特許 7387685 半導体装置の製造方法、基板処理方法、プログラム、および基板処理装置

(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】

(24)【登録日】2023-11-17

(45)【発行日】2023-11-28

(54)【発明の名称】半導体装置の製造方法、基板処理方法、プログラム、および基板処理装置

(51)【国際特許分類】

   C23C 16/52 20060101AFI20231120BHJP

   C23C 16/08 20060101ALI20231120BHJP

   C23C 16/56 20060101ALI20231120BHJP

   H01L 21/285 20060101ALI20231120BHJP

   H01L 29/423 20060101ALI20231120BHJP

   H01L 29/49 20060101ALI20231120BHJP

【ＦＩ】

C23C16/52

C23C16/08

C23C16/56

H01L21/285 C

H01L29/58 G

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2021151868

(22)【出願日】2021-09-17

(65)【公開番号】P2023044039

(43)【公開日】2023-03-30

【審査請求日】2022-03-14

(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】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】栗林 幸永

(72)【発明者】

【氏名】小川 有人

(72)【発明者】

【氏名】水野 謙和

【審査官】▲高▼橋 真由

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１０２７８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／０４５２９９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１６／０４６９０９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１８／１７９３５４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－０５６６３３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２３Ｃ １６／００ －１６／５６

Ｈ０１Ｌ ２１／２８５

Ｈ０１Ｌ ２９／４２３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

（ａ）処理容器内に収容された基板に金属元素含有ガスを供給する工程と、
（ｂ）前記基板に還元ガスを供給する工程と、
（ｃ）（ａ）と（ｂ）とを所定回数行うことにより、前記基板に金属元素を含有する膜を形成する工程と、
（ｄ）（ｃ）の後、前記膜に改質ガスを供給し、前記膜の表面に前記改質ガスが含有する元素を含む層を形成する工程と、
（ｅ）（ｄ）の後、前記処理容器内、および、前記処理容器に隣接する移載室内を希ガス雰囲気として、前記基板を前記処理容器から前記移載室に搬出する工程と、
（ｆ）（ａ）の前に、前記処理容器内と、前記移載室内とを、希ガスを除く不活性ガス雰囲気として、前記基板を前記移載室内から前記処理容器内に搬入する工程と、
（ｇ）（ｆ）から（ｅ）の間で、前記移載室内を、前記希ガスを除く不活性ガス雰囲気から前記希ガス雰囲気に変える工程と、
を有する基板処理方法。

【請求項2】

（ｅ）は、（ｃ）および（ｄ）における前記処理容器内および前記移載室内の温度設定を維持した状態で行われる
請求項１に記載の基板処理方法。

【請求項3】

（ｄ）では、前記改質ガスとして、水素化シリコンガスまたはクロロシラン系ガスを用いて、前記膜の表面にシリコン含有層を形成する
請求項１または２に記載の基板処理方法。

【請求項4】

（ｄ）では、前記改質ガスとして、酸素含有ガスを用いて、前記膜の表面に酸化層を形成する
請求項１から３のいずれか一項に記載の基板処理方法。

【請求項5】

（ｄ）では、前記改質ガスとして、窒素含有ガスを用いて、前記膜の表面に窒化層を形成する
請求項１から４のいずれか一項に記載の基板処理方法。

【請求項6】

（ｄ）では、前記改質ガスとして、ボロン含有ガスを用いて、前記膜の表面にボロン含有層を形成する
請求項１から５のいずれか一項に記載の基板処理方法。

【請求項7】

（ｄ）では、前記改質ガスとして、フッ素含有ガスを用いて、前記膜の表面にフッ素含有層を形成する
請求項１から６のいずれか一項に記載の基板処理方法。

【請求項8】

（ｄ）では、前記改質ガスとして、リン含有ガスを用いて、前記膜の表面にリン含有層を形成する
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の基板処理方法。

【請求項9】

（ｄ）では、（ａ）から（ｃ）と比較して、前記処理容器内の温度設定を維持する、または、前記処理容器内の温度設定を下げる
請求項１から８のいずれか一項に記載の基板処理方法。

【請求項10】

（ａ）から（ｄ）で供給されるキャリアガスおよびパージガスとして、希ガスが用いられる
請求項１から９のいずれか一項に記載の基板処理方法。

【請求項11】

（ａ）処理容器内に収容された基板に金属元素含有ガスを供給する工程と、
（ｂ）前記基板に還元ガスを供給する工程と、
（ｃ）（ａ）と（ｂ）とを所定回数行うことにより、前記基板に金属元素を含有する膜を形成する工程と、
（ｄ）（ｃ）の後、前記膜に改質ガスを供給し、前記膜の表面に前記改質ガスが含有する元素を含む層を形成する工程と、
（ｅ）（ｄ）の後、前記処理容器内、および、前記処理容器に隣接する移載室内を希ガス雰囲気として、前記基板を前記処理容器から前記移載室に搬出する工程と、
（ｆ）（ａ）の前に、前記処理容器内と、前記移載室内とを、希ガスを除く不活性ガス雰囲気として、前記基板を前記移載室内から前記処理容器内に搬入する工程と、
（ｇ）（ｆ）から（ｅ）の間で、前記移載室内を、前記希ガスを除く不活性ガス雰囲気から前記希ガス雰囲気に変える工程と、
を有する半導体装置の製造方法。

【請求項12】

（ａ）処理容器内に収容された基板に金属元素含有ガスを供給する手順と、
（ｂ）前記基板に還元ガスを供給する手順と、
（ｃ）（ａ）と（ｂ）とを所定回数行うことにより、前記基板に金属元素を含有する膜を形成する手順と、
（ｄ）（ｃ）の後、前記膜に改質ガスを供給し、前記膜の表面に前記改質ガスが含有する元素を含む層を形成する手順と、
（ｅ）（ｄ）の後、前記処理容器内、および、前記処理容器に隣接する移載室内を希ガス雰囲気として、前記基板を前記処理容器から前記移載室に搬出する手順と、
（ｆ）（ａ）の前に、前記処理容器内と、前記移載室内とを、希ガスを除く不活性ガス雰囲気として、前記基板を前記移載室内から前記処理容器内に搬入させる手順と、
（ｇ）（ｆ）から（ｅ）の間で、前記移載室内を、前記希ガスを除く不活性ガス雰囲気から前記希ガス雰囲気に変える手順と、
をコンピュータにより基板処理装置に実行させるプログラム。

【請求項13】

処理容器と、
前記処理容器に隣接する移載室と、
基板を搬送する搬送系と、
前記処理容器内に金属元素含有ガスを供給する金属元素含有ガス供給系と、
前記処理容器内に還元ガスを供給する還元ガス供給系と、
前記処理容器内に改質ガスを供給する改質ガス供給系と、
前記処理容器内、および、前記移載室内に希ガスを供給する希ガス供給系と、
前記処理容器内、および、前記移載室内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給系と、
前記処理容器内、および、前記移載室内を排気する排気系と、
（ａ）前記処理容器内に収容された基板に前記金属元素含有ガスを供給する処理と、
（ｂ）前記基板に前記還元ガスを供給する処理と、
（ｃ）（ａ）と（ｂ）とを所定回数行うことにより、前記基板に金属元素を含有する膜を形成する処理と、
（ｄ）（ｃ）の後、前記膜に前記改質ガスを供給し、前記膜の表面に前記改質ガスが含有する元素を含む層を形成する処理と、
（ｅ）（ｄ）の後、前記処理容器内、および、前記移載室内を希ガス雰囲気として、前記基板を前記処理容器から前記移載室内に搬出する処理と、
（ｆ）（ａ）の前に、前記処理容器内と、前記移載室内とを、希ガスを除く不活性ガス雰囲気として、前記基板を前記移載室内から前記処理容器内に搬入する処理と、
（ｇ）（ｆ）から（ｅ）の間で、前記移載室内を、前記希ガスを除く不活性ガス雰囲気から前記希ガス雰囲気に変える処理と、
を行わせるように、前記搬送系、前記金属元素含有ガス供給系、前記還元ガス供給系、前記改質ガス供給系、前記希ガス供給系、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る制御部と、
を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、半導体装置の製造方法、基板処理方法、プログラム、および基板処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

３次元構造を持つＮＡＮＤ型フラッシュメモリやＤＲＡＭのワードラインとして例えば低抵抗なタングステン（Ｗ）膜が用いられている。また、このＷ膜と絶縁膜との間にバリア膜として例えば、窒化チタン（ＴｉＮ）膜が用いられることがある（例えば特許文献１および特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１１－６６２６３号公報

【文献】国際公開第２０１９／０５８６０８号パンフレット

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、３次元構造のＮＡＮＤ型フラッシュメモリの高層化に伴ってエッチングが困難となっているために、ワード線の薄膜化が課題となっている。

【0005】

この課題を解決するために、上述したようなＴｉＮ膜とＷ膜を用いる代わりに、例えばモリブデン（Ｍｏ）を含有した膜を用いて、薄膜化と低抵抗化を図ることがあるが、製造工程においてＭｏ膜に窒素（Ｎ）と酸素（Ｏ）の少なくともいずれかが混入または、Ｍｏ膜の表面に吸着し、Ｍｏ膜の抵抗が高くなってしまう場合がある。

【0006】

本開示は、金属元素を含有する膜の抵抗の増加を抑制することが可能な技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一態様によれば、
（ａ）処理容器内に収容された基板に金属元素含有ガスを供給する工程と、
（ｂ）前記基板に還元ガスを供給する工程と、
（ｃ）（ａ）と（ｂ）とを所定回数行うことにより、前記基板に金属元素を含有する膜を形成する工程と、
（ｄ）（ｃ）の後、前記膜に改質ガスを供給し、前記膜の表面に前記改質ガスが含有する元素を含む層を形成する工程と、
（ｅ）（ｄ）の後、前記処理容器内、および、前記処理容器に隣接する移載室内を希ガス雰囲気として、前記基板を前記処理容器から前記移載室に搬出する工程と、
を有する技術が提供される。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、金属元素を含有する膜の抵抗の増加を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本開示の実施形態に好適に用いられる基板処理装置を示す概略構成図である。

【図2】本開示の一実施形態における基板処理装置の処理炉を示す立断面図である。

【図3】図２におけるＡ－Ａ線概略横断面図である。

【図4】本開示の一実施形態におけ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5】本開示の一実施形態における基板処理工程を示す図である。

【図6】図６（Ａ）は、Ｍｏ含有膜上にＳｉキャップ層を形成する前の状態を示す図であり、図６（Ｂ）は、Ｍｏ含有膜上にＳｉキャップ層を形成した後の状態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

＜本開示の一実施形態＞
以下、図面を参照しつつ本開示の一実施形態について説明する。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。

【0011】

［基板処理装置の構成］
先ず、図１において、本開示が実施される基板処理装置１０について説明する。基板処理装置１０は、筐体１１１を備え、該筐体１１１の正面壁１１１ａの下部にはメンテナンス可能な様に設けられた開口部としての正面メンテナンス口１０３が開設され、該正面メンテナンス口１０３は正面メンテナンス扉１０４によって開閉される。

【0012】

筐体１１１の正面壁１１１ａにはポッド搬入搬出口１１２が筐体１１１の内外を連通する様に開設されており、ポッド搬入搬出口１１２はフロントシャッタ１１３によって開閉され、ポッド搬入搬出口１１２の正面前方側にはロードポート（搬送容器受渡し台）１１４が設置されており、ロードポート１１４は載置されたポッド１１０を位置合せする様に構成されている。

【0013】

ポッド１１０は、密閉式の基板の搬送容器であり、図示しない工程内搬送装置によってロードポート１１４上に搬入され、又、ロードポート１１４上から搬出される様になっている。

【0014】

筐体１１１内の前後方向の略中央部に於ける上部には、回転式ポッド棚（搬送容器格納棚）１０５が設置されており、回転式ポッド棚１０５は複数個のポッド１１０を格納する様に構成されている。

【0015】

回転式ポッド棚１０５は垂直に立設されて間欠回転される支柱１１６と、該支柱１１６に上中下段の各位置に於いて放射状に支持された複数段の棚板（搬送容器載置棚）１１７とを備えており、棚板１１７はポッド１１０を複数個宛載置した状態で格納する様に構成されている。

【0016】

回転式ポッド棚１０５の下方には、ポッドオープナ（搬送容器蓋体開閉機構）１２１が設けられ、ポッドオープナ１２１はポッド１１０を載置し、又ポッド１１０の蓋を開閉可能な構成を有している。

【0017】

ロードポート１１４と回転式ポッド棚１０５、ポッドオープナ１２１との間には、ポッド搬送機構（容器搬送機構）１１８が設置されており、ポッド搬送機構１１８は、ポッド１１０を保持して昇降可能、水平方向に進退可能となっており、ロードポート１１４、回転式ポッド棚１０５、ポッドオープナ１２１との間でポッド１１０を搬送する様に構成されている。

【0018】

筐体１１１内の前後方向の略中央部に於ける下部には、サブ筐体１１９が後端に亘って設けられている。サブ筐体１１９の正面壁１１９ａにはウエハ２００をサブ筐体１１９内に対して搬入搬出する為のウエハ搬入搬出口（基板搬入搬出口）１２０が一対、上下２段に並べられて開設されており、上下段のウエハ搬入搬出口１２０に対してポッドオープナ１２１がそれぞれ設けられている。

【0019】

ポッドオープナ１２１はポッド１１０を載置する載置台１２２と、ポッド１１０の蓋を開閉する開閉機構１２３とを備えている。ポッドオープナ１２１は載置台１２２に載置されたポッド１１０の蓋を開閉機構１２３によって開閉することにより、ポッド１１０のウエハ出入口を開閉する様に構成されている。

【0020】

サブ筐体１１９はポッド搬送機構１１８や回転式ポッド棚１０５が配設されている空間（ポッド搬送空間）から気密となっている移載室１２４を構成している。移載室１２４の前側領域にはウエハ移載機構（基板移載機構）１２５が設置されており、ウエハ移載機構１２５は、ウエハ２００を載置する所要枚数（図示では５枚）のウエハ載置プレート１２５ｃを具備し、ウエハ載置プレート１２５ｃは水平方向に直動可能、水平方向に回転可能、又昇降可能となっている。ウエハ移載機構１２５はボート（基板保持体）２１７に対してウエハ２００を装填および払出しする様に構成されている。ポッド１１０からウエハ２００をボート２１７に移載する際、ポッド１１０はウエハ搬入搬出口１２０と密着し、ポッド１１０内と移載室１２４内とが同じ気体雰囲気となる。

【0021】

移載室１２４の後側領域には、ボート２１７を収容して待機させる待機部１２６が構成され、待機部１２６の上方には縦型の処理炉２０２が設けられている。処理炉２０２は内部に処理室２０１を形成し、処理室２０１の下端部は炉口部となっており、炉口部はシールキャップ２１９により開閉される様になっている。

【0022】

筐体１１１の右側端部とサブ筐体１１９の待機部１２６の右側端部との間にはボート２１７を昇降させる為のボートエレベータ（基板保持具昇降機構）１１５が設置されている。ボートエレベータ１１５の昇降台に連結されたアーム１２８には蓋体としてのシールキャップ２１９が水平に取付けられており、シールキャップ２１９はボート２１７を垂直に支持し、ボート２１７を処理室２０１に装入した状態で炉口シャッタ１４７を気密に閉塞可能となっている。

【0023】

ボート２１７は、複数枚（例えば、５０枚～１２５枚程度）のウエハ２００をその中心に揃えて水平姿勢で多段に保持する様に構成されている。

【0024】

サブ筐体１１９の背面壁１１９ｂには、移載室１２４内の雰囲気を排気する排気管１３１が設けられている。排気管１３１には、上流側から順に、移載室１２４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１４５，ＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ１４３，真空排気装置としての真空ポンプ１４６が接続されている。ＡＰＣバルブ１４３は、真空ポンプ１４６を作動させた状態で弁を開閉することで、移載室１２４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１４６を作動させた状態で弁開度を調節することで、移載室１２４内の圧力を調整することができる。主に、排気管１３１，ＡＰＣバルブ１４３および圧力センサ１４５により、移載室１２４および移載室１２４に密着したポッド１１０に対する排気系が構成される。真空ポンプ１４６を排気系に含めて考えてもよい。

【0025】

また、サブ筐体１１９の背面壁１１９ｂには、希ガスを除く不活性ガスを供給するガス供給管１５０と、希ガスを供給するガス供給管１５１とがそれぞれ接続されている。ガス供給管１５０には、上流側から順に、流量制御器（流量制御部）であるＭＦＣ１５２および開閉弁であるバルブ１５４がそれぞれ設けられている。また、ガス供給管１５１には、上流側から順に、流量制御器（流量制御部）であるＭＦＣ１５３および開閉弁であるバルブ１５５がそれぞれ設けられている。

【0026】

ガス供給管１５０からは、希ガスを除く不活性ガスが、ＭＦＣ１５２およびバルブ１５４を介して移載室１２４内に供給される。希ガスを除く不活性ガスとしては、例えば、窒素（Ｎ₂）ガス等を用いることができる。ガス供給管１５０から不活性ガスを流す場合、主に、ガス供給管１５０、ＭＦＣ１５２、および、バルブ１５４により、移載室１２４および移載室１２４に密着したポッド１１０に対する不活性ガス供給系が構成される。

【0027】

ガス供給管１５１からは、希ガスが、ＭＦＣ１５３およびバルブ１５５を介して移載室１２４内に供給される。希ガスとしては、例えば、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス、クリプトン（Ｋｒ）ガス、キセノン（Ｘｅ）ガス等を用いることができる。ガス供給管１５１から希ガスを流す場合、主に、ガス供給管１５１、ＭＦＣ１５３、および、バルブ１５５により、移載室１２４および移載室１２４に密着したポッド１１０に対する希ガス供給系が構成される。

【0028】

また、移載室１２４内には温度検出器としての温度センサ１６３が設置されており、この温度センサ１６３により検出された温度情報に基づきヒータ１０７への通電量を調整することで、移載室１２４内の温度が所望の温度分布となるように構成されている。主に、ヒータ１０７により、移載室１２４に対する加熱系が構成される。

【0029】

次に、図２および図３において、処理室２０１の周辺の構成について説明する。処理室２０１は、加熱手段（加熱機構、加熱系）としてのヒータ２０７が設けられた処理炉２０２を備える。ヒータ２０７は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース（図示せず）に支持されることにより垂直に据え付けられている。

【0030】

ヒータ２０７の内側には、ヒータ２０７と同心円状に反応容器（処理容器）を構成するアウタチューブ２０３が配設されている。アウタチューブ２０３は、例えば石英（ＳｉＯ₂）、炭化シリコン（ＳｉＣ）などの耐熱性材料で構成され、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。アウタチューブ２０３の下方には、アウタチューブ２０３と同心円状に、マニホールド（インレットフランジ）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）などの金属で構成され、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の上端部と、アウタチューブ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。マニホールド２０９がヒータベースに支持されることにより、アウタチューブ２０３は垂直に据え付けられた状態となる。

【0031】

アウタチューブ２０３の内側には、反応容器を構成するインナチューブ２０４が配設されている。インナチューブ２０４は、例えば石英（ＳｉＯ₂）、炭化シリコン（ＳｉＣ）などの耐熱性材料で構成され、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。少なくとも、アウタチューブ２０３と、マニホールド２０９とにより処理容器（反応容器）が構成されている。インナチューブ２０４を処理容器に含めてもよい。処理容器の筒中空部（インナチューブ２０４の内側）には処理室２０１が形成されている。

【0032】

処理室２０１は、基板としてのウエハ２００を後述するボート２１７によって水平姿勢で鉛直方向に多段に配列した状態で収容可能に構成されている。

【0033】

処理室２０１内には、ノズル４１０，４２０，４３０がマニホールド２０９の側壁およびインナチューブ２０４を貫通するように設けられている。ノズル４１０，４２０，４３０には、ガス供給管３１０，３２０，３３０が、それぞれ接続されている。ただし、本実施形態の処理炉２０２は上述の形態に限定されない。

【0034】

ガス供給管３１０，３２０，３３０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）３１２，３２２，３３２がそれぞれ設けられている。また、ガス供給管３１０，３２０，３３０には、開閉弁であるバルブ３１４，３２４，３３４がそれぞれ設けられている。ガス供給管３１０，３２０，３３０のバルブ３１４，３２４，３３４の下流側には、希ガスを除く不活性ガスを供給するガス供給管５１０，５２０，５３０と、希ガスを供給するガス供給管５１１，５２１，５３１とがそれぞれ接続されている。

【0035】

ガス供給管５１０，５２０，５３０には、上流側から順に、流量制御器（流量制御部）であるＭＦＣ５１２，５２２，５３２および開閉弁であるバルブ５１４，５２４，５３４がそれぞれ設けられている。また、ガス供給管５１１，５２１，５３１には、上流側から順に、流量制御器（流量制御部）であるＭＦＣ５１３，５２３，５３３および開閉弁であるバルブ５１５，５２５，５３５がそれぞれ設けられている。

【0036】

ガス供給管３１０，３２０，３３０の先端部にはノズル４１０，４２０，４３０がそれぞれ連結接続されている。ノズル４１０，４２０，４３０は、Ｌ字型のノズルとして構成されており、その水平部はマニホールド２０９の側壁およびインナチューブ２０４を貫通するように設けられている。ノズル４１０，４２０，４３０の垂直部は、インナチューブ２０４の径方向外向きに突出し、かつ鉛直方向に延在するように形成されているチャンネル形状（溝形状）の予備室２０１ａの内部に設けられており、予備室２０１ａ内にてインナチューブ２０４の内壁に沿って上方（ウエハ２００の配列方向上方）に向かって設けられている。

【0037】

ノズル４１０，４２０，４３０は、処理室２０１の下部領域から処理室２０１の上部領域まで延在するように設けられており、ウエハ２００と対向する位置にそれぞれ複数のガス供給孔４１０ａ，４２０ａ，４３０ａが設けられている。これにより、ノズル４１０，４２０，４３０のガス供給孔４１０ａ，４２０ａ，４３０ａからそれぞれウエハ２００に処理ガスを供給する。このガス供給孔４１０ａ，４２０ａ，４３０ａは、インナチューブ２０４の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれ同一の開口面積を有し、さらに同一の開口ピッチで設けられている。ただし、ガス供給孔４１０ａ，４２０ａ，４３０ａは上述の形態に限定されない。例えば、インナチューブ２０４の下部から上部に向かって開口面積を徐々に大きくしてもよい。これにより、ガス供給孔４１０ａ，４２０ａ，４３０ａから供給されるガスの流量をより均一化することが可能となる。

【0038】

ノズル４１０，４２０，４３０のガス供給孔４１０ａ，４２０ａ，４３０ａは、後述するボート２１７の下部から上部までの高さの位置に複数設けられている。そのため、ノズル４１０，４２０，４３０のガス供給孔４１０ａ，４２０ａ，４３０ａから処理室２０１内に供給された処理ガスは、ボート２１７の下部から上部までに収容されたウエハ２００の全域に供給される。ノズル４１０，４２０，４３０は、処理室２０１の下部領域から上部領域まで延在するように設けられていればよいが、ボート２１７の天井付近まで延在するように設けられていることが好ましい。

【0039】

ガス供給管３１０からは、処理ガスとして、金属元素含有ガスが、ＭＦＣ３１２、バルブ３１４、ノズル４１０を介して処理室２０１内に供給される。金属元素含有ガスとしては、例えば、モリブデン（Ｍｏ）含有ガス、ルテニウム（Ｒｕ）含有ガス、タングステン（Ｗ）含有ガス等を用いることができる。

【0040】

ガス供給管３１０から金属元素含有ガスを流す場合、主に、ガス供給管３１０、ＭＦＣ３１２、バルブ３１４により、処理室２０１に対する金属元素含有ガス供給系が構成されるが、ノズル４１０を金属元素含有ガス供給系に含めて考えてもよい。

【0041】

ガス供給管３２０からは、処理ガスとして、還元ガスが、ＭＦＣ３２２、バルブ３２４、ノズル４２０を介して処理室２０１内に供給される。還元ガスとしては、例えば、水素（Ｈ₂）ガス、重水素（Ｄ₂）ガス、活性化した水素を含むガス等を用いることができる。

【0042】

ガス供給管３２０から還元ガスを流す場合、主に、ガス供給管３２０、ＭＦＣ３２２、バルブ３２４により、処理室２０１に対する還元ガス供給系が構成されるが、ノズル４２０を還元ガス供給系に含めて考えてもよい。

【0043】

ガス供給管３３０からは、処理ガスとして、改質ガスが、ＭＦＣ３３２、バルブ３３４、ノズル４３０を介して処理室２０１内に供給される。改質ガスとしては、例えば、水素化シリコンガス、クロロシラン系ガス、酸素（Ｏ）含有ガス、窒素（Ｎ）含有ガス、ボロン（Ｂ）含有ガス、フッ素（Ｆ）含有ガス、リン（Ｐ）含有ガス等の内、１種類のガス、または少なくとも１つ以上のガスを含む混合ガスを用いることができる。

【0044】

ガス供給管３３０から改質ガスを流す場合、主に、ガス供給管３３０、ＭＦＣ３３２、バルブ３３４により、処理室２０１に対する改質ガス供給系が構成されるが、ノズル４３０を改質ガス供給系に含めて考えてもよい。

【0045】

ガス供給管５１０，５２０，５３０からは、希ガスを除く不活性ガスが、それぞれＭＦＣ５１２，５２２，５３２、バルブ５１４，５２４，５３４、ノズル４１０，４２０，４３０を介して処理室２０１内に供給される。希ガスを除く不活性ガスとしては、例えば、窒素（Ｎ₂）ガス等を用いることができる。

【0046】

ガス供給管５１０，５２０，５３０から不活性ガスを流す場合、主に、ガス供給管５１０，５２０，５３０、ＭＦＣ５１２，５２２，５３２、バルブ５１４，５２４，５３４、ガス供給管３１０，３２０，３３０により、処理室２０１に対する不活性ガス供給系が構成されるが、ノズル４１０，４２０，４３０を不活性ガス供給系に含めて考えてもよい。

【0047】

ガス供給管５１１，５２１，５３１からは、希ガスが、それぞれＭＦＣ５１３，５２３，５３３、バルブ５１５，５２５，５３５、ノズル４１０，４２０，４３０を介して処理室２０１内に供給される。希ガスとしては、例えば、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス、クリプトン（Ｋｒ）ガス、キセノン（Ｘｅ）ガス等を用いることができる。

【0048】

ガス供給管５１１，５２１，５３１から希ガスを流す場合、主に、ガス供給管５１１，５２１，５３１、ＭＦＣ５１３，５２３，５３３、バルブ５１５，５２５，５３５、ガス供給管３１０，３２０，３３０により、処理室２０１に対する希ガス供給系が構成されるが、ノズル４１０，４２０，４３０を希ガス供給系に含めて考えてもよい。

【0049】

本実施形態におけるガス供給の方法は、インナチューブ２０４の内壁と、複数枚のウエハ２００の端部とで定義される円環状の縦長の空間内の予備室２０１ａ内に配置したノズル４１０，４２０，４３０を経由してガスを搬送している。そして、ノズル４１０，４２０，４３０のウエハと対向する位置に設けられた複数のガス供給孔４１０ａ，４２０ａ，４３０ａからインナチューブ２０４内にガスを噴出させている。より詳細には、ノズル４１０のガス供給孔４１０ａ、ノズル４２０のガス供給孔４２０ａ、ノズル４３０のガス供給孔４３０ａにより、ウエハ２００の表面と平行方向に向かって処理ガス等を噴出させている。

【0050】

排気孔（排気口）２０４ａは、インナチューブ２０４の側壁であってノズル４１０，４２０に対向した位置に形成された貫通孔であり、例えば、鉛直方向に細長く開設されたスリット状の貫通孔である。ノズル４１０，４２０のガス供給孔４１０ａ，４２０ａから処理室２０１内に供給され、ウエハ２００の表面上を流れたガスは、排気孔２０４ａを介してインナチューブ２０４とアウタチューブ２０３との間に形成された隙間で構成された排気路２０６内に流れる。そして、排気路２０６内へと流れたガスは、排気管２３１内に流れ、処理炉２０２外へと排出される。

【0051】

排気孔２０４ａは、複数のウエハ２００と対向する位置に設けられており、ガス供給孔４１０ａ，４２０ａから処理室２０１内のウエハ２００の近傍に供給されたガスは、水平方向に向かって流れた後、排気孔２０４ａを介して排気路２０６内へと流れる。排気孔２０４ａはスリット状の貫通孔として構成される場合に限らず、複数個の孔により構成されていてもよい。

【0052】

マニホールド２０９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、上流側から順に、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，ＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４３，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２４３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。主に、排気孔２０４ａ，排気路２０６，排気管２３１，ＡＰＣバルブ２４３および圧力センサ２４５により、処理室２０１に対する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。

【0053】

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、マニホールド２０９の下端に鉛直方向下側から当接されるように構成されている。シールキャップ２１９は、例えばＳＵＳ等の金属で構成され、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における処理室２０１の反対側には、ウエハ２００を収容するボート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。

【0054】

シールキャップ２１９は、アウタチューブ２０３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によって鉛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およびボート２１７に収容されたウエハ２００を、処理室２０１内外に搬送する搬送装置として構成されている。主に、ボートエレベータ１１５およびウエハ移載機構１２５により、搬送系が構成される

【0055】

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鉛直方向に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等の耐熱性材料で構成される。ボート２１７の下部には、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料で構成される断熱板２１８が水平姿勢で多段（図示せず）に支持されている。この構成により、ヒータ２０７からの熱がシールキャップ２１９側に伝わりにくくなっている。ただし、本実施形態は上述の形態に限定されない。例えば、ボート２１７の下部に断熱板２１８を設けずに、石英やＳｉＣ等の耐熱性材料で構成される筒状の部材として構成された断熱筒を設けてもよい。

【0056】

図３に示すように、インナチューブ２０４内には温度検出器としての温度センサ２６３が設置されており、この温度センサ２６３により検出された温度情報に基づきヒータ２０７への通電量を調整することで、処理室２０１内の温度が所望の温度分布となるように構成されている。温度センサ２６３は、ノズル４１０，４２０，４３０と同様にＬ字型に構成されており、インナチューブ２０４の内壁に沿って設けられている。主に、ヒータ２０７により、処理室２０１内の加熱系が構成される。

【0057】

図４に示すように、制御部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。

【0058】

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、後述する半導体装置の製造方法の手順や条件などが記載されたプロセスレシピなどが、読み出し可能に格納されている。プロセスレシピは、後述する半導体装置の製造方法における各工程（各ステップ）をコントローラ１２１に実行させ、所定の結果を得ることができるように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、このプロセスレシピ、制御プログラム等を総称して、単に、プログラムともいう。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、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、プロセスレシピおよび制御プログラムの組み合わせを含む場合がある。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。

【0059】

Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、上述のＭＦＣ１５２，１５３，３１２，３２２，３３２，５１２，５１３，５２２、５２３，５３２，５３３、バルブ１５４，１５５，３１４，３２４，３３４，５１４，５１５，５２４、５２５，５３４，５３５、圧力センサ１４５，２４５、ＡＰＣバルブ１４３，２４３、真空ポンプ１４６，２４６、ヒータ１０７，２０７、温度センサ１６３，２６３、回転機構２６７、ボートエレベータ１１５、ウエハ移載機構１２５等に接続されている。

【0060】

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からレシピ等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、ＭＦＣ１５２，１５３，３１２，３２２，３３２，５１２，５１３，５２２、５２３，５３２，５３３による各種ガスの流量調整動作、バルブ１５４，１５５，３１４，３２４，３３４，５１４，５１５，５２４、５２５，５３４，５３５の開閉動作、

【0061】

ＡＰＣバルブ１４３，２４３の開閉動作およびＡＰＣバルブ１４３，２４３による圧力センサ１４５，２４５に基づく圧力調整動作、温度センサ１６３，２６３に基づくヒータ１０７，２０７の温度調整動作、真空ポンプ１４６，２４６の起動および停止、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、ウエハ移載機構１２５によるポッド１１０とボート２１７との間のウエハ２００の移載動作等を制御するように構成されている。

【0062】

コントローラ１２１は、外部記憶装置（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリやメモリカード等の半導体メモリ）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、その両方を含む場合がある。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。

【0063】

［基板処理工程］
半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、ウエハ２００上に、例えば３ＤＮＡＮＤのコントロールゲート電極として用いられるＭｏ含有膜を形成する工程の一例について、図５、図６（Ａ）および図６（Ｂ）を用いて説明する。ここでは、図６（Ａ）に示すように、表面に、Ｍｏ含有膜が形成されたウエハ２００上に、図６（Ｂ）に示すように、シリコン（Ｓｉ）キャップ膜を形成する。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１２１により制御される。

【0064】

本実施形態による基板処理工程（半導体装置の製造工程）では、
（ａ）処理室２０１内に収容されたウエハ２００に金属元素含有ガスを供給する工程と、
（ｂ）ウエハ２００に還元ガスを供給する工程と、
（ｃ）（ａ）と（ｂ）とを所定回数行うことにより、ウエハ２００に金属元素を含有する膜を形成する工程と、
（ｄ）（ｃ）の後、金属元素を含有する膜に改質ガスを供給し、膜の表面に改質ガスが含有する元素を含む層を形成する工程と、
（ｅ）（ｄ）の後、処理室２０１内、および、移載室１２４内を希ガス雰囲気として、ウエハ２００を処理室２０１から移載室１２４に搬出する工程と、
を有する。

【0065】

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等との積層体」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や膜等の表面」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。

【0066】

〔ウエハ搬入〕
バルブ１５４，３１４，３２４，３３４を開き、ガス供給管１５０，３１０，３２０，３３０内に希ガス以外の不活性ガスである窒素（Ｎ₂）ガスを流す。Ｎ₂ガスは、ＭＦＣ１５２，５１２，５２２，５３２により流量調整され、処理室２０１内、移載室１２４内、および、移載室１２４に密着したポッド１１０内に供給される。

【0067】

処理室２０１内、移載室１２４内、および、移載室１２４に密着したポッド１１０内を、Ｎ₂ガス雰囲気とした状態で、複数枚のウエハ２００が、ポッド１１０からボート２１７に移載（ウエハチャージ（ステップＳ１０））される。

【0068】

その後、図２に示されているように、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内に搬入（ボートロード（ステップＳ１１））され、処理容器に収容される。この状態で、シールキャップ２１９はＯリング２２０を介してアウタチューブ２０３の下端開口を閉塞した状態となる。

【0069】

その後、移載室１２４に設けられた排気管１３１のＡＰＣバルブ１４３を開き、真空ポンプ１４６により移載室１２４内、および、移載室１２４に密着したポッド１１０内を真空排気し、移載室１２４内およびポッド１１０内に残留するＮ₂ガスを移載室１２４内およびポッド１１０内から排除する。次に、ＡＰＣバルブ１４３を閉じるとともに、バルブ１５５を開き、ガス供給管１５１に希ガスであるＡｒガスを流して、移載室１２４内およびポッド１１０内をＡｒガス雰囲気に置換する（雰囲気置換（ステップＳ１２））。なお、移載室１２４内およびポッド１１０内の雰囲気置換は、必ずしもステップＳ１１の直後に行う必要はなく、後述のステップＳ２２のボートアンロードまでに行えばよい。

【0070】

〔圧力調整および温度調整（ステップＳ１３）〕
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２４３がフィードバック制御される（圧力調整）。真空ポンプ２４６は、少なくともウエハ２００に対する処理が完了するまでの間は常時作動させた状態を維持する。

【0071】

また、処理室２０１内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への通電量がフィードバック制御される（温度調整）。以下において、ヒータ２０７の温度は、ウエハ２００の温度が、例えば、３００℃～６５０℃の範囲内の温度となるような温度に設定される。また、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に対する処理が完了するまで、すなわちステップＳ２０までの間は継続して行われ、処理室２０１内の温度が一定に保たれる。

【0072】

〔金属元素含有ガス供給（ステップＳ１４）〕
バルブ３１４を開き、ガス供給管３１０内に原料ガスである金属元素含有ガスを流す。金属元素含有ガスは、ＭＦＣ３１２により流量調整され、ノズル４１０のガス供給孔４１０ａから処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。このとき、ウエハ２００に対して金属元素含有ガスが供給される。

【0073】

このとき同時にバルブ５１５を開き、ガス供給管５１１内に希ガスであるＡｒガスを流す。ガス供給管５１１内を流れたＡｒガスは、ＭＦＣ５１３により流量調整され、金属元素含有ガスと一緒に処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。Ａｒガスはキャリアガスとして作用し、処理室２０１内への金属元素含有ガスの供給を促進する効果を得ることができる。

【0074】

このとき、ノズル４２０およびノズル４３０内への金属元素含有ガスの侵入を防止するために、バルブ５２５，５３５を開き、ガス供給管５２１，５３１内にＡｒガスを流す。Ａｒガスは、ガス供給管３２０，３３０、ノズル４２０，４３０を介して処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。

【0075】

このときＡＰＣバルブ２４３を調整して、処理室２０１内の圧力を、例えば１～３９９０Ｐａの範囲内の圧力とする。ＭＦＣ３１２で制御する金属元素含有ガスの供給流量は、例えば０．１～１．０ｓｌｍ、好ましくは０．１～０．５ｓｌｍの範囲内の流量とする。ＭＦＣ５１３，５２３，５３３で制御するＡｒガスの供給流量は、それぞれ例えば０．１～２０ｓｌｍの範囲内の流量とする。なお、本開示における「１～３９９０Ｐａ」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、「１～３９９０Ｐａ」とは「１Ｐａ以上３９９０Ｐａ以下」を意味する。他の数値範囲についても同様である。

【0076】

このとき処理室２０１内に流しているガスは、金属元素含有ガスと希ガスであるＡｒガスのみである。ここで金属元素含有ガスとしては、Ｍｏ含有ガスを用いることができる。Ｍｏ含有ガスとしては、例えば、五塩化モリブデン（ＭｏＣｌ₅）ガス、二酸化二塩化モリブデン（ＭｏＯ₂Ｃｌ₂）ガス、四塩化酸化モリブデン（ＭｏＯＣｌ₄）ガスを用いることができる。金属元素含有ガスの供給により、ウエハ２００上に金属元素含有層が形成される。ここで、金属元素含有ガスとして、ＭｏＯ₂Ｃｌ₂ガスを用いた場合、金属元素含有層はＭｏ含有層である。Ｍｏ含有層は、ＣｌやＯを含むＭｏ層であってもよいし、ＭｏＯ₂Ｃｌ₂の吸着層であってもよいし、それらの両方を含んでいてもよい。また、Ｍｏ含有層は、Ｍｏを主成分とする膜であり、Ｍｏ元素の他にＣｌ，Ｏ，Ｈ等の元素を含み得る膜である。

【0077】

〔残留ガス除去（ステップＳ１５）〕
金属元素含有ガスの供給を開始してから所定時間経過後であって、例えば０．０１～１０秒後に、ガス供給管３１０のバルブ３１４を閉じて、金属元素含有ガスの供給を停止する。つまり、金属元素含有ガスをウエハ２００に対して供給する時間は、例えば０．０１～１０秒の範囲内の時間とする。このとき排気管２３１のＡＰＣバルブ２４３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金属元素含有層形成に寄与した後の金属元素含有ガスを処理室２０１内から排除する。すなわち、処理室２０１内をパージする（第１パージ工程）。

【0078】

このときバルブ５１５，５２５，５３５は開いたままとして、Ａｒガスの処理室２０１内への供給を維持する。Ａｒガスはパージガスとして作用し、処理室２０１内に残留する未反応もしくは金属元素含有層形成に寄与した後の金属元素含有ガスを処理室２０１内から排除する効果を高めることができる。

【0079】

〔還元ガス供給（ステップＳ１６）〕
処理室２０１内の残留ガスを除去した後、バルブ３２４を開き、ガス供給管３２０内に、還元ガスを流す。還元ガスは、ＭＦＣ３２２により流量調整され、ノズル４２０のガス供給孔４２０ａから処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。このときウエハ２００に対して、還元ガスが供給される。

【0080】

このとき同時にバルブ５２５を開き、ガス供給管５２１内に希ガスであるＡｒガスを流す。ガス供給管５２１内を流れたＡｒガスは、ＭＦＣ５２３により流量調整され、還元ガスと一緒に処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。Ａｒガスはキャリアガスとして作用し、処理室２０１内への還元ガスの供給を促進する効果を得ることができる。

【0081】

このとき、ノズル４１０およびノズル４３０内への金属元素含有ガスの侵入を防止するために、バルブ５１５，５３５を開き、ガス供給管５１１，５３１内にＡｒガスを流す。Ａｒガスは、ガス供給管３１０，３３０、ノズル４１０，４３０を介して処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。

【0082】

このときＡＰＣバルブ２４３を調整して、処理室２０１内の圧力を、例えば１～３９９００Ｐａの範囲内の圧力とする。ＭＦＣ３２２で制御する還元ガスの供給流量は、例えば１～５０ｓｌｍ、好ましくは１５～３０ｓｌｍの範囲内の流量とする。ＭＦＣ５１３，５２３，５３３で制御するＡｒガスの供給流量は、それぞれ例えば０．１～３０ｓｌｍの範囲内の流量とする。還元ガスをウエハ２００に対して供給する時間は、例えば０．０１～１２０秒の範囲内の時間とする。

【0083】

このとき処理室２０１内に流しているガスは、還元ガスと希ガスであるＡｒガスのみである。ここで、還元ガスとしては、例えば水素（Ｈ₂）ガス、重水素（Ｄ₂）ガス、活性化した水素を含むガス等を用いることができる。還元ガスとしてＨ₂ガスを用いた場合、Ｈ₂ガスは、ステップＳ１４でウエハ２００上に形成されたＭｏ含有層の少なくとも一部と置換反応する。すなわち、Ｍｏ含有層中のＯや塩素（Ｃｌ）が、Ｈ₂と反応し、Ｍｏ層から脱離して、水蒸気（Ｈ₂Ｏ）や塩化水素（ＨＣｌ）や塩素（Ｃｌ₂）等の反応副生成物として処理室２０１内から排出される。そして、ウエハ２００上にＭｏを含みＣｌとＯを実質的に含まない金属元素含有層（Ｍｏ層）が形成される。

【0084】

〔残留ガス除去（ステップＳ１７）〕
金属元素含有層を形成した後、バルブ３２４を閉じて、還元ガスの供給を停止する。そして、上述したステップＳ１５（第１パージ工程）と同様の処理手順により、Ａｒガスをパージガスとして用いて、処理室２０１内に残留する未反応もしくは金属元素含有層の形成に寄与した後の還元ガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する。すなわち、処理室２０１内をパージする（第２パージ工程）。

【0085】

〔所定回数実施（ステップＳ１８）〕
上記したステップＳ１４～ステップＳ１７の工程を順に行うサイクルを１回以上（所定回数（ｎ回））行うことにより、ウエハ２００上に、所定の厚さ（例えば０．５～２０．０ｎｍ）の金属元素含有膜を形成する。上述のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましい。また、ステップＳ１４～ステップＳ１７の工程をそれぞれ少なくとも１回以上行ってもよい。

【0086】

〔改質ガス供給（ステップＳ１９）〕
処理室２０１内の残留ガスを除去した後、バルブ３３４を開き、ガス供給管３３０内に、改質ガスを流す。改質ガスは、ＭＦＣ３３２により流量調整され、ノズル４３０のガス供給孔４３０ａから処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。このときウエハ２００に対して、改質ガスが供給される。

【0087】

このとき同時にバルブ５３５を開き、ガス供給管５３１内に希ガスであるＡｒガスを流す。ガス供給管５３１内を流れたＡｒガスは、ＭＦＣ５３３により流量調整され、還元ガスと一緒に処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。Ａｒガスはキャリアガスとして作用し、処理室２０１内への改質ガスの供給を促進する効果を得ることができる。

【0088】

このとき、ノズル４１０およびノズル４２０内への金属元素含有ガスの侵入を防止するために、バルブ５１５，５２５を開き、ガス供給管５１１，５２１内にＡｒガスを流す。Ａｒガスは、ガス供給管３１０，３２０、ノズル４１０，４２０を介して処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。

【0089】

このときＡＰＣバルブ２４３を調整して、処理室２０１内の圧力を、例えば１～３９９０Ｐａの範囲内の圧力とする。ＭＦＣ３３２で制御する改質ガスの供給流量は、例えば０．１～３０ｓｌｍ、好ましくは０．１～１０ｓｌｍの範囲内の流量とする。ＭＦＣ５１３，５２３，５３３で制御するＡｒガスの供給流量は、それぞれ例えば０．１～３０ｓｌｍの範囲内の流量とする。改質ガスをウエハ２００に対して供給する時間は、例えば１～１２００秒の範囲内の時間とする。

【0090】

このとき処理室２０１内に流しているガスは、改質ガスと希ガスであるＡｒガスのみである。ここで、改質ガスとしては、水素化シリコンガス、クロロシラン系ガス、酸素含有ガス、窒素含有ガス、ボロン含有ガス、フッ素含有ガス、リン含有ガス等の内、１種類のガス、または少なくとも１つ以上のガスを含む混合ガスを用いることができる。

【0091】

改質ガスを供給することにより、ウエハ２００上の膜の表面に改質ガスが含有する元素を含む層を形成することができる。言い換えると、膜の表面を改質することができる。改質ガスとして水素化シリコンガスを用いた場合、ステップＳ１４でウエハ２００上に形成されたＭｏ含有膜の表面にシリコン（Ｓｉ）を含む層（キャップ層）を形成することができる。なお、水素化シリコンガスとしては、モノシラン（ＳｉＨ₄）ガス、ジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）ガス、トリシラン（Ｓｉ₃Ｈ₈）ガスの内、１種類のガス、または少なくとも１つ以上のガスを含む混合ガスを用いることができる。

【0092】

図６（Ａ）に示すように、Ｍｏ含有膜がＳｉキャップ層で覆われていない場合、大気雰囲気中の窒素（Ｎ）によりＭｏ含有膜が窒化され、Ｍｏ含有膜の抵抗が高くなってしまう等の影響が生じる場合がある。これに対して、本実施形態では、図６（Ｂ）に示すように、Ｍｏ含有膜上にＳｉキャップ層を形成しているため、大気雰囲気中の窒素によるＭｏ含有膜の窒化を抑制でき、窒素による影響を少なくすることができる。

【0093】

〔残留ガス除去（ステップＳ２０）〕
キャップ層を形成した後、バルブ３３４を閉じて、改質ガスの供給を停止する。そして、上述したステップＳ１５（第１パージ工程）と同様の処理手順により、Ａｒガスをパージガスとして用いて、処理室２０１内に残留する未反応もしくはキャップ層の形成に寄与した後の改質ガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する。すなわち、処理室２０１内をパージする（アフターパージ工程）。

【0094】

〔大気圧復帰（ステップＳ２１）〕
処理室２０１内の雰囲気がＡｒガスに置換された後、処理室２０１内の圧力が常圧に復帰される。

【0095】

〔ウエハ搬出〕
その後、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９が下降されて、アウタチューブ２０３の下端が開口される。そして、処理済ウエハ２００がボート２１７に支持された状態でアウタチューブ２０３の下端から移載室１２４内に搬出（ボートアンロード（ステップＳ２２））される。その後、処理済のウエハ２００は、ボート２１７からポッド１１０に移載（ウエハディスチャージ（ステップＳ２３））される。なお、ウエハ２００の搬出は、好ましくは、処理室２０１内の温度設定を成膜時から維持した状態で行われる。処理室２０１内の温度設定を成膜時から維持した状態で行うことで、処理室２０１の温度の調整にかかる時間を短縮することができる。

【0096】

ステップＳ１２において移載室１２４内およびポッド１１０内はＡｒガス雰囲気とされており、ステップＳ２０において処理室２０１内もＡｒガス雰囲気とされている。従って、処理済のウエハ２００の処理室２０１からポッド１１０への移載は、移載室１２４を介してＡｒガス雰囲気下で行われる。このような雰囲気とすることで、処理室２０１内の温度を基板処理時から維持した状態（すなわち、高温状態）で、Ｍｏ含有膜上に大気雰囲気中の窒素によるＭｏ含有膜の窒化を抑制することができる。

【0097】

本実施形態では、Ｍｏ含有膜上にＳｉキャップ層を形成しているため、Ｍｏ含有膜の表面に大気雰囲気中の窒素が吸着（窒化）することを抑制でき、窒素による影響を少なくすることができるが、このようにＡｒガス雰囲気下でウエハディスチャージを行って、ウエハディスチャージの際にウエハ２００が窒素に触れないようにすることで、Ｍｏ含有膜の窒化をさらに抑制することができる。

【0098】

［本実施形態による効果］
上述の様に、ウエハ２００に形成された金属元素を含有する膜の表面に改質ガスが含有する元素を含む層を形成する改質処理を行うことにより、ウエハ２００の膜の表面に酸素が吸着することや窒素が吸着することを抑制することができる。なお、酸素の吸着は酸化とも呼ぶ。また、窒素の吸着は窒化とも呼ぶ。

【0099】

また、ウエハ２００の膜のみならず、処理室２０１内壁の膜を改質することができる。これにより、ウエハ２００の搬入時に窒素ガスが処理室２０１内に入りこんでも、窒素が処理室２０１内壁の膜に吸着することを抑制できる。処理室２０１内壁の膜に窒素が吸着した場合、成膜時にこの窒素が脱離して、ウエハ２００に成膜される膜に取り込まれる可能性がある。そのため、処理室２０１内壁の膜を改質することで、これらを抑制できる。

【0100】

本実施形態における半導体装置の製造方法においては、（ｃ）および（ｄ）における処理室２０１内の温度設定を維持した状態で行われることが好ましい。

【0101】

このように、成膜時の温度設定を維持したまま搬出を行うことで、処理室２０１内の温度調整にかかる時間を短縮することができる。この結果として、製造スループットを向上させることができる。また、処理室２０１内および移載室１２４内の一部の温度が低下することにより熱応力が発生するのを抑えることができるため、熱応力による膜剥がれを生じ難くすることができる。

【0102】

また、（ｆ）（ａ）の前に、処理室２０１内と、移載室１２４内とを、希ガスを除く不活性ガス雰囲気として、ウエハ２００を移載室１２４内から処理室２０１内に搬送する工程と、（ｇ）（ｆ）から（ｅ）の間で、処理室２０１内および移載室１２４内を希ガスを除く不活性ガス雰囲気から希ガス雰囲気に変える工程と、を有することが好ましい。

【0103】

このように、成膜前は安価な不活性ガスを用い、成膜後のみ高価な希ガスを用いることにより、高価な希ガスの使用量を抑えることができる。

【0104】

また、（ｄ）では、改質ガスとして、水素化シリコンガスまたはクロロシラン系ガスを用いて、膜の表面にシリコン（Ｓｉ）含有層を形成してもよい。水素化シリコンガスとしては、モノシラン（ＳｉＨ₄）ガス、ジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）ガス、トリシラン（Ｓｉ₃Ｈ₈）ガスの内、１種類のガス、または少なくとも１つ以上のガスを含む混合ガスを用いることができる。クロロシラン系ガスとしては、ヘキサクロロジシラン（ＨＣＤＳ）を用いることができる。

【0105】

改質ガスとして、これらのガスを用いて、金属元素を含有する膜の表面にシリコン（Ｓｉ）含有層を形成することにより、処理室２０１外に存在する窒素による膜の窒化を抑制することができる。

【0106】

また、（ｄ）では、改質ガスとして、酸素（Ｏ）含有ガスを用いて、膜の表面に酸化層を形成してもよい。酸素含有ガスとしては、酸素（Ｏ₂）ガス、水蒸気（Ｈ₂Ｏ）ガス、一酸化窒素（ＮＯ）ガス、亜酸化窒素（Ｎ₂Ｏ）ガス、オゾン（Ｏ₃）ガス、水素（Ｈ₂）と酸素（Ｏ₂）の混合ガスの内、１種類のガス、または少なくとも１つ以上のガスを含む混合ガスを用いることができる。

【0107】

改質ガスとして、これらのガスを用いて、金属元素を含有する膜の表面を酸化させておくことや、膜の表面における窒素と結合できるサイトを酸素で埋めておくことにより、処理室２０１外に存在する窒素が膜の表面に吸着（窒化）することを抑制することができる。

【0108】

また、（ｄ）では、改質ガスとして、窒素含有ガスを用いて、膜の表面に窒化層を形成してもよい。窒素含有ガスとしては、アンモニア（ＮＨ₃）ガス、ヒドラジン（Ｎ₂Ｈ₄）ガス、ジアゼン（Ｎ₂Ｈ₂）ガス、窒素（Ｎ₂）ガスの内、１種類のガス、または少なくとも１つ以上のガスを含む混合ガスを用いることができる。

【0109】

改質ガスとして、これらのガスを用いて、自然窒化では無く、膜の表面に完全な改質層（窒化層）を形成してもよい。なお、完全な改質層とは、膜の表面に、他の元素が結合しにくい状態を意味する。Ｍｏ膜の場合、表面にＭｏＮの層を形成することを意味する。このような層を形成することにより、後に、窒化層を除去する際のウエハ２００毎に均一性を向上させることができる。ウエハ２００毎に形成される改質層の組成を均一化することができる。改質層の組成をウエハ２００毎に均一化することにより、組成の違いによる改質の除去率の発生を抑制することができる。また、このような窒化層を形成することにより、大気中の酸素が、膜の表面に吸着することを抑制できる。すなわち、膜の表面における酸素と結合できるサイトを窒素で埋めておくことで、膜表面への酸素の吸着を抑制できる。

【0110】

また、（ｄ）では、改質ガスとして、ボロン（Ｂ）含有ガスを用いて、膜の表面にボロン含有層を形成してもよい。ボロン含有ガスとしては、ジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）ガス、三塩化ボロン（ＢＣｌ₃）ガスの内、１種類のガス、または少なくとも１つ以上のガスを含む混合ガスを用いることができる。

【0111】

改質ガスとして、これらのガスを用いて、金属元素を含有する膜の表面にボロン含有層を形成することにより、処理室２０１外に存在する窒素や酸素の吸着を抑制することができる。

【0112】

また、（ｄ）では、改質ガスとして、フッ素（Ｆ）含有ガスを用いて、膜の表面にフッ素含有層を形成してもよい。フッ素含有ガスとしては、六フッ化タングステン（ＷＦ₆）ガス、フッ素（Ｆ₂）ガス、三フッ化窒素（ＮＦ₃）ガス、三フッ化塩素（ＣｌＦ₃）ガス、フッ化水素（ＨＦ）ガスの内、１種類のガス、または少なくとも１つ以上のガスを含む混合ガスを用いることができる。

【0113】

改質ガスとして、これらのガスを用いて、金属元素を含有する膜の表面をフッ化することにより、処理室２０１外に存在する窒素や窒素による膜の酸化や窒化を抑制することができる。

【0114】

また、（ｄ）では、改質ガスとして、リン（Ｐ）含有ガスを用いて、膜の表面にリン（Ｐ）含有層を形成してもよい。リン含有ガスとしては、ホスフィン（ＰＨ₃）ガス、またはホスフィン（ＰＨ₃）ガスを含む混合ガスを用いることができる。

【0115】

改質ガスとして、これらのガスを用いて、金属元素を含有する膜の表面にリン（Ｐ）含有層を形成することにより、処理室２０１外に存在する窒素や酸素の吸着や反応を抑制することができる。

【0116】

また、（ｄ）では、（ａ）から（ｃ）と比較して、処理室２０１内の温度設定を維持するか、または、処理室２０１内の温度設定を下げてもよい。処理室２０１内の温度設定を維持した場合、製造スループットを向上させることができるが、膜の改質工程において膜中まで酸化や窒化してしまう可能性がある。そのため、膜の改質工程において、膜の表面にＳｉ含有層、酸素含有層、窒素含有層、リン含有層の少なくともいずれかの層を形成することが好ましい。

【0117】

また、（ａ）から（ｄ）で供給されるキャリアガスおよびパージガスとして、希ガスが用いられることが好ましい。これにより、成膜中および改質中の膜の窒化を抑制することができる。

【0118】

＜他の実施形態＞
以上、本開示の実施形態を具体的に説明した。しかしながら、本開示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。

【0119】

例えば、上記実施形態では、一度に複数枚の基板を処理するバッチ式の縦型装置である基板処理装置を用いて成膜する例について説明したが、本開示はこれに限定されず、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成膜する場合にも、好適に適用できる。

【0120】

また、本開示の実施形態における基板処理装置は、半導体を製造する半導体製造装置だけではなく、ＬＣＤ装置の様なガラス基板を処理する装置でも適用可能である。また、基板に対する処理は、例えば、ＣＶＤ、ＰＶＤ、酸化膜、窒化膜を形成する処理、金属を含む膜を形成する処理、アニール処理、酸化処理、窒化処理、拡散処理等を含む。また、露光装置、塗布装置、乾燥装置、加熱装置等の各種基板処理装置にも適用可能であるのは言うまでもない。

【0121】

＜本開示の好ましい態様＞
以下に、本開示の好ましい態様について付記する。

【0122】

［付記１］
（ａ）処理容器内に収容された基板に金属元素含有ガスを供給する工程と、
（ｂ）前記基板に還元ガスを供給する工程と、
（ｃ）（ａ）と（ｂ）とを所定回数行うことにより、前記基板に金属元素を含有する膜を形成する工程と、
（ｄ）（ｃ）の後、前記膜に改質ガスを供給し、前記膜の表面に前記改質ガスが含有する元素を含む層を形成する工程と、
（ｅ）（ｄ）の後、前記処理容器内、および、前記処理容器に隣接する移載室内を希ガス雰囲気として、前記基板を前記処理容器から前記移載室に搬出する工程と、
を有する半導体装置の製造方法、または、基板処理方法。

【0123】

［付記２］
付記１の方法であって、
（ｅ）は、（ｃ）および（ｄ）における前記処理容器内の温度設定を維持した状態で行われる。

【0124】

［付記３］
付記１または２の方法であって、
（ｆ）（ａ）の前に、前記処理容器内と、前記移載室内とを、希ガスを除く不活性ガス雰囲気として、前記基板を前記移載室内から前記処理容器内に搬入する工程と、
（ｇ）（ｆ）から（ｅ）の間で、前記移載室内を前記希ガスを除く不活性ガス雰囲気から前記希ガス雰囲気に変える工程と、
を有する。

【0125】

［付記４］
付記１から３のいずれかの方法であって、
（ｄ）では、前記改質ガスとして、水素化シリコンガスまたはクロロシラン系ガスを用いて、前記膜の表面にシリコン含有層を形成する。

【0126】

［付記５］
付記１から４のいずれかの方法であって、
（ｄ）では、前記改質ガスとして、酸素含有ガスを用いて、前記膜の表面に酸化層を形成する。

【0127】

［付記６］
付記１から５のいずれかの方法であって、
（ｄ）では、前記改質ガスとして、窒素含有ガスを用いて、前記膜の表面に窒化層を形成する。

【0128】

［付記７］
付記１から６のいずれかの方法であって、
（ｄ）では、前記改質ガスとして、ボロン含有ガスを用いて、前記膜の表面にボロン含有層を形成する。

【0129】

［付記８］
付記１から７のいずれかの方法であって、
（ｄ）では、前記改質ガスとして、フッ素含有ガスを用いて、前記膜の表面にフッ素含有層を形成する。

【0130】

［付記９］
付記１から８のいずれかの方法であって、
（ｄ）では、前記改質ガスとして、リン含有ガスを用いて、前記膜の表面にリン含有層を形成する。

【0131】

［付記１０］
付記１から９のいずれかの方法であって、
（ｄ）では、（ａ）から（ｃ）と比較して、前記処理容器内の温度設定を維持する、または、前記処理容器内の温度設定を下げる。

【0132】

［付記１１］
付記１から１０のいずれかの方法であって、
（ａ）から（ｄ）で供給されるキャリアガスおよびパージガスとして、希ガスが用いられる。

【0133】

［付記１２］
付記１の各手順（各工程）をコンピュータにより基板処理装置に実行させるプログラム、又は当該プログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

【0134】

［付記１３］
処理容器と、
前記処理容器に隣接する移載室と、
基板を搬送する搬送系と、
前記処理容器内に金属元素含有ガスを供給する金属元素含有ガス供給系と、
前記処理容器内に還元ガスを供給する還元ガス供給系と、
前記処理容器内に改質ガスを供給する改質ガス供給系と、
前記処理容器内、および、前記移載室内に希ガスを供給する希ガス供給系と、
前記処理容器内、および、前記移載室内を排気する排気系と、
付記１の各処理（各工程）を行わせるように、前記搬送系、前記金属元素含有ガス供給系、前記還元ガス供給系、前記改質ガス供給系、前記希ガス供給系、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る制御部と、
を有する基板処理装置。

【符号の説明】

【0135】

１０ 基板処理装置
１２４ 移載室
２００ ウエハ（基板の一例）
２０１ 処理室（処理容器の一例）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】