(57)【要約】【課題】薄膜を形成する際、基板面間、基板面内において、均一な膜厚、膜質を実現する。【解決手段】外部反応管と、外部反応管内に設けられ、少なくともその上端部の内面が平坦な構造を有し、その内部において複数の基板を配列させて支持する支持具の上端面の少なくとも一部を覆うように構成されると共に、その内部と外部反応管の内部とを連通させる連通部が、複数の基板が配列される基板配列領域を水平に取り囲む領域から外れた部分に設けられる内部反応管と、を含む処理容器内に、支持具により支持した複数の基板を収容した状態で、処理容器内へ処理ガスを供給して、処理ガスを処理容器内に封じ込める工程と、処理ガスを処理容器内に封じ込めた状態を維持する工程と、処理容器内の処理ガスを連通部、および、内部反応管と外部反応管との間の空間を介して排気する工程と、を含むサイクルを所定回数行う。【選択図】図１
2014082457.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部反応管と、前記外部反応管内に設けられ、少なくともその上端部の内面が平坦な構造を有し、その内部において複数の基板を配列させて支持する支持具の上端面の少なくとも一部を覆うように構成されると共に、その内部と前記外部反応管の内部とを連通させる連通部が、前記複数の基板が配列される基板配列領域を水平に取り囲む領域から外れた部分に設けられる内部反応管と、を含む処理容器内に、前記支持具により支持した前記複数の基板を収容した状態で、前記処理容器内へ処理ガスを供給して、前記処理ガスを前記処理容器内に封じ込める工程と、
前記処理ガスを前記処理容器内に封じ込めた状態を維持する工程と、
前記処理容器内の前記処理ガスを前記連通部、および、前記内部反応管と前記外部反応管との間の空間を介して排気する工程と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、前記複数の基板上に薄膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記連通部は、前記内部反応管の前記基板配列領域を水平に取り囲む領域に含まれる部分よりも上方、もしくは、下方に設けられる請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記連通部は、前記内部反応管の前記上端部、もしくは、側壁部に設けられる請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
外部反応管と、前記外部反応管内に設けられ、少なくともその上端部の内面が平坦な構造を有し、その内部において複数の基板を配列させて支持する支持具の上端面の少なくとも一部を覆うように構成されると共に、その内部と前記外部反応管の内部とを連通させる連通部が、前記複数の基板が配列される基板配列領域を水平に取り囲む領域から外れた部分に設けられる内部反応管と、を含む処理容器と、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給系と、
前記処理容器内に供給された前記処理ガスを前記連通部および前記内部反応管と前記外部反応管との間の空間を介して排気する排気系と、
前記処理容器内に、前記支持具により支持した前記複数の基板を収容した状態で、前記処理容器内へ前記処理ガスを供給して、前記処理ガスを前記処理容器内に封じ込める処理と、前記処理ガスを前記処理容器内に封じ込めた状態を維持する処理と、前記処理容器内の前記処理ガスを前記連通部、および、前記内部反応管と前記外部反応管との間の空間を介して排気する処理と、を含むサイクルを所定回数行うことで、前記複数の基板上に薄膜を形成する処理を行うように前記処理ガス供給系および前記排気系を制御する制御部と、
を有する基板処理装置。
【請求項５】
外部反応管と、前記外部反応管内に設けられ、少なくともその上端部の内面が平坦な構造を有し、その内部において複数の基板を配列させて支持する支持具の上端面の少なくとも一部を覆うように構成されると共に、その内部と前記外部反応管の内部とを連通させる連通部が、前記複数の基板が配列される基板配列領域を水平に取り囲む領域から外れた部分に設けられる内部反応管と、を含む処理容器内に、前記支持具により支持した前記複数の基板を収容した状態で、前記処理容器内へ処理ガスを供給して、前記処理ガスを前記処理容器内に封じ込める手順と、
前記処理ガスを前記処理容器内に封じ込めた状態を維持する手順と、
前記処理容器内の前記処理ガスを前記連通部、および、前記内部反応管と前記外部反応管との間の空間を介して排気する手順と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、前記複数の基板上に薄膜を形成する手順をコンピュータに実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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し、特に、化学気相成長法により薄膜を成膜する工程を備える半導体装置の製造方法、当該処理に好適に使用される基板処理装置およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
化学気相成長法により薄膜を成膜する基板処理工程は、例えば、複数枚の基板を収納して処理する処理室と、処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給ラインと、処理室内を排気する排気ラインと、を有する基板処理装置により実施される。この場合、複数枚の基板を収容した処理室内を排気ラインにより排気しつつ処理ガス供給ラインから処理室内に処理ガスを供給することにより、各基板の間に処理ガスを通過させることで、基板上に薄膜を形成する処理を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３０６９０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
通常のサーマルプロセスでは、加熱された処理室内に処理ガスが導入されると、処理室内に導入された処理ガスが熱分解し、それにより、ラジカル状態の活性種が生成し、基板上に堆積することで膜となる。通常の処理室の構造では、処理ガスが熱分解される領域が広いため、活性種の中には、膜厚、膜質の面間、面内の均一性に対して好ましくない働きをする活性種が多種存在することがある。
【０００５】
本発明の主な目的は、サーマルプロセスにより基板上に薄膜を形成する処理を行う際、処理ガスが分解する領域を制限し、多種の活性種の生成を抑制し、かつ、不要な活性種が基板処理に寄与することを抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、
外部反応管と、前記外部反応管内に設けられ、少なくともその上端部の内面が平坦な構造を有し、その内部において複数の基板を配列させて支持する支持具の上端面の少なくとも一部を覆うように構成されると共に、その内部と前記外部反応管の内部とを連通させる連通部が、前記複数の基板が配列される基板配列領域を水平に取り囲む領域から外れた部分に設けられる内部反応管と、を含む処理容器内に、前記支持具により支持した前記複数の基板を収容した状態で、前記処理容器内へ処理ガスを供給して、前記処理ガスを前記処理容器内に封じ込める工程と、
前記処理ガスを前記処理容器内に封じ込めた状態を維持する工程と、
前記処理容器内の前記処理ガスを前記連通部、および、前記内部反応管と前記外部反応管との間の空間を介して排気する工程と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、前記複数の基板上に薄膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方法が提供される。
【０００７】
本発明の他の態様によれば、
外部反応管と、前記外部反応管内に設けられ、少なくともその上端部の内面が平坦な構造を有し、その内部において複数の基板を配列させて支持する支持具の上端面の少なくとも一部を覆うように構成されると共に、その内部と前記外部反応管の内部とを連通させる連通部が、前記複数の基板が配列される基板配列領域を水平に取り囲む領域から外れた部分に設けられる内部反応管と、を含む処理容器と、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給系と、
前記処理容器内に供給された前記処理ガスを前記連通部および前記内部反応管と前記外部反応管との間の空間を介して排気する排気系と、
前記処理容器内に、前記支持具により支持した前記複数の基板を収容した状態で、前記処理容器内へ前記処理ガスを供給して、前記処理ガスを前記処理容器内に封じ込める処理と、前記処理ガスを前記処理容器内に封じ込めた状態を維持する処理と、前記処理容器内の前記処理ガスを前記連通部、および、前記内部反応管と前記外部反応管との間の空間を介して排気する処理と、を含むサイクルを所定回数行うことで、前記複数の基板上に薄膜を形成する処理を行うように前記処理ガス供給系および前記排気系を制御する制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。
【０００８】
本発明のさらに他の態様によれば、
外部反応管と、前記外部反応管内に設けられ、少なくともその上端部の内面が平坦な構造を有し、その内部において複数の基板を配列させて支持する支持具の上端面の少なくとも一部を覆うように構成されると共に、その内部と前記外部反応管の内部とを連通させる連通部が、前記複数の基板が配列される基板配列領域を水平に取り囲む領域から外れた部分に設けられる内部反応管と、を含む処理容器内に、前記支持具により支持した前記複数の基板を収容した状態で、前記処理容器内へ処理ガスを供給して、前記処理ガスを前記処理容器内に封じ込める手順と、
前記処理ガスを前記処理容器内に封じ込めた状態を維持する手順と、
前記処理容器内の前記処理ガスを前記連通部、および、前記内部反応管と前記外部反応管との間の空間を介して排気する手順と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、前記複数の基板上に薄膜を形成する手順をコンピュータに実行させるプログラムが提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、サーマルプロセスにより基板上に薄膜を形成する処理を行う際に、基板面間、基板面内において、均一な膜厚、膜質を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態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、処理炉部分を縦断面図で示す図である。
【図２】本発明の実施形態で好適に用いられる基板処理装置の縦型処理炉の一部の概略構成図であり、処理炉の一部を図１のＡ−Ａ線断面図で示す図である。
【図３】本発明の実施形態で好適に用いられる基板処理装置のコントローラの概略構成図であり、コントローラの制御系をブロック図で示す図である。
【図４】本発明の実施形態の成膜シーケンスを説明するための図である。
【図５】本発明の実施形態の成膜シーケンスの他の例を説明するための図である。
【図６】本発明の実施形態の成膜シーケンスのさらに他の例を説明するための図である。
【図７】本発明の実施形態の成膜シーケンスのさらに他の例を説明するための図である。
【図８】本発明の実施形態のインナーチューブの構造の他の例を示す図である。
【図９】本発明の実施形態のインナーチューブの構造のさらに他の例を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態のインナーチューブの構造のさらに他の例を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態のアウターチューブの構造の他の例を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態のアウターチューブの構造のさらに他の例を示す図である。
【図１３】本発明の実施形態のインナーチューブの構造のさらに他の例を示す図である。
【図１４】本発明の実施形態のインナーチューブの構造のさらに他の例を示す図である。
【図１５】（ａ）は実施例および比較例にかかる基板処理装置の縦型処理炉の部分拡大図であり、（ｂ）は実施例および比較例にかかるＳｉＣ膜の膜厚測定結果をそれぞれ示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は、本実施形態で好適に用いられる基板処理装置の縦型処理炉を説明するための概略構成図であり、処理炉２０２部分を縦断面図で示している。図２は、本実施形態で好適に用いられる縦型処理炉の一部を説明するための概略構成図であり、処理炉２０２の一部を図１のＡ−Ａ線横断面図で示している。具体的には、図２は、処理炉２０２のうち、後述するインナーチューブ２０３ｂと、ボート２１７と、ボート２１７により支持されるウエハ２００のみを抜き出して示している。
【００１３】
図１に示されているように、処理炉２０２は加熱手段（加熱機構）としてのヒータ２０７を有する。ヒータ２０７は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース（図示せず）に支持されることにより垂直に据え付けられている。ヒータ２０７は、後述するようにガスを熱で分解させて活性化（励起）させる活性化機構（励起部）としても機能する。
【００１４】
ヒータ２０７の内側には、ヒータ２０７と同心円状に反応容器（処理容器）を構成する反応管としてのプロセスチューブ２０３が配設されている。プロセスチューブ２０３は、内部反応管としてのインナーチューブ２０３ｂと、その外側に設けられた外部反応管としてのアウターチューブ２０３ａとから構成されている。
【００１５】
インナーチューブ２０３ｂは、例えば石英（ＳｉＯ２）または炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料からなり、上端（上端部）および下端（下端部）が開口した円筒形状に形成されている。インナーチューブ２０３ｂの筒中空部には、薄膜形成処理の対象である基板としてのウエハ２００が複数配列された状態で収容される。以下、インナーチューブ２０３ｂ内におけるウエハ２００の収容領域を、ウエハ配列領域（基板配列領域）とも呼ぶ。
【００１６】
インナーチューブ２０３ｂの上端部（天井部）２０３ｃは、後述する支持具としてのボート２１７の上端面（天板）２１７ａの少なくとも一部を覆うように構成されている。インナーチューブ２０３ｂの上端部２０３ｃは、ウエハ２００の表面の少なくとも一部を覆う構造ともいえる。インナーチューブ２０３ｂの上端部２０３ｃは、平坦に構成されたボート２１７の上端面２１７ａと平行に、また、ウエハ２００の表面と平行に設けられており、少なくともその内面が平坦な構造を有している。インナーチューブ２０３ｂの上端部２０３ｃの外面も平坦な構造を有している。インナーチューブ２０３ｂの上端部２０３ｃは、インナーチューブ２０３ｂの側壁部の上端からインナーチューブ２０３ｂの内側に向かって延出していることから、延出部と呼ぶこともできる。インナーチューブ２０３ｂの上端部２０３ｃの中央部（中心部）には、インナーチューブ２０３ｂの内部と、後述するアウターチューブ２０３ａの内部と、を連通させる連通部（開口部）２７０が設けられている。すなわち、インナーチューブ２０３ｂの上端部２０３ｃは、その中央部に開口部を有するドーナツ状（リング状）の板状部材（プレート）で構成されている。この形状から、インナーチューブ２０３ｂの上端部２０３ｃを、オリフィス状部材、もしくは、単に、オリフィスと呼ぶこともできる。連通部２７０は、インナーチューブ２０３ｂの上端部２０３ｃの中央部以外の部分、例えば、上端部２０３ｃの周縁部等に設けるようにしてもよく、更には、インナーチューブ２０３ｂの側壁部に設けるようにしてもよい。但し、連通部２７０をインナーチューブ２０３ｂの側壁部に設ける場合は、ウエハ配列領域よりも上方であって、上端部２０３ｃの近傍に設けるか、或いは、ウエハ配列領域よりも下方であって、後述する複数の断熱板２１８が配置される断熱板配列領域を水平に取り囲む領域に含まれる部分に設けるのが好ましい。
【００１７】
アウターチューブ２０３ａは、例えば石英またはＳｉＣ等の耐熱性材料からなり、内径がインナーチューブ２０３ｂの外径よりも大きく、上端（上端部）が閉塞し、下端（下端部）が開口した円筒形状に形成されており、インナーチューブ２０３ｂと同心円状に設けられている。アウターチューブ２０３ａの上端部（天井部）は、インナーチューブ２０３ｂの上端部（天井部）２０３ｃを覆うように構成されている。
【００１８】
アウターチューブ２０３ａの上端部は、インナーチューブ２０３ｂの上端部２０３ｃと平行に、また、ボート２１７の上端面（天板）２１７ａと平行に、また、ウエハ２００の表面と平行に設けられており、少なくともその内面が平坦な構造を有している。すなわちアウターチューブ２０３ａの上端部の内面は平面にて構成される。アウターチューブ２０３ａの上端部の外面も平坦な構造を有しており、平面にて構成される。アウターチューブ２０３ａの上端部は、その厚さが、アウターチューブ２０３ａの側壁部の厚さよりも厚くなるように構成されており、アウターチューブ２０３ａの内部を所定の真空度とした場合においても、アウターチューブ２０３ａの強度を保つことができるように構成されている。アウターチューブ２０３ａの上端部は、その厚さが、インナーチューブ２０３ｂの上端部２０３ｃやインナーチューブ２０３ｂの側壁部よりも厚くなるように構成されている。
【００１９】
主に、上述の構造のアウターチューブ２０３ａとインナーチューブ２０３ｂとで処理室２０１が構成されることとなる。処理室２０１は、ウエハ２００を後述するボート２１７によって水平姿勢で垂直方向に多段に整列させた状態で収容可能に構成されている。
【００２０】
上述のアウターチューブ２０３ａおよびインナーチューブ２０３ｂの構造により、実質的な処理室２０１の体積（容積）を小さくすることができ、処理ガスが熱分解して活性種が生成される領域を制限し（最小限に狭くし）、多種の活性種の生成を抑えることが可能となる。
【００２１】
つまり、アウターチューブ２０３ａの上端部（天井部）の内面と、インナーチューブ２０３ｂの上端部（天井部）２０３ｃの外面と、をそれぞれ平坦に構成するフラット−フラット構造により、これらの天井部に挟まれる空間の体積（容積）を小さくすることができる。これにより、実質的な処理室２０１の体積（容積）を小さくすることができ、処理ガスが熱分解して活性種が生成される領域を制限し（減少させ）、多種の活性種の生成を抑えることが可能となる。また、インナーチューブ２０３ｂの上端部２０３ｃの内面を平坦に構成しつつ、平坦に構成されたボート２１７の上端面２１７ａの少なくとも一部をこのインナーチューブ２０３ｂの上端部２０３ｃで覆うフラット−フラット構造により、インナーチューブ２０３ｂの上端部２０３ｃの内面とボート２１７の上端面２１７ａとに挟まれる空間の体積（容積）を小さくすることができる。これにより、実質的な処理室２０１の体積（容積）を更に小さくすることができ、処理ガスが熱分解して活性種が生成される領域を更に制限し（減少させ）、多種の活性種の生成を更に抑えることが可能となる。
【００２２】
また、アウターチューブ２０３ａの上端部（天井部）の内面とインナーチューブ２０３ｂの上端部（天井部）２０３ｃの外面とに挟まれる空間の体積、および、インナーチューブ２０３ｂの上端部２０３ｃの内面とボート２１７の上端面２１７ａとに挟まれる空間の体積をそれぞれ小さくすることで、これらの空間で生成された活性種を消費させ、消滅させやすくすることができる。その結果、これらの空間における活性種の濃度を適正に低減させることが可能となる。
【００２３】
つまり、アウターチューブ２０３ａの天井部の内面とインナーチューブ２０３ｂの天井部の外面とに挟まれる空間の体積に対する表面積の割合（表面積／体積）を大きくすることで、「この空間で生成される活性種の量」に対する「この空間の表面（アウターチューブ２０３ａやインナーチューブ２０４ｂ等の部材の表面）に接触することで消費される活性種の量」の割合（消費量／生成量）を増加させることができる。同様に、インナーチューブ２０３ｂの上端部２０３ｃの内面とボート２１７の上端面２１７ａとに挟まれる空間の体積に対する表面積の割合（表面積／体積）を大きくすることで、「この空間で生成される活性種の量」に対する「この空間の表面（インナーチューブ２０４ｂやボート２１７等の部材の表面）に接触することで消費される活性種の量」の割合（消費量／生成量）を増加させることができる。つまり、これらの空間を、体積に対して表面積の割合が大きな空間とすることで、これらの空間で生成された活性種を消費させやすくすることができる。その結果、これらの空間における活性種の濃度を適正に低減させることが可能となる。
【００２４】
また、インナーチューブ２０３ｂの上端部２０３ｃがボート２１７の上端面（天板）２１７ａの少なくとも一部、すなわち、ウエハ２００の上部を覆い、さらに、連通部２７０をインナーチューブ２０３ｂの上端部２０３ｃに設けた構造により、ウエハ２００の上部、もしくは、アウターチューブ２０３ａとインナーチューブ２０３ｂとの間で生成された反応種としての活性種がウエハ２００へ到達するまでの距離を伸ばすことができ、この活性種がウエハ２００に接触するのを抑制することができる。
【００２５】
つまり、上述のように構成した結果、インナーチューブ２０３ｂの上端部２０３ｃの内面とボート２１７の上端面２１７ａとに挟まれる空間で生成された活性種は、ボート２１７の上端面２１７ａの端部（エッジ）を迂回しなければウエハ２００に到達することができなくなる。また、上述のように構成した結果、インナーチューブ２０３ｂの上端部２０３ｃに設けられた連通部２７０は、ボート２１７の上端面２１７ａに塞がれるように、ボート２１７の上端面２１７ａと対向することとなる。そのため、アウターチューブ２０３ａとインナーチューブ２０３ｂとに挟まれる空間で生成された活性種は、その空間を移動し、連通部２７０を通過した後、ボート２１７の上端面２１７ａの端部を迂回しなければウエハ２００に到達することができなくなる。このように、ウエハ２００の上部、もしくは、アウターチューブ２０３ａとインナーチューブ２０３ｂとの間で生成された活性種をそれぞれ迂回させることで、これらの活性種がウエハ２００へ到達するまでの距離（経路）を伸ばすことができ、ウエハ２００に到達する前に消費させて消滅させることができる。つまり、これらの部位で生成された活性種がウエハ２００に接触するのを抑制することが可能となる。特に、連通部２７０をインナーチューブ２０３ｂの上端部２０３ｃの中央部に設けた場合、連通部２７０を通過した活性種がウエハ２００へ到達するまでの距離を最大限に伸ばすことができ、この活性種がウエハ２００に接触するのを抑制しやすくなる。
【００２６】
これらの構造により、処理室２０１内、特にウエハ配列領域における活性種の濃度分布を均一化させることが可能となる。また、ウエハ２００の上部、もしくは、アウターチューブ２０３ａとインナーチューブ２０３ｂとの間の空間で生成された活性種による膜厚、膜質への影響を抑制することも可能となる。結果として、ウエハ２００上に形成する薄膜のウエハ面内および面間における膜厚および膜質の均一性を向上させることが可能となる。
【００２７】
また、上述の構造において、更に、インナーチューブ２０３ｂの側壁の内壁（以下、単に、インナーチューブ２０３ｂの内壁ともいう）とウエハ２００の端部との間の距離を小さくするのが好ましい。例えば、インナーチューブ２０３ｂの内壁とウエハ２００の端部との間の距離は、隣接するウエハ２００間の距離（ウエハ配列ピッチ）と同等もしくはそれよりも小さくするのが好ましい。ただし、図２に示すように、後述するボート２１７は、ウエハ２００を支持する係止溝２１７ｂが設けられるボート柱（ボート支柱）２１７ｃを有しており、ボート柱２１７ｃはウエハ２００よりも外側に位置している。そのため、インナーチューブ２０３ｂの内壁とウエハ２００の端部との間の距離を小さくしようとすると、インナーチューブ２０３ｂの内壁とボート柱２１７ｃとが接触してしまい、それ以上は、インナーチューブ２０３ｂの内壁とウエハ２００の端部との間の距離を狭めることができない。つまり、ボート柱２１７ｃがインナーチューブ２０３ｂの内壁とウエハ２００の端部との間の距離を小さくするのを妨げることとなる。そこで、インナーチューブ２０３ｂの内壁とウエハ２００の端部との間の距離をより小さくするために、例えば、図２に示すように、インナーチューブ２０３ｂの内壁のボート柱２１７ｃに対応する部分に、ボート柱２１７ｃを避けるスペース（凹部）としてのボート柱溝２０３ｄを設けるようにするのが好ましい。図２は、便宜上、インナーチューブ２０３ｂと、ボート２１７と、ボート２１７により支持されるウエハ２００だけを抜き出して示している。
【００２８】
この構造、すなわち、インナーチューブ２０３ｂの内壁にボート２１７を構成する部材を避けるように凹部を設けた構造により、インナーチューブ２０３ｂの内壁とウエハ２００の端部との間の距離を極限まで小さくすることが可能となる。
【００２９】
このように、インナーチューブ２０３ｂの内壁とウエハ２００の端部との間の距離を極限まで小さくすることにより、実質的な処理室２０１の体積を小さくすることができ、活性種が生成される領域を減らし、多種の活性種の生成を抑えることができる。この構造により、更に、活性種の膜厚、膜質への影響を抑制することができ、更に、ウエハ面内および面間で均一な膜厚および膜質を実現することが可能となる。
【００３０】
このような構造の上端部２０３ｃと側壁部とを有するインナーチューブ２０３ｂの形状を、純粋な円筒形状に対し、略円筒形状と称することもできる。
【００３１】
アウターチューブ２０３ａの下方には、アウターチューブ２０３ａ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（ＳＵＳ）等からなり、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は、インナーチューブ２０３ｂとアウターチューブ２０３ａとに係合しており、これらを支持するように設けられている。マニホールド２０９とアウターチューブ２０３ａとの間には、シール部材としてのＯリング２２０ａが設けられている。マニホールド２０９がヒータベースに支持されることにより、プロセスチューブ２０３は垂直に据え付けられた状態となっている。主に、プロセスチューブ２０３とマニホールド２０９とにより反応容器（処理容器）が構成される。
【００３２】
マニホールド２０９には、ガス導入部としてのノズル２４９ａ〜２４９ｄが、マニホールド２０９の側壁を貫通するように、また、処理室２０１内に連通するように接続されている。ノズル２４９ａ〜２４９ｄには、ガス供給管２３２ａ〜２３２ｄがそれぞれ接続されている。このように、反応管２０３には、４本のノズル２４９ａ〜２４９ｄと、４本のガス供給管２３２ａ〜２３２ｄとが設けられており、処理室２０１内へ複数種類、ここでは４種類の処理ガスを供給することができるように構成されている。
【００３３】
ガス供給管２３２ａ〜２３２ｄには、上流方向から順に、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〜２４１ｄ、及び開閉弁であるバルブ２４３ａ〜２４３ｄがそれぞれ設けられている。また、ガス供給管２３２ａ〜２３２ｄのバルブ２４３ａ〜２４３ｄよりも下流側には、不活性ガスを供給するガス供給管２３２ｅ〜２３２ｈがそれぞれ接続されている。ガス供給管２３２ｅ〜２３２ｈには、上流方向から順に、流量制御器（流量制御部）であるＭＦＣ２４１ｅ〜２４１ｈ、及び開閉弁であるバルブ２４３ｅ〜２４３ｈがそれぞれ設けられている。また、ガス供給管２３２ａ〜２３２ｄの先端部には、上述のノズル２４９ａ〜２４９ｄがそれぞれ接続されている。
【００３４】
ガス供給管２３２ａからは、処理ガスとしてのシリコン系ガス、すなわち、シラン系ガスが、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａ、ノズル２４９ａを介して処理室２０１内に供給される。
【００３５】
ガス供給管２３２ｂからは、処理ガスとしてのアミン系ガスが、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂ、ノズル２４９ｂを介して処理室２０１内に供給される。
【００３６】
ガス供給管２３２ｃからは、処理ガスとしての酸化ガス、すなわち、酸素含有ガスが、ＭＦＣ２４１ｃ、バルブ２４３ｃ、ノズル２４９ｃを介して処理室２０１内に供給される。
【００３７】
ガス供給管２３２ｄからは、処理ガスとしての窒化ガス、すなわち、窒素含有ガスが、ＭＦＣ２４１ｄ、バルブ２４３ｄ、ノズル２４９ｄを介して処理室２０１内に供給される。
【００３８】
ガス供給管２３２ｅ〜２３２ｈからは、不活性ガスとしての例えば窒素（Ｎ２）ガスが、ＭＦＣ２４１ｅ〜２４１ｈ、バルブ２４３ｅ〜２４３ｈ、ガス供給管２３２ａ〜２３２ｄ、ノズル２４９ａ〜２４９ｄを介して処理室２０１内にそれぞれ供給される。
【００３９】
各ガス供給管から上述のようなガスをそれぞれ流す場合、主に、ガス供給管２３２ａ、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａにより、シリコン系ガス供給系としてのシラン系ガス供給系が構成される。ノズル２４９ａをシラン系ガス供給系に含めて考えてもよい。また、ガス供給管２３２ｂ、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂにより、アミン系ガス供給系が構成される。ノズル２４９ｂをアミン系ガス供給系に含めて考えてもよい。また、ガス供給管２３２ｃ、ＭＦＣ２４１ｃ、バルブ２４３ｃにより、酸化ガス供給系としての酸素含有ガス供給系が構成される。ノズル２４９ｃを酸素含有ガス供給系に含めて考えてもよい。また、ガス供給管２３２ｄ、ＭＦＣ２４１ｄ、バルブ２４３ｄにより、窒化ガス供給系としての窒素含有ガス供給系が構成される。ノズル２４９ｄを窒素含有ガス供給系に含めて考えてもよい。また、ガス供給管２３２ｅ〜２３２ｈ、ＭＦＣ２４１ｅ〜２３２ｈ、バルブ２４３ｅ〜２４３ｈにより、不活性ガス供給系が構成される。不活性ガス供給系はパージガス供給系としても作用する。
【００４０】
シリコン系ガス供給系（シラン系ガス供給系）、アミン系ガス供給系、酸化ガス供給系（酸素含有ガス供給系）および窒化ガス供給系（窒素含有ガス供給系）のうち少なくともいずれかを、単に、処理ガス供給系と称することもできる。例えば、シリコン系ガス供給系を処理ガス供給系と称することもできるし、シリコン系ガス供給系およびアミン系ガス供給系を処理ガス供給系と称することもできる。
【００４１】
マニホールド２０９には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気管２３１が設けられている。排気管２３１は、インナーチューブ２０３ｂとアウターチューブ２０３ａとの間の隙間によって形成される筒状空間２５０の下端部に配置されており、筒状空間２５０に連通している。排気管２３１のマニホールド２０９との接続側と反対側である下流側には、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により、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により、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バルブである。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。
【００４２】
マニホールド２０９の下方には、マニホールド２０９の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ２１９が設けられている。シールキャップ２１９はマニホールド２０９の下端に垂直方向下側から当接されるように構成されている。シールキャップ２１９は例えばＳＵＳ等の金属からなり、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２２０が設けられている。シールキャップ２１９の処理室２０１と反対側には、後述するボート２１７を回転させる回転機構２６７が設置されている。回転機構２６７の回転軸２５５は、シールキャップ２１９を貫通して、後述するボート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、プロセスチューブ２０３の外部に垂直に設置された昇降機構としてのボートエレベータ１１５によって垂直方向に昇降されるように構成されている。ボートエレベータ１１５は、シールキャップ２１９を昇降させることで、ボート２１７を処理室２０１内外に搬入および搬出することが可能なように構成されている。ボートエレベータ１１５は、ボート２１７すなわちウエハ２００を、処理室２０１内外に搬送する搬送装置（搬送機構）として構成されている。
【００４３】
支持具としてのボート２１７は、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料からなり、複数枚のウエハ２００を水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて多段に支持するように構成されている。図１，２に示すように、ボート２１７は、ボート２１７の上端面を構成する天板２１７ａと、複数本、ここでは、４本のボート柱２１７ｃと、を有している。
【００４４】
天板２１７ａは平坦な板状部材として構成されており、ウエハ２００の上部、つまり、ウエハ配列領域の最上位（最上部）に配置されたウエハ２００の上部を全体的に覆うように構成されている。これにより、ウエハ２００の上部で生成された活性種がウエハ２００に到達するまでの距離を伸ばすことができる。また、天板２１７ａは、ボート２１７が処理室２０１内に搬入された際、インナーチューブ２０３ｂの上端部２０３ｃに設けられた連通部２７０と対向するように、つまり、連通部２７０を塞ぐように構成されている。これにより、アウターチューブ２０３ａとインナーチューブ２０３ｂとの間で生成された活性種が、連通部２７０を通過した後、ウエハ２００に到達するまでの距離を伸ばすことができ、この活性種がウエハ２００に接触するのを抑制することができる。これらの結果、ウエハ２００上に形成される薄膜のウエハ面内および面間での膜厚および膜質均一性を向上させることが可能となる。
【００４５】
それぞれのボート柱２１７ｃには、複数枚、例えば、２５〜２００枚のウエハ２００を支持する係止溝（スロット）２１７ｂが複数設けられている。それぞれのボート柱２１７ｃは、インナーチューブ２０３ｂの内壁に設けられたボート柱溝２０３ｄの内部に、ボート柱溝２０３ｄとは非接触状態で、収容されるように設けられている。全ての係止溝２１７ｂにウエハ２００を装填した際、ウエハ配列領域の最上位に配置されるウエハ２００と天板２１７ａとの間の間隔は、隣接するウエハ２００間の距離（ウエハ配列ピッチ）と同等になるように構成されている。これにより、ボート２１７が処理室２０１内に搬入された際、実質的な処理室２０１の体積（容積）を小さくすることができ、処理ガスが熱分解して活性種が生成される領域を制限し（最小限に狭くし）、多種の活性種の生成を抑えることができる。そして、活性種の膜厚、膜質への影響を抑制することができ、ウエハ面内および面間で均一な膜厚および膜質を実現することが可能となる。
【００４６】
ボート２１７の下部には、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料からなる断熱板２１８が水平姿勢で多段に支持されており、ヒータ２０７からの熱がシールキャップ２１９側に伝わりにくくなるように構成されている。ボート２１７の下部に断熱板２１８を設けずに、石英やＳｉＣ等の耐熱性材料からなる筒状の部材として構成された断熱筒を設けてもよい。処理室２０１内（インナーチューブ２０３ｂ内）における断熱板２１８の収容領域を、断熱板配列領域とも呼ぶ。
【００４７】
プロセスチューブ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ように構成されている。温度センサ２６３は、Ｌ字型に構成されており、その水平部はマニホールド２０９を貫通するように設けられており、その垂直部は少なくともウエハ配列領域の一端側から他端側に向かって立ち上がるように設けられている。
【００４８】
図３に示されているように、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。
【００４９】
記憶装置１２１ｃは、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）等で構成されている。記憶装置１２１ｃ内には、基板処理装置の動作を制御する制御プログラムや、後述する基板処理の手順や条件など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、後述する基板処理工程における各手順をコントローラ１２１に実行させ、所定の結果を得ることが出来るように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、この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。本明細書においてプログラムという言葉を用いた場合は、プロセスレシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。また、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。
【００５０】
Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、上述のＭＦＣ２４１ａ〜２４１ｈ、バルブ２４３ａ〜２４３ｈ、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４４、真空ポンプ２４６、ヒータ２０７、温度センサ２６３、回転機構２６７、ボートエレベータ１１５等に接続されている。
【００５１】
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からプロセスレシピを読み出すように構成されている。そして、ＣＰＵ１２１ａは、読み出したプロセスレシピの内容に沿うように、ＭＦＣ２４１ａ〜２４１ｈによる各種ガスの流量調整動作、バルブ２４３ａ〜２４３ｈの開閉動作、ＡＰＣバルブ２４４の開閉動作及び圧力センサ２４５に基づくＡＰＣバルブ２４４による圧力調整動作、温度センサ２６３に基づくヒータ２０７の温度調整動作、真空ポンプ２４６の起動および停止、回転機構２６７によるボート２１７の回転および回転速度調節動作、ボートエレベータ１１５によるボート２１７の昇降動作等を制御するように構成されている。
【００５２】
コントローラ１２１は、専用のコンピュータとして構成されている場合に限らず、汎用のコンピュータとして構成されていてもよい。例えば、上述のプログラムを格納した外部記憶装置（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリやメモリカード等の半導体メモリ）１２３を用意し、係る外部記憶装置１２３を用いて汎用のコンピュータにプログラムをインストールすること等により、本実施形態に係るコントローラ１２１を構成することができる。但し、コンピュータにプログラムを供給するための手段は、外部記憶装置１２３を介して供給する場合に限らない。例えば、インターネットや専用回線等の通信手段を用い、外部記憶装置１２３を介さずにプログラムを供給するようにしてもよい。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、その両方を含む場合がある。
【００５３】
次に、上述の基板処理装置を使用して、半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、基板上に薄膜を形成する方法について説明する。
【００５４】
ここでは、一例として、処理室２０１内にシリコン系ガスとアミン系ガスとを供給して基板としてのウエハ２００上にシリコンおよび炭素を含む膜、すなわち、ＳｉＣ系の膜を形成する例について説明する。具体的には、シリコン系ガスとしてジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）ガスを使用し、アミン系ガスとしてトリエチルアミン（（Ｃ２Ｈ５）３Ｎ、略称：ＴＥＡ）ガスを使用し、ＳｉＣ系の膜としてシリコン炭化膜（ＳｉＣ膜）を形成する例について説明する。本実施形態では、ＳｉＣ系の膜の形成は、ノンプラズマの雰囲気下で行われる。また、本実施形態では、ウエハ２００として半導体シリコンウエハを使用し、ＳｉＣ系の膜の形成は、半導体装置の製造工程の一工程として行われる。ＳｉＣ等のＳｉＣ系の膜は、エッチング耐性および酸化耐性の高い絶縁膜として、トランジスタのゲート電極周りや配線構造に好適に用いられる。
【００５５】
本明細書では、ＳｉＣ系の膜という用語は、少なくともシリコン（Ｓｉ）と炭素（Ｃ）とを含む膜を意味しており、これには、シリコン炭化膜（ＳｉＣ膜）の他、例えば、シリコン酸炭化膜（ＳｉＯＣ膜）、シリコン炭窒化膜（ＳｉＣＮ膜）、シリコン酸炭窒化膜（ＳｉＯＣＮ膜）等も含まれる。
【００５６】
本明細書において「ウエハ」という言葉を用いた場合は、「ウエハそのもの」を意味する場合や、「ウエハとその表面に形成された所定の層や膜等との積層体（集合体）」を意味する場合、すなわち、表面に形成された所定の層や膜等を含めてウエハと称する場合がある。また、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（露出面）」を意味する場合や、「ウエハ上に形成された所定の層や膜等の表面、すなわち、積層体としてのウエハの最表面」を意味する場合がある。
【００５７】
従って、本明細書において「ウエハに対して所定のガスを供給する」と記載した場合は、「ウエハそのものの表面（露出面）に対して所定のガスを直接供給する」ことを意味する場合や、「ウエハ上に形成されている層や膜等に対して、すなわち、積層体としてのウエハの最表面に対して所定のガスを供給する」ことを意味する場合がある。また、本明細書において「ウエハ上に所定の層（又は膜）を形成する」と記載した場合は、「ウエハそのものの表面（露出面）上に所定の層（又は膜）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や膜等の上、すなわち、積層体としてのウエハの最表面の上に所定の層（又は膜）を形成する」ことを意味する場合がある。
【００５８】
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様である。その場合、上記説明において、「ウエハ」を「基板」に置き換えて考えればよい。
【００５９】
以下、ＳｉＣ系の膜を形成する例について詳細に説明する。
【００６０】
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。この時、ウエハ配列領域の全領域にわたり空きスロットが生じないように、ウエハ２００を装填する。これにより、基板処理中における実質的な処理室２０１の体積（容積）を小さくすることができ、処理ガスが熱分解して活性種が生成される領域を制限し（最小限に狭くし）、多種の活性種の生成を抑えることができる。そして、活性種の膜厚、膜質への影響を抑制することができ、ウエハ面内および面間で均一な膜厚および膜質を実現することが可能となる。特に、ウエハ配列領域のうち、少なくとも連通部２７０に近い部分（本実施形態ではウエハ配列領域の上部）に空きスロットが生じないようにウエハ２００を装填することで、連通部２７０に近い領域の体積（容積）を小さくすることができ、連通部２７０の近傍における活性種の発生を抑えることができる。その結果、連通部２７０の近傍に配置されたウエハ２００に対する活性種の膜厚、膜質への影響を適正に抑制することが可能となる。
【００６１】
その後、図１に示されているように、複数枚のウエハ２００を支持したボート２１７は、ボートエレベータ１１５によって持ち上げられて処理室２０１内に搬入（ボートロード）され、複数枚のウエハ２００は処理室２０１内に収容される。この状態で、シールキャップ２１９はＯリング２２０を介して、処理容器の下端、すなわち、マニホールド２０９の下端をシールした状態となる。
【００６２】
次に、真空ポンプ２４６を作動させた状態でＡＰＣバルブ２４４を徐々に全開にし、真空ポンプ２４６によって処理室２０１内を真空排気して、処理室２０１内のベース圧力（真空度）を１Ｐａ以下にする。真空ポンプ２４６は、少なくともウエハ２００に対する処理が終了するまでの間は常時作動させた状態を維持する。回転機構２６７により、ボート２１７を回転させることで、ウエハ２００を回転させ（ウエハ回転）、好ましくは、例えば、１ｒｐｍから１０ｒｐｍの範囲内でその回転数を一定に維持する。回転機構２６７によるボート２１７及びウエハ２００の回転は、少なくとも、ウエハ２００に対する処理が完了するまでの間は継続して行われる。ヒータ２０７によって処理室２０１内を加熱することで、処理室２０１内の温度を所望の温度として、ウエハ２００の温度を、好ましくは、例えば、３５０℃〜４５０℃の範囲内の所望の温度に維持する。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への電力供給具合がフィードバック制御される（温度調整）。ヒータ２０７による処理室２０１内の加熱は、少なくともウエハ２００に対する処理が完了するまでの間は継続して行われる。
【００６３】
その後、ガス供給管２３２ｅ，２３２ｆから、好ましくは、例えば、毎分数リットルの窒素（Ｎ２）ガスを、ＭＦＣ２４１ｅ，２４１ｆ、バルブ２４３ｅ，２４３ｆ、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂ、ノズル２４９ａ，２４９ｂを介して処理室２０１内に供給して、任意の圧力にて窒素パージを数分間実施し、その後、窒素ガスの供給を止め、窒素パージを終える。
【００６４】
その後、ＡＰＣバルブ２４４を全開とした状態で、真空ポンプ２４６によって処理室２０１内を真空排気して、処理室２０１内のベース圧力を、好ましくは、例えば、１Ｐａ以下にする。処理室２０１内の圧力が１Ｐａ以下になったところで、ＡＰＣバルブ２４４を完全に閉じて、閉じ込め状態を開始する。このとき、ＡＰＣバルブ２４４を完全に閉じることなく僅かに開いておくようにしてもよい。
【００６５】
ウエハ２００の温度を、好ましくは、例えば、３５０℃〜４５０℃の範囲内の所望の温度に維持し、好ましくは、例えば、１ｒｐｍから１０ｒｐｍの範囲内の所望の回転数でウエハ２００の回転を維持し、ＡＰＣバルブ２４４を完全に閉じた状態で、シリコン系ガスとしてジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）ガスを、ガス供給管２３２ａから、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａ、ノズル２４９ａを介して処理室２０１内に導入する。同時に、アミン系ガスとしてトリエチルアミン（ＴＥＡ）ガスを、ガス供給管２３２ｂから、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂ、ノズル２４９ｂを介して処理室２０１内に導入する。これらの操作により、Ｓｉ２Ｈ６ガスおよびＴＥＡガスを処理室２０１内に封じ込める（工程Ａ）。ＴＥＡガスは、好ましくは、例えば、０．１ｓｌｍ〜２ｓｌｍの範囲内の所望の流量で導入し、Ｓｉ２Ｈ６ガスは、好ましくは、例えば、０．０５ｓｌｍ〜０．５ｓｌｍの範囲内の所望の流量で導入する。ＴＥＡガスの供給時間は、好ましくは、例えば、１秒〜６０秒の範囲内の所望の時間とし、Ｓｉ２Ｈ６ガスの供給時間は、好ましくは、例えば、１秒〜６０秒の範囲内の所望の時間とする。そして、Ｓｉ２Ｈ６ガスおよびＴＥＡガスを、好ましくは、例えば、１００〜２０００Ｐａの範囲内の所望の圧力で処理室２０１内に封じ込める。
【００６６】
その後、Ｓｉ２Ｈ６ガスおよびＴＥＡガスの処理室２０１内への供給を停止して、ＡＰＣバルブ２４４を完全に閉じた状態で、Ｓｉ２Ｈ６ガスおよびＴＥＡガスの処理室２０１内への封じ込め状態を維持する（工程Ｂ）。
【００６７】
このとき、処理室２０１内ではＳｉ２Ｈ６ガスおよびＴＥＡガスが熱分解して、活性種が生成することとなる。但し、上述したように、アウターチューブ２０３ａの天井部の内面と、インナーチューブ２０３ｂの天井部の外面と、をそれぞれ平坦に構成するフラット−フラット構造により、これらの天井部に挟まれる空間の体積（容積）を小さくしている。これにより、実質的な処理室２０１の体積（容積）を小さくすることができ、Ｓｉ２Ｈ６ガスおよびＴＥＡガスが熱分解して活性種が生成される領域を制限する（減少させる）ことができる。その結果、多種の活性種の生成を抑えることが可能となる。また、これらの天井部に挟まれる空間を、体積に比べて表面積が大きな空間とすることで、この空間で生成された活性種をその空間内で消費させやすくなり、この空間における活性種の濃度を適正に低減させることが可能となる。これらの結果、処理室２０１内、特にウエハ配列領域における活性種の濃度分布を均一化させることができる。
【００６８】
また、上述のように、インナーチューブ２０３ｂの上端部２０３ｃの内面を平坦に構成し、平坦に構成されたボート２１７の上端面２１７ａの少なくとも一部をこのインナーチューブ２０３ｂの上端部２０３ｃで覆うフラット−フラット構造により、インナーチューブ２０３ｂの上端部２０３ｃとボート２１７の上端面２１７ａとに挟まれる空間の体積（容積）を小さくしている。これにより、実質的な処理室２０１の体積（容積）を更に小さくすることができ、Ｓｉ２Ｈ６ガスおよびＴＥＡガスが熱分解して活性種が生成される領域を、更に制限する（減少させる）ことができる。その結果、多種の活性種の生成を更に抑えることが可能となる。また、インナーチューブ２０３ｂの上端部２０３ｃとボート２１７の上端面２１７ａとに挟まれる空間を、体積に比べて表面積が大きな空間とすることで、この空間で生成された活性種をその空間内で消費させやすくなり、この空間における活性種の濃度を適正に低減させることが可能となる。これらの結果、処理室２０１内、特にウエハ配列領域における活性種の濃度分布を更に均一化させることができる。
【００６９】
また、上述のように、インナーチューブ２０３ｂの上端部２０３ｃがボート２１７の上端面（天板）２１７ａの少なくとも一部、すなわち、ウエハ２００の上部を覆い、さらに、連通部２７０をインナーチューブ２０３ｂの上端部２０３ｃに設けた構造により、ウエハ２００の上部、もしくは、アウターチューブ２０３ａとインナーチューブ２０３ｂとの間で生成された活性種がウエハ２００へ到達するまでの距離をそれぞれ伸ばすようにしている。その結果、これらの部位で生成された活性種がウエハ２００に接触するのを抑制することができる。特に、連通部２７０をインナーチューブ２０３ｂの上端部２０３ｃの中央部に設けることで、連通部２７０を通過した活性種がウエハ２００へ到達するまでの距離を最大限に伸ばすことが可能となり、この活性種がウエハ２００に接触するのを抑制しやすくなる。
【００７０】
また、上述のように、インナーチューブ２０３ｂの側壁部をボート２１７を構成する部材を避ける構造とし、インナーチューブ２０３ｂの側壁部の内壁とウエハ２００の端部との間の距離を極限まで小さくし、実質的な処理室２０１の体積（容積）を更に小さくしている。これにより、Ｓｉ２Ｈ６ガスおよびＴＥＡガスが熱分解して活性種が生成される領域を、更に制限する（減少させる）ことができる。その結果、多種の活性種の生成を、更に抑えることができるようになる。
【００７１】
このように、Ｓｉ２Ｈ６ガスおよびＴＥＡガスのような処理ガスを処理室２０１内へ封じ込めた状態を維持して成膜を行う場合において、上述のような構造のアウターチューブ２０３ａおよびインナーチューブ２０３ｂとで構成される処理室２０１を用いることで、活性種の膜厚、膜質への影響を抑制することができ、ウエハ面内および面間で均一な膜厚および膜質を実現することが可能となる。上述のようなアウターチューブ２０３ａおよびインナーチューブ２０３ｂの構造による上述の効果は、特に、本実施形態のように、処理ガスを処理室２０１内へ封じ込めた状態を所定時間維持する工程を有する成膜プロセスにおいて、特に顕著に現れることを確認した。
【００７２】
処理ガスが分解する領域を減少させる方法としては、インナーチューブ２０３ｂを使用せず、プロセスチューブ２０３として、アウターチューブ２０３ａのみを使用し、このアウターチューブ２０３ａの容積を必要最低限の容積に変更する方法を用いてもよい。つまり、アウターチューブ２０３ａとボート２１７との間の距離を側壁部、上端部とも必要最低限に狭める方法を用いてもよい。この場合の必要最低限とは、半導体装置の製造、基板処理、基板処理装置の運用が損なわれない範囲のことである。また、アウターチューブ２０３ａやインナーチューブ２０３ｂの内面に、例えば、突起やリブ等の凸部や、溝や穴等の凹部を設け、これらの内面を凹凸部を有する構造とし、処理ガスが分解する領域を減少させる方法を用いてもよい。
【００７３】
工程Ａ、または、工程Ａおよび工程Ｂでは、ＡＰＣバルブ２４４を完全に閉じることなく僅かに開いておくことで、Ｓｉ２Ｈ６ガスおよびＴＥＡガスを僅かに排気してガスの流れを僅かに形成するようにしてもよい。この場合、工程Ａ、または、工程Ａおよび工程Ｂにおいて、Ｓｉ２Ｈ６ガスおよびＴＥＡガスを処理室２０１内へ供給しつつ処理室２０１内から排気し、その際、Ｓｉ２Ｈ６ガスおよびＴＥＡガスの処理室２０１内からの排気レートを、Ｓｉ２Ｈ６ガスおよびＴＥＡガスの処理室２０１内への供給レートよりも小さくした状態を維持することで、Ｓｉ２Ｈ６ガスおよびＴＥＡガスを僅かに排気するようにしてもよい。すなわち、工程Ａ、または、工程Ａおよび工程Ｂにおいて、トータルでの処理室２０１内からの排気レート（所定の圧力における単位時間あたりのトータルでのガス排気量、すなわち、排気流量（体積流量））を、トータルでの処理室２０１内への供給レート（所定の圧力における単位時間あたりのトータルでのガス供給量、すなわち、供給流量（体積流量））よりも小さくした状態を維持することで、Ｓｉ２Ｈ６ガスおよびＴＥＡガスを僅かに排気するようにしてもよい。この場合、工程Ａにおいて、Ｓｉ２Ｈ６ガスおよびＴＥＡガスを処理室２０１内へ供給しつつ処理室２０１内から排気し、Ｓｉ２Ｈ６ガスおよびＴＥＡガスの処理室２０１内からの排気レートをＳｉ２Ｈ６ガスおよびＴＥＡガスの処理室２０１内への供給レートよりも小さくした状態を形成し、工程Ｂにおいて、その状態を維持することとなる。
【００７４】
このように処理室２０１内に供給されるガスを僅かに排気するようにしても、ＡＰＣバルブ２４４を完全に閉じる場合と実質的に同様な封じ込め状態を形成することができる。よって本明細書では、このように処理室２０１内に供給されるガスを僅かに排気するような状態をも、封じ込めた状態に含めて考えることとしている。すなわち、本明細書において「封じ込め」という言葉を用いた場合は、ＡＰＣバルブ２４４を完全に閉じて処理室２０１内の排気を停止する場合の他、ＡＰＣバルブを完全に閉じることなく僅かに開き、処理室２０１内に供給されるガスの処理室２０１内からの排気レートを、処理室２０１内に供給されるガスの処理室２０１内への供給レートよりも小さくした状態を維持し、処理室２０１内に供給されるガスを僅かに排気する場合をも含む。
【００７５】
そして、工程Ａと工程Ｂとを所定回数実施した後、ＡＰＣバルブ２４４を全開にして、処理室２０１内を速やかに排気する（工程Ｃ）。このとき、処理室２０１内に残留する未反応もしくは成膜に寄与した後のＳｉ２Ｈ６ガスやＴＥＡガスや反応副生成物が、処理室２０１内から、インナーチューブ２０３ｂの上端部２０３ｃにおける連通部（開口部）２７０、および、インナーチューブ２０３ｂとアウターチューブ２０３ａとの間の筒状空間２５０を介して、排気管２３１より排気されることとなる。
【００７６】
上記の工程Ａ、工程Ｂ、工程Ｃを含むサイクル、すなわち、工程Ａと工程Ｂとを所定回数実施する工程（工程Ｄ）と、工程Ｃとで構成されるサイクルを、ウエハ２００上に形成されるＳｉＣ膜の膜厚が所望の膜厚になるまで所定回数実施する。本実施形態のサイクルシーケンスの一例を図４に示す。
【００７７】
その後、ガス供給管２３２ｅ，２３２ｆから、好ましくは、例えば、毎分数リットルの窒素（Ｎ２）ガスを、ＭＦＣ２４１ｅ，２４１ｆ、バルブ２４３ｅ，２４３ｆ、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂ、ノズル２４９ａ，２４９ｂを介して処理室２０１内に供給して、任意の圧力にて窒素パージを、好ましくは、例えば、数分間実施し、その後、窒素ガスの供給を止め、窒素パージを終える。
【００７８】
その後、回転機構２６７によるボート２１７の回転を止め、ＡＰＣバルブ２４４を閉じて、ガス供給管２３２ｅ，２３２ｆから、好ましくは、例えば、毎分数リットルの窒素（Ｎ２）ガスを、ＭＦＣ２４１ｅ，２４１ｆ、バルブ２４３ｅ，２４３ｆ、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂ、ノズル２４９ａ，２４９ｂを介して、処理室２０１内の圧力が大気圧になるまで、処理室２０１内に供給する（大気圧復帰）。
【００７９】
成膜処理の終わったウエハ２００を支持したボート２１７は、ボートエレベータ１１５によって処理室２０１内から搬出される（ボートアンロード）。その後、成膜処理後の複数枚のウエハ２００がボート２１７から取り出される。
【００８０】
上述した本実施形態では、図４に示すように、Ｓｉ２Ｈ６ガスおよびＴＥＡガスを処理室２０１内へ供給して封じ込める工程（工程Ａ）と、Ｓｉ２Ｈ６ガスおよびＴＥＡガスを処理室２０１内に封じ込めた状態を維持する工程（工程Ｂ）と、を交互に複数回（一例として、３回）行う工程（工程Ｄ）と、処理室２０１内を排気する工程（工程Ｃ）と、を交互に複数回繰り返している。すなわち、本実施形態では、工程Ａと工程Ｂとで構成されるサイクルを複数サイクル（一例として、３サイクル）行う工程Ｄと、工程Ｃと、で構成されるサイクルを複数サイクル繰り返すようにしている。
【００８１】
本実施形態では、工程Ａと工程Ｂとで構成されるサイクルを３サイクル行う毎に工程Ｃを１回実施しているが、工程Ａと工程Ｂとで構成されるサイクルを１サイクル行う毎に工程Ｃを行うようにしてもよい。すなわち、工程Ａと工程Ｂとを交互に１回行う工程と、工程Ｃと、を交互に複数回繰り返すようにしてもよい。この場合、工程Ａと工程Ｂと工程Ｃとで構成されるサイクルを複数回繰り返すこととなる。
【００８２】
また、工程Ａと工程Ｂとで構成されるサイクルを１回行う毎に工程Ｃを行うようにし、工程ＡにおけるＳｉ２Ｈ６ガスおよびＴＥＡガスの１回の供給量を、本実施形態におけるＳｉ２Ｈ６ガスおよびＴＥＡガスの１回の供給量よりも多くする（例えば、本実施形態の工程ＡにおけるＳｉ２Ｈ６ガスおよびＴＥＡガスの１回の供給量の３倍の供給量とし、工程Ａと工程Ｂとで構成されるサイクルを３サイクル行う際の供給量と同じ供給量とする）ようにしてもよい。但し、この場合、一回の供給により多量のガスが供給されるので、成膜速度は上がるが、処理室２０１内の圧力が急激に高くなり、ウエハ面内膜厚均一性やステップカバレッジ（段差被覆性）が悪くなる可能性がある。
【００８３】
これに対して、工程Ａと工程Ｂとで構成されるサイクルを１回行う毎に工程Ｃを行うようにし、工程ＡにおけるＳｉ２Ｈ６ガスおよびＴＥＡガスの１回の供給量を少なくする（例えば、本実施形態の工程ＡにおけるＳｉ２Ｈ６ガスおよびＴＥＡガスの１回の供給量と同じにするか、あるいは、その１回の供給量よりも少なくする）と、ウエハ面内膜厚均一性やステップカバレッジは良好となるが、成膜速度が小さくなる。
【００８４】
本実施形態では、工程Ａと工程Ｂとで構成されるサイクルを３サイクル行う毎に工程Ｃを１回実施している。すなわち、ＡＰＣバルブ２４４を完全に閉じた状態で、Ｓｉ２Ｈ６ガスおよびＴＥＡガスをそれぞれ複数回（３回）に分けて供給しており、処理室２０１内の圧力は、多段階（この場合は３段階）で、徐々に高くなる。第１段階（第１サイクル）は、３段階のうちで一番圧力が低く、成膜レートは一番低いが、ウエハ面内膜厚均一性やステップカバレッジは最も良好となる。逆に第３段階（第３サイクル）は３段階のうち一番圧力が高く、成膜レートは一番高いが、ウエハ面内膜厚均一性やステップカバレッジは悪くなる可能性がある。第２段階（第２サイクル）は、第１段階（第１サイクル）と第３段階（第３サイクル）の中間の特性となる。
【００８５】
但し、本実施形態のように、３段階等の多段階で圧力を増加させる場合、第１段階（第１サイクル）ではウエハ面内膜厚均一性やステップカバレッジが良好な膜が形成されることから、第２段階、第３段階等では、そのウエハ面内膜厚均一性やステップカバレッジが良好な膜を下地として膜が形成されることとなり、その際、その下地の影響を受け、その後も、ウエハ面内膜厚均一性やステップカバレッジが良好な膜が形成されることとなる。このように、多段階で圧力を増加させる場合には、初期段階において、ウエハ面内膜厚均一性やステップカバレッジが良好な初期層を形成することができ、その後、ウエハ面内膜厚均一性やステップカバレッジを確保しつつ、成膜レートを上げることが可能となる。
【００８６】
本実施形態では、図４に示すように、ＴＥＡガスの供給時間をＳｉ２Ｈ６ガスの供給時間よりも長くしているが、ＴＥＡガスの供給時間とＳｉ２Ｈ６ガスの供給時間とを等しくしてもよく、ＴＥＡガスの供給時間をＳｉ２Ｈ６ガスの供給時間よりも短くしてもよい。その中でも、ＴＥＡガスの供給時間とＳｉ２Ｈ６ガスの供給時間とを等しくすることがより好ましい。
【００８７】
ところで、本実施形態におけるＳｉ２Ｈ６ガスおよびＴＥＡガスを処理室２０１内へ供給して封じ込める工程Ａでは、加熱された処理室２０１内へのＳｉ２Ｈ６ガスおよびＴＥＡガスの供給により、処理室２０１内においてＳｉ２Ｈ６ガスおよびＴＥＡガスを熱的に分解させるようにしている。すなわち、熱的に気相分解反応を生じさせるようにしている。工程Ａだけでなく、工程Ｂにおいても、処理室２０１内に供給されたＳｉ２Ｈ６ガスおよびＴＥＡガスは熱的に分解される。
【００８８】
Ｓｉ２Ｈ６ガスを熱的に分解させることで、例えば、ＳｉＨ３＋ＳｉＨ３、Ｓｉ２Ｈ４＋Ｈ２、ＳｉＨ４＋ＳｉＨ２等の活性種を含む物質が生じる。また、ＴＥＡ（（Ｃ２Ｈ５）３Ｎ）ガスを熱的に分解させることで、例えば、（Ｃ２Ｈ５）２Ｎ＋Ｃ２Ｈ５、Ｃ２Ｈ５Ｎ＋２Ｃ２Ｈ５、Ｎ＋３Ｃ２Ｈ５等の活性種を含む物質が生じる。これらの物質が、ウエハ２００上にＳｉＣ膜が形成される際の反応に主に寄与する代表的な物質の例である。
【００８９】
そして、Ｓｉ２Ｈ６ガスおよびＴＥＡガスを熱的に分解させるために、Ｓｉ２Ｈ６ガスおよびＴＥＡガスを処理室２０１内へ供給して封じ込める工程Ａでは、処理室２０１内の圧力を、処理室２０１内へのＳｉ２Ｈ６ガスおよびＴＥＡガスの供給により、好ましくは、１００〜２０００Ｐａの範囲内の圧力とする。また、ヒータ２０７の温度を、好ましくは、ウエハ２００の温度が３５０〜４５０℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。処理室２０１内に、不活性ガスとしてＮ２ガスをガス供給管２３２ｅ，２３２ｆから供給するようにしてもよい。また、不活性ガスとしては、Ｎ２ガスの他、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ｘｅガス等の希ガスを用いてもよい。
【００９０】
ウエハ２００の温度が３５０℃未満となるとＳｉ２Ｈ６ガスが熱分解しなくなり、ＴＥＡガスが熱分解した物質との反応が生じなくなって、ＳｉＣ膜が形成されなくなる。ウエハ２００の温度が４５０℃を超えるとＳｉＣ膜中に残留する窒素（Ｎ）の量が不純物レベルを超え、Ｎが膜を構成する成分として作用し、ＳｉＣ膜が形成されなくなってしまう（ＳｉＣ膜ではなく、ＳｉＣＮ膜が形成されることとなる）。また、ウエハ２００の温度が４５０℃を超えると気相反応が強くなり過ぎ、ウエハ面内膜厚均一性を確保するのが困難となる。よって、ウエハ２００の温度は３５０〜４５０℃の範囲内の温度とするのが好ましい。
【００９１】
また、処理室２０１内の圧力が１００Ｐａ未満となると、Ｓｉ２Ｈ６ガスが熱分解した物質と、ＴＥＡガスが熱分解した物質との反応が生じにくくなる。処理室２０１内の圧力が２０００Ｐａを超えると、工程Ｃにおける処理室２０１内の排気に時間がかかってしまい、スループットに影響を及ぼすこととなる。また、処理室２０１内の圧力が２０００Ｐａを超えると、ＳｉＣ膜中に残留するＮの量が不純物レベルを超え、Ｎが膜を構成する成分として作用し、ＳｉＣ膜が形成されなくなってしまう（ＳｉＣ膜ではなく、ＳｉＣＮ膜が形成されることとなる）。また、気相反応が強くなり過ぎ、ウエハ面内膜厚均一性を確保するのが困難となる。よって、処理室２０１内の圧力は１００〜２０００Ｐａの範囲内の圧力とするのが好ましい。
【００９２】
このような雰囲気（条件）下における処理室２０１内において、Ｓｉ２Ｈ６ガスの供給流量が５０ｓｃｃｍ未満となると成膜レートが極端に悪くなる。また、Ｓｉ２Ｈ６ガスの供給流量が５００ｓｃｃｍを超えるとＳｉＣ膜中の炭素（Ｃ）の量が少なくなってしまう。よって、Ｓｉ２Ｈ６ガスの供給流量は５０〜５００ｓｃｃｍ（０．０５〜０．５ｓｌｍ）の範囲内の流量とするのが好ましい。
【００９３】
また、Ｓｉ２Ｈ６ガスの供給時間はできるだけ短くし、反応継続時間（Ｓｉ２Ｈ６ガスの供給停止時間）をできるだけ長くするのが望ましい。すなわち、適切な量のＳｉ２Ｈ６ガスを短時間に供給するのが好ましい。しかしながら、Ｓｉ２Ｈ６ガスの供給時間を１秒未満とするのはバルブ制御上困難である。よって、Ｓｉ２Ｈ６ガスの供給時間は１〜６０秒の範囲内の時間とするのが好ましい。
【００９４】
また、このような雰囲気（条件）下における処理室２０１内において、ＴＥＡガスの供給流量が１００ｓｃｃｍ未満となるとＳｉＣ膜中のＣの量が極端に少なくなってしまう。また、ＴＥＡガスの供給流量が２０００ｓｃｃｍを超えると反応に寄与しないＴＥＡガスの量が多くなり、無駄となってしまう。よって、ＴＥＡガスの供給流量は１００〜２０００ｓｃｃｍ（０．１〜２ｓｌｍ）の範囲内の流量とするのが好ましい。
【００９５】
また、ＴＥＡガスの供給時間はできるだけ短くし、反応継続時間をできるだけ長くするのが望ましい。すなわち、適切な量のＴＥＡガスを短時間に供給するのが好ましい。しかしながら、ＴＥＡガスの供給時間を１秒未満とするのはバルブ制御上困難である。よって、ＴＥＡガスの供給流時間は１〜６０秒の範囲内の時間とするのが好ましい。
【００９６】
処理室２０１内へのＳｉ２Ｈ６ガスおよびＴＥＡガスの供給を停止して、Ｓｉ２Ｈ６ガスおよびＴＥＡガスを処理室２０１内に封じ込めた状態を維持する工程Ｂでは、加熱された処理室２０１内へのＳｉ２Ｈ６ガスおよびＴＥＡガスの供給により、処理室２０１内においてＳｉ２Ｈ６ガスおよびＴＥＡガスを熱的に分解させることで生じた物質同士を反応させる。すなわち、Ｓｉ２Ｈ６ガスを熱的に分解させることで生じたＳｉＨ３＋ＳｉＨ３、Ｓｉ２Ｈ４＋Ｈ２、ＳｉＨ４＋ＳｉＨ２等の物質と、ＴＥＡガスを熱的に分解させることで生じた（Ｃ２Ｈ５）２Ｎ＋Ｃ２Ｈ５、Ｃ２Ｈ５Ｎ＋２Ｃ２Ｈ５、Ｎ＋３Ｃ２Ｈ５等の物質とを、反応させる。この反応は、大部分が気相反応であるが、表面反応も僅かに生じる。この反応は工程Ａにおいても生じ、工程Ｂではこの反応を継続させることとなる。この反応により、ウエハ２００上にＳｉＣ膜が形成されることとなる。
【００９７】
Ｓｉ２Ｈ６ガスおよびＴＥＡガスは反応しにくく、反応速度が非常に遅い（反応に時間がかかる）ので、Ｓｉ２Ｈ６ガスおよびＴＥＡガスを処理室２０１内に封じ込めた状態を維持して、時間をかけることで、反応を生じさせ、ＳｉＣ膜を形成することが可能となる。
【００９８】
このとき、処理室２０１内の圧力は、好ましくは、１００〜２０００Ｐａの範囲内の圧力を維持する。また、このときのヒータ２０７の温度は、好ましくは、ウエハ２００の温度が３５０〜４５０℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。すなわち、工程Ａと同様な圧力範囲内の圧力および温度範囲内の温度に維持する。
【００９９】
Ｓｉ２Ｈ６ガスの供給を停止する時間は、好ましくは、例えば５〜５００秒の範囲内の時間とする。Ｓｉ２Ｈ６ガスの供給停止時間を５秒未満とすると、Ｓｉ２Ｈ６ガスおよびＴＥＡガスを熱的に分解させることで生じた物質同士の反応が不十分となる。この反応がある程度進行すると、Ｓｉ２Ｈ６ガスおよびＴＥＡガスを熱的に分解させることで生じた物質の量が少なくなり、反応は生じるものの反応効率が低下してしまう。その状態を継続しても成膜レートが低下した状態での成膜を継続することとなる。すなわち、Ｓｉ２Ｈ６ガスの供給停止時間を長くしすぎるとスループットに影響を及ぼすこととなる。よって、Ｓｉ２Ｈ６ガスの供給停止時間は５〜５００秒の範囲内の時間とするのが好ましい。
【０１００】
本実施形態により形成されるＳｉＣ膜のサイクルレート（１サイクル（工程Ａと工程Ｂとで構成されるサイクル）あたりの成膜レート）は、０．０１〜０．５ｎｍ／サイクルとなることが確認されており、サイクル数を制御することで、任意の膜厚を得ることができる。例えば、ＳｉＣ膜をエッチングストッパーに適用する場合におけるＳｉＣ膜の膜厚としては、１００〜５００Å（１０〜５０ｎｍ）が例示され、この場合、上述のサイクルを、例えば、２０〜５０００サイクル行うことで、この膜厚を実現できる。
【０１０１】
本実施形態では、Ｓｉ２Ｈ６ガスおよびＴＥＡガスを処理室２０１内に供給して封じ込めるようにしたので、低温領域において反応しにくいガスであるＳｉ２Ｈ６ガスおよびＴＥＡガスを用いる場合であっても、気相反応効率を高めることが可能となり、成膜効率（Ｓｉ２Ｈ６ガスおよびＴＥＡガスの消費、成膜レートなど）を向上させることが可能となる。
【０１０２】
また、この手法では、Ｓｉ２Ｈ６ガスおよびＴＥＡガスを処理室２０１内に封じ込めた状態を維持する時間により、ＳｉＣ膜中のＣの原子濃度を、例えば、１〜４０％となるように制御することができる。すなわち、Ｓｉ２Ｈ６ガスおよびＴＥＡガスの供給を停止する時間、特に、Ｓｉ２Ｈ６ガスの供給停止時間により、ＳｉＣ膜中のＣの原子濃度を制御することができる。本実施形態のような低温領域におけるサーマルプロセスによる成膜においては、ＳｉＣ膜中のＣ濃度は４０％とするのが限界であり、それを超える濃度は実現できないことを確認している。ＳｉＣ膜中の炭素濃度を制御し、このＳｉＣ膜中のＣ濃度を高くすることにより、ＳｉＣ膜の比誘電率（ｋ値）を下げることが可能となり、また、エッチング耐性を高めることが可能となる。
【０１０３】
本実施形態では、ＳｉＣ系の膜として、ＳｉＣ膜を形成する例について説明した。本発明は上述の実施形態に限定されず、例えば、ウエハ２００の温度と処理室２０１内の圧力を高くすることで、アミン系ガスに含まれるＮを膜中に取り込むことができ、ＳｉＣ系の膜として、ＳｉＣＮ膜を形成することもできる。
【０１０４】
また、本実施形態では、ＳｉＣ系の膜として、ＳｉＣ膜を形成する例について説明した。本発明は上述の実施形態に限定されず、例えば、工程Ｂなど、Ｓｉ２Ｈ６ガスおよびＴＥＡガスの供給を停止する期間に、窒素含有ガスを供給する工程および／または酸素含有ガスを供給する工程を設けることで、ＳｉＣ系の膜として、ＳｉＣＮ膜、ＳｉＯＣ膜およびＳｉＯＣＮ膜のうち少なくとも１種類の膜を形成できる。
【０１０５】
例えば、図５のように、工程Ｂにおいて、窒化ガス、すなわち、窒素含有ガスとして例えばＮＨ３ガスを供給する工程を設けることで、ＳｉＣ系の膜として、ＳｉＣＮ膜を形成できる。
【０１０６】
窒素含有ガスは、ガス供給管２３２ｄから、ＭＦＣ２４１ｄ、バルブ２４３ｄ、ノズル２４９ｄを介して処理室２０１内に供給される。
【０１０７】
また、例えば、図６のように、工程Ｂにおいて、酸化ガス、すなわち、酸素含有ガスとして例えばＯ２ガスを供給する工程を設けることで、ＳｉＣ系の膜として、ＳｉＯＣ膜またはＳｉＯＣＮ膜を形成できる。
【０１０８】
酸素含有ガスは、ガス供給管２３２ｃから、ＭＦＣ２４１ｃ、バルブ２４３ｃ、ノズル２４９ｃを介して処理室２０１内に供給される。
【０１０９】
さらに、例えば、図７のように、工程Ｂにおいて、窒素含有ガスとして例えばＮＨ３ガスを供給する工程と、酸素含有ガスとして例えばＯ２ガスを供給する工程と、を設けることで、ＳｉＣ系の膜として、ＳｉＯＣＮ膜を形成できる。
【０１１０】
図７では、ＮＨ３ガスを供給する工程と、Ｏ２ガスを供給する工程とを、同時に行っているが、ＮＨ３ガスを供給する工程を、Ｏ２ガスを供給する工程よりも先行して行うようにしてもよいし、Ｏ２ガスを供給する工程を、ＮＨ３ガスを供給する工程よりも先行して行うようにしてもよい。
【０１１１】
図５、図６、図７では、工程Ｂなどの、Ｓｉ２Ｈ６ガスおよびＴＥＡガスの供給を停止する期間に、窒素含有ガスを供給する工程および／または酸素含有ガスを供給する工程を設ける例について説明した。本発明はこれらの実施形態に限定されず、例えば、工程Ａなどの、Ｓｉ２Ｈ６ガスおよびＴＥＡガスの供給を継続する期間に、窒素含有ガスを供給する工程および／または酸素含有ガスを供給する工程を設けることで、ＳｉＣ系の膜として、ＳｉＣＮ膜、ＳｉＯＣ膜およびＳｉＯＣＮ膜のうち少なくともいずれか１種類の膜を形成するようにしてもよい。
【０１１２】
シリコン系ガスとは、シリコンを含むガス（シリコン含有ガス）のことをいう。シリコン系ガスとしては、例えばジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）ガスやトリシラン（Ｓｉ３Ｈ８）ガス等のシラン系ガスを好ましく用いることができる。本実施形態では、シリコン系ガスとして、シリコン（Ｓｉ）と水素（Ｈ）を含み、塩素（Ｃｌ）を含まない、塩素非含有シラン系ガスを用いている。
【０１１３】
アミン系ガスとは、アミン基を含むガスのことであり、少なくとも炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）及び水素（Ｈ）を含むガスである。アミン系ガスは、エチルアミン、プロピルアミン、イソプロピルアミン、ブチルアミン、イソブチルアミン等のアミンを含む。ここで、アミンとは、アンモニア（ＮＨ３）の水素原子をアルキル基等の炭化水素基で置換した形の化合物の総称である。つまり、アミンは、アルキル基等の炭化水素基を含む。アミン系ガスは、シリコン（Ｓｉ）を含んでいないことからシリコン非含有のガスとも言え、更には、シリコン及び金属を含んでいないことからシリコン及び金属非含有のガスとも言える。アミン系ガスとしては、例えば、トリエチルアミン（（Ｃ２Ｈ５）３Ｎ、略称：ＴＥＡ）の他、ジエチルアミン（（Ｃ２Ｈ５）２ＮＨ、略称：ＤＥＡ）、モノエチルアミン（Ｃ２Ｈ５ＮＨ２、略称：ＭＥＡ）等のエチルアミン系ガス、トリプロピルアミン（（Ｃ３Ｈ７）３Ｎ、略称：ＴＰＡ）、ジプロピルアミン（（Ｃ３Ｈ７）２ＮＨ、略称：ＤＰＡ）、モノプロピルアミン（Ｃ３Ｈ７ＮＨ２、略称：ＭＰＡ）等のプロピルアミン系ガス、トリイソプロピルアミン（［（ＣＨ３）２ＣＨ］３Ｎ、略称：ＴＩＰＡ）、ジイソプロピルアミン（［（ＣＨ３）２ＣＨ］２ＮＨ、略称：ＤＩＰＡ）、モノイソプロピルアミン（（ＣＨ３）２ＣＨＮＨ２、略称：ＭＩＰＡ）等のイソプロピルアミン系ガス、トリブチルアミン（（Ｃ４Ｈ９）３Ｎ、略称：ＴＢＡ）、ジブチルアミン（（Ｃ４Ｈ９）２ＮＨ、略称：ＤＢＡ）、モノブチルアミン（Ｃ４Ｈ９ＮＨ２、略称：ＭＢＡ）等のブチルアミン系ガス、または、トリイソブチルアミン（［（ＣＨ３）２ＣＨＣＨ２］３Ｎ、略称：ＴＩＢＡ）、ジイソブチルアミン（［（ＣＨ３）２ＣＨＣＨ２］２ＮＨ、略称：ＤＩＢＡ）、モノイソブチルアミン（（ＣＨ３）２ＣＨＣＨ２ＮＨ２、略称：ＭＩＢＡ）等のイソブチルアミン系ガスを好ましく用いることができる。すなわち、アミン系ガスとしては、例えば、（Ｃ２Ｈ５）ｘＮＨ３−ｘ、（Ｃ３Ｈ７）ｘＮＨ３−ｘ、［（ＣＨ３）２ＣＨ］ｘＮＨ３−ｘ、（Ｃ４Ｈ９）ｘＮＨ３−ｘ、［（ＣＨ３）２ＣＨＣＨ２］ｘＮＨ３−ｘ（式中、ｘは１〜３の整数）のうち少なくとも１種類のガスを好ましく用いることができる。
【０１１４】
窒化ガス、すなわち、窒素含有ガスとしては、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ガス等を好ましく用いることができる。窒素（Ｎ２）ガスは不活性ガスであり、ＳｉＣ膜中に取り込まれないので、窒素含有ガスから除かれる。
【０１１５】
酸化ガス、ずなわち、酸素含有ガスとしては、例えば、酸素（Ｏ２）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、オゾン（Ｏ３）ガス、水素（Ｈ２）ガス＋Ｏ２ガス、Ｈ２ガス＋Ｏ３ガス、水蒸気（Ｈ２Ｏ）ガス、一酸化炭素（ＣＯ）ガス、二酸化炭素（ＣＯ２）ガス等を好ましく用いることができる。
【０１１６】
以上、本発明の種々の典型的な実施形態を説明してきたが、本発明はそれらの実施形態に限定されない。
【０１１７】
例えば、上述の実施形態では、連通部２７０を、インナーチューブ２０３ｂのウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に含まれる部分よりも上方、具体的には、インナーチューブ２０３ｂの上端部２０３ｃに設ける例について説明した。本発明は上述の実施形態に限定されない。つまり、上述したように、連通部２７０を、インナーチューブ２０３ｂの側壁部におけるウエハ配列領域よりも上方であって、上端部２０３ｃの近傍に設けてもよい。また例えば、図１３に示すように、連通部２７０を、インナーチューブ２０３ｂの側壁部におけるウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に含まれる部分よりも下方であって、断熱板配列領域を水平に取り囲む領域に含まれる部分等に設けてもよい。
【０１１８】
連通部２７０をインナーチューブ２０３ｂのウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に含まれる部分に設けると、アウターチューブ２０３ａとインナーチューブ２０３ｂとの間で生成された活性種がウエハ２００に到達するまでの距離が短くなってしまい、この活性種がウエハ２００に接触しやすくなる。その結果、ウエハ２００上に形成される薄膜のウエハ面内および面間での膜厚および膜質均一性が低下しやすくなる。つまり、連通部２７０に近いウエハ２００上に形成される薄膜の面内平均膜厚が、連通部２７０から離れたウエハ２００上に形成される薄膜の面内平均膜厚よりも厚くなりやすくなる。また、連通部２７０に近いウエハ２００上に形成される薄膜の面内膜厚均一性が、連通部２７０から離れたウエハ２００上に形成される薄膜の面内膜厚均一性よりも低下しやすくなる。
【０１１９】
これに対し、図１や図１３に示すように、連通部２７０をインナーチューブ２０３ｂのウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に含まれる部分よりも上方、もしくは、下方に設けると、アウターチューブ２０３ａとインナーチューブ２０３ｂとの間で生成された活性種がウエハ２００に到達するまでの距離を伸ばすことができ、この活性種がウエハ２００に接触するのを抑制することができる。その結果、ウエハ２００上に形成される薄膜のウエハ面内および面間での膜厚および膜質均一性を向上させることが可能となる。
【０１２０】
また、上述の実施形態では、連通部２７０をインナーチューブ２０３ｂの上端部２０３ｃの中央部に１つ設ける例について説明した。本発明は上述の実施形態に限定されず、例えば、連通部２７０をインナーチューブ２０３ｂの上端部２０３ｃに複数設けるようにしてもよい。すなわち、図１４に示すように、連通部２７０を、インナーチューブ２０３ｂの上端部２０３ｃの中央部と、インナーチューブ２０３ｂの上端部２０３ｃの中央部を除く部分（周縁部等）と、の両方にそれぞれ設けてもよい。また、連通部２７０を、インナーチューブ２０３ｂの上端部２０３ｃの中央部に設けずに、インナーチューブ２０３ｂの上端部２０３ｃの周縁部等にのみ複数設けてもよい。
【０１２１】
上述したように、連通部２７０をインナーチューブ２０３ｂの上端部２０３ｃの中央部に設ける場合、この連通部２７０を通過した活性種がウエハ２００に到達するまでの距離を伸ばすことができる。その結果、この連通部２７０を通過した活性種がウエハ２００に到達する前に消費されやすくなり、活性種がウエハ２００に接触するのを抑制することが可能となる。
【０１２２】
これに対し、連通部２７０をインナーチューブ２０３ｂの上端部２０３ｃの周縁部等に設ける場合、この連通部２７０の大きさ（径、開口面積）を小さくすることで、この連通部２７０を通過した活性種がウエハ２００に接触するのを抑制することが可能となる。具体的には、周縁部等に設ける連通部２７０の大きさを、この連通部２７０を通過した活性種の量がウエハ２００に到達する前に殆ど消費されて消滅するような量となるような大きさとすることで、活性種がウエハ２００に接触するのを抑制することが可能となる。この場合、各連通部２７０の大きさを、インナーチューブ２０３ｂの上端部２０３ｃの中央部と各連通部２７０との間の距離が大きくなるにつれて徐々に小さくなるようにするとよい。
【０１２３】
但し、連通部２７０をインナーチューブ２０３ｂの上端部２０３ｃの周縁部等に設ける場合においても、この連通部２７０がボート２１７の上端面（天板）２１７ａと対向し、この連通部２７０がボート２１７の上端面２１７ａで塞がれるように設けることが好ましい。つまり、連通部２７０をインナーチューブ２０３ｂの上端部２０３ｃの周縁部等に設ける場合、この連通部２７０がボート２１７の上端面２１７ａの端部（エッジ）よりも内側の部分と対向するように設けることが好ましい。このようにすることで、この連通部２７０を通過した活性種がウエハ２００に到達するまでの距離を伸ばすことが可能となる。
【０１２４】
また、上述の実施形態では、工程Ａや工程Ｂにおいて、シリコン系ガスおよびアミン系ガスの両方を熱的に分解させる例について説明した。本発明は上述の実施形態に限定されず、例えば、シリコン系ガスおよびアミン系ガスのうち少なくともいずれか一方を熱的に分解させるようにしてもよい。例えば、シリコン系ガスだけを熱的に分解させるようにしてもよいし、アミン系ガスだけを熱的に分解させるようにしてもよい。ただし、反応効率を考慮するとシリコン系ガスおよびアミン系ガスの両方を熱的に分解させるのがより好ましい。
【０１２５】
また、上述の実施形態では、工程Ｂにおいて、シリコン系ガスとアミン系ガスの供給を停止する例について説明した。本発明は上述の実施形態に限定されず、例えば、工程Ｂにおいては、各ノズル２４９ａ〜２４９ｄ内にＮ２ガス等の不活性ガスを連続的に流すようにしてもよい。その場合、処理室２０１内に不活性ガスが供給され、処理室２０１内の圧力が上昇することとなる。そして、各ノズル２４９ａ〜２４９ｄ内に供給する不活性ガスの流量を制御することで、処理室２０１内の圧力が処理圧力、すなわち、１００〜２０００Ｐａの範囲内の所望の圧力を超えないようにすることとなる。工程Ｂにおいて、各ノズル２４９ａ〜２４９ｄ内に不活性ガスを連続的に流すようにすることで、各ノズル２４９ａ〜２４９ｄ内にＳｉやＣを含む膜が形成されるのを防止することができる。
【０１２６】
また、上述の実施形態では、基板を支持する支持具としてラダーボート（ボート柱に係止溝を設けたタイプのボート）を用いる例について説明した。本発明はこれに限定されず、リングボートを用いる場合にも好適に適用可能である。この場合、例えば、リングボートは、周方向に適宜間隔を開けて立設した３〜４本のボート柱と、ボート柱に水平に多段に取り付けられ基板の外周を裏面から支持する支持板としてのリング状ホルダとから構成されるようにしてもよい。この場合、リング状ホルダは、外径が基板の径よりも大きく、内径が基板の径よりも小さいリング状プレートと、リング状プレート上の周方向に適宜間隔を置いて複数設けられ、基板の外周裏面を保持する基板保持用爪とから構成されるようにしてもよい。また、この場合、リング状ホルダは、外径および内径が基板の径よりも大きいリング状プレートと、リング状プレートの内側の周方向に適宜間隔を置いて複数設けられ、基板の外周裏面を保持する基板保持用爪とから構成されるようにしてもよい。リング状プレートが存在しない場合に比べて、リング状プレートがある分、各ノズルの孔から基板毎に分離された領域（この場合、リング状プレート間で区切られた領域）への距離が短くなるので、各ノズルから噴出したガスが基板領域に行き渡り易くなるという利点がある。これにより基板上へのガス供給量を十分に保つことが可能となり、成膜速度の低下や、均一性の悪化を防ぐことができる。リングボートを用いることで、優れた平坦性および膜厚均一性を有するＳｉＣ系の膜を形成することが可能となる。
【０１２７】
また、上述の実施形態では、シリコン系ガスとアミン系ガスとを用いてＳｉＣ系の膜を形成する例について説明した。本発明は上述の実施形態に限定されず、例えば、シリコン系ガスとアミン系ガスの代わりに、有機シリコン系ガス（以下、有機シリコン原料ともいう）を用いるようにしてもよい。有機シリコン系原料としては、例えば、Ｓｉ２Ｃ２Ｈ１０、ＳｉＣ２Ｈ８、Ｓｉ２ＣＨ８、ＳｉＣ３Ｈ１０、Ｓｉ３ＣＨ１０、ＳｉＣ４Ｈ１２、Ｓｉ２Ｃ３Ｈ１２、Ｓｉ３Ｃ２Ｈ１２、Ｓｉ４ＣＨ１２、ＳｉＣ２Ｈ６、ＳｉＣ３Ｈ８、Ｓｉ２Ｃ２Ｈ８、ＳｉＣ４Ｈ１０、Ｓｉ２Ｃ３Ｈ１０、Ｓｉ３Ｃ２Ｈ１０等の有機シラン原料のうち、少なくとも１種類の原料を好ましく用いることができる。すなわち、有機シリコン系原料としては、例えば、炭素元素が単結合の場合、ＳｉｘＣｙＨ２（ｘ＋ｙ＋１）（式中、ｘ、ｙは、それぞれ１以上の整数）で表される原料を好ましく用いることができ、また例えば、炭素元素が二重結合の場合、ＳｉｘＣ（ｙ＋１）Ｈ２（ｘ＋ｙ＋１）（式中、ｘ、ｙは、それぞれ１以上の整数）で表される原料を好ましく用いることができる。これらの有機シラン原料は、シリコン（Ｓｉ）、炭素（Ｃ）および水素（Ｈ）の３元素のみで構成され、塩素（Ｃｌ）を含まない原料であり、塩素非含有シラン系原料ともいえる。有機シリコン系原料は、ＳｉＣ膜を形成する際のシリコン源（シリコンソース）として作用すると共に炭素源（カーボンソース）としても作用することとなる。この場合、有機シリコン系ガスと一緒に水素含有ガスを供給するようにしてもよい。水素含有ガスとしては、例えば、水素（Ｈ２）ガス、アンモニア（ＮＨ３）ガスの他、メタン（ＣＨ４）ガス、ジアゼン（Ｎ２Ｈ２）ガス、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）ガス、Ｎ３Ｈ８ガス等の炭化水素系ガスや、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６等のシラン系ガス等を好ましく用いることができる。
【０１２８】
また、上述の実施形態では、半導体元素であるＳｉを含むシリコン系絶縁膜（ＳｉＣ膜、ＳｉＣＮ膜、ＳｉＯＣＮ膜、ＳｉＯＣ膜）を形成する例について説明した。本発明は上述の実施形態に限定されず、例えば、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）等の金属元素を含む金属系薄膜を形成する場合にも適用することができる。
【０１２９】
例えば、本発明は、チタン炭化膜（ＴｉＣ膜）、ジルコニウム炭化膜（ＺｒＣ膜）、ハフニウム炭化膜（ＨｆＣ膜）、タンタル炭化膜（ＴａＣ膜）、アルミニウム炭化膜（ＡｌＣ膜）、モリブデン炭化膜（ＭｏＣ膜）等の金属炭化膜を形成する場合にも好適に適用することができる。
【０１３０】
また例えば、本発明は、チタン炭窒化膜（ＴｉＣＮ膜）、ジルコニウム炭窒化膜（ＺｒＣＮ膜）、ハフニウム炭窒化膜（ＨｆＣＮ膜）、タンタル炭窒化膜（ＴａＣＮ膜）、アルミニウム炭窒化膜（ＡｌＣＮ膜）、モリブデン炭窒化膜（ＭｏＣＮ膜）等の金属炭窒化膜を形成する場合にも好適に適用することができる。
【０１３１】
また例えば、本発明は、チタン酸炭窒化膜（ＴｉＯＣＮ膜）、ジルコニウム酸炭窒化膜（ＺｒＯＣＮ膜）、ハフニウム酸炭窒化膜（ＨｆＯＣＮ膜）、タンタル酸炭窒化膜（ＴａＯＣＮ膜）、アルミニウム酸炭窒化膜（ＡｌＯＣＮ膜）、モリブデン酸炭窒化膜（ＭｏＯＣＮ膜）等の金属酸炭窒化膜を形成する場合にも好適に適用することができる。
【０１３２】
また例えば、本発明は、チタン酸炭化膜（ＴｉＯＣ膜）、ジルコニウム酸炭化膜（ＺｒＯＣ膜）、ハフニウム酸炭化膜（ＨｆＯＣ膜）、タンタル酸炭化膜（ＴａＯＣ膜）、アルミニウム酸炭化膜（ＡｌＯＣ膜）、モリブデン酸炭化膜（ＭｏＯＣ膜）等の金属酸炭化膜を形成する場合にも好適に適用することができる。
【０１３３】
この場合、上述の実施形態におけるシリコン系ガスの代わりに、金属元素を含む金属系原料ガスを用い、上述の実施形態と同様なシーケンスにより成膜を行うことができる。
【０１３４】
例えば、Ｔｉを含む金属系薄膜（ＴｉＣ膜、ＴｉＣＮ膜、ＴｉＯＣＮ膜、ＴｉＯＣ膜）を形成する場合は、原料ガスとして、チタニウムテトラクロライド（ＴｉＣｌ４）やチタニウムテトラフルオライド（ＴｉＦ４）等のＴｉ系原料ガスを用いることができる。アミン系ガス、窒素含有ガス、酸素含有ガスとしては、上述の実施形態と同様なガスを用いることができる。このときの処理条件は、例えば上述の実施形態と同様な処理条件とすることができる。
【０１３５】
また例えば、Ｚｒを含む金属系薄膜（ＺｒＣ膜、ＺｒＣＮ膜、ＺｒＯＣＮ膜、ＺｒＯＣ膜）を形成する場合は、原料ガスとして、ジルコニウムテトラクロライド（ＺｒＣｌ４）やジルコニウムテトラフルオライド（ＺｒＦ４）等のＺｒ系原料ガスを用いることができる。アミン系ガス、窒素含有ガス、酸素含有ガスとしては、上述の実施形態と同様なガスを用いることができる。このときの処理条件は、例えば上述の実施形態と同様な処理条件とすることができる。
【０１３６】
また例えば、Ｈｆを含む金属系薄膜（ＨｆＣ膜、ＨｆＣＮ膜、ＨｆＯＣＮ膜、ＨｆＯＣ膜）を形成する場合は、原料ガスとして、ハフニウムテトラクロライド（ＨｆＣｌ４）やハフニウムテトラフルオライド（ＨｆＦ４）等のＨｆ系原料ガスを用いることができる。アミン系ガス、窒素含有ガス、酸素含有ガスとしては、上述の実施形態と同様なガスを用いることができる。このときの処理条件は、例えば上述の実施形態と同様な処理条件とすることができる。
【０１３７】
また例えば、Ｔａを含む金属系薄膜（ＴａＣ膜、ＴａＣＮ膜、ＴａＯＣＮ膜、ＴａＯＣ膜）を形成する場合は、原料ガスとして、タンタルペンタクロライド（ＴａＣｌ５）やタンタルペンタフルオライド（ＴａＦ５）等のＴａ系原料ガスを用いることができる。アミン系ガス、窒素含有ガス、酸素含有ガスとしては、上述の実施形態と同様なガスを用いることができる。このときの処理条件は、例えば上述の実施形態と同様な処理条件とすることができる。
【０１３８】
また例えば、Ａｌを含む金属系薄膜（ＡｌＣ膜、ＡｌＣＮ膜、ＡｌＯＣＮ膜、ＡｌＯＣ膜）を形成する場合は、原料ガスとして、アルミニウムトリクロライド（ＡｌＣｌ３）やアルミニウムトリフルオライド（ＡｌＦ３）等のＡｌ系原料ガスを用いることができる。アミン系ガス、窒素含有ガス、酸素含有ガスとしては、上述の実施形態と同様なガスを用いることができる。このときの処理条件は、例えば上述の実施形態と同様な処理条件とすることができる。
【０１３９】
また例えば、Ｍｏを含む金属系薄膜（ＭｏＣ膜、ＭｏＣＮ膜、ＭｏＯＣＮ膜、ＭｏＯＣ膜）を形成する場合は、原料ガスとして、モリブデンペンタクロライド（ＭｏＣｌ５）やモリブデンペンタフルオライド（ＭｏＦ５）等のＭｏ系原料ガスを用いることができる。アミン系ガス、窒素含有ガス、酸素含有ガスとしては、上述の実施形態と同様なガスを用いることができる。このときの処理条件は、例えば上述の実施形態と同様な処理条件とすることができる。
【０１４０】
すなわち、本発明は、半導体元素や金属元素等の所定元素を含む薄膜を形成する場合に好適に適用することができる。
【０１４１】
本発明は、所定元素およびＣを含む膜、所定元素、ＣおよびＮを含む膜、所定元素、Ｏ、ＣおよびＮを含む膜、所定元素、ＯおよびＣを含む膜以外の膜種の成膜にも適用することができる。例えば、本発明は、ＳｉＮ膜、ＳｉＯ膜、ＳｉＯＮ膜、ＴｉＮ膜、ＴｉＯ膜、ＴｉＯＮ膜、ＺｒＮ膜、ＺｒＯ膜、ＺｒＯＮ膜、ＨｆＮ膜、ＨｆＯ膜、ＨｆＯＮ膜、ＴａＮ膜、ＴａＯ膜、ＴａＯＮ膜、ＡｌＮ膜、ＡｌＯ膜、ＡｌＯＮ膜、ＭｏＮ膜、ＭｏＯ膜、ＭｏＯＮ膜、ＷＮ膜、ＷＯ膜、ＷＯＮ膜等の成膜にも適用することができる。
【０１４２】
この場合、Ｓｉを含む膜、すなわち、Ｓｉ系の膜を形成する場合には、上述の各種ガスを適宜組合せて用いることができる。また、金属を含む膜、すなわち、金属系の膜を形成する場合には、上述の各種ガスを適宜組合せて用いることができる。Ｓｉ系の膜を形成する場合には、上述の各種ガス以外に、例えば、トリスジメチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］３Ｈ、略称：３ＤＭＡＳ）、テトラキスジメチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４、略称：４ＤＭＡＳ）、ビスジエチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］２Ｈ２、略称：２ＤＥＡＳ）、ビスターシャリーブチルアミノシラン（ＳｉＨ２［ＮＨ（Ｃ４Ｈ９）］２、略称：ＢＴＢＡＳ）、ヘキサメチルジシラザン（（ＣＨ３）３Ｓｉ−ＮＨ−Ｓｉ（ＣＨ３）３、略称：ＨＭＤＳ）、テトラエトキシシラン（Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４、略称：ＴＥＯＳ）等の有機原料を用いることができる。
【０１４３】
また、上述の実施形態では、上端部の内面が平坦な構造を有するアウターチューブ２０３ａと、上端部（上端面）２０３ｃがウエハ２００を支持するボート２１７の上端面２１７ａの少なくとも一部を覆うように構成されると共にその内部とアウターチューブ２０３ａの内部とを連通させる連通部２７０が上端部（上端面）２０３ｃの中央に設けられるインナーチューブ２０３ｂと、で構成されるプロセスチューブ２０３を用いる例について説明した。しかしながら、本発明は上述の実施形態に限定されない。
【０１４４】
例えば、インナーチューブ２０３ｂの構造としては、図８（ａ）のような上述の実施形態における構造の他、例えば図８（ｂ）〜（ｌ）のような構造としてもよい。図８（ａ）〜（ｌ）に示すように、連通部２７０の形状は丸型（円形）だけでなく、三角形や四角形、多角形やそれらを組み合わせた形状としてもよい。また連通部２７０の数は、上述したように１つでなくてもよい。たとえば２つや３つ、または、それ以上（多数）設けるようにしてもよい。また、連通部２７０を多数設ける場合、連通部２７０の配置はどのような配置としてもよい。また、連通部２７０はスリット状としてもよい。また、インナーチューブ２０３ｂ内の処理ガスを下部から排気するタイプの基板処理装置の場合、インナーチューブ２０３ｂの構造は、図９（ａ）のような構造や、図９（ｂ）〜（ｈ）のような構造としてもよい。また、インナーチューブ２０３ｂの上部の構造（図８（ａ）〜（ｌ））と下部の構造（図９（ａ）〜（ｈ））とを組合せた構造としてもよい。また、インナーチューブ２０３ｂの形状は、純粋な円筒形状としてもよいし、略円筒形状としてもよい。また、インナーチューブ２０３ｂの内壁面の構造としては、図１０（ａ）、（ｂ）のような構造としてもよい。また、インナーチューブ２０３ｂの構造は、図８（ａ）〜（ｌ）、図９（ａ）〜（ｈ）、図１０（ａ），（ｂ）を適宜組合せた構造としてもよい。
【０１４５】
また、アウターチューブ２０３ａの構造としては、図１１（ａ）のような構造や、図１１（ｂ）〜（ｊ）のような構造としてもよい。また、アウターチューブ２０３ａの形状は、純粋な円筒形状としてもよいし、略円筒形状としてもよい。また、アウターチューブ２０３ａの内壁面の構造としては、図１２（ａ），（ｂ）の構造としてもよい。また、アウターチューブ２０３ａの構造は、図１１（ａ）〜（ｊ）、図１２（ａ），（ｂ）を適宜組合せた構造としてもよい。
【０１４６】
また、上述の実施形態では、一度に複数枚の基板を処理するバッチ式の基板処理装置を用いて成膜する例について説明した。本発明は上述の実施形態に限定されず、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成膜する場合にも、好適に適用できる。
【０１４７】
また、上述の実施形態の各成膜例や各応用例等は、適宜組み合わせて用いることができる。
【０１４８】
上述した薄膜の形成に用いられるプロセスレシピ（処理手順や処理条件が記載されたプログラム）は、基板処理の内容（形成する膜の膜種、組成比、膜質、膜厚等）に応じて、それぞれ個別に用意する（複数用意する）ことが好ましい。そして、基板処理を開始する際、基板処理の内容に応じて、複数のプロセスレシピの中から、適正なプロセスレシピを適宜選択することが好ましい。具体的には、基板処理の内容に応じて個別に用意された複数のプロセスレシピを、電気通信回線や当該プロセスレシピを記録した記録媒体（外部記憶装置１２３）を介して、基板処理装置が備える記憶装置１２１ｃ内に予め格納（インストール）しておくことが好ましい。そして、基板処理を開始する際、基板処理装置が備えるＣＰＵ１２１ａが、記憶装置１２１ｃ内に格納された複数のプロセスレシピの中から、基板処理の内容に応じて、適正なプロセスレシピを適宜選択することが好ましい。このように構成することで、１台の基板処理装置で様々な膜種、組成比、膜質、膜厚の薄膜を汎用的に、かつ、再現性よく形成できるようになる。また、オペレータの操作負担（処理手順や処理条件の入力負担等）を低減でき、操作ミスを回避しつつ、基板処理を迅速に開始できるようになる。
【０１４９】
上述のプロセスレシピは、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プロセスレシピを変更することで用意してもよい。プロセスレシピを変更する場合は、変更後のプロセスレシピを、電気通信回線や当該プロセスレシピを記録した記録媒体を介して、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プロセスレシピを直接変更するようにしてもよい。
【実施例】
【０１５０】
実施例として、図１に示す上述の実施形態の基板処理装置を用い、図４に示す成膜シーケンスにより、複数枚のウエハ上にＳｉＣ膜を形成した。処理ガスの種類、処理手順、処理条件は上述の実施形態と同様とした。また、比較例として、アウターチューブの上端部（天井部）の内面を平坦な構造とせずにドーム構造とし、インナーチューブの上端部をボートの上端面を全く覆わない構造、つまり、全面的に開放された構造とした基板処理装置を用い、複数枚のウエハ上にＳｉＣ膜を形成した。処理ガスの種類、処理手順、処理条件は実施例と同様とした。そして、実施例および比較例にかかるＳｉＣ膜の膜厚をそれぞれ測定した。
【０１５１】
図１５（ａ）に、実施例および比較例にかかる基板処理装置の縦型処理炉の部分拡大図を、図１５（ｂ）に、実施例および比較例にかかるＳｉＣ膜の膜厚測定結果をそれぞれ示す。図１５（ｂ）に示すグラフの横軸はウエハ配列位置における収容位置を示しており、縦軸はＳｉＣ膜のウエハ面内の平均膜厚［Å］を示している。図中において、Ｂｏｔｔｏｍ、Ｃｅｎｔｅｒ、Ｔｏｐは、ウエハ配列領域における下部、中央部、上部をそれぞれ示している。また、◇印は実施例を、▲印は比較例をそれぞれ示している。
【０１５２】
図１５（ｂ）に示すように、実施例にかかるＳｉＣ膜の面内平均膜厚は、Ｔｏｐ〜Ｂｏｔｔｏｍにわたりほぼ均等であり、ウエハ面間膜厚均一性（ＷｔＷ）は±３．６６％であった。また、比較例にかかるＳｉＣ膜の面内平均膜厚は、Ｂｏｔｔｏｍ〜Ｔｏｐに向かうにつれて増加しており、ＷｔＷは±２４．１２％であった。つまり、実施例に係るＳｉＣ膜は、比較例にかかるＳｉＣ膜と比べ、ウエハ面間膜厚均一性が極めて良好であることが分かった。
【０１５３】
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
【０１５４】
（付記１）
本発明の一態様によれば、
外部反応管と、前記外部反応管内に設けられ、少なくともその上端部の内面が平坦な構造を有し、その内部において複数の基板を配列させて支持する支持具の上端面の少なくとも一部を覆うように構成されると共に、その内部と前記外部反応管の内部とを連通させる連通部が、前記複数の基板が配列される基板配列領域を水平に取り囲む領域から外れた部分に設けられる内部反応管と、を含む処理容器内に、前記支持具により支持した前記複数の基板を収容した状態で、前記処理容器内へ処理ガスを供給して、前記処理ガスを前記処理容器内に封じ込める工程と、
前記処理ガスを前記処理容器内に封じ込めた状態を維持する工程と、
前記処理容器内の前記処理ガスを前記連通部、および、前記内部反応管と前記外部反応管との間の空間を介して排気する工程と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、前記複数の基板上に薄膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方法が提供される。
【０１５５】
（付記２）
付記１に記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記連通部は、前記内部反応管の前記基板配列領域を水平に取り囲む領域に含まれる部分よりも上方、もしくは、下方に設けられる。
【０１５６】
（付記３）
付記１または２に記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記連通部は、前記内部反応管の前記上端部、もしくは、側壁部に設けられる。
【０１５７】
（付記４）
付記１〜３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記連通部は、前記内部反応管の前記上端部の中央部に設けられる。
【０１５８】
（付記５）
付記１〜４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記連通部は、前記内部反応管の前記上端部に複数設けられる。
【０１５９】
（付記６）
付記１〜５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記支持具の前記上端面は板状部材で構成され、該板状部材は、前記連通部と対向するように（前記連通部を塞ぐように）構成される。
【０１６０】
（付記７）
付記１〜６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記支持具の前記上端面は板状部材で構成され、該板状部材は、前記支持具で支持する前記複数の基板のうち最上部の基板の表面をカバーするように構成される。
【０１６１】
（付記８）
付記１〜７のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記支持具の前記上端面は板状部材で構成され、該板状部材は、前記支持具で支持する前記複数の基板のうち最上部の基板の表面と対向するように、かつ、前記連通部と対向するように構成される。
【０１６２】
（付記９）
付記１〜８のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記外部反応管の少なくとも上端部の内面は平坦な構造を有する。
【０１６３】
（付記１０）
付記１〜９のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記外部反応管の上端部と、前記内部反応管の前記上端部は、平行に設けられる。
【０１６４】
（付記１１）
付記１〜１０のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記外部反応管の上端部と、前記内部反応管の前記上端部と、前記支持具の前記上端面は、平行に設けられる。
【０１６５】
（付記１２）
付記１〜１１のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記外部反応管の上端部と、前記内部反応管の前記上端部と、前記支持具の前記上端面と、前記複数の基板の表面は、平行に設けられる。
【０１６６】
（付記１３）
付記１〜３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記支持具は、さらに複数の断熱板を配列させて支持するように構成されており、
前記連通部は、前記内部反応管の前記複数の断熱板が配列される断熱板配列領域を水平に取り囲む領域に含まれる部分に設けられる。
【０１６７】
（付記１４）
付記１〜１３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記薄膜を形成する工程では、前記処理ガスが熱的に分解するような温度となるように、前記処理容器内が加熱される。
【０１６８】
（付記１５）
付記１〜１４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記薄膜を形成する工程は、ノンプラズマの雰囲気下で行われる。
【０１６９】
（付記１６）
付記１〜１５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記薄膜を形成する工程では、
前記処理ガスを前記処理容器内に封じ込める工程と、前記処理ガスを前記処理容器内に封じ込めた状態を維持する工程と、を交互に所定回数行う工程と、
前記処理容器内の前記処理ガスを排気する工程と、
を交互に所定回数行う。
【０１７０】
ここで、「（Ａ）前記処理ガスを前記処理容器内に封じ込める工程と、（Ｂ）前記処理ガスを前記処理容器内に封じ込めた状態を維持する工程と、を交互に所定回数行う」とは、（Ａ）前記処理ガスを前記処理容器内に封じ込める工程と、（Ｂ）前記処理ガスを前記処理容器内に封じ込めた状態を維持する工程と、を１サイクルとした場合、このサイクルを１回行う場合と、このサイクルを複数回行う（複数回繰り返す）場合の、両方を含む、すなわち、このサイクルを１回以上（１回もしくは複数回）行うことを意味する。同様に、「（Ａ）前記処理ガスを前記処理容器内に封じ込める工程と、（Ｂ）前記処理ガスを前記処理容器内に封じ込めた状態を維持する工程と、を交互に所定回数行う工程と、（Ｃ）前記処理容器内の前記処理ガスを排気する工程と、を交互に所定回数行う」とは、（Ａ）前記処理ガスを前記処理容器内に封じ込める工程と、（Ｂ）前記処理ガスを前記処理容器内に封じ込めた状態を維持する工程と、を交互に所定回数行う工程と、（Ｃ）前記処理容器内の前記処理ガスを排気する工程と、を１サイクルとした場合、このサイクルを１回行う場合と、このサイクルを複数回行う（複数回繰り返す）場合の、両方を含む、すなわち、このサイクルを１回以上（１回もしくは複数回）行うことを意味する。
【０１７１】
（付記１７）
付記１〜１６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記薄膜を形成する工程では、
前記処理ガスを前記処理容器内に封じ込める工程と、
前記処理ガスを前記処理容器内に封じ込めた状態を維持する工程と、
前記処理容器内の前記処理ガスを排気する工程と、
を１サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返す。
【０１７２】
（付記１８）
付記１〜１６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記薄膜を形成する工程では、
前記処理ガスを前記処理容器内に封じ込める工程と、前記処理ガスを前記処理容器内に封じ込めた状態を維持する工程と、を交互に複数回繰り返す工程と、
前記処理容器内の前記処理ガスを排気する工程と、
を１サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返す。
【０１７３】
（付記１９）
付記１〜１８のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記薄膜を形成する工程では、
前記処理容器内へ供給された前記処理ガスを熱的に分解させ、
前記処理ガスを前記処理容器内に封じ込める期間において、前記処理ガスを熱的に分解させることで生じた物質同士を反応させ、この反応により前記薄膜を形成する。
【０１７４】
（付記２０）
付記１〜１９のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記処理ガスを前記処理容器内に封じ込める工程および前記処理ガスを前記処理容器内に封じ込めた状態を維持する工程では、前記処理容器内の排気を停止する。
【０１７５】
（付記２１）
付記１〜１９のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記処理ガスを前記処理容器内に封じ込める工程および前記処理ガスを前記処理容器内に封じ込めた状態を維持する工程では、前記処理ガスを前記処理容器内へ供給しつつ排気し、その際、前記処理ガスの前記処理容器内からの排気レートを前記処理ガスの前記処理容器内への供給レートよりも小さくした状態を維持する。
【０１７６】
（付記２２）
本発明の他の態様によれば、
外部反応管と、前記外部反応管内に設けられ、少なくともその上端部の内面が平坦な構造を有し、その内部において複数の基板を配列させて支持する支持具の上端面の少なくとも一部を覆うように構成されると共に、その内部と前記外部反応管の内部とを連通させる連通部が、前記複数の基板が配列される基板配列領域を水平に取り囲む領域から外れた部分に設けられる内部反応管と、を含む処理容器と、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給系と、
前記処理容器内に供給された前記処理ガスを前記連通部および前記内部反応管と前記外部反応管との間の空間を介して排気する排気系と、
前記処理容器内に、前記支持具により支持した前記複数の基板を収容した状態で、前記処理容器内へ前記処理ガスを供給して、前記処理ガスを前記処理容器内に封じ込める処理と、前記処理ガスを前記処理容器内に封じ込めた状態を維持する処理と、前記処理容器内の前記処理ガスを前記連通部、および、前記内部反応管と前記外部反応管との間の空間を介して排気する処理と、を含むサイクルを所定回数行うことで、前記複数の基板上に薄膜を形成する処理を行うように前記処理ガス供給系および前記排気系を制御する制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。
【０１７７】
（付記２３）
本発明のさらに他の態様によれば、
外部反応管と、前記外部反応管内に設けられ、少なくともその上端部の内面が平坦な構造を有し、その内部において複数の基板を配列させて支持する支持具の上端面の少なくとも一部を覆うように構成されると共に、その内部と前記外部反応管の内部とを連通させる連通部が、前記複数の基板が配列される基板配列領域を水平に取り囲む領域から外れた部分に設けられる内部反応管と、を含む処理容器内に、前記支持具により支持した前記複数の基板を収容した状態で、前記処理容器内へ処理ガスを供給して、前記処理ガスを前記処理容器内に封じ込める手順と、
前記処理ガスを前記処理容器内に封じ込めた状態を維持する手順と、
前記処理容器内の前記処理ガスを前記連通部、および、前記内部反応管と前記外部反応管との間の空間を介して排気する手順と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、前記複数の基板上に薄膜を形成する手順をコンピュータ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。
【符号の説明】
【０１７８】
１２１    コントローラ（制御部）
２００    ウエハ（基板）
２０１    処理室
２０２    処理炉
２０３    反応管（処理容器）
２０３ａ  アウターチューブ（外部反応管）
２０３ｂ  インナーチューブ（内部反応管）
２０７    ヒータ（加熱部）
２１７    ボート（支持具）
２１７ａ  天板（支持具の上端面）
２３１    ガス排気管
２３２ａ〜２３２ｈ    ガス供給管
２７０    連通部
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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