(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室内の基板に対して原料ガスを供給する工程と、
前記処理室内の前記原料ガスを除去する工程と、
前記処理室内の前記基板に対して窒化水素系ガスを含み前記原料ガスとは化学構造が異なる反応ガスを供給する工程と、
前記処理室内の前記反応ガスを除去する工程と、
を非同時に行う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、
前記原料ガスを除去する工程および前記反応ガスを除去する工程では、前記処理室内を減圧排気する工程と、前記処理室内を不活性ガスでパージする工程と、を交互に行い、
前記反応ガスを除去する工程において、前記処理室内を減圧排気する工程と、前記処理室内を不活性ガスでパージする工程と、を交互に行う回数を、前記原料ガスを除去する工程において、前記処理室内を減圧排気する工程と、前記処理室内を不活性ガスでパージする工程と、を交互に行う回数よりも多くする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記反応ガスを除去する工程において前記処理室内を不活性ガスでパージする際の不活性ガスの供給流量を、前記原料ガスを除去する工程において前記処理室内を不活性ガスでパージする際の不活性ガスの供給流量よりも大きくする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記反応ガスを除去する工程における前記処理室内の単位時間当たりの圧力変化量を、前記原料ガスを除去する工程における前記処理室内の単位時間当たりの圧力変化量よりも大きくする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記反応ガスを除去する工程において、前記処理室内を減圧排気する工程と、前記処理室内を不活性ガスでパージする工程と、を交互に２回以上行い、前記原料ガスを除去する工程において、前記処理室内を減圧排気する工程と、前記処理室内を不活性ガスでパージする工程と、を交互に１回行う請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記反応ガスはアンモニアガス、ヒドラジンガスおよびジアゼンガスからなる群より選択される少なくとも１つを含む請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
処理室内の基板に対して原料ガスを供給する工程と、
前記処理室内の前記原料ガスを除去する工程と、
前記処理室内の前記基板に対して窒化水素系ガスを含み前記原料ガスとは化学構造が異なる第１の反応ガスを供給する工程と、
前記処理室内の前記第１の反応ガスを除去する工程と、
前記処理室内の前記基板に対して前記原料ガスおよび前記第１の反応ガスとは化学構造が異なる第２の反応ガスを供給する工程と、
前記処理室内の前記第２の反応ガスを除去する工程と、
を同期させることなく行う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、
前記原料ガスを除去する工程、前記第１の反応ガスを除去する工程、および前記第２の反応ガスを除去する工程では、前記処理室内を減圧排気する工程と、前記処理室内を不活性ガスでパージする工程と、を交互に行い、
前記第１の反応ガスを除去する工程において、前記処理室内を減圧排気する工程と、前記処理室内を不活性ガスでパージする工程と、を交互に行う回数を、前記原料ガスを除去する工程および前記第２の反応ガスを除去する工程において、前記処理室内を減圧排気する工程と、前記処理室内を不活性ガスでパージする工程と、を交互に行う回数よりも多くする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記第１の反応ガスを除去する工程において前記処理室内を不活性ガスでパージする際の不活性ガスの流量を、前記原料ガスを除去する工程および前記第２の反応ガスを除去する工程において前記処理室内を不活性ガスでパージする際の不活性ガスの流量よりも大きくする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記第１の反応ガスを除去する工程における前記処理室内の単位時間当たりの圧力変化量を、前記原料ガスを除去する工程および前記第２の反応ガスを除去する工程における前記処理室内の単位時間当たりの圧力変化量よりも大きくする請求項６または７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記第１の反応ガスを除去する工程において、前記処理室内を減圧排気する工程と、前記処理室内を不活性ガスでパージする工程と、を交互に２回以上行い、前記原料ガスを除去する工程および前記第２の反応ガスを除去する工程において、前記処理室内を減圧排気する工程と、前記処理室内を不活性ガスでパージする工程と、を交互に１回行う請求項６乃至８のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
処理室内の基板に対して原料ガスを供給する工程と、
前記処理室内の前記原料ガスを除去する工程と、
前記処理室内の前記基板に対して、窒化水素系ガスを含み前記原料ガスとは化学構造が異なる第１の反応ガス、および、前記原料ガスおよび前記第１の反応ガスとは化学構造が異なる第２の反応ガスを供給する工程と、
前記処理室内の前記第１の反応ガスおよび前記第２の反応ガスを除去する工程と、
を同期させることなく行う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、
前記原料ガスを除去する工程、および、前記第１の反応ガスおよび前記第２の反応ガスを除去する工程では、前記処理室内を減圧排気する工程と、前記処理室内を不活性ガスでパージする工程と、を交互に行い、
前記第１の反応ガスおよび前記第２の反応ガスを除去する工程において、前記処理室内を減圧排気する工程と、前記処理室内を不活性ガスでパージする工程と、を交互に行う回数を、前記原料ガスを除去する工程において、前記処理室内を減圧排気する工程と、前記処理室内を不活性ガスでパージする工程と、を交互に行う回数よりも多くする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第１の反応ガスおよび前記第２の反応ガスを除去する工程において前記処理室内を不活性ガスでパージする際の不活性ガスの流量を、前記原料ガスを除去する工程において前記処理室内を不活性ガスでパージする際の不活性ガスの流量よりも大きくする請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記第１の反応ガスおよび前記第２の反応ガスを除去する工程における前記処理室内の単位時間当たりの圧力変化量を、前記原料ガスを除去する工程における前記処理室内の単位時間当たりの圧力変化量よりも大きくする請求項１０または１１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記第１の反応ガスおよび前記第２の反応ガスを除去する工程において、前記処理室内を減圧排気する工程と、前記処理室内を不活性ガスでパージする工程と、を交互に２回以上行い、前記原料ガスを除去する工程において、前記処理室内を減圧排気する工程と、前記処理室内を不活性ガスでパージする工程と、を交互に１回行う請求項１０乃至１２のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記第１の反応ガスはアンモニアガス、ヒドラジンガスおよびジアゼンガスからなる群より選択される少なくとも１つを含む請求項６乃至１３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記第２の反応ガスは、酸素含有ガス、炭素含有ガス、および硼素含有ガスからなる群より選択される少なくとも１つを含む請求項６乃至１３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
基板を収容する処理室と、
前記処理室内へ原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理室内へ窒化水素系ガスを含み前記原料ガスとは化学構造が異なる反応ガスを供給する反応ガス供給系と、
前記処理室内へ不活性ガスを供給する不活性ガス供給系と、
前記処理室内を排気する排気系と、
前記処理室内の基板に対して前記原料ガスを供給する処理と、前記処理室内の前記原料ガスを除去する処理と、前記処理室内の前記基板に対して前記反応ガスを供給する処理と、前記処理室内の前記反応ガスを除去する処理と、を非同時に行う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、前記原料ガスを除去する処理および前記反応ガスを除去する処理では、前記処理室内を減圧排気する処理と、前記処理室内を不活性ガスでパージする処理と、を交互に行わせ、前記反応ガスを除去する処理において、前記処理室内を減圧排気する処理と、前記処理室内を不活性ガスでパージする処理と、を交互に行わせる回数を、前記原料ガスを除去する処理において、前記処理室内を減圧排気する処理と、前記処理室内を不活性ガスでパージする処理と、を交互に行わせる回数よりも多くするように、前記原料ガス供給系、前記反応ガス供給系、前記不活性ガス供給系および前記排気系を制御するよう構成される制御部と、
を有する基板処理装置。
【請求項１７】
処理室内の基板に対して原料ガスを供給する手順と、
前記処理室内の前記原料ガスを除去する手順と、
前記処理室内の前記基板に対して窒化水素系ガスを含み前記原料ガスとは化学構造が異なる反応ガスを供給する手順と、
前記処理室内の前記反応ガスを除去する手順と、
を非同時に行う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をコンピュータに実行させ、
前記原料ガスを除去する手順および前記反応ガスを除去する手順では、前記処理室内を減圧排気する手順と、前記処理室内を不活性ガスでパージする手順と、を交互に行わせ、
前記反応ガスを除去する手順において、前記処理室内を減圧排気する手順と、前記処理室内を不活性ガスでパージする手順と、を交互に行わせる回数を、前記原料ガスを除去する手順において、前記処理室内を減圧排気する手順と、前記処理室内を不活性ガスでパージする手順と、を交互に行わせる回数よりも多くするプログラム。
【請求項１８】
処理室内の基板に対して原料ガスを供給する手順と、
前記処理室内の前記原料ガスを除去する手順と、
前記処理室内の前記基板に対して窒化水素系ガスを含み前記原料ガスとは化学構造が異なる反応ガスを供給する手順と、
前記処理室内の前記反応ガスを除去する手順と、
を非同時に行う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をコンピュータに実行させ、
前記原料ガスを除去する手順および前記反応ガスを除去する手順では、前記処理室内を減圧排気する手順と、前記処理室内を不活性ガスでパージする手順と、を交互に行わせ、
前記反応ガスを除去する手順において、前記処理室内を減圧排気する手順と、前記処理室内を不活性ガスでパージする手順と、を交互に行わせる回数を、前記原料ガスを除去する手順において、前記処理室内を減圧排気する手順と、前記処理室内を不活性ガスでパージする手順と、を交互に行わせる回数よりも多くする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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、基板上に薄膜を形成する工程を含む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ものである。
【背景技術】
【０００２】
例えばフラッシュメモリやＤＲＡＭ等の半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、基板に対して原料ガスを供給する工程と、基板に対して反応ガスを供給する工程と、を非同時に行うサイクルを所定回数行い、基板上に、窒化膜や酸窒化膜などの膜を形成する工程が行われることがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、半導体装置の微細化や構造の３次元化などに伴って基板の表面積が増加すると、基板上に形成する膜の基板面内均一性が低下してしまうことがある。本発明は、基板上に形成する膜の基板面内均一性を向上させる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一態様によれば、
処理室内の基板に対して原料ガスを供給する工程と、
前記処理室内の前記原料ガスを除去する工程と、
前記処理室内の前記基板に対して前記原料ガスとは化学構造が異なる反応ガスを供給する工程と、
前記処理室内の前記反応ガスを除去する工程と、
を非同時に行う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、
前記反応ガスを除去する工程では、前記処理室内を減圧排気する工程と、前記処理室内を不活性ガスでパージする工程と、を交互に繰り返す半導体装置の製造方法が提供される。
【０００５】
本発明の他の態様によれば、
基板を収容する処理室と、
前記処理室内へ原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理室内へ前記原料ガスとは化学構造が異なる反応ガスを供給する反応ガス供給系と、
前記処理室内へ不活性ガスを供給する不活性ガス供給系と、
前記処理室内を排気する排気系と、
前記処理室内の基板に対して前記原料ガスを供給する処理と、前記処理室内の前記原料ガスを除去する処理と、前記処理室内の前記基板に対して前記反応ガスを供給する処理と、前記処理室内の前記反応ガスを除去する処理と、を非同時に行う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い、前記反応ガスを除去する処理では、前記処理室内を減圧排気する処理と、前記処理室内を不活性ガスでパージする処理と、を交互に繰り返すように、前記原料ガス供給系、前記反応ガス供給系、前記不活性ガス供給系および前記排気系を制御するよう構成される制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。
【０００６】
本発明のさらに他の態様によれば、
処理室内の基板に対して原料ガスを供給する手順と、
前記処理室内の前記原料ガスを除去する手順と、
前記処理室内の前記基板に対して前記原料ガスとは化学構造が異なる反応ガスを供給する手順と、
前記処理室内の前記反応ガスを除去する手順と、
を非同時に行う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をコンピュータに実行させ、
前記反応ガスを除去する手順では、前記処理室内を減圧排気する手順と、前記処理室内を不活性ガスでパージする手順と、を交互に繰り返すプログラムが提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、基板上に形成する膜の基板面内均一性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【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】本発明の一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、処理炉部分を図１のＡ−Ａ線断面図で示す図である。
【図３】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】本発明の一実施形態の成膜シーケンスにおけるガス供給タイミングを示す図である。
【図５】（ａ）（ｂ）は、それぞれ、本発明の一実施形態の成膜シーケンスにおけるガス供給タイミングの変形例１，２を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態の成膜シーケンスにおけるガス供給タイミングの変形例３を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態の成膜シーケンスにおけるガス供給タイミングの変形例４を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態の成膜シーケンスにおけるガス供給タイミングの変形例５を示す図である。
【図９】（ａ）は、ＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性とウエハの表面積との関係を例示する図であり、（ｂ）は、ＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性とＨＣＤＳガスの供給流量との関係を例示する図である。
【図１０】（ａ）は、ＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性とＮＨ３ガスの供給流量との関係を例示する図であり、（ｂ）は、ＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性とＮＨ３ガスの除去方法との関係を例示する図である。
【図１１】（ａ）は、ＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性と、ＮＨ３ガスを除去する際におけるパージステップでのＮ２ガスの供給流量と、の関係を例示する図であり、（ｂ）は、ＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性、ＳｉＮ膜のウエハ面内平均膜厚、ＮＨ３ガスを除去する際におけるバキュームステップとパージステップとを交互に行う回数と、の関係を例示する図である。
【図１２】ＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性と、ＨＣＤＳガスを除去する際におけるバキュームステップとパージステップとを交互に行う回数と、の関係を例示する図である。
【図１３】（ａ）はボラジンの化学構造式を、（ｂ）はボラジン化合物の化学構造式を、（ｃ）はｎ，ｎ’，ｎ”−トリメチルボラジンの化学構造式を、（ｄ）はｎ，ｎ’，ｎ”−トリ−ｎ−プロピルボラジンの化学構造式を示す図である。
【図１４】（ａ）（ｂ）は、それぞれ、本発明の他の実施形態で好適に用いられる基板処理装置の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。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜本発明の一実施形態＞
以下、本発明の一実施形態について、図１〜図３を用いて説明する。
【００１０】
（１）基板処理装置の構成
図１に示すように、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活性化（励起）させる活性化機構（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と同心円状に反応容器（処理容器）を構成する反応管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）等の耐熱性材料からなり、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の筒中空部には、処理室２０１が形成されている。処理室２０１は、基板としてのウエハ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した状態で収容可能に構成されている。
【００１２】
処理室２０１内には、ノズル２４９ａ〜２４９ｄが、反応管２０３の下部を貫通するように設けられている。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。ガス供給管２３２ｂにはガス供給管２３２ｅが、ガス供給管２３２ｄにはガス供給管２３２ｆが接続されている。このように、反応管２０３には、４本のノズル２４９ａ〜２４９ｄと、６本のガス供給管２３２ａ〜２３２ｆとが設けられており、処理室２０１内へ複数種類、ここでは６種類のガスを供給することができるように構成されている。
【００１３】
但し、本実施形態の処理炉２０２は上述の形態に限定されない。例えば、反応管２０３の下方に、反応管２０３を支持する金属製のマニホールドを設け、各ノズルを、マニホールドの側壁を貫通するように設けてもよい。この場合、マニホールドに、後述する排気管２３１をさらに設けてもよい。この場合であっても、排気管２３１を、マニホールドではなく、反応管２０３の下部に設けてもよい。このように、処理炉２０２の炉口部を金属製とし、この金属製の炉口部にノズル等を取り付けてもよい。
【００１４】
ガス供給管２３２ａ〜２３２ｆ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〜２４１ｆおよび開閉弁であるバルブ２４３ａ〜２４３ｆがそれぞれ設けられている。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２３２ｇ〜２３２ｊがそれぞれ接続されている。ガス供給管２３２ｇ〜２３２ｊには、上流方向から順に、流量制御器（流量制御部）であるＭＦＣ２４１ｇ〜２４１ｊおよび開閉弁であるバルブ２４３ｇ〜２４３ｊがそれぞれ設けられている。
【００１５】
ガス供給管２３２ａ，２３２ｃ，２３２ｄの先端部には、ノズル２４９ａ，２４９ｃ，２４９ｄがそれぞれ接続されている。ノズル２４９ａ，２４９ｃ，２４９ｄは、図２に示すように、反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における円環状の空間に、反応管２０３の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ２００の積載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，２４９ｄ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。ノズル２４９ａ，２４９ｃ，２４９ｄは、Ｌ字型のロングノズルとしてそれぞれ構成されており、それらの各水平部は反応管２０３の下部側壁を貫通するように設けられており、それらの各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。ノズル２４９ａ，２４９ｃ，２４９ｄの側面には、ガスを供給するガス供給孔２５０ａ，２５０ｃ，２５０ｄがそれぞれ設けられている。ガス供給孔２５０ａ，２５０ｃ，２５０ｄは、反応管２０３の中心を向くようにそれぞれ開口しており、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，２５０ｄは、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれが同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。
【００１６】
ガス供給管２３２ｂの先端部には、ノズル２４９ｂが接続されている。ノズル２４９ｂは、ガス分散空間であるバッファ室２３７内に設けられている。バッファ室２３７は、反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における円環状の空間に、また、反応管２０３内壁の下部より上部にわたる部分に、ウエハ２００の積載方向に沿って設けられている。すなわち、バッファ室２３７は、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設けられている。バッファ室２３７のウエハ２００と隣接する壁の端部には、ガスを供給するガス供給孔２５０ｅが設けられている。ガス供給孔２５０ｅは、反応管２０３の中心を向く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２５０ｅは、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれが同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。
【００１７】
ノズル２４９ｂは、バッファ室２３７のガス供給孔２５０ｅが設けられた端部と反対側の端部に、反応管２０３の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ２００の積載方向上方に向かって立ち上がるように設けられている。すなわち、ノズル２４９ｂ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設けられている。ノズル２４９ｂはＬ字型のロングノズルとして構成されており、その水平部は反応管２０３の下部側壁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。ノズル２４９ｂの側面には、ガスを供給するガス供給孔２５０ｂが設けられている。ガス供給孔２５０ｂは、バッファ室２３７の中心を向くように開口している。ガス供給孔２５０ｂは、ガス供給孔２５０ｅと同様に、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。バッファ室２３７内と処理室２０１内との差圧が小さい場合、複数のガス供給孔２５０ｂの開口面積および開口ピッチを、上流側（下部）から下流側（上部）にわたりそれぞれ同一にするとよい。また、バッファ室２３７内と処理室２０１内との差圧が大きい場合、ガス供給孔２５０ｂの開口面積を上流側から下流側に向かって徐々に大きくしたり、ガス供給孔２５０ｂの開口ピッチを上流側から下流側に向かって徐々に小さくしたりするとよい。
【００１８】
ガス供給孔２５０ｂのそれぞれの開口面積や開口ピッチを、上流側から下流側にかけて上述のように調節することで、ガス供給孔２５０ｂのそれぞれから、流速の差はあるものの、流量がほぼ同量であるガスを噴出させることが可能となる。そして、これら複数のガス供給孔２５０ｂのそれぞれから噴出するガスを、一旦、バッファ室２３７内に導入することで、バッファ室２３７内においてガスの流速差の均一化を行うことが可能となる。複数のガス供給孔２５０ｂのそれぞれよりバッファ室２３７内に噴出したガスは、バッファ室２３７内で各ガスの粒子速度が緩和された後、複数のガス供給孔２５０ｅより処理室２０１内に噴出する。複数のガス供給孔２５０ｂのそれぞれよりバッファ室２３７内に噴出したガスは、ガス供給孔２５０ｅのそれぞれより処理室２０１内に噴出する際には、均一な流量と流速とを有するガスとなる。
【００１９】
このように、本実施形態では、反応管２０３の内壁と、積載された複数のウエハ２００の端部と、で定義される円環状の縦長の空間内、つまり、円筒状の空間内に配置したノズル２４９ａ〜２４９ｄおよびバッファ室２３７を経由してガスを搬送している。そして、ノズル２４９ａ〜２４９ｄおよびバッファ室２３７にそれぞれ開口されたガス供給孔２５０ａ〜２５０ｅから、ウエハ２００の近傍で初めて反応管２０３内にガスを噴出させている。そして、反応管２０３内におけるガスの主たる流れを、ウエハ２００の表面と平行な方向、すなわち、水平方向としている。このような構成とすることで、各ウエハ２００に均一にガスを供給でき、各ウエハ２００に形成される薄膜の膜厚均一性を向上させることが可能となる。ウエハ２００の表面上を流れたガス、すなわち、反応後の残ガスは、排気口、すなわち、後述する排気管２３１の方向に向かって流れる。但し、この残ガスの流れの方向は、排気口の位置によって適宜特定され、垂直方向に限ったものではない。
【００２０】
ガス供給管２３２ａからは、所定元素を含む原料ガスとして、例えば、所定元素としてのＳｉおよびハロゲン元素を含むハロシラン原料ガスが、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａ、ノズル２４９ａを介して処理室２０１内へ供給される。
【００２１】
ハロシラン原料ガスとは、気体状態のハロシラン原料、例えば、常温常圧下で液体状態であるハロシラン原料を気化することで得られるガスや、常温常圧下で気体状態であるハロシラン原料等のことである。ハロシラン原料とは、ハロゲン基を有するシラン原料のことである。ハロゲン基には、クロロ基、フルオロ基、ブロモ基等が含まれる。すなわち、ハロゲン基には、塩素（Ｃｌ）、フッ素（Ｆ）、臭素（Ｂｒ）等のハロゲン元素が含まれる。ハロシラン原料は、ハロゲン化物の一種とも言える。本明細書において「原料」という言葉を用いた場合は、「液体状態である液体原料」を意味する場合、「気体状態である原料ガス」を意味する場合、または、その両方を意味する場合がある。
【００２２】
ハロシラン原料ガスとしては、例えば、ＳｉおよびＣｌを含む原料ガス、すなわち、クロロシラン原料ガスを用いることができる。クロロシラン原料ガスとしては、例えば、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ２Ｃｌ６、略称：ＨＣＤＳ）ガスを用いることができる。ＨＣＤＳのように常温常圧下で液体状態である液体原料を用いる場合は、液体原料を気化器やバブラ等の気化システムにより気化して、原料ガス（ＨＣＤＳガス）として供給することとなる。
【００２３】
ガス供給管２３２ｂからは、原料ガスとは化学構造（分子構造）が異なる反応ガスとして、例えば、窒素含有ガスが、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂ、ノズル２４９ｂ、バッファ室２３７を介して処理室２０１内へ供給される。窒素含有ガスとしては、例えば、窒化水素系ガスを用いることができる。窒化水素系ガスは、後述する基板処理工程において、窒化ガス、すなわち、Ｎソースとして作用する。窒化水素系ガスとしては、例えば、アンモニア（ＮＨ３）ガスを用いることができる。
【００２４】
ガス供給管２３２ｅからは、原料ガスとは化学構造が異なる反応ガスとして、例えば、酸素含有ガスが、ＭＦＣ２４１ｅ、バルブ２４３ｅ、ガス供給管２３２ｂ、ノズル２４９ｂ、バッファ室２３７を介して処理室２０１内へ供給される。酸素含有ガスは、後述する基板処理工程において、酸化ガス、すなわち、Ｏソースとして作用する。酸素含有ガスとしては、例えば、酸素（Ｏ２）ガスを用いることができる。
【００２５】
ガス供給管２３２ｃからは、原料ガスとは化学構造が異なる反応ガスとして、例えば、炭素含有ガスが、ＭＦＣ２４１ｃ、バルブ２４３ｃ、ノズル２４９ｃを介して処理室２０１内へ供給される。炭素含有ガスとしては、例えば、炭化水素系ガスを用いることができる。炭化水素系ガスは、ＣおよびＨの２元素のみで構成される物質とも言え、後述する基板処理工程においてＣソースとして作用する。炭化水素系ガスとしては、例えば、プロピレン（Ｃ３Ｈ６）ガスを用いることができる。
【００２６】
ガス供給管２３２ｄからは、原料ガスとは化学構造が異なる反応ガスとして、例えば、ボラジン環骨格非含有の硼素含有ガスが、ＭＦＣ２４１ｄ、バルブ２４３ｄ、ノズル２４９ｄを介して処理室２０１内へ供給される。ボラジン環骨格非含有の硼素含有ガスとしては、例えば、ボラン系ガスを用いることができる。
【００２７】
ボラン系ガスとは、気体状態のボラン化合物、例えば、常温常圧下で液体状態であるボラン化合物を気化することで得られるガスや、常温常圧下で気体状態であるボラン化合物等のことである。ボラン化合物には、Ｂとハロゲン元素とを含むハロボラン化合物、例えば、ＢおよびＣｌを含むクロロボラン化合物が含まれる。また、ボラン化合物には、モノボラン（ＢＨ３）やジボラン（Ｂ２Ｈ６）のようなボラン（硼化水素）や、ボランのＨを他の元素等で置換した形のボラン化合物（ボラン誘導体）が含まれる。ボラン系ガスは、後述する基板処理工程においてＢソースとして作用する。ボラン系ガスとしては、例えば、トリクロロボラン（ＢＣｌ３）ガスを用いることができる。ＢＣｌ３ガスは、後述するボラジン化合物を含まない硼素含有ガス、すなわち、非ボラジン系の硼素含有ガスである。
【００２８】
ガス供給管２３２ｆからは、原料ガスとは化学構造が異なる反応ガスとして、例えば、ボラジン環骨格を含むガスが、ＭＦＣ２４１ｆ、バルブ２４３ｆ、ガス供給管２３２ｄ、ノズル２４９ｄを介して処理室２０１内へ供給される。ボラジン環骨格を含むガスとしては、例えば、ボラジン環骨格および有機リガンドを含むガス、すなわち、有機ボラジン系ガスを用いることができる。
【００２９】
有機ボラジン系ガスとしては、例えば、有機ボラジン化合物であるアルキルボラジン化合物を含むガスを用いることができる。有機ボラジン系ガスを、ボラジン化合物ガス、或いは、ボラジン系ガスと称することもできる。
【００３０】
ここで、ボラジンとは、Ｂ、ＮおよびＨの３元素で構成される複素環式化合物であり、組成式はＢ３Ｈ６Ｎ３で表すことができ、図１３（ａ）に示す化学構造式で表すことができる。ボラジン化合物は、３つのＢと３つのＮとで構成されるボラジン環を構成するボラジン環骨格（ボラジン骨格ともいう）を含む化合物である。有機ボラジン化合物は、Ｃを含むボラジン化合物であり、Ｃを含むリガンド、すなわち、有機リガンドを含むボラジン化合物とも言える。アルキルボラジン化合物は、アルキル基を含むボラジン化合物であり、アルキル基を有機リガンドとして含むボラジン化合物とも言える。アルキルボラジン化合物は、ボラジンに含まれる６つのＨのうち少なくともいずれかを、１つ以上のＣを含む炭化水素で置換したものであり、図１３（ｂ）に示す化学構造式で表すことができる。ここで、図１３（ｂ）に示す化学構造式中のＲ１〜Ｒ６は、Ｈであるか、あるいは１〜４つのＣを含むアルキル基である。Ｒ１〜Ｒ６は同じ種類のアルキル基であってもよいし、異なる種類のアルキル基であってもよい。但し、Ｒ１〜Ｒ６は、その全てがＨである場合を除く。アルキルボラジン化合物は、ボラジン環を構成するボラジン環骨格を有し、Ｂ、Ｎ、ＨおよびＣを含む物質とも言える。また、アルキルボラジン化合物は、ボラジン環骨格を有しアルキルリガンドを含む物質とも言える。なお、Ｒ１〜Ｒ６は、Ｈであるか、あるいは１〜４つのＣを含むアルケニル基、アルキニル基であってもよい。Ｒ１〜Ｒ６は同じ種類のアルケニル基、アルキニル基であってもよいし、異なる種類のアルケニル基、アルキニル基であってもよい。但し、Ｒ１〜Ｒ６は、その全てがＨである場合を除く。
【００３１】
ボラジン系ガスは、後述する基板処理工程において、Ｂソースとしても作用し、Ｎソースとしても作用し、Ｃソースとしても作用する。
【００３２】
ボラジン系ガスとしては、例えば、ｎ，ｎ’，ｎ”−トリメチルボラジン（略称：ＴＭＢ）ガス、ｎ，ｎ’，ｎ”−トリエチルボラジン（略称：ＴＥＢ）ガス、ｎ，ｎ’，ｎ”−トリ−ｎ−プロピルボラジン（略称：ＴＰＢ）ガス、ｎ，ｎ’，ｎ”−トリイソプロピルボラジン（略称：ＴＩＰＢ）ガス、ｎ，ｎ’，ｎ”−トリ−ｎ−ブチルボラジン（略称：ＴＢＢ）ガス、ｎ，ｎ’，ｎ”−トリイソブチルボラジン（略称：ＴＩＢＢ）ガス等を用いることができる。ＴＭＢは、図１３（ｂ）に示す化学構造式中のＲ１、Ｒ３、Ｒ５がＨであり、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６がメチル基であり、図１３（ｃ）に示す化学構造式で表すことができるボラジン化合物である。ＴＥＢは、図１３（ｂ）に示す化学構造式中のＲ１、Ｒ３、Ｒ５がＨであり、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６がエチル基であるボラジン化合物である。ＴＰＢは、図１３（ｂ）に示す化学構造式中のＲ１、Ｒ３、Ｒ５がＨであり、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６がプロピル基であり、図１３（ｄ）に示す化学構造式で表すことができるボラジン化合物である。ＴＩＰＢは、図１３（ｂ）に示す化学構造式中のＲ１、Ｒ３、Ｒ５がＨであり、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６がイソプロピル基であるボラジン化合物である。ＴＩＢＢは、図１３（ｂ）に示す化学構造式中のＲ１、Ｒ３、Ｒ５がＨであり、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６がイソブチル基であるボラジン化合物である。
【００３３】
ＴＭＢ等のように常温常圧下で液体状態であるボラジン化合物を用いる場合は、液体状態のボラジン化合物を気化器やバブラ等の気化システムにより気化して、ボラジン系ガス（ＴＭＢガス等）として供給することとなる。
【００３４】
ガス供給管２３２ｇ〜２３２ｊからは、不活性ガスとして、例えば、窒素（Ｎ２）ガスが、それぞれＭＦＣ２４１ｇ〜２４１ｊ、バルブ２４３ｇ〜２４３ｊ、ガス供給管２３２ａ〜２３２ｄ、ノズル２４９ａ〜２４９ｄ、バッファ室２３７を介して処理室２０１内へ供給される。
【００３５】
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、所定元素を含む原料ガスを供給する原料ガス供給系が構成される。ノズル２４９ａを原料ガス供給系に含めて考えてもよい。原料ガス供給系を原料供給系と称することもできる。ガス供給管２３２ａからハロシラン原料ガスを流す場合、原料ガス供給系を、ハロシラン原料ガス供給系、或いは、ハロシラン原料供給系と称することもできる。
【００３６】
また、主に、ガス供給管２３２ｂ、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂにより、窒素含有ガスを供給する窒素含有ガス供給系が構成される。ノズル２４９ｂ、バッファ室２３７を窒素含有ガス供給系に含めて考えてもよい。窒素含有ガス供給系を、窒化ガス供給系、或いは、窒化剤供給系と称することもできる。ガス供給管２３２ｂから窒化水素系ガスを流す場合、窒素含有ガス供給系を、窒化水素系ガス供給系、或いは、窒化水素供給系と称することもできる。
【００３７】
また、主に、ガス供給管２３２ｅ、ＭＦＣ２４１ｅ、バルブ２４３ｅにより、酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給系が構成される。ガス供給管２３２ｂのガス供給管２３２ｅとの接続部よりも下流側、ノズル２４９ｂ、バッファ室２３７を酸素含有ガス供給系に含めて考えてもよい。酸素含有ガス供給系を、酸化ガス供給系、或いは、酸化剤供給系と称することもできる。
【００３８】
また、主に、ガス供給管２３２ｃ、ＭＦＣ２４１ｃ、バルブ２４３ｃにより、炭素含有ガスを供給する炭素含有ガス供給系が構成される。ノズル２４９ｃを炭素含有ガス供給系に含めて考えてもよい。ガス供給管２３２ｃから炭化水素系ガスを供給する場合、炭素含有ガス供給系を、炭化水素系ガス供給系、或いは、炭化水素供給系と称することもできる。
【００３９】
また、主に、ガス供給管２３２ｄ、ＭＦＣ２４１ｄ、バルブ２４３ｄにより、ボラジン環骨格非含有の硼素含有ガス、すなわち、非ボラジン系の硼素含有ガスを供給する硼素含有ガス供給系が構成される。ノズル２４９ｄを硼素含有ガス供給系に含めて考えてもよい。ガス供給管２３２ｄからボラン系ガスを流す場合、硼素含有ガス供給系を、ボラン系ガス供給系、或いは、ボラン化合物供給系と称することもできる。
【００４０】
また、主に、ガス供給管２３２ｆ、ＭＦＣ２４１ｆ、バルブ２４３ｆにより、ボラジン環骨格を含むガス、すなわち、ボラジン系ガスを供給するボラジン系ガス供給系が構成される。ガス供給管２３２ｄのガス供給管２３２ｆとの接続部よりも下流側、ノズル２４９ｄをボラジン系ガス供給系に含めて考えてもよい。ボラジン系ガス供給系を、有機ボラジン系ガス供給系、或いは、ボラジン化合物供給系と称することもできる。
【００４１】
上述の窒素含有ガス供給系、酸素含有ガス供給系、炭素含有ガス供給系、硼素含有ガス供給系、ボラジン系ガス供給系のうち、いずれか、或いは、全てのガス供給系を、反応ガスを供給する反応ガス供給系と称することもできる。
【００４２】
また、主に、ガス供給管２３２ｇ〜２３２ｊ、ＭＦＣ２４１ｇ〜２４１ｊ、バルブ２４３ｇ〜２４３ｊにより、不活性ガス供給系が構成される。不活性ガス供給系を、パージガス供給系、或いは、キャリアガス供給系と称することもできる。
【００４３】
バッファ室２３７内には、図２に示すように、導電体からなり、細長い構造を有する２本の棒状電極２６９，２７０が、反応管２０３の下部より上部にわたりウエハ２００の積層方向に沿って配設されている。棒状電極２６９，２７０のそれぞれは、ノズル２４９ｂと平行に設けられている。棒状電極２６９，２７０のそれぞれは、上部より下部にわたって電極保護管２７５により覆われることで保護されている。棒状電極２６９，２７０のいずれか一方は、整合器２７２を介して高周波電源２７３に接続され、他方は、基準電位であるアースに接続されている。整合器２７２を介して高周波電源２７３から棒状電極２６９，２７０間に高周波（ＲＦ）電力を印加することで、棒状電極２６９，２７０間のプラズマ生成領域２２４にプラズマが生成される。主に、棒状電極２６９，２７０、電極保護管２７５によりプラズマ発生器（プラズマ発生部）としてのプラズマ源が構成される。整合器２７２、高周波電源２７３をプラズマ源に含めて考えてもよい。プラズマ源は、後述するようにガスをプラズマ状態に活性化（励起）させる活性化機構（励起部）として機能する。
【００４４】
電極保護管２７５は、棒状電極２６９，２７０のそれぞれをバッファ室２３７内の雰囲気と隔離した状態でバッファ室２３７内に挿入できる構造となっている。電極保護管２７５の内部の酸素濃度が外気（大気）の酸素濃度と同程度であると、電極保護管２７５内にそれぞれ挿入された棒状電極２６９，２７０は、ヒータ２０７による熱で酸化されてしまう。電極保護管２７５の内部にＮ２ガスなどの不活性ガスを充填しておくか、不活性ガスパージ機構を用いて電極保護管２７５の内部をＮ２ガスなどの不活性ガスでパージすることで、電極保護管２７５の内部の酸素濃度を低減させ、棒状電極２６９，２７０の酸化を防止することができる。
【００４５】
反応管２０３には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気管２３１が設けられている。排気管２３１には、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。
【００４６】
反応管２０３の下方には、反応管２０３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は反応管２０３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の上面には反応管２０３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。すなわち、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。
【００４７】
基板支持具としてのボート２１７は、複数、例えば２５〜２００枚のウエハ２００を、水平姿勢で、かつ、互いに中心を揃えた状態で垂直方向に整列させて多段に支持するように、すなわち、間隔を空けて配列させるように構成されている。ボート２１７は、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料からなる。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いる。この構成により、ヒータ２０７からの熱がシールキャップ２１９側に伝わりにくくなっている。但し、本実施形態は上述の形態に限定されない。例えば、ボート２１７の下部に断熱板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。
【００４８】
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ように構成されている。温度センサ２６３は、ノズル２４９ａ〜２４９ｄと同様にＬ字型に構成されており、反応管２０３の内壁に沿って設けられている。
【００４９】
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。
【００５０】
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。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。
【００５１】
Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、上述のＭＦＣ２４１ａ〜２４１ｊ、バルブ２４３ａ〜２４３ｊ、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、高周波電源２７３、整合器２７２、回転機構２６７、ボートエレベータ１１５等に接続されている。
【００５２】
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。ＣＰＵ１２１ａは、読み出したプロセスレシピの内容に沿うように、ＭＦＣ２４１ａ〜２４１ｊによる各種ガスの流量調整動作、バルブ２４３ａ〜２４３ｊ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、高周波電源２７３の電力供給、整合器２７２によるインピーダンス調整動作、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の昇降動作等を制御するように構成されている。
【００５３】
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、この外部記憶装置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、本実施形態のコントローラ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。
【００５４】
（２）基板処理工程
上述の基板処理装置を用い、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１２１により制御される。
【００５５】
図４に示す成膜シーケンスでは、
処理室２０１内の基板としてのウエハ２００に対して原料ガスとしてＨＣＤＳガスを供給する工程と、
処理室２０１内のＨＣＤＳガスを除去する工程と、
処理室２０１内のウエハ２００に対してＨＣＤＳガスとは化学構造が異なる反応ガスとしてＮＨ３ガスを供給する工程と、
処理室２０１内のＮＨ３ガスを除去する工程と、
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）行うことで、ウエハ２００上に、ＳｉおよびＮを含む膜として、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）を形成する。
【００５６】
ここで、ＮＨ３ガスを除去する工程では、処理室２０１内を減圧排気する工程と、処理室２０１内を不活性ガスでパージする工程と、を交互に繰り返す。
【００５７】
また、上述のサイクルを所定回数行うとは、このサイクルを１回もしくは複数回行うことを意味する。すなわち、サイクルを１回以上行うことを意味する。図４は、上述のサイクルをｎ回繰り返す例を示している。
【００５８】
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。
【００５９】
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（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（露出面）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。
【００６０】
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り、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。
【００６１】
（ウエハチャージおよびボートロード）
複数のウエハ２００がボート２１７に装填（ウエハチャージ）される。その後、図１に示すように、複数のウエハ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）される。この状態で、シールキャップ２１９は、Ｏリング２２０を介して反応管２０３の下端をシールした状態となる。
【００６２】
（圧力調整および温度調整）
処理室２０１内の圧力、すなわち、ウエハ２００が存在する空間の圧力が所望の圧力（真空度）となるように真空ポンプ２４６によって真空排気される。この際、処理室２０１内の圧力は圧力センサ２４５で測定され、この測定された圧力情報に基づきＡＰＣバルブ２４４がフィードバック制御される。なお、図４に示すＡＰＣバルブの「ＯＰＥＮ」「ＣＬＯＳＥ」とは、単にＡＰＣバルブ２４４の開閉状態を示すものであり、その開度を示すものではない。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。また、処理室２０１内のウエハ２００が所望の温度となるようにヒータ２０７によって加熱される。この際、処理室２０１内が所望の温度分布となるように、温度センサ２６３が検出した温度情報に基づきヒータ２０７への通電具合がフィードバック制御される。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に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。また、回転機構２６７によるボート２１７およびウエハ２００の回転を開始する。回転機構２６７によるボート２１７およびウエハ２００の回転は、少なくとも、ウエハ２００に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。
【００６３】
（ＳｉＮ膜形成工程）
その後、次の２つのステップ、すなわち、ステップ１，２を順次実行する。
【００６４】
［ステップ１］
（ＨＣＤＳガス供給）
バルブ２４３ａを開き、ガス供給管２３２ａ内にＨＣＤＳガスを流す。ＨＣＤＳガスは、ＭＦＣ２４１ａにより流量調整され、ガス供給孔２５０ａから処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。このとき、ウエハ２００に対してＨＣＤＳガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ２４３ｇを開き、ガス供給管２３２ｇ内にＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスは、ＭＦＣ２４１ｇにより流量調整され、ＨＣＤＳガスと一緒に処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。
【００６５】
また、ノズル２４９ｂ〜２４９ｄ、バッファ室２３７内へのＨＣＤＳガスの侵入を防止するため、バルブ２４３ｈ〜２４３ｊを開き、ガス供給管２３２ｈ〜２３２ｊ内にＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスは、ガス供給管２３２ｂ〜２３２ｄ、ノズル２４９ｂ〜２４９ｄ、バッファ室２３７を介して処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。
【００６６】
このとき、ＡＰＣバルブ２４４を適正に調整して、処理室２０１内の圧力を、例えば１〜２６６６Ｐａ、好ましくは６７〜１３３３Ｐａの範囲内の圧力とする。ＭＦＣ２４１ａで制御する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。ＭＦＣ２４１ｇ〜２４１ｊで制御する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ガスをウエハ２００に対して供給する時間、すなわち、ガス供給時間（照射時間）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２０７の温度は、ウエハ２００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。
【００６７】
ウエハ２００の温度が２５０℃未満となると、ウエハ２００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２００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２００の温度を３００℃以上、さらには３５０℃以上とすることで、ウエハ２００上にＨＣＤＳをより十分に吸着させることが可能となり、より十分な成膜速度が得られるようになる。
【００６８】
ウエハ２００の温度が７００℃を超えると、ＣＶＤ反応が強くなる（気相反応が支配的になる）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２００の温度を７００℃以下とすることで、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２００の温度を６５０℃以下、さらには６００℃以下とすることで、表面反応が支配的になり、膜厚均一性を確保しやすくなり、その制御が容易となる。
【００６９】
よって、ウエハ２００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。
【００７０】
上述の条件下でウエハ２００に対してＨＣＤＳガスを供給することにより、ウエハ２００（表面の下地膜）上に、第１の層として、例えば１原子層未満から数原子層程度の厚さのＣｌを含むＳｉ含有層が形成される。Ｃｌを含むＳｉ含有層は、Ｃｌを含むＳｉ層であってもよいし、ＨＣＤＳガスの吸着層であってもよいし、その両方を含んでいてもよい。
【００７１】
Ｃｌを含むＳｉ層とは、Ｓｉにより構成されＣｌを含む連続的な層の他、不連続な層や、これらが重なってできるＣｌを含むＳｉ薄膜をも含む総称である。Ｓｉにより構成されＣｌを含む連続的な層を、Ｃｌを含むＳｉ薄膜という場合もある。Ｃｌを含むＳｉ層を構成するＳｉは、Ｃｌとの結合が完全に切れていないものの他、Ｃｌとの結合が完全に切れているものも含む。
【００７２】
ＨＣＤＳガスの吸着層は、ＨＣＤＳガスのガス分子の連続的な吸着層の他、不連続な吸着層をも含む。すなわち、ＨＣＤＳガスの吸着層は、ＨＣＤＳ分子で構成される１分子層もしくは１分子層未満の厚さの吸着層を含む。ＨＣＤＳガスの吸着層を構成するＨＣＤＳ分子は、ＳｉとＣｌとの結合が一部切れたものも含む。すなわち、ＨＣＤＳガスの吸着層は、ＨＣＤＳガスの物理吸着層であってもよいし、ＨＣＤＳガスの化学吸着層であってもよいし、その両方を含んでいてもよい。
【００７３】
ここで、１原子層未満の厚さの層とは不連続に形成される原子層のことを意味しており、１原子層の厚さの層とは連続的に形成される原子層のことを意味している。１分子層未満の厚さの層とは不連続に形成される分子層のことを意味しており、１分子層の厚さの層とは連続的に形成される分子層のことを意味している。Ｃｌを含むＳｉ含有層は、Ｃｌを含むＳｉ層とＨＣＤＳガスの吸着層との両方を含み得る。但し、上述の通り、Ｃｌを含むＳｉ含有層については「１原子層」、「数原子層」等の表現を用いることとする。
【００７４】
ＨＣＤＳガスが自己分解（熱分解）する条件下、すなわち、ＨＣＤＳガスの熱分解反応が生じる条件下では、ウエハ２００上にＳｉが堆積することでＣｌを含むＳｉ層が形成される。ＨＣＤＳガスが自己分解（熱分解）しない条件下、すなわち、ＨＣＤＳガスの熱分解反応が生じない条件下では、ウエハ２００上にＨＣＤＳガスが吸着することでＨＣＤＳガスの吸着層が形成される。ウエハ２００上にＨＣＤＳガスの吸着層を形成するよりも、ウエハ２００上にＣｌを含むＳｉ層を形成する方が、成膜レートを高くすることができる点では、好ましい。
【００７５】
ウエハ２００上に形成される第１の層の厚さが数原子層を超えると、後述するステップ２での改質の作用が第１の層の全体に届かなくなる。また、ウエハ２００上に形成可能な第１の層の厚さの最小値は１原子層未満である。よって、第１の層の厚さは１原子層未満から数原子層程度とするのが好ましい。第１の層の厚さを１原子層以下、すなわち、１原子層または１原子層未満とすることで、後述するステップ２での改質反応の作用を相対的に高めることができ、ステップ２での改質反応に要する時間を短縮することができる。ステップ１での第１の層の形成に要する時間を短縮することもできる。結果として、１サイクルあたりの処理時間を短縮することができ、トータルでの処理時間を短縮することも可能となる。すなわち、成膜レートを高くすることも可能となる。また、第１の層の厚さを１原子層以下とすることで、膜厚均一性の制御性を高めることも可能となる。
【００７６】
（残留ガス除去）
第１の層が形成された後、バルブ２４３ａを閉じ、ＨＣＤＳガスの供給を停止する。そして、処理室２０１内を減圧排気する工程（以下、バキュームステップともいう）と、処理室２０１内を不活性ガスとしてのＮ２ガスでパージする工程（以下、パージステップともいう）と、を交互に所定回数行うことで、処理室２０１内に残留する未反応もしくは第１の層の形成に寄与した後のＨＣＤＳガスを処理室２０１内から排除する。なお、ステップ１における残留ガス除去では、バキュームステップとパージステップとを交互に１回行うようにしてもよいし、複数回行うようにしてもよいし、さらには、パージステップを行うことなくバキュームステップだけを行うようにしてもよいし、バキュームステップを行うことなくパージステップだけを行うようにしてもよい。ここではバキュームステップとパージステップとを交互に１回行う例について説明する。バキュームステップ、パージステップの処理手順や処理条件については、後述するステップ２において詳しく説明する。
【００７７】
原料ガスとしては、ＨＣＤＳガスの他、例えば、テトラクロロシランすなわちシリコンテトラクロライド（ＳｉＣｌ４、略称：ＳＴＣ）ガス、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３、略称：ＴＣＳ）ガス、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２、略称：ＤＣＳ）ガス、モノクロロシラン（ＳｉＨ３Ｃｌ、略称：ＭＣＳ）ガス等の無機原料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、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。
【００７８】
［ステップ２］
（ＮＨ３ガス供給）
ステップ１が終了した後、処理室２０１内のウエハ２００に対し、熱で活性化させたＮＨ３ガス、または、プラズマで活性化させたＮＨ３ガスを供給する。
【００７９】
熱で活性化させたＮＨ３ガスを供給する際には、バルブ２４３ｂ，２４３ｇ〜２４３ｊの開閉制御を、ステップ１におけるバルブ２４３ａ，２４３ｇ〜２４３ｊの開閉制御と同様の手順で行う。ＭＦＣ２４１ｂで制御するＮＨ３ガスの供給流量は、例えば１００〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。処理室２０１内の圧力は、例えば１〜４０００Ｐａ、好ましくは１〜３０００Ｐａの範囲内の圧力とする。処理室２０１内におけるＮＨ３ガスの分圧は、例えば０．０１〜３９６０Ｐａの範囲内の圧力とする。処理室２０１内の圧力をこのような比較的高い圧力帯とすることで、ＮＨ３ガスをノンプラズマで熱的に活性化させることが可能となる。ＮＨ３ガスは熱で活性化させて供給した方が、比較的ソフトな反応を生じさせることができ、後述する窒化を比較的ソフトに行うことができる。熱で活性化させたＮＨ３ガスをウエハ２００に対して供給する時間、すなわち、ガス供給時間（照射時間）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。その他の処理条件は、例えば、上述のステップ１と同様な処理条件とする。
【００８０】
プラズマで活性化させたＮＨ３ガスを供給する際には、バルブ２４３ｂ，２４３ｇ〜２４３ｊの開閉制御を、ステップ１におけるバルブ２４３ａ，２４３ｇ〜２４３ｊの開閉制御と同様の手順で行う。ＭＦＣ２４１ｂで制御するＮＨ３ガスの供給流量は、例えば１００〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。棒状電極２６９，２７０間に印加する高周波電力は、例えば５０〜１０００Ｗの範囲内の電力とする。処理室２０１内の圧力は、例えば１〜１００Ｐａの範囲内の圧力とする。処理室２０１内におけるＮＨ３ガスの分圧は、例えば０．０１〜１００Ｐａの範囲内の圧力とする。プラズマを用いることで、処理室２０１内の圧力をこのような比較的低い圧力帯としても、ＮＨ３ガスを活性化させることが可能となる。ＮＨ３ガスをプラズマ励起することにより得られた活性種をウエハ２００に対して供給する時間、すなわち、ガス供給時間（照射時間）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。その他の処理条件は、上述のステップ１と同様な処理条件とする。
【００８１】
上述の条件下でウエハ２００に対してＮＨ３ガスを供給することにより、ウエハ２００上に形成された第１の層の少なくとも一部が窒化（改質）される。第１の層が改質されることで、ウエハ２００上に、ＳｉおよびＮを含む第２の層、すなわち、ＳｉＮ層が形成されることとなる。第２の層を形成する際、第１の層に含まれていたＣｌ等の不純物は、ＮＨ３ガスによる第１の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。すなわち、第１の層中のＣｌ等の不純物は、第１の層中から引き抜かれたり、脱離したりすることで、第１の層から分離する。これにより、第２の層は、第１の層に比べてＣｌ等の不純物が少ない層となる。
【００８２】
（サイクルパージによる残留ガス除去）
第２の層が形成された後、バルブ２４３ｂを閉じ、ＮＨ３ガスの供給を停止する。また、ＮＨ３ガスをプラズマで活性化させて供給していた場合、棒状電極２６９，２７０間への高周波電力の印加を停止する。そして、処理室２０１内を減圧排気する工程（バキュームステップ）と、処理室２０１内を不活性ガスとしてのＮ２ガスでパージする工程（パージステップ）と、を交互に繰り返すことで、処理室２０１内に残留する未反応もしくは第２の層の形成に寄与した後のＮＨ３ガス等を処理室２０１内から排除する。バキュームステップとパージステップとを交互に繰り返すこと、つまり、複数回行うことを、本明細書では、サイクルパージ、或いは、サイクリックパージとも称する。
【００８３】
バキュームステップは、真空ポンプ２４６による処理室２０１内の排気（減圧排気、或いは、真空排気ともいう）を、処理室２０１内へのＮ２ガスの供給を停止した状態で行う。すなわち、バルブ２４３ｇ〜２４３ｊを閉じた状態で、ＡＰＣバルブ２４４を開くことで、処理室２０１内の排気を行う。このようにして行う真空排気を真空引きともいう。このとき、ＡＰＣバルブ２４４の状態をフルオープン、すなわち、ＡＰＣバルブ２４４の開度を全開とするのが好ましい。バキュームステップの実施時間は、例えば、１〜１２０秒、好ましくは１〜６０秒の範囲内の時間とする。
なお、処理室２０１内へのＮ２ガスの供給を停止した状態とは、処理室２０１内へのＮ２ガスの供給を完全に停止した状態の他、処理室２０１内へＮ２ガスを僅かな供給流量で供給する状態をも含む。すなわち、バルブ２４３ｇ〜２４３ｊを閉じた状態とは、これら全てのバルブを完全に閉じた状態の他、これらのバルブのうち少なくともいずれかを完全に閉じることなく僅かに開く状態をも含む。
【００８４】
パージステップは、真空ポンプ２４６による処理室２０１内の排気を、処理室２０１内へのＮ２ガスの供給を実施した状態で行う。すなわち、バルブ２４３ｇ〜２４３ｊの少なくともいずれか、好ましくは全てを開き、ＡＰＣバルブ２４４を開くことで、処理室２０１内の排気を行う。Ｎ２ガスはパージガスとして作用する。このとき、ＭＦＣ２４１ｇ〜２４１ｊで制御する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。ＡＰＣバルブ２４４の開度は、全開としてもよいし、或いは、処理室２０１内の圧力が一定に維持されるようにその開度をフィードバック制御するようにしてもよい。パージステップの実施時間は、例えば、１〜１２０秒、好ましくは１〜６０秒の範囲内の時間とする。
【００８５】
バキュームステップとパージステップとを交互に繰り返すことで、処理室２０１内には圧力変化が繰り返し生じることとなる。これにより、処理室２０１の内壁やウエハ２００の表面等に付着しているＮＨ３ガス等を、処理室２０１内から効率的に除去することが可能となる。サイクルパージは、例えば、ウエハ２００の表面に付着し残留したＮＨ３ガスがウエハ２００の表面から脱離し除去されるまで継続することが好ましい。但し、ＳｉＮ膜の形成処理の生産性低下を回避するため、例えば、次のサイクルのステップ１においてＨＣＤＳガスが供給されたときにＨＣＤＳガスと反応しない程度にウエハ２００の表面からＮＨ３ガスが充分に除去されたら、サイクルパージを停止することが好ましい。バキュームステップとパージステップとを交互に繰り返す回数（以下、サイクルパージの回数ともいう）は、ステップ１における残留ガス除去において、バキュームステップとパージステップとを交互に行う回数よりも多い回数であって、例えば、２回以上３０回以下、好ましくは３回以上１６回以下、より好ましくは４回以上８回以下とするのが望ましい。
【００８６】
窒素含有ガスとしては、ＮＨ３ガスの他、例えば、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や、これらの化合物を含む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、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。
【００８７】
（所定回数実施）
上述したステップ１，２を非同時に行うサイクルを１回以上（所定回数）行うことにより、すなわち、ステップ１，２を交互に１回以上行うことにより、ウエハ２００上に、所定組成および所定膜厚の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ＳｉＮ層の厚さを所望の膜厚よりも小さくし、上述のサイクルを所望の膜厚になるまで複数回繰り返すのが好ましい。
【００８８】
サイクルを複数回行う場合、少なくとも２サイクル目以降の各ステップにおいて、「ウエハ２００に対して所定のガスを供給する」と記載した部分は、「ウエハ２００上に形成されている層に対して、すなわち、積層体としてのウエハ２００の最表面に対して所定のガスを供給する」ことを意味し、「ウエハ２００上に所定の層を形成する」と記載した部分は、「ウエハ２００上に形成されている層の上、すなわち、積層体としてのウエハ２００の最表面の上に所定の層を形成する」ことを意味している。この点は、上述の通りである。この点は、後述する各変形例、他の実施形態においても同様である。
【００８９】
（パージおよび大気圧復帰）
バルブ２４３ｇ〜２４３ｊを開き、ガス供給管２３２ｇ〜２３２ｊのそれぞれからＮ２ガスを処理室２０１内へ供給し、排気管２３１から排気する。Ｎ２ガスはパージガスとして作用する。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が処理室２０１内から除去される（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）。
【００９０】
（ボートアンロードおよびウエハディスチャージ）
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、反応管２０３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、反応管２０３の下端から反応管２０３の外部に搬出される（ボートアンロード）。処理済のウエハ２００は、ボート２１７より取出される（ウエハディスチャージ）。
【００９１】
（３）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つまたは複数の効果を奏する。
【００９２】
（ａ）ステップ２でＮＨ３ガスの供給を停止した後、バキュームステップとパージステップとを交互に繰り返すサイクルパージを行うことで、ウエハ２００上に形成するＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性を向上させることが可能となる。
【００９３】
というのも、ステップ２で処理室２０１内に供給されたＮＨ３ガス等の窒化水素系ガス、すなわち、窒素含有ガス（窒化ガス）は、ＨＣＤＳガス等と比較して、処理室２０１（反応管２０３）の内壁やウエハ２００の表面等に付着したまま残留し易い特性がある。ウエハ２００の表面に残留するＮＨ３ガスの量は、ウエハ２００の表面に形成されている凹凸パターンの形状や密度（微細度）などの影響を受け、ウエハ２００の面内で不均一になることがある。例えば、成膜の下地となるウエハ２００の表面に微細な回路パターンが形成されており、その一部の表面積が局所的に増大していると、その部分にＮＨ３ガスが付着したまま残留する傾向が強くなる。ウエハ２００の表面に残留しているＮＨ３ガスは、次のサイクルのステップ１でウエハ２００に対して供給されたＨＣＤＳガスと反応することがある。この反応が、ＮＨ３ガスの残留量に応じてウエハ２００の表面上でまばらに、すなわち、局所的に生じることで、ウエハ２００上に形成されるＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性を低下させてしまうことがある。このような、ＮＨ３ガス等の窒化水素系ガス、すなわち、窒素含有ガス（窒化ガス）を反応ガスとして用いる場合に生じる特有の課題は、昨今の微細化の進展の中で発明者らの鋭意研究により初めて明らかとなった新規課題である。
【００９４】
本実施形態では、上述のサイクルパージを行うことで、処理室２０１の内壁やウエハ２００の表面等に付着し残留しているＮＨ３ガス等の窒化水素系ガスを、処理室２０１内から効率的に除去することが可能となる。その結果、ステップ１でウエハ２００に対してＨＣＤＳガスを供給する前に、ウエハ２００の表面にＮＨ３ガスが局所的に残留している状態を解消することが可能となる。これにより、ウエハ２００上に形成するＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性を向上させることが可能となる。ＮＨ３ガスの除去効率を向上させることのできる一つの理由としては、上述したように、処理室２０１内における圧力変化の発生が考えられる。すなわち、バキュームステップとパージステップとを交互に繰り返す際に、処理室２０１内に圧力変化が繰り返し生じ、この圧力変化が、処理室２０１の内壁やウエハ２００の表面等からのＮＨ３ガスの脱離を促進させているものと考えられる。
【００９５】
（ｂ）ステップ２のパージステップにおけるＮ２ガスの供給流量を、ステップ１のパージステップにおけるＮ２ガスの供給流量よりも多く（大きく）することで、ウエハ２００上に形成するＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性をさらに向上させることが可能となる。また、ステップ２のパージステップにおけるＡＰＣバルブ２４４の開度を、ステップ１のパージステップにおけるＡＰＣバルブ２４４の開度よりも狭く（小さく）することで、ウエハ２００上に形成するＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性をさらに向上させることが可能となる。また、ステップ２のパージステップにおけるＡＰＣバルブ２４４の開度を、ステップ２のバキュームステップにおけるＡＰＣバルブ２４４の開度よりも狭く（小さく）することでも、ウエハ２００上に形成するＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性をさらに向上させることが可能となる。
【００９６】
というのも、処理室２０１の内壁やウエハ２００の表面等からのＮＨ３ガスの除去は、ＮＨ３ガスを除去する際における処理室２０１内の圧力変化が急激であるほど、効率的に行えることとなる。すなわち、処理室２０１内の単位時間あたりの圧力変化量が大きくなるほど、ウエハ２００の表面等からのＮＨ３ガスの除去を効率的に行えることとなる。
【００９７】
本実施形態では、ステップ２のパージステップにおけるＮ２ガスの供給流量やＡＰＣバルブ２４４の開度を上述のように設定することで、処理室２０１内の単位時間あたりの圧力変化量を大きくすることが可能となる。例えば、ステップ２で残留ガス除去を行う際の処理室２０１内の単位時間当たりの圧力変化量を、ステップ１で残留ガス除去を行う際の処理室２０１内の単位時間当たりの圧力変化量よりも大きくすることが可能となる。その結果、処理室２０１の内壁やウエハ２００の表面等からのＮＨ３ガス等の除去効率を高めることができ、ウエハ２００上に形成するＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性をさらに向上させることが可能となる。
【００９８】
（ｃ）ステップ２におけるバキュームステップとパージステップとを交互に繰り返す回数を、ステップ１におけるバキュームステップとパージステップとを交互に所定回数行う回数よりも多く（大きく）することで、ウエハ２００上に形成するＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性をさらに向上させることが可能となる。
【００９９】
というのも、処理室２０１の内壁やウエハ２００の表面等からのＮＨ３ガスの除去は、ＮＨ３ガスを除去する際における処理室２０１内における圧力変化の回数が多く（大きく）なるほど、効率的に行えることとなる。すなわち、ステップ２におけるバキュームステップとパージステップとを交互に繰り返す回数が多くなるほど、ウエハ２００の表面等からのＮＨ３ガスの除去を効率的に行えることとなる。
【０１００】
本実施形態では、ステップ２におけるバキュームステップとパージステップとを交互に繰り返す回数を上述のように設定することで、処理室２０１内からのＮＨ３ガス等の除去効率をさらに高めることが可能となる。例えば、ステップ１においてバキュームステップとパージステップとを交互に１回行い、ステップ２においてバキュームステップとパージステップとを交互に繰り返すことで、処理室２０１内からのＮＨ３ガス等の除去効率をさらに高めることが可能となる。これにより、ウエハ２００上に形成するＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性をさらに向上させることが可能となる。また、ステップ１におけるバキュームステップとパージステップとを交互に行う回数を減らす（少なくする）ことができ、１サイクルあたりの所要時間を短縮することができ、サイクルレートを向上させ、成膜処理の生産性を向上させることもできる。
【０１０１】
パージステップ、バキュームステップを行う際の処理手順や処理条件を、それぞれ上述のように設定することで、ステップ２における処理室２０１内からのＮＨ３ガス等の除去効率（パージ効率）を、ステップ１における処理室２０１内からのＨＣＤＳガス等の除去効率（パージ効率）よりも高めることが可能となる。
【０１０２】
（ｄ）ＨＣＤＳガスのような吸着性の高い原料ガスを用いることで、ＳｉＮ膜の形成を効率的に行うことができ、ＳｉＮ膜の成膜レートを高めることが可能となる。また、成膜に寄与しないＨＣＤＳガスの消費量を削減することができ、成膜コストを低減させることも可能となる。
【０１０３】
（ｅ）ＨＣＤＳガスのような、１分子中に２つのＳｉを含む原料ガスを用いることで、最終的に形成されるＳｉＮ膜を、膜中に含まれるＳｉ同士が互いに近接した膜とすることが可能となる。というのも、ＨＣＤＳガスが自己分解しない条件下で第１の層を形成する際、ＨＣＤＳガス分子に含まれる２つのＳｉは、互いに近接した状態を保ったままウエハ２００（表面の下地膜）上に吸着することとなる。また、ＨＣＤＳガスが自己分解する条件下で第１の層を形成する際、ＨＣＤＳガス分子に含まれる２つのＳｉは、互いに近接した状態を保ったままウエハ２００上に堆積する傾向が強くなる。すなわち、ＨＣＤＳガスのような１分子中に２つのＳｉを含むガスを用いることで、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２、略称：ＤＣＳ）ガスのような１分子中に１つのＳｉしか有さないガスを用いる場合と比べ、第１の層中に含まれるＳｉ同士を互いに近接した状態とすることが可能となる。結果として、ＳｉＮ膜を、膜中のＳｉ同士が互いに近接した膜とすることが可能となる。これにより、膜のＨＦ耐性を向上させることも可能となる。
【０１０４】
（ｆ）各種ガスの供給を非同時、すなわち、交互に行うことで、これらのガスを、表面反応が支配的な条件下で適正に反応させることができる。結果として、ＳｉＮ膜の段差被覆性、膜厚制御の制御性をそれぞれ向上させることが可能となる。また、処理室２０１内における過剰な気相反応を回避することができ、パーティクルの発生を抑制することも可能となる。
【０１０５】
（４）変形例
本実施形態における成膜シーケンスは、図４に示す態様に限定されず、以下に示す変形例のように変更することができる。
【０１０６】
（変形例１）
Ｏ２ガスを供給するステップを、図５（ａ）に示すタイミングで行うようにしてもよい。すなわち、ＨＣＤＳガス、ＮＨ３ガスを用いて形成したＳｉＮ層に対し、熱で活性化させたＯ２ガス、または、プラズマで活性化させたＯ２ガスを供給するステップ３を行うようにしてもよい。
【０１０７】
ステップ３で熱で活性化させたＯ２ガスを供給する際は、バルブ２４３ｅ，２４３ｇ〜２４３ｊの開閉制御を、上述のステップ１におけるバルブ２４３ａ，２４３ｇ〜２４３ｊの開閉制御と同様の手順で行う。ＭＦＣ２４１ｅで制御するＯ２ガスの供給流量は、例えば１００〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。処理室２０１内の圧力は、例えば１〜４０００Ｐａ、好ましくは１〜３０００Ｐａの範囲内の圧力とする。処理室２０１内におけるＯ２ガスの分圧は、例えば０．０１〜３９６０Ｐａの範囲内の圧力とする。処理室２０１内の圧力をこのような比較的高い圧力帯とすることで、Ｏ２ガスをノンプラズマで熱的に活性化させることが可能となる。Ｏ２ガスは熱で活性化させて供給した方が、比較的ソフトな反応を生じさせることができ、後述する酸化を比較的ソフトに行うことができる。熱で活性化させたＯ２ガスをウエハ２００に対して供給する時間、すなわち、ガス供給時間（照射時間）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。その他の処理条件は、例えば、上述のステップ１と同様な処理条件とする。
【０１０８】
ステップ３でプラズマで活性化させたＯ２ガスを供給する際は、バルブ２４３ｅ，２４３ｇ〜２４３ｊの開閉制御を、上述のステップ１におけるバルブ２４３ａ，２４３ｇ〜２４３ｊの開閉制御と同様の手順で行う。ＭＦＣ２４１ｅで制御するＯ２ガスの供給流量は、例えば１００〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。棒状電極２６９，２７０間に印加する高周波電力は、例えば５０〜１０００Ｗの範囲内の電力とする。処理室２０１内の圧力は、例えば１〜１００Ｐａの範囲内の圧力とする。処理室２０１内におけるＯ２ガスの分圧は、例えば０．０１〜１００Ｐａの範囲内の圧力とする。プラズマを用いることで、処理室２０１内の圧力をこのような比較的低い圧力帯としても、Ｏ２ガスを活性化させることが可能となる。Ｏ２ガスをプラズマ励起することにより得られた活性種をウエハ２００に対して供給する時間、すなわち、ガス供給時間（照射時間）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。その他の処理条件は、上述のステップ１と同様な処理条件とする。
【０１０９】
上述の条件下でウエハ２００に対してＯ２ガスを供給することで、ウエハ２００上に形成された第２の層（ＳｉＮ層）の少なくとも一部が酸化（改質）される。ＳｉＮ層が改質されることで、ウエハ２００上に、Ｓｉ、ＯおよびＮを含む層、すなわち、ＳｉＯＮ層が形成されることとなる。ＳｉＯＮ層を形成する際、ＳｉＮ層に含まれていたＣｌ等の不純物は、Ｏ２ガスによるＳｉＮ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。すなわち、ＳｉＮ層中のＣｌ等の不純物は、ＳｉＮ層中から引き抜かれたり、脱離したりすることで、ＳｉＮ層から分離する。これにより、ＳｉＯＮ層は、ＳｉＮ層に比べてＣｌ等の不純物がさらに少ない層となる。
【０１１０】
ＳｉＯＮ層が形成された後、バルブ２４３ｅを閉じ、Ｏ２ガスの供給を停止する。また、Ｏ２ガスをプラズマで活性化させて供給していた場合、棒状電極２６９，２７０間への高周波電力の印加を停止する。そして、ステップ１と同様の処理手順により、処理室２０１内に残留する未反応もしくはＳｉＯＮ層の形成に寄与した後のＯ２ガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する。
【０１１１】
酸素含有ガスとしては、Ｏ２ガスの他、例えば、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＋酸素（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）ガス等を用いることができる。
【０１１２】
その後、上述のステップ１〜３を非同時に行うサイクルを１回以上（所定回数）行うことにより、ウエハ２００上に、Ｓｉ、ＯおよびＮを含む膜として、所定組成および所定膜厚のシリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜）を形成することができる。１サイクルあたりに形成するＳｉＯＮ層の厚さを所望の膜厚よりも小さくして、上述のサイクルを所望の膜厚になるまで複数回繰り返すのが好ましい点は、図４に示す成膜シーケンスと同様である。
【０１１３】
本変形例によれば、図４に示す上述の成膜シーケンスと同様の効果を奏する。また、Ｏ２ガスを供給することでＳｉＮ層中からＣｌ等の不純物がさらに脱離することから、最終的に形成されるＳｉＯＮ膜中の不純物濃度をさらに低減させ、膜のＨＦ耐性をさらに向上させることが可能となる。
【０１１４】
（変形例２）
Ｏ２ガスを供給するステップを、図５（ｂ）に示すタイミングで行ってもよい。すなわち、ＮＨ３ガスの供給とＯ２ガスの供給とを同期させてもよい。つまり、ＮＨ３ガスとＯ２ガスとを同時に供給してもよい。また、ＮＨ３ガスの除去とＯ２ガスの除去とを同期させてもよい。本変形例におけるＯ２ガスを供給するステップは、変形例１におけるＯ２ガスを供給するステップと同様の処理手順、処理条件により行うことができる。
【０１１５】
本変形例によれば、図４に示す上述の成膜シーケンスや、図５（ａ）に示す変形例１と同様の効果を奏する。また、ＮＨ３ガスの供給とＯ２ガスの供給とを同期させることから、これらを同期させずに行う変形例１よりも、１サイクルあたりの処理時間を短縮することができ、トータルでの処理時間を短縮することが可能となる。また、ＮＨ３ガスの除去とＯ２ガスの除去とを同期させることから、これらを同期させずに行う変形例１よりも、処理室２０１内からのＯ２ガスの除去を効率よく行うことが可能となる。結果として、次のサイクルでＨＣＤＳガスを供給した際に、ＨＣＤＳガスの気相反応を抑制し、処理室２０１内におけるパーティクルの発生を抑制することが可能となる。
【０１１６】
（変形例３）
Ｃ３Ｈ６ガスを供給するステップを、図６に示すタイミングで行ってもよい。すなわち、Ｃ３Ｈ６ガスを供給するステップを、ＨＣＤＳガスを供給するステップ１よりも後であって、ＮＨ３ガスを供給するステップ２よりも先に行うようにしてもよい。
【０１１７】
Ｃ３Ｈ６ガスを供給するステップでは、例えば、バルブ２４３ｃ，２４３ｇ〜２４３ｊの開閉制御を、上述のステップ１におけるバルブ２４３ａ，２４３ｇ〜２４３ｊの開閉制御と同様の手順で行う。ＭＦＣ２４１ｃで制御するＣ３Ｈ６ガスの供給流量は、例えば１００〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。処理室２０１内の圧力は、例えば１〜５０００Ｐａ、好ましくは１〜４０００Ｐａの範囲内の圧力とする。処理室２０１内におけるＣ３Ｈ６ガスの分圧は、例えば０．０１〜４９５０Ｐａの範囲内の圧力とする。Ｃ３Ｈ６ガスをウエハ２００に対して供給する時間、すなわち、ガス供給時間（照射時間）は、例えば１〜２００秒、好ましくは１〜１２０秒、より好ましくは１〜６０秒の範囲内の時間とする。その他の処理条件は、例えば、上述のステップ１と同様な処理条件とする。
【０１１８】
上述の条件下でウエハ２００に対してＣ３Ｈ６ガスを供給するステップを行うことで、ウエハ２００上に形成された第１の層（Ｃｌを含むＳｉ含有層）の表面上に、１原子層未満のＣ含有層、すなわち、不連続なＣ含有層が形成される。Ｃ含有層は、Ｃ層であってもよいし、Ｃ３Ｈ６ガスの化学吸着層であってもよいし、その両方を含んでいてもよい。
【０１１９】
第１の層の表面上にＣ含有層が形成された後、バルブ２４３ｃを閉じ、Ｃ３Ｈ６ガスの供給を停止する。そして、ステップ１と同様の処理手順により、処理室２０１内に残留する未反応もしくはＣ含有層の形成に寄与した後のＣ３Ｈ６ガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する。
【０１２０】
炭素含有ガスとしては、Ｃ３Ｈ６ガスの他、例えば、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）ガス、エチレン（Ｃ２Ｈ４）ガス等の炭化水素系ガスを用いることができる。
【０１２１】
その後、ウエハ２００に対してＮＨ３ガスを供給するステップを行うことで、Ｃ含有層が形成された第１の層は、シリコン炭窒化層（ＳｉＣＮ層）へと改質される。このとき、Ｃ含有層が形成された第１の層とＮＨ３ガスとの反応、すなわち、ＳｉＣＮ層の形成を確実に行うには、第１の層の表面上へのＣ３Ｈ６ガス分子等の吸着反応が飽和する前に、すなわち、第１の層の表面上に形成されるＣ３Ｈ６ガスの吸着層（化学吸着層）等のＣ含有層が連続層となる前に（不連続層であるうちに）、Ｃ３Ｈ６ガスを供給するステップを終了させることが好ましい。
【０１２２】
その後、上述の３つのステップを非同時に行うサイクルを１回以上（所定回数）行うことにより、ウエハ２００上に、Ｓｉ、ＣおよびＮを含む膜として、所定組成および所定膜厚のシリコン炭窒化膜（ＳｉＣＮ膜）を形成することができる。１サイクルあたりに形成するＳｉＣＮ層の厚さを所望の膜厚よりも小さくして、上述のサイクルを所望の膜厚になるまで複数回繰り返すのが好ましい点は、図４に示す成膜シーケンスと同様である。
【０１２３】
本変形例によれば、図４に示す上述の成膜シーケンスと同様の効果を奏する。また、この変形例によれば、ＳｉＣＮ膜を形成する際、炭素含有ガスとして、Ｃ３Ｈ６ガスのようなＮを含まないガス、すなわち、Ｎソースとして作用しない炭化水素系ガスを用いることで、ＳｉＣＮ膜中に、炭素含有ガス由来のＮ成分が添加されてしまうことを防止することができる。これにより、最終的に形成されるＳｉＣＮ膜中のＮ濃度の増加を抑制しつつ、そのＣ濃度を高くすることが可能となる。すなわち、ＳｉＣＮ膜の組成比制御の制御性を向上させることが可能となる。
【０１２４】
（変形例４，５）
ＨＣＤＳガスを供給するステップ、Ｃ３Ｈ６ガスを供給するステップ、ＮＨ３ガスを供給するステップ、Ｏ２ガスを供給するステップを、図７に示すタイミングで行ってもよい。すなわち、これら４つのステップを非同時に行うサイクルを１回以上（所定回数）行うことにより、ウエハ２００上に、Ｓｉ、Ｏ、ＣおよびＮを含む膜として、所定組成および所定膜厚のシリコン酸炭窒化膜（ＳｉＯＣＮ膜）を形成するようにしてもよい（変形例４）。
【０１２５】
また、ＨＣＤＳガスを供給するステップ、Ｃ３Ｈ６ガスを供給するステップ、Ｏ２ガスを供給するステップ、ＮＨ３ガスを供給するステップを、図８に示すタイミングで行ってもよい。すなわち、これら４つのステップを非同時に行うサイクルを１回以上（所定回数）行うことにより、ウエハ２００上に、所定組成および所定膜厚のＳｉＯＣＮ膜を形成するようにしてもよい（変形例５）。
【０１２６】
変形例４，５の各ステップにおける処理手順、処理条件は、図４に示す成膜シーケンスや上述の変形例１，３と同様とする。また、これらの変形例によれば、図４に示す成膜シーケンス、変形例１，３と同様の効果を奏する。
【０１２７】
（変形例６）
ＨＣＤＳガスを供給するステップ、Ｃ３Ｈ６ガスを供給するステップ、ＢＣｌ３ガスを供給するステップ、ＮＨ３ガスを供給するステップを非同時に行うサイクルを所定回数（ｎ回）行うようにしてもよい。すなわち、図８に示す変形例５において、Ｏ２ガスの代わりに、ＢＣｌ３ガスなどのボラジン環骨格非含有の硼素含有ガスを供給するようにしてもよい。本変形例のＨＣＤＳガスを供給するステップ、Ｃ３Ｈ６ガスを供給するステップ、ＮＨ３ガスを供給するステップにおける処理手順、処理条件は、図４に示す成膜シーケンスや上述の変形例３と同様とする。
【０１２８】
ＢＣｌ３ガスを供給するステップでは、バルブ２４３ｄ，２４３ｇ〜２４３ｊの開閉制御を、上述のステップ１におけるバルブ２４３ａ，２４３ｇ〜２４３ｊの開閉制御と同様の手順で行う。ＭＦＣ２４１ｄで制御するＢＣｌ３ガスの供給流量は、例えば１００〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。処理室２０１内の圧力は、例えば１〜２６６６Ｐａ、好ましくは６７〜１３３３Ｐａの範囲内の圧力とする。処理室２０１内におけるＢＣｌ３ガスの分圧は、例えば０．０１〜２６４０Ｐａの範囲内の圧力とする。ＢＣｌ３ガスをウエハ２００に対して供給する時間、すなわち、ガス供給時間（照射時間）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。その他の処理条件は、例えば、上述のステップ１の処理条件と同様とする。
【０１２９】
上述の条件下でウエハ２００に対してＢＣｌ３ガスを供給することで、Ｃ含有層が形成された第１の層の表面上に、１原子層未満のＢ含有層、すなわち、不連続なＢ含有層が形成される。Ｂ含有層は、Ｂ層であってもよいし、ＢＣｌ３ガスの化学吸着層であってもよいし、その両方を含んでいてもよい。Ｃ含有層が形成された第１の層の表面上にＢ含有層が形成されることで、ウエハ２００上に、Ｓｉ、ＢおよびＣを含む層が形成されることとなる。ＢＣｌ３ガスは非ボラジン系の硼素含有ガスであるため、Ｓｉ、ＢおよびＣを含む層は、ボラジン環骨格非含有の層となる。ＢＣｌ３ガスは、ノンプラズマで熱的に活性化させて供給した方が、上述の反応をソフトに進行させることができ、Ｓｉ、ＢおよびＣを含む層の形成が容易となる。
【０１３０】
ボラジン環骨格非含有の硼素含有ガスとしては、ＢＣｌ３ガス以外のハロゲン化ボロン系ガス（ハロボラン系ガス）、例えば、ＢＣｌ３ガス以外のクロロボラン系ガスや、トリフルオロボラン（ＢＦ３）ガス等のフルオロボラン系ガスや、トリブロモボラン（ＢＢｒ３）ガス等のブロモボラン系ガスを用いることができる。また、Ｂ２Ｈ６ガス等のボラン系ガスを用いることもできる。また、無機ボラン系ガスの他、有機ボラン系ガスを用いることもできる。
【０１３１】
Ｓｉ、ＢおよびＣを含む層が形成された後、バルブ２４３ｄを閉じ、ＢＣｌ３ガスの供給を停止する。そして、ステップ１と同様の処理手順により、処理室２０１内に残留する未反応もしくはＳｉ、ＢおよびＣを含む層の形成に寄与した後のＢＣｌ３ガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する。
【０１３２】
その後、ウエハ２００に対してＮＨ３ガスを供給するステップを行うことで、Ｓｉ、ＢおよびＣを含む層は、シリコン硼炭窒化層（ＳｉＢＣＮ層）へと改質される。
【０１３３】
その後、上述の４つのステップを非同時に行うサイクルを１回以上（所定回数）行うことにより、ウエハ２００上に、Ｓｉ、Ｂ、ＣおよびＮを含む膜として、所定組成および所定膜厚のシリコン硼炭窒化膜（ＳｉＢＣＮ膜）を形成することができる。１サイクルあたりに形成するＳｉＢＣＮ層の厚さを所望の膜厚よりも小さくして、上述のサイクルを所望の膜厚になるまで複数回繰り返すのが好ましい点は、図４に示す成膜シーケンスと同様である。
【０１３４】
本変形例によれば、図４に示す上述の成膜シーケンスや上述の各変形例と同様の効果を奏する。また、ウエハ２００上に形成する膜中にＢを添加することで、例えば、フッ化水素（ＨＦ）等に対する膜の耐性を向上させるなど、膜特性を制御することが可能となる。
【０１３５】
また、本変形例では、ＨＣＤＳガスを供給するステップ、Ｃ３Ｈ６ガスを供給するステップ、ＢＣｌ３ガスを供給するステップ、ＮＨ３ガスを供給するステップをこの順に非同時に行うサイクルを所定回数（ｎ回）行うようにしてもよく、ＨＣＤＳガスを供給するステップ、ＢＣｌ３ガスを供給するステップ、Ｃ３Ｈ６ガスを供給するステップ、ＮＨ３ガスを供給するステップをこの順に非同時に行うサイクルを所定回数（ｎ回）行うようにしてもよい。つまり、ＢＣｌ３ガスを供給するステップ、Ｃ３Ｈ６ガスを供給するステップの順序を入れ替えてもよい。いずれの場合でも、上述の効果と同様の効果を奏することができる。
【０１３６】
（変形例７）
ＨＣＤＳガスを供給するステップ、ＢＣｌ３ガスを供給するステップ、ＮＨ３ガスを供給するステップを非同時に行うサイクルを所定回数（ｎ回）行うことで、ウエハ２００上に、Ｓｉ、ＢおよびＮを含む膜として、所定組成および所定膜厚のシリコン硼窒化膜（ＳｉＢＮ膜）を形成するようにしてもよい。本変形例の各ステップにおける処理手順、処理条件は、図４に示す成膜シーケンスや上述の変形例６と同様とする。この変形例によれば、図４に示す成膜シーケンスや上述の変形例６と同様の効果を奏する。
【０１３７】
（変形例８）
ＨＣＤＳガスを供給するステップ、ＴＭＢガスを供給するステップ、ＮＨ３ガスを供給するステップを非同時に行うサイクルを所定回数（ｎ回）行うようにしてもよい。すなわち、変形例７において、ＢＣｌ３ガスの代わりに、ＴＭＢガスなどのボラジン環骨格を含むガスを供給するようにしてもよい。本変形例のＨＣＤＳガスを供給するステップ、ＮＨ３ガスを供給するステップにおける処理手順、処理条件は、図４に示す成膜シーケンスと同様とする。
【０１３８】
ＴＭＢガスを供給するステップでは、バルブ２４３ｆ，２４３ｇ〜２４３ｊの開閉制御を、上述のステップ１におけるバルブ２４３ａ，２４３ｇ〜２４３ｊの開閉制御と同様の手順で行う。ＭＦＣ２４１ｆで制御するＴＭＢガスの供給流量は、例えば１〜１０００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。処理室２０１内の圧力は、例えば１〜２６６６Ｐａ、好ましくは６７〜１３３３Ｐａの範囲内の圧力とする。処理室２０１内におけるＴＭＢガスの分圧は、例えば０．０００１〜２４２４Ｐａの範囲内の圧力とする。ＴＭＢガスをウエハ２００に対して供給する時間、すなわち、ガス供給時間（照射時間）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。その他の処理手順、処理条件は、例えば、ステップ１の処理手順、処理条件と同様とする。
【０１３９】
上述の条件下でウエハ２００に対してＴＭＢガスを供給することで、第１の層（Ｃｌを含むＳｉ含有層）とＴＭＢガスとが反応する。すなわち、第１の層に含まれるＣｌ（クロロ基）とＴＭＢに含まれるリガンド（メチル基）とが反応する。それにより、ＴＭＢのリガンドと反応させた第１の層のＣｌを、第１の層から分離させる（引き抜く）と共に、第１の層のＣｌと反応させたＴＭＢのリガンドを、ＴＭＢから分離させることができる。そして、リガンドが分離したＴＭＢのボラジン環を構成するＮと、第１の層のＳｉと、を結合させることができる。すなわち、ＴＭＢのボラジン環を構成するＢ、Ｎのうちメチルリガンドが外れ未結合手（ダングリングボンド）を有することとなったＮと、第１の層に含まれ未結合手を有することとなったＳｉ、もしくは、未結合手を有していたＳｉとを結合させて、Ｓｉ−Ｎ結合を形成することが可能となる。このとき、ＴＭＢのボラジン環を構成するボラジン環骨格は、壊れることなく保持されることとなる。
【０１４０】
ＴＭＢガスを上述の条件下で供給することで、ＴＭＢにおけるボラジン環骨格を破壊することなく保持しつつ、第１の層とＴＭＢとを適正に反応させることができ、上述の一連の反応を生じさせることが可能となる。ＴＭＢのボラジン環骨格を保持した状態で、この一連の反応を生じさせるための最も重要なファクター（条件）は、ウエハ２００の温度と処理室２０１内の圧力、特にウエハ２００の温度と考えられ、これらを適正に制御することで、適正な反応を生じさせることが可能となる。
【０１４１】
この一連の反応により、第１の層中にボラジン環が新たに取り込まれ、第１の層は、ボラジン環骨格を有しＳｉ、Ｂ、ＣおよびＮを含む層、すなわち、ボラジン環骨格を含む硼炭窒化層（ＳｉＢＣＮ層）へと変化する（改質される）。ボラジン環骨格を含むＳｉＢＣＮ層は、例えば１原子層未満から数原子層程度の厚さの層となる。ボラジン環骨格を含むＳｉＢＣＮ層は、Ｓｉ、Ｃおよびボラジン環骨格を含む層とも言える。
【０１４２】
第１の層中にボラジン環が新たに取り込まれることにより、第１の層中に、ボラジン環を構成するＢ成分、Ｎ成分が取り込まれることとなる。さらにこのとき、第１の層中に、ＴＭＢのリガンドに含まれていたＣ成分も取り込まれることとなる。つまり、第１の層とＴＭＢとを反応させて第１の層中にボラジン環を取り込むことにより、第１の層中に、Ｂ成分、Ｃ成分およびＮ成分を添加することができる。
【０１４３】
ボラジン環骨格を含むＳｉＢＣＮ層を形成する際、第１の層に含まれていたＣｌや、ＴＭＢガスに含まれていたＨは、ＴＭＢガスによる第１の層の改質反応の過程において、少なくともＣｌ、Ｈを含むガス状物質を構成し、処理室２０１内から排出される。すなわち、第１の層中のＣｌ等の不純物は、第１の層中から引き抜かれたり、脱離したりすることで、第１の層から分離することとなる。これにより、ボラジン環骨格を含むＳｉＢＣＮ層は、第１の層に比べてＣｌ等の不純物が少ない層となる。
【０１４４】
ボラジン環骨格を含むＳｉＢＣＮ層を形成する際、ＴＭＢに含まれるボラジン環を構成するボラジン環骨格を破壊することなく維持（保持）することにより、ボラジン環の中央の空間を維持（保持）することができ、ポーラス状のＳｉＢＣＮ層を形成することが可能となる。
【０１４５】
ボラジン環骨格を含むＳｉＢＣＮ層が形成された後、バルブ２４３ｆを閉じ、ＴＭＢガスの供給を停止する。そして、ステップ１と同様の処理手順により、処理室２０１内に残留する未反応もしくはボラジン環骨格を含むＳｉＢＣＮ層の形成に寄与した後のＴＭＢガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する。
【０１４６】
ボラジン環骨格を含むガスとしては、ＴＭＢガスの他、例えば、ＴＥＢガス、ＴＰＢガス、ＴＩＰＢガス、ＴＢＢガス、ＴＩＢＢガス等を用いることができる。
【０１４７】
その後、ウエハ２００に対してＮＨ３ガスを供給するステップを行うことで、ボラジン環骨格を含むＳｉＢＣＮ層は、ボラジン環骨格を含みＮリッチ（Ｃプア）なＳｉＢＣＮ層、或いは、ボラジン環骨格を含むＳｉＢＮ層へと改質される。
【０１４８】
その後、上述の３つのステップを非同時に行うサイクルを１回以上（所定回数）行うことにより、ウエハ２００上に、所定組成および所定膜厚のボラジン環骨格を含むＮリッチ（Ｃプア）なＳｉＢＣＮ膜、或いは、ボラジン環骨格を含むＳｉＢＮ膜を形成することができる。１サイクルあたりに形成するＳｉＢＣＮ層、或いは、ＳｉＢＮ層の厚さを所望の膜厚よりも小さくして、上述のサイクルを所望の膜厚になるまで複数回繰り返すのが好ましい点は、図４に示す成膜シーケンスと同様である。
【０１４９】
本変形例によれば、図４に示す上述の成膜シーケンスや上述の各変形例と同様の効果を奏する。また、ウエハ２００上に形成する膜を、ボラジン環骨格を含む膜、すなわち、原子密度の低いポーラス状の膜とすることで、膜の誘電率を、例えば、変形例６，７におけるＳｉＢＣＮ膜やＳｉＢＮ膜の誘電率よりも低下させることが可能となる。また、ウエハ２００上に形成する膜を、ボラジン環骨格を含む膜、すなわち、Ｂを、膜を構成するボラジン環骨格の一構成要素として含む膜とすることで、膜の酸化耐性を向上させることが可能となる。
【０１５０】
（変形例９，１０，１１）
図４に示す成膜シーケンスや上述の各変形例では、原料ガスとして、ＨＣＤＳガスの代わりに、例えば、ヘキサクロロジシロキサン（Ｓｉ２Ｃｌ６Ｏ、略称：ＨＣＤＯ）ガスなどのシロキサン系原料ガス、すなわち、Ｓｉ、ＯおよびＣｌを含み、Ｓｉ−Ｏ結合を有するガスを用いてもよい。すなわち、原料ガスとして、Ｏソースとしても作用するガスを用いてもよい。ここで、シロキサン（Ｓｉｌｏｘａｎｅ）とは、ＳｉとＯとを骨格とする化合物で、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合（シロキサン結合）を持つものの総称である。ＨＣＤＯガスを供給する際の処理手順や処理条件は、上述のステップ１の処理手順、処理条件と同様とする。図４に示す成膜シーケンスにおいて、原料ガスとしてＨＣＤＯガスを用いた場合、ウエハ２００上にＳｉＯＮ膜を形成することができる（変形例９）。また、図６に示す変形例３において、原料ガスとしてＨＣＤＯガスを用いた場合、ウエハ２００上にＳｉＯＣＮ膜を形成することができる（変形例１０）。また、変形例６，７，８において、原料ガスとしてＨＣＤＯガスを用いた場合、ウエハ２００上に、ＳｉＢＣＮＯ膜や、ＳｉＢＮＯ膜を形成することができる（変形例１１）。すなわち、原料ガスとして、ＨＣＤＯガスのようなＯソースとしても作用するガスを用いることで、Ｏ２ガスのような酸素含有ガスを供給するステップを別途設けることなく、ＳｉＯＮ膜やＳｉＯＣＮ膜やＳｉＢＣＮＯ膜やＳｉＢＮＯ膜等のＯを含む膜を形成することが可能となる。
【０１５１】
（変形例１２，１３，１４）
図４に示す成膜シーケンスや上述の各変形例では、原料ガスとして、ＨＣＤＳガスの代わりに、例えば、ビス（トリクロロシリル）メタン（（ＳｉＣｌ３）２ＣＨ２、略称：ＢＴＣＳＭ）ガスなどの、Ｓｉ、ＣおよびＣｌを含み、Ｓｉ−Ｃ結合を有するガスを用いてもよい。すなわち、原料ガスとして、Ｃソースとしても作用するガスを用いてもよい。ＢＴＣＳＭガスを供給する際の処理手順や処理条件は、上述のステップ１の処理手順、処理条件と同様とする。図４に示す成膜シーケンスにおいて、原料ガスとしてＢＴＣＳＭガスを用いた場合、ウエハ２００上に、ＳｉＣＮ膜を形成することができる（変形例１２）。また、図５（ａ）に示す変形例１において、原料ガスとしてＢＴＣＳＭガスを用いた場合、ウエハ２００上にＳｉＯＣＮ膜を形成することができる（変形例１３）。また、変形例７において、原料ガスとしてＢＴＣＳＭガスを用いた場合、ウエハ２００上にＳｉＢＣＮ膜を形成することができる（変形例１４）。すなわち、原料ガスとしてＢＴＣＳＭガスのようなＣソースとしても作用するガスを用いることで、Ｃ３Ｈ６ガスなどの炭素含有ガスを供給するステップを設けることなく、ＳｉＣＮ膜やＳｉＯＣＮ膜やＳｉＢＣＮ膜等のＣを含む膜を形成することが可能となる。
【０１５２】
＜本発明の他の実施形態＞
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。
【０１５３】
例えば、上述の残留ガス除去を行う際、バキュームステップとパージステップとは、どちらを先に開始してもよい。すなわち、バキュームステップをパージステップよりも先に行うようにしてもよいし、パージステップをバキュームステップよりも先に行うようにしてもよい。同様に、上述のサイクルパージによる残留ガス除去を行う際、バキュームステップとパージステップとは、どちらを先に開始してもよい。すなわち、バキュームステップをパージステップよりも先に行うサイクルを繰り返すようにしてもよいし、パージステップをバキュームステップよりも先に行うサイクルを繰り返すようにしてもよい。
【０１５４】
また例えば、ＮＨ３ガス以外のガス、すなわち、ＨＣＤＳガス、Ｏ２ガス、Ｃ３Ｈ６ガス、ＢＣｌ３ガス、ＴＭＢガス、ＨＣＤＯガス、ＢＴＣＳＭガス等を処理室２０１内から除去する際に、処理室２０１内に残留するガスを完全に排除しなくてもよく、処理室２０１内を完全にパージしなくてもよい。例えば、パージステップのみを行うようにしてもよく、或いは、バキュームステップのみを行うようにしてもよい。これらのガスを処理室２０１内から除去する際に、処理室２０１内に残留するガスが微量であれば、その後に行われるガス供給ステップにおいて悪影響が生じることはない。また、パージステップにおいても、処理室２０１内へ供給するＮ２ガスの流量を大流量とする必要はなく、例えば、反応管２０３（処理室２０１）の容積と同程度の量のＮ２ガスを供給することで、その後に行うガス供給ステップにおいて悪影響が生じない程度のパージを行うことができる。このように、処理室２０１内を完全にパージしないことで、パージ時間を短縮し、スループットを向上させることができる。Ｎ２ガスの消費を必要最小限に抑えることも可能となる。
【０１５５】
また例えば、ＮＨ３ガス以外のガス、すなわち、ＨＣＤＳガス、Ｏ２ガス、Ｃ３Ｈ６ガス、ＢＣｌ３ガス、ＴＭＢガス、ＨＣＤＯガス、ＢＴＣＳＭガス等を処理室２０１内から除去する際に、ＮＨ３ガスを処理室２０１内から除去する際と同様に、バキュームステップとパージステップを交互に繰り返し、サイクルパージを行うようにしてもよい。この場合、処理室２０１内からのこれらのガスの除去を効率的に行うことができ、処理室２０１内におけるパーティクルの発生を抑制することも可能となる。
【０１５６】
なお、この場合、ＮＨ３ガス以外の反応ガス（Ｏ２ガス、Ｃ３Ｈ６ガス、ＢＣｌ３ガス、ＴＭＢガス等）を供給するステップのパージステップにおけるＮ２ガスの供給流量を、原料ガス（ＨＣＤＳガス、ＨＣＤＯガス、ＢＴＣＳＭガス等）を供給するステップ１のパージステップにおけるＮ２ガスの供給流量よりも多く（大きく）するのが好ましい。また、この場合、ＮＨ３ガス以外の反応ガスを供給するステップのパージステップにおけるＡＰＣバルブ２４４の開度を、原料ガスを供給するステップ１のパージステップにおけるＡＰＣバルブ２４４の開度よりも狭く（小さく）するのが好ましい。また、ＮＨ３ガス以外の反応ガスを供給するステップのパージステップにおけるＡＰＣバルブ２４４の開度を、ＮＨ３ガス以外の反応ガスを供給するステップのバキュームステップにおけるＡＰＣバルブ２４４の開度よりも狭く（小さく）するのが好ましい。
【０１５７】
つまり、ＮＨ３ガス以外の反応ガスを供給するステップで残留ガス除去を行う際の処理室２０１内の単位時間当たりの圧力変化量を、原料ガスを供給するステップ１で残留ガス除去を行う際の処理室２０１内の単位時間当たりの圧力変化量よりも大きくするのが好ましい。
【０１５８】
また、この場合、ＮＨ３ガス以外の反応ガスを供給するステップにおけるバキュームステップとパージステップとを交互に繰り返す回数を、原料ガスを供給するステップ１におけるバキュームステップとパージステップとを交互に所定回数行う回数よりも多く（大きく）するのが好ましい。
【０１５９】
また、この場合、ＮＨ３ガスを供給するステップ２のパージステップにおけるＮ２ガスの供給流量を、原料ガスを供給するステップ１のパージステップにおけるＮ２ガスの供給流量、および、ＮＨ３ガス以外の反応ガスを供給するステップのパージステップにおけるＮ２ガスの供給流量よりも多く（大きく）するのが好ましい。
【０１６０】
また、この場合、ＮＨ３ガスを供給するステップ２で残留ガス除去を行う際の処理室２０１内の単位時間当たりの圧力変化量を、原料ガスを供給するステップ１で残留ガス除去を行う際の処理室２０１内の単位時間当たりの圧力変化量、および、ＮＨ３ガス以外の反応ガスを供給するステップで残留ガス除去を行う際の処理室２０１内の単位時間当たりの圧力変化量よりも大きくするのが好ましい。
【０１６１】
また、この場合、ＮＨ３ガスを供給するステップ２におけるバキュームステップとパージステップとを交互に繰り返す回数を、原料ガスを供給するステップ１におけるバキュームステップとパージステップとを交互に所定回数行う回数、および、ＮＨ３ガス以外の反応ガスを供給するステップにおけるバキュームステップとパージステップとを交互に繰り返す回数よりも多く（大きく）するのが好ましい。
【０１６２】
また例えば、上述の実施形態では、原料ガスを供給した後、反応ガスを供給する例について説明した。本発明はこのような形態に限定されず、これらのガスの供給順序は逆でもよい。すなわち、反応ガスを供給した後、原料ガスを供給するようにしてもよい。また、複数種の反応ガスを用いる場合、その供給順序は任意に変更することが可能である。ガスの供給順序を変えることにより、形成される薄膜の膜質や組成比を変化させることが可能となる。
【０１６３】
上述の実施形態や各変形例の手法により形成したシリコン系絶縁膜を、サイドウォールスペーサとして使用することにより、リーク電流が少なく、加工性に優れたデバイス形成技術を提供することが可能となる。また、上述のシリコン系絶縁膜を、エッチストッパーとして使用することにより、加工性に優れたデバイス形成技術を提供することが可能となる。また、上述の実施形態や一部の変形例によれば、プラズマを用いず、理想的量論比のシリコン系絶縁膜を形成することができる。プラズマを用いずシリコン系絶縁膜を形成できることから、例えばＤＰＴのＳＡＤＰ膜等、プラズマダメージを懸念する工程への適応も可能となる。
【０１６４】
上述の実施形態では、所定元素を含む膜として、半導体元素であるＳｉを含むシリコン系薄膜（ＳｉＮ膜、ＳｉＯＮ膜、ＳｉＣＮ膜、ＳｉＯＣＮ膜、ＳｉＢＣＮ膜、ＳｉＢＮ膜、ＳｉＢＣＮＯ膜、ＳｉＢＮＯ膜）を形成する例について説明した。本発明は上述の態様に限定されず、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）、ニオブ（Ｎｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）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。
【０１６５】
すなわち、本発明は、例えば、ＴｉＮ膜、ＴｉＯＮ膜、ＴｉＣＮ膜、ＴｉＯＣＮ膜、ＴｉＢＣＮ膜、ＴｉＢＮ膜、ＴｉＢＣＮＯ膜、ＴｉＢＮＯ膜、ＺｒＮ膜、ＺｒＯＮ膜、ＺｒＣＮ膜、ＺｒＯＣＮ膜、ＺｒＢＣＮ膜、ＺｒＢＮ膜、ＺｒＢＣＮＯ膜、ＺｒＢＮＯ膜、ＨｆＮ膜、ＨｆＯＮ膜、ＨｆＣＮ膜、ＨｆＯＣＮ膜、ＨｆＢＣＮ膜、ＨｆＢＮ膜、ＨｆＢＣＮＯ膜、ＨｆＢＮＯ膜、ＴａＮ膜、ＴａＯＮ膜、ＴａＣＮ膜、ＴａＯＣＮ膜、ＴａＢＣＮ膜、ＴａＢＮ膜、ＴａＢＣＮＯ膜、ＴａＢＮＯ膜、ＮｂＮ膜、ＮｂＯＮ膜、ＮｂＣＮ膜、ＮｂＯＣＮ膜、ＮｂＢＣＮ膜、ＮｂＢＮ膜、ＮｂＢＣＮＯ膜、ＮｂＢＮＯ膜、ＡｌＮ膜、ＡｌＯＮ膜、ＡｌＣＮ膜、ＡｌＯＣＮ膜、ＡｌＢＣＮ膜、ＡｌＢＮ膜、ＡｌＢＣＮＯ膜、ＡｌＢＮＯ膜、ＭｏＮ膜、ＭｏＯＮ膜、ＭｏＣＮ膜、ＭｏＯＣＮ膜、ＭｏＢＣＮ膜、ＭｏＢＮ膜、ＭｏＢＣＮＯ膜、ＭｏＢＮＯ膜、ＷＮ膜、ＷＯＮ膜、ＷＣＮ膜、ＷＯＣＮ膜、ＷＢＣＮ膜、ＷＢＮ膜、ＷＢＣＮＯ膜、ＷＢＮＯ膜等の金属系薄膜を形成する場合にも、好適に適用することができる。この場合、原料ガスとして、上述の実施形態におけるＳｉを含む原料ガスの代わりに、金属元素を含む原料ガスを用い、上述の実施形態や変形例と同様なシーケンスにより成膜を行うことができる。
【０１６６】
Ｔｉ系薄膜を形成する場合は、Ｔｉを含む原料ガスとして、例えば、Ｔｉおよびハロゲン元素を含む原料ガスを用いることができる。Ｔｉおよびハロゲン元素を含む原料ガスとしては、例えば、チタニウムテトラクロライド（ＴｉＣｌ４）等のＴｉおよびクロロ基を含む原料ガスや、チタニウムテトラフルオライド（ＴｉＦ４）等のＴｉおよびフルオロ基を含む原料ガスを用いることができる。反応ガスとしては、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。
【０１６７】
Ｚｒ系薄膜を形成する場合は、Ｚｒを含む原料ガスとして、例えば、Ｚｒおよびハロゲン元素を含む原料ガスを用いることができる。Ｚｒおよびハロゲン元素を含む原料ガスとしては、例えば、ジルコニウムテトラクロライド（ＺｒＣｌ４）等のＺｒおよびクロロ基を含む原料ガスや、ジルコニウムテトラフルオライド（ＺｒＦ４）等のＺｒおよびフルオロ基を含む原料ガスを用いることができる。反応ガスとしては、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。
【０１６８】
Ｈｆ系薄膜を形成する場合は、Ｈｆを含む原料ガスとして、例えば、Ｈｆおよびハロゲン元素を含む原料ガスを用いることができる。Ｈｆおよびハロゲン元素を含む原料ガスとしては、例えば、ハフニウムテトラクロライド（ＨｆＣｌ４）等のＨｆおよびクロロ基を含む原料ガスや、ハフニウムテトラフルオライド（ＨｆＦ４）等のＨｆおよびフルオロ基を含む原料ガスを用いることができる。反応ガスとしては、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。
【０１６９】
Ｔａ系薄膜を形成する場合は、Ｔａを含む原料ガスとして、例えば、Ｔａおよびハロゲン元素を含む原料ガスを用いることができる。Ｔａおよびハロゲン元素を含む原料ガスとしては、例えば、タンタルペンタクロライド（ＴａＣｌ５）等のＴａおよびクロロ基を含む原料ガスや、タンタルペンタフルオライド（ＴａＦ５）等のＴａおよびフルオロ基を含む原料ガスを用いることができる。反応ガスとしては、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。
【０１７０】
Ｎｂ系薄膜を形成する場合は、Ｎｂを含む原料ガスとして、例えば、Ｎｂおよびハロゲン元素を含む原料ガスを用いることができる。Ｎｂおよびハロゲン元素を含む原料ガスとしては、例えば、ニオビウムペンタクロライド（ＮｂＣｌ５）等のＮｂおよびクロロ基を含む原料ガスや、ニオビウムペンタフルオライド（ＮｂＦ５）等のＮｂおよびフルオロ基を含む原料ガスを用いることができる。反応ガスとしては、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。
【０１７１】
Ａｌ系薄膜を形成する場合は、Ａｌを含む原料ガスとして、例えば、Ａｌおよびハロゲン元素を含む原料ガスを用いることができる。Ａｌおよびハロゲン元素を含む原料ガスとしては、例えば、アルミニウムトリクロライド（ＡｌＣｌ３）等のＡｌおよびクロロ基を含む原料ガスや、アルミニウムトリフルオライド（ＡｌＦ３）等のＡｌおよびフルオロ基を含む原料ガスを用いることができる。反応ガスとしては、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。
【０１７２】
Ｍｏ系薄膜を形成する場合は、Ｍｏを含む原料ガスとして、例えば、Ｍｏおよびハロゲン元素を含む原料ガスを用いることができる。Ｍｏおよびハロゲン元素を含む原料ガスとしては、例えば、モリブデンペンタクロライド（ＭｏＣｌ５）等のＭｏおよびクロロ基を含む原料ガスや、モリブデンペンタフルオライド（ＭｏＦ５）等のＭｏおよびフルオロ基を含む原料ガスを用いることができる。反応ガスとしては、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。
【０１７３】
Ｗ系薄膜を形成する場合は、Ｗを含む原料ガスとして、例えば、Ｗおよびハロゲン元素を含む原料ガスを用いることができる。Ｗおよびハロゲン元素を含む原料ガスとしては、例えば、タングステンヘキサクロライド（ＷＣｌ６）等のＷおよびクロロ基を含む原料ガスや、タングステンヘキサフルオライド（ＷＦ６）等のＷおよびフルオロ基を含む原料ガスを用いることができる。反応ガスとしては、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。
【０１７４】
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。
【０１７５】
これらの各種薄膜の形成に用いられるプロセスレシピ（処理手順や処理条件等が記載されたプログラム）は、基板処理の内容（形成する薄膜の膜種、組成比、膜質、膜厚等）に応じて、それぞれ個別に用意する（複数用意する）ことが好ましい。そして、基板処理を開始する際、基板処理の内容に応じて、複数のプロセスレシピの中から、適正なプロセスレシピを適宜選択することが好ましい。具体的には、基板処理の内容に応じて個別に用意された複数のプロセスレシピを、電気通信回線や当該プロセスレシピを記録した記録媒体（外部記憶装置１２３）を介して、基板処理装置が備える記憶装置１２１ｃ内に予め格納（インストール）しておくことが好ましい。そして、基板処理を開始する際、基板処理装置が備えるＣＰＵ１２１ａが、記憶装置１２１ｃ内に格納された複数のプロセスレシピの中から、基板処理の内容に応じて、適正なプロセスレシピを適宜選択することが好ましい。このように構成することで、１台の基板処理装置で様々な膜種、組成比、膜質、膜厚の薄膜を汎用的に、かつ、再現性よく形成できるようになる。また、オペレータの操作負担（処理手順や処理条件等の入力負担等）を低減でき、操作ミスを回避しつつ、基板処理を迅速に開始できるようになる。
【０１７６】
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。
【０１７７】
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薄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、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薄膜を形成する場合にも、好適に適用できる。また、上述の実施形態では、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薄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、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薄膜を形成する場合にも、好適に適用できる。これらの場合においても、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。
【０１７８】
例えば、図１４（ａ）に示す処理炉３０２を備えた基板処理装置を用いて膜を形成する場合にも、本発明は好適に適用できる。処理炉３０２は、処理室３０１を形成する処理容器３０３と、処理室３０１内にガスをシャワー状に供給するシャワーヘッド３０３ｓと、１枚または数枚のウエハ２００を水平姿勢で支持する支持台３１７と、支持台３１７を下方から支持する回転軸３５５と、支持台３１７に設けられたヒータ３０７と、を備えている。シャワーヘッド３０３ｓのインレット（ガス導入口）には、上述の原料ガスを供給するガス供給管３３２ａと、上述の反応ガスを供給するガス供給管３３２ｂと、が接続されている。ガス供給管３３２ａには、上述の実施形態の原料ガス供給系と同様の原料ガス供給系が接続されている。ガス供給管３３２ｂには、上述の実施形態の反応ガス供給系と同様の反応ガス供給系が接続されている。シャワーヘッド３０３ｓのアウトレット（ガス排出口）には、処理室３０１内にガスをシャワー状に供給するガス分散板が設けられている。処理容器３０３には、処理室３０１内を排気する排気管３３１が設けられている。
【０１７９】
また例えば、図１４（ｂ）に示す処理炉４０２を備えた基板処理装置を用いて膜を形成する場合にも、本発明は好適に適用できる。処理炉４０２は、処理室４０１を形成する処理容器４０３と、１枚または数枚のウエハ２００を水平姿勢で支持する支持台４１７と、支持台４１７を下方から支持する回転軸４５５と、処理容器４０３のウエハ２００に向けて光照射を行うランプヒータ４０７と、ランプヒータ４０７の光を透過させる石英窓４０３ｗと、を備えている。処理容器４０３には、上述の原料ガスを供給するガス供給管４３２ａと、上述の反応ガスを供給するガス供給管４３２ｂと、が接続されている。ガス供給管４３２ａには、上述の実施形態の原料ガス供給系と同様の原料ガス供給系が接続されている。ガス供給管４３２ｂには、上述の実施形態の反応ガス供給系と同様の反応ガス供給系が接続されている。処理容器４０３には、処理室４０１内を排気する排気管４３１が設けられている。
【０１８０】
これらの基板処理装置を用いる場合においても、上述の実施形態や変形例と同様なシーケンス、処理条件にて成膜を行うことができる。
【０１８１】
また、上述の実施形態や変形例等は、適宜組み合わせて用いることができる。また、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。
【実施例】
【０１８２】
（ａ）ウエハ面内膜厚均一性のウエハ表面積依存性
まず、ＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性と、ウエハの表面積と、の関係について評価した。ここでは、上述の基板処理装置を用い、ウエハに対してＨＣＤＳガスを供給するステップと、ウエハに対してＮＨ３ガスを供給するステップと、を交互に所定回数行う成膜シーケンスにより、サンプル１ａ，２ａを作成した。処理室内からＨＣＤＳガス、ＮＨ３ガスを除去する際は、サイクルパージを行わず、バキュームステップとパージステップとを交互に１回行った。成膜時のウエハの温度は、６００〜６５０℃の範囲内の所定の温度とした。サンプル２ａのウエハとしては、その表面に微細な凹凸構造が形成され、サンプル１ａのウエハの表面積の２３倍の表面積を有するウエハを用いた。その他の処理手順、処理条件は、図４に示す成膜シーケンスの処理手順、処理条件と同様とした。そして、サンプル１ａ，２ａのＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性を測定した。
【０１８３】
図９（ａ）は、ＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性と、ウエハの表面積と、の関係を例示する図である。図９（ａ）の横軸は、サンプル１ａ，２ａのウエハの表面積を相対値で示している。図９（ａ）の縦軸は、ＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性、すなわち、面内膜厚偏差を相対値で示している。すなわち、サンプル１ａのＳｉＮ膜における膜厚の面内膜厚偏差（％）を１．０（基準）としたときの、サンプル２ａのＳｉＮ膜における膜厚の面内膜厚偏差（％）の相対的な大きさを示している。ここで、膜厚の面内膜厚偏差（％）とは、｛（ウエハ面内における膜厚最大値−ウエハ面内における膜厚最小値）／（２×ウエハ面内における膜厚平均値）｝×１００で定義される値であり、その値が小さいほど、膜のウエハ面内膜厚均一性が高いこと、すなわち、ウエハ面内における膜厚が均一であることを示している。すなわち、図９（ａ）では、縦軸の値が小さいほど、ウエハ面内膜厚均一性が良好であることを示している。このウエハ面内膜厚均一性の値が小さいほど、ウエハ面内膜厚均一性が良好であることを示す点は、他の実施例でも同様である。
【０１８４】
図９（ａ）によれば、サンプル２ａのＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性は、サンプル１ａのＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性よりも、悪化していることが分かる。すなわち、成膜の下地となるウエハの表面積が増加することで、ＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性が悪化することが分かる。これは、ウエハに対してＨＣＤＳガスとＮＨ３ガスとを同時に供給するＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いる場合と同様の傾向である。
【０１８５】
（ｂ）ウエハ面内膜厚均一性のＨＣＤＳガス流量依存性
次に、ＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性と、ＨＣＤＳガスの供給流量と、の関係について評価した。ここでは、上述の基板処理装置を用い、ウエハに対してＨＣＤＳガスを供給するステップと、ウエハに対してＮＨ３ガスを供給するステップと、を交互に所定回数行う成膜シーケンスにより、サンプル１ｂ〜３ｂを作成した。処理室内からＨＣＤＳガス、ＮＨ３ガスを除去する際は、サイクルパージを行わず、バキュームステップとパージステップとを交互に１回行った。サンプル１ｂ〜３ｂを作成する際は、ＨＣＤＳガスの供給流量を、それぞれ、６０ｓｃｃｍ、１２０ｓｃｃｍ、１８０ｓｃｃｍとした。その他の処理条件は、図４に示す成膜シーケンスの処理条件と同様とした。そして、サンプル１ｂ〜３ｂのＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性を測定した。
【０１８６】
図９（ｂ）は、ＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性と、ＨＣＤＳガスの供給流量と、の関係を例示する図である。図９（ｂ）の横軸は、ＨＣＤＳガスの供給流量［ｓｃｃｍ］を示している。図９（ｂ）の縦軸は、ＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性を相対値で示している。ここでは、サンプル１ｂのＳｉＮ膜の面内膜厚偏差を１．０（基準）としている。
【０１８７】
図９（ｂ）によれば、サンプル１ｂ〜３ｂのＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性には、殆ど差異がないことが分かる。すなわち、ＨＣＤＳガスの供給流量は６０ｓｃｃｍ程度で充分足りており（供給不足ということはなく）、それ以上増やしても、ＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性を改善することは困難であることが分かる。
【０１８８】
（ｃ）ウエハ面内膜厚均一性のＮＨ３ガス流量依存性
次に、ＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性と、ＮＨ３ガスの供給流量と、の関係について評価した。ここでは、上述の基板処理装置を用い、ウエハに対してＨＣＤＳガスを供給するステップと、ウエハに対してＮＨ３ガスを供給するステップと、を交互に所定回数行う成膜シーケンスにより、サンプル１ｃ〜３ｃを作成した。処理室内からＨＣＤＳガス、ＮＨ３ガスを除去する際は、サイクルパージを行わず、バキュームステップとパージステップとを交互に１回行った。サンプル１ｃ〜３ｃを作成する際は、ＮＨ３ガスの供給流量を、それぞれ、８００ｓｃｃｍ、１６００ｓｃｃｍ、２０００ｓｃｃｍとした。その他の処理条件は、図４に示す成膜シーケンスの処理条件と同様とした。そして、サンプル１ｃ〜３ｃのＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性を測定した。
【０１８９】
図１０（ａ）は、ＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性と、ＮＨ３ガスの供給流量と、の関係を例示する図である。図１０（ａ）の横軸は、ＮＨ３ガスの供給流量［ｓｃｃｍ］を示している。図１０（ａ）の縦軸は、ＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性を相対値で示している。ここでは、サンプル１ｃのＳｉＮ膜の面内膜厚偏差を１．０（基準）としている。
【０１９０】
図１０（ａ）によれば、ＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性は、サンプル１ｃ，２ｃ，３ｃの順に悪化することが分かる（サンプル１ｃが最も良く、サンプル３ｃが最も悪い）。すなわち、ＮＨ３ガスの供給流量を増やすことで、ＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性が悪化することが分かる。これは、ＮＨ３ガスの供給流量を増やすことで、処理室内やウエハ表面に付着したまま残留するＮＨ３ガスの量が増えてしまうことが、一つの要因と考えられる。
【０１９１】
（ｄ）ウエハ面内膜厚均一性の残留ガス除去方法依存性
次に、ＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性と、処理室内からの残留ガスの除去方法と、の関係について評価した。ここでは、上述の基板処理装置を用い、ウエハに対してＨＣＤＳガスを供給するステップと、ウエハに対してＮＨ３ガスを供給するステップと、を交互に所定回数行う成膜シーケンスにより、サンプル１ｄ〜３ｄを作成した。サンプル１ｄを作成する際は、バキュームステップを１回行うことで、すなわち、パージステップを行うことなく、処理室内からＨＣＤＳガス、ＮＨ３ガスをそれぞれ除去した。サンプル２ｄを作成する際は、パージステップを１回行うことで、すなわち、バキュームステップを行うことなく、処理室内からＨＣＤＳガス、ＮＨ３ガスをそれぞれ除去した。サンプル３ｄを形成する際は、サイクルパージを行うことで、処理室内からＨＣＤＳガス、ＮＨ３ガスをそれぞれ除去した。その他の処理手順、処理条件は、図４に示す成膜シーケンスの処理手順、処理条件と同様とした。そして、サンプル１ｄ〜３ｄのＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性を測定した。
【０１９２】
図１０（ｂ）は、ＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性と、残留ガス（ＨＣＤＳガス、ＮＨ３ガス）の除去方法と、の関係を例示する図である。図１０（ｂ）の横軸は、サンプル１ｄ〜３ｄを、すなわち、残留ガスの除去方法をそれぞれ示している。図１０（ｂ）の縦軸は、ＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性を相対値で示している。ここでは、サンプル１ｄのＳｉＮ膜の面内膜厚偏差を１．０（基準）としている。
【０１９３】
図１０（ｂ）によれば、サンプル３ｄのＳｉＮ膜の方が、サンプル１ｄ，２ｄのＳｉＮ膜よりも、ウエハ面内膜厚均一性が良好であることが分かる。すなわち、サイクルパージを行うことで、ウエハの表面等に残留するガスを効率的に除去することができ、結果として、ＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性を向上させることが可能であることが分かる。
【０１９４】
（ｅ）ウエハ面内膜厚均一性の残留ガス除去時のＮ２ガス流量依存性
次に、ＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性と、残留ガスを除去する際のパージステップでのＮ２ガスの供給流量と、の関係について評価した。ここでは、上述の基板処理装置を用い、ウエハに対してＨＣＤＳガスを供給するステップと、ウエハに対してＮＨ３ガスを供給するステップと、を交互に所定回数行う成膜シーケンスにより、サンプル１ｅ〜３ｅを作成した。サンプル１ｅ〜３ｅを作成する際は、サイクルパージを行うことで処理室内からＨＣＤＳガス、ＮＨ３ガスをそれぞれ除去し、また、ＨＣＤＳガス、ＮＨ３ガスを除去する際のパージステップにおけるＮ２ガスの供給流量を、それぞれ、１．５ｓｌｍ、６ｓｌｍ、１２ｓｌｍとした。その他の処理手順、処理条件は、図４に示す成膜シーケンスの処理手順、処理条件と同様とした。そして、サンプル１ｅ〜３ｅのＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性を測定した。
【０１９５】
図１１（ａ）は、ＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性と、残留ガス（ＨＣＤＳガス、ＮＨ３ガス）を除去する際のパージステップでのＮ２ガスの供給流量と、の関係を例示する図である。図１１（ａ）の横軸は、残留ガスを除去する際のパージステップでのＮ２ガスの供給流量［ｓｌｍ］を示している。図１１（ａ）の縦軸は、ＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性を相対値で示している。ここでは、サンプル１ｅのＳｉＮ膜の面内膜厚偏差を１．０（基準）としている。
【０１９６】
図１１（ａ）によれば、ＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性は、サンプル１ｅ，２ｅ，３ｅの順に向上することが分かる（サンプル１ｅが最も悪く、サンプル３ｅが最も良い）。すなわち、残留ガスを除去する際のパージステップでのＮ２ガスの供給流量を増やすことで、ＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性が向上することが分かる。すなわち、サイクルパージを行う際、パージステップでのＮ２ガスの供給流量を増やすことで、ウエハの表面等に残留するガスをさらに効率的に除去することができることが分かる。これは、パージステップでのＮ２ガスの供給流量を増やすことで、処理室内における単位時間あたりの圧力変化量が大きくなることが一つの要因と考えられる。
【０１９７】
（ｆ）ウエハ面内膜厚均一性のサイクルパージの繰り返し回数依存性
次に、ＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性と、残留ガスを除去する際のバキュームステップとパージステップとを交互に繰り返す回数（サイクルパージの繰り返し回数）と、の関係について評価した。ここでは、上述の基板処理装置を用い、ウエハに対してＨＣＤＳガスを供給するステップと、ウエハに対してＮＨ３ガスを供給するステップと、を交互に所定回数行う成膜シーケンスにより、サンプル１ｆ〜６ｆを作成した。サンプル１ｆを作成する際は、サイクルパージを行わず、バキュームステップとパージステップとを交互に１回行うことで処理室内からＨＣＤＳガス、ＮＨ３ガスをそれぞれ除去した。サンプル２ｆ〜６ｆを作成する際は、サイクルパージを行うことで処理室内からＨＣＤＳガス、ＮＨ３ガスをそれぞれ除去し、バキュームステップとパージステップとを交互に繰り返す回数を、それぞれ、２回、３回、４回、８回、１６回とした。その他の処理手順、処理条件は、図４に示す成膜シーケンスの処理手順、処理条件と同様とした。そして、サンプル１ｆ〜６ｆのＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性を測定した。
【０１９８】
図１１（ｂ）は、ＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性と、残留ガス（ＨＣＤＳガス、ＮＨ３ガス）を除去する際のバキュームステップとパージステップとを交互に繰り返す回数と、の関係を例示する図である。図１１（ｂ）の横軸は、バキュームステップとパージステップとを交互に繰り返す回数を示している。図１１（ｂ）の横軸が１の場合とは、サイクルパージを行っていないことを示している。図１１（ｂ）の左側の縦軸は、各サンプルのＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性を相対値で示している。ここでは、サンプル１ｆのＳｉＮ膜の面内膜厚偏差を１．０（基準）としている。図１１（ｂ）の右側の縦軸は、ＳｉＮ膜のウエハ面内平均膜厚［Å］を示している。
【０１９９】
図１１（ｂ）によれば、ＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性は、サンプル１ｆ，２ｆ，３ｆ，４ｆ，５ｆ，６ｆの順に良好となることが分かる（サンプル１ｆが最も悪く、サンプル６ｆが最も良い）。すなわち、処理室内から残留ガスを除去する際、サイクルパージを行い、さらに、バキュームステップとパージステップとを交互に繰り返す回数を増やすことで、ウエハの表面等に残留する残留ガスをさらに効率的に除去することができることが分かる。また、図１１（ｂ）によれば、バキュームステップとパージステップとを交互に繰り返す回数を増やすことで、ウエハ上に形成されるＳｉＮ膜のウエハ面内平均膜厚が減少することが分かる。これは、処理室内からＮＨ３ガスを除去する際、バキュームステップとパージステップとを交互に繰り返す回数を増やすことで、処理室内やウエハ表面などに付着したまま残留するＮＨ３ガスの量が減少したことによるものと考えられる。
【０２００】
（ｇ）ウエハ面内膜厚均一性のサイクルパージの繰り返し回数比率依存性
次に、ＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性と、ＮＨ３ガスを除去する際のサイクルパージの繰り返し回数に対するＨＣＤＳガスを除去する際のサイクルパージの繰り返し回数の比率と、の関係について評価した。ここでは、上述の基板処理装置を用い、ウエハに対してＨＣＤＳガスを供給するステップと、ウエハに対してＮＨ３ガスを供給するステップと、を交互に所定回数行う成膜シーケンスにより、サンプル１ｇ，２ｇを作成した。サンプル１ｇを作成する際は、バキュームステップとパージステップとを交互に２回繰り返すことで処理室内からＨＣＤＳガスを除去し、バキュームステップとパージステップとを交互に１６回繰り返すことで処理室内からＮＨ３ガスを除去した。つまり、ＮＨ３ガスを除去する際のサイクルパージの繰り返し回数に対するＨＣＤＳガスを除去する際のサイクルパージの繰り返し回数の比率を２／１６＝１／８とした。サンプル２ｇを作成する際は、バキュームステップとパージステップとを交互に１６回繰り返すことで処理室内からＨＣＤＳガスを除去し、バキュームステップとパージステップとを交互に１６回繰り返すことで処理室内からＮＨ３ガスを除去した。つまり、ＮＨ３ガスを除去する際のサイクルパージの繰り返し回数に対するＨＣＤＳガスを除去する際のサイクルパージの繰り返し回数の比率を１６／１６＝１とした。その他の処理手順、処理条件は、図４に示す成膜シーケンスの処理手順、処理条件と同様とした。そして、サンプル１ｇ，２ｇのＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性を測定した。
【０２０１】
図１２は、ＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性と、ＨＣＤＳガスを除去する際のバキュームステップとパージステップとを交互に繰り返す回数と、の関係を例示する図である。図１２の横軸は、ＨＣＤＳガスを除去する際のバキュームステップとパージステップとを交互に繰り返す回数を示している。図１２の縦軸は、ＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性を相対値で示している。ここでは、サンプル１ｇのＳｉＮ膜の面内膜厚偏差を１．０（基準）としている。図１２は、ＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性と、ＮＨ３ガス除去時のサイクルパージの繰り返し回数に対するＨＣＤＳガス除去時のサイクルパージの繰り返し回数の比率と、の関係を例示する図であるともいえる。
【０２０２】
図１２によれば、サンプル１ｇ，２ｇのＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性には、殆ど差異がないことが分かる。すなわち、ＨＣＤＳガスを除去する際のバキュームステップとパージステップとを交互に繰り返す回数を増加させても、つまり、ＮＨ３ガス除去時のサイクルパージの繰り返し回数に対するＨＣＤＳガス除去時のサイクルパージの繰り返し回数の比率を増大させても、ＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性を改善させることは困難であることが分かる。なお、バキュームステップとパージステップとを交互に１６回繰り返すことでＮＨ３ガスを除去する場合において、バキュームステップとパージステップとを交互に１回行うことでＨＣＤＳガスを除去しても、また、バキュームステップだけを行うことでＨＣＤＳガスを除去しても、さらには、パージステップだけを行うことでＨＣＤＳガスを除去しても、ＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性は、サンプル１ｇのＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性と同様な値となることを確認した。すなわち、ＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性を改善させるには、ＨＣＤＳガスを除去する際のバキュームステップとパージステップとを交互に繰り返す回数を増やすのではなく、ＮＨ３ガスを除去する際のバキュームステップとパージステップとを交互に繰り返す回数を増やすことが、有効であることを見出した。このように、ＳｉＮ膜のウエハ面内膜厚均一性の劣化要因は、ウエハ表面におけるＨＣＤＳガスの残留ではなく、ウエハ表面におけるＮＨ３ガスの残留が支配的であることを明らかにすることができた。これは、ＮＨ３ガスの方が、ＨＣＤＳガスよりもウエハ表面に残留し易い特性を有することが一つの要因であり、この特性はウエハ表面積の増大に伴いより顕著に現れるものと考えられる。
【０２０３】
＜本発明の好ましい態様＞
以下、本発明の好ましい態様について付記する。
【０２０４】
（付記１）
本発明の一態様によれば、
処理室内の基板に対して原料ガスを供給する工程と、
前記処理室内の前記原料ガスを除去する工程と、
前記処理室内の前記基板に対して前記原料ガスとは化学構造が異なる反応ガスを供給する工程と、
前記処理室内の前記反応ガスを除去する工程と、
を非同時に（同期させることなく）行う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、
前記反応ガスを除去する工程では、前記処理室内を減圧排気する工程と、前記処理室内を不活性ガスでパージする工程と、を交互に繰り返す半導体装置の製造方法、および、基板処理方法が提供される。
【０２０５】
（付記２）
付記１に記載の方法であって、好ましくは、
前記原料ガスを除去する工程では、前記処理室内を減圧排気する工程と、前記処理室内を不活性ガスでパージする工程と、を交互に所定回数行う（もしくは繰り返す）。
【０２０６】
（付記３）
付記２に記載の方法であって、好ましくは、
前記反応ガスを除去する工程において前記処理室内を不活性ガスでパージする際の不活性ガスの供給流量を、前記原料ガスを除去する工程において前記処理室内を不活性ガスでパージする際の不活性ガスの供給流量よりも大きくする。
【０２０７】
（付記４）
付記２または３に記載の方法であって、好ましくは、
前記反応ガスを除去する工程において、前記処理室内を減圧排気する工程と、前記処理室内を不活性ガスでパージする工程と、を交互に繰り返す回数を、前記原料ガスを除去する工程において、前記処理室内を減圧排気する工程と、前記処理室内を不活性ガスでパージする工程と、を交互に行う回数よりも多くする。
【０２０８】
（付記５）
付記１乃至４のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記反応ガスを除去する工程における前記処理室内の単位時間当たりの圧力変化量を、前記原料ガスを除去する工程における前記処理室内の単位時間当たりの圧力変化量よりも大きくする。
【０２０９】
（付記６）
付記１乃至５のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記サイクルは、さらに、
前記処理室内の前記基板に対して前記原料ガスおよび前記反応ガス（第１の反応ガス）とは化学構造が異なる第２の反応ガスを供給する工程と、
前記処理室内の前記第２の反応ガスを除去する工程と、
を行うことを含む。
【０２１０】
（付記７）
本発明の他の態様によれば、
処理室内の基板に対して原料ガスを供給する工程と、
前記処理室内の前記原料ガスを除去する工程と、
前記処理室内の前記基板に対して前記原料ガスとは化学構造が異なる第１の反応ガスを供給する工程と、
前記処理室内の前記第１の反応ガスを除去する工程と、
前記処理室内の前記基板に対して前記原料ガスおよび前記第１の反応ガスとは化学構造が異なる第２の反応ガスを供給する工程と、
前記処理室内の前記第２の反応ガスを除去する工程と、
を少なくとも前記原料ガスを供給する工程、前記原料ガスを除去する工程、前記第１の反応ガスを供給する工程および前記第１の反応ガスを除去する工程を同期させることなく行う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、
前記第１の反応ガスを除去する工程では、前記処理室内を減圧排気する工程と、前記処理室内を不活性ガスでパージする工程と、を交互に繰り返す半導体装置の製造方法、および、基板処理方法が提供される。
【０２１１】
（付記８）
付記７に記載の方法であって、好ましくは、
前記原料ガスを除去する工程および前記第２の反応ガスを除去する工程では、前記処理室内を減圧排気する工程と、前記処理室内を不活性ガスでパージする工程と、を交互に所定回数行う（もしくは繰り返す）。
【０２１２】
（付記９）
付記８に記載の方法であって、好ましくは、
前記第１の反応ガスを除去する工程において前記処理室内を不活性ガスでパージする際の不活性ガスの流量を、前記原料ガスを除去する工程および前記第２の反応ガスを除去する工程において前記処理室内を不活性ガスでパージする際の不活性ガスの流量よりも大きくする。
【０２１３】
（付記１０）
付記８または９に記載の方法であって、好ましくは、
前記第１の反応ガスを除去する工程において、前記処理室内を減圧排気する工程と、前記処理室内を不活性ガスでパージする工程と、を交互に繰り返す回数を、前記原料ガスを除去する工程および前記第２の反応ガスを除去する工程において、前記処理室内を減圧排気する工程と、前記処理室内を不活性ガスでパージする工程と、を交互に行う回数よりも多くする。
【０２１４】
（付記１１）
付記７乃至１０のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記第１の反応ガスを除去する工程における前記処理室内の単位時間当たりの圧力変化量を、前記原料ガスを除去する工程および前記第２の反応ガスを除去する工程における前記処理室内の単位時間当たりの圧力変化量よりも大きくする。
【０２１５】
（付記１２）
付記７乃至１１のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記原料ガスを供給する工程、前記原料ガスを除去する工程、前記第１の反応ガスを供給する工程、前記第１の反応ガスを除去する工程、前記第２の反応ガスを供給する工程および前記第２の反応ガスを除去する工程を非同期とする。
【０２１６】
（付記１３）
付記７乃至１１のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記第１の反応ガスを供給する工程と前記第２の反応ガスを供給する工程とを同期させ、前記第１の反応ガスを除去する工程と前記第２の反応ガスを除去する工程とを同期させる。
【０２１７】
（付記１４）
付記１乃至１３のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記反応ガス（前記第１の反応ガス）を除去する工程は、前記反応ガス（前記第１の反応ガス）を供給する工程の後であって前記原料ガスを供給する工程の前に行われる。
【０２１８】
（付記１５）
付記１乃至１４のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記反応ガス（前記第１の反応ガス）は窒素含有ガス（窒化ガス）を含む。
【０２１９】
（付記１６）
付記１乃至１５のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記反応ガス（前記第１の反応ガス）は窒化水素系ガスを含む。
【０２２０】
（付記１７）
付記１乃至１６のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記反応ガス（前記第１の反応ガス）はアンモニアガス、ヒドラジンガスおよびジアゼンガスからなる群より選択される少なくとも１つを含む。
【０２２１】
（付記１８）
本発明のさらに他の態様によれば、
基板を収容する処理室と、
前記処理室内へ原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理室内へ前記原料ガスとは化学構造が異なる反応ガスを供給する反応ガス供給系と、
前記処理室内へ不活性ガスを供給する不活性ガス供給系と、
前記処理室内を排気する排気系と、
前記処理室内の基板に対して前記原料ガスを供給する処理と、前記処理室内の前記原料ガスを除去する処理と、前記処理室内の前記基板に対して前記反応ガスを供給する処理と、前記処理室内の前記反応ガスを除去する処理と、を非同時に行う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い、前記反応ガスを除去する処理では、前記処理室内を減圧排気する処理と、前記処理室内を不活性ガスでパージする処理と、を交互に繰り返すように、前記原料ガス供給系、前記反応ガス供給系、前記不活性ガス供給系および前記排気系を制御するよう構成される制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。
【０２２２】
（付記１９）
本発明のさらに他の態様によれば、
基板を収容する処理室と、
前記処理室内へ原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理室内へ前記原料ガスとは化学構造が異なる第１の反応ガスを供給する第１反応ガス供給系と、
前記処理室内へ前記原料ガスおよび前記第１の反応ガスとは化学構造が異なる第２の反応ガスを供給する第２反応ガス供給系と、
前記処理室内へ不活性ガスを供給する不活性ガス供給系と、
前記処理室内を排気する排気系と、
前記処理室内の基板に対して前記原料ガスを供給する処理と、前記処理室内の前記原料ガスを除去する処理と、前記処理室内の前記基板に対して前記第１の反応ガスを供給する処理と、前記処理室内の前記第１の反応ガスを除去する処理と、前記処理室内の前記基板に対して前記第２の反応ガスを供給する処理と、前記処理室内の前記第２の反応ガスを除去する処理と、を少なくとも前記原料ガスを供給する処理、前記原料ガスを除去する処理、前記第１の反応ガスを供給する処理および前記第１の反応ガスを除去する処理を同期させることなく行う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い、前記第１の反応ガスを除去する処理では、前記処理室内を減圧排気する処理と、前記処理室内を不活性ガスでパージする処理と、を交互に繰り返すように、前記原料ガス供給系、前記第１反応ガス供給系、前記第２反応ガス供給系、前記不活性ガス供給系および前記排気系を制御するよう構成される制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。
【０２２３】
（付記２０）
本発明のさらに他の態様によれば、
処理室内の基板に対して原料ガスを供給する手順と、
前記処理室内の前記原料ガスを除去する手順と、
前記処理室内の前記基板に対して前記原料ガスとは化学構造が異なる反応ガスを供給する手順と、
前記処理室内の前記反応ガスを除去する手順と、
を非同時に行う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をコンピュータに実行させ、
前記反応ガスを除去する手順では、前記処理室内を減圧排気する手順と、前記処理室内を不活性ガスでパージする手順と、を交互に繰り返すプログラム、および、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。
【０２２４】
（付記２１）
本発明のさらに他の態様によれば、
処理室内の基板に対して原料ガスを供給する手順と、
前記処理室内の前記原料ガスを除去する手順と、
前記処理室内の前記基板に対して前記原料ガスとは化学構造が異なる第１の反応ガスを供給する手順と、
前記処理室内の前記第１の反応ガスを除去する手順と、
前記処理室内の前記基板に対して前記原料ガスおよび前記第１の反応ガスとは化学構造が異なる第２の反応ガスを供給する手順と、
前記処理室内の前記第２の反応ガスを除去する手順と、
を少なくとも前記原料ガスを供給する手順、前記原料ガスを除去する手順、前記第１の反応ガスを供給する手順および前記第１の反応ガスを除去する手順を同期させることなく行う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をコンピュータに実行させ、
前記第１の反応ガスを除去する手順では、前記処理室内を減圧排気する手順と、前記処理室内を不活性ガスでパージする手順と、を交互に繰り返すプログラム、および、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】
【０２２５】
１２１    コントローラ
２００    ウエハ
２０１    処理室
２０２    処理炉
２０３    反応管
２０７    ヒータ
２３１    排気管
２３２ａ〜２３２ｊ  ガス供給管
【図１】
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【図２】
0005852147.tif 000003
【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】
0005852147.tif 000008
【図８】
0005852147.tif 000009
【図１３】
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【図１４】
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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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