(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガスと反応ガスとを処理容器に収容された基板に対して交互に供給することにより、前記原料ガスと前記反応ガスとの反応により生じる反応生成物の薄膜を前記基板に堆積する成膜方法であって、
貯留部に前記原料ガスを貯留する貯留工程と、
前記貯留部に貯留された前記原料ガスを前記基板に供給し、前記基板に前記原料ガスを吸着させる吸着工程と、
前記原料ガスが吸着した前記基板に前記反応ガスを供給することにより、前記原料ガスと前記反応ガスとを反応させて前記反応生成物を生成する反応工程と、
を有し、
前記貯留工程と、前記吸着工程と、前記反応工程とを複数回繰り返し、複数回繰り返す間に前記貯留工程における前記貯留部に前記原料ガスを貯留する時間を含む条件を少なくとも１回変更する、
成膜方法。
【請求項２】
前記貯留部は、前記原料ガスの供給源と前記処理容器とを接続する配管に設けられている、
請求項１に記載の成膜方法。
【請求項３】
前記貯留工程は、前記条件が互いに異なる第１の貯留工程と第２の貯留工程とを含み、
前記貯留工程と、前記吸着工程と、前記反応工程とを繰り返すごとに、前記第１の貯留工程と前記第２の貯留工程とを交互に繰り返す、
請求項１又は２に記載の成膜方法。
【請求項４】
前記条件は、前記原料ガスの供給源から前記貯留部に前記原料ガスを貯留する際の前記原料ガスの流量を含む、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項５】
前記貯留工程は、前記反応工程が行われている期間に行われる、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項６】
前記吸着工程と前記反応工程との間に、前記処理容器内にパージガスを供給するパージ工程を有する、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項７】
前記吸着工程において、前記基板を回転させた状態で前記基板に前記原料ガスを供給する、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項８】
前記吸着工程において、前記原料ガスを前記基板の表面に平行な方向に供給する、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項９】
前記原料ガスは、シリコン含有ガスである、
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項１０】
前記反応ガスは、窒素含有ガスである、
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項１１】
原料ガスと反応ガスとを基板に対して交互に供給することにより、前記原料ガスと前記反応ガスとの反応により生じる反応生成物の薄膜を前記基板に堆積する成膜システムであって、
貯留部に原料ガスを貯留し、前記貯留部に貯留された前記原料ガスを前記基板に供給する原料ガス供給処理を行う原料ガス供給部と、
前記基板に前記反応ガスを供給する反応ガス供給処理を行う反応ガス供給部と、
前記原料ガス供給処理と、前記反応ガス供給処理とを複数回繰り返し、複数回繰り返す間に前記原料ガス供給処理における前記貯留部に前記原料ガスを貯留する時間を含む条件を少なくとも１回変更するように、前記原料ガス供給部及び前記反応ガス供給部を制御する制御部と、
を有する、成膜システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜方法及び成膜システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、原料ガスと反応ガスとを半導体ウエハ等の基板に対して交互に供給することにより、原料ガスと反応ガスとの反応により生じる反応生成物の薄膜を基板に堆積する方法が知られている。
【０００３】
また、原料ガスとパージガスとをバッファタンクで混合して混合ガスを生成すると共に混合ガスと反応ガスとを処理容器内へ供給して基板に薄膜を堆積する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この方法では、成膜レートを高く維持した状態で膜厚の面内均一性を改善している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−００７３７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、基板に薄膜を堆積する場合、膜厚の面内均一性が優れていることが必ずしも好ましいとは限らず、所望の膜厚分布を有する薄膜を堆積することが好ましい場合がある。
【０００６】
このため、所望の膜厚分布を有する薄膜を堆積することが可能な成膜方法が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る成膜方法は、原料ガスと反応ガスとを処理容器に収容された基板に対して交互に供給することにより、前記原料ガスと前記反応ガスとの反応により生じる反応生成物の薄膜を前記基板に堆積する成膜方法であって、貯留部に前記原料ガスを貯留する貯留工程と、前記貯留部に貯留された前記原料ガスを前記基板に供給し、前記基板に前記原料ガスを吸着させる吸着工程と、前記原料ガスが吸着した前記基板に前記反応ガスを供給することにより、前記原料ガスと前記反応ガスとを反応させて前記反応生成物を生成する反応工程と、を有し、前記貯留工程と、前記吸着工程と、前記反応工程とを複数回繰り返し、複数回繰り返す間に前記貯留工程における前記貯留部に前記原料ガスを貯留する時間を含む条件を少なくとも１回変更する。
【発明の効果】
【０００８】
開示の成膜方法によれば、所望の膜厚分布を有する薄膜を堆積することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態の成膜装置の一例を示す概略構成図
【図２】本実施形態の成膜方法の一例を示すタイミングチャート
【図３】ガス流速とウエハ上に堆積するＳｉＮ膜の膜厚分布との関係を説明する図
【図４】ウエハ上にＳｉＮ膜を堆積したときのＳｉＮ膜の特性を示す図（１）
【図５】ウエハ上にＳｉＮ膜を堆積したときのＳｉＮ膜の特性を示す図（２）
【図６】ＤＣＳガスの貯留時間を変化させたときのＳｉＮ膜の特性の変化を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。
【００１１】
（成膜装置）
本実施形態の成膜装置の一例について、図１に基づき説明する。図１は、本実施形態の成膜装置の一例を示す概略構成図である。
【００１２】
図１に示されるように、成膜装置は、長手方向が鉛直方向である略円筒形の処理容器４を有する。処理容器４は、天井を有する外筒６と、外筒６の内側に同心的に配置された円筒体の内筒８とを備える２重管構造を有する。外筒６及び内筒８は、石英等の耐熱性材料により形成されている。外筒６及び内筒８は、ステンレス鋼等から形成されるマニホールド１０によって、その下端部が保持されている。マニホールド１０は、ベースプレート１２に固定されている。なお、マニホールド１０は、外筒６及び内筒８と別部材により形成されているが、構造的には、外筒６及び内筒８と一体的に形成され、外筒６及び内筒８と共に略円筒の内部空間を形成しているため、処理容器４の一部を形成しているものとする。即ち、処理容器４は、石英等の耐熱性材料により形成される外筒６及び内筒８と、ステンレス鋼等により形成されるマニホールド１０とを備え、マニホールド１０は、外筒６及び内筒８を下方から保持するように処理容器４の側面下部に設けられている。
【００１３】
マニホールド１０の下端部の開口部には、例えばステンレス鋼等により形成される円盤状の蓋部１４が、Ｏ−リング等のシール部材１６を介して気密封止可能に取り付けられている。また、蓋部１４の略中心部には、例えば磁性流体シール１８により気密状態を保ちながら回転可能な回転軸２０が挿通されている。回転軸２０の下端は回転機構２２に接続されており、回転軸２０の上端には、例えばステンレス鋼により形成されるテーブル２４が固定されている。
【００１４】
テーブル２４上には、例えば石英により形成される保温筒２６が設置されている。また、保温筒２６上には、支持具として例えば石英により形成されるウエハボート２８が載置されている。
【００１５】
ウエハボート２８は、ウエハＷを処理容器４内で保持するための基板保持手段である。ウエハボート２８には、多数枚（例えば５０〜１７５枚）のウエハＷ等の基板が、所定の間隔、例えば１０ｍｍ程度のピッチで収容される。ウエハボート２８、保温筒２６、テーブル２４及び蓋部１４は、例えばボートエレベータとして機能する昇降機構３０により、処理容器４内に一体となってロード、アンロードされる。
【００１６】
また、成膜装置は、処理容器４内へシリコン含有ガス（Ｓｉ含有ガス）を供給するＳｉ含有ガス供給部４０と、処理容器４内へ窒素含有ガスを供給する窒素含有ガス供給部５０と、処理容器４内へパージガスを供給するパージガス供給部６０とを有する。なお、Ｓｉ含有ガスは原料ガスの一例であり、窒素含有ガスは反応ガスの一例である。また、Ｓｉ含有ガス供給部４０は原料ガス供給部の一例であり、窒素含有ガス供給部５０は反応ガス供給部の一例である。
【００１７】
Ｓｉ含有ガス供給部４０は、Ｓｉ含有ガス供給源４１と、Ｓｉ含有ガス配管４２と、Ｓｉ含有ガスノズル４３とを有する。
【００１８】
Ｓｉ含有ガス配管４２は、Ｓｉ含有ガス供給源４１とＳｉ含有ガスノズル４３とを接続し、Ｓｉ含有ガス供給源４１からのＳｉ含有ガスをＳｉ含有ガスノズル４３へ導く配管である。Ｓｉ含有ガス配管４２には、開閉バルブ４４、流量制御器４５、貯留部（バッファタンク）４６及び開閉バルブ４７が設けられている。例えば開閉バルブ４７を閉じた状態で開閉バルブ４４を開き、Ｓｉ含有ガス供給源４１からＳｉ含有ガスを所定の流量で流すことにより、貯留部４６にＳｉ含有ガスを貯留（チャージ）することができる。貯留部４６にＳｉ含有ガスを貯留した後、開閉バルブ４４を閉じ、開閉バルブ４７を開くことにより、Ｓｉ含有ガスノズル４３を介して所定の量のＳｉ含有ガスを処理容器４内へ供給することができる。
【００１９】
Ｓｉ含有ガスノズル４３は、Ｓｉ含有ガス配管４２に接続され、マニホールド１０の側壁を内側へと貫通して上方向へ屈曲されて垂直に伸びるノズルであり、例えば石英管により形成されている。Ｓｉ含有ガスノズル４３の垂直部分には、その長さ方向に沿って複数のガス吐出孔４８が所定の間隔で形成されており、各ガス吐出孔４８から水平方向に処理容器４内に向けてほぼ均一にＳｉ含有ガスを吐出することができる。即ち、ウエハＷの表面に平行な方向にＳｉ含有ガスを供給することができる。なお、Ｓｉ含有ガスノズル４３は１本に限らず、２本以上設けられていてもよい。
【００２０】
窒素含有ガス供給部５０は、窒素含有ガス供給源５１と、窒素含有ガス配管５２と、窒素含有ガスノズル５３とを有する。
【００２１】
窒素含有ガス配管５２は、窒素含有ガス供給源５１と窒素含有ガスノズル５３とを接続し、窒素含有ガス供給源５１からの窒素含有ガスを窒素含有ガスノズル５３へ導く配管である。窒素含有ガス配管５２には、窒素含有ガスの流量を制御する流量制御器５５及び開閉バルブ５７が設けられている。これらにより、窒素含有ガスの供給の開始／停止、及び流量が制御される。
【００２２】
窒素含有ガスノズル５３は、窒素含有ガス配管５２に接続され、マニホールド１０の側壁を内側へ貫通して上方向へ屈曲されて垂直に延びるノズルであり、例えば石英管により形成されている。窒素含有ガスノズル５３の垂直部分には、その長さ方向に沿って複数のガス吐出孔５８が所定の間隔で形成されており、各ガス吐出孔５８から水平方向に処理容器４に向けてほぼ均一に窒素含有ガスを吐出することができる。即ち、ウエハＷの表面に平行な方向に窒素含有ガスを供給することができる。なお、窒素含有ガスノズル５３は１本に限らず、２本以上設けられていてもよい。
【００２３】
パージガス供給部６０は、パージガス供給源６１と、パージガス配管６２と、パージガスノズル６３とを有する。
【００２４】
パージガス配管６２は、パージガス供給源６１とパージガスノズル６３とを接続し、パージガス供給源６１からのパージガスをパージガスノズル６３へ導く配管である。パージガス配管６２には、パージガスの流量を制御する流量制御器６５及び開閉バルブ６７が設けられている。これらにより、パージガスの供給の開始／停止、及び流量が制御される。
【００２５】
パージガスノズル６３は、パージガス配管６２に接続され、マニホールド１０の側壁を内側へ貫通するストレート形状（直管形状）のノズルであり、例えば石英管により形成されている。
【００２６】
マニホールド１０の上部には、ガス出口３２が設けられており、ガス出口３２には排気系７０が連結されている。排気系７０は、ガス出口３２に接続された排気通路７１と、排気通路７１の途中に順次接続された圧力調整弁７２及び真空ポンプ７３とを含む。排気系７０により、処理容器４内の雰囲気の圧力を調整しながら排気することができる。
【００２７】
処理容器４の外周側には、処理容器４を囲むようにしてウエハＷを加熱するヒータ装置８０が設けられている。
【００２８】
ヒータ装置８０は、天井面を有する円筒体の断熱層８１を有する。断熱層８１は、例えば熱伝導性が低く、柔らかい無定形のシリカ及びアルミナの混合物によって形成されている。
【００２９】
断熱層８１は、その内周が処理容器４の外面に対して所定の距離だけ離間するように配置される。また、断熱層８１の外周には、ステンレス鋼等により形成される保護カバー８２が、断熱層８１の外周全体を覆うように取り付けられている。
【００３０】
断熱層８１の内周側には、ヒータエレメント８３が螺旋状に巻回して配置されている。ヒータエレメント８３は、断熱層８１の内周側に、側面の軸方向全体に亘って巻回して設けられている。
【００３１】
ヒータエレメント８３は、軸方向において、複数のゾーン（例えば４つのゾーン）に分割されている。ゾーンごとに断熱層８１に設けられる図示しない熱電対により検出した温度に基づいて、ゾーンごとに独立して温度が制御できる構成となっている。
【００３２】
成膜装置の各構成部の制御、例えば開閉バルブ４４、４７、５７、６７の開閉による各ガスの供給／停止、流量制御器４５、５５、６５によるガスの流量の制御、ヒータ装置８０の温度の制御は、コンピュータ等の制御部９０により行われる。
【００３３】
制御部９０には、成膜装置で実行される各種処理を制御部９０の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じて成膜装置の各構成部に処理を実行させるための各種のプログラム（又はレシピ）が格納された記憶部９１が接続されている。プログラムには、後述する成膜方法を成膜装置に実行させるプログラムが含まれる。また、各種のプログラムは記憶媒体に記憶され、記憶部９１に格納され得る。記憶媒体は、ハードディスクや半導体メモリであってもよく、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを記憶部９１へ適宜伝送させるようにしてもよい。
【００３４】
（成膜方法）
次に、前述した成膜装置を用いた本実施形態の成膜方法の一例について説明する。
【００３５】
本実施形態の成膜方法は、Ｓｉ含有ガスと窒素含有ガスとをウエハＷに対して交互に供給することにより、Ｓｉ含有ガスと窒素含有ガスとの反応により生じるシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）をウエハＷ上に堆積するものである。ＳｉＮ膜は、反応生成物の薄膜の一例である。
【００３６】
本実施形態の成膜方法は、貯留工程と、吸着工程と、反応工程とを複数回繰り返し、これらの工程を複数回繰り返す間に、貯留工程の条件を少なくとも１回変更するものである。なお、貯留工程は、貯留部４６にＳｉ含有ガスを貯留する工程である。吸着工程は、貯留部４６に貯留されたＳｉ含有ガスをウエハＷに供給し、ウエハＷにＳｉ含有ガスを吸着させる工程である。反応工程は、Ｓｉ含有ガスが吸着したウエハＷに窒素含有ガスを供給することにより、Ｓｉ含有ガスと窒素含有ガスとを反応させてＳｉＮ膜を生成する工程である。
【００３７】
以下では、Ｓｉ含有ガスとしてジクロロシラン（ＤＣＳ）ガス、窒素含有ガスとしてアンモニア（ＮＨ３）ガス、パージガスとして窒素（Ｎ２）ガスを用いてＳｉＮ膜を形成する場合を例として挙げ、図２に基づき説明する。図２は、本実施形態の成膜方法の一例を示すタイミングチャートである。図２において、「ＢＦＴ」は貯留部４６の動作を表し、「ＤＣＳ」はＳｉ含有ガス供給部４０の動作を表し、「ＮＨ３」は窒素含有ガス供給部５０の動作を表し、「Ｎ２」はパージガス供給部６０の動作を表す。また、各時刻をｔ１からｔ１１で示す。
【００３８】
まず、多数枚のウエハＷが載置された状態のウエハボート２８を予め所定の温度になされた処理容器４内にその下方より上昇させて搬入（ロード）し、蓋部１４でマニホールド１０の下端開口部を閉じることにより処理容器４内を密閉する。続いて、処理容器４内を真空引きし、所定のプロセス圧力に維持すると共に、ヒータ装置８０へ電力を供給することにより、ウエハＷの温度を上昇させてプロセス温度を維持する。また、回転軸２０を回転させることにより、ウエハＷ（ウエハボート２８）を回転させる。
【００３９】
続いて、貯留部４６にＤＣＳガスを貯留する第１の貯留工程を行う。具体的には、図２に示されるように、時刻ｔ１で開閉バルブ４７を閉じた状態で開閉バルブ４４を開き、流量制御器４５により流量を制御しながらＳｉ含有ガス供給源４１から貯留部４６にＤＣＳガスを所定の流量で流し、貯留部４６へのＤＣＳガスの貯留を開始する。このとき、開閉バルブ４７を閉じた状態であるので、ＤＣＳガスが処理容器４内に供給されることはない。所定の貯留時間Ｔ１が経過した後、時刻ｔ２で開閉バルブ４４を閉じ、Ｓｉ含有ガス供給源４１から貯留部４６へのＤＣＳガスの貯留を停止する。所定の貯留時間Ｔ１は、例えば処理容器４の容積、貯留部４６の容積、Ｓｉ含有ガス供給源４１から貯留部４６にＤＣＳガスを流す流量、ウエハＷ上に堆積する膜の膜厚分布に応じて定めることができる。
【００４０】
また、ウエハＷにＮＨ３ガスを供給する反応工程を行う。具体的には、図２に示されるように、貯留工程と同じタイミング（時刻ｔ１）で開閉バルブ５７を開き、流量制御器５５により流量を制御しながら窒素含有ガス供給源５１からＮＨ３ガスを所定の流量で流し、処理容器４内へのＮＨ３ガスの供給を開始する。所定の供給時間Ｔ４が経過した後、時刻ｔ３で開閉バルブ５７を閉じ、窒素含有ガス供給源５１から処理容器４内へのＮＨ３ガスの供給を停止する。所定の供給時間Ｔ４は、吸着工程でウエハＷに吸着したＤＣＳガスを窒化させることが可能な時間であれば特に限定されるものではない。なお、第１のサイクルでは、吸着工程が未だ行われていないため、本工程で反応生成物は生成されないが、第２のサイクル以降では、本工程でＳｉＮ膜が生成される。この点の詳細については後述する。
【００４１】
また、図２では、第１の貯留工程が反応工程と同じタイミング（時刻ｔ１）で開始する形態について説明したが、これに限定されるものではない。第１の貯留工程は吸着工程の前に行われていればよく、第１の貯留工程と反応工程とを異なるタイミングで開始してもよいが、１サイクルの時間を短縮できるという観点から、反応工程が行われている期間内に行うことが好ましい。
【００４２】
続いて、処理容器４内にＮ２ガスを供給する第１のパージ工程を行う。具体的には、図２に示されるように、時刻ｔ３で開閉バルブ６７を開き、流量制御器６５により流量を制御しながらパージガス供給源６１からＮ２ガスを所定の流量で流し、処理容器４内のＮＨ３ガスのパージを開始する。第１のパージ時間Ｔ５が経過した後、時刻ｔ４で開閉バルブ６７を閉じ、パージガス供給源６１から処理容器４内へのＮ２ガスの供給を停止する。第１のパージ時間Ｔ５は、処理容器４の容積等に応じて定めることができ、例えば１秒から６秒程度とすることができる。なお、図２では、ＮＨ３ガスの供給を停止したタイミングと同じタイミング（時刻ｔ３）で第１のパージ工程を開始しているが、第１のパージ工程を開始するタイミングはこれに限定されるものではない。例えば、第１のパージ工程は、ＮＨ３ガスの供給を停止した後、所定の時間が経過してから開始してもよい。
【００４３】
続いて、貯留部４６に貯留されたＤＣＳガスを処理容器４内のウエハＷに供給し、ウエハＷに吸着させる吸着工程を行う。具体的には、図２に示されるように、時刻ｔ４で開閉バルブ４４を閉じ、開閉バルブ４７を開き、貯留部４６に貯留されたＤＣＳガスを処理容器４内へ供給する。所定の供給時間Ｔ３が経過した後、時刻ｔ５で開閉バルブ４７を閉じ、貯留部４６から処理容器４内へのＤＣＳガスの供給を停止する。所定の供給時間Ｔ３は、例えば貯留部４６に貯留されたＤＣＳガスの全量が処理容器４内に供給される時間とすることができる。なお、図２では、Ｎ２ガスの供給を停止したタイミングと同じタイミング（時刻ｔ４）で吸着工程を開始しているが、吸着工程を開始するタイミングはこれに限定されるものではない。例えば、吸着工程は、ＮＨ３ガスの供給を停止した後、所定の時間が経過してから開始してもよい。
【００４４】
続いて、処理容器４内にＮ２ガスを供給する第２のパージ工程を行う。具体的には、図２に示されるように、時刻ｔ５で開閉バルブ６７を開き、流量制御器６５により流量を制御しながらパージガス供給源６１からＮ２ガスを所定の流量で流し、処理容器４内のＤＣＳガスのパージを開始する。第２のパージ時間Ｔ６が経過した後、時刻ｔ６で開閉バルブ６７を閉じ、パージガス供給源６１から処理容器４内へのＮ２ガスの供給を停止する。第２のパージ時間Ｔ６は、処理容器４の容積等に応じて定めることができ、例えば１秒から６秒程度とすることができる。なお、図２では、ＤＣＳガスの供給を停止したタイミングと同じタイミング（時刻ｔ５）で第２のパージ工程を開始しているが、第２のパージ工程を開始するタイミングはこれに限定されるものではない。例えば、第２のパージ工程は、ＤＣＳガスの供給を停止した後、所定の時間が経過してから開始してもよい。
【００４５】
以上により、第１のサイクルが終了する。
【００４６】
次に、第１のサイクルに続いて、第２のサイクルを行う。第２のサイクルでは、第１のサイクルよりも貯留工程におけるＤＣＳガスの貯留時間を長くする。具体的には、図２に示されるように、第１のサイクルにおける貯留工程（第１の貯留工程）の貯留時間Ｔ１と第２のサイクルにおける貯留工程（第２の貯留工程）の貯留時間Ｔ２との関係がＴ１＜Ｔ２となるようにする。
【００４７】
まず、貯留部４６にＤＣＳガスを貯留する第２の貯留工程を行う。具体的には、図２に示されるように、時刻ｔ６で開閉バルブ４７を閉じた状態で開閉バルブ４４を開き、流量制御器４５により流量を制御しながらＳｉ含有ガス供給源４１からＤＣＳガスを所定の流量で流すことにより、貯留部４６へのＤＣＳガスの貯留を開始する。このとき、開閉バルブ４７を閉じた状態であるので、ＤＣＳガスが処理容器４内に供給されることはない。続いて、第１の貯留工程の貯留時間Ｔ１よりも長い貯留時間Ｔ２が経過した後、時刻ｔ７で開閉バルブ４４を閉じ、Ｓｉ含有ガス供給源４１から貯留部４６へのＤＣＳガスの貯留を停止する。なお、図２では、Ｎ２ガスの供給を停止したタイミングと同じタイミング（時刻ｔ６）で第２の貯留工程を開始しているが、第２の貯留工程を開始するタイミングはこれに限定されるものではない。例えば、第２の貯留工程は、Ｎ２ガスの供給を停止した後、所定の時間が経過してから開始してもよい。
【００４８】
また、ウエハＷにＮＨ３ガスを供給することにより、第１のサイクルの吸着工程でウエハＷ上に吸着しているＤＣＳガスとＮＨ３ガスとを反応させてＳｉＮ膜を生成する反応工程を行う。具体的には、図２に示されるように、貯留工程と同じタイミング（時刻ｔ６）で開閉バルブ５７を開き、窒素含有ガス供給源５１からＮＨ３ガスを所定の流量で流し、処理容器４内へのＮＨ３ガスの供給を開始する。これにより、第１のサイクルの吸着工程でウエハＷ上に吸着しているＤＣＳガスとＮＨ３ガスとを反応させてＳｉＮ膜を生成する。所定の供給時間Ｔ４が経過した後、時刻ｔ８で開閉バルブ５７を閉じ、窒素含有ガス供給源５１から処理容器４内へのＮＨ３ガスの供給を停止する。
【００４９】
なお、図２では、第２の貯留工程が反応工程と同じタイミング（時刻ｔ６）で開始する形態について説明したが、これに限定されるものではない。第２の貯留工程は吸着工程の前に行われていればよく、第２の貯留工程と反応工程とを異なるタイミングで開始してもよいが、１サイクルの時間を短縮できるという観点から、反応工程が行われている期間内に行うことが好ましい。
【００５０】
続いて、第１のサイクルと同様に、第１のパージ工程、吸着工程及び第２のパージ工程をこの順に行う。
【００５１】
具体的には、図２に示されるように、時刻ｔ８で開閉バルブ６７を開き、流量制御器６５により流量を制御しながらパージガス供給源６１からＮ２ガスを所定の流量で流し、処理容器４内のＮＨ３ガスのパージを開始する。第１のパージ時間Ｔ５が経過した後、時刻ｔ９で開閉バルブ６７を閉じ、パージガス供給源６１から処理容器４内へのＮ２ガスの供給を停止する。
【００５２】
続いて、図２に示されるように、時刻ｔ９で開閉バルブ４４を閉じ、開閉バルブ４７を開き、貯留部４６に貯留されたＤＣＳガスを処理容器４内へ供給する。所定の供給時間Ｔ３が経過した後、時刻ｔ１０で開閉バルブ４７を閉じ、貯留部４６から処理容器４内へのＤＣＳガスの供給を停止する。
【００５３】
続いて、図２に示されるように、時刻ｔ１０で開閉バルブ６７を開き、流量制御器６５により流量を制御しながらパージガス供給源６１からＮ２ガスを所定の流量で流し、処理容器４内のＤＣＳガスのパージを開始する。第２のパージ時間Ｔ６が経過した後、時刻ｔ１１で開閉バルブ６７を閉じ、パージガス供給源６１から処理容器４内へのＮ２ガスの供給を停止する。
【００５４】
以上により、第２のサイクルが終了する。
【００５５】
以後、第１のサイクルと第２のサイクルとを交互に繰り返すことにより、所望の膜厚を有するＳｉＮ膜を堆積することができる。なお、第１のサイクルと第２のサイクルとを交互に繰り返す際、ウエハＷを処理容器４内に搬入した直後に行われる第１のサイクルでは、ウエハＷにＤＣＳガスが吸着していないため、反応工程を省略してもよい。
【００５６】
次に、ガス流速とウエハＷ上に堆積するＳｉＮ膜の膜厚分布との関係について、図３に基づき説明する。図３は、ガス流速とウエハ上に堆積するＳｉＮ膜の膜厚分布との関係を説明する図であり、図３（ａ）はガス流速が速い場合を表し、図３（ｂ）はガス流速が遅い場合を表す。
【００５７】
貯留工程におけるＤＣＳガスの貯留時間が長い場合、貯留部４６の圧力が高くなるため、吸着工程において貯留部４６から処理容器４内へ供給されるＤＣＳガスの流速が速くなる。このため、図３（ａ）に示されるように、Ｓｉ含有ガスノズル４３から供給されるＤＣＳガスの温まりが遅く、ウエハＷの外周部領域よりも中央部領域においてＤＣＳガスが吸着しやすい状態となる。その結果、ウエハＷ上に堆積するＳｉＮ膜は、ウエハＷの外周部領域から中央部領域に向けて膜厚が厚くなる分布となる。
【００５８】
これに対して、貯留工程における貯留時間が短い場合、貯留部４６の圧力が低くなるため、吸着工程において貯留部４６から処理容器４内へ供給されるＤＣＳガスの流速が遅くなる。このため、図３（ｂ）に示されるように、Ｓｉ含有ガスノズル４３から供給されるＤＣＳガスの温まりが速く、ウエハＷの外周部領域及び中央部領域でＤＣＳガスが吸着しやすい状態となる。その結果、ウエハＷ上に堆積するＳｉＮ膜は、ウエハＷの外周部領域から中央部領域まで略均一の膜厚分布となる。
【００５９】
本実施形態では、前述したように、貯留工程におけるＤＣＳガスの貯留時間が異なる第１のサイクルと第２のサイクルとを交互に繰り返す。これにより、第１のサイクルで得られるＳｉＮ膜の膜厚分布と、第２のサイクルで得られるＳｉＮ膜の膜厚分布とを組み合わせた膜厚分布を有するＳｉＮ膜を堆積することができる。また、第１のサイクルにおける貯留工程（第１の貯留工程）の貯留時間Ｔ１と第２のサイクルにおける貯留工程（第２の貯留工程）の貯留時間Ｔ２とを調整することで、容易に所望の膜厚分布を有する薄膜を堆積することができる。
【００６０】
なお、本実施形態では、第１の貯留工程と第２の貯留工程とにおける貯留時間が異なる場合について説明したが、係る形態に限定されるものではない。第１の貯留工程と第２の貯留工程とは、貯留部４６にＤＣＳガスを貯留したときの貯留部４６の圧力が異なっていればよく、例えばＳｉ含有ガス供給源４１から貯留部４６にＤＣＳガスを貯留する際のＤＣＳガスの流量が異なっていてもよい。また、貯留時間とＤＣＳガスの流量との両方が異なるようにしてもよい。
【００６１】
（実施例）
次に、成膜方法の具体的な例について、図４に基づき説明する。図４はウエハ上にＳｉＮ膜を堆積したときのＳｉＮ膜の特性を示す図であり、図４（ａ）はウエハの面内における膜厚分布を表し、図４（ｂ）は１サイクルあたりの成膜速度及び膜厚の面内均一性を表す。図４（ｂ）における棒グラフは１サイクルあたりの成膜速度を表し、折れ線グラフは膜厚の面内均一性を表す。
【００６２】
本実施例では、いずれの条件においても貯留工程と、吸着工程と、反応工程とを含むサイクルを複数回繰り返すことで、ウエハＷ上にＳｉＮ膜を堆積した。また、ウエハボート２８には多数枚のウエハＷを保持させ、高さ方向に５つの領域に区分して、その上方から下方に向けて「ＴＯＰ」、「ＴＣ」、「ＣＴＲ」、「ＣＢ」及び「ＢＴＭ」としてそれぞれの領域におけるＳｉＮ膜の特性を評価した。図４（ａ）は「ＴＯＰ」、「ＣＴＲ」及び「ＢＴＭ」における膜厚分布を表し、図４（ｂ）は「ＴＯＰ」、「ＴＣ」、「ＣＴＲ」、「ＣＢ」及び「ＢＴＭ」における１サイクルあたりの成膜速度及び膜厚の面内均一性を表す。
【００６３】
また、図４（ａ）及び図４（ｂ）における最も左側の図はＤＣＳガスの流量をｘ（ｓｌｍ）、貯留（ＣＨＧ）時間をＴ１１（秒）としたとき（第１の貯留条件）のＳｉＮ膜の特性を表す。また、左側から２番目の図はＤＣＳガスの流量をｘ（ｓｌｍ）、貯留（ＣＨＧ）時間をＴ１２（秒）としたとき（第２の貯留条件）のＳｉＮ膜の特性を表す。なお、Ｔ１１＜Ｔ１２である。また、左側から３番目の図は第１の貯留条件を用いた場合のＳｉＮ膜の特性及び第２の貯留条件を用いた場合のＳｉＮ膜の特性に基づいて、第１の貯留条件の貯留工程と第２の貯留条件の貯留工程とを交互に繰り返したときのＳｉＮ膜の特性をシミュレーションにより予測した結果を表す。さらに、最も右側の図は第１の貯留条件の貯留工程と第２の貯留条件の貯留工程とを交互に繰り返したときのＳｉＮ膜の特性を実測した結果を表す。
【００６４】
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示されるように、第１の貯留条件の貯留工程と第２の貯留条件の貯留工程とを交互に繰り返したときのＳｉＮ膜の膜厚分布、１サイクルあたりの成膜速度及び膜厚の面内均一性について、シミュレーションにより算出した結果（左から３番目の図）と実測した結果（最も右側の図）とが略同一の結果となっていることが分かる。即ち、互いに異なる２つの貯留条件の貯留工程を交互に繰り返すことにより得られるＳｉＮ膜の特性を予測することができる。これにより、互いに異なる貯留条件の貯留工程を交互に繰り返すことで、ウエハＷ上に堆積するＳｉＮ膜の膜厚分布、１サイクルあたりの成膜速度及び膜厚の面内均一性を制御することができる。
【００６５】
次に、成膜方法の他の具体的な例について、図５に基づき説明する。図５はウエハ上にＳｉＮ膜を堆積したときのＳｉＮ膜の特性を示す図であり、図５（ａ）はウエハの面内における膜厚分布を表し、図５（ｂ）は１サイクルあたりの成膜速度及び膜厚の面内均一性を表す。図５（ｂ）における棒グラフは１サイクルあたりの成膜速度を表し、折れ線グラフは膜厚の面内均一性を表す。
【００６６】
本実施例では、いずれの条件においても貯留工程と、吸着工程と、反応工程とを含むサイクルを複数回繰り返すことで、ウエハＷ上にＳｉＮ膜を堆積した。また、ウエハボート２８には多数枚のウエハＷを保持させ、高さ方向に５つの領域に区分して、その上方から下方に向けて「ＴＯＰ」、「ＴＣ」、「ＣＴＲ」、「ＣＢ」及び「ＢＴＭ」としてそれぞれの領域におけるＳｉＮ膜の特性を評価した。図５（ａ）は「ＴＯＰ」、「ＣＴＲ」及び「ＢＴＭ」における膜厚分布を表し、図５（ｂ）は「ＴＯＰ」、「ＴＣ」、「ＣＴＲ」、「ＣＢ」及び「ＢＴＭ」における１サイクルあたりの成膜速度及び膜厚の面内均一性を表す。
【００６７】
また、図５（ａ）及び図５（ｂ）における左側の図はＤＣＳガスの流量をｙ（ｓｌｍ）、貯留（ＣＨＧ）時間をＴ１３（秒）としたとき（第３の貯留条件）のＳｉＮ膜の特性を表す。また、中央の図はＤＣＳガスの流量をｙ（ｓｌｍ）、貯留（ＣＨＧ）時間をＴ１４（秒）としたとき（第４の貯留条件）のＳｉＮ膜の特性を表す。なお、Ｔ１３＜Ｔ１４である。また、右側の図は第３の貯留条件を用いた場合のＳｉＮ膜の特性及び第４の貯留条件を用いた場合のＳｉＮ膜の特性に基づいて、第３の貯留条件の貯留工程と第４の貯留条件の貯留工程とを交互に繰り返したときのＳｉＮ膜の特性をシミュレーションにより予測した結果を表す。
【００６８】
図５（ａ）及び図５（ｂ）に示されるように、シミュレーションにより第１の貯留条件の貯留工程と第２の貯留条件の貯留工程とを交互に繰り返したときのＳｉＮ膜の膜厚分布、１サイクルあたりの成膜速度及び膜厚の面内均一性を予測することができる。これにより、互いに異なる貯留条件の貯留工程を交互に繰り返すことで、ウエハＷ上に堆積するＳｉＮ膜の膜厚分布、１サイクルあたりの成膜速度及び膜厚の面内均一性を制御することができる。
【００６９】
次に、貯留工程におけるＤＣＳガスの貯留時間を変化させたときのＳｉＮ膜の膜厚分布、１サイクルあたりの成膜速度及び膜厚の面内均一性について、図６に基づき説明する。図６はＤＣＳガスの貯留時間を変化させたときのＳｉＮ膜の特性の変化を説明する図であり、図６（ａ）はウエハの面内における膜厚分布を表し、図６（ｂ）は１サイクルあたりの成膜速度及び膜厚の面内均一性を表す。図６（ｂ）における棒グラフは１サイクルあたりの成膜速度を表し、折れ線グラフは膜厚の面内均一性を表す。
【００７０】
また、図６（ａ）及び図６（ｂ）においては、左側の図から順に、ＤＣＳガスの貯留（ＣＨＧ）時間を１０秒、１２秒、１４秒、１６秒、１８秒とした場合の結果を示している。
【００７１】
図６（ａ）に示されるように、ＤＣＳガスの貯留時間を長くするほど、中央部領域と外周部領域との膜厚の差が大きくなることが分かる。また、図６（ｂ）に示されるように、ＤＣＳガスの貯留時間を長くするほど、１サイクルあたりの成膜速度及び膜厚の面内均一性の値が大きくなることが分かる。即ち、ＤＣＳガスの貯留時間を調整することにより、ウエハＷ上に堆積するＳｉＮ膜の膜厚分布、１サイクルあたりの成膜速度及び膜厚の面内均一性を制御することができる。
【００７２】
以上、成膜方法を上記実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。
【００７３】
本実施形態では、原料ガスとしてＳｉ含有ガスであるＤＣＳガスを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。Ｓｉ含有ガスとしては、例えばジクロロシラン（ＤＣＳ）、ヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ）、モノシラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）、テトラクロロシラン（ＴＣＳ）、ジシリルアミン（ＤＳＡ）、トリシリルアミン（ＴＳＡ）、ビスターシャルブチルアミノシラン（ＢＴＢＡＳ）、ビスジエチルアミノシラン（ＢＤＥＡＳ）、ジイソプロピルアミノシラン（ＤＩＰＡＳ）、トリスジメチルアミノシラン（３ＤＭＡＳ）よりなる群より選択される１以上のガスを用いることができる。
【００７４】
また、反応ガスとして窒素含有ガスであるＮＨ３ガスを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。窒素含有ガスとしては、例えば一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）、一酸化窒素（ＮＯ）を用いることができる。さらに、反応ガスとして、窒素含有ガスに代えて酸素含有ガスを用いることもできる。
【００７５】
また、本実施形態では、原料ガスとしてＳｉ含有ガス、反応ガスとして窒素含有ガスを用いてＳｉＮ膜を堆積する場合を例として説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。原料ガスとして金属を含む金属化合物ガスを用いて金属窒化膜や金属酸化膜等を堆積するようにしてもよい。金属化合物ガスとしては、例えば有機金属化合物ガスを用いることができ、例えばトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、テトラキスジメチルアミノハフニウム（ＴＤＭＡＨ）、テトラキスエチルメチルアミノハフニウム（ＴＥＭＡＨ）、テトラキスエチルメチルアミノジルコニウム（ＴＥＭＡＺ）、テトラキスジメチルアミノチタン（ＴＤＭＡＴ）よりなる群より選択される１以上のガスを用いることができる。
【００７６】
また、本実施形態では、基板として半導体ウエハを例として説明したが、この半導体ウエハにはシリコン基板、ＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＧａＮ等の化合物半導体基板も含まれ、更にはこれらの基板に限定されず、液晶表示装置に用いるガラス基板やセラミック基板等にも本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００７７】
４    処理容器
４０  Ｓｉ含有ガス供給部
４１  Ｓｉ含有ガス供給源
４２  Ｓｉ含有ガス配管
４３  Ｓｉ含有ガスノズル
４４  開閉バルブ
４５  流量制御器
４６  貯留部
４７  開閉バルブ
４８  ガス吐出孔
５０  窒素含有ガス供給部
５１  窒素含有ガス供給源
５２  窒素含有ガス配管
５３  窒素含有ガスノズル
５５  流量制御器
５７  開閉バルブ
５８  ガス吐出孔
６０  パージガス供給部
６１  パージガス供給源
６２  パージガス配管
６３  パージガスノズル
６５  流量制御器
６７  開閉バルブ
９０  制御部
Ｗ    ウエハ
【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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