(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基板に対して反応ガスを供給する工程と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に薄膜を形成する工程を有し、
前記反応ガスを供給する工程では、前記反応ガスの供給流量を第１の流量、第２の流量、第３の流量へと多段階で変化させ、前記第１の流量および前記第３の流量を、前記第２の流量よりも小さくし、前記第１の流量を前記第３の流量よりも小さくすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
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基板に対して反応ガスを供給する工程と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に薄膜を形成する工程を有し、
前記反応ガスを供給する工程では、前記反応ガスの供給流量を第１の流量、第２の流量、第３の流量へと多段階で変化させ、前記第１の流量および前記第３の流量を、前記第２の流量よりも小さくし、前記第１の流量を前記第３の流量よりも小さくすることを特徴とする基板処理方法。
【請求項３】
基板を収容する処理室と、
前記処理室内の基板に対して原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理室内の基板に対して反応ガスを供給する反応ガス供給系と、
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基板に対して前記反応ガスを供給する処理と、を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に薄膜を形成する処理を行い、前記反応ガスを供給する処理では、前記反応ガスの供給流量を第１の流量、第２の流量、第３の流量へと多段階で変化させ、前記第１の流量および前記第３の流量を、前記第２の流量よりも小さくし、前記第１の流量を前記第３の流量よりも小さくするように、前記原料ガス供給系および前記反応ガス供給系を制御する制御部と、
を有することを特徴とする基板処理装置。
【請求項４】
基板処理装置の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基板に対して反応ガスを供給する手順と、
前記各手順を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に薄膜を形成する手順と、
が実行される基板処理装置を、コンピュータによって制御させるためのプログラムであって、
前記反応ガスを供給する手順では、前記反応ガスの供給流量を第１の流量、第２の流量、第３の流量へと多段階で変化させ、前記第１の流量および前記第３の流量を、前記第２の流量よりも小さくし、前記第１の流量を前記第３の流量よりも小さくすることを特徴とするプログラム。
【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、基板処理方法、基板処理装置、及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造に用いられる薄膜の形成方法には、スパッタリング等の物理気相成長（PVD : Physical Vapor Deposition）と、化学反応を利用する化学気相成長（CVD : Chemical Vapor Deposition）とがある。一般的にCVDにおいては、ステップカバレッジ（段差被覆性）や初期成膜特性、成膜速度等の特性が処理温度に依存する。
【０００３】
CVDによるシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）の形成としては、反応室内及び被処理基板を所定の温度に加熱して、ＳｉＨ２Ｃｌ２とＮＨ３とを同時に供給する方法が知られている。段差被覆性への要求が比較的高くない場合においては、生産性を重視して、成膜速度を速めるよう高温条件下（例えば、６５０℃〜８００℃）で成膜処理が行われる。
一方、段差被覆性への要求が比較的高い場合や処理温度の低温化が要求される場合にあっては、低温条件下（例えば、４５０℃〜６５０℃）において、ＳｉＨ２Ｃｌ２と、加熱又は加熱以外（例えばプラズマ等）の方法で活性化させたＮＨ３とを個別に供給し成膜する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−０６２２３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、低温条件下における生産性の向上が望まれている。
【０００６】
本発明は、本構成を有さない場合と比較して低温条件下において生産性を向上させることができる半導体装置の製造方法、基板処理方法、基板処理装置、及びプログラム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】
【０００７】
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基板に対して反応ガスを供給する工程と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に薄膜を形成する工程を有し、
前記反応ガスを供給する工程では、前記反応ガスの供給流量を多段階で変化させる半導体装置の製造方法が提供される。
【０００８】
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基板に対して反応ガスを供給する工程と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に薄膜を形成する工程を有し、
前記反応ガスを供給する工程では、前記反応ガスの供給流量を多段階で変化させる基板処理方法が提供される。
【０００９】
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、
前記処理室内の基板に対して原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理室内の基板に対して反応ガスを供給する反応ガス供給系と、
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基板に対して前記反応ガスを供給する処理と、を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に薄膜を形成する処理を行い、前記反応ガスを供給する処理では、前記反応ガスの供給流量を多段階で変化させるように、前記原料ガス供給系および前記反応ガス供給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。
【００１０】
本発明のさらに他の態様によれば、
基板処理装置の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基板に対して反応ガスを供給する手順と、
前記各手順を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に薄膜を形成する手順と、
をコンピュータに実行させ、
前記反応ガスを供給する手順では、前記反応ガスの供給流量を多段階で変化させるプログラムが提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、本構成を有さない場合と比較して低温条件下において生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態にかか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にかかる基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉２０２部分を図１のＡ−Ａ線断面図で示す図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる基板処理装置のコントローラの概略構成図である。
【図４】第１実施形態にかかる成膜フローを示す図である。
【図５】第１実施形態にかかる成膜シーケンスにおけるガス供給及びプラズマパワー供給のタイミングを示す図である。
【図６】第１実施形態にかかる成膜機構の模式図を示す図である。
【図７】第２実施形態にかかる成膜フローを示す図である。
【図８】第２実施形態にかかる成膜シーケンスにおけるガス供給及びプラズマパワー供給のタイミングを示す図である。
【図９】第２実施形態にかかる成膜機構の模式図を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜本発明の第１実施形態＞
図１は、本実施の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２０２部分を縦断面図で示している。また、図２は本実施の形態で好適に用いられる縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉２０２部分を図１のＡ−Ａ線断面図で示している。なお、本発明は、本実施形態にかかる基板処理装置に限らず、枚葉式、Ｈｏｔ  Ｗａｌｌ型、Ｃｏｌｄ  Ｗａｌｌ型の処理炉を有する基板処理装置にも好適に適用できる。
【００１４】
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。なお、ヒータ２０７は、後述するようにガスを熱で活性化させる活性化機構としても機能する。
【００１５】
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が形成されており、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。
【００１６】
処理室２０１内には、第１ガス導入部としての第１ノズル２３３ａと、第２ガス導入部としての第２ノズル２３３ｂと、第３ガス導入部としての第３ノズル２３３ｃとが、反応管２０３の下部側壁を貫通するように設けられている。第１ノズル２３３ａ、第２ノズル２３３ｂ、第３ノズル２３３ｃには、第１ガス供給管２３２ａ、第２ガス供給管２３２ｂ、第３ガス供給管２３２ｃが、それぞれ接続されている。このように、反応管２０３には３本のノズル２３３ａ，２３３ｂ，２３３ｃと、３本のガス供給管２３２ａ，２３２ｂ，２３３ｃが設けられており、処理室２０１内へ複数種類、ここでは２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。
【００１７】
なお、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、この金属製のマニホールドの側壁を貫通するように設けるようにしてもよい。この場合、この金属製のマニホールドに、さらに後述する排気管２３１を設けるようにしてもよい。なお、この場合であっても、排気管２３１を金属製のマニホールドではなく、反応管２０３の下部に設けるようにしてもよい。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るようにしてもよい。
【００１８】
第１ガス供給管２３２ａ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、及び開閉弁であるバルブ２４３ａが設けられている。また、第１ガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａよりも下流側には、第１不活性ガス供給管２３２ｄが接続されている。この第１不活性ガス供給管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２４１ｄ、及び開閉弁であるバルブ２４３ｄが設けられている。また、第１ガス供給管２３２ａの先端部には、上述の第１ノズル２３３ａが接続されている。第１ノズル２３３ａは、反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間に、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設けられている。すなわち、第１ノズル２３３ａ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。第１ノズル２３３ａ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。第１ノズル２３３ａの側面にはガスを供給するガス供給孔２４８ａが設けられている。ガス供給孔２４８ａ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。このガス供給孔２４８ａ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。
【００１９】
第２ガス供給管２３２ｂ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）２４１ｂ、及び開閉弁であるバルブ２４３ｂが設けられている。また、第２ガス供給管２３２ｂのバルブ２４３ｂよりも下流側には、第２不活性ガス供給管２３２ｅが接続されている。この第２不活性ガス供給管２３２ｅ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２４１ｅ、及び開閉弁であるバルブ２４３ｅが設けられている。また、第２ガス供給管２３２ｂの先端部には、上述の第２ノズル２３３ｂが接続されている。第２ノズル２３３ｂは、ガス分散空間であるバッファ室２３７ｂ内に設けられている。
【００２０】
バッファ室２３７ｂは、反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間に、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２３７ｂ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２３７ｂ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２３８ｂが設けられている。ガス供給孔２３８ｂ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。このガス供給孔２３８ｂ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。
【００２１】
第２ノズル２３３ｂは、バッファ室２３７ｂのガス供給孔２３８ｂ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、第２ノズル２３３ｂ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。第２ノズル２３３ｂ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。第２ノズル２３３ｂの側面にはガスを供給するガス供給孔２４８ｂが設けられている。ガス供給孔２４８ｂはバッファ室２３７ｂの中心を向くように開口している。このガス供給孔２４８ｂは、バッファ室２３７ｂのガス供給孔２３８ｂ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。この複数のガス供給孔２４８ｂのそれぞれの開口面積は、バッファ室２３７ｂ内と処理室２０１内の差圧が小さい場合には、上流側（下部）から下流側（上部）まで、それぞれ同一の開口面積で同一の開口ピッチとするとよいが、差圧が大きい場合には上流側から下流側に向かって、それぞれ開口面積を大きくするか、開口ピッチを小さくするとよい。
【００２２】
本実施形態においては、第２ノズル２３３ｂのガス供給孔２４８ｂ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、まず、ガス供給孔２４８ｂ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。そしてこのガス供給孔２４８ｂのそれぞれから噴出するガスを、一旦、バッファ室２３７ｂ内に導入し、バッファ室２３７ｂ内においてガスの流速差の均一化を行うこととしている。すなわち、第２ノズル２３３ｂのガス供給孔２４８ｂのそれぞれよりバッファ室２３７ｂ内に噴出したガスはバッファ室２３７ｂ内で各ガスの粒子速度が緩和された後、バッファ室２３７ｂのガス供給孔２３８ｂより処理室２０１内に噴出する。これにより、第２ノズル２３３ｂのガス供給孔２４８ｂのそれぞれよりバッファ室２３７ｂ内に噴出したガスは、バッファ室２３７ｂのガス供給孔２３８ｂ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。
【００２３】
第３ガス供給管２３２ｃ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）２４１ｃ、及び開閉弁であるバルブ２４３ｃが設けられている。また、第３ガス供給管２３２ｃのバルブ２４３ｃよりも下流側には、第３不活性ガス供給管２３２ｆが接続されている。この第３不活性ガス供給管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２４１ｆ、及び開閉弁であるバルブ２４３ｆが設けられている。また、第３ガス供給管２３２ｃの先端部には、上述の第３ノズル２３３ｃが接続されている。第３ノズル２３３ｃは、ガス分散空間であるバッファ室２３７ｃ内に設けられている。
【００２４】
バッファ室２３７ｃは、反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間に、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２３７ｃ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２３７ｃ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２３８ｃが設けられている。ガス供給孔２３８ｃ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。このガス供給孔２３８ｃ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。
【００２５】
第３ノズル２３３ｃは、バッファ室２３７ｃのガス供給孔２３８ｃ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、第３ノズル２３３ｃ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。第３ノズル２３３ｃ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。第３ノズル２３３ｃの側面にはガスを供給するガス供給孔２４８ｃが設けられている。ガス供給孔２４８ｃはバッファ室２３７ｃの中心を向くように開口している。このガス供給孔２４８ｃは、バッファ室２３７ｃのガス供給孔２３８ｃ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。この複数のガス供給孔２４８ｃのそれぞれの開口面積は、バッファ室２３７ｃ内と処理室２０１内の差圧が小さい場合には、上流側（下部）から下流側（上部）まで、それぞれ同一の開口面積で同一の開口ピッチとするとよいが、差圧が大きい場合には上流側から下流側に向かって、それぞれ開口面積を大きくするか、開口ピッチを小さくするとよい。
【００２６】
本実施形態においては、第３ノズル２３３ｃのガス供給孔２４８ｃ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、まず、ガス供給孔２４８ｃ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。そしてこのガス供給孔２４８ｃのそれぞれから噴出するガスを、一旦、バッファ室２３７ｃ内に導入し、バッファ室２３７ｃ内においてガスの流速差の均一化を行うこととしている。すなわち、第３ノズル２３３ｃのガス供給孔２４８ｃのそれぞれよりバッファ室２３７ｃ内に噴出したガスはバッファ室２３７ｃ内で各ガスの粒子速度が緩和された後、バッファ室２３７ｃのガス供給孔２３８ｃより処理室２０１内に噴出する。これにより、第３ノズル２３３ｃのガス供給孔２４８ｃのそれぞれよりバッファ室２３７ｃ内に噴出したガスは、バッファ室２３７ｃのガス供給孔２３８ｃ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。
【００２７】
このように、本実施形態におけるガス供給の方法は、反応管２０３の内壁と、積載された複数枚のウエハ２００の端部とで定義される円弧状の縦長の空間内に配置したノズル２３３ａ，２３３ｂ，２３３ｃおよびバッファ室２３７ｂ，２３７ｃを経由してガスを搬送し、ノズル２３３ａ，２３３ｂ，２３３ｃおよびバッファ室２３７ｂ，２３７ｃにそれぞれ開口されたガス供給孔２４８ａ，２４８ｂ，２４８ｃ，２３８ｂ，２３８ｃ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おり、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を均一にできる効果がある。なお、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が、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。
【００２８】
なお、２つのバッファ室２３７ｂ，２３７ｃは、ウエハ２００の中心（すなわち反応管２０３の中心）を挟んで対向するように配置されている。具体的には、２つのバッファ室２３７ｂ，２３７ｃは、図２に示すように平面視において、ウエハ２００の中心と、反応管２０３側壁に設けられた後述する排気口２３１ａの中心とを結ぶ直線を対象軸として、線対称となるように配置されている。そして、バッファ室２３７ｂのガス供給孔２３８ｂ、バッファ室２３７ｃのガス供給孔２３８ｃ、排気口２３１ａの各中心を結ぶ直線が二等辺三角形を構成するように配置されている。これにより、２つのバッファ室２３７ｂ，２３７ｃからウエハ２００に対して流れるガス流が均一になる。すなわち、２つのバッファ室２３７ｂ，２３７ｃからウエハ２００に対して流れるガス流が、ウエハ２００の中心と排気口２３１ａの中心とを結ぶ直線を対象軸として線対称となる。
【００２９】
第１ガス供給管２３２ａからは、所定元素を含む原料ガス、すなわち、所定元素としてのシリコン（Ｓｉ）を含む原料ガス（シリコン含有ガス）として、例えばＩＰＣＳガスが、マスフローコントローラ２４１ａ、バルブ２４３ａ、第１ノズル２３３ａを介して処理室２０１内に供給される。なお、ＩＰＣＳのように常温常圧下で液体状態である原料を用いる場合は、液体状態の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、原料ガスとして供給することとなる。このとき同時に、第１不活性ガス供給管２３２ｄから、不活性ガスが、マスフローコントローラ２４１ｄ、バルブ２４３ｄを介して第１ガス供給管２３２ａ内に供給されるようにしてもよい。
【００３０】
第２ガス供給管２３２ｂからは、反応ガスとして、例えばアンモニア（ＮＨ３）ガス等の窒素含有ガスや酸素（Ｏ２）ガス等の酸素含有ガスが、マスフローコントローラ２４１ｂ、バルブ２４３ｂ、第２ノズル２３３ｂ、バッファ室２３７ｂを介して処理室２０１内に供給される。このとき同時に、第２不活性ガス供給管２３２ｅから、不活性ガスが、マスフローコントローラ２４１ｅ、バルブ２４３ｅを介して第２ガス供給管２３２ｂ内に供給されるようにしてもよい。
【００３１】
第３ガス供給管２３２ｃからは、反応ガスとして、例えばアンモニア（ＮＨ３）ガス等の窒素含有ガスや酸素（Ｏ２）ガス等の酸素含有ガスが、マスフローコントローラ２４１ｃ、バルブ２４３ｃ、第３ノズル２３３ｃ、バッファ室２３７ｃを介して処理室２０１内に供給される。このとき同時に、第３不活性ガス供給管２３２ｆから、不活性ガスが、マスフローコントローラ２４１ｆ、バルブ２４３ｆを介して第３ガス供給管２３２ｃ内に供給されるようにしてもよい。
【００３２】
第１ガス供給管２３２ａから上述のようにガスを流す場合、主に、第１ガス供給管２３２ａ、マスフローコントローラ２４１ａ、バルブ２４３ａにより、処理室２０１内のウエハ２００に対してＩＰＣＳガスを供給する第１ガス供給系（原料ガス供給系（シリコン含有ガス供給系））が構成される。なお、第１ノズル２３３ａを第１ガス供給系に含めて考えてもよい。また、主に、第１不活性ガス供給管２３２ｄ、マスフローコントローラ２４１ｄ、バルブ２４３ｄにより、第１不活性ガス供給系が構成される。第１不活性ガス供給系はパージガス供給系としても機能する。
【００３３】
また、第２ガス供給管２３２ｂ、第３ガス供給管２３２ｃから上述のようにガスを流す場合、主に、第２ガス供給管２３２ｂ、第３ガス供給管２３２ｃ、マスフローコントローラ２４１ｂ，２４１ｃ、バルブ２４３ｂ，２４３ｃにより、処理室２０１内のウエハ２００に対して窒素含有ガスや酸素含有ガス等の反応ガスを供給する第２ガス供給系（反応ガス供給系（窒素含有ガス供給系、酸素含有ガス供給系））が構成される。なお、第２ノズル２３３ｂ、第３ノズル２３３ｃ、バッファ室２３７ｂ，２３７ｃを第２ガス供給系に含めて考えてもよい。また、主に、第２不活性ガス供給管２３２ｅ、第３不活性ガス供給管２３２ｆ、マスフローコントローラ２４１ｅ，２４１ｆ、バルブ２４３ｅ，２４３ｆにより第２不活性ガス供給系が構成される。第２不活性ガス供給系はパージガス供給系としても機能する。
【００３４】
図２に示すように、バッファ室２３７ｂ内には、細長い構造を有する第１の電極である第１の棒状電極２６９ｂ及び第２の電極である第２の棒状電極２７０ｂ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それぞれ配設されている。第１の棒状電極２６９ｂ及び第２の棒状電極２７０ｂのそれぞれは、第２ノズル２３３ｂと平行に設けられている。第１の棒状電極２６９ｂ及び第２の棒状電極２７０ｂのそれぞれは、上部より下部にわたって各電極を保護する保護管である電極保護管２７５ｂにより覆われることで保護されている。この第１の棒状電極２６９ｂ又は第２の棒状電極２７０ｂ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。この結果、第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０間のプラズマ生成領域２２４ｂにプラズマが生成される。
【００３５】
同様に、バッファ室２３７ｃ内には、細長い構造を有する第１の電極である第１の棒状電極２６９ｃ及び第２の電極である第２の棒状電極２７０ｃ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それぞれ配設されている。第１の棒状電極２６９ｃ及び第２の棒状電極２７０ｃのそれぞれは、第３ノズル２３３ｃと平行に設けられている。第１の棒状電極２６９ｃ及び第２の棒状電極２７０ｃのそれぞれは、上部より下部にわたって各電極を保護する保護管である電極保護管２７５ｃにより覆われることで保護されている。この第１の棒状電極２６９ｃ又は第２の棒状電極２７０ｃ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。この結果、第１の棒状電極２６９ｃ及び第２の棒状電極２７０ｃ間のプラズマ生成領域２２４ｃにプラズマが生成される。
【００３６】
主に、第１の棒状電極２６９ｂ、第２の棒状電極２７０ｂ、電極保護管２７５ｂ、整合器２７２、高周波電源２７３により、プラズマ発生器（プラズマ発生部）としての第１プラズマ源が構成される。また、主に、第１の棒状電極２６９ｃ、第２の棒状電極２７０ｃ、電極保護管２７５ｃ、整合器２７２、高周波電源２７３により、プラズマ発生器（プラズマ発生部）としての第２プラズマ源が構成される。第１プラズマ源及び第２プラズマ源は、それぞれ、後述するようにガスをプラズマで活性化（励起）させる活性化機構（励起部）として機能する。このように、本実施形態の基板処理装置には、複数、ここでは２つの励起部が設けられている。そして、これら複数の励起部は分散配置されている。
【００３７】
電極保護管２７５ｂ，２７５ｃは、第１の棒状電極２６９ｂ，２６９ｃ及び第２の棒状電極２７０ｂ，２７０ｃのそれぞれを、バッファ室２３７ｂ，２３７ｃの雰囲気と隔離した状態でバッファ室２３７ｂ，２３７ｃ内に挿入できる構造となっている。ここで、電極保護管２７５ｂ，２７５ｃの内部が外気（大気）と同一雰囲気であると、電極保護管２７５ｂ，２７５ｃ内にそれぞれ挿入された第１の棒状電極２６９ｂ，２６９ｃ及び第２の棒状電極２７０ｂ，２７０ｃは、ヒータ２０７による熱で酸化されてしまう。そこで、電極保護管２７５ｂ，２７５ｃの内部には、窒素などの不活性ガスを充填あるいはパージし、酸素濃度を充分低く抑えて、第１の棒状電極２６９ｂ，２６９ｃ又は第２の棒状電極２７０ｂ，２７０ｃの酸化を防止するための不活性ガスパージ機構が設けられている。
【００３８】
反応管２０３には上述の排気口２３１ａが設けられている。排気口２３１ａには処理室２０１内の雰囲気を排気する排気管２３１が接続されている。排気管２３１には、処理室２０１内の圧力を検出する圧力検出器（圧力検出部）としての圧力センサ２４５および圧力調整器（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４４を介して、真空排気装置としての真空ポンプ２４６が接続されている。なお、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・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開閉弁である。真空ポンプ２４６を作動させつつ、圧力センサ２４５により検出された圧力情報に基づいてＡＰＣバルブ２４４の弁の開度を調節することにより、処理室２０１内の圧力が所定の圧力（真空度）となるよう真空排気し得るように構成されている。主に、排気管２３１、ＡＰＣバルブ２４４、真空ポンプ２４６、圧力センサ２４５により排気系が構成される。
【００３９】
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は例えばステンレス等の金属からなり、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、後述する基板保持具としてのボート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内に対して搬入・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）として構成される。
【００４０】
基板支持具としてのボート２１７は、例えば石英や炭化珪素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。なお、ボート２１７の下部には、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなる断熱部材２１８が設けられており、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。なお、断熱部材２１８は、石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなる複数枚の断熱板と、これら断熱板を水平姿勢で多段に支持する断熱板ホルダとにより構成してもよい。
【００４１】
反応管２０３内には温度検出器としての温度センサ２６３が設置されており、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、第１ノズル２３３ａ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。
【００４２】
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。
【００４３】
記憶装置１２１ｃは、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）等から構成されている。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。なお、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。なお、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。
【００４４】
Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、上述のマスフローコントローラ２４１ａ，２４１ｂ，２４１ｃ，２４１ｄ，２４１ｅ，２４１ｆ、バルブ２４３ａ，２４３ｂ，２４３ｃ，２４３ｄ，２４３ｅ，２４３ｆ、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、高周波電源２７３、整合器２７２等に接続されている。
【００４５】
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、マスフローコントローラ２４１ａ，２４１ｂ，２４１ｃ，２４１ｄ，２４１ｅ，２４１ｆによる各種ガスの流量調整動作、バルブ２４３ａ，２４３ｂ，２４３ｃ，２４３ｄ，２４３ｅ，２４３ｆの開閉動作、ＡＰＣバルブ２４４の開閉及び圧力センサ２４５に基づく圧力調整動作、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・停止、回転機構２６７の回転速度調節動作、ボートエレベータ１１５によるボート２１７の昇降動作等の制御や、高周波電源２７３の電力供給制御、整合器２７２によるインピーダンス制御等を制御するように構成されている。
【００４６】
なお、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。なお、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。なお、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。なお、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。
【００４７】
次に、上述の基板処理装置の処理炉２０２を用いて、半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、基板上に薄膜を成膜する方法について説明する。ここでは、薄膜として絶縁膜である窒化膜を成膜する例について説明する。なお、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。
【００４８】
図４に本実施形態における成膜フロー図を、図５に本実施形態の成膜シーケンスにおけるガス供給およびプラズマパワー供給のタイミング図を示す。本実施形態の成膜シーケンスでは、処理室内のウエハ２００に対して原料ガスとしてアミノクロロシラン系原料ガスであるＳｉＨ２ＣｌＮＲ２（ＮＲ２はアミノ基を示す）ガスを供給することで、ウエハ２００上にシリコン含有層を形成する工程と、処理室内のウエハ２００に対して反応ガスとして窒素含有ガスを供給することで、シリコン含有層を窒化させてシリコン窒化層に変化させる工程と、を交互に所定回数行うことで、ウエハ２００上に所定膜厚のシリコン窒化膜を形成する。なお、ＳｉＨ２ＣｌＮＲ２のアミノ基（ＮＲ２）を構成するＲは、炭化水素基を表しており、このアミノ基（ＮＲ２）における２つの炭化水素基は、同じ炭化水素基であってもよいし、異なる炭化水素基であってもよい。２つの炭化水素基が異なる炭化水素基である場合に、それぞれの炭化水素基をＲ１、Ｒ２と表した場合、アミノ基はＮＲ１Ｒ２と表すことができ、ＳｉＨ２ＣｌＮＲ２はＳｉＨ２ＣｌＮＲ１Ｒ２と表すことができる。このアミノ基は、環状構造を有していてもよい。なお、ＩＰＣＳは、アミノ基（ＮＲ２）における２つの炭化水素基が同じ炭化水素基（ＣＨ（ＣＨ３）２）である原料、すなわち、アミノ基としてＮ［ＣＨ（ＣＨ３）２］２を含む原料である。
【００４９】
以下、これを具体的に説明する。なお、本実施形態では、原料ガスとしてジイソプロピルアミノクロロシラン（ＳｉＨ２ＣｌＮ［ＣＨ（ＣＨ３）２］２、略称：ＩＰＣＳ）ガスを、窒素含有ガスとしてＮＨ３ガスを用い、図４の成膜フロー、図５の成膜シーケンスにより、ウエハ２００上に絶縁膜としてシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４膜、以下、単にＳｉＮ膜ともいう）を形成する例について説明する。
【００５０】
まず、ＳｉＮ膜を形成する際の成膜機構の概要について説明する。図６に、ウエハ２００上にＳｉＮ膜が形成される際の成膜機構の模式図を示す。
図６（ａ）に示すように、ＩＰＣＳガス供給工程においてウエハ２００に対してＩＰＣＳガスが供給されると、このＩＰＣＳ（分子）は、ウエハ２００（既成のＳｉＮ層）表面に吸着するか、熱分解してウエハ２００表面上にシリコン（Ｓｉ）が堆積する。これにより、シリコン含有層（ＩＰＣＳの化学吸着層またはＳｉ層）が形成される。図６（ａ）は、シリコン含有層として、ＩＰＣＳの化学吸着層が形成される例を示している。この際、ウエハ２００側の水素（Ｈ）とＩＰＣＳのクロロ基（−Ｃｌ）とが反応し塩化水素（ＨＣｌ）となって脱離するとともに、ウエハ２００側の窒素（Ｎ）とＩＰＣＳのシリコン（Ｓｉ）とが結合する。
図６（ｂ）に示すように、ウエハ２００表面にシリコン含有層が形成された（ＩＰＣＳが化学吸着した）状態において、ウエハ２００に対してアンモニア活性種（ＮＨ３＊）が供給されると、このＮＨ３＊のＮとシリコン含有層側のＳｉとが反応するとともに、ＩＰＣＳのアミノ基（−ＮＲ２）が脱離する。
そして、図６（ｃ）に示すように、シリコン含有層が窒化され、新たなＳｉＮ層が形成される。
これらが繰り返されることで、所定の膜厚のＳｉＮ膜が形成される。
【００５１】
次に、図４に示す成膜フローに沿って説明する。
複数枚のウエハ２００がボート２１７に装填（ウエハチャージ）されると、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。
【００５２】
処理室２０１内が所望の圧力（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（圧力調整）。なお、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（温度調整）。続いて、回転機構２６７によりボート２１７及びウエハ２００の回転を開始する。なお、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。その後、後述する４つのステップを順次実行する。
【００５３】
［ステップ１ａ］
第１ガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａ、第１不活性ガス供給管２３２ｄのバルブ２４３ｄを開き、第１ガス供給管２３２ａにＩＰＣＳガス、第１不活性ガス供給管２３２ｄにＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスは、第１不活性ガス供給管２３２ｄから流れ、マスフローコントローラ２４１ｄにより流量調整される。ＩＰＣＳガスは、第１ガス供給管２３２ａから流れ、マスフローコントローラ２４１ａにより流量調整される。流量調整されたＩＰＣＳガスは、流量調整されたＮ２ガスと第１ガス供給管２３２ａ内で混合されて、第１ノズル２３３ａのガス供給孔２４８ａから、加熱された減圧状態の処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。このとき、ウエハ２００に対してＩＰＣＳガスが供給されることとなる（ＩＰＣＳガス供給工程）。なお、このとき、第２ノズル２３３ｂ、第３ノズル２３３ｃ、バッファ室２３７ｂ，２３７ｃ内へのＩＰＣＳガスの侵入を防止するため、バルブ２４３ｅ，２４３ｆを開き、第２不活性ガス供給管２３２ｅ、第３不活性ガス供給管２３２ｆ内にＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスは、第２ガス供給管２３２ｂ、第３ガス供給管２３２ｃ、第２ノズル２３３ｂ、第３ノズル２３３ｃ、バッファ室２３７ｂ，２３７ｃを介して処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。
【００５４】
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、大気圧未満、例えば１０〜１０００Ｐａの範囲内の圧力に維持する。マスフローコントローラ２４１ａで制御するＩＰＣＳガスの供給流量は、例えば１００〜２０００ｓｃｃｍ（０．１〜２ｓｌｍ）の範囲内の流量とする。マスフローコントローラ２４１ｄ，２４１ｅ，２４１ｆで制御するＮ２ガスの供給流量は、それぞれ例えば１００〜２０００ｓｃｃｍ（０．１〜２ｓｌｍ）の範囲内の流量とする。ＩＰＣＳガスにウエハ２００を晒す時間、すなわち、ＩＰＣＳガスの供給時間（照射時間）は、例えば１〜１２０秒間の範囲内の時間とする。ヒータ２０７の温度は、上述の圧力帯において処理室２０１内で化学的蒸着反応が生じるような温度となるように設定する。すなわちウエハ２００の温度が、例えば２５０〜６３０℃、好ましくは３００〜５００℃の範囲内の一定の温度となるようにヒータ２０７の温度を設定する。
【００５５】
なお、ウエハ２００の温度が３００℃未満となると、ウエハ２００上においてＩＰＣＳが分解、吸着しにくくなり、成膜速度が低下することがある。特に、ウエハ２００の温度が２５０℃未満となると、ウエハ２００上においてＩＰＣＳが分解、吸着したとしても、ウエハ面内の部位やウエハのポジションにより、分解量、吸着量に差が生じ、ウエハ面内やウエハ間において、ＩＰＣＳが均一に分解、吸着しなくなる。また、この温度帯では塩素の脱離反応が起こりにくくなり、後述するステップ３ａでのＳｉ−Ｎ結合の形成を阻害させるＳｉ−Ｃｌ結合の解離やＣｌの脱離が阻害され、結果として膜密度が低下することとなる。ウエハ２００の温度を２５０℃以上とすることで、これらを解消することができ、更に、ウエハ２００の温度を３００℃以上とすることで、成膜速度の低下を抑制することが可能となる。
【００５６】
また、ウエハ２００の温度が５５０℃を超えると気相反応が支配的になり、特に６３０℃を超えると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６３０℃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り、５５０℃以下とすることで気相反応が支配的になる状態を避けることができ、特に５００℃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。なお、ウエハ２００の温度が６３０℃を超えると、塩素の脱離反応が顕著となり残留塩素量が少なくなるのに対し、６３０℃以下の低温領域においては、塩素の脱離反応は生じるが、高温領域に比べると残留塩素量が多くなる傾向にある。しかしながら、この残留塩素は、後述するステップ３ａにおいて、効率的に脱離させることができる。
【００５７】
以上のことから、ウエハ２００の温度は２５０℃以上６３０℃以下、好ましくは３００℃以上５００℃以下とするのがよい。
【００５８】
上述の条件、すなわち化学的蒸着反応が生じる条件下でＩＰＣＳガスを処理室２０１内に供給することで、ウエハ２００（表面の下地膜）上に、例えば１原子層未満から数原子層程度の厚さのシリコン含有層が形成される。シリコン含有層はＩＰＣＳガスの吸着層であってもよいし、シリコン層（Ｓｉ層）であってもよいし、その両方を含んでいてもよい。ただし、シリコン含有層はシリコン（Ｓｉ）及び塩素（Ｃｌ）を含む層であることが好ましい。ここでシリコン層とは、シリコン（Ｓｉ）により構成される連続的な層の他、不連続な層や、これらが重なってできるシリコン薄膜をも含む総称である。なお、Ｓｉにより構成される連続的な層をシリコン薄膜という場合もある。なお、シリコン層を構成するＳｉは、ＣｌやＨとの結合が完全に切れていないものも含む。また、ＩＰＣＳガスの吸着層は、ＩＰＣＳガスのガス分子の連続的な化学吸着層の他、不連続な化学吸着層をも含む。すなわち、ＩＰＣＳガスの吸着層は、ＩＰＣＳ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化学吸着層を含む。なお、ＩＰＣＳガスの化学吸着層を構成するＩＰＣＳ（ＳｉＨ２ＣｌＮ［ＣＨ（ＣＨ３）２］２）分子は、ＳｉとＣｌとの結合やＳｉとＨとの結合が一部切れたもの（ＳｉＨｘＮ［ＣＨ（ＣＨ３）２］２分子やＳｉＨｘＣｌＮ［ＣＨ（ＣＨ３）２］２分子）等も含む。すなわち、ＩＰＣＳの吸着層は、ＳｉＨ２ＣｌＮ［ＣＨ（ＣＨ３）２］２分子および／またはＳｉＨｘＮ［ＣＨ（ＣＨ３）２］２分子および／またはＳｉＨｘＣｌＮ［ＣＨ（ＣＨ３）２］２分子等の連続的な化学吸着層や不連続な化学吸着層を含む。なお、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。また、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。ＩＰＣＳガスが自己分解（熱分解）する条件下、すなわち、ＩＰＣＳの熱分解反応が生じる条件下では、ウエハ２００上にＳｉが堆積することでシリコン層が形成される。ＩＰＣＳガスが自己分解(熱分解）しない条件下、すなわち、ＩＰＣＳの熱分解反応が生じない条件下では、ウエハ２００上にＩＰＣＳガスが吸着することでＩＰＣＳガスの吸着層が形成される。なお、ウエハ２００上にＩＰＣＳガスの吸着層を形成するよりも、ウエハ２００上にシリコン層を形成する方が、成膜レートを高くすることができ、好ましい。ウエハ２００上に形成されるシリコン含有層の厚さが数原子層を超えると、後述するステップ３ａでの窒化の作用や塩素脱離作用がシリコン含有層の全体に届きにくくなる。また、ウエハ２００上に形成可能なシリコン含有層の厚さの最小値は１原子層未満である。よって、シリコン含有層の厚さは１原子層未満から数原子層程度とするのが好ましい。なお、シリコン含有層の厚さを１原子層以下、すなわち、１原子層もしくは１原子層未満とすることで、後述するステップ３ａでの窒化の作用や塩素脱離作用を相対的に高めることができ、ステップ３ａでの窒化に要する時間を短縮することができる。ステップ１ａのシリコン含有層形成に要する時間を��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、シリコン含有層の厚さを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。
【００５９】
なお、ステップ１ａでは、塩素（Ｃｌ）含有率が低く、表面吸着力の高いガスであるＩＰＣＳガスを用いることにより、処理室２０１内に供給される塩素の量を低減させることができる。これにより、シリコン含有層と結合する塩素の割合、すなわちＳｉ−Ｃｌ結合を減少させることができ、塩素濃度の低いシリコン含有層を形成することができる。その結果、ステップ３ａにおいて、塩素濃度の低いシリコン窒化層を形成できるようになる。
【００６０】
また、シリコン含有層中のＳｉ−Ｃｌ結合を減少させることにより、シリコン含有層中のＳｉ−Ｈ結合を増加させることができる。Ｓｉ−Ｃｌ結合は、Ｓｉ−Ｈ結合よりも結合エネルギーが大きく、ステップ３ａでのＳｉ−Ｎ結合の形成、すなわちシリコン含有層の窒化を阻害させるように作用する。逆にＳｉ−Ｈ結合は、Ｓｉ−Ｃｌ結合よりも結合エネルギーが小さく、ステップ３ａでのＳｉ−Ｎ結合の形成、すなわちシリコン含有層の窒化を促進させるように作用する。
【００６１】
すなわち、Ｓｉ−Ｃｌ結合が少なく塩素濃度の低いシリコン含有層を形成することで、シリコン含有層の窒化を阻害させる要因を減らすことができ、ステップ３ａでのシリコン含有層の窒化を促進させることができる。また、Ｓｉ−Ｈ結合をシリコン含有層中に増加させることで、シリコン含有層の窒化を促す要因を増やすことができ、ステップ３ａでのシリコン含有層の窒化をさらに促進させることができる。これにより、ステップ３ａでのシリコン含有層の窒化効率を高めることが可能となり、窒化時間を短縮させ、処理時間を短縮させることができることとなる。
【００６２】
原料としては、クロロシラン系原料、アミノシラン系原料、またはアミノクロロシラン系原料等のクロロ基を有する原料、アミノ基を有する原料、またはアミノ基とクロロ基とを有する原料等を用いてもよい。
具体的には、アミノクロロシラン系のジイソプロピルアミノクロロシラン（ＳｉＨ２ＣｌＮ［ＣＨ（ＣＨ３）２］２、略称：ＩＰＣＳ）等の有機原料の他、クロロシラン系のモノクロロシラン（ＳｉＨ３Ｃｌ、略称：ＭＣＳ）、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ２Ｃｌ６、略称：ＨＣＤＳ）、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）、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３、略称：ＴＣＳ）、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２、略称：ＤＣＳ）等や、トリシラン（Ｓｉ３Ｈ８、略称：ＴＳ）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６、略称：ＤＳ）、モノシラン（ＳｉＨ４、略称：ＭＳ）等の無機原料や、アミノシラン系のテトラキスジメチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４、略称：４ＤＭＡＳ）、トリスジメチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］３Ｈ、略称：３ＤＭＡＳ）、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）などの有機原料を用いることができる。ただし、塩素（Ｃｌ）を含むアミノクロロシラン系原料やクロロシラン系原料を用いる場合は、組成式中におけるＣｌ数の少ない原料を用いるのが好ましい。不活性ガスとしては、Ｎ２ガスの他、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅ等の希ガスを用いてもよい。
【００６３】
［ステップ２ａ］
ウエハ２００上にシリコン含有層が形成された後、第１ガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａを閉じ、ＩＰＣＳガスの供給を停止する。このとき、排気管２３１のＡＰＣバルブ２４４は開いたままとして、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１内に残留する未反応もしくはシリコン含有層形成に寄与した後のＩＰＣＳガスを処理室２０１内から排除する。なお、このとき、バルブ２４３ｄ，２４３ｅ，２４３ｆは開いたままとして、不活性ガスとしてのＮ２ガスの処理室２０１内への供給を維持する。Ｎ２ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室２０１内に残留する未反応もしくはシリコン含有層形成に寄与した後のＩＰＣＳガスを処理室２０１内から排除する効果を更に高めることができる（第１のパージ工程）。
【００６４】
なお、このとき、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。処理室２０１内に残留するガスが微量であれば、その後に行われるステップ３ａにおいて悪影響が生じることはない。このとき処理室２０１内に供給するＮ２ガスの流量も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を供給することで、ステップ３ａ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。また、Ｎ２ガスの消費も必要最小限に抑えることが可能となる。
【００６５】
このときのヒータ２０７の温度は、ウエハ２００の温度がＩＰＣＳガスの供給時と同じく２５０〜６３０℃、好ましくは３００〜５００℃の範囲内の一定の温度となるように設定する。パージガスとしてのＮ２ガスの供給流量は、それぞれ例えば１００〜２０００ｓｃｃｍ（０．１〜２ｓｌｍ）の範囲内の流量とする。パージガスとしては、Ｎ２ガスの他、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅ等の希ガスを用いてもよい。
【００６６】
この際、第２ガス供給管２３２ｂのバルブ２４３ｂを開き、第２ガス供給管２３２ｂ内にＮＨ３ガスを流す。第２ガス供給管２３２ｂ内を流れたＮＨ３ガスは、マスフローコントローラ２４１ｂにより流量調整される。流量調整されたＮＨ３ガスは第２ノズル２３３ｂのガス供給孔２４８ｂからバッファ室２３７ｂ内に供給される。バッファ室２３７ｂ内に供給されたＮＨ３ガスは、ガス供給孔２３８ｂから処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。
また、第３ガス供給管２３２ｃのバルブ２４３ｃを開き、第３ガス供給管２３２ｃ内にＮＨ３ガスを流す。第３ガス供給管２３２ｃ内を流れたＮＨ３ガスは、マスフローコントローラ２４１ｃにより流量調整される。流量調整されたＮＨ３ガスは第３ノズル２３３ｃのガス供給孔２４８ｃからバッファ室２３７ｃ内に供給される。バッファ室２３７ｃ内に供給されたＮＨ３ガスは、ガス供給孔２３８ｃから処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。
【００６７】
このとき、図５（ａ）に示すように、ＮＨ３ガスは第１の流量ａで供給される。すなわち、第２のノズル２３３ｂ及び第３のノズル２３３ｃからバッファ室２３７ｂ及び２３７ｃを介して処理室２０１内に供給されるＮＨ３ガスの総流量が第１の流量ａとなるように、第２ガス供給管２３２ｂ内及び第３ガス供給管２３２ｃ内を流れるそれぞれのＮＨ３ガスの流量がマスフローコントローラ２４１ｂ及びマスフローコントローラ２４１ｃによってそれぞれ調整される。このとき、マスフローコントローラ２４１ｂ及びマスフローコントローラ２４１ｃで制御するＮＨ３ガスの供給流量は、それぞれ例えば、１〜２０００ｓｃｃｍ（０．００１〜２．０ｓｌｍ）の範囲内の流量とする。
ステップ２ａにおいて、ＮＨ３ガスを供給することにより、余剰なＩＰＣＳガスの排出が促されるとともに、少なくとも一時的に処理室２０１内に比較的少量ずつのＮＨ３ガスとＩＰＣＳガスとが併存することとなる。
【００６８】
［ステップ３ａ］
処理室２０１内の残留ガスを除去した後、２つのプラズマ発生部（励起部）でＮＨ３ガスを同時にプラズマで励起させ、プラズマ励起させたＮＨ３ガスを２つのプラズマ発生部（励起部）から処理室２０１内に同時に供給する（ＮＨ３ガス供給工程）。
【００６９】
すなわち、このステップでは、第２ガス供給管２３２ｂ内を流れたＮＨ３ガスは、ステップ２ａにおいて設定された流量とは異なる流量となるようマスフローコントローラ２４１ｂにより再度流量調整される。流量調整し直され、供給流量が変更されたＮＨ３ガスは第２ノズル２３３ｂのガス供給孔２４８ｂからバッファ室２３７ｂ内に供給される。このとき、第１の棒状電極２６９ｂ及び第２の棒状電極２７０ｂ間に高周波電源２７３から整合器２７２を介して高周波電力を印加することで、バッファ室２３７ｂ内に供給されたＮＨ３ガスはプラズマ励起され、活性種（励起種）としてガス供給孔２３８ｂから処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。このとき、ウエハ２００に対してプラズマ励起されたＮＨ３ガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ２４３ｅを開き、第２不活性ガス供給管２３２ｅ内にＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスはＮＨ３ガスと一緒に処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。
【００７０】
また、第３ガス供給管２３２ｃ内を流れたＮＨ３ガスは、ステップ２ａにおいて設定された流量とは異なる流量となるようマスフローコントローラ２４１ｃにより再度流量調整される。流量調整し直され、供給流量が変更されたＮＨ３ガスは第３ノズル２３３ｃのガス供給孔２４８ｃからバッファ室２３７ｃ内に供給される。このとき、第１の棒状電極２６９ｃ及び第２の棒状電極２７０ｃ間に高周波電源２７３から整合器２７２を介して高周波電力を印加することで、バッファ室２３７ｃ内に供給されたＮＨ３ガスはプラズマ励起され、活性種としてガス供給孔２３８ｃから処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。このとき、ウエハ２００に対してプラズマ励起されたＮＨ３ガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ２４３ｆを開き、第３不活性ガス供給管２３２ｆ内にＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスはＮＨ３ガスと一緒に処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。
【００７１】
このとき、図５（ａ）に示すように、ＮＨ３ガスは第１の流量ａよりも多い第２の流量ｂで供給される。すなわち、第２のノズル２３３ｂ及び第３のノズル２３３ｃからバッファ室２３７ｂ及び２３７ｃを介して処理室２０１内に供給されるＮＨ３ガスの総流量が第２の流量ｂとなるように、第２ガス供給管２３２ｂ内及び第３ガス供給管２３２ｃ内を流れるそれぞれのＮＨ３ガスの流量がマスフローコントローラ２４１ｂ及びマスフローコントローラ２４１ｃによってそれぞれ調整される。
【００７２】
なお、このとき、第１ノズル２３３ａ内へのＮＨ３ガスの侵入を防止するため、バルブ２４３ｄを開き、第１不活性ガス供給管２３２ｄ内にＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスは、第１ガス供給管２３２ａ、第１ノズル２３３ａを介して処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。
【００７３】
ＮＨ３ガスをプラズマ励起することにより活性種として流すときは、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１０〜１０００Ｐａの範囲内の圧力とする。マスフローコントローラ２４１ｂ，２４１ｃで制御するＮＨ３ガスの供給流量は、それぞれ例えば１０００〜１００００ｓｃｃｍ（１〜１０ｓｌｍ）の範囲内の流量とする。マスフローコントローラ２４１ｅ，２４１ｆ，２４１ｄで制御するＮ２ガスの供給流量は、それぞれ例えば１００〜２０００ｓｃｃｍ（０．１〜２ｓｌｍ）の範囲内の流量とする。ＮＨ３ガスをプラズマ励起することにより得られた活性種にウエハ２００を晒す時間、すなわちガス供給時間（照射時間）は、例えば１〜１２０秒間の範囲内の時間とする。ヒータ２０７の温度は、スループットを考慮すると、シリコン含有層が窒化される温度であって、ステップ１ａのＩＰＣＳガスの供給時と同様な温度帯となるように、すなわちステップ１ａとステップ３ａとで処理室２０１内の温度を同様な温度帯に保持するように設定することが好ましい。この場合、ステップ１ａとステップ３ａとでウエハ２００の温度、すなわち処理室２０１内の温度が２５０〜６３０℃、好ましくは３００〜５００℃の範囲内の一定の温度となるように、ヒータ２０７の温度を設定するのが好ましい。さらには、ステップ１ａ〜ステップ４ａ（後述）にかけて処理室２０１の温度を同様な温度帯に保持するように、ヒータ２０７の温度を設定するのがより好ましい。高周波電源２７３から第１の棒状電極２６９ｂ，２６９ｃ及び第２の棒状電極２７０ｂ，２７０ｃ間に印加する高周波電力は、それぞれ例えば５０〜１０００Ｗの範囲内の電力となるように設定する。このとき、ＮＨ３ガスを熱励起、すなわち熱で活性化させて供給することもできる。しかしながら、減圧雰囲気下でＮＨ３ガスを熱的に活性化させて流す場合に十分な窒化力を得るには、処理室２０１内の圧力を比較的高い圧力帯、例えば１０〜３０００Ｐａの範囲内の圧力とし、また、ウエハ２００の温度を５５０℃以上とする必要がある。これに対し、ＮＨ３ガスをプラズマ励起して流す場合は、処理室２０１内の温度を例えば２５０℃以上とすれば、十分な窒化力が得られる。なお、ＮＨ３ガスをプラズマ励起して流す場合は、処理室２０１内の温度を常温としても十分な窒化力が得られる。ただし、処理室２０１内の温度を１５０℃未満とすると処理室２０１内やウエハ２００等に塩化アンモニウム（ＮＨ４Ｃｌ）等の反応副生成物が付着する。よって、処理室２０１内の温度は１５０℃以上とするのが好ましく、本実施形態では２５０℃以上としている。
【００７４】
上述の条件にてＮＨ３ガスを処理室２０１内に供給することで、プラズマ励起されることにより活性種となったＮＨ３ガスは、ステップ１ａでウエハ２００上に形成されたシリコン含有層の少なくとも一部と反応する。これにより、シリコン含有層に対して窒化処理が行われ、この窒化処理により、シリコン含有層はシリコン窒化層（Ｓｉ３Ｎ４層、以下、単にＳｉＮ層ともいう。）へと変化させられる（改質される）。
【００７５】
なお、ステップ３ａでは、複数のプラズマ発生部を用いることで、各プラズマ生成部（励起部）に印加する高周波電力をそれぞれ小さくして各プラズマ発生部（励起部）におけるプラズマ出力を低出力としつつ、ウエハ２００への活性種の供給量を増やすことができる。これにより、ウエハ２００やシリコン含有層へのプラズマダメージを抑制しつつ、ウエハ２００への活性種の供給量を増やすことが可能となる。
【００７６】
そしてこれにより、ウエハ２００やシリコン含有層へのプラズマダメージを抑制しつつ、ウエハ２００への活性種の供給量を増やすことができ、窒化力を高め、シリコン含有層の窒化を促進させることができる。すなわち、窒化効率を高めることが可能となる。そして、シリコン含有層の窒化が飽和してセルフリミットがかかる状態（窒化されきった状態）まで素早く遷移させることが可能となり、窒化時間を短縮させることができる。その結果として処理時間を短縮させることが可能となる。また、窒化処理のウエハ面内均一性を向上させることができる。すなわち、ウエハ２００面内全域に対して活性種をより均一に供給することが可能となり、例えばウエハ２００の外周付近とウエハ２００の中心側との間で窒化の度合いに顕著な違いが起こらないようにできる。
【００７７】
また、複数のプラズマ発生部を用いることで、ウエハ２００やシリコン含有層へのプラズマダメージを抑制しつつ、ウエハ２００への活性種の供給量を増やすことができ、ステップ１ａにおいて形成された塩素濃度の低いシリコン含有層に含まれる塩素を、効率的に脱離させることができる。これにより、塩素濃度が極めて低いシリコン窒化層を形成することができる。また、塩素を効率的に脱離させることで、窒化効率をさらに向上させることができる。すなわち、窒化を阻害させる要因となる塩素をシリコン含有層から効率的に脱離させることで、窒化効率をさらに向上させることができる。なお、シリコン含有層から脱離した塩素は、排気管２３１から処理室２０１外へと排気される。
【００７８】
窒素含有ガスとしては、アンモニア（ＮＨ３）ガス以外に、ジアジン（Ｎ２Ｈ２）ガス、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）ガス、Ｎ３Ｈ８ガス等を用いてもよく、また、窒素元素を含むアミン系のガスを用いてもよい。
【００７９】
［ステップ４ａ］
シリコン含有層をシリコン窒化層へと変化させた後、ＮＨ３ガスの供給流量を再度変更する。このとき、排気管２３１のＡＰＣバルブ２４４は開いたままとし、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１内に残留する未反応もしくはシリコン窒化層形成に寄与した後のＮＨ３ガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する。なお、このとき、バルブ２４３ｅ，２４３ｆ，２４３ｄは開いたままとして、不活性ガスとしてのＮ２ガスの処理室２０１内への供給を維持する。Ｎ２ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室２０１内に残留する未反応もしくはシリコン窒化層形成に寄与した後のＮＨ３ガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する効果を更に高めることができる（第２のパージ工程）。
【００８０】
このとき第２ガス供給管２３２ｂ内を流れたＮＨ３ガスは、ステップ３ａにおいて設定された流量とは異なる流量となるようマスフローコントローラ２４１ｂにより再度流量調整される。流量調整し直され、供給流量が変更されたＮＨ３ガスは第２ノズル２３３ｂのガス供給孔２４８ｂからバッファ室２３７ｂ内に供給される。バッファ室２３７ｂ内に供給されたＮＨ３ガスは、ガス供給孔２３８ｂから処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。
また、第３ガス供給管２３２ｃ内を流れたＮＨ３ガスは、ステップ３ａにおいて設定された流量とは異なる流量となるようマスフローコントローラ２４１ｃにより再度流量調整される。流量調整し直され、供給流量が変更されたＮＨ３ガスは第３ノズル２３３ｃのガス供給孔２４８ｃからバッファ室２３７ｃ内に供給される。バッファ室２３７ｃ内に供給されたＮＨ３ガスは、ガス供給孔２３８ｃから処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。
【００８１】
このとき、図５（ａ）に示すように、ＮＨ３ガスは第１の流量ａと同量である第３の流量ｃで供給される。すなわち、第２のノズル２３３ｂ及び第３のノズル２３３ｃからバッファ室２３７ｂ及び２３７ｃを介して処理室２０１内に供給されるＮＨ３ガスの総流量が第３の流量ｃ（すなわち第１の流量ａ）となるように、第２ガス供給管２３２ｂ内及び第３ガス供給管２３２ｃ内を流れるそれぞれのＮＨ３ガスの流量がマスフローコントローラ２４１ｂ及びマスフローコントローラ２４１ｃによってそれぞれ調整される。
ステップ４ａにおいてＮＨ３ガスを供給することにより、ＮＨ３ガス供給工程（ステップ３ａ）を経て生成された副生成物のウエハ２００表面への付着を抑制しつつ、その排出が促される。また、ＮＨ３ガス供給工程（ステップ３ａ）で形成されたＳｉＮ層（下地）の表面がＮＨ３ガスによって改質され、次のサイクルのＩＰＣＳガス供給工程（ステップ１ａ）で供給されるＩＰＣＳガスが吸着し易い状態となり、成膜速度の向上につながる。
【００８２】
なお、このとき、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。処理室２０１内に残留するガスが微量であれば、その後に行われるステップ１ａにおいて悪影響が生じることはない。このとき処理室２０１内に供給するＮ２ガスの流量も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を供給することで、ステップ１ａ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。また、Ｎ２ガスの消費も必要最小限に抑えることが可能となる。
【００８３】
このときのヒータ２０７の温度は、ウエハ２００の温度がステップ３ａにおけるＮＨ３ガスの供給時と同じく２５０〜６３０℃、好ましくは３００〜５００℃の範囲内の一定の温度となるように設定する。マスフローコントローラ２４１ｂ及びマスフローコントローラ２４１ｃで制御するＮＨ３ガスの供給流量は、それぞれ例えば１〜２０００ｓｃｃｍ（０．００１〜２．０ｓｌｍ）の範囲内の流量とする。パージガスとしてのＮ２ガスの供給流量は、それぞれ例えば１００〜２０００ｓｃｃｍ（０．１〜２ｓｌｍ）の範囲内の流量とする。パージガスとしては、Ｎ２ガスの他、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅ等の希ガスを用いてもよい。
【００８４】
第１のパージ工程（ステップ２ａ）〜第２のパージ工程（ステップ４ａ）で供給されるＮＨ３ガスの流量は、第１の流量ａ＝第３の流量ｃ＜第２の流量ｂとなる。つまり、ＮＨ３ガスの供給流量を多段階で変化させるようにしている。このように、ＮＨ３ガス供給工程（ステップ３ａ）の前後において比較的少量のＮＨ３ガスが供給されることで、ＮＨ３ガスとＩＰＣＳガスとが比較的少量ずつ併存する期間が確保される。これにより、ＮＨ３ガスとＩＰＣＳガスとの気相反応が僅かに生じ、ＮＨ３ガス供給工程（ステップ３ａ）の前後においてＮＨ３ガスが供給されない（存在しない）場合と比較して成膜速度を向上させることができる。
【００８５】
一方で、成膜速度が大きくなり過ぎると膜厚の面内・面間均一性の悪化やパーティクルの問題等が生じ得る。このため、第１の流量ａ及び第３の流量ｃをＮＨ３ガス供給工程（ステップ３ａ）における第２の流量ｂと比較して少なくすることで、これら第１の流量ａ及び第３の流量ｃでのＮＨ３ガス供給時に緩やかな反応を生じさせることができ、成膜速度が大きくなり過ぎることによる弊害が抑制される。
【００８６】
上述したステップ１ａ〜４ａを１サイクルとして、このサイクルを所定回数、好ましくは複数回実施することにより、ウエハ２００上に所定膜厚のシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４膜、以下、単にＳｉＮ膜ともいう。）を成膜することが出来る。
【００８７】
所定膜厚のシリコン窒化膜が成膜されると、バルブ２４３ｄ，２４３ｅ，２４３ｆを開き、第１不活性ガス供給管２３２ｄ、第２不活性ガス供給管２３２ｅ、第３不活性ガス供給管２３２ｆのそれぞれから不活性ガスとしての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し、これにより、処理室２０１内が不活性ガスでパージされ、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、処理室２０１内の圧力が常圧に復帰される（大気圧復帰）。
【００８８】
その後、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９が下降されて、反応管２０３の下端が開口されるとともに、処理済のウエハ２００がボート２１７に保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（ボートアンロード）される。その後、処理済みのウエハ２００はボート２１７より取り出される（ウエハディスチャージ）。
【００８９】
なお、図５（ｂ）に示すように、第２のパージ工程（ステップ４ａ）で流す第３の流量ｃを第１の流量ａより多く第２の流量ｂよりも少なくするようにしてもよい。すなわち、第１のパージ工程（ステップ２ａ）〜第２のパージ工程（ステップ４ａ）で供給されるＮＨ３ガスの流量を、第１の流量ａ＜第３の流量ｃ＜第２の流量ｂとしてもよい。第３の流量ｃを増加させることで、ＮＨ３ガス供給工程（ステップ３ａ）を経て生成された副生成物の排出をより促進させることができる。また、ＮＨ３ガス供給工程（ステップ３ａ）で形成されたＳｉＮ層（下地）の表面改質効果をより高めることができ、次のサイクルのＩＰＣＳガス供給工程（ステップ１ａ）におけるＩＰＣＳガスの吸着をより促進させることができる。これにより、成膜速度をより向上させることができる。このとき、第２パージ工程（ステップ４ａ）において、マスフローコントローラ２４１ｂ及びマスフローコントローラ２４１ｃで制御するＮＨ３ガスの供給流量は、それぞれ例えば１〜５０００ｓｃｃｍ（０．００１〜５．０ｓｌｍ）の範囲内の流量とする。
つまり、図５（ａ）、（ｂ）におけるＮＨ３ガスの流量をまとめると、第１のパージ工程（ステップ２ａ）〜第２のパージ工程（ステップ４ａ）で供給されるＮＨ３ガスの流量を、第１の流量ａ≦第３の流量ｃ＜第２の流量ｂとするのが好ましい。
【００９０】
また、図５（ｃ）に示すように、さらに、ＩＰＣＳガス供給工程（ステップ１ａ）において、ＮＨ３ガスを第１の流量ａで供給するようにしてもよい。すなわち、ＮＨ３ガスを、ＩＰＣＳガス供給工程（ステップ１ａ）、第１のパージ工程（ステップ２ａ）、及び第２のパージ工程（ステップ４ａ）において第１の流量ａで供給し、ＮＨ３ガス供給工程（ステップ３ａ）において第２の流量ｂで供給するようにしてもよい。
ＩＰＣＳガス供給工程（ステップ１ａ）においてＮＨ３ガスを供給することで、ＮＨ３ガスとＩＰＣＳガスとが比較的少量ずつ併存する期間がより多く確保される。これにより、ＮＨ３ガスとＩＰＣＳガスとの気相反応が生じる割合が増大し、本構成を有さない場合と比較して成膜速度を向上させることができる。
【００９１】
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）本実施形態に係るステップ１ａでは、塩素（Ｃｌ）含有率が低く、表面吸着力の高いガスであるＩＰＣＳガスを用いる。これにより、処理室内に供給される塩素の量を低減させることができる。そしてこれにより、シリコン含有層と結合する塩素の割合、すなわちＳｉ−Ｃｌ結合を減少させることができ、塩素濃度の低いシリコン含有層を形成することができる。そしてこれが一つの要因となり、ステップ３ａにおいて、塩素濃度の低いシリコン窒化層を形成できるようになる。その結果として、塩素濃度の低いシリコン窒化膜、すなわち膜密度の高いシリコン窒化膜を形成できるようになり、シリコン窒化膜のフッ化水素に対する耐性を向上させることが可能となる。また、シリコン窒化膜の絶縁性を向上させることも可能となる。
【００９３】
また、シリコン含有層中のＳｉ−Ｃｌ結合を減少させることにより、シリコン含有層中のＳｉ−Ｈ結合を増加させることができる。Ｓｉ−Ｃｌ結合は、Ｓｉ−Ｈ結合よりも結合エネルギーが大きく、ステップ３ａでのＳｉ−Ｎ結合の形成、すなわちシリコン含有層の窒化を阻害させるように作用する。逆に、Ｓｉ−Ｈ結合は、Ｓｉ−Ｃｌ結合よりも結合エネルギーが小さく、ステップ３ａでのＳｉ−Ｎ結合の形成、すなわちシリコン含有層の窒化を促進させるように作用する。
【００９４】
すなわち、Ｓｉ−Ｃｌ結合が少なく、塩素濃度の低いシリコン含有層を形成する（層中のＳｉ−Ｃｌ結合を減少させる）ことで、シリコン含有層の窒化を阻害させる要因を減らすことができ、ステップ３ａでのシリコン含有層の窒化を促進させることができる。また、Ｓｉ−Ｈ結合をシリコン含有層中に増加させることで、シリコン含有層の窒化を促す要因を増やすことができ、ステップ３ａでのシリコン含有層の窒化をさらに促進させることができる。そしてこれらが一つの要因となることで、ステップ３ａでのシリコン含有層の窒化効率を高めることが可能となり、窒化時間を短縮させ、処理時間を短縮させることができることとなる。
【００９５】
（ｂ）本実施形態に係るステップ２ａでは、処理室２０１内の排気とともに、窒素含有ガスとしてのＮＨ３ガスを供給する。これにより、ステップ１ａで供給され、処理室２０１内に残留した余剰なＩＰＣＳガスの排出を促すことができる。また、このようにＮＨ３ガス供給工程（ステップ３ａ）の前に、少なくとも一時的に処理室２０１内に比較的少量ずつのＮＨ３ガスとＩＰＣＳガスとを併存させることで、このＮＨ３ガス供給工程（ステップ３ａ）の前の段階においてＮＨ３ガスとＩＰＣＳガスとの気相反応を僅かに生じさせることができ、成膜速度を向上させることが可能となる。
【００９６】
（ｃ）本実施形態に係るステップ４ａでは、処理室２０１の排気とともに、窒素含有ガスとしてのＮＨ３ガスを供給する。これにより、ＮＨ３ガス供給工程（ステップ３ａ）を経て生成された副生成物のウエハ２００表面への付着を抑制しつつ、その排出を促進させることができる。また、このようにＮＨ３ガス供給工程（ステップ３ａ）の後であって次のサイクルのＩＰＣＳガス供給工程（ステップ１ａ）の前にＮＨ３ガスを供給することで、このＮＨ３ガス供給工程（ステップ３ａ）で形成されたＳｉＮ層の表面をＮＨ３ガスで改質することができる。これにより、ＳｉＮ層の表面をＩＰＣＳが吸着し易い状態とすることができ、成膜速度を向上させることが可能となる。また、このようにＮＨ３ガス供給工程（ステップ３ａ）の後に、少なくとも一時的に処理室２０１内に比較的少量ずつのＮＨ３ガスとＩＰＣＳガスとを併存させることで、このＮＨ３ガス供給工程（ステップ３ａ）の後の段階においてＮＨ３ガスとＩＰＣＳガスとの気相反応を僅かに生じさせることができ、成膜速度を向上させることが可能となる。
【００９７】
（ｄ）本実施形態に係るステップ４ａで供給されるＮＨ３ガスの流量（すなわち第３の流量ｃ）を、ステップ２ａで供給されるＮＨ３ガスの流量（すなわち第１の流量ａ）より多くするようにしてもよい。これにより、ＮＨ３ガス供給工程（ステップ３ａ）を経て生成された副生成物の排出をより促進させることができる。また、ＮＨ３ガス供給工程（ステップ３ａ）で形成されたＳｉＮ層の表面改質効果をより高めることができ、成膜速度をより向上させることが可能となる。
【００９８】
（ｅ）本実施形態に係るステップ１ａでは、原料ガスとしてのＩＰＣＳガスを供給するとともに、窒素含有ガスとしてのＮＨ３ガスを供給するようにしてもよい。これにより、ＮＨ３ガスとＩＰＣＳガスとを比較的少量ずつ併存させる期間をより多く確保することができ、成膜速度をより向上させることが可能となる。
【００９９】
上記（ａ）〜（ｅ）の効果は、プラズマ発生部の数によらず得られるものである。なお、複数のプラズマ発生部を有する本実施形態に係る処理炉２０２の構成によれば、さらに以下に示す１つまたは複数の効果を奏する。
【０１００】
（ｆ）本実施形態に係る処理炉２０２によれば、ステップ３ａでは、複数のプラズマ発生部においてプラズマ励起させたＮＨ３ガスを各プラズマ発生部より同時に供給してシリコン含有層を窒化させる。このように、複数のプラズマ発生部を用いることで、各プラズマ発生部に印加する高周波電力をそれぞれ小さくして、各プラズマ発生部におけるプラズマ出力を低出力としつつ、ウエハ２００への活性種の供給量を増やすことができる。そしてこれにより、ウエハ２００やシリコン含有層へのプラズマダメージを抑制しつつ、ウエハ２００への活性種の供給量を増やすことが可能となる。
【０１０１】
なお、プラズマ発生部を１つしか設けない場合、ウエハ２００への活性種の供給量を増加させるには、プラズマ出力を大きくする必要がある。しかしながら、係る場合には、プラズマ化される範囲が大きくなり過ぎてしまい、ウエハ２００までもがプラズマに晒されてしまうことがある。そして、ウエハ２００やウエハ２００上に形成するシリコン窒化膜に大きなダメージ（プラズマダメージ）が加わってしまうことがある。また、ウエハ２００やその周辺がプラズマによりスパッタリングされることでパーティクルが発生したり、シリコン窒化膜の膜質を低下させてしまうことがある。また、ウエハ２００上に形成するシリコン窒化膜の膜質が、プラズマに晒されるウエハ２００の外周付近とプラズマに晒されないウエハ２００の中心側との間で、顕著に異なってしまうことがある。
【０１０２】
これに対して本実施形態に係る処理炉２０２のように複数のプラズマ発生部を用いる場合、各プラズマ発生部におけるプラズマ出力を低出力としつつ、ウエハ２００への活性種の供給量を増やすことができ、これらの問題を生じさせないようにすることができる。
【０１０３】
（ｇ）本実施形態に係る処理炉２０２では、複数のプラズマ発生部を用いることで、ウエハ２００やシリコン含有層へのプラズマダメージを抑制しつつ、ウエハ２００への活性種の供給量を増やすことができ、窒化力を高め、シリコン含有層の窒化を促進させることができる。すなわち、窒化効率を高めることが可能となる。そして、シリコン含有層の窒化が飽和してセルフリミットがかかる状態（窒化されきった状態）まで素早く遷移させることが可能となり、窒化時間を短縮させることができる。これにより、シリコン窒化膜の成膜時間を短縮でき、生産性を向上させることが可能となる。また、窒化処理のウエハ面内均一性を向上させることができる。すなわち、ウエハ２００面内全域に対して活性種をより均一に供給することが可能となり、例えばウエハ２００の外周付近とウエハ２００の中心側との間でシリコン窒化膜の膜質や膜厚に顕著な違いが起こらないようにできる。その結果として、シリコン窒化膜のウエハ面内膜質均一性及びウエハ面内膜厚均一性をそれぞれ向上させることが可能となる。
【０１０４】
（ｈ）本実施形態に係る処理炉２０２では、複数のプラズマ発生部を用いることで、ウエハ２００やシリコン含有層へのプラズマダメージを抑制しつつ、ウエハ２００への活性種の供給量を増やすことができ、ステップ１ａにおいて形成された塩素濃度の低いシリコン含有層に含まれる塩素を、効率的に脱離させることができる。これにより、塩素濃度が極めて低いシリコン窒化層を形成することができ、シリコン窒化膜の塩素濃度をさらに低減できる。その結果として、塩素濃度が極めて低いシリコン窒化膜、すなわち膜密度が極めて高いシリコン窒化膜を形成できるようになり、シリコン窒化膜のフッ化水素に対する耐性を一層向上させることが可能となる。また、シリコン窒化膜の絶縁性を一層向上させることも可能となる。また、塩素を効率的に脱離させることで、窒化効率をさらに向上させることができる。すなわち、窒化を阻害させる要因となる塩素をシリコン含有層から効率的に脱離させることで、窒化効率をさらに向上させることができる。そして、シリコン窒化膜の成膜時間をさらに短縮でき、生産性を一層向上させることができる。
【０１０５】
（ｉ）本実施形態に係る処理炉２０２では、複数のプラズマ発生部を用いることで、成膜中におけるウエハ２００の回転数を高めた（回転速度を速くした）場合と同等の効果を得ることができ、シリコン窒化膜のウエハ面内膜厚均一性を向上させることができる。すなわち、本実施形態の成膜シーケンスでは、ウエハ２００を回転させながらＩＰＣＳガスやＮＨ３ガスの間欠供給を行うが、係るシーケンスでは、ウエハ２００の回転数とシリコン窒化膜のウエハ面内膜厚均一性との間に一定の相関関係が存在する。具体的には、回転数が高いほど（回転速度が速いほど）、１回のガス供給でカバーされるウエハ２００の領域が増加するため、シリコン窒化膜のウエハ面内膜厚均一性を向上させることができる。しかしながら、ウエハ２００の振動防止等のため、ウエハ２００の回転数には上限があり、例えば３ｒｐｍより大きくすることが困難な場合がある。これに対し本実施形態では、２つのプラズマ発生部を用いることで、回転数を実質的に２倍に増加させることと同等の効果を得ることができ、シリコン窒化膜のウエハ面内膜厚均一性を向上させることができる。係る効果は、シリコン窒化膜を例えば５０Å以下の厚さの薄膜とする場合に特に有効である。
【０１０６】
（ｊ）以上述べたとおり、本実施形態の成膜シーケンスによれば、例えば、５００℃以下、さらには、４００℃以下の低温領域において、十分な成膜速度を得ることができる。これにより、成膜シーケンスの低温化と生産性の向上との両立を図ることができる。また、例えば５００℃以下、さらには４００℃以下の低温領域において、塩素濃度が極めて低いシリコン窒化膜、すなわち膜密度が極めて高いシリコン窒化膜を形成することができる。これにより、シリコン窒化膜のフッ化水素に対する耐性及び絶縁性を向上させ、膜質を向上させることが可能となる。また、ウエハ２００やシリコン含有層へのプラズマダメージを抑制しつつ、シリコン含有層の窒化効率を高め、窒化時間を短縮させ、処理時間を短縮させ、スループットを向上させることが可能となる。また、窒化処理のウエハ面内均一性を向上させ、シリコン窒化膜のウエハ面内膜質均一性及びウエハ面内膜厚均一性をそれぞれ向上させることが可能となる。また、成膜時における立体障害による未結合手の発生を低減させることが可能となる。また、膜中の塩素濃度が低いことから、ボートアンロード時等のウエハ２００搬送中におけるシリコン窒化膜の自然酸化を抑制することが可能となる。
【０１０７】
（第１実施形態の変形例）
上述の第１実施形態では、ステップ１ａ，２ａ，３ａ，４ａをこの順に行い、これを１サイクルとして、このサイクルを少なくとも１回、好ましくは複数回実施することにより、ウエハ２００上に所定膜厚のシリコン窒化膜を成膜する例について説明したが、ステップ１ａとステップ３ａとを入れ替えてもよい。すなわち、ステップ３ａ，２ａ，１ａ，４ａをこの順に行い、これを１サイクルとして、このサイクルを少なくとも１回、好ましくは複数回実施することにより、ウエハ２００上に所定膜厚のシリコン窒化膜を成膜するようにしてもよい。
【０１０８】
＜本発明の第２実施形態＞
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態は、ウエハ２００上にシリコン酸化膜を形成する点で、第１実施形態と異なる。
【０１０９】
上述の基板処理装置の処理炉２０２を用いて、半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、基板上に薄膜を成膜する方法について説明する。ここでは、薄膜として絶縁膜である酸化膜を成膜する例について説明する。なお、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。
【０１１０】
図７に本実施形態における成膜フロー図を、図８に本実施形態の成膜シーケンスにおけるガス供給およびプラズマパワー供給のタイミング図を示す。本実施形態の成膜シーケンスでは、処理室内のウエハ２００に対して原料ガスとしてＳｉＨ２ＣｌＮＲ２（ＮＲ２はアミノ基を示す）ガスを供給することで、ウエハ２００上にシリコン含有層を形成する工程と、処理室内のウエハ２００に対して反応ガスとして酸素含有ガスを供給することで、シリコン含有層を酸化させてシリコン酸化層に変化させる工程と、を交互に所定回数行うことで、ウエハ２００上に所定膜厚のシリコン酸化膜を形成する。
【０１１１】
以下、これを具体的に説明する。なお、本実施形態では、原料ガスとしてＩＰＣＳガスを、酸素含有ガスとしてＯ２ガスを用い、図７の成膜フロー、図８の成膜シーケンスにより、ウエハ２００上に絶縁膜としてシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜、以下、単にＳｉＯ膜ともいう）を形成する例について説明する。
【０１１２】
まず、ＳｉＯ膜を形成する際の成膜機構の概要について説明する。図９に、ウエハ２００上にＳｉＯ膜が形成される際の成膜機構の模式図を示す。
図９（ａ）に示すように、ＩＰＣＳガス供給工程においてウエハ２００に対してＩＰＣＳガスが供給されると、このＩＰＣＳ（分子）は、ウエハ２００（既成のＳｉＯ層）表面に吸着するか、熱分解してウエハ２００表面上にシリコン（Ｓｉ）が堆積する。これにより、シリコン含有層（ＩＰＣＳの化学吸着層またはＳｉ層）が形成される。図９（ａ）は、シリコン含有層として、ＩＰＣＳの化学吸着層が形成される例を示している。。この際、ウエハ２００側の水素（Ｈ）とＩＰＣＳのクロロ基（−Ｃｌ）とが反応し塩化水素（ＨＣｌ）となって脱離するとともに、ウエハ２００側の酸素（Ｏ）とＩＰＣＳのシリコン（Ｓｉ）とが結合する。
図９（ｂ）に示すように、ウエハ２００表面にシリコン含有層が形成された（ＩＰＣＳが化学吸着した）状態において、ウエハ２００に対して酸素活性種（Ｏ２＊）が供給されると、このＯ２＊のＯとシリコン含有層側のＳｉとが反応するとともに、ＩＰＣＳのアミノ基（−ＮＲ２）が脱離する。
そして、図９（ｃ）に示すように、シリコン含有層が酸化され、新たなＳｉＯ層が形成される。
これらが繰り返されることで、所定の膜厚のＳｉＯ膜が形成される。
【０１１３】
次に、図７に示す成膜フローに沿って説明する。なお、第１実施形態と実質的に同様となる記載については省略する。
本実施形態においては、以下に示すステップ１ｂ〜４ｂを１サイクルとして、このサイクルを所定回数、好ましくは複数回実施することにより、ウエハ２００上に所定膜厚のシリコン酸化膜を成膜する。
【０１１４】
［ステップ１ｂ］
ステップ１ｂでは、第１実施形態と同様にＩＰＣＳガス供給工程を行う。
【０１１５】
［ステップ２ｂ］
ステップ２ｂでは、第１のパージ工程を行う。
このとき、図８（ａ）に示すように、Ｏ２ガスは第１の流量ａで供給される。すなわち、第２のノズル２３３ｂ及び第３のノズル２３３ｃからバッファ室２３７ｂ及び２３７ｃを介して処理室２０１内に供給されるＯ２ガスの総流量が第１の流量ａとなるように、第２が供給管２３２ｂ内及び第３ガス供給管２３２ｃ内を流れるそれぞれのＯ２ガスの流量がマスフローコントローラ２４１ｂ及びマスフローコントローラ２４１ｃによってそれぞれ調整される。このときマスフローコントローラ２４１ｂ及びマスフローコントローラ２４１ｃで制御するＯ２ガスの供給流量は、それぞれ例えば、１〜２０００ｓｃｃｍ（０．００１〜２．０ｓｌｍ）の範囲内の流量とする。
ステップ２ｂにおいて、Ｏ２ガスを供給することにより、余剰なＩＰＣＳガスの排出が促されるとともに、少なくとも一時的に処理室２０１内に比較的少量ずつのＯ２ガスとＩＰＣＳガスとが併存することとなる。
【０１１６】
［ステップ３ｂ］
処理室２０１内の残留ガスを除去した後、２つのプラズマ発生部（励起部）でＯ２ガスを同時にプラズマで励起させ、プラズマ励起させたＯ２ガスを２つのプラズマ発生部（励起部）から処理室２０１内に同時に供給する（Ｏ２ガス供給工程）。
【０１１７】
すなわち、このステップでは、第２ガス供給管２３２ｂ内を流れたＯ２ガスは、ステップ２ｂにおいて設定された流量とは異なる流量となるようマスフローコントローラ２４１ｂにより再度流量調整される。流量調整し直され、供給流量が変更されたＯ２ガスは第２ノズル２３３ｂのガス供給孔２４８ｂからバッファ室２３７ｂ内に供給される。このとき、第１の棒状電極２６９ｂ及び第２の棒状電極２７０ｂ間に高周波電源２７３から整合器２７２を介して高周波電力を印加することで、バッファ室２３７ｂ内に供給されたＯ２ガスはプラズマ励起され、活性種（励起種）としてガス供給孔２３８ｂから処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。このとき、ウエハ２００に対してプラズマ励起されたＯ２ガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ２４３ｅを開き、第２不活性ガス供給管２３２ｅ内にＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスはＯ２ガスと一緒に処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。
【０１１８】
また、第３ガス供給管２３２ｃ内を流れたＯ２ガスは、ステップ２ｂにおいて設定された流量とは異なる流量となるようマスフローコントローラ２４１ｃにより再度流量調整される。流量調整し直され、供給流量が変更されれたＯ２ガスは第３ノズル２３３ｃのガス供給孔２４８ｃからバッファ室２３７ｃ内に供給される。このとき、第１の棒状電極２６９ｃ及び第２の棒状電極２７０ｃ間に高周波電源２７３から整合器２７２を介して高周波電力を印加することで、バッファ室２３７ｃ内に供給されたＯ２ガスはプラズマ励起され、活性種としてガス供給孔２３８ｃから処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。このとき、ウエハ２００に対してプラズマ励起されたＯ２ガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ２４３ｆを開き、第３不活性ガス供給管２３２ｆ内にＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスはＯ２ガスと一緒に処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。
【０１１９】
このとき、図８（ａ）に示すように、Ｏ２ガスは第１の流量ａよりも多い第２の流量ｂで供給される。すなわち、第２のノズル２３３ｂ及び第３のノズル２３３ｃからバッファ室２３７ｂ及び２３７ｃを介して処理室２０１内に供給されるＯ２ガスの総流量が第２の流量ｂとなるように、第２ガス供給管２３２ｂ内及び第３ガス供給管２３２ｃ内を流れるそれぞれのＯ２ガスの流量がマスフローコントローラ２４１ｂ及びマスフローコントローラ２４１ｃによってそれぞれ調整される。
【０１２０】
なお、このとき、第１ノズル２３３ａ内へのＯ２ガスの侵入を防止するため、バルブ２４３ｄを開き、第１不活性ガス供給管２３２ｄ内にＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスは、第１ガス供給管２３２ａ、第１ノズル２３３ａを介して処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。
【０１２１】
Ｏ２ガスをプラズマ励起することにより活性種として流すときは、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１０〜１０００Ｐａの範囲内の圧力とする。マスフローコントローラ２４１ｂ，２４１ｃで制御するＯ２ガスの供給流量は、それぞれ例えば１０００〜１００００ｓｃｃｍ（１〜１０ｓｌｍ）の範囲内の流量とする。マスフローコントローラ２４１ｅ，２４１ｆ，２４１ｄで制御するＮ２ガスの供給流量は、それぞれ例えば１００〜２０００ｓｃｃｍ（０．１〜２ｓｌｍ）の範囲内の流量とする。Ｏ２ガスをプラズマ励起することにより得られた活性種にウエハ２００を晒す時間、すなわちガス供給時間（照射時間）は、例えば１〜１２０秒間の範囲内の時間とする。ヒータ２０７の温度は、スループットを考慮すると、シリコン含有層が酸化される温度であって、ステップ１ｂのＩＰＣＳガスの供給時と同様な温度帯となるように、すなわちステップ１ｂとステップ３ｂとで処理室２０１内の温度を同様な温度帯に保持するように設定することが好ましい。この場合、ステップ１ｂとステップ３ｂとでウエハ２００の温度、すなわち処理室２０１内の温度が２５０〜６３０℃、好ましくは３００〜５００℃の範囲内の一定の温度となるように、ヒータ２０７の温度を設定するのが好ましい。さらには、ステップ１ｂ〜ステップ４ｂ（後述）にかけて処理室２０１の温度を同様な温度帯に保持するように、ヒータ２０７の温度を設定するのがより好ましい。高周波電源２７３から第１の棒状電極２６９ｂ，２６９ｃ及び第２の棒状電極２７０ｂ，２７０ｃ間に印加する高周波電力は、それぞれ例えば５０〜１０００Ｗの範囲内の電力となるように設定する。このとき、Ｏ２ガスを熱励起、すなわち熱で活性化させて供給することもできる。しかしながら、減圧雰囲気下でＯ２ガスを熱的に活性化させて流す場合に十分な酸化力を得るには、処理室２０１内の圧力を比較的高い圧力帯、例えば１０〜３０００Ｐａの範囲内の圧力とし、また、ウエハ２００の温度を５５０℃以上とする必要がある。これに対し、Ｏ２ガスをプラズマ励起して流す場合は、処理室２０１内の温度を例えば２５０℃以上とすれば、十分な酸化力が得られる。なお、Ｏ２ガスをプラズマ励起して流す場合は、処理室２０１内の温度を常温としても十分な酸化力が得られる。ただし、処理室２０１内の温度を１５０℃未満とすると処理室２０１内やウエハ２００等に反応副生成物が付着する。よって、処理室２０１内の温度は１５０℃以上とするのが好ましく、本実施形態では２５０℃以上としている。
【０１２２】
上述の条件にてＯ２ガスを処理室２０１内に供給することで、プラズマ励起されることにより活性種となったＯ２ガスは、ステップ１ｂでウエハ２００上に形成されたシリコン含有層の少なくとも一部と反応する。これにより、シリコン含有層に対して酸化処理が行われ、この酸化処理により、シリコン含有層はシリコン酸化層へと変化させられる（改質される）。
【０１２３】
なお、ステップ３ｂでは、複数のプラズマ発生部を用いることで、各プラズマ生成部（励起部）に印加する高周波電力をそれぞれ小さくして各プラズマ発生部（励起部）におけるプラズマ出力を低出力としつつ、ウエハ２００への活性種の供給量を増やすことができる。これにより、ウエハ２００やシリコン含有層へのプラズマダメージを抑制しつつ、ウエハ２００への活性種の供給量を増やすことが可能となる。
【０１２４】
そしてこれにより、ウエハ２００やシリコン含有層へのプラズマダメージを抑制しつつ、ウエハ２００への活性種の供給量を増やすことができ、酸化力を高め、シリコン含有層の酸化を促進させることができる。すなわち、酸化効率を高めることが可能となる。そして、シリコン含有層の酸化が飽和してセルフリミットがかかる状態（酸化されきった状態）まで素早く遷移させることが可能となり、酸化時間を短縮させることができる。その結果として処理時間を短縮させることが可能となる。また、酸化処理のウエハ面内均一性を向上させることができる。すなわち、ウエハ２００面内全域に対して活性種をより均一に供給することが可能となり、例えばウエハ２００の外周付近とウエハ２００の中心側との間で酸化の度合いに顕著な違いが起こらないようにできる。
【０１２５】
また、複数のプラズマ発生部を用いることで、ウエハ２００やシリコン含有層へのプラズマダメージを抑制しつつ、ウエハ２００への活性種の供給量を増やすことができ、ステップ１ｂにおいて形成された塩素濃度の低いシリコン含有層に含まれる塩素を、効率的に脱離させることができる。これにより、塩素濃度が極めて低いシリコン酸化層を形成することができる。また、塩素を効率的に脱離させることで、酸化効率をさらに向上させることができる。すなわち、酸化を阻害させる要因となる塩素をシリコン含有層から効率的に脱離させることで、酸化効率をさらに向上させることができる。なお、シリコン含有層から脱離した塩素は、排気管２３１から処理室２０１外へと排気される。
【０１２６】
酸素含有ガスとしては、酸素（Ｏ２）ガスの他、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）ガスや一酸化窒素（ＮＯ）ガス、二酸化窒素（ＮＯ２）ガス、オゾン（Ｏ３）ガス、水素（Ｈ２）ガスとＯ２ガスとの混合ガス、Ｈ２ガスとＯ３ガスとの混合ガス、水蒸気（Ｈ２Ｏ）ガス、一酸化炭素（ＣＯ）ガス、二酸化炭素（ＣＯ２）ガス等を用いてもよい。不活性ガスとしては、Ｎ２ガスの他、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅ等の希ガスを用いてもよい。
【０１２７】
［ステップ４ｂ］
ステップ４ｂでは第２のパージ工程を行う。
【０１２８】
このとき、図８（ａ）に示すように、Ｏ２ガスは第１の流量ａと同量である第３の流量ｃで供給される。すなわち、第２のノズル２３３ｂ及び第３のノズル２３３ｃからバッファ室２３７ｂ及び２３７ｃを介して処理室２０１内に供給されるＯ２ガスの総流量が第３の流量ｃ（すなわち第１の流量ａ）となるように、第２ガス供給管２３２ｂ内及び第３ガス供給管２３２ｃ内を流れるそれぞれのＯ２ガスの流量がマスフローコントローラ２４１ｂ及びマスフローコントローラ２４１ｃによってそれぞれ調整される。このときマスフローコントローラ２４１ｂ及びマスフローコントローラ２４１ｃで制御するＯ２ガスの供給流量は、それぞれ例えば、、１〜２０００ｓｃｃｍ（０．００１〜２．０ｓｌｍ）の範囲内の流量とする。
ステップ４ｂにおいてＯ２ガスを供給することにより、Ｏ２ガス供給工程（ステップ３ｂ）を経て生成された副生成物のウエハ２００表面への付着を抑制しつつ、その排出が促される。また、Ｏ２ガス供給工程（ステップ３ｂ）で形成されたＳｉＯ層（下地）の表面がＯ２ガスによって改質され、次のサイクルのＩＰＣＳガス供給工程（ステップ１ｂ）で供給されるＩＰＣＳガスが吸着し易い状態となり、成膜速度の向上につながる。
【０１２９】
第１のパージ工程（ステップ２ｂ）〜第２のパージ工程（ステップ４ｂ）で供給されるＯ２ガスの流量は、第１の流量ａ＝第３の流量ｃ＜第２の流量ｂとなる。つまり、Ｏ２ガスの供給流量を多段階に変化させるようにしている。このように、Ｏ２ガス供給工程（ステップ３ｂ）の前後において比較的少量のＯ２ガスが供給されることで、Ｏ２ガスとＩＰＣＳガスとが比較的少量ずつ併存する期間が確保される。これにより、Ｏ２ガスとＩＰＣＳガスとの気相反応が僅かに生じ、Ｏ２ガス供給工程（ステップ３ｂ）の前後においてＯ２ガスが供給されない（存在しない）場合と比較して成膜速度を向上させることができる。
【０１３０】
一方で、成膜速度が大きくなり過ぎると膜厚の面内・面間均一性の悪化やパーティクルの問題等が生じ得る。このため、第１の流量ａ及び第３の流量ｃをＯ２ガス供給工程（ステップ３ｂ）における第２の流量ｂと比較して少なくすることで、これら第１の流量ａ及び第３の流量ｃでのＯ２ガス供給時に緩やかな反応を生じさせることができ、成膜速度が大きくなり過ぎることによる弊害が抑制される。
【０１３１】
なお、図８（ｂ）に示すように、第２のパージ工程（ステップ４ｂ）で流す第３の流量ｃを第１の流量ａより多く第２の流量ｂよりも少なくするようにしてもよい。すなわち、第１のパージ工程（ステップ２ｂ）〜第２のパージ工程（ステップ４ｂ）で供給されるＯ２ガスの流量を、第１の流量ａ＜第３の流量ｃ＜第２の流量ｂとしてもよい。第３の流量ｃを増加させることで、Ｏ２ガス供給工程（ステップ３ｂ）を経て生成された副生成物の排出をより促進させることができる。また、Ｏ２ガス供給工程（ステップ３ｂ）で形成されたＳｉＯ膜（下地）の表面改質効果をより高めることができ、次のサイクルのＩＰＣＳガス供給工程（ステップ１ｂ）におけるＩＰＣＳガスの吸着をより促進させることができる。これにより、成膜速度をより向上させることができる。このとき第２のパージ工程（ステップ４ｂ）において、マスフローコントローラ２４１ｂ及びマスフローコントローラ２４１ｃで制御するＯ２ガスの供給流量は、それぞれ例えば１〜５０００ｓｃｃｍ（０．００１〜５．０ｓｌｍ）の範囲内の流量とする。
つまり、図８（ａ）、（ｂ）におけるＯ２ガスの流量をまとめると、第１のパージ工程（ステップ２ｂ）〜第２のパージ工程（ステップ４ｂ）で供給されるＯ２ガスの流量を、第１の流量ａ≦第３の流量ｃ＜第２の流量ｂとするのが好ましい。
【０１３２】
また、図８（ｃ）に示すように、さらにＩＰＣＳガス供給工程（ステップ１ｂ）において、Ｏ２ガスを第１の流量ａで供給するようにしてもよい。すなわち、Ｏ２ガスを、ＩＰＣＳガス供給工程（ステップ１ｂ）、第１のパージ工程（ステップ２ｂ）、及び第２のパージ工程（ステップ４ｂ）において第１の流量ａで供給し、Ｏ２ガス供給工程（ステップ３ｂ）において第２の流量ｂで供給するようにしてもよい。
ＩＰＣＳガス供給工程（ステップ１ｂ）においてＯ２ガスを供給することで、Ｏ２ガスとＩＰＣＳガスとが比較的少量ずつ併存する期間がより多く確保される。これにより、Ｏ２ガスとＩＰＣＳガスとの気相反応が生じる割合が増大し、本構成を有さない場合と比較して成膜速度を向上させることができる。
【０１３３】
＜本発明の他の実施形態＞
以上、本発明の実施の形態を具体的に説明したが、本発明は上述の各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。
例えば、上述の各実施形態における各成膜シーケンスを組み合わせることで、ＳｉＮ膜とＳｉＯ膜とを同一処理室内で連続的にｉｎ−ｓｉｔｕで形成することができる。これによりｉｎ−ｓｉｔｕで、例えば、ＯＮ構造の積層膜（ＳｉＯ膜／ＳｉＮ膜）やＮＯ構造の積層膜（ＳｉＮ／ＳｉＯ膜）、ＯＮＯ構造の積層膜（ＳｉＯ膜／ＳｉＮ膜／ＳｉＯ膜）、ＯＮＯＮＯ構造の積層膜（ＳｉＯ膜／ＳｉＮ膜／ＳｉＯ膜／ＳｉＮ膜／ＳｉＯ膜）等を形成することができる。
【０１３４】
また、上述の第１実施形態のＳｉＮ成膜シーケンスのサイクルに、例えば、以下の工程をさらに設けるようにしてもよい。
例えば、Ｏ２ガス等の酸素含有ガスを供給する工程をさらに設けることで、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜）を形成することができる。
また例えば、プロピレン（Ｃ３Ｈ６）ガス等の炭素含有ガスを供給する工程をさらに設けることで、シリコン炭窒化膜（ＳｉＣＮ膜）を形成することができる。
また例えば、Ｏ２ガス等の酸素含有ガスを供給する工程と、Ｃ３Ｈ６ガス等の炭素含有ガスを供給する工程とをさらに設けることで、シリコン酸炭窒化膜（ＳｉＯＣＮ膜）を形成することができる。
また例えば、三塩化硼素（ＢＣｌ３）等の硼素含有ガスを供給する工程をさらに設けることで、シリコン硼窒化膜（ＳｉＢＮ膜）を形成することができる。
また例えば、ＢＣｌ３等の硼素含有ガスを供給する工程と、Ｃ３Ｈ６ガス等の炭素含有ガスを供給する工程とをさらに設けることで、シリコン硼炭窒化膜（ＳｉＢＣＮ膜）を形成することができる。
【０１３５】
また、上述の第２実施形態のＳｉＯ成膜シーケンスのサイクルに、例えば、以下の工程をさらに設けるようにしてもよい。
例えば、ＮＨ３ガス等の窒素含有ガスを供給する工程をさらに設けることで、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜）を形成することができる。
また例えば、プロピレン（Ｃ３Ｈ６）ガス等の炭素含有ガスを供給する工程と、ＮＨ３ガス等の窒素含有ガスを供給する工程とをさらに設けることで、シリコン酸炭窒化膜（ＳｉＯＣＮ膜）を形成することができる。
また例えば、Ｃ３Ｈ６ガス等の炭素含有ガスを供給する工程をさらに設けることで、シリコン酸炭化膜（ＳｉＯＣ膜）を形成することができる。
また例えば、トリエチルアミン（（Ｃ２Ｈ５）３Ｎ、略称：ＴＥＡ）ガス等の炭素及び窒素を含むガスを供給する工程をさらに設ければ、シリコン酸炭窒化膜（ＳｉＯＣＮ膜）を形成することができる。
【０１３６】
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が、本発明はこれに限定されず、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。
【０１３７】
また、上述の各実施形態や各変形例等は、適宜組み合わせて用いることができる。
【０１３８】
また、本発明は、例えば、既存の基板処理装置のプロセスレシピを変更することでも実現できる。プロセスレシピを変更する場合は、本発明に係る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既存の基板処理装置にインストールしたり、また、既存の基板処理装置の入出力装置を操作し、そのプロセスレシピ自体を本発明に係るプロセスレシピに変更したりすることも可能である。
【０１３９】
［本発明の好ましい態様］
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
【０１４０】
(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基板に対して反応ガスを供給する工程と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に薄膜を形成する工程を有し、
前記反応ガスを供給する工程では、前記反応ガスの供給流量を多段階で変化させる半導体装置の製造方法が提供される。
【０１４１】
（付記２）
付記１の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記反応ガスを供給する工程では、前記反応ガスの供給流量を第１の流量、第２の流量、第３の流量へと変化させ、前記第１の流量および前記第３の流量を、前記第２の流量よりも小さくする。
【０１４２】
（付記３）
付記２の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記第１の流量を前記第３の流量と等しくする。
【０１４３】
（付記４）
付記２の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記第１の流量を前記第３の流量よりも小さくする。
【０１４４】
（付記５）
付記１〜４のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記反応ガスは、窒素含有ガスおよび酸素含有ガスのうち少なくともいずれかを含む。
【０１４５】
（付記６）
付記１〜５のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記原料ガスは、クロロ基を有するガス、アミノ基を有するガス、および、アミノ基とクロロ基とを有するガスのうち少なくともいずれかを含む。
【０１４６】
（付記７）
付記１〜５のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記原料ガスは、クロロシラン系原料、アミノシラン系原料およびアミノクロロシラン系原料のうち少なくともいずれかを含む。
【０１４７】
（付記８）
付記１〜７のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記反応ガスを供給する工程では、前記処理室内の前記基板に対して熱励起させた前記反応ガスを供給する。
【０１４８】
（付記９）
付記１〜７のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記反応ガスを供給する工程では、前記処理室内の前記基板に対して、複数の励起部において熱励起させた前記反応ガスを、前記各励起部より供給する。
【０１４９】
（付記１０）
付記１〜７のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記反応ガスを供給する工程では、前記処理室内の前記基板に対してプラズマ励起させた前記反応ガスを供給する。
【０１５０】
（付記１１）
付記１〜７のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記反応ガスを供給する工程では、前記処理室内の前記基板に対して、複数の励起部においてプラズマ励起させた前記反応ガスを、前記各励起部より供給する。
【０１５１】
（付記１２）
付記１〜１１のいずれか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、前記基板を回転させる。
【０１５２】
（付記１３）
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基板に対して反応ガスを供給する工程と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に薄膜を形成する工程を有し、
前記反応ガスを供給する工程では、前記反応ガスの供給流量を多段階で変化させる基板処理方法が提供される。
【０１５３】
（付記１４）
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、
前記処理室内の基板に対して原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理室内の基板に対して反応ガスを供給する反応ガス供給系と、
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基板に対して前記反応ガスを供給する処理と、を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に薄膜を形成する処理を行い、前記反応ガスを供給する処理では、前記反応ガスの供給流量を多段階で変化させるように、前記原料ガス供給系および前記反応ガス供給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。
【０１５４】
（付記１５）
本発明のさらに他の態様によれば、
基板処理装置の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基板に対して反応ガスを供給する手順と、
前記各手順を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に薄膜を形成する手順と、
をコンピュータに実行させ、
前記反応ガスを供給する手順では、前記反応ガスの供給流量を多段階で変化させるプログラムが提供される。
【０１５５】
（付記１６）
本発明のさらに他の態様によれば、
基板処理装置の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基板に対して反応ガスを供給する手順と、
前記各手順を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に薄膜を形成する手順と、
をコンピュータに実行させ、
前記反応ガスを供給する手順では、前記反応ガスの供給流量を多段階で変化させ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が提供される。
【符号の説明】
【０１５６】
１２１    コントローラ（制御部）
２００    ウエハ（基板）
２０１    処理室
３０２    処理炉
２０３    反応管
２０７    ヒータ
２３１    排気管
２３２ａ  第１ガス供給管
２３２ｂ  第２ガス供給管
２３３ｃ  第３ガス供給管
２３８ａ  第１ノズル
２３８ｂ  第２ノズル
２３８ｃ  第３ノズル
２３７ｂ，２３７ｃ  バッファ室
【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８】
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【図９】
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