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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024110439
(43)【公開日】2024-08-16
(54)【発明の名称】基板処理方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/31 20060101AFI20240808BHJP
C23C 16/455 20060101ALI20240808BHJP
H01L 21/318 20060101ALN20240808BHJP
【ＦＩ】
H01L21/31 B
C23C16/455
H01L21/318 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】14
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023014958
(22)【出願日】2023-02-03
(71)【出願人】
【識別番号】318009126
【氏名又は名称】株式会社ＫＯＫＵＳＡＩ ＥＬＥＣＴＲＩＣ
(72)【発明者】
【氏名】陶山 なぎさ
(72)【発明者】
【氏名】小出 紘之
(72)【発明者】
【氏名】長橋 知也
【テーマコード（参考）】
4K030
5F045
5F058
【Ｆターム（参考）】
4K030AA03
4K030AA06
4K030AA13
4K030BA40
4K030EA01
4K030EA03
4K030EA06
4K030EA11
4K030FA10
4K030GA06
4K030HA01
4K030JA06
4K030JA09
4K030JA11
4K030LA12
4K030LA15
5F045AA06
5F045AA15
5F045AB31
5F045AB33
5F045AC00
5F045AC03
5F045AC07
5F045AC12
5F045AD05
5F045AD06
5F045AD07
5F045AD08
5F045AD09
5F045AD10
5F045AD11
5F045AD12
5F045AD13
5F045AD14
5F045AD15
5F045AD16
5F045AD17
5F045AD18
5F045AE13
5F045AE15
5F045AE17
5F045AE19
5F045AE21
5F045AE23
5F045AE25
5F045BB02
5F045BB19
5F045DP19
5F045DP28
5F045DQ05
5F045EE02
5F045EE17
5F045EE20
5F045EF02
5F045EF08
5F045EK06
5F045EM08
5F058BA09
5F058BC08
5F058BC09
5F058BD10
5F058BD12
5F058BF04
5F058BF24
5F058BF27
5F058BF30
5F058BF37
5F058BG02
5F058BJ06
(57)【要約】 （修正有）
【課題】基板に形成される膜の均一性を向上させ、段差被覆性を制御する。
【解決手段】基板処理装置１０は、反応管格納室２０６ｂを備え、反応管格納室内に、基板Ｓを処理する区画である処理室２０１を有し、鉛直方向に延びた円筒形状の反応管２１０、反応管の外周に設置された加熱部（炉体）としてのヒータ２１１、ガス供給部としてのガス供給構造２１２及びガス排気部としてのガス排気構造２１３を備える。ガス供給構造は、反応管のガス流れ方向上流に設けられ、ガス供給構造から反応管内に、基板に対して水平方向からガスが供給される。ガス排気構造は、反応管のガス流れ方向下流に設けられ、反応管内のガスがガス排気構造から排出される。ガス供給構造と反応管内とガス排気構造とは、水平方向に連通している。反応菅の上流側には供給されたガスの流れを整える上流側整流部２１４が、下流側には排出されるガスの流れを整える下流側整流部２１５が設けられる。
【選択図】図１
【解決手段】基板処理装置１０は、反応管格納室２０６ｂを備え、反応管格納室内に、基板Ｓを処理する区画である処理室２０１を有し、鉛直方向に延びた円筒形状の反応管２１０、反応管の外周に設置された加熱部（炉体）としてのヒータ２１１、ガス供給部としてのガス供給構造２１２及びガス排気部としてのガス排気構造２１３を備える。ガス供給構造は、反応管のガス流れ方向上流に設けられ、ガス供給構造から反応管内に、基板に対して水平方向からガスが供給される。ガス排気構造は、反応管のガス流れ方向下流に設けられ、反応管内のガスがガス排気構造から排出される。ガス供給構造と反応管内とガス排気構造とは、水平方向に連通している。反応菅の上流側には供給されたガスの流れを整える上流側整流部２１４が、下流側には排出されるガスの流れを整える下流側整流部２１５が設けられる。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ａ）第１処理ガスを基板に供給する工程と、
ｂ）第２処理ガスを第２貯留部から前記基板に供給する工程と、を有し、
ｂ）では、前記基板上での前記第２処理ガスの逐次反応が収束するまでの時間を短縮する様に、行われる
基板処理方法。
ｂ）第２処理ガスを第２貯留部から前記基板に供給する工程と、を有し、
ｂ）では、前記基板上での前記第２処理ガスの逐次反応が収束するまでの時間を短縮する様に、行われる
基板処理方法。
【請求項2】
ａ）第１処理ガスを基板に供給する工程と、
ｂ）第２処理ガスを第２貯留部から前記基板に供給する際に、前記基板が存在するエリアの圧力を３００～３０００Ｐａの圧力とし、前記第２処理ガスを供給する時間を２秒～５秒として、前記第２処理ガスを供給する工程と、
を有する基板処理方法。
ｂ）第２処理ガスを第２貯留部から前記基板に供給する際に、前記基板が存在するエリアの圧力を３００～３０００Ｐａの圧力とし、前記第２処理ガスを供給する時間を２秒～５秒として、前記第２処理ガスを供給する工程と、
を有する基板処理方法。
【請求項3】
前記圧力を、２０００Ｐａ～２６００Ｐａとし、
前記時間を、２～４秒として、
ｂ）を行う
請求項２に記載の基板処理方法。
前記時間を、２～４秒として、
ｂ）を行う
請求項２に記載の基板処理方法。
【請求項4】
ａ）では、前記第１処理ガスを第１貯留部から供給する
請求項２に記載の基板処理方法。
請求項２に記載の基板処理方法。
【請求項5】
前記第２処理ガス貯留部を複数設け、
b)では、前記複数の第２貯留部から前記第２処理ガスを供給する
請求項２に記載の基板処理方法。
b)では、前記複数の第２貯留部から前記第２処理ガスを供給する
請求項２に記載の基板処理方法。
【請求項6】
前記第２処理ガス貯留部の上流側バルブと下流側バルブを開けた状態で行う
請求項２又は５に記載の基板処理方法。
請求項２又は５に記載の基板処理方法。
【請求項7】
前記第１処理ガス及び前記第２処理ガスは、前記基板を収容する処理容器の側方であって、前記基板の水平方向に突出したガス供給部から供給され、
前記ガス供給部に対向する排気部から排気される
請求項２に記載の基板処理方法。
前記ガス供給部に対向する排気部から排気される
請求項２に記載の基板処理方法。
【請求項8】
前記基板は凹部を有し、
ｃ）前記凹部のアスペクト比に基づいて、ｂ）の圧力を更に変更する工程と、
を有する
請求項２に記載の基板処理方法。
ｃ）前記凹部のアスペクト比に基づいて、ｂ）の圧力を更に変更する工程と、
を有する
請求項２に記載の基板処理方法。
【請求項9】
ａ）第１処理ガスを、凹部を有する基板に供給する工程と、
ｂ）前記凹部内に形成される窒素含有膜の窒素欠損量が、２．５×１０１８個／ｃｍ３以上となる様に、第２処理ガスを第２貯留部から前記基板に供給する工程と、
を有する基板処理方法。
ｂ）前記凹部内に形成される窒素含有膜の窒素欠損量が、２．５×１０１８個／ｃｍ３以上となる様に、第２処理ガスを第２貯留部から前記基板に供給する工程と、
を有する基板処理方法。
【請求項10】
ａ）第１処理ガスを基板に供給する工程と、
ｂ）第２処理ガスを第２貯留部から前記基板に、前記第１原料ガスの供給時間よりも長い時間で供給する工程と、
を有する基板処理方法。
ｂ）第２処理ガスを第２貯留部から前記基板に、前記第１原料ガスの供給時間よりも長い時間で供給する工程と、
を有する基板処理方法。
【請求項11】
ａ）第１処理ガスを基板に供給する工程と、
ｂ）第２処理ガスを第２貯留部から前記基板に供給する工程と、を有し、
前記基板が存在するエリアを排気する排気バルブの開度であって、ａ）における開度をb)における開度よりも大きくする
基板処理方法。
ｂ）第２処理ガスを第２貯留部から前記基板に供給する工程と、を有し、
前記基板が存在するエリアを排気する排気バルブの開度であって、ａ）における開度をb)における開度よりも大きくする
基板処理方法。
【請求項12】
ａ）第１処理ガスを基板に供給する工程と、
ｂ）第２処理ガスを第２貯留部から前記基板に供給する工程と、を有し、
ｂ）を行う際の前記基板が存在するエリアの圧力を前記ａ）を行う際の圧力よりも高くする
基板処理方法。
ｂ）第２処理ガスを第２貯留部から前記基板に供給する工程と、を有し、
ｂ）を行う際の前記基板が存在するエリアの圧力を前記ａ）を行う際の圧力よりも高くする
基板処理方法。
【請求項13】
ａ）第１処理ガスを基板に供給する工程と、
ｂ）第２処理ガスを第２貯留部から前記基板に供給する工程と、を有し、
前記第２処理ガスの供給量を前記第１処理ガスの供給量よりも多くする
基板処理方法。
ｂ）第２処理ガスを第２貯留部から前記基板に供給する工程と、を有し、
前記第２処理ガスの供給量を前記第１処理ガスの供給量よりも多くする
基板処理方法。
【請求項14】
ａ）第１処理ガスを、凹部を有する基板に供給する工程と、
ｂ）第２処理ガスを第２貯留部から前記基板に供給する工程と、を有し、
ｂ）では、前記凹部の上部で生じる前記逐次反応と、前記凹部の底部で生じる前記逐次反応とが、同時に終わる様に前記第２処理ガスが供給される
基板処理方法。
ｂ）第２処理ガスを第２貯留部から前記基板に供給する工程と、を有し、
ｂ）では、前記凹部の上部で生じる前記逐次反応と、前記凹部の底部で生じる前記逐次反応とが、同時に終わる様に前記第２処理ガスが供給される
基板処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、基板処理方法に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体装置の製造工程の一工程として、基板上に形成される副生成物の基板面内における濃度分布に応じた供給時間でそれぞれ原料ガスおよび／または反応ガスを供給する技術がある（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２０１４－２０８８８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、基板に形成される膜の均一性が、半導体デバイス性能が要求する均一性に満たない場合がある。
【0005】
本開示は、基板に形成される膜の均一性を向上させることが可能な技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示の一態様によれば、
ａ）第１処理ガスを基板に供給する工程と、
ｂ）第２処理ガスを第２処理ガス貯留部から前記基板に供給する工程と、を有し、
ｂ）では、前記基板上での前記第２処理ガスの逐次反応が生じるまでの時間を短縮する様に、行われる技術が提供される。
ａ）第１処理ガスを基板に供給する工程と、
ｂ）第２処理ガスを第２処理ガス貯留部から前記基板に供給する工程と、を有し、
ｂ）では、前記基板上での前記第２処理ガスの逐次反応が生じるまでの時間を短縮する様に、行われる技術が提供される。
【発明の効果】
【0007】
本開示によれば、基板に形成される膜の均一性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本開示の一態様について、主に図１～図６を参照しつつ説明する。なお、以下の説明において用いられる図面は、いずれも模式的なものであり、図面に示される、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は、現実のものとは必ずしも一致していない。また、複数の図面の相互間においても、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は必ずしも一致していない。
【0010】
（１）基板処理装置の構成
基板処理装置１０の構成について、図１を用いて説明する。
基板処理装置１０の構成について、図１を用いて説明する。
【0011】
基板処理装置１０は、反応管格納室２０６ｂを備え、反応管格納室２０６ｂ内に、鉛直方向に延びた円筒形状の反応管２１０と、反応管２１０の外周に設置された加熱部（炉体）としてのヒータ２１１と、ガス供給部としてのガス供給構造２１２と、ガス排気部としてのガス排気構造２１３とを備える。ガス供給部には、後述する上流側整流部２１４やノズル２２３，２２４を含めてもよい。また、ガス排気部には、後述する下流側整流部２１５を含めてもよい。反応管２１０のうち、基板Ｓを処理する区画を処理室２０１と呼ぶ。また、処理室２０１は、内部に基板Ｓが配される処理空間と呼ぶこともできる。
【0012】
ガス供給構造２１２は反応管２１０のガス流れ方向上流に設けられ、ガス供給構造２１２から反応管２１０内にガスが供給され、基板Ｓに対して水平方向からガスが供給される。ガス排気構造２１３は反応管２１０のガス流れ方向下流に設けられ、反応管２１０内のガスはガス排気構造２１３から排出される。ガス供給構造２１２と反応管２１０内とガス排気構造２１３とは水平方向に連通している。
【0013】
反応管２１０とガス供給構造２１２との間の反応管２１０の上流側には、ガス供給構造２１２から供給されたガスの流れを整える上流側整流部２１４が設けられる。また、反応管２１０とガス排気構造２１３との間の反応管２１０の下流側には、反応管２１０から排出されるガスの流れを整える下流側整流部２１５が設けられる。反応管２１０の下端は、マニホールド２１６で支持される。
【0014】
反応管２１０、上流側整流部２１４、下流側整流部２１５は連続した構造であり、例えば石英やＳｉＣ等の材料で形成される。これらはヒータ２１１から放射される熱を透過する熱透過性部材で構成される。ヒータ２１１の熱は、基板Ｓやガスを加熱する。
【0015】
ガス供給構造２１２は、ガス供給管２５１、ガス供給管２６１が接続されると共に、各ガス供給管から供給されたガスを分配する分配部２２５を有する。分配部２２５の下流側には複数のノズル２２３、ノズル２２４が設けられる。ガス供給管２５１とガス供給管２６１は、後述するように異なる種類のガスを供給する。ノズル２２３、ノズル２２４は上下の関係や横並びの関係で配される。本態様においては、ガス供給管２５１とガス供給管２６１をまとめてガス供給管２２１とも呼ぶ。各ノズルはガス吐出部とも呼ぶ。分配部２２５は、ガス供給管２５１からノズル２２３に、ガス供給管２６１からノズル２２４に、それぞれのガスが供給されるよう構成されている。
【0016】
上流側整流部２１４は、筐体２２７と区画板２２６を有する。区画板２２６は水平方向に延伸され、且つ孔の無い連続した構造である。ここでいう水平方向とは、筐体２２７の側壁方向や、反応管２１０内の基板Ｓの面と並行な方向を意味する。区画板２２６は鉛直方向に複数配される。区画板２２６は筐体２２７の側壁に固定され、ガスが区画板２２６を超えて下方、もしくは上方の隣接領域に移動しないように構成される。
【0017】
それぞれの区画板２２６は、それぞれの基板Ｓに対応した位置に設けられる。区画板２２６の間や区画板２２６と筐体２２７との間には、ノズル２２３、ノズル２２４が設けられる。ノズル２２３、ノズル２２４から吐出されたガスは、区画板２２６によってガス流れが整えられ、基板Ｓの表面に供給される。すなわち、基板Ｓからみれば、基板Ｓの側方からガスが供給される。
【0018】
下流側整流部２１５は、後述する基板支持具３００に基板Ｓが支持された状態において、最上位に配された基板Ｓよりも天井が高くなるよう構成され
、基板支持具３００の最下位に配された基板Ｓよりも底部が低くなるよう構成される。
、基板支持具３００の最下位に配された基板Ｓよりも底部が低くなるよう構成される。
【0019】
下流側整流部２１５は、筐体２３１と区画板２３２を有する。区画板２３２は水平方向に延伸され、且つ孔の無い連続した構造である。ここでいう水平方向とは、上述の水平方向と同様である。更には、区画板２３２は鉛直方向に複数配される。区画板２３２は筐体２３１の側壁に固定され、ガスが区画板２３２を超えて下方、もしくは上方の隣接領域に移動しないように構成される。筐体２３１のうち、ガス排気構造２１３と接触する側には、フランジ２３３が設けられる。
【0020】
区画板２３２は、それぞれ基板Ｓに対応した位置であって、それぞれ区画板２２６に対応した位置に設けられる。対応する区画板２２６と区画板２３２は、同等の高さにすることが望ましい。更には、基板Ｓを処理する際、基板Ｓの高さと区画板２２６、区画板２３２の高さをそろえることが望ましい。
【0021】
上述のような位置関係となるように区画板２２６と区画板２３２を設けることで、それぞれの基板Ｓの上流、下流で、鉛直方向において圧力損失を均一にできる。すなわち、図中の矢印のような、区画板２２６、基板Ｓ上、区画板２３２にかけて鉛直方向への流れが抑制された水平なガス流れを確実に形成できる。従って、各基板Ｓ上におけるガスの圧力の差を減少させることができる。これにより、各基板Ｓに対して処理を均一に行うことができる。
【0022】
ガス排気構造２１３は下流側整流部２１５の下流に設けられる。ガス排気構造２１３は主に筐体２４１と排気管接続部２４２とで構成される。筐体２４１のうち、下流側整流部２１５側には、フランジ２４３が設けられる。筐体２３１と筐体２４１は、それぞれの天井部及び底部の高さが連続した構造である。筐体２４１の下流側であって下側もしくは水平方向には、下流側整流部２１５を通過したガスを排気する排気孔２４４が形成されている。ガス排気構造２１３は、反応管２１０の横方向に設けられ、基板Ｓの横方向からガスを排気する横排気構造である。
【0023】
移載室２１７は、反応管２１０の下部にマニホールド２１６を介して設置される。移載室２１７には、基板搬入口を介して真空搬送ロボットにより基板Ｓを基板支持具（以下、単にボートと記す場合もある）３００に載置（搭載）したり、真空搬送ロボットにより基板Ｓを基板支持具３００から取り出したりすることが行われる。
【0024】
移載室２１７の内部には、基板支持具３００、仕切板支持部３１０、及び基板支持具３００と仕切板支持部３１０と（これらを合わせて基板保持具と呼ぶ）を上下方向と回転方向に駆動する上下方向駆動機構部４００を格納可能である。図１においては、基板支持具３００は上下方向駆動機構部４００によって上昇され、反応管２１０内に格納された状態を示す。
【0025】
上下方向駆動機構部４００は、基板支持具３００と仕切板支持部３１０とを一緒に回転させる回転駆動機構４３０と、仕切板支持部３１０に対して基板支持具３００を相対的に上下方向に駆動させるボート上下機構４２０を備えている。回転駆動機構４３０とボート上下機構４２０は、ベースプレート４０２に側板４０３で支持されている蓋体としてのベースフランジ４０１に固定されている。ベースフランジ４０１の上面には真空シール用のＯリング４４６が設置されており、図１に示すように上下駆動用モータ４１０で駆動されてベースフランジ４０１の上面が移載室２１７に押し当てられる位置まで上昇させることにより、反応管２１０の内部を気密に保つことができる。仕切板支持部３１０に固定された支持具４４０と基板支持具３００に固定された支持部４４１との間は、真空ベローズ４４３で接続されている。
【0026】
次に、図１を用いて基板支持部の詳細を説明する。
基板支持部は、少なくとも基板Ｓを支持する基板支持具３００で構成され、反応管２１０内に格納される。反応管２１０の天板内壁直下に基板Ｓが配置される。また、基板支持部は、移載室２１７の内部で図示しない基板搬入口を介して真空搬送ロボットにより基板Ｓの移し替えを行ったり、移し替えた基板Ｓを反応管２１０の内部に搬送して基板Ｓの表面に薄膜を形成する処理を行ったりする。基板搬入口は、例えば移載室２１７の側壁に設けられる。なお、基板支持部に、仕切板支持部３１０を含めて考えても良い。
基板支持部は、少なくとも基板Ｓを支持する基板支持具３００で構成され、反応管２１０内に格納される。反応管２１０の天板内壁直下に基板Ｓが配置される。また、基板支持部は、移載室２１７の内部で図示しない基板搬入口を介して真空搬送ロボットにより基板Ｓの移し替えを行ったり、移し替えた基板Ｓを反応管２１０の内部に搬送して基板Ｓの表面に薄膜を形成する処理を行ったりする。基板搬入口は、例えば移載室２１７の側壁に設けられる。なお、基板支持部に、仕切板支持部３１０を含めて考えても良い。
【0027】
基板支持具３００には、基部３１１に支持された複数の支持ロッド３１５により複数の基板Ｓが、鉛直方向（垂直方向）に、所定の間隔で載置されている。この支持ロッド３１５により支持された複数の基板Ｓの間は、仕切板支持部３１０に支持された支柱３１３に所定に間隔で固定（支持）された円板状の仕切板３１４によって仕切られている。ここで、仕切板３１４は、基板Ｓの直下に配置され、基板Ｓの上部と下部のいずれか又は両方に配置される。仕切板３１４は、各基板Ｓの空間を遮断する。基板支持具３００に載置されている複数の基板Ｓの所定の間隔は、仕切板支持部３１０に固定された仕切板３１４の上下の間隔と同じである。また、仕切板３１４の直径は、基板Ｓの直径よりも大きく形成されている。
【0028】
基部３１１、仕切板３１４及び複数の支持ロッド３１５は、例えば石英やＳｉＣ等の材料で形成される。なお、ここでは、基板支持具３００に５枚の基板Ｓを支持した例を示すが、これに限るものでは無い。例えば、基板Ｓを５～５０枚程度、支持可能に基板支持具３００を構成しても良い。なお、仕切板３１４は、セパレータとも呼ぶ。
【0029】
なお、本明細書における「５～５０枚」のような数値範囲の表記は、下限値および上限値がその範囲に含まれることを意味する。よって、例えば、「５～５０枚」とは「５枚以上５０枚以下」を意味する。他の数値範囲についても同様である。
【0030】
基板Ｓ上に薄膜を形成する工程において、仕切板３１４は、区画板２２６及び／又は区画板２３２に対応した高さに位置することが好ましい。さらに好ましくは、仕切板３１４と、区画板２２６及び区画板２３２の高さを揃えることが望ましい。
【0031】
このような基板支持部を用いることで、区画板２２６、基板Ｓ上、区画板２３２にかけて鉛直方向への流れが抑制された水平なガス流れを形成しやすくなる。これにより、各基板Ｓ上のガスの圧力の差が均一になるため、各基板Ｓに対して処理を均一に行うことができる。
【0032】
仕切板支持部３１０と基板支持具３００とは、上下方向駆動機構部４００により、反応管２１０と移載室２１７との間の上下方向、及び基板支持具３００で支持された基板Ｓの中心周りの回転方向に駆動される。
【0033】
続いて図２（Ａ）～図２（Ｃ）を用いてガス供給系の詳細を説明する。図２（Ａ）に記載のように、ガス供給管２５１には、上流方向から順に、第一ガス源２５２、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）２５３、開閉弁であるバルブ２７５、第１処理ガスを貯留する第１貯留部であるタンク２５９及び開閉弁であるバルブ２５４が設けられている。
【0034】
第一ガス源２５２は、第一元素を含有する第一ガス（「第一元素含有ガス」とも呼ぶ。）源である。第一ガスは、原料ガス、すなわち、処理ガスの一つである。
【0035】
主に、ガス供給管２５１、ＭＦＣ２５３、バルブ２７５、タンク２５９、バルブ２５４により、第一ガス供給系２５０（原料ガス供給系，処理ガス供給系ともいう）が構成される。第一ガス源２５２を第一ガス供給系２５０に含めてもよい。
【0036】
ガス供給管２５１のうち、バルブ２７５とタンク２５９との間には、ガス供給管２５５が接続される。ガス供給管２５５には、上流方向から順に、不活性ガス源２５６、ＭＦＣ２５７、及び開閉弁であるバルブ２５８が設けられている。不活性ガス源２５６からは不活性ガスが供給される。
【0037】
主に、ガス供給管２５５、ＭＦＣ２５７、バルブ２５８により、第一不活性ガス供給系が構成される。不活性ガス源２５６から供給される不活性ガスは、基板処理工程では、反応管２１０内に留まったガスをパージするパージガスとして作用する。不活性ガス源２５６を第一不活性ガス供給系に含めてもよい。第一不活性ガス供給系を第一ガス供給系２５０に加えてもよい。
【0038】
図２（Ｂ）に記載のように、ガス供給管２６１には、上流方向から順に、第二ガス源２６２、ＭＦＣ２６３、バルブ２７６、第２処理ガスを貯留する第２貯留部としてのタンク２６９及びバルブ２６４が設けられている。
【0039】
第二ガス源２６２は第二元素を含有する第二ガス（以下、「第二元素含有ガス」とも呼ぶ。）源である。第二ガスは、第一ガスとは異なるガスであり、処理ガスの一つとしてもよい。なお、第二ガスは、原料ガスである第一ガスの前駆体と反応する反応ガスまたは基板Ｓの表面を改質する改質ガスとして考えてもよい。
【0040】
主に、ガス供給管２６１、ＭＦＣ２６３、バルブ２７６、タンク２６９、バルブ２６４により、第二ガス供給系２６０（反応ガス供給系、処理ガス供給系ともいう）が構成される。第二ガス源２６２を第二ガス供給系２６０に含めてもよい。なお、図２（Ｂ）では、第二ガス供給系２６０を一つ示しているが、これに限るものでは無い。第二ガス供給系２６０を、複数、並列的に接続可能に構成しても良い。
【0041】
ガス供給管２６１のうち、バルブ２７６とタンク２６９との間には、ガス供給管２６５が接続される。ガス供給管２６５には、上流方向から順に、不活性ガス源２６６、ＭＦＣ２６７、及び開閉弁であるバルブ２６８が設けられている。不活性ガス源２６６からは不活性ガスが供給される。
【0042】
主に、ガス供給管２６５、ＭＦＣ２６７、バルブ２６８により、第二不活性ガス供給系が構成される。不活性ガス源２６６から供給される不活性ガスは、基板処理工程では、反応管２１０内に留まったガスをパージするパージガスとして作用する。不活性ガス源２６６を第二不活性ガス供給系に含めてもよい。第二不活性ガス供給系を第二ガス供給系２６０に加えてもよい。
【0043】
図２（Ｃ）に記載のように、ガス供給管２７１には、上流方向から順に、第三ガス源２７２、ＭＦＣ２７３、及びバルブ２７４が設けられている。ガス供給管２７１は移載室２１７に接続される。移載室２１７を不活性ガス雰囲気としたり、移載室２１７を真空状態にしたりする際、不活性ガスを供給する。
【0044】
第三ガス源２７２は不活性ガス源である。主に、ガス供給管２７１、ＭＦＣ２７３、バルブ２７４により、第三ガス供給系２７０が構成される。第三ガス源２７２を第三ガス供給系２７０に含めてもよい。第三ガス供給系２７０は、移載室供給系とも呼ぶ。
【0045】
【0046】
図３（Ａ）に記載のように、排気管２８１には、バルブ２８２、圧力調整器（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２８３を介して、真空排気装置としての真空ポンプ２８４が接続されており、反応管２１０内の圧力が所定の圧力（真空度）となるよう真空排気し得るように構成されている。排気管２８１、バルブ２８２、ＡＰＣバルブ２８３をまとめて排気系２８０と呼ぶ。排気系２８０は処理室排気系とも呼ぶ。なお、排気系２８０に真空ポンプ２８４を含めてもよい。移載室２１７の雰囲気を排気する排気系２９０は、移載室２１７に接続されると共に、その内部と連通する排気管２９１を有する。
【0047】
図３（Ｂ）に記載のように、排気管２９１には、バルブ２９２、ＡＰＣバルブ２９３を介して、真空ポンプ２９４が接続されており、移載室２１７内の圧力が所定の圧力となるよう真空排気し得るように構成されている。排気管２９１、バルブ２９２、ＡＰＣバルブ２９３をまとめて排気系２９０と呼ぶ。排気系２９０は移載室排気系とも呼ぶ。なお、排気系２９０に真空ポンプ２９４を含めてもよい。
【0048】
続いて図４を用いて制御部（制御手段）であるコントローラを説明する。基板処理装置１０は、基板処理装置１０の各部の動作を制御するコントローラ６００を有している。
【0049】
コントローラ６００の概略を図４に示す。コントローラ６００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）６０１、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）６０２、記憶部としての記憶装置６０３、Ｉ／Ｏポート６０４を備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ６０２、記憶装置６０３、Ｉ／Ｏポート６０４は、内部バス６０５を介して、ＣＰＵ６０１とデータ交換可能なように構成されている。
【0050】
記憶装置６０３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６０３内には、基板処理装置１０の動作を制御する制御プログラムや、基板処理の手順や条件などが記載されたプロセスレシピ等が読み出し可能に格納されている。
【0051】
なお、プロセスレシピは、後述する基板処理工程における各手順をコントローラ６００に実行させ、所定の結果を得ることが出来るように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、このプロセスレシピや制御プログラム等を総称して、単にプログラムともいう。なお、本明細書においてプログラムという言葉を用いた場合は、プロセスレシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。また、ＲＡＭ６０２は、ＣＰＵ６０１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。
【0052】
Ｉ／Ｏポート６０４は、上述の上下方向駆動機構部４００、ヒータ２１１、ＡＰＣバルブ２８３，２９３、真空ポンプ２８４，２９４、ＭＦＣ２５３，２５７，２６３，２６７，２７３、バルブ２５４，２５８，２６４，２６８，２７４，２７５，２７６、回転駆動機構４３０等に接続されている。
【0053】
ＣＰＵ６０１は、記憶装置６０３からの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６８１からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置６０３からプロセスレシピを読み出すように構成されている。そして、ＣＰＵ６０１は、読み出されたプロセスレシピの内容に沿うように、上下方向駆動機構部４００による基板支持具３００の昇降動作、ヒータ２１１による加熱動作、ＡＰＣバルブ２８３，２９３の開閉動作、真空ポンプ２８４，２９４の起動及び停止、ＭＦＣ２５３，２５７，２６３，２６７，２７３による各種ガスの流量調整動作、バルブ２５４，２５８，２６４，２６８，２７４，２７５，２７６の開閉動作、回転駆動機構４３０による基板支持具３００の回転及び回転速度調節動作等を制御するように構成されている。
【0054】
コントローラ６００は、上述のプログラムを格納した外部記憶装置（例えば、ハードディスク等の磁気ディスク、ＤＶＤ等の光ディスク、ＭＯなどの光磁気ディスク、ＵＳＢメモリ等の半導体メモリ）６８２を用いてコンピュータにプログラムをインストールすること等により、本態様に係るコントローラ６００を構成することができる。なお、コンピュータにプログラムを供給するための手段は、外部記憶装置６８２を介して供給する場合に限らない。例えば、インターネットや専用回線等の通信手段を用い、外部記憶装置６８２を介さずにプログラムを供給するようにしても良い。なお、記憶装置６０３や外部記憶装置６８２は、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として構成される。以下、これらを総称して、単に記録媒体ともいう。なお、本明細書において、記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶装置６０３単体のみを含む場合、外部記憶装置６８２単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。
【0055】
次に、半導体製造工程の一工程として、上述した構成の基板処理装置１０を用いて基板Ｓ上に薄膜を形成する工程について、図５～図６を用いて説明する。なお、以下の説明において、基板処理装置１０を構成する各部の動作はコントローラ６００により制御される。
【0056】
ここでは、第一ガスと第二ガスを用いて、基板Ｓの、トレンチやホール等の凹部に膜を形成する成膜処理について説明する。第一ガスとして、例えば、ハロゲン元素を含むガスを用いることができる。六塩化二ケイ素（Ｓｉ２Ｃｌ６、ヘキサクロロジシラン、略称：ＨＣＤＳ）ガスを用いることができる。
【0057】
本明細書において用いる「基板」という用語は、基板そのものを意味する場合や、基板とその表面上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。本明細書において用いる「基板の表面」という言葉は、基板そのものの表面を意味する場合や、基板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「基板上に所定の層を形成する」と記載した場合は、基板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、基板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「ウエハ」という言葉を用いた場合も、「基板」という言葉を用いた場合と同義である。
【0058】
（Ｓ１０２）
移載室圧力調整工程Ｓ１０２を説明する。ここでは、移載室２１７内の圧力を移載室２１７に隣接する図示しない真空搬送室と同レベルの圧力とする。具体的には、排気系２９０を作動させ、移載室２１７の雰囲気が真空レベルとなるよう、移載室２１７の雰囲気を排気する。
移載室圧力調整工程Ｓ１０２を説明する。ここでは、移載室２１７内の圧力を移載室２１７に隣接する図示しない真空搬送室と同レベルの圧力とする。具体的には、排気系２９０を作動させ、移載室２１７の雰囲気が真空レベルとなるよう、移載室２１７の雰囲気を排気する。
【0059】
（Ｓ１０４）
続いて基板搬入工程Ｓ１０４を説明する。移載室２１７が真空レベルとなったら、基板Ｓの搬送を開始する。基板Ｓが真空搬送室に到着したらゲートバルブを解放し、真空搬送ロボットは基板Ｓを移載室２１７に搬入する。
続いて基板搬入工程Ｓ１０４を説明する。移載室２１７が真空レベルとなったら、基板Ｓの搬送を開始する。基板Ｓが真空搬送室に到着したらゲートバルブを解放し、真空搬送ロボットは基板Ｓを移載室２１７に搬入する。
【0060】
このとき基板支持具３００は移載室２１７中に待機され、基板Ｓは基板支持具３００に移載される。所定枚数の基板Ｓが基板支持具３００に移載されたら真空搬送ロボットを退避させると共に、上下方向駆動機構部４００により基板支持具３００を上昇させ基板Ｓを反応管２１０内に移動させる。このとき、基板Ｓの表面が区画板２２６、区画板２３２の高さとそろうよう、位置決めされる。
【0061】
（Ｓ１０６）
続いて加熱工程Ｓ１０６を説明する。反応管２１０内に基板Ｓを搬入したら、反応管２１０内を所定の圧力となるように制御するとともに、基板Ｓの表面温度が所定の温度となるように制御する。第一ガスとして、例えばＨＣＤＳガスを用いる場合、ヒータ２１１の温度は、基板Ｓの温度が、例えば１００℃～１５００℃であり、好ましくは２００℃～１０００℃であって、さらに好ましくは４００℃～８００℃となるよう制御する。また、反応管２１０内の圧力は、例えば０．０１Ｐａ～１ｋＰａとすることが考えられる。
続いて加熱工程Ｓ１０６を説明する。反応管２１０内に基板Ｓを搬入したら、反応管２１０内を所定の圧力となるように制御するとともに、基板Ｓの表面温度が所定の温度となるように制御する。第一ガスとして、例えばＨＣＤＳガスを用いる場合、ヒータ２１１の温度は、基板Ｓの温度が、例えば１００℃～１５００℃であり、好ましくは２００℃～１０００℃であって、さらに好ましくは４００℃～８００℃となるよう制御する。また、反応管２１０内の圧力は、例えば０．０１Ｐａ～１ｋＰａとすることが考えられる。
【0062】
（Ｓ１０８）
続いて膜処理工程Ｓ１０８について説明する。膜処理工程Ｓ１０８では、プロセスレシピに応じて、基板Ｓの凹部に対して、後述する第一ガスを基板Ｓにフラッシュ供給する第一ガス供給工程と、第二ガスを基板Ｓにフラッシュ供給する第二ガス供給工程と、を１回以上行って、表面に凹部を有する基板Ｓ上に所定の膜を形成する。
続いて膜処理工程Ｓ１０８について説明する。膜処理工程Ｓ１０８では、プロセスレシピに応じて、基板Ｓの凹部に対して、後述する第一ガスを基板Ｓにフラッシュ供給する第一ガス供給工程と、第二ガスを基板Ｓにフラッシュ供給する第二ガス供給工程と、を１回以上行って、表面に凹部を有する基板Ｓ上に所定の膜を形成する。
【0063】
＜第一ガス供給工程、ステップＳ１＞
本ステップでは、内部に基板Ｓが配される処理室２０１に対して、第一ガスをフラッシュ供給する。ここで、フラッシュ供給とは、短時間で大流量のガスを反応管２１０内に供給することをいう。
本ステップでは、内部に基板Ｓが配される処理室２０１に対して、第一ガスをフラッシュ供給する。ここで、フラッシュ供給とは、短時間で大流量のガスを反応管２１０内に供給することをいう。
【0064】
具体的には、本ステップでは、ガス供給管２５１に設けられたタンク２５９に予め第一ガスを溜めておく。第一ガスとして、例えばＨＣＤＳガスを用いる場合、このときのタンク２５９内の圧力は、例えば０．０１～１００ｋＰａ、好ましくは０．１～１．０ｋＰａとする。
【0065】
そして、第一ガスを供給する際に、タンク２５９とノズル２２３の間の、タンク２５９の下流側に設けられたバルブ２５４を開き、予め第一ガスが貯留されたタンク２５９から、ガス供給管２５１内に第一ガスを供給する。このとき処理室２０１内の圧力（全圧）を例えば、０．０１～１００ｋＰａ、好ましくは０．１～１．０ｋＰａとする。そして、第一ガスの供給を開始してから所定時間経過後にバルブ２５４を閉じてガス供給管２５１内への第一ガスの供給を停止する。第一ガスとして、例えばＨＣＤＳガスを用いる場合、例えば０．０１～１０秒の範囲内の時間が経過後にバルブ２５４を閉じてガス供給管２５１内への第一ガスの供給を停止する。
【0066】
第一ガスは、ガス供給構造２１２から、上流側整流部２１４を介して、反応管２１０内に短時間で大量に供給される。その後、基板Ｓ上の空間、下流側整流部２１５、ガス排気構造２１３、排気管２８１を介して排気される。このときバルブ２８２とＡＰＣバルブ２８３は開放された状態である。ここでは、第一ガスを処理室２０１内に供給する間、バルブ２７５は開いた状態でも閉じた状態でもよい。
【0067】
このとき、処理室２０１内の第一ガスの分解率は小さくなるように、処理室２０１内に供給することが好ましい。
【0068】
また、基板Ｓ上に形成された凹部（または、溝部、トレンチ、ホール）内に膜を形成する場合、ガスの反応性が高いほど、凹部の開口側への吸着しやすさが高くなり、凹部の深部側には吸着しづらくなる。そのため、分解することでより反応性が高い物質が生成するようなガス（例えば、ＨＣＤＳガス）を、第一ガスとして凹部への成膜を行う場合、第一ガスの滞在時間τを短くする、または／及び、第一ガスの流速ｖを上げるほど、分解率Ｘが低くなり、ステップカバレッジを向上させることができる。なお、第一ガスの分解率Ｘが０％となるように、第一ガスの滞在時間τ、または／及び、第一ガスの流速ｖを制御すると、ステップカバレッジの改善にとって好ましい。第一ガスの滞在時間τを短く、第一ガスの流速ｖを上げる方法としては、タンク２５９を用いて、ＡＰＣバルブ２８３の開度を上げて供給する方法がある。
【0069】
第一ガスとして、例えばＨＣＤＳガスを用いる場合、第一ガスの流速を例えば１０ｍ／秒以上とすることで、分解率Ｘを０％～２５％と比較的低い値にすることができ、ステップカバレッジの改善に有利である。また、第一ガスの流速を例えば１５ｍ／秒以上とすることで、分解率を０％～１５％の範囲内とさらに低い値にすることができ、ステップカバレッジの改善にとって好ましい。また、２０．０ｍ／秒以上に制御することで、分解率を０％、すなわち第一ガスを未分解とすることができ、ステップカバレッジの改善にとってさらに好ましい。
【0070】
すなわち、本ステップでは、第一ガスをフラッシュ供給することにより、基板Ｓに供給される第一ガスの分解率Ｘを変化させることができる。また、本ステップでは、第一ガスをフラッシュ供給することにより、第一ガスの流速が制御され、これにより、第一ガスの処理室２０１内における滞在時間が制御され、第一ガスの分解率Ｘを制御することが可能となる。
【0071】
また、本ステップでは、第一ガスをフラッシュ供給することにより、第一ガスの供給量を、第一ガスの供給開始時に大きくすることができる。第一ガスとして、例えばＨＣＤＳガスを用いる場合、基板Ｓ１枚当たりにおける、単位時間当たりの第一ガスの供給量を例えば０．００１～１５ｓｌｍ、好ましくは０．０５～１０ｓｌｍ、さらに好ましくは０．０１０～５ｓｌｍとしてもよい。０．００１ｓｌｍより小さくすると、処理室２０１内の第一ガスの分圧が低くなり、成膜レートが低下する場合がある。１５ｓｌｍより大きくすると、処理室２０１内での第一ガスの分圧上昇により、第一ガスの分解が過剰に進行する場合がある。０．００１～１５ｓｌｍとすると、成膜レートの低下と第一ガスの過剰な分解を抑制しつつ、第一ガスの流量の制御によって流速を変化させることができる。また、０．０５～１０ｓｌｍとすると、成膜レートの低下と第一ガスの分解をさらに抑制しつつ、第一ガスの流量の制御によって流速を変化させることができる。０．０１０～５ｓｌｍとすると、成膜レートの低下と第一ガスの過剰な分解を十分に抑制しつつ、第一ガスの流量の制御によって流速を変化させることができる。
【0072】
また、第一ガスをフラッシュ供給することにより、タンク２５９内で圧力を高められた（昇圧された）第一ガスを処理室２０１内に供給することができる。これにより、供給開始時の第一ガスの流速を上げることができる。
【0073】
また、上述したように、本ステップでは、バルブ２８２及びＡＰＣバルブ２８３は開放された状態であり、処理室２０１内に第一ガスを供給する間、真空ポンプ２８４により反応管２１０内を排気する。これにより、処理室２０１内の圧力は低くなり、第一ガスの流速が上がり、処理室２０１内における第一ガスの滞在時間τを短くすることができる。
【0074】
また、第一ガスを処理室２０１内に供給する間、バルブ２５８を開き、ガス供給管２５５を介してガス供給管２５１内に、不活性ガスを供給しても良い。不活性ガスとしては、例えば、窒素（Ｎ２）、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）等を用いることができる。不活性ガスとしては、これらのうち１以上を用いることができる。この点は、後述する各ステップにおいても同様である。
【0075】
また、本ステップの前であって、処理室２０１内へ第一ガスの供給を開始する前に、ＡＰＣバルブ２８３を調整して、真空ポンプ２８４により反応管２１０内を排気するようにしてもよい。これにより、第一ガスの流速、特に供給開始時における流速が上がり、処理室２０１内における第一ガスの滞在時間τを短くすることができる。
【0076】
また、本ステップにおける処理室２０１内の温度は、第一ガスの分解温度よりも高く設定されてもよい。これにより、第一ガスの反応性が増大することで成膜レートが改善される、かつ、処理室２０１内における第一ガスの滞在時間を短くすることにより第一ガスの分解率が高くなってしまうことを抑制できる。
【0077】
本ステップは、基板Ｓ表面の吸着サイトの少なくとも一部が、第一ガスに含まれる第一元素を含む物質である第一元素含有物が化学吸着した第一元素サイトとなるように行われてもよい。
【0078】
上述の実施形態において、例えば、第１４族元素であるシリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）や、第１３族元素であるアルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）を、第１元素としてもよい。また、例えば、遷移金属元素を第１元素としてもよい。遷移金属元素としては、例えば、第４族元素であるチタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、Ｈｆ（ハフニウム）や、第５族元素であるニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、第６族元素であるモリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、第７族元素であるマンガン（Ｍｎ）、第８族元素であるルテニウム（Ｒｕ）、第９族元素であるコバルト（Ｃｏ）、第１０族元素であるニッケル（Ｎｉ）などを、第１元素としてもよい。
【0079】
第一ガスとしては、例えば、第一元素としてのＳｉを含有するＳｉ含有ガスを用いることができる。Ｓｉ含有ガスとしては、例えばＳｉ及び塩素（Ｃｌ）含有ガスを用いることができる。Ｓｉ及びＣｌ含有ガスとして、例えばＨＣＤＳガス等のＳｉ－Ｓｉ結合を含む原料ガス等を用いることができる。また、Ｓｉ及びＣｌ含有ガスとして、例えば１，１，２，２－テトラクロロ－１，２－ジメチルジシラン（（ＣＨ３）２Ｓｉ２Ｃｌ４、略称：ＴＣＤＭＤＳ）や、１，２－ジクロロー１，１，２，２－テトラメチルジシラン（（ＣＨ３）４Ｓｉ２Ｃｌ２、略称：ＤＣＴＭＤＳ）を用いてもよい。ＴＣＤＭＤＳは、Ｓｉ－Ｓｉ結合を有し、さらにはクロロ基、アルキレン基を含む。また、ＤＣＴＭＤＳは、Ｓｉ－Ｓｉ結合を有し、さらにはクロロ基、アルキレン基を含む。第一ガスとしては、これらのうち１以上を用いることができる。
【0080】
第一ガスとして例えばＨＣＤＳガスを用いる場合、ＨＣＤＳガスが分解され、Ｓｉ結合間の結合手が切断されると、ＨＣＤＳガスに比べて反応性が高いＳｉＣｌ４とＳｉＣｌ２が生成される。すなわち、ＨＣＤＳガスは、以下に示すように分解する。
【0081】
ＨＣＤＳ（Ｓｉ２Ｃｌ６）→ＳｉＣｌ４＋ＳｉＣｌ２
【0082】
ＳｉＣｌ４とＳｉＣｌ２は、ＨＣＤＳに比べて反応性が高いため、ＨＣＤＳの分解率が高く、ＨＣＤＳの分解が進むほど反応が進む。そして、後述する第二ガスとして例えばアンモニア（ＮＨ３）ガスを用いる場合、ＳｉＣｌ２とＳｉＣｌ４がそれぞれ後述するＮＨ基と反応して、ＳｉＮ層を形成することとなるが、このとき塩化水素（ＨＣｌ）等の反応副生成物が生成される。
【0083】
基板Ｓ表面の吸着サイトの少なくとも一部は、Ｓｉを含む物質であるＳｉ含有物が化学吸着したＳｉサイトとなるが、ＨＣｌ等の反応副生成物は、基板Ｓ上の吸着サイトに吸着され、Ｓｉ含有物の吸着を阻害する。本ステップでは、第一ガスをフラッシュ供給することにより、供給開始から短時間で、第一ガスが基板Ｓに対して大量に供給されるため、ＨＣｌ等の反応副生成物の基板Ｓ上への吸着サイトを減少させ、Ｓｉ含有物の吸着量を増加させることができる。これにより、成膜レートを向上させつつ、ステップカバレッジ性能を向上させることができる。
【0084】
＜パージ、ステップＳ２＞
本ステップでは、内部に基板Ｓが配される処理室２０１に対して、パージガスを供給する。すなわち、ステップＳ１の第一ガスのフラッシュ供給後に、吸着サイトに吸着されなかったＳｉ含有物や、基板Ｓ表面に再吸着した反応副生成物を脱離し、反応管２１０内から除去する。
本ステップでは、内部に基板Ｓが配される処理室２０１に対して、パージガスを供給する。すなわち、ステップＳ１の第一ガスのフラッシュ供給後に、吸着サイトに吸着されなかったＳｉ含有物や、基板Ｓ表面に再吸着した反応副生成物を脱離し、反応管２１０内から除去する。
【0085】
具体的には、バルブ２５４を開いた状態で、バルブ２７５を閉じ、バルブ２５８、２６８、２６４を開いて、ガス供給管２５５、２６５を介してガス供給管２５１、２６１内に、パージガスとしての不活性ガスを供給すると共に、排気管２８１のバルブ２８２、ＡＰＣバルブ２８３は開いたままとして、真空ポンプ２８４により反応管２１０内を真空排気する。
【0086】
＜第二ガス供給工程、ステップＳ３＞
次に、内部に基板Ｓが配される処理室２０１に対して、第一ガスと反応する第二ガスを供給する。具体的には、本ステップでは、ガス供給管２６１に設けられたタンク２６９に予め第二ガスを溜めておく。そして、第二ガスを供給する際に、タンク２６９とノズル２２４の間の、タンク２６９の下流側に設けられたバルブ２６４を開き、予め第二ガスが貯留されたタンク２６９から、ガス供給管２６１内に第二ガスを供給する。そして、第二ガスの供給を開始してから所定時間経過後にバルブ２６４を閉じてガス供給管２６１内への第二ガスの供給を停止する。
次に、内部に基板Ｓが配される処理室２０１に対して、第一ガスと反応する第二ガスを供給する。具体的には、本ステップでは、ガス供給管２６１に設けられたタンク２６９に予め第二ガスを溜めておく。そして、第二ガスを供給する際に、タンク２６９とノズル２２４の間の、タンク２６９の下流側に設けられたバルブ２６４を開き、予め第二ガスが貯留されたタンク２６９から、ガス供給管２６１内に第二ガスを供給する。そして、第二ガスの供給を開始してから所定時間経過後にバルブ２６４を閉じてガス供給管２６１内への第二ガスの供給を停止する。
【0087】
第二ガスは、ガス供給構造２１２から、上流側整流部２１４を介して、反応管２１０内に短時間で大量に供給された後、基板Ｓ上の空間、下流側整流部２１５、ガス排気構造２１３、排気管２８１を介して排気される。このときバルブ２８２は開放された状態である。ＡＰＣバルブ２８３は所定の開度に調整された状態である。ここでは、第二ガスを処理室２０１内に供給する間、バルブ２７６は開いた状態でも閉じた状態でもよい。好ましくは、バルブ２７６は開いた状態とする。また、バルブ２６８を開き、ガス供給管２６５を介してガス供給管２６１内に不活性ガスを流してもよい。また、ガス供給管２５１内への第二ガスの侵入を防止するために、バルブ２５８、２５４を開き、ガス供給管２５１内に不活性ガスを流してもよい。このとき、反応管２１０内に連通されるガス供給構造２１２を介して、基板Ｓの側方から、基板Ｓに対して水平方向に第二ガスが一度に大量に供給されることとなる。
【0088】
本ステップでは、第二ガスをフラッシュ供給することによる。タンク２６９内で圧力を高められた第二ガスを処理室２０１内に供給することにより、基板Ｓの面内に均一に第二ガスを供給することができる。特に、基板Ｓに半導体デバイス構造となる凹部が形成されている場合には、凹部の底部にまで第二ガスを供給することができる。
【0089】
また、本ステップでは、ＡＰＣバルブ２８３は所定の開度に調整された状態であり、処理室２０１内に第二ガスを供給する間、真空ポンプ２８４により反応管２１０内を排気する。これにより、処理室２０１内は所定の圧力に到達させることができる。また、処理室２０１内を所定の圧力に維持することができる。
【0090】
具体的には、本ステップでは、ガス供給管２６１に設けられたタンク２６９に予め第二ガスを溜めておく。第二ガスとして、例えば、ＮＨ３ガスを用いる場合、このときのタンク２６９内の圧力は、例えば、０．０１～１００ｋＰａ、好ましくは０．１～５０ｋＰａとする。
【0091】
そして、第二ガスを供給する際に、タンク２６９の下流側に設けられたバルブ２６４（下流側バルブとも呼ぶ）を開き、タンク２６９からガス供給管２６１内に第二ガスを供給する。このとき、処理室２０１内の圧力（全圧）を例えば、０．１～１００ｋＰａ、好ましくは、３００～５ｋＰａ、更に好ましくは、３００～３ｋＰａ、更に好ましくは、２ｋＰａ～２．６ｋＰａとする。そして、第二ガスの供給を開始してから所定時間経過後にバルブ２６４を閉じてガス供給管２６１内への第二ガスの供給を停止する。また、このステップでは、タンク２６９の上流側のバルブ２７６（上流側バルブとも呼ぶ）を開けて行っても良い。ここで、第二ガスを供給する時間は、０．１秒～５秒程度であり、好ましくは、２～５秒で、更に好ましくは、２～４秒とする。
【0092】
第二ガスは、ガス供給構造２１２から、上流側整流部２１４を介して、反応管２１０内に短時間で大量に供給される。その後、基板Ｓ上の空間、下流側整流部２１５、ガス排気構造２１３、排気管２８１を介して排気される。
【0093】
なお、このときの処理室２０１内の温度を、第二ガスの分解温度よりも高く設定するようにしてもよい。また、本ステップにおいて、上述したステップＳ１と同様に、処理室２０１内の第二ガスの分解率Ｘと、処理室２０１内での第二ガスの滞在時間τとの所定の関係に基づいて、第二ガスの滞在時間τを設定することにより、第二ガスの分解率Ｘを制御するようにしてもよい。
【0094】
第二ガスとしては、例えば、第一ガスとは異なる第二元素を含有するガスを用いてもよい。第二元素は、例えば、Ｎ、酸素（Ｏ）、炭素（Ｃ）のいずれか一つである。第二ガスとしては、例えば水素（Ｈ）及びＮ含有ガスを用いることができる。Ｈ及びＮ含有ガスとしては、例えば、アンモニア（ＮＨ３）ガス、ジアゼン（Ｎ２Ｈ２）ガス、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）ガス、Ｎ３Ｈ８ガス等のＮ－Ｈ結合を含む窒化水素系ガスを用いることができる。第二ガスとしては、これらのうち１以上を用いることができる。
【0095】
第二ガスとしての、Ｎ－Ｈ結合を含む窒化水素系ガスであって、ＮＨ３や、Ｎ２Ｈ４等の窒素に複数の水素が結合しているガスを用いる場合、基板Ｓの表面では、以下の逐次反応が生じることがある。以下のモデルで、ｘ、ｙ、ｚは整数であり、ｘ＞ｙ＞ｚの関係があり、ｚが１になるまでＮ－Ｈ結合の分子（リガンド）から、Ｈが離脱する反応が生じることがある。ｚが１になるまで、ＮＨｘ，ＮＨｙ，Ｈ，等（本開示では脱離物とも呼ぶ）が脱離することがある。この脱離は、本ステップＳ３のみならず、他のステップでも生じている場合がある。
【0096】
逐次反応モデル：ＮＨｘ→ＮＨｙ→ＮＨｚ
【0097】
この様な逐次的な反応が生じる膜形成プロセスでは、基板Ｓに形成する膜の特性の均一性を向上させることが困難になる場合がある。特に、基板Ｓに凹部が形成されている場合には、凹部の上部に形成される膜と、凹部の底部に形成される膜との、膜特性が異なってしまう課題を生じる。ここで、膜特性では、膜厚，窒素欠損量、屈折率、等である。
【0098】
上述の脱離物は、本ステップＳ３のみならず、他のステップで生じている場合がある。例えば、ステップＳ３の後に行われるステップＳ１で生じた場合、脱離物と、第一ガスとが反応（気相反応）を生じることがある。この様な気相反応が生じた場合、意図せぬ膜形成となり、基板Ｓの膜特性の均一性を向上できなくなることがある。例えば、凹部内に形成される膜のステップカバレッジ（Ｓ／Ｃ）を向上させることが困難となる。
【0099】
この様な課題に対して、本開示のステップＳ３では、第二ガスを上述の条件でフラッシュ供給することにより、上述の逐次反応が収束するまでの時間を短縮することができ、逐次反応により生じる上述の課題を解決することができる。特に、凹部が形成された基板Ｓでは、凹部内に形成される膜のＳ／Ｃを１００％に近付けることが可能となる。また、凹部内に形成される膜が窒素含有膜の場合、膜中の窒素欠損量が、２．５×１０１８個／ｃｍ３以上となる膜を、凹部の上部から底部に渡って形成することが可能となる。
【0100】
また、上述の第二ガスの供給条件（圧力、時間、等）は、基板Ｓに形成されている凹部のアスペクト比に応じて調整することが好ましい。
【0101】
また、上述の逐次反応モデルを有する膜の形成プロセスでは、第二ガスの供給時間を第一ガスの供給時間よりも長い時間で供給することが好ましい。これにより、第二ガスを基板Ｓの面内隅々まで供給させることができる。特に凹部の底部に十分な量の第二ガスを供給することができる。
【0102】
また、上述の逐次反応モデルを有する膜の形成プロセスでは、第二ガスを供給する際のＡＰＣバルブ２８３の開度は、第一ガスを供給する際のＡＰＣバルブ２８３の開度よりも小さくすることが好ましい。これにより、第二ガスを基板Ｓの面内隅々まで供給させることができる。特に凹部の底部に十分な量の第二ガスを供給することができる。
【0103】
また、また、上述の逐次反応モデルを有する膜の形成プロセスでは、第二ガスを供給する際の処理室２０１内の圧力を、第一ガスを供給する際の処理室２０１内の圧力よりも高くすることが好ましい。これにより、第二ガスを基板Ｓの面内隅々まで供給させることができる。特に凹部の底部に十分な量の第二ガスを供給することができる。
【0104】
また、上述の逐次反応モデルを有する膜の形成プロセスでは、第二ガスの供給量を、第一ガスの供給量よりも多くすることが好ましい。これにより、第二ガスを基板Ｓの面内隅々まで供給させることができる。特に凹部の底部に十分な量の第二ガスを供給することができる。ここで、各ガスの供給量とは、圧力，時間，タンク容量，タンク内圧力，等の一つ以上である。
【0105】
また、上述の逐次反応モデルを有する膜の形成プロセスでは、逐次反応が収束する時間を短縮することが望まれる。また、基板Ｓに凹部が形成されている場合には、凹部の上部（開口側）と、底部（奥側）とで、逐次反応が収束する時間を揃えることが好ましい。このような方法としては、第二ガスを上述の条件でフラッシュ供給することがある。
【0106】
＜パージ、ステップＳ４＞
本ステップでは、内部に基板Ｓが配される処理室２０１に対して、ステップＳ２と同様の処理手順によりパージガスを供給する。すなわち、ステップＳ３の第二ガスのフラッシュ供給後に、吸着サイトに吸着されなかった第二ガスや、第二ガスとの反応により生成され、基板Ｓ表面に再吸着した反応副生成物を脱離し、反応管２１０内から除去する。
本ステップでは、内部に基板Ｓが配される処理室２０１に対して、ステップＳ２と同様の処理手順によりパージガスを供給する。すなわち、ステップＳ３の第二ガスのフラッシュ供給後に、吸着サイトに吸着されなかった第二ガスや、第二ガスとの反応により生成され、基板Ｓ表面に再吸着した反応副生成物を脱離し、反応管２１０内から除去する。
【0107】
具体的には、バルブ２６４を開いた状態で、バルブ２７６を閉じ、バルブ２６８、２５８、２５４を開いて、ガス供給管２５５、２６５を介してガス供給管２５１、２６１内に、パージガスとしての不活性ガスを供給すると共に、排気管２８１のバルブ２８２、ＡＰＣバルブ２８３は開いたままとして、真空ポンプ２８４により反応管２１０内を真空排気する。これにより、反応管２１０内に存在する、気相中の第一ガスと第二ガスの反応を抑制することができる。
【0108】
（所定回数実施）
上述した第一ガス供給工程と、第二ガス供給工程と、を順に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）行うことにより、凹部を有する基板Ｓ上に、所定の厚さの膜を形成する。例えば、第一ガスとしてＨＣＤＳガスを、第二ガスとしてＨ及びＮ含有ガスを用いる場合、ＳｉＮ膜が形成される。これにより、凹部を有する基板Ｓ上に、ステップカバレッジ性能が改善され、成膜レートが向上された膜を形成することができる。
上述した第一ガス供給工程と、第二ガス供給工程と、を順に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）行うことにより、凹部を有する基板Ｓ上に、所定の厚さの膜を形成する。例えば、第一ガスとしてＨＣＤＳガスを、第二ガスとしてＨ及びＮ含有ガスを用いる場合、ＳｉＮ膜が形成される。これにより、凹部を有する基板Ｓ上に、ステップカバレッジ性能が改善され、成膜レートが向上された膜を形成することができる。
【0109】
（Ｓ１１０）
続いて基板搬出工程Ｓ１１０を説明する。Ｓ１１０では、上述した基板搬入工程Ｓ１０４と逆の手順にて、処理済みの基板Ｓを移載室２１７の外へ搬出する。
続いて基板搬出工程Ｓ１１０を説明する。Ｓ１１０では、上述した基板搬入工程Ｓ１０４と逆の手順にて、処理済みの基板Ｓを移載室２１７の外へ搬出する。
【0110】
（Ｓ１１２）
続いて判定Ｓ１１２を説明する。ここでは所定回数基板を処理したか否かを判定する。所定回数処理していないと判断されたら、基板搬入工程Ｓ１０４に戻り、次の基板Ｓを処理する。所定回数処理したと判断されたら、処理を終了する。
続いて判定Ｓ１１２を説明する。ここでは所定回数基板を処理したか否かを判定する。所定回数処理していないと判断されたら、基板搬入工程Ｓ１０４に戻り、次の基板Ｓを処理する。所定回数処理したと判断されたら、処理を終了する。
【0111】
なお、上記ではガス流れの形成において水平と表現したが、全体的に水平方向にガスの主流が形成されればよく、複数の基板の均一処理に影響しない範囲であれば、垂直方向に拡散したガス流れであってもよい。
【0112】
また、上記では同程度、同等、等しい等の表現があるが、これらは実質同じものを含むことは言うまでもない。
【0113】
（他の実施形態）
以上に、本態様の実施形態を具体的に説明したが、それ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。
以上に、本態様の実施形態を具体的に説明したが、それ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。
【0114】
上述の態様では、上述した第一ガス供給系２５０において、タンク２５９を備えた場合を用いて説明したが、本態様がこれに限定されることはない。すなわち、第一ガス供給系２５０において、タンク２５９を備えず、第一ガスを、フラッシュ供給でない方法で供給するようにしてもよい。この場合であっても、上述の態様と同様の効果が得られる。
【0115】
同様に、上述の第二ガス供給系２６０において、タンク２６９を備えた場合を用いて説明したが、本態様がこれに限定されることはない。すなわち、第二ガス供給系２６０において、タンク２６９を備えず、第二ガスを、フラッシュ供給でない方法で供給するようにしてもよい。この場合であっても、上述の態様と同様の効果が得られる。
【0116】
また、上述の態様では、基板処理装置が行う成膜処理において、基板Ｓ上に第一ガスと第二ガスとを用いて膜を形成する場合を例に挙げたが、本態様がこれに限定されることはない。すなわち、成膜処理に用いる処理ガスとして他の種類のガスを用いて他の種類の薄膜を形成しても構わない。さらには、３種類以上の処理ガスを用いる場合であっても、本態様を適用することが可能である。
【0117】
また、上述の態様では、基板処理装置が行う処理として成膜処理を例に挙げたが、本態様がこれに限定されることはない。すなわち、本態様は、上述の態様で例に挙げた成膜処理以外の成膜処理にも適用できる。
【0118】
また、上述の態様では、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。本開示は上述の態様に限定されず、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、好適に適用することができる。また、上述の態様では、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。本開示は上述の態様に限定されず、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、好適に適用することができる。
【0119】
これらの基板処理装置を用いる場合においても、上述の態様や変形例と同様な処理手順、処理条件にて各処理を行うことができ、上述の態様や変形例と同様の効果が得られる。
【0120】
上述の態様や変形例は、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、上述の態様や変形例の処理手順、処理条件と同様とすることができる。
符号の説明
符号の説明
【0121】
Ｓ 基板
２０１ 処理室
２０１ 処理室
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
