ層形成に寄与した後のＮＨ_３ガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する（残留ガス除去）。なお、このとき、バルブ５１３，５２３，５３３を開き、不活性ガスとしてのＮ_２ガスを処理室２０１内へ供給する。Ｎ_２ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室２０１内に残留する未反応もしくはＳｉＮ層形成に寄与した後のＮＨ_３ガスを処理室２０１内から排除する効果を高めることができる。なお、このとき、処理室２０１内に残留するガスを完全に排除しなくてもよく、処理室２０１内を完全にパージしなくてもよい。処理室２０１内に残留するガスが微量であれば、その後に行われるステップ１ａにおいて悪影響が生じることはない。このとき処理室２０１内に供給するＮ_２ガスの流量も大流量とする必要はなく、例えば、反応管２０３（処理室２０１）の容積と同程度の量を供給することで、ステップ１ａにおいて悪影響が生じない程度のパージを行うことができる。このように、処理室２０１内を完全にパージしないことで、パージ時間を短縮し、スループットを向上させることができる。また、Ｎ_２ガスの消費も必要最小限に抑えることが可能となる。

【0083】

上述したステップ１ａ及びステップ２ａを交互に所定回数（ｍ回）行うことにより、すなわち、ステップ１ａとステップ２ａとを１サイクルとして、このサイクルを所定回数（ｍ回）行うことにより、ウエハ２００上に予め形成されているレジストパターンを含む下地膜上に、第１の層として、所定組成及び所定厚さのＳｉＮ層を成膜することができる。なお、上述のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましい。すなわち、１サイクルあたりに形成するＳｉＮ層の厚さを所望の膜厚よりも小さくして、上述のサイクルを所望の膜厚になるまで複数回繰り返すのが好ましい。第１の層としてのＳｉＮ層の厚さは、例えば０．５ｎｍ以上５．０ｎｍ以下の厚さとすることが好ましい。

【0084】

［ＳｉＯ層形成工程］
ウエハ２００上に所定組成及び所定厚さのＳｉＮ層が形成されたら、ＳｉＯ層形成工程を行う。ＳｉＯ層形成工程では、後述するステップ１ｂ及びステップ２ｂを交互に所定回数（ｎ回）行う。すなわち、ステップ１ｂ及びステップ２ｂを１サイクルとしてこのサイクルを所定回数（ｎ回行う）。以下、これらのステップを順に説明する。

【0085】

（ステップ１ｂ）
ステップ１ｂでは、処理室２０１内のウエハ２００に対してＢＴＢＡＳガスを上述のフラッシュフローにより供給し、ウエハ２００上（ＳｉＮ層上）にシリコン含有層を形成する。なお、フラッシュフローを行わずにＢＴＢＡＳガスを処理室２０１内のウエハ２００に対して供給してもよい。その後、処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１内に残留する未反応もしくはシリコン含有層形成に寄与した後のＢＴＢＡＳガスを処理室２０１内から排除する。ステップ１ｂは、上述のステップ１ａと同様の手順および同様の条件で行うことができる。なお、ステップ１ｂでは、Ｓｉを含む原料ガスとして、ステップ１ａで用いた原料ガス、すなわちＤＣＳガスを用いることもできる。

【0086】

（ステップ２ｂ）
ステップ１ｂが終了し処理室２０１内の残留ガスを除去した後、ガス供給管３３０のバルブ３３３を開き、ガス供給管３３０内にＯ_２ガスを流す。ガス供給管３３０内を流れたＯ_２ガスは、マスフローコントローラ３３２により流量調整される。流量調整されたＯ_２ガスは、ノズル４３０のガス供給孔４３１からバッファ室４３３内に供給される。このとき、棒状電極４８１，４８２間に高周波電源２７０から整合器２７１を介して高周波電力を印加することで、バッファ室４３３内に供給されたＯ_２ガスはプラズマ励起され、活性種としてガス供給孔４３５から処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。このときウエハ２００に対して、プラズマで活性化されたＯ_２ガスが供給されることとなる（Ｏ_２^＊供給）。

【0087】

このとき同時にバルブ５３３を開き、不活性ガス供給管５３０内にＮ_２ガスを流す。Ｎ_２ガスはＮＨ_３ガスと一緒に処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。また、このとき、ノズル４１０，４２０、バッファ室４２３内へのＯ_２ガスの侵入を防止するため、バルブ５１３，５２３を開き、不活性ガス供給管５１０，５２０内にＮ_２ガスを流す。Ｎ_２ガスは、ガス供給管３１０，３２０、ノズル４１０，４２０、バッファ室４２３を介して処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。

【0088】

Ｏ_２ガスをプラズマ励起することにより活性種として流すときは、ＡＰＣバルブ２４３を適正に調整して、処理室２０１内の圧力を、例えば１０〜１００Ｐａの範囲内の圧力とする。プラズマを用いることで、処理室２０１内の圧力をこのような比較的低い圧力帯としても、Ｏ_２ガスを活性化させることが可能となる。処理室２０１内におけるＯ_２ガスの分圧は、例えば６〜１００Ｐａの範囲内の圧力とする。マスフローコントローラ３２２で制御するＯ_２ガスの供給流量は、例えば１００〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。マスフローコントローラ５１２，５２２，５３２で制御するＮ_２ガスの供給流量は、それぞれ例えば１００〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。Ｏ_２ガスをプラズマ励起することにより得られた活性種をウエハ２００に対して供給する時間、すなわちガス供給時間（照射時間）は、例えば１〜１２０秒、好ましくは１〜６０秒の範囲内の時間とする。このときのヒータ２０７の温度は、ステップ１ｂと同様、ウエハ２００の温度が、常温〜２００℃の範囲内の温度であって、例えば２００℃となるような温度に設定する。高周波電源２７０から棒状電極４８１，４８２間に印加する高周波電力は、例えば５０〜１０００Ｗの範囲内の電力となるように設定する。

【0089】

このとき処理室２０１内に流しているガスは、Ｏ_２ガスをプラズマ励起することにより得られた活性種であり、処理室２０１内にはＢＴＢＡＳガスを流していない。したがって、Ｏ_２ガスは気相反応を起こすことはなく、活性種となったＯ_２ガスは、ステップ１ｂでウエハ２００上に形成されたシリコン含有層の少なくとも一部と反応する。これによりシリコン含有層は酸化されて、Ｓｉ、Ｏを含む第２の層、すなわち、シリコン酸化層（ＳｉＯ層）へと改質される。

【0090】

このように、Ｏ_２ガスをプラズマ励起することにより得られた活性種を処理室２０１内に流すことで、シリコン含有層をプラズマ酸化してＳｉＯ層へと改質（変化）させることができる。このとき、シリコン含有層におけるＯ成分の割合を増加させつつ、活性種のエネルギーによりシリコン含有層におけるＣ成分を脱離させることで、シリコン含有層をＳｉＯ層へと改質させることができる。なおこのとき、Ｏ_２ガスによるプラズマ酸化の作用により、ＳｉＯ層におけるＳｉ−Ｏ結合が増加する一方、Ｓｉ−Ｃ結合およびＳｉ−Ｓｉ結合は減少し、ＳｉＯ層におけるＣ成分の割合およびＳｉ成分の割合は減少することとなる。特にＣ成分は、その大部分が脱離することで不純物レベルにまで減少するか、実質的に消滅することとなる。すなわち、酸素濃度を増加させる方向に、また、炭素濃度およびシリコン濃度を減少させる方向に、組成比を変化させつつシリコン含有層をＳｉＯ層へと改質させることができる。さらに、このとき処理室２０１内の圧力やガス供給時間等の処理条件を制御することで、ＳｉＯ層におけるＯ成分の割合、すなわち、酸素濃度を微調整することができ、ＳｉＯ層の組成比をより厳密に制御することができる。

【0091】

ＳｉＯ層が形成された後、ガス供給管３３０のバルブ３３３を閉じ、Ｏ_２ガスの供給を停止する。このとき、ベントガス管６３０のバルブ６３２を開くことで、ガス供給管３３０内へのＯ_２ガスの供給を継続するようにしてもよい。またこのとき、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、処理室２０１内に残留する未反応もしくはＳｉＯ層形成に寄与した後のＯ_２ガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する（残留ガス除去）。なお、このとき、バルブ５１３，５２３，５３３を開き、不活性ガスとしてのＮ_２ガスを処理室２０１内へ供給する。Ｎ_２ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室２０１内に残留する未反応もしくはＳｉＯ層形成に寄与した後のＯ_２ガスを処理室２０１内から排除する効果を高めることができる。なお、このとき、処理室２０１内に残留するガスを完全に排除しなくてもよく、処理室２０１内を完全にパージしなくてもよい。処理室２０１内に残留するガスが微量であれば、その後に行われるステップ１ｂにおいて悪影響が生じることはない。このとき処理室２０１内に供給するＮ_２ガスの流量も大流量とする必要はなく、例えば、反応管２０３（処理室２０１）の容積と同程度の量を供給することで、ステップ１ｂにおいて悪影響が生じない程度のパージを行うことができる。このように、処理室２０１内を完全にパージしないことで、パージ時間を短縮し、スループットを向上させることができる。また、Ｎ_２ガスの消費も必要最小限に抑えることが可能となる。

【0092】

上述したステップ１ｂ及びステップ２ｂを交互に所定回数（ｎ回）行うことにより、すなわち、ステップ１ｂとステップ２ｂとを１サイクルとして、このサイクルを所定回数（ｎ回）行うことにより、ウエハ２００上に形成したＳｉＮ層上に、第２の層として、所定組成及び所定厚さのＳｉＯ層を積層することができる。そして、Ｓｉ、ＮおよびＯを含む薄膜であるＳｉＯＮ膜を成膜することができる。なお、上述のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましい。すなわち、１サイクルあたりに形成するＳｉＯ層の厚さを所望の膜厚よりも小さくして、上述のサイクルを所望の膜厚になるまで複数回繰り返すのが好ましい。

【0093】

（パージ及び大気圧復帰）
ウエハ２００上へのＳｉＯＮ膜の成膜が完了したら、バルブ５１３，５２３，５３３を開き、不活性ガス供給管５１０，５２０，５３０のそれぞれから不活性ガスとしてのＮ_２ガスを処理室２０１内に供給し排気管２３１から排気する。Ｎ_２ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室２０１内が不活性ガスでパージされ、処理室２０１内に残留するガスや反応副生成物が処理室２０１内から除去される（パージ）。その後、処理室２０１内の雰囲気が不活性ガスに置換され（不活性ガス置換）、処理室２０１内の圧力が常圧に復帰される（大気圧復帰）。

【0094】

（ボートアンロード及びウエハディスチャージ）
その後、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９が下降されて、反応管２０３の下端が開口されるとともに、処理済のウエハ２００がボート２１７に支持された状態で反応管２０３の下端から反応管２０３の外部に搬出（ボートアンロード）される。その後、処理済のウエハ２００はボート２１７より取出される（ウエハディスチャージ）。

【0095】

（３）本実施形態に係る効果
本実施形態によれば、以下に示す１つ又は複数の効果を奏する。

【0096】

（ａ）本実施形態によれば、ウエハ２００上に第１の層としてのＳｉＮ層を形成した後、第２の層としてのＳｉＯ層を形成することで、ＳｉＯＮ膜を形成するようにしている。つまり、ＳｉＯＮ膜の形成を２段階で行うようにしている。これにより、ウエハ２００上に予め形成されているレジストパターン（下地膜の一部）の酸化や揮発等を抑制できるようになる。これは、ＳｉＯ層を形成する前に形成されたＳｉＮ層が、レジストパターンに対する酸化ガス（Ｏ_２^＊ガス）の供給を抑制する（ブロックする）ように作用するからである。なお、ウエハ２００上に形成するＳｉＮ層の厚さを例えば０．５ｎｍ以上の厚さとすることにより、レジストパターンへの酸化ガスの供給をより確実に回避することができ、レジストパターンの酸化をより確実に抑制できるようになる。

【0097】

（ｂ）本実施形態によれば、ＮＨ_３ガスをプラズマ励起することにより得られた活性種（ＮＨ_３^＊）を用いることで、ウエハ２００の温度を例えば常温〜２００℃の範囲内の低温とした場合であっても、シリコン含有層をＳｉＮ層へと改質させることができる。このような低温領域でＳｉＮ層を形成することにより、ウエハ２００上に形成されているレジストパターンの酸化や揮発等を抑制できるようになる。

【0098】

（ｃ）本実施形態によれば、Ｏ_２ガスをプラズマ励起することにより得られた活性種（Ｏ_２^＊）を用いることで、ウエハ２００の温度を例えば常温〜２００℃の範囲内の低温とした場合であっても、シリコン含有層をＳｉＯ層へと改質させることができる。このような低温領域でＳｉＯ層を形成することにより、ウエハ２００上に形成されているレジストパターンの酸化や揮発等を抑制できるようになる。

【0099】

（ｄ）本実施形態によれば、ＳｉＮ層の厚さとＳｉＯ層の厚さとの比を調整することにより、ＳｉＯＮ膜の組成を所望の組成とすることができる。すなわち、ＳｉＯＮ膜中に含まれるＮ成分とＯ成分との比率を所望の比率とすることができる。例えば、ＳｉＮ層の厚さを例えば５ｎｍ以下の厚さとし、その後は、ＳｉＯＮ膜が所望の厚さに到達する迄ＳｉＯ層を形成することで、ＳｉＯＮ膜中のＯ成分の量を所定量以上とすることができ、ＳｉＯＮ膜の物性を所望の物性とすることができるようになる。

【0100】

（ｅ）本実施形態によれば、ＳｉＮ層を形成する際、処理室２０１内のウエハ２００に対してＤＣＳガスを供給する工程（ステップ１ａ）と、処理室２０１内のウエハ２００に対してＮＨ_３ガスを供給する工程（ステップ２ａ）と、を交互に行うようにしている。また、ＳｉＯ層を形成する際、処理室２０１内のウエハ２００に対してＢＴＢＡＳガスを供給する工程（ステップ１ｂ）と、処理室２０１内のウエハ２００に対してＯ_２ガスを供給する工程（ステップ２ｂ）と、を交互に行うようにしている。このようにガスの交互供給による成膜処理を行うことで、ＳｉＯＮ膜の膜厚調整を容易に行うことができる。また、ＳｉＯＮ膜の段差被覆性、ウエハ２００面内の膜厚均一性及びウエハ２００間の膜厚均一性をそれぞれ向上させることができるようになる。

【0101】

（ｆ）本実施形態によれば、ＮＨ_３ガスをプラズマ励起することにより得られた活性種（ＮＨ_３^＊）を用いてＳｉＮ層を形成することにより、ＳｉＮ層中の不純物（特にＣ成分）の濃度を低減させることが可能となる。また、Ｏ_２ガスをプラズマ励起することにより得られた活性種（Ｏ_２^＊）を用いてＳｉＯ層を形成することにより、ＳｉＮ層中の不純物（特にＣ成分）の濃度を低減させることが可能となる。これにより、ＳｉＯＮ膜の膜質を向上させることが可能となる。

【0102】

（ｅ）本実施形態によれば、ステップ１ａ，１ｂでＤＣＳガス、ＢＴＢＡＳガスをフラッシュフローにより供給しているので、ＤＣＳガス、ＢＴＢＡＳガスをウエハ２００の中央部まで効率的に供給できるようになる。その結果、ウエハ２００上に形成されるＳｉＯＮ膜のウエハ２００面内の膜厚均一性や膜質均一性を向上させることができるようになる。

【0103】

＜第２の実施形態＞
上述したように、ウエハ２００上にシリコン酸化膜を形成すると、シリコン酸化膜が有する膜ストレスによって、レジストパターンが応力を受け、変形したり倒壊したりしてしまうことがあった。そこで本実施形態では、ウエハ２００上に形成する薄膜の膜ストレスを低減させることによって、係る課題を解決するようにしている。

【0104】

具体的には、処理室２０１内のウエハ２００に対して所定元素を含む原料ガスを供給する工程と、処理室２０１内のウエハ２００に対して窒化ガスを供給する工程と、処理室２０１内のウエハ２００に対して酸化ガスを供給する工程と、を含むサイクルを所定回数行うことで、ウエハ２００上に、所定元素、窒素および酸素を含む薄膜を形成することで、係る課題を解決するようにしている。なお、ここで所定回数行うとは、１回もしくは複数回行うこと、すなわち、１回以上行うことを意味する。

【0105】

以下、本実施形態の成膜シーケンスを、図６、図７を用いて具体的に説明する。図６は、本実施形態における成膜フローを示す図である。図７は、本実施形態の成膜シーケンスにおけるガス供給のタイミングを示す図である。なお、ここでは、処理室２０１内のウエハ２００に対して原料ガスとしてアミノシラン系原料ガスであるＢＴＢＡＳガスを供給する工程と、窒化ガスとしてアンモニア（ＮＨ_３）ガスを供給する工程と、処理室２０１内のウエハ２００に対して酸化ガスとして酸素（Ｏ_２）ガスを供給する工程と、を含むサイクルを所定回数（Ｎ回）行うことで、ウエハ２００上に、シリコン、窒素および酸素を含むシリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜）を形成する例について説明する。

【0106】

（ウエハチャージ〜圧力及び温度調整）
ウエハチャージ、ボートロード、圧力調整及び温度調整については、上述の第１実施形態と同様の手順で行う。

【0107】

〔ＳｉＯＮ膜形成工程〕
その後、後述するステップ１ｃ〜３ｃを含むサイクルを１サイクルとしてこのサイクルを所定回数（Ｎ回）行うことにより、ウエハ２００上にＳｉＯＮ膜を形成する。

【0108】

（ステップ１ｃ）
処理室２０１内のウエハ２００に対してＢＴＢＡＳガスを上述のフラッシュフローにより供給し、ウエハ２００上（レジストパターンを含む下地膜上）にシリコン含有層を形成する。その後、処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１内に残留する未反応もしくはシリコン含有層形成に寄与した後のＢＴＢＡＳガスを処理室２０１内から排除する。ステップ１ｃは、上述の第１実施形態のステップ１ａと同様の手順および同様の条件で行うことができる。

【0109】

（ステップ２ｃ）
次に、処理室２０１内のウエハ２００に対してプラズマで活性化させたＮＨ_３ガスを供給し、ウエハ２００上に形成されたシリコン含有層を窒化して、Ｓｉ、Ｎを含むシリコン窒化層（ＳｉＮ層）へと改質させる。その後、処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１内に残留する未反応もしくはＳｉＮ層形成に寄与した後のＮＨ_３ガスを処理室２０１内から排除する。ステップ２ｃは、上述の第１実施形態のステップ２ａと同様の手順および同様の条件で行うことができる。

【0110】

（ステップ３ｃ）
次に、処理室２０１内のウエハ２００に対してプラズマで活性化させたＯ_２ガスを供給し、ウエハ２００上に形成されたＳｉＮ層を酸化して、Ｓｉ、ＮおよびＯを含むシリコン酸窒化層（ＳｉＯＮ層）へと改質させる。その後、処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１内に残留する未反応もしくはＳｉＯＮ層形成に寄与した後のＯ_２ガスを処理室２０１内から排除する。ステップ３ｃは、上述の第１実施形態のステップ２ｂと同様の手順および同様の条件で行うことができる。

【0111】

上述したステップ１ｃ〜３ｃを含むサイクルを所定回数（Ｎ回）行うことにより、ウエハ２００上に、Ｓｉ、ＮおよびＯを含む薄膜であるＳｉＯＮ膜を成膜することができる。なお、上述のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましい。すなわち、１サイクルあたりに形成するＳｉＯＮ層の厚さを所望の膜厚よりも小さくして、上述のサイクルを所望の膜厚になるまで複数回繰り返すのが好ましい。

【0112】

なお、ステップ１ｃ〜３ｃを含むサイクルを複数回繰り返す際、ステップ２ｃやステップ３ｃを所定の頻度で間引くようにしても良い。例えば、ＳｉＯＮ膜の形成初期においては、ステップ３ｃを所定の頻度で間引くことにより、Ｏ成分の含有量の比較的少ないＳｉＯＮ層（或いはＯ成分を含まないＳｉＮ層）を形成するようにしてもよい。また、ＳｉＯＮ膜の形成中期〜後期においては、ステップ２ｃを所定の頻度で間引くことにより、Ｎ成分の含有量の少ないＳｉＯＮ層（或いはＮ成分を含まないＳｉＯ層）を形成するようにしてもよい。

【0113】

本実施形態によれば、以下に示す１つまたは複数の効果を奏する。

【0114】

（ａ）本実施形態によれば、ウエハ２００上にＳｉＯ膜を形成するのではなく、ＳｉＯ膜中にＮ成分が添加されたＳｉＯＮ膜を形成することで、ウエハ２００上に予め形成されているレジストパターン（下地膜の一部）の変形や倒壊等を抑制できるようになる。これは、Ｎ成分が添加されたＳｉＯＮ膜は、ＳｉＯ膜に比べて膜ストレスが少なく、レジストパターンに加わる応力が小さくなるためである。

【0115】

（ｂ）本実施形態によれば、ステップ１ｃ〜３ｃを含むサイクルを複数回繰り返す際、ステップ２ｃやステップ３ｃを所定の頻度で間引くことにより、ＳｉＯＮ膜の組成をその厚さ方向に渡り緻密に制御することが可能となる。例えば、ＳｉＯＮ膜の形成初期においては、ステップ３ｃを所定の頻度で間引くことにより、ＳｉＯＮ膜の下層を、Ｏ成分の含有量の少ないＳｉＯＮ層（或いはＳｉＮ層）とすることができる。また、ＳｉＯＮ膜の形成中期〜後期においては、ステップ２ｃを所定の頻度で間引くことにより、ＳｉＯＮ膜の中層〜上層を、Ｎ成分の含有量の少ないＳｉＯＮ層（或いはＳｉＯ層）とすることができる。このように、ＳｉＯＮ膜のうちレジストパターンに近接する層（下層）中のＮ成分を増やした場合、レジストパターンに加わる応力を一層低減させることができ、レジストパターンの変形や倒壊等をさらに抑制できるようになる。また、ＳｉＯＮ膜の形成初期においてステップ３ｃを所定の頻度で間引くことにより、レジストパターンに対する酸化ガス（Ｏ_２^＊ガス）の供給量を低減させることができ、レジストパターンの酸化や揮発等をさらに抑制できるようになる。

【0116】

（ｃ）本実施形態によれば、ＮＨ_３ガスをプラズマ励起することにより得られた活性種（ＮＨ_３^＊）を用いることで、ウエハ２００の温度を例えば常温〜２００℃の範囲内の低温とした場合であっても、シリコン含有層をＳｉＮ層へと改質させることができる。このような低温領域でＳｉＮ層を形成することにより、ウエハ２００上に形成されているレジストパターンの酸化や揮発等を抑制できるようになる。

【0117】

（ｄ）本実施形態によれば、Ｏ_２ガスをプラズマ励起することにより得られた活性種（Ｏ_２^＊）を用いることで、ウエハ２００の温度を例えば常温〜２００℃の範囲内の低温とした場合であっても、シリコン含有層をＳｉＯ層へと改質させることができる。このような低温領域でＳｉＯ層を形成することにより、ウエハ２００上に形成されているレジストパターンの酸化や揮発等を抑制できるようになる。

【0118】

（ｅ）本実施形態によれば、ステップ１ｃ〜３ｃを含むサイクルを所定回数行うようにしている。このようなガス供給シーケンスによる成膜処理を行うことで、ＳｉＯＮ膜の段差被覆性、ウエハ２００面内の膜厚均一性及びウエハ２００間の膜厚均一性をそれぞれ向上させることができるようになる。

【0119】

（ｆ）本実施形態によれば、ＮＨ_３ガスをプラズマ励起することにより得られた活性種（ＮＨ_３^＊）を用いてＳｉＮ層を形成することにより、ＳｉＮ層中の不純物（特にＣ成分）の濃度を低減させることが可能となる。また、Ｏ_２ガスをプラズマ励起することにより得られた活性種（Ｏ_２^＊）を用いてＳｉＯＮ層を形成することにより、ＳｉＯＮ層中の不純物（特にＣ成分）濃度を低減させることが可能となる。これにより、ＳｉＯＮ膜の膜質を向上させることが可能となる。

【0120】

（ｅ）本実施形態によれば、ステップ１ｃでＢＴＢＡＳガスをフラッシュフローにより供給しているので、ＢＴＢＡＳガスをウエハ２００の中央部まで効率的に供給できるようになる。その結果、ウエハ２００上に形成されるＳｉＯＮ膜のウエハ２００面内の膜厚均一性や膜質均一性を向上させることができるようになる。

【0121】

（変形例）
なお、本実施形態は、例えば図８、図９に示すように変形することが可能である。

【0122】

図８は、本実施形態における成膜フローの変形例を示す図である。図９は、本実施形態の成膜シーケンスにおけるガス供給のタイミングの変形例を示す図である。ここでは、処理室２０１内のウエハ２００に対して原料ガスとしてアミノシラン系原料ガスであるＢＴＢＡＳガスを供給する工程と、窒化ガスとしてアンモニア（ＮＨ_３）ガスを供給する工程と、処理室２０１内のウエハ２００に対して原料ガスとしＢＴＢＡＳガスを供給する工程と、処理室２０１内のウエハ２００に対して酸化ガスとして酸素（Ｏ_２）ガスを供給する工程と、を含むサイクルを所定回数（Ｎ回）行うことで、ウエハ２００上に、シリコン、窒素および酸素を含むシリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜）を形成する例について示している。

【0123】

本変形例では、ステップ１ｄ〜ステップ４ｄを含むサイクルを１サイクルとしてこのサイクルを所定回数（Ｎ回）行うことで、ウエハ２００上に、Ｓｉ、ＮおよびＯを含むＳｉＯＮ膜を形成する。ステップ１ｄ及びステップ３ｄは、上述の第１実施形態のステップ１ａと同様の手順および同様の条件で行うことができる。ステップ２ｄは、上述の第１実施形態のステップ２ａと同様の手順および同様の条件で行うことができる。ステップ４ｄは、上述の第１実施形態のステップ２ｂと同様の手順および同様の条件で行うことができる。

【0124】

本変形例でも、サイクルを複数回繰り返す際、ステップ２ｄやステップ４ｄを所定の頻度で間引くようにしても良い。例えば、ＳｉＯＮ膜の形成初期においては、ステップ３ｄ及びステップ４ｄを所定の頻度で間引くことにより、Ｏ成分の含有量の少ないＳｉＯＮ層（或いはＳｉＮ層）を形成するようにしてもよい。また、ＳｉＯＮ膜の形成中期〜後期においては、ステップ１ｄ及びステップ２ｄを所定の頻度で間引くことにより、Ｎ成分の含有量の少ないＳｉＯＮ層（或いはＳｉＯ層）を形成するようにしてもよい。

【0125】

本変形例においても、図６、図７に示す成膜シーケンスと同様の効果を奏する。

【0126】

＜本発明の第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態を説明する。

【0127】

本実施形態では、上述した第１実施形態と第２実施形態との組み合わせによりＳｉＯＮ膜を形成する。すなわち、第１実施形態の成膜フローによりウエハ２００上に第１の層としてのＳｉＮ層を形成した後、第２実施形態の成膜フローによりＳｉＮ層上に第２の層としてのＳｉＯＮ層を形成する。具体的には、第１実施形態のステップ１ａ及びステップ２ａを交互に所定回数（ｍ回）行うことでウエハ２００上にＳｉＮ層を形成した後、第２実施形態のステップ１ｃ〜３ｃ（或いはステップ１ｄ〜４ｄ）を含むサイクルを所定回数（ｎ回）行うことでＳｉＮ層上にＳｉＯＮ層を形成する。これにより、ウエハ２００上にＳｉ、ＮおよびＯを含む薄膜であるＳｉＯＮ膜を成膜する。なお、本実施形態においても、サイクルを複数回繰り返してＳｉＯＮ層を形成する際、ステップ２ｃやステップ３ｃ（或いはステップ２ｄやステップ４ｄ）を所定の頻度で間引くようにしてもよい。

【0128】

本変形例によれば、上述の第１実施形態の効果及び第２実施形態の効果を同時に奏する。すなわち、ＳｉＯ層を形成する前に形成されたＳｉＮ層が、レジストパターンに対する酸化ガス（Ｏ_２^＊ガス）の供給を抑制する（ブロックする）ことで、レジストパターンの酸化や揮発を抑制できるようになる。また、ＳｉＮ層上に、膜ストレスの少ないＳｉＯＮ層を形成することで、レジストパターンに加わる応力を小さくすることができ、レジストパターンの変形や倒壊等を抑制できるようになる。

【0129】

＜本発明の他の実施形態＞
以上、本発明の実施の形態を具体的に説明したが、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。

【0130】

例えば、上述の第１実施形態では、ＳｉＮ層形成工程とＳｉＯ層形成工程とで異なる種類の原料ガス（ＤＣＳガス、ＢＴＢＡＳガス）を用いる例について説明したが、本発明は係る形態に限定されず、同じ種類の原料ガスを用いるようにしてもよい。また、例えば、ＳｉＮ層形成工程では原料ガスとしてＢＴＢＡＳガスを用い、他方の工程では、原料ガスとして、ＢＴＢＡＳガス以外のアミノシラン系原料ガスや、クロロシラン系原料ガスやフルオロシラン系原料ガス等のハロゲン系のリガンドを持つシラン系原料ガスや、無機原料を気化させたシラン系ガス等を用いてもよい。原料ガスの種類は、窒化や酸化の処理条件に合わせて、適切なものを適宜選択すればよい。第２実施形態でも同様に、ステップ１ｃ〜３ｃ（或いはステップ１ｄ〜４ｄ）を含むサイクルを繰り返す途中で、原料ガスの種類を切り替えるようにしてもよい。第３実施形態でも同様に、ＳｉＮ層形成工程とＳｉＯＮ層形成工程とで異なる原料ガスを用いるようにしてもよい。

【0131】

上述の各実施形態や各変形例の手法により形成したシリコン絶縁膜を、サイドウォールスペーサとして使用することにより、リーク電流が少なく、加工性に優れたデバイス形成技術を提供することが可能となる。

【0132】

また、上述の各実施形態や各変形例の手法により形成したシリコン絶縁膜を、エッチストッパーとして使用することにより、加工性に優れたデバイス形成技術を提供することが可能となる。

【0133】

また、上述の実施形態では、酸窒化膜として、半導体元素であるシリコンを含むシリコン系絶縁膜（ＳｉＯＮ膜）を形成する例について説明したが、本発明は、例えばチタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）等の金属元素を含む金属系薄膜を形成する場合にも適用することができる。すなわち、本発明は、例えば、チタン酸窒化膜（ＴｉＯＮ膜）、ジルコニウム酸窒化膜（ＺｒＯＮ膜）、ハフニウム酸窒化膜（ＨｆＯＮ膜）、タンタル酸窒化膜（ＴａＯＮ膜）、アルミニウム酸窒化膜（ＡｌＯＮ膜）、モリブデン酸窒化膜（ＭｏＯＮ膜）等の金属酸窒化膜を形成する場合にも好適に適用することができる。

【0134】

この場合、上述の実施形態におけるシラン系原料ガスの代わりに、金属元素を含む原料ガスを用い、上述の実施形態と同様なシーケンスにより成膜を行うことができる。

【0135】

例えば、Ｔｉを含む金属系薄膜（ＴｉＯＮ膜）を形成する場合は、原料ガスとして、テトラキスジメチルアミノチタン（Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ_３）_２］_４、略称：ＴＤＭＡＴ）等のＴｉおよびアミノ基を含むガスや、チタニウムテトラクロライド（ＴｉＣｌ_４）等のＴｉおよびクロロ基を含むガスや、チタニウムテトラフルオライド（ＴｉＦ_４）等のＴｉおよびフルオロ基を含むガスを用いることができる。窒化ガス、酸化ガスとしては、上述の実施形態と同様なガスを用いることができる。なお、このときの処理条件は、例えば上述の実施形態と同様な処理条件とすることができる。

【0136】

また例えば、Ｚｒを含む金属系薄膜（ＺｒＯＮ膜）を形成する場合は、原料ガスとして、テトラキスジメチルアミノジルコニウム（Ｚｒ［Ｎ（ＣＨ_３）_２］_４、略称：ＴＤＭＡＺ）、テトラキスエチルメチルアミノジルコニウム（Ｚｒ［Ｎ（ＣＨ_３）ＣＨ_２ＣＨ_３］_４、略称：ＴＥＭＡＺ）等のＺｒおよびアミノ基を含むガスや、ジルコニウムテトラクロライド（ＺｒＣｌ_４）等のＺｒおよびクロロ基を含むガスや、ジルコニウムテトラフルオライド（ＺｒＦ_４）等のＺｒおよびフルオロ基を含むガスを用いることができる。窒化ガス、酸化ガスとしては、上述の実施形態と同様なガスを用いることができる。なお、このときの処理条件は、例えば上述の実施形態と同様な処理条件とすることができる。

【0137】

また例えば、Ｈｆを含む金属系薄膜（ＨｆＯＮ膜）を形成する場合は、原料ガスとして、テトラキスジメチルアミノハフニウム（Ｈｆ［Ｎ（ＣＨ_３）_２］_４、略称：ＴＤＭＡＨｆ）、テトラキスエチルメチルアミノハフニウム（Ｈｆ［Ｎ（ＣＨ_３）ＣＨ_２ＣＨ_３］_４、略称：ＴＥＭＡＨｆ）等のＨｆおよびアミノ基を含むガスや、ハフニウムテトラクロライド（ＨｆＣｌ_４）等のＨｆおよびクロロ基を含むガスや、ハフニウムテトラフルオライド（ＨｆＦ_４）等のＨｆおよびフルオロ基を含むガスを用いることができる。窒化ガス、酸化ガスとしては、上述の実施形態と同様なガスを用いることができる。なお、このときの処理条件は、例えば上述の実施形態と同様な処理条件とすることができる。

【0138】

また例えば、Ｔａを含む金属系薄膜（ＴａＯＮ膜）を形成する場合は、原料ガスとして、トリスジエチルアミノターシャリーブチルイミノタンタル（Ｔａ［Ｎ（Ｃ_２Ｈ_５）_２］_３［＝ＮＣ（ＣＨ_３）_３］、略称：ＴＢＴＤＥＴ）、トリスエチルメチルアミノターシャリーブチルイミノタンタル（Ｔａ［ＮＣ（ＣＨ_３）_３］［Ｎ（Ｃ_２Ｈ_５）ＣＨ_３］_３）、略称ＴＢＴＥＭＴ）等のＴａおよびアミノ基を含むガスや、タンタルペンタクロライド（ＴａＣｌ_５）等のＴａおよびクロロ基を含むガスや、タンタルペンタフルオライド（ＴａＦ_５）等のＴａおよびフルオロ基を含むガスを用いることができる。窒化ガス、酸化ガスとしては、上述の実施形態と同様なガスを用いることができる。なお、このときの処理条件は、例えば上述の実施形態と同様な処理条件とすることができる。

【0139】

また例えば、Ａｌを含む金属系薄膜（ＡｌＯＮ膜）を形成する場合は、原料ガスとして、トリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ_３）_３、略称：ＴＭＡ）等のＡｌおよびアミノ基を含むガスや、アルミニウムトリクロライド（ＡｌＣｌ_３）等のＡｌおよびクロロ基を含むガスや、アルミニウムトリフルオライド（ＡｌＦ_３）等のＡｌおよびフルオロ基を含むガスを用いることができる。窒化ガス、酸化ガスとしては、上述の実施形態と同様なガスを用いることができる。なお、このときの処理条件は、例えば上述の実施形態と同様な処理条件とすることができる。

【0140】

また例えば、Ｍｏを含む金属系薄膜（ＭｏＯＮ膜）を形成する場合は、原料ガスとして、モリブデンペンタクロライド（ＭｏＣｌ_５）等のＭｏおよびクロロ基を含むガスや、モリブデンペンタフルオライド（ＭｏＦ_５）等のＭｏおよびフルオロ基を含むガスを用いることができる。窒化ガス、酸化ガスとしては、上述の実施形態と同様なガスを用いることができる。なお、このときの処理条件は、例えば上述の実施形態と同様な処理条件とすることができる。

【0141】

また、上述の実施形態では、一度に複数枚の基板を処理するバッチ式の基板処理装置を用いて薄膜を成膜する例について説明したが、本発明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薄膜を成膜する場合にも、好適に適用できる。

【0142】

また、上述の各実施形態や各変形例や各応用例等は、適宜組み合わせて用いることができる。

【0143】

また、本発明は、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、本発明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発明に係るプロセスレシピに変更することも可能である。

【0144】

＜本発明の好ましい態様＞
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。

【0145】

（付記１）
本発明の一態様によれば、
処理室内の基板に対して所定元素を含む原料ガスを供給する工程と、前記処理室内の前記基板に対して窒化ガスを供給する工程と、を行うことで、前記基板上に、前記所定元素および窒素を含む第１の層を形成する工程と、
前記処理室内の前記基板に対して前記所定元素を含む原料ガスを供給する工程と、前記処理室内の前記基板に対して酸化ガスを供給する工程と、を行うことで、前記第１の層上に、前記所定元素および酸素を含む第２の層を形成する工程と、
を行うことで、前記基板上に、前記所定元素、窒素および酸素を含む薄膜を形成する
半導体装置の製造方法が提供される。

【0146】

（付記２）
付記１の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記第１の層を形成する工程では、
前記所定元素を含む原料ガスを供給する工程と、前記窒化ガスを供給する工程と、を交互に所定回数（ｍ回）行う。

【0147】

（付記３）
付記１又は２の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記第２の層を形成する工程では、
前記所定元素を含む原料ガスを供給する工程と、前記酸化ガスを供給する工程と、を交互に所定回数（ｎ回）行う。

【0148】

（付記４）
付記１又は２の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記第２の層を形成する工程では、
前記所定元素を含む原料ガスを供給する工程と、前記窒化ガスを供給する工程と、前記酸化ガスを供給する工程と、を含むサイクルを所定回数（ｎ回）行う。

【0149】

（付記５）
付記１又は２の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記第２の層を形成する工程では、
前記所定元素を含む原料ガスを供給する工程と、前記窒化ガスを供給する工程と、前記所定元素を含む原料ガスを供給する工程と、前記酸化ガスを供給する工程と、を含むサイクルを所定回数（ｎ回）行う。

【0150】

（付記６）
付記１乃至５のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記第１の層の厚さを、０．５ｎｍ以上５．０ｎｍ以下の厚さとする。

【0151】

（付記７）
本発明の他の態様によれば、
処理室内の基板に対して所定元素を含む原料ガスを供給する工程と、
前記処理室内の前記基板に対して窒化ガスを供給する工程と、
前記処理室内の前記基板に対して酸化ガスを供給する工程と、を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に、前記所定元素、窒素および酸素を含む薄膜を形成する
半導体装置の製造方法が提供される。

【0152】

（付記８）
本発明のさらに他の態様によれば、
処理室内の基板に対して所定元素を含む原料ガスを供給する工程と、
前記処理室内の前記基板に対して窒化ガスを供給する工程と、
前記処理室内の前記基板に対して前記所定元素を含む原料ガスを供給する工程と、
前記処理室内の前記基板に対して酸化ガスを供給する工程と、を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に、前記所定元素、窒素および酸素を含む薄膜を形成する
半導体装置の製造方法が提供される。

【0153】

（付記９）
付記１乃至８のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記薄膜を形成する際の前記基板の温度を２００℃以下の温度とする。

【0154】

（付記１０）
付記１乃至９のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記窒化ガスを供給する工程では、プラズマにより活性化した前記窒化ガスを前記基板に対して供給する。

【0155】

（付記１１）
付記１乃至１０のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記酸化ガスを供給する工程では、プラズマにより活性化した前記酸化ガスを前記基板に対して供給する。

【0156】

（付記１２）
付記１乃至１１のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記所定元素は、半導体元素または金属元素を含む。

【0157】

（付記１３）
付記１乃至１１のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記所定元素は、シリコン元素を含む。

【0158】

（付記１４）
本発明のさらに他の態様によれば、
処理室内の基板に対して所定元素を含む原料ガスを供給する工程と、前記処理室内の前記基板に対して窒化ガスを供給する工程と、を行うことで、前記基板上に、前記所定元素および窒素を含む第１の層を形成する工程と、
前記処理室内の前記基板に対して前記所定元素を含む原料ガスを供給する工程と、前記処理室内の前記基板に対して酸化ガスを供給する工程と、を行うことで、前記第１の層上に、前記所定元素および酸素を含む第２の層を形成する工程と、
を行うことで、前記基板上に、前記所定元素、窒素および酸素を含む薄膜を形成する
基板処理方法が提供される。

【0159】

（付記１５）
本発明のさらに他の態様によれば、
処理室内の基板に対して所定元素を含む原料ガスを供給する工程と、
前記処理室内の前記基板に対して窒化ガスを供給する工程と、
前記処理室内の前記基板に対して酸化ガスを供給する工程と、を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に、前記所定元素、窒素および酸素を含む薄膜を形成する
基板処理装置が提供される。

【0160】

（付記１６）
本発明のさらに他の態様によれば、
処理室内の基板に対して所定元素を含む原料ガスを供給する工程と、
前記処理室内の前記基板に対して窒化ガスを供給する工程と、
前記処理室内の前記基板に対して前記所定元素を含む原料ガスを供給する工程と、
前記処理室内の前記基板に対して酸化ガスを供給する工程と、を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に、前記所定元素、窒素および酸素を含む薄膜を形成する
基板処理装置が提供される。

【0161】

（付記１７）
本発明のさらに他の態様によれば、
基板を処理する処理室と、
前記処理室内に所定元素を含む原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理室内に窒化ガスを供給する窒化ガス供給系と、
前記処理室内に酸化ガスを供給する酸化ガス供給系と、を有し、
前記処理室内の基板に対して前記所定元素を含む原料ガスを供給する処理と、前記処理室内の前記基板に対して前記窒化ガスを供給する処理と、を行うことで、前記基板上に、前記所定元素および窒素を含む第１の層を形成する処理と、
前記処理室内の前記基板に対して前記所定元素を含む原料ガスを供給する処理と、前記処理室内の前記基板に対して前記酸化ガスを供給する処理と、を行うことで、前記第１の層上に、前記所定元素および酸素を含む第２の層を形成する処理と、
を行うことで、前記基板上に、前記所定元素、窒素および酸素を含む薄膜を形成するように、前記原料ガス供給系、前記窒化ガス供給系および前記酸化ガス供給系を制御する制御部を有する
基板処理装置が提供される。

【0162】

（付記１８）
本発明のさらに他の態様によれば、
基板を処理する処理室と、
前記処理室内に所定元素を含む原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理室内に窒化ガスを供給する窒化ガス供給系と、
前記処理室内に酸化ガスを供給する酸化ガス供給系と、を有し、
前記処理室内の基板に対して前記所定元素を含む原料ガスを供給する処理と、前記処理室内の前記基板に対して窒化ガスを供給する処理と、前記処理室内の前記基板に対して酸化ガスを供給する処理と、を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に、前記所定元素、窒素および酸素を含む薄膜を形成するように、前記原料ガス供給系、前記窒化ガス供給系および前記酸化ガス供給系を制御する制御部を有する
基板処理装置が提供される。

【0163】

（付記１９）
本発明のさらに他の態様によれば、
基板を処理する処理室と、
前記処理室内に所定元素を含む原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理室内に窒化ガスを供給する窒化ガス供給系と、
前記処理室内に酸化ガスを供給する酸化ガス供給系と、を有し、
前記処理室内の基板に対して前記所定元素を含む原料ガスを供給する処理と、前記処理室内の前記基板に対して窒化ガスを供給する処理と、前記処理室内の前記基板に対して前記所定元素を含む原料ガスを供給する処理と、前記処理室内の前記基板に対して酸化ガスを供給する処理と、を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に、前記所定元素、窒素および酸素を含む薄膜を形成するように、前記原料ガス供給系、前記窒化ガス供給系および前記酸化ガス供給系を制御する制御部を有する
基板処理装置が提供される。

【0164】

（付記２０）
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の基板に対して所定元素を含む原料ガスを供給する手順と、前記処理室内の前記基板に対して窒化ガスを供給する手順と、を行うことで、前記基板上に、前記所定元素および窒素を含む第１の層を形成する手順と、
前記処理室内の前記基板に対して前記所定元素を含む原料ガスを供給する手順と、前記処理室内の前記基板に対して酸化ガスを供給する手順と、を行うことで、前記第１の層上に、前記所定元素および酸素を含む第２の層を形成する手順と、
を行うことで、前記基板上に、前記所定元素、窒素および酸素を含む薄膜を形成する手順をコンピュータに実行させるプログラムが提供される。

【0165】

（付記２１）
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の基板に対して所定元素を含む原料ガスを供給する手順と、
前記処理室内の前記基板に対して窒化ガスを供給する手順と、
前記処理室内の前記基板に対して酸化ガスを供給する手順と、を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に、前記所定元素、窒素および酸素を含む薄膜を形成する手順をコンピュータに実行させるプログラムが提供される。

【0166】

（付記２２）
本発明のさらに他の態様によれば、
処理室内の基板に対して所定元素を含む原料ガスを供給する手順と、
前記処理室内の前記基板に対して窒化ガスを供給する手順と、
前記処理室内の前記基板に対して前記所定元素を含む原料ガスを供給する手順と、
前記処理室内の前記基板に対して酸化ガスを供給する工程と、を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に、前記所定元素、窒素および酸素を含む薄膜を形成する手順をコンピュータに実行させるプログラムが提供される。

【0167】

（付記２３）
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の基板に対して所定元素を含む原料ガスを供給する手順と、前記処理室内の前記基板に対して窒化ガスを供給する手順と、を行うことで、前記基板上に、前記所定元素および窒素を含む第１の層を形成する手順と、
前記処理室内の前記基板に対して前記所定元素を含む原料ガスを供給する手順と、前記処理室内の前記基板に対して酸化ガスを供給する手順と、を行うことで、前記第１の層上に、前記所定元素および酸素を含む第２の層を形成する手順と、
を行うことで、前記基板上に、前記所定元素、窒素および酸素を含む薄膜を形成する手順をコンピュータに実行させるプログラム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。

【0168】

（付記２４）
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の基板に対して所定元素を含む原料ガスを供給する手順と、
前記処理室内の前記基板に対して窒化ガスを供給する手順と、
前記処理室内の前記基板に対して酸化ガスを供給する手順と、を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に、前記所定元素、窒素および酸素を含む薄膜を形成する手順をコンピュータに実行させるプログラム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。

【0169】

（付記２５）
本発明のさらに他の態様によれば、
処理室内の基板に対して所定元素を含む原料ガスを供給する手順と、
前記処理室内の前記基板に対して窒化ガスを供給する手順と、
前記処理室内の前記基板に対して前記所定元素を含む原料ガスを供給する手順と、
前記処理室内の前記基板に対して酸化ガスを供給する工程と、を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に、前記所定元素、窒素および酸素を含む薄膜を形成する手順をコンピュータに実行させるプログラム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。

【符号の説明】

【0170】

２００ ウエハ（基板）
２０１ 処理室
２８０ コントローラ（制御部）
３０１ 原料ガス供給系
３０２ 窒化ガス供給系
３０３ 酸化ガス供給系
５０１ 第１不活性ガス供給系
５０２ 第２不活性ガス供給系
５０３ 第３不活性ガス供給系

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】