特許 7524406 半導体装置の製造方法、プログラム、基板処理装置および基板処理方法

(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、基板処理装置および基板処理方法

(51)【国際特許分類】

   C23C 16/455 20060101AFI20240722BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20240722BHJP

   H01L 21/316 20060101ALI20240722BHJP

   H01L 21/318 20060101ALI20240722BHJP

【ＦＩ】

C23C16/455

H01L21/31 B

H01L21/316 X

H01L21/318 B

【請求項の数】 20

(21)【出願番号】P 2023082022

(22)【出願日】2023-05-18

(62)【分割の表示】P 2020196816の分割

【原出願日】2020-11-27

(65)【公開番号】P2023101578

(43)【公開日】2023-07-21

【審査請求日】2023-05-18

(73)【特許権者】

【識別番号】318009126

【氏名又は名称】株式会社ＫＯＫＵＳＡＩ ＥＬＥＣＴＲＩＣ

(74)【代理人】

【識別番号】100145872

【弁理士】

【氏名又は名称】福岡 昌浩

(74)【代理人】

【識別番号】100091362

【弁理士】

【氏名又は名称】阿仁屋 節雄

(72)【発明者】

【氏名】花島 建夫

(72)【発明者】

【氏名】原田 和宏

【審査官】山本 一郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－１６０７０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／１８６６３７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－０５０２４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０９０４１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１６８０７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２０８８８３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２３Ｃ １６／４５５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０１Ｌ ２１／３１６

Ｈ０１Ｌ ２１／３１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

（ａ）表面に凹部が設けられた基板に原料ガス供給ラインから原料ガスを供給する工程と、
（ｂ）前記基板に反応ガスを供給する工程と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に膜を形成する工程を有し、
（ａ）では、前記基板に対して前記原料ガスを複数回に分割して供給し、最初に前記原料ガスを供給する際は、２回目以降の前記原料ガスの供給時の分圧よりも高い分圧で供給し、最初に前記原料ガスを供給する際における前記原料ガスの供給時間を、２回目以降に前記原料ガスを供給する際における前記原料ガスの供給時間よりも短くし、２回目以降の前記原料ガスの供給前に、前記基板が配置される空間内を排気する基板処理方法。

【請求項2】

前記原料ガスとして、少なくとも、未結合手を複数有する第１中間体、および、未結合手を１つ有するか未結合手を有さない第２中間体を、前記空間内にて発生させるガスを用い、
（ａ）では、最初に前記原料ガスを供給する際に、前記原料ガス供給ラインに設けられた貯留部内に予め充填し、充填する前記原料ガスの量を、前記基板の表面全域に前記第１中間体を吸着させるのに必要となる量以上の量とする
請求項１に記載の基板処理方法。

【請求項3】

前記サイクルを２回以上行い、
（ａ）では、最初に前記原料ガスを供給する際に、前記原料ガス供給ラインに設けられた貯留部内に予め充填し、充填する前記原料ガスの量を、前記サイクル毎に一定な量とする
請求項１または２に記載の基板処理方法。

【請求項4】

前記原料ガスとして、少なくとも、未結合手を複数有する第１中間体、および、未結合手を１つ有するか未結合手を有さない第２中間体を、前記空間内にて発生させるガスを用い、
（ａ）では、最初に前記原料ガスを供給する際に、前記空間内の圧力を、前記基板の表面全域に前記第１中間体を吸着させるのに必要となる圧力以上の所定の圧力とする
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の基板処理方法。

【請求項5】

（ａ）では、前記空間内の圧力が所定の圧力に到達した後、前記空間内への前記原料ガスの供給を終了し、前記空間内の排気を開始する
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の基板処理方法。

【請求項6】

（ａ）では、最初に前記原料ガスを供給する際に、前記空間内の雰囲気を排気する排気系を全閉とした状態で、前記空間内へ前記原料ガスを供給する
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の基板処理方法。

【請求項7】

（ａ）では、最初に前記原料ガスを供給する際に、前記空間内の雰囲気を排気する排気系を全開とした状態で、前記空間内へ前記原料ガスを供給する
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の基板処理方法。

【請求項8】

（ａ）では、最初に前記原料ガスを供給する際に、前記空間内の雰囲気を排気する排気系を、全開と全閉との間の状態にする
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の基板処理方法。

【請求項9】

（ａ）では、２回目以降に前記原料ガスを供給する際に、前記原料ガスを、前記原料ガス供給ラインに設けられた貯留部内に予め充填することなく前記空間内へ供給する
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の基板処理方法。

【請求項10】

（ａ）表面に凹部が設けられた基板に原料ガス供給ラインから原料ガスを供給する工程と、
（ｂ）前記基板に反応ガスを供給する工程と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に膜を形成する工程を有し、
（ａ）では、
前記空間内へ前記原料ガスを供給する工程と、前記空間内を排気する工程と、を交互に複数回繰り返し、
最初に前記原料ガスを供給する際は、２回目以降の前記原料ガスの供給前に、前記基板が配置される空間内を排気し、
２回目以降に前記原料ガスを供給する際における前記原料ガスの供給を、前記原料ガスの前記基板への吸着が飽和状態に達する前に終了し、
前記空間内を排気する工程のうち、最後に前記空間内を排気する工程の実施時間を最も長くする
基板処理方法。

【請求項11】

前記原料ガスとして、少なくとも、未結合手を複数有する第１中間体、および、未結合手を１つ有するか未結合手を有さない第２中間体を、前記空間内にて発生させるガスを用いる
請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の基板処理方法。

【請求項12】

（ａ）では、最初に前記原料ガスを供給する際に、前記原料ガス供給ラインに設けられた貯留部内に予め充填し、
前記サイクルを２回以上行い、
２回目以降のサイクルでは、前記貯留部内への前記原料ガスの充填を、（ｂ）における前記反応ガスの供給と並行して行う
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の基板処理方法。

【請求項13】

（ａ）では、最初に前記原料ガスを供給する際に、前記原料ガス供給ラインに設けられた貯留部内に予め充填し、
前記サイクルを２回以上行い、
２回目以降のサイクルでは、前記貯留部内への前記原料ガスの充填を、前記（ａ）における最後の前記原料ガスの供給後であって、前記（ｂ）における前記反応ガスの供給前に開始する
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の基板処理方法。

【請求項14】

（ａ）では、前記空間内を排気する工程のうち、最後に前記空間内を排気する工程を行う際に、前記空間内へ不活性ガスを供給する
請求項１０に記載の基板処理方法。

【請求項15】

（ａ）表面に凹部が設けられた基板に原料ガス供給ラインから原料ガスを供給する工程と、
（ｂ）前記基板に反応ガスを供給する工程と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に膜を形成する工程を有し、
（ａ）では、前記基板に対して前記原料ガスを複数回に分割して供給し、最初に前記原料ガスを供給する際は、２回目以降の前記原料ガスの供給時の分圧よりも高い分圧で供給し、最初に前記原料ガスを供給する際における前記原料ガスの供給時間を、２回目以降に前記原料ガスを供給する際における前記原料ガスの供給時間よりも短くし、２回目以降の前記原料ガスの供給前に、前記基板が配置される空間内を排気する半導体装置の製造方法。

【請求項16】

（ａ）表面に凹部が設けられた基板に原料ガス供給ラインから原料ガスを供給する工程と、
（ｂ）前記基板に反応ガスを供給する工程と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に膜を形成する工程を有し、
（ａ）では、
前記空間内へ前記原料ガスを供給する工程と、前記空間内を排気する工程と、を交互に複数回繰り返し、
最初に前記原料ガスを供給する際は、２回目以降の前記原料ガスの供給前に、前記基板が配置される空間内を排気し、
２回目以降に前記原料ガスを供給する際における前記原料ガスの供給を、前記原料ガスの前記基板への吸着が飽和状態に達する前に終了し、
前記空間内を排気する工程のうち、最後に前記空間内を排気する工程の実施時間を最も長くする
半導体装置の製造方法。

【請求項17】

（ａ）表面に凹部が設けられた基板に原料ガス供給ラインから原料ガスを供給させる手順と、
（ｂ）前記基板に反応ガスを供給させる手順と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に膜を形成させる手順を有し、
（ａ）では、前記基板に対して前記原料ガスを複数回に分割して供給し、最初に前記原料ガスを供給する際は、２回目以降の前記原料ガスの供給時の分圧よりも高い分圧で供給し、最初に前記原料ガスを供給する際における前記原料ガスの供給時間を、２回目以降に前記原料ガスを供給する際における前記原料ガスの供給時間よりも短くし、２回目以降の前記原料ガスの供給前に、前記基板が配置される空間内を排気させる手順を
コンピュータによって基板処理装置に実行させるプログラム。

【請求項18】

（ａ）表面に凹部が設けられた基板に原料ガス供給ラインから原料ガスを供給させる手順と、
（ｂ）前記基板に反応ガスを供給させる手順と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に膜を形成させる手順を有し、
（ａ）では、
前記空間内へ前記原料ガスを供給する手順と、前記空間内を排気する手順と、を交互に複数回繰り返し、
最初に前記原料ガスを供給する際は、２回目以降の前記原料ガスの供給前に、前記基板が配置される空間内を排気し、
２回目以降に前記原料ガスを供給する際における前記原料ガスの供給を、前記原料ガスの前記基板への吸着が飽和状態に達する前に終了させ、
前記空間内を排気する手順のうち、最後に前記空間内を排気する手順の実施時間を最も長くする手順を
コンピュータによって基板処理装置に実行させるプログラム。

【請求項19】

基板に対して原料ガスを供給する原料ガス供給ラインと、
前記基板に対して反応ガスを供給する反応ガス供給ラインと、
前記基板が配置される空間内を排気する排気系と、
（ａ）表面に凹部が設けられた基板に前記原料ガスを供給する処理と、（ｂ）前記基板に前記反応ガスを供給する処理と、を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に膜を形成する処理を行わせ、（ａ）では、前記基板に対して前記原料ガスを複数回に分割して供給し、最初に前記原料ガスを供給する際は、２回目以降の前記原料ガスの供給時の分圧よりも高い分圧で供給し、最初に前記原料ガスを供給する際における前記原料ガスの供給時間を、２回目以降に前記原料ガスを供給する際における前記原料ガスの供給時間よりも短くし、２回目以降の前記原料ガスの供給前に、前記空間内を排気するように、前記原料ガス供給ライン、前記反応ガス供給ラインおよび前記排気系を制御することが可能なよう構成される制御部と、
を有する基板処理装置。

【請求項20】

基板に対して原料ガスを供給する原料ガス供給ラインと、
前記基板に対して反応ガスを供給する反応ガス供給ラインと、
前記基板が配置される空間内を排気する排気系と、
（ａ）表面に凹部が設けられた基板に前記原料ガスを供給する処理と、
（ｂ）前記基板に前記反応ガスを供給する処理と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に膜を形成する処理を行わせ、
（ａ）では、
前記空間内へ前記原料ガスを供給する処理と、前記空間内を排気する処理と、を交互に複数回繰り返し、
最初に前記原料ガスを供給する際は、２回目以降の前記原料ガスの供給前に、前記空間内を排気し、
２回目以降に前記原料ガスを供給する際における前記原料ガスの供給を、前記原料ガスの前記基板への吸着が飽和状態に達する前に終了し、
前記空間内を排気する処理のうち、最後に前記空間内を排気する処理の実施時間を最も長くするように、
前記原料ガス供給ライン、前記反応ガス供給ラインおよび前記排気系を制御することが可能なよう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、プログラム、基板処理装置および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、基板に対して原料ガスや反応ガスを供給し、基板上に膜を形成する基板処理工程が行われる場合がある（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】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】

本開示は、基板上に形成される膜の段差被覆性（ステップカバレッジ）や基板面内膜厚均一性を向上させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様によれば、
（ａ）表面に凹部が設けられた基板が収容された処理室内へ原料ガス供給ラインから原料ガスを供給する工程と、
（ｂ）前記基板が収容された前記処理室内へ反応ガスを供給する工程と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に膜を形成する工程を有し、
（ａ）では、前記基板に対して前記原料ガスを複数回に分割して供給し、最初に前記原料ガスを供給する際は、前記原料ガスを、前記原料ガス供給ラインに設けられた貯留部内に予め充填してから前記処理室内へ供給し、２回目以降の前記原料ガスの供給前に、前記処理室内を排気する技術が提供される。

【発明の効果】

【0006】

本開示によれば、基板上に形成される膜の段差被覆性や基板面内膜厚均一性を向上させることが可能な技術を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、本開示の一態様で好適に用いられる基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉２０２部分を縦断面図で示す図である。

【図2】図２は、本開示の一態様で好適に用いられる基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉２０２部分を図１のＡ－Ａ線断面図で示す図である。

【図3】図３は、本開示の一態様で好適に用いられる基板処理装置のコントローラ１２１の概略構成図であり、コントローラ１２１の制御系をブロック図で示す図である。

【図4】図４は、本開示の一態様における成膜シーケンスを示すフロー図であり、原料ガス、反応ガス、および不活性ガスの供給タイミングとＡＰＣバルブ２４４の開閉状態と原料ガス分圧の推移を示す図である。

【図5】図５（ａ）は、本開示の一態様における成膜シーケンスのステップＡの初期段階において、凹部内に初期層が形成された後のウエハ２００の表面における断面部分拡大図である。図５（ｂ）は、本開示の一態様における成膜シーケンスのステップＡにおいて、凹部内に第１層が形成された後のウエハ２００の表面における断面部分拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

＜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４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、図面上の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。

【0009】

（１）基板処理装置の構成
図１に示すように、処理炉２０２は温度調整器（加熱部）としてのヒータ２０７を有する。ヒータ２０７は円筒形状であり、保持板に支持されることにより垂直に据え付けられている。ヒータ２０７は、ガスを熱で活性化（励起）させる活性化機構（励起部）としても機能する。

【0010】

ヒータ２０７の内側には、ヒータ２０７と同心円状に反応管２０３が配設されている。反応管２０３は、例えば石英（ＳｉＯ_２）または炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料により構成され、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。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。

【0011】

処理室２０１内には、第１～第３供給部としてのノズル２４９ａ～２４９ｃが、マニホールド２０９の側壁を貫通するようにそれぞれ設けられている。ノズル２４９ａ～２４９ｃを、それぞれ第１～第３ノズルとも称する。ノズル２４９ａ～２４９ｃは、例えば石英またはＳｉＣ等の耐熱性材料により構成されている。ノズル２４９ａ～２４９ｃには、ガス供給管２３２ａ～２３２ｃがそれぞれ接続されている。ノズル２４９ａ～２４９ｃはそれぞれ異なるノズルであり、ノズル２４９ｂ，２４９ｃのそれぞれは、ノズル２４９ａに隣接して設けられている。

【0012】

ガス供給管２３２ａには、ガス流の上流側から順に、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４１ａ、開閉弁である第１バルブとしてのバルブ２４３ａ、ガスを一時的に貯留することが可能なように構成された貯留部（ガス溜り）２４０ａ、第２バルブとしてのバルブ２４２ａ、および第３バルブとしてのバルブ２４７ａが設けられている。ガス供給管２３２ａのバルブ２４７ａよりも下流側には、ガス供給管２３２ｄが接続されている。ガス供給管２３２ｄには、ガス流の上流側から順に、ＭＦＣ２４１ｄおよびバルブ２４３ｄが設けられている。ガス供給管２３２ａ，２３２ｄおよび貯留部２４０ａは、例えばＳＵＳ等の金属材料により構成されている。

【0013】

貯留部２４０ａは、例えば、通常の配管よりもガス容量の大きなガスタンク又は螺旋配管として構成されている。貯留部２４０ａよりも上流側のバルブ２４３ａおよび下流側のバルブ２４２ａを開閉することにより、ガス供給管２３２ａから供給されるガスの貯留部２４０ａ内への充填や、貯留部２４０ａ内に充填したガスの処理室２０１内への供給を行うことができるように構成されている。貯留部２４０ａと処理室２０１との間のコンダクタンスは、例えば１．５×１０^－３ｍ^３／ｓ以上になるように構成することが好ましい。また、処理室２０１の容積と貯留部２４０ａの容積との比として考えると、処理室２０１の容積が１００Ｌ（リットル）の場合においては、貯留部２４０ａの容積は例えば１００～３００ｃｃとすることが好ましく、処理室２０１の容積の例えば１／１０００～３／１０００倍の大きさとすることが好ましい。

【0014】

バルブ２４２ａ，２４７ａを閉じ、バルブ２４３ａを開くことにより、ＭＦＣ２４１ａで流量調整されたガスを、貯留部２４０ａ内に充填することができる。貯留部２４０ａ内に所定量のガスが充填され、貯留部２４０ａ内の圧力が所定の圧力に到達したら、バルブ２４３ａを閉じ、バルブ２４２ａ，２４７ａを開くことにより、貯留部２４０ａ内に充填された高圧のガスを、ガス供給管２３２ａおよびノズル２４９ａを介して処理室２０１内に一気に（短時間で）供給（フラッシュ供給）することができる。なお、フラッシュ供給の際には、バルブ２４３ａは開いていてもよい。

【0015】

ガス供給管２３２ｂ，２３２ｃには、ガス流の上流側から順に、ＭＦＣ２４１ｂ，２４１ｃおよび開閉弁であるバルブ２４３ｂ，２４３ｃがそれぞれ設けられている。ガス供給管２３２ｂのバルブ２４３ｂよりも下流側には、ガス供給管２３２ｅが接続されている。ガス供給管２３２ｅには、ガス流の上流側から順に、ＭＦＣ２４１ｅおよびバルブ２４３ｅが設けられている。ガス供給管２３２ｂ，２４１ｃ，２３２ｅは、例えばＳＵＳ等の金属材料により構成されている。

【0016】

図２に示すように、ノズル２４９ａ～２４９ｃは、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の配列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。すなわち、ノズル２４９ａ～２４９ｃは、ウエハ２００が配列されるウエハ配列領域の側方の、ウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域に沿うようにそれぞれ設けられている。平面視において、ノズル２４９ａは、処理室２０１内に搬入されるウエハ２００の中心を挟んで後述する排気口２３１ａと一直線上に対向するように配置されている。ノズル２４９ｂ，２４９ｃは、ノズル２４９ａと排気口２３１ａの中心とを通る直線Ｌを、反応管２０３の内壁（ウエハ２００の外周部）に沿って両側から挟み込むように配置されている。直線Ｌは、ノズル２４９ａとウエハ２００の中心とを通る直線でもある。すなわち、ノズル２４９ｃは、直線Ｌを挟んでノズル２４９ｂと反対側に設けられているということもできる。ノズル２４９ｂ，２４９ｃは、直線Ｌを対称軸として線対称に配置されている。ノズル２４９ａ～２４９ｃの側面には、ガスを供給するガス供給孔２５０ａ～２５０ｃがそれぞれ設けられている。ガス供給孔２５０ａ～２５０ｃは、それぞれが、平面視において排気口２３１ａと対向（対面）するように開口しており、ウエハ２００に向けてガスを供給することが可能となっている。ガス供給孔２５０ａ～２５０ｃ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。

【0017】

ガス供給管２３２ａからは、原料ガスが、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａ、貯留部２４０ａ、バルブ２４２ａ，２４７ａ、ノズル２４９ａを介して処理室２０１内へ供給される。

【0018】

ガス供給管２３２ｂからは、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。なお、反応ガスは、原料ガスとは分子構造（化学構造）が異なる物質である。

【0019】

ガス供給管２３２ｄ，２３２ｅからは、不活性ガスが、それぞれＭＦＣ２４１ｄ，２４１ｅ、バルブ２４３ｄ，２４３ｅ、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂ、ノズル２４９ａ，２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給される。また、ガス供給管２３２ｃからは、不活性ガスが、ＭＦＣ２４１ｃ、バルブ２４３ｃ、ノズル２４９ｃを介して処理室２０１内へ供給される。不活性ガスは、パージガス、キャリアガス、希釈ガス等として作用する。

【0020】

主に、ガス供給管２３２ａ、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａ，２４２ａ，２４７ａ、貯留部２４０ａにより、原料ガス供給系（原料ガス供給ライン）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（反応ガス供給ライン）が構成される。主に、ガス供給管２３２ｃ～２３２ｅ、ＭＦＣ２４１ｃ～２４１ｅ、バルブ２４３ｃ～２４３ｅにより、不活性ガス供給系（不活性ガス供給ライン）が構成される。なお、原料ガス供給ラインは、バルブ２４７ａを設けない構成としても良い。

【0021】

なお、原料ガスおよび反応ガスのそれぞれ或いは両方を、成膜ガスとも称し、原料ガス供給系および反応ガス供給系のそれぞれ或いは両方を、成膜ガス供給系（成膜ガス供給ライン）とも称する。

【0022】

上述の各種ガス供給系のうち、いずれか、或いは、全てのガス供給系は、バルブ２４３ａ，２４２ａ，２４７ａ，２４３ｂ～２４３ｅ、貯留部２４０ａ、ＭＦＣ２４１ａ～２４１ｅ等が集積された、集積型ガス供給システム２４８として構成されていてもよい。集積型ガス供給システム２４８は、ガス供給管２３２ａ～２３２ｅのそれぞれに対して接続され、ガス供給管２３２ａ～２３２ｅ内への各種ガスの供給動作、すなわち、バルブ２４３ａ，２４２ａ，２４７ａ，２４３ｂ～２４３ｅの開閉動作やＭＦＣ２４１ａ～２４１ｅ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。集積型ガス供給システム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～２３２ｅ等に対して集積ユニット単位で着脱を行うことができ、集積型ガス供給システム２４８のメンテナンス、交換、増設等を、集積ユニット単位で行うことが可能なように構成されている。

【0023】

反応管２０３の側壁下方には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気口２３１ａが設けられている。図２に示すように、排気口２３１ａは、平面視において、ウエハ２００を挟んでノズル２４９ａ～２４９ｃ（ガス供給孔２５０ａ～２５０ｃ）と対向（対面）する位置に設けられている。排気口２３１ａは、反応管２０３の側壁の下部より上部に沿って、すなわち、ウエハ配列領域に沿って設けられていてもよい。排気口２３１ａには排気管２３１が接続されている。排気管２３１は、例えばＳＵＳ等の金属材料により構成されている。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、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を排気系に含めて考えてもよい。

【0024】

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等の金属材料により構成され、円盤状に形成されている。シールキャップ２１９の上面には、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、例えばＳＵＳ等の金属材料により構成され、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、ウエハ２００を処理室２０１内外に搬入および搬出（搬送）する搬送装置（搬送機構）として構成されている。

【0025】

マニホールド２０９の下方には、シールキャップ２１９を降下させボート２１７を処理室２０１内から搬出した状態で、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ャッタ２１９ｓが設けられている。シャッタ２１９ｓは、例えばＳＵＳ等の金属材料により構成され、円盤状に形成されている。シャッタ２１９ｓ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２２０ｃが設けられている。シャッタ２１９ｓの開閉動作（昇降動作や回動動作等）は、シャッタ開閉機構１１５ｓにより制御される。

【0026】

基板支持具としてのボート２１７は、複数枚、例えば２５～２００枚のウエハ２００を、水平姿勢で、かつ、互いに中心を揃えた状態で垂直方向に整列させて多段に支持するように、すなわち、間隔を空けて配列させるように構成されている。ボート２１７は、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料により構成される。ボート２１７の下部には、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料により構成される断熱板２１８が多段に支持されている。

【0027】

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、反応管２０３の内壁に沿って設けられている。

【0028】

図３に示すように、制御部（制御手段）であるコントローラ１２１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１２１ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１２１ｂ、記憶装置１２１ｃ、Ｉ／Ｏポート１２１ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ１２１ｂ、記憶装置１２１ｃ、Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、内部バス１２１ｅを介して、ＣＰＵ１２１ａとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ１２１には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置１２２が接続されている。

【0029】

記憶装置１２１ｃは、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、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、後述する基板処理の手順や条件等が記載されたプロセスレシピ等が、読み出し可能に格納されている。プロセスレシピは、後述する基板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、プロセスレシピや制御プログラム等を総称して、単に、プログラムともいう。また、プロセスレシピを、単に、レシピともいう。本明細書においてプログラムという言葉を用いた場合は、レシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、それらの両方を含む場合がある。ＲＡＭ１２１ｂは、ＣＰＵ１２１ａによって読み出されたプログラムやデータ等が一時的に保持されるメモリ領域（ワークエリア）として構成されている。

【0030】

Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、上述のＭＦＣ２４１ａ～２４１ｅ、バルブ２４３ａ，２４２ａ，２４７ａ，２４３ｂ～２４３ｅ、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４４、真空ポンプ２４６、温度センサ２６３、ヒータ２０７、回転機構２６７、ボートエレベータ１１５、シャッタ開閉機構１１５ｓ等に接続されている。

【0031】

ＣＰＵ１２１ａは、記憶装置１２１ｃから制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置１２２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置１２１ｃからレシピを読み出すことが可能な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～２４１ｅによる各種ガスの流量調整動作、バルブ２４３ａ，２４２ａ，２４７ａ，バルブ２４３ｂ～２４３ｅ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、シャッタ開閉機構１１５ｓによるシャッタ２１９ｓの開閉動作等を制御することが可能なように構成されている。

【0032】

コントローラ１２１は、外部記憶装置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。外部記憶装置１２３は、例えば、ＨＤＤ等の磁気ディスク、ＣＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリやＳＳＤ等の半導体メモリ等を含む。記憶装置１２１ｃや外部記憶装置１２３は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成されている。以下、これらを総称して、単に、記録媒体ともいう。本明細書において記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶装置１２１ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置１２３単体のみを含む場合、または、それらの両方を含む場合がある。なお、コンピュータへのプログラムの提供は、外部記憶装置１２３を用いず、インターネットや専用回線等の通信手段を用いて行ってもよい。

【0033】

（２）基板処理工程
上述の基板処理装置を用い、半導体装置の製造工程の一工程として、基板としてのウエハ２００に対し処理を行うシーケンス例、すなわち、ウエハ２００上に膜を形成する成膜シーケンス例について、主に、図４を用いて説明する。なお、本態様では、ウエハ２００として、その表面にトレンチやホール等の凹部が設けられたシリコン基板（シリコンウエハ）を用いる例について説明する。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により制御することが可能なように構成される。

【0034】

本態様における成膜シーケンスでは、
表面に凹部が設けられたウエハ２００が収容された処理室２０１内へ原料ガス供給ラインから原料ガスを供給するステップＡと、
ウエハ２００が収容された処理室２０１内へ反応ガスを供給するステップＢと、
を含むサイクルを所定回数（ｎ回、ｎは１以上の整数）行うことで、ウエハ２００上に膜を形成する。

【0035】

なお、本態様における成膜シーケンスでは、
ステップＡにおいて、ウエハ２００に対して原料ガスを複数回（ｍ回、ｍは２以上の整数）に分割して供給し、最初に原料ガスを供給する際は、原料ガスを、原料ガス供給ラインに設けられた貯留部２４０ａ内に予め充填してから処理室２０１内へ供給し、２回目以降の原料ガスの供給前に、処理室２０１内を排気する。なお、図４は、一例として、ステップＡにおいて、ウエハ２００に対して原料ガスを３回に分割して断続的に供給する場合（ｍ＝３とする場合）を示している。

【0036】

本明細書では、上述の成膜シーケンスを、便宜上、以下のように示すこともある。以下の変形例や他の態様の説明においても、同様の表記を用いる。

【0037】

（原料ガス×ｍ→反応ガス）×ｎ

【0038】

なお、図４に示すように、ステップＡと、ステップＢと、を交互にｎ回（ｎは１以上の整数）行う際、それらの間に処理室２０１内をパージするステップを挟むようにすることが好ましい。また、図４に示すように、原料ガスをｍ回（ｍは１以上の整数）に分割して間欠供給する際、１回目～ｍ－１回目に原料ガスを供給した後は、処理室２０１内をパージするステップは行わず、排気のみで処理室２０１内に残留するガス等を排除することが好ましい。この場合の成膜シーケンスは、以下のように示すことができる。なお、ここで、「パージ」とは、処理室２０１内に不活性ガスを供給することによる処理室２０１内に存在する原料ガスや中間体の除去を意味する。「排気」は、処理室２０１内に不活性ガスを供給することなく処理室２０１内に存在する原料ガスや中間体を除去することを意味する。また、「排気」における「不活性ガスを供給することなく」は、パージガスを供給しないことを意味し、キャリアガスの供給や、微小な不活性ガスの供給は行われていても良い。

【0039】

［（原料ガス→排気）×（ｍ－１）→原料ガス→パージ→反応ガス→パージ］×ｎ

【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との積層体を意味する場合がある。本明細書において「ウエハの表面」という言葉を用いた場合は、ウエハそのものの表面を意味する場合や、ウエハ上に形成された所定の層等の表面を意味する場合がある。本明細書において「ウエハ上に所定の層を形成する」と記載した場合は、ウエハそのものの表面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。

【0041】

（ウエハチャージおよびボートロード）
複数枚のウエハ２００がボート２１７に装填（ウエハチャージ）された後、シャッタ開閉機構１１５ｓによりシャッタ２１９ｓが移動させられて、マニホールド２０９の下端開口が開放される（シャッタオープン）。その後、図１に示すように、複数枚のウエハ２００を支持したボート２１７は、ボートエレベータ１１５によって持ち上げられて処理室２０１内へ搬入（ボートロード）される。この状態で、シールキャップ２１９は、Ｏリング２２０ｂを介してマニホールド２０９の下端をシールした状態となる。

【0042】

（圧力調整および温度調整）
ボートロードが終了した後、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（圧力調整）。また、処理室２０１内のウエハ２００が所望の処理温度となるように、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（温度調整）。また、回転機構２６７によるウエハ２００の回転を開始する。処理室２０１内の排気、ウエハ２００の加熱および回転は、いずれも、少なくともウエハ２００に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。

【0043】

（成膜処理）
その後、以下のステップＡ，Ｂを順次行う。

【0044】

［ステップＡ］
本ステップでは、処理室２０１内のウエハ２００に対して原料ガスを複数回に分割して供給する。具体的には、処理室２０１内へ原料ガスを供給するステップａ１と、処理室２０１内を排気するステップａ２と、を交互に複数回（ｍ回、ｍは２以上の整数）繰り返す。

【0045】

最初のステップａ１の前においては、バルブ２４２ａ，２４７ａは閉じた状態にして、バルブ２４３ａを開き、ガス供給管２３２ａ内へ原料ガスを流す。原料ガスは、ＭＦＣ２４１ａにより流量調整され、貯留部２４０ａ内に供給される。これにより、貯留部２４０ａ内に原料ガスが充填される。貯留部２４０ａ内に、所定量の原料ガスが充填されたら、バルブ２４３ａを閉じ、貯留部２４０ａ内に原料ガスが充填された状態を維持する。

【0046】

最初のステップａ１においては、バルブ２４７ａ，２４２ａを、この順に、或いは、同時に開き、貯留部２４０ａ内に充填された高圧の原料ガスを処理室２０１内へ一気に流す。これにより、ウエハ２００に対して、原料ガスが一気に供給されることとなる（原料ガスのフラッシュ供給）。フラッシュ供給においては、貯留部２４０ａ内と処理室２０１内との圧力差により、ノズル２４９ａから処理室２０１内へ噴出される原料ガスは例えば音速（３４０ｍ／ｓｅｃ）程度にまで加速され、ウエハ２００上における原料ガスの速度も数十ｍ／ｓｅｃ程度に達することとなる。図４に示すように、フラッシュ供給の供給時間は、後述する２回目以降のステップａ１における非フラッシュ供給の供給時間よりも短くすることが好ましい。なお、このとき、バルブ２４３ａは開けておく。このとき、バルブ２４３ｃ～２４３ｅを開き、ノズル２４９ａ～２４９ｃのそれぞれを介して、処理室２０１内へ不活性ガスを供給するようにしてもよい。また、図４に示すように、本ステップは、排気系を実質的に全閉（ＡＰＣバルブ２４４を実質的に全閉）の状態として実施することが好ましい。ここで実質的に閉塞（実質的に全閉）とは、ＡＰＣバルブ２４４が０．１～数％程度空いている状態や、ＡＰＣバルブ２４４の性能上、１００％閉めるように制御したとしても、排気系に、排気されてしまう状態を含む。

【0047】

最初のステップａ１の後であって、２回目以降のステップａ１の前においては、バルブ２４３ａ，２４２ａ，２４７ａを閉じた状態とする。このようにバルブを閉じておくことにより、貯留部２４０ａ内に、原料ガスが供給されない様にする。

【0048】

２回目以降のステップａ１においては、バルブ２４３ａ，２４２ａ，２４７ａを開き、ガス供給管２３２ａ内へ原料ガスを流す。原料ガスは、ＭＦＣ２４１ａにより流量調整され、バルブ２４３ａ、貯留部２４０ａ、バルブ２４２ａ、バルブ２４７ａ、ノズル２４９ａを介して処理室２０１内へ供給される。これにより、ウエハ２００に対して原料ガスが供給されることとなる（原料ガスの非フラッシュ供給）。このように、本ステップでは、貯留部２４０ａ内に予め充填することなく、原料ガスを処理室２０１内へ供給することが好ましい。この場合、ウエハ２００上における原料ガスの速度も、フラッシュ供給の場合よりも小さなものとなる。このとき、バルブ２４３ｃ～２４３ｅを開き、ノズル２４９ａ～２４９ｃのそれぞれを介して、処理室２０１内へ不活性ガスを供給するようにしてもよい。なお、２回目以降のステップａ１は、処理室２０１内が所定の圧力になるよう、ＡＰＣバルブ２４４を全閉の状態とするのではなく、例えば、全開と全閉との間の状態として実施する。

【0049】

ステップａ２においては、バルブ２４３ａ，２４２ａ，２４７ａを閉じ、処理室２０１内への原料ガスの供給を停止する。そして、ＡＰＣバルブ２４４を例えば全開として、処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１内に残留するガス等を処理室２０１内から排除する。なお、図４に示すように、複数回行うステップａ２のうち、最後のステップａ２においては、処理室２０１内へ不活性ガスを供給して、処理室２０１内を不活性ガスでパージする（パージ）ことが好ましい。図４に示すように、複数回行うステップａ２のうち、最後にステップａ２を行う際の実施時間を最も長くすることが好ましい。また、複数回行うステップａ２のうち、最後のステップａ２において、処理室２０１内へ供給する不活性ガスの流量を、他のステップａ２において供給する不活性ガスの流量よりも大きくすることが好ましい。

【0050】

原料ガスとして、例えば、後述するクロロシランガスを用いる場合、後述する処理条件下でステップａ１，ａ２を交互に所定回数繰り返し、ウエハ２００に対してクロロシランガスを複数回に分割して供給することにより、下地としてのウエハ２００の最表面上に、第１層として、所定の厚さの塩素（Ｃｌ）を含むシリコン（Ｓｉ）含有層が形成される。Ｃｌを含むＳｉ含有層は、ウエハ２００の最表面への、クロロシランガスの分子の物理吸着や化学吸着、クロロシランガスの一部が分解した物質の分子の物理吸着や化学吸着、クロロシランガスの熱分解によるＳｉの堆積等により形成される。Ｃｌを含むＳｉ含有層は、クロロシランガスの分子やクロロシランガスの一部が分解した物質の分子の吸着層（物理吸着層や化学吸着層）であってもよく、Ｃｌを含むＳｉの堆積層であってもよい。ウエハ２００の最表面に上述の化学吸着層や上述の堆積層が形成される場合、ウエハ２００の最表面には、クロロシランガスに含まれるＳｉが吸着することとなる。本明細書では、Ｃｌを含むＳｉ含有層を、単に、Ｓｉ含有層とも称する。

【0051】

原料ガスとしては、例えば、ウエハ２００上に形成される膜を構成する主元素としてのＳｉを含むシラン系ガスを用いることができる。シラン系ガスとしては、例えば、Ｓｉおよびハロゲンを含むガス、すなわち、ハロシランガスを用いることができる。ハロゲンには、塩素（Ｃｌ）、フッ素（Ｆ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）等が含まれる。ハロシランガスとしては、例えば、ＳｉおよびＣｌを含むクロロシランガスを用いることができる。

【0052】

原料ガスとしては、例えば、モノクロロシラン（ＳｉＨ_３Ｃｌ、略称：ＭＣＳ）ガス、ジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、略称：ＤＣＳ）ガス、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ_３、略称：ＴＣＳ）ガス、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ_４、略称：ＳＴＣ）ガス、ヘキサクロロジシランガス（Ｓｉ_２Ｃｌ_６、略称：ＨＣＤＳ）ガス、オクタクロロトリシラン（Ｓｉ_３Ｃｌ_８、略称：ＯＣＴＳ）ガス等のクロロシランガス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。

【0053】

原料ガスとしては、クロロシランガスの他、例えば、テトラフルオロシラン（ＳｉＦ_４）ガス、ジフルオロシラン（ＳｉＨ_２Ｆ_２）ガス等のフルオロシランガスや、テトラブロモシラン（ＳｉＢｒ_４）ガス、ジブロモシラン（ＳｉＨ_２Ｂｒ_２）ガス等のブロモシランガスや、テトラヨードシラン（ＳｉＩ_４）ガス、ジヨードシラン（ＳｉＨ_２Ｉ_２）ガス等のヨードシランガスを用いることもできる。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。

【0054】

原料ガスとしては、これらの他、例えば、Ｓｉおよびアミノ基を含むガス、すなわち、アミノシランガスを用いることもできる。アミノ基とは、アンモニア、第一級アミン又は第二級アミンから水素（Ｈ）を除去した１価の官能基のことであり、－ＮＨ_２，－ＮＨＲ，－ＮＲ_２のように表すことができる。なお、Ｒはアルキル基を示し、－ＮＲ_２の２つのＲは、同一であってもよいし、異なっていてもよい。

【0055】

原料ガスとしては、例えば、テトラキス（ジメチルアミノ）シラン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ_３）_２］_４、略称：４ＤＭＡＳ）ガス、トリス（ジメチルアミノ）シラン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ_３）_２］_３Ｈ、略称：３ＤＭＡＳ）ガス、ビス（ジエチルアミノ）シラン（Ｓｉ［Ｎ（Ｃ_２Ｈ_５）_２］_２Ｈ_２、略称：ＢＤＥＡＳ）ガス、ビス（ターシャリーブチルアミノ）シラン（ＳｉＨ_２［ＮＨ（Ｃ_４Ｈ_９）］_２、略称：ＢＴＢＡＳ）ガス、（ジイソプロピルアミノ）シラン（ＳｉＨ_３［Ｎ（Ｃ_３Ｈ_７）_２］、略称：ＤＩＰＡＳ）ガス等のアミノシランガスを用いることもできる。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。

【0056】

不活性ガスとしては、例えば、窒素（Ｎ_２）ガスや、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ることがでる。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。

【0057】

［ステップＢ］
ステップＡが終了した後、処理室２０１内のウエハ２００、すなわち、ウエハ２００上に形成された第１層としてのＳｉ含有層に対して反応ガスを供給する。

【0058】

具体的には、バルブ２４３ｂを開き、ガス供給管２３２ｂ内へ反応ガスを流す。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、排気口２３１ａより排気される。このとき、ウエハ２００に対して反応ガスが供給される（反応ガス供給）。このとき、バルブ２４３ｃ～２４３ｅを開き、ノズル２４９ａ～２４９ｃのそれぞれを介して処理室２０１内へ不活性ガスを供給するようにしてもよい。なお、以下に示すいくつかの方法においては、処理室２０１内への不活性ガスの供給を不実施とするようにしてもよい。

【0059】

反応ガスとして、例えば、後述する窒化ガスを用いる場合、後述する処理条件下でウエハ２００に対して窒化ガスを供給することにより、ウエハ２００上に形成されたＳｉ含有層の少なくとも一部が窒化（改質）される。結果として、下地としてのウエハ２００の最表面上に、第２層として、Ｓｉ含有層が窒化されてなる層、すなわち、ＳｉおよびＮを含む層として、シリコン窒化層（ＳｉＮ層）が形成される。ＳｉＮ層を形成する際、Ｓｉ含有層に含まれていたＣｌ等の不純物は、窒化ガスによるＳｉ含有層の改質反応の過程において、少なくともＣｌを含むガス状物質を構成し、処理室２０１内から排出される。これにより、ＳｉＮ層は、ステップＡで形成されたＳｉ含有層に比べて、Ｃｌ等の不純物が少ない層となる。

【0060】

第２層としてのＳｉＮ層が形成された後、バルブ２４３ｂを閉じ、処理室２０１内への窒化ガスの供給を停止する。そして、ステップＡにおけるパージと同様の処理手順により、処理室２０１内に残留するガス等を処理室２０１内から排除する（パージ）。

【0061】

反応ガスとしては、例えば、窒化ガス（窒化剤）である窒素（Ｎ）及び水素（Ｈ）含有ガスを用いることができる。Ｎ及びＨ含有ガスは、Ｎ含有ガスでもあり、Ｈ含有ガスでもある。Ｎ及びＨ含有ガスは、Ｎ－Ｈ結合を有することが好ましい。

【0062】

反応ガスとしては、例えば、アンモニア（ＮＨ_３）ガス、ジアゼン（Ｎ_２Ｈ_２）ガス、ヒドラジン（Ｎ_２Ｈ_４）ガス、Ｎ_３Ｈ_８ガス等の窒化水素系ガス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。

【0063】

反応ガスとしては、これらの他、例えば、窒素（Ｎ）、炭素（Ｃ）及び水素（Ｈ）含有
ガスを用いることもできる。Ｎ，Ｃ及びＨ含有ガスとしては、例えば、アミン系ガスや有
機ヒドラジン系ガスを用いることができる。Ｎ，Ｃ及びＨ含有ガスは、Ｎ含有ガスでもあ
り、Ｃ含有ガスでもあり、Ｈ含有ガスでもあり、Ｎ及びＣ含有ガスでもある。

【0064】

反応ガスとしては、例えば、モノエチルアミン（Ｃ_２Ｈ_５ＮＨ_２、略称：ＭＥＡ）ガス、ジエチルアミン（（Ｃ_２Ｈ_５）_２ＮＨ、略称：ＤＥＡ）ガス、トリエチルアミン（（Ｃ_２Ｈ_５）_３Ｎ、略称：ＴＥＡ）ガス等のエチルアミン系ガスや、モノメチルアミン（ＣＨ_３ＮＨ_２、略称：ＭＭＡ）ガス、ジメチルアミン（（ＣＨ_３）_２ＮＨ、略称：ＤＭＡ）ガス、トリメチルアミン（（ＣＨ_３）_３Ｎ、略称：ＴＭＡ）ガス等のメチルアミン系ガスや、モノメチルヒドラジン（（ＣＨ_３）ＨＮ_２Ｈ_２、略称：ＭＭＨ）ガス、ジメチルヒドラジン（（ＣＨ_３）_２Ｎ_２Ｈ_２、略称：ＤＭＨ）ガス、トリメチルヒドラジン（（ＣＨ_３）_２Ｎ_２（ＣＨ_３）Ｈ、略称：ＴＭＨ）ガス等の有機ヒドラジン系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。

【0065】

［所定回数実施］
上述のステップＡ，Ｂを含む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、ウエハ２００の表面上に、膜として、例えば、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）を形成することができる。上述のサイクルは、複数回繰り返すことが好ましい。すなわち、１サイクルあたりに形成されるＳｉＮ層の厚さを所望の膜厚よりも薄くし、ＳｉＮ層を積層することで形成されるＳｉＮ膜の厚さが所望の厚さになるまで、上述のサイクルを複数回繰り返すことが好ましい。このとき、ステップＡでは、貯留部２４０ａ内に予め充填する原料ガスの量を、サイクル毎に一定な量とすることが好ましい。また、２回目以降のサイクルでは、ステップＡにおける貯留部２４０ａ内への原料ガスの充填を、１サイクル前のステップＢにおける反応ガスの供給と並行して行うことが好ましい。なお、反応ガスとして、Ｎ，Ｃ及びＨ含有ガスを用いる場合、第２層として、例えば、シリコン炭窒化層（ＳｉＣＮ層）を形成することもでき、上述のサイクルを所定回数行うことで、ウエハ２００の表面上に、膜として、例えば、シリコン炭窒化膜（ＳｉＣＮ膜）を形成することもできる。

【0066】

以下に、原料ガスとして、例えば、クロロシランガスを用い、反応ガスとして、例えば、Ｎ及びＨ含有ガスを用いる場合の上述の各ステップにおける処理条件を例示する。なお、本明細書における「１～１００Ｐａ」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、「１～１００Ｐａ」とは「１Ｐａ以上１００Ｐａ以下」を意味する。他の数値範囲についても同様である。また、本明細書における処理温度とはウエハ２００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。

【0067】

ステップＡにおいて１回目にステップａ１を行う際の処理条件としては、
クロロシランガス供給流量：１～５０００ｓｃｃｍ、好ましくは１００～５０００ｓｃ
ｃｍ
クロロシランガス供給継続時間：０．１～２０秒、好ましくは０．５～５秒
不活性ガス供給流量：０～３００００ｓｃｃｍ、好ましくは５００～２００００ｓｃｃｍ
処理温度：２５０～８００℃、好ましくは６００～７００℃
処理圧力：１～２６６６Ｐａ、好ましくは１～１３３３Ｐａ
クロロシランガス分圧：０．００００５～３９９９Ｐａ、好ましくは０．０６～１３３３Ｐａ
が例示される。

【0068】

ステップＡにおいて２回目以降にステップａ１を行う際の処理条件としては、
クロロシランガス供給流量：１～２０００ｓｃｃｍ、好ましくは１０～１０００ｓｃｃｍ
クロロシランガス供給継続時間：５～４０秒、好ましくは１０～３０秒
不活性ガス供給流量：０～２００００ｓｃｃｍ、好ましくは５００～１００００ｓｃｃｍ
処理圧力：１～２６６６Ｐａ、好ましくは６７～１３３３Ｐａ
クロロシランガス分圧：０．００００５～２６６６Ｐａ、好ましくは０．０６～８９９Ｐａ
が例示される。他の処理条件は、ステップＡにおいて１回目のステップａ１を行う際の処理条件と同様な処理条件とすることができる。

【0069】

ステップＡにおいて１回目～ｍ－１回目にステップａ２を行う際の処理条件としては、
不活性ガス供給流量：１０００～２００００ｓｃｃｍ
不活性ガス供給継続時間：１～２０秒、好ましくは１～１０秒
が例示される。他の処理条件は、ステップＡにおいて１回目のステップａ１を行う際の処理条件と同様な処理条件とすることができる。

【0070】

ステップＡにおいて最後（ｍ回目）にステップａ２を行う際の処理条件としては、
不活性ガス供給流量：１０００～３００００ｓｃｃｍ
不活性ガス供給継続時間：１～６０秒、好ましくは１～１０秒
が例示される。他の処理条件は、ステップＡにおいて１回目のステップａ１を行う際の処理条件と同様な処理条件とすることができる。

【0071】

なお、ステップＡにおいて最後（ｍ回目）にステップａ２を行う際は、処理室２０１内への不活性ガスの供給と、処理室２０１内への不活性ガスの供給を停止した状態での処理室２０１内の排気と、を複数回繰り返すようにしてもよい。すなわち、ステップＡにおいて最後（ｍ回目）にステップａ２を行う際は、サイクルパージを行うようにしてもよい。

【0072】

ステップＢにおける処理条件としては、
Ｎ及びＨ含有ガス供給流量：１～２００００ｓｃｃｍ、好ましくは１０００～１００００ｓｃｃｍ
Ｎ及びＨ含有ガス供給継続時間：１～１２０秒、好ましくは１～６０秒
不活性ガス供給流量：０～２００００ｓｃｃｍ、好ましくは５００～１００００ｓｃｃｍ
処理圧力：１～４０００Ｐａ、好ましくは１～３００００Ｐａ
が例示される。他の処理条件は、ステップＡにおいて１回目のステップａ１を行う際の処理条件と同様とすることができる。

【0073】

（アフターパージおよび大気圧復帰）
ウエハ２００上への所望の厚さの膜の形成が完了した後、ノズル２４９ａ～２４９ｃのそれぞれから、パージガスとしての不活性ガスを処理室２０１内へ供給し、排気口２３１ａより排気する。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等が処理室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）。

【0074】

（ボートアンロードおよびウエハディスチャージ）
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、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（ボートアンロード）される。ボートアンロードの後は、シャッタ２１９ｓが移動させられ、マニホールド２０９の下端開口がＯリング２２０ｃを介してシャッタ２１９ｓによりシールされる（シャッタクローズ）。処理済のウエハ２００は、反応管２０３の外部に搬出された後、ボート２１７より取り出される（ウエハディスチャージ）。

【0075】

（３）本態様による効果
本態様によれば、以下に示す１つ又は複数の効果が得られる。

【0076】

（ａ）ステップＡでは、ウエハ２００に対して原料ガスを複数回に分割して供給し、最初に原料ガスを供給する際は、原料ガスを、原料ガス供給ラインに設けられた貯留部２４０ａ内に予め充填してから処理室２０１内へ供給し、２回目以降の原料ガスの供給前に処理室２０１内を排気する。これにより、ウエハ２００上に形成される膜の段差被覆性や基板面内膜厚均一性を向上させることが可能となる。

【0077】

というのも、原料ガスは、加熱された処理室２０１内へ供給された後に分解し、様々な中間体を発生させることとなる。例えば、原料ガスが分解することにより、未結合手を複数有する第１中間体（原料ガスがＨＣＤＳガスである場合には例えばＳｉＣｌ２）や、未結合手を１つ有するか未結合手を有さない第２中間体（原料ガスがＨＣＤＳガスである場合には例えばＳｉＣｌ４）等が発生することとなる。そして、これらの中間体が、ウエハ２００の表面へと供給されることとなる。

【0078】

ここで、第１中間体は、未結合手を複数有することから、未結合手を１つ有するか未結合手を有さない第２中間体に比べて、ウエハ２００の表面に吸着しやすい特性、すなわち、ウエハ２００の表面への吸着反応に要する時間が短いという特性を有している。また、未結合手を複数有する第１中間体は、ウエハ２００の表面に吸着した後、ウエハ２００の表面に未結合手を残すことができ、その後のウエハ２００の表面への中間体等のさらなる吸着を阻害しにくい、という特性を有している。

【0079】

これに対し、第２中間体は、未結合手の数が少なく、或いは、未結合手を有さないことから、未結合手を複数有する第１中間体に比べて、ウエハ２００の表面に吸着しにくい特性、すなわち、第１中間体に比べてウエハ２００の表面への吸着反応に要する時間が長いという特性を有している。また、未結合手を複数有さない第２中間体は、ウエハ２００の表面に吸着した後、ウエハ２００の表面に未結合手を残すことが難しく、その後のウエハ２００の表面へのさらなる中間体等の吸着を阻害しやすい、という特性を有している。

【0080】

これら第１中間体と第２中間体の特性から、ウエハ２００の表面には、第１中間体が優先して吸着するが、第１中間体の量が不足した場合に、第２中間体がウエハ２００に吸着してしまい、その後の第１中間体の吸着が抑制される。この結果、ウエハ２００の表面全域にわたり、第１中間体を均一に吸着させることができなくなる。また、凹凸が形成されたウエハ２００に対して処理する場合には、凹部内の表面における初期吸着サイトの全域にわたり、均一に、第１中間体を吸着できなくなる。すなわち、ステップカバレッジ悪化の要因となる。

【0081】

なお、この様な中間体は、処理温度で分解する材料であれば、生じ得る。例えば、上述した原料ガスの材料であれば、生じる可能性がある。特に、ハロゲンを含有するガスであれば、同様の現象が生じ得る。具体的には、ＨＣＤＳの他には、ＭＣＳ、ＤＣＳ、ＴＣＳ、ＳＴＣ、ＯＣＴＳがある。

【0082】

ここで、ステップＡでは、ウエハ２００に対して原料ガスを複数回に分割して供給し、最初に原料ガスを供給する際は、原料ガスを、原料ガス供給ラインに設けられた貯留部２４０ａ内に予め充填してから処理室２０１内へ供給している。すなわち、大量の原料ガスをごく短時間で一気に供給（フラッシュ供給）している。この場合、原料ガスを貯留部２４０ａ内に予め充填することなく処理室２０１内へ供給する場合（非フラッシュ供給）に比べ、ウエハ２００の表面へ、第１中間体を多量に供給することが可能となる。結果として、ウエハ２００の表面全域にわたり、第１中間体を均一に吸着させることが可能となる。このように、原料ガス供給初期に、凹部内の最表面における初期吸着サイトの全域にわたり、均一に、第１中間体を吸着させることが可能となる。これにより、図５（ａ）に示すように、凹部内の最表面に、初期層として、凹部内の全域にわたり均一な厚さを有するＳｉ含有層、すなわち、高い段差被覆性を有するＳｉ含有層を形成することが可能となる。この層は、連続層となることもあり、不連続層となることもある。いずれの場合においても、高い段差被覆性を有する層となる。

【0083】

また、本態様のように、２回目以降の原料ガスの供給前に処理室２０１内を排気することにより、原料ガスが供給されることで処理室２０１内にて発生した第２中間体を、ウエハ２００の表面へ吸着する前に処理室２０１外へと排出し、ウエハ２００の表面へ吸着することを抑制することが可能となる。結果として、図５（ｂ）に示すように、ウエハ２００の表面に設けられた凹部内の全域にわたり均一でコンフォーマルな第１層（Ｓｉ含有層）を形成することが可能となる。

【0084】

これらの結果、基板上に形成される膜の段差被覆性や基板面内膜厚均一性を向上させる
ことが可能となる。

【0085】

（ｂ）ステップＡでは、最初に原料ガスを供給する際に、貯留部２４０ａ内に予め充填する原料ガスの量を、ウエハ２００の表面全域に第１中間体を吸着させるのに必要となる量以上の量とすることが好ましい。これにより、ウエハ２００の表面全域にわたり第１中間体を均一に吸着させ、また、ウエハ２００の表面への第２中間体の吸着を抑制することが可能となる。これらの結果、ウエハ２００上に形成される膜の段差被覆性や基板面内膜厚均一性を向上させることが可能となる。

【0086】

（ｃ）ステップＡでは、貯留部２４０ａ内に予め充填する原料ガスの量を、サイクル毎に一定な量とする。これにより、１サイクルあたりにウエハ２００上に形成される膜の厚さ、すなわち、サイクルレートを、均一にすることが可能となる。これにより、ウエハ２００上に形成される膜の厚さの制御性等を向上させることが可能となる。

【0087】

（ｄ）ステップＡでは、最初に原料ガスを供給する際に、処理室２０１内の圧力を、ウエハ２００の表面全域に第１中間体を吸着させるのに必要となる圧力以上の大きさ（所定の圧力）、とすることが好ましい。これにより、ウエハ２００の表面全域にわたり第１中間体を均一に吸着させ、また、ウエハ２００の表面への第２中間体の吸着を抑制することが可能となる。これらの結果、ウエハ２００上に形成される膜の段差被覆性や基板面内膜厚均一性を向上させることが可能となる。

【0088】

（ｅ）ステップＡでは、最初に原料ガスを供給する際に、処理室２０１内の圧力が、上述した所定の圧力に到達した後、処理室２０１内への原料ガスの供給を終了し、処理室２０１内の排気を開始することが好ましい。これにより、処理室２０１内の圧力が比較的高い圧力の状態の時間を短くすることができ、ウエハ２００の表面への第２中間体の吸着を抑制することが可能となる。この結果、ウエハ２００上に形成される膜の段差被覆性や基板面内膜厚均一性を向上させることが可能となる。

【0089】

（ｆ）ステップＡでは、最初に原料ガスを供給する際における原料ガスの供給時間を、２回目以降に原料ガスを供給する際における原料ガスの供給時間よりも短くなっている。これにより、ウエハ２００の表面への第２中間体の吸着を抑制することが可能となる。この結果、ウエハ２００上に形成される膜の段差被覆性や基板面内膜厚均一性を向上させることが可能となる。

【0090】

（ｇ）ステップＡでは、最初に原料ガスを供給する際に、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気系を実質的に閉塞した状態、すなわち、排気系を実質的に全閉とした状態で、処理室２０１内へ原料ガスを供給する。これにより、処理室２０１内の圧力を速やかに高め、ウエハ２００の表面全域に第１中間体を吸着させるのに必要となる所定の圧力へと短時間で上昇させることが可能となる。これにより、サイクルタイムを短縮させ、成膜処理の生産性を向上させることが可能となる。

【0091】

（ｈ）ステップＡでは、２回目以降に原料ガスを供給する際に、原料ガスを、貯留部２４０ａ内に予め充填することなく処理室２０１内へ供給（非フラッシュ供給）する。これにより、２回目以降の原料ガスの供給において、貯留部２４０ａ内への原料ガスの充填が不要となる。これにより、原料ガスを供給するたびに貯留部２４０ａ内への原料ガスの充填を行う場合に比べて、原料ガスの充填に伴う待ち時間を減らすことができ、結果として、サイクルタイムを短縮させ、成膜処理の生産性を向上させることが可能となる。また、最初に原料ガスを供給する際に貯留された原料ガスが、貯留部２４０ａ内に滞留することを抑制することができる。結果として、貯留部２４０ａ内でのパーティクルの発生を抑制することが可能となる。例えば最初に原料ガスを供給する際に貯留された原料ガスが、貯留部２４０ａ内に残り続けた場合、原料ガスが分解，凝集、等により、パーティクルが発生する可能性がある。２回目以降に原料ガスを供給する際に、貯留部２４０ａ内に、充填しないことで、原料ガスが、貯留部２４０ａ内で滞留することを抑制することが可能となる。

【0092】

（ｉ）ステップＡでは、２回目以降に原料ガスを供給する際における原料ガスの供給を、原料ガスのウエハ２００への吸着が飽和状態に達する前に終了することが好ましい。これにより、ウエハ２００の表面への第２中間体の吸着を抑制し、ウエハ２００の表面に未結合手を残すことが可能となる。これにより、その後のウエハ２００の表面への中間体等のさらなる吸着を阻害しないようにすることができ、ウエハ２００上に形成される膜の段差被覆性や基板面内膜厚均一性の低下等を回避することが可能となる。

【0093】

なお、２回目以降に原料ガスを供給する際において、原料ガスの供給を、原料ガスのウエハ２００への吸着が飽和状態に達するまで継続すると、ウエハ２００の表面に第２中間体が吸着する等し、ウエハ２００の表面に未結合手を残すことが難しくなる。その結果、その後のウエハ２００の表面へのさらなる中間体等の吸着が阻害され、これにより、ウエハ２００上に形成される膜の段差被覆性や基板面内膜厚均一性が低下する場合がある。

【0094】

（ｊ）２回目以降のサイクルでは、ステップＡにおける貯留部２４０ａ内への原料ガスの充填を、ステップＢと並行して行う。このようにすることで、貯留部２４０ａ内への原料ガスの充填を、ステップＢと非並行で行う場合に比べて、サイクルタイムを短縮させ、成膜処理の生産性を向上させることが可能となる。なお、１回目のサイクルにおいて、貯留部２４０ａ内への原料ガスの充填を、成膜処理を開始する前、例えば、上述の圧力調整および温度調整の実施中に並行して行うことによっても、同様の効果が得られる。

【0095】

（ｋ）ステップＡでは、処理室２０１内へ原料ガスを供給するステップａ１と、処理室２０１内を排気するステップａ２と、を交互に複数回繰り返すことにより、処理室２０１内にて発生した第２中間体やパーティクル等を、ウエハ２００の表面へ吸着する前に処理室２０１外へと排出することが可能となる。結果として、ウエハ２００上に形成される膜の段差被覆性、基板面内膜厚均一性、膜質をそれぞれ向上させることが可能となる。

【0096】

（ｌ）ステップＡでは、処理室２０１内を排気するステップａ２のうち、最後（ｍ回目）にステップａ２を行う際に、処理室２０１内へ不活性ガスを供給する。これにより、ステップＢにおいて反応ガスを供給する前に処理室２０１内から未分解の原料ガス等を確実に排出させ、処理室２０１内におけるパーティクルの発生を確実に抑制することが可能となる。結果として、ウエハ２００上に形成される膜の膜質を向上させることが可能となる。なお、図４に示すように、複数のステップａ２の全てで不活性ガスを流す場合は、最後にステップａ２を行う際の不活性ガスの流量を最も大きくすることによって、上述の効果を確実に得ることが可能となる。

【0097】

なお、ステップＡでは、処理室２０１内を排気するステップａ２のうち、１回目～ｍ－１回目にステップａ２を行う際に、処理室２０１内へ不活性ガスを供給せず、排気のみで処理室２０１内に残留するガス等を排除する。これにより、２回目～ｍ回目のステップａ１で供給される原料ガスのウエハ２００への吸着、特にウエハ２００の凹部への吸着が、不活性ガスにより阻害されることを抑制することが可能となる。結果として、ウエハ２００上に形成される膜の膜質を向上させることが可能となる。また、ステップａ１で供給した原料ガスの排気が、不活性ガスで阻害されることを抑制することができる。即ち、ステップａ１で供給した原料ガスが分解する等で生じた中間体の内、第２中間体が、ウエハ２００に吸着する可能性を低減することができる。結果として、ウエハ２００上に形成される膜の膜質を向上させることが可能となる。特に、ステップａ２のうち１回目のステップａ２の際に、処理室２０１内へ不活性ガスを供給せず、排気のみで処理室２０１内に残留するガス等を排除することが好ましい。

【0098】

（ｍ）ステップＡでは、処理室２０１内を排気するステップａ２のうち、最後にステップａ２を行う際の実施時間を最も長くしている。これにより、ステップＢにおいて反応ガスを供給する前に処理室２０１内から未分解の原料ガス等を確実に排出させ、処理室２０１内におけるパーティクルの発生を確実に抑制することが可能となる。結果として、ウエハ２００上に形成される膜の膜質を向上させることが可能となる。

【0099】

（ｎ）貯留部２４０ａ内への原料ガスを充填する際には、高圧となる箇所でパーティクルが発生する可能性がある。バルブ２４３ａ，２４２ａ，２４７ａを上述のように設け、貯留部２４０ａ内への原料ガスの充填を、バルブ２４３ａを開き、バルブ２４２ａを閉じた状態で行うことにより、バルブ２４７ａでのパーティクルの発生を抑制すること、すなわち、パーティクルの発生箇所を処理室から遠ざけることが可能となる。結果として、ウエハ２００上に形成される膜の膜質を向上させることが可能となる。

【0100】

また、貯留部２４０ａ内に充填された原料ガスの処理室２０１内への供給を、バルブ２４７ａを開いた状態で、バルブ２４２ａを開くことで行うことにより、バルブ２４７ａでのパーティクルの発生を抑制すること、すなわち、パーティクルの発生箇所を処理室から遠ざけることが可能となる。

【0101】

ステップＡでは、例えば、図４に示すように、最初のステップａ１における原料ガスの分圧を、２回目以降のステップａ１における原料ガスの分圧よりも高くなっている。これにより、最初のステップａ１では、大量の原料ガスがフラッシュ供給されるので、２回目以降のステップａ１における非フラッシュ供給に比べ、ウエハ２００の表面へ、第１中間体を多量に供給することが可能となる。結果として、ウエハ２００の表面全域にわたり、第１中間体を均一に吸着させることが可能となる。

【0102】

（ｏ）上述の効果は、上述の各種原料ガス、上述の反応ガス、上述の各種不活性ガスを用いる場合にも、同様に得ることができる。ただし、上述の効果は、原料ガスとしてハロシランガスを用いる場合に、顕著に得られることになる。また、上述の効果は、原料ガスとしてクロロシランガスを用いる場合に、特に顕著に得られることになる。

【0103】

＜本開示の他の態様＞
以上、本開示の態様を具体的に説明した。しかしながら、本開示は上述の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可能である。

【0104】

上述の態様では、ステップＡにおいて、最初に原料ガスを供給する際に、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気系を全閉とした状態で、処理室２０１内へ原料ガスを供給する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、本開示はこれに限定されない。例えば、ステップＡでは、最初に原料ガスを供給する際に、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気系を全開とした状態で、処理室２０１内へ原料ガスを供給してもよい。これにより、処理室２０１内の圧力が過剰に上昇することを回避し、原料ガスの凝集・分解等によるパーティクルの発生を抑制することができ、ウエハ２００上に形成される膜の膜質を向上させることが可能となる。また、原料ガスの供給を停止した後の処理室２０１内の排気時間を短縮させることができ、成膜処理の生産性を向上させることが可能となる。また、例えば、ステップＡでは、最初に原料ガスを供給する際に、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気系に設けられたＡＰＣバルブ２４４の弁開度を、全開と全閉との間の状態にしてもよい。具体的には、開度が０．１％～９９．９％であって、好ましくは約５０％～８０％の開度である。これにより、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気系を、全開と全閉との間の状態にすることもできる。これにより、排気系を全閉とした場合の上述の効果と、排気系を全開とした場合の上述の効果と、をバランスよく得ることができる。

【0105】

また、上述の態様では、図４に示すように、原料ガスをｍ回（ｍは１以上の整数）に分割して間欠供給する際、１回目～ｍ－１回目に原料ガスを供給した後は、処理室２０１内をパージするステップは行わず、排気のみで処理室２０１内に残留するガス等を排除する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、本開示はこれに限定されない。例えば、原料ガスをｍ回（ｍは１以上の整数）に分割して間欠供給する際、１回目～ｍ－１回目に原料ガスを供給した後は、処理室２０１内に不活性ガスを供給して、パージするステップを行う様にしても良い。この場合の成膜シーケンスは、以下のように示すことができる。

【0106】

［（原料ガス→パージ）×（ｍ－１）→原料ガス→パージ→反応ガス→パージ］×ｎ

【0107】

また、例えば、原料ガスを例えば、原料ガスをｍ回（ｍは１以上の整数）に分割して間欠供給する際、１回目～ｍ－１回目に原料ガスを供給した後は、処理室２０１を排気した後に、不活性ガスを供給して、パージするステップを行う様にしても良い。この場合の成膜シーケンスは、以下の様に示すことができる。

【0108】

［（原料ガス→排気→パージ）×（ｍ－１）→原料ガス→パージ→反応ガス→パージ］×ｎ

【0109】

また、ステップＡにおける最後のａ２で、排気とパージを組み合わせて行っても良い。
この場合の成膜シーケンスは、以下の様に示すことができる。

【0110】

［（原料ガス→排気→パージ）×（ｍ－１）→原料ガス→排気→パージ→反応ガス→パージ］×ｎ

【0111】

なお、１回目～ｍ－１回目に原料ガスを供給した後は、上述の態様の成膜シーケンスのステップＡの様に行っても良い。即ち、原料ガスの供給の後に、排気とパージのいずれか、または、両方を行っても良い。

【0112】

また、ステップＢで反応ガスを供給した後に、排気とパージを組み合わせて行っても良い。この場合の成膜シーケンスは、例えば、以下の様に示すことができる。

【0113】

［（原料ガス→パージ）×（ｍ－１）→原料ガス→パージ→反応ガス→排気→パージ］×ｎ
なお、ステップＡは、上述の態様の成膜シーケンスのステップＡの様に行っても良い。即ち、原料ガスの供給の後に、排気とパージのいずれか、または、両方を行っても良い。

【0114】

また、上述の態様では、２回目以降のサイクルでは、ステップＡにおける貯留部２４０ａ内への原料ガスの充填を、ステップＢと並行して行う場合を例に挙げて説明した。しかしながら、本開示はこれに限定されない。例えば、２回目以降のサイクルでは、貯留部２４０ａ内への原料ガスの充填を、ステップＡにおける最後の原料ガスの供給後であって、ステップＢにおける反応ガスの供給前に開始することがより好ましい。このようにすることで、サイクルタイムをさらに短縮させ、成膜処理の生産性をさらに向上させることが可能となる。

【0115】

また、上述の態様では、原料ガスとして、例えば、クロロシランガスを例に挙げて説明した。しかしながら、本開示はこれに限定されない。例えば、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）等の金属元素を含む原料ガスを用い、上述の成膜シーケンスにより、基板上に、アルミニウム窒化膜（ＡｌＮ膜）、チタン窒化膜（ＴｉＮ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）、モリブデン窒化膜（ＭｏＮ）、タングステン窒化膜（ＷＮ）、アルミニウム酸化膜（ＡｌＯ膜）、チタン酸化膜（ＴｉＯ膜）、ハフニウム酸化膜（ＨｆＯ膜）、ジルコニウム酸化膜（ＺｒＯ膜）、タンタル酸化膜（ＴａＯ膜）、モリブデン酸化膜（ＭｏＯ）、タングステン酸化膜（ＷＯ）、チタン酸窒化膜（ＴｉＯＮ膜）、チタンアルミニウム炭窒化膜（ＴｉＡｌＣＮ膜）、チタンアルミニウム炭化膜（ＴｉＡｌＣ膜）、チタン炭窒化膜（ＴｉＣＮ膜）等の金属元素を含む膜を形成する場合にも、本開示を適用することができる。これらの場合においても、上述の態様で述べた効果のうち、少なくとも一部の効果が得られる。

【0116】

また、上述の態様では、反応ガスとして、例えば、Ｎ及びＨ含有ガスを例に挙げて説明した。しかしながら、本開示はこれに限定されない。例えば、エチレン（Ｃ_２Ｈ_４）ガス、アセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）ガス、プロピレン（Ｃ_３Ｈ_６）ガス等の炭素（Ｃ）含有ガスや、ジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）ガス、トリクロロボラン（ＢＣｌ_３）ガス等の硼素（Ｂ）含有ガスや、酸素（Ｏ_２）ガス、オゾン（Ｏ_３）ガス、プラズマ励起されたＯ_２ガス（Ｏ_２ ^＊）、Ｏ２ガス＋水素（Ｈ_２）ガス、水蒸気（Ｈ_２Ｏガス）、過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）ガス、亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）ガス、一酸化窒素（ＮＯ）ガス、二酸化窒素（ＮＯ_２）ガス、一酸化炭素（ＣＯ）ガス、二酸化炭素（ＣＯ_２）ガス等の酸素（Ｏ）含有ガス等を用いることができる。なお、本明細書において「Ｏ_２ガス＋Ｈ_２ガス」というような２つのガスの併記記載は、Ｈ_２ガスとＯ_２ガスとの混合ガスを意味している。混合ガスを供給する場合は、２つのガスを供給管内で混合（プリミックス）させた後、処理室２０１内へ供給するようにしてもよいし、２つのガスを異なる供給管より別々に処理室２０１内へ供給し、処理室２０１内で混合（ポストミックス）させるようにしてもよい。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。これらの場合においても、上述の態様で述べた効果のうち、少なくとも一部の効果が得られる。

【0117】

また、上述の態様では、基板処理においてウエハ２００上にＳｉＮ膜、ＳｉＣＮ膜が形成される場合を例示した。しかしながら、本開示はこれに限定されない。ＳｉＮ膜やＳｉＣＮ膜の他、例えば、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜）、シリコン酸炭化膜（ＳｉＯＣ膜）、シリコン酸炭窒化膜（ＳｉＯＣＮ膜）、シリコン硼炭窒化膜（ＳｉＢＣＮ膜）、シリコン硼窒化膜（ＳｉＢＮ膜）、シリコン酸化膜（ＳｉＯ膜）等のＳｉを含む膜を形成する場合にも、本開示を適用することができる。これらの場合においても、上述の態様で述べた効果のうち、少なくとも一部の効果が得られる。

【0118】

各処理に用いられるレシピは、処理内容に応じて個別に用意し、電気通信回線や外部記憶装置１２３を介して記憶装置１２１ｃ内に格納しておくことが好ましい。そして、各処理を開始する際、ＣＰＵ１２１ａが、記憶装置１２１ｃ内に格納された複数のレシピの中から、処理内容に応じて適正なレシピを適宜選択することが好ましい。これにより、１台の基板処理装置で様々な膜種、組成比、膜質、膜厚の膜を、再現性よく形成することができるようになる。また、オペレータの負担を低減でき、操作ミスを回避しつつ、各処理を迅速に開始できるようになる。

【0119】

上述のレシピは、新たに作成する場合に限らず、例えば、基板処理装置に既にインストールされていた既存のレシピを変更することで用意してもよい。レシピを変更する場合は、変更後のレシピを、電気通信回線や当該レシピを記録した記録媒体を介して、基板処理装置にインストールしてもよい。また、既存の基板処理装置が備える入出力装置１２２を作し、基板処理装置に既にインストールされていた既存のレシピを直接変更してもよい。

【0120】

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、好適に適用できる。

【0121】

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における処理手順、処理条件と同様な処理手順、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。

【0122】

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における処理手順、処理条件と同様とすることができる。

【0123】

＜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。

【0124】

（付記１）
本開示の一態様によれば、
（ａ）表面に凹部が設けられた基板が収容された処理室内へ原料ガス供給ラインから原料ガスを供給する工程と、
（ｂ）前記基板が収容された前記処理室内へ反応ガスを供給する工程と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に膜を形成する工程を有し、
（ａ）では、前記基板に対して前記原料ガスを複数回に分割して供給し、最初に前記原料ガスを供給する際は、前記原料ガスを、前記原料ガス供給ラインに設けられた貯留部内に予め充填してから前記処理室内へ供給し、２回目以降の前記原料ガスの供給前に、前記処理室内を排気する半導体装置の製造方法が提供される。

【0125】

（付記２）
付記１に記載の方法であって、
前記原料ガスとして、少なくとも、未結合手を複数有する第１中間体、および、未結合手を１つ有するか未結合手を有さない第２中間体を、前記処理室内にて発生させるガスを用い、
（ａ）では、最初に前記原料ガスを供給する際に、前記貯留部内に予め充填する前記原料ガスの量を、前記基板の表面全域に前記第１中間体を吸着させるのに必要となる量以上の量とする。

【0126】

（付記３）
付記１または２に記載の方法であって、
前記サイクルを２回以上行い、
（ａ）では、最初に前記原料ガスを供給する際に、前記貯留部内に予め充填する前記原料ガスの量を、前記サイクル毎に一定な量とする。

【0127】

（付記４）
付記１から３のいずれかに記載の方法であって、
前記原料ガスとして、少なくとも、未結合手を複数有する第１中間体、および、未結合手を１つ有するか未結合手を有さない第２中間体を、前記処理室内にて発生させるガスを用い、
（ａ）では、最初に前記原料ガスを供給する際に、前記処理室内の圧力を、前記基板の表面全域に前記第１中間体を吸着させるのに必要となる圧力以上の所定の圧力とする。

【0128】

（付記５）
付記１から４のいずれかに記載の方法であって、
（ａ）では、前記処理室内の圧力が前記所定の圧力に到達した後、前記処理室内への前記原料ガスの供給を終了し、前記処理室内の排気を開始する。

【0129】

（付記６）
付記１から５のいずれかに記載の方法であって、
（ａ）では、最初に前記原料ガスを供給する際における前記原料ガスの供給時間を、２回目以降に前記原料ガスを供給する際における前記原料ガスの供給時間よりも、短くする。

【0130】

（付記７）
付記１から６のいずれかに記載の方法であって、
（ａ）では、最初に前記原料ガスを供給する際に、前記処理室内の雰囲気を排気する排気系を全閉とした状態で、前記処理室内へ前記原料ガスを供給する。

【0131】

（付記８）
付記１から６のいずれかに記載の方法であって、
（ａ）では、最初に前記原料ガスを供給する際に、前記処理室内の雰囲気を排気する排気系を全開とした状態で、前記処理室内へ前記原料ガスを供給する。

【0132】

（付記９）
付記１から６のいずれかに記載の方法であって、
（ａ）では、最初に前記原料ガスを供給する際に、前記処理室内の雰囲気を排気する排気系を、全開と全閉との間の状態にする。

【0133】

（付記１０）
付記１から９のいずれかに記載の方法であって、
（ａ）では、２回目以降に前記原料ガスを供給する際に、前記原料ガスを、前記貯留部内に予め充填することなく前記処理室内へ供給する。

【0134】

（付記１１）
付記１から１０のいずれかに記載の方法であって、
（ａ）では、２回目以降に前記原料ガスを供給する際における前記原料ガスの供給を、前記原料ガスの前記基板への吸着が飽和状態に達する前に終了する。

【0135】

好ましくは、前記原料ガスとして、少なくとも、未結合手を複数有する第１中間体、および、未結合手を１つ有するか未結合手を有さない第２中間体を、前記処理室内にて発生させるガスを用い、
２回目以降に前記原料ガスを供給する際における前記原料ガスの供給を、前記第１中間体が前記基板へ吸着した後であって、前記第２中間体が前記基板へ吸着する前に終了する。

【0136】

（付記１２）
付記１から１１のいずれかに記載の方法であって、
前記サイクルを２回以上行い、
２回目以降のサイクルでは、前記貯留部内への前記原料ガスの充填を、（ｂ）における前記反応ガスの供給と並行して行う。

【0137】

（付記１３）
付記１から１１のいずれかに記載の方法であって、
前記サイクルを２回以上行い、
２回目以降のサイクルでは、前記貯留部内への前記原料ガスの充填を、前記（ａ）における最後の前記原料ガスの供給後であって、前記（ｂ）における前記反応ガスの供給前に開始する。

【0138】

（付記１４）
付記１から１３のいずれかに記載の方法であって、
（ａ）では、前記処理室内へ前記原料ガスを供給する工程と、前記処理室内を排気する工程と、を交互に複数回繰り返す。

【0139】

（付記１５）
付記１４に記載の半導体装置の製造方法であって、
（ａ）では、前記処理室内を排気する工程のうち、最後に前記処理室内を排気する工程を行う際に、前記処理室内へ不活性ガスを供給する。

【0140】

（付記１６）
付記１４または１５に記載の半導体装置の製造方法であって、
（ａ）では、前記処理室内を排気する工程のうち、最後に前記処理室内を排気する工程の実施時間を最も長くする。

【0141】

（付記１７）
付記１から１６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、
前記原料ガス供給ラインには、前記貯留部よりもガス流の上流側に第１バルブが、前記貯留部よりもガス流の下流部側（処理室に近い側）に第２バルブが、前記第２バルブよりもガス流の下流側であって前記処理室の近傍には第３バルブが設けられており、
前記貯留部内への前記原料ガスの充填は、前記第１バルブを開き、前記第２バルブを閉じた状態で行い、
前記貯留部内に充填された前記原料ガスの前記処理室内への供給は、前記第３バルブを開いた状態で、前記第２バルブを開くことで行う。

【0142】

（付記１８）
本開示の他の態様によれば、
付記１における各手順（各工程）をコンピュータによって基板処理装置に実行させるプログラム、または、該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。

【0143】

（付記１９）
本開示の更に他の態様によれば、
基板が処理される処理室と、
前記処理室内の基板に対して原料ガスを供給する原料ガス供給ラインと、
前記原料ガス供給ラインに設けられ、前記原料ガスを貯留する貯留部と、
前記処理室内の基板に対して反応ガスを供給する反応ガス供給ラインと、
付記１における各処理（各工程）を行わせるように、前記原料ガス供給ラインおよび前記反応ガス供給ラインを制御することが可能なよう構成される制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。

【符号の説明】

【0144】

２００ ウエハ（基板）
２０１ 処理室
２４０ａ 貯留部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】