知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
特許7594610基板処理方法、半導体装置の製造方法、基板処理装置、およびプログラム
(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】2024-11-26
(45)【発行日】2024-12-04
(54)【発明の名称】基板処理方法、半導体装置の製造方法、基板処理装置、およびプログラム
(51)【国際特許分類】
H01L 21/318 20060101AFI20241127BHJP
H01L 21/31 20060101ALI20241127BHJP
C23C 16/42 20060101ALI20241127BHJP
C23C 16/455 20060101ALI20241127BHJP
【ＦＩ】
H01L21/318 B
H01L21/31 C
C23C16/42
C23C16/455
【請求項の数】
20
(21)【出願番号】P 2022571474
(86)(22)【出願日】2021-12-21
(86)【国際出願番号】 JP2021047165
(87)【国際公開番号】W WO2022138599
(87)【国際公開日】2022-06-30
【審査請求日】2023-06-12
(31)【優先権主張番号】P 2020214783
(32)【優先日】2020-12-24
(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】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】平 祐樹
(72)【発明者】
【氏名】竹田 剛
(72)【発明者】
【氏名】門島 勝
【審査官】加藤 芳健
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１３－０９３５５１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１９８２８８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／３１８
Ｈ０１Ｌ ２１／３１
Ｃ２３Ｃ １６／４２
Ｃ２３Ｃ １６／４５５
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
（ａ）基板に対して原料ガスを供給する工程と、（ｂ）（ａ）の後、前記基板に対して窒素及び水素含有ガスをプラズマ状態に励起させて供給する工程と、
（ｃ）前記基板に対してＮ ２ ガスおよび希ガスの少なくともいずれかである不活性ガスをプラズマ状態に励起させて供給する工程と、
（ｄ）（ａ）と（ｂ）との間において、前記基板が存在する空間にＮ ２ ガスおよび希ガスの少なくともいずれかであるパージガスを供給して、ノンプラズマの雰囲気下で前記基板が存在する空間をパージする工程と、
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、
（ｃ）における前記基板が存在する空間の圧力を、（ｂ）における前記基板が存在する空間の圧力よりも低くし、
（ｃ）において前記基板が存在する空間に供給されるガスの供給流量を、（ｄ）において前記基板が存在する空間に供給されるガスの供給流量よりも小さくする基板処理方法。
【請求項2】
（ｃ）における前記基板が存在する空間の圧力を、２Ｐａ以上６Ｐａ以下とする請求項１に記載の基板処理方法。
【請求項3】
（ｃ）における前記基板が存在する空間の圧力を、２．６６Ｐａ以上５．３２Ｐａ以下とする請求項１に記載の基板処理方法。
【請求項4】
（ｃ）における前記基板が存在する空間の圧力を、３Ｐａ以上４Ｐａ以下とする請求項１に記載の基板処理方法。
【請求項5】
（ｃ）において前記不活性ガスをプラズマ状態に励起させて供給する時間を、（ｂ）において前記窒素及び水素含有ガスをプラズマ状態に励起させて供給する時間よりも長くする請求項１～４のいずれか１項に記載の基板処理方法。
【請求項6】
（ｃ）において前記不活性ガスをプラズマ状態に励起させて供給する時間を、（ａ）において前記原料ガスを供給する時間よりも長くする請求項１に記載の基板処理方法。
【請求項7】
（ｃ）における前記基板が存在する空間の圧力を、（ｄ）における前記基板が存在する空間の圧力よりも低くする請求項１～６のいずれか１項に記載の基板処理方法。
【請求項8】
前記不活性ガスは、Ｎ２ガスを含む請求項１～７のいずれか１項に記載の基板処理方法。
【請求項9】
前記不活性ガスは、Ａｒガスを含む請求項１～７のいずれか１項に記載の基板処理方法。
【請求項10】
前記窒素及び水素含有ガスは、ＮＨ３ガス、Ｎ２Ｈ２ガス、Ｎ２Ｈ４ガス、Ｎ３Ｈ８ガスのうち少なくともいずれかを含む請求項１～９のいずれか１項に記載の基板処理方法。
【請求項11】
前記原料ガスは、ハロシランガスを含む請求項１～１０のいずれか１項に記載の基板処理方法。
【請求項12】
（ｃ）では、前記基板が処理される処理容器の外部に設けられた電極に電力を印加することにより、前記処理容器の内部で前記不活性ガスをプラズマ状態に励起させる請求項１～１１のいずれか１項に記載の基板処理方法。
【請求項13】
前記基板上に膜を形成する工程を、処理容器内で複数枚の前記基板を支持具により支持した状態で行い、その際、複数枚の前記基板の間隔を、前記支持具により支持可能な最大枚数の基板を支持する場合における基板の間隔よりも大きくする請求項１～１２のいずれか１項に記載の基板処理方法。
【請求項14】
前記基板上に膜を形成する工程では、複数枚の前記基板の間隔を、前記支持具により支持可能な最大枚数の基板を支持する場合における基板の間隔の２倍以上とする請求項１３に記載の基板処理方法。
【請求項15】
前記基板上に膜を形成する工程を、処理容器内に複数枚の前記基板を配列させた状態で行い、その際、複数枚の前記基板の間隔を１２ｍｍ以上６０ｍｍ以下とする請求項１～１４のいずれか１項に記載の基板処理方法。
【請求項16】
前記基板上に膜を形成する工程を、処理容器内に複数枚の前記基板を配列させた状態で行い、その際、複数枚の前記基板の間隔を１５ｍｍ以上６０ｍｍ以下とする請求項１～１４のいずれか１項に記載の基板処理方法。
【請求項17】
（ｃ）では、前記基板の側方から、前記基板に対して、前記不活性ガスをプラズマ状態に励起させて供給する請求項１～１６のいずれか１項に記載の基板処理方法。
【請求項18】
（ａ）基板に対して原料ガスを供給する工程と、（ｂ）（ａ）の後、前記基板に対して窒素及び水素含有ガスをプラズマ状態に励起させて供給する工程と、
（ｃ）前記基板に対してＮ ２ ガスおよび希ガスの少なくともいずれかである不活性ガスをプラズマ状態に励起させて供給する工程と、
（ｄ）（ａ）と（ｂ）との間において、前記基板が存在する空間にＮ ２ ガスおよび希ガスの少なくともいずれかであるパージガスを供給して、ノンプラズマの雰囲気下で前記基板が存在する空間をパージする工程と、
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、
（ｃ）における前記基板が存在する空間の圧力を、（ｂ）における前記基板が存在する空間の圧力よりも低くし、
（ｃ）において前記基板が存在する空間に供給されるガスの供給流量を、（ｄ）において前記基板が存在する空間に供給されるガスの供給流量よりも小さくする半導体装置の製造方法。
【請求項19】
基板が処理される処理容器と、前記処理容器内へ原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理容器内へ窒素及び水素含有ガスを供給する窒素及び水素含有ガス供給系と、
前記処理容器内へＮ ２ ガスおよび希ガスの少なくともいずれかである不活性ガスを供給する不活性ガス供給系と、
ガスをプラズマ状態に励起させるプラズマ励起部と、
前記処理容器内の圧力を調整する圧力調整部と、
（ａ）処理容器内の基板に対して前記原料ガスを供給する処理と、（ｂ）（ａ）の後、前記処理容器内の前記基板に対して前記窒素及び水素含有ガスをプラズマ状態に励起させて供給する処理と、（ｃ）前記処理容器内の前記基板に対して前記不活性ガスをプラズマ状態に励起させて供給する処理と、（ｄ）（ａ）と（ｂ）との間において、前記処理容器内に前記不活性ガスを供給して、ノンプラズマの雰囲気下で前記処理容器内をパージする処理と、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、（ｃ）における前記処理容器内の圧力を、（ｂ）における前記処理容器内の圧力よりも低くし、（ｃ）において前記処理容器内に供給されるガスの供給流量を、（ｄ）において前記処理容器内に供給されるガスの供給流量よりも小さくするように、前記原料ガス供給系、前記窒素及び水素含有ガス供給系、前記不活性ガス供給系、前記プラズマ励起部、および前記圧力調整部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】
（ａ）基板に対して原料ガスを供給する手順と、（ｂ）（ａ）の後、前記基板に対して窒素及び水素含有ガスをプラズマ状態に励起させて供給する手順と、
（ｃ）前記基板に対してＮ ２ ガスおよび希ガスの少なくともいずれかである不活性ガスをプラズマ状態に励起させて供給する手順と、
（ｄ）（ａ）と（ｂ）との間において、前記基板が存在する空間にＮ ２ ガスおよび希ガスの少なくともいずれかであるパージガスを供給して、ノンプラズマの雰囲気下で前記基板が存在する空間をパージする手順と、
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する手順と、
（ｃ）における前記基板が存在する空間の圧力を、（ｂ）における前記基板が存在する空間の圧力よりも低くし、（ｃ）において前記基板が存在する空間に供給されるガスの供給流量を、（ｄ）において前記基板が存在する空間に供給されるガスの供給流量よりも小さくする手順と、
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、基板処理方法、半導体装置の製造方法、基板処理装置、およびプログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
フラッシュメモリやＤＲＡＭ等のメモリデバイスやＣＰＵ等のロジックデバイス等の半導体デバイスは、年々高集積化することが求められている。高集積化のためには、微細な回路パターンに極薄の膜を精度良く形成する技術が必要とされ、そのための成膜方法として、例えば、基板に対して原料ガスと反応ガスとを交互に供給する方法がある。近年、配線寸法等が微細化する傾向にあるため、基板上に形成される膜の膜厚や膜質の均一性およびそれらの再現性を向上させることが重要となる。また、次世代向けデバイスにおいて構造や材料の変化に伴い、低温で高品質な膜を得る成膜技術が必要とされている。
【0003】
基板上に形成される膜としては、シリコン窒化膜(ＳｉＮ膜)等を挙げることができ、ＳｉＮ膜は、例えばフッ化水素（ＨＦ）水溶液を用いてシリコン酸化膜（ＳｉＯ膜）等をエッチングする際におけるエッチングストッパ層として使用されることがある。ＳｉＮ膜を形成する成膜技術の１つに、プラズマを用いて低温で膜を形成する技術がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１３－９３５５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、プラズマを用いて低温で成膜を行う場合、膜のウェットエッチング耐性が低下し、膜質が悪化することがある。本開示の目的は、プラズマを用いて低温で高品質な膜を形成する技術を提供することにある。
【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）処理容器内の基板に対して原料ガスを供給する工程と、
（ｂ）前記処理容器内の前記基板に対して窒素及び水素含有ガスをプラズマ状態に励起させて供給する工程と、
（ｃ）前記処理容器内の前記基板に対して不活性ガスをプラズマ状態に励起させて供給する工程と、
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、
（ｃ）における前記処理容器内の圧力を、（ｂ）における前記処理容器内の圧力よりも低くする技術が提供される。
（ａ）処理容器内の基板に対して原料ガスを供給する工程と、
（ｂ）前記処理容器内の前記基板に対して窒素及び水素含有ガスをプラズマ状態に励起させて供給する工程と、
（ｃ）前記処理容器内の前記基板に対して不活性ガスをプラズマ状態に励起させて供給する工程と、
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、
（ｃ）における前記処理容器内の圧力を、（ｂ）における前記処理容器内の圧力よりも低くする技術が提供される。
【発明の効果】
【0007】
本開示によれば、プラズマを用いて低温で高品質な膜を形成する技術を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
＜本開示の一態様＞
以下、本開示の一態様について、主に、図１～図５、図７（ａ）～図７（ｃ）を参照しつつ説明する。なお、以下の説明において用いられる図面は、いずれも模式的なものであり、図面に示される、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は、現実のものとは必ずしも一致していない。また、複数の図面の相互間においても、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は必ずしも一致していない。
以下、本開示の一態様について、主に、図１～図５、図７（ａ）～図７（ｃ）を参照しつつ説明する。なお、以下の説明において用いられる図面は、いずれも模式的なものであり、図面に示される、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は、現実のものとは必ずしも一致していない。また、複数の図面の相互間においても、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は必ずしも一致していない。
【0010】
（１）基板処理装置の構成
図１に示すように、処理炉２０２は温度調整器（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（熱励起部）としても機能する。
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（熱励起部）としても機能する。
【0011】
ヒータ２０７の内側には、ヒータ２０７と同心円状に反応管２０３が配設されている。反応管２０３は、例えば石英（ＳｉＯ２）または炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料により構成され、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。反応管２０３の下方には、反応管２０３と同心円状に、マニホールド２０９が配設されている。マニホールド２０９は、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属材料により構成され、上端および下端が開口した円筒形状に形成されている。マニホールド２０９の上端部は、反応管２０３の下端部に係合しており、反応管２０３を支持するように構成されている。マニホールド２０９と反応管２０３との間には、シール部材としてのＯリング２２０ａが設けられている。反応管２０３はヒータ２０７と同様に垂直に据え付けられている。主に、反応管２０３とマニホールド２０９とにより処理容器（反応容器）が構成される。処理容器の筒中空部には処理室２０１が形成される。処理室２０１は、基板としてのウエハ２００を収容可能に構成されている。この処理室２０１内、すなわち、この処理容器内でウエハ２００に対する処理が行われる。
【0012】
処理室２０１内には、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２４９ａ，２４９ｃのそれぞれは、ノズル２４９ｂに隣接して設けられている。
【0013】
ガス供給管２３２ａ～２３２ｃ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～２４１ｃおよび開閉弁であるバルブ２４３ａ～２４３ｃがそれぞれ設けられている。ガス供給管２３２ａ～２３２ｃのバルブ２４３ａ～２４３ｃよりも下流側には、ガス供給管２３２ｄ～２３２ｆがそれぞれ接続されている。ガス供給管２３２ｄ～２３２ｆには、ガス流の上流側から順に、ＭＦＣ２４１ｄ～２４１ｆおよびバルブ２４３ｄ～２４３ｆがそれぞれ設けられている。ガス供給管２３２ａ～２３２ｆは、例えばＳＵＳ等の金属材料により構成されている。
【0014】
図１、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２４９ｂ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２４９ａ，２４９ｃは、ノズル２４９ｂ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２４９ｂ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２４９ａと反対側に設けられているということもできる。ノズル２４９ａ，２４９ｃは、直線Ｌを対称軸として線対称に、すなわちシンメトリに配置されている。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。
【0015】
ガス供給管２３２ａからは、原料（原料ガス）が、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａ、ノズル２４９ａを介して処理室２０１内へ供給される。
【0016】
ガス供給管２３２ｂからは、反応体（反応ガス）として、例えば、窒素（Ｎ）及び水素（Ｈ）含有ガスが、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂ、ノズル２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給される。Ｎ及びＨ含有ガスは、Ｎソース（窒素源、窒化ガス、窒化剤）として作用する。
【0017】
ガス供給管２３２ｃからは、反応体（反応ガス）として、例えば、酸素（Ｏ）含有ガスが、ＭＦＣ２４１ｃ、バルブ２４３ｃ、ノズル２４９ｃを介して処理室２０１内へ供給される。Ｏ含有ガスは、Ｏソース（酸素源、酸化ガス、酸化剤）として作用する。
【0018】
ガス供給管２３２ｄ～２３２ｆからは、不活性ガスが、それぞれＭＦＣ２４１ｄ～２４１ｆ、バルブ２４３ｄ～２４３ｆ、ガス供給管２３２ａ～２３２ｃ、ノズル２４９ａ～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。後述するように、不活性ガスを、処理室２０１内でプラズマ状態に励起させて供給することもでき、その場合、不活性ガスを改質ガスとして作用させることもできる。
【0019】
主に、ガス供給管２３２ａ、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａにより、原料ガス供給系が構成される。主に、ガス供給管２３２ｂ、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂにより、Ｎ及びＨ含有ガス供給系（反応ガス供給系）が構成される。主に、ガス供給管２３２ｃ、ＭＦＣ２４１ｃ、バルブ２４３ｃにより、Ｏ含有ガス供給系（反応ガス供給系）が構成される。主に、ガス供給管２３２ｄ～２３２ｆ、ＭＦＣ２４１ｄ～２４１ｆ、バルブ２４３ｄ～２４３ｆにより、不活性ガス供給系が構成される。上述のように、不活性ガスを改質ガスとして作用させる場合は、不活性ガス供給系を、改質ガス供給系と称することもできる。
【0020】
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～２４３ｆやＭＦＣ２４１ａ～２４１ｆ等が集積されてなる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～２３２ｆのそれぞれに対して接続され、ガス供給管２３２ａ～２３２ｆ内への各種ガスの供給動作、すなわち、バルブ２４３ａ～２４３ｆの開閉動作やＭＦＣ２４１ａ～２４１ｆ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～２３２ｆ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。
【0021】
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。ＡＰＣバルブ２４４を排気バルブと称することもできる。主に、排気管２３１、ＡＰＣバルブ２４４、圧力センサ２４５により、排気系が構成される。真空ポンプ２４６を排気系に含めてもよい。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
基板を支持する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構成されている。すなわち、ボート２１７は、複数枚のウエハ２００を、水平姿勢で、かつ、垂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。図７（ａ）～図７（ｃ）に示すように、ボート２１７は、複数本、例えば３～４本の支柱２１７ａと、支柱２１７ａのそれぞれに設けられた複数の支持部２１７ｂとを有し、複数の支持部２１７ｂのそれぞれにより複数枚のウエハ２００をそれぞれ支持することができるように構成されている。
【0025】
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。
【0026】
反応管２０３の外部、すなわち、処理容器（処理室２０１）の外部には、プラズマ生成用の電極３００が設けられている。電極３００に電力を印加することにより、反応管２０３の内部、すなわち、処理容器（処理室２０１）の内部でガスをプラズマ化させて励起させること、すなわち、ガスをプラズマ状態に励起させることが可能となっている。以下、ガスをプラズマ状態に励起させることを、単に、プラズマ励起とも称する。電極３００は、電力、すなわち、高周波電力（ＲＦ電力）が印加されることで、反応管２０３内、すなわち、処理容器（処理室２０１）内に、容量結合プラズマ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ、略称：ＣＣＰ）を発生させるように構成されている。
【0027】
具体的には、図２に示すように、ヒータ２０７と反応管２０３との間に、電極３００と、電極３００を固定する電極固定具３０１と、が配設されている。ヒータ２０７の内側に、電極固定具３０１が配設され、電極固定具３０１の内側に、電極３００が配設され、電極３００の内側に、反応管２０３が配設されている。
【0028】
また、図１、図２に示すように、電極３００および電極固定具３０１は、ヒータ２０７の内壁と、反応管２０３の外壁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の外壁の下部より上部に沿って、ウエハ２００の配列方向に延びるようにそれぞれ設けられている。電極３００は、ノズル２４９ａ～２４９ｃと平行に設けられている。電極３００および電極固定具３０１は、平面視において、反応管２０３およびヒータ２０７と同心円弧状に、また、反応管２０３およびヒータ２０７とは非接触となるように、配列、配置されている。電極固定具３０１は、絶縁性物質（絶縁体）で構成され、電極３００および反応管２０３の少なくとも一部をカバーするように設けられることから、電極固定具３０１をカバー（絶縁カバー、絶縁壁、絶縁板）、または、断面円弧カバー（断面円弧体、断面円弧壁）と称することもできる。
【0029】
図２に示すように、電極３００は複数設けられ、これら複数の電極３００が、電極固定具３０１の内壁に、固定されて設置されている。より具体的には、図４に示すように、電極固定具３０１の内壁面には、電極３００を引っ掛けることが可能な突起部（フック部）３０１ａが設けられており、電極３００には、突起部３０１ａを挿通可能な貫通孔である開口部３００ｃが設けられている。電極固定具３０１の内壁面に設けられた突起部３０１ａに、開口部３００ｃを介して電極３００を引っ掛けることで、電極３００を電極固定具３０１に固定することが可能となっている。なお、図４では、１つの電極３００に、２つの開口部３００ｃが設けられ、１つの電極３００を２つの突起部３０１ａに引っ掛けることで固定する例、すなわち、１つの電極３００を２箇所で固定する例を示している。なお、図２では、９つの電極３００を、１つの電極固定具３０１に固定する例を示しており、図４では、１２の電極３００を、１つの電極固定具３０１に固定する例を示している。
【0030】
電極３００は、ニッケル（Ｎｉ）などの耐酸化材料で構成されている。電極３００を、ＳＵＳ、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）等の金属材料で構成することもできるが、Ｎｉなどの耐酸化材料で構成することにより、電気伝導率の劣化を抑制することができ、プラズマ生成効率の低下を抑制することができる。さらに、電極３００を、Ａｌが添加されたＮｉ合金材料で構成することもでき、この場合、耐熱性および耐腐食性の高い酸化被膜であるアルミニウム酸化膜（ＡｌＯ膜）を、電極３００の最表面に形成するようにすることもできる。電極３００の最表面に形成されたＡｌＯ膜は、保護膜（ブロック膜、バリア膜）として作用し、電極３００の内部の劣化の進行を抑制することができる。これにより、電極３００の電気伝導率の低下によるプラズマ生成効率の低下を、より抑制することが可能となる。電極固定具３０１は、絶縁性物質（絶縁体）、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。電極固定具３０１の材質は、反応管２０３の材質と、同様とすることが好ましい。
【0031】
図２に示すように、電極３００は、第１電極３００ａと、第２電極３００ｂと、を含む。第１電極３００ａは、整合器３０５を介して、高周波電源（ＲＦ電源）３２０に接続されている。第２電極３００ｂは、アースに接地されており、基準電位（０Ｖ）となる。第１電極３００ａをＨｏｔ電極またはＨＯＴ電極とも称し、第２電極３００ｂをＧｒｏｕｎｄ電極またはＧＮＤ電極とも称する。第１電極３００ａおよび第２電極３００ｂは、それぞれ、正面視が矩形形状の板状部材として構成されている。第１電極３００ａは少なくとも１つ設けられ、第２電極３００ｂは少なくとも１つ設けられる。図１、図２、図４では、第１電極３００ａおよび第２電極３００ｂのそれぞれが、複数設けられる例を示している。なお、図２では、１つの電極固定具３０１に、６つの第１電極３００ａと、３つの第２電極３００ｂと、が設けられる例を示しており、図４では、１つの電極固定具３０１に、８つの第１電極３００ａと、４つの第２電極３００ｂと、が設けられる例を示している。整合器３０５を介してＲＦ電源３２０から、第１電極３００ａと第２電極３００ｂとの間にＲＦ電力を印加することで、第１電極３００ａと第２電極３００ｂとの間の領域にプラズマが生成される。この領域をプラズマ生成領域とも称する。
【0032】
なお、第１電極３００ａの表面積は、第２電極３００ｂの表面積の２倍以上３倍以下とすることが好ましい。第１電極３００ａの表面積が第２電極３００ｂの表面積の２倍未満となる場合、電位分布の広がりが狭くなり、プラズマ生成効率が低下することがある。第１電極３００ａの表面積が第２電極３００ｂの表面積の３倍を超える場合、電位分布がウエハ２００のエッジ部分にまで広がることがあり、ウエハ２００が障害となりプラズマの生成効率が飽和することがある。また、この場合、ウエハ２００のエッジ部においても放電が生じ、ウエハ２００へのプラズマダメージが生じることもある。第１電極３００ａの表面積を、第２電極３００ｂの表面積の２倍以上３倍以下とすることにより、プラズマ生成効率を高め、ウエハ２００へのプラズマダメージを抑制することが可能となる。なお、図２に示すように、電極３００（第１電極３００ａ、第２電極３００ｂ）は、平面視において、円弧状に配置されており、また、等間隔に、すなわち、隣接する電極３００（第１電極３００ａ、第２電極３００ｂ）間の距離（隙間）が等しくなるように配置されている。また、上述のように、電極３００（第１電極３００ａ、第２電極３００ｂ）は、ノズル２４９ａ～２４９ｃと平行に設けられている。
【0033】
ここで、電極固定具３０１と電極３００（第１電極３００ａ、第２電極３００ｂ）とを、電極ユニットと称することもできる。電極ユニットは、図２に示すように、ノズル２４９ａ～２４９ｃ、温度センサ２６３、排気口２３１ａ、および排気管２３１を避けた位置に配置されるようにすることが好ましい。図２では、２つの電極ユニットが、ノズル２４９ａ～２４９ｃ、温度センサ２６３、排気口２３１ａ、および排気管２３１を避けて、ウエハ２００（反応管２０３）の中心を挟んで対向（対面）するように配置される例を示している。なお、図２では、２つの電極ユニットが、平面視において、直線Ｌを対称軸として線対称に、すなわちシンメトリに配置される例を示している。電極ユニットをこのように配置することで、ノズル２４９ａ～２４９ｃ、温度センサ２６３、排気口２３１ａ、および排気管２３１を、処理室２０１内におけるプラズマ生成領域外に配置することが可能となり、これらの部材へのプラズマダメージ、これらの部材の消耗、破損、これらの部材からのパーティクルの発生を抑制することが可能となる。
【0034】
主に、電極３００、すなわち、第１電極３００ａおよび第２電極３００ｂにより、ガスをプラズマ状態に励起（活性化）させるプラズマ励起部（活性化機構）が構成される。電極固定具３０１、整合器３０５、ＲＦ電源３２０をプラズマ励起部に含めてもよい。
【0035】
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。また、コントローラ１２１には、外部記憶装置１２３を接続することが可能となっている。
【0036】
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、後述する処理における各手順をコントローラ１２１によって、基板処理装置に実行させ、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。
【0037】
Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、上述のＭＦＣ２４１ａ～２４１ｆ、バルブ２４３ａ～２４３ｆ、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、ＲＦ電源３２０、整合器３０５等に接続されている。
【0038】
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～２４１ｆによる各種ガスの流量調整動作、バルブ２４３ａ～２４３ｆ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、整合器３０５によるインピーダンス調整動作、ＲＦ電源３２０への電力供給等を制御することが可能なように構成されている。
【0039】
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。
【0040】
（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上に薄膜として絶縁膜である窒化膜を形成する処理シーケンス、すなわち、成膜シーケンスの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により制御される。
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上に薄膜として絶縁膜である窒化膜を形成する処理シーケンス、すなわち、成膜シーケンスの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により制御される。
【0041】
図５に示す本態様における処理シーケンスでは、
（ａ）処理容器内のウエハ２００に対して原料ガスを供給する工程と、
（ｂ）処理容器内のウエハ２００に対してＮ及びＨ含有ガスをプラズマ状態に励起させて供給する工程と、
（ｃ）処理容器内のウエハ２００に対して不活性ガスをプラズマ状態に励起させて供給する工程と、
を含むサイクル、具体的には、これらを非同時に行うサイクルを所定回数（ｎ回、ｎは１以上の整数）行うことで、ウエハ２００上に膜を形成する工程を有し、
（ｃ）における処理容器内の圧力を、（ｂ）における処理容器内の圧力よりも低くする。
（ａ）処理容器内のウエハ２００に対して原料ガスを供給する工程と、
（ｂ）処理容器内のウエハ２００に対してＮ及びＨ含有ガスをプラズマ状態に励起させて供給する工程と、
（ｃ）処理容器内のウエハ２００に対して不活性ガスをプラズマ状態に励起させて供給する工程と、
を含むサイクル、具体的には、これらを非同時に行うサイクルを所定回数（ｎ回、ｎは１以上の整数）行うことで、ウエハ２００上に膜を形成する工程を有し、
（ｃ）における処理容器内の圧力を、（ｂ）における処理容器内の圧力よりも低くする。
【0042】
本明細書では、このような処理シーケンス（ガス供給シーケンス）を、便宜上、以下のように示すこともある。以下の他の態様や変形例等の説明においても、同様の表記を用いる。
【0043】
（原料ガス→プラズマ励起Ｎ及びＨ含有ガス→プラズマ励起不活性ガス）×ｎ
【0044】
なお、図５では、（ｃ）における処理容器内の圧力を、（ａ）における処理容器内の圧力よりも低くする例を示している。さらには、図５では、（ｃ）における処理容器内の圧力を、（ｂ）における処理容器内の圧力よりも低くし、（ｂ）における処理容器内の圧力を、（ａ）における処理容器内の圧力よりも低くする例を示している。
【0045】
また、図５では、（ｃ）において不活性ガスをプラズマ状態に励起させて供給する時間を、（ｂ）においてＮ及びＨ含有ガスをプラズマ状態に励起させて供給する時間よりも長くする例を示しており、また、（ｃ）において不活性ガスをプラズマ状態に励起させて供給する時間を、（ａ）において原料ガスを供給する時間よりも長くする例を示している。より具体的には、図５では、（ｃ）において不活性ガスをプラズマ状態に励起させて供給する時間を、（ｂ）においてＮ及びＨ含有ガスをプラズマ状態に励起させて供給する時間よりも長くし、（ｂ）においてＮ及びＨ含有ガスをプラズマ状態に励起させて供給する時間を、（ａ）において原料ガスを供給する時間よりも長くする例を示している。
【0046】
また、図５に示す処理シーケンスでは、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）をこの順に行うサイクルを複数回（ｎ回）繰り返す例を示している。この場合、ｎは２以上の整数となる。図５では、さらに、（ａ）を行った後、（ｂ）を行う前に、ノンプラズマの雰囲気下で、処理容器内を不活性ガスでパージする例を示している。なお、（ｂ）を行った後、（ｃ）を行う前に、ノンプラズマの雰囲気下で、処理容器内を不活性ガスでパージするようにしてもよい。また、サイクルを複数回行う場合に、（ｃ）を行った後、（ａ）を行う前に、ノンプラズマの雰囲気下で、処理容器内を不活性ガスでパージするようにしてもよい。これにより、処理容器内での各ガスのプラズマ状態での混合、それによる意図しない反応、パーティクルの発生等を抑制することが可能となる。これらの処理シーケンスは、以下のように表すことができる。なお、以下では、ノンプラズマの雰囲気下で行われるパージをＰで表している。
【0047】
（原料ガス→Ｐ→プラズマ励起Ｎ及びＨ含有ガス→プラズマ励起不活性ガス）×ｎ
（原料ガス→Ｐ→プラズマ励起Ｎ及びＨ含有ガス→Ｐ→プラズマ励起不活性ガス）×ｎ
（原料ガス→Ｐ→プラズマ励起Ｎ及びＨ含有ガス→プラズマ励起不活性ガス→Ｐ）×ｎ
（原料ガス→Ｐ→プラズマ励起Ｎ及びＨ含有ガス→Ｐ→プラズマ励起不活性ガス→Ｐ）×ｎ
（原料ガス→Ｐ→プラズマ励起Ｎ及びＨ含有ガス→Ｐ→プラズマ励起不活性ガス）×ｎ
（原料ガス→Ｐ→プラズマ励起Ｎ及びＨ含有ガス→プラズマ励起不活性ガス→Ｐ）×ｎ
（原料ガス→Ｐ→プラズマ励起Ｎ及びＨ含有ガス→Ｐ→プラズマ励起不活性ガス→Ｐ）×ｎ
【0048】
なお、（ｂ）では、処理容器の外部に設けられた電極３００に電力を印加することにより、処理容器の内部でＮ及びＨ含有ガスをプラズマ状態に励起させることが好ましい。また、（ｃ）では、処理容器の外部に設けられた電極３００に電力を印加することにより、処理容器の内部で不活性ガスをプラズマ状態に励起させることが好ましい。
【0049】
また、（ａ）では、ウエハ２００の側方から、ウエハ２００に対して、原料ガスを供給することが好ましい。また、（ｂ）では、ウエハ２００の側方から、ウエハ２００に対して、Ｎ及びＨ含有ガスをプラズマ状態に励起させて供給することが好ましい。また、（ｃ）では、ウエハ２００の側方から、ウエハ２００に対して、不活性ガスをプラズマ状態に励起させて供給することが好ましい。
【0050】
なお、以下では、膜として、窒化膜を形成する例について説明する。ここで、窒化膜とは、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）の他、炭素（Ｃ）や酸素（Ｏ）や硼素（Ｂ）等を含む窒化膜をも含む。すなわち、窒化膜は、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）、シリコン炭窒化膜（ＳｉＣＮ膜）、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ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）、シリコン硼酸炭窒化膜（ＳｉＢＯＣＮ膜）、シリコン硼酸窒化膜（ＳｉＢＯＮ膜）等を含む。以下では、窒化膜としてＳｉＮ膜を形成する例について説明する。
【0051】
本明細書において用いる「ウエハ」という言葉は、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。本明細書において用いる「ウエハの表面」という言葉は、ウエハそのものの表面を意味する場合や、ウエハ上に形成された所定の層等の表面を意味する場合がある。本明細書において「ウエハ上に所定の層を形成する」と記載した場合は、ウエハそのものの表面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。
【0052】
（ウエハチャージ）
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。その後、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）。ウエハ２００は、製品ウエハやダミーウエハを含む。
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。その後、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）。ウエハ２００は、製品ウエハやダミーウエハを含む。
【0053】
（ボートロード）
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。
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。
【0054】
（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。
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。
【0055】
（成膜処理）
その後、次のステップ１，２，３を順次実行する。
その後、次のステップ１，２，３を順次実行する。
【0056】
［ステップ１］
ステップ１では、処理室２０１内のウエハ２００に対して原料ガスを供給する。
ステップ１では、処理室２０１内のウエハ２００に対して原料ガスを供給する。
【0057】
具体的には、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、ノズル２４９ａ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の側方から、ウエハ２００に対して原料ガスが供給される（原料ガス供給）。このとき、バルブ２４３ｄ～２４３ｆ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。
【0058】
本ステップにおける処理条件としては、
処理温度：２５０～５５０℃、好ましくは４００～５００℃
処理圧力：１００～４０００Ｐａ、好ましくは１００～１０００Ｐａ
原料ガス供給流量：０．１～３ｓｌｍ
原料ガス供給時間：１～１００秒、好ましくは１～３０秒
不活性ガス供給流量（ガス供給管毎）：０～１０ｓｌｍ
が例示される。
処理温度：２５０～５５０℃、好ましくは４００～５００℃
処理圧力：１００～４０００Ｐａ、好ましくは１００～１０００Ｐａ
原料ガス供給流量：０．１～３ｓｌｍ
原料ガス供給時間：１～１００秒、好ましくは１～３０秒
不活性ガス供給流量（ガス供給管毎）：０～１０ｓｌｍ
が例示される。
【0059】
なお、本明細書における「２５０～５５０℃」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、「２５０～５５０℃」とは「２５０℃以上５５０℃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の温度または処理室２０１内の温度のことを意味し、処理圧力とは処理室２０１内の圧力のことを意味する。また、ガス供給流量：０ｓｌｍとは、そのガスを供給しないケースを意味する。これらは、以下の説明においても同様である。
【0060】
上述の処理条件下でウエハ２００に対して原料ガスとして、例えば、クロロシラン系ガスを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、Ｃｌを含む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、クロロシラン系ガスの分子の物理吸着や化学吸着、クロロシラン系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、クロロシラン系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、クロロシラン系ガスの分子やクロロシラン系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。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。なお、上述の処理条件下では、ウエハ２００の最表面上へのクロロシラン系ガスの分子やクロロシラン系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が支配的に（優先的に）生じ、クロロシラン系ガスの熱分解によるＳｉの堆積は僅かに生じるか、あるいは、殆ど生じないこととなる。すなわち、上述の処理条件下では、Ｓｉ含有層は、クロロシラン系ガスの分子やクロロシラン系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）を圧倒的に多く含むこととなり、Ｃｌを含むＳｉの堆積層を僅かに含むか、もしくは、殆ど含まないこととなる。
【0061】
Ｓｉ含有層が形成された後、バルブ２４３ａ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、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（パージ）。このとき、バルブ２４３ｄ～２４３ｆを開き、処理室２０１内へ不活性ガスを供給する。不活性ガスはパージガスとして作用する。処理室２０１内はノンプラズマの雰囲気下でパージされることとなる。これにより、処理室２０１内に残留する原料ガスとステップ２で処理室２０１内へ供給されるＮ及びＨ含有ガスとの混合、それによる意図しない反応（例えば、気相反応やプラズマ気相反応）、パーティクルの発生等を抑制することが可能となる。
【0062】
パージにおける処理条件としては、
処理温度：２５０～５５０℃、好ましくは４００～５００℃
処理圧力：１～２０Ｐａ
不活性ガス供給流量（ガス供給管毎）：０．０５～２０ｓｌｍ
不活性ガス供給時間：１～６００秒、好ましくは１～４０秒
が例示される。
処理温度：２５０～５５０℃、好ましくは４００～５００℃
処理圧力：１～２０Ｐａ
不活性ガス供給流量（ガス供給管毎）：０．０５～２０ｓｌｍ
不活性ガス供給時間：１～６００秒、好ましくは１～４０秒
が例示される。
【0063】
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シリコン（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、ハロシラン系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。ハロシラン系ガスとしては、例えば、ＳｉおよびＣｌを含む上述のクロロシラン系ガスを用いることができる。
【0064】
原料ガスとしては、例えば、モノクロロシラン（ＳｉＨ３Ｃｌ、略称：ＭＣＳ）ガス、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２、略称：ＤＣＳ）ガス、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３、略称：ＴＣＳ）ガス、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４、略称：４ＣＳ）ガス、ヘキサクロロジシランガス（Ｓｉ２Ｃｌ６、略称：ＨＣＤＳ）ガス、オクタクロロトリシラン（Ｓｉ３Ｃｌ８、略称：ＯＣＴＳ）ガス等のクロロシラン系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。
【0065】
原料ガスとしては、クロロシラン系ガスの他、例えば、テトラフルオロシラン（ＳｉＦ４）ガス、ジフルオロシラン（ＳｉＨ２Ｆ２）ガス等のフルオロシラン系ガスや、テトラブロモシラン（ＳｉＢｒ４）ガス、ジブロモシラン（ＳｉＨ２Ｂｒ２）ガス等のブロモシラン系ガスや、テトラヨードシラン（ＳｉＩ４）ガス、ジヨードシラン（ＳｉＨ２Ｉ２）ガス等のヨードシラン系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。
【0066】
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、アミノシラン系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、－ＮＨ２，－ＮＨＲ，－ＮＲ２のように表すことができる。なお、Ｒはアルキル基を示し、－ＮＲ２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。
【0067】
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（ＣＨ３）２］４、略称：４ＤＭＡＳ）ガス、トリス（ジメチルアミノ）シラン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］３Ｈ、略称：３ＤＭＡＳ）ガス、ビス（ジエチルアミノ）シラン（Ｓｉ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］２Ｈ２、略称：ＢＤＥＡＳ）ガス、ビス（ターシャリーブチルアミノ）シラン（ＳｉＨ２［ＮＨ（Ｃ４Ｈ９）］２、略称：ＢＴＢＡＳ）ガス、（ジイソプロピルアミノ）シラン（ＳｉＨ３［Ｎ（Ｃ３Ｈ７）２］、略称：ＤＩＰＡＳ）ガス等のアミノシラン系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。
【0068】
不活性ガスとしては、例えば、窒素（Ｎ２）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、クリプトン（Ｋｒ）ガス、ラドン（Ｒｎ）ガス等の希ガスを用いることができる。不活性ガスとしては、これらのうち１以上を用いることができる。この点は、後述する各ステップにおいても同様である。
【0069】
［ステップ２］
ステップ１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Ｓｉ含有層に対してＮ及びＨ含有ガスをプラズマ状態に励起させて供給する。
ステップ１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Ｓｉ含有層に対してＮ及びＨ含有ガスをプラズマ状態に励起させて供給する。
【0070】
具体的には、バルブ２４３ｂを開き、ガス供給管２３２ｂ内へＮ及びＨ含有ガスを流す。Ｎ及びＨ含有ガスは、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の側方から、ウエハ２００に対してＮ及びＨ含有ガスが供給される（Ｎ及びＨ含有ガス供給）。このとき、バルブ２４３ｄ～２４３ｆ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。
【0071】
このとき、第１電極３００ａと第２電極３００ｂとの間にＲＦ電力を印加することで、第１電極３００ａと第２電極３００ｂとの間の領域にプラズマが生成される。これにより、Ｎ及びＨ含有ガスがプラズマ状態に励起されて、ＮＨｘ
＊（ｘは１～３の整数）等の活性種が生成され、ウエハ２００に対して供給されることとなる（プラズマ励起Ｎ及びＨ含有ガス供給）。このとき、ウエハ２００には、ＮＨ＊、ＮＨ２
＊、ＮＨ３
＊等の活性種を含むＮ及びＨ含有ガスが供給されることとなる。なお、＊はラジカルを意味する。以下の説明でも同様である。
【0072】
なお、ウエハ２００に対して、Ｎ及びＨ含有ガスをプラズマ状態に励起させて供給する前に、Ｎ及びＨ含有ガスをプラズマ状態に励起させることなく供給する期間を設けるようにしてもよい。すなわち、ウエハ２００に対して、プラズマ励起Ｎ及びＨ含有ガスを供給する前に、非プラズマ励起Ｎ及びＨ含有ガスを供給するように、すなわち、非プラズマ励起Ｎ及びＨ含有ガスをプリフローするようにしてもよい（非プラズマ励起Ｎ及びＨ含有ガスプリフロー）。この場合、まず、Ｎ及びＨ含有ガスをプラズマ状態に励起させることなく供給し、所定期間経過後に、Ｎ及びＨ含有ガスの供給を継続した状態で、第１電極３００ａと第２電極３００ｂとの間にＲＦ電力を印加するようにすればよい。これにより、より安定したプラズマや活性種を生成させることが可能となる。
【0073】
本ステップにおける処理条件としては、
処理温度：２５０～５５０℃、好ましくは４００～５００℃
処理圧力：２～１００Ｐａ、好ましくは２０～７０Ｐａ
Ｎ及びＨ含有ガス供給流量：０．１～１０ｓｌｍ
Ｎ及びＨ含有ガス供給時間：１０～６００秒、好ましくは１～５０秒
不活性ガス供給流量（ガス供給管毎）：０～１０ｓｌｍ
ＲＦ電力：１００～１０００Ｗ
ＲＦ周波数：１３．５６ＭＨｚまたは２７ＭＨｚ
が例示される。
処理温度：２５０～５５０℃、好ましくは４００～５００℃
処理圧力：２～１００Ｐａ、好ましくは２０～７０Ｐａ
Ｎ及びＨ含有ガス供給流量：０．１～１０ｓｌｍ
Ｎ及びＨ含有ガス供給時間：１０～６００秒、好ましくは１～５０秒
不活性ガス供給流量（ガス供給管毎）：０～１０ｓｌｍ
ＲＦ電力：１００～１０００Ｗ
ＲＦ周波数：１３．５６ＭＨｚまたは２７ＭＨｚ
が例示される。
【0074】
上述の処理条件下でウエハ２００に対してＮ及びＨ含有ガスをプラズマ状態に励起させて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、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、ＮＨｘ
＊等の活性種による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１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。
【0075】
ＳｉＮ層が形成された後、バルブ２４３ｂを閉じ、処理室２０１内へのＮ及びＨ含有ガスの供給を停止する。その後、ステップ３を行うが、その前に、処理室２０１内をノンプラズマの雰囲気下でパージするようにしてもよい。この場合、ステップ１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内から排除することができる（パージ）。これにより、処理室２０１内に残留するプラズマ励起Ｎ及びＨ含有ガスとステップ３で処理室２０１内へ供給されるプラズマ励起不活性ガスとの混合、それによる意図しない反応（例えばプラズマ気相反応）、パーティクルの発生等を抑制することが可能となる。
【0076】
Ｎ及びＨ含有ガスは、窒化剤（窒素源、窒化ガス）として作用する。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。
【0077】
Ｎ及びＨ含有ガスとしては、例えば、アンモニア（ＮＨ３）ガス、ジアゼン（Ｎ２Ｈ２）ガス、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）ガス、Ｎ３Ｈ８ガス等の窒化水素系ガスを用いることができる。Ｎ及びＨ含有ガスとしては、これらのうち１以上を用いることができる。
【0078】
Ｎ及びＨ含有ガスとしては、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。
【0079】
Ｎ及びＨ含有ガスとしては、例えば、モノエチルアミン（Ｃ２Ｈ５ＮＨ２、略称：ＭＥＡ）ガス、ジエチルアミン（（Ｃ２Ｈ５）２ＮＨ、略称：ＤＥＡ）ガス、トリエチルアミン（（Ｃ２Ｈ５）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（ＣＨ３ＮＨ２、略称：ＭＭＡ）ガス、ジメチルアミン（（ＣＨ３）２ＮＨ、略称：ＤＭＡ）ガス、トリメチルアミン（（ＣＨ３）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（（ＣＨ３）ＨＮ２Ｈ２、略称：ＭＭＨ）ガス、ジメチルヒドラジン（（ＣＨ３）２Ｎ２Ｈ２、略称：ＤＭＨ）ガス、トリメチルヒドラジン（（ＣＨ３）２Ｎ２（ＣＨ３）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。Ｎ及びＨ含有ガスとしては、これらのうち１以上を用いることができる。
【0080】
［ステップ３］
ステップ２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ＳｉＮ層に対して不活性ガスをプラズマ状態に励起させて供給する。
ステップ２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ＳｉＮ層に対して不活性ガスをプラズマ状態に励起させて供給する。
【0081】
具体的には、バルブ２４３ｄ～２４３ｆを開き、ガス供給管２３２ｄ～２３２ｆ内へそれぞれ不活性ガスを流す。不活性ガスは、ＭＦＣ２４１ｄ～２４１ｆによりそれぞれ流量調整され、ノズル２４９ａ～２４９ｃのそれぞれを介して処理室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の側方から、ウエハ２００に対して不活性ガスが供給される（不活性ガス供給）。
【0082】
このとき、第１電極３００ａと第２電極３００ｂとの間にＲＦ電力を印加することで、第１電極３００ａと第２電極３００ｂとの間の領域にプラズマが生成される。これにより、不活性ガスがプラズマ状態に励起されて、活性種が生成され、ウエハ２００に対して供給されることとなる（プラズマ励起不活性ガス供給）。このとき、ウエハ２００には、活性種を含む不活性ガスが供給されることとなる。
【0083】
不活性ガスとして、例えばＮ２ガスを用いる場合は、Ｎ２ガスがプラズマ状態に励起されて、Ｎｘ
＊（ｘは１～２の整数）等の活性種が生成され、ウエハ２００に対して供給されることとなる（プラズマ励起Ｎ２ガス供給）。この場合、ウエハ２００には、Ｎ＊、Ｎ２
＊等の活性種を含むＮ２ガスが供給されることとなる。
【0084】
不活性ガスとして、例えばＡｒガスを用いる場合は、Ａｒガスがプラズマ状態に励起されて、Ａｒ＊等の活性種が生成され、ウエハ２００に対して供給されることとなる（プラズマ励起Ａｒガス供給）。このとき、ウエハ２００には、Ａｒ＊等の活性種を含むＡｒガスが供給されることとなる。
【0085】
不活性ガスとして、例えばＨｅガスを用いる場合は、Ｈｅガスがプラズマ状態に励起されて、Ｈｅ＊等の活性種が生成され、ウエハ２００に対して供給されることとなる（プラズマ励起Ｈｅガス供給）。このとき、ウエハ２００には、Ｈｅ＊等の活性種を含むＨｅガスが供給されることとなる。
【0086】
不活性ガスとしては、これらを処理室２０１内で混合させて、混合ガスとして用いることもできる。例えば、不活性ガスとして、Ｎ２ガスとＡｒガスとの混合ガスを用いることもでき、Ｎ２ガスとＨｅガスとの混合ガスを用いることもでき、Ｎ２ガスとＡｒガスとＨｅガスとの混合ガスを用いることもできる。
【0087】
なお、ウエハ２００に対して、不活性ガスをプラズマ状態に励起させて供給する前に、不活性ガスをプラズマ状態に励起させることなく供給する期間を設けるようにしてもよい。すなわち、ウエハ２００に対して、プラズマ励起不活性ガスを供給する前に、非プラズマ励起不活性ガスを供給するように、すなわち、非プラズマ励起不活性ガスをプリフローするようにしてもよい（非プラズマ励起不活性ガスプリフロー）。この場合、まず、不活性ガスをプラズマ状態に励起させることなく供給し、所定期間経過後に、不活性ガスの供給を継続した状態で、第１電極３００ａと第２電極３００ｂとの間にＲＦ電力を印加するようにすればよい。これにより、より安定したプラズマや活性種を生成させることが可能となる。
【0088】
本ステップにおける処理条件としては、
処理温度：２５０～５５０℃、好ましくは４００～５００℃
処理圧力：２～６Ｐａ、好ましくは２．６６～５．３２Ｐａ、より好ましくは３～４Ｐ
ａ
不活性ガス供給流量（ガス供給管毎）：０．０１～２ｓｌｍ
不活性ガス供給時間：１～６００秒、好ましくは１０～６０秒
ＲＦ電力：１００～１０００Ｗ
ＲＦ周波数：１３．５６ＭＨｚまたは２７ＭＨｚ
が例示される。
処理温度：２５０～５５０℃、好ましくは４００～５００℃
処理圧力：２～６Ｐａ、好ましくは２．６６～５．３２Ｐａ、より好ましくは３～４Ｐ
ａ
不活性ガス供給流量（ガス供給管毎）：０．０１～２ｓｌｍ
不活性ガス供給時間：１～６００秒、好ましくは１０～６０秒
ＲＦ電力：１００～１０００Ｗ
ＲＦ周波数：１３．５６ＭＨｚまたは２７ＭＨｚ
が例示される。
【0089】
上述の処理条件下でウエハ２００に対して不活性ガスをプラズマ状態に励起させて供給することにより、ウエハ２００上に形成されたＳｉＮ層が改質される。このとき、ＳｉＮ層に残留していたＣｌ等の不純物は、活性種によるＳｉＮ層の改質反応の過程において、少なくともＣｌ等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、本ステップにて改質された後のＳｉＮ層は、ステップ２で形成されたＳｉＮ層に比べて、Ｃｌ等の不純物が少ない層となる。また、この改質により、ＳｉＮ層は緻密化され、本ステップにて改質後のＳｉＮ層は、ステップ２で形成されたＳｉＮ層に比べて、密度が高い層となる。
【0090】
なお、ステップ２におけるＮＨｘ
＊等の活性種による改質反応により、ステップ２で形成されたＳｉＮ層におけるＣｌ等の不純物の含有量は、ステップ１で形成されたＳｉ含有層におけるＣｌ等の不純物の含有量よりも低減されている。しかしながら、ステップ２で形成されたＳｉＮ層には、ＮＨｘ
＊等の活性種により除去しきれずに、例えば数原子％程度のＣｌ等の不純物が残留することがある。本ステップでは、ＮＨｘ
＊等の活性種により除去しきれずにＳｉＮ層に残留したＣｌ等の不純物を、ＮＨｘ
＊等の活性種とは異なる活性種、例えば、Ｎ＊、Ｎ２
＊、Ａｒ＊、Ｈｅ＊等の活性種により、除去することができる。
【0091】
このとき、本ステップ、すなわち、ステップ３における処理室２０１内の圧力を、ステップ２における処理室２０１内の圧力よりも低くすることが好ましい。さらには、ステップ３における処理室２０１内の圧力を、ステップ２における処理室２０１内の圧力よりも低くし、ステップ２における処理室２０１内の圧力を、ステップ１における処理室２０１内の圧力よりも低くすることが好ましい。これらのように、各ステップ間での圧力バランスを調整することにより、ステップ２において生じるＮＨｘ
＊等の活性種のライフタイムを最適化させることができ、また、ステップ３において生じるＮｘ
＊、Ａｒ＊、Ｈｅ＊等の活性種のライフタイムを最適化させることができる。特に、ステップ３において生じるＮｘ
＊、Ａｒ＊、Ｈｅ＊等の活性種のライフタイムを長期化させることが可能となる。なお、上述のように各ステップ間での圧力バランスを調整するためには、ステップ３おいて供給する不活性ガスの供給流量を、ステップ２において供給するＮ及びＨ含有ガスの供給流量よりも少なくすることが好ましい。すなわち、各ステップにおいて供給する各ガスの供給流量のバランスを制御することにより、各ステップ間での圧力バランスを調整し、各ステップで生じる各活性種のライフタイムをそれぞれ最適化させることも可能となる。
【0092】
また、本ステップでは、処理室２０１内の圧力を、２Ｐａ以上６Ｐａ以下、好ましくは２．６６Ｐａ以上５．３２Ｐａ以下、より好ましくは３Ｐａ以上４Ｐａ以下とするように低圧化させることが望ましい。この場合、本ステップにおける処理圧力を、ステップ１，２における処理圧力よりも低圧化させることが好ましい。なお、本ステップにおいて供給する不活性ガスの流量を、パージにおいて供給する不活性ガスの流量よりも低下させることで、さらには、ステップ２において供給するＮ及びＨ含有ガスの流量よりも低下させることで、このような処理圧力の低圧化を助長することができる。図５は、本ステップにおいて供給する不活性ガスの流量を、パージにおいて供給する不活性ガスの流量よりも低下させることで、さらには、ステップ２において供給するＮ及びＨ含有ガスの流量よりも低下させることで、処理圧力の低圧化を助長する例を示している。
【0093】
本ステップにおいて、処理室２０１内の圧力を、２Ｐａ未満とすると、不活性ガスをプラズマ状態に励起させる際に、活性種と一緒に発生するＮ２
＋、Ａｒ＋、Ｈｅ＋等のイオンの発生量が急激に増加し、ウエハ２００へのイオンアタックが過剰に生じることがある。これにより、最終的に形成されるＳｉＮ膜のウェットエッチングレート（以下、ＷＥＲ）が高くなり、最終的に形成されるＳｉＮ膜のウェットエッチング耐性が低下することがある。これは、ＳｉＮ層の表面層が、イオンによりアタックされることにより、ＳｉＮ層の表面層の密度、ひいては、最終的に形成されるＳｉＮ膜の膜密度が低下することに起因すると考えられる。
【0094】
なお、このイオンアタックは、特に、ウエハ２００の外周部において過剰に生じることがあり、最終的に形成されるＳｉＮ膜のＷＥＲがウエハ２００の外周部において高くなり、最終的に形成されるＳｉＮ膜のウェットエッチング耐性がウエハ２００の外周部において低下する傾向がある。すなわち、このイオンアタックにより、最終的に形成されるＳｉＮ膜のウエハ面内ＷＥＲ均一性、つまり、ウエハ面内ウェットエッチング耐性均一性が悪化することがある。また、このイオンアタックにより、ウエハ２００の外周部におけるＳｉＮ膜の膜構造が壊れ、その部分が疎な膜に変化することがあり、これにより、最終的に形成されるＳｉＮ膜の膜厚がウエハ２００の外周部において厚くなる傾向がある。すなわち、このイオンアタックにより、最終的に形成されるＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性が悪化することがある。
【0095】
これに対し、本ステップにおいて、処理室２０１内の圧力を、２Ｐａ以上とすることで、不活性ガスをプラズマ状態に励起させる際に、活性種と一緒に発生するＮ２
＋、Ａｒ＋、Ｈｅ＋等のイオンの発生量を低減させることができ、ウエハ２００へのイオンアタックの発生を抑制することができるようになる。これにより、最終的に形成されるＳｉＮ膜のＷＥＲが高くなることを回避することができ、最終的に形成されるＳｉＮ膜のウェットエッチング耐性が低下することを回避することが可能となる。これは、イオンは発生するものの、ＳｉＮ層の表面層へのイオンアタックが抑制されることにより、ＳｉＮ層の表面層の密度の低下を抑制することができ、これにより、最終的に形成されるＳｉＮ膜の膜密度の低下を抑制することができるためと考えられる。
【0096】
そして、このイオンアタックの抑制により、最終的に形成されるＳｉＮ膜のＷＥＲがウエハ２００の外周部において高くなり、最終的に形成されるＳｉＮ膜のウェットエッチング耐性がウエハ２００の外周部において低下する傾向を解消することも可能となる。すなわち、このイオンアタックの抑制により、最終的に形成されるＳｉＮ膜のウエハ面内ＷＥＲ均一性、つまり、ウエハ面内ウェットエッチング耐性均一性の悪化を抑制することが可能となる。また、このイオンアタックの抑制により、最終的に形成されるＳｉＮ膜の膜厚がウエハ２００の外周部において厚くなる傾向を解消することも可能となる。すなわち、このイオンアタックの抑制により、最終的に形成されるＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性の悪化を抑制することも可能となる。
【0097】
なお、本ステップにおいて、処理室２０１内の圧力を、２．６６Ｐａ以上とすることで、イオンアタック抑制効果をより高めることができ、上述の効果がより十分に得られるようになる。また、本ステップにおいて、処理室２０１内の圧力を、３Ｐａ以上とすることで、イオンアタック抑制効果をさらに高めることができ、上述の効果がさらに十分に得られるようになる。
【0098】
本ステップにおいて、処理室２０１内の圧力を、６Ｐａを上回る圧力とすると、不活性ガスをプラズマ状態に励起させる際に生じるＮｘ
＊、Ａｒ＊、Ｈｅ＊等の活性種のライフタイムが短くなり、活性種がウエハ２００の中央部まで到達しにくくなることがある。すなわち、不活性ガスをプラズマ状態に励起させる際に生じるＮｘ
＊、Ａｒ＊、Ｈｅ＊等の活性種が、ウエハ２００の中央部に到達する前に失活する割合が高くなることがある。これにより、最終的に形成されるＳｉＮ膜のＷＥＲがウエハ２００の中央部において高くなり、結果として、最終的に形成されるＳｉＮ膜のウェットエッチング耐性がウエハ２００の中央部において低下することがある。すなわち、最終的に形成されるＳｉＮ膜のウエハ面内ＷＥＲ均一性、つまり、ウエハ面内ウェットエッチング耐性均一性が悪化することがある。また、Ｎｘ
＊、Ａｒ＊、Ｈｅ＊等の活性種が、ウエハ中央部まで、到達する前に失活する割合が高くなることにより、ウエハ中央部における膜の緻密化の効果が不十分となり、最終的に形成されるＳｉＮ膜の膜厚がウエハ２００の中央部において厚くなることがある。すなわち、最終的に形成されるＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性が悪化することがある。これらは、活性種が届きやすいウエハ２００の外周部におけるＳｉＮ層の改質効果が十分であるのに対し、活性種が届きにくいウエハ２００の中央部におけるＳｉＮ層の改質効果が不十分となることで、ウエハ２００の外周部と中央部とで、ＳｉＮ層の改質効果に差が生じるためと考えられる。
【0099】
これに対し、本ステップにおいて、処理室２０１内の圧力を、６Ｐａ以下とすることで、不活性ガスをプラズマ状態に励起させる際に生じるＮｘ
＊、Ａｒ＊、Ｈｅ＊等の活性種のライフタイムを長期化させることができ、Ｎｘ
＊、Ａｒ＊、Ｈｅ＊等の活性種をウエハ２００の中央部まで十分に到達させることが可能となる。これにより、最終的に形成されるＳｉＮ膜のＷＥＲがウエハ２００の中央部において高くなることを回避することができ、最終的に形成されるＳｉＮ膜のウェットエッチング耐性がウエハ２００の中央部において低下することを回避することが可能となる。すなわち、最終的に形成されるＳｉＮ膜のウエハ面内ＷＥＲ均一性、つまり、ウエハ面内ウェットエッチング耐性均一性の悪化を抑制することが可能となる。また、Ｎｘ
＊、Ａｒ＊、Ｈｅ＊等の活性種をウエハ２００の中央部まで十分に到達させることが可能となることにより、最終的に形成されるＳｉＮ膜の膜厚がウエハ２００の中央部において厚くなることを回避することが可能となる。すなわち、最終的に形成されるＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性の悪化を抑制することが可能となる。これらは、ウエハ２００の外周部におけるＳｉＮ層の改質効果が十分に得られるだけでなく、ウエハ２００の中央部におけるＳｉＮ層の改質効果も十分に得られるためと考えられる。また、ウエハ２００の外周部におけるＳｉＮ層の緻密化の効果が十分に得られるだけでなく、ウエハ２００の中央部におけるＳｉＮ層の緻密化の効果も十分に得られるためと考えられる。
【0100】
なお、本ステップにおいて、処理室２０１内の圧力を、５．３２Ｐａ以下とすることで、Ｎｘ
＊、Ａｒ＊、Ｈｅ＊等の活性種のライフタイム向上効果をより高めることができ、上述の効果がより十分に得られるようになる。また、本ステップにおいて、処理室２０１内の圧力を、４Ｐａ以下とすることで、Ｎｘ
＊、Ａｒ＊、Ｈｅ＊等の活性種のライフタイム向上効果をさらに高めることができ、上述の効果がさらに十分に得られるようになる。
【0101】
以上のことから、本ステップでは、処理室２０１内の圧力を、２Ｐａ以上６Ｐａ以下、好ましくは２．６６Ｐａ以上５．３２Ｐａ以下、より好ましくは３Ｐａ以上４Ｐａ以下とすることが望ましい。
【0102】
また、本ステップ（ステップ３）において不活性ガスをプラズマ状態に励起させて供給する時間を、ステップ２においてＮ及びＨ含有ガスをプラズマ状態に励起させて供給する時間よりも長くすることが好ましい。また、本ステップ（ステップ３）において不活性ガスをプラズマ状態に励起させて供給する時間を、ステップ１において原料ガスを供給する時間よりも長くすることが好ましい。さらには、本ステップ（ステップ３）において不活性ガスをプラズマ状態に励起させて供給する時間を、ステップ２においてＮ及びＨ含有ガスをプラズマ状態に励起させて供給する時間よりも長くし、ステップ２においてＮ及びＨ含有ガスをプラズマ状態に励起させて供給する時間を、ステップ１において原料ガスを供給する時間よりも長くすることが好ましい。各ステップ間で、このようなウエハ２００へのガスや活性種の曝露時間（以下、活性種の曝露時間、ガス等の曝露時間とも称する）のバランスを調整することにより、ステップ２においてＮＨｘ
＊等の活性種により生じさせる改質反応を最適化させることができ、また、ステップ３においてＮｘ
＊、Ａｒ＊、Ｈｅ＊等の活性種により生じさせる改質反応を最適化させることができる。特に、ステップ３におけるＮｘ
＊、Ａｒ＊、Ｈｅ＊等の活性種による改質反応を最適化させることが可能となる。
【0103】
ＳｉＮ層の改質処理が終了した後、電極３００へのＲＦ電力の印加を停止し、ウエハ２００へのプラズマ励起不活性ガスの供給を停止する。上述のサイクルを複数回繰り返す場合、ステップ３が終了した後、再び、ステップ１を行うが、その前に、処理室２０１内をノンプラズマの雰囲気下でパージするようにしてもよい。この場合、ステップ１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内から排除することができる（パージ）。これにより、処理室２０１内に残留するプラズマ励起不活性ガスとステップ１で処理室２０１内へ供給される原料ガスとの混合、それによる意図しない反応（例えば、気相反応やプラズマ気相反応）、パーティクルの発生等を抑制することが可能となる。
【0104】
不活性ガスとしては、例えば、窒素（Ｎ２）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、クリプトン（Ｋｒ）ガス、ラドン（Ｒｎ）ガス等の希ガスを用いることができる。不活性ガスとしては、これらのうち１以上を用いることができる。
【0105】
［サイクルの所定回数実施］
上述のステップ１，２，３を非同時に、すなわち、同期させることなく行うサイクルを所定回数（ｎ回、ｎは１以上の整数）行うことにより、ウエハ２００の表面を下地として、この下地上に、所定の厚さの膜として、例えば、所定の厚さのシリコン窒化膜（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。なお、反応ガスとして、Ｎ，Ｃ及びＨ含有ガスを用いる場合、ステップ２において、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。
上述のステップ１，２，３を非同時に、すなわち、同期させることなく行うサイクルを所定回数（ｎ回、ｎは１以上の整数）行うことにより、ウエハ２００の表面を下地として、この下地上に、所定の厚さの膜として、例えば、所定の厚さのシリコン窒化膜（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。なお、反応ガスとして、Ｎ，Ｃ及びＨ含有ガスを用いる場合、ステップ２において、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。
【0106】
（アフターパージおよび大気圧復帰）
ウエハ２００上へ所望の厚さのＳｉＮ膜を形成する処理が完了した後、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）。
ウエハ２００上へ所望の厚さのＳｉＮ膜を形成する処理が完了した後、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）。
【0107】
（ボートアンロード）
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）。
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）。
【0108】
（ウエハ冷却）
ボートアンロード後、すなわち、シャッタクローズ後、処理済のウエハ２００は、ボート２１７に支持された状態で、取り出し可能な所定の温度となるまで冷却される（ウエハ冷却）。
ボートアンロード後、すなわち、シャッタクローズ後、処理済のウエハ２００は、ボート２１７に支持された状態で、取り出し可能な所定の温度となるまで冷却される（ウエハ冷却）。
【0109】
（ウエハディスチャージ）
ウエハ冷却後、取り出し可能な所定の温度となるまで冷却された処理済のウエハ２００は、ボート２１７より取り出される（ウエハディスチャージ）。
ウエハ冷却後、取り出し可能な所定の温度となるまで冷却された処理済のウエハ２００は、ボート２１７より取り出される（ウエハディスチャージ）。
【0110】
このようにして、ウエハ２００上に膜を形成する一連の処理が終了する。これら一連の処理は、所定回数行われることとなる。
【0111】
なお、本態様では、成膜処理を、処理室２０１内で複数枚のウエハ２００をボート２１７により支持した状態で行う例について説明した。この場合、図７（ａ）に示すように、成膜処理を行う際に、複数枚のウエハ２００の間隔（配列ピッチ）を、ボート２１７により支持可能な最大枚数のウエハ２００を支持する場合におけるウエハ２００の間隔（配列ピッチ）とすることもできる。なお、ウエハ２００の間隔（配列ピッチ）とは、隣接するウエハ２００間の間隔（距離）のことを意味する。例えば、ボート２１７により支持可能なウエハ２００の最大枚数が１００枚である場合に、１００枚のウエハ２００を、ボート２１７の支持部２１７ｂにより、それぞれ支持した状態で、成膜処理を行うようにしてもよい。なお、図７（ａ）におけるウエハ２００の間隔（配列ピッチ）、すなわち、各ウエハ２００を支持する支持部２１７ｂの間隔（配列ピッチ）を、例えば６～１２ｍｍとすることができる。
【0112】
また、例えば、図７（ｂ）や図７（ｃ）に示すように、成膜処理を行う際に、複数枚のウエハ２００の間隔（配列ピッチ）を、ボート２１７により支持可能な最大枚数のウエハ２００を支持する場合におけるウエハ２００の間隔（配列ピッチ）よりも大きくするようにしてもよい。これにより、活性種が、隣接するウエハ２００間を流れる際に、ウエハ２００と衝突することで、失活してしまうことを抑制することができ、活性種がウエハ２００の中央部まで到達する確率を高くすることが可能となる。これにより、最終的に形成されるＳｉＮ膜のＷＥＲがウエハ２００の中央部において高くなることを抑制することができ、最終的に形成されるＳｉＮ膜のウェットエッチング耐性がウエハ２００の中央部において低下することを抑制することが可能となる。すなわち、最終的に形成されるＳｉＮ膜のウエハ面内ＷＥＲ均一性、つまり、ウエハ面内ウェットエッチング耐性均一性の悪化を抑制することが可能となる。また、最終的に形成されるＳｉＮ膜の膜厚がウエハ２００の中央部において厚くなることを抑制することが可能となる。すなわち、最終的に形成されるＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性の悪化を抑制することが可能となる。特に、Ｎｘ
＊、Ａｒ＊、Ｈｅ＊等の活性種、中でも、Ｎｘ
＊等の活性種は比較的ライフタイムが短く、失活し易いことから、ステップ３において、この効果が特に顕著に生じることとなる。
【0113】
この場合、例えば、図７（ｂ）に示すように、成膜処理を行う際に、複数枚のウエハ２００の間隔（配列ピッチ）を、ボート２１７により支持可能な最大枚数のウエハ２００を支持する場合におけるウエハ２００の間隔（配列ピッチ）の２倍以上とするようにしてもよい。例えば、ボート２１７により支持可能なウエハ２００の最大枚数が１２０枚である場合に、６０枚のウエハ２００を、ボート２１７の支持部２１７ｂにより、１枚おきにそれぞれ支持した状態で、成膜処理を行うようにしてもよい。この場合、ウエハ２００の間隔（配列ピッチ）を、例えば１２～２４ｍｍ以上とすることができる。これにより、活性種が、ウエハ２００と衝突することで、失活してしまうことを、より抑制することができ、活性種がウエハ２００の中央部まで到達する確率を、より高くすることが可能となる。これにより、最終的に形成されるＳｉＮ膜のＷＥＲがウエハ２００の中央部において高くなることを十分に抑制することができ、最終的に形成されるＳｉＮ膜のウェットエッチング耐性がウエハ２００の中央部において低下することを十分に抑制することが可能となる。すなわち、最終的に形成されるＳｉＮ膜のウエハ面内ＷＥＲ均一性、つまり、ウエハ面内ウェットエッチング耐性均一性の悪化を、十分に抑制することが可能となる。また、最終的に形成されるＳｉＮ膜の膜厚がウエハ２００の中央部において厚くなることを十分に抑制することが可能となる。すなわち、最終的に形成されるＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性の悪化を、十分に抑制することが可能となる。特に、Ｎｘ
＊、Ａｒ＊、Ｈｅ＊等の活性種、中でも、Ｎｘ
＊等の活性種は比較的ライフタイムが短く、失活し易いことから、ステップ３において、この効果が特に顕著に生じることとなる。
【0114】
また、この場合、成膜処理を行う際に、複数枚のウエハ２００の間隔（配列ピッチ）を、ボート２１７により支持可能な最大枚数のウエハ２００を支持する場合におけるウエハ２００の間隔（配列ピッチ）の３倍以上とするようにしてもよい。例えば、ボート２１７により支持可能なウエハ２００の最大枚数が１２０枚である場合に、４０枚のウエハ２００を、ボート２１７の支持部２１７ｂにより、２枚おきにそれぞれ支持した状態で、成膜処理を行うようにしてもよい。この場合、ウエハ２００の間隔（配列ピッチ）を、例えば１８～３６ｍｍ以上とすることができる。これにより、活性種が、ウエハ２００と衝突することで、失活してしまうことを、よりいっそう抑制することができ、活性種がウエハ２００の中央部まで到達する確率を、よりいっそう高くすることが可能となる。これにより、最終的に形成されるＳｉＮ膜のＷＥＲがウエハ２００の中央部において高くなることを、より十分に抑制することができ、最終的に形成されるＳｉＮ膜のウェットエッチング耐性がウエハ２００の中央部において低下することを、より十分に抑制することが可能となる。すなわち、最終的に形成されるＳｉＮ膜のウエハ面内ＷＥＲ均一性、つまり、ウエハ面内ウェットエッチング耐性均一性の悪化を、より十分に抑制することが可能となる。また、最終的に形成されるＳｉＮ膜の膜厚がウエハ２００の中央部において厚くなることを、より十分に抑制することが可能となる。すなわち、最終的に形成されるＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性の悪化を、より十分に抑制することが可能となる。特に、Ｎｘ
＊、Ａｒ＊、Ｈｅ＊等の活性種、中でも、Ｎｘ
＊等の活性種は比較的ライフタイムが短く、失活し易いことから、ステップ３において、この効果が特に顕著に生じることとなる。
【0115】
また、この場合、例えば、図７（ｃ）に示すように、成膜処理を行う際に、複数枚のウエハ２００の間隔（配列ピッチ）を、ボート２１７により支持可能な最大枚数のウエハ２００を支持する場合におけるウエハ２００の間隔（配列ピッチ）の４倍以上とするようにしてもよい。例えば、ボート２１７により支持可能なウエハ２００の最大枚数が１２０枚である場合に、３０枚のウエハ２００を、ボート２１７の支持部２１７ｂにより、３枚おきにそれぞれ支持した状態で、成膜処理を行うようにしてもよい。この場合、ウエハ２００の間隔（配列ピッチ）を、例えば２４～４８ｍｍ以上とすることができる。これにより、活性種が、ウエハ２００と衝突することで、失活してしまうことを、さらに抑制することができ、活性種がウエハ２００の中央部まで到達する確率を、さらに高くすることが可能となる。これにより、最終的に形成されるＳｉＮ膜のＷＥＲがウエハ２００の中央部において高くなることを、さらに抑制することができ、最終的に形成されるＳｉＮ膜のウェットエッチング耐性がウエハ２００の中央部において低下することを、さらに抑制することが可能となる。すなわち、最終的に形成されるＳｉＮ膜のウエハ面内ＷＥＲ均一性、つまり、ウエハ面内ウェットエッチング耐性均一性の悪化を、さらに抑制することが可能となる。また、最終的に形成されるＳｉＮ膜の膜厚がウエハ２００の中央部において厚くなることを、さらに抑制することが可能となる。すなわち、最終的に形成されるＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性の悪化を、さらに抑制することが可能となる。特に、Ｎｘ
＊、Ａｒ＊、Ｈｅ＊等の活性種、中でも、Ｎｘ
＊等の活性種は比較的ライフタイムが短く、失活し易いことから、ステップ３において、この効果が特に顕著に生じることとなる。
【0116】
ただし、ウエハ２００の間隔（配列ピッチ）を大きくし過ぎると、１度に成膜処理可能なウエハ２００の枚数が減少し、生産性が低下することがある。生産性を実用レベルとすることを考慮すると、ウエハ２００の間隔（配列ピッチ）を、ボート２１７により支持可能な最大枚数のウエハ２００を支持する場合におけるウエハ２００の間隔（配列ピッチ）の５倍以下とすることが好ましい。この場合、ウエハ２００の間隔（配列ピッチ）を、例えば３０～６０ｍｍ以下とすることができる。
【0117】
これらのことから、活性種がウエハ２００の中央部まで到達する確率を高くし、生産性を実用レベルとするには、複数枚のウエハ２００の間隔（配列ピッチ）を、例えば１２ｍｍ以上６０ｍｍ以下とすることが好ましいといえる。
【0118】
なお、生産性を実用レベルとしつつ、活性種がウエハ２００の中央部まで到達する確率をより高くするには、複数枚のウエハ２００の間隔（配列ピッチ）を、例えば１５ｍｍ以上６０ｍｍ以下とすることが好ましい。生産性を実用レベルとしつつ、活性種がウエハ２００の中央部まで到達する確率をさらに高くするには、複数枚のウエハ２００の間隔（配列ピッチ）を、例えば、１８ｍｍ以上６０ｍｍ以下とすることが好ましく、２４ｍｍ以上６０ｍｍ以下とすることがより好ましく、３６ｍｍ以上６０ｍｍ以下とすることがさらに好ましく、４８ｍｍ以上６０ｍｍ以下とすることがさらに好ましい。これらは、活性種のウエハ２００の中央部への到達確率をより重視したウエハ２００の配列ピッチということができる。
【0119】
また、活性種がウエハ２００の中央部まで到達する確率を高くしつつ、生産性をより高くするには、複数枚のウエハ２００の間隔（配列ピッチ）を、例えば、１２ｍｍ以上４８ｍｍ以下とすることが好ましく、１２ｍｍ以上４０ｍｍ以下とすることがより好ましく、１２ｍｍ以上３６ｍｍ以下とすることがさらに好ましく、１２ｍｍ以上３０ｍｍ以下とすることがさらに好ましい。これらは、生産性をより重視したウエハ２００の配列ピッチということができる。
【0120】
なお、上述の複数枚のウエハ２００の間隔（配列ピッチ）の数値範囲の上限値と下限値は、活性種がウエハ２００の中央部まで到達する確率と生産性とのバランスを考慮して、適宜組み合わせることができる。また、これらの場合、支持部２１７ｂの間隔（配列ピッチ）が、例えば６～１２ｍｍであるボート２１７により、数枚おきにウエハ２００を支持する場合に限らず、支持部２１７ｂの間隔（配列ピッチ）そのものを、上述の数値範囲としたボート２１７により、ウエハ２００を支持するようにしてもよい。
【0121】
（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。
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。
【0122】
（ａ）ステップ３における処理室２０１内の圧力を、ステップ２における処理室２０１内の圧力よりも低くするように、各ステップ間での圧力バランスを調整することにより、ステップ３において生じる比較的ライフタイムが短く、失活し易い傾向にあるＮｘ
＊、Ａｒ＊、Ｈｅ＊等の活性種のライフタイムを最適化させることが可能となる。これにより、ステップ３におけるＳｉＮ層の改質効果を高めることが可能となる。結果として、最終的に形成されるＳｉＮ膜のＷＥＲを低くすることができ、最終的に形成されるＳｉＮ膜のウェットエッチング耐性を向上させることが可能となる。また、最終的に形成されるＳｉＮ膜を緻密化させることもでき、膜密度が高いＳｉＮ膜を形成することが可能となる。すなわち、最終的に形成されるＳｉＮ膜の膜質を向上させることが可能となり、高品質なＳｉＮ膜を形成することが可能となる。なお、上述のように各ステップ間での圧力バランスを調整するためには、ステップ３おいて供給する不活性ガスの供給流量を、ステップ２において供給するＮ及びＨ含有ガスの供給流量よりも少なくすることが好ましい。
【0123】
さらに、ステップ３における処理室２０１内の圧力を、ステップ２における処理室２０１内の圧力よりも低くし、ステップ２における処理室２０１内の圧力を、ステップ１における処理室２０１内の圧力よりも低くするように、各ステップ間での圧力バランスを調整することが好ましい。これにより、ステップ２において生じるＮＨｘ
＊等の活性種のライフタイムを最適化させることができ、また、ステップ３において生じる比較的ライフタイムが短く、失活し易い傾向にあるＮｘ
＊、Ａｒ＊、Ｈｅ＊等の活性種のライフタイムを最適化させることが可能となる。特に、ステップ３において生じるＮｘ
＊、Ａｒ＊、Ｈｅ＊等の活性種のライフタイムを、より長期化させることが可能となる。これにより、ステップ３におけるＳｉＮ層の改質効果を高めることが可能となる。結果として、最終的に形成されるＳｉＮ膜のＷＥＲを低くすることができ、最終的に形成されるＳｉＮ膜のウェットエッチング耐性を向上させることが可能となる。すなわち、最終的に形成されるＳｉＮ膜の膜質を向上させることが可能となり、高品質なＳｉＮ膜を形成することが可能となる。
【0124】
（ｂ）ステップ３における処理室２０１内の圧力を、２Ｐａ以上、好ましくは２．６６Ｐａ以上、より好ましくは３Ｐａ以上とすることにより、不活性ガスをプラズマ状態に励起させる際に、活性種と一緒に発生するＮ２
＋、Ａｒ＋、Ｈｅ＋等のイオンの発生量を低減させることができ、ウエハ２００へのイオンアタックを抑制することができるようになる。これにより、最終的に形成されるＳｉＮ膜のＷＥＲが高くなることを回避することができ、最終的に形成されるＳｉＮ膜のウェットエッチング耐性が低下することを回避することが可能となる。また、イオンアタックの抑制により、最終的に形成されるＳｉＮ膜のＷＥＲがウエハ２００の外周部において高くなる傾向を解消することが可能となり、最終的に形成されるＳｉＮ膜のウェットエッチング耐性がウエハ２００の外周部において低下する傾向を解消することが可能となる。すなわち、最終的に形成されるＳｉＮ膜のウエハ面内ＷＥＲ均一性、つまり、ウエハ面内ウェットエッチング耐性均一性の悪化を抑制することが可能となる。また、イオンアタックの抑制により、最終的に形成されるＳｉＮ膜の膜厚がウエハ２００の外周部において厚くなる傾向を解消することが可能となる。すなわち、最終的に形成されるＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性の悪化を抑制することが可能となる。
【0125】
（ｃ）ステップ３における処理室２０１内の圧力を、６Ｐａ以下、好ましくは５．３２Ｐａ以下、より好ましくは４Ｐａ以下とすることにより、不活性ガスをプラズマ状態に励起させる際に生じるＮｘ
＊、Ａｒ＊、Ｈｅ＊等の活性種のライフタイムを長期化させることができ、活性種をウエハ２００の中央部まで十分に到達させることが可能となる。これにより、最終的に形成されるＳｉＮ膜のＷＥＲがウエハ２００の中央部において高くなることを回避することができ、最終的に形成されるＳｉＮ膜のウェットエッチング耐性がウエハ２００の中央部において低下することを回避することが可能となる。すなわち、最終的に形成されるＳｉＮ膜のウエハ面内ＷＥＲ均一性、つまり、ウエハ面内ウェットエッチング耐性均一性の悪化を抑制することが可能となる。また、Ｎｘ
＊、Ａｒ＊、Ｈｅ＊等の活性種をウエハ２００の中央部まで十分に到達させることが可能となることにより、最終的に形成されるＳｉＮ膜の膜厚がウエハ２００の中央部において厚くなることを回避することが可能となる。すなわち、最終的に形成されるＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性の悪化を抑制することが可能となる。
【0126】
（ｄ）ステップ３において不活性ガスをプラズマ状態に励起させて供給する時間を、ステップ２においてＮ及びＨ含有ガスをプラズマ状態に励起させて供給する時間よりも長くするように、各ステップ間でのウエハ２００への活性種の曝露時間のバランスを調整することにより、ステップ３においてＮｘ
＊、Ａｒ＊、Ｈｅ＊等の活性種により生じさせる改質反応を最適化させることができる。すなわち、上述の改質反応をより適正に生じさせることが可能となる。なお、ステップ３において不活性ガスをプラズマ状態に励起させて供給する時間を、ステップ２においてＮ及びＨ含有ガスをプラズマ状態に励起させて供給する時間よりも短くした場合、Ｎｘ
＊、Ａｒ＊、Ｈｅ＊等の活性種による改質効果が不十分となることがある。
【0127】
また、ステップ３において不活性ガスをプラズマ状態に励起させて供給する時間を、ステップ１において原料ガスを供給する時間よりも長くするように、各ステップ間でのウエハ２００へのガス等の曝露時間のバランスを調整することが好ましい。これにより、ステップ３においてＮｘ
＊、Ａｒ＊、Ｈｅ＊等の活性種により生じさせる改質反応を最適化させることができる。すなわち、上述の改質反応をより適正に生じさせることが可能となる。なお、ステップ３において不活性ガスをプラズマ状態に励起させて供給する時間を、ステップ１において原料ガスを供給する時間よりも短くした場合、Ｎｘ
＊、Ａｒ＊、Ｈｅ＊等の活性種による改質効果が不十分となることがある。
【0128】
さらに、ステップ３において不活性ガスをプラズマ状態に励起させて供給する時間を、ステップ２においてＮ及びＨ含有ガスをプラズマ状態に励起させて供給する時間よりも長くし、ステップ２においてＮ及びＨ含有ガスをプラズマ状態に励起させて供給する時間を、ステップ１において原料ガスを供給する時間よりも長くするように、各ステップ間でのウエハ２００へのガス等の曝露時間のバランスを調整することが好ましい。これにより、ステップ２においてＮＨｘ
＊等の活性種により生じさせる改質反応を最適化させることができ、また、ステップ３においてＮｘ
＊、Ａｒ＊、Ｈｅ＊等の活性種により生じさせる改質反応を最適化させることができる。特に、ステップ３におけるＮｘ
＊、Ａｒ＊、Ｈｅ＊等の活性種による改質反応を、より最適化させることが可能となる。すなわち、上述の改質反応をより適正に生じさせることが可能となる。
【0129】
（ｅ）ステップ３において、処理容器の外部に設けられた電極３００に電力を印加することで、処理容器の内部で不活性ガスをプラズマ状態に励起させることにより、異常放電の発生を防止することが可能となる。これにより、処理容器内の部材へのダメージや、ウエハ２００へのダメージを抑制することができ、さらに、パーティクルの発生を抑制することが可能となる。
【0130】
なお、例えば、処理容器内に連通するプラズマ生成室内にプラズマ生成用の電極を設け、プラズマ生成室内で不活性ガスを、上述のような圧力条件下でプラズマ状態に励起させて、処理容器内へ噴出させる場合は、異常放電が生じることがある。すなわち、この場合、プラズマ生成室内で発生させた活性種を、プラズマ生成室内から処理容器内へ噴出させる噴出口付近において、制御困難な局所的な放電がランダムに発生することがある。このような異常放電がプラズマ生成室内で発生すると、プラズマ生成室を構成する隔壁の内壁やプラズマ生成室内に設けられるノズル等へのダメージが生じることがある。また、このような異常放電がプラズマ生成室外、すなわち、処理容器内で発生すると、処理容器内の部材や、ウエハへのダメージが生じることがある。また、いずれの場合も、パーティクルを誘発させることがある。なお、処理圧力を低圧化させるほど、活性種の平均自由行程が長くなり、噴出口の内壁へのチャージアップ量が増加し、そこから噴出口の外へ伸びる電場が強まることがある。その結果、異常放電を発生させるのに十分な運動エネルギーが、その電場加速を介してプラズマ電子へ与えられることがある。すなわち、処理圧力を低圧化させるほど、異常放電が生じやすくなる。
【0131】
これに対し、処理容器の外部に設けられた電極３００に電力を印加することで、処理容器の内部で不活性ガスをプラズマ状態に励起させることにより、上述の異常放電の発生を防止することができ、処理容器内の部材へのダメージやウエハ２００へのダメージを抑制することができ、パーティクルの発生を抑制することが可能となる。なお、処理圧力を低圧化するほど、この効果が特に顕著に生じることとなる。
【0132】
なお、ステップ２においても、処理容器の外部に設けられた電極３００に電力を印加することにより、処理容器の内部でＮ及びＨ含有ガスをプラズマ状態に励起させることにより、異常放電の発生を防止することが可能となる。これにより、処理容器内の部材へのダメージや、ウエハ２００へのダメージを抑制することができ、さらに、パーティクルの発生を抑制することが可能となる。
【0133】
（ｆ）成膜処理を行う際に、複数枚のウエハ２００の間隔（配列ピッチ）を、ボート２１７により支持可能な最大枚数のウエハ２００を支持する場合におけるウエハ２００の間隔（配列ピッチ）よりも大きくすることにより、活性種のウエハ２００との衝突による失活を抑制することが可能となる。結果として、活性種がウエハ２００の中央部まで到達する確率を高くすることが可能となる。これにより、最終的に形成されるＳｉＮ膜のＷＥＲがウエハ２００の中央部において高くなることを抑制することができ、最終的に形成されるＳｉＮ膜のウェットエッチング耐性がウエハ２００の中央部において低下することを抑制することが可能となる。すなわち、最終的に形成されるＳｉＮ膜のウエハ面内ＷＥＲ均一性、つまり、ウエハ面内ウェットエッチング耐性均一性の悪化を抑制することが可能となる。また、最終的に形成されるＳｉＮ膜の膜厚がウエハ２００の中央部において厚くなることを抑制することが可能となる。すなわち、最終的に形成されるＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性の悪化を抑制することが可能となる。特に、Ｎｘ
＊、Ａｒ＊、Ｈｅ＊等の活性種、中でも、Ｎｘ
＊等の活性種は比較的ライフタイムが短く、失活し易いことから、ステップ３において、この効果が特に顕著に生じることとなる。すなわち、Ｎ２ガス、Ａｒガス、Ｈｅガス等の不活性ガス、中でも、Ｎ２ガスをプラズマ状態に励起させてウエハ２００に対して供給する場合に、この効果が特に顕著に生じることとなる。
【0134】
例えば、成膜処理を行う際に、複数枚のウエハ２００の間隔（配列ピッチ）を、ボート２１７により支持可能な最大枚数のウエハ２００を支持する場合におけるウエハ２００の間隔（配列ピッチ）の２倍以上とするようにしてもよい。この場合、ウエハ２００の間隔（配列ピッチ）を、例えば１２～２４ｍｍ以上とすることができる。これにより、活性種のウエハ２００との衝突による失活を、より抑制することができ、活性種がウエハ２００の中央部まで到達する確率を、より高くすることが可能となり、上述の効果が十分に得られるようになる。
【0135】
また、例えば、成膜処理を行う際に、複数枚のウエハ２００の間隔（配列ピッチ）を、ボート２１７により支持可能な最大枚数のウエハ２００を支持する場合におけるウエハ２００の間隔（配列ピッチ）の３倍以上とするようにしてもよい。この場合、ウエハ２００の間隔（配列ピッチ）を、例えば１８～３６ｍｍ以上とすることができる。これにより、活性種のウエハ２００との衝突による失活を、よりいっそう抑制することができ、活性種がウエハ２００の中央部まで到達する確率を、よりいっそう高くすることが可能となり、上述の効果がより十分に得られるようになる。
【0136】
また、例えば、成膜処理を行う際に、複数枚のウエハ２００の間隔（配列ピッチ）を、ボート２１７により支持可能な最大枚数のウエハ２００を支持する場合におけるウエハ２００の間隔（配列ピッチ）の４倍以上とするようにしてもよい。この場合、ウエハ２００の間隔（配列ピッチ）を、例えば２４～４８ｍｍ以上とすることができる。これにより、活性種のウエハ２００との衝突による失活を、さらに抑制することができ、活性種がウエハ２００の中央部まで到達する確率を、さらに高くすることが可能となり、上述の効果が、より十分に得られるようになる。
【0137】
（ｇ）上述の各種効果は、ステップ３において、ウエハ２００の側方から、ウエハ２００に対して、不活性ガスをプラズマ状態に励起させて供給する場合に、特に顕著に生じることとなる。また、上述の各種効果は、ステップ２において、ウエハ２００の側方から、ウエハ２００に対して、Ｎ及びＨ含有ガスをプラズマ状態に励起させて供給する場合に、特に顕著に生じることとなる。また、上述の各種効果は、ステップ１において、ウエハ２００の側方から、ウエハ２００に対して、原料ガスを供給する場合に、特に顕著に生じることとなる。ただし、本開示は、各種ガスをウエハ２００の側方から、ウエハ２００に対して供給する場合に限定されるものではない。
【0138】
（ｈ）プラズマを用いて低温で成膜を行う場合、膜のウェットエッチング耐性が低下し、膜質が悪化することがある。しかしながら、本態様によれば、プラズマを用いて低温で成膜を行う場合であっても、上述の各種効果を得ることができ、高品質な膜を形成することが可能となる。
【0139】
（４）変形例
本態様における処理シーケンスは、以下に示す変形例のように変更することができる。これらの変形例は、任意に組み合わせることができる。特に説明がない限り、各変形例の各ステップにおける処理手順、処理条件は、上述の処理シーケンスの各ステップにおける処理手順、処理条件と同様とすることができる。
本態様における処理シーケンスは、以下に示す変形例のように変更することができる。これらの変形例は、任意に組み合わせることができる。特に説明がない限り、各変形例の各ステップにおける処理手順、処理条件は、上述の処理シーケンスの各ステップにおける処理手順、処理条件と同様とすることができる。
【0140】
（変形例１）
原料ガスとして、Ｓｉ－Ｎ結合を含む原料ガスを用いることにより、原料ガスを、Ｓｉソースとして作用させるだけでなく、Ｎソースとしても作用させることができ、Ｎ及びＨ含有ガスの供給を省略することもできる。すなわち、成膜処理では、図６および以下に示す処理シーケンスにより、ウエハ２００上にＳｉＮ膜を形成するようにしてもよい。
原料ガスとして、Ｓｉ－Ｎ結合を含む原料ガスを用いることにより、原料ガスを、Ｓｉソースとして作用させるだけでなく、Ｎソースとしても作用させることができ、Ｎ及びＨ含有ガスの供給を省略することもできる。すなわち、成膜処理では、図６および以下に示す処理シーケンスにより、ウエハ２００上にＳｉＮ膜を形成するようにしてもよい。
【0141】
（原料ガス→Ｐ→プラズマ励起不活性ガス→Ｐ）×ｎ
【0142】
この場合、
（ａ）処理容器内のウエハ２００に対して原料ガスを供給する工程と、
（ｃ）処理容器内のウエハ２００に対して不活性ガスをプラズマ状態に励起させて供給する工程と、
を含むサイクル、具体的には、これらを非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、ウエハ２００上に膜を形成することとなる。なお、上述の処理シーケンスは、（ａ）と（ｃ）とを非同時に行うサイクルを、それらの間に処理容器内をパージする工程を挟んで、所定回数行う例を示している。
（ａ）処理容器内のウエハ２００に対して原料ガスを供給する工程と、
（ｃ）処理容器内のウエハ２００に対して不活性ガスをプラズマ状態に励起させて供給する工程と、
を含むサイクル、具体的には、これらを非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、ウエハ２００上に膜を形成することとなる。なお、上述の処理シーケンスは、（ａ）と（ｃ）とを非同時に行うサイクルを、それらの間に処理容器内をパージする工程を挟んで、所定回数行う例を示している。
【0143】
この場合においても、（ｃ）における処理容器内の圧力を、２Ｐａ以上６Ｐａ以下、好ましくは２．６６Ｐａ以上５．３２Ｐａ以下、より好ましくは３Ｐａ以上４Ｐａ以下とすることが望ましい。
【0144】
本変形例における原料ガス、すなわち、Ｓｉ－Ｎ結合を含む原料ガスとしては、モノシリルアミン（（ＳｉＨ３）ＮＨ２、略称：ＭＳＡ）ガス、ジシリルアミン（（ＳｉＨ３）２ＮＨ、略称：ＤＳＡ）ガス、トリシリルアミン（（ＳｉＨ３）３Ｎ、略称：ＴＳＡ）ガス等のシリルアミ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。原料ガスとしては、これらの中でもＳｉ－Ｎ結合を３つ含むＴＳＡを用いることが好ましい。これらの原料ガスは、上述の原料ガス供給系より、ウエハ２００に対して供給することができる。なお、処理条件は、上述の態様の処理シーケンスのステップ１における処理条件と同様とすることができる。
【0145】
本変形例における不活性ガスとしては、上述の態様の処理シーケンスのステップ３における不活性ガスと同様、Ｎ２ガスや、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ｘｅガス等の希ガスを用いることができる。不活性ガスとしては、これらのうち１以上を用いることができる。なお、本変形例においては、不活性ガスとしては、これらの中でもＮ２ガスを用いることが好ましい。これらの不活性ガスは、上述の不活性ガス供給系より、ウエハ２００に対して供給することができる。なお、処理条件は、上述の態様の処理シーケンスのステップ３における処理条件と同様とすることができる。
【0146】
本変形例においても、上述の態様と同様の効果が得られる。また、本変形例によれば、Ｎ及びＨ含有ガスの供給を省略することができ、処理時間を短縮させることが可能となる。結果として、スループット、すなわち、生産性を向上せることが可能となる。
【0147】
（変形例２）
上述のサイクルは、さらに、ウエハ２００に対してＯ含有ガスを供給する工程を含んでいてもよい。この場合、ウエハ２００上にシリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜）を形成することが可能となる。その場合、ウエハ２００に対して、Ｏ含有ガスをプラズマ状態に励起させることなく供給するようにしてもよく、Ｏ含有ガスをプラズマ状態に励起させて供給するようにしてもよい。すなわち、成膜処理では、以下に示す処理シーケンスにより、ウエハ２００上にＳｉＯＮ膜を形成するようにしてもよい。なお、上述の態様と同様、プラズマ励起不活性ガスの供給前後のパージを省略することもできる。
上述のサイクルは、さらに、ウエハ２００に対してＯ含有ガスを供給する工程を含んでいてもよい。この場合、ウエハ２００上にシリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜）を形成することが可能となる。その場合、ウエハ２００に対して、Ｏ含有ガスをプラズマ状態に励起させることなく供給するようにしてもよく、Ｏ含有ガスをプラズマ状態に励起させて供給するようにしてもよい。すなわち、成膜処理では、以下に示す処理シーケンスにより、ウエハ２００上にＳｉＯＮ膜を形成するようにしてもよい。なお、上述の態様と同様、プラズマ励起不活性ガスの供給前後のパージを省略することもできる。
【0148】
（原料ガス→Ｐ→Ｏ含有ガス→Ｐ→プラズマ励起Ｎ及びＨ含有ガス→Ｐ→プラズマ励起不活性ガス→Ｐ）×ｎ
（原料ガス→Ｐ→プラズマ励起Ｎ及びＨ含有ガス→Ｐ→Ｏ含有ガス→Ｐ→プラズマ励起不活性ガス→Ｐ）×ｎ
（原料ガス→Ｐ→プラズマ励起Ｎ及びＨ含有ガス→Ｐ→プラズマ励起不活性ガス→Ｐ→Ｏ含有ガス→Ｐ）×ｎ
（原料ガス→Ｐ→プラズマ励起Ｏ含有ガス→Ｐ→プラズマ励起Ｎ及びＨ含有ガス→Ｐ→プラズマ励起不活性ガス→Ｐ）×ｎ
（原料ガス→Ｐ→プラズマ励起Ｎ及びＨ含有ガス→Ｐ→プラズマ励起Ｏ含有ガス→Ｐ→プラズマ励起不活性ガス→Ｐ）×ｎ
（原料ガス→Ｐ→プラズマ励起Ｎ及びＨ含有ガス→Ｐ→プラズマ励起不活性ガス→Ｐ→プラズマ励起Ｏ含有ガス→Ｐ）×ｎ
（原料ガス→Ｐ→プラズマ励起Ｎ及びＨ含有ガス→Ｐ→Ｏ含有ガス→Ｐ→プラズマ励起不活性ガス→Ｐ）×ｎ
（原料ガス→Ｐ→プラズマ励起Ｎ及びＨ含有ガス→Ｐ→プラズマ励起不活性ガス→Ｐ→Ｏ含有ガス→Ｐ）×ｎ
（原料ガス→Ｐ→プラズマ励起Ｏ含有ガス→Ｐ→プラズマ励起Ｎ及びＨ含有ガス→Ｐ→プラズマ励起不活性ガス→Ｐ）×ｎ
（原料ガス→Ｐ→プラズマ励起Ｎ及びＨ含有ガス→Ｐ→プラズマ励起Ｏ含有ガス→Ｐ→プラズマ励起不活性ガス→Ｐ）×ｎ
（原料ガス→Ｐ→プラズマ励起Ｎ及びＨ含有ガス→Ｐ→プラズマ励起不活性ガス→Ｐ→プラズマ励起Ｏ含有ガス→Ｐ）×ｎ
【0149】
これらの場合、上述のＯ含有ガス供給系より、ウエハ２００に対してＯ含有ガスを供給することができる。なお、処理条件は、上述の態様の処理シーケンスのステップ２における処理条件と同様とすることができる。なお、Ｏ含有ガスと一緒に、水素（Ｈ）含有ガスを供給するようにしてもよい。Ｈ含有ガスは、例えば、原料ガス供給系やＮ及びＨ含有ガス供給系より供給することができる。
【0150】
Ｏ含有ガスとしては、例えば、酸素（Ｏ２）ガス、オゾン（Ｏ３）ガス、水蒸気（Ｈ２Ｏガス）、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）ガス、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）ガス、一酸化窒素（ＮＯ）ガス、二酸化窒素（ＮＯ２）ガス、一酸化炭素（ＣＯ）ガス、二酸化炭素（ＣＯ２）ガス等を用いることができる。Ｏ含有ガスとしては、これらのうち１以上を用いることができる。
【0151】
Ｏ含有ガスと一緒に、Ｈ含有ガスを供給する場合、Ｈ含有ガスとしては、例えば、水素（Ｈ２）ガスや重水素（２Ｈ２）ガス等を用いることができる。２Ｈ２ガスをＤ２ガスとも称する。Ｈ含有ガスとしては、これらのうち１以上を用いることができる。
【0152】
本変形例においても、上述の態様と同様の効果が得られる。すなわち、サイクルが、さらに、ウエハ２００に対してＯ含有ガスを供給する工程を含み、ウエハ２００上にＳｉＯＮ膜を形成する場合であっても、上述の態様と同様の効果が得られる。
【0153】
なお、変形例１における上述のサイクルが、さらに、ウエハ２００に対してＯ含有ガスを供給する工程を含んでいてもよい。この場合も、ウエハ２００上にＳｉＯＮ膜を形成することが可能となる。その場合、ウエハ２００に対して、Ｏ含有ガスをプラズマ状態に励起させることなく供給するようにしてもよく、Ｏ含有ガスをプラズマ状態に励起させて供給するようにしてもよい。すなわち、成膜処理では、以下に示す処理シーケンスにより、ウエハ２００上にＳｉＯＮ膜を形成するようにしてもよい。この場合においても、上述の態様と同様、プラズマ励起不活性ガスの供給前後のパージを省略することもできる。
【0154】
（原料ガス→Ｐ→Ｏ含有ガス→Ｐ→プラズマ励起不活性ガス→Ｐ）×ｎ
（原料ガス→Ｐ→プラズマ励起不活性ガス→Ｐ→Ｏ含有ガス→Ｐ）×ｎ
（原料ガス→Ｐ→プラズマ励起Ｏ含有ガス→Ｐ→プラズマ励起不活性ガス→Ｐ）×ｎ
（原料ガス→Ｐ→プラズマ励起不活性ガス→Ｐ→プラズマ励起Ｏ含有ガス→Ｐ）×ｎ
（原料ガス→Ｐ→プラズマ励起不活性ガス→Ｐ→Ｏ含有ガス→Ｐ）×ｎ
（原料ガス→Ｐ→プラズマ励起Ｏ含有ガス→Ｐ→プラズマ励起不活性ガス→Ｐ）×ｎ
（原料ガス→Ｐ→プラズマ励起不活性ガス→Ｐ→プラズマ励起Ｏ含有ガス→Ｐ）×ｎ
【0155】
この場合においても、上述の態様や変形例１と同様の効果が得られる。すなわち、サイクルが、さらに、ウエハ２００に対してＯ含有ガスを供給する工程を含み、ウエハ２００上にＳｉＯＮ膜を形成する場合であっても、上述の態様や変形例１と同様の効果が得られる。
【0156】
＜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。
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。
【0157】
例えば、上述の態様における処理シーケンスのように、ステップ１，２，３を１サイクルとしてこのサイクルをこの順に所定回数（ｎ回、ｎは１以上の整数）行う以外に、以下に示す処理シーケンスのように、各ステップを行う順番を変更してもよい。これらの場合においても、上述の態様と同様の効果が得られる。
【0158】
（ステップ１→ステップ２→ステップ３）×ｎ
（ステップ２→ステップ３→ステップ１）×ｎ
（ステップ３→ステップ１→ステップ２）×ｎ
（ステップ２→ステップ３→ステップ１）×ｎ
（ステップ３→ステップ１→ステップ２）×ｎ
【0159】
ただし、サイクルにおける最後のステップがステップ１やステップ２である場合は、最終的に形成される膜の最表面の組成や改質効果が、それ以外の部分と異なることがある。そのため、以下に示す処理シーケンスのように、最終サイクル終了後に、ステップ２やステップ３を行い、ステップ２による窒化度合いや、ステップ３による改質度合いが、それまでに形成された層と同等となるように、最終的に形成される膜の最表面の膜質の微調整を行うことが好ましい。
【0160】
（ステップ２→ステップ３→ステップ１）×ｎ→ステップ２→ステップ３
（ステップ３→ステップ１→ステップ２）×ｎ→ステップ３
（ステップ３→ステップ１→ステップ２）×ｎ→ステップ３
【0161】
また、例えば、上述の態様における処理シーケンスのように、ステップ１，２，３を１サイクルとしてこのサイクルを所定回数（ｎ回、ｎは１以上の整数）行う以外に、ステップ１，２を複数回（ｍ回、ｍは２以上の整数）行った後に、ステップ３を行い、このサイクルを所定回数（ｎ回、ｎは１以上の整数）行うようにしてもよい。また、ステップ１を行った後に、ステップ２，３を複数回（ｍ回、ｍは２以上の整数）行い、このサイクルを所定回数（ｎ回、ｎは１以上の整数）行うようにしてもよい。これらの処理シーケンスは、以下のように表すことができる。これらの場合においても、上述の態様と同様の効果が得られる。
【0162】
（ステップ１→ステップ２→ステップ３）×ｎ
［（ステップ１→ステップ２）×ｍ→ステップ３］×ｎ
［ステップ１→（ステップ２→ステップ３）×ｍ］×ｎ
［（ステップ１→ステップ２）×ｍ→ステップ３］×ｎ
［ステップ１→（ステップ２→ステップ３）×ｍ］×ｎ
【0163】
また、例えば、図７（ａ）に示すように複数枚のウエハ２００をボート２１７により支持した状態でステップ１，２を行い、図７（ｂ）または図７（ｃ）に示すように複数枚のウエハ２００をボート２１７により支持した状態でステップ３を行うようにしてもよい。すなわち、ステップ３における複数枚のウエハ２００の間隔（配列ピッチ）Ｐ１を、ステップ１，２における複数枚のウエハ２００の間隔（配列ピッチ）Ｐ２よりも大きくする（Ｐ１＞Ｐ２）ようにしてもよい。この場合、例えば、Ｐ１≧２Ｐ２とすることが好ましく、Ｐ１≧３Ｐ２とすることがより好ましく、Ｐ１≧４Ｐ２とすることがさらに好ましい。例えば、Ｐ２を６～１２ｍｍとした場合、Ｐ１を１２～２４ｍｍ以上とすることが好ましく、Ｐ１を１８～３６ｍｍ以上とすることがより好ましく、Ｐ１を２４～４８ｍｍ以上とすることがさらに好ましい。これらの場合、ステップ３において、支持部２１７ｂの間隔（配列ピッチ）が、例えば６～１２ｍｍであるボート２１７により、数枚おきにウエハ２００を支持する場合に限らず、支持部２１７ｂの間隔（配列ピッチ）そのものを、上述の数値範囲としたボート２１７により、ウエハ２００を支持するようにしてもよい。なお、これらの場合、処理室２０１と同一構成の第１処理室と、第２処理室と、を準備し、ステップ１，２を第１処理室内で行い、ステップ３を第２処理室内で行うようにしてもよい。この場合においても、上述の態様と同様の効果が得られる。さらに、この場合、ステップ１，２を行うウエハ２００の枚数を、ステップ３を行うウエハ２００の枚数よりも多くすることが可能となる。
【0164】
また、例えば、図７（ａ）に示すように複数枚のウエハ２００をボート２１７により支持した状態でステップ１を行い、図７（ｂ）または図７（ｃ）に示すように複数枚のウエハ２００をボート２１７により支持した状態でステップ２，３を行うようにしてもよい。すなわち、ステップ２，３における複数枚のウエハ２００の間隔（配列ピッチ）Ｐ１を、ステップ１における複数枚のウエハ２００の間隔（配列ピッチ）Ｐ２よりも大きくする（Ｐ１＞Ｐ２）ようにしてもよい。この場合、例えば、Ｐ１≧２Ｐ２とすることが好ましく、Ｐ１≧３Ｐ２とすることがより好ましく、Ｐ１≧４Ｐ２とすることがさらに好ましい。例えば、Ｐ２を６～１２ｍｍとした場合、Ｐ１を１２～２４ｍｍ以上とすることが好ましく、Ｐ１を１８～３６ｍｍ以上とすることがより好ましく、Ｐ１を２４～４８ｍｍ以上とすることがさらに好ましい。これらの場合、ステップ２，３において、支持部２１７ｂの間隔（配列ピッチ）が、例えば６～１２ｍｍであるボート２１７により、数枚おきにウエハ２００を支持する場合に限らず、支持部２１７ｂの間隔（配列ピッチ）そのものを、上述の数値範囲としたボート２１７により、ウエハ２００を支持するようにしてもよい。なお、これらの場合、処理室２０１と同一構成の第１処理室と、第２処理室と、を準備し、ステップ１を第１処理室内で行い、ステップ２，３を第２処理室内で行うようにしてもよい。この場合においても、上述の態様と同様の効果が得られる。さらに、この場合、ステップ１を行うウエハ２００の枚数を、ステップ２，３を行うウエハ２００の枚数よりも多くすることが可能となる。
【0165】
また、例えば、プラズマ生成方式としては、容量結合プラズマ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ、略称：ＣＣＰ）の他、誘導結合プラズマ (Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ、略称：ＩＣＰ)を用いるようにしてもよい。この場合においても、上述の態様と同様の効果が得られる。
【0166】
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。
【0167】
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を操作し、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。
【0168】
上述の各種態様や各種変形例では、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。本開示は上述の各種態様や各種変形例に限定されず、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、上述の各種態様や各種変形例では、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。本開示は上述の各種態様や各種変形例に限定されず、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。
【0169】
これらの基板処理装置を用いる場合においても、上述の各種態様や各種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、上述の各種態様や各種変形例と同様の効果が得られる。
【0170】
上述の各種態様や各種変形例は、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、上述の各種態様や各種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。
【実施例】
【0171】
上述の態様における基板処理装置を用い、上述の態様における処理シーケンスにより、ウエハ上にＳｉＮ膜を形成した。原料ガスとしてはＤＣＳガスを用い、Ｎ及びＨ含有ガスとしてはＮＨ３ガスを用い、不活性ガスとしてはＮ２ガスを用いた。ステップ３における処理圧力を次の４通りの圧力条件（圧力条件１～４）に設定し、それぞれの条件にて、ウエハ上にＳｉＮ膜を形成し、４種類のＳｉＮ膜の評価サンプル１～４を作製した。評価サンプル１～４を作製する際、ステップ３における処理圧力以外の処理条件は、上述の態様における処理条件範囲内の同一の処理条件とし、ウエハの間隔（配列ピッチ）は、いずれも１５～４０ｍｍとした。
【0172】
圧力条件１：０．０１Ｔｏｒｒ（１．３３Ｐａ）
圧力条件２：０．０２Ｔｏｒｒ（２．６６Ｐａ）
圧力条件３：０．０４Ｔｏｒｒ（５．３２Ｐａ）
圧力条件４：０．０６Ｔｏｒｒ（７．９８Ｐａ）
圧力条件２：０．０２Ｔｏｒｒ（２．６６Ｐａ）
圧力条件３：０．０４Ｔｏｒｒ（５．３２Ｐａ）
圧力条件４：０．０６Ｔｏｒｒ（７．９８Ｐａ）
【0173】
評価サンプル１～４を作製した後、評価サンプル１～４のそれぞれのＳｉＮ膜のウエハ面内におけるＷＥＲと膜厚を測定した。それらの結果を図８～図１１に示す。なお、図８～図１１の横軸は、ウエハ２００の中心からの距離（半径）を示しており、０ｍｍはウエハの中央部を、１５０ｍｍ、－１５０ｍｍは、ウエハ２００の外周部（エッジ部）を示している。図８～図１１の左側の縦軸は、ＷＥＲを任意単位（ａ．ｕ．）で示しており、右側の縦軸は、膜厚を任意単位（ａ．ｕ．）で示している。図中、◇は膜厚を示し、●はＷＥＲを示す。なお、図８～図１１は、それぞれ、評価サンプル１～４のＳｉＮ膜のウエハ面内におけるＷＥＲと膜厚の測定結果を示している。
【0174】
図８より、ステップ３における処理圧力を圧力条件１とした評価サンプル１のＳｉＮ膜では、ウエハ外周部におけるＷＥＲがウエハ中央部におけるＷＥＲよりも高くなっていることが分かる。また、評価サンプル１のＳｉＮ膜では、ウエハ外周部おける膜厚がウエハ中央部における膜厚よりも厚くなっていることが分かる。すなわち、評価サンプル１のＳｉＮ膜におけるウエハ面内ＷＥＲ均一性およびウエハ面内膜厚均一性は、いずれも良好ではないことが分かる。なお、評価サンプル１のＳｉＮ膜のＷＥＲがウエハ外周部において高くなったのは、圧力条件１にてＮ２ガスをプラズマ励起させる際に生じたＮ２
＋によるイオンアタックにより、膜密度が低下したことが原因と考えられる。また、評価サンプル１のＳｉＮ膜の膜厚がウエハ外周部において厚くなったのは、圧力条件１にてＮ２ガスをプラズマ励起させる際に生じたＮ２
＋によるイオンアタックにより、ウエハ外周部におけるＳｉＮ膜の膜構造が壊れ、その部分が疎な膜に変化したことが原因と考えられる。
【0175】
図９より、ステップ３における処理圧力を圧力条件２とした評価サンプル２のＳｉＮ膜では、ＷＥＲがウエハ外周部とウエハ中央部とで同等となっていることが分かる。また、評価サンプル２のＳｉＮ膜では、膜厚もウエハ外周部とウエハ中央部とで同等となっていることが分かる。すなわち、評価サンプル２のＳｉＮ膜におけるウエハ面内ＷＥＲ均一性およびウエハ面内膜厚均一性は、いずれも極めて良好であることが分かる。
【0176】
図１０より、ステップ３における処理圧力を圧力条件３とした評価サンプル３のＳｉＮ膜では、ＷＥＲがウエハ外周部とウエハ中央部とで同等となっていることが分かる。また、評価サンプル３のＳｉＮ膜では、膜厚もウエハ外周部とウエハ中央部とで同等となっていることが分かる。すなわち、評価サンプル３のＳｉＮ膜におけるウエハ面内ＷＥＲ均一性およびウエハ面内膜厚均一性は、いずれも極めて良好であることが分かる。
【0177】
図１１より、ステップ３における処理圧力を圧力条件４とした評価サンプル４のＳｉＮ膜では、ウエハ中央部におけるＷＥＲがウエハ外周部におけるＷＥＲよりも高くなっていることが分かる。また、評価サンプル４のＳｉＮ膜では、ウエハ中央部おける膜厚がウエハ外周部における膜厚よりも厚くなっていることが分かる。すなわち、評価サンプル４のＳｉＮ膜におけるウエハ面内ＷＥＲ均一性およびウエハ面内膜厚均一性は、いずれも良好ではないことが分かる。なお、評価サンプル４のＳｉＮ膜のＷＥＲがウエハ中央部において高くなったのは、圧力条件４にてＮ２ガスをプラズマ励起させる際に生じたＮ＊、Ｎ２
＊等の活性種、特に、Ｎ＊等の活性種が、ウエハ中央部まで、到達する前に失活する割合が高くなり、ウエハ中央部における膜の改質効果が不十分となったことが原因と考えられる。また、評価サンプル４のＳｉＮ膜の膜厚がウエハ中央部において厚くなったのは、圧力条件４にてＮ２ガスをプラズマ励起させる際に生じたＮ＊、Ｎ２
＊等の活性種、特に、Ｎ＊等の活性種が、ウエハ中央部まで、到達する前に失活する割合が高くなり、ウエハ中央部における膜の緻密化の効果が不十分となったことが原因と考えられる。
【0178】
以上のことから、ステップ３における処理圧力を０．０２Ｔｏｒｒ（２．６６Ｐａ）～０．０４Ｔｏｒｒ（５．３２Ｐａ）とすることにより、ウエハ面内ＷＥＲ均一性およびウエハ面内膜厚均一性が極めて高く、高品質なＳｉＮ膜を形成することができることが判明した。なお、ステップ３における処理圧力を２～６Ｐａとすることによっても、ウエハ面内ＷＥＲ均一性およびウエハ面内膜厚均一性が極めて高く、高品質なＳｉＮ膜を形成することができることを確認した。
【符号の説明】
【0179】
２００ ウエハ
２０１ 処理室
２０１ 処理室
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
