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特開2024-46508基板処理方法、半導体装置の製造方法、プログラム及び基板処理装置
(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】P2024046508
(43)【公開日】2024-04-03
(54)【発明の名称】基板処理方法、半導体装置の製造方法、プログラム及び基板処理装置
(51)【国際特許分類】
H01L 21/318 20060101AFI20240327BHJP
H01L 21/31 20060101ALI20240327BHJP
C23C 16/455 20060101ALI20240327BHJP
【ＦＩ】
H01L21/318 M
H01L21/31 B
C23C16/455
【審査請求】有
【請求項の数】20
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022151942
(22)【出願日】2022-09-22
(71)【出願人】
【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】110001519
【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】野田 孝暁
【テーマコード（参考）】
4K030
5F045
5F058
【Ｆターム（参考）】
4K030AA02
4K030AA03
4K030AA06
4K030AA13
4K030AA14
4K030AA18
4K030BA40
4K030BA44
4K030EA04
4K030KA04
4K030KA41
5F045AA06
5F045AB31
5F045AB33
5F045AC03
5F045AC05
5F045AC07
5F045AC12
5F045AC15
5F045AC16
5F045AC17
5F045AD08
5F045AD09
5F045AD10
5F045AD11
5F045AE17
5F045AE19
5F045AE21
5F045BB02
5F045DC51
5F045DP19
5F045DP28
5F045DQ05
5F045EE12
5F045EE14
5F045EE19
5F045EF03
5F045EF08
5F045EK06
5F045EM10
5F045GB05
5F058BA20
5F058BD01
5F058BD10
5F058BD12
5F058BF04
5F058BF24
5F058BF27
5F058BF30
5F058BF37
(57)【要約】 （修正有）
【課題】基板上に所望の厚さの膜を形成する基板処理方法、装置及びプログラム並びに半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】基板処理方法は、基板に対して所定元素を含む原料ガスを供給し、所定元素を含む第１層を形成する工程と、第１層と反応する反応ガスを供給し、第２層に改質する工程と、を含むサイクルを第１の条件下において第１の所定回数行い、基板上に所定元素を含む第１膜を形成する工程と、基板に対して原料ガスを供給し、所定元素を含む第３層を形成する工程と、反応ガスを供給し、第４層に改質する工程と、を含むサイクルを、第１の条件とは異なる第２の条件下において第２の所定回数行い、基板上に所定元素を含む第２膜を形成する工程と、を行うことにより、第１膜及び第２膜で構成される所定元素を含む膜を形成する。第１の条件及び第２の条件は、形成される第２層の厚さよりも、改質される第４層の厚さが薄くなる条件である。
【選択図】図４
【解決手段】基板処理方法は、基板に対して所定元素を含む原料ガスを供給し、所定元素を含む第１層を形成する工程と、第１層と反応する反応ガスを供給し、第２層に改質する工程と、を含むサイクルを第１の条件下において第１の所定回数行い、基板上に所定元素を含む第１膜を形成する工程と、基板に対して原料ガスを供給し、所定元素を含む第３層を形成する工程と、反応ガスを供給し、第４層に改質する工程と、を含むサイクルを、第１の条件とは異なる第２の条件下において第２の所定回数行い、基板上に所定元素を含む第２膜を形成する工程と、を行うことにより、第１膜及び第２膜で構成される所定元素を含む膜を形成する。第１の条件及び第２の条件は、形成される第２層の厚さよりも、改質される第４層の厚さが薄くなる条件である。
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
（ａ）（ａ－１）基板に対して所定元素を含む原料ガスを供給することにより、前記基板上に前記所定元素を含む第１層を形成する工程と、
（ａ－２）前記第１層が形成された前記基板に対して前記第１層と反応する反応ガスを供給することにより、前記第１層を前記所定元素を含む第２層に改質する工程と、
を含むサイクルを第１の条件下において第１の所定回数行うことにより、前記基板上に前記所定元素を含む第１膜を形成する工程と、
（ｂ）（ｂ－１）前記基板に対して前記原料ガスを供給することにより、前記基板上に前記所定元素を含む第３層を形成する工程と、
（ｂ－２）前記第３層が形成された前記基板に対して前記反応ガスを供給することにより、前記第３層を前記所定元素を含む第４層に改質する工程と、
を含むサイクルを、前記第１の条件とは異なる第２の条件下において第２の所定回数行うことにより、前記基板上に前記所定元素を含む第２膜を形成する工程と、
を行うことにより、前記第１膜及び前記第２膜で構成される前記所定元素を含む膜を形成し、
前記第１の条件および前記第２の条件は、（ａ－２）において形成される前記第２層の厚さよりも、（ｂ－２）において形成される前記第４層の厚さが薄くなる条件である、
基板処理方法。
（ａ－２）前記第１層が形成された前記基板に対して前記第１層と反応する反応ガスを供給することにより、前記第１層を前記所定元素を含む第２層に改質する工程と、
を含むサイクルを第１の条件下において第１の所定回数行うことにより、前記基板上に前記所定元素を含む第１膜を形成する工程と、
（ｂ）（ｂ－１）前記基板に対して前記原料ガスを供給することにより、前記基板上に前記所定元素を含む第３層を形成する工程と、
（ｂ－２）前記第３層が形成された前記基板に対して前記反応ガスを供給することにより、前記第３層を前記所定元素を含む第４層に改質する工程と、
を含むサイクルを、前記第１の条件とは異なる第２の条件下において第２の所定回数行うことにより、前記基板上に前記所定元素を含む第２膜を形成する工程と、
を行うことにより、前記第１膜及び前記第２膜で構成される前記所定元素を含む膜を形成し、
前記第１の条件および前記第２の条件は、（ａ－２）において形成される前記第２層の厚さよりも、（ｂ－２）において形成される前記第４層の厚さが薄くなる条件である、
基板処理方法。
【請求項2】
前記第１膜と前記第２膜は同一の組成を有している、請求項１に記載の基板処理方法。
【請求項3】
（ａ）および（ｂ）は、同一処理温度下において行う、請求項１又は２に記載の基板処理方法。
【請求項4】
前記第１の条件は、（ａ－１）において前記基板に対して前記原料ガスを供給する条件であり、
前記第２の条件は、（ｂ－１）において前記基板に対して前記原料ガスを供給する条件であり、
前記第２の条件は、前記第１層の厚さよりも前記第３層の厚さが薄くなる条件である、請求項１に記載の基板処理方法。
前記第２の条件は、（ｂ－１）において前記基板に対して前記原料ガスを供給する条件であり、
前記第２の条件は、前記第１層の厚さよりも前記第３層の厚さが薄くなる条件である、請求項１に記載の基板処理方法。
【請求項5】
前記第２の条件としての（ｂ－１）における前記原料ガスの供給流量は、前記第１の条件としての（ａ－１）における前記原料ガスの供給流量よりも少ない、請求項１に記載の基板処理方法。
【請求項6】
前記第２の条件としての（ｂ－１）における1サイクル当たりの前記原料ガスの供給時間は、前記第１の条件としての（ａ－１）における１サイクル当たりの前記原料ガスの供給時間よりも短い、請求項１に記載の基板処理方法。
【請求項7】
前記第２の条件としての（ｂ－１）における前記原料ガスの供給濃度は、前記第１の条件としての（ａ－１）における前記原料ガスの供給濃度よりも薄い、請求項１に記載の基板処理方法。
【請求項8】
（ａ－１）および（ｂ－１）では、それぞれ前記原料ガスの供給期間の少なくとも一部の期間の間、前記基板に対して不活性ガスを供給し、前記第２の条件としての(ｂ－１)における前記不活性ガスの供給流量は、前記第１の条件としての(ａ－１)における前記不活性ガスの供給流量よりも多い、請求項１に記載の基板処理方法。
【請求項9】
（ａ－１）および（ｂ－１）では、それぞれ前記原料ガスの供給期間の少なくとも一部の期間の間、前記基板に対して不活性ガスを供給し、前記第２の条件としての(ｂ－１)における前記原料ガスの供給流量に対する前記不活性ガスの供給流量の比率は、前記第１の条件としての(ａ－１)における前記原料ガスの供給流量に対する前記不活性ガスの供給流量の比率よりも大きい、請求項１に記載の基板処理方法。
【請求項10】
前記不活性ガスは、前記原料ガスとは異なる供給口から前記基板に対して供給される、請求項８又は９に記載の基板処理方法。
【請求項11】
前記不活性ガスは、前記原料ガスと混合された後に前記基板に対して供給される、請求項８又は９に記載の基板処理方法。
【請求項12】
前記原料ガスと前記不活性ガスの供給ライン上にはタンク及びその下流側に設けられたバルブが設けられ、（ａ－１）および（ｂ－１）ではそれぞれ、前記バルブを閉じることにより前記原料ガス及び前記不活性ガスを前記タンクに貯留し、前記バルブを開けることにより前記貯留された前記原料ガス及び前記不活性ガスを前記基板に対して供給する、請求項８又は９に記載の基板処理方法。
【請求項13】
（ｂ－１）における前記不活性ガスに対する前記原料ガスの流量比を、（ａ－１）における前記不活性ガスに対する前記原料ガスの流量比よりも少なくすることにより、（ｂ－１）において形成される前記第３層の厚さを（ａ－１）において形成される前記第１層の厚さよりも薄くする、請求項１２に記載の基板処理方法。
【請求項14】
（ｂ）において形成される前記第２膜の厚さは、（ａ）において形成される前記第１膜の厚さよりも薄い、請求項１に記載の基板処理方法。
【請求項15】
前記第１の所定回数は、前記第２の所定回数よりも多い、請求項１又は１４に記載の基板処理方法。
【請求項16】
（ｂ）は（ａ）の後に行い、前記第２膜は前記第１膜上に形成される、請求項１に記載の基板処理方法。
【請求項17】
（ａ－２）において１サイクル当たりに形成される前記第２層の厚さのｎ倍（ｎは任意の自然数）と目標膜厚とがとり得る差の最小値よりも、前記目標膜厚と前記第１膜及び前記第２膜で構成される前記所定元素を含む膜の厚さとの差が小さくなるように、前記第１の所定回数及び前記第２の所定回数が設定される、請求項１に記載の基板処理方法。
【請求項18】
（ａ）（ａ－１）基板に対して所定元素を含む原料ガスを供給することにより、前記基板上に前記所定元素を含む第１層を形成する工程と、
（ａ－２）前記第１層が形成された前記基板に対して前記第１層と反応する反応ガスを供給することにより、前記第１層を前記所定元素を含む第２層に改質する工程と、
を含むサイクルを第１の条件下において第１の所定回数行うことにより、前記基板上に前記所定元素を含む第１膜を形成する工程と、
（ｂ）（ｂ－１）前記基板に対して前記原料ガスを供給することにより、前記基板上に前記所定元素を含む第３層を形成する工程と、
（ｂ－２）前記第３層が形成された前記基板に対して前記反応ガスを供給することにより、前記第３層を前記所定元素を含む第４層に改質する工程と、
を含むサイクルを、前記第１の条件とは異なる第２の条件下において第２の所定回数行うことにより、前記基板上に前記所定元素を含む第２膜を形成する工程と、
を行うことにより、前記第１膜及び前記第２膜で構成される前記所定元素を含む膜を形成し、
前記第１の条件および前記第２の条件は、（ａ－２）において形成される前記第２層の厚さよりも、（ｂ－２）において形成される前記第４層の厚さが薄くなる条件である、
半導体装置の製造方法。
（ａ－２）前記第１層が形成された前記基板に対して前記第１層と反応する反応ガスを供給することにより、前記第１層を前記所定元素を含む第２層に改質する工程と、
を含むサイクルを第１の条件下において第１の所定回数行うことにより、前記基板上に前記所定元素を含む第１膜を形成する工程と、
（ｂ）（ｂ－１）前記基板に対して前記原料ガスを供給することにより、前記基板上に前記所定元素を含む第３層を形成する工程と、
（ｂ－２）前記第３層が形成された前記基板に対して前記反応ガスを供給することにより、前記第３層を前記所定元素を含む第４層に改質する工程と、
を含むサイクルを、前記第１の条件とは異なる第２の条件下において第２の所定回数行うことにより、前記基板上に前記所定元素を含む第２膜を形成する工程と、
を行うことにより、前記第１膜及び前記第２膜で構成される前記所定元素を含む膜を形成し、
前記第１の条件および前記第２の条件は、（ａ－２）において形成される前記第２層の厚さよりも、（ｂ－２）において形成される前記第４層の厚さが薄くなる条件である、
半導体装置の製造方法。
【請求項19】
（ａ）（ａ－１）基板処理装置の処理室内に収容された基板に対して所定元素を含む原料ガスを供給することにより、前記基板上に前記所定元素を含む第１層を形成する手順と、
（ａ－２）前記第１層が形成された前記基板に対して前記第１層と反応する反応ガスを供給することにより、前記第１層を前記所定元素を含む第２層に改質する手順と、
を含むサイクルを第１の条件下において第１の所定回数実行させることにより、前記基板上に前記所定元素を含む第１膜を形成する手順と、
（ｂ）（ｂ－１）前記基板に対して前記原料ガスを供給することにより、前記基板上に前記所定元素を含む第３層を形成する手順と、
（ｂ－２）前記第３層が形成された前記基板に対して前記反応ガスを供給することにより、前記第３層を前記所定元素を含む第４層に改質する手順と、
を含むサイクルを、前記第１の条件とは異なる第２の条件下において第２の所定回数実行させることにより、前記基板上に前記所定元素を含む第２膜を形成する手順と、
を行うことにより、前記第１膜及び前記第２膜で構成される前記所定元素を含む膜を形成し、
前記第１の条件および前記第２の条件は、（ａ－２）において形成される前記第２層の厚さよりも、（ｂ－２）において形成される前記第４層の厚さが薄くなる条件である手順を、
コンピュータにより前記基板処理装置に実行させるプログラム。
（ａ－２）前記第１層が形成された前記基板に対して前記第１層と反応する反応ガスを供給することにより、前記第１層を前記所定元素を含む第２層に改質する手順と、
を含むサイクルを第１の条件下において第１の所定回数実行させることにより、前記基板上に前記所定元素を含む第１膜を形成する手順と、
（ｂ）（ｂ－１）前記基板に対して前記原料ガスを供給することにより、前記基板上に前記所定元素を含む第３層を形成する手順と、
（ｂ－２）前記第３層が形成された前記基板に対して前記反応ガスを供給することにより、前記第３層を前記所定元素を含む第４層に改質する手順と、
を含むサイクルを、前記第１の条件とは異なる第２の条件下において第２の所定回数実行させることにより、前記基板上に前記所定元素を含む第２膜を形成する手順と、
を行うことにより、前記第１膜及び前記第２膜で構成される前記所定元素を含む膜を形成し、
前記第１の条件および前記第２の条件は、（ａ－２）において形成される前記第２層の厚さよりも、（ｂ－２）において形成される前記第４層の厚さが薄くなる条件である手順を、
コンピュータにより前記基板処理装置に実行させるプログラム。
【請求項20】
処理室内に所定元素を含む原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理室内に反応ガスを供給する反応ガス供給系と、
前記処理室内を排気する排気系と、
（ａ）（ａ－１）前記処理室内に収容された基板に対して前記原料ガスを供給することにより、前記基板上に前記所定元素を含む第１層を形成する処理と、
（ａ－２）前記第１層が形成された前記基板に対して前記反応ガスを供給することにより、前記第１層を前記所定元素を含む第２層に改質する処理と、
を含むサイクルを第１の条件下において第１の所定回数行うことにより、前記基板上に前記所定元素を含む第１膜を形成する処理と、
（ｂ）（ｂ－１）前記基板に対して前記原料ガスを供給することにより、前記基板上に前記所定元素を含む第３層を形成する処理と、
（ｂ－２）前記第３層が形成された前記基板に対して前記反応ガスを供給することにより、前記第３層を前記所定元素を含む第４層に改質する処理と、
を含むサイクルを、前記第１の条件とは異なる第２の条件下において第２の所定回数行うことにより、前記基板上に前記所定元素を含む第２膜を形成する処理と、
を行うことにより、前記第１膜及び前記第２膜で構成される前記所定元素を含む膜を形成し、
前記第１の条件および前記第２の条件は、（ａ－２）において形成される前記第２層の厚さよりも、（ｂ－２）において形成される前記第４層の厚さが薄くなる条件である処理を行うように、前記原料ガス供給系、前記反応ガス供給系、および前記排気系を制御することが可能なように構成された制御部と、
有する基板処理装置。
前記処理室内に反応ガスを供給する反応ガス供給系と、
前記処理室内を排気する排気系と、
（ａ）（ａ－１）前記処理室内に収容された基板に対して前記原料ガスを供給することにより、前記基板上に前記所定元素を含む第１層を形成する処理と、
（ａ－２）前記第１層が形成された前記基板に対して前記反応ガスを供給することにより、前記第１層を前記所定元素を含む第２層に改質する処理と、
を含むサイクルを第１の条件下において第１の所定回数行うことにより、前記基板上に前記所定元素を含む第１膜を形成する処理と、
（ｂ）（ｂ－１）前記基板に対して前記原料ガスを供給することにより、前記基板上に前記所定元素を含む第３層を形成する処理と、
（ｂ－２）前記第３層が形成された前記基板に対して前記反応ガスを供給することにより、前記第３層を前記所定元素を含む第４層に改質する処理と、
を含むサイクルを、前記第１の条件とは異なる第２の条件下において第２の所定回数行うことにより、前記基板上に前記所定元素を含む第２膜を形成する処理と、
を行うことにより、前記第１膜及び前記第２膜で構成される前記所定元素を含む膜を形成し、
前記第１の条件および前記第２の条件は、（ａ－２）において形成される前記第２層の厚さよりも、（ｂ－２）において形成される前記第４層の厚さが薄くなる条件である処理を行うように、前記原料ガス供給系、前記反応ガス供給系、および前記排気系を制御することが可能なように構成された制御部と、
有する基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、基板処理方法、半導体装置の製造方法、プログラム及び基板処理装置に関する。
【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、原料ガスを供給する工程と、窒素含有ガスを供給する工程と、を含むサイクルを行って、基板の表面に窒化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２０１７－１６８６４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
基板上に膜を形成する際に、所望の膜厚に対する精度が求められる場合がある。
【0005】
本開示は、基板上に所望の厚さの膜を形成す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）（ａ－１）基板に対して所定元素を含む原料ガスを供給することにより、前記基板上に前記所定元素を含む第１層を形成する工程と、
（ａ－２）前記第１層が形成された前記基板に対して前記第１層と反応する反応ガスを供給することにより、前記第１層を前記所定元素を含む第２層に改質する工程と、
を含むサイクルを第１の条件下において第１の所定回数行うことにより、前記基板上に前記所定元素を含む第１膜を形成する工程と、
（ｂ）（ｂ－１）前記基板に対して前記原料ガスを供給することにより、前記基板上に前記所定元素を含む第３層を形成する工程と、
（ｂ－２）前記第３層が形成された前記基板に対して前記反応ガスを供給することにより、前記第３層を前記所定元素を含む第４層に改質する工程と、
を含むサイクルを、前記第１の条件とは異なる第２の条件下において第２の所定回数行うことにより、前記基板上に前記所定元素を含む第２膜を形成する工程と、
を行うことにより、前記第１膜及び前記第２膜で構成される前記所定元素を含む膜を形成し、
前記第１の条件および前記第２の条件は、（ａ－２）において形成される前記第２層の厚さよりも、（ｂ－２）において形成される前記第４層の厚さが薄くなる条件である、
技術が提供される。
（ａ）（ａ－１）基板に対して所定元素を含む原料ガスを供給することにより、前記基板上に前記所定元素を含む第１層を形成する工程と、
（ａ－２）前記第１層が形成された前記基板に対して前記第１層と反応する反応ガスを供給することにより、前記第１層を前記所定元素を含む第２層に改質する工程と、
を含むサイクルを第１の条件下において第１の所定回数行うことにより、前記基板上に前記所定元素を含む第１膜を形成する工程と、
（ｂ）（ｂ－１）前記基板に対して前記原料ガスを供給することにより、前記基板上に前記所定元素を含む第３層を形成する工程と、
（ｂ－２）前記第３層が形成された前記基板に対して前記反応ガスを供給することにより、前記第３層を前記所定元素を含む第４層に改質する工程と、
を含むサイクルを、前記第１の条件とは異なる第２の条件下において第２の所定回数行うことにより、前記基板上に前記所定元素を含む第２膜を形成する工程と、
を行うことにより、前記第１膜及び前記第２膜で構成される前記所定元素を含む膜を形成し、
前記第１の条件および前記第２の条件は、（ａ－２）において形成される前記第２層の厚さよりも、（ｂ－２）において形成される前記第４層の厚さが薄くなる条件である、
技術が提供される。
【発明の効果】
【0007】
本開示によれば、基板上に所望の厚さの膜を形成す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】
＜本開示の一態様＞
以下、本開示の一態様について、主に、図１～図５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。
以下、本開示の一態様について、主に、図１～図５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
図１に示すように、処理炉２０２は加熱系（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。
図１に示すように、処理炉２０２は加熱系（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。
【0011】
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（ＳｉＯ２）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。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、例えばステンレス鋼（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。この処理室２０１内でウエハ２００に対する処理が行われる。
【0012】
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（配管）２３２ａ，２３２ｂが、それぞれ接続されている。
【0013】
ガス供給管２３２ａ，２３２ｂ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，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、上流側から順に、ＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄおよびバルブ２４３ｃ，２４３ｄがそれぞれ設けられている。
【0014】
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。ノズル２４９ａ，２４９ｂの側面には、ガスを供給する供給口であるガス供給孔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の下部から上部にわたって複数設けられている。
【0015】
ガス供給管２３２ａからは、所定元素を含む原料ガスが、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａ、ノズル２４９ａを介して処理室２０１内へ供給される。
【0016】
ガス供給管２３２ｂからは、原料ガスと反応する反応ガスが、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂ、ノズル２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給される。
【0017】
ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄからは、不活性ガスが、それぞれＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄ、バルブ２４３ｃ，２４３ｄ、ガス供給管２３２ａ及びガス供給管２３２ｂ、ノズル２４９ａ及びノズル２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給される。ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄから供給される不活性ガスは、原料ガスと同時に供給される際には、原料ガスを希釈する希釈ガスとして用いられる。
【0018】
主に、ガス供給管２３２ａ、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａにより、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、反応ガス供給系が構成される。原料ガス供給系、反応ガス供給系を合わせてガス供給系と称することもできる。また、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。不活性ガス供給系をガス供給系に含めてもよい。
【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～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、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る。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を処理室２０１内外に搬入および搬出することが可能なように構成されている。ボートエレベータ１１５は、ボート２１７すなわちウエハ２００を、処理室２０１内外に搬送する搬送装置（搬送機構）として構成されている。
【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。
【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Ｌ字型に構成されており、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）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ 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、読み出し可能に記録され、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。
【0026】
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～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の昇降動作等を制御することが可能な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に記録され、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）基板処理工程
上述の基板処理装置を用い、半導体装置（例えばＩＣ等）の製造方法における基板処理の一工程として、ウエハ２００上に所定元素を含む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。
上述の基板処理装置を用い、半導体装置（例えばＩＣ等）の製造方法における基板処理の一工程として、ウエハ２００上に所定元素を含む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】
本明細書において用いる「ウエハ」という用語は、ウエハそのものを意味する場合や、ウエハ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「ウエハの表面」という言葉は、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。
【0031】
（ウエハ搬入ステップ）
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、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。
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、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。
【0032】
（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。回転機構２６７によるボート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。
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。回転機構２６７によるボート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。
【0033】
（第１膜形成工程：高速成膜処理）
先ず、以下のステップＳ１１～Ｓ１４を順次実行する。
先ず、以下のステップＳ１１～Ｓ１４を順次実行する。
【0034】
［ステップＳ１１］
このステップでは、処理室２０１内のウエハ２００に対して、第１の条件である高速成膜条件下で原料ガスを供給して排気する。具体的には、バルブ２４３ａを開き、ガス供給管２３２ａ内に原料ガスを流す。原料ガスは、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。このとき同時にバルブ２４３ｃを開き、ガス供給管２３２ｃ内へ不活性ガスを流す。不活性ガスは、ＭＦＣ２４１ｃにより流量調整され、原料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内への原料ガスの侵入を防止するため、および／または処理室２０１内に供給された原料ガスを希釈するため、バルブ２４３ｄを開き、ガス供給管２３２ｄ内へ不活性ガスを流す。不活性ガスは、ガス供給管２３２ｄ、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。
このステップでは、処理室２０１内のウエハ２００に対して、第１の条件である高速成膜条件下で原料ガスを供給して排気する。具体的には、バルブ２４３ａを開き、ガス供給管２３２ａ内に原料ガスを流す。原料ガスは、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。このとき同時にバルブ２４３ｃを開き、ガス供給管２３２ｃ内へ不活性ガスを流す。不活性ガスは、ＭＦＣ２４１ｃにより流量調整され、原料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内への原料ガスの侵入を防止するため、および／または処理室２０１内に供給された原料ガスを希釈するため、バルブ２４３ｄを開き、ガス供給管２３２ｄ内へ不活性ガスを流す。不活性ガスは、ガス供給管２３２ｄ、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。
【0035】
ガス供給管２３２ｃから供給される不活性ガスは、ガス供給管２３２ａで原料ガスと混合されて原料ガスを希釈した後にノズル２４９ａのガス供給孔２５０ａからウエハ２００に対して供給される。また、ガス供給管２３２ｄから供給される不活性ガスは、原料ガス供給とは異なる供給口である、ノズル２４９ｂのガス供給孔２５０ｂからウエハ２００に対して供給される。ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄから供給される不活性ガスにより、原料ガスを希釈すると共に、ウエハ２００の表面上における原料ガスの供給量分布を調整することができる。
【0036】
本ステップでは、不活性ガスは、ガス供給管２３２ｃとガス供給管２３２ｄの少なくともいずれか一方から不活性ガスを供給するようにしてもよい。また、原料ガスの供給期間の少なくとも一部の期間の間に、ウエハ２００に対してガス供給管２３２ｃとガス供給管２３２ｄの少なくともいずれか一方から不活性ガスを供給するようにしてもよい。
【0037】
本ステップにて原料ガスを供給する際における処理条件としては、
処理温度：４００～７５０℃、好ましくは５００～６５０℃
処理圧力：５～４０００Ｐａ、好ましくは１０～１３３３Ｐａ
原料ガス供給流量：１～２０００ｓｃｃｍ、好ましくは５０～５００ｓｃｃｍ
不活性ガス供給流量（総流量）：１～１００００ｓｃｃｍ、好ましくは１００～５０００ｓｃｃｍ
処理時間：０．１～２４０秒、好ましくは１～１２０秒
が例示される。
処理温度：４００～７５０℃、好ましくは５００～６５０℃
処理圧力：５～４０００Ｐａ、好ましくは１０～１３３３Ｐａ
原料ガス供給流量：１～２０００ｓｃｃｍ、好ましくは５０～５００ｓｃｃｍ
不活性ガス供給流量（総流量）：１～１００００ｓｃｃｍ、好ましくは１００～５０００ｓｃｃｍ
処理時間：０．１～２４０秒、好ましくは１～１２０秒
が例示される。
【0038】
なお、本明細書における処理温度とはウエハ２００の温度または処理室２０１内の温度のことを意味し、処理圧力とは処理室２０１内の圧力のことを意味する。また、処理時間とは、その処理を継続する時間を意味する。これらは、以下の説明においても同様である。また、本明細書における「４００～７５０℃」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、「４００～７５０℃」とは「４００℃以上７５０℃以下」を意味する。他の数値範囲についても同様である。
【0039】
高速成膜条件下でウエハ２００に対して所定元素を含む原料ガスを供給することにより、ウエハ２００上に所定元素を含む第１層４００ａを形成する。
【0040】
原料ガスとして、例えばシリコン（Ｓｉ）を含む原料ガス（Ｓｉ含有ガス）を用いることができる。Ｓｉを含む原料ガスとして、例えばジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）ガス、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ２Ｃｌ６）等のクロロシラン系ガスや、テトラフルオロシラン（ＳｉＦ４）ガス等のフルオロシラン系ガスや、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）等の無機シラン系ガスや、トリスジメチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］３Ｈ）等のアミノシラン系ガス等を用いることができる。原料ガスとしては、これらのうち１以上を用いることができる。
【0041】
不活性ガスとして、例えば窒素（Ｎ２）ガスや、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、キセノン（Ｘｅ）等の希ガス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。
【0042】
［ステップＳ１２］
ステップＳ１１が終了した後、処理室２０１内の残留ガスを除去する。
ステップＳ１１が終了した後、処理室２０１内の残留ガスを除去する。
【0043】
具体的には、ステップＳ１１により第１層４００ａが形成された後、バルブ２４３ａを閉じ、原料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４００ａの形成に寄与した後の原料ガスや副生成物を処理室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、不活性ガスの処理室２０１内への供給を維持する。不活性ガスはパージガスとして作用する。
【0044】
［ステップＳ１３］
ステップＳ１２が終了した後、処理室２０１内のウエハ２００に対して反応ガスを供給する。具体的には、バルブ２４３ａを閉じた状態でバルブ２４３ｂを開き、ガス供給管２３２ｂ内に反応ガスを流す。バルブ２４３ｃ，２４３ｄの開閉制御は、ステップＳ１１におけるそれらと同様に制御する。反応ガスは、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に対して反応ガスが供給される。不活性ガスは、ＭＦＣ２４１ｄにより流量調整され、反応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２４９ａ内への反応ガスの侵入を防止するため、および／または処理室２０１内に供給された反応ガスを希釈するため、バルブ２４３ｃを開き、ガス供給管２３２ｃ内へ不活性ガスを流す。不活性ガスは、ガス供給管２３２ｃ、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。
ステップＳ１２が終了した後、処理室２０１内のウエハ２００に対して反応ガスを供給する。具体的には、バルブ２４３ａを閉じた状態でバルブ２４３ｂを開き、ガス供給管２３２ｂ内に反応ガスを流す。バルブ２４３ｃ，２４３ｄの開閉制御は、ステップＳ１１におけるそれらと同様に制御する。反応ガスは、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に対して反応ガスが供給される。不活性ガスは、ＭＦＣ２４１ｄにより流量調整され、反応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２４９ａ内への反応ガスの侵入を防止するため、および／または処理室２０１内に供給された反応ガスを希釈するため、バルブ２４３ｃを開き、ガス供給管２３２ｃ内へ不活性ガスを流す。不活性ガスは、ガス供給管２３２ｃ、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。
【0045】
本ステップにて反応ガスを供給する際における処理条件としては、
反応ガス供給流量：１００～３００００ｓｃｃｍ、好ましくは５００～１００００ｓｃｃｍ
不活性ガス供給流量（総流量）：１～１００００ｓｃｃｍ、好ましくは１００～５０００ｓｃｃｍ
処理時間：１～２４０秒、好ましくは１～１２０秒
が例示される。
その他の条件は、ステップＳ１１と同様とすることが好ましい。
反応ガス供給流量：１００～３００００ｓｃｃｍ、好ましくは５００～１００００ｓｃｃｍ
不活性ガス供給流量（総流量）：１～１００００ｓｃｃｍ、好ましくは１００～５０００ｓｃｃｍ
処理時間：１～２４０秒、好ましくは１～１２０秒
が例示される。
その他の条件は、ステップＳ１１と同様とすることが好ましい。
【0046】
第１層４００ａが形成されたウエハ２００に対して第１層４００ａと反応する反応ガスを供給することにより、第１層４００ａの少なくとも一部と反応して、第１層４００ａを、所定元素を含む第２層４００ｂに改質する。
【0047】
反応ガスとして、例えば窒素（Ｎ）を含むＮ含有ガスを用いることができる。本ステップでは、Ｎ含有ガスは窒化ガスとして作用し、第１層４００ａを、所定元素を含む窒化層としての第２層４００ｂに改質（窒化）する。Ｎ含有ガスとして、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ガス等の窒化水素系のガス等を用いることができる。反応ガスとしては、これらのうち１以上を用いることができる。
【0048】
［ステップＳ１４］
ステップＳ１３が終了した後、処理室２０１内の残留ガスを除去する。具体的には、第２層４００ｂが形成された後、バルブ２４３ｂを閉じ、反応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２層４００ｂの形成に寄与した後の反応ガスや副生成物を処理室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、不活性ガスの処理室２０１内への供給を維持する。不活性ガスはパージガスとして作用する。
ステップＳ１３が終了した後、処理室２０１内の残留ガスを除去する。具体的には、第２層４００ｂが形成された後、バルブ２４３ｂを閉じ、反応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２層４００ｂの形成に寄与した後の反応ガスや副生成物を処理室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、不活性ガスの処理室２０１内への供給を維持する。不活性ガスはパージガスとして作用する。
【0049】
［所定回数実施］
上述したステップＳ１１～Ｓ１４を１サイクルとし、このサイクルを第１の所定回数（ｎ回、ｎは１以上の整数）行うことにより、ウエハ２００上に、所定元素を含む第１膜４００を形成する。第１膜４００として、例えばシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）を形成することができる。
上述したステップＳ１１～Ｓ１４を１サイクルとし、このサイクルを第１の所定回数（ｎ回、ｎは１以上の整数）行うことにより、ウエハ２００上に、所定元素を含む第１膜４００を形成する。第１膜４００として、例えばシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）を形成することができる。
【0050】
（第２膜形成工程：低速成膜処理）
次に、上述したステップＳ１１～１４と同一処理温度下において、以下のステップＳ２１～Ｓ２４を順次実行する。
次に、上述したステップＳ１１～１４と同一処理温度下において、以下のステップＳ２１～Ｓ２４を順次実行する。
【0051】
ここで、同一の処理温度とは、実質的に同一の処理温度を含む。例えば、同一の処理温度となるようにヒータ２０７を制御する場合において生じ得る処理温度の変動や揺らぎは、実質的に同一の処理温度の範囲内に含めることができる。また、本明細書における処理温度とはウエハ２００の温度または処理室２０１内の温度のことを意味する。これは、以下の説明においても同様である。
【0052】
［ステップＳ２１］
このステップでは、処理室２０１内のウエハ２００に対して、第２の条件である低速成膜条件下で、上述したステップＳ１１における原料ガスと同じ原料ガスを供給して排気する。
このステップでは、処理室２０１内のウエハ２００に対して、第２の条件である低速成膜条件下で、上述したステップＳ１１における原料ガスと同じ原料ガスを供給して排気する。
【0053】
具体的には、上述したステップＳ１１におけるそれらと同様に、バルブ２４３ａを開き、ガス供給管２３２ａ内に原料ガスを流す。原料ガスは、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。このとき同時にバルブ２４３ｃを開き、ガス供給管２３２ｃ内へ不活性ガスを流す。不活性ガスは、ＭＦＣ２４１ｃにより流量調整され、原料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２４９ａ内への反応ガスの侵入を防止するため、および／または処理室２０１内に供給された原料ガスを希釈するため、バルブ２４３ｄを開き、ガス供給管２３２ｄ内へ不活性ガスを流す。不活性ガスは、ガス供給管２３２ｄ、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。
【0054】
ガス供給管２３２ｃから供給される不活性ガスは、ガス供給管２３２ａで原料ガスと混合されて原料ガスを希釈した後にノズル２４９ａのガス供給孔２５０ａからウエハ２００に対して供給される。また、ガス供給管２３２ｄから供給される不活性ガスは、原料ガスとは異なるノズル２４９ｂのガス供給孔２５０ｂからウエハ２００に対して供給される。ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄから供給される不活性ガスにより、原料ガスを希釈すると共に、ウエハ２００の表面上における原料ガスの供給量分布を調整することができる。
【0055】
なお、不活性ガスは、ガス供給管２３２ｃとガス供給管２３２ｄの少なくともいずれか一方から不活性ガスを供給するようにしてもよい。また、原料ガスの供給期間の少なくとも一部の期間の間に、ウエハ２００に対してガス供給管２３２ｃとガス供給管２３２ｄの少なくともいずれか一方から不活性ガスを供給するようにしてもよい。
【0056】
本ステップにて原料ガスを供給する際における処理条件としては、
原料ガス供給流量：１～１０００ｓｃｃｍ、好ましくは２５～２５０ｓｃｃｍ
不活性ガス供給流量（総流量）：１～２００００ｓｃｃｍ、好ましくは２００～１００００ｓｃｃｍ
処理時間：０．１～１２０秒、好ましくは１～６０秒
が例示される。
その他の条件は、ステップＳ１１と同様とすることが好ましい。
原料ガス供給流量：１～１０００ｓｃｃｍ、好ましくは２５～２５０ｓｃｃｍ
不活性ガス供給流量（総流量）：１～２００００ｓｃｃｍ、好ましくは２００～１００００ｓｃｃｍ
処理時間：０．１～１２０秒、好ましくは１～６０秒
が例示される。
その他の条件は、ステップＳ１１と同様とすることが好ましい。
【0057】
表面に第１膜４００が形成されたウエハ２００に対して、低速成膜条件下で原料ガスを供給することにより、第１膜４００の上に、第１膜に含まれる所定元素と同じ所定元素を含む第３層５００ａを形成する。
【0058】
ここで、低速成膜条件は、高速成膜条件による上述したステップＳ１１において形成される第１層４００ａの厚さよりも、本ステップにおいて形成される第３層５００ａの厚さが薄くなる条件である。また、低速成膜条件は、高速成膜条件による上述したステップＳ１３において形成される第２層４００ｂの厚さよりも、後述するステップＳ２３において形成される第４層５００ｂの厚さが薄くなる条件でもある。言い換えれば、低速成膜条件は、上述した高速成膜条件時よりもサイクルレートが小さくなる条件である。サイクルレートとは、１サイクル当たりに形成される膜（または層）の厚さをいう。
【0059】
具体的には、本ステップにおける原料ガスの供給流量を、上述したステップＳ１１における原料ガスの供給流量よりも少なくする。例えば本ステップにおける原料ガスの供給流量を、上述したステップＳ１１における原料ガスの供給流量の５０％程度にする。
【0060】
また、本ステップにおける１サイクル当たりの原料ガスの供給時間を、上述したステップＳ１１における１サイクル当たりの原料ガスの供給時間よりも短くしてもよい。例えば本ステップにおける１サイクル当たりの原料ガスの供給時間を、上述したステップＳ１１における１サイクル当たりの原料ガスの供給時間の半分程度にする。
【0061】
また、本ステップにおける原料ガスの供給濃度を、上述したステップＳ１１における原料ガスの供給濃度よりも薄くしてもよい。例えば、本ステップにおける不活性ガスの供給流量を、上述したステップＳ１１における不活性ガスの供給流量よりも多くする。これにより、ステップＳ１１における原料ガス供給時よりも本ステップにおける原料ガスの希釈量を多くして、原料ガスの供給濃度を薄くする。例えば本ステップにおける不活性ガスの供給流量を、上述したステップＳ１１における不活性ガスの供給流量の倍にする。また、本ステップにおける原料ガスの供給流量に対する不活性ガスの供給流量の比率を、上述したステップＳ１１における原料ガスの供給流量に対する不活性ガスの供給流量の比率よりも大きくして、原料ガスの供給濃度を薄くする。例えば本ステップにおける原料ガスの供給流量に対する不活性ガスの供給流量の比率を、上述したステップＳ１１における原料ガスの供給流量に対する不活性ガスの供給流量の比率の倍程度にする。この場合、ステップＳ１１においてウエハ２００に供給される原料ガスと不活性ガスの合計流量と、ステップＳ２１においてウエハ２００に供給される原料ガスと不活性ガスの合計流量とを同じにすることが好ましい。合計流量を同じにすることにより、処理室２０１内の圧力等の条件を変化させることなく、ウエハ２００に対する原料ガスの曝露量を調整することができる。同様に、本ステップにおけるウエハ２００の存在する空間内における原料ガスの分圧（例えば処理室２０１内の原料ガスの分圧）を、上述したステップＳ１１における原料ガスの分圧よりも低くしてもよい。
【0062】
すなわち、上述したステップＳ１１と本ステップにおける、原料ガスの供給流量、原料ガスの供給時間及び不活性ガスの供給流量の少なくともいずれか一つを制御することにより、原料ガスの曝露量が調整され、本ステップにおいて形成される第３層５００ａの厚さを、上述したステップＳ１１において形成される第１層４００ａの厚さよりも薄くすることができる。つまり、本ステップにおけるサイクルレートを、上述したステップＳ１１におけるサイクルレートと比べて小さくすることができる。
【0063】
また、本ステップを、上述したステップＳ１１における処理温度と実質的に同一処理温度下において、原料ガスの供給量、供給時間又は供給濃度（分圧）を調整することにより、膜質変化をさせない、若しくは膜質変化を最小限にしてサイクルレートを制御することができる。
【0064】
すなわち、原料ガス供給によって形成される所定元素を含む層の厚さを調整するように本ステップにおける低速成膜条件及び上述したＳ１１における高速成膜条件を設定する。
【0065】
［ステップＳ２２］
ステップＳ２１が終了した後、処理室２０１内の残留ガスを除去する。具体的には、第３層５００ａが形成された後、バルブ２４３ａを閉じ、原料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３層５００ａの形成に寄与した後の原料ガスや副生成物を処理室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、不活性ガスの処理室２０１内への供給を維持する。不活性ガスはパージガスとして作用する。
ステップＳ２１が終了した後、処理室２０１内の残留ガスを除去する。具体的には、第３層５００ａが形成された後、バルブ２４３ａを閉じ、原料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３層５００ａの形成に寄与した後の原料ガスや副生成物を処理室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、不活性ガスの処理室２０１内への供給を維持する。不活性ガスはパージガスとして作用する。
【0066】
［ステップＳ２３］
ステップＳ２２が終了した後、処理室２０１内のウエハ２００に対して上述したステップＳ１３と同じガスを、ステップＳ１３と同様の条件および手順で流す。具体的には、バルブ２４３ａを閉じた状態でバルブ２４３ｂを開き、ガス供給管２３２ｂ内に反応ガスを流す。バルブ２４３ｃ，２４３ｄの開閉制御は、ステップＳ１３におけるそれらと同様に制御する。反応ガスは、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に対して反応ガスが供給される。不活性ガスは、ＭＦＣ２４１ｄにより流量調整され、反応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。
ステップＳ２２が終了した後、処理室２０１内のウエハ２００に対して上述したステップＳ１３と同じガスを、ステップＳ１３と同様の条件および手順で流す。具体的には、バルブ２４３ａを閉じた状態でバルブ２４３ｂを開き、ガス供給管２３２ｂ内に反応ガスを流す。バルブ２４３ｃ，２４３ｄの開閉制御は、ステップＳ１３におけるそれらと同様に制御する。反応ガスは、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に対して反応ガスが供給される。不活性ガスは、ＭＦＣ２４１ｄにより流量調整され、反応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。
【0067】
第３層５００ａが形成されたウエハ２００に対して反応ガスを供給することにより、第３層５００ａの少なくとも一部を所定元素を含む第４層５００ｂに改質する。例えば反応ガスとしてＮ含有ガスを用いることで、第１層４００ａを、所定元素を含む窒化層としての第４層５００ｂに改質（窒化）する。
【0068】
［ステップＳ２４］
ステップＳ２３が終了した後、処理室２０１内の残留ガスを除去する。具体的には、第４層５００ｂが形成された後、バルブ２４３ｂを閉じ、反応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４層５００ｂの形成に寄与した後の反応ガスや副生成物を処理室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、不活性ガスの処理室２０１内への供給を維持する。不活性ガスはパージガスとして作用する。
ステップＳ２３が終了した後、処理室２０１内の残留ガスを除去する。具体的には、第４層５００ｂが形成された後、バルブ２４３ｂを閉じ、反応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４層５００ｂの形成に寄与した後の反応ガスや副生成物を処理室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、不活性ガスの処理室２０１内への供給を維持する。不活性ガスはパージガスとして作用する。
【0069】
［所定回数実施］
上述したステップＳ２１～Ｓ２４を１サイクルとし、このサイクルを第２の所定回数（ｍ回、ｍは１以上の整数）行うことにより、ウエハ２００の第１膜４００上に所定元素を含む第２膜５００を形成する。
上述したステップＳ２１～Ｓ２４を１サイクルとし、このサイクルを第２の所定回数（ｍ回、ｍは１以上の整数）行うことにより、ウエハ２００の第１膜４００上に所定元素を含む第２膜５００を形成する。
【0070】
つまり、上述したステップＳ１１～Ｓ１４を１サイクルとし、このサイクルを第１の所定回数行う工程と、上述したステップＳ２１～Ｓ２４を１サイクルとし、このサイクルを第２の所定回数行う工程と、を行うことにより、第１膜４００及び第２膜５００で構成される所定元素を含む膜を形成する。第１膜４００と第２膜５００は、同じ所定元素を含み、同一の組成を有する。第１膜４００として例えばＳｉＮ膜を形成した場合、第１膜４００と第２膜５００から構成される膜はＳｉＮ膜である。ここで、同一とは、実質的に同一を含む。実質的に同一の組成を有する第１膜４００と第２膜５００を積層することにより、組成を実質的に変化させずに膜厚のみを制御することができる。
【0071】
また、上述したステップＳ２１における処理温度を、上述したステップＳ１１における処理温度と実質的に同一の処理温度で行うことにより、第１膜４００と第２膜５００の膜質の変化を抑制することができる。
【0072】
（アフターパージ・大気圧復帰ステップ）
ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄのそれぞれから不活性ガスを処理室２０１内へ供給し、排気管２３１から排気する。不活性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）。
ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄのそれぞれから不活性ガスを処理室２０１内へ供給し、排気管２３１から排気する。不活性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）。
【0073】
（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より取出される（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より取出される（ウエハディスチャージ）。
【0074】
例えば、原料ガスとしてＳｉ含有ガスを用いて、反応ガスとしてＮ含有ガスを用いて、ＳｉＮ膜を形成する場合に、上述した成膜シーケンスは、以下のように示すことができる。
【0075】
（Ｓｉ含有ガス→Ｎ含有ガス）×ｎ→（Ｓｉ含有ガス→Ｎ含有ガス）×ｍ ⇒ ＳｉＮ
【0076】
図５（Ｂ）は、上述した高速成膜条件のみによりステップＳ１１～Ｓ１４を行うサイクルを所定回数行ってウエハ２００上に膜４００を形成した場合を示す図である。高速成膜条件のみにより成膜を行う場合、サイクルレートが大きく、１サイクル当たりに形成される層４００ｂの厚さが大きくなるため、目標膜厚Ｔまで、少ないサイクル数で膜を形成することができる。このため、成膜時間が短縮されることによりスループットが向上する。一方で、高速成膜条件のみにより形成される膜の膜厚は、層４００ｂの層厚のｐ倍（ｐは１以上の整数）の値しかとることができない。このため、目標膜厚Ｔが、層４００ｂの層厚のｐ倍と異なる場合に、それ以上目標膜厚Ｔに近づけることができない。
【0077】
図５（Ｃ）は、上述した低速成膜条件のみによりステップＳ２１～Ｓ２４を行うサイクルを所定回数行ってウエハ２００上に膜５００を形成した場合を示す図である。低速成膜条件のみにより成膜を行う場合、高速成膜条件時と比較して、サイクルレートが小さく、１サイクル当たりに形成される層５００ｂの厚さが小さくなるため、目標膜厚Ｔまで、高速成膜条件時と比較して多いサイクル数で膜を形成しなければならない。つまり、高速成膜条件時と比較して成膜時間が増えるため、スループットが低下する。一方で、目標膜厚Ｔとの誤差は高速成膜条件時と比較して小さくすることができる。
【0078】
本態様では、図５（Ｃ）に示すように、高速成膜条件によりステップＳ１１～Ｓ１４を行うサイクルを第１の所定回数行って第１膜４００を形成し、低速成膜条件によりステップＳ２１～Ｓ２４を行うサイクルを第２の所定回数行って第２膜５００を形成する。すなわち、第１の所定回数と、第２の所定回数を、調整する。言い換えれば、サイクルレートが異なる２つの処理を行う。これにより、目標膜厚Ｔとの誤差を小さくしてウエハ２００上に所定元素を含む膜を形成することができる。また、低速成膜条件のみにより膜を形成した場合と比較して、成膜時間を短くすることができ、スループットを向上させることができる。
【0079】
すなわち、サイクルレートが異なる２つの処理を行って、所定元素を含む膜を形成する。具体的には、例えば所望の膜厚である目標膜厚Ｔの９５％程度までは、サイクルレートの大きい高速成膜条件下で第１膜４００を形成し、残りの５％程度を、サイクルレートの小さい低速成膜条件下で第２膜５００を形成して膜厚の微調整を行う。これにより、ウエハ２００上に第１膜４００及び第２膜５００で構成される、目標膜厚Ｔの所定元素を含む膜を形成する。よって、所望の膜厚に対する高い精度が求められる場合であっても、スループットを向上させつつ、高い精度で膜を形成することができる。
【0080】
ここで、第１の所定回数と第２の所定回数は、第１膜４００と第２膜５００の合計膜厚と、目標膜厚Ｔとの誤差が小さくなるように設定（選択）され、特にこの誤差が最小となるように設定されることが望ましい。
【0081】
例えば、ステップＳ２１～Ｓ２４のサイクルを第２の所定回数行うことにより形成される第２膜５００の厚さを、ステップＳ１１～Ｓ１４のサイクルを第１の所定回数行うことにより形成される第１膜４００の厚さよりも薄くなるように設定する。つまり、第１の所定回数は、第２の所定回数よりも多くし、例えば２以上とする。サイクルレートの大きい高速成膜条件で成膜する第１膜４００の膜厚を厚くして、サイクルレートの小さい低速成膜条件で成膜する第２膜５００で膜厚を調整して目標膜厚Ｔの膜を形成することにより、スループットを向上させることができる。また、サイクルレートの大きい高速成膜条件による成膜のサイクル数を、サイクルレートの小さい低速成膜条件による成膜のサイクル数よりも多くすることにより、スループットを向上させることができる。
【0082】
具体的には、第１の所定回数と第２の所定回数は、ステップＳ１３において形成される第２層４００ｂの厚さのＮ倍（Ｎは任意の自然数）と目標膜厚Ｔとがとり得る差の最小値よりも、目標膜厚Ｔと、第１膜４００と第２膜５００の合計膜厚との差が小さくなるように設定される。これにより、目標膜厚Ｔに対する誤差を小さくすることができる。
【0083】
また、第１の所定回数と第２の所定回数は、低速成膜条件下で形成される第２膜５００の厚さが、高速成膜条件下で１サイクル当たりに形成される第２層４００ｂの厚さよりも薄くなるように設定することができる。これにより、目標膜厚Ｔに対する誤差を小さくするとともに、第２の所定回数を最小限にしてスループットを向上させることができる。
【0084】
また、高速成膜条件下でステップＳ１１～Ｓ１４のサイクルを所定回数行って、１サイクル当たりに形成される第２層４００ｂの膜厚よりも、目標膜厚Ｔまでの膜厚が小さくなったら、低速成膜処理を行うようにしてもよい。この場合、高速成膜条件下でステップＳ１１～Ｓ１４のサイクルを行う回数は、高速成膜条件下で１サイクル当たりに形成される第２層４００ｂの厚さのｎ倍（ｎは任意の自然数）が目標膜厚Ｔ以下となる最大数となるように設定される。第１膜４００を形成した後は、低速成膜処理により形成される第２膜５００の膜厚で微調整して、目標膜厚Ｔとの誤差が最小となる厚さを有する膜を形成する。
【0085】
なお、上述の例では、高速成膜条件下でステップＳ１１～Ｓ１４のサイクルを第１の所定回数行った後に、低速成膜条件下でステップＳ２１～Ｓ２４のサイクルを第２の所定回数行うことにより、第１膜４００の上に第２膜５００を形成する場合について説明した。本開示はそのような場合に限らず、低速成膜条件下でステップＳ２１～Ｓ２４のサイクルを第２の所定回数行った後に、高速成膜条件下でステップＳ１１～Ｓ１４のサイクルを第１の所定回数行うことにより、第２膜５００の上に第１膜４００を形成するようにしてもよい。
【0086】
また、高速成膜条件下でステップＳ１１～Ｓ１４のサイクルを所定回数行って、形成された第１膜４００と目標膜厚Ｔとの誤差が小さくなったら、第１膜４００の膜厚を測定し、その測定結果に基づいて、目標膜厚Ｔとの誤差が最小となるような第２の所定回数を算出して、低速成膜処理を行うようにしてもよい。
【0087】
＜本開示の他の態様＞
（第２態様）
次に、上述した基板処理装置の第２態様について、図６を用いて説明する。なお、第２態様における基板処理装置は、図１で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
（第２態様）
次に、上述した基板処理装置の第２態様について、図６を用いて説明する。なお、第２態様における基板処理装置は、図１で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【0088】
第２態様では、図６に示すように、原料ガス供給系である、ガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａの下流側であって、不活性ガス供給系である、ガス供給管２３２ｃとの合流部との下流側に、ガス流の上流側から順に、バルブ３０２と、ガスを貯留する貯留部であるタンク３００と、バルブ３０４が設けられる。すなわち、原料ガスと不活性ガスの供給ライン上にタンク３００とバルブ３０２，３０４が設けられる。
【0089】
タンク３００は、上流側のバルブ３０２および下流側のバルブ３０４を開閉することにより、ガス供給管２３２ａから供給される原料ガスと、ガス供給管２３２ｃから供給される不活性ガスを、タンク３００内に一時的に貯留する。タンク３００内では、原料ガスと不活性ガスが混合され、原料ガスが不活性ガスで希釈される。そして、タンク３００に貯留され、不活性ガスで希釈された原料ガスが、ウエハ２００に対して一度に大量に供給される。
【0090】
第２態様では、上述した態様の基板処理工程の、ステップＳ１１とステップＳ２１における原料ガス供給において、実質的に同一処理温度下において、それぞれタンク３００、バルブ３０２，３０４を用いたフラッシュ供給を行う。
【0091】
具体的には、ステップＳ１１とステップＳ２１の原料ガス供給において、予めバルブ３０４を閉じて、バルブ２４３ａ，２４３ｃ，３０２を開けることにより、ＭＦＣ２４１ａ，２４１ｃでそれぞれ流量調整された原料ガスと不活性ガスをタンク３００に貯留する。そして、バルブ３０４を開けることによりタンク３００に貯留された原料ガスと不活性ガスの混合ガスを、ウエハ２００に対して一度に大量に供給する。すなわち、希釈された原料ガスをウエハ２００に対して一度に大量に供給する。
【0092】
このとき、ステップＳ１１とステップＳ２１では、ＭＦＣ２４１ａ，２４１ｃ、バルブ２４３ａ，２４３ｃをそれぞれ制御することにより、原料ガスの供給流量と不活性ガスの供給流量を制御して、タンク３００内の原料ガスの供給濃度（すなわち、タンク３００内の原料ガスの分圧）を調整する。つまり、上述したステップＳ１１における原料ガスと不活性ガスの流量比率と、上述したステップＳ２１における原料ガスと不活性ガスの流量比率を調整する。
【0093】
例えば、ステップＳ２１における不活性ガスに対する原料ガスの流量比を、ステップＳ１１における不活性ガスに対する原料ガスの流量比よりも少なくするように原料ガスの供給濃度を調整してタンク３００に貯留する。言い換えれば、ステップ２１における原料ガスの供給流量に対する不活性ガスの供給流量の比率を、上述したステップＳ１１における原料ガスの供給流量に対する不活性ガスの供給流量の比率よりも多くする。これにより、ステップ２１において形成される第３層５００ａの厚さを、ステップＳ１１において形成される第１層４００ａの厚さよりも薄くすることができる。すなわち、ステップＳ２１におけるサイクルレートを、ステップＳ１１におけるサイクルレートと比べて小さくすることができる。この場合、ステップＳ１１においてタンクに予め貯留される原料ガスと不活性ガスの合計流量と、ステップＳ２１においてタンクに予め貯留される原料ガスと不活性ガスの合計流量とを同じにする。合計流量を同じにすることにより、処理室２０１内の圧力等の条件を変化させることなく、ウエハ２００に対する原料ガスの曝露量を調整することができる。
【0094】
本態様においても、上述の態様と同様の効果が得られる。また、本態様においては、さらに短時間で大量の原料ガスにウエハ２００を曝露させることにより、段差被覆性（ステップカバレッジともいう）を向上させることができる。
【0095】
以上、本開示の一態様を具体的に説明した。しかしながら、本開示は、上述した態様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が可能である。
【0096】
例えば、上述の態様では、反応ガスとして、Ｎ含有ガスを用いる場合を例にして説明したが、これに限らず、例えば酸素（Ｏ）を含有するＯ含有ガスを用いることができる。Ｏ含有ガスとして、例えばＯ２ガス、Ｏ３ガス、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）ガス、一酸化窒素（ＮＯ）ガス、二酸化窒素（ＮＯ２）ガス、一酸化炭素（ＣＯ）ガス、二酸化炭素（ＣＯ２）ガス等を用いることができる。これらのうち１以上を用いることができる。
【0097】
また、原料ガスとしてＳｉ含有ガス、反応ガスとしてＯ含有ガスを用いる場合、シリコン酸化膜（ＳｉＯ膜）が形成され、基板上に、ＳｉＯ膜を形成する場合にも、上述の態様と同様の効果が得られる。
【0098】
また、反応ガスとして、プラズマ励起された反応ガスを用いる場合にも、上述の態様と同様の効果が得られる。例えば、プラズマ励起された反応ガスとして、Ｎ含有ガスをプラズマ励起して用いてもよい。
【0099】
また、上述の態様では、原料ガス供給と反応ガス供給とを行う場合を例にして説明したが、これに限らず、例えば原料ガス供給と反応ガス供給の他に、膜質を改質する改質ガス供給を行って、ウエハ２００上に所定元素を含む膜を形成する場合にも、適用することが可能である。具体的には、原料ガスとして例えばＳｉ含有ガスを用い、反応ガスとして例えばＮ含有ガスを用い、改質ガスとして例えばＨ２ガスなどの水素（Ｈ）含有ガスを用いて、原料ガス供給時において高速成膜条件下で下記のサイクルをｎ回行う工程と、原料ガス供給時において低速成膜条件下で下記のサイクルをｍ回行う処理と、を行う成膜シーケンスにより、基板上に、ＳｉＮ膜を形成する場合にも、上述の態様と同様の効果が得られる。
【0100】
（Ｓｉ含有ガス→Ｈ含有ガス→Ｎ含有ガス）×ｎ→（Ｓｉ含有ガス→Ｈ含有ガス→Ｎ含有ガス）×ｍ ⇒ ＳｉＮ
【0101】
また、原料ガスとして例えばＳｉ含有ガスを用い、反応ガスとして例えばＯ含有ガスを用い、改質ガスとして例えばＨ含有ガスを用いて、原料ガス供給時において高速成膜条件下で下記のサイクルをｎ回行う工程と、原料ガス供給時において低速成膜条件下で下記のサイクルをｍ回行う工程と、を行う成膜シーケンスにより、基板上に、ＳｉＯ膜を形成する場合にも、上述の態様と同様の効果が得られる。
【0102】
（Ｓｉ含有ガス→Ｈ含有ガス→Ｏ含有ガス）×ｎ→（Ｓｉ含有ガス→Ｈ含有ガス→Ｏ含有ガス）×ｍ ⇒ ＳｉＯ
（Ｓｉ含有ガス→Ｈ含有ガス＋Ｏ含有ガス）×ｎ→（Ｓｉ含有ガス→Ｈ含有ガス＋Ｏ含有ガス）×ｍ ⇒ ＳｉＯ
（Ｓｉ含有ガス→Ｈ含有ガス＋Ｏ含有ガス）×ｎ→（Ｓｉ含有ガス→Ｈ含有ガス＋Ｏ含有ガス）×ｍ ⇒ ＳｉＯ
【0103】
上述の態様では、所定元素を含む膜としてＳｉを含む膜を形成する場合を例に挙げて説明したが、本開示はこれに限定されない。所定元素を含む膜は、例えばチタン窒化膜（ＴｉＮ膜）、タングステン膜（Ｗ膜）、タングステン窒化膜（ＷＮ膜）、ハフニウム窒化膜（ＨｆＮ膜）、ジルコニウム窒化膜（ＺｒＮ膜）、タンタル窒化膜（ＴａＮ膜）、モリブデン膜（Ｍｏ膜）、モリブデン窒化膜（ＭｏＮ膜）、アルミニウム膜（Ａｌ膜）、アルミニウム窒化膜（ＡｌＮ膜）、ルテニウム膜（Ｒｕ膜）、コバルト膜（Ｃｏ膜）、チタン膜（Ｔｉ膜）等の金属元素を含む膜であってもよい。これらの場合においても上述の態様と同様の効果が得られる。
【0104】
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。
【0105】
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、上述の態様と同様の効果が得られる。
【0106】
上述の態様は、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、上述の態様の処理手順、処理条件と同様とすることができる。
【実施例0107】
上述した基板処理装置を用いて、上述した基板処理工程を行って、ウエハ上にＳｉＮ膜を形成した。原料ガスとして上述の態様で例示したクロロシラン系ガスを用い、反応ガスとして上述の態様で例示した窒化水素系ガスを用い、不活性ガスとしてＮ２ガスを用いた。目標膜厚Ｔを１００Åとした。
【0108】
ウエハに対して原料ガス１００％で高速成膜処理を行った場合のサイクルレートは１．０１８Å／サイクルだった。これに対して、ウエハに対して原料ガス５０％、不活性ガス５０％で低速成膜処理を行った場合のサイクルレートは、０．７６Å／サイクルだった。先ず、高速成膜条件下でステップＳ１１～Ｓ１４のサイクルを９６サイクル行って、目標膜厚Ｔの９５％程度である９７．７Åの膜厚のＳｉＮ膜を形成した。次に、低速成膜条件下でステップＳ２１～Ｓ２４のサイクルを３サイクル行って、２．３Åの膜厚のＳｉＮ膜を形成した。つまり、合計膜厚は１００Åとなり、高速成膜条件下による処理と低速成膜条件下による処理を行うことにより、目標膜厚Ｔとの差異がない膜厚が形成されることが確認された。
【符号の説明】
【0109】
２００・・・・ウエハ（基板）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
