特許 6703496 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】6703496

(24)【登録日】2020年5月12日

(45)【発行日】2020年6月3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 20060101AFI20200525BHJP

   H01L 21/316 20060101ALI20200525BHJP

   H01L 21/318 20060101ALI20200525BHJP

   C23C 16/455 20060101ALI20200525BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/31 B

   H01L21/316 X

   H01L21/318 B

   C23C16/455

【請求項の数】20

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2017-60939(P2017-60939)

(22)【出願日】2017年3月27日

(65)【公開番号】特開2018-164014(P2018-164014A)

(43)【公開日】2018年10月18日

【審査請求日】2019年3月11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】高木 康祐

(72)【発明者】

【氏名】山腰 莉早

(72)【発明者】

【氏名】堀田 英樹

(72)【発明者】

【氏名】平野 敦士

【審査官】 宇多川 勉

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−１８５８３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２４３２０１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｃ２３Ｃ １６／４５５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１６

Ｈ０１Ｌ ２１／３１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板に対して主元素を含む膜を形成する処理が行われる処理室と、
前記処理室内の基板に対して前記主元素を含む原料を供給する第１ノズルと、
前記第１ノズルとは所定距離離れた位置に設置され、前記処理室内の基板に対して前記原料を供給する第２ノズルと、
前記第１ノズルに近接した位置であって前記第２ノズルとは所定距離離れた位置に配置され、前記処理室内の基板に対して反応体を供給する第３ノズルと、
前記処理室内の雰囲気を排気する複数の排気口と、
を有し、
前記複数の排気口のそれぞれは、平面視において、前記第１ノズルの第１ガス噴出孔および前記第２ノズルの第２ガス噴出孔と、非対向となる位置に設置される基板処理装置。

【請求項2】

前記複数の排気口は、平面視において、
それぞれが前記第１ガス噴出孔と前記第２ガス噴出孔とを結ぶ線分の垂直二等分線上に配置される請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項3】

前記複数の排気口は、平面視において、
それぞれが前記第１ガス噴出孔と前記第２ガス噴出孔とを結ぶ線分の垂直二等分線を基準として線対称に配置される請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項4】

前記複数の排気口は、平面視において、
少なくとも１つが前記第１ガス噴出孔と前記第２ガス噴出孔とを結ぶ線分の垂直二等分線上に配置され、前記少なくとも１つ以外が前記垂直二等分線を基準として線対称に配置される請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項5】

外部反応管と、
外部反応管内に設けられ前記処理室を形成する内部反応管と、
を更に有し、
前記複数の排気口は、前記内部反応管の側面に設けられる請求項１〜４のいずれか１項に記載の基板処理装置。

【請求項6】

前記内部反応管の天井面には、前記複数の排気口とは異なる排気口が設けられる請求項５に記載の基板処理装置。

【請求項7】

前記第１ノズルの前記第１ガス噴出孔の構成と、前記第２ノズルの前記第２ガス噴出孔の構成と、が同一である請求項１〜６のいずれか１項に記載の基板処理装置。

【請求項8】

前記第１ノズルの前記第１ガス噴出孔の構成と、前記第２ノズルの前記第２ガス噴出孔の構成と、が異なる請求項１〜６のいずれか１項に記載の基板処理装置。

【請求項9】

前記第１ガス噴出孔は、前記第１ノズルの上部または下部だけに設置され、それ以外の部分には非設置とされるか、もしくは、前記第２ガス噴出孔は、前記第２ノズルの上部または下部だけに設置され、それ以外の部分には非設置とされる請求項８に記載の基板処理装置。

【請求項10】

前記原料を供給する原料供給系と、
前記反応体を供給する反応体供給系と、
前記処理室内の雰囲気を前記複数の排気口より排気する排気系と、
前記第１ノズルと前記第２ノズルとを介して前記処理室内の基板に対して前記原料を供給し、前記複数の排気口より排気する第１処理と、前記第３ノズルを介して前記処理室内の前記基板に対して前記反応体を供給し、前記複数の排気口より排気する第２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、前記主元素を含む膜を形成する処理を行わせるように、前記原料供給系、前記反応体供給系、および前記排気系を制御するよう構成される制御部と、
をさらに有する請求項１〜９のいずれか１項に記載の基板処理装置。

【請求項11】

前記制御部は、前記第１処理において、前記第１ノズルを介した前記原料の供給と、前記第２ノズルを介した前記原料の供給と、を同時に行うように、前記原料供給系を制御するよう構成される請求項１０に記載の基板処理装置。

【請求項12】

前記制御部は、前記第１処理において、前記第１ノズルを介して供給した前記原料と、前記第２ノズルを介して供給した前記原料と、を前記基板の中央部で衝突させるように、前記原料供給系および前記排気系を制御するよう構成される請求項１０または１１に記載の基板処理装置。

【請求項13】

前記制御部は、前記第２処理において、前記第１ノズルからも前記反応体の一部を供給するように、前記反応体供給系を制御するよう構成される請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の基板処理装置。

【請求項14】

前記第１ノズル、前記第２ノズル、および前記第３ノズルのそれぞれは、前記基板の側方に設置される請求項１〜１３のいずれか１項に記載の基板処理装置。

【請求項15】

前記第１ノズル、前記第２ノズル、および前記第３ノズルのそれぞれは、前記内部反応管の側壁に設けられたノズル収納室内に設置される請求項５に記載の基板処理装置。

【請求項16】

前記ノズル収納室は、前記内部反応管の側壁から外向きに突出している請求項１５に記載の基板処理装置。

【請求項17】

前記ノズル収納室は、垂直方向に沿って延在するチャンネル形状に形成されている請求項１５または１６に記載の基板処理装置。

【請求項18】

前記ノズル収納室は、第１ノズル収容室と、第２ノズル収容室と、を有し、
前記第１ノズルおよび前記第３ノズルは、前記第１ノズル収容室内に設置され、
前記第２ノズルは、前記第２ノズル収容室内に設置される請求項１５〜１７のいずれか１項に記載の基板処理装置。

【請求項19】

基板処理装置の処理室内において、
第１ノズルと、前記第１ノズルとは所定距離離れた位置に設置された第２ノズルと、を介して、前記処理室内の基板に対して、形成しようとする膜を構成する主元素を含む原料を供給し、平面視において、前記第１ノズルの第１ガス噴出孔および前記第２ノズルの第２ガス噴出孔と、非対向となる位置に設置される複数の排気口より排気する工程と、
前記第１ノズルに近接した位置であって前記第２ノズルとは所定距離離れた位置に配置された第３ノズルを介して前記処理室内の前記基板に対して反応体を供給し、前記複数の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、前記主元素を含む膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方法。

【請求項20】

基板処理装置の処理室内において、
第１ノズルと、前記第１ノズルとは所定距離離れた位置に設置された第２ノズルと、を介して、前記処理室内の基板に対して、形成しようとする膜を構成する主元素を含む原料を供給し、平面視において、前記第１ノズルの第１ガス噴出孔および前記第２ノズルの第２ガス噴出孔と、非対向となる位置に設置される複数の排気口より排気する手順と、
前記第１ノズルに近接した位置であって前記第２ノズルとは所定距離離れた位置に配置された第３ノズルを介して前記処理室内の前記基板に対して反応体を供給し、前記複数の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、前記主元素を含む膜を形成する手順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、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】

半導体装置の製造工程の一工程として、基板に対して原料および反応体を供給し、基板の上に膜を形成する処理が行われる場合がある（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２０１４−２３６１２９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、基板上に形成され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、
基板に対して主元素を含む膜を形成する処理が行われる処理室と、
前記処理室内の基板に対して前記主元素を含む原料を供給する第１ノズルと、
前記第１ノズルとは離れた位置に設置され、前記処理室内の基板に対して前記原料を供給する第２ノズルと、
前記処理室内の基板に対して反応体を供給する第３ノズルと、
前記処理室内の雰囲気を排気する複数の排気口と、
を有し、
前記複数の排気口のそれぞれを、平面視において、前記第１ノズルの第１ガス噴出孔および前記第２ノズルの第２ガス噴出孔と、非対向となる位置に設置する技術が提供される。

【発明の効果】

【0006】

本発明によれば、基板上に形成され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シーケンスを示す図である。

【図5】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変形例を示す断面構成図である。

【図6】（ａ）（ｂ）は、それぞれ、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変形例を示す概略構成図である。

【図7】（ａ）は、本発明の一実施形態で好適に用いられる第１〜第３ノズルの構成例を示す図であり、（ｂ）〜（ｅ）は、それぞれ、第１、第２ノズルの変形例を示す図である。

【図8】（ａ）は、ガス噴出孔と排気口とを対向させた場合の処理室内におけるガスの流れを模式的に示す図であり、（ｂ）は、ガス噴出孔と排気口とを非対向とした場合の処理室内におけるガスの流れを模式的に示す図である。

【図9】（ａ）は、処理室内へ供給されたＨＣＤＳガスの温度を示す図であり、（ｂ）は、ＨＣＤＳガスの熱分解特性を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

＜本発明の一実施形態＞
以下に、本発明の一実施形態について、図１〜図４等を用いて説明する。

【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２１０が配設されている。反応管２１０は、内部反応管（インナチューブ）２０４と、インナチューブ２０４を同心円状に取り囲む外部反応管（アウタチューブ）２０３と、を備えた２重管構成を有している。インナチューブ２０４およびアウタチューブ２０３は、それぞれ、例えば石英（ＳｉＯ_２）または炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料により構成され、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。インナチューブ２０４の筒中空部には、処理室２０１が形成される。処理室２０１は、基板としてのウエハ２００を収容可能に構成されている。

【0011】

インナチューブ２０４およびアウタチューブ２０３は、それぞれ、マニホールド２０９によって下方から支持されている。マニホールド２０９は、ステンレス（ＳＵＳ）等の金属材料により構成され、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内壁の上端部には、ＳＵＳ等の金属材料により構成され、マニホールド２０９の径方向内側に向けて延出した環状のフランジ部２０９ａが設けられている。インナチューブ２０４の下端は、フランジ部２０９ａの上面に当接している。アウタチューブ２０３の下端は、マニホールド２０９の上端に当接している。アウタチューブ２０３とマニホールド２０９との間には、シール部材としてのＯリング２２０ａが設けられている。マニホールド２０９の下端開口は、処理炉２０２の炉口として構成されており、後述するボートエレベータ１１５によりボート２１７が上昇した際に、蓋体としての円盤状のシールキャップ２１９によって気密に封止される。マニホールド２０９とシールキャップ２１９との間には、シール部材としてのＯリング２２０ｂが設けられている。

【0012】

インナチューブ２０４の天井部はフラット形状に形成されており、アウタチューブ２０３の天井部はドーム形状に形成されている。インナチューブ２０４の天井部をドーム形状とすると、処理室２０１内へ供給したガスが、複数枚のウエハ２００間に流れずに、インナチューブ２０４の天井部におけるドーム部分の内部空間に流れ込みやすくなる。インナチューブ２０４の天井部をフラット形状とすることで、処理室２０１内へ供給したガスを、複数枚のウエハ２００間へ効率よく流すことが可能となる。インナチューブ２０４の天井部と後述するボート２１７の天板とのクリアランス（空間）を小さくすることで、例えば、ウエハ２００の配列間隔（ピッチ）と同程度の大きさとすることで、ウエハ２００間へ効率よくガスを流すことが可能となる。

【0013】

図２に示すように、インナチューブ２０４の側壁には、第１ノズルとしてのノズル２４９ａおよび第３ノズルとしてのノズル２４９ｃを収容するノズル収容室２０４ａと、第２ノズルとしてのノズル２４９ｂを収容するノズル収容室２０４ｂと、が形成されている。ノズル収容室２０４ａ，２０４ｂは、それぞれ、インナチューブ２０４の側壁からインナチューブ２０４の径方向外向きに突出し、垂直方向に沿って延在するチャンネル形状に形成されている。ノズル収容室２０４ａ，２０４ｂの内壁は、処理室２０１の内壁の一部を構成している。ノズル収容室２０４ａとノズル収容室２０４ｂとは、インナチューブ２０４の内壁に沿って、すなわち、処理室２０１内に収容されたウエハ２００の外周に沿って、互いに所定距離離れた位置にそれぞれ配置されている。具体的には、ノズル収容室２０４ａ，２０４ｂは、ウエハ２００の中心とノズル収容室２０４ａの中心とを結ぶ直線と、ウエハ２００の中心とノズル収容室２０４ｂの中心とを結ぶ直線と、が作る中心角（ノズル収容室２０４ａ，２０４ｂの各中心を両端とする弧に対する中心角）が例えば３０〜１５０°の範囲内の角度となるような位置にそれぞれ配置されている。ノズル収容室２０４ａ内に収容されたノズル２４９ａと、ノズル収容室２０４ｂ内に収容されたノズル２４９ｂとは、所定距離離れた位置にそれぞれ配置されている。ノズル収容室２０４ａ内に収容されたノズル２４９ａ，２４９ｃは、近接した位置にそれぞれ配置されている。

【0014】

ノズル２４９ａ〜２４９ｃは、ノズル収容室２０４ａ，２０４ｂの下部より上部に沿って、ウエハ２００の積載方向上方に向け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。図７（ａ）に示すように、ノズル２４９ａ〜２４９ｃの側面には、第１〜第３ガス噴出孔としてのガス噴出孔２５０ａ〜２５０ｃがそれぞれ設けられている。ガス噴出孔２５０ａ〜２５０ｃは、処理室２０１内に収容された複数枚のウエハ２００の一枚一枚に対応するように、少なくとも複数枚のウエハ２００の数と同数が、ノズル２４９ａ〜２４９ｃの下部から上部にわたる全域に設けられている。ボート２１７が例えば１２０枚のウエハ２００を保持する場合、ノズル２４９ａ〜２４９ｃの各垂直部の側面には、それぞれ、ガス噴出孔２５０ａ〜２５０ｃが少なくとも１２０個ずつ設けられる。図１に示すように、ガス噴出孔２４９ａ〜２４９ｃを、それぞれ、ウエハ配列領域だけでなく、ウエハ配列領域よりも下側にも設けることも可能である。ガス噴出孔２５０ａ〜２５０ｃは、例えば、それぞれが処理室２０１の中心を向くように開口しており、ウエハ２００の中心に向けてガスを供給することが可能なように構成されている。また、ガス噴出孔２５０ａ〜２５０ｃは、例えば、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。これらの構成により、各ウエハ２００の中心付近へのガスの供給を促すことが可能となり、後述する成膜処理のウエハ面内均一性を向上させることが可能となる。また、各ウエハ２００に対して供給するガスの流量や流速を、ウエハ２００間で均一化させることが容易となり、後述する成膜処理のウエハ間均一性を向上させることが可能となる。

【0015】

図２に示すように、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。ガス供給管２３２ａ〜２３２ｃには、ガス流の上流側から順に、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、ガス流の上流側から順に、ＭＦＣ２４１ｄ〜２４１ｆおよびバルブ２４３ｄ〜２４３ｆがそれぞれ設けられている。

【0016】

ガス供給管２３２ａ，２３２ｂからは、原料（原料ガス）として、例えば、形成しようとする膜を構成する主元素としてのシリコン（Ｓｉ）およびハロゲン元素を含むハロシラン原料ガスが、ＭＦＣ２４１ａ，２４１ｂ、バルブ２４３ａ，２４３ｂ、ノズル２４９ａ，２４９ｂを介して処理室２０１内へそれぞれ供給される。

【0017】

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。ハロシラン原料とは、ハロゲン基を有するシラン原料のことである。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。ハロシラン原料ガスとしては、例えば、ＳｉおよびＣｌを含む原料ガス、すなわち、クロロシラン原料ガスを用いることができる。クロロシラン原料ガスは、Ｓｉソースとして作用する。クロロシラン原料ガスとしては、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。

【0018】

ガス供給管２３２ｃからは、第１反応体（第１反応ガス）として、例えば、酸素（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、酸化源（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）ガスを用いることができる。

【0019】

ガス供給管２３２ａからは、第２反応体（第２反応ガス）として、例えば、水素（Ｈ）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。Ｈ含有ガスは、それ単体では酸化作用は得られないが、後述する成膜処理において、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。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。

【0020】

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する。

【0021】

主に、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂ、ＭＦＣ２４１ａ，２４１ｂ、バルブ２４３ａ，２４３ｂにより、第１供給系（原料供給系）が構成される。主に、ガス供給管２３２ａ，２３２ｃ、ＭＦＣ２４１ａ，２４１ｃ、バルブ２４３ａ，２４３ｃにより、第２供給系（反応体供給系）が構成される。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。

【0022】

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。

【0023】

インナチューブ２０４の側面には、例えばスリット状の貫通孔として構成された排気口（排気スリット）２０４ｃ，２０４ｄが、それぞれ垂直方向に細長く開設されている。排気口２０４ｃ，２０４ｄは、正面視において例えば矩形であり、インナチューブ２０４の側壁の下部から上部にわたってそれぞれ設けられている。処理室２０１内と、インナチューブ２０４とアウタチューブ２０３との間の円環状の空間である排気空間２０５とは、排気口２０４ｃ，２０４ｄを介して連通している。排気口２０４ｃ，２０４ｄのそれぞれは、平面視において、ガス噴出孔２５０ａ，２５０ｂと、処理室２０１内に収容されたウエハ２００の中心を挟んで非対向となる位置に配置されている。具体的には、ガス噴出孔２５０ａ，２５０ｂを結ぶ線分を線分Ａとしたとき、排気口２０４ｃ，２０４ｄは、平面視において、それぞれが、線分Ａの垂直二等分線である直線Ｂ上に配置されている。なお、直線Ｂはウエハ２００の中心を通ることとなる。ガス噴出孔２５０ａ，２５０ｂを結ぶ線分Ａと、排気口２０４ｃ，２０４ｄを通る直線Ｂと、は互いに直交しており、また、ガス噴出孔２５０ａ，２５０ｂは、直線Ｂを基準として線対称となる位置にそれぞれ配置されている。

【0024】

図１に示すように、アウタチューブ２０３の下部には、排気空間２０５を介して処理室２０１内の雰囲気を排気する排気管２３１が接続されている。排気管２３１には、排気空間２０５内、すなわち、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。排気口２０４ｃ，２０４ｄ、排気空間２０５、真空ポンプ２４６を排気系に含めて考えてもよい。

【0025】

マニホールド２０９の下端開口は、Ｏリング２２０ｂを介してシールキャップ２１９により気密に封止される。シールキャップ２１９は、ＳＵＳ等の金属材料により構成され、円盤状に形成されている。シールキャップ２１９の下方には、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２１０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２１９を昇降させることで、ボート２１７により支持されたウエハ２００を処理室２０１内外に搬入および搬出（搬送）する搬送装置（搬送機構）として構成されている。

【0026】

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等の耐熱性材料により構成される。ボート２１７の下部には、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料により構成される断熱板２１８が多段に支持されている。

【0027】

アウタチューブ２０３とインナチューブ２０４との間には、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、アウタチューブ２０３の内壁に沿って設けられている。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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、ヒータ２０７、温度センサ２６３、回転機構２６７、ボートエレベータ１１５等に接続されている。

【0031】

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の昇降動作等を制御するように構成されている。

【0032】

コントローラ１２１は、外部記憶装置（例えば、ＨＤＤ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。

【0033】

（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。

【0034】

図４に示す成膜シーケンスでは、
第１ノズルとしてのノズル２４９ａと、ノズル２４９ａとは離れた位置に配置された第２ノズルとしてのノズル２４９ｂと、を介して、処理室２０１内のウエハ２００に対して原料としてのＨＣＤＳガスを供給し、平面視において、ノズル２４９ａのガス噴出孔２５０ａおよびノズル２４９ｂのガス噴出孔２５０ｂと非対向となる位置に配置される複数の排気口２０４ｃ，２０４ｄより排気するステップ１と、
第３ノズルとしてのノズル２４９ｃを介して処理室２０１内のウエハ２００に対して反応体としてのＯ_２ガスを供給し、複数の排気口２０４ｃ，２０４ｄより排気するステップ２と、
を非同時に行うサイクルを所定回数（１回以上）行うことで、ウエハ２００上に、ＳｉおよびＯを含む膜としてＳｉＯ膜を形成する。

【0035】

なお、上述のステップ２は、ウエハ２００に対して、反応体としてのＯ_２ガスと、反応体としてのＨ_２ガスと、を同時に供給する期間を含んでいる。Ｈ_２ガスの供給はノズル２４９ａより行う。

【0036】

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。後述する変形例や他の実施形態における成膜シーケンスについても同様の表記を用いる。

【0037】

（ＨＣＤＳ→Ｏ_２＋Ｈ_２）×ｎ ⇒ ＳｉＯ

【0038】

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。

【0039】

（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。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。

【0040】

（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。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、ウエハ２００の加熱および回転は、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。

【0041】

（成膜ステップ）
その後、次のステップ１，２を順次実行する。

【0042】

［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、離れた位置に配置されたノズル２４９ａ，２４９ｂより同時に供給する。

【0043】

具体的には、バルブ２４３ａ，２４３ｂを開き、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂ内へＨＣＤＳガスを流す。ＨＣＤＳガスは、ＭＦＣ２４１ａ，２４１ｂにより流量調整され、ノズル２４９ａ，２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給される。ノズル２４９ａ，２４９ｂのガス噴出孔２５０ａ，２５０ｂより処理室２０１内へ供給されたＨＣＤＳガスは、それぞれ、図２に一点鎖線の矢印で示すようにウエハ２００の中心へ向かって流れ、ウエハ２００の中心近傍で衝突して減速した後、ウエハ２００の面内に拡散（分散）し、排気口２０４ｃ，２０４ｄのそれぞれに向かって流れる。このとき、ウエハ２００の面内全域にわたりＨＣＤＳガスが供給される。その後、ＨＣＤＳガスは、排気口２０４ｃ，２０４ｄを介して排気空間２０５内へ流れ、排気管２３１より排気される。このときバルブ２４３ｄ〜２４３ｆを開き、ガス供給管２３２ｄ〜２３２ｆ内へＮ_２ガスを流すようにしてもよい。この場合、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２０４ｃ，２０４ｄ、排気空間２０５を介して排気管２３１より排気される。

【0044】

ウエハ２００に対してＨＣＤＳガスを供給することで、ウエハ２００の表面上に、Ｃｌを含むＳｉ含有層（第１層）が形成される。Ｃｌを含むＳｉ含有層は、ウエハ２００の表面に、ＨＣＤＳが物理吸着したり、ＨＣＤＳの一部が分解した物質が化学吸着したり、ＨＣＤＳが熱分解したりすること等により形成される。すなわち、Ｃｌを含むＳｉ含有層は、ＨＣＤＳやＨＣＤＳの一部が分解した物質の吸着層（物理吸着層や化学吸着層）であってもよく、Ｃｌを含むＳｉ層であってもよい。以下、Ｃｌを含むＳｉ含有層を、単にＳｉ含有層とも称する。

【0045】

ウエハ２００上にＳｉ含有層を形成した後、バルブ２４３ａ，２４３ｂを閉じ、処理室２０１内へのＨＣＤＳガスの供給を停止する。そして、処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１内に残留するガス等を処理室２０１内から排除する。このとき、バルブ２４３ｄ〜２４３ｆを開き、処理室２０１内へＮ_２ガスを供給する。Ｎ_２ガスはパージガスとして作用する。

【0046】

［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に対して、Ｏ_２ガスおよびＨ_２ガスを、近接した位置に配置されたノズル２４９ｃ，２４９ａより同時に供給する。

【0047】

具体的には、バルブ２４３ｃ，２４３ａを開き、ガス供給管２３２ｃ，２３２ａ内へＯ_２ガス、Ｈ_２ガスをそれぞれ流す。Ｏ_２ガス、Ｈ_２ガスは、それぞれ、ＭＦＣ２４１ｃ，２４１ａにより流量調整され、ノズル２４９ｃ，２４９ａを介して処理室２０１内へ供給される。ノズル２４９ｃ，２４９ａのガス噴出孔２５０ｃ，２５０ａより処理室２０１内へそれぞれ供給されたＯ_２ガス、Ｈ_２ガスは、それぞれウエハ２００の中心に向かって流れ、その過程において処理室２０１内で混合されて反応し、ウエハ２００の面内に拡散し、その後、排気口２０４ｃ，２０４ｄ、排気空間２０５を介して排気管２３１より排気される。このとき、ウエハ２００に対してＯ_２ガスおよびＨ_２ガスが同時かつ一緒に供給される。バルブ２４３ｄ〜２４３ｆの開閉制御は、ステップ１におけるバルブ２４３ｄ〜２４３ｆの開閉制御と同様とする。

【0048】

処理室２０１内へＯ_２ガスおよびＨ_２ガスを同時かつ一緒に供給することで、これらのガスは、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）非含有の酸化種が生成される。そして、主にこの酸化種により、ステップ１でウエハ２００上に形成されたＳｉ含有層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含有層中に含まれるＳｉ−Ｃｌ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含有層に与えることで、Ｓｉ含有層中に含まれるＳｉ−Ｃｌ結合等は切り離される。Ｓｉとの結合が切り離されたＣｌ等は層中から除去され、Ｃｌ_２、ＨＣｌ等として排出される。また、Ｃｌ等との結合が切られることで余った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、Ｓｉ含有層は、ＳｉおよびＯを含み、Ｃｌ等の不純物の含有量が少ない層、すなわち、高純度なＳｉＯ層（第２層）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Ｈ_２Ｏガス（水蒸気）を単独で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ガス単独供給の場合に比べ、大幅な酸化力向上効果が得られるようになる。

【0049】

Ｓｉ含有層をＳｉＯ層へと変化させた後、バルブ２４３ｃ，２４３ａを閉じ、処理室２０１内への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、ステップ１と同様の処理手順により、処理室２０１内に残留するガス等を処理室２０１内から排除する。

【0050】

［所定回数実施］
ステップ１，２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、所望膜厚の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。

【0051】

ステップ１における処理条件としては、
ＨＣＤＳガス供給流量（ガス供給管毎）：５〜２０００ｓｃｃｍ、好ましくは５０〜１０００ｓｃｃｍ
ＨＣＤＳガス供給時間：１〜１２０秒、好ましくは１〜６０秒
Ｎ_２ガス供給流量（ガス供給管毎）：０〜１００００ｓｃｃｍ
処理温度：２５０〜８００℃、好ましくは４００〜７００℃
処理圧力：１〜２６６６Ｐａ、好ましくは６７〜１３３３Ｐａ
が例示される。

【0052】

ステップ２における処理条件としては、
Ｏ_２ガス供給流量：１００〜１００００ｓｃｃｍ
Ｈ_２ガス供給流量：１００〜１００００ｓｃｃｍ
Ｏ_２ガスおよびＨ_２ガス供給時間：１〜１２０秒、好ましくは１〜６０秒
処理圧力：１３．３〜１３３３Ｐａ、好ましくは１３．３〜３９９Ｐａ
が例示される。他の処理条件は、ステップ１における処理条件と同様とする。

【0053】

原料ガスとしては、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）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、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。

【0054】

第１反応ガスとしては、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、Ｈ_２Ｏガス、一酸化炭素（ＣＯ）ガス、二酸化炭素（ＣＯ_２）ガス等のＯ含有ガスを用いることができる。

【0055】

第２反応ガスとしては、Ｈ_２ガスの他、重水素（Ｄ_２）ガス等のＨ含有ガスを用いることができる。

【0056】

不活性ガスとしては、Ｎ_２ガスの他、例えば、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。

【0057】

（アフターパージ〜大気圧復帰）
成膜ステップが終了した後、ガス供給管２３２ｄ〜２３２ｆのそれぞれからＮ_２ガスを処理室２０１内へ供給し、排気口２０４ｃ，２０４ｄ、排気空間２０５を介して排気管２３１より排気する。Ｎ_２ガスはパージガスとして作用する。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）。

【0058】

（ボートアンロードおよ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２１０の外部に搬出（ボートアンロード）される。処理済のウエハ２００は、反応管２１０の外部に搬出された後、ボート２１７より取出される（ウエハディスチャージ）。

【0059】

（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。

【0060】

（ａ）複数の排気口２０４ｃ，２０４ｄのそれぞれを、平面視において、ガス噴出孔２５０ａ，２５０ｂと、処理室２０１内に収容されたウエハ２００の中心を挟んで非対向となる位置に配置することにより、ウエハ２００上に形成されるＳｉＯ膜のウエハ面内膜厚分布（以下、単に面内膜厚分布とも称する）の制御性を高めることが可能となる。

【0061】

というのも、図８（ａ）に示すように、インナチューブに排気口を１つ設け、この排気口を、平面視において、第１ガス噴出孔と、処理室内に収容されたウエハの中心を挟んで対向する位置に配置した場合、第１、第２ガス噴出孔より処理室内へ供給されたＨＣＤＳガスは、図中に一点鎖線の矢印で示すように流れる。すなわち、第１ガス噴出孔より供給されたＨＣＤＳガスは、ウエハの中心を経由して排気口に向かって殆ど減速することなく直線的に流れ、排気口を介して処理室外へ排出される。また、第２ガス噴出孔より供給されたＨＣＤＳガスは、ウエハの中心へ到達することなく排気口に向かって向きを変え、排気口を介して処理室外へ排出される。すなわち、排気口を図８（ａ）のように配置した場合、第１、第２ガス噴出孔から同時に供給したＨＣＤＳガスをウエハの中心近傍で衝突、減速させ、ウエハの面内へ分散させることは困難となる。この場合、ウエハ上に形成されるＳｉＯ膜の面内膜厚分布は、ウエハの表面の周縁部（外周部）で最も厚く、中央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）となり、さらに、その度合いが強くなる場合がある。この傾向は、インナチューブに排気口を複数設けた場合であっても、複数の排気口のうち少なくともいずれかの排気口を第１、第２ガス噴出孔のいずれかと対向する位置に配置した場合には、同様となる。

【0062】

これに対し、図８（ｂ）に示すように、インナチューブに排気口を２つ設け、これら２つの排気口のそれぞれを、平面視において、第１、第２ガス噴出孔と、処理室内に収容されたウエハの中心を挟んで非対向となる位置に配置した場合、第１、第２ガス噴出孔より処理室内へ供給されたＨＣＤＳガスは、図中に一点鎖線の矢印で示すように流れる。すなわち、第１、第２ガス噴出孔より供給されたＨＣＤＳガスは、ウエハの中心に向かって流れ、ウエハの中心近傍で衝突して減速し、ウエハの面内に分散して２つの排気口のそれぞれに向かって流れる。排気口を図８（ｂ）のように配置した場合、ウエハ上に形成されるＳｉＯ膜の中央凹分布の度合を緩和させることが可能となる。そして、ＳｉＯ膜の面内膜厚分布を、ウエハ２００の表面の中央部から周縁部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）としたり、さらには、ウエハの表面の周縁部で最も薄く、中央部に近づくにつれて徐々に厚くなる分布（以下、中央凸分布とも称する）としたりすることが可能となる。すなわち、ウエハ上に形成されるＳｉＯ膜の面内膜厚分布を広範囲に制御することが可能となり、面内膜厚均一性を向上させることも可能となる。

【0063】

（ｂ）本実施形態のように、複数の排気口２０４ｃ，２０４ｄのそれぞれを、平面視において、ガス噴出孔２５０ａとガス噴出孔２５０ｂとを結ぶ線分Ａの垂直二等分線である直線Ｂ上に配置する場合には、ウエハ２００上に形成されるＳｉＯ膜の面内膜厚分布の制御性をさらに高めることが可能となる。というのも、排気口２０４ｃ，２０４ｄをこのように配置した場合、ガス噴出孔２５０ａ，２５０ｂから同時に供給したＨＣＤＳガスを、ウエハの中心近傍で衝突、減速させるだけでなく、ウエハ２００の中心で衝突したＨＣＤＳガスを、直線Ｂを軸として略線対称に拡散（分散）させることが可能となる。これにより、ウエハ２００上に形成されるＳｉＯ膜の面内膜厚均一性をさらに向上させることが可能となる。

【0064】

（ｃ）上述の効果は、ＨＣＤＳガス以外の上述の原料ガスを用いる場合や、Ｏ_２ガス以外の上述のＯ含有ガスを用いる場合や、Ｈ_２ガス以外の上述のＨ含有ガスを用いる場合や、Ｎ_２ガス以外の上述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。

【0065】

（４）変形例
本実施形態は、以下の変形例のように変更することができる。また、これらの変形例は任意に組み合わせることができる。

【0066】

（変形例１）
図６（ａ）に示すように、インナチューブ２０４の側壁に４つの排気口２０４ｃ’〜２０４ｆ’を設けてもよい。この場合、４つの排気口２０４ｃ’〜２０４ｆ’を、平面視において、ガス噴出孔２５０ａ，２５０ｂを結ぶ線分Ａの垂直二等分線である直線Ｂを基準として線対称に配置する。すなわち、排気口２０４ｃ’，２０４ｄ’を結ぶ線分Ｃ’と、直線Ｂとを互いに直交させ、また、排気口２０４ｃ’，２０４ｄ’を、直線Ｂを基準として線対称となる位置にそれぞれ配置する。また、排気口２０４ｅ’，２０４ｆ’を結ぶ線分Ｄ’と、直線Ｂとを互いに直交させ、また、排気口２０４ｅ’，２０４ｆ’を、直線Ｂを基準として線対称となる位置にそれぞれ配置する。

【0067】

また、図６（ｂ）に示すように、インナチューブ２０４の側壁に３つの排気口２０４ｃ”〜２０４ｅ”を設けてもよい。この場合、３つの排気口２０４ｃ”〜２０４ｅ”のうち少なくとも１つ（ここでは排気口２０４ｅ”）を、平面視において、ガス噴出孔２５０ａ，２５０ｂを結ぶ線分Ａの垂直二等分線である直線Ｂ上に配置し、３つの排気口２０４ｃ”〜２０４ｅ”のうち前記少なくとも１つ以外（ここでは排気口２０４ｃ”，２０４ｄ”）を直線Ｂを基準として線対称に配置する。すなわち、排気口２０４ｅ”を直線Ｂ上に配置し、また、排気口２０４ｃ”，２０４ｄ”を結ぶ線分Ｃ”と、直線Ｂとを互いに直交させ、さらに、排気口２０４ｃ”，２０４ｄ”を直線Ｂを基準として線対称となる位置にそれぞれ配置する。

【0068】

これらの場合であっても、図４に示す上述の成膜シーケンスを実施した際に、図１、図２に示す基板処理装置を用いた場合と同様の効果が得られる。また、インナチューブ２０４に設ける排気口の数を増やすことで、ウエハ２００の中心で衝突したＨＣＤＳガスを、ウエハ２００の面内へより均一に拡散（分散）させることができ、ウエハ２００上に形成されるＳｉＯ膜の面内膜厚均一性をさらに向上させることが可能となる。

【0069】

（変形例２）
図５に示すように、インナチューブ２０４の天井面に、排気口２０４ｃ，２０４ｄとは異なる排気口として、開口２０４ｔを設けるようにしてもよい。

【0070】

この場合であっても、図４に示す上述の成膜シーケンスを実施した際に、図１、図２に示す基板処理装置を用いた場合と同様の効果が得られる｀。また、インナチューブ２０４の上部に開口２０４ｔを設けることで、ステップ１，２を行う際に、処理室２０１の上部におけるガス置換の効率を高めたり、処理室２０１の上部における圧力上昇を抑制したりすることが可能となる。これにより、処理室２０１内における各種ガスの濃度分布（ウエハ積載方向における分布）を適正化させることが可能となり、これにより、ウエハ間膜厚均一性を向上させることが可能となる。

【0071】

なお、インナチューブ２０４の上部とボート２１７の上端における天板との隙間（クリアランス）を適正に調整したり、開口２０４ｔの口径を適正に調整したりすることにより、ウエハ間膜厚分布を微調整することが可能となる。

【0072】

（変形例３）
図１〜図４、図７（ａ）を用いて説明した実施形態では、ノズル２４９ａ，２４９ｂのガス噴出孔２５０ａ，２５０ｂの構成（配置、ピッチ、孔数）を互いに同一とする例について示したが、本実施形態はこのような態様に限定されない。すなわち、ノズル２４９ａ，２４９ｂのガス噴出孔２５０ａ，２５０ｂの構成（配置、ピッチ、孔数）は、互いに異ならせてもよい。

【0073】

例えば、図７（ｂ）に示すように、ノズル２４９ａにおいては、下部から上部にわたる全域にガス噴出孔２５０ａを設置し、ノズル２４９ｂにおいては、上部にのみガス噴出孔２５０ｂを設置し、それ以外の部分にはガス噴出孔２５０ｂを非設置としてもよい。また例えば、図７（ｃ）に示すように、ノズル２４９ａにおいては、下部から上部にわたる全域にガス噴出孔２５０ａを設置し、ノズル２４９ｂにおいては、下部にのみガス噴出孔２５０ｂを設置し、それ以外の部分にはガス噴出孔２５０ｂを非設置とする（全長を短くし、その側面の全域にガス噴出孔２５０ｂを設置する）ようにしてもよい。また例えば、図７（ｄ）に示すように、ノズル２４９ａにおいては、上部にはガス噴出孔２５０を非設置とし（全長も短くする）、それ以外の部分の全域にガス噴出孔２５０ａを設置し、ノズル２４９ｂにおいては、上部にのみガス噴出孔２５０ｂを設置し、それ以外の部分にはガス噴出孔２５０ｂを非設置としてもよい。また例えば、図７（ｅ）に示すように、ノズル２４９ａ，２４９ｂにおいては、下部から上部にわたる全域にガス噴出孔２５０ａ，２５０ｂをそれぞれ設置し、かつ、ノズル２４９ａ，２４９ｂのそれぞれの天井部に、垂直方向に向かって開口するガス噴出孔（天井孔）２５１ａ，２５１ｂをそれぞれ設置してもよい。この場合、ガス噴出孔２５１ａの開口面積（直径）を、ガス噴出孔２５０ａの開口面積（直径）よりも大きくするのが好ましく、ガス噴出孔２５１ｂの開口面積（直径）を、ガス噴出孔２５０ｂの開口面積（直径）よりも大きくするのが好ましい。例えば、ガス噴出孔２５１ａの直径を、ガス噴出孔２５０ａの直径の２倍以上８倍以下の大きさとするのが好ましく、ガス噴出孔２５１ｂの直径を、ガス噴出孔２５０ｂの直径の２倍以上８倍以下の大きさとするのが好ましい。なお、ノズル２４９ａ，２４９ｂのうち一方のノズルの天井部に天井孔を非設置とするようにしてもよい。

【0074】

これらの場合であっても、図４に示す上述の成膜シーケンスを実施した際に、図１、図２に示す基板処理装置を用いた場合と同様の効果が得られる。また、ステップ１を行う際に、処理室２０１内におけるＨＣＤＳガスの濃度分布（ウエハ積載方向における分布）を微調整して適正化させることが可能となり、これにより、ウエハ間膜厚均一性を向上させることが可能となる。

【0075】

というのも、処理室内へ供給されたＨＣＤＳガスは、加熱されることでＡ×Ｓｉ＋Ｂ×ＳｉＣｌ_２＋Ｃ×ＳｉＣｌ_４に熱分解する（ここでＡ，Ｂ，Ｃはそれぞれ任意数であり、分解生成物の総量に対する割合を示す）。これら分解生成物のうち、ＳｉＯ膜の形成に寄与する成分は主にＳｉＣｌ_２である。発明者等の鋭意研究によれば、ウエハ配列領域の中央部では、熱分解によるＳｉＣｌ_２の生成量が比較的多くなり、ＳｉＯ膜の形成レートが高くなる傾向があることが分かっている。一方で、ウエハ配列領域の上部や下部では、熱分解によるＳｉＣｌ_２の生成量が比較的少なくなり、ＳｉＯ膜の形成レートが低くなる傾向があることも分かっている。図９（ａ）は、処理室内へ供給されたＨＣＤＳガスの温度を示す図である。図９（ａ）の横軸はＨＣＤＳガスの温度［℃］を示しており、縦軸はウエハの収容位置（１２０が上部、０が下部）を示している。図９（ａ）に示すように、処理室内へ供給されたＨＣＤＳガスの温度は、ウエハ配列領域の下部では３００℃程度であるのに対し、上部では７００℃程度となることが分かる。図９（ｂ）は、ＨＣＤＳガスの熱分解特性を示す図である。図９（ｂ）の横軸はＨＣＤＳガスの温度［℃］を示しており、縦軸はＨＣＤＳの熱分解によるＳｉＣｌ_２の生成量［ａ．ｕ．］を示している。図９（ｂ）によれば、ＳｉＣｌ_２の生成量は、ＨＣＤＳガスの温度が３５０℃未満の範囲では少なく、４００〜５００℃の範囲で極大となり、それを超えて例えば６００℃程度となると再び少なくなることが分かる。なお、ＨＣＤＳガスの温度が８００℃に達すると、２Ｓｉ_２Ｃｌ_６→Ｓｉ＋３ＳｉＣｌ_３という熱分解反応が進行し、ＳｉＣｌ_２は殆ど生成されなくなる。これらの結果から、ウエハ配列領域の中央部では、ＳｉＯ膜の形成に寄与するＳｉＣｌ_２の生成量が多くなり、ウエハ配列領域の上部や下部では、ＳｉＯ膜の形成に寄与するＳｉＣｌ_２の生成量が少なくなることが分かる。この場合、ウエハ上に形成されるＳｉＯ膜のウエハ間膜厚分布は、ウエハ配列領域の中央部で最も厚く、ウエハ配列領域の下部や上部で薄くなる分布（弓形状分布）となる場合がある。

【0076】

このような課題に対し、図７（ｂ）〜図７（ｅ）のいずれかに示すノズル２４９ａ，２４９ｂを用いることは非常に有効である。図７（ｂ）〜図７（ｅ）のいずれかに示すノズル２４９ａ，２４９ｂを用いることにより、ウエハ配列領域の上部や下部へＨＣＤＳガスを供給（補充）し、ＳｉＯ膜の形成に寄与するＳｉＣｌ_２の生成を促進させることが可能となる。これにより、ウエハ２００上に形成されるＳｉＯ膜のウエハ間膜厚均一性を向上させ、上述の弓形状分布の度合いを緩和させることが可能となる。

【0077】

＜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。

【0078】

例えば、上述の実施形態では、ノズル収容室２０４ａ，２０４ｂを異なる大きさ、形状、容積とする例について説明したが、これらを同一の大きさ、形状、容積とするようにしてもよい。ノズル収容室２０４ａ，２０４ｂの大きさ、形状、容積を同一とすることにより、ノズル２４９ａ，２４９ｂから供給されるＨＣＤＳガスの供給環境、供給条件を揃えることが可能となり、ＳｉＯ膜の面内膜厚均一性をより向上させることが可能となる。

【0079】

また例えば、反応体として、アンモニア（ＮＨ_３）ガス等の窒素（Ｎ）含有ガス、プロピレン（Ｃ_３Ｈ_６）ガス等の炭素（Ｃ）含有ガス、トリエチルアミン（（Ｃ_２Ｈ_５）_３Ｎ、略称：ＴＥＡ）ガス等のＮおよびＣを含むガス、トリクロロボラン（ＢＣｌ_３）ガス等の硼素（Ｂ）含有ガス等を用い、以下に示す成膜シーケンスにより、基板上に、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）、シリコン炭窒化膜（ＳｉＣＮ膜）、シリコン酸炭窒化膜（ＳｉＯＣＮ膜）、シリコン硼炭窒化膜（ＳｉＢＣＮ膜）、シリコン硼窒化膜（ＳｉＢＮ膜）等を形成するようにしてもよい。これらの場合においても、上述の実施形態と同様の効果が得られる。これらの反応体を供給する際の処理手順、処理条件は、例えば、上述の実施形態において反応体を供給する際のそれらと同様とすることができる。

【0080】

（ＨＣＤＳ→ＮＨ_３→Ｏ_２）×ｎ ⇒ ＳｉＯＮ
（ＨＣＤＳ→ＮＨ_３）×ｎ ⇒ ＳｉＮ
（ＨＣＤＳ→ＴＥＡ）×ｎ ⇒ ＳｉＣＮ
（ＨＣＤＳ→Ｃ_３Ｈ_６→ＮＨ_３）×ｎ ⇒ ＳｉＣＮ
（ＨＣＤＳ→ＴＥＡ→Ｏ_２）×ｎ ⇒ ＳｉＯＣＮ
（ＨＣＤＳ→Ｃ_３Ｈ_６→ＮＨ_３→Ｏ_２）×ｎ ⇒ ＳｉＯＣＮ
（ＨＣＤＳ→Ｃ_３Ｈ_６→ＢＣｌ_３→ＮＨ_３）×ｎ ⇒ ＳｉＢＣＮ
（ＨＣＤＳ→ＢＣｌ_３→ＮＨ_３）×ｎ ⇒ ＳｉＢＮ

【0081】

また例えば、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）ガス等を用い、以下に示す成膜シーケンスにより、基板上に、チタン窒化膜（ＴｉＮ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）、チタン炭窒化膜（ＴｉＣＮ膜）、チタン酸化膜（ＴｉＯ膜）等を形成するようにしてもよい。これらの場合においても、上述の実施形態と同様の効果が得られる。これらの原料や反応体を供給する際の処理手順、処理条件は、上述の実施形態において原料や反応体を供給する際のそれらと同様とすることができる。

【0082】

（ＴｉＣｌ_４→Ｈ_２Ｏ）×ｎ ⇒ ＴｉＯ
（ＴｉＣｌ_４→ＮＨ_３）×ｎ ⇒ ＴｉＮ
（ＴｉＣｌ_４→ＮＨ_３→Ｏ_２）×ｎ ⇒ ＴｉＯＮ
（ＴｉＣｌ_４→Ｃ_３Ｈ_６→ＮＨ_３）×ｎ ⇒ ＴｉＣＮ
（ＴｉＣｌ_４→ＴＭＡ）×ｎ ⇒ ＴｉＡｌＣ
（ＴｉＣｌ_４→ＴＭＡ→ＮＨ_３）×ｎ ⇒ ＴｉＡｌＣＮ

【0083】

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。

【0084】

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。

【0085】

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。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、上述の実施形態や変形例と同様の効果が得られる。

【0086】

また、上述の各種実施形態は、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。

【0087】

＜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。

【0088】

（付記１）
本発明の一態様によれば、
基板に対して主元素を含む膜を形成する処理が行われる処理室と、
前記処理室内の基板に対して前記主元素を含む原料を供給する第１ノズルと、
前記第１ノズルとは離れた位置に設置され、前記処理室内の基板に対して前記原料を供給する第２ノズルと、
前記処理室内の基板に対して反応体を供給する第３ノズルと、
前記処理室内の雰囲気を排気する複数の排気口と、
を有し、
前記複数の排気口のそれぞれは、平面視において、前記第１ノズルの第１ガス噴出孔および前記第２ノズルの第２ガス噴出孔と、非対向となる位置に設置される基板処理装置が提供される。

【0089】

（付記２）
付記１に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記複数の排気口は、平面視において、
それぞれが前記第１ガス噴出孔と前記第２ガス噴出孔とを結ぶ線分の垂直二等分線上に配置されるか、
それぞれが前記垂直二等分線を基準として線対称に配置されるか、
少なくとも１つが前記垂直二等分線上に配置され、前記少なくとも１つ以外が前記垂直二等分線を基準として線対称に配置される。

【0090】

（付記３）
付記１または２に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
外部反応管と、
外部反応管内に設けられ前記処理室を形成する内部反応管と、
を更に有し、
前記複数の排気口は、前記内部反応管の側面に設けられる。

【0091】

（付記４）
付記３に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記内部反応管の天井面には、前記複数の排気口とは異なる排気口が設けられる。

【0092】

（付記５）
付記１〜４のいずれかに記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記第１ノズルの前記第１ガス噴出孔の構成と、前記第２ノズルの前記第２ガス噴出孔の構成と、が同一である。

【0093】

（付記６）
付記１〜４のいずれかに記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記第１ノズルの前記第１ガス噴出孔の構成と、前記第２ノズルの前記第２ガス噴出孔の構成と、が異なる。

【0094】

（付記７）
付記６に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記第１ガス噴出孔は、前記第１ノズルの上部または下部だけに設置され、それ以外の部分には非設置とされるか、もしくは、前記第２ガス噴出孔は、前記第２ノズルの上部または下部だけに設置され、それ以外の部分には非設置とされる。

【0095】

（付記８）
付記１〜７のいずれかに記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記原料を供給する原料供給系と、
前記反応体を供給する反応体供給系と、
前記処理室内の雰囲気を前記複数の排気口より排気する排気系と、
前記第１ノズルと前記第２ノズルとを介して前記処理室内の基板に対して前記原料を供給し、前記複数の排気口より排気する処理と、前記第３ノズルを介して前記処理室内の前記基板に対して前記反応体を供給し、前記複数の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、前記主元素を含む膜を形成する処理を行わせるように、前記原料供給系、前記反応体供給系、および前記排気系を制御するよう構成される制御部と、
をさらに有する。

【0096】

（付記９）
本発明の他の態様によれば、
基板処理装置の処理室内において、
第１ノズルと、前記第１ノズルとは離れた位置に設置された第２ノズルと、を介して、前記処理室内の基板に対して、形成しようとする膜を構成する主元素を含む原料を供給し、平面視において、前記第１ノズルの第１ガス噴出孔および前記第２ノズルの第２ガス噴出孔と、非対向となる位置に設置される複数の排気口より排気する工程と、
第３ノズルを介して前記処理室内の前記基板に対して反応体を供給し、前記複数の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、前記主元素を含む膜を形成する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。

【0097】

（付記１０）
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において、
第１ノズルと、前記第１ノズルとは離れた位置に設置された第２ノズルと、を介して、前記処理室内の基板に対して、形成しようとする膜を構成する主元素を含む原料を供給し、平面視において、前記第１ノズルの第１ガス噴出孔および前記第２ノズルの第２ガス噴出孔と、非対向となる位置に設置される複数の排気口より排気する手順と、
第３ノズルを介して前記処理室内の前記基板に対して反応体を供給し、前記複数の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、前記主元素を含む膜を形成する手順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】

【0098】

２００ ウエハ（基板）
２０１ 処理室
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）
２０４ｃ，２０４ｄ 排気口
２５０ａ，２５０ｂ ガス噴出孔

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】