(57)【要約】      （修正有）【課題】垂直方向に配列して配置された複数枚の基板上に膜を形成する際、形成される膜の基板間における膜厚均一性を制御する。【解決手段】処理容器内に複数枚の基板を垂直方向に配列して配置する工程と、処理容器内へ処理ガスを供給し複数枚の基板上に膜を形成する工程と、を有する。膜を形成する工程は、処理容器内へ処理ガスを供給する工程と、処理容器内の圧力が処理圧力となるように圧力制御を行う工程と、を有し、圧力制御開始のタイミングに対する処理ガス供給開始のタイミングを調整することで、複数枚の基板のうち上部に配置された基板上に形成される膜の厚さを調整する。【選択図】図５
2018206827.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理容器内に複数枚の基板を垂直方向に配列して配置する工程と、
前記処理容器内へ処理ガスを供給し前記複数枚の基板上に膜を形成する工程と、を有し、
前記膜を形成する工程は、
前記処理容器内へ処理ガスを供給する工程と、
前記処理容器内の圧力が処理圧力となるように圧力制御を行う工程と、を有し、
前記圧力制御開始のタイミングに対する前記処理ガス供給開始のタイミングを調整することで、前記複数枚の基板のうち上部に配置された基板上に形成される膜の厚さを調整する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記処理ガス供給開始のタイミングとして、前記圧力制御開始前、前記圧力制御開始と同時、前記圧力制御開始後のうちいずれかを選択することで、前記上部に配置された前記基板上に形成される膜の厚さを調整する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記処理容器内の圧力が前記処理圧力未満の圧力から前記処理圧力に到達する前に、前記処理ガスの供給を開始する請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記膜を形成する工程では、前記処理ガスを供給する工程および前記圧力制御を行う工程のそれぞれを間欠的に行う請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
基板に対する処理が行われる処理容器と、
前記処理容器内に複数枚の基板を垂直方向に配列して配置するように前記複数枚の基板を支持する支持具と、
前記処理容器内の基板に対してガスを供給するガス供給系と、
前記処理容器内の圧力を制御する圧力制御器と、
前記処理容器内に前記複数枚の基板を垂直方向に配列して配置した状態で、前記処理容器内へ処理ガスを供給し前記複数枚の基板上に膜を形成する処理を行わせ、前記膜を形成する処理において、前記処理容器内へ処理ガスを供給する処理と、前記処理容器内の圧力が処理圧力となるように圧力制御を行う処理と、を行わせ、その際、前記圧力制御開始のタイミングに対する前記処理ガス供給開始のタイミングを調整することで、前記複数枚の基板のうち上部に配置された基板上に形成される膜の厚さを調整するように、前記ガス供給系および前記圧力制御器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６】
基板処理装置の処理容器内に複数枚の基板を垂直方向に配列して配置する手順と、
前記処理容器内へ処理ガスを供給し前記複数枚の基板上に膜を形成する手順と、
前記膜を形成する手順において、
前記処理容器内へ処理ガスを供給する手順と、
前記処理容器内の圧力が処理圧力となるように圧力制御を行う手順と、
前記圧力制御開始のタイミングに対する前記処理ガス供給開始のタイミングを調整することで、前記複数枚の基板のうち上部に配置された基板上に形成される膜の厚さを調整する手順と、
をコンピュータによって前記基板処理装置に実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程の一工程として、処理容器内に垂直方向に配列して配置された複数枚の基板に対して処理ガスを供給し、複数枚の基板上に膜を形成する工程が行われる場合がある（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１４０９４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、垂直方向に配列して配置された複数枚の基板上に膜を形成する際、形成される膜の基板間における膜厚均一性を制御することが可能な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によれば、
処理容器内に複数枚の基板を垂直方向に配列して配置する工程と、
前記処理容器内へ処理ガスを供給し前記複数枚の基板上に膜を形成する工程と、を有し、
前記膜を形成する工程は、
前記処理容器内へ処理ガスを供給する工程と、
前記処理容器内の圧力が処理圧力となるように圧力制御を行う工程と、を有し、
前記圧力制御開始のタイミングに対する前記処理ガス供給開始のタイミングを調整することで、前記複数枚の基板のうち上部に配置された基板上に形成される膜の厚さを調整する技術が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、垂直方向に配列して配置された複数枚の基板上に膜を形成する際、形成される膜の基板間における膜厚均一性を制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施形態で好適に用いられる基板処理装置の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ガス供給シーケンスを示す図である。
【図５】圧力制御開始のタイミングに対する処理ガス供給開始のタイミングの調整例を示す図である。
【図６】基板上に形成される膜の基板間における膜厚均一性の評価結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
＜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５を参照しながら説明する。
【０００９】
（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、保持板に支持されることにより垂直に据え付けられている。ヒータ２０７は、ガスを熱で活性化（励起）させる活性化機構（励起部）としても機能する。
【００１０】
ヒータ２０７の内側には、ヒータ２０７と同心円状に処理容器としての反応管２０３が配設されている。反応管２０３は、例えば石英（ＳｉＯ２）または炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料により構成され、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。反応管２０３の筒中空部には、処理室２０１が形成される。処理室２０１は、基板としてのウエハ２００を垂直方向に複数枚配列して配置（収容）可能に構成されている。反応管２０３の天井部（上端部）は、ドーム形状に形成されている。
【００１１】
反応管２０３内には、ノズル２４９ａ，２４９ｂ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。ノズル２４９ａ，２４９ｂには、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂがそれぞれ接続されている。
【００１２】
ガス供給管２３２ａ，２３２ｂには、上流側から順に、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４１ａ，２４１ｂおよび開閉弁であるバルブ２４３ａ，２４３ｂがそれぞれ設けられている。ガス供給管２３２ａ，２３２ｂのバルブ２４３ａ，２４３ｂよりも下流側には、不活性ガスを供給するガス供給管２３２ｃ，２３２ｄがそれぞれ接続されている。ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄには、上流側から順に、ＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄおよびバルブ２４３ｃ，２４３ｄがそれぞれ設けられている。
【００１３】
ノズル２４９ａ，２４９ｂは、図２に示すように、反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における平面視において円環状の空間に、反応管２０３の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ２００の配列方向上方に向かって立ち上がるようにそれぞれ設けられている。すなわち、ノズル２４９ａ，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それぞれ設けられている。ノズル２４９ａ，２４９ｂの側面には、ガスを供給するガス供給孔２５０ａ，２５０ｂがそれぞれ設けられている。ガス供給孔２５０ａ，２５０ｂ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，２５０ｂは、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられている。
【００１４】
ガス供給管２３２ａからは、処理ガス（原料ガス）として、形成しようとする膜を構成する主元素としてのシリコン（Ｓｉ）およびハロゲン元素を含むハロシラン系ガスが、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａ、ノズル２４９ａを介して反応管２０３内へ供給される。原料ガスとは、気体状態の原料、例えば、常温常圧下で液体状態である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原料等のことである。ハロゲン元素には、塩素（Ｃｌ）、フッ素（Ｆ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）等が含まれる。ハロシラン系ガスとしては、例えば、Ｃｌを含むクロロシラン系ガスを用いることができる。クロロシラン系ガスとしては、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。
【００１５】
ガス供給管２３２ｂからは、処理ガス（第１反応ガス）として、炭素（Ｃ）および窒素（Ｎ）を含むガスであるアミン系ガスが、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂ、ノズル２４９ｂを介して反応管２０３内へ供給される。アミン系ガスは、Ｎ、ＣおよびＨの３元素で構成されるガスである。アミン系ガスとしては、例えば、トリエチルアミン（（Ｃ２Ｈ５）３Ｎ、略称：ＴＥＡ）ガスを用いることができる。
【００１６】
ガス供給管２３２ｂからは、処理ガス（第２反応ガス）として、酸素（Ｏ）を含むガスである酸化ガス（酸化剤）が、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂ、ノズル２４９ｂを介して反応管２０３内へ供給される。酸化ガスとしては、例えば、酸素（Ｏ２）ガスを用いることができる。
【００１７】
ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄからは、不活性ガスが、それぞれＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄ、バルブ２４３ｃ，２４３ｄ、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂ、ノズル２４９ａ，２４９ｂを介して反応管２０３内へ供給される。不活性ガスとしては、例えば、窒素（Ｎ２）ガスを用いることができる。
【００１８】
主に、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂ、ＭＦＣ２４１ａ，２４１ｂ、バルブ２４３ａ，２４３ｂにより、処理ガス供給系（原料ガス供給系、第１反応ガス供給系、第２反応ガス供給系）が構成される。主に、ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄ、ＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄ、バルブ２４３ｃ，２４３ｄにより、不活性ガス供給系が構成される。
【００１９】
上述の各種供給系のうち、いずれか、或いは、全ての供給系は、バルブ２４３ａ〜２４３ｄやＭＦＣ２４１ａ〜２４１ｄ等が集積されてなる集積型供給システム２４８として構成されていてもよい。集積型供給システム２４８は、ガス供給管２３２ａ〜２３２ｄのそれぞれに対して接続され、ガス供給管２３２ａ〜２３２ｄ内への各種ガスの供給動作、すなわち、バルブ２４３ａ〜２４３ｄの開閉動作やＭＦＣ２４１ａ〜２４１ｄによる流量調整動作等が、後述するコントローラ１２１によって制御されるように構成されている。集積型供給システム２４８は、一体型、或いは、分割型の集積ユニットとして構成されており、ガス供給管２３２ａ〜２３２ｄ等に対して集積ユニット単位で着脱を行うことができ、集積型供給システム２４８のメンテナンス、交換、増設等を、集積ユニット単位で行うことが可能なように構成されている。
【００２０】
反応管２０３には、反応管２０３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、反応管２０３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、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。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で、処理室２０１内の「実際の圧力」を、所定の「設定圧力」に近づけることができる。処理室２０１内の「設定圧力」とは、処理室２０１内の圧力制御を行う際の「目標圧力」と同義と考えることができ、その値に、処理室２０１内の「実際の圧力」が追随することとなる。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。
【００２１】
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、例えばＳＵＳ等の金属材料により構成され、円盤状に形成されている。シールキャップ２１９の上面には、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の下方には、後述するボート２１７を回転させる回転機構２６７が設置されている。回転機構２６７の回転軸２５５は、シールキャップ２１９を貫通してボート２１７に接続されている。回転機構２６７は、ボート２１７を回転させることでウエハ２００を回転させるように構成されている。シールキャップ２１９は、反応管２０３の外部に設置された昇降機構としてのボートエレベータ１１５によって垂直方向に昇降されるように構成されている。ボートエレベータ１１５は、シールキャップ２１９を昇降させることで、ウエハ２００を反応管２０３内外に搬入および搬出（搬送）する搬送装置（搬送機構）として構成されている。
【００２２】
基板支持具としてのボート２１７は、複数枚、例えば２５〜２００枚のウエハ２００を、水平姿勢で、かつ、互いに中心を揃えた状態で垂直方向に整列させて多段に支持するように、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等の耐熱性材料により構成される。ボート２１７の下部には、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料により構成される断熱板２１８が多段に支持されている。
【００２３】
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、反応管２０３内の温度が所望の温度分布となる。温度センサ２６３は、反応管２０３の内壁に沿って設けられている。
【００２４】
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。
【００２５】
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等が記載されたプロセスレシピ等が、読み出し可能に格納されている。プロセスレシピは、後述する基板処理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できるように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、プロセスレシピや制御プログラム等を総称して、単に、プログラムともいう。また、プロセスレシピを、単に、レシピともいう。本明細書においてプログラムという言葉を用いた場合は、レシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、それらの両方を含む場合がある。ＲＡＭ１２１ｂは、ＣＰＵ１２１ａによって読み出されたプログラムやデータ等が一時的に保持されるメモリ領域（ワークエリア）として構成されている。
【００２６】
Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、上述のＭＦＣ２４１ａ〜２４１ｄ、バルブ２４３ａ〜２４３ｄ、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４４、真空ポンプ２４６、温度センサ２６３、ヒータ２０７、回転機構２６７、ボートエレベータ１１５等に接続されている。
【００２７】
ＣＰＵ１２１ａは、記憶装置１２１ｃから制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置１２２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置１２１ｃからレシピを読み出すように構成されている。ＣＰＵ１２１ａは、読み出したレシピの内容に沿うように、ＭＦＣ２４１ａ〜２４１ｄによる各種ガスの流量調整動作、バルブ２４３ａ〜２４３ｄの開閉動作、ＡＰＣバルブ２４４の開閉動作および圧力センサ２４５に基づくＡＰＣバルブ２４４による圧力調整動作、真空ポンプ２４６の起動および停止、温度センサ２６３に基づくヒータ２０７の温度調整動作、回転機構２６７によるボート２１７の回転および回転速度調節動作、ボートエレベータ１１５によるボート２１７の昇降動作等を制御するように構成されている。
【００２８】
コントローラ１２１は、外部記憶装置（例えば、ＨＤＤ等の磁気ディスク、ＣＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリ等の半導体メモリ）１２３に格納された上述のプログラムを、コンピュータにインストールすることにより構成することができる。記憶装置１２１ｃや外部記憶装置１２３は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成されている。以下、これらを総称して、単に、記録媒体ともいう。本明細書において記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶装置１２１ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置１２３単体のみを含む場合、または、それらの両方を含む場合がある。なお、コンピュータへのプログラムの提供は、外部記憶装置１２３を用いず、インターネットや専用回線等の通信手段を用いて行ってもよい。
【００２９】
（２）基板処理工程
上述の基板処理装置を用い、半導体装置の製造工程の一工程として、複数枚の基板としてのウエハ２００上にシリコン酸炭窒化膜（ＳｉＯＣＮ膜）を形成するシーケンス例について、図４、図５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。
【００３０】
本実施形態における基板処理工程は、
処理容器としての反応管２０３内に複数枚のウエハ２００を垂直方向に配列して配置するウエハ搬入ステップと、
反応管２０３内へ処理ガスを供給し複数枚のウエハ２００上にＳｉＯＣＮ膜を形成する成膜ステップと、を有し、
成膜ステップは、
反応管２０３内へ処理ガスを供給するステップと、
反応管２０３内の圧力が処理圧力となるように圧力制御を行うステップと、を有し、
圧力制御開始のタイミングに対する処理ガス供給開始のタイミングを調整することで、複数枚のウエハ２００のうち上部に配置されたウエハ２００上に形成されるＳｉＯＣＮ膜の厚さを調整する。
【００３１】
図４にガス供給シーケンスを示すように、成膜ステップでは、
ウエハ２００に対して処理ガスとしてＨＣＤＳガスを供給するステップ１と、ウエハ２００に対して処理ガスとしてＴＥＡガスを供給するステップ２と、ウエハ２００に対して処理ガスとしてＯ２ガスを供給するステップ３と、を非同時に行うサイクルを所定回数（ｎ回、ｎは１以上の整数）行う。
【００３２】
本明細書では、図４に示すガス供給シーケンスを、便宜上、以下のように示すこともある。以下の変形例等の説明においても、同様の表記を用いることとする。
【００３３】
（ＨＣＤＳ→ＴＥＡ→Ｏ２）×ｎ  ⇒  ＳｉＯＣＮ
【００３４】
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との積層体を意味する場合がある。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を意味する場合や、ウエハ上に形成された所定の層等の表面を意味する場合がある。本明細書において「ウエハ上に所定の層を形成する」と記載した場合は、ウエハそのものの表面上に所定の層を直接形成することを意味する場合や、ウエハ上に形成されている層等の上に所定の層を形成することを意味する場合がある。本明細書において「基板」という言葉を用いた場合も、「ウエハ」という言葉を用いた場合と同義である。
【００３５】
（ウエハ搬入ステップ）
複数枚のウエハ２００をボート２１７に装填（ウエハチャージ）する。その後、図１に示すように、複数枚のウエハ２００を垂直方向に配列して支持したボート２１７は、ボートエレベータ１１５によって持ち上げられて反応管２０３内へ搬入（ボートロード）される。この状態で、シールキャップ２１９は、Ｏリング２２０を介して反応管２０３の下端をシールした状態となる。
【００３６】
上述したように、反応管２０３の天井部はドーム状に形成されている。そのため、複数枚のウエハ２００が反応管２０３内に垂直方向に配列して配置された状態において、反応管２０３の天井部の内壁と複数枚のウエハ２００のうち上端部に配置されたウエハ２００とで挟まれる部分の反応管２０３内の空間（以下、上部ドーム空間と称する）は、複数枚のウエハ２００のうち隣り合うウエハ２００同士で挟まれた部分の反応管２０３内の空間（以下、ウエハ間空間と称する）よりも大きくなる。上部ドーム空間の容積は、ウエハ間空間の容積よりも大きくなる。上部ドーム空間は、ガスの流れを妨げる障害物等が存在しない比較的広い空間であり、そのコンダクタンスは、ウエハ間空間のコンダクタンスよりも大きくなる。
【００３７】
（真空排気ステップおよび温度調整ステップ）
反応管２０３内、すなわち、ウエハ２００が存在する空間が、真空ポンプ２４６によって減圧排気される（真空排気）。具体的には、ＡＰＣバルブ２４４の開度を全開（フルオープン）とする。また、バルブ２４３ｃ，２４３ｄを開き、ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄ内へＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスは、ＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄにより流量調整され、ノズル２４９ａ，２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給され、排気管２３１より排気される。ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄから供給するＮ２ガスの流量は、それぞれ、例えば１０〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。反応管２０３内の圧力（実際の圧力）は、後述する処理圧力よりも低い圧力であって、例えば１〜４０Ｐａの範囲内の圧力（真空排気時圧力）となる。なお、このとき、ＡＰＣバルブ２４４の開度を全開とするのではなく、反応管２０３内の圧力が、例えば１〜４０Ｐａの範囲内の圧力となるように、ＡＰＣバルブ２４４の開度を調整して圧力制御するようにしてもよい。
【００３８】
また、反応管２０３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、反応管２０３内が所望の温度分布となるように、温度センサ２６３が検出した温度情報に基づきヒータ２０７への通電具合がフィードバック制御される（温度調整）。また、回転機構２６７によるウエハ２００の回転を開始する。
【００３９】
反応管２０３内の排気、ウエハ２００の加熱および回転は、いずれも、少なくともウエハ２００に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。
【００４０】
（成膜ステップ）
その後、次のステップ１〜３を順次実施する。
【００４１】
［ステップ１］
このステップでは、反応管２０３内へＨＣＤＳガスを供給するステップ１Ａと、反応管２０３内の圧力が処理圧力となるように圧力制御を行うステップ１Ｂと、を実施する。
【００４２】
ステップ１Ａでは、バルブ２４３ａを開き、ガス供給管２３２ａ内へＨＣＤＳガスを流す。ＨＣＤＳガスは、ＭＦＣ２４１ａにより流量調整され、ノズル２４９ａを介して反応管２０３内へ供給され、排気管２３１より排気される。このとき、ウエハ２００に対してＨＣＤＳガスが供給される。ステップ１Ａの実施期間中は、ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄからのＮ２ガスの供給流量を減少させてもよく、また、図４に示すようにＮ２ガスの供給を停止してもよい。これらの場合、ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄからのＮ２ガスの供給流量は、それぞれ、例えば０〜１００００ｓｃｃｍ、好ましくは０〜５０００ｓｃｃｍの範囲内の流量とすることができる。なお、ステップ１Ａの実施期間外は、ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄからのＮ２ガスの供給を継続し、その供給流量は、真空排気ステップにおけるＮ２ガスの供給流量と同様とすることができる。
【００４３】
ステップ１Ｂでは、反応管２０３内の圧力が所定の設定圧力（処理圧力）となるように、ＡＰＣバルブ２４４の開度を調整する。この際、反応管２０３内の実際の圧力が処理圧力に到達するように、圧力センサ２４５で測定された反応管２０３内の圧力情報に基づきＡＰＣバルブ２４４の開度がフィードバック制御される。反応管２０３内へのＮ２ガスやＨＣＤＳガスの供給を継続した状態でＡＰＣバルブ２４４の開度を小さくすることにより、反応管２０３内の圧力を、真空排気時圧力よりも大きな圧力である処理圧力へと上昇させることが可能となる。
【００４４】
ステップ１においては、図５に示すように、ステップ１Ｂ（圧力制御）開始のタイミングに対するステップ１Ａ（ＨＣＤＳガス供給）開始のタイミングを調整する。具体的には、ステップ１Ａ開始のタイミングとして、ステップ１Ｂ開始前（タイミング１）、ステップ１Ｂ開始と同時（タイミング２）、ステップ１Ｂ開始後（タイミング３−１，３−２）のうちいずれかを選択する。これらタイミング選択により得られる効果については、後述する。
【００４５】
ステップ１における処理条件としては、
ＨＣＤＳガス供給流量：１〜２０００ｓｃｃｍ、好ましくは１０〜１０００ｓｃｃｍ
ＨＣＤＳガス供給時間：１〜１２０秒、好ましくは１〜６０秒
処理温度：２５０〜８００℃、好ましくは４００〜７００℃
処理圧力（設定圧力）：６７〜２６６６Ｐａ、好ましくは１３３〜１３３３Ｐａ
が例示される。
【００４６】
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の最表面上に、第１層として、Ｃｌを含むＳｉ含有層が形成される。Ｃｌを含むＳｉ含有層は、ウエハ２００の最表面に、ＨＣＤＳが物理吸着したり、ＨＣＤＳの一部が分解した物質（以下、ＳｉｘＣｌｙ）が化学吸着したり、ＨＣＤＳが熱分解したりすること等により形成される。Ｃｌを含むＳｉ含有層は、ＨＣＤＳやＳｉｘＣｌｙの吸着層（物理吸着層や化学吸着層）であってもよく、Ｃｌを含むＳｉ層であってもよい。なお、本明細書では、Ｃｌを含むＳｉ含有層を、単に、Ｓｉ含有層とも称する。
【００４７】
ウエハ２００上に第１層を形成した後、ステップ１Ａ，１Ｂの実施を終了する。具体的には、バルブ２４３ａを閉じ、反応管２０３内へのＨＣＤＳガスの供給を停止する。また、ＡＰＣバルブ２４４の開度を全開として反応管２０３内を真空排気し、反応管２０３内に残留するガス等を反応管２０３内から排除する。このとき、バルブ２４３ｃ，２４３ｄを開き、真空排気ステップにおけるＮ２ガスの供給流量と同様の供給流量で反応管２０３内へＮ２ガスを供給する。Ｎ２ガスはパージガスとして作用する。この状態を所定時間継続することで、反応管２０３内の圧力を真空排気時圧力まで低下させることができる。
【００４８】
処理ガス（原料ガス）としては、ＨＣＤＳガスの他、例えば、モノクロロシラン（ＳｉＨ３Ｃｌ、略称：ＭＣＳ）ガス、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２、略称：ＤＣＳ）ガス、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３、略称：ＴＣＳ）ガス、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４、略称：ＳＴＣ）ガス、オクタクロロトリシラン（Ｓｉ３Ｃｌ８、略称：ＯＣＴＳ）ガス等のクロロシラン系ガスを用いることができる。また、原料ガスとしては、テトラフルオロシラン（ＳｉＦ４）ガス、テトラブロモシラン（ＳｉＢｒ４）ガス、テトラヨードシラン（ＳｉＩ４）ガス等を用いることができる。すなわち、原料ガスとしては、フルオロシラン系ガス、ブロモシラン系ガス、ヨードシラン系ガス等のクロロシラン系ガス以外のハロシラン系ガスを用いることができる。
【００４９】
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ガス等の各種希ガスを用いることができる。この点は、後述するステップ２，３においても同様である。
【００５０】
［ステップ２］
ステップ１が終了した後、反応管２０３内のウエハ２００、すなわち、ウエハ２００上に形成された第１層に対してＴＥＡガスを供給するステップ２Ａと、反応管２０３内の圧力が処理圧力となるように圧力制御を行うステップ２Ｂと、を実施する。
【００５１】
ステップ２Ａでは、バルブ２４３ｂ〜２４３ｄの開閉制御を、ステップ１Ａにおけるバルブ２４３ａ，２４３ｃ，２４３ｄの開閉制御と同様の手順で行う。ＴＥＡガスは、ＭＦＣ２４１ｂにより流量調整され、ノズル２４９ｂを介して反応管２０３内へ供給され、排気管２３１より排気される。このとき、ウエハ２００に対してＴＥＡガスが供給される。
【００５２】
ステップ２Ｂでは、ＡＰＣバルブ２４４の開度制御を、ステップ１ＢにおけるＡＰＣバルブ２４４の開度制御と同様の手順で行う。反応管２０３内へのＮ２ガスやＴＥＡガスの供給を継続した状態でＡＰＣバルブ２４４の開度を小さくすることにより、反応管２０３内の圧力を、真空排気時圧力よりも大きな圧力である処理圧力へと上昇させることが可能となる。
【００５３】
ステップ２においても、図５に示すように、ステップ２Ｂ（圧力制御）開始のタイミングに対するステップ２Ａ（ＴＥＡガス供給）開始のタイミングを調整することができる。具体的には、ステップ２Ａ開始のタイミングとして、ステップ２Ｂ開始前（タイミング１）、ステップ２Ｂ開始と同時（タイミング２）、ステップ２Ｂ開始後（タイミング３−１，３−２）のうちいずれかを選択する。これらタイミング選択により得られる効果については、後述する。
【００５４】
ステップ２における処理条件としては、
ＴＥＡガス供給流量：１〜２０００ｓｃｃｍ、好ましくは１０〜１０００ｓｃｃｍ
ＴＥＡガス供給時間：１〜１２０秒、好ましくは１〜６０秒
処理圧力（設定圧力）：６７〜４０００Ｐａ、好ましくは６７〜３０００Ｐａ
が例示される。他の処理条件は、ステップ１における処理条件と同様とする。
【００５５】
上述の条件下でウエハ２００に対してＴＥＡガスを供給することにより、ステップ１でウエハ２００上に形成された第１層と、ＴＥＡガスと、を反応させることができる。それにより、第１層中からＣｌを脱離させると共に、ＴＥＡガスに含まれるＮ成分やＣ成分を第１層中に取り込ませることが可能となる。このようにして第１層が改質されることで、ウエハ２００上に、第２層として、Ｓｉ、ＣおよびＮを含む層、すなわち、シリコン炭窒化層（ＳｉＣＮ層）が形成される。
【００５６】
ウエハ２００上に第２層を形成した後、ステップ２Ａ，２Ｂの実施を終了する。具体的には、バルブ２４３ｂを閉じ、反応管２０３内へのＴＥＡガスの供給を停止する。また、ステップ１と同様の処理手順により、反応管２０３内に残留するガス等を反応管２０３内から排除し、反応管２０３内の圧力を真空排気時圧力まで低下させる。
【００５７】
処理ガス（第１反応ガス）としては、ＴＥＡガスの他、ジエチルアミン（（Ｃ２Ｈ５）２ＮＨ、略称：ＤＥＡ）ガス、モノエチルアミン（Ｃ２Ｈ５ＮＨ２、略称：ＭＥＡ）ガス等のエチルアミン系ガスや、トリメチルアミン（（ＣＨ３）３Ｎ、略称：ＴＭＡ）ガス、ジメチルアミン（（ＣＨ３）２ＮＨ、略称：ＤＭＡ）ガス、モノメチルアミン（ＣＨ３ＮＨ２、略称：ＭＭＡ）ガス等のメチルアミン系ガスや、トリプロピルアミン（（Ｃ３Ｈ７）３Ｎ、略称：ＴＰＡ）ガス、ジプロピルアミン（（Ｃ３Ｈ７）２ＮＨ、略称：ＤＰＡ）ガス、モノプロピルアミン（Ｃ３Ｈ７ＮＨ２、略称：ＭＰＡ）ガス等のプロピルアミン系ガスや、トリイソプロピルアミン（［（ＣＨ３）２ＣＨ］３Ｎ、略称：ＴＩＰＡ）ガス、ジイソプロピルアミン（［（ＣＨ３）２ＣＨ］２ＮＨ、略称：ＤＩＰＡ）ガス、モノイソプロピルアミン（（ＣＨ３）２ＣＨＮＨ２、略称：ＭＩＰＡ）ガス等のイソプロピルアミン系ガスや、トリブチルアミン（（Ｃ４Ｈ９）３Ｎ、略称：ＴＢＡ）ガス、ジブチルアミン（（Ｃ４Ｈ９）２ＮＨ、略称：ＤＢＡ）ガス、モノブチルアミン（Ｃ４Ｈ９ＮＨ２、略称：ＭＢＡ）ガス等のブチルアミン系ガスや、トリイソブチルアミン（［（ＣＨ３）２ＣＨＣＨ２］３Ｎ、略称：ＴＩＢＡ）ガス、ジイソブチルアミン（［（ＣＨ３）２ＣＨＣＨ２］２ＮＨ、略称：ＤＩＢＡ）ガス、モノイソブチルアミン（（ＣＨ３）２ＣＨＣＨ２ＮＨ２、略称：ＭＩＢＡ）ガス等のイソブチルアミン系ガスを用いることができる。
【００５８】
また、処理ガス（第１反応ガス）としては、アミン系ガスの他、有機ヒドラジン系ガスを用いることもできる。有機ヒドラジン系ガスとしては、モノメチルヒドラジン（（ＣＨ３）ＨＮ２Ｈ２、略称：ＭＭＨ）ガス、ジメチルヒドラジン（（ＣＨ３）２Ｎ２Ｈ２、略称：ＤＭＨ）ガス、トリメチルヒドラジン（（ＣＨ３）２Ｎ２（ＣＨ３）Ｈ、略称：ＴＭＨ）ガス等のメチルヒドラジン系ガスや、エチルヒドラジン（（Ｃ２Ｈ５）ＨＮ２Ｈ２、略称：ＥＨ）ガス等のエチルヒドラジン系ガスを用いることができる。
【００５９】
［ステップ３］
ステップ２が終了した後、反応管２０３内のウエハ２００、すなわち、ウエハ２００上に形成された第２層に対してＯ２ガスを供給するステップ３Ａと、反応管２０３内の圧力が処理圧力となるように圧力制御を行うステップ３Ｂと、を実施する。
【００６０】
ステップ３Ａでは、バルブ２４３ｂ〜２４３ｄの開閉制御を、ステップ１Ａにおけるバルブ２４３ａ，２４３ｃ，２４３ｄの開閉制御と同様の手順で行う。Ｏ２ガスは、ＭＦＣ２４１ｂにより流量調整され、ノズル２４９ｂを介して反応管２０３内へ供給され、排気管２３１より排気される。このとき、ウエハ２００に対してＯ２ガスが供給される。
【００６１】
ステップ３Ｂでは、ＡＰＣバルブ２４４の開度制御を、ステップ１ＢにおけるＡＰＣバルブ２４４の開度制御と同様の手順で行う。反応管２０３内へのＮ２ガスやＯ２ガスの供給を継続した状態でＡＰＣバルブ２４４の開度を小さくすることにより、反応管２０３内の圧力を、真空排気時圧力よりも大きな圧力である処理圧力へと上昇させることが可能となる。
【００６２】
ステップ３においても、図５に示すように、ステップ３Ｂ（圧力制御）開始のタイミングに対するステップ３Ａ（Ｏ２ガス供給）開始のタイミングを調整することができる。具体的には、ステップ３Ａ開始のタイミングとして、ステップ３Ｂ開始前（タイミング１）、ステップ３Ｂ開始と同時（タイミング２）、ステップ３Ｂ開始後（タイミング３−１，３−２）のうちいずれかを選択する。これらタイミング選択により得られる効果については、後述する。
【００６３】
ステップ３における処理条件としては、
Ｏ２ガス供給流量：１００〜１００００ｓｃｃｍ
Ｏ２ガス供給時間：１〜１２０秒、好ましくは１〜６０秒
処理圧力（設定圧力）：６７〜４０００Ｐａ、好ましくは６７〜３０００Ｐａ
が例示される。他の処理条件は、ステップ１における処理条件と同様とする。
【００６４】
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により、ステップ２でウエハ２００上に形成された第２層の少なくとも一部を酸化させることができる。それにより、第２層中からＣｌを脱離させると共に、Ｏ２ガスに含まれるＯ成分を第２層中に取り込ませることが可能となる。第２層が酸化されることで、ウエハ２００上に、第３層として、Ｓｉ、Ｏ、ＣおよびＮを含む層、すなわち、シリコン酸炭窒化層（ＳｉＯＣＮ層）が形成される。
【００６５】
ウエハ２００上に第３層を形成した後、ステップ３Ａ，３Ｂの実施を終了する。具体的には、バルブ２４３ｂを閉じ、反応管２０３内へのＯ２ガスの供給を停止する。また、ステップ１と同様の処理手順により、反応管２０３内に残留するガス等を反応管２０３内から排除し、反応管２０３内の圧力を真空排気時圧力まで低下させる。
【００６６】
処理ガス（第２反応ガス）としては、Ｏ２ガスの他、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）ガス、一酸化窒素（ＮＯ）ガス、二酸化窒素（ＮＯ２）ガス、水蒸気（Ｈ２Ｏガス）、一酸化炭素（ＣＯ）ガス、二酸化炭素（ＣＯ２）ガス、オゾン（Ｏ３）ガス、プラズマ励起させたＯ２ガス（Ｏ２＊）、Ｏ２ガス＋水素（Ｈ２）ガス等を用いることができる。
【００６７】
［所定回数実施］
ステップ１〜３を非同時に、すなわち、同期させることなく行うサイクルを１回以上（ｎ回）行うことにより、ウエハ２００上に、所望組成、所望膜厚のＳｉＯＣＮ膜を形成することができる。成膜ステップにおいては、ステップ１Ａ〜３Ａ、ステップ１Ｂ〜３Ｂのそれぞれが、間欠的に行われることになる。上述のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましい。すなわち、１サイクルあたりに形成される第３層の厚さを所望の膜厚よりも小さくし、第３層を積層することで形成されるＳｉＯＣＮ膜の膜厚が所望の膜厚になるまで、上述のサイクルを複数回繰り返すのが好ましい。
【００６８】
（アフターパージステップおよび大気圧復帰ステップ）
ウエハ２００上に所望組成、所望膜厚のＳｉＯＣＮ膜が形成された後、ノズル２４９ａ，２４９ｂのそれぞれからＮ２ガスを反応管２０３内へ供給し、排気管２３１より排気する。これにより、反応管２０３内がパージされ、反応管２０３内に残留するガスや反応副生成物が反応管２０３内から除去される（アフターパージ）。その後、反応管２０３内の雰囲気が不活性ガスに置換され（不活性ガス置換）、反応管２０３内の圧力が常圧に復帰される（大気圧復帰）。
【００６９】
（ウエハ搬出ステップ）
ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９を下降させ、反応管２０３の下端を開口させる。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（ボートアンロード）される。処理済のウエハ２００は、反応管２０３の外部に搬出された後、ボート２１７より取出される（ウエハディスチャージ）。
【００７０】
（３）本実施形態による効果
上述の実施形態によれば、以下に示す１つまたは複数の効果が得られる。
【００７１】
（ａ）ステップ１Ｂ（圧力制御）開始のタイミングに対するステップ１Ａ（ＨＣＤＳガス供給）開始のタイミングを調整することで、複数枚のウエハ２００のうち上部に配置されたウエハ２００上に形成されるＳｉＯＣＮ膜の厚さを調整することが可能となる。これにより、ウエハ２００間におけるＳｉＯＣＮ膜の膜厚均一性（ＷｔＷ）を制御することが可能となる。
【００７２】
具体的には、ステップ１Ａ開始のタイミングとして、ステップ１Ｂ開始前（タイミング１）、ステップ１Ｂ開始と同時（タイミング２）、ステップ１Ｂ開始後（タイミング３−１，３−２）のうちいずれかを選択する。すなわち、反応管２０３内の圧力が、処理圧力未満の圧力から処理圧力に到達する前に（例えば、処理圧力に到達する過程で）、ＨＣＤＳガスの供給を開始したり、反応管２０３内の圧力が処理圧力未満の圧力から処理圧力に到達した後に、ＨＣＤＳガスの供給を開始したりする。これらの選択動作により、複数枚のウエハ２００のうち上部に配置されたウエハ２００上に形成されるＳｉＯＣＮ膜の厚さを調整することが可能となる。
【００７３】
例えば、ステップ１Ａ開始のタイミングとして、タイミング１または２を選択する場合、タイミング３−１または３−２を選択する場合よりも、複数枚のウエハ２００のうち上部に配置されたウエハ２００上に形成されるＳｉＯＣＮ膜の厚さを厚くすることが可能となる。というのも、ステップ１Ａ開始のタイミングとしてこのようなタイミングを選択すると、ＨＣＤＳガスは、真空排気された反応管２０３（真空排気時圧力まで減圧された反応管２０３）内へ供給され、拡散することになる。この場合、ＨＣＤＳガスは、コンダクタンスの比較的小さなウエハ間空間よりも、コンダクタンスの比較的大きな上部ドーム空間（真空排気時圧力となるまで排気され、分子が少ない状態となった上部ドーム空間）内へ優先的に流れ込むことになる。その結果、複数枚のウエハ２００のうち上部に配置されたウエハ２００に対するＨＣＤＳガスの供給量を増加させる方向に制御することができ、上述の膜厚制御を実現することが可能となる。なお、ステップ１Ａ開始のタイミングとして、タイミング１を選択する方が、タイミング２を選択するよりも、上部ドーム空間へのＨＣＤＳガスの優先的な流れ込みを長時間実施することが可能となるため、上述の効果がさらに得やすくなる。
【００７４】
また例えば、ステップ１Ａ開始のタイミングとして、タイミング３−１または３−２を選択する場合、タイミング１または２を選択する場合よりも、複数枚のウエハ２００のうち上部に配置されたウエハ２００上に形成されるＳｉＯＣＮ膜の厚さを薄くすることが可能となる。というのも、ステップ１Ａ開始のタイミングとしてこのようなタイミングを選択する場合、ステップ１Ｂでは、少なくともステップ１Ａを開始する迄の間、反応管２０３内へのＮ２ガスの供給を継続した状態でＡＰＣバルブ２４４の開度を小さくし、Ｎ２ガスにより反応管２０３内の圧力を上昇させることになる。すなわち、Ｎ２ガスを用いて反応管２０３内の圧力制御を開始することになる。したがって、ステップ１Ａ開始のタイミングとして、タイミング３−１または３−２を選択する場合、ステップ１Ａ開始の際には、コンダクタンスの大きな上部ドーム空間内には既にＮ２ガスが多量に流れ込んだ状態（Ｎ２ガスが充満した状態）となっており、このＮ２ガスの存在により、上部ドーム空間内へのＨＣＤＳガスの流れ込みが制限されることになる。その結果、複数枚のウエハ２００のうち上部に配置されたウエハ２００に対するＨＣＤＳガスの供給量を減少させる方向に制御することができ、上述の膜厚制御を実現することが可能となる。なお、ステップ１Ａ開始のタイミングとして、タイミング３−２を選択する方が、タイミング３−１を選択するよりも、上部ドーム空間へのＨＣＤＳガスの流れ込みをより確実に制限することができ、上述の効果がさらに得やすくなる。一方で、タイミング３−１を選択する場合には、ステップ１Ｂ開始からステップ１Ａ開始までの時間を調整することで、複数枚のウエハ２００のうち上部に配置されたウエハ２００上に形成されるＳｉＯＣＮ膜の厚さを微調整することが可能となる。
【００７５】
（ｂ）ステップ２Ｂ（圧力制御）開始のタイミングに対するステップ２Ａ（ＴＥＡガス供給）開始のタイミングをステップ１の場合と同様に調整することで、複数枚のウエハ２００のうち上部に配置されたウエハ２００上に形成されるＳｉＯＣＮ膜の組成を調整することが可能となる。
【００７６】
例えば、ステップ２Ａ開始のタイミングとして、タイミング１または２を選択する場合、タイミング３−１または３−２を選択する場合よりも、複数枚のウエハ２００のうち上部に配置されたウエハ２００上に形成されるＳｉＯＣＮ膜のＣ濃度やＮ濃度（特にＣ濃度）を高める方向に調整することが可能となる。これは、ステップ２Ａ開始のタイミングとしてこれらのタイミングを選択することにより、複数枚のウエハ２００のうち上部に配置されたウエハ２００に対するＴＥＡガスの供給量を増加させる方向に制御することが可能となるためである。この理由はステップ１で述べた理由と同様である。なお、ステップ２Ａ開始のタイミングとして、タイミング１を選択する方が、タイミング２を選択するよりも、上部ドーム空間へのＴＥＡガスの優先的な流れ込みを長時間実施することが可能となるため、上述の効果がさらに得やすくなる。
【００７７】
また例えば、ステップ２Ａ開始のタイミングとして、タイミング３−１または３−２を選択する場合、タイミング１または２を選択する場合よりも、複数枚のウエハ２００のうち上部に配置されたウエハ２００上に形成されるＳｉＯＣＮ膜のＣ濃度やＮ濃度を低くする方向に調整することが可能となる。これは、ステップ２Ａ開始のタイミングとしてこれらのタイミングを選択することにより、複数枚のウエハ２００のうち上部に配置されたウエハ２００に対するＴＥＡガスの供給量を減少させる方向に制御することが可能となるためである。この理由はステップ１で述べた理由と同様である。なお、ステップ２Ａ開始のタイミングとして、タイミング３−２を選択する方が、タイミング３−１を選択するよりも、上部ドーム空間へのＴＥＡガスの流れ込みをより確実に制限することができ、上述の効果がさらに得やすくなる。一方で、タイミング３−１を選択する場合には、ステップ２Ｂ開始からステップ２Ａ開始までの時間を調整することで、複数枚のウエハ２００のうち上部に配置されたウエハ２００上に形成されるＳｉＯＣＮ膜のＣ濃度やＮ濃度を微調整することが可能となる。
【００７８】
（ｃ）ステップ３Ｂ（圧力制御）開始のタイミングに対するステップ３Ａ（Ｏ２ガス供給）開始のタイミングをステップ１の場合と同様に調整することで、複数枚のウエハ２００のうち上部に配置されたウエハ２００上に形成されるＳｉＯＣＮ膜の組成を調整することが可能となる。
【００７９】
例えば、ステップ３Ａ開始のタイミングとして、タイミング１または２を選択する場合、タイミング３−１または３−２を選択する場合よりも、複数枚のウエハ２００のうち上部に配置されたウエハ２００上に形成されるＳｉＯＣＮ膜のＯ濃度を高める（Ｃ濃度やＮ濃度を低くする）方向に調整することが可能となる。これは、ステップ３Ａ開始のタイミングとしてこれらのタイミングを選択することにより、複数枚のウエハ２００のうち上部に配置されたウエハ２００に対するＯ２ガスの供給量を増加させる方向に制御することが可能となるためである。この理由はステップ１で述べた理由と同様である。なお、ステップ３Ａ開始のタイミングとして、タイミング１を選択する方が、タイミング２を選択するよりも、上部ドーム空間へのＯ２ガスの優先的な流れ込みを長時間実施することが可能となるため、上述の効果がさらに得やすくなる。
【００８０】
また例えば、ステップ３Ａ開始のタイミングとして、タイミング３−１または３−２を選択する場合、タイミング１または２を選択する場合よりも、複数枚のウエハ２００のうち上部に配置されたウエハ２００上に形成されるＳｉＯＣＮ膜のＯ濃度を低くする（Ｃ濃度やＮ濃度を高くする）方向に調整することが可能となる。これは、ステップ３Ａ開始のタイミングとしてこれらのタイミングを選択することにより、複数枚のウエハ２００のうち上部に配置されたウエハ２００に対するＯ２ガスの供給量を減少させる方向に制御することが可能となるためである。この理由はステップ１で述べた理由と同様である。なお、ステップ３Ａ開始のタイミングとして、タイミング３−２を選択する方が、タイミング３−１を選択するよりも、上部ドーム空間へのＯ２ガスの流れ込みをより確実に制限することができ、上述の効果がさらに得やすくなる。一方で、タイミング３−１を選択する場合には、ステップ３Ｂ開始からステップ３Ａ開始までの時間を調整することで、複数枚のウエハ２００のうち上部に配置されたウエハ２００上に形成されるＳｉＯＣＮ膜のＯ濃度を微調整することが可能となる。
【００８１】
（ｄ）上述の効果は、原料ガスとしてＨＣＤＳガス以外のＳｉ含有ガスを用いる場合や、第１反応ガスとしてＴＥＡガス以外のＮおよびＣを含むガスを用いる場合や、第２反応ガスとしてＯ２ガス以外のＯ含有ガスを用いる場合にも、同様に得ることができる。
【００８２】
（４）変形例
本実施形態は、以下の変形例のように変更することができる。また、これらの変形例は任意に組み合わせることができる。
【００８３】
（変形例１）
ＨＣＤＳガス、ＴＥＡガス、Ｏ２ガスのうち少なくともいずれかの処理ガス供給開始のタイミングとして、圧力制御開始前（タイミング１）、圧力制御開始と同時（タイミング２）、圧力制御開始後（タイミング３−１，３−２）のうちいずれか１つを選択して、ＳｉＯＣＮ膜を形成する成膜ステップを開始し、成膜ステップの途中で、処理ガス供給開始のタイミングを、タイミング１，２，３−１，３−２のうち選択した上述の１つとは異なる他の１つに変更して、成膜ステップを継続するようにしてもよい。
【００８４】
例えば、ステップ１Ａ開始のタイミングとしてタイミング１を選択して成膜ステップを開始し、成膜ステップの途中から、ステップ１Ａ開始のタイミングをタイミング２，３−１，３−２のいずれかに変更し、成膜ステップを継続するようにしてもよい。また例えば、ステップ１Ａ開始のタイミングとしてタイミング３−２を選択して成膜ステップを開始し、成膜ステップの途中から、ステップ１Ａ開始のタイミングをタイミング１，２，３−１のいずれかに変更し、成膜ステップを継続するようにしてもよい。
【００８５】
（変形例２）
ＨＣＤＳガス、ＴＥＡガス、Ｏ２ガスのうち少なくともいずれかの処理ガス供給開始のタイミングとして、圧力制御開始後（タイミング３−１）を選択して、ＳｉＯＣＮ膜を形成する成膜ステップを開始し、成膜ステップの途中で、圧力制御開始から処理ガス供給開始までの時間を変更して、成膜ステップを継続するようにしてもよい。
【００８６】
例えば、ステップ１Ａ開始のタイミングとしてタイミング３−１を選択して成膜ステップを開始し、成膜ステップの途中で、ステップ１Ｂ開始からステップ１Ａ開始までの時間（Ｔ１）を、それまでよりも短くする方向に変更して、成膜ステップを継続するようにしてもよい。例えば、成膜ステップ前半におけるＴ１を２０秒とし、成膜ステップの途中でＴ１を１５秒に変更する（成膜ステップ後半におけるＴ１を１５秒とする）ようにしてもよい。また例えば、ステップ１Ａ開始のタイミングとしてタイミング３−１を選択して成膜ステップを開始し、成膜ステップの途中で、ステップ１Ｂ開始からステップ１Ａ開始までの時間（Ｔ１）を、それまでよりも長くする方向に変更して、成膜ステップを継続するようにしてもよい。例えば、成膜ステップ前半におけるＴ１を２０秒とし、成膜ステップの途中でＴ１を２５秒に変更する（成膜ステップ後半におけるＴ１を２５秒とする）ようにしてもよい。
【００８７】
（変形例３）
真空排気ステップや、ステップ１〜３において反応管２０３内を真空排気する際には、ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄから反応管２０３内へのＮ２ガスの供給を不実施としてもよい。これらの場合、反応管２０３内の真空排気圧力は、例えば１〜５Ｐａの範囲内の圧力となる。但し、ステップ１Ａ，２Ａ，３Ａの開始タイミングとしてタイミング３−１，３−２を選択する場合には、ステップ１Ｂ，２Ｂ，３Ｂ開始後、ステップ１Ａ，２Ａ，３Ａを開始するまでの間は、反応管２０３内へ処理ガスを供給することなく反応管２０３内の圧力を処理圧力へ高める必要があるため、少なくともその間は、ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄから反応管２０３内へのＮ２ガスの供給を実施する必要がある。
【００８８】
＜他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態について具体的に説明した。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。
【００８９】
処理ガスとして、上述したハロシラン系ガスの他、例えば、１，１，２，２−テトラクロロ−１，２−ジメチルジシラン（（ＣＨ３）２Ｓｉ２Ｃｌ４、略称：ＴＣＤＭＤＳ）ガスのようなアルキルハロシラン系ガスや、トリスジメチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］３Ｈ、略称：３ＤＭＡＳ）ガスやビスジエチルアミノシラン（ＳｉＨ２［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］２、略称：ＢＤＥＡＳ）ガスのようなアミノシラン系ガスを用いてもよい。また、モノシラン（ＳｉＨ４）ガスやジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）ガスのような水素化ケイ素ガスを用いてもよい。
【００９０】
また、処理ガスとして、上述した第１、第２反応ガスの他、例えば、アンモニア（ＮＨ３）ガスのようなＮ含有ガス（窒化剤）や、プロピレン（Ｃ３Ｈ６）ガスのようなＣ含有ガスや、トリクロロボラン（ＢＣｌ３）ガスのような硼素（Ｂ）含有ガスを用いてもよい。
【００９１】
そして、例えば以下のガス供給シーケンスにより、ウエハ２００上に、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜）、シリコン炭窒化膜（ＳｉＣＮ膜）、ＳｉＯＣＮ膜、シリコン硼炭窒化膜（ＳｉＢＣＮ膜）、シリコン硼窒化膜（ＳｉＢＮ膜）、シリコン酸化膜（ＳｉＯ膜）を形成するようにしてもよい。
【００９２】
（ＨＣＤＳ→ＮＨ３→Ｏ２）×ｎ  ⇒  ＳｉＯＮ
（ＨＣＤＳ→ＴＥＡ）×ｎ  ⇒  ＳｉＣＮ
（ＴＣＤＭＤＳ→ＮＨ３）×ｎ  ⇒  ＳｉＣＮ
（ＴＣＤＭＤＳ→ＮＨ３→Ｏ２）×ｎ  ⇒  ＳｉＯＣＮ
（ＨＣＤＳ→Ｃ３Ｈ６→ＮＨ３→Ｏ２）×ｎ  ⇒  ＳｉＯＣＮ
（ＨＣＤＳ→Ｃ３Ｈ６→ＢＣｌ３→ＮＨ３）×ｎ  ⇒  ＳｉＢＣＮ
（ＨＣＤＳ→ＢＣｌ３→ＮＨ３）×ｎ  ⇒  ＳｉＢＮ
（ＨＣＤＳ→Ｏ２＋Ｈ２）×ｎ  ⇒  ＳｉＯ
（３ＤＭＡＳ→Ｏ３）×ｎ  ⇒  ＳｉＯ
（ＢＤＥＡＳ→Ｏ２＊）×ｎ  ⇒  ＳｉＯ
【００９３】
上述の実施形態では、基板上に主元素としてＳｉを含む膜を形成する例について説明したが、本発明はこのような態様に限定されない。すなわち、Ｓｉの他、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ボロン（Ｂ）等の半金属元素を主元素として含む膜を基板上に形成する場合にも、本発明を好適に適用することが可能である。また、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属元素を主元素として含む膜を基板上に形成する場合にも、本発明を好適に適用することが可能である。
【００９４】
例えば、処理ガスとして、チタニウムテトラクロライド（ＴｉＣｌ４）ガスやトリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ３）３、略称：ＴＭＡ）ガスを用い、以下に示すガス供給シーケンスにより、基板上に、チタン窒化膜（ＴｉＮ膜）、チタン酸窒化膜（ＴｉＯＮ膜）、チタンアルミニウム炭窒化膜（ＴｉＡｌＣＮ膜）、チタンアルミニウム炭化膜（ＴｉＡｌＣ膜）、チタン炭窒化膜（ＴｉＣＮ膜）、チタン酸化膜（ＴｉＯ膜）等を形成する場合にも、本発明を好適に適用することが可能である。
【００９５】
（ＴｉＣｌ４→ＮＨ３）×ｎ  ⇒  ＴｉＮ
（ＴｉＣｌ４→ＮＨ３→Ｏ２）×ｎ  ⇒  ＴｉＯＮ
（ＴｉＣｌ４→ＴＭＡ→ＮＨ３）×ｎ  ⇒  ＴｉＡｌＣＮ
（ＴｉＣｌ４→ＴＭＡ）×ｎ  ⇒  ＴｉＡｌＣ
（ＴｉＣｌ４→ＴＥＡ）×ｎ  ⇒  ＴｉＣＮ
（ＴｉＣｌ４→Ｈ２Ｏ）×ｎ  ⇒  ＴｉＯ
【００９６】
基板処理に用いられるレシピは、処理内容に応じて個別に用意し、電気通信回線や外部記憶装置１２３を介して記憶装置１２１ｃ内に格納しておくことが好ましい。そして、基板処理を開始する際、ＣＰＵ１２１ａが、記憶装置１２１ｃ内に格納された複数のレシピの中から、基板処理の内容に応じて、適正なレシピを適宜選択することが好ましい。これにより、１台の基板処理装置で様々な膜種、組成比、膜質、膜厚の膜を、再現性よく形成することができるようになる。また、オペレータの負担を低減でき、操作ミスを回避しつつ、処理を迅速に開始できるようになる。
【００９７】
上述のレシピは、新たに作成する場合に限らず、例えば、基板処理装置に既にインストールされていた既存のレシピを変更することで用意してもよい。レシピを変更する場合は、変更後のレシピを、電気通信回線や当該レシピを記録した記録媒体を介して、基板処理装置にインストールしてもよい。また、既存の基板処理装置が備える入出力装置１２２を操作し、基板処理装置に既にインストールされていた既存のレシピを直接変更するようにしてもよい。
【００９８】
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膜を形成する場合にも、好適に適用できる。
【００９９】
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処理手順、処理条件にて成膜を行うことができ、これらと同様の効果が得られる。
【０１００】
また、上述の実施形態や変形例は、適宜組み合わせて用いることができる。このときの処理手順、処理条件は、例えば、上述の実施形態の処理手順、処理条件と同様とすることができる。
【実施例】
【０１０１】
以下、実施例について説明する。
【０１０２】
実施例１として、図１に示す基板処理装置を用い、図４に示すガス供給シーケンスにより、複数枚のウエハ上にＳｉＯＣＮ膜を形成した。ステップ１Ａ開始のタイミングとしてはタイミング３−２を選択し、ステップ１Ａ開始のタイミングと、ステップ１Ｂ開始のタイミングと、の時間差を１２秒に設定した。他の処理条件は、上述の実施形態に記載の処理条件範囲内の所定の条件とした。
【０１０３】
実施例２として、図１に示す基板処理装置を用い、図４に示すガス供給シーケンスにより、複数枚のウエハ上にＳｉＯＣＮ膜を形成した。ステップ１Ａ開始のタイミングとしてはタイミング３−１を選択し、ステップ１Ａ開始のタイミングと、ステップ１Ｂ開始のタイミングと、の時間差を６秒に設定した。他の処理条件は、実施例１における処理条件と同様とした。
【０１０４】
実施例３として、図１に示す基板処理装置を用い、図４に示すガス供給シーケンスにより、複数枚のウエハ上にＳｉＯＣＮ膜を形成した。ステップ１Ａ開始のタイミングとしてはタイミング２を選択し、ステップ１Ａ開始のタイミングと、ステップ１Ｂ開始のタイミングと、の時間差を０秒に設定した。他の処理条件は、実施例１における処理条件と同様とした。
【０１０５】
そして、実施例１〜３における複数枚のウエハのうち、上部、中央部、底部のウエハ上に形成された各ＳｉＯＣＮ膜の厚さをそれぞれ測定した。図６にＳｉＯＣＮ膜の膜厚測定結果を示す。図６の縦軸はボートスロット、すなわち、ウエハの位置（１２０がボートの最上段のスロット、０がボートの最下段のスロット）を示している。図６の横軸は、ウエハ上に形成されたＳｉＯＣＮ膜の膜厚と、中央部のウエハ上に形成されたＳｉＯＣＮ膜の膜厚（基準膜厚）と、の膜厚差を、基準膜厚に対する割合［＝（膜厚差／基準膜厚）×１００］で示している。図中、△，●，□は、実施例１，２，３をそれぞれ示しており、それぞれ、上から順に、上部、中央部、底部のウエハ上に形成された各ＳｉＯＣＮ膜の上記膜厚差を示している。
【０１０６】
図６によれば、複数枚のウエハのうち上部に配置されたウエハ上に形成されるＳｉＯＣＮ膜の厚さは、実施例３，２，１の順に厚い（タイミング２を選択した実施例３が最も厚い）ことが分かる。すなわち、ステップ１Ａ開始のタイミングとしてタイミング２を選択する場合、タイミング３−１，３−２を選択する場合よりも、複数枚のウエハのうち上部に配置されたウエハ上に形成されるＳｉＯＣＮ膜の厚さを厚くする方向に制御できることが分かる。また、ステップ１Ａ開始のタイミングとしてタイミング３−１を選択する場合、タイミング３−２を選択する場合よりも、複数枚のウエハのうち上部に配置されたウエハ上に形成されるＳｉＯＣＮ膜の厚さを厚くする方向に制御できることも分かる。また、図６によれば、ステップ１Ａ開始のタイミングとしてタイミング２，３−１，３−２のいずれを選択しても、複数枚のウエハのうち中央部のウエハ上に形成されるＳｉＯＣＮ膜の厚さや、複数枚のウエハのうち底部のウエハ上に形成されるＳｉＯＣＮ膜の厚さは、ほとんど影響を受けないことが分かる。すなわち、上述の実施形態の手法によれば、複数枚のウエハのうち、上部に配置されたウエハ上に形成されるＳｉＯＣＮ膜の厚さを選択的に調整することが可能であることが分かる。
【０１０７】
＜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。
【０１０８】
（付記１）
本発明の一態様によれば、
処理容器内に複数枚の基板を垂直方向に配列して配置する工程と、
前記処理容器内へ処理ガスを供給し前記複数枚の基板上に膜を形成する工程と、を有し、
前記膜を形成する工程は、
前記処理容器内へ処理ガスを供給する工程と、
前記処理容器内の圧力が処理圧力となるように圧力制御を行う工程と、を有し、
前記圧力制御開始のタイミングに対する前記処理ガス供給開始のタイミングを調整することで、前記複数枚の基板のうち上部に配置された基板上に形成される膜の厚さを調整する半導体装置の製造方法、または、基板処理方法が提供される。
【０１０９】
（付記２）
付記１に記載の方法であって、好ましくは、
前記処理ガス供給開始のタイミングとして、前記圧力制御開始前、前記圧力制御開始と同時、前記圧力制御開始後のうちいずれかを選択することで、前記上部に配置された前記基板上に形成される膜の厚さを調整する。
【０１１０】
（付記３）
付記１または２に記載の方法であって、好ましくは、
前記処理容器内の圧力が、前記処理圧力に到達する前に、前記処理ガスの供給を開始する。
【０１１１】
（付記４）
付記３に記載の方法であって、好ましくは、
前記処理容器内の圧力が、前記処理圧力未満の圧力から前記処理圧力に到達する前に、前記処理ガスの供給を開始する。
【０１１２】
（付記５）
付記１または２に記載の方法であって、好ましくは、
前記処理容器内の圧力が前記処理圧力に到達した後に、前記処理ガスの供給を開始する。
【０１１３】
（付記６）
付記５に記載の方法であって、好ましくは、
前記処理容器内の圧力が前記処理圧力未満の圧力から前記処理圧力に到達した後に、前記処理ガスの供給を開始する。
【０１１４】
（付記７）
付記１〜４のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記処理ガス供給開始のタイミングとして、前記圧力制御開始前または前記圧力制御開始と同時を選択することで、前記圧力制御開始後を選択する場合よりも、前記上部に配置された前記基板上に形成される膜の厚さを厚くする。
【０１１５】
（付記８）
付記１〜６のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記処理ガス供給開始のタイミングとして、前記圧力制御開始後を選択することで、前記圧力制御開始前または前記圧力制御開始と同時を選択する場合よりも、前記上部に配置された前記基板上に形成される膜の厚さを薄くする。
【０１１６】
（付記９）
付記１〜６、８のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記処理ガス供給開始のタイミングとして、前記圧力制御開始後を選択し、前記圧力制御開始から前記処理ガス供給開始までの時間を調整することで、前記上部に配置された基板上に形成される膜の厚さを微調整する。
【０１１７】
（付記１０）
付記１〜９のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記膜を形成する工程では、前記処理ガスを供給する工程および前記圧力制御を行う工程のそれぞれを間欠的に行う。
【０１１８】
（付記１１）
付記１０に記載の方法であって、好ましくは、
前記処理ガス供給開始のタイミングとして、前記圧力制御開始前、前記圧力制御開始と同時、前記圧力制御開始後のうちいずれか１つを選択して、前記膜を形成する工程を開始し、
前記膜を形成する工程の途中で、前記処理ガス供給開始のタイミングを、前記圧力制御開始前、前記圧力制御開始と同時、前記圧力制御開始後のうち前記１つとは異なる他の１つに変更して、前記膜を形成する工程を継続する。
【０１１９】
（付記１２）
付記１０に記載の方法であって、好ましくは、
前記処理ガス供給開始のタイミングとして、前記圧力制御開始後を選択して、前記膜を形成する工程を開始し、
前記膜を形成する工程の途中で、前記圧力制御開始から前記処理ガス供給開始までの時間を変更して、前記膜を形成する工程を継続する。
【０１２０】
（付記１３）
付記１〜１２のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記処理容器の天井部はドーム形状である。より好ましくは、前記処理容器の前記天井部の内壁と前記複数枚の基板のうち上端部に配置された基板とで挟まれた部分の前記処理容器内の空間は、前記複数枚の基板のうち隣り合う基板同士で挟まれた部分の前記処理容器内の空間よりも大きい。
【０１２１】
（付記１４）
本発明の他の態様によれば、
基板に対する処理が行われる処理容器と、
前記処理容器内に複数枚の基板を垂直方向に配列して配置するように前記複数枚の基板を支持する支持具と、
前記処理容器内の基板に対してガスを供給するガス供給系と、
前記処理容器内の圧力を制御する圧力制御器と、
前記処理容器内に前記複数枚の基板を垂直方向に配列して配置した状態で、前記処理容器内へ処理ガスを供給し前記複数枚の基板上に膜を形成する処理を行わせ、前記膜を形成する処理において、前記処理容器内へ処理ガスを供給する処理と、前記処理容器内の圧力が処理圧力となるように圧力制御を行う処理と、を行わせ、その際、前記圧力制御開始のタイミングに対する前記処理ガス供給開始のタイミングを調整することで、前記複数枚の基板のうち上部に配置された基板上に形成される膜の厚さを調整するように、前記ガス供給系および前記圧力制御器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。
【０１２２】
（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容器内に複数枚の基板を垂直方向に配列して配置する手順と、
前記処理容器内へ処理ガスを供給し前記複数枚の基板上に膜を形成する手順と、
前記膜を形成する手順において、
前記処理容器内へ処理ガスを供給する手順と、
前記処理容器内の圧力が処理圧力となるように圧力制御を行う手順と、
前記圧力制御開始のタイミングに対する前記処理ガス供給開始のタイミングを調整することで、前記複数枚の基板のうち上部に配置された基板上に形成される膜の厚さを調整する手順と、
をコンピュータによって前記基板処理装置に実行させるプログラム、または、該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。
【符号の説明】
【０１２３】
２００    ウエハ（基板）
２０３    反応管（処理容器）
【図１】
2018206827.tif 000003
【図２】
2018206827.tif 000004
【図３】
2018206827.tif 000005
【図４】
2018206827.tif 000006
【図５】
2018206827.tif 000007
【図６】
2018206827.tif 000008