(57)【要約】  【課題】  薄膜中に含まれる酸素、窒素、炭素等の濃度を低下させることなく反応ガスの総供給量を低減させる。  【解決手段】  処理室内の基板に対して原料ガスを供給する工程と、処理室内の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基板上に薄膜を形成する工程を有し、原料ガスを供給する工程および反応ガスを供給する工程のうち少なくともいずれかの工程では、処理室内の圧力が所定の圧力となるまで、処理室内の排気を停止した状態で、原料ガスおよび反応ガスのうちその工程で使用するガスを第１の流量にて供給する第１供給工程と、処理室内の圧力が所定の圧力となった後、処理室内の圧力を所定の圧力に維持しつつ、処理室内の排気を実施した状態で、原料ガスおよび反応ガスのうちその工程で使用するガスを第１の流量よりも小さい第２の流量にて供給する第２供給工程と、を行う。【選択図】  図１
2013225660.tif 000002
【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、
前記原料ガスを供給する工程および前記反応ガスを供給する工程のうち少なくともいずれかの工程では、
前記処理室内の圧力が所定の圧力となるまで、前記処理室内の排気を停止した状態で、前記原料ガスおよび前記反応ガスのうちその工程で使用するガスを第１の流量にて供給する第１供給工程と、
前記処理室内の圧力が前記所定の圧力となった後、前記処理室内の圧力を前記所定の圧力に維持しつつ、前記処理室内の排気を実施した状態で、前記原料ガスおよび前記反応ガスのうちその工程で使用するガスを前記第１の流量よりも小さい第２の流量にて供給する第２供給工程と、
を行う半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第１供給工程では、前記処理室内を排気する排気ラインに設けられた排気バルブの開度を全閉とし、前記第２供給工程では、前記排気バルブを開放する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第１供給工程では、前記処理室内を排気する排気ラインに設けられた排気バルブの開度制御を停止し、前記第２供給工程では、前記排気バルブの開度制御を実施する請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
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、
前記原料ガスを供給する工程および前記反応ガスを供給する工程のうち少なくともいずれかの工程では、
前記処理室内の圧力が所定の圧力となるまで、前記処理室内の排気を停止した状態で、前記原料ガスおよび前記反応ガスのうちその工程で使用するガスを第１の流量にて供給する第１供給工程と、
前記処理室内の圧力が前記所定の圧力となった後、前記処理室内の圧力を前記所定の圧力に維持しつつ、前記処理室内の排気を実施した状態で、前記原料ガスおよび前記反応ガスのうちその工程で使用するガスを前記第１の流量よりも小さい第２の流量にて供給する第２供給工程と、
を行う基板処理方法。
【請求項５】
基板を収容する処理室と、
前記処理室内へ原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理室内へ反応ガスを供給する反応ガス供給系と、
前記処理室内を排気する排気系と、
前記処理室内の圧力を調整する圧力調整部と、
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、前記原料ガスを供給する処理および前記反応ガスを供給する処理のうち少なくともいずれかの処理では、前記処理室内の圧力が所定の圧力となるまで、前記処理室内の排気を停止した状態で、前記原料ガスおよび前記反応ガスのうちその処理で使用するガスを第１の流量にて供給する第１供給処理と、前記処理室内の圧力が前記所定の圧力となった後、前記処理室内の圧力を前記所定の圧力に維持しつつ、前記処理室内の排気を実施した状態で、前記原料ガスおよび前記反応ガスのうちその処理で使用するガスを前記第１の流量よりも小さい第２の流量にて供給する第２供給処理と、を行うように、前記原料ガス供給系、前記反応ガス供給系、前記排気系および前記圧力調整部を制御する制御部と、
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、
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をコンピュータに実行させ、
前記原料ガスを供給する手順および前記反応ガスを供給する手順のうち少なくともいずれかの手順では、
前記処理室内の圧力が所定の圧力となるまで、前記処理室内の排気を停止した状態で、前記原料ガスおよび前記反応ガスのうちその手順で使用するガスを第１の流量にて供給する第１供給手順と、
前記処理室内の圧力が前記所定の圧力となった後、前記処理室内の圧力を前記所定の圧力に維持しつつ、前記処理室内の排気を実施した状態で、前記原料ガスおよび前記反応ガスのうちその手順で使用するガスを前記第１の流量よりも小さい第２の流量にて供給する第２供給手順と、
を行わせるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、基板上に薄膜を形成する工程を含む半導体装置の製造方法、基板処理方法、基板処理装置およびプログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、シリコン酸化膜（ＳｉＯ膜）やシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）などの薄膜を基板上に形成する工程が行われることがある。ＳｉＯ膜は、絶縁性、低誘電性などに優れ、絶縁膜や層間膜として広く用いられている。また、ＳｉＮ膜は、絶縁性、耐食性、誘電性、膜ストレス制御性などに優れ、絶縁膜やマスク膜、電荷蓄積膜、ストレス制御膜として広く用いられている。また、これらの薄膜に炭素（Ｃ）や硼素（Ｂ）を添加して、シリコン炭窒化膜（ＳｉＣＮ膜）、シリコン酸炭窒化膜（ＳｉＯＣＮ膜）、シリコン酸炭化膜（ＳｉＯＣ膜）、シリコン硼炭窒化膜（ＳｉＢＣＮ膜）等の薄膜を形成する技術も知られている。薄膜中に炭素を添加することにより、薄膜のエッチング耐性を向上させることが可能となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ＳｉＯＣ膜は、処理室内の基板に対して、シリコン（Ｓｉ）を含む原料ガス（Ｓｉ原料）と、酸素（Ｏ）を含む反応ガス（酸素含有ガス）と、炭素を含む反応ガス（炭素含有ガス）と、を供給することで形成することができる。また、ＳｉＣＮ膜は、処理室内の基板に対して、Ｓｉ原料と、窒素（Ｎ）を含む反応ガス（窒素含有ガス）と、炭素含有ガスと、を供給することで形成することができる。
【０００４】
ＳｉＯＣ膜やＳｉＣＮ膜等の薄膜中に含まれる酸素、窒素、炭素等の濃度を増加させるには、処理室内に供給する反応ガス（酸素含有ガス、窒素含有ガス、炭素含有ガス）の流量を増加させることが有効である。しかしながら、反応ガスの流量を増加させると、反応ガスの総供給量（消費量、使用量）が増加して成膜コストの増大を招いてしまうことがある。特に、反応ガスとして高価なガスを用いた場合、成膜コストの増大が顕著となる。
【０００５】
本発明の目的は、薄膜中に含まれる酸素、窒素、炭素等の濃度を低下させることなく反応ガスの総供給量を低減させることが可能な半導体装置の製造方法、基板処理方法、基板処理装置およびプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、
前記原料ガスを供給する工程および前記反応ガスを供給する工程のうち少なくともいずれかの工程では、
前記処理室内の圧力が所定の圧力となるまで、前記処理室内の排気を停止した状態で、前記原料ガスおよび前記反応ガスのうちその工程で使用するガスを第１の流量にて供給する第１供給工程と、
前記処理室内の圧力が前記所定の圧力となった後、前記処理室内の圧力を前記所定の圧力に維持しつつ、前記処理室内の排気を実施した状態で、前記原料ガスおよび前記反応ガスのうちその工程で使用するガスを前記第１の流量よりも小さい第２の流量にて供給する第２供給工程と、
を行う半導体装置の製造方法が提供される。
【０００７】
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、
前記原料ガスを供給する工程および前記反応ガスを供給する工程のうち少なくともいずれかの工程では、
前記処理室内の圧力が所定の圧力となるまで、前記処理室内の排気を停止した状態で、前記原料ガスおよび前記反応ガスのうちその工程で使用するガスを第１の流量にて供給する第１供給工程と、
前記処理室内の圧力が前記所定の圧力となった後、前記処理室内の圧力を前記所定の圧力に維持しつつ、前記処理室内の排気を実施した状態で、前記原料ガスおよび前記反応ガスのうちその工程で使用するガスを前記第１の流量よりも小さい第２の流量にて供給する第２供給工程と、
を行う基板処理方法が提供される。
【０００８】
本発明のさらに他の態様によれば、
基板を収容する処理室と、
前記処理室内へ原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理室内へ反応ガスを供給する反応ガス供給系と、
前記処理室内を排気する排気系と、
前記処理室内の圧力を調整する圧力調整部と、
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、前記原料ガスを供給する処理および前記反応ガスを供給する処理のうち少なくともいずれかの処理では、前記処理室内の圧力が所定の圧力となるまで、前記処理室内の排気を停止した状態で、前記原料ガスおよび前記反応ガスのうちその処理で使用するガスを第１の流量にて供給する第１供給処理と、前記処理室内の圧力が前記所定の圧力となった後、前記処理室内の圧力を前記所定の圧力に維持しつつ、前記処理室内の排気を実施した状態で、前記原料ガスおよび前記反応ガスのうちその処理で使用するガスを前記第１の流量よりも小さい第２の流量にて供給する第２供給処理と、を行うように、前記原料ガス供給系、前記反応ガス供給系、前記排気系および前記圧力調整部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。
【０００９】
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、
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をコンピュータに実行させ、
前記原料ガスを供給する手順および前記反応ガスを供給する手順のうち少なくともいずれかの手順では、
前記処理室内の圧力が所定の圧力となるまで、前記処理室内の排気を停止した状態で、前記原料ガスおよび前記反応ガスのうちその手順で使用するガスを第１の流量にて供給する第１供給手順と、
前記処理室内の圧力が前記所定の圧力となった後、前記処理室内の圧力を前記所定の圧力に維持しつつ、前記処理室内の排気を実施した状態で、前記原料ガスおよび前記反応ガスのうちその手順で使用するガスを前記第１の流量よりも小さい第２の流量にて供給する第２供給手順と、
を行わせるプログラムが提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、薄膜中に含まれる酸素、窒素、炭素等の濃度を低下させることなく反応ガスの総供給量を低減させることが可能な半導体装置の製造方法、基板処理方法、基板処理装置およびプログラムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の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】本発明の第１実施形態における成膜フローを示す図である。
【図５】本発明の第１実施形態の成膜シーケンスにおけるガス供給のタイミングを示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態における成膜フローを示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態の成膜シーケンスにおけるガス供給のタイミングを示す図である。
【図８】本発明の実施形態の成膜シーケンスにおける反応ガス（ＴＥＡ）供給工程での反応ガス（ＴＥＡ）の流量、不活性ガス（Ｎ２）の流量、処理室内の圧力、排気バルブ（ＡＰＣバルブ）の開度の関係を示す図である。
【図９】本発明の他の実施形態の成膜シーケンスにおけるガス供給のタイミングを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜本発明の第１実施形態＞
以下に本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
（１）基板処理装置の構成
図１は、本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２０２部分を縦断面図で示している。図２は、本実施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。
【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（励起）させる活性化機構（励起部）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ノズル２４９ａ、第２ノズル２４９ｂ、第３ノズル２４９ｃが反応管２０３の下部を貫通するように設けられている。第１ノズル２４９ａ、第２ノズル２４９ｂ、第３ノズル２４９ｃ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。また、第３ガス供給管２３２ｃには、第４ガス供給管２３２ｄが接続されている。このように、反応管２０３には３本のノズル２４９ａ，２４９ｂ，２４９ｃと、４本のガス供給管２３２ａ，２３２ｂ，２３２ｃ，２３２ｄとが設けられており、処理室２０１内へ複数種類、ここでは４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２３２ｅが接続されている。この第１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１ガス供給管２３２ａの先端部には、上述の第１ノズル２４９ａが接続されている。第１ノズル２４９ａ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２４９ａ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２４９ａ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２４９ａの側面にはガスを供給するガス供給孔２５０ａが設けられている。ガス供給孔２５０ａ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２５０ａ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】
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により第１ガス供給系が構成される。なお、第１ノズル２４９ａ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２３２ｅ、マスフローコントローラ２４１ｅ、バルブ２４３ｅ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。
【００２０】
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２３２ｆが接続されている。この第２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２ガス供給管２３２ｂの先端部には、上述の第２ノズル２４９ｂが接続されている。第２ノズル２４９ｂ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２ノズル２４９ｂは、ウエハ２００が配列されるウエハ配列領域の側方の、ウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域に沿うように設けられている。第２ノズル２４９ｂはＬ字型のロングノズルとして構成されており、その水平部は反応管２０３の下部側壁を貫通するように設けられており、その垂直部は少なくともウエハ配列領域の一端側から他端側に向かって立ち上がるように設けられている。第２ノズル２４９ｂの側面にはガスを供給するガス供給孔２５０ｂが設けられている。ガス供給孔２５０ｂは反応管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２５０ｂ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】
主に、第２ガス供給管２３２ｂ、マスフローコントローラ２４１ｂ、バルブ２４３ｂにより第２ガス供給系が構成される。なお、第２ノズル２４９ｂ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２３２ｆ、マスフローコントローラ２４１ｆ、バルブ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。
【００２２】
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４ガス供給管２３２ｄが接続されている。この第４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３ガス供給管２３２ｃにおける第４ガス供給管２３２ｄとの接続箇所よりも下流側には、第３不活性ガス供給管２３２ｇが接続されている。この第３不活性ガス供給管２３２ｇ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２４１ｇ、及び開閉弁であるバルブ２４３ｇ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２４９ｃが接続されている。第３ノズル２４９ｃ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３ノズル２４９ｃ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３ノズル２４９ｃ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２４９ｃの側面にはガスを供給するガス供給孔２５０ｃが設けられている。ガス供給孔２５０ｃ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２５０ｃ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。
【００２３】
主に、第３ガス供給管２３２ｃ、マスフローコントローラ２４１ｃ、バルブ２４３ｃにより第３ガス供給系が構成される。なお、第３ノズル２４９ｃを第３ガス供給系に含めて考えてもよい。また、主に、第４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４ガス供給系が構成される。なお、第３ガス供給管２３２ｃの第４ガス供給管２３２ｄとの接続部よりも下流側、第３ノズル２４９ｃを第４ガス供給系に含めて考えてもよい。また、主に、第３不活性ガス供給管２３２ｇ、マスフローコントローラ２４１ｇ、バルブ２４３ｇにより、第３不活性ガス供給系が構成される。第３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。
【００２４】
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２４９ａ，２４９ｂ，２４９ｃを経由してガスを搬送し、ノズル２４９ａ，２４９ｂ，２４９ｃにそれぞれ開口されたガス供給孔２５０ａ，２５０ｂ，２５０ｃ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に対して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、ウエハ２００の表面上を流れたガス、すなわち、反応後の残ガスは、排気口、すなわち、後述する排気管２３１の方向に向かって流れるが、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。
【００２５】
第１ガス供給管２３２ａからは、所定元素とハロゲン元素とを含む原料ガスとして、例えば、少なくともシリコン（Ｓｉ）と塩素（Ｃｌ）とを含む原料ガスであるクロロシラン系原料ガスが、マスフローコントローラ２４１ａ、バルブ２４３ａ、第１ノズル２４９ａを介して処理室２０１内に供給される。ここで、クロロシラン系原料ガスとは、気体状態のクロロシラン系原料、例えば、常温常圧下で液体状態であるクロロシラン系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クロロシラン系原料等のことである。また、クロロシラン系原料とは、ハロゲン基としてのクロロ基を有するシラン系原料のことであり、少なくともシリコン（Ｓｉ）及び塩素（Ｃｌ）を含む原料のことである。すなわち、ここでいうクロロシラン系原料は、ハロゲン化物の一種とも言える。なお、本明細書において「原料」という言葉を用いた場合は、「液体状態である液体原料」を意味する場合、「気体状態である原料ガス」を意味する場合、または、その両方を意味する場合がある。従って、本明細書において「クロロシラン系原料」という言葉を用いた場合は、「液体状態であるクロロシラン系原料」を意味する場合、「気体状態であるクロロシラン系原料ガス」を意味する場合、または、その両方を意味する場合がある。クロロシラン系原料ガスとしては、例えば、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ２Ｃｌ６、略称：ＨＣＤＳ）ガスを用いることができる。なお、ＨＣＤＳのように常温常圧下で液体状態である液体原料を用いる場合は、液体原料を気化器やバブラ等の気化システムにより気化して、原料ガス（ＨＣＤＳガス）として供給することとなる。
【００２６】
第２ガス供給管２３２ｂからは、炭素（Ｃ）と窒素（Ｎ）とを含む反応ガス（第１の反応ガス）として、例えば、アミンを含むガス、すなわち、アミン系ガスが、マスフローコントローラ２４１ｂ、バルブ２４３ｂ、第２ノズル２４９ｂを介して処理室２０１内に供給される。ここで、アミン系ガスとは、気体状態のアミン、例えば、常温常圧下で液体状態であるアミン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アミン等のアミン基を含むガスのことである。アミン系ガスは、エチルアミン、メチルアミン、プロピルアミン、イソプロピルアミン、ブチルアミン、イソブチルアミン等のアミンを含む。ここで、アミンとは、アンモニア（ＮＨ３）の水素原子をアルキル基等の炭化水素基で置換した形の化合物の総称である。つまり、アミンは、炭素原子を含むリガンドとして、アルキル基等の炭化水素基を含む。アミン系ガスは、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）及び水素（Ｈ）の３元素を含んでおり、シリコン（Ｓｉ）を含んでいないことからシリコン非含有のガスとも言え、更には、シリコン及び金属を含んでいないことからシリコン及び金属非含有のガスとも言える。また、アミン系ガスは、窒素含有ガスでもあり、炭素含有ガスでもあり、水素含有ガスでもある。アミン系ガスは、アミン基を構成する炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）及び水素（Ｈ）の３元素のみで構成されるガスとも言える。なお、本明細書において「アミン」という言葉を用いた場合は、「液体状態であるアミン」を意味する場合、「気体状態であるアミン系ガス」を意味する場合、または、その両方を意味する場合がある。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。なお、ＴＥＡのように常温常圧下で液体状態であるアミンを用いる場合は、液体状態のアミンを気化器やバブラ等の気化システムにより気化して、第１の反応ガス（ＴＥＡガス）として供給することとなる。
【００２７】
第３ガス供給管２３２ｃからは、第１の反応ガスとは異なる反応ガス（第２の反応ガス）として、例えば、酸素（Ｏ）を含むガス（酸素含有ガス）、すなわち、酸化ガス（酸化性ガス）が、マスフローコントローラ２４１ｃ、バルブ２４３ｃ、第３ノズル２４９ｃを介して処理室２０１内に供給される。酸素含有ガスとしては、例えば、酸素（Ｏ２）ガスを用いることができる。
【００２８】
第４ガス供給管２３２ｄからは、第１の反応ガスとは異なる反応ガス（第２の反応ガス）として、例えば、窒素（Ｎ）を含むガス（窒素含有ガス）、すなわち、窒化ガス（窒化性ガス）が、マスフローコントローラ２４１ｄ、バルブ２４３ｄ、第３ガス供給管２３２ｃ、第３ノズル２４９ｃを介して処理室２０１内に供給される。窒素含有ガスとしては、例えば、アンモニア（ＮＨ３）ガスを用いることができる。
【００２９】
不活性ガス供給管２３２ｅ，２３２ｆ，２３２ｇからは、不活性ガスとして、例えば、窒素（Ｎ２）ガスが、それぞれマスフローコントローラ２４１ｅ，２４１ｆ，２４１ｇ、バルブ２４３ｅ，２４３ｆ，２４３ｇ、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂ，２３２ｃ、ノズル２４９ａ，２４９ｂ，２４９ｃを介して処理室２０１内に供給される。
【００３０】
なお、例えば各ガス供給管から上述のようなガスをそれぞれ流す場合、第１ガス供給系により、所定元素およびハロゲン基を含む原料ガスを供給する原料ガス供給系、すなわち、クロロシラン系原料ガス供給系が構成される。なお、クロロシラン系原料ガス供給系を、単に、クロロシラン系原料供給系とも称する。また、第２ガス供給系により、反応ガス供給系（第１反応ガス供給系）、すなわち、アミン系ガス供給系が構成される。なお、アミン系ガス供給系を、単に、アミン供給系とも称する。また、第３ガス供給系により、反応ガス供給系（第２反応ガス供給系）、すなわち、酸化ガス供給系としての酸素含有ガス供給系が構成される。また、第４ガス供給系により、反応ガス供給系（第２反応ガス供給系）、すなわち、窒化ガス供給系としての窒素含有ガス供給系が構成される。
【００３１】
反応管２０３には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気管２３１が設けられている。図２に示すように、横断面視において、排気管２３１は、反応管２０３の第１ノズル２４９ａのガス供給孔２５０ａ、第２ノズル２４９ｂのガス供給孔２５０ｂ、および、第３ノズル２４９ｃのガス供給孔２５０ｃが設けられる側と対向する側、すなわち、ウエハ２００を挟んでガス供給孔２５０ａ，２５０ｂ，２５０ｃとは反対側に設けられている。また、図１に示すように縦断面視において、排気管２３１は、ガス供給孔２５０ａ，２５０ｂ，２５０ｃが設けられる箇所よりも下方に設けられている。この構成により、ガス供給孔２５０ａ，２５０ｂ，２５０ｃから処理室２０１内のウエハ２００の近傍に供給されたガスは、水平方向、すなわち、ウエハ２００の表面と平行な方向に向かって流れた後、下方に向かって流れ、排気管２３１より排気されることとなる。処理室２０１内におけるガスの主たる流れが水平方向へ向かう流れとなるのは上述の通りである。
【００３２】
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、および排気バルブである圧力調整器（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内の真空排気および真空排気停止を行うことができ、更に、真空ポンプ２４６を作動させた状態で弁開度を調節することで、処理室２０１内の圧力を調整することができるように構成されているバルブである。主に、排気管２３１、ＡＰＣバルブ２４４、圧力センサ２４５により排気系、すなわち、排気ラインが構成される。なお、真空ポンプ２４６を排気系（排気ライン）に含めて考えてもよい。排気系としての排気ラインは、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。
【００３３】
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内外に搬入および搬出することが可能なように構成されている。すなわち、ボートエレベータ１１５は、ボート２１７すなわちウエハ２００を、処理室２０１内外に搬送する搬送装置（搬送機構）として構成される。
【００３４】
基板支持具としてのボート２１７は、例えば石英や炭化シリコン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、例えば石英や炭化シリコン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構成されている。なお、断熱部材２１８は、石英や炭化シリコン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。
【００３５】
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、ノズル２４９ａ，２４９ｂ，２４９ｃ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。
【００３６】
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。
【００３７】
記憶装置１２１ｃは、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）等で構成されている。記憶装置１２１ｃ内には、基板処理装置の動作を制御する制御プログラムや、後述する基板処理の手順や条件などが記載されたプロセスレシピ等が、読み出し可能に格納されている。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。
【００３８】
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，２４１ｇ、バルブ２４３ａ，２４３ｂ，２４３ｃ，２４３ｄ，２４３ｅ，２４３ｆ，２４３ｇ、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等に接続されている。
【００３９】
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，２４１ｇによる各種ガスの流量調整動作、バルブ２４３ａ，２４３ｂ，２４３ｃ，２４３ｄ，２４３ｅ，２４３ｆ，２４３ｇの開閉動作、ＡＰＣバルブ２４４の開閉動作及び圧力センサ２４５に基づくＡＰＣバルブ２４４による圧力調整動作、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の起動および停止、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。
【００４０】
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。
【００４１】
（２）基板処理工程
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、ウエハ２００上に薄膜を成膜する例について説明する。尚、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。
【００４２】
本実施形態では、
処理室２０１内のウエハ２００に対して原料ガスを供給する工程と、
処理室２０１内のウエハ２００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（１回以上）行うことでウエハ２００上に薄膜を形成する。
なお、原料ガスを供給する工程および反応ガスを供給する工程のうち少なくともいずれかの工程では、
処理室２０１内の圧力が所定の圧力となるまで、処理室２０１内の排気を停止した状態で、原料ガスおよび反応ガスのうちその工程で使用するガスを第１の流量にて供給する第１供給工程と、
処理室２０１内の圧力が所定の圧力となった後、処理室２０１内の圧力を所定の圧力に維持しつつ、処理室２０１内の排気を実施した状態で、原料ガスおよび反応ガスのうちその工程で使用するガスを第１の流量よりも小さい第２の流量にて供給する第２供給工程と、
を行う。
【００４３】
なお、本実施形態では、形成する薄膜の組成比が化学量論組成、または、化学量論組成とは異なる所定の組成比となるようにすることを目的として、形成する薄膜を構成する複数の元素を含む複数種類のガスの供給条件を制御する。例えば、形成する薄膜を構成する複数の元素のうち少なくとも一つの元素が他の元素よりも化学量論組成に対し過剰となるようにすることを目的として、供給条件を制御する。以下、形成する薄膜を構成する複数の元素の比率、すなわち、薄膜の組成比を制御しつつ成膜を行う例について説明する。
【００４４】
以下、本実施形態の成膜シーケンスを、図４、図５を用いて具体的に説明する。図４は、本実施形態における成膜フローを示す図である。図５は、本実施形態の成膜シーケンスにおけるガス供給のタイミングを示す図である。
【００４５】
なお、ここでは、
処理室２０１内のウエハ２００に対して原料ガスとしてクロロシラン系原料ガスであるＨＣＤＳガスを供給することで、ウエハ２００上に塩素を含むシリコン含有層を形成する工程と、
処理室２０１内のウエハ２００に対して第１の反応ガスとしてアミン系ガスであるＴＥＡガスを供給することで、塩素を含むシリコン含有層を改質して、シリコン、窒素および炭素を含む第１の層を形成する工程と、
処理室２０１内のウエハ２００に対して原料ガスおよび第１の反応ガスとは異なる第２の反応ガスとして酸素含有ガスであるＯ２ガスを供給することで、第１の層を改質して、第２の層としてシリコン酸炭窒化層（ＳｉＯＣＮ層）またはシリコン酸炭化層（ＳｉＯＣ層）を形成する工程と、
を含むサイクルを所定回数（ｎ回）行うことで、ウエハ２００上に、所定組成及び所定膜厚のシリコン系絶縁膜であるシリコン酸炭窒化膜（ＳｉＯＣＮ膜）またはシリコン酸炭化膜（ＳｉＯＣ膜）を形成する例について説明する。
【００４６】
また、ここでは、ＨＣＤＳガスを供給する工程、ＴＥＡガスを供給する工程およびＯ２ガスを供給する工程の３つの工程のうち、ＴＥＡガスを供給する工程で、処理室２０１内の圧力が所定の圧力となるまで、処理室２０１内の排気を停止した状態で、ＴＥＡガスを第１の流量にて供給する第１供給工程（以下、第１のＴＥＡガス供給工程ともいう）と、処理室２０１内の圧力が所定の圧力となった後、処理室２０１内の圧力を所定の圧力に維持しつつ、処理室２０１内の排気を実施した状態で、ＴＥＡガスを第１の流量よりも小さい第２の流量にて供給する第２供給工程（以下、第２のＴＥＡガス供給工程ともいう）と、を行う例について説明する。
【００４７】
なお、本明細書において「ウエハ」という言葉を用いた場合は、「ウエハそのもの」を意味する場合や、「ウエハとその表面に形成された所定の層や膜等との積層体（集合体）」を意味する場合（すなわち、表面に形成された所定の層や膜等を含めてウエハと称する場合）がある。また、本明細書において「ウエハの表面」という言葉を用いた場合は、「ウエハそのものの表面（露出面）」を意味する場合や、「ウエハ上に形成された所定の層や膜等の表面、すなわち、積層体としてのウエハの最表面」を意味する場合がある。
【００４８】
従って、本明細書において「ウエハに対して所定のガスを供給する」と記載した場合は、「ウエハそのものの表面（露出面）に対して所定のガスを直接供給する」ことを意味する場合や、「ウエハ上に形成されている層や膜等に対して、すなわち、積層体としてのウエハの最表面に対して所定のガスを供給する」ことを意味する場合がある。また、本明細書において「ウエハ上に所定の層（又は膜）を形成する」と記載した場合は、「ウエハそのものの表面（露出面）上に所定の層（又は膜）を直接形成する」ことを意味する場合や、「ウエハ上に形成されている層や膜等の上、すなわち、積層体としてのウエハの最表面の上に所定の層（又は膜）を形成する」ことを意味する場合がある。
【００４９】
なお、本明細書において「基板」という言葉を用いた場合も、「ウエハ」という言葉を用いた場合と同様であり、その場合、上記説明において、「ウエハ」を「基板」に置き換えて考えればよい。
【００５０】
（ウエハチャージ及びボートロード）
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。
【００５１】
（圧力調整及び温度調整）
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に対する処理が完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）。なお、ヒータ２０７による処理室２０１内の加熱は、少なくともウエハ２００に対する処理が完了するまでの間は継続して行われる。続いて、回転機構２６７によるボート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。
【００５２】
〔シリコン酸炭窒化膜またはシリコン酸炭化膜形成工程〕
その後、次の３つのステップ、すなわち、ステップ１〜３を順次実行する。
【００５３】
［ステップ１］
（ＨＣＤＳガス供給）
第１ガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａを開き、第１ガス供給管２３２ａ内にＨＣＤＳガスを流す。第１ガス供給管２３２ａ内を流れたＨＣＤＳガスは、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ＨＣＤＳガスは、第１ノズル２４９ａのガス供給孔２５０ａ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ＨＣＤＳ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１不活性ガス供給管２３２ｅ内に不活性ガスとしてのＮ２ガスを流す。第１不活性ガス供給管２３２ｅ内を流れたＮ２ガスは、マスフローコントローラ２４１ｅにより流量調整される。流量調整されたＮ２ガスは、ＨＣＤＳ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。
【００５４】
なお、このとき、第２ノズル２４９ｂ、第３ノズル２４９ｃ内へのＨＣＤＳガスの侵入を防止するため、バルブ２４３ｆ，２４３ｇを開き、第２不活性ガス供給管２３２ｆ、第３不活性ガス供給管２３２ｇ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２４９ｂ、第３ノズル２４９ｃ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。
【００５５】
このとき、ＡＰＣバルブ２４４を適正に調整して、処理室２０１内の圧力を、例えば１〜１３３００Ｐａ、好ましくは２０〜１３３０Ｐａの範囲内の圧力とする。マスフローコントローラ２４１ａで制御するＨＣＤＳガスの供給流量は、例えば１〜１０００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。マスフローコントローラ２４１ｅ，２４１ｆ，２４１ｇで制御するＮ２ガスの供給流量は、それぞれ例えば１００〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。ＨＣＤＳガスをウエハ２００に対して供給する時間、すなわち、ガス供給時間（照射時間）は、例えば１〜１２０秒、好ましくは１〜６０秒の範囲内の時間とする。このときヒータ２０７の温度は、ウエハ２００の温度が、例えば２５０〜７００℃、好ましくは３００〜６５０℃、より好ましくは３５０〜６００℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。なお、ウエハ２００の温度が２５０℃未満となるとウエハ２００上にＨＣＤＳが化学吸着しにくくなり、実用的な成膜速度が得られなくなることがある。ウエハ２００の温度を２５０℃以上とすることで、これを解消することが可能となる。なお、ウエハ２００の温度を３００℃以上、さらには３５０℃以上とすることで、ウエハ２００上にＨＣＤＳをより十分に吸着させることが可能となり、より十分な成膜速度が得られるようになる。また、ウエハ２００の温度が７００℃を超えるとＣＶＤ反応が強くなる（気相反応が支配的になる）ことで、膜厚均一性が悪化しやすくなり、その制御が困難となってしまう。ウエハ２００の温度を７００℃以下とすることで、膜厚均一性の悪化を抑制でき、その制御が可能となる。特にウエハ２００の温度を６５０℃以下、さらには６００℃以下とすることで、表面反応が支配的になり、膜厚均一性を確保しやすくなり、その制御が容易となる。よって、ウエハ２００の温度は２５０〜７００℃、好ましくは３００〜６５０℃、より好ましくは３５０〜６００℃の範囲内の温度とするのがよい。
【００５６】
上述の条件下でウエハ２００に対してＨＣＤＳガスを供給することにより、ウエハ２００（表面の下地膜）上に、所定元素（シリコン）とハロゲン元素（塩素）とを含む初期層として、例えば１原子層未満から数原子層程度の厚さの塩素（Ｃｌ）を含むシリコン含有層が形成される。Ｃｌを含むシリコン含有層はＨＣＤＳガスの吸着層であってもよいし、Ｃｌを含むシリコン層（Ｓｉ層）であってもよいし、その両方を含んでいてもよい。
【００５７】
ここでＣｌを含むシリコン層とは、シリコン（Ｓｉ）により構成されＣｌを含む連続的な層の他、不連続な層や、これらが重なってできるＣｌを含む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Ｃｌを含む連続的な層をＣｌを含むシリコン薄膜という場合もある。なお、Ｃｌを含むシリコン層を構成するＳｉは、Ｃｌとの結合が完全に切れていないものの他、Ｃｌとの結合が完全に切れているものも含む。
【００５８】
また、ＨＣＤＳガスの吸着層は、ＨＣＤＳ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、ＨＣＤＳガスの吸着層は、ＨＣＤＳ分子で構成される１分子層もしくは１分子層未満の厚さの化学吸着層を含む。なお、ＨＣＤＳガスの吸着層を構成するＨＣＤＳ（Ｓｉ２Ｃｌ６）分子は、ＳｉとＣｌとの結合が一部切れたもの（ＳｉｘＣｌｙ分子）も含む。すなわち、ＨＣＤＳガスの吸着層は、Ｓｉ２Ｃｌ６分子および／またはＳｉｘＣｌｙ分子の連続的な化学吸着層や不連続な化学吸着層を含む。
【００５９】
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。
【００６０】
ＨＣＤＳガスが自己分解（熱分解）する条件下、すなわち、ＨＣＤＳの熱分解反応が生じる条件下では、ウエハ２００上にＳｉが堆積することでＣｌを含むシリコン層が形成される。ＨＣＤＳガスが自己分解（熱分解）しない条件下、すなわち、ＨＣＤＳの熱分解反応が生じない条件下では、ウエハ２００上にＨＣＤＳガスが吸着することでＨＣＤＳガスの吸着層が形成される。なお、ウエハ２００上にＨＣＤＳガスの吸着層を形成するよりも、ウエハ２００上にＣｌを含む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。
【００６１】
ウエハ２００上に形成されるＣｌを含む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２及びステップ３での改質の作用がＣｌを含むシリコン含有層の全体に届かなくなる。また、ウエハ２００上に形成可能なＣｌを含む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、Ｃｌを含む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、Ｃｌを含むシリコン含有層の厚さを１原子層以下、すなわち、１原子層または１原子層未満とすることで、後述するステップ２及びステップ３での改質反応の作用を相対的に高めることができ、ステップ２及びステップ３での改質反応に要する時間を短縮することができる。ステップ１でのＣｌを含むシリコン含有層形成に要する時間を短縮することもできる。結果として、１サイクルあたりの処理時間を短縮することができ、トータルでの処理時間を短縮することも可能となる。すなわち、成膜レートを高くすることも可能となる。また、Ｃｌを含む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。
【００６２】
（残留ガス除去）
初期層としてのＣｌを含む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、ＨＣＤＳ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、好ましくはＡＰＣバルブ２４４の開度を全開（フルオープン）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初期層形成に寄与した後のＨＣＤＳガスを処理室２０１内から排除する。なお、このとき、バルブ２４３ｅ，２４３ｆ，２４３ｇ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初期層形成に寄与した後のＨＣＤＳガスを処理室２０１内から排除する効果を高めることができる。
【００６３】
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２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２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。
【００６４】
クロロシラン系原料ガスとしては、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ２Ｃｌ６、略称：ＨＣＤＳ）ガスの他、テトラクロロシランすなわちシリコンテトラクロライド（ＳｉＣｌ４、略称：ＳＴＣ）ガス、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３、略称：ＴＣＳ）ガス、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２、略称：ＤＣＳ）ガス、モノクロロシラン（ＳｉＨ３Ｃｌ、略称：ＭＣＳ）ガス等の無機原料ガスを用いてもよい。不活性ガスとしては、Ｎ２ガスの他、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ｘｅガス等の希ガスを用いてもよい。
【００６５】
［ステップ２］
（ＴＥＡガス供給）
ステップ１が終了し処理室２０１内の残留ガスを除去した後、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ＴＥＡガスを流す。第２ガス供給管２３２ｂ内を流れたＴＥＡ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ＴＥＡガスは、第２ノズル２４９ｂのガス供給孔２５０ｂから処理室２０１内へ供給される。処理室２０１内に供給されたＴＥＡガスは熱で活性化（励起）され、排気管２３１から排気される。このとき、ウエハ２００に対して熱で活性化されたＴＥＡ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２不活性ガス供給管２３２ｆ内に不活性ガスとしてのＮ２ガスを流す。第２不活性ガス供給管２３２ｆ内を流れたＮ２ガスは、マスフローコントローラ２４１ｆにより流量調整される。流量調整されたＮ２ガスは、ＴＥＡガスと一緒に処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。
【００６６】
なお、このとき、第１ノズル２４９ａ、第３ノズル２４９ｃ内へのＴＥＡガスの侵入を防止するため、バルブ２４３ｅ，２４３ｇを開き、第１不活性ガス供給管２３２ｅ、第３不活性ガス供給管２３２ｇ内にＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスは、第１ガス供給管２３２ａ、第３ガス供給管２３２ｃ、第１ノズル２４９ａ、第３ノズル２４９ｃ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。
【００６７】
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上に形成された初期層としてのＣｌを含むシリコン含有層と、ＴＥＡガスとを反応させることができる。すなわち、初期層としてのＣｌを含むシリコン含有層に含まれるハロゲン元素の原子（Ｃｌ原子）と、ＴＥＡガスに含まれるリガンド（エチル基）と、を反応させることができる。それにより、初期層に含まれるＣｌのうち少なくとも一部のＣｌを初期層から引き抜く（分離させる）とともに、ＴＥＡガスに含まれる複数のエチル基のうち少なくとも一部のエチル基をＴＥＡガスから分離させることができる。そして、少なくとも一部のエチル基が分離したＴＥＡガスのＮと、初期層に含まれるＳｉと、を結合させることができる。すなわち、ＴＥＡガスを構成するＮであって少なくとも一部のエチル基が外れ未結合手（ダングリングボンド）を有することとなったＮと、初期層に含まれ未結合手を有することとなったＳｉ、もしくは、未結合手を有していたＳｉと、を結合させて、Ｓｉ−Ｎ結合を形成することが可能となる。またこのとき、ＴＥＡガスから分離したエチル基（−ＣＨ２ＣＨ３）に含まれるＣと、初期層に含まれるＳｉと、を結合させて、Ｓｉ−Ｃ結合を形成することも可能となる。これらの結果、初期層中からＣｌが脱離すると共に、初期層中に、Ｎ成分が新たに取り込まれることとなる。またこのとき、初期層中に、Ｃ成分も新たに取り込まれることとなる。
【００６８】
ＴＥＡガスを上述の条件下で供給することで、初期層としてのＣｌを含むシリコン含有層とＴＥＡガスとを適正に反応させることができ、上述の一連の反応を生じさせることが可能となる。
【００６９】
この一連の反応により、初期層中からＣｌが脱離すると共に、初期層中に、Ｎ成分とＣ成分とが新たに取り込まれ、初期層としてのＣｌを含むシリコン含有層は、シリコン（Ｓｉ）、窒素（Ｎ）及び炭素（Ｃ）を含む第１の層、すなわち、シリコン炭窒化層（ＳｉＣＮ層）へと変化する（改質される）。第１の層は、１原子層未満から数原子層程度の厚さのＳｉ、ＮおよびＣを含む層となる。なお、第１の層は、Ｓｉ成分の割合とＣ成分の割合とが比較的多い層、すなわち、Ｓｉリッチであり、かつ、Ｃリッチな層となる。
【００７０】
なお、第１の層としてのＳｉ、ＮおよびＣを含む層を形成する際、Ｃｌを含むシリコン含有層に含まれていた塩素（Ｃｌ）や、ＴＥＡガスに含まれていた水素（Ｈ）は、ＴＥＡガスによるＣｌを含むシリコン含有層の改質反応の過程において、例えば塩素（Ｃｌ２）ガスや水素（Ｈ２）ガスや塩化水素（ＨＣｌ）ガス等のガス状物質を構成し、排気管２３１を介して処理室２０１内から排出される。すなわち、初期層中のＣｌ等の不純物は、初期層中から引き抜かれたり、脱離したりすることで、初期層から分離することとなる。これにより、第１の層は、初期層に比べてＣｌ等の不純物が少ない層となる。
【００７１】
なお、ステップ２では、マスフローコントローラ２４１ｂによるＴＥＡガスの流量調整動作、マスフローコントローラ２４１ｆによるＮ２ガスの流量調整動作、ＡＰＣバルブ２４４による処理室２０１内の圧力調整動作を、図８に示すように制御する。図８は、ステップ２、すなわち、反応ガス（ＴＥＡ）供給工程での反応ガス（ＴＥＡ）の流量、不活性ガス（Ｎ２）の流量、処理室内の圧力、排気バルブ（ＡＰＣバルブ）の開度の関係を示す図である。
【００７２】
ステップ２でＴＥＡガスを供給する際には、まず、ＴＥＡガスを第１の流量にて供給する（第１のＴＥＡガス供給工程）。そして、処理室２０１内の圧力が所定の圧力となった後、処理室２０１内の圧力を所定の圧力に維持しつつ、ＴＥＡガスを第１の流量よりも小さい第２の流量にて供給する（第２のＴＥＡガス供給工程）。すなわち、ステップ２でＴＥＡガスを供給する際、ＴＥＡガスの供給初期には比較的大流量でＴＥＡガスを供給するようにし、ある一定時間を経て処理室２０１内の圧力が所定の圧力まで上昇して安定したところで、処理室２０１内の圧力を所定の圧力に維持しつつ、ＴＥＡガスの流量を減らすようにする。このようにした場合、ステップ２で処理室２０１内に第１の流量でＴＥＡガスを供給し続ける場合と比較して、処理室２０１内へのＴＥＡガスの総供給量、すなわち、ＴＥＡガスの消費量を低減させることができるようになる。
【００７３】
また、ＴＥＡガスを第１の流量にて供給する際には、処理室２０１内を排気する排気ラインに設けられたＡＰＣバルブ２４４の開度を第１の開度とし、ＴＥＡガスを第２の流量にて供給する際には、ＡＰＣバルブ２４４の開度を第１の開度よりも大きい（広い）第２の開度とすることが好ましい。すなわち、ＴＥＡガスを第１の流量にて供給する際には、処理室２０１内を排気する排気ラインにおける排気コンダクタンスを第１の排気コンダクタンスとし、ＴＥＡガスを第２の流量にて供給する際には、排気コンダクタンスを第１の排気コンダクタンスよりも大きい第２の排気コンダクタンスとすることが好ましい。換言すると、ＴＥＡガスを第１の流量にて供給する際には、ＡＰＣバルブ２４４の開度を第２の開度よりも小さい（狭い）第１の開度とし、排気コンダクタンスを第２の排気コンダクタンスよりも小さい第１の排気コンダクタンスとすることが好ましい。この場合、ＴＥＡガスを第１の流量にて供給する際には、処理室２０１内に供給されるガスの総流量（すなわち、ＴＥＡガスの流量とＮ２ガスの流量との合計流量）の方が、排気ラインにより排気されるガスの排気流量よりも大きくなるようにするのが好ましい。このようにした場合、処理室２０１内の圧力を迅速に上昇させることができるようになり、処理室２０１内の圧力を早期に所定の圧力に到達させることが可能となる。つまり、処理室２０１内の圧力を所定の圧力にするまでの時間を短縮することが可能となる。また、処理室２０１内の圧力を迅速に比較的高い圧力まで上昇させることができることから、それにより、処理室２０１内に滞在する炭素（Ｃ）の量を増加させ、第１の層中に添加されるＣの量を増加させ、第１の層中に含まれるＣの濃度を増加させることができるようになる。なお、第２の開度とは、処理室２０１内の圧力を所定の圧力に維持することができるような開度であって、図８に例示するように、コントローラ１２１によってその大きさが自動的に調整されるような開度である。また、第２の排気コンダクタンスとは、処理室２０１内の圧力を所定の圧力に維持することができるようなコンダクタンスであって、コントローラ１２１がＡＰＣバルブ２４４を調整することによって、その大きさが自動的に調整されるようなコンダクタンスである。
【００７４】
また、ＴＥＡガスを第１の流量にて供給する際には、処理室２０１内を排気する排気ラインに設けられたＡＰＣバルブ２４４の開度（第１の開度）を全閉（フルクローズ）としてＡＰＣバルブ２４４の開度制御（フィードバック制御）を停止し、ＴＥＡガスを第２の流量にて供給する際には、ＡＰＣバルブ２４４を開放してＡＰＣバルブ２４４の開度制御を実施することが好ましい。すなわち、ＴＥＡガスを第１の流量にて供給する際には、処理室２０１内を排気する排気ラインを閉塞し、ＴＥＡガスを第２の流量にて供給する際には、排気ラインを開放することが好ましい。このようにした場合、ＴＥＡガスを第１の流量にて供給する際に、処理室２０１内に供給されるガスの総流量（すなわち、ＴＥＡガスの流量とＮ２ガスの流量との合計流量）の方が、排気ラインにより排気されるガスの排気流量よりも大きくなり、かつ、その差が最大となる。そのため、処理室２０１内の圧力をより迅速に上昇させることができるようになり、処理室２０１内の圧力を、より早期に所定の圧力に到達させることが可能となる。つまり、処理室２０１内の圧力を所定の圧力にするまでの時間を、より短縮することが可能となる。また、処理室２０１内の圧力をより迅速に比較的高い圧力まで上昇させることができることから、処理室２０１内に滞在する炭素（Ｃ）の量をより増加させ、第１の層中に添加されるＣの量をより増加させ、第１の層中に含まれるＣの濃度をより増加させることができるようになる。
【００７５】
なお、ＴＥＡガスを第１の流量にて供給する際には、処理室２０１内を排気する排気ラインに設けられたＡＰＣバルブ２４４の開度（第１の開度）を全閉としなくてもよく、例えば、ＡＰＣバルブ２４４を僅かに開放してＡＰＣバルブ２４４の開度制御を実施するようにしてもよい。すなわち、ＴＥＡガスを第１の流量にて供給する際には、ＡＰＣバルブ２４４を僅かに開く（第１の開度を極めて小さく（狭く）する）ことで、第１の排気コンダクタンスをゼロとせず、処理室２０１内から真空ポンプ２４６に向かう僅かなガス流を形成するようにしてもよい。このようにした場合でも、処理室２０１内に供給されるガスの総流量の方が、排気ラインにより排気される排気流量よりも大きくなるようにすることができる。この場合、コントローラ１２１によって、マスフローコントローラ２４１ｂおよびマスフローコントローラ２４１ｆによる流量調整動作、ＡＰＣバルブ２４４による圧力調整動作をそれぞれ制御することで、この状態、すなわち、処理室２０１内に供給されるガスの総流量が、排気ラインにより排気される排気流量よりも大きくなる状態を作り出すことができる。この場合においても、処理室２０１内の圧力を所定の圧力まで迅速に上昇させ、また、第１の層中に含まれるＣの濃度を増加させることができる。但し、ＡＰＣバルブ２４４の開度（第１の開度）を全閉とした方が、処理室２０１内の圧力をより迅速に上昇させ、また、第１の層中に含まれるＣの濃度をより増加させることができる。
【００７６】
なお、処理室２０１内の圧力は、処理室２０１内へ供給されるガスの流量と、処理室２０１内を排気する排気ラインにより排気されるガスの排気速度（排気コンダクタンス）とのバランスによって変化する。このバランスが安定するには時間がかかることがあるため、排気ラインによる排気を行いながら処理室２０１内の圧力を所定の圧力まで短時間で上昇させることは困難となる場合があり、高い生産性を得ることは困難となることがあった。特に、処理室２０１内へ供給されるガスの流量を減少させた場合、処理室２０１内の圧力上昇に要する時間が長くなり、生産性の低下が顕著となることがあった。これに対し、本実施形態によれば、ＴＥＡガスを第１の流量にて供給する際に、排気ラインに設けられたＡＰＣバルブ２４４の開度（第１の開度）を全閉とするか、ＡＰＣバルブ２４４を僅かに開く（第１の開度を小さくする）か、或いはＡＰＣバルブ２４４の開度（第１の開度）を第２の開度よりも小さくするようにしているため、処理室２０１内の圧力を所定の圧力まで短時間で上昇させ、成膜処理の生産性を向上させ、第１の層中に含まれるＣの濃度を増加させることができる。
【００７７】
また、ＴＥＡガスを第１の流量にて供給する際には、Ｎ２ガスを第３の流量にて供給し、ＴＥＡガスを第２の流量にて供給する際には、Ｎ２ガスを第３の流量よりも小さい第４の流量にて供給することが好ましい。すなわち、処理室２０１内に供給するＴＥＡガスの流量を減らす際には、処理室２０１内に供給するＮ２ガスの流量も併せて減らすとよい。このようにした場合、処理室２０１内に供給するＴＥＡガスの流量を減らした後、処理室２０１内におけるＴＥＡガスの分圧が低下してしまうこと、すなわち、処理室２０１内におけるＴＥＡガスの濃度が低下してしまうことを抑制できるようになる。そして、ウエハ２００に対するＴＥＡガスの実質的な供給量の減少、すなわち、ウエハ２００に対して供給されるＴＥＡ分子の数が減少してしまうことを抑制できるようになる。つまり、ＴＥＡガスを第１の流量にて供給し、処理室２０１内の圧力が所定の圧力となったときのＴＥＡガスの分圧、濃度、ウエハ２００に対して供給されるＴＥＡ分子の数を、処理室２０１内に供給するＴＥＡガスの流量を減らした後においても一定に保つことができるようになる。その結果、第１の層中に添加されるＣの量が減少してしまうこと、すなわち、第１の層中に含まれるＣの濃度が低下してしまうことを抑制できるようになる。
【００７８】
また、ステップ２（ＴＥＡガスを供給する工程）では、つまり、第１のＴＥＡガス供給工程および第２のＴＥＡガス供給工程では、処理室２０１内に供給するＴＥＡガスの流量とＮ２ガスの流量との流量比を一定に維持することが好ましい。すなわち、処理室２０１内に供給するＴＥＡガスの流量およびＮ２ガスの流量を第２の流量および第４の流量にそれぞれ減らす際には、第３の流量に対する第１の流量の比と、第４の流量に対する第２の流量の比と、を等しくすること、つまり、第２の流量および第４の流量を、第１の流量：第３の流量＝第２の流量：第４の流量の関係を満たすような流量にそれぞれ設定することが好ましい。言い換えれば、ステップ２では、ＴＥＡガスの流量とＮ２ガスの流量との合計流量（和）を全体としたときのＴＥＡガスの流量が占める比率（割合）、すなわち、ＴＥＡガス比率（割合）を一定に維持することが好ましい。つまり、ＴＥＡガスの流量／（ＴＥＡガスの流量＋Ｎ２ガスの流量）を一定に維持することが好ましい。すなわち、処理室２０１内に供給するＴＥＡガスの流量およびＮ２ガスの流量を第２の流量および第４の流量にそれぞれ減らす際には、第２の流量および第４の流量を、第１の流量／（第１の流量＋第３の流量）＝第２の流量／（第２の流量＋第４の流量）の関係を満たすような流量にそれぞれ設定することが好ましい。
【００７９】
処理室２０１内におけるＴＥＡガスの分圧ＶＴ（Ｐａ）は、処理室２０１内に供給するＴＥＡガスの流量をＱＴ（ｓｃｃｍ）、処理室２０１内に供給するＮ２ガスの流量をＱＮ（ｓｃｃｍ）、処理室２０１内の全圧をＶ（Ｐａ）としたとき、ＶＴ＝［ＱＴ／（ＱＴ＋ＱＮ）］×Ｖと表すことができる。従って、処理室２０１内に供給するＴＥＡガスの流量およびＮ２ガスの流量を第２の流量および第４の流量にそれぞれ減らす際、第２の流量および第４の流量を、上述したＴＥＡガス比率（＝ＱＴ／（ＱＴ＋ＱＮ））を一定に維持するようにそれぞれ設定すれば、処理室２０１内におけるＴＥＡガスの分圧ＶＴは一定に維持されることとなる。つまり、少なくとも処理室２０１内の圧力が所定の圧力Ｖとなった後、処理室２０１内の圧力を所定の圧力Ｖに維持しつつ、ＴＥＡガス比率（＝ＱＴ／（ＱＴ＋ＱＮ））を一定に維持すれば、処理室２０１内におけるＴＥＡガスの分圧ＶＴは一定に維持されることとなる。その結果、ウエハ２００に対するＴＥＡガスの実質的な供給状態を、ＴＥＡガスの流量を減らす前後で同様に維持することができるようになる。つまり、ウエハ２００に対して供給するＴＥＡ分子の数を、ＴＥＡガスの流量を減らす前後で、同様に維持することができるようになる。そしてその結果、ＴＥＡガスの流量を減らした後、第１の層中に添加されるＣの量が減少してしまうこと、すなわち、第１の層中に含まれるＣの濃度が低下してしまうことを抑制することができるようになる。
【００８０】
なお、ステップ２（ＴＥＡガスを供給する工程）では、処理室２０１内に供給するＴＥＡガスの流量を減らす際に、処理室２０１内に供給するＴＥＡガスの流量とＮ２ガスの流量との流量比をあえて変化させることで、すなわち、処理室２０１内におけるＴＥＡガスの分圧をあえて変化させることで、第１の層中に添加されるＣの量を変化させることも可能である。例えば、処理室２０１内に供給するＴＥＡガスの流量を減らす際に、（第４の流量）＞（第３の流量）×（第２の流量）／（第１の流量）を満たすようにＮ２ガスの流量を調整することで、すなわち、ＴＥＡガス比率を低下させることで、処理室２０１内におけるＴＥＡガスの分圧を低下させ、第１の層中に添加されるＣの量を減少させることも可能である。また例えば、処理室２０１内に供給するＴＥＡガスの流量を減らす際に、（第４の流量）＜（第３の流量）×（第２の流量）／（第１の流量）を満たすようにＮ２ガスの流量を調整することで、すなわち、ＴＥＡガス比率を増加させることで、処理室２０１内におけるＴＥＡガスの分圧を上昇させ、第１の層中に添加されるＣの量を増加させることも可能である。
【００８１】
なお、ＴＥＡガスを第１の流量にて供給する際には、処理室２０１内の圧力を、例えば１〜１３３００Ｐａ、好ましくは３９９〜３９９０Ｐａの範囲内の圧力とする。処理室２０１内の圧力をこのような比較的高い圧力帯とすることで、ＴＥＡガスをノンプラズマで熱的に活性化させることが可能となる。なお、ＴＥＡガスを熱で活性化させて供給することで、ソフトな反応を生じさせることができ、上述の改質をソフトに行うことが出来る。マスフローコントローラ２４１ｂで制御するＴＥＡガスの供給流量は、例えば２００〜４０００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。マスフローコントローラ２４１ｆ，２４１ｅ，２４１ｇで制御するＮ２ガスの供給流量は、それぞれ例えば２００〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。このとき処理室２０１内におけるＴＥＡガスの分圧は、０．０２〜１２６６７Ｐａの範囲内の圧力とする。熱で活性化させたＴＥＡガスをウエハ２００に対して供給する時間、すなわち、ガス供給時間（照射時間）は、例えば６〜２４秒の範囲内の時間とする。このときのヒータ２０７の温度は、ステップ１と同様、ウエハ２００の温度が、例えば２５０〜７００℃、好ましくは３００〜６５０℃、より好ましくは３５０〜６００℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。
【００８２】
また、ＴＥＡガスを第２の流量にて供給する際には、処理室２０１内の圧力を、ＴＥＡガスを第１の流量にて供給する際と同様、例えば１〜１３３００Ｐａ、好ましくは３９９〜３９９０Ｐａの範囲内の圧力とする。マスフローコントローラ２４１ｂで制御するＴＥＡガスの供給流量は、例えば１００〜２０００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。マスフローコントローラ２４１ｆ，２４１ｅ，２４１ｇで制御するＮ２ガスの供給流量は、それぞれ例えば１００〜５０００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。このとき処理室２０１内におけるＴＥＡガスの分圧は、ＴＥＡガスを第１の流量にて供給する際と同様、０．０２〜１２６６７Ｐａの範囲内の圧力とする。熱で活性化させたＴＥＡガスをウエハ２００に対して供給する時間、すなわち、ガス供給時間（照射時間）は、例えば１２〜１２０秒の範囲内の時間とする。このときのヒータ２０７の温度は、ＴＥＡガスを第１の流量にて供給する際と同様、ウエハ２００の温度が、例えば２５０〜７００℃、好ましくは３００〜６５０℃、より好ましくは３５０〜６００℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。
【００８３】
（残留ガス除去）
第１の層が形成された後、第２ガス供給管２３２ｂのバルブ２４３ｂを閉じ、ＴＥＡ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、好ましくはＡＰＣバルブ２４４の開度を全開として、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第１の層形成に寄与した後のＴＥＡ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２４３ｆ，２４３ｅ，２４３ｇ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第１の層形成に寄与した後のＴＥＡガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する効果を高めることができる。
【００８４】
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３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３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。
【００８５】
アミン系ガスとしては、トリエチルアミン（（Ｃ２Ｈ５）３Ｎ、略称：ＴＥＡ）の他、ジエチルアミン（（Ｃ２Ｈ５）２ＮＨ、略称：ＤＥＡ）、モノエチルアミン（Ｃ２Ｈ５ＮＨ２、略称：ＭＥＡ）等を気化したエチルアミン系ガス、トリメチルアミン（（ＣＨ３）３Ｎ、略称：ＴＭＡ）、ジメチルアミン（（ＣＨ３）２ＮＨ、略称：ＤＭＡ）、モノメチルアミン（ＣＨ３ＮＨ２、略称：ＭＭＡ）等を気化したメチルアミン系ガス、トリプロピルアミン（（Ｃ３Ｈ７）３Ｎ、略称：ＴＰＡ）、ジプロピルアミン（（Ｃ３Ｈ７）２ＮＨ、略称：ＤＰＡ）、モノプロピルアミン（Ｃ３Ｈ７ＮＨ２、略称：ＭＰＡ）等を気化したプロピルアミン系ガス、トリイソプロピルアミン（［（ＣＨ３）２ＣＨ］３Ｎ、略称：ＴＩＰＡ）、ジイソプロピルアミン（［（ＣＨ３）２ＣＨ］２ＮＨ、略称：ＤＩＰＡ）、モノイソプロピルアミン（（ＣＨ３）２ＣＨＮＨ２、略称：ＭＩＰＡ）等を気化したイソプロピルアミン系ガス、トリブチルアミン（（Ｃ４Ｈ９）３Ｎ、略称：ＴＢＡ）、ジブチルアミン（（Ｃ４Ｈ９）２ＮＨ、略称：ＤＢＡ）、モノブチルアミン（Ｃ４Ｈ９ＮＨ２、略称：ＭＢＡ）等を気化したブチルアミン系ガス、または、トリイソブチルアミン（［（ＣＨ３）２ＣＨＣＨ２］３Ｎ、略称：ＴＩＢＡ）、ジイソブチルアミン（［（ＣＨ３）２ＣＨＣＨ２］２ＮＨ、略称：ＤＩＢＡ）、モノイソブチルアミン（（ＣＨ３）２ＣＨＣＨ２ＮＨ２、略称：ＭＩＢＡ）等を気化したイソブチルアミン系ガスを好ましく用いることができる。すなわち、アミン系ガスとしては、例えば、（Ｃ２Ｈ５）ｘＮＨ３−ｘ、（ＣＨ３）ｘＮＨ３−ｘ、（Ｃ３Ｈ７）ｘＮＨ３−ｘ、［（ＣＨ３）２ＣＨ］ｘＮＨ３−ｘ、（Ｃ４Ｈ９）ｘＮＨ３−ｘ、［（ＣＨ３）２ＣＨＣＨ２］ｘＮＨ３−ｘ（式中、ｘは１〜３の整数）のうち少なくとも１種類のガスを好ましく用いることができる。
【００８６】
なお、アミン系ガスとしては、炭素、窒素および水素の３元素で構成され、その組成式中（１分子中）において窒素原子の数よりも炭素原子の数の方が多いガスを用いるのが好ましい。すなわち、アミン系ガスとしては、ＴＥＡ、ＤＥＡ、ＭＥＡ、ＴＭＡ、ＤＭＡ、ＴＰＡ、ＤＰＡ、ＭＰＡ、ＴＩＰＡ、ＤＩＰＡ、ＭＩＰＡ、ＴＢＡ、ＤＢＡ、ＭＢＡ、ＴＩＢＡ、ＤＩＢＡおよびＭＩＢＡからなる群より選択される少なくとも１つのアミンを含むガスを用いるのが好ましい。
【００８７】
原料ガスとして、ＨＣＤＳガス等のような、所定元素（シリコン）とハロゲン元素（塩素）とを含むクロロシラン系原料ガスを用いる場合に、第１の反応ガスとして、ＴＥＡガスやＤＥＡガス等のような、炭素、窒素および水素の３元素で構成され、その組成式中（１分子中）において窒素原子の数よりも炭素原子の数の方が多いアミン系ガスを用いることで、ステップ２で形成される第１の層中の炭素濃度、すなわち、後述する所定回数実施工程において形成されるＳｉＯＣＮ膜またはＳｉＯＣ膜中の炭素濃度を高くすることができる。
【００８８】
これに対し、原料ガスとして、ＨＣＤＳガス等のような、所定元素（シリコン）とハロゲン元素（塩素）とを含むクロロシラン系原料ガスを用いる場合に、第１の反応ガスとして、ＭＭＡガス等のアミン系ガスや、後述するＭＭＨガスやＤＭＨガス等の有機ヒドラジン系ガス等のような、炭素、窒素および水素の３元素で構成され、その組成式中（１分子中）において窒素原子の数よりも炭素原子の数の方が多くないガスを用いる場合、第１の層中の炭素濃度、すなわち、ＳｉＯＣＮ膜またはＳｉＯＣ膜中の炭素濃度を、第１の反応ガスとして、炭素、窒素および水素の３元素で構成され、その組成式中（１分子中）において窒素原子の数よりも炭素原子の数の方が多いアミン系ガスを用いる場合ほど高くすることができず、適正な炭素濃度を実現することは困難となる。
【００８９】
また、アミン系ガスとしては、その組成式中（１分子中）において炭素（Ｃ）原子を含むリガンドを複数有するガス、すなわち、その組成式中（１分子中）においてアルキル基等の炭化水素基を複数有するガスを用いるのが好ましい。具体的には、アミン系ガスとしては、その組成式中（１分子中）において炭素（Ｃ）原子を含むリガンド（アルキル基等の炭化水素基）を３つ、或いは２つ有するガスを用いるのが好ましく、例えば、ＴＥＡ、ＤＥＡ、ＴＭＡ、ＤＭＡ、ＴＰＡ、ＤＰＡ、ＴＩＰＡ、ＤＩＰＡ、ＴＢＡ、ＤＢＡ、ＴＩＢＡおよびＤＩＢＡからなる群より選択される少なくとも１つのアミンを含むガスを用いるのが好ましい。
【００９０】
原料ガスとして、ＨＣＤＳガスのような、所定元素（シリコン）とハロゲン元素（塩素）とを含むクロロシラン系原料ガスを用いる場合に、第１の反応ガスとして、ＴＥＡガスやＤＥＡガス等のような、炭素、窒素および水素の３元素で構成され、その組成式中（１分子中）において炭素原子を含むリガンドを複数有するアミン系ガス、つまり、その組成式中（１分子中）においてアルキル基等の炭化水素基を複数有するアミン系ガスを用いることで、第１の層中の炭素濃度、すなわち、ＳｉＯＣＮ膜またはＳｉＯＣ膜中の炭素濃度をより高くすることができる。
【００９１】
これに対し、原料ガスとして、ＨＣＤＳガス等のような、シリコンとハロゲン元素（塩素）とを含むクロロシラン系原料ガスを用いる場合に、第１の反応ガスとして、ＭＭＡガス等のアミン系ガスや、後述するＭＭＨガス等の有機ヒドラジン系ガス等のような、その組成式中（１分子中）において炭素原子を含むリガンドを複数有していないガスを用いる場合、第１の層中の炭素濃度、すなわち、ＳｉＯＣＮ膜またはＳｉＯＣ膜中の炭素濃度を、第１の反応ガスとして、その組成式中（１分子中）において炭素原子を含むリガンドを複数有するアミン系ガスを用いる場合ほど高くすることができず、適正な炭素濃度を実現することは困難となる。
【００９２】
なお、第１の反応ガスとして、ＤＥＡガス等のような、その組成式中（１分子中）において炭素原子を含むリガンド（アルキル基等の炭化水素基）を２つ有するアミン系ガスを用いることで、ＴＥＡガス等のような、その組成式中（１分子中）において炭素原子を含むリガンド（アルキル基等の炭化水素基）を３つ有するアミン系ガスを用いる場合よりも、サイクルレート（単位サイクルあたりに形成されるＳｉＯＣＮ層またはＳｉＯＣ層の厚さ）を向上させることが可能となり、また、第１の層中の炭素濃度に対する窒素濃度の比（窒素濃度／炭素濃度比）、すなわち、ＳｉＯＣＮ膜またはＳｉＯＣ膜中の炭素濃度に対する窒素濃度の比（窒素濃度／炭素濃度比）を高くすることが可能となる。
【００９３】
逆に、第１の反応ガスとして、ＴＥＡガス等のような、その組成式中（１分子中）において炭素原子を含むリガンド（アルキル基等の炭化水素基）を３つ有するアミン系ガスを用いることで、ＤＥＡガス等のような、その組成式中（１分子中）において炭素原子を含むリガンド（アルキル基等の炭化水素基）を２つ有するアミン系ガスを用いる場合よりも、第１の層中の窒素濃度に対する炭素濃度の比（炭素濃度／窒素濃度比）、すなわち、ＳｉＯＣＮ膜またはＳｉＯＣ膜中の窒素濃度に対する炭素濃度の比（炭素濃度／窒素濃度比）を高くすることが可能となる。
【００９４】
すなわち、第１の反応ガスに含まれる炭素原子を含むリガンドの数（アルキル基等の炭化水素基の数）により、つまり、第１の反応ガスのガス種を適宜変えることにより、サイクルレートや、形成するＳｉＯＣＮ膜またはＳｉＯＣ膜中の窒素濃度や炭素濃度を微調整することが可能となる。
【００９５】
なお、第１の反応ガスとしてのアミン系ガスのガス種（組成）を適正に選択することによりＳｉＯＣＮ膜またはＳｉＯＣ膜中の炭素濃度を高くすることができることは上述した通りだが、この炭素濃度をさらに高めるには、例えば、アミン系ガス（ＴＥＡガス）をウエハ２００に対して供給する際の処理室２０１内の圧力を、ステップ１において、クロロシラン系原料ガス（ＨＣＤＳガス）をウエハ２００に対して供給する際の処理室２０１内の圧力よりも大きくするのが好ましく、更には、後述するステップ３において、酸素含有ガス（Ｏ２ガス）をウエハ２００に対して供給する際の処理室２０１内の圧力よりも大きくするのが好ましい。なお、この場合、ステップ３において、Ｏ２ガスをウエハ２００に対して供給する際の処理室２０１内の圧力は、ステップ１において、ＨＣＤＳガスをウエハ２００に対して供給する際の処理室２０１内の圧力よりも大きくするのが好ましい。つまり、ＨＣＤＳガスをウエハ２００に対して供給する際の処理室２０１内の圧力をＰ１［Ｐａ］とし、ＴＥＡガスをウエハ２００に対して供給する際の処理室２０１内の圧力をＰ２［Ｐａ］とし、Ｏ２ガスをウエハ２００に対して供給する際の処理室２０１内の圧力をＰ３［Ｐａ］としたとき、圧力Ｐ１〜Ｐ３を、Ｐ２＞Ｐ１，Ｐ３の関係を満たすようにそれぞれ設定するのが好ましく、更には、Ｐ２＞Ｐ３＞Ｐ１の関係を満たすようにそれぞれ設定するのがより好ましい。すなわち、ＴＥＡガスをウエハ２００に対して供給する際の処理室２０１内の圧力は、ステップ１〜３の中で、最も高くするのが好ましい。
【００９６】
逆に、ＳｉＯＣＮ膜またはＳｉＯＣ膜中の炭素濃度の増加量を適正に抑制するには、アミン系ガス（ＴＥＡガス）をウエハ２００に対して供給する際の処理室２０１内の圧力を、後述するステップ３において、酸素含有ガス（Ｏ２ガス）をウエハ２００に対して供給する際の処理室２０１内の圧力以下の圧力に設定したり、ステップ１において、クロロシラン系原料ガス（ＨＣＤＳガス）をウエハ２００に対して供給する際の処理室２０１内の圧力以下の圧力に設定したりするのが好ましい。つまり、上述の圧力Ｐ１〜Ｐ３を、Ｐ３≧Ｐ２の関係を満たすように設定したり、更には、Ｐ３，Ｐ１≧Ｐ２の関係を満たすように設定したりするのが好ましい。
【００９７】
すなわち、アミン系ガスを供給する際の処理室２０１内の圧力を適正に制御することにより、形成するＳｉＯＣＮ膜またはＳｉＯＣ膜中の炭素濃度を微調整することが可能となる。
【００９８】
不活性ガスとしては、Ｎ２ガスの他、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ｘｅガス等の希ガスを用いてもよい。
【００９９】
［ステップ３］
（Ｏ２ガス供給）
ステップ２が終了し処理室２０１内の残留ガスを除去した後、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Ｏ２ガスを流す。第３ガス供給管２３２ｃ内を流れたＯ２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Ｏ２ガスは、第３ノズル２４９ｃのガス供給孔２５０ｃから処理室２０１内へ供給される。処理室２０１内に供給されたＯ２ガスは熱で活性化（励起）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、熱で活性化されたＯ２ガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ２４３ｇを開き、第３不活性ガス供給管２３２ｇ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。なお、このとき、第１ノズル２４９ａ、第２ノズル２４９ｂ内へのＯ２ガスの侵入を防止するため、バルブ２４３ｅ，２４３ｆを開き、第１不活性ガス供給管２３２ｅ、第２不活性ガス供給管２３２ｆ内にＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスは、第１ガス供給管２３２ａ、第２ガス供給管２３２ｂ、第１ノズル２４９ａ、第２ノズル２４９ｂ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。
【０１００】
このとき、ＡＰＣバルブ２４４を適正に調整して、処理室２０１内の圧力を、例えば１〜３０００Ｐａの範囲内の圧力とする。処理室２０１内の圧力をこのような比較的高い圧力帯とすることで、Ｏ２ガスをノンプラズマで熱的に活性化させることが可能となる。なお、Ｏ２ガスを熱で活性化させて供給することで、ソフトな反応を生じさせることができ、後述する酸化をソフトに行うことができる。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、例えば１００〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。マスフローコントローラ２４１ｇ，２４１ｅ，２４１ｆで制御するＮ２ガスの供給流量は、それぞれ例えば１００〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。このとき処理室２０１内におけるＯ２ガスの分圧は、０．０１〜２９７０Ｐａの範囲内の圧力とする。熱で活性化させたＯ２ガスをウエハ２００に対して供給する時間、すなわち、ガス供給時間（照射時間）は、例えば１〜１２０秒、好ましくは１〜６０秒の範囲内の時間とする。このときのヒータ２０７の温度は、ステップ１〜２と同様、ウエハ２００の温度が、例えば２５０〜７００℃、好ましくは３００〜６５０℃、より好ましくは３５０〜６００℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。
【０１０１】
このとき処理室２０１内に流しているガスは、処理室２０１内の圧力を高くすることで熱的に活性化されたＯ２ガスであり、処理室２０１内にはＨＣＤＳガスもＴＥＡガスも流していない。したがって、Ｏ２ガスは気相反応を起こすことはなく、活性化されたＯ２ガスは、ステップ２でウエハ２００上に形成されたＳｉ、ＮおよびＣを含む第１の層の少なくとも一部と反応する。これにより第１の層は酸化されて、第２の層として、シリコン、酸素、炭素および窒素を含む層、すなわち、シリコン酸炭窒化層（ＳｉＯＣＮ層）、または、シリコン、酸素および炭素を含む層、すなわち、シリコン酸炭化層（ＳｉＯＣ層）へと改質される。
【０１０２】
なお、Ｏ２ガスを熱で活性化させて処理室２０１内に流すことで、第１の層を熱酸化してＳｉＯＣＮ層またはＳｉＯＣ層へと改質（変化）させることができる。このとき、第１の層にＯ成分を付加しつつ、第１の層をＳｉＯＣＮ層またはＳｉＯＣ層へと改質させることとなる。なおこのとき、Ｏ２ガスによる熱酸化の作用により、第１の層におけるＳｉ−Ｏ結合が増加する一方、Ｓｉ−Ｎ結合、Ｓｉ−Ｃ結合およびＳｉ−Ｓｉ結合は減少し、第１の層におけるＮ成分の割合、Ｃ成分の割合およびＳｉ成分の割合は減少することとなる。そしてこのとき、熱酸化時間を延ばしたり、熱酸化における酸化力を高めたりすることで、Ｎ成分の大部分を脱離させてＮ成分を不純物レベルにまで減少させるか、Ｎ成分を実質的に消滅させることが可能となる。すなわち、酸素濃度を増加させる方向に、また、窒素濃度、炭素濃度およびシリコン濃度を減少させる方向に組成比を変化させつつ第１の層をＳｉＯＣＮ層またはＳｉＯＣ層へと改質させることができる。さらに、このとき処理室２０１内の圧力やガス供給時間等の処理条件を制御することで、ＳｉＯＣＮ層またはＳｉＯＣ層におけるＯ成分の割合、すなわち、酸素濃度を微調整することができ、ＳｉＯＣＮ層またはＳｉＯＣ層の組成比をより緻密に制御することができる。
【０１０３】
なお、ステップ１，２により形成された第１の層におけるＣ成分は、Ｎ成分に比べてリッチな状態にあることが判明している。例えば、ある実験では、炭素濃度が窒素濃度の２倍以上となることもあった。すなわち、Ｏ２ガスによる熱酸化の作用により、第１の層におけるＮ成分が完全に脱離する前に、すなわち、Ｎ成分が残留した状態で酸化を止めることで、第１の層にはＣ成分とＮ成分とが残ることとなり、第１の層はＳｉＯＣＮ層へと改質されることとなる。また、Ｏ２ガスによる熱酸化の作用により、第１の層におけるＮ成分の大部分が脱離し終わった段階においても、第１の層にはＣ成分が残ることとなり、この状態で酸化を止めることで、第１の層はＳｉＯＣ層へと改質されることとなる。つまり、ガス供給時間（酸化処理時間）や酸化力を制御することにより、Ｃ成分の割合、すなわち、炭素濃度を制御することができ、ＳｉＯＣＮ層およびＳｉＯＣ層のうちの何れかの層を、組成比を制御しつつ形成することができる。さらに、このとき処理室２０１内の圧力やガス供給時間等の処理条件を制御することで、ＳｉＯＣＮ層またはＳｉＯＣ層におけるＯ成分の割合、すなわち、酸素濃度を微調整することができ、ＳｉＯＣＮ層またはＳｉＯＣ層の組成比をより緻密に制御することができる。
【０１０４】
なお、このとき、第１の層の酸化反応は飽和させないようにするのが好ましい。例えばステップ１，２で１原子層未満から数原子層程度の厚さの第１の層を形成した場合は、その第１の層の一部を酸化させるようにするのが好ましい。この場合、１原子層未満から数原子層程度の厚さの第１の層の全体を酸化させないように、第１の層の酸化反応が不飽和となる条件下で酸化を行う。
【０１０５】
なお、第１の層の酸化反応を不飽和とするには、ステップ３における処理条件を上述の処理条件とすればよいが、さらにステップ３における処理条件を次の処理条件とすることで、第１の層の酸化反応を不飽和とすることが容易となる。
【０１０６】
ウエハ温度：５００〜６５０℃
処理室内圧力：１３３〜２６６６Ｐａ
Ｏ２ガス分圧：３３〜２５１５Ｐａ
Ｏ２ガス供給流量：１０００〜５０００ｓｃｃｍ
Ｎ２ガス供給流量：３００〜３０００ｓｃｃｍ
Ｏ２ガス供給時間：６〜６０秒
【０１０７】
（残留ガス除去）
第２の層が形成された後、第３ガス供給管２３２ｃのバルブ２４３ｃを閉じて、Ｏ２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、好ましくはＡＰＣバルブ２４４の開度を全開として、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第２の層の形成に寄与した後のＯ２ガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する。なお、このとき、バルブ２４３ｇ，２４３ｅ，２４３ｆは開いたままとして、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第２の層の形成に寄与した後のＯ２ガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する効果を高めることができる。
【０１０８】
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１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１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。
【０１０９】
酸素含有ガス（酸化ガス）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、オゾン（Ｏ３）ガス、水素（Ｈ２）ガス＋酸素（Ｏ２）ガス、Ｈ２ガス＋Ｏ３ガス、水蒸気（Ｈ２Ｏ）ガス、一酸化炭素（ＣＯ）ガス、二酸化炭素（ＣＯ２）ガス等を用いてもよい。不活性ガスとしては、Ｎ２ガスの他、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ｘｅガス等の希ガスを用いてもよい。
【０１１０】
（所定回数実施）
上述したステップ１〜３を１サイクルとして、このサイクルを１回以上（所定回数）行うことにより、ウエハ２００上に所定組成及び所定膜厚のシリコン、酸素、炭素および窒素を含む膜、すなわち、シリコン酸炭窒化膜（ＳｉＯＣＮ膜）、または、シリコン、酸素および炭素を含む膜、すなわち、シリコン酸炭化膜（ＳｉＯＣ膜）を成膜することができる。なお、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するＳｉＯＣＮ層またはＳｉＯＣ層の厚さを所望の膜厚よりも小さくして、上述のサイクルを所望の膜厚になるまで複数回繰り返すのが好ましい。
【０１１１】
なお、サイクルを複数回行う場合、少なくとも２サイクル目以降の各ステップにおいて、「ウエハ２００に対して所定のガスを供給する」と記載した部分は、「ウエハ２００上に形成されている層に対して、すなわち、積層体としてのウエハ２００の最表面に対して所定のガスを供給する」ことを意味し、「ウエハ２００上に所定の層を形成する」と記載した部分は、「ウエハ２００上に形成されている層の上、すなわち、積層体としてのウエハ２００の最表面の上に所定の層を形成する」ことを意味している。この点は、上述の通りである。なお、この点は、後述する他の実施形態においても同様である。
【０１１２】
（パージ及び大気圧復帰）
所定組成を有する所定膜厚のＳｉＯＣＮ膜またはＳｉＯＣ膜を形成する成膜処理がなされると、バルブ２４３ｅ，２４３ｆ，２４３ｇを開き、第１不活性ガス供給管２３２ｅ、第２不活性ガス供給管２３２ｆ、第３不活性ガス供給管２３２ｇのそれぞれから不活性ガスとしてのＮ２ガスを処理室２０１内に供給し、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（不活性ガス置換）、処理室２０１内の圧力が常圧に復帰される（大気圧復帰）。
【０１１３】
（ボートアンロード及びウエハディスチャージ）
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。その後、処理済のウエハ２００はボート２１７より取出される（ウエハディスチャージ）。
【０１１４】
（３）本実施形態に係る効果
本実施形態によれば、以下に示す１つ又は複数の効果を奏する。
【０１１５】
（ａ）本実施形態によれば、ステップ２でＴＥＡガスを供給する際に、まず、ＴＥＡガスを第１の流量にて供給する（第１のＴＥＡガス供給工程）。そして、処理室２０１内の圧力が所定の圧力となった後、処理室２０１内の圧力を所定の圧力に維持しつつ、ＴＥＡガスを第１の流量よりも小さい第２の流量にて供給するようにする（第２のＴＥＡガス供給工程）。これにより、ステップ２で処理室２０１内に第１の流量でＴＥＡガスを供給し続ける場合と比較して、処理室２０１内へのＴＥＡガスの総供給量、すなわち、ＴＥＡガスの消費量を低減させることが可能となる。その結果、ＳｉＯＣＮ膜またはＳｉＯＣ膜の成膜コストを低減させることが可能となる。
【０１１６】
（ｂ）本実施形態によれば、ステップ２でＴＥＡガスを第１の流量にて供給する際には、処理室２０１内を排気する排気ラインに設けられたＡＰＣバルブ２４４の開度を第１の開度とし、ＴＥＡガスを第２の流量にて供給する際には、ＡＰＣバルブ２４４の開度を第１の開度よりも大きい第２の開度とする。すなわち、ＴＥＡガスを第１の流量にて供給する際には、処理室２０１内を排気する排気ラインにおける排気コンダクタンスを第１の排気コンダクタンスとし、ＴＥＡガスを第２の流量にて供給する際には、排気コンダクタンスを第１の排気コンダクタンスよりも大きい第２の排気コンダクタンスとする。換言すると、ＴＥＡガスを第１の流量にて供給する際には、ＡＰＣバルブ２４４の開度を第２の開度よりも小さい（狭い）第１の開度とし、排気コンダクタンスを第２の排気コンダクタンスよりも小さい第１の排気コンダクタンスとすることが好ましい。この場合、ＴＥＡガスを第１の流量にて供給する際には、処理室２０１内に供給されるガスの総流量（すなわち、ＴＥＡガスの流量とＮ２ガスの流量との合計流量）の方が、排気ラインにより排気されるガスの排気流量よりも大きくなるようにするのが好ましい。このようにした場合、処理室２０１内の圧力を迅速に上昇させることができるようになり、処理室２０１内の圧力を早期に所定の圧力に到達させることが可能となる。つまり、処理室２０１内の圧力を所定の圧力にするまでの時間を短縮することが可能となる。また、処理室２０１内の圧力を迅速に比較的高い圧力まで上昇させることができることから、それにより、処理室２０１内に滞在する炭素（Ｃ）の量を増加させ、第１の層中に添加されるＣの量を増加させ、第１の層中に含まれるＣの濃度を増加させることができるようになる。
【０１１７】
（ｃ）本実施形態によれば、ステップ２でＴＥＡガスを第１の流量にて供給する際には、処理室２０１内を排気する排気ラインに設けられたＡＰＣバルブ２４４の開度（第１の開度）を全閉としてＡＰＣバルブ２４４の開度制御を停止し、ＴＥＡガスを第２の流量にて供給する際には、ＡＰＣバルブ２４４を開放してＡＰＣバルブ２４４の開度制御を実施する。すなわち、ＴＥＡガスを第１の流量にて供給する際には、処理室２０１内を排気する排気ラインを閉塞し、ＴＥＡガスを第２の流量にて供給する際には、排気ラインを開放する。これにより、処理室２０１内の圧力をより迅速に上昇させることが可能になる。その結果、ＳｉＯＣＮ膜またはＳｉＯＣ膜の成膜レートを高め、成膜処理の生産性を向上させることが可能となる。また、処理室２０１内の圧力をより迅速に比較的高い圧力まで上昇させることにより、処理室２０１内に滞在する炭素の量を増加させ、ＳｉＯＣＮ膜またはＳｉＯＣ膜中に含まれるＣの濃度をより増加させることができるようになる。
【０１１８】
（ｄ）本実施形態によれば、ステップ２でＴＥＡガスを第１の流量にて供給する際には、Ｎ２ガスを第３の流量にて供給し、ＴＥＡガスを第２の流量にて供給する際には、Ｎ２ガスを第３の流量よりも小さい第４の流量にて供給する。すなわち、処理室２０１内に供給するＴＥＡガスの流量を減らす際には、処理室２０１内に供給するＮ２ガスの流量も併せて減らすようにする。これにより、処理室２０１内に供給するＴＥＡガスの流量を減らした後、処理室２０１内におけるＴＥＡガスの分圧が低下してしまうこと、すなわち、処理室２０１内におけるＴＥＡガスの濃度が低下してしまうことを抑制することが可能となる。そして、ウエハ２００に対するＴＥＡガスの実質的な供給量の減少、すなわち、ウエハ２００に対して供給されるＴＥＡ分子の数が減少してしまうことを抑制することが可能となる。その結果、ＳｉＯＣＮ膜またはＳｉＯＣ膜中に添加されるＣの量が減少してしまうこと、すなわち、ＳｉＯＣＮ膜またはＳｉＯＣ膜中に含まれるＣの濃度が低下してしまうことを抑制することが可能となる。
【０１１９】
（ｅ）本実施形態によれば、ステップ２で、処理室２０１内に供給するＴＥＡガスの流量とＮ２ガスの流量との流量比を一定に維持する。すなわち、処理室２０１内に供給するＴＥＡガスの流量およびＮ２ガスの流量を第２の流量および第４の流量にそれぞれ減らす際には、第２の流量および第４の流量を、第１の流量：第３の流量＝第２の流量：第４の流量の関係を満たすような流量にそれぞれ設定する。これにより、少なくとも処理室２０１内の圧力が所定の圧力となった後、処理室２０１内におけるＴＥＡガスの分圧が一定に維持されることとなる。その結果、ウエハ２００に対するＴＥＡガスの実質的な供給状態を、ＴＥＡガスの流量を減らす前後とで同様に維持することが可能となる。つまり、ウエハ２００に対して供給するＴＥＡ分子の数を、ＴＥＡガスの流量を減らす前後で、同様に維持することが可能となる。その結果、ＳｉＯＣＮ膜またはＳｉＯＣ膜中に添加されるＣの量が減少してしまうこと、すなわち、ＳｉＯＣＮ膜またはＳｉＯＣ膜中に含まれるＣの濃度が低下してしまうことを抑制することが可能となる。
【０１２０】
（ｆ）本実施形態によれば、ステップ２で、処理室２０１内に供給するＴＥＡガスの流量を減らす際に、処理室２０１内に供給するＴＥＡガスの流量とＮ２ガスの流量との流量比をあえて変化させることで、すなわち、処理室２０１内におけるＴＥＡガスの分圧をあえて変化させることで、ＳｉＯＣＮ膜またはＳｉＯＣ膜中に添加されるＣの量を変化させることも可能である。例えば、処理室２０１内に供給するＴＥＡガスの流量を減らす際に、（第４の流量）＞（第３の流量）×（第２の流量）／（第１の流量）を満たすようにＮ２ガスの流量を調整することで、すなわち、ＴＥＡガス比率を低下させることで、処理室２０１内におけるＴＥＡガスの分圧を低下させ、ＳｉＯＣＮ膜またはＳｉＯＣ膜中に添加されるＣの量を減少させることも可能である。また例えば、処理室２０１内に供給するＴＥＡガスの流量を減らす際に、（第４の流量）＜（第３の流量）×（第２の流量）／（第１の流量）を満たすようにＮ２ガスの流量を調整することで、すなわち、ＴＥＡガス比率を増加させることで、処理室２０１内におけるＴＥＡガスの分圧を上昇させ、第１の層中に添加されるＣの量を増加させることも可能である。
【０１２１】
（ｇ）本実施形態によれば、ステップ１，２を交互に行うことでＳｉ、ＮおよびＣを含む第１の層を形成した後、第２の反応ガスとして、酸素含有ガスであるＯ２ガスを供給して第１の層を酸化させ、第２の層としてのＳｉＯＣＮ層またはＳｉＯＣ層へと改質させるステップ３を行うことにより、形成するＳｉＯＣＮ膜またはＳｉＯＣ膜中の酸素と炭素と窒素との組成比を調整することが可能となる。なお、このとき、Ｏ２ガスを熱で活性化させて供給することで、熱酸化の作用により、ＳｉＯＣＮ膜またはＳｉＯＣ膜中のＳｉ−Ｏ結合を増加させる一方、Ｓｉ−Ｃ結合、Ｓｉ−Ｎ結合およびＳｉ−Ｓｉ結合を減少させることが可能となる。すなわち、酸素濃度を増加させる方向に、また、窒素濃度、炭素濃度およびシリコン濃度を減少させる方向に組成比を変化させることが可能となる。また、このとき、熱酸化時間を延ばしたり、熱酸化における酸化力を高めたりすることで、酸素濃度をさらに増加させる方向に、また、窒素濃度、炭素濃度およびシリコン濃度をさらに減少させる方向に組成比を変化させることが可能となる。さらに、このとき、処理室２０１内の圧力やガス供給時間等の処理条件を制御することで、ＳｉＯＣＮ膜またはＳｉＯＣ膜中のＯ成分の割合、すなわち、酸素濃度を微調整することができ、ＳｉＯＣＮ膜またはＳｉＯＣ膜の組成比をより緻密に制御することが可能となる。これらにより、形成するＳｉＯＣＮ膜またはＳｉＯＣ膜の誘電率を調整したり、エッチング耐性を向上させたり、絶縁性を向上させたりすることが可能となる。
【０１２２】
＜本発明の第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
【０１２３】
上述の第１実施形態では、第２の反応ガスとして酸素含有ガス（Ｏ２ガス）を用い、ウエハ２００上に、所定組成及び所定膜厚のシリコン酸炭窒化膜またはシリコン酸炭化膜を形成する例について説明したが、本実施形態では、第２の反応ガスとして窒素含有ガス（ＮＨ３ガス）を用い、ウエハ２００上に、所定組成及び所定膜厚のシリコン炭窒化膜を形成する例について説明する。
【０１２４】
すなわち本実施形態では、
処理室２０１内のウエハ２００に対してクロロシラン系原料ガス（ＨＣＤＳガス）を供給することで、ウエハ２００上に塩素を含むシリコン含有層を形成する工程と、
処理室２０１内のウエハ２００に対して第１の反応ガスとしてアミン系ガス（ＴＥＡガス）を供給することで、塩素を含むシリコン含有層を改質して、シリコン、窒素および炭素を含む第１の層を形成する工程と、
処理室２０１内のウエハ２００に対して第２の反応ガスとして窒素含有ガス（ＮＨ３ガス）を供給することで、第１の層を改質して、第２の層としてシリコン炭窒化層（ＳｉＣＮ層）を形成する工程と、
を含むサイクルを所定回数（ｎ回）行うことで、ウエハ２００上に、所定組成及び所定膜厚のシリコン炭窒化膜（ＳｉＣＮ膜）を形成する例について説明する。
【０１２５】
図６は、本実施形態における成膜フローを示す図である。図７は、本実施形態の成膜シーケンスにおけるガス供給のタイミングを示す図である。なお、本実施形態が第１実施形態と異なるのは、ステップ３において、第２の反応ガスとして、熱で活性化させたＮＨ３ガスを用いる点だけであり、その他は第１実施形態と同様である。以下、本実施形態のステップ３について説明する。
【０１２６】
［ステップ３］
（ＮＨ３ガス供給）
ステップ２が終了し処理室２０１内の残留ガスを除去した後、第４ガス供給管２３２ｄのバルブ２４３ｄを開き、第４ガス供給管２３２ｄ内にＮＨ３ガスを流す。第４ガス供給管２３２ｄ内を流れたＮＨ３ガスは、マスフローコントローラ２４１ｄ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２４９ｃのガス供給孔２５０ｃから処理室２０１内へ供給される。処理室２０１内に供給されたＮＨ３ガスは熱で活性化（励起）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、熱で活性化されたＮＨ３ガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ２４３ｇを開き、第３不活性ガス供給管２３２ｇ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。なお、このとき、第１ノズル２４９ａ、第２ノズル２４９ｂ内へのＮＨ３ガスの侵入を防止するため、バルブ２４３ｅ，２４３ｆを開き、第１不活性ガス供給管２３２ｅ、第２不活性ガス供給管２３２ｆ内にＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスは、第１ガス供給管２３２ａ、第２ガス供給管２３２ｂ、第１ノズル２４９ａ、第２ノズル２４９ｂ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。
【０１２７】
このとき、ＡＰＣバルブ２４４を適正に調整して、処理室２０１内の圧力を、例えば１〜３０００Ｐａの範囲内の圧力とする。処理室２０１内の圧力をこのような比較的高い圧力帯とすることで、ＮＨ３ガスをノンプラズマで熱的に活性化させることが可能となる。なお、ＮＨ３ガスを熱で活性化させて供給することで、ソフトな反応を生じさせることができ、後述する窒化をソフトに行うことができる。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、例えば１００〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。マスフローコントローラ２４１ｇ，２４１ｅ，２４１ｆで制御するＮ２ガスの供給流量は、それぞれ例えば１００〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。このとき処理室２０１内におけるＮＨ３ガスの分圧は、０．０１〜２９７０Ｐａの範囲内の圧力とする。熱で活性化させたＮＨ３ガスをウエハ２００に対して供給する時間、すなわち、ガス供給時間（照射時間）は、例えば１〜１２０秒、好ましくは１〜６０秒の範囲内の時間とする。このときのヒータ２０７の温度は、ステップ１〜２と同様、ウエハ２００の温度が、例えば２５０〜７００℃、好ましくは３００〜６５０℃、より好ましくは３５０〜６００℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。
【０１２８】
このとき処理室２０１内に流しているガスは、処理室２０１内の圧力を高くすることで熱的に活性化されたＮＨ３ガスであり、処理室２０１内にはＨＣＤＳガスもＴＥＡガスも流していない。したがって、ＮＨ３ガスは気相反応を起こすことはなく、活性化されたＮＨ３ガスは、ステップ２でウエハ２００上に形成されたＳｉ、ＮおよびＣを含む第１の層の少なくとも一部と反応する。これにより第１の層は窒化されて、第２の層として、シリコン、炭素および窒素を含む層、すなわち、シリコン炭窒化層（ＳｉＣＮ層）へと改質される。
【０１２９】
なお、ＮＨ３ガスを熱で活性化させて処理室２０１内に流すことで、第１の層を熱窒化してＳｉＣＮ層へと改質（変化）させることができる。このとき、第１の層におけるＮ成分の割合を増加させつつ、第１の層をＳｉＣＮ層へと改質させることとなる。なおこのとき、ＮＨ３ガスによる熱窒化の作用により、第１の層におけるＳｉ−Ｎ結合が増加する一方、Ｓｉ−Ｃ結合およびＳｉ−Ｓｉ結合は減少し、第１の層におけるＣ成分の割合およびＳｉ成分の割合は減少することとなる。すなわち、窒素濃度を増加させる方向に、また、炭素濃度およびシリコン濃度を減少させる方向に組成比を変化させつつ第１の層をＳｉＣＮ層へと改質させることができる。さらに、このとき処理室２０１内の圧力やガス供給時間等の処理条件を制御することで、ＳｉＣＮ層におけるＮ成分の割合、すなわち、窒素濃度を微調整することができ、ＳｉＣＮ層の組成比をより緻密に制御することができる。
【０１３０】
なお、このとき、第１の層の窒化反応は飽和させないようにするのが好ましい。例えばステップ１，２で１原子層未満から数原子層程度の厚さの第１の層を形成した場合は、その第１の層の一部を窒化させるようにするのが好ましい。この場合、１原子層未満から数原子層程度の厚さの第１の層の全体を窒化させないように、第１の層の窒化反応が不飽和となる条件下で窒化を行う。
【０１３１】
なお、第１の層の窒化反応を不飽和とするには、ステップ３における処理条件を上述の処理条件とすればよいが、さらにステップ３における処理条件を次の処理条件とすることで、第１の層の窒化反応を不飽和とすることが容易となる。
【０１３２】
ウエハ温度：５００〜６５０℃
処理室内圧力：１３３〜２６６６Ｐａ
ＮＨ３ガス分圧：３３〜２５１５Ｐａ
ＮＨ３ガス供給流量：１０００〜５０００ｓｃｃｍ
Ｎ２ガス供給流量：３００〜３０００ｓｃｃｍ
ＮＨ３ガス供給時間：６〜６０秒
【０１３３】
（残留ガス除去）
第２の層が形成された後、第４ガス供給管２３２ｄのバルブ２４３ｄを閉じて、ＮＨ３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、好ましくはＡＰＣバルブ２４４の開度を全開として、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第２の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２４３ｇ，２４３ｅ，２４３ｆは開いたままとして、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第２の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高めることができる。
【０１３４】
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１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１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。
【０１３５】
窒素含有ガス（窒化ガス）としては、ＮＨ３ガスの他、ジアゼン（Ｎ２Ｈ２）ガス、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）ガス、Ｎ３Ｈ８ガス、これらの化合物を含む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ガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ｘｅガス等の希ガスを用いてもよい。
【０１３６】
（所定回数実施）
上述したステップ１〜３を１サイクルとして、このサイクルを１回以上（所定回数）行うことにより、ウエハ２００上に所定組成及び所定膜厚のシリコン、炭素および窒素を含む膜、すなわち、シリコン炭窒化膜（ＳｉＣＮ膜）を成膜することができる。なお、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するＳｉＣＮ層の厚さを所望の膜厚よりも小さくして、上述のサイクルを所望の膜厚になるまで複数回繰り返すのが好ましい。
【０１３７】
本実施形態によれば、上述の第１実施形態と同様の効果を奏する。
【０１３８】
すなわち、ステップ２でＴＥＡガスを供給する際に、ＴＥＡガスを第１の流量にて供給し、処理室２０１内の圧力が所定の圧力となった後、処理室２０１内の圧力を所定の圧力に維持しつつ、ＴＥＡガスを第１の流量よりも小さい第２の流量にて供給するようにすることで、ＴＥＡガスの消費量を低減させ、ＳｉＣＮ膜の成膜コストを低減させることが可能となる。
【０１３９】
また、ステップ２でＴＥＡガスを第１の流量にて供給する際には、処理室２０１内を排気する排気ラインに設けられたＡＰＣバルブ２４４の開度を第１の開度とし、ＴＥＡガスを第２の流量にて供給する際には、ＡＰＣバルブ２４４の開度を第１の開度よりも大きい第２の開度とすることで、処理室２０１内の圧力を迅速に上昇させることができ、処理室２０１内の圧力を早期に所定の圧力に到達させることが可能となる。また、処理室２０１内に滞在する炭素（Ｃ）の量を増加させ、第１の層中に含まれるＣの濃度を増加させることが可能となる。
【０１４０】
また、ステップ２でＴＥＡガスを第１の流量にて供給する際には、処理室２０１内を排気する排気ラインに設けられたＡＰＣバルブ２４４の開度（第１の開度）を全閉としてＡＰＣバルブ２４４の開度制御を停止し（排気ラインを閉塞し）、ＴＥＡガスを第２の流量にて供給する際には、ＡＰＣバルブ２４４を開放してＡＰＣバルブ２４４の開度制御を実施する（排気ラインを開放する）ことで、処理室２０１内の圧力を迅速に上昇させ、ＳｉＣＮ膜の成膜処理の生産性を向上させることが可能となる。また、ＳｉＣＮ膜中に含まれるＣの濃度の増加させることが可能となる。
【０１４１】
また、ステップ２でＴＥＡガスを第１の流量にて供給する際には、Ｎ２ガスを第３の流量にて供給し、ＴＥＡガスを第２の流量にて供給する際には、Ｎ２ガスを第３の流量よりも小さい第４の流量にて供給することで、処理室２０１内におけるＴＥＡガスの分圧が低下してしまうことを防ぎ、ＳｉＣＮ膜中に含まれるＣの濃度が低下してしまうことを抑制することが可能となる。
【０１４２】
また、ステップ２で、処理室２０１内に供給するＴＥＡガスの流量とＮ２ガスの流量との流量比を一定に維持することで、処理室２０１内におけるＴＥＡガスの分圧が一定に維持され、ＳｉＣＮ膜中に含まれるＣの濃度が低下してしまうことを抑制することが可能となる。
【０１４３】
また、ステップ２で処理室２０１内に供給するＴＥＡガスの流量を減らす際に、処理室２０１内に供給するＴＥＡガスの流量とＮ２ガスの流量との流量比をあえて変化させることで、ＳｉＣＮ膜中に添加されるＣの量を変化させることも可能である。
【０１４４】
また、本実施形態によれば、ステップ１，２を交互に行うことでＳｉ、ＮおよびＣを含む第１の層を形成した後、第２の反応ガスとして、窒素含有ガスであるＮＨ３ガスを供給して第１の層を窒化させ、第２の層としてのＳｉＣＮ層へと改質させるステップ３を行うことにより、形成するＳｉＣＮ膜中の炭素と窒素との組成比を調整することが可能となる。なお、このとき、ＮＨ３ガスを熱で活性化させて供給することで、熱窒化の作用により、ＳｉＣＮ膜中のＳｉ−Ｎ結合を増加させる一方、Ｓｉ−Ｃ結合およびＳｉ−Ｓｉ結合を減少させることが可能となる。すなわち、窒素濃度を増加させる方向に、また、炭素濃度およびシリコン濃度を減少させる方向に組成比を変化させることが可能となる。さらに、このとき、処理室２０１内の圧力やガス供給時間等の処理条件を制御することで、ＳｉＣＮ膜中のＮ成分の割合、すなわち、窒素濃度を微調整することができ、ＳｉＣＮ膜の組成比をより緻密に制御することが可能となる。これらにより、形成するＳｉＣＮ膜の誘電率を調整したり、エッチング耐性を向上させたり、絶縁性を向上させたりすることが可能となる。
【０１４５】
＜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。
【０１４６】
例えば、上述の実施形態では、ＴＥＡガスの流量を２段階で変化させてウエハ２００上に薄膜を形成する例について説明したが、本発明は係る実施形態に限定されない。すなわち、ＴＥＡガスの流量をそれぞれ３段階、４段階、つまり多段階で変化させてウエハ２００上に薄膜を形成するようにしてもよい。この場合においても、処理室２０１内の圧力が所定の圧力となった後、処理室２０１内の圧力を所定の圧力に維持するようにＡＰＣバルブ２４４の開度を制御し、また、処理室２０１内のＴＥＡガスの分圧を一定に維持するようにＮ２ガスの流量を制御することで、上述の実施形態と同様の効果を奏することができる。
【０１４７】
また例えば、上述の実施形態では、ＴＥＡガスの流量を２段階で変化させてウエハ２００上に薄膜を形成する例について説明したが、本発明は係る実施形態に限定されない。すなわち、ＨＣＤＳガス等の原料ガスの流量を２段階で変化させてウエハ２００上に薄膜を形成するようにしてもよく、Ｏ２ガス等の酸素含有ガスの流量を２段階で変化させてウエハ２００上に薄膜を形成するようにしてもよく、ＮＨ３ガス等の窒素含有ガスの流量を２段階で変化させてウエハ２００上に薄膜を形成するようにしてもよい。つまり、第１の反応ガス（アミン系ガス）を供給する工程だけでなく、原料ガスを供給する工程や、第２の反応ガス（酸素含有ガスや窒素含有ガス）を供給する工程においても、処理室２０１内の圧力が所定の圧力となるまで、処理室２０１内の排気を停止した状態で、原料ガスおよび第２の反応ガスのうちその工程で使用するガスを第１の流量にて供給する第１供給工程と、処理室２０１内の圧力が所定の圧力となった後、処理室２０１内の圧力を所定の圧力に維持しつつ、処理室２０１内の排気を実施した状態で、原料ガスおよび第２の反応ガスのうちその工程で使用するガスを第１の流量よりも小さい第２の流量にて供給する第２供給工程と、を行うようにしてもよい。図９は、原料ガス（ＨＣＤＳガス）、第１の反応ガス（ＴＥＡガス）および酸素含有ガス（Ｏ２ガス）の流量を、それぞれ２段階で変化させて、ウエハ２００上にＳｉＯＣＮ膜またはＳｉＯＣ膜を形成する例を示している。但し、ＴＥＡガスのようなカーボンソースである炭素含有ガスは、酸素含有ガスや窒素含有ガスに比べ、比較的高価であり、また、薄膜中のＣ濃度の高濃度化は比較的難しいことから、カーボンソースである炭素含有ガスの流量を２段階で変化させてウエハ２００上に薄膜を形成する場合に、本願発明の効果が最も顕著に現れることとなる。
【０１４８】
また例えば、上述の実施形態では、Ｓｉ、ＮおよびＣを含む第１の層を形成する際に、処理室２０１内のウエハ２００に対して、クロロシラン系原料ガスを供給し、その後、アミン系ガスを供給する例について説明したが、これらのガスの供給順序は逆でもよい。すなわち、アミン系ガスを供給し、その後、クロロシラン系原料ガスを供給するようにしてもよい。つまり、クロロシラン系原料ガスおよびアミン系ガスのうちの一方のガスを供給し、その後、他方のガスを供給するようにすればよい。このように、ガスの供給順序を変えることにより、形成される薄膜の膜質や組成比を変化させることも可能である。
【０１４９】
また例えば、上述の実施形態では、第１の層を形成する工程において、ステップ１，２を交互に１回行うことでＳｉ、ＮおよびＣを含む第１の層を形成する例について説明したが、ステップ１，２を交互に複数回行うことでＳｉ、ＮおよびＣを含む第１の層を形成するようにしてもよい。すなわち、第１の層を形成する工程では、ステップ１，２を交互に所定回数（１回以上）行うことでＳｉ、ＮおよびＣを含む第１の層を形成することができる。つまり、第１実施形態では、ステップ１，２を交互に所定回数（１回または複数回）行うことでＳｉ、ＮおよびＣを含む第１の層を形成する工程と、第２の反応ガスとして酸素含有ガスを供給することで、第１の層を酸化させ、第２の層としてのＳｉＯＣＮ層またはＳｉＯＣ層を形成する工程と、を含むサイクルを所定回数行うことで、ウエハ２００上に、ＳｉＯＣＮ膜またはＳｉＯＣ膜を形成することができる。また、第２実施形態では、ステップ１，２を交互に所定回数（１回または複数回）行うことでＳｉ、ＮおよびＣを含む第１の層を形成する工程と、第２の反応ガスとして窒素含有ガスを供給することで、第１の層を窒化させ、第２の層としてのＳｉＣＮ層を形成する工程と、を含むサイクルを所定回数行うことで、ウエハ２００上に、ＳｉＣＮ膜を形成することができる。
【０１５０】
また例えば、上述の実施形態では、ステップ１で所定元素（シリコン）とハロゲン元素（塩素）とを含む初期層を形成する際に、原料ガスとして、クロロシラン系原料ガスを用いる例について説明したが、クロロシラン系原料ガスの代わりに、クロロ基以外のハロゲン系のリガンドを持つシラン系原料ガスを用いてもよい。例えば、クロロシラン系原料ガスの代わりに、フルオロシラン系原料ガスを用いてもよい。ここで、フルオロシラン系原料ガスとは、気体状態のフルオロシラン系原料、例えば、常温常圧下で液体状態であるフルオロシラン系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フルオロシラン系原料等のことである。また、フルオロシラン系原料とは、ハロゲン基としてのフルオロ基を有するシラン系原料のことであり、少なくともシリコン（Ｓｉ）及びフッ素（Ｆ）を含む原料のことである。すなわち、ここでいうフルオロシラン系原料は、ハロゲン化物の一種とも言える。フルオロシラン系原料ガスとしては、例えば、テトラフルオロシランすなわちシリコンテトラフルオライド（ＳｉＦ４）ガスや、ヘキサフルオロジシラン（Ｓｉ２Ｆ６）ガス等のフッ化シリコンガスを用いることができる。この場合、所定元素とハロゲン元素とを含む初期層を形成する際に、処理室２０１内のウエハ２００に対して、フルオロシラン系原料ガスを供給することとなる。この場合、初期層は、ＳｉとＦとを含む層、すなわち、Ｆを含むシリコン含有層となる。
【０１５１】
また例えば、上述の実施形態では、初期層としてのＣｌを含むシリコン含有層をＳｉ、ＮおよびＣを含む第１の層に変化（改質）させる際に、第１の反応ガスとしてアミン系ガスを用いる例について説明したが、アミン系ガスの代わりに、第１の反応ガスとして、例えば、有機ヒドラジン化合物を含むガス、すなわち、有機ヒドラジン系ガスを用いてもよい。なお、有機ヒドラジン化合物を含むガスを、単に、有機ヒドラジン化合物ガス、または、有機ヒドラジンガスと呼ぶこともできる。ここで、有機ヒドラジン系ガスとは、気体状態の有機ヒドラジン、例えば、常温常圧下で液体状態である有機ヒドラジン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有機ヒドラジン等のヒドラジン基を含むガスのことである。有機ヒドラジン系ガスは、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）及び水素（Ｈ）の３元素で構成されるシリコン非含有のガスであり、更には、シリコン及び金属非含有のガスである。有機ヒドラジン系ガスとしては、例えば、モノメチルヒドラジン（（ＣＨ３）ＨＮ２Ｈ２、略称：ＭＭＨ）、ジメチルヒドラジン（（ＣＨ３）２Ｎ２Ｈ２、略称：ＤＭＨ）、トリメチルヒドラジン（（ＣＨ３）２Ｎ２（ＣＨ３）Ｈ、略称：ＴＭＨ）等を気化した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）等を気化したエチルヒドラジン系ガスを好ましく用いることができる。この場合、Ｃｌを含むシリコン含有層をＳｉ、ＮおよびＣを含む第１の層に変化（改質）させる際に、処理室２０１内のウエハ２００に対して、有機ヒドラジン系ガスを供給することとなる。
【０１５２】
また、上述の実施形態では、原料ガス、アミン系ガス、酸素含有ガスを用いてウエハ２００上にＳｉＯＣＮ膜またはＳｉＯＣ膜を形成する例や、原料ガス、アミン系ガス、窒素含有ガスを用いてウエハ２００上にＳｉＣＮ膜を形成する例について説明したが、本発明は係る実施形態に限定されない。
【０１５３】
例えば、本発明は、原料ガス、アミン系ガス、炭素含有ガス、酸素含有ガスを用いてウエハ２００上にＳｉＯＣＮ膜またはＳｉＯＣ膜を形成する場合や、原料ガス、アミン系ガス、炭素含有ガス、窒素含有ガスを用いてウエハ２００上にＳｉＣＮ膜を形成する場合にも適用することができる。すなわち、本発明は、原料ガス供給工程、アミン系ガス供給工程、炭素含有ガス供給工程、酸素含有ガス供給工程を含むサイクルを所定回数行うことでウエハ２００上にＳｉＯＣＮ膜またはＳｉＯＣ膜を形成する場合や、原料ガス供給工程、アミン系ガス供給工程、炭素含有ガス供給工程、窒素含有ガス供給工程を含むサイクルを所定回数行うことでウエハ２００上にＳｉＣＮ膜を形成する場合にも適用することができる。
【０１５４】
また、例えば、本発明は、原料ガス、アミン系ガスを用いてウエハ２００上にＳｉＣＮ膜を形成する場合や、原料ガス、アミン系ガス、炭素含有ガスを用いてウエハ２００上にＳｉＣＮ膜を形成する場合にも適用することができる。すなわち、本発明は、原料ガス供給工程、アミン系ガス供給工程を含むサイクルを所定回数行うことでウエハ２００上にＳｉＣＮ膜を形成する場合や、原料ガス供給工程、アミン系ガス供給工程、炭素含有ガス供給工程を含むサイクルを所定回数行うことでウエハ２００上にＳｉＣＮ膜を形成する場合にも適用することができる。
【０１５５】
また、例えば、本発明は、原料ガス、アミン系ガス、硼素含有ガスを用いてウエハ２００上にシリコン硼炭窒化膜（ＳｉＢＣＮ膜）を形成する場合や、原料ガス、アミン系ガス、硼素含有ガス、炭素含有ガス、窒素含有ガスを用いてウエハ２００上にＳｉＢＣＮ膜を形成する場合や、原料ガス、アミン系ガス、硼素含有ガス、窒素含有ガスを用いてウエハ２００上にシリコン硼炭窒化膜（ＳｉＢＮ膜）を形成する場合にも適用することができる。すなわち、本発明は、原料ガス供給工程、アミン系ガス供給工程、硼素含有ガス供給工程を含むサイクルを所定回数行うことでウエハ２００上にＳｉＢＣＮ膜を形成する場合や、原料ガス供給工程、アミン系ガス供給工程、硼素含有ガス供給工程、炭素含有ガス供給工程、窒素含有ガス供給工程を含むサイクルを所定回数行うことでウエハ２００上にＳｉＢＣＮ膜を形成する場合や、原料ガス供給工程、アミン系ガス供給工程、硼素含有ガス供給工程、窒素含有ガス供給工程を含むサイクルを所定回数行うことでウエハ２００上にＳｉＢＮ膜を形成する場合にも適用することができる。
【０１５６】
また、例えば、本発明は、硼素含有ガス、アミン系ガスを用いてウエハ２００上に硼炭窒化膜（ＢＣＮ膜）を形成する場合や、硼素含有ガス、アミン系ガス、炭素含有ガス、窒素含有ガスを用いてウエハ２００上にＢＣＮ膜を形成する場合や、硼素含有ガス、アミン系ガス、窒素含有ガスを用いてウエハ２００上に硼窒化膜（ＢＮ膜）を形成する場合にも適用することができる。すなわち、本発明は、硼素含有ガス供給工程、アミン系ガス供給工程を含むサイクルを所定回数行うことでウエハ２００上にＢＣＮ膜を形成する場合や、硼素含有ガス供給工程、アミン系ガス供給工程、炭素含有ガス供給工程、窒素含有ガス供給工程を含むサイクルを所定回数行うことでウエハ２００上にＢＣＮ膜を形成する場合や、硼素含有ガス供給工程、アミン系ガス供給工程、窒素含有ガス供給工程を含むサイクルを所定回数行うことでウエハ２００上にＢＮ膜を形成する場合にも適用することができる。
【０１５７】
これらの場合、炭素含有ガスとしては、例えば、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）ガス、プロピレン（Ｃ３Ｈ６）ガス、エチレン（Ｃ２Ｈ４）ガス等の炭化水素系のガスを用いることができる。また、硼素含有ガスとしては、例えば、三塩化硼素（ＢＣｌ３）ガスやジボラン（Ｂ２Ｈ６）ガス等の無機系のガスや、ボラジン系ガス等の有機系のガス（以下、有機ボラジン化合物ガスともいう）を用いることができる。原料ガス、アミン系ガス、酸素含有ガス、窒素含有ガスとしては、上述の実施形態と同様なガスを用いることができる。なお、このときの処理条件は、例えば上述の実施形態と同様な処理条件とすることができる。
【０１５８】
また、これらの場合、アミン系ガス供給工程において、アミン系ガスの流量を上述のように２段階で変化させるようにしてもよいし、それ以外のガス（原料ガス、硼素含有ガス、炭素含有ガス、酸素含有ガス、窒素含有ガス）の流量を上述のように２段階で変化させるようにしてもよい。但し、アミン系ガスや、Ｃ３Ｈ６ガスのようなカーボンソースである炭素含有ガスは、酸素含有ガスや窒素含有ガスに比べ、比較的高価であり、また、薄膜中のＣ濃度の高濃度化は比較的難しいことから、アミン系ガスの流量や炭素含有ガスの流量を２段階で変化させて薄膜を形成する場合に、本発明の効果が顕著に現れることとなる。また、有機ボラジン化合物ガスも比較的高価であることから、硼素含有ガスとして用いる有機ボラジン化合物ガスの流量を２段階で変化させてウエハ２００上に薄膜を形成する場合にも、本発明の効果が顕著に現れることとなる。
【０１５９】
このように、本発明は、原料ガスとアミン系ガスとを用いる基板処理プロセス全般に好適に適用することが可能である。
【０１６０】
また、本発明は、例えば、原料ガスとアミノシラン系原料ガスとを用いてウエハ２００上にＳｉＣＮ膜を形成する場合や、原料ガスと有機ボラジン化合物ガスとを用いてウエハ２００上にボラジン環骨格を有するＳｉＢＣＮ膜またはＳｉＢＮ膜を形成する場合にも適用することができる。すなわち、本発明は、原料ガス供給工程、アミノシラン系原料ガス供給工程を含むサイクルを所定回数行うことでウエハ２００上にＳｉＣＮ膜を形成する場合や、原料ガス供給工程、有機ボラジン化合物ガス供給工程を含むサイクルを所定回数行うことでウエハ２００上にボラジン環骨格を有するＳｉＢＣＮ膜またはＳｉＢＮ膜を形成する場合にも適用することができる。
【０１６１】
これらの場合、アミノシラン系原料ガスとしては、例えば、トリスジメチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］３Ｈ、略称：３ＤＭＡＳ）ガス等を用いることができる。また、有機ボラジン化合物ガスとしては、例えば、ｎ，ｎ’，ｎ”−トリメチルボラジン（略称：ＴＭＢ）ガス等を用いることができる。原料ガスとしては、上述の実施形態と同様な原料ガスを用いることができる。なお、このときの処理条件は、例えば上述の実施形態と同様な処理条件とすることができる。
【０１６２】
また、これらの場合、アミノシラン系原料ガス供給工程において、アミノシラン系原料ガスの流量を上述のように２段階で変化させるようにしてもよいし、有機ボラジン化合物ガス供給工程において、有機ボラジン化合物ガスの流量を上述のように２段階で変化させるようにしてもよいし、原料ガス供給工程において、原料ガスの流量を上述のように２段階で変化させるようにしてもよい。但し、アミノシラン系原料ガスや有機ボラジン化合物ガスは比較的高価であることから、これらのガスの流量を２段階で変化させてウエハ２００上に薄膜を形成する場合に、本発明の効果が顕著に現れることとなる。
【０１６３】
このように、本発明は、原料ガスとアミノシラン系原料ガスとを用いる基板処理プロセスや、原料ガスと有機ボラジン化合物ガスとを用いる基板処理プロセスに、好適に適用することが可能である。
【０１６４】
また、上述の実施形態では、反応ガスとして、炭素および窒素を含むガス（炭素及び窒素含有ガス）であるアミン系ガスを用いる例について説明したが、本発明は係る実施形態に限定されない。例えば、本発明は、反応ガスとして、アミン系ガスの代わりに、炭素含有ガスと、窒素含有ガスと、の２種類のガスを用いる場合にも適用することができる。
【０１６５】
例えば、本発明は、原料ガス供給工程、炭素含有ガス供給工程、窒素含有ガス供給工程、酸素含有ガス供給工程を含むサイクルを所定回数行うことでウエハ２００上にＳｉＯＣＮ膜を形成する場合や、原料ガス供給工程、炭素含有ガス供給工程、窒素含有ガス供給工程を含むサイクルを所定回数行うことでウエハ２００上にＳｉＣＮ膜を形成する場合にも適用することができる。この場合、炭素含有ガスとしては、プロピレン（Ｃ３Ｈ６）ガス、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）ガス、エチレン（Ｃ２Ｈ４）ガス等の炭化水素系ガスを用いることができ、窒素含有ガスとしては、上述の第２実施形態と同様なガスを用いることができる。
【０１６６】
また、例えば、本発明は、原料ガス供給工程、炭素含有ガス供給工程、硼素含有ガス供給工程、窒素含有ガス供給工程を含むサイクルを所定回数行うことでウエハ２００上にＳｉＢＣＮ膜を形成する場合にも適用することができる。この場合、炭素含有ガス、硼素含有ガス、窒素含有ガスとしては、上述のガスをそれぞれ用いることができる。
【０１６７】
また、例えば、本発明は、硼素含有ガス供給工程、炭素含有ガス供給工程、窒素含有ガス供給工程を含むサイクルを所定回数行うことでウエハ２００上にＢＣＮ膜を形成する場合や、硼素含有ガス供給工程、窒素含有ガス供給工程を含むサイクルを所定回数行うことでウエハ２００上にＢＮ膜を形成する場合にも適用することができる。この場合、硼素含有ガス、炭素含有ガス、窒素含有ガスとしては、上述のガスをそれぞれ用いることができる。
【０１６８】
これらの場合、炭素含有ガス供給工程において、炭素含有ガスの流量を上述のように２段階で変化させるようにしてもよいし、それ以外のガス（原料ガス、酸素含有ガス、窒素含有ガス、硼素含有ガス）の流量を上述のように２段階で変化させるようにしてもよい。但し、Ｃ３Ｈ６ガスのようなカーボンソースである炭素含有ガスは、酸素含有ガスや窒素含有ガスに比べ、比較的高価であり、また、薄膜中のＣ濃度の高濃度化は比較的難しいことから、カーボンソースである炭素含有ガスの流量を２段階で変化させて薄膜を形成する場合に、本発明の効果が最も顕著に現れることとなる。
【０１６９】
このように、本発明は、原料ガスと炭素含有ガス等の反応ガスとを用いて薄膜を形成する場合に好適に適用することができる。
【０１７０】
上述の各実施形態や各変形例の手法により形成したシリコン系絶縁膜やボロン系絶縁膜を、サイドウォールスペーサとして使用することにより、リーク電流が少なく、加工性に優れたデバイス形成技術を提供することが可能となる。
【０１７１】
また、上述の各実施形態や各変形例の手法により形成したシリコン系絶縁膜やボロン系絶縁膜を、エッチストッパーとして使用することにより、加工性に優れたデバイス形成技術を提供することが可能となる。
【０１７２】
上述の各実施形態や各変形例によれば、低温領域においてもプラズマを用いず、理想的量論比のシリコン系絶縁膜やボロン系絶縁膜を形成することができる。また、プラズマを用いずシリコン系絶縁膜やボロン系絶縁膜を形成できることから、例えばＤＰＴのＳＡＤＰ膜等、プラズマダメージを懸念する工程への適応も可能となる。
【０１７３】
また、上述の実施形態では、酸炭窒化膜、酸炭化膜、炭窒化膜として、半導体元素であるシリコンを含むシリコン系絶縁膜（ＳｉＯＣＮ膜、ＳｉＯＣ膜、ＳｉＣＮ膜）を形成する例について説明したが、本発明は、例えばチタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）等の金属元素を含む金属系薄膜を形成する場合にも適用することができる。
【０１７４】
すなわち、本発明は、例えば、チタン酸炭窒化膜（ＴｉＯＣＮ膜）、ジルコニウム酸炭窒化膜（ＺｒＯＣＮ膜）、ハフニウム酸炭窒化膜（ＨｆＯＣＮ膜）、タンタル酸炭窒化膜（ＴａＯＣＮ膜）、アルミニウム酸炭窒化膜（ＡｌＯＣＮ膜）、モリブデン酸炭窒化膜（ＭｏＯＣＮ膜）等の金属酸炭窒化膜を形成する場合にも好適に適用することができる。
【０１７５】
また例えば、本発明は、チタン酸炭化膜（ＴｉＯＣ膜）、ジルコニウム酸炭化膜（ＺｒＯＣ膜）、ハフニウム酸炭化膜（ＨｆＯＣ膜）、タンタル酸炭化膜（ＴａＯＣ膜）、アルミニウム酸炭化膜（ＡｌＯＣ膜）、モリブデン酸炭化膜（ＭｏＯＣ膜）等の金属酸炭化膜を形成する場合にも好適に適用することができる。
【０１７６】
また例えば、本発明は、チタン炭窒化膜（ＴｉＣＮ膜）、ジルコニウム炭窒化膜（ＺｒＣＮ膜）、ハフニウム炭窒化膜（ＨｆＣＮ膜）、タンタル炭窒化膜（ＴａＣＮ膜）、アルミニウム炭窒化膜（ＡｌＣＮ膜）、モリブデン炭窒化膜（ＭｏＣＮ膜）等の金属炭窒化膜を形成する場合にも好適に適用することができる。
【０１７７】
これらの場合、上述の実施形態におけるクロロシラン系原料ガスの代わりに、金属元素とハロゲン元素とを含む原料ガスを用い、上述の実施形態と同様なシーケンスにより成膜を行うことができる。すなわち、処理室２０１内のウエハ２００に対して金属元素とハロゲン元素とを含む原料ガスを供給する工程と、処理室２０１内のウエハ２００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ウエハ２００上に金属系薄膜を形成することができる。
【０１７８】
具体的には、
処理室２０１内のウエハ２００に対して金属元素とハロゲン元素とを含む原料ガスを供給する工程と、処理室２０１内のウエハ２００に対して第１の反応ガスを供給する工程と、を交互に所定回数行うことで、ウエハ２００上に金属元素、窒素および炭素を含む第１の層を形成する工程と、
処理室２０１内のウエハ２００に対して原料ガスおよび第１の反応ガスとは異なる第２の反応ガスを供給することで、第１の層を改質して第２の層を形成する工程と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、ウエハ２００上に、所定組成及び所定膜厚の金属系薄膜（金属酸炭窒化膜、金属酸炭化膜、金属炭窒化膜）を形成することができる。
【０１７９】
この場合、例えば、第１の反応ガスを供給する工程において、第１の反応ガスの流量を上述のように２段階で変化させるようにする。なお、原料ガスを供給する工程や、第２の反応ガスを供給する工程において、原料ガスの流量や第２の反応ガスの流量を上述のように２段階で変化させるようにしてもよいのは上述の通りである。
【０１８０】
例えば、Ｔｉを含む金属系薄膜（ＴｉＯＣＮ膜、ＴｉＯＣ膜、ＴｉＣＮ膜）を形成する場合は、原料ガスとして、チタニウムテトラクロライド（ＴｉＣｌ４）等のＴｉおよびクロロ基を含むガスや、チタニウムテトラフルオライド（ＴｉＦ４）等のＴｉおよびフルオロ基を含むガスを用いることができる。第１及び第２の反応ガスとしては、上述の実施形態と同様なガスを用いることができる。なお、このときの処理条件は、例えば上述の実施形態と同様な処理条件とすることができる。
【０１８１】
また例えば、Ｚｒを含む金属系薄膜（ＺｒＯＣＮ膜、ＺｒＯＣ膜、ＺｒＣＮ膜）を形成する場合は、原料ガスとして、ジルコニウムテトラクロライド（ＺｒＣｌ４）等のＺｒおよびクロロ基を含むガスや、ジルコニウムテトラフルオライド（ＺｒＦ４）等のＺｒおよびフルオロ基を含むガスを用いることができる。第１及び第２の反応ガスとしては、上述の実施形態と同様なガスを用いることができる。なお、このときの処理条件は、例えば上述の実施形態と同様な処理条件とすることができる。
【０１８２】
また例えば、Ｈｆを含む金属系薄膜（ＨｆＯＣＮ膜、ＨｆＯＣ膜、ＨｆＣＮ膜）を形成する場合は、原料ガスとして、ハフニウムテトラクロライド（ＨｆＣｌ４）等のＨｆおよびクロロ基を含むガスや、ハフニウムテトラフルオライド（ＨｆＦ４）等のＨｆおよびフルオロ基を含むガスを用いることができる。第１及び第２の反応ガスとしては、上述の実施形態と同様なガスを用いることができる。なお、このときの処理条件は、例えば上述の実施形態と同様な処理条件とすることができる。
【０１８３】
また例えば、Ｔａを含む金属系薄膜（ＴａＯＣＮ膜、ＴａＯＣ膜、ＴａＣＮ膜）を形成する場合は、原料ガスとして、タンタルペンタクロライド（ＴａＣｌ５）等のＴａおよびクロロ基を含むガスや、タンタルペンタフルオライド（ＴａＦ５）等のＴａおよびフルオロ基を含むガスを用いることができる。第１及び第２の反応ガスとしては、上述の実施形態と同様なガスを用いることができる。なお、このときの処理条件は、例えば上述の実施形態と同様な処理条件とすることができる。
【０１８４】
また例えば、Ａｌを含む金属系薄膜（ＡｌＯＣＮ膜、ＡｌＯＣ膜、ＡｌＣＮ膜）を形成する場合は、原料ガスとして、アルミニウムトリクロライド（ＡｌＣｌ３）等のＡｌおよびクロロ基を含むガスや、アルミニウムトリフルオライド（ＡｌＦ３）等のＡｌおよびフルオロ基を含むガスを用いることができる。第１及び第２の反応ガスとしては、上述の実施形態と同様なガスを用いることができる。なお、このときの処理条件は、例えば上述の実施形態と同様な処理条件とすることができる。
【０１８５】
また例えば、Ｍｏを含む金属系薄膜（ＭｏＯＣＮ膜、ＭｏＯＣ膜、ＭｏＣＮ膜）を形成する場合は、原料ガスとして、モリブデンペンタクロライド（ＭｏＣｌ５）等のＭｏおよびクロロ基を含むガスや、モリブデンペンタフルオライド（ＭｏＦ５）等のＭｏおよびフルオロ基を含むガスを用いることができる。第１及び第２の反応ガスとしては、上述の実施形態と同様なガスを用いることができる。なお、このときの処理条件は、例えば上述の実施形態と同様な処理条件とすることができる。
【０１８６】
すなわち、本発明は、半導体元素や金属元素等の所定元素を含む薄膜を形成する場合に好適に適用することができる。
【０１８７】
なお、これらの各種薄膜の成膜に用いられるプロセスレシピ（処理手順や処理条件が記載されたプログラム）は、基板処理の内容（形成する薄膜の膜種、組成比、膜質、膜厚等）に応じて、それぞれ個別に用意する（複数用意する）ことが好ましい。そして、基板処理を開始する際、基板処理の内容に応じて、複数のプロセスレシピの中から、適正なプロセスレシピを適宜選択することが好ましい。具体的には、基板処理の内容に応じて個別に用意された複数のプロセスレシピを、電気通信回線や当該プロセスレシピを記録した記録媒体（外部記憶装置１２３）を介して、基板処理装置が備える記憶装置１２１ｃ内に予め格納（インストール）しておくことが好ましい。そして、基板処理を開始する際、基板処理装置が備えるＣＰＵ１２１ａが、記憶装置１２１ｃ内に格納された複数のプロセスレシピの中から、基板処理の内容に応じて、適正なプロセスレシピを適宜選択することが好ましい。このように構成することで、１台の基板処理装置で様々な膜種、組成比、膜質、膜厚の薄膜を汎用的に、かつ、再現性よく形成できるようになる。また、オペレータの操作負担（処理手順や処理条件の入力負担等）を低減でき、操作ミスを回避しつつ、基板処理を迅速に開始できるようになる。
【０１８８】
但し、上述のプロセスレシピは、新たに作成する場合に限らず、例えば、基板処理装置に既にインストールされていた既存のプロセスレシピを変更することで用意してもよい。プロセスレシピを変更する場合は、変更後のプロセスレシピを、電気通信回線や当該プロセスレシピを記録した記録媒体を介して、基板処理装置にインストールしてもよい。また、既存の基板処理装置が備える入出力装置１２２を操作し、基板処理装置に既にインストールされていた既存のプロセスレシピを直接変更するようにしてもよい。
【０１８９】
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薄膜を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薄膜を成膜する場合にも、好適に適用できる。また、上述の実施形態では、ホットウォール型の処理炉を有する基板処理装置を用いて薄膜を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、コールドウォール型の処理炉を有する基板処理装置を用いて薄膜を成膜する場合にも、好適に適用できる。
【０１９０】
また、上述の各実施形態は、適宜組み合わせて用いることができる。
【実施例】
【０１９１】
実施例として、上述の第１実施形態の成膜シーケンスによりウエハ上にＳｉＯＣＮ膜を形成した。なお、ステップ２の第１のＴＥＡガス供給工程におけるＴＥＡガスの流量（第１の流量）を２００〜１０００ｓｃｃｍの範囲内の流量とし、ガス供給時間を１０〜２０秒の範囲内の時間とした。また、第２のＴＥＡガス供給工程におけるＴＥＡガスの流量（第２の流量）を１００〜５００ｓｃｃｍの範囲内の流量とし、ガス供給時間を２０〜１００秒の範囲内の時間とした。それ以外の成膜条件（各ステップでの処理条件）は、上述の第１実施形態に記載の処理条件範囲内の条件とした。
【０１９２】
比較例として、上述の第１実施形態の成膜シーケンスにおいて、処理室内に供給するＴＥＡガスの流量を変更させずにウエハ上にＳｉＯＣＮ膜を形成した。なお、ステップ２（ＴＥＡガス供給工程）におけるＴＥＡガスの流量を２００〜１０００ｓｃｃｍの範囲内の流量とし、ガス供給時間を３０〜１２０秒の範囲内の時間とした。それ以外の成膜条件（各ステップでの処理条件）は、上述の第１実施形態に記載の処理条件範囲内の条件とした。
【０１９３】
その結果、実施例の成膜シーケンスにおいても、比較例の成膜シーケンスにおいても、炭素濃度が１０〜２０％程度のＳｉＯＣＮ膜を形成できることを確認した。なお、比較例の成膜シーケンスよりも、本実施例の成膜シーケンスの方が、ＴＥＡガスの総供給量（消費量）を少なくでき、また、成膜レートを高くすることができることを確認した。なお、本実施例の成膜シーケンスにおけるＴＥＡガスの総供給量は、比較例の成膜シーケンスにおけるＴＥＡガスの総供給量の６０〜７０％に低減できることを確認した。
【０１９４】
＜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。  
【０１９５】
（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、
前記原料ガスを供給する工程および前記反応ガスを供給する工程のうち少なくともいずれかの工程では、
前記処理室内の圧力が所定の圧力となるまで、前記処理室内の排気を停止した状態で、前記原料ガスおよび前記反応ガスのうちその工程で使用するガスを第１の流量にて供給する第１供給工程と、
前記処理室内の圧力が前記所定の圧力となった後、前記処理室内の圧力を前記所定の圧力に維持しつつ、前記処理室内の排気を実施した状態で、前記原料ガスおよび前記反応ガスのうちその工程で使用するガスを前記第１の流量よりも小さい第２の流量にて供給する第２供給工程と、
を行う半導体装置の製造方法が提供される。
【０１９６】
（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、
前記第１供給工程では、前記処理室内を排気する排気ラインに設けられた排気バルブの開度を全閉（フルクローズ）とし、前記第２供給工程では、前記排気バルブを開放する。
【０１９７】
（付記３）
付記１または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供給工程では、前記処理室内を排気する排気ラインに設けられた排気バルブの開度制御を停止し、前記第２供給工程では、前記排気バルブの開度制御を実施する。
【０１９８】
（付記４）
付記３の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記第１供給工程では、前記排気バルブの開度を全閉（フルクローズ）とする。
【０１９９】
（付記５）
付記１の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記第１供給工程では、前記処理室内を排気する排気ラインを閉塞し、前記第２供給工程では、前記排気ラインを開放する。
【０２００】
（付記６）
付記１乃至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、
前記第１供給工程および前記第２供給工程では、前記原料ガスおよび前記反応ガスのうちその工程で使用するガスと一緒に不活性ガスを供給する。
【０２０１】
（付記７）
付記６の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記第１供給工程および前記第２供給工程では、前記原料ガスおよび前記反応ガスのうちその工程で使用するガスの流量と前記不活性ガスの流量との流量比を一定に維持する。
【０２０２】
（付記８）
付記６の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記第１供給工程では、前記不活性ガスを第３の流量にて供給し、
前記第２供給工程では、前記不活性ガスを前記第３の流量よりも小さい第４の流量にて供給する。
【０２０３】
（付記９）
付記８の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記第１供給工程および前記第２供給工程では、前記第３の流量に対する前記第１の流量の比と、前記第４の流量に対する前記第２の流量の比と、を等しくする。
【０２０４】
（付記１０）
付記８の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記第１供給工程および前記第２供給工程では、前記第１の流量と前記第３の流量との合計流量（和）に対する前記第１の流量の比と、前記第２の流量と前記第４の流量との合計流量（和）に対する前記第２の流量の比と、を等しくする。
【０２０５】
（付記１１）
付記１乃至１０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、
前記第１供給工程および前記第２供給工程では、少なくとも前記処理室内の圧力が前記所定の圧力となった後、前記原料ガスおよび前記反応ガスのうちその工程で使用するガスの分圧を一定に維持する。
【０２０６】
（付記１２）
付記１乃至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、
前記原料ガスを供給する工程では、
前記処理室内の圧力が所定の圧力となるまで、前記処理室内の排気を停止した状態で、前記原料ガスを第１の流量にて供給する第１供給工程と、
前記処理室内の圧力が前記所定の圧力となった後、前記処理室内の圧力を前記所定の圧力に維持しつつ、前記処理室内の排気を実施した状態で、前記原料ガスを前記第１の流量よりも小さい第２の流量にて供給する第２供給工程と、
を行う。
【０２０７】
（付記１３）
付記１乃至１２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、
前記処理室内の圧力が所定の圧力となるまで、前記処理室内の排気を停止した状態で、前記反応ガスを第１の流量にて供給する第１供給工程と、
前記処理室内の圧力が前記所定の圧力となった後、前記処理室内の圧力を前記所定の圧力に維持しつつ、前記処理室内の排気を実施した状態で、前記反応ガスを前記第１の流量よりも小さい第２の流量にて供給する第２供給工程と、
を行う。
【０２０８】
（付記１４）
付記１乃至１３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、
前記反応ガスは炭素含有ガスを含む。
【０２０９】
（付記１５）
付記１乃至１４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、
前記反応ガスは炭素および窒素を含むガスを含む。
【０２１０】
（付記１６）
付記１乃至１５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、
前記反応ガスは炭化水素系ガスおよびアミン系ガスのうち少なくともいずれかを含む。
【０２１１】
（付記１７）
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、
前記原料ガスを供給する工程および前記反応ガスを供給する工程のうち少なくともいずれかの工程では、
前記処理室内の圧力が所定の圧力となるまで、前記処理室内の排気を停止した状態で、前記原料ガスおよび前記反応ガスのうちその工程で使用するガスを第１の流量にて供給する第１供給工程と、
前記処理室内の圧力が前記所定の圧力となった後、前記処理室内の圧力を前記所定の圧力に維持しつつ、前記処理室内の排気を実施した状態で、前記原料ガスおよび前記反応ガスのうちその工程で使用するガスを前記第１の流量よりも小さい第２の流量にて供給する第２供給工程と、
を行う基板処理方法が提供される。
【０２１２】
（付記１８）
本発明のさらに他の態様によれば、
基板を収容する処理室と、
前記処理室内へ原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理室内へ反応ガスを供給する反応ガス供給系と、
前記処理室内を排気する排気系と、
前記処理室内の圧力を調整する圧力調整部と、
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、前記原料ガスを供給する処理および前記反応ガスを供給する処理のうち少なくともいずれかの処理では、前記処理室内の圧力が所定の圧力となるまで、前記処理室内の排気を停止した状態で、前記原料ガスおよび前記反応ガスのうちその処理で使用するガスを第１の流量にて供給する第１供給処理と、前記処理室内の圧力が前記所定の圧力となった後、前記処理室内の圧力を前記所定の圧力に維持しつつ、前記処理室内の排気を実施した状態で、前記原料ガスおよび前記反応ガスのうちその処理で使用するガスを前記第１の流量よりも小さい第２の流量にて供給する第２供給処理と、を行うように、前記原料ガス供給系、前記反応ガス供給系、前記排気系および前記圧力調整部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。
【０２１３】
（付記１９）
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、
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をコンピュータに実行させ、
前記原料ガスを供給する手順および前記反応ガスを供給する手順のうち少なくともいずれかの手順では、
前記処理室内の圧力が所定の圧力となるまで、前記処理室内の排気を停止した状態で、前記原料ガスおよび前記反応ガスのうちその手順で使用するガスを第１の流量にて供給する第１供給手順と、
前記処理室内の圧力が前記所定の圧力となった後、前記処理室内の圧力を前記所定の圧力に維持しつつ、前記処理室内の排気を実施した状態で、前記原料ガスおよび前記反応ガスのうちその手順で使用するガスを前記第１の流量よりも小さい第２の流量にて供給する第２供給手順と、
を行わせるプログラムが提供される。
【０２１４】
（付記２０）
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、
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をコンピュータに実行させ、
前記原料ガスを供給する手順および前記反応ガスを供給する手順のうち少なくともいずれかの手順では、
前記処理室内の圧力が所定の圧力となるまで、前記処理室内の排気を停止した状態で、前記原料ガスおよび前記反応ガスのうちその手順で使用するガスを第１の流量にて供給する第１供給手順と、
前記処理室内の圧力が前記所定の圧力となった後、前記処理室内の圧力を前記所定の圧力に維持しつつ、前記処理室内の排気を実施した状態で、前記原料ガスおよび前記反応ガスのうちその手順で使用するガスを前記第１の流量よりも小さい第２の流量にて供給する第２供給手順と、
を行わ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】
【０２１５】
１２１    コントローラ（制御部）
２００    ウエハ（基板）
２０１    処理室
２０２    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
２３２ｃ  第３ガス供給管
２３２ｄ  第４ガス供給管
【図１】
2013225660.tif 000003
【図２】
2013225660.tif 000004
【図３】
2013225660.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2013225660.tif 000009
【図８】
2013225660.tif 000010
【図９】
2013225660.tif 000011