(57)【要約】  ［課題］  面間均一性を向上させる技術を提供する。  ［解決手段］  複数枚の基板を多段に保持する基板保持具を内部に収容し、基板を処理する処理室と、処理室に隣接する供給バッファ部と、供給バッファ部内に設置される原料ガス供給部と、供給バッファ部内に設置される反応ガス供給部と、を備え、原料ガス供給部は、基板保持具の最下段の基板の高さ以下の位置から供給バッファ部内に原料ガスを供給するよう構成される。
2017168513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚の基板を多段に保持する基板保持具を内部に収容し、前記基板を処理する処理室と、
前記処理室に隣接する供給バッファ部と、
前記供給バッファ部内に設置される原料ガス供給部と、
前記供給バッファ部内に設置される反応ガス供給部と、を備え、
前記原料ガス供給部は、前記基板保持具の最下段の前記基板の高さ以下の位置から前記供給バッファ部内に前記原料ガスを供給するよう構成される基板処理装置。
【請求項２】
前記原料ガス供給部は、上方に向かって開口する供給孔を先端に有する原料ガスノズルを備える請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記原料ガスノズルは、前記供給孔の高さが、前記基板保持具に保持される最下段の前記基板の高さ以下となるように設置される請求項２に記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記供給バッファ部と前記処理室との間に内壁を備え、
前記内壁には前記基板保持具に保持された前記基板に対応するように複数段のスリットが形成され、
前記原料ガスノズルは、前記供給孔の高さが前記複数段のスリットの最下段のスリットの高さ以下となるように設置される請求項３に記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記内壁の下端にメンテナンス口をさらに有し、
前記原料ガスノズルは、前記供給孔の高さが前記メンテナンス口の上端の高さより高くなるように設置される請求項４に記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記反応ガス供給部は、前記基板保持具に沿って立設し、前記基板保持具に保持される前記基板に向かって開口する複数の供給孔を有する反応ガスノズルを備える請求項３に記載の基板処理装置。
【請求項７】
前記原料ガスノズル内の圧力は前記原料ガスが前記原料ガスノズル内で分解しない圧力である請求項６に記載の基板処理装置。
【請求項８】
前記反応ガスノズル内の圧力は、前記原料ガスが分解する圧力である請求項７に記載の基板処理装置。
【請求項９】
前記処理室内を加熱する加熱部をさらに有し、
前記加熱部は、前記処理室内を前記原料ガスの活性化温度近傍に加熱する請求項８に記載の基板処理装置。
【請求項１０】
前記原料ガスはＳｉ含有ガスである請求項９に記載の基板処理装置。
【請求項１１】
前記原料ガスはＨＣＤＳガスである請求項１０に記載の基板処理装置。
【請求項１２】
複数枚の基板を多段に保持する基板保持具を処理室内に搬入する工程と、
前記処理室内で前記複数枚の基板を処理する工程と、を有し、
前記基板を処理する工程は、
前記処理室に隣接する供給バッファ部内に設置された原料ガス供給部より、前記基板保持具の最下段の前記基板の高さ以下の位置から前記供給バッファ部内に原料ガスを供給し、前記供給バッファ部から前記処理室内の前記複数の基板に対して前記原料ガスを供給するステップと、
前記供給バッファ部内に設置された反応ガス供給部より、前記処理室内の前記複数の基板に対して反応ガスを供給するステップと、を有する半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
複数枚の基板を多段に保持する基板保持具を処理室内に搬入する手順と、
前記処理室内で前記複数枚の基板を処理する手順と、を有し、
前記基板を処理する手順では、
前記処理室に隣接する供給バッファ部内に設置された原料ガス供給部より、前記基板保持具の最下段の前記基板の高さ以下の位置から前記供給バッファ部内に原料ガスを供給し、前記供給バッファ部から前記処理室内の前記複数の基板に対して前記原料ガスを供給する手順と、
前記供給バッファ部内に設置された反応ガス供給部より、前記処理室内の前記複数の基板に対して反応ガスを供給する手順と、
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を記録する記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理装置、半導体装置の製造方法および記録媒体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置（デバイス）の製造工程における基板処理では、例えば、複数枚の基板を基板保持具に保持して一括して処理する縦型基板処理装置が使用されている。縦型基板処理装置では、基板保持具の上下方向において基板の膜の均一性（面間均一性）にばらつきが生じる場合がある（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２４９４０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、面間均一性を向上させることが可能な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によれば、
複数枚の基板を多段に保持する基板保持具を内部に収容し、前記基板を処理する処理室と、
前記処理室に隣接する供給バッファ部と、
前記供給バッファ部内に設置される原料ガス供給部と、
前記供給バッファ部内に設置される反応ガス供給部と、を備え、
前記原料ガス供給部は、前記基板保持具の最下段の前記基板の高さ以下の位置から前記供給バッファ部内に前記原料ガスを供給するよう構成される技術が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、面間均一性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施形態で好適に用いられる基板処理装置の一例を概略的に示す縦断面図である。
【図２】本発明の一実施形態で好適に用いられる基板処理装置の一例を概略的に示す平面図である。
【図３】本発明の一実施形態で好適に用いられる反応管の一例を概略的に示す縦断面図である。
【図４】本発明の一実施形態の成膜処理におけるガス供給のタイミングを示す図である。
【図５】（ａ）は、実施例における成膜結果を示す図であり、（ｂ）は比較例における成膜結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しながら、本発明の限定的でない例示の実施形態について説明する。全図面中、同一または対応する構成については、同一または対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。
【０００９】
本実施形態において、基板処理装置は、半導体装置（デバイス）の製造方法における製造工程の一工程として熱処理等の基板処理工程を実施する縦型基板処理装置（以下、処理装置と称する）２として構成されている。図１に示すように、処理装置２は、円筒形状の反応管１０と、反応管１０の外周に設置された加熱手段（加熱機構）としてのヒータ１２とを備える。反応管は、例えば石英やＳｉＣにより形成される。反応管１０の内部には、基板としてのウエハＷを処理する処理室１４が形成される。
【００１０】
図２に示すように、反応管１０には、外方に突出するように供給バッファ部１０Ａと排気バッファ部１０Ｂが対面して形成されている。供給バッファ部１０Ａ内および排気バッファ部１０Ｂ内は、それぞれ隔壁１０Ｃによって複数の空間に区画されている。供給バッファ部１０Ａは、ノズル４４ａ設置空間とノズル４４ｂ設置空間とに区画され、後述するノズル４４ａ、４４ｂがそれぞれ設置される。反応管１０には、温度検出器としての温度検出部１６が設置される。温度検出部１６は、反応管１０の外壁に沿って立設されている。
【００１１】
図１に示すように、供給バッファ部１０Ａおよび排気バッファ部１０Ｂの内壁（処理室１４側）には、複数のスリット１０Ｄが形成されている。複数のスリット１０Ｄは、後述するボート２６に保持されるウエハＷのそれぞれに対応する高さ位置に、少なくともウエハＷと同数のスリットが複数段形成される。供給バッファ部１０Ａの内壁の下端には、メンテナンス口１０Ｅが形成される。メンテナンス口１０Ｅを設けることにより、ノズル４４ａ、４４ｂの取付が容易となり、メンテナンス性を向上させることができる。また、排気バッファ部１０Ｂの内壁であって、排気管４６と対面する位置には、排気口１０Ｆが形成される。排気口１０Ｆを設けることにより、断熱部２４周辺の雰囲気を排気することができる。
【００１２】
反応管１０の下端開口部には、円筒形のマニホールド１８が、Ｏリング等のシール部材２０を介して連結され、反応管１０の下端を支持している。マニホールド１８は、例えばステンレス等の金属により形成される。マニホールド１８の下端開口部は円盤状の蓋部２２によって開閉される。蓋部２２は、例えば金属により形成される。蓋部２２の上面にはＯリング等のシール部材２０が設置されており、これにより、反応管１０内と外気とが気密にシールされる。蓋部２２上には、中央に上下に亘って孔が形成された断熱部２４が載置される。断熱部２４は、例えば石英やＳｉＣにより形成される。
【００１３】
処理室１４は、複数枚、例えば２５〜１５０枚のウエハＷを垂直に棚状に支持する基板保持具としてのボート２６を内部に収納する。ボート２６は、例えば石英やＳｉＣより形成される。ボート２６は、蓋部２２および断熱部２４を貫通する回転軸２８により、断熱部２４の上方に支持される。蓋部２２の回転軸２８が貫通する部分には、例えば、磁性流体シールが設けられ、回転軸２８は蓋部２２の下方に設置された回転機構３０に接続される。これにより、回転軸２８は反応管１０の内部を気密にシールした状態で回転可能に構成される。蓋部２２は昇降機構としてのボートエレベータ３２により上下方向に駆動される。これにより、ボート２６および蓋部２２が一体的に昇降され、反応管１０に対してボート２６が搬入出される。
【００１４】
処理装置１０は、基板処理に使用されるガスを処理室１４内に供給するガス供給機構３４を備えている。ガス供給機構３４が供給するガスは、成膜される膜の種類に応じて換えられる。ここでは、ガス供給機構３４は、原料ガス供給部、反応ガス供給部および不活性ガス供給部を含む。
【００１５】
原料ガス供給部は、ガス供給管３６ａを備え、ガス供給管３６ａ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）３８ａおよび開閉弁であるバルブ４０ａが設けられている。ガス供給管３６ａはマニホールド１８の側壁を貫通するノズル４４ａに接続される。ノズル４４ａは、供給バッファ部１０Ａのノズル４４ａ設置空間（原料ガスノズル設置空間）内に上下方向に沿って立設する。ノズル４４ａの先端部には、供給孔４５ａが上方に向かって開口するように設けられている。ノズル４４ａは短管形状（ショートノズル）に構成され、後述するノズル４４ｂよりも全長が短く形成される。このような構成により、供給バッファ部１０Ａ内に原料ガスを均一に拡散させることができる。原料ガスは、ノズル４４ａの供給孔４５ａを介して供給バッファ部１０Ａの原料ガスノズル設置空間内に拡散された後、供給バッファ部１０Ａのスリット１０Ｄを介してウエハＷに対して供給される。すなわち、原料ガスは、供給バッファ部１０Ａ内と処理室１４内とで２段階に供給（拡散）される。
【００１６】
反応ガス供給部は、ガス供給管３６ｂを備え、ガス供給管３６ｂには、上流方向から順に、ＭＦＣ３８ｂおよびバルブ４０ｂが設けられている。ガス供給管３６ｂはマニホールド１８の側壁を貫通するノズル４４ｂに接続される。図３に示すように、ノズル４４ｂは、供給バッファ部１０Ａのノズル４４ｂ設置空間（反応ガスノズル設置空間）内に上下方向に沿って立設する。また、ノズル４４ｂには、ボート２６に保持されるウエハＷに向かって開口する複数の供給孔４５ｂが形成されている。このように、ノズル４４ｂは長管形状（ロングノズル）に構成される。ノズル４４ｂの供給孔４５ｂを介して供給バッファ部１０Ａの反応ガスノズル設置空間内に反応ガスが拡散され、供給バッファ部１０Ａのスリット１０ＤよりウエハＷに対して反応ガスが供給される。
【００１７】
以下、同様の構成にて、不活性ガス供給部からは、供給管３６ｃ、３６ｄ、ＭＦＣ３８ｃ、３８ｄ、バルブ４０ｃ、４０ｄ、ノズル４４ａ、４４ｂおよびスリット１０Ｄを介して、ウエハＷに対して不活性ガスが供給される。
【００１８】
上述の各種供給系のうち、いずれか、或いは、全ての供給系は、バルブ２４３ａ〜２４３ｄやＭＦＣ２４１ａ〜２４１ｄ等が集積されてなる集積型ガス供給システム１００として構成されていてもよい。集積型ガス供給システム１００は、ガス供給管２３２ａ〜２３２ｄのそれぞれに対して接続され、ガス供給管２３２ａ〜２３２ｄ内への各種ガスの供給動作、すなわち、バルブ２４３ａ〜２４３ｄの開閉動作やＭＦＣ２４１ａ〜２４１ｄによる流量調整動作等が、後述するコントローラ１００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１００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〜２３２ｄ等に対して集積ユニット単位で着脱を行うことができ、ガス供給システムのメンテナンス、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。
【００１９】
図１に示すように、反応管１０には、排気バッファ部１０Ｂに連通するように、排気管４６が取り付けられている。排気管４６には、処理室１４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４８および圧力調整器（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ４０を介して、真空排気装置としての真空ポンプ５２が接続されている。このような構成により、処理室１４内の圧力を処理に応じた処理圧力とすることができる。
【００２０】
回転機構３０、ボートエレベータ３２、ガス供給機構３４のＭＦＣ３８ａ〜３８ｄおよびバルブ４０ａ〜４０ｄ、ＡＰＣバルブ５０には、これらを制御するコントローラ１００が接続される。コントローラ１００は、例えば、ＣＰＵを備えたマイクロプロセッサ（コンピュータ）からなり、処理装置２の動作を制御するよう構成される。コントローラ１００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１０２が接続されている。
【００２１】
コントローラ１００には記憶媒体としての記憶部１０４が接続されている。記憶部１０４には、処理装置１０の動作を制御する制御プログラムや、処理条件に応じて処理装置２の各構成部に処理を実行させるためのプログラム（レシピ）が、読み出し可能に格納される。
【００２２】
記憶部１０４は、コントローラ１００に内蔵された記憶装置（ハードディスクやフラッシュメモリ）であってもよいし、外部記録装置（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）であってもよい。また、コンピュータへのプログラムの提供は、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。プログラムは、必要に応じて、入出力装置１０２からの指示等にて記憶部１０４から読み出され、読み出されたレシピに従った処理をコントローラ１００が実行することで、処理装置２は、コントローラ１００の制御のもと、所望の処理を実行する。
【００２３】
（２）成膜処理
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、基板上に膜を形成するシーケンス例について、図４を用いて説明する。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１００により制御される。
【００２４】
図４に示す成膜シーケンスでは、処理容器内（処理室１４内）に収容されたウエハＷに対して原料ガスとしてＳｉ含有ガスであるＨＣＤＳ（Ｓｉ2 Ｃｌ６ ：ヘキサクロロジシラン）ガスを供給するステップ１と、加熱された大気圧未満の圧力下にある処理容器内へ反応ガスとしてＮＨ３ （アンモニア）ガスとを供給するステップ２と、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回以上）行うことで、ウエハＷ上に、ＳｉＮ（シリコン窒化）膜を形成する。
【００２５】
本明細書では、上述の成膜処理を、便宜上、以下のように示すこともある。なお、以下の他の実施形態の説明においても同様の表記を用いることとする。
【００２６】
（ＨＣＤＳ→ＮＨ３）×ｎ  ⇒  ＳｉＮ
【００２７】
本明細書において「ウエハ（基板）」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。
【００２８】
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（または膜）を形成する」と記載した場合は、「ウエハそのものの表面上に所定の層（または膜）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（または膜）を形成する」ことを意味する場合がある。
【００２９】
（ウエハチャージおよびボートロード）
複数枚のウエハＷがボート２６に装填（ウエハチャージ）されると、ボート２６は、ボートエレベータ３２によって処理室１４内に搬入（ボートロード）され、反応管１０の下部開口は蓋部２２によって気密に閉塞（シール）された状態となる。
【００３０】
（圧力調整・温度調整ステップ）
処理室１４内が所定の圧力（真空度）となるように、真空ポンプ５２によって真空排気（減圧排気）される。処理室１４内の圧力は、圧力センサ４８で測定され、この測定された圧力情報に基づきＡＰＣバルブ５０が、フィードバック制御される。また、処理室１４内のウエハＷが所定の温度となるように、ヒータ１２によって加熱される。この際、処理室１４が所定の温度分布となるように、温度検出部１６が検出した温度情報に基づきヒータ１２への通電具合がフィードバック制御される。また、回転機構３０によるボート２６およびウエハＷの回転を開始する。ヒータ１２による処理室１４内の加熱は、少なくともウエハＷに対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。また、回転機構３０によるボート２６およびウエハＷの回転を開始する。回転機構３０によるボート２６およびウエハＷの回転は、少なくともウエハＷに対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。
【００３１】
（成膜ステップ）
処理室１４内の温度が予め設定された処理温度に安定すると、以下のステップ１，２を順次実行する。
【００３２】
［ステップ１］
このステップでは、処理室１４内のウエハＷに対してＨＣＤＳガスを供給する。
【００３３】
バルブ４０ａを開き、ガス供給管３６ａ内にＨＣＤＳガスを流す。ＨＣＤＳガスは、ＭＦＣ３８ａにより流量調整され、ノズル４４ａを介して供給バッファ部１０Ａ内に拡散され、スリット１０Ｄを介して処理室１４内へ供給され、排気管４６から排気される。このとき、ウエハＷに対してＨＣＤＳガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ４０ｃを開き、ガス供給管３６ｃ内へＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスは、ＭＦＣ３８ｃにより流量調整され、ガス供給管３６ａ、ノズル４４ａを介して供給バッファ部１０Ａ内に拡散され、スリット１０Ｄを介して処理室１４内へ供給され、排気管４６から排気される。また、ノズル４４ｂ内へのＨＣＤＳガスの侵入を防止するため、バルブ４０ｄを開き、ガス供給管３６ｄ内へＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスは、ガス供給管３６ｂ、ノズル４４ｂ，供給バッファ部１０Ａ、スリット１０Ｄを介して処理室１４内へ供給され、排気管４６から排気される。
【００３４】
このとき、処理室１４内の圧力は、例えば１〜４０００Ｐａ、好ましくは６７〜２６６６Ｐａ、より好ましくは１３３〜１３３３Ｐａの範囲内の圧力とする。ＨＣＤＳガスの供給流量は、例えば１〜２０００ｓｃｃｍ、好ましくは１０〜１０００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。各ガス供給管より供給するＮ２ガスの供給流量は、それぞれ例えば１００〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。ＨＣＤＳガスの供給時間は、例えば１〜１２０秒、好ましくは１〜６０秒の範囲内の時間とする。ヒータ１２の温度は、ウエハＷの温度が、例えば２５０〜７００℃、好ましくは３００〜６５０℃、より好ましくは３５０〜６００℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。
【００３５】
ウエハＷの温度が２５０℃未満となると、ウエハＷ上にＨＣＤＳが化学吸着しにくくなり、実用的な成膜速度が得られなくなることがある。ウエハＷの温度を２５０℃以上とすることで、これを解消することが可能となる。ウエハＷの温度を３００℃以上、さらには３５０℃以上とすることで、ウエハＷ上にＨＣＤＳをより充分に吸着させることが可能となり、より充分な成膜速度が得られるようになる。
【００３６】
ウエハＷの温度が７００℃を超えると、過剰な気相反応が生じることで、膜厚均一性が悪化しやすくなり、その制御が困難となってしまう。ウエハＷの温度を７００℃以下とすることで、適正な気相反応を生じさせることができることにより、膜厚均一性の悪化を抑制でき、その制御が可能となる。特にウエハＷの温度を６５０℃以下、さらには６００℃以下とすることで、気相反応よりも表面反応が優勢になり、膜厚均一性を確保しやすくなり、その制御が容易となる。これらより、ＨＣＤＳガスの活性化温度は約６００℃近辺であると考えられる。
【００３７】
よって、ウエハＷの温度は２５０〜７００℃、好ましくは３００〜６５０℃、より好ましくは３５０〜６００℃の範囲内の温度とするのがよい。すなわち、ＨＣＤＳガスの活性化温度近辺を含む範囲内の温度とするのが良い。
【００３８】
ここで、図１、３に示すように、ノズル４４ａは、ボート２６の最下段のウエハＷの高さ以下に供給孔４５ａが位置するように設置されている。言い換えれば、ノズル４４ａは、スリット１０Ｄの最下段のスリットの高さ以下に供給孔４５ａが位置するように設置されている。
【００３９】
供給孔４５ａの高さがボート２６の最下段のウエハＷの高さよりも上の場合、ノズル４４ａ内の圧力が上昇することにより、ノズル４４ａ内でＨＣＤＳガスの分解反応（Ｓｉ２Ｃｌ６  ⇒  ＳｉＣｌ２＋ＳｉＣｌ４）が発生しやすくなる。これにより、供給バッファ部１０Ａ内のＨＣＤＳガスの状態（分解状態）が上下方向で異なってしまい、面間均一性を悪化させてしまう。供給孔４５ａの高さをボート２６の最下段のウエハＷの高さ以下とすることにより、ノズル４４ａ内でのＨＣＤＳガスの分解を抑制することができ、供給バッファ部１０Ａ内のＨＣＤＳガスの状態を上下方向で均一にすることができる。
【００４０】
よって、供給孔４５ａの高さは、ボート２６の最下段のウエハＷの高さ以下とするのが良い。このような構成により、ノズル４４ａ内の圧力をＨＣＤＳガスが分解しない圧力とすることができる。ここで、ＨＣＤＳガスが分解するとは、ＨＣＤＳガスが全て分解する場合の他、ＨＣＤＳガスがわずかに分解しないが、ＨＣＤＳガスが全て分解する場合と実質的に等しい場合も含むものとする。
【００４１】
また、ノズル４４ａは、供給バッファ部１０Ａ内の隔壁１０Ｃの下端の高さより上に供給孔４５ａが位置するように構成されている。すなわち、ノズル４４ａは、断熱部２４の下端の高さより上に供給孔４５ａが位置するように構成されている。より好適には、供給孔４５ａの高さがメンテナンス口１０Ｅの上端の高さより高くするのが良い。
【００４２】
供給孔４５ａの高さが隔壁１０Ｃの下端の高さ以下の場合、供給バッファ部１０Ａの下部から処理室１４内へＨＣＤＳガスが流出したり、ノズル４４ｂ設置空間にＨＣＤＳガスが流出したりしてしまう。これにより、供給バッファ部１０Ａ内（ノズル４４ａ設置空間内）に十分な量のＨＣＤＳガスを拡散させることができなくなってしまい、面内・面間均一性を悪化させてしまう。また、ノズル４４ｂ設置空間の内壁や断熱部２４に副生成物が付着してしまう。供給孔４５ａの高さ位置を隔壁１０Ｃの下端の高さ位置より高くすることにより、面間均一性を向上させ、副生成物の発生を抑制することができる。また、供給孔４５ａの高さをメンテナンス口１０Ｆの上端の高さより高くすることにより、処理室１４内へのＨＣＤＳガスの流出をより抑制することができる。
【００４３】
よって、供給孔４５ａの高さは、供給バッファ部１０Ａ内の隔壁１０Ｃの下端の高さより高い位置とするのが良い。より好ましくは、供給孔４５ａの高さをメンテナンス口１０Ｅの上端の高さより高くするのが良い。
【００４４】
上述の条件下でウエハＷに対してＨＣＤＳガスを供給することにより、ウエハＷの最表面上に、第１層（初期層）として、例えば１原子層未満から数原子層（１分子層未満から数分子層）程度の厚さのＳｉ含有層が形成される。Ｓｉ含有層は、Ｃｌを含むＳｉ層であってもよいし、ＨＣＤＳの吸着層であってもよいし、それらの両方を含んでいてもよい。
【００４５】
第１層が形成された後、バルブ４０ａを閉じ、ＨＣＤＳガスの供給を停止する。このとき、ＡＰＣバルブ５０は開いたままとして、真空ポンプ５２により処理室１４内を真空排気し、処理室１４内に残留する未反応もしくは第１層形成に寄与した後のＨＣＤＳガスを処理室１４内から排除する。このとき、バルブ４０ｃ，４０ｄは開いたままとして、Ｎ２ガスの処理室１４内への供給を維持する。Ｎ２ガスはパージガスとして作用する。このとき、処理室１４内に残留するガスは完全に排除しなくても良く、処理室１４内を完全にパージしなくてもよい。
【００４６】
原料ガスとしては、ＨＣＤＳガスの他、例えば、モノクロロシラン（ＳｉＨ３Ｃｌ、略称：ＭＣＳ）ガス、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４、略称：ＳＴＣ）ガス、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３、略称：ＴＣＳ）ガス、トリシラン（Ｓｉ３Ｈ８、略称：ＴＳ）ガス、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６、略称：ＤＳ）ガス、モノシラン（ＳｉＨ４、略称：ＭＳ）ガス等の無機原料ガスや、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（ＳｉＨ３Ｎ［ＣＨ（ＣＨ３）２］２、略称：ＤＩＰＡＳ）ガス等の有機原料ガスを用いることができる。
【００４７】
不活性ガスとしては、Ｎ２ガスの他、例えば、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。
【００４８】
［ステップ２］
ステップ１が終了した後、処理室１４内へＮＨ３ガスを供給する。
【００４９】
このステップでは、バルブ４０ｂ〜４０ｄの開閉制御を、ステップ１におけるバルブ４０ａ，４０ｃ，４０ｄの開閉制御と同様の手順で行う。ＮＨ３ガスは、ＭＦＣ３８ｂにより流量調整され、ノズル４４ｂを介して処理室１４内へ供給される。
【００５０】
このとき、処理室１４内の圧力は、大気圧未満、例えば１〜１３３３Ｐａの範囲内の圧力とする。ＮＨ３ガスの供給流量は、例えば１０００〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。ＮＨ３ガスの供給時間は、例えば１〜１２０秒の範囲内の時間とする。他の処理条件は、例えば、ステップ１と同様な処理条件とする。
【００５１】
上述の条件下でＮＨ３ガスを処理室１４内へ供給することで、ステップ１でウエハＷ上に形成された第１層に対して窒化処理が行われ、第１層は、第２層、すなわち、ＳｉＮ層へと変化させられる（改質される）。
【００５２】
（残留ガス除去）
第１の層を第２の層（ＳｉＮ層）へと変化させた後、バルブ４０ｂを閉じ、ＮＨ３ガスの供給を停止する。そして、ステップ１と同様の処理手順、処理条件により、処理室１４内に残留するＮＨ３ガスや反応副生成物を処理室１４内から排除する。
【００５３】
反応ガスとしては、ＮＨ３ガスの他、Ｏ２（酸素）ガス等を用いることができる。不活性ガスとしては、Ｎ２ガスの他、例えば、ステップ１で例示した各種希ガスを用いることができる。
【００５４】
［所定回数実施］
上述したステップ１，２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）行うことにより、ウエハＷ上に、所定膜厚のＳｉＮ膜を形成することができる。上述のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましい。すなわち、１サイクルあたりに形成される第２層の厚さを所望の膜厚よりも小さくし、第２層を積層することで形成される膜の膜厚が所望の膜厚になるまで、上述のサイクルを複数回繰り返すのが好ましい。
【００５５】
（ボートアンロードおよびウエハディスチャージ）
所定膜厚の膜を形成した後、不活性ガス供給部からＮ２ガスが供給され、処理室１４内がＮ２ガスに置換されると共に、処理室１４の圧力が常圧に復帰される。その後、ボートエレベータ３２により蓋部２２が降下されて、ボート２６が反応管１０から搬出（ボートアンロード）される。その後、処理済ウエハＷはボート２６より取出される（ウエハディスチャージ）。
【００５６】
＜本実施形態による効果＞
本実施形態によれば、以下に示す１つ又は複数の効果が得られる。
【００５７】
（ａ）原料ガスを処理室に供給する際、供給バッファ部と処理室との２段階で原料ガスを供給することにより、供給バッファ部内で原料ガスを上下方向において均一に拡散させることができ、上下方向において流量を揃えて処理室内へ原料ガスを供給することができる。これにより、面間均一性を向上させることができる。
【００５８】
（ｂ）原料ガスを供給するノズルをショートノズルとすることにより、ノズル内圧の上昇を抑制することができ、ノズル内での原料ガス分解を抑制することができ、面内・面間均一性を向上させることができる。
成膜処理の温度が原料ガスの活性化温度近傍である場合、温度の影響のみで原料ガスが分解されやすい状態にある。このような状態において、原料ガス供給にロングノズルを用いた場合、ロングノズルの内圧の影響も加わることで、ロングノズル内での原料ガス分解を促進してしまい、面間均一性に悪影響を及ぼすことがある。
これに対し、本実施形態によれば、ショートノズルから原料ガスを供給することにより、ノズル内圧の影響を抑制することができ、原料ガスのノズル内での分解を抑制することができる。
【００５９】
（ｃ）原料ガスを供給するノズルをショートノズルとすることにより、ノズル内の原料ガスの残留量を低減することができる。これにより、ノズル内の淀みの発生を抑制することができ、ノズル内の副生成物の発生を抑制することができ、膜質を向上させることができる。
【００６０】
（ｄ）原料ガスを供給するノズルをショートノズルとし、供給バッファ部内に原料ガスを拡散させることにより、供給バッファ部内で原料ガスの分解状態を上下方向で均一にすることができる。これにより、面間の膜厚分布傾向を揃えることができ、面間の面内均一性の値を揃えることができる。また、原料ガス供給流量等の成膜条件の幅を拡げることができる。
【００６１】
（ｅ）原料ガスを供給するノズルをショートノズルとし、供給バッファ部内に原料ガスを拡散させることにより、ウエハの膜厚に応じてヒータの設定を都度調整することなく、面間均一性を向上させることができる。これにより、温度調整に起因する電気特性のばらつきを抑制することができる。
【００６２】
以上、本発明の実施形態を具体的に説明した。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。
【００６３】
例えば、上述の実施形態では、原料ガスとしてＨＣＤＳガスを用いる例について説明した。しかしながら、本発明は、このような態様に限定されない。例えば、成膜処理の温度帯が活性化温度近傍である原料ガスを用いることができる。すなわち、成膜処理の温度帯において、反応性が高い原料ガスを用いることができる。
【００６４】
また例えば、上述の実施形態では、ＳｉＮ膜を形成する例について説明した。しかしながら、本発明は、このような態様に限定されない。例えば、これらの他、もしくは、これらに加え、酸素（Ｏ２）ガス等の酸素（Ｏ）含有ガス（酸化ガス）、プロピレン（Ｃ３Ｈ６）ガス等の炭素（Ｃ）含有ガス、三塩化硼素（ＢＣｌ３）ガス等の硼素（Ｂ）含有ガス等を用い、ＳｉＯ膜、ＳｉＯＮ膜、ＳｉＯＣＮ膜、ＳｉＯＣ膜、ＳｉＣＮ膜、ＳｉＢＮ膜、ＳｉＢＣＮ膜等を形成することができる。これらの成膜を行う場合においても、上述の実施形態と同様な処理条件にて成膜を行うことができ、上述の実施形態と同様の効果が得られる。この時、酸素（Ｏ２）ガス等の酸素（Ｏ）含有ガス（酸化ガス）、プロピレン（Ｃ３Ｈ６）ガス等の炭素（Ｃ）含有ガス、三塩化硼素（ＢＣｌ３）ガス等の硼素（Ｂ）含有ガス等のガスはノズル４４ｂから供給する。
【００６５】
また、上述の実施形態や変形例は、適宜組み合わせて用いることができる。このときの処理条件は、例えば上述の実施形態や変形例と同様な処理条件とすることができる。
【実施例】
【００６６】
以下、上述の実施形態で得られる効果を裏付ける実験結果について説明する。【００６７】
実施例として、上述の実施形態における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ＳｉＮ膜を形成する成膜処理を行った。原料ガスとしてはＨＣＤＳガスを、反応ガスとしてはＮＨ３ガスを用いた。成膜処理の処理条件は、上述の実施形態に記載の処理条件範囲内の条件とした。【００６８】
比較例として、ノズル４４ａとしてショートノズルではなくノズル４４ｂ同様のロングノズルを用い、図４に示す成膜シーケンスにより、複数枚のウエハ上にＳｉＮ膜を形成する成膜処理を行った。処理手順や処理条件は実施例の処理手順、処理条件と同様とした。【００６９】
図５（ａ）は、実施例における成膜分布を示す図であり、図５（ｂ）は、比較例における成膜分布を示す図である。【００７０】
図５（ａ）、図５（ｂ）によれば、比較例よりも実施例の方が、面内均一性（Ｗｉｎ  Ｗ）および面間均一性（ＷｔＷ）を向上できることが分かる。【００７１】
比較例では、ＨＣＤＳガスを供給するノズルとして、反応ガス供給ノズル４４ｂと同様の構成のロングノズルを用いている。ロングノズルを用いると、ロングノズルの内圧が高くなることにより、ロングノズル内でＨＣＤＳガスの分解反応が促進されることが考えられる。すなわち、ロングノズルを用いることにより、ノズル内圧が、ＨＣＤＳガスが分解する圧力以上の圧力になっていると考えられる。ロングノズルの内圧は約１００〜１０００Ｐａであると考えられる。ロングノズル上部に向かうほどロングノズルの内圧が高くなるため、ロングノズル上部ほどＨＣＤＳガスが分解状態となる。言い換えれば、ロングノズル上部ほど分解状態のＨＣＤＳガスの量が多い状態となる。すなわち、ロングノズル内の上下方向において、ＨＣＤＳガスの分解状態に差が生じている。そのため、供給バッファ部１０Ａ内にロングノズルからＨＣＤＳガスを拡散させると、供給バッファ部１０Ａ内の上下方向において、ＨＣＤＳガスの分解状態に差が生じてしまう。その結果、スリット１０Ｄを介して処理室１４内に供給されたＨＣＤＳガスは、上下方向でＨＣＤＳガスの分解状態が異なるため、すなわち、上下方向でＨＣＤＳガスの組成が異なるため、面間均一性が悪化してしまうと考えられる。【００７２】
比較例では、供給バッファ部１０内の上方は分解された状態のＨＣＤＳガスが多く、下方は未分解の状態のＨＣＤＳガスが多い。これにより、Ｔｏｐ領域の基板には分解状態のＨＣＤＳガスが多く供給されるため、基板の外周側ほど膜厚が厚い凹形の膜厚分布となる。また、Ｂｏｔｔｏｍ領域の基板には未分解状態のＨＣＤＳガスが多く供給されるため、基板の内周側ほど膜厚が厚い凸形の膜厚分布となる。【００７３】
これに対し実施例では、ＨＣＤＳガスを供給するノズルとしてショートノズルを用いている。ショートノズルを用いると、ノズルの内圧が高くなることを抑制することができるため、ノズル内でＨＣＤＳガスの分解反応を抑制することができる。すなわち、ショートノズルを用いることにより、ノズル内圧をＨＣＤＳガスが分解する圧力より低い圧力に保つことができる。【００７４】
また、ショートノズルを介して供給バッファ部１０Ａ内に上方向にＨＣＤＳガスを拡散させることにより、供給バッファ部１０Ａ内でＨＣＤＳガスの濃度分布を上下方向で均一にさせることができる。また、供給バッファ部１０Ａ内の全体において、ＨＣＤＳガスを未分解状態とすることができる。これにより、ＨＣＤＳガスを上下方向で均一にさせた状態でスリット１０Ｄから処理室１４内へＨＣＤＳガスを供給できる。つまり、スリット１０Ｄを通過する時点で上下方向においてＨＣＤＳガスの状態を揃えることができ、ＨＣＤＳガスの状態を処理室内１４内においても上下方向で均一にさせることができるため、面間均一性を向上させることができる。【００７５】
また、スリット１０Ｄから未分解状態で処理室１４内に供給されたＨＣＤＳガスは、ウエハ中央に向かうにつれて徐々に熱の影響を受ける。これにより、ウエハ中央付近でＨＣＤＳガスの分解反応を生じさせることができ、特に、Ｔｏｐ領域の基板の凹形分布を改善させることができ、面内均一性を向上させることができる。
【符号の説明】
【００７６】
２      基板処理装置
１０    反応管
４４ａ，４４ｂ      ノズル
【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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【国際調査報告】
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