特許 7524333 半導体装置の製造方法、プログラム、基板処理装置及び基板処理方法

(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】2024-07-19

(45)【発行日】2024-07-29

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

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/285 20060101AFI20240722BHJP

   C23C 16/34 20060101ALI20240722BHJP

   C23C 16/44 20060101ALI20240722BHJP

【ＦＩ】

H01L21/285 C

C23C16/34

C23C16/44 J

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2022550379

(86)(22)【出願日】2021-07-16

(86)【国際出願番号】 JP2021026749

(87)【国際公開番号】W WO2022059325

(87)【国際公開日】2022-03-24

【審査請求日】2023-01-06

(31)【優先権主張番号】P 2020155517

(32)【優先日】2020-09-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(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】定田 拓也

(72)【発明者】

【氏名】小川 有人

(72)【発明者】

【氏名】清野 篤郎

【審査官】佐藤 靖史

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２００４／０７００７９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１０－２１９３０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２０３５０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－０５８６５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０１１９４０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／２８５

Ｃ２３Ｃ １６／３４

Ｃ２３Ｃ １６／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

（ａ）処理容器内に基板を搬入する工程と、
（ｂ）前記処理容器内に処理ガスを供給して、前記基板上、前記処理容器内の部材、及び、前記処理容器の内壁にチタニウムと窒素とを含む膜を形成する処理を行う工程と、
（ｃ）処理後の前記基板を前記処理容器内から搬出する工程と、
（ｄ）処理後の前記基板を搬出した後の前記処理容器内にシリコン、タングステン又はハロゲンのうち少なくともいずれかを含む改質ガスを供給することにより、前記処理容器内の部材、及び、前記処理容器の内壁に形成された前記膜の表面を改質してアモルファス層を形成する工程と、
を有する基板処理方法。

【請求項2】

（ｂ）を、前記処理容器内において前記基板を支持具により支持した状態で行い、
（ｄ）を、前記基板を支持しない状態の前記支持具を前記処理容器内において収容した状態で行う
請求項１に記載の基板処理方法。

【請求項3】

（ｂ）を、更にダミー基板を前記支持具により支持した状態で行い、
（ｄ）を、更に前記ダミー基板を前記支持具により支持した状態で行う
請求項２に記載の基板処理方法。

【請求項4】

（ａ）では、前記支持具により支持した前記基板を前記処理容器内へ搬入し、
（ｃ）では、前記支持具により支持した前記基板を前記処理容器内から搬出し、
（ｅ）（ｃ）の後、（ｄ）の前に、前記基板を支持しない状態の前記支持具を前記処理容器内へ搬入する工程を更に有する
請求項２又は３に記載の基板処理方法。

【請求項5】

（ａ）を、更にダミー基板を前記支持具により支持した状態で行い、
（ｃ）を、更に前記ダミー基板を前記支持具により支持した状態で行い、
（ｄ）を、前記ダミー基板を前記支持具により支持した状態で行う
請求項３に記載の基板処理方法。

【請求項6】

（ｆ）（ｄ）の後に、前記処理容器内に前記処理ガスを供給し、前記処理容器内の部材、及び、前記処理容器の内壁にチタニウムと窒素とを含む膜を形成する処理を行う工程を更に有する
請求項１から５のいずれか１項に記載の基板処理方法。

【請求項7】

前記改質ガスは、シラン系ガスである
請求項１から６のいずれか１項に記載の基板処理方法。

【請求項8】

前記改質ガスは、モノシランガスであり、
（ｄ）における前記処理容器内の温度は、４００℃以上５００℃以下である請求項１から７のいずれか１項に記載の基板処理方法。

【請求項9】

（ａ）処理容器内に基板を搬入させる手順と、
（ｂ）前記処理容器内に処理ガスを供給して、前記基板上、前記処理容器内の部材、及び、前記処理容器の内壁にチタニウムと窒素とを含む膜を形成する処理を行わせる手順と、
（ｃ）処理後の前記基板を前記処理容器内から搬出させる手順と、
（ｄ）処理後の前記基板を搬出した後の前記処理容器内にシリコン、タングステン又はハロゲンのうち少なくともいずれかを含む改質ガスを供給させることにより、前記処理容器内の部材、及び、前記処理容器の内壁に形成された前記膜の表面を改質させてアモルファス層を形成させる手順と、
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10】

処理容器と、
前記処理容器内に、基板を搬入出する搬送系と、
前記処理容器内に、処理ガスを供給する処理ガス供給系と、
前記処理容器内に、シリコン、タングステン又はハロゲンのうち少なくともいずれかを含む改質ガスを供給する改質ガス供給系と、
前記処理容器内を排気する排気系と、
前記搬送系、前記処理ガス供給系、前記改質ガス供給系及び前記排気系を制御して、
（ａ）前記処理容器内に基板を搬入する処理と、
（ｂ）前記処理容器内に処理ガスを供給して、前記基板上、前記処理容器内の部材、及び、前記処理容器の内壁にチタニウムと窒素とを含む膜を形成する処理を行う処理と、
（ｃ）処理後の前記基板を前記処理容器内から搬出する処理と、
（ｄ）処理後の前記基板を搬出した後の前記処理容器内にシリコン、タングステン又はハロゲンのうち少なくともいずれかを含む改質ガスを供給することにより、前記処理容器内の部材、及び、前記処理容器の内壁に形成された前記膜の表面を改質してアモルファス層を形成する処理と、
を行うよう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。

【請求項11】

（ａ）処理容器内に基板を搬入する工程と、
（ｂ）前記処理容器内に処理ガスを供給して、前記基板上、前記処理容器内の部材、及び、前記処理容器の内壁にチタニウムと窒素とを含む膜を形成する処理を行う工程と、
（ｃ）処理後の前記基板を前記処理容器内から搬出する工程と、
（ｄ）処理後の前記基板を搬出した後の前記処理容器内にシリコン、タングステン又はハロゲンのうち少なくともいずれかを含む改質ガスを供給することにより、前記処理容器内の部材、及び、前記処理容器の内壁に形成された前記膜の表面を改質してアモルファス層を形成する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。

【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、プログラム、基板処理装置及び基板処理方法に関する。

【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）膜が設けられることがある（例えば特許文献１及び特許文献２参照）。ＴｉＮ膜は、Ｗ膜と絶縁膜の密着性を高める役割を有し、このＴｉＮ膜上にＷ膜を成長させる核形成膜が形成されることがある。

【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、このような核形成膜が、処理容器内の内壁やダミー基板等にも形成され、累積膜厚が厚くなると大きな結晶粒として異常成長して、膜剥がれが発生することがある。

【0005】

本開示は、処理容器内の膜剥がれに起因するパーティクルの発生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】

【0006】

本開示の一態様によれば、
（ａ）処理容器内に基板を搬入する工程と、
（ｂ）前記処理容器内に処理ガスを供給して、前記基板上にチタニウムと窒素とを含む膜を形成する処理を行う工程と、
（ｃ）処理後の前記基板を前記処理容器内から搬出する工程と、
（ｄ）処理後の前記基板を搬出した後の前記処理容器内にシリコン、金属又はハロゲンのうち少なくともいずれかを含む改質ガスを供給する工程と、
を有する技術が提供される。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、処理容器内の膜剥がれに起因するパーティクルの発生を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本開示の一実施形態における基板処理装置の縦型処理炉の概略を示す縦断面図である。

【図2】図１におけるＡ－Ａ線概略横断面図である。

【図3】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4】図４（Ａ）は、本開示の一実施形態におけるプロセスフローを示す図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）のフローによって形成される処理容器内の内壁等の表面上のＴｉＮ膜を示す図である。

【図5】図５（Ａ）は、本開示の一実施形態における成膜工程におけるガス供給の一例を示す図であり、図５（Ｂ）は、本開示の一実施形態におけるトリートメント工程におけるガス供給の一例を示す図である。

【図6】図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、本開示の他の実施形態における基板処理装置の処理炉の概略を示す縦断面図である。

【図7】比較例及び実施例１、２においてダミー基板上に形成されたＴｉＮ膜の表面粗さを比較して示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図１～５を参照しながら説明する。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。

【0011】

ヒータ２０７の内側には、ヒータ２０７と同心円状に反応管（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（ＳｉＯ_２）、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、上端及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。

【0012】

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、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。主に、アウタチューブ２０３と、インナチューブ２０４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。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。

【0013】

処理室２０１は、基板としてのウエハ２００を、支持具としてのボート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。

【0014】

処理室２０１内には、ノズル４１０，４２０，４３０がマニホールド２０９の側壁及びインナチューブ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。

【0015】

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、不活性ガスを供給するガス供給管５１０，５２０，５３０がそれぞれ接続されている。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及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。

【0016】

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の側壁及びインナチューブ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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

ガス供給管３１０からは、処理ガスとして、金属元素を含む原料ガス（金属含有ガス）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。原料としては、例えば金属元素としてのチタン（Ｔｉ、チタニウムともいう）を含み、ハロゲン系原料（ハロゲン化物、ハロゲン系チタン原料）としての四塩化チタン（ＴｉＣｌ_４）が用いられる。

【0020】

ガス供給管３２０からは、処理ガスとして、処理室２０１内の壁面等に形成された膜を改質する改質ガスが、ＭＦＣ３２２、バルブ３２４、ノズル４２０を介して処理室２０１内に供給される。改質ガスとしては、シリコン（Ｓｉ）、金属又はハロゲンのうち少なくともいずれかを含むガスを用いることができ、例えばシラン系ガスであり、シリコン（Ｓｉ）とＨを含むガスであるモノシラン（ＳｉＨ_４）ガス、ジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６）ガス、トリシラン（Ｓｉ_３Ｈ_８）ガス、テトラシラン（Ｓｉ_４Ｈ_１０）等を用いることができる。

【0021】

ガス供給管３３０からは、処理ガスとして、金属含有ガスに反応する反応ガスが、ＭＦＣ３３２、バルブ３３４、ノズル４３０を介して処理室２０１内に供給される。反応ガスとしては、例えば窒素（Ｎ）を含むＮ含有ガスとしての例えばアンモニア（ＮＨ_３）ガス、ヒドラジン（Ｎ_２Ｈ_４）ガスを用いることができる。

【0022】

ガス供給管５１０，５２０，５３０からは、不活性ガスとして、例えば窒素（Ｎ_２）ガスが、それぞれ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。以下、不活性ガスとしてＮ_２ガスを用いる例について説明するが、不活性ガスとしては、Ｎ_２ガス以外に、例えば、アルゴン（Ａｒ）ガス、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、キセノン（Ｘｅ）ガス等の希ガスを用いてもよい。

【0023】

主に、ガス供給管３１０から原料ガスを流す場合、主に、ガス供給管３１０、ＭＦＣ３１２、バルブ３１４により原料ガス供給系が構成されるが、ノズル４１０を原料ガス供給系に含めて考えてもよい。また、ガス供給管３３０から反応ガスを流す場合、主に、ガス供給管３３０、ＭＦＣ３３２、バルブ３３４により反応ガス供給系が構成されるが、ノズル４３０を反応ガス供給系に含めて考えてもよい。ガス供給管３３０から反応ガスとして窒素含有ガスを供給する場合、反応ガス供給系を窒素含有ガス供給系と称することもできる。また、原料ガス供給系と反応ガス供給系を処理ガス供給系と称することもできる。また、ノズル４１０，４３０を処理ガス供給系に含めて考えてもよい。また、ガス供給管３２０から改質ガスを流す場合、主に、ガス供給管３２０、ＭＦＣ３２２、バルブ３２４により改質ガス供給系が構成されるが、ノズル４２０を改質ガス供給系に含めて考えてもよい。改質ガス供給系をトリートメントガス供給系と称することもできる。また、主に、ガス供給管５１０，５２０，５３０、ＭＦＣ５１２，５２２，５３２、バルブ５１４，５２４，５３４により不活性ガス供給系が構成される。

【0024】

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原料ガス等を噴出させている。

【0025】

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４１０，４２０，４３０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４１０，４２０，４３０のガス供給孔４１０ａ，４２０ａ，４３０ａ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（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。

【0026】

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，４３０ａ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。

【0027】

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内の真空排気及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及び圧力センサ２４５により、排気系が構成される。真空ポンプ２４６を排気系に含めて考えてもよい。

【0028】

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。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内外に搬入及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及びボート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（搬送機構、搬送系）として構成されている。

【0029】

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ダミー基板２１８が水平姿勢で多段に支持されている。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の下部にダミー基板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。

【0030】

図２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、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。

【0031】

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。

【0032】

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、プロセスレシピ及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。

【0033】

Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、上述のＭＦＣ３１２，３２２，３３２，５１２，５２２，５３２、バルブ３１４，３２４，３３４，５１４，５２４，５３４、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４３、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。

【0034】

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、ＭＦＣ３１２，３２２，３３２，５１２，５２２，５３２による各種ガスの流量調整動作、バルブ３１４，３２４，３３４，５１４，５２４，５３４の開閉動作、ＡＰＣバルブ２４３の開閉動作及びＡＰＣバルブ２４３による圧力センサ２４５に基づく圧力調整動作、温度センサ２６３に基づくヒータ２０７の温度調整動作、真空ポンプ２４６の起動及び停止、回転機構２６７によるボート２１７の回転及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、ボート２１７へのウエハ２００の収容動作等を制御するように構成されている。

【0035】

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。

【0036】

（２）基板処理工程（基板処理方法）
半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、複数枚のウエハ２００上に、ＴｉとＮとを含む膜を形成するバッチ処理を複数回行う場合について、図４（Ａ）、図４（Ｂ）、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）を用いて説明する。本工程は、上述した基板処理装置１０の処理炉２０２を用いて実行される。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。本工程にてバッチ処理される製品ウエハは、例えば半導体デバイスとして用いられるシャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）であって、Ｓｉ基板に形成された溝に、ＳｉＯ_２膜を形成し、ＳｉＯ_２膜上にＴｉＮ膜を埋め込むものである。なお、ＴｉＮ膜はゲート電極として用いられる。

【0037】

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）処理容器内である処理室２０１内にウエハ２００を搬入する工程と、
（ｂ）処理室２０１内に処理ガスを供給して、ウエハ２００上にＴｉとＮとを含む膜を形成する処理を行う工程と、
（ｃ）処理後のウエハ２００を処理室２０１内から搬出する工程と、
（ｄ）処理後のウエハ２００を搬出した後の処理室２０１内にＳｉ、金属又はハロゲンのうち少なくともいずれかを含む改質ガスであるＳｉＨ_４ガスを供給する工程と、
を有する。

【0038】

（ｂ）工程では、ウエハ２００に対して、金属含有ガスであるＴｉＣｌ_４ガスを供給する工程と、反応ガスであるＮＨ_３ガスを供給する工程と、を１回以上行って、ウエハ２００上に金属含有膜であるＴｉＮ膜を形成する。

【0039】

（ｄ）工程では、ウエハ２００を搬出した後の処理室２０１内に、改質ガスであるＳｉＨ_４ガスを供給することにより、少なくとも処理室２０１内の壁面やダミー基板２１８等に形成されたＴｉＮ膜の表面を改質してアモルファス層等を形成する。

【0040】

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。

【0041】

［基板搬入工程、ステップＳ１０］
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容器内である処理室２０１内に搬入（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。本工程（ステップＳ１０）では、未処理のウエハ２００とダミー基板２１８がボート２１７により支持された状態で、ボート２１７が処理室２０１内に搬入される。

【0042】

（圧力調整および温度調整）
処理室２０１内、すなわち、ウエハ２００が存在する空間が所望の圧力（真空度）となるように真空ポンプ２４６によって真空排気される。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。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）。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の間は継続して行われる。

【0043】

［成膜工程、ステップＳ１１、図５（Ａ）］
（ＴｉＣｌ_４ガス供給、ステップＳ１１－１）
バルブ３１４を開き、ガス供給管３１０内に処理ガスであり原料ガスであるＴｉＣｌ_４ガスを流す。ＴｉＣｌ_４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ＴｉＣｌ_４ガスが供給される。このとき同時にバルブ５１４を開き、ガス供給管５１０内にＮ_２ガス等の不活性ガスを流す。ガス供給管５１０内を流れたＮ_２ガスは、ＭＦＣ５１２により流量調整され、ＴｉＣｌ_４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。このとき、ノズル４２０，４３０内へのＴｉＣｌ_４ガスの侵入を防止するために、バルブ５２４，５３４を開き、ガス供給管５２０，５３０内にＮ_２ガスを流す。Ｎ_２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。

【0044】

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の範囲内の圧力で、例えば１０００Ｐａとする。ＭＦＣ３１２で制御するＴｉＣｌ_４ガスの供給流量は、例えば０．１～２．０ｓｌｍの範囲内の流量とする。ＭＦＣ５１２，５２２，５３２で制御するＮ_２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。このときヒータ２０７の温度は、ウエハ２００の温度が、例えば３００～５００℃の範囲内の温度であって、例えば４７５℃となるような温度に設定する。本開示における「３００～５００℃」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、「３００～５００℃」とは「３００℃以上５００℃以下」を意味する。他の数値範囲についても同様である。

【0045】

このとき処理室２０１内に流しているガスはＴｉＣｌ_４ガスとＮ_２ガスのみである。ＴｉＣｌ_４ガスの供給により、ウエハ２００（表面の下地膜）上にＴｉ含有層が形成される。Ｔｉ含有層は、Ｃｌを含むＴｉ層であってもよいし、ＴｉＣｌ_４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。

【0046】

（残留ガス除去、ステップＳ１１－２）
ＴｉＣｌ_４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、バルブ３１４を閉じて、ＴｉＣｌ_４ガスの供給を停止する。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Ｔｉ含有層形成に寄与した後のＴｉＣｌ_４ガスを処理室２０１内から排除する。このときバルブ５１４，５２４，５３４は開いたままとして、Ｎ_２ガスの処理室２０１内への供給を維持する。Ｎ_２ガスはパージガスとして作用し、処理室２０１内に残留する未反応もしくはＴｉ含有層形成に寄与した後のＴｉＣｌ_４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。

【0047】

（ＮＨ_３ガス供給、ステップＳ１１－３）
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、処理ガスであり反応ガスであるＮＨ_３ガスを流す。ＮＨ_３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、ＮＨ_３ガスが供給される。このとき同時にバルブ５３４を開き、ガス供給管５３０内にＮ_２ガスを流す。ガス供給管５３０内を流れたＮ_２ガスは、ＭＦＣ５３２により流量調整される。Ｎ_２ガスはＮＨ_３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。このとき、ノズル４１０，４２０内へのＮＨ_３ガスの侵入を防止するために、バルブ５１４，５２４を開き、ガス供給管５１０，５２０内にＮ_２ガスを流す。Ｎ_２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。

【0048】

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の範囲内の圧力で、例えば１０００Ｐａとする。ＭＦＣ３３２で制御するＮＨ_３ガスの供給流量は、例えば０．１～３０ｓｌｍの範囲内の流量とする。ＭＦＣ５１２，５２２，５３２で制御するＮ_２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。ＮＨ_３ガスをウエハ２００に対して供給する時間は、例えば０．０１～３０秒の範囲内の時間とする。このときのヒータ２０７の温度は、ＴｉＣｌ_４ガス供給ステップと同様の温度に設定する。

【0049】

このとき処理室２０１内に流しているガスは、ＮＨ_３ガスとＮ_２ガスのみである。ＮＨ_３ガスは、ステップＳ１１－１でウエハ２００上に形成されたＴｉ含有層の少なくとも一部と置換反応する。置換反応の際には、Ｔｉ含有層に含まれるＴｉとＮＨ_３ガスに含まれるＮとが結合して、ウエハ２００上にＴｉＮ層が形成される。

【0050】

（残留ガス除去、ステップＳ１１－４）
ＴｉＮ層を形成した後、バルブ３３４を閉じて、ＮＨ_３ガスの供給を停止する。そして、上述した残留ガス除去と同様の処理手順により、処理室２０１内に残留する未反応もしくはＴｉＮ層の形成に寄与した後のＮＨ_３ガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する。

【0051】

（所定回数実施）
上記したステップＳ１１－１～ステップＳ１１－４を順に行うサイクルを所定回数（ｎ回）、１回以上行うことにより、ウエハ２００上に、所定の厚さのＴｉとＮとを含む膜であるＴｉＮ膜を形成する。本工程（ステップＳ１１）は、処理室２０１内においてウエハ２００とダミー基板２１８がボート２１７により支持された状態で、ｉｎ－ｓｉｔｕで行われる。

【0052】

（アフターパージおよび大気圧復帰）
ガス供給管５１０，５２０，５３０のそれぞれからＮ_２ガスを処理室２０１内へ供給し、排気管２３１から排気する。Ｎ_２ガスはパージガスとして作用し、これにより処理室２０１内が不活性ガスでパージされ、処理室２０１内に残留するガスや反応副生成物が処理室２０１内から除去される（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）。

【0053】

［基板搬出工程、ステップＳ１２］
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、処理後の処理済ウエハ２００がボート２１７に支持された状態でアウタチューブ２０３の下端からアウタチューブ２０３の外部に搬出（ボートアンロード）される。その後、処理済のウエハ２００は、ボート２１７より取り出される（ウエハディスチャージ）。基板搬出工程（ステップＳ１２）では、処理後のウエハ２００とダミー基板２１８がボート２１７により支持された状態で処理室２０１内から搬出される。

【0054】

上述したように処理炉２０２内においてウエハ２００上にＴｉＮ膜を形成する際、処理室２０１内の壁面やダミー基板２１８等にもＴｉＮ膜が形成される。そして、処理室２０１内の壁面やダミー基板２１８等に形成された膜の累積膜厚が厚くなると大きな結晶粒として異常成長して、処理室２０１内の壁面やダミー基板２１８の表面状態（ラフネス）が悪化して、膜剥がれが発生し、パーティクルの発生の要因となることがある。また、ウエハ２００上に形成されるＴｉＮ膜の膜ストレスが変化してしまうことがある。ここで、ラフネスは、膜表面の表面粗さを意味する。

【0055】

本実施形態における基板処理工程（半導体装置の製造工程）では、上述した基板搬入工程（ステップＳ１０）、成膜工程（ステップＳ１１）及び基板搬出工程（ステップＳ１２）を行って、処理後のウエハ２００を処理室２０１内から搬出した後に（ｅｘ－ｓｉｔｕで）、未処理の次のバッチがある場合（ステップＳ１３においてＹｅｓ）に、次のトリートメント工程（ステップＳ１４）を行ってから、次のバッチ処理（ステップＳ１０～ステップＳ１２）を実行する。すなわち、バッチ処理毎に（バッチ処理間で）、処理室２０１内に形成されたＴｉＮ膜に対して、トリートメント処理を実行する。これにより、処理室２０１内の壁面やダミー基板２１８等に形成されたＴｉＮ膜の表面が改質されることにより、表面が平坦化されてラフネスが改善され、膜剥がれが発生するのを抑制できる。

【0056】

成膜工程が終了し、処理済のウエハ２００がボート２１７より取り出された後、ダミー基板２１８が支持され、ウエハ２００が支持されていない状態のボート２１７が、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）され、次のトリートメント工程が実行される。すなわち、基板搬出工程（ステップＳ１２）の後、次のバッチがある場合に、トリートメント工程（ステップＳ１４）の前に、処理室２０１内に、ダミー基板２１８が支持され、ウエハ２００が支持されていない状態のボート２１７が処理室２０１内に搬入される。すなわち、成膜処理を行った後のＴｉＮ膜が形成されたダミー基板２１８が支持され、成膜処理を行った後のウエハ２００が支持されていない状態のボート２１７が処理室２０１内に搬入される。

【0057】

［トリートメント工程、ステップＳ１４、図５（Ｂ）］
（ＳｉＨ_４ガス供給）
バルブ３２４を開き、ガス供給管３２０内にＳｉ、金属、ハロゲンの少なくともいずれかを含む改質ガスであって、例えばシラン系ガスであるＳｉＨ_４ガスを流す。ＳｉＨ_４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、処理室２０１内に対してＳｉＨ_４ガスが供給される。このとき同時にバルブ５２４を開き、ガス供給管５２０内にＮ_２ガス等の不活性ガスを流す。ガス供給管５２０内を流れたＮ_２ガスは、ＭＦＣ５２２により流量調整され、ＳｉＨ_４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。このとき、バルブ５１４，５３４を閉じ、ノズル４１０，４３０からのＮ_２ガスの供給を停止する。

【0058】

このときＡＰＣバルブ２４３を全開（フルオープン）にする。ＭＦＣ３２２で制御するＳｉＨ_４ガスの供給流量は、例えば０．１～１０ｓｌｍの範囲内の流量であって、例えば２ｓｌｍとなるような流量に設定する。ＭＦＣ５２２で制御するＮ_２ガスの供給流量は、例えば０．１～２０ｓｌｍの範囲内の流量とする。本工程（ステップＳ１４）は、処理後のウエハ２００が支持されていない状態のボート２１７が処理室２０１内において収容された状態で行われる。また、本工程は、処理後のダミー基板２１８がボート２１７により支持された状態で行われる。

【0059】

このとき処理室２０１内に流しているガスはＳｉＨ_４ガスである。また、このときヒータ２０７の温度は、処理室２０１内の温度が、例えば２００℃～５００℃、好ましくは４００℃～５００℃の範囲内であって、例えば４５０℃の温度を一定に保つように設定する。具体的には、ＳｉＨ_４ガスを、ＳｉＨ_４ガスが分解する条件で、処理室２０１内へ供給する。４００℃以上でＳｉＨ_４ガスの分解が始まり、５００℃以上で分解が激しく生じる。また、３５０℃ではＳｉＨ_４ガスは分解しないが、ＴｉＮ膜と反応することによりＳｉＨ_４ガスが分解されてＴｉＮ膜にＳｉが拡散され、ＴｉＮ膜の表面が改質されて窒化珪化チタン（ＴｉＳｉＮ）層が形成される。つまり、本工程における処理室２０１内の温度を高くしたり、ＳｉＨ_４ガスの供給時間を長くすることにより、処理室２０１内の壁面やダミー基板２１８、ボート２１７等に形成されたＴｉＮ膜の表面を改質してＴｉＳｉＮ層又はＳｉ層を形成することができる。このとき、形成されるＴｉＳｉＮ層又はＳｉ層は、アモルファス（非晶質）層であることが好ましい。これにより、処理室２０１内の壁面等に形成されたＴｉＮ膜の異常結晶成長が抑制され、膜の連続性が改善される。ここで連続性とは、異常成長した結晶により、ＴｉＮの正常な結晶が分断されていないことを意味する。即ち、ＴｉＮの正常な結晶の連なっている部分が増える。これにより、膜表面の表面粗さが小さくなり、膜の表面がフラット化（平坦化、平滑化）される。ここで、異常成長した結晶粒は、正常な結晶粒よりも大きく成長している結晶粒を意味する。なお、４００℃よりも低い温度では、ＳｉＨ_４ガスの分解が不十分となり、ラフネスの改善効果が得られ難い。４００℃～５００℃の温度帯では、ＳｉＨ_４ガスの急速な分解を抑制しつつ、アモルファス（非晶質）層を形成できるため、ラフネスの改善効果が得られる。ＳｉＨ_４が急速に分解した場合、ＴｉＮ膜上に、多結晶Ｓｉが形成され、多結晶Ｓｉの結晶粒により、ラフネスが大きくなる。また、５００℃よりも高い温度では、ＳｉＨ_４ガスの分解が激しくなり、ラフネスの悪化したＳｉ膜が形成される。それ故、４００℃～５００℃の範囲内の温度にすることが好ましい。

【0060】

ここで、改質処理が行われていない部分の膜は、ラフネスが悪化し、ラフネスが悪化している部分のガスの消費量が、ラフネスが良い部分のガス消費量と比較して多くなり、成膜工程においてウエハ２００に供給されるガス量（ガス分子の量）が変化してしまう。本工程のように、処理室２０１内の壁面等に形成されたＴｉＮ膜の表面を改質することにより、ウエハ２００を処理する際のガス消費量を、処理毎に均一化させることが可能となる。また、処理室２０１内の壁面等に形成されたＴｉＮ膜を改質することにより、ラフネスが改善される。

【0061】

そして、トリートメント工程（ステップＳ１４）を行った後に、上述した基板搬入工程（ステップＳ１０）、成膜工程（ステップＳ１１）及び基板搬出工程（ステップＳ１２）を行う。このように、バッチ間においてトリートメント工程を行って、図４（Ｂ）に示すように、処理室２０１内の壁面等に形成されたＴｉＮ膜の表面を改質してＴｉＳｉＮ層又はＳｉ層を形成した後に、次のバッチ処理を行うことにより、処理室２０１内の壁面等に形成されたＴｉＳｉＮ層又はＳｉ層上にＴｉＮ膜が形成され、次のバッチ処理の成膜工程におけるガスの消費量を処理毎に均一化させることができる。

【0062】

ここで、処理室２０１内の壁面等に形成された膜種によって、成膜工程時の処理ガスの吸着量が変化する。具体的には、処理室２０１内の壁面等に形成された膜がＴｉＮ膜かＴｉＳｉＮ膜かＳｉ膜かによって、それぞれの膜に対する成膜工程における処理ガスであるＴｉＣｌ_４の吸着量が変化してしまう。表面にＴｉＮ膜を均一に形成することにより、成膜工程時における処理室２０１内の壁面等における処理ガスの消費量が変化することを抑制し、ウエハ２００上に、局所的に、異なる特性の膜が形成されてしまうことを抑制することができる。すなわち、ウエハ２００毎やバッチ処理毎のウエハ上に形成されるＴｉＮ膜の厚さ、電気特性等の膜の特性等の処理品質を均一化させることが可能となる。

【0063】

（３）本実施形態による効果
本実施形態によれば、処理室２０１内の壁面やダミー基板２１８等に形成されたＴｉＮ膜の表面を改質してＴｉＮ膜とは結晶構造の異なるＴｉＳｉＮ層又はＳｉ層を形成する。これにより、ＴｉＮ膜の異常結晶成長が抑制される。よって、処理室２０１内の壁面等に形成されたＴｉＮ膜の膜剥がれが抑制され、異物としてウエハ２００に付着しないようにすることができる。すなわち、処理室内（処理容器内）の膜剥がれに起因するパーティクルの発生を抑制することができる。また、ダミー基板２１８を搭載したボート２１７を処理室２０１内に搬入した状態でトリートメント工程を行うため、ボート２１７やボート２１７に搭載されたダミー基板２１８等に形成されたＴｉＮ膜の膜剥がれも抑制されて、スループットが向上される。また、ウエハ２００上に形成される膜の膜ストレスの変化が改善（ウエハ２００上に形成される膜の膜ストレスの上昇が低減）され、ウエハ２００上に形成される膜の特性等の処理品質を均一化させることができる。

【0064】

（４）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。

【0065】

上記実施形態では、トリートメント工程において、改質ガスとしてＳｉ含有ガスでありシラン系ガスであるＳｉＨ_４ガスを用いる場合を例にして説明したが、本開示はこれに限定されるものではなく、Ｓｉとハロゲンを含むガスであるモノクロロシラン（ＳｉＨ_３Ｃｌ）、ジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ_３）、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ_２Ｃｌ_６、ＨＣＤＳ）等のクロロシラン系のガスを用いることができる。この場合であっても、上述した図４（Ａ）に示すプロセスフローと同様の効果が得られる。

【0066】

また、上記実施形態では、トリートメント工程において、改質ガスとしてＳｉ含有ガスでありシラン系ガスであるＳｉＨ_４ガスを用いる場合を例にして説明したが、本開示はこれに限定されるものではなく、改質ガスとしてハロゲン含有ガスを用いる場合にも適用可能である。ハロゲン含有ガスとしては、三フッ化窒素（ＮＦ_３）、六フッ化タングステン（ＷＦ_６）、三フッ化塩素（ＣｌＦ_３）、フッ素（Ｆ_２）、フッ化水素（ＨＦ）ガス等を用いることができる。改質ガスとしてハロゲン含有ガスを用いることにより、処理室２０１内の壁面等に形成されたＴｉＮ膜上の異常成長物をエッチングすることができ、ＴｉＮ膜表面が平坦化されて、上述した図４（Ａ）に示すプロセスフローと同様の効果が得られる。

【0067】

また、トリートメント工程において、改質ガスとしてＷＦ_６ガスを供給する場合には、処理室２０１内の壁面等に形成されたＴｉＮ膜上の異常成長物をエッチングする場合に限らず、ＷＦ_６ガスを供給することにより処理室２０１内の壁面等に形成されたＴｉＮ膜上にＷ膜を形成してもよい。この場合であっても、上述した図４（Ａ）に示すプロセスフローと同様の効果が得られる。

【0068】

また、上記実施形態では、トリートメント工程において、改質ガスとして酸素含有ガスであるＯ_２ガスや水蒸気（Ｈ_２Ｏ）等を用いることができる。改質ガスとして酸素含有ガスを用いることにより、処理室２０１内の壁面等に形成されたＴｉＮ膜の表面が酸化されて、ＴｉＮ膜の異常結晶成長が抑制される。これにより、処理室２０１内に形成されたＴｉＮ膜の膜剥がれが抑制され、異物としてウエハ２００に付着しないようにすることができる。すなわち、処理室内の膜剥がれに起因するパーティクルの発生を抑制することができ、上述した図４（Ａ）に示すプロセスフローと同様の効果が得られる。

【0069】

また、上記実施形態では、トリートメント工程において、改質ガスとして低純度のＮ_２ガス、大気等を用いることができる。これにより、処理室２０１内の壁面等に形成されたＴｉＮ膜の表面が改質されて、ＴｉＮ膜の異常結晶成長が抑制され、上述した図４（Ａ）に示すプロセスフローと同様の効果が得られる。

【0070】

また、上記実施形態では、トリートメント工程において、処理室２０１内の壁面等に形成されたＴｉＮ膜を改質する改質ガスを供給する場合を例にして説明したが、本開示はこれに限定されるものではなく、トリートメント工程において、例えばジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）ガスの供給とＮＨ_３ガスの供給をそれぞれ１回以上行って、処理室２０１内の壁面等に形成されたＴｉＮ膜の上にＴｉＳｉＮ膜を形成してもよい。

【0071】

また、上記実施形態では、ダミー基板２１８が支持された状態のボート２１７をＴｉＮ膜が形成された処理室内に搬入した後（ボートロード後）に、トリートメント工程を行う場合を用いて説明したが、本開示はこれに限定されるものではなく、ダミー基板２１８が支持されていない状態のボート２１７をＴｉＮ膜が形成された処理室２０１内に搬入した後に、トリートメント工程を行ってもよく、ボート２１７をＴｉＮ膜が形成された処理室２０１内に搬入しないでトリートメント工程を行ってもよい。

【0072】

また、上記実施形態では、バッチ処理を１回行う毎にトリートメント工程を行う場合を用いて説明したが、本開示はこれに限定されるものではなく、バッチ処理を所定回数行った後に、トリートメント工程を行ってもよい。

【0073】

また、上記実施形態では、成膜工程として、Ｔｉ含有ガスを供給する工程と、Ｎ含有ガスを供給する工程と、を交互に繰り返し行って、ウエハ２００上にＴｉとＮを含む膜を形成する場合を用いて説明したが、本開示はこれに限定されず、ＴｉとＮを含むガスの供給のみによりＴｉとＮを含む膜を形成する場合にも、好適に適用できる。

【0074】

また、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。

【0075】

例えば、図６（Ａ）に示す処理炉３０２を備えた基板処理装置を用いて膜を形成する場合にも、本開示は好適に適用できる。処理炉３０２は、処理室３０１を形成する処理容器３０３と、処理室３０１内にガスをシャワー状に供給するシャワーヘッド３０３ｓと、１枚または数枚のウエハ２００を水平姿勢で支持する支持具としての支持台３１７と、支持台３１７を下方から支持する回転軸３５５と、支持台３１７に設けられたヒータ３０７と、を備えている。シャワーヘッド３０３ｓのインレット（ガス導入口）には、上述の原料ガスを供給するガス供給ポート３３２ａと、上述の反応ガスを供給するガス供給ポート３３２ｂと、上述の改質ガスを供給するガス供給ポート３３２ｃが接続されている。ガス供給ポート３３２ａには、上述の実施形態の原料ガス供給系と同様の原料ガス供給系が接続されている。ガス供給ポート３３２ｂには、上述の実施形態の反応ガス供給系と同様の反応ガス供給系が接続されている。ガス供給ポート３３２ｃには、上述の改質ガス供給系と同様のガス供給系が接続されている。シャワーヘッド３０３ｓのアウトレット（ガス排出口）には、処理室３０１内にガスをシャワー状に供給するガス分散板が設けられている。処理容器３０３には、処理室３０１内を排気する排気ポート３３１が設けられている。排気ポート３３１には、上述の実施形態の排気系と同様の排気系が接続されている。

【0076】

また例えば、図６（Ｂ）に示す処理炉４０２を備えた基板処理装置を用いて膜を形成する場合にも、本開示は好適に適用できる。処理炉４０２は、処理室４０１を形成する処理容器４０３と、１枚または数枚のウエハ２００を水平姿勢で支持する支持具としての支持台４１７と、支持台４１７を下方から支持する回転軸４５５と、処理容器４０３のウエハ２００に向けて光照射を行うランプヒータ４０７と、ランプヒータ４０７の光を透過させる石英窓４０３ｗと、を備えている。処理容器４０３には、上述の原料ガスを供給するガス供給ポート４３２ａと、上述の反応ガスを供給するガス供給ポート４３２ｂと、上述の改質ガスを供給するガス供給ポート４３２ｃが接続されている。ガス供給ポート４３２ａには、上述の実施形態の原料ガス供給系と同様の原料ガス供給系が接続されている。ガス供給ポート４３２ｂには、上述の実施形態の反応ガス供給系と同様の反応ガス供給系が接続されている。ガス供給ポート４３２ｃには、上述の実施形態の改質ガス供給系と同様のガス供給系が接続されている。処理容器４０３には、処理室４０１内を排気する排気ポート４３１が設けられている。排気ポート４３１には、上述の実施形態の排気系と同様の排気系が接続されている。

【0077】

これらの基板処理装置を用いる場合においても、上述の実施形態と同様なシーケンス、処理条件にて成膜を行うことができる。

【0078】

これらの各種薄膜の形成に用いられるプロセスレシピ（処理手順や処理条件等が記載されたプログラム）は、基板処理の内容（形成する薄膜の膜種、組成比、膜質、膜厚、処理手順、処理条件等）に応じて、それぞれ個別に用意する（複数用意する）ことが好ましい。そして、基板処理を開始する際、基板処理の内容に応じて、複数のプロセスレシピの中から、適正なプロセスレシピを適宜選択することが好ましい。具体的には、基板処理の内容に応じて個別に用意された複数のプロセスレシピを、電気通信回線や当該プロセスレシピを記録した記録媒体（外部記憶装置１２３）を介して、基板処理装置が備える記憶装置１２１ｃ内に予め格納（インストール）しておくことが好ましい。そして、基板処理を開始する際、基板処理装置が備えるＣＰＵ１２１ａが、記憶装置１２１ｃ内に格納された複数のプロセスレシピの中から、基板処理の内容に応じて、適正なプロセスレシピを適宜選択することが好ましい。このように構成することで、１台の基板処理装置で様々な膜種、組成比、膜質、膜厚の薄膜を汎用的に、かつ、再現性よく形成できるようになる。また、オペレータの操作負担（処理手順や処理条件等の入力負担等）を低減でき、操作ミスを回避しつつ、基板処理を迅速に開始できるようになる。

【0079】

また、本開示は、例えば、既存の基板処理装置のプロセスレシピを変更することでも実現できる。プロセスレシピを変更する場合は、本開示に係るプロセスレシピを電気通信回線や当該プロセスレシピを記録した記録媒体を介して既存の基板処理装置にインストールしたり、また、既存の基板処理装置の入出力装置を操作し、そのプロセスレシピ自体を本開示に係るプロセスレシピに変更したりすることも可能である。

【0080】

以上、本開示の種々の典型的な実施形態を説明してきたが、本開示はそれらの実施形態に限定されず、適宜組み合わせて用いることもできる。

【0081】

（５）実施例
先ず、上述した基板処理装置１０を用いて、上述した基板処理工程における図５（Ａ）に示す成膜工程より、ＴｉＮ膜が形成されていない処理室２０１内においてダミー基板２１８上に２５０Åの膜厚のＴｉＮ膜を形成し、ダミー基板２１８上に形成されたＴｉＮ膜の表面を、原子間力顕微鏡（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて観測した。図７に示されるように、ダミー基板２１８上に形成されたＴｉＮ膜の表面の二乗平均粗さ（Ｒｍｓ）は、１．６２ｎｍ、最大高低差（Ｒｍａｘ）は、２５．７ｎｍだった。そして、ＴｉＮ膜が形成された処理室２０１内に、２５０Åの膜厚のＴｉＮ膜が形成されたダミー基板２１８を搬入して、後述する比較例、実施例１及び実施例２をそれぞれ行って、ダミー基板２１８上に形成されたＴｉＮ膜の表面を、それぞれ原子間力顕微鏡を用いて観測した。

【0082】

比較例では、上述した基板処理装置１０を用いて、ＴｉＮ膜が形成された処理室２０１内に２５０Åの膜厚のＴｉＮ膜が形成されたダミー基板２１８をそのまま搬入して、上述した図４（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すトリートメント工程を行わないで、ＴｉＮ膜が形成されたダミー基板２１８上に、さらに２５０Åの膜厚のＴｉＮ膜を形成し、ＴｉＮ膜の表面を原子間力顕微鏡を用いて観測した。

【0083】

実施例１では、上述した基板処理装置１０を用いて、ＴｉＮ膜が形成された処理室２０１内に２５０Åの膜厚のＴｉＮ膜が形成されたダミー基板２１８をそのまま搬入して、２５０Åの膜厚のＴｉＮ膜が形成されたダミー基板２１８に対してＳｉＨ_４ガスを供給して、上述した図４（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すトリートメント工程を行った。そして、更に上述した図５（Ａ）に示す成膜工程を行ってダミー基板２１８上にさらに２５０Åの膜厚のＴｉＮ膜を形成し、ＴｉＮ膜の表面を原子間力顕微鏡を用いて観測した。

【0084】

実施例２では、上述した基板処理装置１０を用いて、ＴｉＮ膜が形成された処理室２０１内に２５０Åの膜厚のＴｉＮ膜が形成されたダミー基板２１８をそのまま搬入して、２５０Åの膜厚のＴｉＮ膜が形成されたダミー基板２１８に対してＯ_２ガスを供給してトリートメント工程を行った。そして、更に上述した図５（Ａ）に示す成膜工程を行ってダミー基板２１８上にさらに２５０Åの膜厚のＴｉＮ膜を形成し、ＴｉＮ膜の表面を原子間力顕微鏡を用いて観測した。

【0085】

図７に示されるように、比較例におけるダミー基板２１８上のＴｉＮ膜の表面の二乗平均粗さ（Ｒｍｓ）は、１３．６ｎｍ、最大高低差（Ｒｍａｘ）は、８５．５ｎｍだった。また、実施例１におけるダミー基板２１８上のＴｉＮ膜の表面の二乗平均粗さ（Ｒｍｓ）は、２．１６ｎｍ、最大高低差（Ｒｍａｘ）は、２２．９ｎｍだった。また、実施例２におけるダミー基板２１８上のＴｉＮ膜の表面の二乗平均粗さ（Ｒｍｓ）は、３．２８ｎｍ、最大高低差（Ｒｍａｘ）は、３２．３ｎｍだった。

【0086】

比較例、実施例１及び実施例２におけるＴｉＮ膜の表面の評価結果によれば、比較例におけるＴｉＮ膜の表面では、バッチ間にトリートメント工程を行った実施例１及び実施例２と比較して、二乗平均粗さも最大高低差も大きくなり、ＴｉＮ膜の異常成長量が大きいことが確認された。

【0087】

すなわち、処理室２０１内で成膜工程を行なう場合に、バッチ間で処理室２０１内をトリートメント処理することにより、バッチ間でトリートメント処理を行わない場合と比較して、ＴｉＮ膜表面の二乗平均粗さも最大高低差も小さくなり、ＴｉＮ膜の異常な結晶成長が抑制され、表面のラフネスが改善していることが確認された。つまり、バッチ間にトリートメント工程を行なうことにより、処理室２０１内の壁やダミー基板２１８等に形成された核形成膜の成長を抑制でき、ラフネスが改善されることが確認された。

【符号の説明】

【0088】

１０ 基板処理装置
１２１ コントローラ
２００ ウエハ（基板）
２０１ 処理室

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】