特許 6573578 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】6573578

(24)【登録日】2019年8月23日

(45)【発行日】2019年9月11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 21/316 20060101AFI20190902BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20190902BHJP

   C23C 16/56 20060101ALI20190902BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/316 C

   H01L21/31 E

   C23C16/56

【請求項の数】16

【全頁数】26

(21)【出願番号】特願2016-108627(P2016-108627)

(22)【出願日】2016年5月31日

(65)【公開番号】特開2017-216335(P2017-216335A)

(43)【公開日】2017年12月7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】原田 勝吉

(72)【発明者】

【氏名】高澤 裕真

(72)【発明者】

【氏名】島本 聡

(72)【発明者】

【氏名】八田 啓希

【審査官】 長谷川 直也

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００２−５００４５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００３／００６８４３７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２００９−５３９２６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１６／０２７３６９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００５−３４７６３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０６７７４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２６０７５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２４４４５６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／０２、２１／２０５、２１／３１−２１／３２、

２１／３６５、２１／４６９−２１／４７５、２１／８６、

Ｃ２３Ｃ １６／００−１６／５６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１温度とした基板に対して所定元素を含む原料を供給し、前記基板上に、前記所定元素を含む膜を形成する成膜工程と、
第１の酸素含有ガスを含む雰囲気下で、前記基板の温度を前記第１温度よりも高い第２温度へ変更する昇温工程と、
第２の酸素含有ガスを含む雰囲気下で、前記基板の温度を前記第２温度に維持し、前記膜を酸化させる酸化工程と、
を同一の処理室内で行う工程を有し、
前記昇温工程における前記処理室内の圧力を、前記成膜工程における前記処理室内の圧力よりも大きな圧力とする半導体装置の製造方法。

【請求項2】

前記昇温工程における前記処理室内の圧力を、前記酸化工程における前記処理室内の圧力よりも大きな圧力とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項3】

前記酸化工程は、前記基板に対して前記第２の酸素含有ガスと水素含有ガスとを同時に供給する期間を含む請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項4】

前記第１の酸素含有ガスと前記第２の酸素含有ガスとは同一の分子構造を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項5】

前記第１の酸素含有ガスと前記第２の酸素含有ガスとは異なる分子構造を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項6】

前記第１の酸素含有ガスとして、前記第２の酸素含有ガスよりも酸化力が小さいガスを用いる請求項５に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項7】

前記第１の酸素含有ガスとして窒素を含むガスを用い、前記第２の酸素含有ガスとして窒素非含有のガスを用いる請求項５または６に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項8】

前記第１の酸素含有ガスとして、亜酸化窒素、一酸化窒素、および二酸化窒素からなる群より選択される少なくとも１つを含むガスを用い、
前記第２の酸素含有ガスとして、酸素、オゾン、原子状酸素、酸素ラジカル、および水酸基ラジカルからなる群より選択される少なくとも１つを含むガスを用いる請求項５〜７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項9】

前記昇温工程における前記第１の酸素含有ガスの供給流量を、前記酸化工程における前記第２の酸素含有ガスの供給流量以下の流量とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項10】

前記昇温工程では、前記膜の全体を酸化させることなく前記膜の表面を酸化させ、
前記酸化工程では、前記膜の全体を酸化させる請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項11】

前記昇温工程では、前記膜を、その最表面から０．０５ｎｍ以上１ｎｍ以下の深さにわたり酸化させる請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項12】

前記酸化工程では、前記膜の全体と、前記膜の下地の表面と、をそれぞれ酸化させる請求項１０または１１に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項13】

前記酸化工程では、前記膜の下地を、前記膜との界面から０．０５ｎｍ以上１ｎｍ以下の深さにわたり酸化させる請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項14】

前記原料として水素化ケイ素を含むガス用いる請求項１〜１３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項15】

基板を収容する処理室と、
前記処理室内の基板に対して、所定元素を含む原料、第１の酸素含有ガス、および第２の酸素含有ガスを供給する供給系と、
前記処理室内の基板を加熱する加熱機構と、
第１温度とした基板に対して前記原料を供給し、前記基板上に、前記所定元素を含む膜を形成する成膜処理と、前記第１の酸素含有ガスを含む雰囲気下で、前記基板の温度を前記第１温度よりも高い第２温度へ変更する昇温処理と、前記第２の酸素含有ガスを含む雰囲気下で、前記基板の温度を前記第２温度に維持し、前記膜を酸化させる酸化処理と、を同一の前記処理室内で行わせ、前記昇温処理における前記処理室内の圧力を、前記成膜処理における前記処理室内の圧力よりも大きな圧力とするように、前記供給系および前記加熱機構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16】

第１温度とした基板に対して所定元素を含む原料を供給し、前記基板上に、前記所定元素を含む膜を形成する成膜手順と、
第１の酸素含有ガスを含む雰囲気下で、前記基板の温度を前記第１温度よりも高い第２温度へ変更する昇温手順と、
第２の酸素含有ガスを含む雰囲気下で、前記基板の温度を前記第２温度に維持し、前記膜を酸化させる酸化手順と、
を同一の処理室内で行う手順と、
前記昇温手順における前記処理室内の圧力を、前記成膜手順における前記処理室内の圧力よりも大きな圧力とする手順と、
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。

【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、シリコン（Ｓｉ）等の所定元素を含む酸化膜を形成する成膜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】特開平１１−６７７４７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、基板上に形成する酸化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】

【0005】

本発明の一態様によれば、
第１温度とした基板に対して所定元素を含む原料を供給し、前記基板上に、前記所定元素を含む膜を形成する成膜工程と、
第１の酸素含有ガスを含む雰囲気下で、前記基板の温度を前記第１温度よりも高い第２温度へ変更する昇温工程と、
第２の酸素含有ガスを含む雰囲気下で、前記基板の温度を前記第２温度に維持し、前記膜を酸化させる酸化工程と、
を同一の処理室内で行う技術が提供される。

【発明の効果】

【0006】

本発明によれば、基板上に形成する酸化膜の膜質を向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【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】本発明の一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】本発明の一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ステップのガス供給シーケンスを示す図である。

【図5】（ａ）は本発明の一実施形態の基板処理シーケンスを示す図であり、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ、成膜ステップ、昇温ステップおよび酸化ステップを実施した後のウエハ表面の断面構造をそれぞれ示す図である。

【図6】（ａ）はＳｉ膜中に含まれるＳｉがマイグレーションして凝集したり、Ｓｉ膜中から脱離したりする様子を示す図であり、（ｂ）はＳｉ膜の表面が酸化されることによってＳｉの凝集や脱離が抑制される様子を示す図である。

【図7】ＳｉＯ膜の表面ラフネスの評価結果を示す図である。

【図8】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、ＳｉＯ膜の表面のＡＦＭ画像を示す図である。

【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を用いて説明する。

【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、ノズル２４９ａ，２４９ｂ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，２４９ｂには、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂがそれぞれ接続されている。

【0012】

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、ＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄおよびバルブ２４３ｃ，２４３ｄがそれぞれ設けられている。

【0013】

ノズル２４９ａ，２４９ｂ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，２４９ｂは、ウエハ２００が配列されるウエハ配列領域の側方の、ウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域に沿うようにそれぞれ設けられている。ノズル２４９ａ，２４９ｂ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、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。ガス供給孔２５０ａ，２５０ｂ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、第１の原料（原料ガス）として、所定元素（主元素）としてのＳｉとハロゲン元素とを含むハロシラン原料ガスが、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。第１の原料ガスとしては、例えば、ＳｉおよびＣｌを含むクロロシラン原料ガスを用いることができる。クロロシラン原料ガスとしては、例えば、ジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、略称：ＤＣＳ）ガスを用いることができる。

【0015】

ガス供給管２３２ｂからは、第２の原料（原料ガス）として、所定元素（主元素）としてのＳｉを含みハロゲン元素非含有のシラン原料ガスが、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂ、ノズル２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給される。第２の原料ガスとしては、例えば、水素化ケイ素ガスを用いることができる。水素化ケイ素ガスとしては、例えば、ジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６、略称：ＤＳ）ガスを用いることができる。

【0016】

ガス供給管２３２ａからは、酸素（Ｏ）含有ガスが、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａ、ノズル２４９ａを介して処理室２０１内へ供給される。本明細書では、後述する昇温ステップで供給するＯ含有ガスを第１のＯ含有ガスとも呼び、また、後述する酸化ステップで供給するＯ含有ガスを第２のＯ含有ガスとも呼ぶ。第１のＯ含有ガスは、ウエハ２００上に形成されたシリコン膜（Ｓｉ膜）を加熱した際に、Ｓｉ膜中に含まれるＳｉの移動（マイグレーション）や、Ｓｉ膜からのＳｉの脱離（サーマルエッチング）を抑制するように作用する。第２のＯ含有ガスは、ウエハ２００上に形成されたＳｉ膜全体を酸化させる酸化ガス、すなわち、Ｏソースとして作用する。第１、第２の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２３２ｂからは、水素（Ｈ）含有ガスが、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂ、ノズル２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給される。Ｈ含有ガスは、それ単体では酸化作用は得られないが、特定の条件下でＯ含有ガスと反応することで原子状酸素（ａｔｏｍｉｃ ｏｘｙｇｅｎ、Ｏ）等の酸化種を生成し、酸化処理の効率を向上させるように作用する。そのため、Ｈ含有ガスは、Ｏ含有ガスと同様に酸化ガスに含めて考えることができる。Ｈ含有ガスとしては、例えば、水素（Ｈ_２）ガスを用いることができる。

【0018】

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２４９ａ，２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給される。

【0019】

主に、ガス供給管２３２ａ、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａにより、第１の原料（原料ガス）供給系が構成される。主に、ガス供給管２３２ｂ、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂにより、第２の原料（原料ガス）供給系が構成される。主に、ガス供給管２３２ａ、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａにより、第１、第２のＯ含有ガス供給系が構成される。主に、ガス供給管２３２ｂ、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂにより、Ｈ含有ガス供給系が構成される。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。

【0020】

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〜２４３ｄやＭＦＣ２４１ａ〜２４１ｄ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〜２３２ｄのそれぞれに対して接続され、ガス供給管２３２ａ〜２３２ｄ内への各種ガスの供給動作、すなわち、バルブ２４３ａ〜２４３ｄの開閉動作やＭＦＣ２４１ａ〜２４１ｄ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〜２３２ｄ等に対して集積ユニット単位で着脱を行うことができ、供給システムのメンテナンス、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。

【0021】

反応管２０３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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

記憶装置１２１ｃは、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等で構成されている。記憶装置１２１ｃ内には、基板処理装置の動作を制御する制御プログラムや、後述する基板処理の手順や条件等が記載されたプロセスレシピ等が、読み出し可能に格納されている。プロセスレシピは、後述する基板処理工程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、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。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。

【0027】

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２０７、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等に接続されている。

【0028】

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〜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。

【0029】

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。

【0030】

（２）基板処理工程
上述の基板処理装置を用い、半導体装置の製造工程の一工程として、基板としてのウエハ２００上にシリコン酸化膜（ＳｉＯ膜）を形成する基板処理シーケンスの例について、図４〜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。

【0031】

図５に示す基板処理シーケンスでは、
第１温度としたウエハ２００に対してＤＣＳガス、ＤＳガスを供給し、ウエハ２００上に、Ｓｉ膜を形成する成膜ステップと、
Ｏ_２ガスを含む雰囲気下で、ウエハ２００の温度を第１温度よりも高い第２温度へ変更する昇温ステップと、
Ｏ_２ガスを含む雰囲気下で、ウエハ２００の温度を第２温度に維持し、Ｓｉ膜を酸化させる酸化ステップと、
を同一の処理室２０１内で行う。

【0032】

上述の成膜ステップでは、図４にガス供給タイミングを示すように、
ウエハ２００に対してＤＣＳガスを供給するステップ１と、
ウエハ２００に対してＤＳガスを供給するステップ２と、
を交互に行うサイクルを所定回数行うことで、ウエハ２００上にＳｉ膜を形成する。

【0033】

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。

【0034】

（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が処理室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。

【0035】

ウエハ２００としては、例えば、単結晶Ｓｉにより構成されたＳｉ基板、或いは、表面に単結晶Ｓｉ膜が形成された基板を用いることができる。ウエハ２００の表面には、単結晶Ｓｉが露出した状態となっている。ウエハ２００の表面の一部には、例えば、ＳｉＯ膜、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜）等の絶縁膜が形成されていてもよい。

【0036】

ウエハ２００を処理室２０１内に搬入する前、ウエハ２００の表面はフッ化水素（ＨＦ）等により予め洗浄される。但し、洗浄処理の後、ウエハ２００を処理室２０１内へ搬入するまでの間に、ウエハ２００の表面は一時的に大気に晒される。そのため、処理室２０１内へ搬入されるウエハ２００の表面の少なくとも一部には、自然酸化膜（ＳｉＯ膜）が形成される。自然酸化膜は、ウエハ２００の表面、すなわち、露出した単結晶Ｓｉの一部を疎らに（アイランド状に）覆うように形成されることもあり、また、露出した単結晶Ｓｉの全域を連続的に（非アイランド状に）覆うように形成されることもある。

【0037】

（圧力調整および温度調整）
処理室２０１内、すなわち、ウエハ２００が存在する空間が所望の圧力（真空度）となるように、真空ポンプ２４６によって真空排気（減圧排気）される。この際、処理室２０１内の圧力は圧力センサ２４５で測定され、この測定された圧力情報に基づきＡＰＣバルブ２４４がフィードバック制御される。真空ポンプ２４６は、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常時作動させた状態を維持する。また、処理室２０１内のウエハ２００が所望の成膜温度となるようにヒータ２０７によって加熱される。この際、処理室２０１内が所望の温度分布となるように、温度センサ２６３が検出した温度情報に基づきヒータ２０７への通電具合がフィードバック制御される。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に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。また、回転機構２６７によるボート２１７およびウエハ２００の回転を開始する。ボート２１７およびウエハ２００の回転は、少なくとも、ウエハ２００に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。

【0038】

（成膜ステップ）
その後、次の２つのステップ、すなわち、ステップ１，２を順次実行する。

【0039】

［ステップ１］
このステップでは、ウエハ２００に対してＤＣＳガスを供給する。具体的には、バルブ２４３ａを開き、ガス供給管２３２ａ内にＤＣＳガスを流す。ＤＣＳ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、排気管２３１から排気される。このとき、ウエハ２００に対してＤＣＳガスが供給される。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、ＤＣＳ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。また、ノズル２４９ｂ内へのＤＣＳ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。

【0040】

ウエハ２００に対してＤＣＳガスを供給することで、ＤＣＳによるトリートメント効果を生じさせ、以下の処理を進行させることができる。すなわち、電気陰性度の大きなＣｌを含むＤＣＳをウエハ２００の表面に対して供給することで、ウエハ２００の表面に形成された自然酸化膜におけるＯと、ＤＣＳにおけるＣｌと、を引き合わせ、自然酸化膜に含まれるＳｉ−Ｏ結合を切断することができる。すなわち、ＤＣＳが有する極性により、単結晶Ｓｉの表面を終端しているＳｉ−Ｏ結合を切断することができる。また、ＤＣＳから分離することで生成された微量のＣｌ⁻（Ｃｌイオン）により、単結晶Ｓｉの表面を終端しているＳｉ−Ｏ結合を切断することもできる。これらにより、単結晶Ｓｉの表面において、Ｓｉの未結合手を生じさせ、後述するホモエピタキシャル成長が進行しやすい環境を整えることが可能となる。ウエハ２００の表面においては、上述の反応が進行することにより、表面に形成された自然酸化膜が除去され、単結晶Ｓｉの表面が露出する。このように、ＤＣＳガスは、単結晶Ｓｉの表面から自然酸化膜を除去するクリーニングガス（洗浄ガス）として作用する。ウエハ２００の表面にＳｉＯ膜等が形成されている場合は、上述のトリートメント効果により、ＳｉＯ膜等の表面にＳｉの吸着サイトが形成される。

【0041】

上述のトリートメント効果により、ウエハ２００の表面においてホモエピタキシャル成長が進行しやすい環境が整ったら、バルブ２４３ａを閉じ、ＤＣＳ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上述の反応に寄与した後のガスを処理室２０１内から排除する。このとき、バルブ２４３ｃ，２４３ｄは開いたままとして、Ｎ_２ガスの処理室２０１内への供給を維持する。Ｎ_２ガスはパージガスとして作用する。

【0042】

［ステップ２］
ステップ１が終了した後、ウエハ２００に対してＤＳガスを供給する。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ことで、ガス供給管２３２ｂ内へＤＳガスを流す。ガス供給管２３２ｂ内を流れたＤＳ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ＤＳガスが供給される。

【0043】

ウエハ２００に対してＤＳガスを供給することで、ウエハ２００の表面にＳｉ層を成長させることができる。すなわち、ステップ１を行うことで形成されたＳｉの未結合手にＤＳに含まれるＳｉを結合させ、ウエハ２００の表面上にＳｉ結晶の核を形成し、Ｓｉ結晶を気相エピタキシャル成長させることができる。この成長は、ホモエピタキシャル成長となる。ホモエピタキシャル成長では、下地となる結晶の上に、この結晶と同じ格子定数を持ち、同じ材料からなる結晶が、同一の結晶方位で成長するため、欠陥の少ない良質な結晶を得ることができる。以上の処理を行うことにより、ウエハ２００の表面上に、Ｓｉ単結晶からなるＳｉ層が形成される。ウエハ２００の表面上にＳｉＯ膜等が形成されている場合は、上述のトリートメント効果によりＳｉＯ膜等の表面に形成されたＳｉの吸着サイトに、ＤＳに含まれるＳｉを吸着させることができる。この場合、ＳｉＯ膜上に、アモルファス、ポリ、または、アモルファスとポリとの混晶状態のＳｉ膜が形成されることとなる。

【0044】

Ｓｉ層の形成が完了したら、バルブ２４３ｂを閉じ、ＤＳガスの供給を停止する。そして、ステップ１と同様の処理手順により、処理室２０１内に残留する未反応もしくは上述の反応に寄与した後のガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する。

【0045】

ステップ２を行うと、Ｓｉ層の表面の少なくとも一部が、ＤＳガスに含まれるＳｉ−Ｈ結合によって終端された状態となる場合がある。Ｓｉ層の表面を終端するＳｉ−Ｈ結合は、次のステップ１においてウエハ２００に対してＤＣＳガスを供給することで切断することができる。すなわち、ＤＣＳから分離することで生成された微量のＣｌ⁻により、Ｓｉ層の表面を終端しているＳｉ−Ｈ結合を切断することができる。これにより、Ｓｉ層の表面にＳｉの未結合手を形成することができ、ホモエピタキシャル成長が進行しやすい環境を再び整えることが可能となる。これにより、次のステップ２において、上述したＳｉ層の形成が遅滞なく開始されることとなる。

【0046】

また、ステップ２を行うと、ウエハ２００の表面においてＳｉが異常成長する場合がある。例えば、ステップ２を行うと、ウエハ２００の表面に吸着したＳｉが局所的に凝集する等し、Ｓｉ層の表面に凹凸構造が形成される場合がある。但し、この異常成長したＳｉは、次のステップ１でウエハ２００に対してＤＣＳガスを供給することで除去することができる。すなわち、ＤＣＳから分離することで生成された微量のＣｌ⁻により、異常成長したＳｉに含まれるＳｉ−Ｓｉ結合を切断し、異常成長したＳｉをエッチングすることが可能となる。これにより、Ｓｉ層の表面を平滑化させ、結果として、最終的に形成されるＳｉ膜の表面ラフネス等を向上させることが可能となる。ここで表面ラフネスとは、ウエハ面内における膜の高低差を意味しており（表面粗さと同義であり）、その値が小さいほど表面が平滑であることを示している。すなわち、表面ラフネスが向上するとは、膜の高低差が小さくなり、表面の平滑度が向上することを意味する。

【0047】

ここで示した各効果は、ＤＣＳによるトリートメント効果に含めて考えることができる。

【0048】

［所定回数実施］
上述したステップ１，２を、交互に、すなわち、同期させることなく非同時に行うサイクルを所定回数（ｎ回（ｎは１以上の整数））行う。これにより、ウエハ２００の表面上にＳｉ膜を形成することができる。

【0049】

Ｓｉ膜は、ウエハ２００の表面上に形成されたＳｉ層を下地として、Ｓｉ結晶がエピタキシャル成長することで形成される。Ｓｉ膜の結晶構造は、下地の結晶性を継承した単結晶となる。すなわち、Ｓｉ膜は、下地の単結晶Ｓｉと同一の材料により構成され、同一の格子定数、同一の結晶方位を有する単結晶Ｓｉ膜（エピタキシャルＳｉ膜）となる。Ｓｉ膜を形成する際、上述のトリートメント効果を適正に発揮させることにより、この膜を酸化させることで最終的に得られるＳｉＯ膜を、ピンホールや膜破れ（以下、これらを総称して膜破れ等とも呼ぶ）の少ない緻密な膜とすることができ、ＨＦに対する耐性（エッチング耐性）の高い膜とすることが可能となる。なお、ピンホールとは、膜に対してエッチングガスやエッチング液等のエッチャントを供給した際に、この膜の下地側に向けてエッチャントが侵入していく経路のことをいう。また、膜破れとは、例えば、ピンホールよりも大きなスケールで生じる欠陥のことをいう。膜破れ等は、膜の膜厚を薄くする場合に特に生じやすくなる。そのため、トリートメント効果を生じさせる技術的意義は、最終的に形成されるＳｉＯ膜の膜厚を薄くする場合や、最終的に形成されるＳｉＯ膜にエッチング耐性等の加工耐性が要求される場合に、特に大きくなるといえる。

【0050】

以下、成膜ステップの処理条件について説明する。ここに示す条件は、上述のトリートメント効果を適正に発揮させることが可能な条件でもある。

【0051】

ＤＣＳガス、ＤＳガスの供給流量は、それぞれ例えば１０〜１０００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。ＤＣＳガス、ＤＳガスの供給時間は、それぞれ例えば１〜６００秒の範囲内の時間とする。各ガス供給管より供給するＮ_２ガスの供給流量は、それぞれ例えば０〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。Ｎ_２ガスを非供給とすることにより、各原料ガスの分圧を高め、層質を変化させることが可能となる。

【0052】

ウエハ２００の温度（第１温度）Ｔ_１は、例えば２５０〜６００℃、好ましくは３５０〜４５０℃の範囲内の温度とする。処理室２０１内の圧力（第１圧力）Ｐ_１は、例えば０．１〜２０Ｔｏｒｒ（１３．３〜２６６０Ｐａ）の範囲内の圧力とする。

【0053】

Ｔ_１が２５０℃未満となったり、Ｐ_１が０．１Ｔｏｒｒ未満となったりすると、ステップ１でウエハ２００に対して供給されるＣｌ⁻やＤＣＳの量が不足し、上述のトリートメント効果が得られなくなる場合がある。また、ステップ２でウエハ２００に対して供給されるＤＳが分解しにくくなり、ウエハ２００上へのＳｉ層の形成が困難となる場合がある。Ｔ_１を２５０℃以上としたり、Ｐ_１を０．１Ｔｏｒｒ以上としたりすることで、これらの課題を解消することができ、実用的な成膜レートでＳｉ膜を形成することが可能となる。Ｔ_１を３５０℃以上とすることで、これらの課題をより確実に解消することができ、Ｓｉ膜の成膜レートをさらに高めることが可能となる。

【0054】

Ｔ_１が６００℃を超えたり、Ｐ_１が２０Ｔｏｒｒを超えたりすると、ステップ１では、ＤＣＳに含まれるＳｉがウエハ２００上に堆積する場合がある。この場合、単結晶Ｓｉの表面から自然酸化膜が除去される前にＳｉが堆積し、単結晶Ｓｉ上（自然酸化膜上）では、エピタキシャル成長が進行せず、アモルファスＳｉ膜やポリＳｉ膜が成長する場合がある。また、ＤＣＳの極性等を利用した上述のトリートメント効果が得られなくなる場合がある。また、ステップ２では、過剰な気相反応が生じることで、Ｓｉ層の厚さの均一性や段差被覆性が悪化する場合がある。また、処理室２０１内に発生するパーティクルの量が増加する場合もある。Ｔ_１を６００℃以下としたり、Ｐ_１を２０Ｔｏｒｒ以下としたりすることで、これらの課題を解消することができ、ウエハ２００上に、面内膜厚均一性や段差被覆性の良好な高品質エピタキシャルＳｉ膜を形成することが可能となる。Ｔ_１を４５０℃以下とすることで、これらの課題をより確実に解消することができ、Ｓｉ膜の膜質をさらに向上させることが可能となる。

【0055】

第１の原料ガスとしては、ＤＣＳガスの他、モノクロロシラン（ＳｉＨ_３Ｃｌ、略称：ＭＣＳ）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（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）ガス等のクロロシラン原料ガスを用いることができる。ステップ１において、ウエハ２００上へのＳｉの堆積を抑制しつつ、Ｓｉ−Ｏ結合の切断反応を促進させるには、第１の原料ガスとして、１分子中に含まれるＳｉの数が少なく、１分子中に含まれるＣｌの数が多いハロシラン原料ガスを用いることが好ましい。また、ステップ１において、Ｓｉ−Ｏ結合の切断反応を適正に抑制するには、１分子中に含まれるＣｌの数が少ないハロシラン原料ガスを用いることが好ましい。

【0056】

第２の原料ガスとしては、ＤＳガスの他、モノシラン（ＳｉＨ_４、略称：ＭＳ）ガス、トリシラン（Ｓｉ_３Ｈ_８）ガス、テトラシラン（Ｓｉ_４Ｈ_１０）ガス、ペンタシラン（Ｓｉ_５Ｈ_１２）ガス、ヘキサシラン（Ｓｉ_６Ｈ_１４）ガス等の水素化ケイ素ガス、すなわち、ハロゲン元素非含有のシラン原料ガスを用いることができる。

【0057】

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。

【0058】

（第１のアフターパージ）
Ｓｉ膜の形成が完了したら、ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄのそれぞれから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内に残留するガスや反応副生成物が処理室２０１内から除去される（第１のアフターパージ）。第１のアフターパージを行うことで、後述する昇温ステップにおいて処理室２０１内へＯ_２ガスが供給された際、処理室２０１内で気相反応が生じ、パーティクルが発生することを抑制することが可能となる。

【0059】

（昇温ステップ）
処理室２０１内のパージが完了したら、後述する酸化ステップの実施に先立ち、その前準備として、ウエハ２００の温度を、上述の第１温度Ｔ_１よりも高い第２温度Ｔ_２へと変更する。その後に行う酸化ステップにおいて、Ｏ_２ガスとＨ_２ガスとを用いた酸化処理を適正に進行させるためには、また、最終的に形成されるＳｉＯ膜とウエハ２００との間の界面電子トラップ密度（界面準位密度）を小さくするためには、ウエハ２００の温度を、例えば７００〜１０００℃、好ましくは７００〜９００℃の範囲内の温度に昇温させる必要がある。

【0060】

ただし、ここに示した温度条件は、Ｏ非含有の雰囲気下においては、ウエハ２００上に形成されたＳｉ膜に含まれるＳｉのマイグレーション、および、Ｓｉ膜のサーマルエッチングのうち、少なくともいずれかが顕著に生じ得る温度である。図６（ａ）に、基板上に形成されたＳｉ膜を７００℃以上の温度に加熱した際、Ｓｉ膜を構成するＳｉがマイグレーションして凝集したり、Ｓｉ膜の表面がサーマルエッチングされてＳｉが脱離したりする様子を示す。これらの現象は、最終的に形成されるＳｉＯ膜の表面に凹凸構造を生じさせ、その表面ラフネスを悪化させる要因となる。

【0061】

そこで、本実施形態では、これらの現象の発生を抑制するよう、昇温ステップを、Ｏ_２ガスを含む雰囲気下で行うようにしている。具体的には、ウエハ２００の昇温を開始するとともに、バルブ２４３ａ，２４３ｃ，２４３ｄの開閉制御を、上述のステップ１におけるバルブ２４３ａ，２４３ｃ，２４３ｄの開閉制御と同様の手順で行い、ガス供給管２３２ａ内へＯ_２ガスを流す。ガス供給管２３２ａ内を流れたＯ_２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。ウエハ２００に対するＯ_２ガスの供給は、ウエハ２００の昇温を開始する前に始めてもよく、また、ウエハ２００の昇温を開始した後に始めてもよい。

【0062】

Ｏ_２ガスを含む雰囲気下で昇温ステップを行うことにより、ウエハ２００上に形成されたＳｉ膜の表面を酸化させ、シリコン酸化層（ＳｉＯ層）へと改質（変化）させることができる。これにより、表面ラフネスの悪化要因となるＳｉの凝集や脱離を抑制することが可能となる。これは、Ｓｉ膜の表面においてＳｉと結合したＯが、Ｓｉの凝集や脱離をブロックする阻害要素として作用するためと考えられる。図６（ｂ）に、基板上に形成されたＳｉ膜をＯ_２ガスの雰囲気下で７００℃以上の温度に加熱した際、この膜の表面が酸化されることにより、Ｓｉの凝集や脱離が抑制される様子を示す。このように、Ｓｉ膜の表面を酸化させることにより、最終的に形成されるＳｉＯ膜の表面ラフネスの悪化を回避することが可能となる。

【0063】

昇温ステップでは、Ｓｉ膜の全体を酸化させることなく、Ｓｉ膜の表面のみを酸化させるようにするのが好ましい。図５（ｂ）に示すように、昇温ステップにおいてＳｉ膜の全体を酸化させた場合は、その後に酸化ステップを実施することで、下地であるウエハ２００の表面だけでなく、表面よりも深層の広い領域が酸化されてしまう場合がある。これに対し、図５（ｃ）に示すように、昇温ステップにおいてＳｉ膜の表面のみを酸化させた場合は、その後に酸化ステップを実施しても、下地であるウエハ２００の酸化量を、その表面を僅かに酸化させる程度にとどめることが可能となる。なお、酸化ステップを実施した際に、下地であるウエハ２００の表面を僅かに酸化させることにより、ウエハ２００の表面を酸化させない場合に比べて、ＳｉＯ膜とウエハ２００との間の界面電子トラップ密度を小さくすることが可能となる。

【0064】

以下、昇温ステップの処理条件について説明する。ここに示す条件は、Ｓｉの凝集や脱離を抑制することが可能な条件であり、また、Ｓｉ膜の全体を酸化させることなく、その表面のみを酸化させることが可能な条件でもある。

【0065】

Ｏ_２ガスの供給流量（第１流量）Ｆ_１は、例えば１０〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。昇温ステップにおいてＳｉ膜の表面のみを酸化させるには、Ｆ_１を、その後に行う酸化ステップにおけるＯ_２ガスの供給流量（第２流量）Ｆ_２以下の流量とする（Ｆ_１≦Ｆ_２）のが好ましく、Ｆ_２よりも小さな流量とする（Ｆ_１＜Ｆ_２）のがより好ましい。各ガス供給管より供給するＮ_２ガスの供給流量は、それぞれ例えば０〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。

【0066】

処理室２０１内の圧力（第２圧力）Ｐ_２は、例えば０．１〜１００Ｔｏｒｒ（１３．３〜１３３００Ｐａ）の範囲内の圧力とする。昇温ステップにおいてＳｉ膜のサーマルエッチングを抑制するには、Ｐ_２を、その後に行う酸化ステップにおける処理室２０１内の圧力（第３圧力）Ｐ_３よりも大きな圧力とする（Ｐ_２＞Ｐ_３）のが好ましく、また、上述のＰ_１よりも大きな圧力とする（Ｐ_２＞Ｐ_１）のが好ましい。

【0067】

昇温ステップでは、Ｓｉ膜を、その最表面から０．０５ｎｍ以上１ｎｍ以下、好ましくは０．１ｎｍ以上０．５ｎｍ以下、より好ましくは０．２ｎｍ以上０．５ｎｍ以下の深さにわたり酸化させる。この深さが０．０５ｎｍ未満であると、ウエハ２００を昇温させた際に、Ｓｉの凝集や脱離を抑制できなくなる場合がある。また、後述する酸化ステップを実施した際に、下地であるウエハ２００の表面を僅かに酸化させることができず、ＳｉＯ膜とウエハ２００との間の界面電子トラップ密度が大きくなってしまう場合もある。この深さを０．０５ｎｍ以上の深さとすることで、これらの課題を解消することが可能となる。この深さを０．１ｎｍ以上、さらには、０．２ｎｍ以上の深さとすることで、これらの課題をより確実に解消することが可能となる。また、この深さが１ｎｍを超えると、その後に酸化ステップを実施することで、下地であるウエハ２００の表面が深さ方向にわたり広範囲に酸化されてしまう場合がある。この深さを１ｎｍ以下、さらには、０．５ｎｍ以下の深さとすることで、ウエハ２００の過剰な酸化を抑制することが可能となる。

【0068】

第１の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）ガス等の窒素（Ｎ）を含むガスを用いることができる。これらのＮを含むＯ含有ガスは、後述する酸化ステップで用いる第２のＯ含有ガスよりも、酸化力の小さいガスである。そのため、第１のＯ含有ガスとしてこれらのガスを用いることで、Ｓｉ膜の表面のみを酸化させることが容易に行えるようになる。

【0069】

不活性ガスとしては、Ｎ_２ガスの他、上述の各種希ガスを用いることができる。

【0070】

（酸化ステップ）
ウエハ２００の温度が上述の第２温度に到達して安定したら、Ｏ_２ガスを含む雰囲気下で、ウエハ２００の温度を第２温度に維持し、表面にＳｉＯ層が形成されたＳｉ膜（以下、単にＳｉ膜とも称する）の全体を酸化させる。具体的には、ヒータ２０７の出力を調整してウエハ２００の温度を第２温度に維持した状態で、バルブ２４３ａ，２３２ｂを開き、処理室２０１内へＯ_２ガスとＨ_２ガスとを別々に供給する。Ｏ_２ガスとＨ_２ガスとは処理室２０１内で混合して反応し、その後、排気管２３１から排気される。このとき、バルブ２４３ｃ，２４３ｄを開き、処理室２０１内へＮ_２ガスを供給するようにしてもよい。

【0071】

Ｏ_２ガスおよびＨ_２ガスを処理室２０１内へ供給することで、Ｏ_２ガスおよびＨ_２ガスは、加熱された減圧雰囲気下においてノンプラズマで熱的に活性化（励起）されて反応し、それにより、原子状酸素（Ｏ）等の酸素を含む水分（Ｈ_２Ｏ）非含有の活性種（酸化種）が生成される。そして、主にこの酸化種により、Ｓｉ膜の全体に対して酸化処理が行われる。この酸化種の持つエネルギーは、Ｓｉ膜中に含まれるＳｉ−Ｃｌ結合、Ｓｉ−Ｈ結合等の結合エネルギーよりも高いため、この酸化種のエネルギーをＳｉ膜に与えることで、Ｓｉ膜中に含まれるＳｉ−Ｃｌ結合、Ｓｉ−Ｈ結合等は切り離される。Ｓｉとの結合が切り離されたＨ、Ｃｌ等は膜中から除去され、Ｃｌ_２、ＨＣｌ等として排出される。また、Ｈ、Ｃｌ等との結合が切断されることで余ったＳｉの結合手は、酸化種に含まれるＯと結びつき、Ｓｉ−Ｏ結合が形成される。このようにして、ウエハ２００上に形成されたＳｉ膜は、その全体が、Ｃｌ等の不純物の含有量が極めて少ない良質なＳｉＯ膜へと変化させられる（改質される）。この酸化処理によれば、Ｏ_２ガスを単独で供給する場合や水蒸気（Ｈ_２Ｏガス）を供給する場合に比べ、酸化力を大幅に向上させることができる。すなわち、減圧雰囲気下においてＯ_２ガスにＨ_２ガスを添加することで、Ｏ_２ガス単独供給の場合や、Ｈ_２Ｏガスを供給する場合に比べ、大幅な酸化力向上効果が得られる。

【0072】

なお、酸化ステップでは、上述のようにＳｉ膜の全体をＳｉＯ膜へと改質させるだけでなく、下地であるウエハ２００の表面を僅かに酸化させるようにするのが好ましい。具体的には、ウエハ２００の表面を、ＳｉＯ膜との界面（ウエハ２００の最表面）から例えば０．０５ｎｍ以上１ｎｍ以下、好ましくは０．１ｎｍ以上０．５ｎｍ以下、より好ましくは０．２ｎｍ以上０．５ｎｍ以下の深さにわたり酸化させるようにするのが好ましい。これにより、最終的に形成されるＳｉＯ膜とウエハ２００との間の界面電子トラップ密度を小さくすることが可能となる。なお、昇温ステップにおけるＳｉ膜の酸化量を上述のように制御することで、このようなウエハ２００の酸化量を実現することが可能となる。

【0073】

以下、酸化ステップの処理条件について説明する。ここに示す条件は、Ｓｉ膜の全体を充分に酸化させることが可能な条件であり、また、下地であるウエハ２００の表面を僅かに酸化させることが可能な条件でもある。

【0074】

Ｏ_２ガスの供給流量Ｆ_２は、上述したように、Ｆ_１以上、好ましくはＦ_１よりも大きな流量であって、例えば５００〜２００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。Ｈ_２ガスの供給流量は、例えば５００〜２００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。各ガス供給管より供給するＮ_２ガスの供給流量は、それぞれ例えば０〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。

【0075】

ウエハ２００の温度Ｔ_２は、上述したように、例えば７００〜１０００℃、好ましくは７００〜９００℃の範囲内の温度とする。処理室２０１内の圧力Ｐ_３は、例えば０．１〜２０Ｔｏｒｒ（１３．３〜２６６０Ｐａ）、好ましくは０．１〜３Ｔｏｒｒ（１３．３〜３９９Ｐａ）の範囲内の圧力とする。

【0076】

Ｔ_２が７００℃未満となったり、Ｐ_３が０．１Ｔｏｒｒ未満となったりすると、絶縁特性やエッチング耐性が不足する等、最終的に形成されるＳｉＯ膜の絶縁膜としての膜質が低下する場合がある。また、ＳｉＯ膜とウエハ２００との間の界面電子トラップ密度が大きくなる場合もある。Ｔ_２を７００℃以上としたり、Ｐ_３を０．１Ｔｏｒｒ以上としたりすることで、これらの課題を解消することが可能となる。

【0077】

Ｔ_２が１０００℃を超えたり、Ｐ_３が２０Ｔｏｒｒを超えたりすると、Ｏ_２ガスとＨ_２ガスとの反応により発生した酸化種が失活することで、ウエハ２００に対して供給される酸化種の量が不足し、Ｓｉ膜の酸化が不充分となる場合がある。また、ウエハ２００が受ける熱ダメージが増加する場合もある。Ｔ_２を１０００℃以下としたり、Ｐ_３を２０Ｔｏｒｒ以下としたりすることで、上述の課題を解消することが可能となる。Ｔ_２を９００℃以下としたり、Ｐ_３を３Ｔｏｒｒ以下としたりすることで、上述の課題をより確実に解消することが可能となる。

【0078】

第２のＯ含有ガスとしては、Ｏ_２ガスの他、オゾン（Ｏ_３）ガス、原子状酸素（Ｏ）、酸素ラジカル（Ｏ^＊）、および水酸基ラジカル（ＯＨ^＊）等を用いることができる。これらのガスは、昇温ステップで例示したＮを含むＯ含有ガスよりも、酸化力の大きいガスである。そのため、第２のＯ含有ガスとしてこれらのガスを用いることで、Ｓｉ膜の全体を充分に酸化させることが容易に行えるようになる。

【0079】

このように、第１のＯ含有ガスと第２のＯ含有ガスとは、同一の分子構造（化学構造）を有するガスであってもよく、また、異なる分子構造を有するガスであってもよい。第１のＯ含有ガスと第２のＯ含有ガスとを同一のマテリアルとする場合は、ガス供給系の構造を簡素化させることができ、基板処理装置の製造コストやメンテナンスコストを低減させることが可能となる点で、好ましい。また、第１のＯ含有ガスと第２のＯ含有ガスとを異なるマテリアルとする場合、例えば、第１のＯ含有ガスとして第２のＯ含有ガスよりも酸化力が弱いマテリアルを用いる場合は、昇温ステップにおけるＳｉ膜の過剰な酸化を抑制することが可能となるとともに、酸化ステップにおいてＳｉ膜の全体を充分に酸化させることが可能となる点で、好ましい。

【0080】

Ｈ含有ガスとしては、Ｈ_２ガスの他、重水素（Ｄ_２）ガス等を用いることができる。

【0081】

不活性ガスとしては、Ｎ_２ガスの他、上述の各種希ガスを用いることができる。

【0082】

（第２のアフターパージ及び大気圧復帰）
Ｓｉ膜の全体をＳｉＯ膜へと改質させた後、バルブ２４３ａ，２４３ｂを閉じ、Ｏ_２ガスおよびＨ_２ガスの供給をそれぞれ停止する。そして、上述した第１のアフターパージと同様の処理手順により、処理室２０１内に残留するガスや反応副生成物を処理室２０１内から除去する（第２のアフターパージ）。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）。

【0083】

（ボートアンロード及びウエハディスチャージ）
ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９が下降され、マニホールド２０９の下端が開口される。そして、処理済のウエハ２００が、ボート２１７に支持された状態で、マニホールド２０９の下端から反応管２０３の外部に搬出される（ボートアンロード）。処理済のウエハ２００は、ボート２１７より取り出される（ウエハディスチャージ）。

【0084】

（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。

【0085】

（ａ）ウエハ２００上に、段差被覆性、面内膜厚均一性に優れ、表面ラフネスが極めて良好なＳｉＯ膜を形成することが可能となる。

【0086】

というのも、本実施形態の成膜ステップでは、ＤＣＳによるトリートメント効果により、エピタキシャル成長をウエハ２００の表面全域にわたって遅滞なく開始させることが可能となる。結果として、ウエハ２００上に形成されるＳｉ膜を、段差被覆性、面内膜厚均一性に優れ、表面ラフネスが極めて良好な膜とすることが可能となる。さらに、本実施形態によれば、成膜ステップを実施した後、昇温ステップを、Ｏ_２ガスを含む雰囲気下で実施するようにしている。これによりＳｉ膜の表面を酸化させ、表面ラフネス等の悪化要因となる昇温時のＳｉの凝集や脱離を抑制することが可能となる。結果として、最終的に形成されるＳｉＯ膜を、表面ラフネス等が極めて良好な状態のまま維持することが可能となる。

【0087】

なお、表面ラフネスが良好なＳｉＯ膜上に形成される電極膜は、ＳｉＯ膜との界面が平滑な状態となる。そのため、電極膜に電圧を印加した際に、ＳｉＯ膜との界面に生じる電界の局所的な集中を回避することが可能となる。また、表面ラフネスが良好なＳｉＯ膜は、局所的に膜厚が薄い箇所が存在せず、面内全域にわたり一定以上の膜厚を有することとなる。これらにより、本実施形態で形成されるＳｉＯ膜は、高い絶縁特性を有する絶縁膜として好適に用いることが可能となる。

【0088】

（ｂ）昇温ステップにおける処理室２０１内の圧力Ｐ_２を、酸化ステップにおける処理室２０１内の圧力Ｐ_３よりも高くする（Ｐ_２＞Ｐ_３）ことにより、昇温ステップにおけるＳｉ膜のサーマルエッチング（Ｓｉの脱離）をさらに抑制することができる。結果として、最終的に形成されるＳｉＯ膜を、表面ラフネス等が極めて良好な状態のまま維持することが、より確実に行えるようになる。Ｐ_２を、成膜ステップにおける処理室２０１内の圧力Ｐ_１よりも高くする（Ｐ_２＞Ｐ_１）ことによっても、同様の効果が得られる。

【0089】

（ｃ）本実施形態では、ウエハ２００の表面を直接酸化させるのではなく、ウエハ２００上に堆積させたＳｉ膜を酸化させることから、ウエハ２００の表面へのＯの拡散を抑制することが可能となる。また、本実施形態のように、昇温ステップにおいてＳｉ膜の表面のみを酸化させるようにすれば、その後に行う酸化ステップにおいて、ウエハ２００の表面の酸化量を、その表面を僅かに酸化させる程度にとどめることも可能となる。すなわち、本実施形態の成膜手法によれば、下地であるウエハ２００の酸化量をほんの僅かにとどめる等、ウエハ２００の酸化量の制御ウインドウを大幅に広げることが可能となる。これに対し、ウエハ２００の表面を直接酸化させる熱酸化法や、ウエハ２００に対して原料ガスと酸化ガスとを交互に供給する一般的な交互供給法では、このようなウエハ２００の酸化量制御を行うことは困難となる傾向がある。

【0090】

（ｄ）本実施形態のように、ステップ１，２を非同時に行う交互供給法によりＳｉ膜を形成した後、この膜の全体を酸化させてＳｉＯ膜を形成する場合には、原料ガスと酸化ガスとを同時に供給する同時供給法によりＳｉＯ膜を形成する場合よりも、ＳｉＯ膜の段差被覆性、膜厚制御性、面内膜厚均一性等を向上させることが可能となる。このような成膜手法は、成膜処理の下地面が、ラインアンドスペース形状、ホール形状、フィン形状等の３Ｄ構造を有する場合に特に有効である。

【0091】

（ｅ）酸化ステップを、成膜時の温度（第１温度）よりも高い例えば７００℃以上の温度（第２温度）下で行うことから、比較的低温で形成されたＳｉ膜に対して適正な熱処理を加えることができ、最終的に形成されるＳｉＯ膜を、絶縁特性やエッチング耐性が高い良質な絶縁膜とすることが可能となる。また、この熱処理により、ＳｉＯ膜とウエハ２００との間の界面電子トラップ密度を小さくすることも可能となる。また、酸化ステップにおいて、ウエハ２００の表面を僅かに酸化させる場合には、ウエハ２００の表面を酸化させない場合に比べて、ＳｉＯ膜とウエハ２００との間の界面電子トラップ密度をさらに小さくすることも可能となる。

【0092】

（ｆ）酸化ステップでは、Ｏ_２ガスとＨ_２ガスとの反応により生じさせた酸化力の極めて高い酸化種を用いて酸化処理を行うことから、Ｓｉ膜の全体を充分に酸化させることができ、最終的に得られるＳｉＯ膜を、不純物の含有量が極めて少なく、絶縁特性やエッチング耐性が極めて高い良質な絶縁膜とすることが可能となる。

【0093】

（ｇ）成膜ステップから酸化ステップまでの一連のステップを、同一の処理室２０１内にてＩｎ−Ｓｉｔｕで行うことから、基板処理の途中、ウエハ２００が大気暴露されてしまうことがなく、ウエハ２００を真空下においたまま一貫して基板処理を行うことが可能となる。結果として、クリーンな状態で基板処理を行うことができるだけでなく、酸化量を精密に制御する等、精密で質の高い成膜処理を行うことが可能となる。また、一連のステップをＩｎ−Ｓｉｔｕで行うことにより、必要となる基板処理装置の台数を抑え、基板処理コストを低減させることも可能となる。

【0094】

これに対し、成膜ステップと酸化ステップとを、異なる処理室内にてＥｘ−Ｓｉｔｕで行う場合、基板処理の途中、すなわち、成膜ステップ終了後、酸化ステップ開始前までの間にウエハ２００が大気暴露され、Ｓｉ膜の表面が自然酸化されたり汚染されたりする場合がある。また、酸化ステップを行う前にＳｉ膜の表面をＲＣＡ洗浄すれば、Ｓｉ膜の表面にＲＣＡ洗浄液の成分を含む酸化膜が形成されてしまう場合もある。これらの酸化膜の膜厚、膜質の制御は困難であることから、酸化ステップを行う前にＳｉ膜の表面をＨＦ洗浄することが必要となる場合もある。本実施形態によれば、このような洗浄ステップを実施する必要がなく、基板処理の生産性低下を回避することが可能となる。

【0095】

（ｈ）上述の効果は、第１の原料ガスとしてＤＣＳガス以外のハロシラン原料ガスを用いる場合や、第２の原料ガスとしてＤＳガス以外の水素化ケイ素ガスを用いる場合や、第１、第２のＯ含有ガスとしてＯ_２ガス以外のＯ含有ガスを用いる場合や、Ｈ含有ガスとしてＨ_２ガス以外のＨ含有ガスを用いる場合にも、同様に得ることができる。

【0096】

（４）変形例
本実施形態における基板処理シーケンスは、以下に示す変形例のように変更することができる。

【0097】

（変形例１）
上述したように、昇温ステップにおけるＯ_２ガスの供給は、成膜ステップの終了後、ウエハ２００の昇温を開始する前に始めてもよく、また、ウエハ２００の昇温を開始した後に始めてもよい。また、昇温ステップにおけるＯ_２ガスの供給は、ウエハ２００の昇温が完了するまで継続してもよく、ウエハ２００の昇温が完了する前に停止してもよい。

【0098】

なお、Ｏ_２ガスの供給を、ウエハ２００の昇温開始前に始めたり、ウエハ２００の昇温完了まで継続したりする場合には、Ｓｉ膜の表面を昇温前に確実に酸化させ、Ｓｉの凝集や脱離をより確実に抑制できるようになる点で、好ましい。また、Ｏ_２ガスの供給を、ウエハ２００の昇温開始後に始めたり、ウエハ２００の昇温完了前に停止したりする場合には、Ｓｉ膜の過剰な酸化を抑制し、その表面のみを酸化させることが容易に行えるようになる点で、好ましい。

【0099】

（変形例２）
昇温ステップでは、ウエハ２００に対するＯ_２ガスの供給を間欠的に所定回数行うようにしてもよい。本変形例によれば、Ｓｉ膜の酸化をより適正に抑制することが可能となる。また、Ｏ_２ガスの供給回数を調整することにより、Ｓｉ膜の表面の酸化量を精密に制御することも可能となる。

【0100】

（変形例３）
昇温ステップを、Ｏ_２ガスとＮ_２Ｏガスとの混合ガスを含む雰囲気下で行うようにしてもよい。Ｎ_２ＯガスはＯ_２ガスよりも酸化力が低いことから、この混合ガスの雰囲気下で昇温ステップを行うことにより、Ｏ_２ガスの雰囲気下で昇温ステップを行う場合よりも、Ｓｉ膜の酸化をより適正に抑制することが可能となる。また、各ガスの混合比率、すなわち、処理室２０１内における各ガスの分圧比率を調整することで、Ｓｉ膜の表面の酸化量を精密に制御することも可能となる。

【0101】

（変形例４）
昇温ステップでは、ウエハ２００に対するＯ_２ガスの供給と、ウエハ２００に対するＮ_２Ｏガスの供給と、を交互に所定回数繰り返すようにしてもよい。この場合においても、変形例２や変形例３と同様の効果が得られる。

【0102】

（変形例５）
昇温ステップでは、ウエハ２００に対するＯ_２ガスの供給を連続的に行い、ウエハ２００に対するＮ_２Ｏガスの供給を間欠的に所定回数行うようにしてもよい。また、昇温ステップでは、ウエハ２００に対するＮ_２Ｏガスの供給を連続的に行い、ウエハ２００に対するＯ_２ガスの供給を間欠的に所定回数行うようにしてもよい。いずれの場合においても、変形例２や変形例３と同様の効果が得られる。

【0103】

（変形例６）
酸化対象とするＳｉ膜を、ＤＣＳガスとＤＳガスとの同時供給により形成するようにしてもよい。また、この同時供給を間欠的に所定回数繰り返すことによりＳｉ膜を形成するようにしてもよい。また、ＤＣＳガスを用いずに、ＤＳガスの連続供給、或いは、ＤＳガスの間欠供給によりＳｉ膜を形成するようにしてもよい。また、ＤＣＳガスとＤＳガスとの交互供給により所定厚さのＳｉ層（シード層）を形成した後、さらにＭＳガスを供給することによりＳｉ膜を形成してもよい。本変形例においても、各種処理条件を図４、図５に示す基板処理シーケンスの処理条件と同様に設定することで、同様の効果が得られる。

【0104】

（変形例７）
第１の原料ガスとして、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、ビストリクロロシリルメタン（（ＳｉＣｌ_３）_２ＣＨ_２、略称：ＢＴＣＳＭ）ガス等のＳｉ−Ｃ結合を有するハロシラン原料ガスを用いるようにしてもよい。本変形例においても、各種処理条件を図４、図５に示す基板処理シーケンスの処理条件と同様に設定することで、同様の効果が得られる。また、本変形例によれば、ＳｉＯ膜中に、Ｃを微量にドープすることが可能となる。

【0105】

（変形例８）
第１の原料ガスとして、テトラフルオロシラン（ＳｉＦ_４）ガス等のフルオロシラン原料ガスや、テトラブロモシラン（ＳｉＢｒ_４）ガス等のブロモシラン原料ガスや、テトラヨードシラン（ＳｉＩ_４）ガス等のヨードシラン原料ガス等を用いるようにしてもよい。本変形例においても、各種処理条件を図４、図５に示す基板処理シーケンスの処理条件と同様に設定することで、同様の効果が得られる。

【0106】

（変形例９）
第１の原料ガスとして、塩化水素（ＨＣｌ）ガス、塩素（Ｃｌ_２）ガス、塩化硼素（ＢＣｌ_３）ガス、フッ化塩素（ＣｌＦ_３）ガス等のＳｉ非含有のハロゲン系ガスを用いるようにしてもよい。本変形例においても、各種処理条件を図４、図５に示す基板処理シーケンスの処理条件と同様に設定することで、同様の効果が得られる。

【0107】

（変形例１０）
第２の原料ガスとして、ヘキサメチルジシラザン（［（ＣＨ_３）_３Ｓｉ］_２ＮＨ）ガス、テトラメチルジシラザン（［Ｈ（ＣＨ_３）_２Ｓｉ］_２ＮＨ）ガス、ヘキサクロロジシラザン（（Ｃｌ_３Ｓｉ）_２ＮＨ）ガス、テトラクロロジシラザン（（ＨＣｌ_２Ｓｉ）_２ＮＨ）ガス等のシラザン原料ガスを用いるようにしてもよい。本変形例においても、各種処理条件を図４、図５に示す基板処理シーケンスの処理条件と同様に設定することで、同様の効果が得られる。また、本変形例によれば、ＳｉＯ膜中に、Ｎを微量にドープすることが可能となる。

【0108】

（変形例１１）
第２の原料ガスとして、ブチルアミノシラン（ＢＡＳ）ガス、ビスターシャリブチルアミノシラン（ＢＴＢＡＳ）ガス、ジメチルアミノシラン（ＤＭＡＳ）ガス、ビスジメチルアミノシラン（ＢＤＭＡＳ）ガス、トリスジメチルアミノシラン（３ＤＭＡＳ）ガス、ジエチルアミノシラン（ＤＥＡＳ）ガス、ビスジエチルアミノシラン（ＢＤＥＡＳ）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）ガス等のアミノシラン原料ガスを用いるようにしてもよい。本変形例においても、各種処理条件を図４、図５に示す基板処理シーケンスの処理条件と同様に設定することで、同様の効果が得られる。また、本変形例によれば、ＳｉＯ膜中に、ＣおよびＮを微量にドープすることが可能となる。

【0109】

（変形例１２）
第１の原料ガスとして、ヘキサクロロジシロキサン（（Ｃｌ_３Ｓｉ）_２Ｏ）ガス、テトラクロロジシロキサン（（ＨＣｌ_２Ｓｉ）_２Ｏ）ガス等のシロキサン原料ガスを用いるようにしてもよい。また、第２の原料ガスとして、ヘキサメチルジシロキサン（［（ＣＨ_３）_３Ｓｉ］_２Ｏ）ガス、テトラメチルジシロキサン（［Ｈ（ＣＨ_３）_２Ｓｉ］_２Ｏ）ガス等のシロキサン原料ガスを用いるようにしてもよい。本変形例においても、各種処理条件を図４、図５に示す基板処理シーケンスの処理条件と同様に設定することで、同様の効果が得られる。

【0110】

＜本発明の他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態を具体的に説明した。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。

【0111】

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。

【0112】

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。

【0113】

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。

【0114】

上述の実施形態や変形例では、基板上に主元素としてＳｉを含む酸化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酸化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酸化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。

【0115】

上述の実施形態や変形例等は、適宜組み合わせて用いることができる。また、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。

【実施例】

【0116】

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。

【0117】

サンプル１として、図１に示す基板処理装置を用い、図４に示す成膜シーケンスによりウエハ上にＳｉ膜を形成した。その後、図５に示す基板処理シーケンスにより昇温ステップ、酸化ステップを順に実施することで、ウエハ上に形成したＳｉ膜の全体をＳｉＯ膜へと改質させた。第１のＯ含有ガスとしてはＯ_２ガスを、第２のＯ含有ガスとしてはＯ_２ガスを、Ｈ含有ガスとしてはＨ_２ガスを用いた。各ステップにおける処理条件は、上述の実施形態に記載の処理条件範囲内の条件とした。成膜ステップ、昇温ステップ、酸化ステップは、これらのステップの合間にウエハを処理室内から搬出するステップを行うことなく、同一の処理室内で連続的に行った。

【0118】

サンプル２として、サンプル１を作製する際と同様の処理手順、処理条件によりウエハ上にＳｉ膜を形成した。その後、図５に示す基板処理シーケンスにより昇温ステップ、酸化ステップを順に実施することで、ウエハ上に形成したＳｉ膜をＳｉＯ膜へと変化させた。ただし、昇温ステップでは、ウエハに対するＯ_２ガスの供給を不実施とした。他の処理手順、処理条件は、サンプル１を作製する際の処理手順、処理条件と同様とした。

【0119】

そして、サンプル１，２の各膜の表面ラフネス（ＲＭＳ）を、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いてそれぞれ測定した。ここでＲＭＳとは二乗平均粗さのことであり、その値が小さいほどＳｉＯ膜の表面ラフネスが良好であること、すなわち、ＳｉＯ膜の表面が平滑であることを意味している。図７は、ＳｉＯ膜のＲＭＳの測定結果を示すグラフであり、縦軸はＲＭＳ［ｎｍ］を、横軸はサンプル２，１を順に示している。図８（ａ）はサンプル２のＳｉＯ膜の表面のＡＦＭ画像を、図８（ｂ）は、サンプル１のＳｉＯ膜の表面のＡＦＭ画像をそれぞれ示している。

【0120】

これらの図によれば、昇温ステップでＯ_２ガスを供給したサンプル１の方が、昇温ステップでＯ_２ガスの供給を不実施としたサンプル２よりも、ＲＭＳが１０倍以上小さい（表面が平滑である）ことが分かる。これは、サンプル１を作製する際、昇温ステップで供給したＯ_２ガスが、Ｓｉの凝集や脱離を抑制するように作用したためと考えられる。

【0121】

＜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。

【0122】

（付記１）
本発明の一態様によれば、
第１温度とした基板に対して所定元素を含む原料を供給し、前記基板上に、前記所定元素を含む膜を形成する成膜工程と、
第１の酸素含有ガスを含む雰囲気下で、前記基板の温度を前記第１温度よりも高い第２温度へ変更する昇温工程と、
第２の酸素含有ガスを含む雰囲気下で、前記基板の温度を前記第２温度に維持し、前記膜を酸化させる酸化工程と、
を同一の処理室内で行う工程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。

【0123】

（付記２）
付記１に記載の方法であって、好ましくは、
前記第２温度は、前記第１の酸素含有ガス非含有の雰囲気下で、前記膜に含まれる前記所定元素の移動、および、前記膜からの前記所定元素の脱離のうち少なくともいずれかが顕著に生じる温度である。

【0124】

（付記３）
付記１又は２に記載の方法であって、好ましくは、
前記昇温工程における前記処理室内の圧力（第２圧力）を、前記酸化工程における前記処理室内の圧力（第３圧力）よりも大きな圧力とする。

【0125】

（付記４）
付記１〜３のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記昇温工程における前記処理室内の圧力（第２圧力）を、前記成膜工程における前記処理室内の圧力（第１圧力）よりも大きな圧力とする。

【0126】

（付記５）
付記１〜４のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記酸化工程は、前記基板に対して前記第２の酸素含有ガスと水素含有ガスとを同時に供給する期間を含む。

【0127】

（付記６）
付記１〜５のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記第１の酸素含有ガスと前記第２の酸素含有ガスとは同一の分子構造を有する。

【0128】

（付記７）
付記１〜５のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記第１の酸素含有ガスと前記第２の酸素含有ガスとは異なる分子構造を有する。

【0129】

（付記８）
付記７に記載の方法であって、好ましくは、
前記第１の酸素含有ガスとして、前記第２の酸素含有ガスよりも酸化力が小さいガスを用いる。

【0130】

（付記９）
付記８に記載の方法であって、好ましくは、
前記第１の酸素含有ガスとして窒素を含むガスを用い、前記第２の酸素含有ガスとして窒素非含有のガスを用いる。

【0131】

（付記１０）
付記９に記載の方法であって、好ましくは、
前記第１の酸素含有ガスとして、亜酸化窒素、一酸化窒素、および二酸化窒素からなる群より選択される少なくとも１つを含むガスを用い、
前記第２の酸素含有ガスとして、酸素、オゾン、原子状酸素、酸素ラジカル、および水酸基ラジカルからなる群より選択される少なくとも１つを含むガスを用いる。

【0132】

（付記１１）
付記１〜１０のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記昇温工程における記第１の酸素含有ガスの供給流量（第１流量）を、前記酸化工程における前記第２の酸素含有ガスの供給流量（第２流量）以下の流量とする。より好ましくは、
前記第１流量を、前記第２流量よりも小さな流量とする。

【0133】

（付記１２）
付記１〜１１のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記昇温工程では、前記膜の全体を酸化させることなく前記膜の表面を酸化させ、
前記酸化工程では、前記膜の全体を酸化させる。

【0134】

（付記１３）
付記１２に記載の方法であって、好ましくは、
前記昇温工程では、前記膜を、その最表面から０．０５ｎｍ以上１ｎｍ以下、好ましくは０．１ｎｍ以上０．５ｎｍ以下、より好ましくは０．２ｎｍ以上０．５ｎｍ以下の深さにわたり酸化させる。

【0135】

（付記１４）
付記１２又は１３に記載の方法であって、好ましくは、
前記酸化工程では、前記膜の全体と、前記膜の下地の表面と、をそれぞれ酸化させる。

【0136】

（付記１５）
付記１４に記載の方法であって、好ましくは、
前記酸化工程では、前記膜の下地を、前記膜との界面から０．０５ｎｍ以上１ｎｍ以下、好ましくは０．１ｎｍ以上０．５ｎｍ以下、より好ましくは０．２ｎｍ以上０．５ｎｍ以下の深さにわたり酸化させる。

【0137】

（付記１６）
付記１〜１６のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記原料として水素化ケイ素を含むガス用いる。より好ましくは、
前記原料としてジシランを含むガス用いる。

【0138】

（付記１７）
本発明の他の態様によれば、
基板を収容する処理室と、
前記処理室内の基板に対して、所定元素を含む原料、第１の酸素含有ガス、および第２の酸素含有ガスを供給する供給系と、
前記処理室内の基板を加熱する加熱機構と、
付記１の処理を行わせるように、前記供給系および前記加熱機構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。

【0139】

（付記１８）
本発明のさらに他の態様によれば、
付記１の処理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、又は、前記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】

【0140】

２００ ウエハ（基板）
２０１ 処理室

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】