特許 6568508 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】6568508

(24)【登録日】2019年8月9日

(45)【発行日】2019年8月28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 20060101AFI20190819BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20190819BHJP

   C23C 16/455 20060101ALI20190819BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/318 C

   H01L21/31 B

   C23C16/455

【請求項の数】5

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2016-179183(P2016-179183)

(22)【出願日】2016年9月14日

(65)【公開番号】特開2018-46129(P2018-46129A)

(43)【公開日】2018年3月22日

【審査請求日】2018年9月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】318009126

【氏名又は名称】株式会社ＫＯＫＵＳＡＩ ＥＬＥＣＴＲＩＣ

(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

(72)【発明者】

【氏名】橋本 良知

(72)【発明者】

【氏名】松岡 樹

(72)【発明者】

【氏名】永戸 雅也

(72)【発明者】

【氏名】笹島 亮太

(72)【発明者】

【氏名】小倉 慎太郎

【審査官】 鈴木 聡一郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−１３８９１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１５３７９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１６／１１０９５６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１４−０６７７８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２９９７７６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ １６／００−１６／５６

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０１Ｌ ２１／３１２−２１／３２

Ｈ０１Ｌ ２１／３６５

Ｈ０１Ｌ ２１／４６９−２１／４７５

Ｈ０１Ｌ ２１／８６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板に対して第１ノズルより原料を供給し排気口より排気する工程と、
前記基板に対して前記第１ノズルよりも前記排気口から遠い側に配置された第２ノズルより第１反応体を供給し前記排気口より排気する工程と、
前記基板に対して前記第２ノズルよりも前記排気口に近い側に配置された第３ノズルより第２反応体を供給し前記排気口より排気する工程と、
を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで前記基板上に膜を形成する工程を有し、
前記原料供給時に、前記第２ノズルより供給する不活性ガスの流量と、前記第３ノズルより供給する不活性ガスの流量と、前記第１ノズルより供給する不活性ガスの流量と、のバランスを制御することで、前記基板上に形成する前記膜の基板面内膜厚分布を制御する半導体装置の製造方法。

【請求項2】

前記原料供給時に、前記第２ノズルより供給する不活性ガスの流量を、前記第１ノズルより供給する不活性ガスの流量よりも大きくする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項3】

前記原料供給時に、前記第３ノズルより供給する不活性ガスの流量を、前記第１ノズルより供給する不活性ガスの流量よりも大きくする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項4】

基板に対して処理が行われる処理室と、
前記処理室内を排気口より排気する排気系と、
前記処理室内へ第１ノズルより原料を供給する原料供給系と、
前記処理室内へ前記第１ノズルよりも前記排気口から遠い側に配置された第２ノズルより第１反応体を供給する第１反応体供給系と、
前記処理室内へ前記第２ノズルよりも前記排気口に近い側に配置された第３ノズルより第２反応体を供給する第２反応体供給系と、
前記処理室内へ前記第１ノズル、前記第２ノズルおよび前記第３ノズルより不活性ガスを供給する不活性ガス供給系と、
前記処理室内において、基板に対して前記第１ノズルより前記原料を供給し前記排気口より排気する処理と、前記基板に対して前記第２ノズルより前記第１反応体を供給し前記排気口より排気する処理と、前記基板に対して前記第３ノズルより前記第２反応体を供給し前記排気口より排気する処理と、を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで前記基板上に膜を形成する処理を行わせ、前記原料供給時に、前記第２ノズルより供給する不活性ガスの流量と、前記第３ノズルより供給する不活性ガスの流量と、前記第１ノズルより供給する不活性ガスの流量と、のバランスを制御することで、前記基板上に形成する前記膜の基板面内膜厚分布を制御するように、前記原料供給系、前記第１反応体供給系、前記第２反応体供給系、前記不活性ガス供給系、および前記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の基板に対して第１ノズルより原料を供給し排気口より排気する手順と、
前記処理室内の前記基板に対して前記第１ノズルよりも前記排気口から遠い側に配置された第２ノズルより第１反応体を供給し前記排気口より排気する手順と、
前記処理室内の前記基板に対して前記第２ノズルよりも前記排気口に近い側に配置された第３ノズルより第２反応体を供給し前記排気口より排気する手順と、
を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで前記基板上に膜を形成する手順と、
前記原料供給時に、前記第２ノズルより供給する不活性ガスの流量と、前記第３ノズルより供給する不活性ガスの流量と、前記第１ノズルより供給する不活性ガスの流量と、のバランスを制御することで、前記基板上に形成する前記膜の基板面内膜厚分布を制御する手順と、
をコンピュータによって前記基板処理装置に実行させるプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体装置の製造方法、基板処理装置、およびプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

半導体装置の製造工程の一工程として、基板上に膜を形成する処理が行われることがある（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０−１１８４６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の目的は、基板上に形成する膜の基板面内膜厚分布を制御することが可能な技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の一態様によれば、
基板に対して第１ノズルより原料を供給し排気口より排気する工程と、
前記基板に対して前記第１ノズルよりも前記排気口から遠い側に配置された第２ノズルより第１反応体を供給し前記排気口より排気する工程と、
前記基板に対して前記第２ノズルよりも前記排気口に近い側に配置された第３ノズルより第２反応体を供給し前記排気口より排気する工程と、
を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで前記基板上に膜を形成する工程を有し、
前記原料供給時に、前記第２ノズルより供給する不活性ガスの流量と、前記第３ノズルより供給する不活性ガスの流量と、前記第１ノズルより供給する不活性ガスの流量と、のバランスを制御することで、前記基板上に形成する前記膜の基板面内膜厚分布を制御する技術が提供される。

【発明の効果】

【0006】

本発明によれば、基板上に形成する膜の基板面内膜厚分布を制御することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【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一部の概略構成図であり、処理炉の一部を図１のＡ−Ａ線断面図で示す図である。

【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4】本発明の一実施形態の成膜シーケンスを示す図である。

【図5】本発明の一実施形態の成膜シーケンスの変形例１を示す図である。

【図6】本発明の一実施形態の成膜シーケンスの変形例２を示す図である。

【図7】本発明の一実施形態の成膜シーケンスの変形例３を示す図である。

【図8】基板上に形成した膜の基板面内膜厚分布の評価結果を示す図である。

【図9】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、基板上に形成した膜の基板面内膜厚分布の評価結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

＜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３を参照しながら説明する。

【0009】

（１）基板処理装置の構成
図１に示すように、処理炉２０２は加熱機構（温度調整部）としてのヒータ２０７を有する。ヒータ２０７は円筒形状であり、保持板に支持されることにより垂直に据え付けられている。ヒータ２０７は、ガスを熱で活性化（励起）させる活性化機構（励起部）としても機能する。

【0010】

ヒータ２０７の内側には、ヒータ２０７と同心円状に反応管２０３が配設されている。反応管２０３は、例えば石英（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２０３の下方には、反応管２０３と同心円状に、マニホールド２０９が配設されている。マニホールド２０９は、例えばステンレス（ＳＵＳ）等の金属からなり、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２０９の上端部は、反応管２０３の下端部に係合しており、反応管２０３を支持するように構成されている。マニホールド２０９と反応管２０３との間には、シール部材としてのＯリング２２０ａが設けられている。反応管２０３はヒータ２０７と同様に垂直に据え付けられている。主に、反応管２０３とマニホールド２０９とにより処理容器（反応容器）が構成される。処理容器の筒中空部には処理室２０１が形成されている。処理室２０１は、複数枚の基板としてのウエハ２００を収容可能に構成されている。

【0011】

処理室２０１内には、第１ノズルとしてのノズル２４９ａ、第２ノズルとしてのノズル２４９ｂ、第３ノズルとしてのノズル２４９ｃが、マニホールド２０９の側壁を貫通するように設けられている。ノズル２４９ａ〜２４９ｃには、ガス供給管２３２ａ〜２３２ｃが、それぞれ接続されている。

【0012】

ガス供給管２３２ａ〜２３２ｃ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）２４１ａ〜２４１ｃおよび開閉弁であるバルブ２４３ａ〜２４３ｃがそれぞれ設けられている。ガス供給管２３２ａ〜２３２ｃのバルブ２４３ａ〜２４３ｃよりも下流側には、不活性ガスを供給するガス供給管２３２ｄ〜２３２ｆがそれぞれ接続されている。ガス供給管２３２ｄ〜２３２ｆには、上流側から順に、ＭＦＣ２４１ｄ〜２４１ｆおよびバルブ２４３ｄ〜２４３ｆがそれぞれ設けられている。

【0013】

ノズル２４９ａ〜２４９ｃは、図２に示すように、反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における平面視において円環状の空間に、反応管２０３の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ２００の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２４９ａ〜２４９ｃは、ウエハ２００が配列されるウエハ配列領域の側方の、ウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域に沿うようにそれぞれ設けられている。ノズル２４９ｂは、ノズル２４９ａよりも、後述する排気口２３１ａから遠い側に配置されており、ノズル２４９ｃは、ノズル２４９ｂよりも、排気口２３１ａに近い側に配置されている。また、本実施形態では、ノズル２４９ａ，２４９ｂが、処理室２０１内に搬入されるウエハ２００の中心を挟んで一直線上に対向するように配置されている。ノズル２４９ａ〜２４９ｃの側面には、ガスを供給するガス供給孔２５０ａ〜２５０ｃがそれぞれ設けられている。ガス供給孔２５０ａ〜２５０ｃは、反応管２０３の中心を向くようにそれぞれ開口しており、ウエハ２００に向けてガスを供給することが可能となっている。これらのことから、ガス供給孔２５０ａ，２５０ｂは、上述のウエハ２００の中心を挟んで一直線上に対向することになる。ガス供給孔２５０ａ〜２５０ｃは、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられている。

【0014】

ガス供給管２３２ａからは、原料（原料ガス）として、例えば、所定元素（主元素）としてのＳｉおよびハロゲン元素を含むハロシラン系ガスが、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａ、ノズル２４９ａを介して処理室２０１内へ供給される。原料ガスとは、気体状態の原料、例えば、常温常圧下で液体状態である原料を気化することで得られるガスや、常温常圧下で気体状態である原料等のことである。ハロシランとは、ハロゲン基を有するシランのことである。ハロゲン基には、クロロ基、フルオロ基、ブロモ基、ヨード基等が含まれる。すなわち、ハロゲン基には、塩素（Ｃｌ）、フッ素（Ｆ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）等のハロゲン元素が含まれる。ハロシラン系ガスとしては、例えば、ＳｉおよびＣｌを含む原料ガス、すなわち、クロロシラン系ガスを用いることができる。クロロシラン系ガスは、Ｓｉソースとして作用する。クロロシラン系ガスとしては、例えば、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ_２Ｃｌ_６、略称：ＨＣＤＳ）ガスを用いることができる。

【0015】

ガス供給管２３２ｂからは、原料とは化学構造（分子構造）が異なる第１反応体（リアクタント）として、例えば、ＣおよびＮを含むアミン系ガスが、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂ、ノズル２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給される。アミン系ガスは、Ｃソースとしても作用し、Ｎソースとしても作用する。アミン系ガスとしては、例えば、トリエチルアミン（（Ｃ_２Ｈ_５）_３Ｎ、略称：ＴＥＡ）ガスを用いることができる。

【0016】

ガス供給管２３２ｃからは、原料とは化学構造（分子構造）が異なる第２反応体（リアクタント）として、例えば、Ｏ含有ガスが、ＭＦＣ２４１ｃ、バルブ２４３ｃ、ノズル２４９ｃを介して処理室２０１内へ供給される。Ｏ含有ガスは、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）ガスを用いることができる。

【0017】

ガス供給管２３２ｄ〜２３２ｆ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ＭＦＣ２４１ｄ〜２４１ｆ、バルブ２４３ｄ〜２４３ｆ、ガス供給管２３２ａ〜２３２ｃ、ノズル２４９ａ〜２４９ｃを介して処理室２０１内へ供給される。Ｎ_２ガスは、パージガス、キャリアガスとして作用し、さらに、ウエハ２００上に形成する膜の面内膜厚分布を制御する膜厚分布制御ガスとして作用する。

【0018】

主に、ガス供給管２３２ａ、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａにより、原料供給系が構成される。また、主に、ガス供給管２３２ｂ、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂにより、第１反応体供給系が構成される。また、主に、ガス供給管２３２ｃ、ＭＦＣ２４１ｃ、バルブ２４３ｃにより、第２反応体供給系が構成される。また、主に、ガス供給管２３２ｄ〜２３２ｆ、ＭＦＣ２４１ｄ〜２４１ｆ、バルブ２４３ｄ〜２４３ｆにより、不活性ガス供給系が構成される。

【0019】

上述の各種供給系のうち、いずれか、或いは、全ての供給系は、バルブ２４３ａ〜２４３ｆやＭＦＣ２４１ａ〜２４１ｆ等が集積されてなる集積型供給システム２４８として構成されていてもよい。集積型供給システム２４８は、ガス供給管２３２ａ〜２３２ｆのそれぞれに対して接続され、ガス供給管２３２ａ〜２３２ｆ内への各種ガスの供給動作、すなわち、バルブ２４３ａ〜２４３ｆの開閉動作やＭＦＣ２４１ａ〜２４１ｆによる流量調整動作等が、後述するコントローラ１２１によって制御されるように構成されている。集積型供給システム２４８は、一体型、或いは、分割型の集積ユニットとして構成されており、ガス供給管２３２ａ〜２３２ｆ等に対して集積ユニット単位で着脱を行うことができ、集積型供給システム２４８のメンテナンス、交換、増設等を、集積ユニット単位で行うことが可能なように構成されている。

【0020】

反応管２０３の側壁下方には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気口２３１ａが設けられている。排気口２３１ａには排気管２３１が接続されている。排気管２３１には、処理室２０１内の圧力を検出する圧力検出器（圧力検出部）としての圧力センサ２４５および圧力調整器（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４４を介して、真空排気装置としての真空ポンプ２４６が接続されている。ＡＰＣバルブ２４４は、真空ポンプ２４６を作動させた状態で弁を開閉することで、処理室２０１内の真空排気および真空排気停止を行うことができ、更に、真空ポンプ２４６を作動させた状態で、圧力センサ２４５により検出された圧力情報に基づいて弁開度を調節することで、処理室２０１内の圧力を調整することができるように構成されている。主に、排気管２３１、ＡＰＣバルブ２４４、圧力センサ２４５により、排気系が構成される。真空ポンプ２４６を排気系に含めて考えてもよい。

【0021】

マニホールド２０９の下方には、マニホールド２０９の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ２１９が設けられている。シールキャップ２１９は、例えばＳＵＳ等の金属からなり、円盤状に形成されている。シールキャップ２１９の上面には、マニホールド２０９の下端と当接するシール部材としてのＯリング２２０ｂが設けられている。シールキャップ２１９の下方には、後述するボート２１７を回転させる回転機構２６７が設置されている。回転機構２６７の回転軸２５５は、シールキャップ２１９を貫通してボート２１７に接続されている。回転機構２６７は、ボート２１７を回転させることでウエハ２００を回転させるように構成されている。シールキャップ２１９は、反応管２０３の外部に設置された昇降機構としてのボートエレベータ１１５によって垂直方向に昇降されるように構成されている。ボートエレベータ１１５は、シールキャップ２１９を昇降させることで、ボート２１７すなわちウエハ２００を処理室２０１内外に搬入および搬出する搬送装置（搬送機構）として構成されている。また、マニホールド２０９の下方には、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９を降下させている間、マニホールド２０９の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシャッタ２１９ｓが設けられている。シャッタ２１９ｓは、例えばＳＵＳ等の金属からなり、円盤状に形成されている。シャッタ２１９ｓの上面には、マニホールド２０９の下端と当接するシール部材としてのＯリング２２０ｃが設けられている。シャッタ２１９ｓの開閉動作（昇降動作や回動動作等）は、シャッタ開閉機構１１５ｓにより制御される。

【0022】

基板支持具としてのボート２１７は、複数枚、例えば２５〜２００枚のウエハ２００を、水平姿勢で、かつ、互いに中心を揃えた状態で垂直方向に整列させて多段に支持するように、すなわち、間隔を空けて配列させるように構成されている。ボート２１７は、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料からなる。ボート２１７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。

【0023】

反応管２０３内には、温度検出器としての温度センサ２６３が設置されている。温度センサ２６３により検出された温度情報に基づきヒータ２０７への通電具合を調整することで、処理室２０１内の温度が所望の温度分布となる。温度センサ２６３は、反応管２０３の内壁に沿って設けられている。

【0024】

図３に示すように、制御部（制御手段）であるコントローラ１２１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１２１ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１２１ｂ、記憶装置１２１ｃ、Ｉ／Ｏポート１２１ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ１２１ｂ、記憶装置１２１ｃ、Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、内部バス１２１ｅを介して、ＣＰＵ１２１ａとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ１２１には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置１２２が接続されている。

【0025】

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できるように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、プロセスレシピや制御プログラム等を総称して、単に、プログラムともいう。また、プロセスレシピを、単に、レシピともいう。本明細書においてプログラムという言葉を用いた場合は、レシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、それらの両方を含む場合がある。ＲＡＭ１２１ｂは、ＣＰＵ１２１ａによって読み出されたプログラムやデータ等が一時的に保持されるメモリ領域（ワークエリア）として構成されている。

【0026】

Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、上述のＭＦＣ２４１ａ〜２４１ｆ、バルブ２４３ａ〜２４３ｆ、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４４、真空ポンプ２４６、温度センサ２６３、ヒータ２０７、回転機構２６７、ボートエレベータ１１５、シャッタ開閉機構１１５ｓ等に接続されている。

【0027】

ＣＰＵ１２１ａは、記憶装置１２１ｃから制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置１２２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置１２１ｃからレシピを読み出すように構成されている。ＣＰＵ１２１ａは、読み出したレシピの内容に沿うように、ＭＦＣ２４１ａ〜２４１ｆによる各種ガスの流量調整動作、バルブ２４３ａ〜２４３ｆの開閉動作、ＡＰＣバルブ２４４の開閉動作および圧力センサ２４５に基づくＡＰＣバルブ２４４による圧力調整動作、真空ポンプ２４６の起動および停止、温度センサ２６３に基づくヒータ２０７の温度調整動作、回転機構２６７によるボート２１７の回転および回転速度調節動作、ボートエレベータ１１５によるボート２１７の昇降動作、シャッタ開閉機構１１５ｓによるシャッタ２１９ｓの開閉動作等を制御するように構成されている。

【0028】

コントローラ１２１は、外部記憶装置（例えば、ハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリ等の半導体メモリ）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、それらの両方を含む場合がある。なお、コンピュータへのプログラムの提供は、外部記憶装置１２３を用いず、インターネットや専用回線等の通信手段を用いて行ってもよい。

【0029】

（２）成膜処理
上述の基板処理装置を用い、半導体装置の製造工程の一工程として、基板としてのウエハ２００上に膜を形成するシーケンス例について、図４を用いて説明する。以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ１２１により制御される。

【0030】

図４に示す成膜シーケンスは、
ウエハ２００対してノズル２４９ａよりＨＣＤＳガスを供給し排気口２３１ａより排気するステップ１と、
ウエハ２００に対してノズル２４９ａよりも排気口２３１ａから遠い側に配置されたノズル２４９ｂよりＴＥＡガスを供給し排気口２３１ａより排気するステップ２と、
ウエハ２００に対してノズル２４９ｂよりも排気口２３１ａに近い側に配置されたノズル２４９ｃよりＯ_２ガスを供給し排気口２３１ａより排気するステップ３と、
を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、ウエハ２００上に、Ｓｉ、Ｏ、ＣおよびＮを含む膜、すなわち、シリコン酸炭窒化膜（ＳｉＯＣＮ膜）を形成する。

【0031】

また、図４に示す成膜シーケンスでは、ＨＣＤＳガス供給時に、ノズル２４９ｂより供給するＮ_２ガスの流量と、ノズル２４９ｃより供給するＮ_２ガスの流量と、ノズル２４９ａより供給するＮ_２ガスの流量と、のバランスを制御することで、ウエハ２００上に形成するＳｉＯＣＮ膜のウエハ面内膜厚分布（以下、単に面内膜厚分布ともいう）を制御する。

【0032】

ここでは一例として、ＨＣＤＳガス供給時に、ノズル２４９ｂより供給するＮ_２ガスの流量を、ノズル２４９ａより供給するＮ_２ガスの流量よりも大きくすることで、ＳｉＯＣＮ膜の面内膜厚分布を、図４の右側に示すような、ウエハ２００の中央部で最も厚く、周縁部に近づくにつれて徐々に薄くなる分布（以下、中央凸分布とも称する）とする例について説明する。なお、表面に凹凸構造が作り込まれていない表面積の小さなベアウエハ上に中央凸分布の膜を形成することができれば、表面に微細な凹凸構造が作り込まれた表面積の大きなパターンウエハ上に、中央から周縁にわたって膜厚変化の少ない平坦な膜厚分布（以下、フラット分布とも称する）を有する膜を形成することが可能となる。

【0033】

本明細書では、図４に示す成膜シーケンスを、便宜上、以下のように示すこともある。以下の変形例の説明においても、同様の表記を用いることとする。

【0034】

（ＨＣＤＳ→ＴＥＡ→Ｏ_２）×ｎ ⇒ ＳｉＯＣＮ

【0035】

なお、図４に示す成膜シーケンスを行う場合、処理条件によっては、ウエハ２００上に、Ｓｉ、ＯおよびＣを含むＮ非含有の膜、すなわち、シリコン酸炭化膜（ＳｉＯＣ膜）を形成することもできる。以下では、ウエハ２００としてベアウエハを用い、この上にＳｉＯＣＮ膜を形成する例について説明するが、本発明はこの例示に限定されるものではない。

【0036】

本明細書において「ウエハ」という言葉を用いた場合は、ウエハそのものを意味する場合や、ウエハとその表面に形成された所定の層や膜との積層体を意味する場合がある。本明細書において「ウエハの表面」という言葉を用いた場合は、ウエハそのものの表面を意味する場合や、ウエハ上に形成された所定の層等の表面を意味する場合がある。本明細書において「ウエハ上に所定の層を形成する」と記載した場合は、ウエハそのものの表面上に所定の層を直接形成することを意味する場合や、ウエハ上に形成されている層等の上に所定の層を形成することを意味する場合がある。本明細書において「基板」という言葉を用いた場合も、「ウエハ」という言葉を用いた場合と同義である。

【0037】

（ウエハチャージおよびボートロード）
複数枚のウエハ２００がボート２１７に装填（ウエハチャージ）されると、シャッタ開閉機構１１５ｓによりシャッタ２１９ｓが移動させられて、マニホールド２０９の下端開口が開放される（シャッタオープン）。その後、図１に示すように、複数枚のウエハ２００を支持したボート２１７は、ボートエレベータ１１５によって持ち上げられて処理室２０１内へ搬入（ボートロード）される。この状態で、シールキャップ２１９は、Ｏリング２２０ｂを介してマニホールド２０９の下端をシールした状態となる。

【0038】

（圧力・温度調整ステップ）
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によって処理室２０１内が真空排気（減圧排気）される。この際、処理室２０１内の圧力は圧力センサ２４５で測定され、この測定された圧力情報に基づきＡＰＣバルブ２４４がフィードバック制御される。また、処理室２０１内のウエハ２００が所望の処理温度となるように、ヒータ２０７によって処理室２０１内が加熱される。この際、処理室２０１内が所望の温度分布となるように、温度センサ２６３が検出した温度情報に基づきヒータ２０７への通電具合がフィードバック制御される。また、回転機構２６７によるウエハ２００の回転を開始する。処理室２０１内の排気、加熱、ウエハ２００の回転は、いずれも、少なくともウエハ２００に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。

【0039】

（成膜ステップ）
その後、次のステップ１〜３を順次実行する。

【0040】

［ステップ１］
このステップでは、処理室２０１内のウエハ２００に対してＨＣＤＳガスを供給し排気口２３１ａより排気する。

【0041】

具体的には、バルブ２４３ａを開き、ガス供給管２３２ａ内へＨＣＤＳガスを流す。ＨＣＤＳガスは、ＭＦＣ２４１ａにより流量調整され、ノズル２４９ａを介して処理室２０１内へ供給され、排気口２３１ａより排気される。このとき、ウエハ２００に対してＨＣＤＳガスが供給される。このとき同時にバルブ２４３ｄ〜２４３ｆを開き、ガス供給管２３２ｄ〜２３２ｆ内へＮ_２ガスを流す。Ｎ_２ガスは、ＭＦＣ２４１ｄ〜２４１ｆにより流量調整され、ノズル２４９ａ〜２４９ｃを介して処理室２０１内へ供給され、排気口２３１ａより排気される。

【0042】

このとき、ノズル２４９ａより供給するＨＣＤＳガスの供給流量は、例えば１〜２０００ｓｃｃｍ、好ましくは１０〜１０００ｓｃｃｍの範囲内の所定の流量とする。ノズル２４９ａより供給するＮ_２ガスの供給流量は、例えば５００〜２０００ｓｃｃｍの範囲内の所定の流量とする。ＨＣＤＳガスの供給時間は、例えば１〜１２０秒、好ましくは１〜６０秒の範囲内の所定の時間とする。処理室２０１内の圧力は、例えば１〜２６６６Ｐａ、好ましくは６７〜１３３３Ｐａの範囲内の所定の圧力とする。ウエハ２００の温度（成膜温度）は、例えば２５０〜８００℃、好ましくは４００〜７５０℃、より好ましくは５５０〜７００℃の範囲内の所定の温度とする。

【0043】

成膜温度が２５０℃未満となると、ウエハ２００上にＨＣＤＳが化学吸着しにくくなり、実用的な成膜速度が得られなくなることがある。成膜温度を２５０℃以上とすることで、これを解消することが可能となる。成膜温度を４００℃以上、さらには５５０℃以上とすることで、ウエハ２００上にＨＣＤＳをより充分に吸着させることが可能となり、より充分な成膜速度が得られるようになる。

【0044】

成膜温度が８００℃を超えると、過剰な気相反応が生じ、膜厚均一性が悪化しやすくなり、その制御が困難となってしまう。成膜温度を８００℃以下とすることで、適正な気相反応を生じさせ、膜厚均一性の悪化を抑制でき、その制御が可能となる。特に成膜温度を７５０℃以下、さらには７００℃以下とすることで、気相反応よりも表面反応が優勢になり、膜厚均一性を確保しやすくなり、その制御が容易となる。

【0045】

上述の条件下でウエハ２００に対してＨＣＤＳガスを供給することにより、ウエハ２００の最表面上に、第１層（初期層）として、例えば１原子層未満から数原子層（１分子層未満から数分子層）程度の厚さのＣｌを含むＳｉ含有層が形成される。Ｃｌを含むＳｉ含有層は、Ｃｌを含むＳｉ層であってもよいし、ＨＣＤＳの吸着層であってもよいし、それらの両方を含んでいてもよい。

【0046】

Ｃｌを含むＳｉ層とは、Ｓｉにより構成されＣｌを含む連続的な層の他、不連続な層や、これらが重なってできるＣｌを含むＳｉ薄膜をも含む総称である。Ｃｌを含むＳｉ層を構成するＳｉは、Ｃｌとの結合が完全に切れていないものの他、Ｃｌとの結合が完全に切れているものも含む。

【0047】

ＨＣＤＳの吸着層は、ＨＣＤＳ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。ＨＣＤＳの吸着層を構成するＨＣＤＳ分子は、ＳｉとＣｌとの結合が一部切れたものも含む。すなわち、ＨＣＤＳの吸着層は、ＨＣＤＳの物理吸着層であってもよいし、ＨＣＤＳの化学吸着層であってもよいし、それらの両方を含んでいてもよい。

【0048】

ここで、１原子層（分子層）未満の厚さの層とは不連続に形成される原子層（分子層）のことを意味しており、１原子層（分子層）の厚さの層とは連続的に形成される原子層（分子層）のことを意味している。Ｃｌを含むＳｉ含有層は、Ｃｌを含むＳｉ層とＨＣＤＳの吸着層との両方を含み得る。但し、便宜上、Ｃｌを含むＳｉ含有層については「１原子層」、「数原子層」等の表現を用いて表すこととし、「原子層」を「分子層」と同義で用いる場合もある。

【0049】

ＨＣＤＳガスが自己分解（熱分解）する条件下では、ウエハ２００上にＳｉが堆積することでＣｌを含むＳｉ層が形成される。ＨＣＤＳガスが自己分解（熱分解）しない条件下では、ウエハ２００上にＨＣＤＳが吸着することでＨＣＤＳの吸着層が形成される。ウエハ２００上にＨＣＤＳの吸着層を形成するよりも、ウエハ２００上にＣｌを含むＳｉ層を形成する方が、成膜レートを高くすることができる点では、好ましい。以下、Ｃｌを含むＳｉ含有層を、便宜上、単に、Ｓｉ含有層とも称する。

【0050】

第１層の厚さが数原子層を超えると、後述するステップ２，３での改質の作用が第１層の全体に届かなくなる。また、第１層の厚さの最小値は１原子層未満である。よって、第１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。第１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、後述するステップ２，３での改質の作用を相対的に高めることができ、ステップ２，３での改質に要する時間を短縮することができる。ステップ１での第１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、第１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。

【0051】

なお、本実施形態では、ＨＣＤＳガス供給時に、ノズル２４９ｂより供給するＮ_２ガスの流量を、ノズル２４９ａより供給するＮ_２ガスの流量よりも大きくする。

【0052】

ノズル２４９ｂ，２４９ａより供給するＮ_２ガスの流量バランスをこのように設定することで、反応管２０３の内壁とウエハ２００との間の平面視において円環状の空間（以下、単に「円環状の空間」とも称する）の圧力を、ウエハ配列領域内の圧力、すなわち、ウエハ２００間の空間における圧力よりも大きくすることができる。結果として、円環状の空間へのＨＣＤＳガスの流出を抑制するとともに、ウエハ２００間の空間へのＨＣＤＳガスの供給を促進させ、ウエハ２００の中心部へのＨＣＤＳガスの供給量を増加させることが可能となる。また、円環状の空間におけるＨＣＤＳガスの分圧（濃度）を低下させ、ウエハ２００の周縁部へのＨＣＤＳガスの供給量を減少させることも可能となる。結果として、ウエハ２００の面内における第１層の厚さ分布、ひいては、ウエハ２００上に形成されるＳｉＯＣＮ膜の面内膜厚分布を、上述の中央凸分布とすることが可能となる。以後、このような膜厚分布制御を、中央凸分布制御とも称する。

【0053】

なお、この効果は、ノズル２４９ｂより供給するＮ_２ガスの流量を大きくするほど強くなる。例えば、ノズル２４９ｂより供給するＮ_２ガスの流量を、ノズル２４９ａより供給するＨＣＤＳガスの流量とＮ_２ガスの流量との合計流量よりも大きくすることで、上述の中央凸分布を確実に実現することが可能となる。また、この効果は、ノズル２４９ｂの位置を排気口２３１ａの位置から遠ざけるほど強くなり、ノズル２４９ｂと排気口２３１ａとがウエハ２００の中心を挟んで一直線上に対向する場合に極大となる。なお、この効果は、ノズル２４９ｂの位置をノズル２４９ａの位置から遠ざけるほど効果的に得られ、例えば、図２に示すように、ノズル２４９ｂを、ウエハ２００の中心を挟んでノズル２４９ａと対向する位置に配置する場合に、より効果的に得られることとなる。

【0054】

図４に示す成膜シーケンスでは、ＨＣＤＳガス供給時に、ノズル２４９ｂからだけでなく、ノズル２４９ｃからも、ノズル２４９ａより供給するＮ_２ガスの流量よりも大きな流量でＮ_２ガスを供給する。これにより、上述の円環状の空間の圧力をさらに高めることができる。また、複数本のノズルを用いて周方向において異なる複数箇所から大きな流量でＮ_２ガスを供給することにより、上述の円環状の空間の圧力を、周方向にわたってより均一に上昇させることが可能となる。これらの結果、上述の中央凸分布の実現がさらに容易となる。図４は、ノズル２４９ｂから供給するＮ_２ガスの流量と、ノズル２４９ｃから供給するＮ_２ガスの流量と、を同等とする例を示している。

【0055】

但し、上述したように、ノズル２４９ｃは、ノズル２４９ｂよりも、排気口２３１ａに近い位置に配置されている。ノズル２４９ｃより供給されたＮ_２ガスは、ノズル２４９ｂより供給されるＮ_２ガスに比べて処理室２０１内における滞留時間が短く、その多くが短時間のうちに排気口２３１ａから排気されてしまう。ノズル２４９ｃより供給するＮ_２ガスは、ノズル２４９ｂより供給するＮ_２ガスと比べ、ウエハ２００上に形成される膜の面内膜厚分布に対する影響力が弱いといえる。言い換えれば、ノズル２４９ｂより供給するＮ_２ガスの流量をノズル２４９ｃより供給するＮ_２ガスの流量以上の流量とする方が、これらの流量の大小関係を逆にするよりも、上述の中央凸分布制御を効率的に実現可能であるということでもある。ノズル２４９ｂより供給するＮ_２ガスの流量を、ノズル２４９ｃより供給するＮ_２ガスの流量と同等とするか、或いは大きくすることで、同様の中央凸分布制御を、少ないＮ_２ガスの消費量で、低コストに実現することが可能となるのである。ＨＣＤＳガス供給時に、ノズル２４９ｂからのＮ_２ガスの供給を不実施とし、ノズル２４９ｃより供給するＮ_２ガスの流量を非常に大きな流量とすることによって、上述の中央凸分布制御を実現することは、理論的には可能であるとも考えられる。しかしながら、ノズル２４９ｃより供給されたＮ_２ガスは、その多くが、上述の面内膜厚分布制御に寄与する間もなく排気口２３１ａから排気されてしまうことを考えると、この代替手法で中央凸分布の度合いを大きくしようとすること（中央部と周縁部とで膜厚差を大きくしようとすること）は、本実施形態の手法に比べて非常に高コストであって、現実性に欠けるといえる。

【0056】

Ｎ_２ガスの流量バランスを本実施形態のように設定する場合、ＨＣＤＳ供給時にノズル２４９ｂより供給するＮ_２ガスの流量は、ＨＣＤＳ非供給時にノズル２４９ｂより供給するＮ_２ガスの流量よりも大きくなる。例えば、ＨＣＤＳ供給時にノズル２４９ｂより供給するＮ_２ガスの流量は、ステップ２におけるＴＥＡガス供給時にノズル２４９ｂより供給するＮ_２ガスの流量よりも大きくなり、また、ステップ３におけるＯ_２ガス供給時にノズル２４９ｂより供給するＮ_２ガスの流量よりも大きくなる。なお、後述するように、ステップ１〜３のそれぞれにおいては、処理室２０１内からＨＣＤＳガス、ＴＥＡガス、Ｏ_２ガスを排気し、処理室２０１内へパージガスとしてのＮ_２ガスを供給するパージステップを行う。Ｎ_２ガスの流量バランスを上述のように設定する場合、ＨＣＤＳ供給時にノズル２４９ｂより供給するＮ_２ガスの流量は、処理室２０１内のパージ時にノズル２４９ｂより供給するＮ_２ガス、すなわち、パージガスとしてのＮ_２ガスの流量よりも大きくなる。

【0057】

ノズル２４９ｂ，２４９ｃより供給するＮ_２ガスの流量は、上述の流量バランスを満たすものとし、それぞれ、例えば３０００〜６０００ｓｃｃｍの範囲内の所定の流量とする。

【0058】

第１層が形成された後、バルブ２４３ａを閉じ、ＨＣＤＳガスの供給を停止する。このとき、ＡＰＣバルブ２４４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第１層の形成に寄与した後のＨＣＤＳガスを処理室２０１内から排除する。また、このとき、バルブ２４３ｄ〜２４３ｆは開いたままとして、処理室２０１内へパージガスとしてのＮ_２ガスを供給する（パージステップ）。各ガス供給管から供給するＮ_２ガスの供給流量は、例えば５００〜２０００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。

【0059】

［ステップ２］
ステップ１が終了した後、処理室２０１内のウエハ２００、すなわち、ウエハ２００上に形成された第１層に対してＴＥＡガスを供給し排気口２３１ａより排気する。

【0060】

このステップでは、バルブ２４３ｂ，２４３ｄ〜２４３ｆの開閉制御を、ステップ１におけるバルブ２４３ａ，２４３ｄ〜２４３ｆの開閉制御と同様の手順で行う。ＴＥＡガスは、ＭＦＣ２４１ｂにより流量調整され、ノズル２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。このとき、ウエハ２００に対してＴＥＡガスが供給される。

【0061】

ＴＥＡガスの供給流量は、例えば２００〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の所定の流量とする。ＴＥＡガスの供給時間は、例えば１〜１２０秒、好ましくは１〜６０秒の範囲内の所定の時間とする。各ガス供給管から供給するＮ_２ガスの供給流量は、例えば５００〜２０００ｓｃｃｍの範囲内の所定の流量とする。処理室２０１内の圧力は、例えば１〜５０００Ｐａ、好ましくは１〜４０００Ｐａの範囲内の所定の圧力とする。処理室２０１内の圧力をこのような比較的高い圧力帯とすることで、ＴＥＡガスをノンプラズマで熱的に活性化させることが可能となる。ＴＥＡガスは熱で活性化させて供給した方が、比較的ソフトな反応を生じさせることができ、後述する第２層の形成が容易となる。他の処理条件は、ステップ１と同様な処理条件とする。

【0062】

上述の条件下でウエハ２００に対してＴＥＡガスを供給することにより、ステップ１でウエハ２００上に形成された第１層と、ＴＥＡガスと、を反応させることができる。それにより、第１層に含まれる複数のＣｌのうち少なくとも一部のＣｌを第１層から引き抜く（分離させる）とともに、ＴＥＡガスに含まれる複数のエチル基のうち少なくとも一部のエチル基をＴＥＡガスから分離させることができる。そして、少なくとも一部のエチル基が分離したＴＥＡガスのＮと、第１層に含まれるＳｉと、を結合させて、Ｓｉ−Ｎ結合を形成することが可能となる。また、ＴＥＡガスから分離したエチル基に含まれるＣと、第１層に含まれるＳｉと、を結合させて、Ｓｉ−Ｃ結合を形成することも可能となる。これらの結果、第１層中からＣｌが脱離すると共に、第１層中に、Ｃ成分およびＮ成分が新たに取り込まれる。このように、第１層が改質されることで、ウエハ２００上に、第２層として、Ｓｉ、ＣおよびＮを含む層、すなわち、シリコン炭窒化層（ＳｉＣＮ層）が形成される。

【0063】

第２層を形成する際、第１層に含まれていたＣｌや、ＴＥＡガスに含まれていたＨは、ＴＥＡガスによる第１層の改質反応の過程において、ＣｌおよびＨの少なくともいずれかを含むガス状物質を構成し、排気管２３１を介して処理室２０１内から排出される。すなわち、第１層中のＣｌ等の不純物は、第１層中から引き抜かれたり、脱離したりすることで、第１層から分離する。これにより、第２層は、第１層に比べてＣｌ等の不純物が少ない層となる。

【0064】

第２層が形成された後、バルブ２４３ｂを閉じ、ＴＥＡガスの供給を停止する。そして、ステップ１のパージステップと同様の処理手順、処理条件により、処理室２０１内に残留する未反応もしくは第２層の形成に寄与した後のＴＥＡガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する。

【0065】

［ステップ３］
ステップ２が終了した後、処理室２０１内のウエハ２００、すなわち、ウエハ２００上に形成された第２層に対してＯ_２ガスを供給し排気口２３１ａより排気する。

【0066】

このステップでは、バルブ２４３ｃ，２４３ｄ〜２４３ｆの開閉制御を、ステップ１におけるバルブ２４３ａ，２４３ｄ〜２４３ｆの開閉制御と同様の手順で行う。Ｏ_２ガスは、ＭＦＣ２４１ｃにより流量調整され、ノズル２４９ｃ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２００に対してＯ_２ガスが供給される。

【0067】

Ｏ_２ガスの供給流量は、例えば１００〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の所定の流量とする。Ｏ_２ガスの供給時間は、例えば１〜１２０秒、好ましくは１〜６０秒の範囲内の所定の時間とする。各ガス供給管から供給するＮ_２ガスの供給流量は、例えば５００〜２０００ｓｃｃｍの範囲内の所定の流量とする。処理室２０１内の圧力は、例えば１〜４０００Ｐａ、好ましくは１〜３０００Ｐａの範囲内の所定の圧力とする。処理室２０１内の圧力をこのような比較的高い圧力帯とすることで、Ｏ_２ガスをノンプラズマで熱的に活性化させることが可能となる。Ｏ_２ガスは熱で活性化させて供給した方が、比較的ソフトな反応を生じさせることができ、後述する第３層の形成が容易となる。他の処理条件は、例えば、ステップ１と同様な処理条件とする。

【0068】

上述の条件下でウエハ２００に対してＯ_２ガスを供給することにより、第２層の少なくとも一部を改質（酸化）させることができる。すなわち、Ｏ_２ガスに含まれていたＯ成分の少なくとも一部を第２層に添加させ、第２層中にＳｉ−Ｏ結合を形成することができる。第２層が改質されることで、ウエハ２００上に、第３層として、Ｓｉ、Ｏ、ＣおよびＮを含む層、すなわち、シリコン酸炭窒化層（ＳｉＯＣＮ層）が形成される。第３層を形成する際、第２層に含まれていたＣ成分やＮ成分の少なくとも一部は、第２層から脱離することなく第２層中に維持される。

【0069】

第３層を形成する際、第２層に含まれていたＣｌは、Ｏ_２ガスによる改質反応の過程において、少なくともＣｌを含むガス状物質を構成し、処理室２０１内から排出される。すなわち、第２層中のＣｌ等の不純物は、第２層中から引き抜かれたり、脱離したりすることで、第２層から分離する。これにより、第３層は、第２層に比べてＣｌ等の不純物が少ない層となる。

【0070】

第３層が形成された後、バルブ２４３ｃを閉じ、Ｏ_２ガスの供給を停止する。そして、ステップ１のパージステップと同様の処理手順、処理条件により、処理室２０１内に残留する未反応もしくは第３層の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。

【0071】

［所定回数実施］
ステップ１〜３を非同時に、すなわち、同期させることなく行うサイクルを１回以上（ｎ回）行うことにより、ウエハ２００上に、所定組成および所定膜厚のＳｉＯＣＮ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第３層の厚さを所望の膜厚よりも薄くし、第３層を積層することで形成されるＳｉＯＣＮ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。

【0072】

原料としては、ＨＣＤＳガスの他、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）、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ_３、略称：ＴＣＳ）ガス、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ_４、略称：ＳＴＣ）ガス、オクタクロロトリシラン（Ｓｉ_３Ｃｌ_８、略称：ＯＣＴＳ）ガス等のクロロシラン原料ガスを用いることができる。

【0073】

第１反応体としては、ＴＥＡガスの他、例えば、ジエチルアミン（（Ｃ_２Ｈ_５）_２ＮＨ、略称：ＤＥＡ）ガス、モノエチルアミン（Ｃ_２Ｈ_５ＮＨ_２、略称：ＭＥＡ）ガス等のエチルアミン系ガスや、トリメチルアミン（（ＣＨ_３）_３Ｎ、略称：ＴＭｅＡ）ガス、ジメチルアミン（（ＣＨ_３）_２ＮＨ、略称：ＤＭｅＡ）ガス、モノメチルアミン（ＣＨ_３ＮＨ_２、略称：ＭＭｅＡ）ガス等のメチルアミン系ガス等を用いることができる。また、第１反応体としては、トリメチルヒドラジン（（ＣＨ_３）_２Ｎ_２（ＣＨ_３）Ｈ、略称：ＴＭＨ）ガス等のような有機ヒドラジン系ガスを用いることもできる。

【0074】

第２反応体としては、Ｏ_２ガスの他、水蒸気（Ｈ_２Ｏガス）、一酸化窒素（ＮＯ）ガス、亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）ガス、二酸化窒素（ＮＯ_２）ガス、一酸化炭素（ＣＯ）ガス、二酸化炭素（ＣＯ_２）ガス、オゾン（Ｏ_３）ガス、プラズマ励起させたＯ_２（Ｏ_２^＊）ガス、Ｈ_２ガス＋Ｏ_２ガス、Ｈ_２ガス＋Ｏ_３ガス等のＯ含有ガスを用いることができる。

【0075】

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。

【0076】

（アフターパージ及び大気圧復帰）
ウエハ２００上に所望組成、所望膜厚の膜が形成されたら、バルブ２４３ａ〜２４３ｃを閉じ、処理室２０１内への原料、反応体の供給をそれぞれ停止する。また、ガス供給管２３２ｄ〜２３２ｆのそれぞれからパージガスとしての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）。

【0077】

（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、マニホールド２０９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マニホールド２０９の下端から反応管２０３の外部に搬出（ボートアンロード）される。ボートアンロードの後は、シャッタ２１９ｓが移動させられ、マニホールド２０９の下端開口がＯリング２２０ｃを介してシャッタ２１９ｓによりシールされる（シャッタクローズ）。処理済のウエハ２００は、反応管２０３の外部に搬出された後、ボート２１７より取り出されることとなる（ウエハディスチャージ）。

【0078】

（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。

【0079】

（ａ）ＨＣＤＳガス供給時に、ノズル２４９ｂより供給するＮ_２ガスの流量を、ノズル２４９ａより供給するＮ_２ガスの流量よりも大きくすることで、ベアウエハとして構成されたウエハ２００上に形成されるＳｉＯＣＮ膜の面内膜厚分布を、中央凸分布とすることが可能となる。これにより、ウエハ２００としてパターンウエハを用いる場合に、このウエハ２００上に、フラット分布を有するＳｉＯＣＮ膜を形成することが可能となる。なお、ノズル２４９ｂより供給するＮ_２ガスの流量を、ノズル２４９ａより供給するＨＣＤＳガスの流量とＮ_２ガスの流量との合計流量よりも大きくすることで、上述の中央凸分布をより確実に実現できるようになる。

【0080】

ウエハ２００上に形成される膜の面内膜厚分布がウエハ２００の表面積に依存するのは、いわゆるローディング効果によるものと考えられる。成膜対象のウエハ２００の表面積が大きくなるほど、ＨＣＤＳガス等の原料がウエハ２００の周縁部で多量に消費され、その中心部へ届きにくくなる。この場合、ウエハ２００上に形成される膜の膜厚分布が、ウエハ２００の周縁部が最も厚く、中心部に近づくにつれて徐々に薄くなる分布（以下、中央凹分布とも称する）となる。

【0081】

本実施形態によれば、ウエハ２００として表面積の大きなパターンウエハを用いる場合であっても、ノズル２４９ｂ，２４９ａより供給するＮ_２ガスの流量バランスを上述のように設定することで、ウエハ２００上に形成される膜の面内膜厚分布を中央凹分布からフラット分布へと矯正したり、さらには、中央凸分布へと矯正したりする等、自在に制御することが可能となる。

【0082】

（ｂ）ＨＣＤＳガス供給時に、ノズル２４９ｃより供給するＮ_２ガスの流量を、ノズル２４９ａより供給するＮ_２ガスの流量よりも大きくすることで、上述の中央凸分布をより確実に実現できるようになる。

【0083】

（ｃ）ノズル２４９ｂより供給するＮ_２ガスの流量を、ノズル２４９ｃより供給するＮ_２ガスの流量以上の流量とすることで、上述の膜厚分布制御を、効率的に、すなわち、少ないＮ_２ガスの消費量で低コストに実現することが可能となる。これは上述したように、ノズル２４９ｂが、ノズル２４９ｃよりも、排気口２３１ａから遠い位置に配置されているためである。

【0084】

（ｄ）ＳｉＯＣＮ膜の面内膜厚分布の制御を行う際、ノズル２４９ａ〜２４９ｃの他に新たなノズルを設ける必要がなく、ＴＥＡガスの供給やＯ_２ガスの供給に用いる既存のノズル２４９ｂ，２４９ｃを流用できることから、基板処理装置の製造コストやメンテナンスコストの増加を回避することができる。

【0085】

（ｅ）上述の効果は、ＨＣＤＳガス以外の原料ガスを用いる場合や、ＴＥＡガス以外のＣおよびＮを含むガスを用いる場合や、Ｏ_２ガス以外の酸化ガスを用いる場合や、Ｎ_２ガス以外の不活性ガスを用いる場合にも、同様に得ることができる。

【0086】

（４）変形例
本実施形態における成膜ステップは、以下に示す変形例のように変更することができる。

【0087】

（変形例１）
図５に示すように、ＨＣＤＳガス供給時に、ノズル２４９ｂより供給するＮ_２ガスの流量を、ノズル２４９ａより供給するＮ_２ガスの流量よりも大きくした状態で、ノズル２４９ｃより供給するＮ_２ガスの流量を、ノズル２４９ａより供給するＮ_２ガスの流量以下としてもよい。図５は、ノズル２４９ｃより供給するＮ_２ガスの流量を、ノズル２４９ａより供給するＮ_２ガスの流量と同等とする例を示している。この場合、ウエハ２００上に形成されるＳｉＯＣＮ膜の中央凸分布の度合いを、図４に示す成膜シーケンスの場合よりも和らげる方向に、すなわち、ＳｉＯＣＮ膜の面内膜厚分布を中央凸分布からフラット分布に近づける方向に制御することが可能となる。ウエハ２００として、比較的表面積の小さなパターンウエハ（但し、ベアウエハよりは表面積が大きい）を用いる場合には、本変形例の成膜シーケンスを採用することで、このウエハ２００上に、フラット分布を有するＳｉＯＣＮ膜を形成することが可能となる。なお、ＨＣＤＳガスのノズル２４９ｃ内への侵入を抑制するには、ＨＣＤＳガス供給時に、ノズル２４９ｃからのＮ_２ガスの供給を不実施とすることなく、例えば、ノズル２４９ａより供給するＮ_２ガスの流量と同等の流量条件で実施するのが好ましい。

【0088】

（変形例２）
ＨＣＤＳガス供給時に、ノズル２４９ｃより供給するＮ_２ガスの流量を、ノズル２４９ａより供給するＮ_２ガスの流量よりも大きくした状態で、ノズル２４９ｂより供給するＮ_２ガスの流量を、ノズル２４９ｃより供給するＮ_２ガスの流量より小さくしてもよい。この場合、ウエハ２００上に形成されるＳｉＯＣＮ膜の中央凸分布の度合いを、変形例１の場合よりも和らげる方向に、すなわち、ＳｉＯＣＮ膜の面内膜厚分布をさらにフラット分布に近づける方向に、制御することが可能となる。

【0089】

この場合、図６に示すように、ノズル２４９ｂより供給するＮ_２ガスの流量を、ノズル２４９ａより供給するＮ_２ガスの流量以下とすることで、ＳｉＯＣＮ膜の面内膜厚分布をさらにフラット分布に近づける方向に制御することが可能となる。ウエハ２００として、ベアウエハと同程度、或いは、ベアウエハよりも僅かに大きな表面積を有するパターンウエハを用いる場合には、本変形例の成膜シーケンスを採用することで、このウエハ２００上に、フラット分布を有するＳｉＯＣＮ膜を形成することが可能となる。なお、ＨＣＤＳガスのノズル２４９ｂ内への侵入を抑制するには、ＨＣＤＳガス供給時に、ノズル２４９ｂからのＮ_２ガスの供給を不実施とすることなく、例えば、ノズル２４９ａより供給するＮ_２ガスの流量と同等の流量条件で実施するのが好ましい。

【0090】

なお、本変形例では、ＨＣＤＳガス供給時に、ノズル２４９ｃより供給するＮ_２ガスの流量を、ノズル２４９ａより供給するＨＣＤＳガスの流量とＮ_２ガスの流量との合計流量よりも大きくすることで、ＳｉＯＣＮ膜の面内膜厚分布を、中央凹分布ではなく、フラット分布とすることが、より確実に行えるようになる。

【0091】

Ｎ_２ガスの流量バランスを本変形例のように設定する場合、ＨＣＤＳ供給時にノズル２４９ｃより供給するＮ_２ガスの流量は、ＨＣＤＳ非供給時にノズル２４９ｃより供給するＮ_２ガスの流量よりも大きくなる。例えば、ＨＣＤＳ供給時にノズル２４９ｃより供給するＮ_２ガスの流量は、ステップ２におけるＴＥＡガス供給時にノズル２４９ｃより供給するＮ_２ガスの流量よりも大きくなり、また、ステップ３におけるＯ_２ガス供給時にノズル２４９ｃより供給するＮ_２ガスの流量よりも大きくなる。また、Ｎ_２ガスの流量バランスを上述のように設定する場合、ＨＣＤＳ供給時にノズル２４９ｃより供給するＮ_２ガスの流量は、処理室２０１内のパージ時にノズル２４９ｃより供給するＮ_２ガスの流量よりも大きくなる。

【0092】

（変形例３）
図７に示すように、ＨＣＤＳガス供給時に、ノズル２４９ｂおよびノズル２４９ｃのそれぞれより供給するＮ_２ガスの流量を、ノズル２４９ａより供給するＮ_２ガスの流量と同等としてもよい。この場合、ウエハ２００上に形成されるＳｉＯＣＮ膜の膜厚分布を、フラット分布から中央凹分布へと近づけることが可能となる。

【0093】

（変形例４）
原料として、例えば、１，１，２，２−テトラクロロ−１，２−ジメチルジシラン（（ＣＨ_３）_２Ｓｉ_２Ｃｌ_４、略称：ＴＣＤＭＤＳ）ガスのようなアルキルハロシラン原料ガスや、トリスジメチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ_３）_２］_３Ｈ、略称：３ＤＭＡＳ）ガスやビス（ジエチルアミノ）シラン（ＳｉＨ_２［Ｎ（Ｃ_２Ｈ_５）_２］_２、略称：ＢＤＥＡＳ）ガスのようなアミノシラン原料ガスを用いてもよい。また、モノシラン（ＳｉＨ_４）ガス、ジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６）ガスのようなシラン原料ガスを用いてもよい。

【0094】

また、反応体として、例えば、プロピレン（Ｃ_３Ｈ_６）ガスのようなＣ含有ガスや、アンモニア（ＮＨ_３）ガスのようなＮ含有ガス（窒化剤）を用いてもよい。また、酸化剤として、Ｏ_３ガスやＯ_２^＊ガスを用いてもよい。

【0095】

そして、例えば以下の成膜シーケンスにより、ウエハ２００上に、ＳｉＯＣＮ膜、ＳｉＯＣ膜、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜）、シリコン炭窒化膜（ＳｉＣＮ膜）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）、シリコン酸化膜（ＳｉＯ膜）を形成するようにしてもよい。

【0096】

（ＨＣＤＳ→ＴＥＡ→Ｏ_２）×ｎ ⇒ ＳｉＯＣ（Ｎ）
（ＨＣＤＳ→Ｃ_３Ｈ_６→Ｏ_２→ＮＨ_３）×ｎ ⇒ ＳｉＯＣＮ
（ＨＣＤＳ→Ｃ_３Ｈ_６→ＮＨ_３→Ｏ_２）×ｎ ⇒ ＳｉＯＣＮ
（Ｃ_３Ｈ_６→ＨＣＤＳ→Ｃ_３Ｈ_６→Ｏ_２→ＮＨ_３）×ｎ ⇒ ＳｉＯＣＮ
（Ｃ_３Ｈ_６→ＨＣＤＳ→Ｃ_３Ｈ_６→ＮＨ_３→Ｏ_２）×ｎ ⇒ ＳｉＯＣＮ
（ＴＣＤＭＤＳ→ＮＨ_３→Ｏ_２）×ｎ ⇒ ＳｉＯＣＮ
（ＨＣＤＳ→ＮＨ_３→Ｏ_２）×ｎ ⇒ ＳｉＯＮ
（ＨＣＤＳ→Ｃ_３Ｈ_６→ＮＨ_３）×ｎ ⇒ ＳｉＣＮ
（ＴＣＤＭＤＳ→ＮＨ_３）×ｎ ⇒ ＳｉＣＮ
（ＨＣＤＳ→ＴＥＡ）×ｎ ⇒ ＳｉＣＮ
（ＨＣＤＳ→ＮＨ_３）×ｎ ⇒ ＳｉＮ
（３ＤＭＡＳ→Ｏ_３）×ｎ ⇒ ＳｉＯ
（ＢＤＥＡＳ→Ｏ_２^＊）×ｎ ⇒ ＳｉＯ

【0097】

これらの成膜シーケンスにおいても、原料供給時に、ノズル２４９ａ〜２４９ｃより供給するＮ_２ガスの流量バランスの制御を、図４に示す成膜シーケンスや変形例１〜３と同様に行うことで、これらと同様の効果が得られる。なお、Ｃ_３Ｈ_６ガスの供給は、例えばノズル２４９ａから行うことができ、ＮＨ_３ガスの供給は、例えばノズル２４９ｂから行うことができる。原料や反応体を供給する際の処理手順、処理条件は、図４に示す成膜シーケンスや変形例１〜３と同様とすることができる。

【0098】

＜他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態を具体的に説明した。但し、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

【0099】

上述の実施形態では、ノズル２４９ａ〜２４９ｃからＨＣＤＳガス、ＴＥＡガス、Ｏ_２ガスをそれぞれ供給する例について説明したが、本発明はこのような態様に限定されない。例えば、ノズル２４９ａ〜２４９ｃから、ＨＣＤＳガス、Ｏ_２ガス、ＴＥＡガスをそれぞれ供給してもよく、ＴＥＡガス、Ｏ_２ガス、ＨＣＤＳガスをそれぞれ供給してもよく、Ｏ_２ガス、ＴＥＡガス、ＨＣＤＳガスをそれぞれ供給してもよい。これらの場合であっても、ＨＣＤＳガス供給時に、ノズル２４９ａ〜２４９ｃより供給するＮ_２ガスの流量バランスの制御を、図４に示す成膜シーケンスや変形例１〜３と同様に行うことで、これらと同様の効果が得られる。

【0100】

上述の実施形態では、ＨＣＤＳガス供給時に、ノズル２４９ａ〜２４９ｃより供給するＮ_２ガスの流量バランスの制御を行う例について説明したが、本発明はこのような態様に限定されない。例えば、ＨＣＤＳガス供給時ではなく、ＴＥＡガス供給時に、上述のＮ_２ガスの流量バランスの制御を行うようにしてもよい。この場合、ウエハ２００上に形成される膜の、ウエハ２００面内におけるＮ濃度の分布やＣ濃度の分布を制御することが可能となる。また例えば、Ｏ_２ガス供給時に、上述のＮ_２ガスの流量バランスの制御を行うようにしてもよい。この場合、ウエハ２００上に形成される膜の、ウエハ２００面内におけるＯ濃度の分布を制御することが可能となる。ＴＥＡガス供給時やＯ_２ガス供給時におけるＮ_２ガスの流量バランスの制御は、図４に示す成膜シーケンスや変形例１〜３と同様の処理条件、処理手順により行うことができる。

【0101】

上述の実施形態では、基板上に主元素としてＳｉを含む膜を形成する例について説明したが、本発明はこのような態様に限定されない。すなわち、本発明は、Ｓｉの他、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ボロン（Ｂ）等の半金属元素を主元素として含む膜を基板上に形成する場合にも、好適に適用することができる。また、本発明は、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属元素を主元素として含む膜を基板上に形成する場合にも、好適に適用することができる。

【0102】

例えば、原料として、チタニウムテトラクロライド（ＴｉＣｌ_４）ガスやトリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ_３）_３、略称：ＴＭＡ）ガスを用い、以下に示す成膜シーケンスにより、基板上に、チタン酸炭窒化膜（ＴｉＯＣＮ膜）、チタン酸炭化膜（ＴｉＯＣ膜）、チタン酸窒化膜（ＴｉＯＮ膜）、チタンアルミニウム炭窒化膜（ＴｉＡｌＣＮ膜）、チタンアルミニウム炭化膜（ＴｉＡｌＣ膜）、チタン窒化膜（ＴｉＮ膜）、チタン酸化膜（ＴｉＯ膜）を形成する場合にも、本発明は好適に用いることができる。

【0103】

（ＴｉＣｌ_４→ＴＥＡ→Ｏ_２）×ｎ ⇒ ＴｉＯＣ（Ｎ）
（ＴｉＣｌ_４→ＮＨ_３→Ｏ_２）×ｎ ⇒ ＴｉＯＮ
（ＴｉＣｌ_４→ＴＭＡ→ＮＨ_３）×ｎ ⇒ ＴｉＡｌＣＮ
（ＴｉＣｌ_４→ＴＭＡ）×ｎ ⇒ ＴｉＡｌＣ
（ＴｉＣｌ_４→ＴＥＡ）×ｎ ⇒ ＴｉＣＮ
（ＴｉＣｌ_４→ＮＨ_３）×ｎ ⇒ ＴｉＮ
（ＴｉＣｌ_４→Ｈ_２Ｏ）×ｎ ⇒ ＴｉＯ

【0104】

基板処理に用いられるレシピは、処理内容に応じて個別に用意し、電気通信回線や外部記憶装置１２３を介して記憶装置１２１ｃ内に格納しておくことが好ましい。そして、処理を開始する際、ＣＰＵ１２１ａが、記憶装置１２１ｃ内に格納された複数のレシピの中から、基板処理の内容に応じて、適正なレシピを適宜選択することが好ましい。これにより、１台の基板処理装置で様々な膜種、組成比、膜質、膜厚の膜を、再現性よく形成することができるようになる。また、オペレータの負担を低減でき、操作ミスを回避しつつ、処理を迅速に開始できるようになる。

【0105】

上述のレシピは、新たに作成する場合に限らず、例えば、基板処理装置に既にインストールされていた既存のレシピを変更することで用意してもよい。レシピを変更する場合は、変更後のレシピを、電気通信回線や当該レシピを記録した記録媒体を介して、基板処理装置にインストールしてもよい。また、既存の基板処理装置が備える入出力装置１２２を操作し、基板処理装置に既にインストールされていた既存のレシピを直接変更するようにしてもよい。

【0106】

上述の実施形態では、一度に複数枚の基板を処理するバッチ式の基板処理装置を用いて膜を形成する例について説明した。本発明は上述の実施形態に限定されず、例えば、一度に１枚または数枚の基板を処理する枚葉式の基板処理装置を用いて膜を形成する場合にも、好適に適用できる。また、上述の実施形態では、ホットウォール型の処理炉を有する基板処理装置を用いて膜を形成する例について説明した。本発明は上述の実施形態に限定されず、コールドウォール型の処理炉を有する基板処理装置を用いて膜を形成する場合にも、好適に適用できる。

【0107】

これらの基板処理装置を用いる場合においても、上述の実施形態や変形例と同様なシーケンス、処理条件にて成膜を行うことができ、これらと同様の効果が得られる。

【0108】

また、上述の実施形態や変形例は、適宜組み合わせて用いることができる。このときの処理手順、処理条件は、例えば、上述の実施形態の処理手順、処理条件と同様とすることができる。

【0109】

上述の実施形態や変形例の手法により形成されるＳｉＯＣＮ膜等は、低誘電率と高エッチング耐性を併せ持つことから、従来のＳｉＯ膜やＳｉＮ膜に代わり、絶縁膜、スペーサ膜、マスク膜、電荷蓄積膜、ストレス制御膜等として広く用いることが可能である。近年、半導体デバイスの微細化に伴い、ウエハ上に形成される膜に対して面内膜厚均一性の要求が厳しくなっている。高密度パターンが表面に形成されたパターンウエハ上へフラット分布を有する膜を形成することが可能な本発明は、この要求に答える技術として非常に有益であると考えられる。

【実施例】

【0110】

以下、上述の実施形態で得られる効果を裏付ける実験結果について説明する。

【0111】

（実施例１）
図１に示す基板処理装置を用い、ウエハに対してＨＣＤＳガス、ＴＥＡガス、Ｏ_２ガスをこの順に非同時に供給するサイクルを所定回数行う成膜シーケンスにより、ウエハ上にＳｉＯＣＮ膜が形成されたサンプル１〜３を作製した。ウエハとしては表面に凹凸構造が形成されていないベアウエハを用いた。サンプル１を作製する際、ＨＣＤＳガス供給時における第２、第３ノズルからのＮ_２ガスの供給流量を、それぞれ、２５００〜３５００ｓｃｃｍの範囲内の流量とした。サンプル２を作製する際、ＨＣＤＳガス供給時における第２、第３ノズルからのＮ_２ガスの供給流量を、それぞれ、１０００〜２０００ｓｃｃｍの範囲内の流量とした。サンプル３を作製する際、ＨＣＤＳガス供給時における第２、第３ノズルからのＮ_２ガスの供給流量を、それぞれ、４００〜６００ｓｃｃｍの範囲内の流量とした。いずれの場合も、ＨＣＤＳガス供給時における第１ノズルからのＮ_２ガスの供給流量を、４００〜６００ｓｃｃｍの範囲内の流量とした。他の処理条件は、上述の実施形態における処理条件と同様とした。

【0112】

そして、サンプル１〜３のＳｉＯＣＮ膜の面内膜厚分布をそれぞれ測定した。図８にその測定結果を示す。図８の縦軸は膜厚［Å］を、横軸は測定位置のウエハの中心からの距離［ｍｍ］をそれぞれ示している。横軸が０［ｍｍ］とはウエハの中心を意味している。図中□、●、△印はそれぞれサンプル１〜３の評価結果を示している。図８によれば、ＨＣＤＳガス供給時における第２、第３ノズルからのＮ_２ガスの供給流量を大きくするほど、ＳｉＯＣＮ膜の面内膜厚分布がフラット分布から中央凸分布に近づき、その度合いが大きくなることが分かる。

【0113】

（実施例２）
図１に示す基板処理装置を用い、ウエハに対してＨＣＤＳガス、Ｃ_３Ｈ_６ガス、ＮＨ_３ガス、Ｏ_２ガスをこの順に非同時に供給するサイクルを所定回数行う成膜シーケンスにより、ウエハ上にＳｉＯＣＮ膜が形成されたサンプル４〜６を作製した。ウエハとしては表面に凹凸構造が形成されていないベアウエハを用いた。サンプル４を作製する際、ＨＣＤＳガス供給時における第２ノズルからのＮ_２ガスの供給流量を５０００〜７０００ｓｃｃｍの範囲内の流量とし、第３ノズルからのＮ_２ガスの供給流量を４００〜６００ｓｃｃｍの範囲内の流量とした。サンプル５を作製する際、ＨＣＤＳガス供給時における第２ノズルからのＮ_２ガスの供給流量を４００〜６００ｓｃｃｍの範囲内の流量とし、第３ノズルからのＮ_２ガスの供給流量を５０００〜７０００ｓｃｃｍの範囲内の流量とした。サンプル６を作製する際、ＨＣＤＳガス供給時における第２、第３ノズルからのＮ_２ガスの供給流量をそれぞれ４００〜６００ｓｃｃｍの範囲内の流量とした。いずれの場合も、ＨＣＤＳガス供給時における第１ノズルからのＮ_２ガスの供給流量を４００〜６００ｓｃｃｍの範囲内の流量とした。他の処理条件は、上述の実施形態における処理条件と同様とした。

【0114】

そして、サンプル４〜６のＳｉＯＣＮ膜の面内膜厚分布をそれぞれ測定した。図９（ａ）〜図９（ｃ）にサンプル４〜６の測定結果をそれぞれ示す。これらの図の縦軸は膜厚［Å］を、横軸は測定位置のウエハの中心からの距離［ｍｍ］をそれぞれ示している。

【0115】

図９（ａ）によれば、ＨＣＤＳガス供給時に、第２ノズルより供給するＮ_２ガスの流量を、第１ノズルより供給するＮ_２ガスの流量よりも大きくし、第３ノズルより供給するＮ_２ガスの流量を、第１ノズルより供給するＮ_２ガスの流量と同等とすることで作製したサンプル４では、ＳｉＯＣＮ膜の面内膜厚分布が中央凸分布となっていることが分かる。

【0116】

図９（ｂ）によれば、ＨＣＤＳガス供給時に、第２ノズルより供給するＮ_２ガスの流量を、第１ノズルより供給するＮ_２ガスの流量と同等し、第３ノズルより供給するＮ_２ガスの流量を、第１ノズルより供給するＮ_２ガスの流量よりも大きくすることで作製したサンプル５では、ＳｉＯＣＮ膜の面内膜厚分布がフラット分布となっていることが分かる。

【0117】

図９（ｃ）によれば、ＨＣＤＳガス供給時に、第２ノズルおよび第３ノズルのそれぞれより供給するＮ_２ガスの流量を、第１ノズルより供給するＮ_２ガスの流量と同等とすることで作製したサンプル６では、ＳｉＯＣＮ膜の面内膜厚分布が中央凹分布となっていることが分かる。

【0118】

＜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。

【0119】

（付記１）
本発明の一態様によれば、
基板に対して第１ノズルより原料を供給し排気口より排気する工程と、
前記基板に対して前記第１ノズルよりも前記排気口から遠い側に配置された第２ノズルより第１反応体を供給し前記排気口より排気する工程と、
前記基板に対して前記第２ノズルよりも前記排気口に近い側に配置された第３ノズルより第２反応体を供給し前記排気口より排気する工程と、
を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで前記基板上に膜を形成する工程を有し、
前記原料供給時に、前記第２ノズルより供給する不活性ガスの流量と、前記第３ノズルより供給する不活性ガスの流量と、前記第１ノズルより供給する不活性ガスの流量と、のバランスを制御することで、前記基板上に形成する前記膜の基板面内膜厚分布を制御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。

【0120】

（付記２）
付記１に記載の方法であって、好ましくは、
前記原料供給時に、前記第２ノズルより供給する不活性ガスの流量を、前記第１ノズルより供給する不活性ガスの流量よりも大きくする。

【0121】

（付記３）
付記２に記載の方法であって、好ましくは、
前記原料供給時に、前記第２ノズルより供給する不活性ガスの流量を、前記第１ノズルより供給する原料の流量と不活性ガスの流量との合計流量よりも大きくする。

【0122】

（付記４）
付記２または３に記載の方法であって、好ましくは、
前記原料供給時に、前記第３ノズルより供給する不活性ガスの流量を、前記第１ノズルより供給する不活性ガスの流量よりも大きくする。

【0123】

（付記５）
付記４に記載の方法であって、好ましくは、
前記原料供給時に、前記第２ノズルより供給する不活性ガスの流量を、前記第３ノズルより供給する不活性ガスの流量以上とする。より好ましくは、前記第２ノズルより供給する不活性ガスの流量を、前記第３ノズルより供給する不活性ガスの流量より大きくする。

【0124】

（付記６）
付記２または３に記載の方法であって、好ましくは、
前記原料供給時に、前記第３ノズルより供給する不活性ガスの流量を、前記第１ノズルより供給する不活性ガスの流量以下とする。より好ましくは、前記第３ノズルより供給する不活性ガスの流量を、前記第１ノズルより供給する不活性ガスの流量と同等とする。

【0125】

（付記７）
付記１に記載の方法であって、好ましくは、
前記原料供給時に、前記第２ノズルより供給する不活性ガスの流量を、前記第３ノズルより供給する不活性ガスの流量より小さくし、
前記第３ノズルより供給する不活性ガスの流量を、前記第１ノズルより供給する不活性ガスの流量よりも大きくする。

【0126】

（付記８）
付記７に記載の方法であって、好ましくは、
前記原料供給時に、前記第３ノズルより供給する不活性ガスの流量を、前記第１ノズルより供給する原料の流量と不活性ガスの流量との合計流量よりも大きくする。

【0127】

（付記９）
付記７または８に記載の方法であって、好ましくは、
前記原料供給時に、前記第２ノズルより供給する不活性ガスの流量を、前記第１ノズルより供給する不活性ガスの流量と同等とする。

【0128】

（付記１０）
付記１に記載の方法であって、好ましくは、
前記原料供給時に、前記第２ノズルおよび前記第３ノズルのそれぞれより供給する不活性ガスの流量を、前記第１ノズルより供給する不活性ガスの流量と同等とする。

【0129】

（付記１１）
本発明の他の態様によれば、
基板に対して処理が行われる処理室と、
前記処理室内を排気口より排気する排気系と、
前記処理室内へ第１ノズルより原料を供給する原料供給系と、
前記処理室内へ前記第１ノズルよりも前記排気口から遠い側に配置された第２ノズルより第１反応体を供給する第１反応体供給系と、
前記処理室内へ前記第２ノズルよりも前記排気口に近い側に配置された第３ノズルより第２反応体を供給する第２反応体供給系と、
前記処理室内へ前記第１ノズル、前記第２ノズルおよび前記第３ノズルより不活性ガスを供給する不活性ガス供給系と、
前記処理室内において、基板に対して前記第１ノズルより前記原料を供給し前記排気口より排気する処理と、前記基板に対して前記第２ノズルより前記第１反応体を供給し前記排気口より排気する処理と、前記基板に対して前記第３ノズルより前記第２反応体を供給し前記排気口より排気する処理と、を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで前記基板上に膜を形成する処理を行わせ、前記原料供給時に、前記第２ノズルより供給する不活性ガスの流量と、前記第３ノズルより供給する不活性ガスの流量と、前記第１ノズルより供給する不活性ガスの流量と、のバランスを制御することで、前記基板上に形成する前記膜の基板面内膜厚分布を制御するように、前記原料供給系、前記第１反応体供給系、前記第２反応体供給系、前記不活性ガス供給系、および前記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が提供される。

【0130】

（付記１２）
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第１ノズルより原料を供給し排気口より排気する手順と、
前記処理室内の前記基板に対して前記第１ノズルよりも前記排気口から遠い側に配置された第２ノズルより第１反応体を供給し前記排気口より排気する手順と、
前記処理室内の前記基板に対して前記第２ノズルよりも前記排気口に近い側に配置された第３ノズルより第２反応体を供給し前記排気口より排気する手順と、
を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで前記基板上に膜を形成する手順と、
前記原料供給時に、前記第２ノズルより供給する不活性ガスの流量と、前記第３ノズルより供給する不活性ガスの流量と、前記第１ノズルより供給する不活性ガスの流量と、のバランスを制御することで、前記基板上に形成する前記膜の基板面内膜厚分布を制御する手順と、
をコンピュータによって前記基板処理装置に実行させるプログラム、または、該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。

【符号の説明】

【0131】

２００ ウエハ（基板）
２４９ａ ノズル（第１ノズル）
２４９ｂ ノズル（第２ノズル）
２４９ｃ ノズル（第３ノズル）
２３１ａ 排気口

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】