特許 6452199 基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラム

(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】6452199

(24)【登録日】2018年12月21日

(45)【発行日】2019年1月16日

(54)【発明の名称】基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/31 20060101AFI20190107BHJP

   C23C 16/509 20060101ALI20190107BHJP

   C23C 16/42 20060101ALI20190107BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/31 C

   C23C16/509

   C23C16/42

【請求項の数】9

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2015-142086(P2015-142086)

(22)【出願日】2015年7月16日

(65)【公開番号】特開2017-27985(P2017-27985A)

(43)【公開日】2017年2月2日

【審査請求日】2017年11月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】318009126

【氏名又は名称】株式会社ＫＯＫＵＳＡＩ ＥＬＥＣＴＲＩＣ

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 明博

(72)【発明者】

【氏名】豊田 一行

(72)【発明者】

【氏名】廣地 志有

【審査官】 宇多川 勉

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−２５０４７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０９９７６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０７９３５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−１６４２２４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｃ２３Ｃ １６／４２

Ｃ２３Ｃ １６／５０９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の基板を処理する処理室と、
前記処理室内で前記複数の基板を垂直方向に配列して保持する基板保持具と
前記処理室内に前記基板を処理する処理ガスを供給するガス供給部と、
前記複数の基板のそれぞれの上方に前記複数の基板のそれぞれに対応するように設けられたプラズマ生成部と、を有し、
前記プラズマ生成部は、
第１の位相の高周波電力が印加される第１の電極と、
前記第１の電極と対になるように設けられ、前記第１の位相とは異なる第２の位相の高周波電力が印加される第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記基板の存在しない空間にプラズマを生成するプラズマ生成空間と、
を備え、前記複数の基板のうち少なくとも１つは、同位相の高周波電力が印加されている電極間に配置される基板処理装置。

【請求項2】

前記第１の電極および前記第２の電極は、それぞれ前記基板の径よりも大きい径を有する円板形状である請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項3】

前記基板保持具は、前記基板と前記基板の直上に設置される前記第１の電極または前記第２の電極との距離を変更可能に構成される請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項4】

前記複数の基板は、最下位に位置する基板を除き、前記第１の電極間または前記第２の電極間のいずれか一方に配置される請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項5】

前記第１の電極または前記第２の電極のうち、前記基板の直上に設けられる電極には、孔が複数設けられる請求項１から４のいずれか１つに記載の基板処理装置。

【請求項6】

前記第１の電極または前記第２の電極には、所定の間隔で凹凸が複数設けられる請求項１から４のいずれか１つに記載の基板処理装置。

【請求項7】

複数の基板を処理する処理室と、
前記処理室内で前記複数の基板を垂直方向に配列して保持する基板保持具と
前記処理室内に前記基板を処理する処理ガスを供給するガス供給部と、
前記複数の基板のそれぞれの上方に前記複数の基板のそれぞれに対応するように設けられたプラズマ生成部と、を有し、
前記プラズマ生成部は、
第１の位相の高周波電力が印加される第１の電極と、
前記第１の電極と対になるように設けられ、前記第１の位相とは異なる第２の位相の高周波電力が印加される第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記基板の存在しない空間にプラズマを生成するプラズマ生成空間と、
を備え、
前記第１の電極または前記第２の電極には、孔が複数設けられ、
前記孔の孔径は、基板を挟み込むように配置される前記第１の電極間、または、前記第２の電極間の距離以上である基板処理装置。

【請求項8】

保持具によって垂直方向に配列して保持された複数の基板を、処理室内に収容する工程と、
前記複数の基板を収容した前記処理室内へガス供給系から前記処理ガスを供給する工程と、
対をなす第１の位相の高周波電力が印加される第１の電極と、前記第１の位相とは異なる第２の位相の高周波電力が印加される第２の電極とを有して、前記複数の基板のそれぞれの上方に前記複数の基板のそれぞれに対応するように設けられたプラズマ生成部によって、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記基板が存在しない空間にプラズマを生成し、プラズマ励起された前記処理ガスを記前基板に対して供給することで、前記基板を処理する工程と、を有し、
前記処理する工程では、前記前記複数の基板のうち少なくとも１つは、同位相の高周波電力が印加されている電極間に配置されて処理される半導体装置の製造方法。

【請求項9】

保持具によって垂直方向に配列して保持された複数の基板を、処理室内に収容する手順と、
前記複数の基板を収容した前記処理室内へガス供給系から前記処理ガスを供給する手順と、
対をなす第１の位相の高周波電力が印加される第１の電極と、前記第１の位相とは異なる第２の位相の高周波電力が印加される第２の電極とを有して、前記複数の基板のそれぞれの上方に前記複数の基板のそれぞれに対応するように設けられたプラズマ生成部によって、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記基板が存在しない空間にプラズマを生成し、プラズマ励起された前記処理ガスを前記基板に対して供給することで、前記基板を処理する手順と、
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であって、
前記処理する手順では、前記前記複数の基板のうち少なくとも１つは、同位相の高周波電力が印加されている電極間に配置されて処理されるプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プラズマを用いて被処理基板を処理する基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、処理室内の基板に対して原料と反応体とを供給して基板上に膜を形成する基板処理が行われることがある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

本発明の目的は、形成される膜の膜質を向上させることが可能な技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0004】

本発明の一態様によれば、
複数の基板を処理する処理室と、
前記処理室内で前記複数の基板を垂直方向に配列して保持する基板保持具と、
前記処理室内に前記基板を処理する処理ガスを供給するガス供給部と、
前記複数の基板のそれぞれの上方に前記複数の基板のそれぞれに対応するように設けられたプラズマ生成部と、を有し、
前記プラズマ生成部は、
第１の位相の高周波電力が印加される第１の電極と、
前記第１の電極と対になるように設けられ、前記第１の位相とは異なる第２の位相の高周波電力が印加される第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記基板の存在しない空間にプラズマを生成するプラズマ生成空間と、
を有する技術が提供される。

【発明の効果】

【0005】

本発明によれば、形成される膜の膜質を向上させることが可能な技術を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】本発明の一実施形態で好適に用いられる基板処理装置の縦型基板処理装置の概略構成図である。

【図2】本発明の一実施形態で好適に用いられる基板処理装置の処理炉部分を縦断面図で示す図である。

【図3】本発明の一実施形態で好適に用いられる基板処理装置の第１電極、第２電極、ウエハ、プラズマ生成空間の位置関係を示す図である。

【図4】（ａ）は、本発明の他の実施形態で好適に用いられる基板処理装置の第１電極、第２電極、ウエハ、プラズマ生成空間の位置関係を示す図であり、（ｂ）は第１電極、第２電極の一部拡大図である。

【図5】本発明の基板処理におけるプロセスを説明するフローチャートである。

【図6】本発明の基板処理におけるプロセスを説明するタイムチャートである。

【図7】本発明の実施形態で好適に用いられる基板処理装置のコントローラの概略構成図であり、コントローラの制御系をブロック図で示す図である。

【図8】（ａ）は、第三実施形態に係るウエハの縦断面図であり、（ｂ）は、第三実施形態に係るウエハの上面図である。

【図9】（ａ）は、第三実施形態の変形例に係るウエハの縦断面図であり、（ｂ）は、第三実施形態の変形例に係るウエハの上面図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

＜本発明の一実施形態＞
以下、本発明の一実施形態について図１、図２、図３を参照しながら説明する。尚、図１においては、説明を容易にするため、プラズマ生成部、プラズマ電極等は省略している。

【0008】

（１）基板処理装置の構成
（加熱装置）
図１に示すように、処理炉２０２は加熱装置（加熱機構）としてのヒータ４を有する。ヒータ４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４は、後述するようにガスを熱で活性化（励起）させる活性化機構（励起部）としても機能する。

【0009】

（処理室）
ヒータ４の内側には、ヒータ４と同心円状に反応管１が配設されている。反応管１は、例えば石英（ＳｉＯ_２）または炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料からなり、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。反応管１の下方には、反応管１と同心円状に、マニホールド３１が配設されている。マニホールド３１は、例えばステンレス（ＳＵＳ）等の金属からなり、上端および下端が開口した円筒形状に形成されている。マニホールド３１の上端部は、反応管１の下端部に係合しており、反応管１を支持するように構成されている。マニホールド３１と反応管１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３１がヒータベースに支持されることにより、反応管１は垂直に据え付けられた状態となる。主に、反応管１とマニホールド３１とにより処理容器（反応容器）が構成されている。処理容器の筒中空部には処理室２０１が形成されている。処理室２０１は、複数枚の基板としてのウエハ７を、後述する基板保持具としてのボート５によって水平姿勢で垂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。なお、上述した処理容器としては、マニホールド３１を含めずに反応管１だけを処理容器と称しても良い。

【0010】

（ガス供給部）
処理室２０１内には、ノズル２７，２９が、マニホールド３１の側壁を貫通するように設けられている。ノズル２７，２９には、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂが、それぞれ接続されている。このように、処理容器には、２本のガス供給管２３２ａ，２３２ｂが接続された２本のノズル２７，２９が設けられており、処理室２０１内へ処理ガスとして供給される原料ガス、反応ガス、不活性ガスなど複数種類のガスを供給することが可能となっている。なお、ノズル２７，２９を介して処理室２０１に供給される原料ガス、反応ガス、不活性ガスなどのガス全てを総称して処理ガスと称する。

【0011】

ガス供給管２３２ａ，２３２ｂには、上流方向から順に、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４１ａ，２４１ｂおよび開閉弁であるバルブ２４３ａ，２４３ｂがそれぞれ設けられている。ガス供給管２３２ａ，２３２ｂのバルブ２４３ａ，２４３ｂよりも下流側には、不活性ガスを供給するガス供給管２３２ｃ，２３２ｄがそれぞれ接続されている。ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄには、上流方向から順に、流量制御器（流量制御部）であるＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄおよび開閉弁であるバルブ２４３ｃ，２４３ｄがそれぞれ設けられている。

【0012】

ガス供給管２３２ａ，２３２ｂの下流端には、ノズル２７，２９がそれぞれ接続されている。ノズル２７，２９は、反応管１の内壁とウエハ７との間における平面視において円環状の空間に、反応管１の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ７の積載方向上方に向かって立ち上がるようにそれぞれ設けられている。すなわち、ノズル２７，２９は、ウエハ７が配列されるウエハ配列領域の側方の、ウエハ配列領域を環状に取り囲む領域に、ウエハ配列領域に沿うようにそれぞれ設けられている。すなわち、ノズル２７，２９は、処理室２０１内へ搬入された各ウエハ７の端部（周縁部）の側方にウエハ７の表面（平坦面）と垂直となる方向にそれぞれ設けられている。また、ノズル２７，２９はそれぞれ水平部と垂直部を有するＬ字型のロングノズルとして構成されており、その水平部はマニホールド３１の側壁を貫通するように設けられており、その垂直部は少なくともウエハ配列領域の一端側から他端側に向かって立ち上がるように設けられている。ノズル２７，２９の側面には、ガスを供給するガス供給孔２５０ａ，２５０ｂがそれぞれ設けられている。ガス供給孔２５０ａ，２５０ｂは、それぞれ、反応管１（ウエハ７）の中心を向くように開口しており、ウエハ７に向けてガスを供給することが可能となっている。ガス供給孔２５０ａ，２５０ｂは、それぞれ、反応管１の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれが同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。
なお、ガス供給孔２５０ａ，２５０ｂの開口面積を上流側から下流側に向かって徐々に大きくしたり、ガス供給孔２５０ａ，２５０ｂの開口ピッチを上流側から下流側に向かって徐々に小さくしたりするように処理膜に応じて適宜変更することでウエハ上に供給されるガス流量を調整するように構成してもよい。

【0013】

このように、本実施形態では、反応管１の側壁の内壁と、反応管１内に配列された複数枚のウエハ７の端部（周縁部）と、で定義される平面視において円環状の縦長の空間内、すなわち、円筒状の空間内に配置したノズル２７，２９を経由してガスを搬送している。そして、ノズル２７，２９にそれぞれ開口されたガス供給孔２５０ａ，２５０ｂから、ウエハ７の近傍で初めて反応管１内にガスを噴出させている。そして、反応管１内におけるガスの主たる流れを、ウエハ７の表面と平行な方向、すなわち、水平方向としている。このような構成とすることで、各ウエハ７の表面に均一にガスを供給でき、各ウエハ７に形成される膜の膜厚の均一性を向上させることが可能となる。ウエハ７の表面上を流れたガス、すなわち、反応後の残ガスは、排気口、すなわち、後述する排気管２３１の方向に向かって流れる。但し、この残ガスの流れの方向は、排気口の位置によって適宜特定され、垂直方向に限ったものではない。

【0014】

ガス供給管２３２ａからは、所定元素を含む原料として、例えば、所定元素としてのシリコン（Ｓｉ）を含むシラン原料ガスが、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａ、ノズル２７を介して処理室２０１内へ供給される。

【0015】

シラン原料ガスとは、気体状態のシラン原料、例えば、常温常圧下で液体状態であるシラン原料を気化することで得られるガスや、常温常圧下で気体状態であるシラン原料等のことである。本明細書において「原料」という言葉を用いた場合は、「液体状態である液体原料」を意味する場合、「気体状態である原料ガス」を意味する場合、または、その両方を意味する場合がある。

【0016】

シラン原料ガスとしては、例えば、Ｓｉおよびアミノ基（アミン基）を含む原料ガス、すなわち、アミノシラン原料ガスを用いることができる。アミノシラン原料とは、アミノ基を有するシラン原料のことであり、また、メチル基やエチル基やブチル基等のアルキル基を有するシラン原料でもあり、少なくともＳｉ、窒素（Ｎ）および炭素（Ｃ）を含む原料のことである。すなわち、ここでいうアミノシラン原料は、有機系の原料ともいえ、有機アミノシラン原料ともいえる。

【0017】

アミノシラン原料ガスとしては、例えば、ビスターシャリーブチルアミノシラン（ＳｉＨ_２［ＮＨ（Ｃ_４Ｈ_９）］_２、略称：ＢＴＢＡＳ）ガスを用いることができる。ＢＴＢＡＳは、１分子中に１つのＳｉを含み、Ｓｉ−Ｎ結合、Ｎ−Ｃ結合を有し、Ｓｉ−Ｃ結合を有さない原料ガスであるともいえる。ＢＴＢＡＳガスは、後述する成膜処理において、Ｓｉソースとして作用する。

【0018】

ＢＴＢＡＳ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、液体状態の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、シラン原料ガス（ＢＴＢＡＳガス等）として供給することとなる。

【0019】

ガス供給管２３２ｂからは、原料とは化学構造が異なる反応体（リアクタント）として、例えば、酸素（Ｏ）含有ガスが、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂ、ノズル２９を介して処理室２０１内へ供給される。

【0020】

Ｏ含有ガスは、後述する成膜処理において、酸化剤（酸化ガス）、すなわち、Ｏソースとして作用する。Ｏ含有ガスとしては、例えば、酸素（Ｏ_２）ガスや水蒸気（Ｈ_２Ｏガス）等を用いることができる。酸化剤としてＯ_２ガスを用いる場合は、例えば、後述するプラズマ源を用いてこのガスをプラズマ励起し、プラズマ励起ガス（Ｏ_２^＊ガス）として供給することとなる。

【0021】

ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄからは、不活性ガスとして、例えば、窒素（Ｎ_２）ガスが、それぞれＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄ、バルブ２４３ｃ，２４３ｄ、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂ、ノズル２７，２９を介して処理室２０１内へ供給される。

【0022】

後述する成膜処理において、ガス供給管２３２ａから上述の原料を供給する場合、主に、ガス供給管２３２ａ、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａにより、第１の供給系としての原料供給系が構成される。ノズル２７を原料供給系に含めて考えてもよい。ガス供給管２３２ａからアミノシラン原料を供給する場合、原料供給系をアミノシラン原料供給系、或いは、アミノシラン原料ガス供給系と称することもできる。

【0023】

また、後述する成膜処理において、ガス供給管２３２ｂから上述の反応体を供給する場合、主に、ガス供給管２３２ｂ、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂにより、第２の供給系としての反応体供給系（リアクタント供給系、反応ガス供給系）が構成される。ノズル２９を反応体供給系に含めて考えてもよい。ガス供給管２３２ｂから酸化剤を供給する場合、反応体供給系を酸化剤供給系、酸化ガス供給系、或いは、Ｏ含有ガス供給系と称することもできる。

【0024】

また、後述するパージ処理において、主に、ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄ、ＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄ、バルブ２４３ｃ，２４３ｄにより、不活性ガス供給系が構成される。

【0025】

（基板支持具）
図１に示すように基板支持具としてのボート５は、複数枚、例えば２５〜２００枚のウエハ７を、水平姿勢で、かつ、互いに中心を揃えた状態で垂直方向に整列させて多段に支持するように、すなわち、所定の間隔を空けて配列させるように構成されている。 ボート５は、上下で一対の端板（天板、底板）と、これらの間に垂直に架設された複数本（例えば３本）の支柱５ａと、を備えている。端板及び支柱５ａは、それぞれ例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料から構成されている。各支柱５ａには、複数の保持溝が、支柱５ａの長手方向に沿って等間隔（例えば、１７ｍｍ間隔）に配列するようにそれぞれ形成されている。各支柱５ａは、保持溝が互いに対向するようにそれぞれ配置されている。ボート５の下部には、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料からなる断熱板２１８が多段に支持されている。この構成により、ヒータ４からの熱がシールキャップ３２側に伝わりにくくなっている。但し、本実施形態はこのような形態に限定されない。例えば、ボート５の下部に断熱板２１８を設けずに、石英やＳｉＣ等の耐熱性材料からなる筒状の部材として構成された断熱筒を設けてもよい。

【0026】

（プラズマ生成装置）
図２に示すように、複数のウエハ７のそれぞれの上方には、複数のウエハ７のそれぞれに対応するようにプラズマ生成部が設けられている。
すなわち、複数のウエハ７のそれぞれの上方には、後述する第１の位相の高周波電力が印加された第１電極１０１と、後述する第１の位相とは異なる第２の位相の高周波電力が印加される第２電極１０２が配置されている。ウエハ７と第１電極１０１、第２電極１０２とを、後述する順番に配置することで、第１電極１０１と第２電極１０２の間のウエハ７の存在しない空間にプラズマを生成するプラズマ生成空間１０６が構成される。
また、第１電極１０１と第２電極１０２には、それぞれの電極を支持する電極支持部１０７、１０８がそれぞれ接続されている。電極支持部１０７、１０８は、ボート５の径方向外側に設けられるように配置されている。電極支持部１０７、１０８をこのように配置することによって、電極支持部１０７、１０８をボート５とともに回転機構２６７によって回転する構成となっている。
主に、第１電極１０１、第２電極１０２、プラズマ生成空間１０６によってプラズマ生成部が構成されている。主に、このプラズマ生成部、電極支持部１０７、１０８、後述する整合器３６、発振器３９によりプラズマ生成装置が構成されている。

【0027】

第１電極１０１、第２電極１０２は、ウエハ７よりも大きな外径を有し、例えば高純度シリコン（Ｓｉ）にボロン（Ｂ）あるいはリン（Ｐ）がドープされたシリコンからなる厚さ２ｍｍ程度の円板としてそれぞれ構成されており、それぞれ後述する第１電極群または第２電極群のいずれかに属している。処理プロセスによっては電極の材料として他の導電性材料であるカーボン、炭化珪素（ＳｉＣ）、アルミニウムなどが用いられる。以下、第１電極群に属する電極を第１電極１０１と称し、第２電極群に属する電極を第２電極１０２と称し、第１電極１０１及び第２電極１０２を総称して単に電極と称することとする。

【0028】

上述したとおり、第１電極１０１と第２電極１０２とが水平姿勢でウエハ７表面の直上に設置される。また、第１電極１０１と第２電極１０２が垂直方向に延在する電極支持部１０７，１０８に接続されることによって、多段に配列されてなる電極群が構成される。ここで、第１電極群とは、第１電極１０１が多段に配列されることにより構成された電極群のことを指し、第２電極群とは、第２電極１０２が多段に配列されることにより構成された電極群のことを指して称する。

【0029】

第１電極１０１及び第２電極１０２はそれぞれ異なる方向から互いに対となるように交互に基板７表面の上方に挿入される。図２では、第１電極１０１がそれぞれ図中左側から挿入され、第２電極１０２がそれぞれ図中右側から挿入される例を示している。

【0030】

第１電極１０１及び第２電極１０２は、例えば、図３に示すように、ボート５の上方から下方に向かって第１電極１０１−１、第２電極１０２−１、第２電極１０２−２、第１電極１０１−２、第１電極１０１−３、第２電極１０２−３、第２電極１０２−４、第１電極１０１−４となる順番で配列されている。なお、電極の配置順は、後述するプラズマ１０３の生成空間を形成するため、第１電極１０１−１と第２電極１０２−１のように第１電極と第２電極が２つ１組となるように配置されていれば、上記の配置順でなくとも良い。
すなわち、第２電極１０２−１、第１電極１０１−１、第１電極１０１−２、第２電極１０２−２となるように配置しても良い。このように電極を配置することによって、ウエハ７が配置される空間（特にウエハ表面が露出した空間）にプラズマ１０３が生成されることを抑制することが可能となり、ウエハ面がプラズマによるダメージを受けることを軽減できるという効果が得られる。

【0031】

図２を参照すれば、第１電極１０１と第２電極１０２には、発振器３９の出力する交流電力を整合器３６を介して印加できるようになっている。交流電力の周波数は、数ＫＨｚ（例えば４００ＫＨｚ）の低周波から１３．５６ＭＨｚ、などの高周波を用いる。すなわち、４００ＫＨｚ〜２．４５ＧＨｚの周波数体を用いた交流電力を用いることができる。

【0032】

交流電力を供給する経路の途中には図３に示すように絶縁トランス１０５が設けてあり、第１電極１０１及び第２電極１０２はアースと絶縁された状態になっている。交流電力供給系には絶縁トランス１０５が設けてある為、第１電極１０１と第２電極１０２には、互いに１８０度位相の異なる電界が印加される構造となっている。

【0033】

反応室１内の第１電極１０１及び第２電極１０２にはそれぞれ互いに１８０度位相が異なる交流電力が印加されることにより、プラズマ生成空間（高周波電力印加空間）１０６となる第１電極１０１及び第２電極１０２間にプラズマ１０３が生成される。上述した通り、ウエハ７は、プラズマ１０３が生成される空間である第１電極１０１及び第２電極１０２間には配置せず、あえてプラズマが直接的に生成されない空間（プラズマ生成空間１０６外）に配置する構成としている。このように構成することによって、ボート５に載置された被処理ウエハ７は、主にプラズマで生成された電気的に中性な活性種が用いられて処理されることが可能となる。

【0034】

換言すると、プラズマ１０３が生成される第１電極１０１と第２電極１０２により構成される１組（対）の電極の下方にウエハ７を配置し、これら１組の電極を所定数設けるものである。
さらに換言すると、複数のウエハ７のうち少なくとも１つは、第１電極１０１と第１電極１０１との間に配置されるか、もしくは、第２電極１０２と第２電極１０２との間に配置される。すなわち、複数のウエハ７のうち少なくとも１枚は、ウエハ７の直上および直下に同じ位相の交流電流が印加された電極が位置する場所（ウエハ７の直上および直下に同一の電極群に属する電極が位置する場所）に配置されることとなる。
具体的には、図３に示すように、複数多段に配置されるウエハ７のうち、最上位に位置するウエハ７を含む殆ど（複数）のウエハ７が第１電極１０１と第１電極１０１との間に配置されるか、もしくは、第２電極１０２と第２電極１０２との間に配置される。さらに具体的には、複数多段に配置されるウエハ７のうち、最下位に位置するウエハ７を除く全て（複数）のウエハ７が第１電極１０１と第１電極１０１との間に配置されるか、もしくは、第２電極１０２と第２電極１０２との間に配置される。なお、複数多段に配置されるウエハ７のうち、最下位に位置するウエハ７を含む全てのウエハ７が第１電極１０１と第１電極１０１との間に配置されるか、もしくは、第２電極１０２と第２電極１０２との間に配置されるようにしてもよい。いずれの場合も、ウエハ７は、プラズマ１０３が生成される空間である第１電極１０１と第２電極１０２間には不配置とする。

【0035】

以上のように構成することで、すなわち、プラズマが生成される空間外にウエハを配置することで、ウエハ表面のプラズマによるダメージ（イオン衝撃やチャージアップダメージ）を緩和することが可能となり、膜質の向上を図ることができる。また、ウエハがプラズマの生成エリア外に位置するため、プラズマ放電時の影響によるウエハの温度上昇を抑制することが可能となり、面内温度分布への影響を抑制することが可能となる。また、プラズマ放電時の状態をパルス放電にすることにより、さらに影響を抑制できる。

【0036】

（排気部）
反応管１には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気管２３１が設けられている。排気管２３１には、処理室２０１内の圧力を検出する圧力検出器（圧力検出部）としての圧力センサ２４５および排気バルブ（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４４を介して、真空排気装置としての真空ポンプ２４６が接続されている。ＡＰＣバルブ２４４は、真空ポンプ２４６を作動させた状態で弁を開閉することで、処理室２０１内の真空排気および真空排気停止を行うことができ、更に、真空ポンプ２４６を作動させた状態で、圧力センサ２４５により検出された圧力情報に基づいて弁開度を調節することで、処理室２０１内の圧力を調整することができるように構成されているバルブである。主に、排気管２３１、ＡＰＣバルブ２４４、圧力センサ２４５により、排気系が構成される。真空ポンプ２４６を排気系に含めて考えてもよい。排気管２３１は、反応管１に設ける場合に限らず、ノズル２４９ａ，２４９ｂと同様にマニホールド３１に設けてもよい。

【0037】

（周辺装置）
マニホールド３１の下方には、マニホールド３１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３２が設けられている。シールキャップ３２は、マニホールド３１の下端に垂直方向下側から当接されるように構成されている。シールキャップ３２は、例えばＳＵＳ等の金属からなり、円盤状に形成されている。シールキャップ３２の上面には、マニホールド３１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。

【0038】

シールキャップ３２の処理室２０１と反対側には、ボート５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４９は、シールキャップ３２を貫通してボート５に接続されている。回転機構２６７は、ボート５を回転させることでウエハ７を回転させるように構成されている。シールキャップ３２は、反応管１の外部に垂直に設置された昇降機構としてのボートエレベータ１１５によって垂直方向に昇降されるように構成されている。ボートエレベータ１１５は、シールキャップ３２を昇降させることで、ボート５を処理室２０１内外に搬入および搬出することが可能なように構成されている。

【0039】

ボートエレベータ１１５は、ボート５すなわちウエハ７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。また、マニホールド３１の下方には、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ３２を降下させている間、マニホールド３１の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシャッタ２１９ｓが設けられている。シャッタ２１９ｓは、例えばＳＵＳ等の金属により構成され、円盤状に形成されている。シャッタ２１９ｓの上面には、マニホールド３１の下端と当接するシール部材としてのＯリング２２０ｃが設けられている。シャッタ２１９ｓの開閉動作（昇降動作や回動動作等）は、シャッタ開閉機構１１５ｓにより制御される。

【0040】

反応管１内には、温度検出器としての温度センサ２６３が設置されている。温度センサ２６３により検出された温度情報に基づきヒータ４への通電具合を調整することで、処理室２０１内の温度が所望の温度分布となる。温度センサ２６３は、ノズル２７，２９と同様にＬ字型に構成されており、反応管１の内壁に沿って設けられている。

【0041】

（制御装置）
図７に示すように、制御部（制御装置）であるコントローラ１２１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１２１ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１２１ｂ、記憶装置１２１ｃ、Ｉ／Ｏポート１２１ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ１２１ｂ、記憶装置１２１ｃ、Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、内部バス１２１ｅを介して、ＣＰＵ１２１ａとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ１２１には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置１２２が接続されている。

【0042】

記憶装置１２１ｃは、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等で構成されている。記憶装置１２１ｃ内には、基板処理装置の動作を制御する制御プログラムや、後述する成膜処理の手順や条件等が記載されたプロセスレシピ等が、読み出し可能に格納されている。プロセスレシピは、後述する各種処理（成膜処理）における各手順をコントローラ１２１に実行させ、所定の結果を得ることが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、プロセスレシピや制御プログラム等を総称して、単に、プログラムともいう。また、プロセスレシピを、単に、レシピともいう。本明細書においてプログラムという言葉を用いた場合は、レシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。ＲＡＭ１２１ｂは、ＣＰＵ１２１ａによって読み出されたプログラムやデータ等が一時的に保持されるメモリ領域（ワークエリア）として構成されている。

【0043】

Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、上述のＭＦＣ２４１ａ〜２４１ｄ、バルブ２４３ａ〜２４３ｄ、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４４、真空ポンプ２４６、ヒータ４、温度センサ２６３、回転機構２６７、ボートエレベータ１１５、シャッタ開閉機構１１５ｓ、回転駆動部３５、整合器３６、発振器（高周波電源）３９等に接続されている。

【0044】

ＣＰＵ１２１ａは、記憶装置１２１ｃから制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置１２２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置１２１ｃからレシピを読み出すように構成されている。ＣＰＵ１２１ａは、読み出したレシピの内容に沿うように、回転駆動部３５の制御、整合器３６への電力供給、ＭＦＣ２４１ａ〜２４１ｄによる各種ガスの流量調整動作、バルブ２４３ａ〜２４３ｄの開閉動作、ＡＰＣバルブ２４４の開閉動作および圧力センサ２４５に基づくＡＰＣバルブ２４４による圧力調整動作、真空ポンプ２４６の起動および停止、温度センサ２６３に基づくヒータ４の温度調整動作、回転機構２６７によるボート５の回転角度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５の昇降動作、シャッタ開閉機構１１５ｓによるシャッタ２１９ｓの開閉動作、整合器３６によるインピーダンス調整動作、発振器３９の電力供給等を制御するように構成されている。

【0045】

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という言葉を用いた場合は、記憶装置１２１ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置１２３単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。なお、コンピュータへのプログラムの提供は、外部記憶装置１２３を用いず、インターネットや専用回線等の通信手段を用いて行ってもよい。

【0046】

（２）基板処理
上述の基板処理装置を用い、半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、基板上に膜を形成するプロセス例について、図５、図６を用いて説明する。以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ１２１により制御される。

【0047】

図５に示す基板処理（成膜処理）では、
処理室２０１内のウエハ７に対して原料としてＢＴＢＡＳガスを供給するステップと、処理室２０１内のウエハ７に対して、反応体としてプラズマ励起させたＯ_２ガスを供給するステップと、を非同時に、すなわち、同期させることなく所定回数（１回以上）行うことで、ウエハ７上に、ＳｉおよびＯを含む膜として、シリコン酸化膜（ＳｉＯ膜）を形成する。

【0048】

本明細書では、図６に示す成膜処理のシーケンスを、便宜上、以下のように示すこともある。以下の変形例や他の実施形態の説明においても、同様の表記を用いることとする。

【0049】

（ＢＴＢＡＳ→Ｏ_２^＊）×ｎ ⇒ ＳｉＯ

【0050】

本明細書において「ウエハ」という言葉を用いた場合は、「ウエハそのもの」を意味する場合や、「ウエハとその表面に形成された所定の層や膜等との積層体（集合体）」を意味する場合、すなわち、表面に形成された所定の層や膜等を含めてウエハと称する場合がある。また、本明細書において「ウエハの表面」という言葉を用いた場合は、「ウエハそのものの表面（露出面）」を意味する場合や、「ウエハ上に形成された所定の層や膜等の表面、すなわち、積層体としてのウエハの最表面」を意味する場合がある。

【0051】

従って、本明細書において「ウエハに対して所定のガスを供給する」と記載した場合は、「ウエハそのものの表面（露出面）に対して所定のガスを直接供給する」ことを意味する場合や、「ウエハ上に形成されている層や膜等に対して、すなわち、積層体としてのウエハの最表面に対して所定のガスを供給する」ことを意味する場合がある。また、本明細書において「ウエハ上に所定の層（または膜）を形成する」と記載した場合は、「ウエハそのものの表面（露出面）上に所定の層（または膜）を直接形成する」ことを意味する場合や、「ウエハ上に形成されている層や膜等の上、すなわち、積層体としてのウエハの最表面の上に所定の層（または膜）を形成する」ことを意味する場合がある。

【0052】

また、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。

【0053】

（搬入ステップ：Ｓ１）
複数枚のウエハ７がボート５に装填（ウエハチャージ）されると、シャッタ開閉機構１１５ｓによりシャッタ２１９ｓが移動させられて、マニホールド３１の下端開口が開放される（シャッタオープン）。その後、図１に示すように、複数枚のウエハ７を支持したボート５は、ボートエレベータ１１５によって持ち上げられて処理室２０１内へ搬入（ボートロード）される。この状態で、シールキャップ３２は、Ｏリング２２０ｂを介してマニホールド３１の下端をシールした状態となる。

【0054】

（圧力・温度調整ステップ：Ｓ２，Ｓ３）
処理室２０１内、すなわち、ウエハ７が存在する空間が所望の圧力（真空度）となるように、真空ポンプ２４６によって真空排気（減圧排気）される。この際、処理室２０１内の圧力は圧力センサ２４５で測定され、この測定された圧力情報に基づきＡＰＣバルブ２４４がフィードバック制御される。真空ポンプ２４６は、少なくとも後述する改質処理が終了するまでの間は常時作動させた状態を維持する。

【0055】

また、処理室２０１内のウエハ７が所望の温度となるようにヒータ４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４への通電具合がフィードバック制御される。ヒータ４による処理室２０１内の加熱は、少なくとも後述するパージ処理が終了するまでの間は継続して行われる。但し、後述する成膜処理およびパージ処理を室温以下の温度条件下で行う場合は、ヒータ４による処理室２０１内の加熱は行わなくてもよい。なお、このような温度下での処理だけを行う場合には、ヒータ４は不要となり、ヒータ４を基板処理装置に設置しなくてもよい。この場合、基板処理装置の構成を簡素化することができる。

【0056】

続いて、回転機構２６７によるボート５およびウエハ７の回転を開始する。回転機構２６７によるボート５およびウエハ７の回転は、少なくとも後述するＢＴＢＡＳ供給が終了するまでの間は継続して行われる。

【0057】

（成膜ステップ：Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ１４）
その後、ステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ１４を順次実行することで成膜ステップを行う。

【0058】

［原料供給ステップ：Ｓ１１，Ｓ１２］
ステップＳ１１では、処理室２０１内のウエハ７に対してＢＴＢＡＳガスを供給する。なお、このステップＳ１１を原料ガス供給ステップＳ１１と称してもよい。

【0059】

バルブ２４３ａを開き、ガス供給管２３２ａ内へＢＴＢＡＳガスを流す。ＢＴＢＡＳガスは、ＭＦＣ２４１ａにより流量調整され、ノズル２７を介して処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。このとき、ウエハ７に対してＢＴＢＡＳガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ２４３ｃを開き、ガス供給管２３２ｃ内へＮ_２ガスを流す。Ｎ_２ガスは、ＭＦＣ２４１ｃにより流量調整され、ＢＴＢＡＳガスと一緒に処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。

【0060】

また、ノズル２９内へのＢＴＢＡＳガスの侵入を防止するため、バルブ２４３ｄを開き、ガス供給管２３２ｄ内へＮ_２ガスを流す。Ｎ_２ガスは、ガス供給管２３２ｂ、ノズル２９を介して処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。

【0061】

ＭＦＣ２４１ａで制御するＢＴＢＡＳガスの供給流量は、例えば１〜２０００ｓｃｃｍ、好ましくは１０〜１０００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。ＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄ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。処理室２０１内の圧力は、例えば１〜２６６６Ｐａ、好ましくは６７〜１３３３Ｐａの範囲内の圧力とする。ＢＴＢＡＳガスをウエハ７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１〜１００秒、好ましくは１〜５０秒の範囲内の時間とする。

【0062】

ヒータ４の温度は、ウエハ７の温度が、例えば０℃以上１５０℃以下、好ましくは室温（２５℃）以上１００℃以下、より好ましくは４０℃以上９０℃以下の範囲内の温度（第１の温度）となるような温度に設定する。ＢＴＢＡＳガスは、ウエハ７等へ吸着し易く反応性の高いガスである。このため、例えば室温程度の低温下であっても、ウエハ７上にＢＴＢＡＳガスを化学吸着させることができ、実用的な成膜レートを得ることができる。本実施形態のように、ウエハ７の温度を１５０℃以下、さらには１００℃以下、さらには９０℃以下とすることで、ウエハ７に加わる熱量を低減させることができ、ウエハ７が受ける熱履歴の制御を良好に行うことができる。また、０℃以上の温度であれば、ウエハ７上にＢＴＢＡＳを十分に吸着させることができ、十分な成膜レートが得られることとなる。よって、ウエハ７の温度は０℃以上１５０℃以下、好ましくは室温以上１００℃以下、より好ましくは４０℃以上９０℃以下の範囲内の温度とするのがよい。

【0063】

上述の条件下でウエハ７に対してＢＴＢＡＳガスを供給することにより、ウエハ７（表面の下地膜）上に、例えば１原子層未満から数原子層程度の厚さのＳｉ含有層が形成される。Ｓｉ含有層はＳｉ層であってもよいし、ＢＴＢＡＳの吸着層であってもよいし、その両方を含んでいてもよい。

【0064】

Ｓｉ層とは、Ｓｉにより構成される連続的な層の他、不連続な層や、これらが重なってできるＳｉ薄膜をも含む総称である。Ｓｉにより構成される連続的な層を、Ｓｉ薄膜という場合もある。Ｓｉ層を構成するＳｉは、アミノ基との結合が完全に切れていないものや、Ｈとの結合が完全に切れていないものも含む。

【0065】

ＢＴＢＡＳの吸着層は、ＢＴＢＡＳ分子で構成される連続的な吸着層の他、不連続な吸着層をも含む。すなわち、ＢＴＢＡＳの吸着層は、ＢＴＢＡＳ分子で構成される１分子層もしくは１分子層未満の厚さの吸着層を含む。ＢＴＢＡＳの吸着層を構成するＢＴＢＡＳ分子は、Ｓｉとアミノ基との結合が一部切れたものや、ＳｉとＨとの結合が一部切れたものや、ＮとＣとの結合が一部切れたもの等も含む。すなわち、ＢＴＢＡＳの吸着層は、ＢＴＢＡＳの物理吸着層であってもよいし、ＢＴＢＡＳの化学吸着層であってもよいし、その両方を含んでいてもよい。

【0066】

ここで、１原子層未満の厚さの層とは不連続に形成される原子層のことを意味しており、１原子層の厚さの層とは連続的に形成される原子層のことを意味している。１分子層未満の厚さの層とは不連続に形成される分子層のことを意味しており、１分子層の厚さの層とは連続的に形成される分子層のことを意味している。Ｓｉ含有層は、Ｓｉ層とＢＴＢＡＳの吸着層との両方を含み得る。但し、上述の通り、Ｓｉ含有層については「１原子層」、「数原子層」等の表現を用いることとする。

【0067】

ＢＴＢＡＳが自己分解（熱分解）する条件下、すなわち、ＢＴＢＡＳの熱分解反応が生じる条件下では、ウエハ７上にＳｉが堆積することでＳｉ層が形成される。ＢＴＢＡＳが自己分解（熱分解）しない条件下、すなわち、ＢＴＢＡＳの熱分解反応が生じない条件下では、ウエハ７上にＢＴＢＡＳが吸着することでＢＴＢＡＳの吸着層が形成される。但し、本実施形態では、ウエハ７の温度を例えば１５０℃以下の低温（第１の温度）としているので、ＢＴＢＡＳの熱分解は生じにくい。結果として、ウエハ７上へは、Ｓｉ層ではなく、ＢＴＢＡＳの吸着層の方が形成されやすくなる。

【0068】

ウエハ７上に形成されるＳｉ含有層の厚さが数原子層を超えると、後述する改質処理での改質の作用がＳｉ含有層の全体に届かなくなる。また、ウエハ７上に形成可能なＳｉ含有層の厚さの最小値は１原子層未満である。よって、Ｓｉ含有層の厚さは１原子層未満から数原子層程度とするのが好ましい。Ｓｉ含有層の厚さを１原子層以下、すなわち、１原子層または１原子層未満とすることで、後述する改質処理での改質の作用を相対的に高めることができ、改質処理の改質反応に要する時間を短縮することができる。成膜処理のＳｉ含有層の形成に要する時間を短縮することもできる。結果として、１サイクルあたりの処理時間を短縮することができ、トータルでの処理時間を短縮することも可能となる。すなわち、成膜レートを高くすることも可能となる。また、Ｓｉ含有層の厚さを１原子層以下とすることで、膜厚均一性の制御性を高めることも可能となる。

【0069】

Ｓｉ含有層が形成された後、バルブ２４３ａを閉じ、処理室２０１内へのＢＴＢＡＳガスの供給を停止する。このとき、ＡＰＣバルブ２４４を開いたままとし、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１内に残留する未反応もしくはＳｉ含有層の形成に寄与した後のＢＴＢＡＳガスや反応副生成物等を処理室２０１内から排除する（Ｓ１２）。また、バルブ２４３ｃ，２４３ｄは開いたままとして、処理室２０１内へのＮ_２ガスの供給を維持する。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Ｓｉ含有層の形成に寄与した後のＢＴＢＡＳガス等を処理室２０１内から排除する効果を高めることができる。なお、このステップＳ１２を原料ガスパージステップＳ１２と称してもよい。

【0070】

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、その後に行われるパージ処理において悪影響が生じることはない。このとき処理室２０１内へ供給する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１（処理室２０１）の容積と同程度の量を供給することで、パージ処理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。

【0071】

原料としては、ＢＴＢＡＳガスのほか、テトラキスジメチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ_３）_２］_４、略称：４ＤＭＡＳ）ガス、トリスジメチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ_３）_２］_３Ｈ、略称：３ＤＭＡＳ）ガス、ビスジメチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ_３）_２］_２Ｈ_２、略称：ＢＤＭＡＳ）ガス、ビスジエチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（Ｃ_２Ｈ_５）_２］_２Ｈ_２、略称：ＢＤＥＡＳ）ガス等を好適に用いることができる。すなわち、原料ガスとしては、ジメチルアミノシラン（ＤＭＡＳ）ガス、ジエチルアミノシラン（ＤＥＡＳ）ガス、ジプロピルアミノシラン（ＤＰＡＳ）ガス、ジイソプロピルアミノシラン（ＤＩＰＡＳ）ガス、ブチルアミノシラン（ＢＡＳ）ガス、ヘキサ
メチルジシラザン（ＨＭＤＳ）ガス等の各種アミノシラン原料ガスや、モノクロロシラン（ＳｉＨ_３Ｃｌ、略称：ＭＣＳ）ガス、ジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、略称：ＤＣＳ）ガス、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ_３、略称：ＴＣＳ）ガス、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）ガス、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ_２Ｃｌ_６、略称：ＨＣＤＳ）ガス、オクタクロロトリシラン（Ｓｉ_３Ｃｌ_８、略称：ＯＣＴＳ）ガス等の無機系ハロシラン原料ガスや、モノシラン（ＳｉＨ_４、略称：ＭＳ）ガス、ジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６、略称：ＤＳ）ガス、トリシラン（Ｓｉ_３Ｈ_８、略称：ＴＳ）ガス等のハロゲン基非含有の無機系シラン原料ガスを好適に用いることができる。

【0072】

不活性ガスとしては、Ｎ_２ガスの他、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ｘｅガス等の希ガスを用いることができる。

【0073】

［反応体供給ステップ：Ｓ１３，Ｓ１４］
成膜処理が終了した後、処理室２０１内のウエハ７に対して反応ガスとしてのプラズマ励起させたＯ_２ガスを供給する（Ｓ１３）。なお、このステップＳ１３を反応ガス供給ステップＳ１３と称してもよい。

【0074】

このステップでは、バルブ２４３ｂ〜２４３ｄの開閉制御を、ステップ１におけるバルブ２４３ａ，２４３ｃ，２４３ｄの開閉制御と同様の手順で行う。Ｏ_２ガスは、ＭＦＣ２４１ｂにより流量調整され、ノズル２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給される。このとき、第１電極１０１と第２電極１０２にそれぞれ１８０度位相のずれた高周波電力を供給する。処理室２０１内へ供給されたＯ_２ガスは各ウエハ７の直上の第１電極１０１−第２電極１０２間でプラズマ励起され、活性種（Ｏ_２^＊）としてウエハ７に対して供給され、排気管２３１から排気される。このようにしてウエハ７に対して、プラズマで活性化（励起）されたＯ_２ガスが均一に供給されることとなる。

【0075】

ＭＦＣ２４１ｂ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。電極１０１，１０２に印加する１８０度位相のずれた高周波電力は、例えば５０〜１０００Ｗの範囲内の電力とする。処理室２０１内の圧力は、例えば１〜１００Ｐａ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。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７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１〜１００秒、好ましくは１〜５０秒の範囲内の時間とする。その他の処理条件は、上述のステップ１と同様な処理条件とする。

【0076】

酸素プラズマ１０３中で生成されたイオンと電気的に中性な活性種はウエハ７の表面に形成されたＳｉ含有層に対して後述する酸化処理を行う。

【0077】

高周波電力の供給を停止した後、酸素の導入を停止する。

【0078】

上述の条件下でウエハ７に対してＯ_２ガスを供給することにより、ウエハ７上に形成されたＳｉ含有層がプラズマ酸化される。この際、プラズマ励起されたＯ_２ガスのエネルギーにより、Ｓｉ含有層が有するＳｉ−Ｎ結合、Ｓｉ−Ｈ結合が切断される。Ｓｉとの結合を切り離されたＮ、Ｈ、および、Ｎに結合するＣは、Ｓｉ含有層から脱離することとなる。そして、Ｎ等が脱離することで未結合手（ダングリングボンド）を有することとなったＳｉ含有層中のＳｉが、Ｏ_２ガスに含まれるＯと結合し、Ｓｉ−Ｏ結合が形成されることとなる。この反応が進行することにより、Ｓｉ含有層は、ＳｉおよびＯを含む層、すなわち、シリコン酸化層（ＳｉＯ層）へと変化させられる（改質される）。

【0079】

なお、Ｓｉ含有層をＳｉＯ層へと改質させるには、Ｏ_２ガスをプラズマ励起させて供給する必要がある。Ｏ_２ガスをノンプラズマの雰囲気下で供給しても、上述の温度帯では、Ｓｉ含有層を酸化させるのに必要なエネルギーが不足しており、Ｓｉ含有層からＮやＣを充分に脱離させたり、Ｓｉ含有層を充分に酸化させてＳｉ−Ｏ結合を増加させたりすることは、困難なためである。

【0080】

Ｓｉ含有層をＳｉＯ層へ変化させた後、バルブ２４３ｂを閉じ、Ｏ_２ガスの供給を停止する。また、電極１０１、１０２への高周波電力の供給を停止する。そして、ステップ１と同様の処理手順、処理条件により、処理室２０１内に残留するＯ_２ガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する（Ｓ１４）。このとき、処理室２０１内に残留するＯ_２ガス等を完全に排出しなくてもよい点は、ステップＳ１２と同様である。なお、このステップＳ１４を反応ガスパージステップＳ１４と称してもよい。

【0081】

酸化剤、すなわち、プラズマ励起させるＯ含有ガスとしては、Ｏ_２ガスの他、亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）ガス、一酸化窒素（ＮＯ）ガス、二酸化窒素（ＮＯ_２）ガス、オゾン（Ｏ_３）ガス、過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）ガス、水蒸気（Ｈ_２Ｏガス）、一酸化炭素（ＣＯ）ガス、二酸化炭素（ＣＯ_２）ガス等を用いてもよい。

【0082】

不活性ガスとしては、Ｎ_２ガスの他、例えば、ステップ１で例示した各種希ガスを用いることができる。

【0083】

［所定回数実施：Ｓ４］
上述したＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ１４をこの順番に沿って非同時に、すなわち、同期させることなく行うことを１サイクルとし、このサイクルを所定回数（ｎ回）、すなわち、１回以上行うことにより、ウエハ７上に、所定組成および所定膜厚のＳｉＯ膜を形成することができる。上述のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましい。すなわち、１サイクルあたりに形成されるＳｉＯ層の厚さを所望の膜厚よりも小さくし、ＳｉＯ層を積層することで形成されるＳｉＯ膜の膜厚が所望の膜厚になるまで、上述のサイクルを複数回繰り返すのが好ましい。

【0084】

（大気圧復帰ステップ：Ｓ５，Ｓ６）
上述の成膜処理が完了したら、ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄ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内へ供給し、排気管２３１から排気する。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Ｏ_２ガス等が処理室２０１内から除去される（不活性ガスパージ）。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）。

【0085】

（搬出ステップ：Ｓ７）
その後、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ３２が下降されて、マニホールド３１の下端が開口されるとともに、処理済のウエハ７が、ボート５に支持された状態でマニホールド３１の下端から反応管１の外部に搬出（ボートアンロード）される。ボートアンロードの後は、シャッタ２１９ｓが移動させられ、マニホールド３１の下端開口がＯリング２２０ｃを介してシャッタ２１９ｓによりシールされる（シャッタクローズ）。処理済のウエハ７は、反応管１の外部に搬出された後、ボート５より取り出されることとなる（ウエハディスチャージ）。なお、ウエハディスチャージの後は、処理室２０１内へ空のボート５を搬入するようにしてもよい。

【0086】

（３）本実施形態による効果
本実施形態によれば、以下に示す１つ又は複数の効果が得られる。

【0087】

（ａ）プラズマの生成される空間にはウエハを配置しないことで、ウエハ表面のプラズマによるダメージ（イオン衝撃やチャージアップダメージ）を緩和することが可能となる。抑制できる。

【0088】

（ｂ）ウエハ表面に対しプラズマによるダメージを軽減することによって、膜質の向上を図ることができる。

【0089】

（ｃ）ウエハがプラズマの生成される空間外に位置するため、プラズマ放電時の影響によるウエハの温度上昇を抑制することが可能となり、面内温度分布への影響を抑制することが可能となる。

【0090】

（ｄ）プラズマ放電時の状態をパルス放電にすることにより、さらにプラズマによるウエハ表面へのダメージを抑制することができ、形成した所定の膜の膜質向上を図ることができる。

【0091】

＜第二実施形態＞
次に図４を用いて本発明の第二実施形態について説明する。第二の実施形態における基板処理装置が第一実施形態と異なる点は、図４に示すように、第１電極１０１および第２電極１０２に貫通孔（単に孔とも称する）１０４を設けている点であり、その他の構成については第一実施形態と同様である。

【0092】

図４に示すように、本実施形態では、第１電極１０１と第２電極１０２のそれぞれに同一の孔径を有する貫通孔１０４を一定数設け、電極の表面積を大きくしている。
孔１０４は、対向する第１電極１０１と第２電極１０２の垂直方向において同位置になるように設けることが好ましいが、これに限らず、垂直方向において異なる位置に設けられるようにしても良い。
また、孔１０４の径は、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下となるように形成されることが望ましく、特に、基板を挟み込むように配置された第１電極１０１間または第２電極１０２間のピッチ（間隔）と同等以上となるように形成されることが好ましい。
これは、あまり孔径を大きくするとエネルギーの強いプラズマが供給される箇所と弱いプラズマが生成される箇所が明確に分かれてしまい、電極形状が転写されるようなプロセス処理結果となってしまい、均一な成膜ができなくなってしまうという問題が生じるためである。

【0093】

このように第１電極１０１および第２電極１０２のそれぞれに孔１０４を設けることによって、第１電極１０１と第２電極１０２のそれぞれの表面積が拡大されるとともに、後述する図４（ｂ）示すような孔１０４の端部（エッジ部）１０４−１に電界が集中するため、高周波電圧印加時の端部１０４−１にかかる高周波電圧が増加することから、放電開始電圧の条件が広がり放電し易くなるため、孔１０４の設置による電極の形状変更が行われても放電開始電圧の大きさを変更することなく、電極間のピッチを調整することができる。
さらに、孔１０４の設置位置が第１電極１０１と第２電極１０２で垂直方向において異なる位置に設けられる場合には、図４（ｂ）に示すように、対向する第１電極１０１と第２電極１０２に設けられた各孔の端部１０４−１同士の距離Ｄが一律でなくなるため、圧力と電極間距離に対する放電開始電圧の条件が広がり、放電し易くなると共に広い圧力範囲で安定した処理が可能となる。
さらに、電極間のピッチを調整できるため、ウエハ間のピッチを狭くし、ウエハ処理枚数を増やすことができる。また、電極の表面積が増えるため、活性種の生成量を増やすことができ、基板表面に形成される膜の膜厚均一性を向上させることができる。
さらに、図４には第１電極１０１及び第２電極１０２の両方に孔１０４を設けるように記載したが、これに限らず第１電極１０１または第２電極１０２のどちらか一方の電極のみに孔１０４を設けても良い。

【0094】

第二実施形態のように構成することで、以下に示す効果が得られる。

【0095】

（ｅ）電極に貫通孔を設けることによって、電極の表面積を拡大することが可能となるため、電極形状が変更となっても放電開始電圧を変更することなく、電極間のピッチを調整することが可能となる。
（ｆ）電極間のピッチを調整することが可能となるため、ウエハ間のピッチも狭くし、ウエハ処理枚数を増やすことが可能となる。
（ｇ）電極の表面積が増えるため、プラズマによる活性種の生成量を増やすことが可能となり、形成される膜の均一性を向上させることができる。

【0096】

＜第三実施形態＞
次に図８を用いて本発明の第三実施形態について説明する。第三の実施形態における基板処理装置が第一実施形態と異なる点は、図８（ａ）（ｂ）に示すように、第１電極１０１、第２電極１０２の表面上に凹凸を設けた点であり、その他の構成については第一実施形態と同様である。

【0097】

図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、第１電極１０１および第２電極１０２それぞれの表面上には所定の間隔で凹凸を設け、電極の表面積を大きくしている。
これらの凹凸は、電極の厚さｔに対し約１／３の深さと幅を有するスリット状（溝状）に形成されることが望ましい。例えば、電極の板厚ｔが３ｍｍである場合、凹凸の深さと幅はそれぞれ１ｍｍとなるように形成される。このように構成することによって、電極の強度（剛性）を維持することが可能となり、均一にプラズマを生成することが可能となる。これ以上の深さや幅を凹凸に設けた場合、電極の強度を維持することができなくなるだけでなく、凹凸によって生じたプラズマ濃度の差によって、基板上に膜を均一に形成することができなくなってしまう。上述の条件とすることで、例えば、図８のようなパターンであれば、凹凸に沿った縞模様状の膜が形成されてしまうことを抑止することができる。
ここで、図８（ａ）および図８（ｂ）では、第１電極１０１と第２電極１０２を代表して１つのみ記載しているが、これに限らず、第１電極１０１と第２電極１０２で凹凸を設ける方向や凹凸の形状、間隔をそれぞれ異なるように構成しても良い。

【0098】

このように、第１電極および第２電極の表面に凹凸を設けることによって、電極表面積を大きくすることが可能となるため、電極に孔を設けた場合と同等の効果を得ることが可能となる。さらに、凹凸を設ける場合は、厚みが薄いため電極が割れたり、強度が低下してしまうリスクを有する貫通孔を設ける場合に比べて電極の加工が容易であるため、電極の製造コストを低減させることが可能となる。

【0099】

（変形例）
なお、図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、この凹凸は格子状に構成されても良い。このように格子状に構成した場合、一方向にのみ凹凸を設けた場合に比べて電極の表面積をさらに増やすことが可能となり、電極間の間隔調整をより詳細に行うことが可能となる。
また、図９（ａ）および図９（ｂ）において電極に設けられる凹凸は矩形となるように形成されているが、矩形に限らず、円形状に形成されても良い。円形状に形成することによって、矩形における角部が無くなり、均一にプラズマを生成することが可能となる。

【0100】

第三実施形態のように構成することで、以下に示す効果が得られる。

【0101】

（ｈ）電極の加工が容易であるため、電極の製造コストを低減させることが可能となる。
（ｉ）電極の表面積をさらに増やすことが可能となり、電極間の間隔調整をより詳細に行うことが可能となる。

【0102】

以上、本発明の実施形態について具体的に説明した。しかしながら、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

【0103】

例えば、上述の実施形態では、プラズマを発生させるために容量結合プラズマ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ、略称：ＣＣＰ）を用いた例について説明した。本発明はこれに限らず、誘導結合プラズマ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ ＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｕｍａ、略称：ＩＣＰ）、を用いてもよい。

【0104】

また、ウエハ７を配置する位置については、ウエハ７の上下の電極の中間或いは、上側の電極に近づける等の調整により、ウエハに対するプラズマの影響を調節することが可能となる。ここでは、ウエハの位置を移動させて電極との距離を調整したが、ウエハの位置を固定しておいて、電極の上下移動により電極とウエハとの距離を調整しても良い。

【0105】

＜本発明の好ましい態様＞
以下、本発明の好ましい態様について付記する。

【0106】

〔付記１〕
本発明の一態様によれば、
複数の基板を処理する処理室と、
前記処理室内で前記複数の基板を垂直方向に配列して保持する基板保持具と、
前記処理室内に前記基板を処理する処理ガスを供給するガス供給部と、
前記複数の基板のそれぞれの上方に前記複数の基板のそれぞれに対応するように設けられたプラズマ生成部と、を有し、
前記プラズマ生成部は、
第１の位相の高周波電力が印加される第１の電極と、
前記第１の電極と対になるように設けられ、前記第１の位相とは異なる第２の位相の高周波電力が印加される第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記基板の存在しない空間にプラズマを生成するプラズマ生成空間と、
を有する基板処理装置が提供される。

【0107】

〔付記２〕
前記複数の基板のうち少なくとも１つは、同位相の高周波電力が印加されている電極間に配置される付記１に記載の基板処理装置が提供される。すなわち、前記複数の基板のうち少なくとも１枚は、第１の位相の高周波電力が印加されている電極（第１の電極）間に配置されるか、第２の位相の高周波電力が印加されている電極（第２の電極）間に配置される。

【0108】

［付記３］
前記複数の基板のうち少なくとも１つは、前記第１の電極間または前記第２の電極間の少なくともいずれか一方に配置される付記１または２に記載の基板処理装置が提供される。すなわち、前記複数の基板のうち少なくとも１枚は、前記第１の電極と前記第１の電極との間に配置されるか、もしくは、前記第２の電極と前記第２の電極との間に配置される。

【0109】

［付記４］
前記複数の基板のうち少なくとも１つは、前記第１の電極間または前記第２の電極間のいずれか一方に（のみ）配置される付記１または２に記載の基板処理装置が提供される。すなわち、前記複数の基板のうち少なくとも１枚は、前記第１の電極と前記第１の電極との間（のみ）か、もしくは、前記第２の電極と前記第２の電極との間（のみ）に配置される。

【0110】

〔付記５〕
前記第１の電極および前記第２の電極は、それぞれ前記基板の径よりも大きい径を有する円盤形状である付記１から４のいずれか１つに記載の基板処理装置が提供される。

【0111】

〔付記６〕
前記第１の電極または前記第２の電極のうち、前記基板の直上に設けられる電極には、孔が複数設けられる付記１から５のいずれか１つに記載の基板処理装置が提供される。

【0112】

〔付記７〕
前記第１の電極または前記第２の電極には貫通孔が複数設けられる付記１から５のいずれか１つに記載の基板処理装置が提供される。

【0113】

〔付記８〕
前記孔の孔径は、基板を挟み込むように配置された前記第１の電極間、または、前記第２の電極間の距離以上である付記６または７に記載の基板処理装置が提供される。

【0114】

〔付記９〕
前記孔の孔径は、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である付記６から８のいずれか１つに記載の基板処理装置が提供される。

【0115】

〔付記１０〕
前記第１の電極または前記第２の電極のうち、前記基板の直上に設けられる電極の表面には、基板を挟み込むように配置される前記第１の電極間、または、前記第２の電極間の距離以上の幅を有する溝が形成される付記１から９のいずれか１つに記載の基板処理装置が提供される。

【0116】

〔付記１１〕
前記第１の電極および前記第２の電極には、基板を挟み込むように配置される前記第１の電極間、または、前記第２の電極間の距離以上の幅を有する溝が形成される付記１から１０のいずれか１つに記載の基板処理装置が提供される。

【0117】

〔付記１２〕
前記基板保持具は、前記基板と前記基板の直上に設置される前記第１の電極または前記第２の電極との距離を変更可能に構成される付記１から１１のいずれか１つに記載の基板処理装置が提供される。

【0118】

〔付記１３〕
前記基板保持具よりも径方向外側に設けられ前記電極を支持する電極支持部と、
前記電極支持部と前記基板保持具を回転させる回転機構と、をさらに有する付記１から１２のいずれか１つに記載の基板処理装置が提供される。

【0119】

〔付記１４〕
前記処理ガスは原料ガスと反応ガスとを含み、
前記複数の基板を収容した前記処理室内へ前記原料ガスと前記反応ガスとを（交互に）供給して前記複数の基板を処理し、その際、少なくとも前記反応ガスを供給する際に、前記プラズマ生成部で前記反応ガスをプラズマ励起して、前記基板に対して供給するように、前記ガス供給系および前記プラズマ生成部を制御するよう構成される制御部をさらに有する付記１から１３のいずれか１つに記載の基板処理装置。

【0120】

〔付記１５〕
本発明の別の態様によれば、
複数の基板を処理する処理室と、
前記処理室内で前記複数の基板を垂直方向に配列して保持する保持具と、
前記処理室内に前記複数の基板を処理する処理ガスを供給するガス供給系と、
前記複数の基板のそれぞれの上方に前記複数の基板のそれぞれに対応するように設けられたプラズマ生成部と、を有し、
前記プラズマ生成部は、
第１の位相の高周波電力が印加される第１の電極と、
前記第１の電極と対になるように設けられ、前記第１の位相とは異なる第２の位相の高周波電力が印加される第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記基板が存在しない空間にプラズマを生成するプラズマ生成空間と、
を有する基板処理装置の処理室内に前記複数の基板を収容する工程と、
前記複数の基板を収容した前記処理室内へ前記処理ガスを供給し、前記プラズマ生成部で前記処理ガスをプラズマ励起して、前記基板に対して供給することで、前記基板を処理する工程と、
を有する半導体装置の製造方法、または基板処理方法が提供される。

【0121】

〔付記１６〕
本発明の更に別の態様によれば、
複数の基板を処理する処理室と、
前記処理室内で前記複数の基板を垂直方向に配列して保持する保持具と、
前記処理室内に前記複数の基板を処理する処理ガスを供給するガス供給系と、
前記複数の基板のそれぞれの上方に前記複数の基板のそれぞれに対応するように設けられたプラズマ生成部と、を有し、
前記プラズマ生成部は、
第１の位相の高周波電力が印加される第１の電極と、
前記第１の電極と対になるように設けられ、前記第１の位相とは異なる第２の位相の高周波電力が印加される第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記基板が存在しない空間にプラズマを生成するプラズマ生成空間と、
を有する基板処理装置の処理室内に前記複数の基板を収容する手順と、
前記複数の基板を収容した前記処理室内へ前記処理ガスを供給し、前記プラズマ生成部で前記処理ガスをプラズマ励起して、前記基板に対して供給することで、前記基板を処理する手順と、
をコンピュータに実行させるプログラム、または該プログラムを記録可能な記録媒体が提供される。

【0122】

〔付記１７〕
本発明の更に別の態様によれば、
複数の基板を垂直方向に配列して保持する基板保持具と、
前記複数の基板のそれぞれの上方に前記複数の基板のそれぞれに対応するように設けられたプラズマ生成部と、を有し、
前記プラズマ生成部は、
第１の位相の高周波電力が印加される第１の電極と、
前記第１の電極と対になるように設けられ、前記第１の位相とは異なる第２の位相の高周波電力が印加される第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記基板の存在しない空間にプラズマを生成するプラズマ生成空間と、
を有する基板保持機構が提供される。

【符号の説明】

【0123】

１・・・・・反応管
５・・・・・ボート
７・・・・・ウエハ
１０１・・・第１電極
１０２・・・第２電極
１０３・・・プラズマ
１０４・・・孔

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】